(57)【要約】【課題】  試料の断面観察形状に基づいて試料の立体画像を高い精度で生成可能な立体試料観察システムを提供する。【解決手段】  研磨用探針で試料の断面を研磨する研磨装置50、研磨された断面の形状を計測し、試料の断面画像を取得する計測装置10、断面画像を蓄積する断面画像記憶装置332、及び蓄積された断面画像に基づいて、試料の立体画像を生成する立体画像生成部350を備える。【選択図】    図１
2006349419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨用探針で試料の断面を研磨する研磨装置と、
前記研磨された断面の形状を計測し、前記試料の断面画像を取得する計測装置と、
前記断面画像を蓄積する断面画像記憶装置と、
前記蓄積された断面画像に基づいて、前記試料の立体画像を生成する立体画像生成部
とを備えることを特徴とする立体試料観察システム。
【請求項２】
前記研磨装置は前記研磨用探針に振動を加える研磨用振動子を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体試料観察システム。
【請求項３】
前記研磨装置は前記試料の断面に対して垂直方向における前記研磨用探針の研磨用探針位置を検知する研磨用デテクタを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の立体試料観察システム。
【請求項４】
前記研磨用探針位置に基づいて前記研磨用探針が前記試料に加える圧力を一定に保つ研磨用フィードバック機構を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の立体試料観察システム。
【請求項５】
前記研磨装置は前記研磨用探針に電圧を印可する電源を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の立体試料観察システム。
【請求項６】
前記計測装置は、前記断面上を走査する計測用探針を着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の立体試料観察システム。
【請求項７】
前記計測装置は前記計測用探針の前記垂直方向における前記計測用探針の計測用探針位置を検知する計測用デテクタを備えることを特徴とする請求項６に記載の立体試料観察システム。
【請求項８】
前記計測用探針位置に基づいて前記計測用探針が前記試料に加える圧力を一定に保つ計測用フィードバック機構を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の立体試料観察システム。
【請求項９】
前記計測装置は、前記試料に含まれる蛍光試料を観察することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の立体試料観察システム。
【請求項１０】
前記研磨装置及び前記計測装置が配置される基底部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の立体試料観察システム。
【請求項１１】
前記基底部上を移動し、前記研磨装置と前記計測装置との間で前記試料を搬送する搬送手段を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の立体試料観察システム。
【請求項１２】
前記研磨装置で前記試料を研磨する際の前記搬送手段の研磨時配置位置と、前記計測装置で前記試料を計測する際の前記搬送手段の計測時配置位置とを制御する搬送手段制御部を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の立体試料観察システム。
【請求項１３】
前記試料及び前記研磨用探針が視野に入る研磨装置用イメージセンサを更に備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の立体試料観察システム。
【請求項１４】
研磨用探針で試料の断面を研磨するステップ、及び前記研磨された断面の形状を計測して前記試料の断面画像を取得するステップを繰り返し、前記断面画像を蓄積するステップと、
前記蓄積された断面画像に基づいて、前記試料の立体画像を生成するステップ
とを含むことを特徴とする立体試料観察方法。
【請求項１５】
前記研磨するステップは、前記研磨用探針に振動を加える手順を含むことを特徴とする請求項１４に記載の立体試料観察方法。
【請求項１６】
