JP2012242790A - 試料観察方法、及びレンズホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】試料の所望の位置を観察することが可能な固浸レンズを用いた試料観察方法、及び固浸レンズを保持するレンズホルダを提供する。
【解決手段】保持部材６の凹部７内に配置された試料Ｓを観察する試料観察方法であって、凹部７内に光学部材３０を挿入して、光学部材３０の接触面３２を保持部材６の開口面９から突出させた状態で試料Ｓの上に光学部材３０を載置する工程と、光学部材３０の接触面３２の上に、固浸レンズ２０のレンズ下面２２を押し当てる工程と、固浸レンズ２０を光学部材３０の接触面３２に沿って移動させる工程とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、固浸レンズを用いた試料観察方法、及び固浸レンズを保持するレンズホルダに関する。

固浸レンズ（ＳＩＬ）は、超半球状の形状を有する微小なレンズである。固浸レンズを用いると倍率及び開口数（ＮＡ）が拡大されるので、空間分解能を高めることができる。これ故、試料の観察に固浸レンズを用いると、高い空間分解能で試料を観察することができる。

特許文献１には、試料の上への移動、設置及び位置決めを効率的に実行することが可能な固浸レンズの支持装置が記載されている。この支持装置は、レンズ下面が下部開口を通して下方に突出した状態で固定せずにフリーな状態で固浸レンズを保持するレンズホルダと、レンズホルダの上部開口に対して設けられ、固浸レンズ側となる押圧面下面が光軸に垂直な平面上にあって、固浸レンズの球面状のレンズ上面と一点接触するレンズ押圧面とによって、構成される。

特開２０１０−２８１９６０号公報

特許文献１に記載された支持装置では、固浸レンズのレンズ下面が試料の表面に光学的に密着した状態で観察が行われる。特許文献１に記載された支持装置により支持される固浸レンズには、レンズ上面側からレンズ下面側に向かってテーパ状に外径が小さくなるレンズ側面が形成されている。これ故、試料が保持部材の凹部に保持されている場合、試料の表面にレンズ下面を接触させようとすると、固浸レンズの可動範囲が制限される傾向にある。従って、固浸レンズを用いて試料を観察できる範囲が制限される場合があった。

本発明は、以上のような問題点を鑑みてなされたものであり、試料の所望の位置を観察することが可能な固浸レンズを用いた試料観察方法、及び固浸レンズを保持するレンズホルダを提供することを目的とする。

本発明の試料観察方法は、保持部材の凹部内に配置された試料を観察する試料観察方法であって、凹部内に光学部材を挿入して、光学部材の一端面を保持部材の開口面から突出させた状態で試料の上に光学部材を載置する工程と、光学部材の一端面の上に、固浸レンズの一端面を押し当てる工程と、固浸レンズを光学部材の一端面に沿って移動させる工程と、を備える。

本発明の試料観察方法では、凹部内に光学部材を挿入して、光学部材の一端面を保持部材の開口面から突出させた状態で試料の上に光学部材を載置する。そして、光学部材の一端面の上に固浸レンズの一端面を押し当てる。このように光学部材を介して試料を観察するので、固浸レンズの一端面を保持部材の凹部に挿入することなく、固浸レンズを用いて試料を観察することができる。また、一般的に、固浸レンズを用いて、試料を観察する場合、固浸レンズの中心軸上の一部の領域しか観察できない。そのため、固浸レンズの動作可能な範囲が制限されると、ＩＣソケットにより、試料を固浸レンズにより観察できない範囲が存在してしまうが、本発明の試料観察方法では、光学部材の一端面は、保持部材の開口面から突出している。これ故、保持部材の凹部により固浸レンズの動作可能な範囲が制限されることなく、光学部材の一端面の上において所望の位置に固浸レンズを移動させることができる。従って、本発明の試料観察方法によれば、試料の所望の位置を観察することができる。

また、本発明の試料観察方法は、光学部材の一端面と固浸レンズの一端面との間に、光学オイルを配置する工程をさらに備えていてもよい。このような工程を有することにより、試料からの光を減衰させることなく、試料から固浸レンズまで好適に光を通すことができる。さらに、固浸レンズを試料に対して位置決めさせるときに、レンズ下面が押し付けられている光学部材のレンズ押圧面に対して、固浸レンズの一端面を滑らかに移動させることができる。

