(57)【要約】【課題】試料とマニピュレータとの相対的な位置を変えることなく、試料が載置されている試料台を容易に移動することが可能な顕微鏡用観察装置を提供すること。【解決手段】顕微鏡用観察装置１０は、少なくとも一つの可動軸を有する基台２０と、基台２０上に配置され、かつ基台２０の有する可動軸と異なる少なくとも一つの可動軸を有する試料台３０とを有する。試料を操作するためのマイクロマニピュレータ５０を、連結部材４０を介して基台２０に取り付けて、基台２０の可動軸による動作をマイクロマニピュレータ５０の動作と連動させるとともに、試料台３０の可動軸による動作をマイクロマニピュレータ５０の動作と連動させないようにした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動軸を有する基台と、該基台上に配置され、かつ該基台の有する可動軸と異なる可動軸を有する試料台とを有する顕微鏡用観察装置であって、
試料を操作するためのマイクロマニピュレータを、連結部材を介して該基台に取り付けて、該基台の可動軸による動作を該マイクロマニピュレータの動作と連動させるとともに、該試料台の可動軸による動作を該マイクロマニピュレータの動作と連動させないようにした顕微鏡用観察装置。
【請求項２】
五軸の可動軸を有し、
五軸のうち、前記試料台が、Ｘ軸、それに直交するＹ軸、及びＸ−Ｙ平面内での回転軸の三軸を有し、
前記基台が、Ｘ−Ｙ平面と直交するＺ軸、及びＸ−Ｙ平面に対する傾斜軸の二軸を有し、
前記基台のＺ軸及び傾斜軸による動作を、前記マイクロマニピュレータの動作と連動させるとともに、前記試料台のＸ軸、Ｙ軸及び回転軸による動作を、前記マイクロマニピュレータの動作と連動させないようにした請求項１記載の顕微鏡用観察装置。
【請求項３】
前記マイクロマニピュレータを、前記連結部材を介して前記基台に着脱可能に取り付けた請求項１又は２記載の顕微鏡用観察装置。
【請求項４】
前記連結部材が、複数の部品の組み合わせからなり、隣り合う２つの前記部品が互いに直交するように連結されている請求項３記載の顕微鏡用観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡や光学顕微鏡等を用いて試料を観察するための観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡を用いた拡大観察下に、マイクロマニピュレータを用いて試料に種々の操作を加えることが広く行われている。例えば特許文献１には、試料から大きさ１μｍ〜１００μｍのサンプルの切除・剥離が可能である工業目的サンプリング用のマイクロナイフが記載されている。このマイクロナイフは、モース硬度６以上の硬度を有する材料で形成され、５０μｍ以下のサンプルの切除・剥離が可能であるブレードを備えている。このマイクロナイフは、市販のマイクロマニピュレータによって操作される。同文献の図１に記載されているように、このマイクロマニピュレータ５０は、試料１０が載置されている基台２１とは別の部位に配置固定されている。特許文献１に記載されているマイクロマニピュレータ５０を始めとして、マイクロマニピュレータはその操作性を高めるために一般には複数の可動軸を有している。また、電子顕微鏡や光学顕微鏡等の各種顕微鏡において、試料が載置される試料台も、Ｘ−Ｙ軸を始めとする複数の可動軸を有している。
【０００３】
一方、図１０に示すように、マニピュレータ１５０を試料台１３０上に配置固定した観察装置１００も知られている（非特許文献１参照）。この種の装置によれば、上述した特許文献１に記載の技術とは異なり、マイクロマニピュレータ１５０で試料（図示せず）を固定した状態で、試料台１３０を上下移動させたり、試料台１３０を傾斜させたりすることが容易に行える。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２６２５号公報
【非特許文献１】"-Kleindiek社- マニピュレータ／サブステージ"、[online]、アド・サイエンス、[平成２０年１１月２８日検索]、インターネット <URL:http://www.ads-img.co.jp/products/kleindiek/pdf/0706kleindiek.pdf>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような構造を有する顕微鏡では、マイクロマニピュレータと試料との相対的な位置を変えることなく、試料台を移動させることが容易でない。具体的には、例えば図９に示す試料台１３０及び先端にプローブ１５１を有するマイクロマニピュレータ１５０を備えた観察装置１００を用い、図７に示すように毛髪ＨのキューティクルＣをプローブ５１で剥離した観察状態となし、この観察状態に保持したままで、試料台を上下移動させたり、試料台を傾斜させたい場合には、試料台上に載置された毛髪の観察状態をプローブによって保持したままで、試料台の上下移動や傾斜動作に連動させてプローブも精密に上下移動や傾斜動作を行う必要がある。しかし毛髪のキューティクルは一般に微細なものなので、試料台の動きにプローブの動きを連動させて、プローブによる毛髪の観察状態を保持することには、極めて熟練した技術がオペレータに要求される。
