薄切片作製装置、及び薄切片の作製方法
【課題】カッターを交換した際に、包埋ブロックを不必要に切削してしまうことなく、位置調整して、薄切片を作製すること可能な薄切片作製装置及び薄切片の作製方法を提供する。
【解決手段】薄切片作製装置１は、包埋ブロックＢを固定する試料台２と、包埋ブロックＢに対してカッター４を、作製する薄切片の厚さ方向Ｙに所定の移動量だけ相対的に移動させる送り手段８と、包埋ブロックＢに対してカッター４を、切削方向Ｘに相対的に往復させる切削手段３と、切削手段３によるカッター４の往復に伴って、包埋ブロックＢが切削されることで形成される切削面Ｂ２の状態を検出し、検出データとして出力する切削面検出手段１０とを備える。
【解決手段】薄切片作製装置１は、包埋ブロックＢを固定する試料台２と、包埋ブロックＢに対してカッター４を、作製する薄切片の厚さ方向Ｙに所定の移動量だけ相対的に移動させる送り手段８と、包埋ブロックＢに対してカッター４を、切削方向Ｘに相対的に往復させる切削手段３と、切削手段３によるカッター４の往復に伴って、包埋ブロックＢが切削されることで形成される切削面Ｂ２の状態を検出し、検出データとして出力する切削面検出手段１０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体や実験動物等から取り出した生体試料を包埋した包埋ブロックを切削して薄切片を作製する薄切片作製装置及び薄切片の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、人体や実験動物等から取り出した生体試料を検査、観察する方法の１つとして、包埋剤によって生体試料を包埋した包埋ブロックから薄切片を作製した後に、染色処理を行い、生体試料を観察する方法が知られている。このような包埋ブロックから作製される薄切片は、細胞レベルの観察を可能とするため、３〜５μｍ程度の厚さで均一に、かつ、包埋されている生体試料を損傷しないように切削する必要がある。このため、従来このような包埋ブロックから薄切片を作製する作業は、鋭利な状態に保たれた薄刃のカッターを使用して、熟練な作業者による手作業に委ねられてきた。一方、例えば、前臨床試験においては、一試験当たり数百個の包埋ブロックを作製し、さらに一包埋ブロック当たり数枚の薄切片を作製する。このため、作業者は膨大な枚数の薄切片を作製する必要があるため、近年、薄切片を作製する一連の工程の自動化が望まれている。
【０００３】
このような薄切片の作製を自動化するものとしては、包埋ブロックを支持し、包埋ブロックの切断面と垂直な方向へ移動可能に設けられた試料台と、試料台を垂直な方向へ移動させる圧電アクチュエータと、切断により順次現われる包埋ブロック切削面の垂直な方向の位置検出を行う位置検出器と、作動機構によって所定の位置で包埋ブロックを切断可能なカッターを備えた切断装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような切断装置では、位置検出器によって包埋ブロック切削面の垂直な方向の位置検出を行うことで、カッター位置と切削面の位置との差をフィードバックし、自動的に、かつ、正確に切削することができるとされている。
【０００４】
また、包埋ブロックを、送り台を介してカッターの配置された位置へ自動的に送る方法で、動力駆動装置を介して送り台を面センサーの方向へ送り、包埋ブロック表面と面センサーが接触することで動力駆動装置の位置を検出し、カッターの位置と比較して、この比較に基づいて、動力駆動装置によって位置合わせする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−１０４１３１号公報
【特許文献２】特表２００２−５３９４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１による装置及び特許文献２による方法では、劣化が生じることでカッターを新しいものに交換する、あるいは粗削りや本削り等目的に応じてカッターを交換することで、カッターの寸法精度や取り付け精度に起因して、カッターの位置にずれが生じてしまう。このため、引き続き連続して切削すれば、カッターの位置のずれにより、作製される薄切片の厚さを均一にできなくなってしまう問題があった。薄切片の厚さはその後の生体試料を染色する工程における染色状態に影響を及ぼし、薄切片標本の品質を低下させる大きな要因となってしまう。一方、カッターの位置を調整するには、包埋ブロックを一回切削して包埋ブロック切削面を形成して、この切削面を位置検出器で計測すれば、再度均一な厚さで薄切片を作製することが可能ではあるが、切削した切削面が包埋ブロック全体に均一に形成されているかどうかを確認することはできない。このため、確実に包埋ブロック全体に均一に切削面を形成するには、包埋ブロックをある程度の厚さに切削する必要があり、カッターを交換する際には、包埋ブロックを不必要に切削してしまう問題があった。さらに、特許文献２による方法では、面センサーに包埋ブロックを接触させる必要があるため、面センサーに包埋ブロックを接触させた際に包埋ブロックを損傷させてしまう恐れもあった。
【０００６】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、カッターを交換した際に、包埋ブロックを不必要に切削してしまうことなく位置調整して、薄切片を作製すること可能な薄切片作製装置及び薄切片の作製方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の薄切片作製装置は、包埋ブロックを固定する試料台と、前記包埋ブロックに対してカッターを、作製する薄切片の厚さ方向に所定の移動量だけ相対的に移動させる送り手段と、前記包埋ブロックに対して前記カッターを、切削方向に相対的に往復させる切削手段と、該切削手段による前記カッターの往復に伴って、前記包埋ブロックが切削されることで形成される切削面の状態を検出し、検出データとして出力する切削面検出手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の薄切片の作製方法は、試料台に固定された包埋ブロック対してカッターを、作製する薄切片の厚さ方向に隙間を有して配置させる準備工程と、前記包埋ブロックに対して前記カッターを、前記厚さ方向に予め決められた移動量だけ相対的に移動させた後、前記包埋ブロックに対して前記カッターを切削方向に相対的に往復させる切削工程と、該切削工程で前記包埋ブロックが切削されることで形成される切削面の状態を検出し、検出データとして出力する切削面検出工程と、該切削面検出工程で出力した前記検出データに基づいて、前記切削面の状態を評価する評価工程とを備えることを特徴としている。
【０００９】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、準備工程として、包埋ブロックに対してカッターを厚さ方向に隙間を有して配置させる。次に、切削工程として、送り手段によって、包埋ブロックに対してカッターを厚さ方向に所定の移動量だけ移動させる。そして、切削手段によって、包埋ブロックに対してカッターを切削方向に相対的に往復させる。そして、切削面検出工程として、切削面検出手段によって、切削工程で包埋ブロックが切削されることで形成される切削面の状態を検出し、検出データとして出力することができる。このため、評価工程として、切削面検出手段によって出力された検出データに基づいて切削面の状態の評価を行い、切削面の状態から包埋ブロックに対するカッターの厚さ方向の相対的な位置を把握することができる。
【００１０】
また、上記の薄切片作製装置において、前記切削面検出手段は、前記カッターと前記試料台とのいずれか一方に設けられ、前記切削手段の前記カッターによって前記包埋ブロックを切削した際に生じる切削力を検出し、切削力データとして出力する切削力検出部と、前記カッターと前記包埋ブロックとの前記切削方向における相対的位置を検出し、カッター位置データとして出力するカッター位置検出部とを備え、前記検出データは、前記切削力データと、前記カッター位置データとで構成されることがより好ましいとされている。