また、本発明の試料観察方法は、光学部材の一端面の反対側にある他端面と試料との間に、光学オイルを配置する工程をさらに備えていてもよい。このような工程を有することにより、試料からの光を減衰させることなく、試料から固浸レンズまで好適に光を通すことができる。

本発明のレンズホルダは、保持部材の凹部内に配置された試料を観察するレンズホルダであって、第１レンズ面、第１レンズ面の反対側にある第２レンズ面、及び第１レンズ面側から第２レンズ面側に向かってテーパ状に外径が小さくなるレンズ側面を有する固浸レンズと、第２レンズ面と光学的に接続される接触面、接触面の反対側にあり試料と光学的に接続される対物面、及び接触面側に設けられたフランジ部を有する光学部材と、第１レンズ面を押圧する押圧面、レンズ側面と互いに接触して固浸レンズを支持するテーパ状の支持面及びフランジ部を収容するフランジ収容部が形成されたベースと、を備え、第２レンズ面は支持面の端部に設けられた開口から突出しており、ベースは、フランジ部が第２レンズ面に押し当てられた場合、押圧面によって固浸レンズのベースに対する移動が規制される一方で、光学部材がフランジ収容部に対して、第２レンズ面に沿った方向に移動可能に構成される。

本発明のレンズホルダは、固浸レンズの第２レンズ面と光学的に接続される接触面を有する光学部材を備えている。この光学部材を保持部材の凹部に挿入することによって試料を観察することができる。これ故、固浸レンズの第２レンズ面を保持部材の凹部に挿入することなく、固浸レンズを用いて試料を観察することができる。さらに、フランジ部が第２レンズ面に押し当てられた場合、押圧面によって固浸レンズのベースに対する移動が規制される。これ故、フランジ部が第２レンズ面に押し当てられた場合には、固浸レンズとベースとの相対的な位置関係が保持される。そして、光学部材がフランジ収容部に対して、第２レンズ面に沿った方向に移動可能に構成されている。これ故、フランジ部が第２レンズ面に押し当てられた場合には、固浸レンズとベースとの相対的な位置関係を保持しつつ、光学部材に対して移動させることができる。従って、本発明のレンズホルダによれば、試料の所望の位置を観察することができる。

また、本発明のレンズホルダは、開口から突出している固浸レンズの長さが、第１レンズ面から押圧面までの距離よりも長いことが好ましい。このような構成によれば、ベースと固浸レンズの第１レンズ面とが接触したとき、固浸レンズの第２レンズ面が支持部の開口から突出する。これ故、固浸レンズの第１レンズ面がベースの押圧面により押圧されることにより、固浸レンズの第２レンズ面が光学部材の接触面に押し当てられる。従って、固浸レンズの第２レンズ面を光学部材の接触面に沿って倣わせることができる。

また、本発明のレンズホルダは、フランジ収容部の高さは、フランジ部の厚さよりも大きいことが好ましい。このような構成によれば、相対的な位置関係が保持された固浸レンズ及びベースを、光学部材に対して第２レンズ面に沿った方向に移動させることができる。

本発明による固浸レンズを用いた試料観察方法、及び固浸レンズを保持するレンズホルダによれば、試料の所望の位置を観察することができる。

本実施形態に係るレンズホルダを備えた顕微鏡システムの一実施形態の構成を示す図である。 本実施形態に係る試料測定方法の一工程を説明するための図である。 本実施形態に係る試料測定方法の一工程を説明するための図である。 第２実施形態に係るレンズホルダの構成を説明するための図である。 第２実施形態に係る試料測定方法の一工程を説明するための図である。 第２実施形態に係る試料測定方法の一工程を説明するための図である。 固浸レンズの設計例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による試料観察方法、及びレンズホルダの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

＜第１実施形態＞
本実施形態に係る試料観察方法に用いられるレンズホルダを備えた顕微鏡システムについて説明する。図１は、顕微鏡システム５０を用いて試料Ｓを観察する構成の一例を示す図である。ここで、以下においては、説明の便宜のため固浸レンズ２０の光軸Ａに沿って、対物レンズ２側を上側とし、試料Ｓ側を下側として説明する。本実施形態では、顕微鏡システム５０を用いて保持部材６に配置された試料Ｓを観察する。保持部材６はレンズホルダ１の下側に配置されている。保持部材６は、ＩＣチップ等の試料Ｓを保持する部材であり、例えばＩＣソケットを用いることができる。保持部材６は、試料Ｓを保持するための、例えば底面８が矩形状の凹部７を有している。この凹部７の底面８には、略矩形平板状の試料Ｓが配置されている。