一方、非特許文献１のような場合には、マイクロマニピュレータ１５０の動きが試料台１３０の動きと完全に連動しているので、逆に、試料台１３０を移動させつつ試料（図示せず）とマイクロマニピュレータ１５０の相対的な位置を変えることができない。例えば図１１に示すように毛髪ＨのキューティクルＣをマニピュレータ１５０の先端に取り付けられたプローブ１５１で剥離する場合を考える。この場合、図１１（ａ）に示すように、毛髪Ｈの幅方向からプローブ１５１を接近させてキューティクルＣを剥離することは困難である。したがって、試料台１２０を９０度回転させて、図１１（ｂ）に示すように、プローブ１５１を毛髪Ｈの長手方向から接近させてキューティクルＣを剥離させたい。しかし図１０に示す装置では、この動作を行うことができないという不都合がある。
したがって、本発明の目的は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る顕微鏡用観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、可動軸を有する基台と、該基台上に配置され、かつ該基台の有する可動軸と異なる可動軸を有する試料台とを有する顕微鏡用観察装置であって、
試料を操作するためのマイクロマニピュレータを、連結部材を介して該基台に取り付けて、該基台の可動軸による動作を該マイクロマニピュレータの動作と連動させるとともに、該試料台の可動軸による動作を該マイクロマニピュレータの動作と連動させないようにした顕微鏡用観察装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、試料とマニピュレータとの相対的な位置を変えることなく、試料が載置されている試料台を容易に移動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明の顕微鏡用観察装置（以下、単に「観察装置」とも言う。）の一実施形態における基台及び試料台が模式的に示されている。本実施形態における観察装置１０は、走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」と言う。）の試料室内に配置固定されるものである。観察装置１０は、その下部に基台２０を備えている。基台２０は、電子顕微鏡の試料室内における所定箇所に固定される。基台２０には、その正面側に左右一対のネジ穴２０ａが穿設されている。基台２０の上部には試料台３０が配置されている。試料台３０は、Ｘ−Ｙステージ３１及び回転ステージ３２を備えている。試料台３０は、観察対象物である試料（図示せず）が載置される部位のことである。試料台３０は、基台２０とは異なる可動軸を有する部材である。試料（図示せず）は、試料台３０における回転ステージ３２の上に載置される。
【０００９】
基台２０は、少なくとも一つの可動軸（自由度）を有している。また、試料台３０は、基台２０の有する可動軸と異なる少なくとも一つの可動軸（自由度）を有している。詳細には、観察装置１０は全部で五軸の可動軸を有し、それらの可動軸が基台２０と試料台３０にそれぞれ割り振られている。具体的には、基台２０が二軸の可動軸を有し、試料台３０が三軸の可動軸を有している。
【００１０】
試料台３０が有する可動軸は、図２（ａ）に示すように、Ｘ軸及びそれに直交するＹ軸と、図２（ｂ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面内での回転（ローテーション）軸（以下、「Ｒ軸」という。）の三軸である。試料（図示せず）は、Ｘ−Ｙ平面内に載置面を有する回転ステージ上に載置される。
【００１１】
基台２０が有する可動軸は、図３（ａ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面と直交するＺ軸と、図３（ｂ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面に対する傾斜（チルト）軸（以下、「Ｔ軸」という。）の二軸である。なお、図３（ａ）及び（ｂ）においては、Ｘ−Ｙ平面は、紙面と直交する方向に広がっている。
【００１２】
基台２０の可動軸及び試料台３０の可動軸を実現させる具体的な機構に特に制限はなく、この種の技術分野において従来用いられてきた機構と同様の機構を適宜採用することができる。そのような機構は当業者においてよく知られたものであり、特に詳述するまでもない周知のものである。