【００１１】
また、上記の薄切片の作製方法において、前記切削面検出工程は、前記切削工程における前記カッターによって前記包埋ブロックを切削した際に生じる切削力を検出して、切削力データとして出力するとともに、前記包埋ブロックに対する前記カッターの前記切削方向の相対的位置を検出して、カッター位置データとして出力し、前記切削力データと、前記カッター位置データとで前記検出データを構成させるとともに、前記評価工程は、前記カッター位置データに基づいて前記包埋ブロックと前記カッターとが前記切削方向に干渉する範囲において、前記切削力データが略等しい値を示す場合に、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されたと判断することがより好ましいとされている。
【００１２】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、切削面検出工程において、切削面検出手段の切削力検出部によって、カッターで包埋ブロックを切削した際に生じる切削力を検出し、切削力データとして出力することができる。また、対応して、カッター位置検出部によって包埋ブロックとカッターとの切削方向の相対的位置を検出して、カッター位置データとして出力することができる。このため、評価工程として、これらで構成された検出データに基づいて、包埋ブロックに対するカッターの切削方向の相対的位置がいずれの位置となる時に切削力が検出されたかどうか解析することによって切削面の状態を評価することができる。
【００１３】
また、上記の薄切片作製装置において、前記試料台は前記切削方向に摺動可能に固定され、前記切削面検出手段の前記切削力検出部は、前記試料台に前記切削手段による前記切削方向と対向して当接する力センサーと、該力センサーと対向して、前記試料台を押圧する押圧部とを有することがより好ましいとされている。
【００１４】
この発明に係る薄切片作製装置によれば、切削力検出部の力センサーが試料台に切削手段による切削方向と対向して当接していることで、切削手段によって切削する際に生じる切削力は、試料台から力センサーに伝達して検出される。この際、試料台が切削方向に摺動可能である一方、力センサーに対向して設けられた押圧部によって押圧された状態であるので、包埋ブロックを切削することにより生じる切削力を効率良く、かつ、確実に力センサーに伝達させることができる。
【００１５】
また、上記の薄切片作製装置において、前記切削面検出手段は、前記切削面を照明する照明系と、該照明系で照明された前記切削面を撮影する撮影光学系とを備え、前記検出データは、前記撮影光学系で撮影された画像データであるものとしても良い。
【００１６】
この発明に係る薄切片作製装置によれば、照明系で照明された切削面を撮影光学系で撮影することで、検出データとして画像データを取得することができる。このため、画像データのうち、切削面が形成された部分の面積や形状に基づいて、切削面の状態を評価することができる。
【００１７】
また、上記の薄切片作製装置において、前記切削面検出手段の前記照明系は、平行光を照射可能な光源と、該光源から照射された前記平行光を反射させて、前記切削面に略直交して照射させるハーフミラーとを備え、前記撮影光学系は、前記切削面で反射して前記ハーフミラーを透過する反射光を受光可能に前記ハーフミラーの後方に設けられていることがより好ましいとされている。
【００１８】
また、上記の薄切片の作製方法において、前記切削面検出工程は、光源から照射させた平行光をハーフミラーで反射させて、前記切削面に略直交に照射させるとともに、前記ハーフミラーの後方で、前記切削面で反射して前記ハーフミラーを透過する反射光を受光することで、前記切削面を撮影し、前記検出データとして画像データを取得するものとしても良い。
【００１９】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、切削面検出工程において、照明系の光源から照射される平行光は、ハーフミラーで反射することによって、切削面に略直交して照射する、いわゆる落射照明として照明される。そして、撮影光学系がハーフミラーの後方に設けられていることで、この落射照明による反射光を受光して切削面を撮影することができる。このため、撮影光学系によって撮影し、取得された画像データは、切削面が形成されて平滑な部分と切削面が形成されていない部分とのコントラストが著しい画像となり、より明確に切削面の状態を検出することができる。
【００２０】
また、上記の薄切片作製装置において、前記切削面検出手段による前記切削面の前記検出データに基づいて、前記送り手段の前記移動量を、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されていない時の粗削り量と、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されている時の前記薄切片の厚さと対応した本削り量とのいずれかに設定する制御部を備えることがより好ましいとされている。
【００２１】
また、上記の薄切片の作製方法において、前記切削工程は、前記包埋ブロックに対して前記カッターを、前記移動量として予め決められた粗削り量だけ相対的に移動させる粗削り工程と、前記包埋ブロックに対して前記カッターを、前記移動量として前記薄切片の厚さと対応する本削り量だけ移動させる本削り工程とを有し、前記切削面検出工程及び前記評価工程は前記粗削り工程後に行われ、該評価工程は、前記検出データに基づいて、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されていないと判断した場合には、再度前記粗削り工程を行い、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されたと判断した場合には、前記本削り工程に移行することがより好ましいとされている。
【００２２】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、切削工程のうち、まず粗削り工程として、制御部は、移動量を粗削り量に設定して送り手段によって包埋ブロックに対してカッターを厚さ方向に移動させ、切削手段によって包埋ブロックに対してカッターを切削方向に相対的に往復させる。そして、評価工程として、切削面検出工程において出力された検出データから、切削面が包埋ブロックの全体に形成されていないと判断されると、再度送り手段の移動量を粗削り量として、粗削り工程、切削面検出工程、及び評価工程が行われる。一方、検出データから、切削面が包埋ブロックの全体に形成されていると判断された場合には、本削り工程に移行する。すなわち、制御部は、送り手段の移動量を本削り量に再設定して、包埋ブロックに対してカッターを厚さ方向に相対的に本削り量でだけ移動させる。そして、切削手段によって包埋ブロックに対してカッターを切削方向に相対的に往復させることで、包埋ブロックを所定の厚さに切削し、薄切片を作製することができる。このように、粗削り工程を繰り返し、評価工程による判断に基づいて本削り工程を行うことで、カッターと包埋ブロックとの位置関係に係らず、最小限の切削量で、自動的に包埋ブロックの全体に切削面を形成し、これを基準として薄切片を作製することができる。
【００２３】
さらに、上記の薄切片作製装置において、前記制御部は、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されている時の前記切削面の状態を表す基準データが予め設定されていて、該基準データと前記検出データとを比較して、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されているか否か判断することがより好ましいとされている。
【００２４】