本実施形態の試料観察方法に用いられる顕微鏡システム５０は、レンズホルダ１、対物レンズ２、光学系３、及び光学部材３０を備えている。光学系３は、試料Ｓからの光を導く導光光学系等によって構成されるが、図１では、その具体的な構成は図示を省略する。光学系３の下側には、対物レンズ２が配置されている。対物レンズ２は、移動装置４に接続されている。移動装置４は、対物レンズ２を対物レンズの光軸に沿った方向に移動させる。対物レンズ２は互いに倍率が異なる複数の対物レンズをレボルバによって切り替えることができる構成を有していてもよい。対物レンズ２の下側にはレンズホルダ１が配置されている。

レンズホルダ１は、ベース１０と固浸レンズ２０とを備えている。固浸レンズ２０は、対物レンズ２と試料Ｓとの間に配置されている。固浸レンズ２０は、ベース１０により支持されている。このベース１０は固浸レンズ２０の光軸Ａと直交する方向に移動することができると共に、固浸レンズ２０の光軸Ａに沿った方向に移動することができる。本実施形態の固浸レンズ２０は、球面状のレンズ上面（第１レンズ面、他端面）２１、レンズ上面２１の反対側にあって平面状のレンズ下面（第２レンズ面、一端面）２２を有している。さらに、レンズ上面２１とレンズ下面２２との間には、レンズ上面２１からレンズ下面２２に向かってテーパ状に外径が小さくなるレンズ側面２３が形成されている。

ベース１０は、固浸レンズ２０を収容する収容部１１を有している。収容部１１は固浸レンズ２０の光軸Ａに沿った方向を中心軸として、固浸レンズ２０を収容可能に構成されている。例えば、収容部１１は筒形状に構成されている。ベース１０は、固浸レンズ２０のレンズ上面２１を押圧する押圧面１２を有している。押圧面１２は収容部１１の上側に設けられ、レンズ上面２１と一点接触するように平板状に構成されている。ベース１０は、収容部１１の下側に支持部１３を有している。支持部１３は、支持面１４と開口１５とを有している。支持部１３の支持面１４は、固浸レンズ２０のレンズ側面２３と接触している。支持部１３の支持面１４は、固浸レンズ２０の外形に対応してテーパ状に内径が小さくなるように形成されている。固浸レンズ２０のレンズ側面２３は支持面１４に対して固定されていないので、固浸レンズ２０は、固浸レンズ２０の光軸Ａに沿った方向に移動することができる。支持部１３において保持部材６に対向する面１６に、開口１５が形成されている。すなわち、支持面１４の端部に開口１５が形成されている。開口１５は円形状を有し、レンズ下面２２の外径よりも大きい内径を有している。支持部１３とレンズ側面２３とが接触した状態では、レンズ下面２２は開口１５から突出している。

レンズホルダ１は、ベース１０が有するアーム１７を介して移動装置５に接続されている。移動装置５は、レンズホルダ１をＸ軸方向（水平方向）、Ｘ軸と直交するＹ軸方向（水平方向）、Ｚ軸方向（固浸レンズ２０の光軸Ａの方向）に移動させることができる。移動装置５には、例えばＸＹＺステージを用いることができる。

固浸レンズ２０と、保持部材６の凹部７内に配置された試料Ｓとの間には、光学部材３０が配置されている。光学部材３０は対物面３１と、対物面３１の反対側にある接触面（端面）３２とを有している。対物面３１は試料Ｓと光学的に接続され、接触面３２は固浸レンズ２０のレンズ下面２２と光学的に接続される。なお、光学部材３０の対物面３１と試料Ｓとは直接に接続されてもよいし、光学部材３０の対物面３１と試料Ｓとの間に塗布された光学オイルを介して接続されてもよい。また、光学部材３０の接触面３２と固浸レンズ２０のレンズ下面２２とは直接に接続されてもよいし、接触面３２とレンズ下面２２との間に塗布された光学オイルを介して接続されてもよい。

光学部材３０は、保持部材６の凹部７に挿入可能な形状を有している。試料Ｓの上に対物面３１が接触するように光学部材３０を凹部７に載置したとき、光学部材３０の接触面３２は保持部材６の開口面９より突出する。すなわち、光学部材３０の長さＤに試料Ｓの厚さｄを加えた合計長さは、凹部７の深さＬ３よりも長い。ここで、光学部材３０の長さＤは対物面３１から接触面３２までの距離で規定され、凹部７の深さＬ３は保持部材６の開口面９から凹部７の底面８までの距離で規定される。また、光学部材３０は、固浸レンズ２０と略同一の屈折率を有する材料により構成される。例えば、光学部材３０は、シリコンからなる。