【００１３】
観察装置１０は、上述の基台２０及び試料台３０に加えて、試料台３０に載置された試料を操作するためのマイクロマニピュレータ（以下、単に「マニピュレータ」とも言う。）を備えている。本実施形態の観察装置１０は、マニピュレータを、後述する連結部材を介して基台２０に取り付けたことを、特徴の一つとしている。なお、マニピュレータによる試料への「操作」には、例えば試料を掴む、刺す、回す、引っ張る、捻る、切る、潰す、試料に接触する、試料の一部を剥離するなどの操作が含まれる。もちろん、ここに例示されていない操作であっても、試料の観察に必要なその他の操作も包含される。
【００１４】
図４には連結部材４０にマニピュレータ５０が取り付けられた状態が示されている。連結部材４０は、図４においてマニピュレータ５０を除いた部分（すなわち、同図中、４０番台の符号で図示した部品の連結構造体部分）を指し、複数の部品をネジ止めして連結されて構成されている。詳細には、連結部材４０は、マニピュレータ５０を取り付け固定する板状の架台部４１を備えている。架台部４１には、その長手方向に沿って一対のマニピュレータ５０が、各マニピュレータ５０のプローブ５１を同方向に向けて取り付けられている。架台部４１の長手方向の各端部には、該端部から垂下する角柱状の立設部４２が取り付けられている。架台部４１と立設部４２とは直交している。立設部４２の下端部には、該下端部から水平方向に延びる角柱状の横臥部４３が取り付けられている。横臥部４３の延びる方向は、マニピュレータ５０におけるプローブ５１の取り付け方向と一致している。立設部４２と横臥部４３とは直交している。横臥部４３の先端部には、連結部材４０を基台２０へ取り付けるための角柱状の取り付け部４４が取り付けられている。取り付け部４４は、横臥部４３の延びる方向と直交する方向に延びている。また取り付け部４４は、２つの取り付け部の先端部どうしが対向するように（ただし、先端部どうしは接触しない長さで）、横臥部４３の先端部から内向きに延びている。横臥部４３と取り付け部４４とは直交している。
【００１５】
横臥部４３及び取り付け部４４には、それらの連結部分に切り欠きが設けられており、それらの切り欠きが嵌り合うことで、直角の関係が保たれるようになっている。そして両者は、その直角の関係が、互いに９０度交差する２方向（ａ方向及びｂ方向）から挿入された２つのネジ４５ｃ，４５ｄによって固定されている。同様に、横臥部４３及び立設部４２にも、それらの連結部分に切り欠きが設けられており、それらの切り欠きが嵌り合うことで、直角の関係が保たれるようになっている。そして両者は、その直角の関係が、互いに９０度交差する２方向（ａ方向及びｂ方向）から挿入されたネジによって固定されている。なお、図４では２つのネジのうち１つのネジ４５ｂのみが表されている。更に、架台部４１と立設部４２とは、ネジ４５ａによって固定されている。図４中、取り付け部４４の先端部には、貫通穴４４ａが設けられている。この貫通穴４４ａと、先に述べた架台２０のネジ穴２０ａとを位置合わせしてネジ２０ｂ（後述する図５参照）を通すことで、マニピュレータ５０は、連結部材４０を介して基台２０へ取り付け固定される。
【００１６】
先に述べたとおり、連結部材４０は、基台２０へネジ止めによって固定される。つまり、連結部材４０は、基台２０へ着脱可能に固定される。したがって、マニピュレータ５０を必要としない観察を行う場合には、マニピュレータ５０を基台２０から簡単に取り外すことができ、着脱操作を容易に、かつ迅速に行うことができる。
【００１７】
また、連結部材４０は、架台部４１、立設部４２、横臥部４３及び取り付け部４４という複数の部材の組み合わせから構成されているので、これら各部材の寸法等を適宜変更することで、電子顕微鏡の試料室のサイズ等に応じて連結部材４０の寸法を柔軟に対応させることができる。
【００１８】
その上、連結部材４０を構成する隣り合う２つの部品、すなわち架台部４１と立設部４２、立設部４２と横臥部４３、及び横臥部４３と取り付け部４４とは互いに直交するように連結されているので、観察中に試料台３０が振動を受けた場合であっても、振動が各部の連結部位によって首尾良く吸収され、振動の影響が低減されて、安定した観察が行える。
【００１９】
図５には、マニピュレータ５０が架台部４１に取り付け固定された連結部材４０を、基台２０にネジ２０ｂによって取り付けてなる観察装置１０の斜視図が示されている。この状態の観察装置１０が、電子顕微鏡の試料室内に配置固定される。先に述べたとおり、観察装置１０においては、基台２０がＺ軸及びＴ軸の二軸の可動軸を有し、試料台３０がＸ軸、Ｙ軸及びＲ軸の三軸の可動軸を有している。そして、マニピュレータ５０は連結部材４０を介して基台２０に取り付けられているので、基台２０をその可動軸であるＺ軸方向に又はＴ軸まわりに動作させると、マニピュレータ５０はその動作に連動してＺ軸方向に又はＴ軸まわりに動作する。しかし、試料台３０をその可動軸であるＸ方向やＹ方向に沿って動作させたり、Ｒ軸周りに回転させたりしても、マニピュレータ５０はそれらの動作には連動しない。このように、観察装置１０においては、それが有する五軸の可動軸のうち、基台２０が有する２つの可動軸による動作をマニピュレータ５０の動作と連動させ、残り３つの可動軸による動作、すなわち試料台３０が有する可動軸による動作はマニピュレータ５０の動作と連動させないようにしてある。