前記研磨するステップは、前記試料の断面に対して垂直方向における前記研磨用探針の研磨用探針位置を一定に保つことにより、前記研磨用探針が前記試料に加える圧力を一定に保つ手順を含むことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の立体試料観察方法。
【請求項１７】
前記研磨するステップは、切削メスで前記試料の断面を表出させる手順を含むことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の立体試料観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体試料の観察技術に係り、特に立体試料観察システム及び立体試料観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡（SPM）は、真空中や液体中等の様々な測定環境下で半導体記憶装置やDNA等の微細な試料を可視化することを可能とし、ナノメーター以上の分解能を有する。また、SPMは試料を単に可視化する顕微鏡としての機能だけでなく、ナノマニュピレーション、ナノリソグラフィ、あるいはピコニュートンレベルでの結合力測定等が可能な加工装置としての機能をも有する。そのため、近年SPMはナノテクノロジーやバイオテクノロジーを牽引する重要なツールととらえられている（例えば特許文献1参照。）。しかしSPMは細胞等の複雑な組織を内部に有する試料の内部を直接観察することはできない。そのため、細胞等の内部組織の立体画像を取得するにはコンフォーカル光学顕微鏡が用いられていた。
【特許文献１】特開2005-106790号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
試料の断面形状に基づいて試料の立体画像を高い精度で生成可能な立体試料観察システム及び立体試料観察方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明の第1の特徴は、（イ）研磨用探針で試料の断面を研磨する研磨装置と、（ロ）研磨された断面の形状を計測し、試料の断面画像を取得する計測装置と、（ハ）断面画像を蓄積する断面画像記憶装置と、（ニ）蓄積された断面画像に基づいて、試料の立体画像を生成する立体画像生成部とを備える立体試料観察システムであることを要旨とする。
【０００５】
本発明の第2の特徴は、（イ）研磨用探針で試料の断面を研磨するステップ、及び研磨された断面の形状を計測して試料の断面画像を取得するステップを繰り返し、断面画像を蓄積するステップと、（ロ）蓄積された断面画像に基づいて、試料の立体画像を生成するステップとを含む立体試料観察方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、試料の断面形状に基づいて試料の立体画像を高い精度で生成可能な立体試料観察システム及び立体試料観察方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【０００８】
本発明の実施の形態に係る図1に示す立体試料観察システムは、研磨用探針で試料の断面を研磨する研磨装置50、研磨された断面の形状を計測し、試料の断面画像を取得する計測装置10、及び中央演算処理装置(CPU)100を備える。CPU100には、断面画像を蓄積する断面画像記憶装置332が接続される。またCPU100は蓄積された断面画像に基づいて試料の立体画像を生成する立体画像生成部350を有する。基底部34及び計測装置10は、図2に示すように、基底部34上に配置されている。
【０００９】
研磨装置50は図3に示す研磨用プローブ49を着脱可能に保持する。研磨用プローブ49は、板状の研磨用支持体42、研磨用支持体42に接続された弾性体である研磨用カンチレバー41、及び研磨用カンチレバー41の自由端側に固定され、試料に接触して試料表面を研磨する三角錐状の研磨用探針40を有する。研磨用プローブ49には原子間力顕微鏡(AFM)等のSPMに用いられるプローブ等が使用可能である。研磨装置50は、研磨用プローブ49を保持する研磨用アーム48、研磨用アーム48を保持し、研磨用プローブ49の配置位置を設定する研磨用アームヘッド81、及び研磨用アームヘッド81を基底部34上に保持する研磨用保持部82を有する。研磨用アームヘッド81は内部にモータ及びピエゾ圧電素子等を有しており、x, y, z方向の任意の位置に研磨用プローブ49を移動させる。また研磨装置50は研磨用アーム48内部に研磨用振動子45を有する。研磨用振動子45にはピエゾ圧電素子等が使用可能である。研磨用振動子45は研磨用プローブ49の研磨用カンチレバー41を振動させる。なお研磨用振動子45の配置位置は研磨用アーム48内部に限定されず、研磨用アーム48外部や研磨用アームヘッド81内部に配置されてもかまわない。