次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る顕微鏡システム５０を用いた試料観察方法について説明する。図２（ａ）を参照すると、第１の工程では、試料Ｓが凹部７の底面８に配置された保持部材６を用意する。次に、対物レンズ２の位置決めを実施する。対物レンズ２と試料Ｓとの間に固浸レンズ２０を配置しない状態で、試料Ｓが観察可能な位置に対物レンズ２の位置を調整する。なお、対物レンズ２の位置を固定して保持部材６の位置を調整してもよい。

図２（ｂ）を参照すると、第２の工程では、まず対物レンズ２を上側に移動させる。次に、光学部材３０を凹部７に挿入する。光学部材３０は凹部７に挿入可能な形状を有しているので、試料Ｓの上に光学部材３０の対物面３１が接触するように光学部材３０を凹部７内に載置することができる。このとき、試料Ｓと光学部材３０の対物面３１とを直接に接触させてもよい。また、試料Ｓの上及び対物面３１の少なくとも一方に光学オイルを塗布してから、試料Ｓと対物面３１とを接触させてもよい。

なお、上述した第１の工程及び第２の工程では、対物レンズ２の位置決めを実施した後に、凹部７に光学部材３０を挿入している。これに対して、試料Ｓが底面８に配置された保持部材６の凹部７に光学部材３０を挿入した後、試料Ｓと光学部材３０とが配置された保持部材６を対物レンズ２の下に配置してから、対物レンズ２の位置決めを実施してもよい。

図３（ａ）を参照すると、第３の工程では、レンズホルダ１を対物レンズ２と保持部材６との間に挿入する。次に、固浸レンズ２０の位置合わせを実施する。まず、移動装置４を操作して、レンズホルダ１の押圧面１２に対して対物レンズ２の焦点を合わせる。そして押圧面１２の像を観察しつつ移動装置５を操作して、押圧面１２の中心が視野の中心に位置するようにレンズホルダ１の位置を調整する。すなわち、対物レンズ２の光軸に対して固浸レンズ２０の光軸Ａを位置合わせする。これにより、固浸レンズ２０の水平方向の位置決めが終了する。次に、固浸レンズ２０のレンズ下面２２を光学部材３０の接触面３２に押し当てるように、Ｚ方向にレンズホルダ１を移動させる。レンズホルダ１をＺ方向に移動させて、固浸レンズ２０のレンズ下面２２を光学部材３０の接触面３２に接触させる。このとき、光学部材３０の接触面３２と固浸レンズ２０のレンズ下面２２とを直接に接触させてもよい。また、接触面３２及びレンズ下面２２の少なくとも一方に光学オイルを塗布してから、接触面３２とレンズ下面２２とを接触させてもよい。

さらにレンズホルダ１をＺ方向に移動させると、固浸レンズ２０が光学部材３０の接触面３２の上に接触して静止した状態で、レンズホルダ１のベース１０のみがＺ方向へと移動する。そして、固浸レンズ２０のレンズ上面２１が押圧面１２と一点接触すると、固浸レンズ２０は押圧面１２によって接触面３２に押し当てられる。この状態においてレンズホルダ１のＺ方向への移動を停止する。このレンズホルダ１の停止のタイミングは、対物レンズ２を介して観察される押圧面１２の像のボケ具合が変化しなくなったときのタイミングとすることができる。そして、移動装置４を操作して、対物レンズ２をＺ方向に移動させて対物レンズ２の焦点を試料Ｓに合わせる。これより、対物レンズ２と固浸レンズ２０とを介して試料Ｓを観察可能な状態となる。

図３（ｂ）を参照すると、第４の工程では、対物レンズ２及び固浸レンズ２０を光学部材３０の接触面３２を含む面に沿って移動させて、試料Ｓの所望の位置を観察する。このとき、固浸レンズ２０を含むレンズホルダ１と対物レンズ２とは、互いの相対的な位置関係を保持した状態で移動される。これにより、固浸レンズ２０を介して試料Ｓを観察しながら、試料Ｓの所望の位置に固浸レンズを移動させることができる。