さらに、上記の薄切片の作製方法において、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されている時の前記切削面の状態を表す基準データを予め取得し、前記評価工程は、該基準データと前記検出データとを比較して、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されているか否か判断することがより好ましいとされている。
【００２５】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、評価工程において、制御部に予め設定された基準データと、切削面検出工程で出力された検出データとを比較することで、切削面が包埋ブロックの全体に形成されたか否かを正確に判断することができる。
【００２６】
また、上記の薄切片作製装置において、前記粗削り量は、第一の粗削り量と、該第一の粗削り量よりも小さい第二の粗削り量とで構成され、前記制御部は、前記切削手段の前記カッターを前記切削方向に往復させても、前記切削面が検出されない場合は、前記送り手段の前記移動量として前記第一の粗削り量を設定するとともに、前記包埋ブロックの少なくとも一部に前記切削面が検出された場合には、前記送り手段の前記移動量を前記第二の粗削り量に再設定することがより好ましいとされている。
【００２７】
また、上記の薄切片の作製方法において、前記粗削り工程は、前記粗削り量を第一の粗削り量とした第一の粗削り工程と、前記粗削り量を前記第一の粗削り量よりも小さい第二の粗削り量とした第二の粗削り工程とで構成されるとともに、前記評価工程は、前記第一の粗削り工程と対応した第一の評価工程と、前記第二の粗削り工程と対応した第二の評価工程で構成され、前記第一の評価工程は、前記第一の粗削り工程後に前記切削面検出工程で出力した検出データに基づいて、前記切削面の状態を評価し、前記切削面が前記包埋ブロックに検出されていないと判断した場合には、再度第一の粗削り工程を行い、前記切削面が前記包埋ブロックの少なくとも一部に検出されたと判断した場合には、前記第二の粗削り工程に移行し、前記第二の評価工程は、前記第二の粗削り工程後に前記切削面検出工程で出力した検出データに基づいて、前記切削面の状態を評価し、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に検出されていないと判断した場合には、再度第二の粗削り工程を行い、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されたと判断した場合には、前記本削り工程に移行することがより好ましいとされている。
【００２８】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、まず、粗削り工程のうち、第一の粗削り工程として、送り手段の移動量を第一の粗削り量に設定して、包埋ブロックに対してカッターを厚さ方向に相対的に移動させる。そして、切削手段によって包埋ブロックに対してカッターを切削方向に相対的に往復させる。次に、切削面検出工程で切削面の状態を検出し、第一の評価工程で、切削面の状態の評価が行われる。これらの工程は、第一の評価工程で、包埋ブロックの少なくとも一部に切削面が検出されたと判断されるまで繰り返し行われる。この際、送り手段の移動量を第二の粗削り量よりも大きい第一の粗削り量とすることで、包埋ブロックの少なくとも一部に切削面が形成されるまで、効率良く粗削り工程を行うことができる。一方、第一の評価工程で包埋ブロックの少なくとも一部に切削面が形成された場合には、第二の粗削り工程に移行し、送り手段の移動量を第一の粗削り量よりも小さい第二の粗削り量に設定することで、切削面検出工程及び第二の評価工程で、精度良く、かつ、切削量を最小限にして、包埋ブロックの全体に切削面が形成された状態を検出することができ、本削り工程に移行できる。
【００２９】
また、上記の薄切片作製装置において、前記包埋ブロックの前記切削面の前記厚さ方向の位置を測定する高さセンサーを備え、前記制御部は、前記包埋ブロックに対して前記カッターを前記厚さ方向に相対的に移動させる際に、前記高さセンサーによる測定結果に基づいて、前記送り手段よって前記本削り量だけ移動させることがより好ましいとされている。
【００３０】
また、上記の薄切片の作製方法において、前記本削り工程は、高さセンサーによって前記包埋ブロックの前記切削面の前記厚さ方向の位置を測定し、前記高さセンサーの測定結果に基づいて、前記包埋ブロックに対して前記カッターを前記厚さ方向に前記本削り量だけ相対的に移動することがより好ましいとされている。
【００３１】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、本削り工程において、高さセンサーによって切削面の厚さ方向の位置を測定することができる。このため、包埋ブロックが温度変化などによって伸縮して、切削面とカッターとの厚さ方向の位置が異なってしまっても、高さセンサーによって測定した切削面の厚さ方向の位置に基づいて、送り手段による本削り量を調整して移動させることができる。
【００３２】
また、上記の薄切片の作製方法において、前記粗削り工程では、前記包埋ブロックを切削する前記カッターとして粗削り用カッターを使用するとともに、前記本削り工程では、前記カッターとして前記粗削り用カッターと異なる本削り用カッターを使用することがより好ましいとされている。
【００３３】
この発明に係る薄切片の作製方法によれば、粗削り工程と本削り工程とにおいて、粗削り用カッターと本削り用カッターと異なる種類のカッターを使用することで、粗削り工程においては、耐摩耗性を有し、かつ、効率的に切削可能なものを選択するとともに、本削り工程においては、包埋ブロックをより良好な切削面で切削可能なものを選択することができる
【発明の効果】
【００３４】
本発明の薄切片作製装置によれば、切削面検出手段を備え、切削面検出手段の検出データに基づいて切削面の状態を評価して包埋ブロックに対するカッターの相対的な位置を把握することができる。また、本発明の薄切片の作製方法によれば、切削面検出工程において、切削面の状態を検出し、評価工程において、切削面の状態を評価して包埋ブロックに対するカッターの厚さ方向の相対的な位置を把握することができる。すなわち、本発明の薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、検出される切削面の状態に基づいて、包埋ブロックに対するカッターの厚さ方向の相対的な位置を把握し、これを基準として薄切片を作製することができる。このため、劣化に伴って、あるいは、目的に応じてカッターを交換したとしても、包埋ブロックを不必要に切削してしまうこと無く、位置調整して、薄切片を作製することできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（第１の実施形態）
図１から図６は、この発明に係る第１の実施形態を示している。図１及び図２に示す薄切片作製装置１は、生体試料Ｓが包埋された包埋ブロックＢから厚さ３〜５μｍ程度の極薄の薄切片を作製し、薄切片に含まれる生体試料Ｓを検査、観察する過程において、自動的に、包埋ブロックＢを切削し、包埋ブロックＢから薄切片を作製する装置である。生体試料Ｓは、例えば、人体や実験動物等から取り出した臓器などの組織から切除された試料であり、医療分野、製薬分野、食品分野、生物分野などで適時選択されるものである。また、包埋ブロックＢは、上記のような生体試料Ｓを包埋剤Ｂ１によって包埋、すなわち周囲を覆い固めたものである。このような包埋ブロックＢは、より詳しくは、以下のように作製されるものである。まず、上記の生体試料Ｓの塊をホルマリンに漬けて、生体試料Ｓを構成する蛋白質を固定する。そして、組織を固い状態にした後、適当な大きさに切断する。最後に、切断された生体試料Ｓの内部の水分を包埋剤Ｂ１に置き換えたものを、溶解した包埋剤Ｂ１の中に埋め込んで、固めることで作製される。ここで、包埋剤Ｂ１は、上記のように液状化と冷却固化が容易に可能とされるとともに、有機溶媒に浸漬することで溶解する材質であり、樹脂やパラフィンなどである。以下、薄切片作製装置１の構成について説明する。
