JP2014175276A - 荷電粒子線装置、試料観察方法、試料台、観察システム、および発光部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】荷電粒子線が照射される試料が直接または所定の部材を介して配置された発光部材に、試料の内部を透過または散乱してきた荷電粒子が入射することによって生じる光を検出することで、試料の透過荷電粒子像を生成する。
【選択図】 図2
Description
はじめに、本実施例の概要に関して説明する。本実施例では、試料内部を透過または散乱した荷電粒子線を光に変換し、その光を検出することで透過荷電粒子線像を生成する荷電粒子顕微鏡、観察システムについて説明する。より具体的には、試料が載置される試料台の少なくとも一部は荷電粒子線の照射により発光する発光部材で形成され、当該発光部材上にある試料を透過または散乱した荷電粒子線が当該発光部材に照射されることで光が発生し、その光を荷電粒子顕微鏡に備えられた検出器で検知することで、透過荷電粒子線像を生成する。つまり、本実施例では試料を透過した荷電粒子線を直接検出するのではなく、光に変換して検出する。以下に詳述するように、荷電粒子線を光に変換する発光部材には外部から接続される電源ケーブルや信号線等の配線が不要である。そのため、同じ試料台を用いて荷電粒子線顕微鏡とその他の装置で観察することができ、装置間の試料の移動に際して電気配線を外すという非常に手間な作業が不要となる。また、発光部材自体または発光部材を有する試料台を簡単に装置に着脱できるので、どのような試料でも簡単に試料を試料台にセットすることが出来る。特に、顕微鏡観察用の試料台上で試料自体を培養させる必要がある培養細胞などを観察する場合に非常に有効である。
図2を用いて、本実施例における試料台の詳細について説明する。本実施例の試料台は荷電粒子線を光に変換する検出素子500とそれを支持する土台501(透明である場合には透明部材ともいう)から構成される。光学顕微鏡での観察と荷電粒子顕微鏡での観察を同じ試料台で行う場合には、検出素子500と土台501は透明であることが望ましい。試料6は検出素子500上に直接搭載される。または、後述するように膜などの部材を介して間接に搭載されても良い。土台501は、理想的には無色透明であるが、多少の色が混在されていてもかまわない。土台501としては、透明ガラス、透明プラスチック、透明の結晶体などである。蛍光顕微鏡などで観察したい場合は、蛍光が吸収されない方がよいのでプラスチックがよい。本実施例の試料台では、少なくとも、試料が配置される箇所と試料台において試料が配置される箇所と対向する面との間にある検出素子と土台501とが「透明」であれば光学的な顕微鏡観察が可能である。なお、後述するように土台501は必ずしもなくともよい。
以下で、本実施例の試料台を用いた光検出方法及び透過荷電粒子線が取得可能な原理について説明する。図13に、検出素子500上に試料6が配置されている状態を示している。試料台の下には光検出器503を示している。光検出器503は検出素子500からの光信号を電気信号に変換または増幅することが可能である。変換または増幅された電気信号は通信線を介して制御部やコンピュータに入力され、これらの制御系により画像化される。取得された画像(透過荷電粒子線画像)はモニタ等に表示されてもよい。
ここで、図17に、一般的な荷電粒子線装置に本実施例の試料台を搭載した装置を記載する。荷電粒子顕微鏡は、主として、荷電粒子光学鏡筒2、荷電粒子光学鏡筒を装置設置面に対して支持する筐体7(以下、真空室と称することもある)およびこれらを制御する制御系によって構成される。荷電粒子顕微鏡の使用時には荷電粒子光学鏡筒2と筐体7の内部は真空ポンプ4により真空排気される。真空ポンプ4の起動および停止動作も制御系により制御される。図中、真空ポンプ4は一つのみ示されているが、二つ以上あってもよい。
次に、図18を用いて、大気圧下で観察可能な荷電粒子線装置に本実施例を適応した構成を説明する。本実施例の荷電粒子線装置は、主として、荷電粒子光学鏡筒2、荷電粒子光学鏡筒を装置設置面に対して支持する第1の筐体(以下、真空室と称することもある)7、第1の筐体7に挿入して使用される第2の筐体(以下、アタッチメントと称することもある)121、第2の筐体内に配置される試料ステージ5、およびこれらを制御する制御系によって構成される。制御系などの基本的な構成は図18と同等なので詳細な説明は省略する。