【００２０】
なお、前記の説明はマニピュレータ５０それ自身が可動軸を有していることを除外する趣旨ではなく、基台２０が有する可動軸による動作にマニピュレータ５０の動作が連動していることを必要条件とする趣旨であり、マニピュレータ５０それ自身は一般に基台２０が有する可動軸とは別の可動軸を有していても何ら差し支えはない。例えばマニピュレータ５０は、図６（ａ）に示すように左右の動作、図６（ｂ）に示すように上下の動作、及び図６（ｃ）に示すように伸縮の動作が可能になっている。
【００２１】
以上の構造を有する本実施形態の観察装置１０を用いた試料の観察方法を、図７を参照しながら説明する。同図には、マニピュレータ５０のプローブ５１を用いて、毛髪Ｈの表面のキューティクルＣを一部剥離して観察する状態が示されている。
【００２２】
一般に、電子顕微鏡による観察像の分解能は、試料を電子顕微鏡のポールピースに近づけることで高くなることが知られている。図７に示す状態の毛髪Ｈを観察する場合にも、分解能を高めることを目的として、毛髪Ｈをポールピースに近づけることが有利である。ところで電子顕微鏡の試料室は、できるだけ短時間で高真空状態を達成するために、その容積が可能な限り小さくなるように設計されている。したがって、試料台３０を上昇させて毛髪Ｈをポールピースに近づけた状態でマニピュレータ５０を操作してキューティクルＣを剥離しようとしても、試料室の容積の制約に起因して、マニピュレータ５０を操作することが不可能であるか、又は可能であったとしても極めて困難である場合が多い。このような場合、基台２０とともに試料台３０を降下・退避させて試料室の上部にマニピュレータ５０の操作用の空間を確保して、マニピュレータ５０のプローブ５１によるキューティクルＣの剥離操作を行い、キューティクルＣを毛髪Ｈから一部剥離した状態を実現させ、その状態を保持したまま基台２０とともに試料台３０を上昇させるという操作が行われる。上述したとおり、観察装置１０においては、基台２０をその可動軸であるＺ軸方向に動作させると、マニピュレータ５０はその動作に連動してＺ軸方向に動作するようになっている。したがって、降下・退避した状態の基台２０を上昇させるだけの簡単な操作で、マニピュレータ５０のプローブ５１と毛髪ＨのキューティクルＣとの相対的な位置を変えることなく、毛髪Ｈを容易にポールピースに近づけることができ、分解能を容易に高めることができる。これに対して、本明細書の従来技術の項で述べた図９に示す構造を有している観察装置の場合、オペレータが手動で試料台１３０を含む基台の上昇に連動させてマニピュレータ１５０の上昇動作を完璧に行うという、極めて高度で、かつ困難な操作が要求される。
【００２３】
図８（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の観察装置１０の別の利点を説明するものである。同図には、先に説明した図７と同様に、マニピュレータ５０のプローブ５１を用いて、毛髪Ｈの表面のキューティクルＣを一部剥離して観察する状態が示されている。ただし本実施形態においては、図７と異なり、剥離されたキューティクルＣの下側の部位を観察する。この操作を行う場合には、図８（ａ）に示すように、毛髪Ｈの上部に位置するキューティクルＣを剥離することが操作上容易である。しかし、毛髪Ｈの上部に位置するキューティクルＣを剥離した場合、その下側の部位は、一部剥離したキューティクルＣによって電子線に対して影になってしまうので、該部位の観察を行うことができない。これに対して本実施形態の観察装置１０を用いれば、キューティクルＣを一部剥離した状態を保持し、この状態下に、図８（ｂ）に示すように、基台２０をその可動軸であるＴ軸を中心として傾斜させることで、一部剥離したキューティクルＣの下側の部位に電子線Ｅを照射させることが可能となる。このよう本実施形態によれば、マニピュレータ５０のプローブ５１と毛髪ＨのキューティクルＣとの相対的な位置を変えることなく、電子線に対して影となってしまう部位を観察することが可能となる。
【００２４】