【００３６】
図１及び図２に示すように、薄切片作製装置１は、包埋ブロックＢを固定している包埋カセットＣを交換可能に位置決めし、固定する試料台２と、包埋ブロックＢを切削する切削手段３とを備えている。切削手段３は、カッター４と、カッター４をホルダ５ａで固定する固定台５と、固定台５を切削方向Ｘに摺動可能とするガイド部６と、ガイド部６上で切削方向Ｘに固定台５を移動させる駆動部７とを備える。試料台２は、作製する薄切片の厚さ方向Ｙに包埋ブロックＢを所定の移動量だけ移動可能なＹステージ８上において、ガイドレール９によって切削方向Ｘに摺動可能に固定されている。
【００３７】
また、薄切片作製装置１は、包埋ブロックＢを切削することで形成される切削面Ｂ２の状態を検出し、制御部１４に検出データＤとして出力する切削面検出手段１０と、切削面Ｂ２の厚さ方向Ｙの位置Ｈを測定し、高さデータＤｈを出力する高さセンサー１１とを備える。高さセンサー１１は、切削面Ｂ２にレーザー光を照射するレーザー光源１１ａと、レーザー光源１１ａから所定距離離れた位置に設けられた受光素子１１ｂとで構成されている。また、切削面検出手段１０は、ガイド部６上を移動するカッター４の位置Ｑを検出し、カッター位置データＤｑを出力するカッター位置検出器１２と、カッター４によって包埋ブロックＢを切削した際に生じる切削力Ｐを検出し、切削力データＤｐを出力する切削力検出部１３とを備え、切削力データＤｐと、カッター位置データＤｑとで検出データＤを構成する。カッター位置検出器１２は、光学式センサーや磁気センサーなど種々公知の位置センサーを選択可能である。また、切削力検出部１３は、Ｙステージ８上に設けられ、試料台２に切削方向Ｘに対向して当接する力センサー１３ａと、Ｙステージ８上に設けられ、力センサー１３ａと対向して、試料台２を一定の力で押圧する押圧部であるプランジャー１３ｂとを有する。
【００３８】
制御部１４は、サンプリング回路１５と、コンピュータ１６と、ステージコントローラ１７とを備える。サンプリング回路１５には、力センサー１３ａから出力された切削力データＤｐと、カッター位置検出器１２から出力されたカッター位置データＤｑと、高さセンサー１１から出力された高さデータＤｈとが入力され、記憶される。また、コンピュータ１６には、各種データを外部入力可能な入力部１８が接続されている。より具体的には、本実施形態では、入力部１８は、基準データとして、試料台２に固定された包埋ブロックＢにおいて切削始点Ｂ３及び切削終点Ｂ４の切削方向Ｘの位置座標を入力することが可能である。入力部１８によって入力された位置座標は、コンピュータ１６に記憶される。そして、コンピュータ１６は、サンプリング回路１５に入力された切削力データＤｐとカッター位置データＤｑとで構成される検出データＤ、及び、高さデータＤｈ、並びに、包埋部録Ｂの切削始点Ｂ３及び切削終点Ｂ４の位置座標に基づいて、切削工程としてステージコントローラ１７を介して、駆動部７によってカッター４を所定速度で往復させ、また、Ｙステージ８を所定の移動量だけ移動させることが可能である。ここで、切削工程は、後述するように、粗削り工程と本削り工程とに分けられる。そして、コンピュータ１６には、Ｙステージ８の１回当たりの移動量として、粗削り工程における粗削り量と、本削り工程における本削り量Ｎとが予め決められている。また、粗削り工程は、第一の粗削り工程Ｓ２と、第二の粗削り工程Ｓ５とで構成されており、粗削り量は、第一の粗削り工程Ｓ２における第一の粗削り量Ｍ１と、第二の粗削り工程Ｓ５における第二の粗削り量Ｍ２とで構成されている。本実施形態においては、第一の粗削り量Ｍ１は、１００μｍに設定されている。また、第二の粗削り量Ｍ２は、第一の粗削り量Ｍ１よりも小さい値に設定されており、本実施形態では、２０μｍに設定されている。さらに、本削り量Ｎは、薄切片の厚さと対応しており、本実施形態においては、３μｍに設定されている。なお、これらの具体的数値は、各種条件に基づいて適時変更可能なものである。また、制御部１４のコンピュータ１６には、ディスプレイ１９が接続されており、下記に示す各工程の進捗状況や、切削面検出手段１０による検出結果などが表示可能である。
【００３９】
次に、この薄切片作製装置１の作用、及び薄切片作製装置１を使用した薄切片の作製方法について説明する。図１に示すように、まず、包埋カセットＣに固定された包埋ブロックＢを試料台２に載置する。そして、図１及び図３に示すように、準備工程Ｓ１として、制御部１４のコンピュータ１６は、ステージコントローラ１７によって駆動部７を駆動させ、カッター４を包埋ブロックＢに対して切削方向Ｘに退避させる（ステップＳ１ａ）。さらに、コンピュータ１６は、ステージコントローラ１７によってＹステージ８を駆動させ、厚さ方向Ｙに隙間Ｙ１を有した状態で、カッター４と包埋ブロックＢとを配置させる（ステップＳ１ｂ）。隙間Ｙ１は、試料台２に固定されている包埋ブロックＢの厚さ、カッター４の厚さ方向Ｙの取り付け位置、及びこれらの誤差等を考慮して、カッター４と包埋ブロックＢとが厚さ方向Ｙに確実に干渉しない程度の値とする。
【００４０】
次に、図３に示すように、第一の粗削り工程Ｓ２を行う。すなわち、制御部１４のコンピュータ１６の制御のもと、ステージコントローラ１７によってＹステージ８を駆動させて、包埋ブロックＢを第一の粗削り量Ｍ１（１００μｍ）だけカッター４に向って厚さ方向Ｙに移動させる（ステップＳ２ａ）。さらに、ステージコントローラ１７によって駆動部７を駆動させて、カッター４を切削方向Ｘに所定の移動速度で往復させる（ステップＳ２ｂ）。この際、カッター４と包埋ブロックＢとが、なお厚さ方向Ｙに一定の隙間を有した状態であれば、カッター４は単に往復するのみである。また、包埋ブロックＢを厚さ方向Ｙに第一の粗削り量Ｍ１だけ移動させたことで、カッター４と包埋ブロックＢとが厚さ方向Ｙに干渉する位置関係となれば、カッター４によって包埋ブロックＢの少なくとも一部が切削され、切削面が形成される。
【００４１】
また、カッター４を往復させるのに伴って、切削面検出工程Ｓ３として、この切削面Ｂ２の状態を検出する。すなわち、カッター４が往復するのに伴って、カッター位置検出器１２によって包埋ブロックＢに対するカッター４の位置Ｑを検出して、カッター位置データＤｑとして出力するとともに、カッター４が包埋ブロックＢを切削することによって生じる切削力Ｐを切削力検出部１３の力センサー１３ａによって検出して、切削力データＤｐとして出力する。この際、例えば１回目の第一の粗削り工程Ｓ２においては、カッター４と包埋ブロックＢとの間に依然隙間が形成された状態であり、包埋ブロックＢはカッター４によって切削されずに、切削面Ｂ２は形成されなかったとする。図４は、切削面Ｂ２が形成されなかった場合におけるカッター４の位置Ｑと切削力Ｐとの関係を示している。すなわち、カッター４の往復に伴って、カッター４の位置Ｑは増加するものの、切削力Ｐは初期値Ｐ１を示したまま変化しない。なお、初期値Ｐ１は、試料台２をプランジャー１３ｂが押圧し、これが力センサー１３ａで検出された値である。
【００４２】