図19に、光学顕微鏡にて観察する場合を示す。はじめに、光学顕微鏡250に関して説明する。光学顕微鏡250は対物レンズ252などの光学レンズを備える。光学レンズを経由した顕微鏡情報は接眼レンズ207に投影される。または、CCDカメラなどによってディジタル信号に変換され図示しないモニタに表示させてもよい。本実施例における試料台600は光学顕微鏡の光軸251に対して図中横方向か紙面方向に動かすことが可能なXY駆動機構や対物レンズ252との距離を変更することが可能なZ軸駆動機構などの駆動機構204を備えた試料ステージ258上に配置される。試料ステージ258上の光学顕微鏡の光軸251部周辺には開口部259があり、その開口部の上に本実施例の試料台600が配置される。光学顕微鏡250には白色光や紫外光や波長が制御された光やレーザなどの光子線を発することが可能な光源を備える。光源は図中試料台600の上側から光を照射するための光源255、または試料台600の下側から光を照射するための光源256などである。なお、光源は光学顕微鏡250が配置された部屋の光源や太陽光などでもかまわない。なお、光源は図示しない通信線や電線などによって光の光量及び消灯点灯用の電源が供給・制御される。図では上記説明した2か所に光源が配置されているが最低1つあればよい。以上、2つの光源位置を例にあげたが、上記以外の場所に配置されてもよい。試料台上の試料6の観察倍率または焦点位置を変更するために光学顕微鏡250は光学レンズ駆動機構253を有する。光学レンズ駆動機構253によって対物レンズ252を光学顕微鏡の光軸251方向に動かすことによって、試料台600上の試料6に焦点を合わせることができる。また、図示しないが対物レンズ252ではなく、光学顕微鏡250内部の光学レンズが光軸251方向に動くことによって焦点を変えてもよい。
実施例1では、個別に配置された光学顕微鏡と荷電粒子線顕微鏡に同じ試料台600を用いることに関して説明した。以下では、光学顕微鏡と荷電粒子線顕微鏡が一体化された複合顕微鏡装置構成に関して説明する。また、光検出素子503は試料台直下にあるが、前述の通り、光が検出できる場所であればどこにあってもかまわない。
100:ガス供給管、101:ガス制御用バルブ、102:連結部、103:ガスボンベまたは真空ポンプ、104:圧力調整弁、107:支持板、108:操作つまみ、109:操作つまみ、121:第2筐体、122:蓋部材、123,124,125,126,128,129:真空封止部材、154:信号増幅器、155:保持部材、156,157,158:信号線、159:隔膜保持土台、
200:荷電粒子線の光軸、204:駆動機構、207:接眼レンズ、208:電気接続部、209:配線、250:光学顕微鏡、251:光学顕微鏡の光軸、252:対物レンズ、253:光学レンズ駆動機構、254:CCDカメラ、255、256、257:光源、258:試料ステージ、259:開口部、260:光学顕微鏡位置調整機構、263:ベース又はレール又はガイド、267:微粒子試料、268:つなぎ部、269:柱、270:土台、271:筐体、272:ノズル、273:支え、274:支え、
500:検出素子、501:土台、502:薄い膜、503:光検出器、504:側壁、505:プリアンプ基板、506:突起、507:配線、508:密度が高い部分、509:密度が低い部分、510:一次荷電粒子線、511:一次荷電粒子線、
600:試料台、601:荷電粒子線顕微鏡、602:光学顕微鏡、603:光源、604:荷電粒子線検出器、606:光学顕微鏡の光軸、607:開口部、608:光反射部、609:観察部位、700:容器、701:培地、
800:光検出器、801:光伝達路、802:信号増幅回路、803:穴、804:光反射材、805:土台、806:培養液、807:培養細胞、808:培養容器、809:光反射材、810:光反射材、811:光伝達経路、812:試料接着層、813:発光領域、814:発光、815:光反射部、816:反射光、817:支え
Claims (22)
- 一次荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子光学鏡筒と、
前記試料の内部を透過または散乱してきた荷電粒子によって発光する発光部材または当該発光部材を有する試料台を着脱可能に配置する試料ステージと、
前記発光部材の発光を検出する検出器と、を有することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項1に記載の荷電粒子線装置において、
前記検出器からの信号によって前記試料の透過荷電粒子像を生成する制御部と、を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項1に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料を格納する筺体を有し、
前記検出器は、前記荷電粒子光学鏡筒もしくは前記筺体のいずれか、または前記荷電粒子光学鏡筒と前記筺体の両方に具備されることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項1に記載の荷電粒子線装置において、
前記検出器は光電子増倍管であることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項4に記載の荷電粒子線装置において、