【００１０】
さらに研磨装置50は、研磨用カンチレバー41に波長780nmの赤色レーザビーム等を照射する研磨用レーザ源46、及び研磨用カンチレバー41から反射するレーザビームを検出する研磨用デテクタ47を備える。研磨用探針40が試料に触れると、研磨用カンチレバー41が試料に対して垂直な方向であるz方向に撓む。研磨用カンチレバー41が撓むと、研磨用デテクタ47に入射するレーザビームの入射角が変化する。研磨用デテクタ47はレーザビームの入射角を監視し、試料に対して垂直(z)方向における研磨用探針40の研磨用探針位置を検知する。ここで研磨用カンチレバー41が撓んだ場合に、研磨用探針40が試料に加える圧力は、研磨用カンチレバー41のバネ定数kに研磨用カンチレバー41の撓みΔzを乗じた値に比例する。したがって、1回の走査の間に研磨用デテクタ47に入射するレーザビームの入射角を一定に保ちながら研磨用プローブ49を試料表面で走査することにより、試料に一定の圧力を加えながら試料表面を研磨用探針40で研磨することが可能となる。
【００１１】
図2及び図4に示す計測装置10としては、AFM及び摩擦力顕微鏡(FFM)等のSPMが使用可能である。計測装置10は図2に示す基底部34上に配置された計測装置保持部23a, 23bを介して基底部34上に配置される。計測装置10は、図4に示すように、下部にプローブホルダ84を有するピエゾ素子83を備え、プローブホルダ84には計測用プローブ88が着脱可能に保持される。計測用プローブ88は、板状の計測用支持体85、計測用支持体85に接続された弾性体である計測用カンチレバー86、及び計測用カンチレバー86の自由端側に固定され、試料断面を走査する計測用探針87を有する。なお図4においては三角錐状の計測用探針87を示したが、カーボンナノチューブを計測用探針87に用いてもよい。ピエゾ素子83は試料表面において計測用プローブ88をx, y, z方向に走査させる。また計測装置10は、計測用カンチレバー86に波長780nmの赤色レーザビーム等を照射する計測用レーザ源91と、計測用カンチレバー86から反射するレーザビームを検出する計測用デテクタ92を備える。計測用デテクタ92はレーザビームの入射角に基づいて、計測用探針87の試料の断面に対して垂直(z)方向における計測用探針位置を検出する。
【００１２】
さらに計測装置10は図2に示す計測装置保持部23a, 23bに接するz方向駆動軸11a, 11b, 11c、及びz方向駆動軸11a, 11b, 11cのそれぞれを駆動する図4に示すz方向駆動部61a, 61b, 61cを備える。z方向駆動軸11a, 11b, 11cのそれぞれはz方向駆動部61a, 61b, 61cにより駆動され、計測装置保持部23a, 23b上における計測装置10のz方向の高さと傾きを設定する。z方向駆動軸11a, 11b, 11及びピエゾ素子83によって試料の表面近傍に近づけられた計測用プローブ88の計測用探針87は、試料の断面上を走査する。走査中、計測用カンチレバー86は試料の断面状態に応じてz方向に撓む。計測用デテクタ92は計測用カンチレバー86の撓みに応じて変位するレーザビームの計測用デテクタ92への入射角から試料の断面形状を検出する。
【００１３】
図2に示す基底部34上には一組のレール21a, 21bが配置され、レール21a, 21b上には搬送手段22が配置される。搬送手段22はサーボモータ、あるいはステッピングモータ等を内蔵し、図2及び図5に示すようにレール21a, 21b上を移動する。搬送手段22上には、試料等を保持するためのサンプルホルダ24が配置される。搬送手段22はレール21a, 21b上を移動することにより、試料を研磨装置50と計測装置10との間で搬送する。基底部34上には鉤型のレンズ保持アーム31が配置される。レンズ保持アーム31の先端は研磨用プローブ49の上部に達する。レンズ保持アーム31の先端には研磨用プローブ49の研磨用探針40で研磨される試料の拡大像を光学的に観察するため、それぞれ研磨用探針40と試料が視野に入る複数の対物レンズ33a, 33bを有するレボルバ32が配置される。またレンズ保持アーム31には対物レンズ33a, 33bのいずれかにより観察される試料の光学像を撮像する研磨装置用イメージセンサ27が配置される。また計測装置10には図4に示す計測用プローブ88の計測用探針87で走査される試料の拡大像を観察する計測装置用イメージセンサ28が配置される。研磨装置用イメージセンサ27及び計測装置用イメージセンサ28のそれぞれには電荷結合素子(CCD)カメラ等が使用可能であり、CCDカメラの光電変換機能により、立体試料の光学像の明暗を電圧の大小に変換し、縦方向及び横方向にマトリックス状に配置された複数の画素から構成されるデジタル画像である観察画像を取得する。