そして、第一の評価工程Ｓ４として、制御部１４のコンピュータ１６は、サンプリング回路１５に入力された検出データＤに基づいて、包埋ブロックＢの少なくとも一部において切削面Ｂ２が形成されたかどうか判断する。より具体的には、切削面Ｂ２が形成される場合には、包埋ブロックＢを切削する際に切削力Ｐが生じるので、切削力データＤｐに基づいて切削力Ｐが初期値Ｐ１から変化したかどうかを確認する。図４に示すように、１回目の第一の粗削り工程Ｓ２では、カッター４によって包埋ブロックＢを切削することができなかったので、切削力Ｐの変化は見られない。これにより、制御部１４のコンピュータ１６は、カッター４と包埋ブロックＢとの間には厚さ方向Ｙに依然隙間を有していると判断して、再度第一の粗削り工程Ｓ２を行うことを指示する。第一の粗削り工程Ｓ２を繰り返すことで、包埋ブロックＢは順次第一の粗削り量Ｍ１（１００μｍ）ずつカッター４に向って移動し、最終的にカッター４によって包埋ブロックＢの一部を切削することになる。カッター４によって包埋ブロックＢを切削した場合には、カッター４と包埋ブロックＢとの間に切削力Ｐが生じ、試料台２を介して切削力検出部１３の力センサー１３ａに伝達される。この際、試料台２は、ガイドレール９によって切削方向Ｘに摺動可能である一方、力センサー１３ａに対向して設けられたプランジャー１３ｂによって一定の力で押圧された状態である。このため、包埋ブロックＢを切削することにより生じる切削力Ｐを、効率良く、かつ確実に力センサー１３ａに伝達させて、正確に切削力Ｐを検出することができる。次に、図３に示すように、第一の評価工程Ｓ４において、制御部１４のコンピュータ１６は、切削力Ｐに変化が見られたことを確認することができる。これにより、制御部１４のコンピュータ１６は、包埋ブロックＢの少なくとも一部に切削面Ｂ２が形成され、すなわち、カッター４と包埋ブロックＢとは厚さ方向Ｙに互いに干渉し合う位置関係となった判断して、第二の粗削り工程Ｓ５に移行させる。
【００４３】
まず、制御部１４のコンピュータ１６は、Ｙステージ８の１回当たりの移動量を第一の粗削り量Ｍ１（１００μｍ）から第二の粗削り量Ｍ２（２０μｍ）に再設定する。そして、制御部１４のコンピュータ１６の制御のもと、ステージコントローラ１７によってＹステージ８を駆動させて、包埋ブロックＢを第二の粗削り量Ｍ２（２０μｍ）だけカッター４に向って厚さ方向Ｙに移動させる（ステップＳ５ａ）。次に、ステージコントローラ１７によって駆動部７を駆動させて、カッター４を切削方向Ｘに所定の移動速度で往復させる（ステップＳ５ｂ）。さらに、カッター４を往復させるのに伴って、切削面検出工程Ｓ６として、この切削面Ｂ２の状態を検出する。すなわち、カッター４が往復するのに伴って、同様にカッター４の位置Ｑを検出して、カッター位置データＤｑとして出力するとともに、切削力Ｐを検出して切削力データＤｐとして出力する。この際、例えば１回目の第二の粗削り工程Ｓ５においては、カッター４によって依然包埋ブロックＢの一部しか切削することができなかったとする。このため、図５に示すように、検出される切削力Ｐは、カッター４と包埋ブロックＢとが切削方向Ｘで干渉する範囲である切削始点Ｂ３から切削終点Ｂ４までの範囲において、一部でしか変化しない。
【００４４】
次に、第二の評価工程Ｓ７として、制御部１４のコンピュータ１６は、サンプリング回路１５に入力される検出データＤに基づいて、切削面Ｂ２の状態を評価する。上述のように１回目の第二の粗削り工程Ｓ５では、包埋ブロックＢの一部しか切削できず、切削力Ｐはその一部でしか検出されていない。このため、制御部１４のコンピュータ１６は、切削力データＤｐに基づいて、包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成されていないと判断して、再度第二の粗削り工程Ｓ５を行うことを指示する。そして、第二の粗削り工程Ｓ５を繰り返すことで、包埋ブロックＢは順次第二の粗削り量Ｍ２（２０μｍ）ずつ移動し、最終的にカッター４によって包埋ブロックＢの全体を切削することになる。すなわち、図６に示すように、切削面検出工程Ｓ６で検出された切削力Ｐは、カッター４と包埋ブロックＢとが切削方向Ｘに干渉する範囲である包埋ブロックＢの切削始点Ｂ３から切削終点Ｂ４まで略等しい値を示す。このため、制御部１４のコンピュータ１６は、基準データとして設定された切削始点Ｂ３及び切削終点Ｂ４の切削方向Ｘの位置座標と、検出データＤとの比較に基づいて包埋ブロックＢの全体を切削したものと判断する。すなわち、この状態においては、包埋ブロックＢの全体が切削されることで、薄切片を採取可能な切削面Ｂ２である薄切片採取面Ｂ５が露出したことになり、さらにこの薄切片採取面Ｂ５とカッター４とが厚さ方向Ｙに一致したことになる。
【００４５】
最後に、本削り工程Ｓ８として、包埋ブロックＢを薄切片の厚さに切削して、薄切片の作製を行う。まず、ステップＳ８ａとして、薄切片採取面Ｂ５の厚さ方向Ｙの位置Ｈを高さセンサー１１よって測定し、その測定結果を高さデータＤｈとして出力する。また、制御部１４のコンピュータ１６は、Ｙステージ８の移動量を本削り量Ｎ（３μｍ）に再設定する。そして、制御部１４のコンピュータ１６の制御のもと、ステージコントローラ１７によってＹステージ８を駆動させて、包埋ブロックＢを本削り量Ｎ（３μｍ）だけカッター４に向って厚さ方向Ｙに移動させる。この際、随時高さセンサー１１によって薄切片採取面Ｂ５の厚さ方向の位置Ｈを測定し、制御部１４のコンピュータ１６は、サンプル回路１５に入力される高さデータＤｈに基づいて、薄切片採取面Ｂ５の厚さ方向Ｙの位置Ｈの監視を行う。そして、Ｙステージ８の移動量が本削り量Ｎに達していなくても、高さセンサー１１の高さデータＤｈに基づいて、本削り量Ｎだけ移動したと算出される場合には、Ｙステージ８の駆動を停止させる。一方、Ｙステージ８の移動量が本削り量Ｎに達したとしても、高さセンサー１１の高さデータＤｈに基づいて、本削り量Ｎだけ移動してないと算出される場合には、本削り量Ｎだけ移動したと算出されるまでＹステージ８をさらに駆動させる。包埋ブロックＢが温度変化などによって伸縮して、切削面Ｂ２とカッター４との厚さ方向Ｙの位置関係が変化してしまった場合、Ｙステージ８を所定の移動量だけ移動しても、対応した所定の厚さの薄切片を作製することができなくなってしまう。しかしながら、高さセンサー１１によって測定した切削面Ｂ２の厚さ方向Ｙの位置Ｈに基づいて、Ｙステージ８による本削り量Ｎを調整することで、温度変化などの影響を受けたとしても、正確に所定の移動量だけ移動させることができる。最後に、ステップＳ８ｂとして、ステージコントローラ１７によって駆動部７を駆動させて、カッター４を切削方向Ｘに所定の移動速度で往復させることで、厚さ３μｍの薄切片を作製することができる。
【００４６】
以上のように、切削面検出工程において切削面検出手段で切削面の状態を検出し、評価工程において、制御部１４によって切削面検出手段１０の検出データＤに基づいて切削面Ｂ２の状態を評価して、包埋ブロックＢに対するカッター４の厚さ方向Ｙの位置を把握することができる。このため、検出される切削面Ｂ２の状態に基づいて、カッター４と包埋ブロックＢの位置関係に係らず、最小限の切削量で自動的に包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２を形成し、これを基準として薄切片を作製することができる。すなわち、劣化に伴って、あるいは、目的に応じてカッター４を交換したとしても、包埋ブロックＢを不必要に切削してしまうことが無く、自動的に位置調整して、薄切片を作製することできる。
【００４７】
さらに、粗削り工程を第一の粗削り工程Ｓ２と第二の粗削り工程Ｓ５とで構成し、第一の粗削り工程Ｓ２のおけるＹステージ８の移動量を、第二の粗削り量Ｍ２よりも大きい第一の粗削り量Ｍ１とすることで、包埋ブロックの少なくとも一部に切削面Ｂ２が形成されるまで、効率良く粗削り工程を行うことができる。さらに、第二の粗削り工程Ｓ５におけるＹステージ８の移動量を第一の粗削り量Ｍ１よりも小さい第二の粗削り量Ｍ２とすることで、切削面検出工程Ｓ６及び第二の評価工程Ｓ７で、精度良く、かつ、切削量を最小限にして、包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成された状態を検出することができ、本削り工程Ｓ８に移行できる。
【００４８】