なお、対物レンズ２及び固浸レンズ２０を介して試料Ｓの所望の位置を観察できる第４の工程において、対物レンズ２及び固浸レンズ２０を介して得られる試料Ｓの拡大した画像を見ながら、固浸レンズ２０の位置合わせを実施することができる。拡大した画像を見ながら固浸レンズ２０の位置合わせを実施することにより、精度良く固浸レンズ２０を位置合わせをすることができる。

また、本実施形態に係る顕微鏡システム５０を用いた試料観察方法では、試料Ｓからの反射光、試料Ｓからの発光、又は試料Ｓからの発熱を観察することができる。

本実施形態による試料測定方法によれば、凹部７の内部に光学部材３０を挿入して、試料Ｓの上に光学部材３０を載置する。このとき、光学部材３０の接触面３２は保持部材６の開口面９から突出している。そして、光学部材３０の接触面３２の上に固浸レンズ２０のレンズ下面２２を押し当てる。このように光学部材３０を介して試料Ｓを観察するので、固浸レンズ２０のレンズ下面２２を保持部材６の凹部７に挿入することなく、固浸レンズ２０を用いて試料Ｓを観察することができる。さらに光学部材３０の接触面３２は、保持部材６の開口面９から突出しているので、固浸レンズ２０は、保持部材６の凹部７により動作可能な範囲が制限されない。従って、光学部材３０の接触面３２の上において、所望の位置に固浸レンズ２０を移動させて、試料Ｓの所望の位置を観察することができる。

また、本実施形態による試料測定方法では、光学部材３０の接触面３２と、固浸レンズ２０のレンズ下面２２との間に、光学オイルを配置する工程をさらに備えていてもよい。このような工程を有することにより、試料Ｓから反射される光を減衰させることなく、試料Ｓから固浸レンズ２０まで好適に光を通すことができる。さらに、固浸レンズ２０を位置決めさせるときに、レンズ下面２２が押し付けられている光学部材３０の接触面３２に対して、固浸レンズ２０のレンズ下面２２を滑らかに移動させることができる。

また、本実施形態による試料測定方法では、光学部材３０の接触面３２の反対側にある対物面３１と試料Ｓとの間に、光学オイルを配置する工程をさらに備えていてもよい。このような工程を有することにより、試料Ｓから反射される光を減衰させることなく、試料Ｓから固浸レンズ２０まで好適に光を通すことができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る試料観察方法に用いられるレンズホルダを備えた顕微鏡システムについて説明する。図４は、固浸レンズ２０を備えたレンズホルダ１Ｂの一実施形態の構成を示す図である。本実施形態のレンズホルダ１Ｂは、以下の点で第１実施形態のレンズホルダ１と相違している。すなわち、光学部材３０ｂは接触面３２ｂ側の端部にフランジ部３３を有している。ベース１０ｂは光学部材３０ｂのフランジ部３３を支持するフランジ支持部１８を有している。第１実施形態ではレンズホルダ１と光学部材３０とは別部材であったが、本実施形態では光学部材３０ｂはベース１０ｂのフランジ支持部１８により支持される。従って、本実施形態のレンズホルダ１Ｂは、固浸レンズ２０と光学部材３０ｂとを内蔵している。

レンズホルダ１Ｂは、ベース１０ｂと、固浸レンズ２０と、光学部材３０ｂとを備えている。光学部材３０ｂは、フランジ部３３を有している。フランジ部３３の幅Ｌ６は、光学部材３０ｂにおいて保持部材６の凹部７に挿入される本体部分３４の幅Ｌ７よりも大きくなるように形成されている。ベース１Ｂは、フランジ支持部１８を有している。フランジ支持部１８は、支持部１３と連続するように形成されている。フランジ支持部１８は、フランジ収容部１８ａと開口１８ｂとを有している。フランジ収容部１８ａは、例えば筒状の形状を有している。フランジ収容部１８ａの高さＬ１１は、光学部材３０ｂのフランジ部３３の厚さＬ１２よりも大きくなるように形成されている。またフランジ収容部１８ａの幅Ｌ１３は、光学部材３０ｂのフランジ部３３の幅Ｌ６よりも大きくなるように形成されている。開口１８ｂの幅Ｌ８は、光学部材３０ｂの本体部分３４の幅Ｌ７よりも大きくなるように形成されている。