前記発光部材と前記検出器との間に、前記発光部材の発光を伝達する光伝達路を有することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項4に記載の荷電粒子線装置において、
前記発光部材の発光を伝達する光伝達路は前記荷電粒子光学鏡筒と前記試料との間に具備され、
前記光伝達路は前記一次荷電粒子線を通過させることが可能な穴を有することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項1に記載の荷電粒子線装置において、
前記検出器は、前記荷電粒子光学鏡筒と前記試料との間に具備された半導体検出器であることを特徴とする荷電粒子線装置。 - 荷電粒子線を照射することによって試料を観察する試料観察方法において、
試料台の少なくとも一部をなし前記試料の内部を透過または散乱してきた荷電粒子によって発光する発光部材の上に直接または所定の部材を介して配置された前記試料に対して、前記荷電粒子線を照射するステップと、
前記発光部材の発光を検出して荷電粒子線顕微鏡画像を取得するステップと、を有することを特徴とする試料観察方法。 - 請求項8に記載の試料観察方法において、
前記試料は生体試料であって、
固体または液体または気体の栄養材を含む培地を前記試料と共に前記発光部材に配置するステップと、
前記試料を前記発光部材の上で培養または増殖させるステップと、を少なくとも有することにより、
前記発光部材の上に直接または所定の部材を介して前記試料を配置するステップをさらに有することを特徴とする試料観察方法。 - 請求項8に記載の試料観察方法において、
前記試料を液体の中に配置するステップと、
前記液体を前記発光部材の上に付着させるステップと、を少なくとも有することにより、
前記発光部材の上に直接または所定の部材を介して前記試料を配置するステップをさらに有することを特徴とする試料観察方法。 - 請求項8に記載の試料観察方法において、
前記試料を切片化するステップと、
前記切片化された試料を前記発光部材上に搭載するステップと、を少なくとも有することにより、
前記発光部材の上に直接または所定の部材を介して前記試料を配置するステップをさらに有することを特徴とする試料観察方法。 - 荷電粒子線を照射することによって観察される試料が搭載される試料台であって、
当該試料台の少なくとも一部をなし、前記試料の内部を透過または散乱してきた荷電粒子によって発光する発光部材を有することを特徴とする試料台。 - 請求項12に記載の試料台において、
前記発光部材の上に、直接または所定の部材を介して前記試料が配置されることを特徴とする試料台。 - 請求項12に記載の試料台において、
前記発光部材からの発光が可視光、紫外光、赤外光のうち特定のまたは任意のいずれかの波長領域であることを特徴とする試料台。 - 請求項12に記載の試料台において、
前記発光部材で生じた光を反射する反射材を有することを特徴とする試料台。 - 請求項12に記載の試料台において、
当該試料台は少なくとも凹形状である部分を有し、前記凹形状の凹部に前記試料が配置されることを特徴とする試料台。 - 請求項12に記載の試料台において、
前記試料が載置される面に、前記試料台の帯電を防止する帯電防止部材を有することを特徴とする試料台。 - 請求項12に記載の試料台において、
前記試料が載置される面に、当該試料台と前記試料との密着性を高める材料がコーティングされていることを特徴とする試料台。 - 請求項18に記載の試料台において、
当該試料台と前記試料との密着性を高める材料は正の荷電状態の分子であることを特徴とする試料台。 - 一次荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子光学鏡筒と、
前記試料の内部を透過または散乱してきた荷電粒子によって発光する発光部材または当該発光部材を有する試料台と、
前記試料台を着脱可能に配置する試料ステージと、
前記発光部材の発光を検出する検出器と、を有することを特徴とする観察システム。 - 荷電粒子線が照射される試料が直接または所定の部材を介して配置される部分を有し、
前記試料の内部を透過または散乱してきた荷電粒子によって発光することを特徴とする発光部材。 - 荷電粒子線源で発生した一次荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子光学鏡筒と、
前記試料を載置する試料台を配置する試料ステージと、
前記試料の横方向または前記試料より前記荷電粒子線源側に配置された検出器と、
前記検出器で検出された信号によって前記試料の透過荷電粒子像を生成する制御部と、を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
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