図７は、この実施形態における第１の変形例として、粗削り工程（第一の粗削り工程Ｓ２及び第二の粗削り工程Ｓ５）では、包埋ブロックＢを切削するカッター４として粗削り用カッターを使用するとともに、本削り工程Ｓ８では、カッター４として粗削り用カッターと異なる本削り用カッターを使用する場合のフロー図を示している。図７に示すように、この場合、第二の評価工程Ｓ７で、包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成されたと判断して、本削り工程Ｓ８に移行する前に、本削り準備工程Ｓ９が行われる。すなわち、まず、固定台５に固定されている粗削り用カッターを本削り用カッターに交換する（ステップＳ９ａ）。次に、制御部１４のコンピュータ１６は、高さセンサー１１による測定結果に基づいて、ステージコントローラ１７によって、Ｙステージ８を本削り量Ｎだけ移動させる（ステップＳ９ｂ）。そして、さらに、駆動部７を駆動させて本削り用カッターを切削方向Ｘに往復させる（ステップＳ９ｃ）。そして、切削力検出部１３の力センサー１３ａによって切削力Ｐを検出し、切削力データＤｐを出力する（ステップＳ９ｄ）。そして、制御部１４のコンピュータ１６は、切削力データＤｐに基づいて、切削力Ｐが検出されなかった場合には、本削り用カッターに交換した際に本削り用カッターの位置が僅かにずれてしまったと判断して、再度ステップＳ９ｂから繰り返す。また、切削力Ｐが検出された場合には、本削り用カッターが包埋ブロックＢを切削可能な位置となっていると判断して、本削り工程に移行する。そして、本削り工程Ｓ８においては、本削り用カッターを使用して、所定の厚さの薄切片を作製することができる。以上のように、粗削り工程と本削り工程とにおいて、粗削り用カッターと本削り用カッターと異なる種類のカッターを使用することで、粗削り工程においては、耐摩耗性を有し、かつ、効率的に切削可能なものを選択するとともに、本削り工程においては、包埋ブロックをより良好な切削面で切削可能なものを選択することができる。
【００４９】
なお、本実施形態及びその変形例おいては、切削力検出部１３で、切削力Ｐを検出する力センサー１３ａは試料台２に設けられているものとしたが、これに限ることは無い。切削に伴って生じる切削力Ｐは、カッター４及び試料台２の双方に生じるものであるので、いずれに設けても切削力Ｐを検出することができる。
【００５０】
また、切削力データＤｐとカッター位置データＤｑとで構成される検出データＤは、予め入力部１８によって入力された基準データである包埋ブロックＢの切削始点Ｂ３及び切削終点Ｂ４の切削方向Ｘの位置座標と比較されるものとしたが、これに限るものでは無い。例えば、入力部１８によって基準データとして包埋ブロックＢの切削方向Ｘの長さを入力可能としても良い。図８は、この実施形態の第２の変形例におけるカッター４の位置Ｑと切削力Ｐとの関係を示している。すなわち、図８に示すように、第二の評価工程Ｓ７においては、基準データである包埋ブロックＢの切削方向Ｘの長さと、検出データＤに基づいて切削力Ｐが検出された切削方向Ｘの長さＬとを比較し、略等しい値かどうかを判断するものとしても、同様に、包埋ブロックＢの全体が切削されたかどうかを判断することができる。
【００５１】
さらに、入力部１８によって、基準データとして包埋ブロックＢ全体を切削した際に検出される切削力Ｐ２を入力しておくものとし、入力された切削力Ｐ２と、実際に出力される切削力Ｐとを比較するものとしても良い。切削力Ｐは、切削方向Ｘと直交する方向全体に包埋ブロックＢを切削した際に最大値として、上記切削力Ｐ２を示す。すなわち、切削力Ｐ２を入力し、切削力Ｐについても監視する。そして、図８に示すように、例えば、検出データＤに基づいて、検出された切削力Ｐ３が、予め入力された切削力Ｐ２よりも小さい場合には、包埋ブロックＢ全体を切削していないと判断する。このようにすることで、切削方向Ｘには包埋ブロックＢ全体を切削しているものの、切削方向Ｘと直交する方向には切削されていない場合に、包埋ブロックＢ全体を切削していると判断して本削り工程Ｓ８に移行してしまうのを防ぐことができる。
【００５２】
また、上記においては、検出データＤと比較する基準データは、入力部１８によって予め入力するものとしたが、これに限るものでは無い。試料台２の上方に撮影手段を設けて包埋ブロックＢを撮影し、撮影された画像データを基準データとして、これに基づいて、包埋ブロックＢの位置や長さを検出しても良い。また、同様の大きさ、種類の包埋ブロックＢを繰り返し切削する場合には、前回包埋ブロックＢの全体を切削した際の、包埋ブロックＢの切削方向Ｘの位置若しくは長さ、また、切削力Ｐを記録し、次回の包埋ブロックＢを切削する際の基準データとしても良い。あるいは、前回包埋ブロックＢの全体を切削した際のカッター４の位置Ｑと切削力Ｐとの関係を示す波形自体を記録し、これを基準データとして、次回の包埋ブロックＢを切削した際の波形と直接パターンマッチングなどで比較するものとしても良い。
【００５３】
また、本実施形態では、カッター４は、刃先が切削方向Ｘに対して略直交するようにして固定されているが、これに限るものでは無く、引き角θを設けるものとしても良い。図９は、この実施形態の第３の変形例として、（ａ）が、引き角θを設けた場合のカッター４と、包埋ブロックＢとの平面的な位置関係を示す概略図を、（ｂ）が、引き角θを設けた場合のカッター４の位置Ｑと、切削力Ｐとの関係を示している。図９（ｂ）において、実線Ｓで示すように、包埋ブロックＢの全体を切削した場合には、位置Ｑ１から徐々に切削力Ｐは増大し、位置Ｑ２において最大切削力Ｐ４を示す。そして、位置Ｑ３まで、切削力Ｐは最大切削力Ｐ４で一定の値を示す。そして、位置Ｑ３以降切削力Ｐは減少し、位置Ｑ４で初期値Ｐ１となる。一方、包埋ブロックＢの全体を切削していない場合には、図９（ｂ）において点線Ｔで示すように、検出される最大切削力Ｐ５は、包埋ブロックＢの全体を切削した場合の最大切削力Ｐ４に比べて小さくなる。また、切削力Ｐが検出される位置及び範囲も異なってくる。このため、引き角θを設けた場合でも同様に、切削力Ｐを比較し、また、包埋ブロックＢの大きさに基づいて切削力が検出される切削方向Ｘの位置及び範囲を比較することで、同様に、包埋ブロックＢの全体が切削されたかどうか検出することができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
図１０から図１３は、この発明に係る第２の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００５５】
図１０及び図１１に示すように、この実施形態の薄切片作製装置２０は、切削面検出手段２１として、切削面Ｂ２を照明する照明系２２と、照明系２２で照明された切削面Ｂ２を撮影する撮影光学系２３とを備え、検出データとして、切削面Ｂ２の画像データＤｉを取得し、出力することが可能である。照明系２２は、平行光Ｌを照射可能な光源である面発光源２２ａと、面発光源２２ａから照射された平行光Ｌを反射させるハーフミラー２２ｂとを備える。面発光源２２ａから照射される平行光Ｌは、ハーフミラー２２ｂの反射面２２ｃで反射し、切削面Ｂ２に略直交して照射する、いわゆる落射照明として切削面に照明可能に、面発光源２２ａ及びハーフミラー２２ｂの位置が設定されている。また、撮影光学系２３は、ハーフミラー２２ｂの後方に設けられたカメラであり、制御部２４の画像取得回路２５と接続されている。すなわち、照明系２２によって包埋ブロックＢの切削面Ｂ２に照射された平行光Ｌは、切削面Ｂ２で反射して、その一部がハーフミラー２２ｂを透過して、撮影光学系２３で受光される。このため、撮影光学系２３は、落射照明によって包埋ブロックＢの切削面Ｂ２を撮影し、制御部２４の画像取得回路２５に画像データＤｉを入力することが可能である。また、制御部２４のコンピュータ２６には、基準データとして、切削面が包埋ブロックＢの全体に形成された状態で、切削面を撮影した画像データが記録されている。この基準データは、第１の実施形態同様に、入力部１８から外部入力されたものでも良いし、撮影光学系２３で撮影された画像データを利用するものとしても良い。
【００５６】