例えば、光学部材３０ｂの中心軸と開口１８ｂの中心とを一致させるように光学部材３０ｂをフランジ支持部１８内に配置したとき、開口１８ｂの支持面１８ｃと光学部材３０ｂの側面３４との間の距離Ｌ４は、レンズ下面２２の縁部の半径Ｌ５と略等しいことが望ましい。このように構成することで、固浸レンズ２０の光軸Ａを光学部材３０ｂの外縁まで移動させることができるので、観察可能な範囲を拡大することができる。また、光学部材３０ｂのフランジ部３３の幅Ｌ６は、保持部材６の凹部７に挿入される本体部分３４の幅Ｌ７にレンズ下面２２の半径Ｌ５の２倍の長さを加えた合計長さよりも長く形成されていることが望ましい。このように構成することにより、フランジ部１８の幅Ｌ６が開口１８ｂの幅Ｌ８より大きくなる。従って、フランジ支持部１８において光学部材３０ｂを支持することができる。

ここで、支持部１３とレンズ側面２３とが接触した状態では、レンズ下面２２は開口１５から長さＬ９だけ突出している。また、この状態では、ベース１Ｂの押圧面１２と固浸レンズ２０のレンズ上面２１との間には空隙２４が存在するように収容部１１の形状が設定されている。そして、開口１５から突出した固浸レンズ２０の長さＬ９が押圧面１２とレンズ上面２１との間の距離Ｌ１０よりも長くなるように、収容部１１、支持部１３及びフランジ支持部１８の形状が設定されている。

また、フランジ部３３の接触面３２ｂが第２レンズ面２２に押し当てられた状態では、固浸レンズ２０は開口１５から長さＬ９と長さＬ１０の差から算出される長さだけ突出する。そして、フランジ部３３の接触面３２ｂが第２レンズ面２２に押し当てられた状態では、ベース１０ｂと固浸レンズ２０との相対的な位置関係が保持される。

なお、光学部材３０ｂの接触面３２ｂと固浸レンズ２０のレンズ下面２２とが直接に接触されていてもよい。また、接触面３２ｂ及びレンズ下面２２の少なくとも一方に光学オイルが塗布されていてもよい。

次に、図５及び図６を参照して、本実施形態に係るレンズホルダ１Ｂを用いた試料観察方法について説明する。図５（ａ）を参照すると、第１の工程では試料Ｓが凹部７の底面８に配置された保持部材６を用意する。次に、第１実施形態の第１の工程と同様にして、対物レンズ２の位置決めを実施する。

図５（ｂ）を参照すると、第２の工程では、まず対物レンズ２を上側に移動させる。
続いて、レンズホルダ１Ｂを対物レンズ２と保持部材６との間に挿入する。そして、光学部材３０ｂを試料Ｓと接触するまで凹部７に挿入する。このとき、試料Ｓと光学部材３０ｂの対物面３１ｂとを直接に接触させてもよい。また、試料Ｓの上及び対物面３１ｂの少なくとも一方に光学オイルを塗布してから、試料Ｓと対物面３１ｂとを接触させてもよい。

図６（ａ）を参照すると、第３の工程では、まず、移動装置４を操作して、レンズホルダ１Ｂの押圧面１２に対して対物レンズ２の焦点を合わせる。そして押圧面１２の像を観察しつつ移動装置５を操作して、押圧面１２の中心が視野の中心に位置するようにレンズホルダ１Ｂの位置を調整する。これにより、固浸レンズ２０の水平方向の位置決めが終了する。レンズホルダ１ＢをＺ方向に移動させると、固浸レンズ２０が光学部材３０ｂの接触面３２ｂの上に静止した状態で、レンズホルダ１Ｂのベース１０ｂのみがＺ方向へと移動する。そして、固浸レンズ２０のレンズ上面２１が押圧面１２と一点接触すると、固浸レンズ２０は押圧面１２によって接触面３２ｂに押し当てられる。この状態においてレンズホルダ１のＺ方向への移動を停止する。このレンズホルダ１Ｂの停止のタイミングは、対物レンズ２を介して観察される押圧面１２の像のボケ具合が変化しなくなったときのタイミングとすることができる。そして、移動装置４を操作して、対物レンズ２をＺ方向に移動させて試料Ｓに対して対物レンズ２の焦点を合わせる。これより、対物レンズ２と固浸レンズ２０とを介して試料Ｓを観察可能な状態となる。