【００１４】
図1に示すCPU100は、研磨装置制御部323、研磨用フィードバック機構309、計測装置制御部324、計測用フィードバック機構325、搬送手段制御部311、断面画像取得部301、及び立体解像度カウンタ351をさらに有する。研磨装置制御部323は、図3に示す研磨装置50の研磨用アームヘッド81に電気信号を送り、研磨用プローブ49の図2に示すサンプルホルダ24上におけるz方向の高さと傾きを設定し、研磨用プローブ49をx, y, z方向に走査することにより試料を研磨し、試料の断面を表出させる指示を与える。また研磨装置制御部323は、研磨開始時の研磨用プローブ49のz方向の高さと、研磨用プローブ49を複数回走査した後の研磨終了時の研磨用プローブ49のz方向の高さと差から、試料の研磨深さを算出する。図1に示す研磨用フィードバック機構309は、図3に示す研磨用デテクタ47に入射するレーザビームの入射角を監視し、レーザビームの入射角が変動した場合には、レーザビームの入射角が一定となるよう研磨用アームヘッド81の配置位置を変更するように研磨装置制御部323に指示する。図1に示す計測装置制御部324は、図4に示す計測装置10のz方向駆動部61a, 61b, 61cのそれぞれに電気信号を送り、計測装置10の図2に示した搬送手段22上におけるz方向の高さと傾きを設定する指示を与える。さらに図1に示す計測装置制御部324は、図4に示すピエゾ素子83に電気信号を送り、計測用プローブ88をx, y, z方向に走査することにより、試料の断面形状を計測する指示を与える。図1に示す計測用フィードバック機構325は、図4に示す計測用デテクタ92に入射するレーザビームの入射角を監視し、レーザビームの入射角が変動した場合には、レーザビームの入射角が一定となるよう計測用プローブ88の配置位置を変更するようにピエゾ素子83に指示する。レーザビームの入射角を一定に保ちながら計測用プローブ88を試料表面で走査することにより、試料に一定の圧力を加えながら試料表面の状態を計測用探針87で計測することが可能となる。図1に示す搬送手段制御部311は、図2に示すレール21a, 21b上における搬送手段22の移動及び静止位置を設定する。また搬送手段制御部311は、研磨装置50及び計測装置10が動作中の搬送手段22の静止位置を記憶することにより、次回以降、試料の同じ場所が研磨及び計測されるように搬送手段22を研磨装置50と計測装置10との間で移動させる。図1に示す断面画像取得部301は、図4に示す計測装置10の計測用デテクタ92が検出したレーザビームの入射角の変位を基に試料の断面画像を取得する。図1に示す立体解像度カウンタ351は、研磨装置50による試料の研磨及び計測装置10による試料の断面形状の計測が行われた回数を監視する。立体画像生成部350は、複数の断面画像に基づいて試料の立体画像を生成する。
【００１５】
CPU100には、研磨深さ記憶装置333、断面画像記憶装置332、配置位置記憶装置334、一時記憶装置331、プログラム記憶装置330、入力装置312、及び出力装置341がさらに接続されている。研磨深さ記憶装置333は、研磨装置制御部323が算出する研磨深さを保存する。断面画像記憶装置332は、断面画像取得部301が取得した試料の断面画像を保存する。配置位置記憶装置334は、図2及び図5に示す搬送手段22の配置位置を記憶する。図1に示す一時記憶装置331は、CPU100による演算結果を逐次格納する。プログラム記憶装置330は、CPU100を制御するオペレーティングシステム等を保存する。研磨深さ記憶装置333、断面画像記憶装置332、一時記憶装置331、及びプログラム記憶装置330としては、例えば半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクや磁気テープなどのプログラムを記録する記録媒体等が使用可能である。入力装置340としては例えばキーボード、マウスやボイスデバイス等が使用可能であり、出力装置341としてはブラウン管モニタ、液晶モニタ、及びプリンタ等が使用可能である。