このような薄切片作製装置２０によれば、切削面検出工程Ｓ３´において、撮影光学系２３で取得された画像データＤｉのうち、切削面Ｂ２が形成された平滑な部分では、照射された平行光Ｌが正反射するので、明るく映し出され、また、切削面Ｂ２が形成されていない部分では、照射された平行光Ｌが乱反射するので、暗く映し出される。なお、この際、制御部２４のコンピュータ２６において、入力された画像データＤｉの輝度情報をもとに二値化処理することによって、より明確に切削面Ｂ２が形成された部分を認識することが可能となる。そして、制御部２４のコンピュータ２６は、明るく映し出された部分を切削面Ｂ２と認識し、第一の評価工程Ｓ４´及び第二の評価工程Ｓ７´を行うことができる。すなわち、図１３（ａ）に示すように、第一の粗削り工程Ｓ２において、最初は切削面Ｂ２が形成されていないので、取得した画像でデータＤｉは暗い部分Ａ１しか映し出されない。そして、第一の評価工程Ｓ４´において、切削面検出工程Ｓ３´で取得された画像データＤｉに暗い部分Ａ１しか映し出されていない場合には、第一の粗削り工程Ｓ２を繰り返し行わせる。一方、図１３（ｂ）に示すように、第一の粗削り工程Ｓ２を繰り返すことで、包埋ブロックＢの一部に切削面Ｂ２が形成されると、画像データＤｉの一部に、切削面Ｂ２である明るい部分Ａ２が映し出される。そして、制御部２４のコンピュータ２６は、明るい部分Ａ２が確認された場合には、切削面Ｂ２が形成されたと判断して、第二の粗削り工程に移行させる。
【００５７】
また、第二の粗削り工程Ｓ５を繰り返すことにより、徐々に包埋ブロックＢの切削される範囲が大きくなり、すなわち切削面検出工程Ｓ６´において取得される画像データＤｉのうち明るい部分Ａ２が次第に大きくなる。この際、コンピュータ２６は、この明るい部分Ａ２である切削面Ｂ２が形成された部分の面積を算出する。そして、基準データとして記憶されている画像データから包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成された場合の面積を算出して略等しい面積かどうか比較を行う。そして、図１３（ｃ）に示すように、明るい部分Ａ２の面積が包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成された場合の面積と略等しくなった場合は、包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成された、すなわち薄切片採取面Ｂ５が形成されたと判断して、本削り工程Ｓ８に移行させる。
【００５８】
なお、上記のように取得された画像データＤｉから明るい部分Ａ２の面積を算出する手法に限らず、例えば、切削面Ｂ２が形成された部分の外縁部を認識し、基準データとして記憶された包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成された場合の外縁部の形状とパターンマッチングを行うようにしても同様に、切削面Ｂ２の状態の評価を行うことができる。また、切削面検出手段２１において、照明系２２の光源は、面発光源２２ａであるものとしたが、例えば、点光源からの光をピンホール及びコリメータレンズを通過させて平行光に変換するものとしても良い。さらには、照明系２２の照明は平行光Ｌに限らず散乱光としても良い。ただし、照明系２２による照明を散乱光としても切削面Ｂ２を確認することは可能ではあるが、平行光Ｌを切削面Ｂ２に対して略直交して照射するようにすることで、コントラストの著しい画像として、より明確に切削面Ｂ２の状態を検出することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００６０】
なお、切削手段３において、試料台２が固定され、カッター４が切削方向Ｘに移動することで包埋ブロックＢを切削するものとしたが、カッター４を固定して、試料台２を切削方向Ｘに移動させる構成としても良い。また、送り手段であるＹステージ８によって包埋ブロックＢがカッター４に対して厚さ方向Ｙに所定移動量ずつ移動するものとしたが、カッター４が厚さ方向Ｙに移動する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明の第１の実施形態の薄切片作製装置の全体図である。
【図２】この発明の第１の実施形態の薄切片作製装置のブロック図である。
【図３】この発明の第１の実施形態の薄切片作製のフロー図である。
【図４】この発明の第１の実施形態の薄切片作製におけるカッター位置と切削力との関係を示す説明図である。
【図５】この発明の第１の実施形態の薄切片作製におけるカッター位置と切削力との関係を示す説明図である。
【図６】この発明の第１の実施形態の薄切片作製におけるカッター位置と切削力との関係を示す説明図である。
【図７】この発明の第１の実施形態の第１の変形例の薄切片作製のフロー図である。
【図８】この発明の第１の実施形態の第２の変形例の薄切片作製におけるカッター位置と切削力との関係を示す説明図である。
【図９】この発明の第１の実施形態の第３の変形例の薄切片作製におけるカッター位置と切削力との関係を示す説明図である。
【図１０】この発明の第２の実施形態の薄切片作製装置の全体図である。
【図１１】この発明の第２の実施形態の薄切片作製装置のブロック図である。
【図１２】この発明の第２の実施形態の薄切片作製のフロー図である。
【図１３】この発明の第２の実施形態の薄切片作製の説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１、２０ 薄切片作製装置
２ 試料台
３ 切削手段
４ カッター
８ Ｙステージ（送り手段）
１０、２１ 切削面検出手段
１１ 高さセンサー
１２ カッター位置検出器
１３ 切削力検出部
１３ａ 力センサー
１３ｂ プランジャー（押圧部）
１４、２４ 制御部
２２ 照明系
２２ａ 面発光源
２２ｂ ハーフミラー
２３ 撮影光学系
Ｂ 包埋ブロック
Ｂ２ 切削面
Ｄ 検出データ
Ｄｐ 切削力データ
Ｄｑ カッター位置データ
Ｄｈ 高さデータ
Ｄｉ 画像データ
Ｈ 切削面の厚さ方向の位置
Ｌ 平行光
Ｐ 切削力
Ｑ カッターの位置
Ｘ 切削方向
Ｙ 厚さ方向
Ｓ１ 準備工程
Ｓ２ 第一の粗削り工程
Ｓ３、Ｓ３´ 切削面検出工程
Ｓ４、Ｓ４´ 第一の評価工程
Ｓ５ 第二の粗削り工程
Ｓ６、Ｓ６´ 切削面検出工程
Ｓ７、Ｓ７´ 第二の評価工程
Ｓ８ 本削り工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体や実験動物等から取り出した生体試料を包埋した包埋ブロックを切削して薄切片を作製する薄切片作製装置及び薄切片の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、人体や実験動物等から取り出した生体試料を検査、観察する方法の１つとして、包埋剤によって生体試料を包埋した包埋ブロックから薄切片を作製した後に、染色処理を行い、生体試料を観察する方法が知られている。このような包埋ブロックから作製される薄切片は、細胞レベルの観察を可能とするため、３〜５μｍ程度の厚さで均一に、かつ、包埋されている生体試料を損傷しないように切削する必要がある。このため、従来このような包埋ブロックから薄切片を作製する作業は、鋭利な状態に保たれた薄刃のカッターを使用して、熟練な作業者による手作業に委ねられてきた。一方、例えば、前臨床試験においては、一試験当たり数百個の包埋ブロックを作製し、さらに一包埋ブロック当たり数枚の薄切片を作製する。このため、作業者は膨大な枚数の薄切片を作製する必要があるため、近年、薄切片を作製する一連の工程の自動化が望まれている。
【０００３】
このような薄切片の作製を自動化するものとしては、包埋ブロックを支持し、包埋ブロックの切断面と垂直な方向へ移動可能に設けられた試料台と、試料台を垂直な方向へ移動させる圧電アクチュエータと、切断により順次現われる包埋ブロック切削面の垂直な方向の位置検出を行う位置検出器と、作動機構によって所定の位置で包埋ブロックを切断可能なカッターを備えた切断装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような切断装置では、位置検出器によって包埋ブロック切削面の垂直な方向の位置検出を行うことで、カッター位置と切削面の位置との差をフィードバックし、自動的に、かつ、正確に切削することができるとされている。