図６（ｂ）を参照すると、第４の工程では、対物レンズ２及び固浸レンズ２０を光学部材３０ｂの接触面３２ｂを含む面に沿って移動させて、試料Ｓの所望の位置を観察する。このとき、固浸レンズ２０を含むレンズホルダ１Ｂと対物レンズ２とは、互いの相対的な位置関係を保持した状態で移動される。一方、光学部材３０ｂが保持部材６の凹部７に挿入されると、光学部材３０ｂは接触面３２ｂに沿った方向への移動が規制される。相対的な位置関係が保持されたベース１０ｂ及び固浸レンズ２０と光学部材３０ｂとは、互いに固定されていない第２レンズ面２２と接触面３２ｂとを介して光学的に接続されている。そのため、移動が規制された光学部材３０ｂに対して、固浸レンズ２０を内蔵するレンズホルダ１Ｂを移動させることができる。

本実施形態のレンズホルダ１Ｂは、固浸レンズ２０のレンズ下面２２と光学的に接続される接触面３２ｂを有する光学部材３０ｂを備えている。この光学部材３０ｂを介して試料Ｓを観察するので、固浸レンズ２０のレンズ下面２２を保持部材６の凹部７に挿入することなく、固浸レンズ２０を用いて試料Ｓを観察することができる。さらに、フランジ部３３が第２レンズ面２２に押し当てられた場合、押圧面１２によって固浸レンズ２０のベース１０ｂに対する移動が規制される。これ故、フランジ部３３が第２レンズ面２２に押し当てられた場合には、固浸レンズ２０とベース１０ｂとの相対的な位置関係が保持される。そして、光学部材３０ｂがフランジ収容部１８に対して、第２レンズ面２２に沿った方向に移動可能に構成されている。これ故、固浸レンズ２０とベース１０ｂとの相対的な位置関係を保持しつつ、これらを光学部材３０ｂに対して移動させることができる。従って、実施形態のレンズホルダ１Ｂによれば、試料Ｓの任意の位置を観察することができる。

また、本実施形態のレンズホルダ１Ｂは、開口１５から突出している固浸レンズ２０の長さが、固浸レンズ２０のレンズ側面２３が支持面１４に接触したときのレンズ上面２１から押圧面１２までの距離よりも長いことが好ましい。このような構成によれば、ベース１０ｂの押圧面１２と固浸レンズ２０のレンズ上面２１とが接触したとき、開口１５から固浸レンズ２０が突出する。これ故、光学部材３０ｂを保持部材６の凹部７に挿入したときに、固浸レンズ２０のレンズ上面２１がベース１０ｂの押圧面１２により押圧されることにより、固浸レンズ２０のレンズ下面２２が光学部材３０ｂの接触面３２ｂに押し当てられる。従って、固浸レンズ２０のレンズ下面２２を光学部材３０ｂの接触面３２ｂに沿って倣わせることができる。

また、本実施形態のレンズホルダ１Ｂは、フランジ収容部１８ａの高さＬ１１は、フランジ部３３の厚さＬ１２よりも長いことが好ましい。このような構成によれば、相対的な位置関係が保持された固浸レンズ２０及びベース１０ｂを、光学部材３０ｂに対して第２レンズ面２２に沿った方向に移動させることができる。

＜実施例＞
固浸レンズ２０の詳細な設計例について説明する。図１に示される固浸レンズ２０の結像性能が最適となる条件は、固浸レンズ２０、光学部材３０及び試料Ｓにおける寸法値が下記の式（１）を満たす場合である。ここでＲはレンズ上面２１の曲率半径であり、Ｄは光学部材３０の長さであり、ｄは試料Ｓの厚さである。さらに、ｔは固浸レンズ２０の光軸Ａにおける厚さである。すなわち、ｔは光軸Ａに沿った方向におけるレンズ上面２１からレンズ下面２２までの長さである。例えば、試料の厚さｄは０．０５ｍｍから０．８ｍｍの範囲である。また、光学部材３０の長さＤは、保持部材６の凹部７の深さＬ３よりも長い。例えば、光学部材３０の長さＤは４ｍｍである。保持部材６の凹部７の深さＬ３は通常、数ｍｍである。
Ｒ＝ｔ＋ｄ＋Ｄ…（１）

図７は、固浸レンズ２０、光学部材３０及び試料Ｓにおける寸法値とストレール比との関係を示すグラフである。ここでは、固浸レンズ２０は赤外線用固浸レンズであるとし、開口数（ＮＡ）は２．５とする。図７を確認すると、ｔ＋ｄ＋Ｄ−Ｒで示される横軸の数値が０のとき、すなわち上述した式（１）を満足するときにストレール比が最大になるので、固浸レンズ２０の結像性能が最適になることがわかった。