【００１６】
次に図6に示すフローチャートを用いて実施の形態に係る立体試料観察方法について説明する。なお以下において、試料として細胞を用いた例を説明する。
【００１７】
(a) ステップS101で、図7に示す複数の細胞51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h, 51iをホルマリン固定液に浸し、ホルマリン固定液を時々撹拌させながら最終的に固化させる。ホルマリン固定液が固化した後、固定された複数の細胞51a〜51iを複数のアルコール槽に順次通してゆき、複数の細胞51a〜51iのそれぞれの内部の水分をアルコールへ置換し、脱脂を行う。次に複数の細胞51a〜51iのそれぞれの内部のアルコールをクロロホルム、キシレン、及びキシレン代替品等の中間剤に置換する。その後、溶融パラフィンの中に複数の細胞51a〜51iを入れ、複数の細胞51a〜51iのそれぞれの内部の中間剤をパラフィンに置換する。
【００１８】
(b) ステップS102で溶融パラフィンを固化し、図8に示すように複数の細胞51a〜51iをパラフィン52で包埋し、パラフィンブロック43を作製する。ステップS103で図9に示すように、パラフィン52とパラフィン52の内部に包埋された細胞51a, 51b, 51cのそれぞれを超音波カッター、ミクロトーム、あるいはレーザーメス等の切削メス44で切削し、図10に示すように細胞51a, 51b, 51cのそれぞれの断面141a, 141b, 141cを表出させる。細胞51a, 51b, 51cの固定化が充分でない場合は、細胞51a, 51b, 51cのそれぞれの断面141a, 141b, 141cの上部から溶融パラフィンを滴下し、図11に示すように細胞51a, 51b, 51cのそれぞれの断面141a, 141b, 141cの上部に薄膜パラフィン55を固定してもよい。
【００１９】
(c) ステップS104で、パラフィンブロック43を図12に示すシャーレ56に配置し、シャーレ56内部を50%エタノール溶液、あるいはスラリー等の砥粒を含む溶液57で満たす。次にシャーレ56を図2に示す搬送手段22上のサンプルホルダ24に配置する。ステップS105で、入力装置312を介して立体解像度カウンタ351に立体画像の立体解像度Rを設定する。ここでは一例として、立体解像度R=24が設定されたものとする。さらに立体解像度カウンタ351は内部カウンタnに1を設定する。
【００２０】
(d) ステップS106で、図1に示す搬送手段制御部311により図2に示す搬送手段22をレール21a, 21b上で移動させ、図12に示すパラフィン52中の細胞51a, 51b, 51cを、研磨装置50の研磨用カンチレバー14の下部に配置する。細胞51a, 51b, 51cが、研磨用カンチレバー14の下部に配置されたか否かは、図2に示す研磨装置用イメージセンサ27で確認する。なお図6に示すループにおいて、1回目においては搬送手段制御部311は研磨装置50の下部に移動された搬送手段22の配置位置を研磨時配置位置として配置位置記憶装置334に保存し、2回目以降は搬送手段制御部311は配置位置記憶装置334から研磨時配置位置を読み出し、研磨時配置位置に搬送手段22を自動的に移動させる。
【００２１】
(e) ステップS107で、図1に示す研磨装置制御部323の指示により、研磨装置50に取り付けられた図12に示す研磨用プローブ49をパラフィンブロック43表面まで降下させる。研磨用カンチレバー14がパラフィンブロック43に接触した後、研磨用探針40で圧力を加えながらパラフィン52及び細胞51a, 51b, 51cの断面を研磨する。この際、研磨用振動子45によって研磨用カンチレバー41を共振周波数1〜500kHzでパラフィンブロック43に対して垂直方向に振幅1〜2nmで振動させる。また研磨用カンチレバー14の撓みを研磨用デテクタ47で監視し、走査中に研磨用カンチレバー14の撓みが一定となるよう、図1に示す研磨用フィードバック機構309で図12に示す研磨用カンチレバー14の配置位置を設定する。研磨用カンチレバー14の撓みを一定に保ちながら走査することにより、パラフィン52及び細胞51a, 51b, 51cのそれぞれに一定の圧力が加えられ、平坦に研磨される。研磨終了後、図1に示す研磨装置制御部323はパラフィン52及び細胞51a, 51b, 51cの研磨深さを研磨深さ記憶装置333に保存する。