このように、観察装置１０によれば、マニピュレータ５０を、連結部材４０を介して基台に取り付けることで、マニピュレータ５０と試料である毛髪Ｈとの相対的な位置を変えることなく、試料台を自由に移動させることができ、これまでの観察装置では実質的に不可能であった各種の観察を容易に行うことができる。この利点に加え、観察装置１０には次の利点もある。すなわち、本明細書の従来技術の項で述べた図１０に示す観察装置では、試料台にマニピュレータを固定しているので、観察装置全体の寸法の制約上、試料の交換時には、試料室全体を大気系に開放して観察装置を取り出し、試料の交換を行う必要がある。このような交換作業に伴う試料室の真空状態への復帰には長時間（例えば２時間）を要し、作業効率が著しく低下する。これに対し、試料台にマニピュレータを固定していない本実施形態の観察装置１０では、試料の交換時に、試料室とは別個に設けられた、試料室よりも容積の非常に小さい試料交換室のみを大気系に開放すればよいので、真空状態への復帰は極めて短時間（例えば２分間）で完了する。このように、観察装置１０を電子顕微鏡に適用する場合には、試料の交換を短時間で完了できるという利点もある。
【００２５】
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば前記実施形態においては、観察装置１０が有する五軸の可動軸のうち、基台２０にＺ軸及びＴ軸を割り当て、試料台３０にＸ軸、Ｙ軸及びＲ軸を割り当てて、基台２０の可動軸の動作をマニピュレータ５０の動作と連動させたが、これに代えて、基台２０にＺ軸と、Ｔ軸と、Ｘ軸又はＹ軸とを割り当て、試料台３０にＲ軸と、Ｙ軸又はＸ軸とを割り当て、基台２０の可動軸の動作をマニピュレータ５０の動作と連動させてもよい。あるいは、基台２０にＺ軸と、Ｔ軸と、Ｘ軸と、Ｙ軸とを割り当て、試料台３０にＲ軸を割り当て、基台２０の可動軸の動作をマニピュレータ５０の動作と連動させてもよい。
【００２６】
また前記実施形態においては、観察装置１０は五軸の可動軸を有していたが、これに代えて、二軸以上四軸以下又は六軸以上の可動軸を有する観察装置となしてもよい。
【００２７】
また前記実施形態は、観察装置１０をＳＥＭに適用した例であるが、本発明の適用範囲はＳＥＭに限られず、他の顕微鏡、例えば集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いた走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ）や、光学顕微鏡にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の顕微鏡用観察装置の一実施形態における基台及び試料台を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図１に示す顕微鏡用観察装置における試料台の可動軸を示す平面図である。
【図３】図２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図１に示す顕微鏡用観察装置における基台の可動軸を示す側面図である。
【図４】図４は、連結部材にマイクロマニピュレータを取り付けた状態を示す斜視図である。
【図５】図５は、マニピュレータが架台部に取り付け固定された連結部材を、基台にネジによって取り付けてなる顕微鏡用観察装置の斜視図である。
【図６】図６（ａ）ないし（ｃ）は、マニピュレータの動作を示す模式図である。
【図７】図７は、図５に示す観察装置を用いて毛髪のキューティクルを観察する状態を示す模式図である。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、図５に示す観察装置を用いて毛髪のキューティクルを一部剥離してその下側の部位を観察する状態を示す模式図である。
【図９】図９は、従来の顕微鏡用観察装置を示す模式図である。
【図１０】図１０は、従来の顕微鏡用観察装置を示す模式図である。
【図１１】図１１（ａ）及び（ｂ）は、マニピュレータを用いて毛髪のキューティクルを剥離する状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  顕微鏡用観察装置
２０  基台
３０  試料台
３１  Ｘ−Ｙステージ
３２  回転ステージ
４０  連結部材
４１  架台部
４２  立設部
４３  横臥部
４４  取り付け部
５０  マニピュレータ
【図１】
2010128360.tif 000003
【図２】
2010128360.tif 000004
【図３】
2010128360.tif 000005
【図４】
2010128360.tif 000006
【図５】
2010128360.tif 000007
【図６】
2010128360.tif 000008
【図７】
2010128360.tif 000009
【図８】
2010128360.tif 000010
【図９】
2010128360.tif 000011
【図１０】
2010128360.tif 000012
【図１１】
2010128360.tif 000013