従来の固浸レンズでは固浸レンズの光軸における固浸レンズ厚さは、固浸レンズの曲率半径と試料の厚さとの差で算出される数値が最適であった。本実施形態では、光学部材３０を介して試料Ｓを観察する。固浸レンズ２０の厚さｔは、下記の式（２）に示されるように、固浸レンズ２０の曲率半径Ｒと試料Ｓの厚さｔとの差で算出される長さから、さらに光学部材３０の長さＤを引いた長さになる。従って、本実施形態の固浸レンズ２０は、従来の固浸レンズよりも光軸におけるレンズの厚さを薄くすることができる。
ｔ＝Ｒ−ｄ−Ｄ…（２）

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、他に様々な変形が可能である。前述した光学部材３０の形状は、例えば接触面３２と互いに平行な平面で切断したときの断面形状が矩形状である直方体であってもよいし、例えば接触面３２と互いに平行な平面で切断したときの断面形状が円形状である円筒形状であってもよい。また、光学部材３０ｂの本体部分３４の形状は、例えば接触面３２ｂと互いに平行な平面で切断したときの断面形状が矩形状である直方体であってもよいし、例えば接触面３２ｂと互いに平行な平面で切断したときの断面形状が円形状である円筒形状であってもよい。

１、１０ｂ…レンズホルダ、２…対物レンズ、３…光学系、４、５…移動装置、６…保持部材、７…凹部、８…底面、９…開口面、１０、１０ｂ…ベース、１１…収容部、１２…押圧面、１３…支持部、１４…支持面、１５…開口、１７…アーム、１８…フランジ支持部、２０…固浸レンズ、２１…レンズ上面、２２…レンズ下面、２３…レンズ側面、３０、３０ｂ…光学部材、３１、３１ｂ…対物面、３２、３２ｂ…接触面、３３…フランジ部、５０…顕微鏡システム、Ｄ…光学部材の長さ、ｔ…固浸レンズの厚さ、ｄ…試料の厚さ、Ｒ…固浸レンズの曲率半径。

Claims (6)

1. 保持部材の凹部内に配置された試料を観察する試料観察方法であって、
   前記凹部内に光学部材を挿入して、前記光学部材の一端面を前記保持部材の開口面から突出させた状態で前記試料の上に前記光学部材を載置する工程と、
   前記光学部材の前記一端面の上に、固浸レンズの一端面を押し当てる工程と、
   前記固浸レンズを前記光学部材の前記一端面に沿って移動させる工程と、
   を備えることを特徴とする、試料観察方法。
2. 前記光学部材の前記一端面と、前記固浸レンズの前記一端面との間に、光学オイルを配置する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の試料観察方法。
3. 前記光学部材の前記一端面の反対側にある他端面と前記試料との間に、光学オイルを配置する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の試料観察方法。
4. 保持部材の凹部内に配置された試料を観察するレンズホルダであって、
   第１レンズ面、前記第１レンズ面の反対側にある第２レンズ面、及び前記第１レンズ面側から前記第２レンズ面側に向かってテーパ状に外径が小さくなるレンズ側面を有する固浸レンズと、
   前記第２レンズ面と光学的に接続される接触面、前記接触面の反対側にあり前記試料と光学的に接続される対物面、及び前記接触面側に設けられたフランジ部を有する光学部材と、
   前記第１レンズ面を押圧する押圧面、前記レンズ側面と互いに接触して前記固浸レンズを支持するテーパ状の支持面及び前記フランジ部を収容するフランジ収容部が形成されたベースと、
   を備え、
   前記第２レンズ面は前記支持面の端部に設けられた開口から突出しており、
   前記ベースは、
   前記フランジ部が前記第２レンズ面に押し当てられた場合、前記押圧面によって前記固浸レンズの前記ベースに対する移動が規制される一方で、前記光学部材が前記フランジ収容部に対して、前記第２レンズ面に沿った方向に移動可能に構成されることを特徴とする、レンズホルダ。
5. 前記開口から突出している前記固浸レンズの長さは、前記第１レンズ面から前記押圧面までの距離よりも長いことを特徴とする、請求項４に記載のレンズホルダ。
6. 前記フランジ収容部の高さは、前記フランジ部の厚さよりも大きいことを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載のレンズホルダ。

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