【００２２】
(f) ステップS108で研磨用カンチレバー14をパラフィンブロック43表面から引き上げる。次に搬送手段22をレール21a, 21b上を移動させ、サンプルホルダ24を図5に示すように計測装置10の下部に配置する。なお図6に示すループにおいて、1回目においては搬送手段制御部311は計測装置10下部に移動後の搬送手段22の配置位置を計測時配置位置として配置位置記憶装置334に保存し、2回目以降は搬送手段制御部311は配置位置記憶装置334から計測時配置位置を読み出し、搬送手段22を計測時配置位置に自動的に移動させる。
【００２３】
(g) ステップS109で、図13に示すように、研磨された細胞51a, 51b, 51cのそれぞれの断面141a, 141b, 141cの形状を計測用探針87で計測する。断面141a, 141b, 141cのそれぞれは研磨装置50で平坦化されているが、内部の組織器官の界面において粘弾性等の物性が変化し、計測用探針87が界面を通過する際に一時的に計測用カンチレバー86の撓みに変化が生じる。したがって、計測用カンチレバー86の撓みに変化、あるいは計測用カンチレバー86の振幅に生じる位相のズレ等に基づいて断面141a, 141b, 141cの形状を計測する。なお、計測は溶液57中で行ってもよいし、溶液57を取り除いた後に大気中で行ってもよい。その後図1に示す断面画像取得部301は、計測された細胞51a, 51b, 51cのそれぞれの断面141a, 141b, 141cの形状を第n層の断面画像として取り込み、断面画像記憶装置332に保存する。
【００２４】
(h) ステップS110で、立体解像度カウンタ351は内部カウンタnに1を加算する。次にステップS111で、立体解像度カウンタ351は内部カウンタnの値が立体解像度Rの値以上であるか否かを判定する。内部カウンタnの値が立体解像度Rの値よりも小である場合は、再びステップS106に戻る。ステップS106からステップS110を繰り返すことにより、内部カウンタnの値が立体解像度Rの値である24以上になった場合には、ステップS112に進む。
【００２５】
(i) ステップS112で、立体画像生成部350は断面画像記憶装置332から図14に示す第1乃至第Rの断面画像101a, 101b, …, 101nを読み出す。また第1乃至第Rの断面画像101a, 101b, …, 101nのそれぞれを取得する間に研磨装置50が研磨したパラフィン52及び細胞51a, 51b, 51cの研磨深さを立体画像生成部350は研磨深さ記憶装置333から読み出す。次に立体画像生成部350は、第1乃至第Rの断面画像101a, 101b, …, 101nのx-y方向の座標位置をあわせ、研磨深さの間隔をおいて第1乃至第Rの断面画像101a, 101b, …, 101nを重ね合わせることにより、細胞51a, 51b, 51cの立体画像を生成する。生成された立体画像は出力装置341に出力され、実施の形態に係る立体試料観察方法を終了する。
【００２６】
以上示した実施の形態に係る立体試料観察システム及び立体試料観察方法によれば、図3に示す研磨用デテクタ47で研磨用カンチレバー41の撓みを監視することにより、一定の圧力を加えながら試料断面を研磨用探針40で研磨することが可能となる。そのため、細胞のように粘弾性が異なる複数の組織器官を内部に有する試料の断面も高い精度で平坦化することが可能となる。さらに研磨用振動子45で研磨用カンチレバー41を振動させることにより、粘弾性を有する試料の断面上を走査する場合も研磨用探針40が試料にトラップされることなく、試料断面を高精度に研磨することが可能となる。また図6のステップS107の研磨工程とステップS109の計測工程とを図1に示す研磨装置50と計測装置10とに分担させることにより、図3に示す研磨用カンチレバー41のバネ定数と図4に示す計測用カンチレバー86のバネ定数を異なるものにしたり、研磨工程と計測工程の測定環境をそれぞれ独立して液中、大気中、あるいは真空中等に設定することも可能となる。したがって、図1に示す計測装置10は研磨装置50とは独立した測定環境下で高い精度で試料の断面形状を計測可能であるため、取得される断面形状は極めて精度が高い。結果として、計測装置10によって取得される複数の断面形状に基づいて立体画像生成部350が生成する立体画像も極めて精度が高いものとなる。
【００２７】
（変形例）
図15に示す実施の形態の変形例においては、立体試料観察システムは表面に白金(Pt)あるいは金(Au)等の導電物質が堆積された研磨用探針40に負の電圧を印加し、溶液57に挿入された電極69に正の電圧を印可する電源120をさらに備える。電源120により研磨用探針40に負の電圧を印加することにより、研磨用探針40表面から電子が追い返され、正イオンが引き寄せられる。そのため研磨用探針40表面にはイオンシースが形成され、還元反応によりさらに効率的に細胞51a〜51cを研磨することが可能となる。
【００２８】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。例えば図3の説明において、三角錐状の研磨用探針40を有する研磨用プローブ49を用いる例を示した。これに対し、図16に示すように、板状の研磨用支持体242、研磨用支持体242に接続された研磨用カンチレバー241、及び研磨用カンチレバー241の端部に配置された末広がり状の研磨用探針240を有する研磨用プローブ249を用いてもよい。さらに研磨用支持体242の上部に研磨用振動子245を、研磨用支持体242の両側面に研磨用振動子246a, 246bをそれぞれ配置することにより、研磨用カンチレバー241を試料に対して垂直及び水平方向に振動させ、試料に超音波振動を与えて研磨してもよい。
【００２９】
また図8においては細胞51a〜51iをパラフィン52で包埋した例を示したが、細胞51a〜51iは溶融樹脂等で包埋してもよい。他に図17に示す寒天152中の細胞151を立体培養により増殖させ、増殖した細胞を研磨装置50で生きたまま研磨し、計測装置10で断面形状を計測してもよい。さらに実施の形態に係る立体試料観察システム及び立体試料観察方法が対象とする試料が細胞に限られないのは勿論である。図18(a)に示すような高分子フィルターあるいは珪藻等の多孔質部材89を図18(b)に示すように切断多孔質部材289aと切断多孔質部材289bとに分割した後、断面を研磨装置50の研磨用プローブ49で研磨し、計測装置10で断面形状を計測してもよい。また図1に示す計測装置10として蛍光顕微鏡を用いてもよい。この場合、例えば図19(a)に示すように細胞151内部の核53等の組織器官を蛍光標識した後、図19(b)に示すように細胞151の断面を表出させ、断面を研磨装置50で研磨し、蛍光顕微鏡で蛍光試料である核の図19(c)に示す蛍光反応153を計測してもよい。あるいは計測装置10としてFFMを用いてもよい。この場合、例えば図20(a)に示すように内部に核53等の組織器官を有する細胞151等をパラフィン52で固定した後、図20(b)に示すように細胞151の断面を表出させ、断面を研磨装置50で研磨し、図20(c)に示すように断面における粘弾性の分布をFFMで計測してもよい。FFMで得られる複数の断面画像に基づいて立体画像を図1に示す立体画像生成部350で生成することにより、粘弾性分布の立体画像の取得も可能となる。さらには計測用探針87表面をアビジン、DNA、アミン、あるいは抗体等の蛋白質で修飾することにより、試料断面に存在する生体物質との相互作用分布をマッピングし、得られたマッピングに基づいて立体画像を生成してもよい。例えばアビジンで計測用探針87を修飾すれば、ビオチンの分布をマッピングすることが可能である。またDNAで計測用探針87を修飾すれば、DNAと特異的に反応する蛋白質や相補的DNAの分布をマッピングすることが可能である。以上示したように、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明からは妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る立体試料観察システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る研磨装置及び計測装置を示す第１の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る研磨装置の模式図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る計測装置の模式図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る研磨装置及び計測装置を示す第２の斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る立体試料観察方法を示すフローチャート図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る立体試料観察方法の対象となる試料の第１の模式図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る立体試料観察方法の対象となる試料の第２の模式図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る立体試料観察方法の対象となる試料の第３の模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る立体試料観察方法の対象となる試料の第４の模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る立体試料観察方法の対象となる試料の第５の模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る立体試料観察方法の対象となる試料の第６の模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る立体試料観察方法の対象となる試料の第７の模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る立体試料観察方法で生成される複数の断面画像の模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態の変形例に係る立体試料観察方法の対象となる試料の模式図である。
【図１６】本発明のその他の実施の形態に係る研磨用プローブの模式図である。
【図１７】本発明のその他の実施の形態に係る立体試料観察方法の対象となる試料の第１の模式図である。
【図１８】本発明のその他の実施の形態に係る立体試料観察方法の対象となる試料の第２の模式図である。
【図１９】本発明のその他の実施の形態に係る立体試料観察方法の対象となる試料の第３の模式図である。
【図２０】本発明のその他の実施の形態に係る立体試料観察方法の対象となる試料の第４の模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
10…計測装置
11a, 11b, 11c…z方向駆動軸
14…研磨用カンチレバー
21a, 21b…レール
22…搬送手段
23a, 23b…計測装置保持部
24…サンプルホルダ
27…研磨装置用イメージセンサ
28…計測装置用イメージセンサ
31…レンズ保持アーム
32…レボルバ
33a, 33b…対物レンズ
34…基底部
40…研磨用探針
41…研磨用カンチレバー
42…研磨用支持体
43…パラフィンブロック
44…切削メス
45…研磨用振動子
46…研磨用レーザ源
47…研磨用デテクタ
48…研磨用アーム
49…研磨用プローブ
50…研磨装置
51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h, 51i…細胞
52…パラフィン
53…核
55…薄膜パラフィン
56…シャーレ
57…溶液
61a, 61b, 61c…z方向駆動部
69…電極
81…研磨用アームヘッド
82…研磨用保持部
83…ピエゾ素子
84…プローブホルダ
85…計測用支持体
86…計測用カンチレバー
87…計測用探針
88…計測用プローブ
89…多孔質部材
91…計測用レーザ源
92…計測用デテクタ
100…CPU
101a, 101b, 101n…断面画像
120…電源
141a, 141b, 141c…断面
151…細胞
152…寒天
153…蛍光反応
240…研磨用探針
241…研磨用カンチレバー
242…研磨用支持体
245…研磨用振動子
246a, 246b…研磨用振動子
249…研磨用プローブ
289a, 289b…切断多孔質部材
301…断面画像取得部
309…研磨用フィードバック機構
311…搬送手段制御部
312…入力装置
323…研磨装置制御部
324…計測装置制御部
325…計測用フィードバック機構
330…プログラム記憶装置
331…一時記憶装置
332…断面画像記憶装置
333…記憶装置
334…配置位置記憶装置
340…入力装置
341…出力装置
350…立体画像生成部
351…立体解像度カウンタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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