【０００４】
また、包埋ブロックを、送り台を介してカッターの配置された位置へ自動的に送る方法で、動力駆動装置を介して送り台を面センサーの方向へ送り、包埋ブロック表面と面センサーが接触することで動力駆動装置の位置を検出し、カッターの位置と比較して、この比較に基づいて、動力駆動装置によって位置合わせする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−１０４１３１号公報
【特許文献２】特表２００２−５３９４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１による装置及び特許文献２による方法では、劣化が生じることでカッターを新しいものに交換する、あるいは粗削りや本削り等目的に応じてカッターを交換することで、カッターの寸法精度や取り付け精度に起因して、カッターの位置にずれが生じてしまう。このため、引き続き連続して切削すれば、カッターの位置のずれにより、作製される薄切片の厚さを均一にできなくなってしまう問題があった。薄切片の厚さはその後の生体試料を染色する工程における染色状態に影響を及ぼし、薄切片標本の品質を低下させる大きな要因となってしまう。一方、カッターの位置を調整するには、包埋ブロックを一回切削して包埋ブロック切削面を形成して、この切削面を位置検出器で計測すれば、再度均一な厚さで薄切片を作製することが可能ではあるが、切削した切削面が包埋ブロック全体に均一に形成されているかどうかを確認することはできない。このため、確実に包埋ブロック全体に均一に切削面を形成するには、包埋ブロックをある程度の厚さに切削する必要があり、カッターを交換する際には、包埋ブロックを不必要に切削してしまう問題があった。さらに、特許文献２による方法では、面センサーに包埋ブロックを接触させる必要があるため、面センサーに包埋ブロックを接触させた際に包埋ブロックを損傷させてしまう恐れもあった。
【０００６】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、カッターを交換した際に、包埋ブロックを不必要に切削してしまうことなく位置調整して、薄切片を作製すること可能な薄切片作製装置及び薄切片の作製方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の薄切片作製装置は、包埋ブロックを固定する試料台と、前記包埋ブロックに対してカッターを、作製する薄切片の厚さ方向に所定の移動量だけ相対的に移動させる送り手段と、前記包埋ブロックに対して前記カッターを、切削方向に相対的に往復させる切削手段と、該切削手段による前記カッターの往復に伴って、前記包埋ブロックが切削されることで形成される切削面の状態を検出し、検出データとして出力する切削面検出手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の薄切片の作製方法は、試料台に固定された包埋ブロック対してカッターを、作製する薄切片の厚さ方向に隙間を有して配置させる準備工程と、前記包埋ブロックに対して前記カッターを、前記厚さ方向に予め決められた移動量だけ相対的に移動させた後、前記包埋ブロックに対して前記カッターを切削方向に相対的に往復させる切削工程と、該切削工程で前記包埋ブロックが切削されることで形成される切削面の状態を検出し、検出データとして出力する切削面検出工程と、該切削面検出工程で出力した前記検出データに基づいて、前記切削面の状態を評価する評価工程とを備えることを特徴としている。
【０００９】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、準備工程として、包埋ブロックに対してカッターを厚さ方向に隙間を有して配置させる。次に、切削工程として、送り手段によって、包埋ブロックに対してカッターを厚さ方向に所定の移動量だけ移動させる。そして、切削手段によって、包埋ブロックに対してカッターを切削方向に相対的に往復させる。そして、切削面検出工程として、切削面検出手段によって、切削工程で包埋ブロックが切削されることで形成される切削面の状態を検出し、検出データとして出力することができる。このため、評価工程として、切削面検出手段によって出力された検出データに基づいて切削面の状態の評価を行い、切削面の状態から包埋ブロックに対するカッターの厚さ方向の相対的な位置を把握することができる。
【００１０】
また、上記の薄切片作製装置において、前記切削面検出手段は、前記カッターと前記試料台とのいずれか一方に設けられ、前記切削手段の前記カッターによって前記包埋ブロックを切削した際に生じる切削力を検出し、切削力データとして出力する切削力検出部と、前記カッターと前記包埋ブロックとの前記切削方向における相対的位置を検出し、カッター位置データとして出力するカッター位置検出部とを備え、前記検出データは、前記切削力データと、前記カッター位置データとで構成されることがより好ましいとされている。
【００１１】
また、上記の薄切片の作製方法において、前記切削面検出工程は、前記切削工程における前記カッターによって前記包埋ブロックを切削した際に生じる切削力を検出して、切削力データとして出力するとともに、前記包埋ブロックに対する前記カッターの前記切削方向の相対的位置を検出して、カッター位置データとして出力し、前記切削力データと、前記カッター位置データとで前記検出データを構成させるとともに、前記評価工程は、前記カッター位置データに基づいて前記包埋ブロックと前記カッターとが前記切削方向に干渉する範囲において、前記切削力データが略等しい値を示す場合に、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されたと判断することがより好ましいとされている。
【００１２】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、切削面検出工程において、切削面検出手段の切削力検出部によって、カッターで包埋ブロックを切削した際に生じる切削力を検出し、切削力データとして出力することができる。また、対応して、カッター位置検出部によって包埋ブロックとカッターとの切削方向の相対的位置を検出して、カッター位置データとして出力することができる。このため、評価工程として、これらで構成された検出データに基づいて、包埋ブロックに対するカッターの切削方向の相対的位置がいずれの位置となる時に切削力が検出されたかどうか解析することによって切削面の状態を評価することができる。
【００１３】
また、上記の薄切片作製装置において、前記試料台は前記切削方向に摺動可能に固定され、前記切削面検出手段の前記切削力検出部は、前記試料台に前記切削手段による前記切削方向と対向して当接する力センサーと、該力センサーと対向して、前記試料台を押圧する押圧部とを有することがより好ましいとされている。
【００１４】
この発明に係る薄切片作製装置によれば、切削力検出部の力センサーが試料台に切削手段による切削方向と対向して当接していることで、切削手段によって切削する際に生じる切削力は、試料台から力センサーに伝達して検出される。この際、試料台が切削方向に摺動可能である一方、力センサーに対向して設けられた押圧部によって押圧された状態であるので、包埋ブロックを切削することにより生じる切削力を効率良く、かつ、確実に力センサーに伝達させることができる。
【００１５】
また、上記の薄切片作製装置において、前記切削面検出手段は、前記切削面を照明する照明系と、該照明系で照明された前記切削面を撮影する撮影光学系とを備え、前記検出データは、前記撮影光学系で撮影された画像データであるものとしても良い。
【００１６】
この発明に係る薄切片作製装置によれば、照明系で照明された切削面を撮影光学系で撮影することで、検出データとして画像データを取得することができる。このため、画像データのうち、切削面が形成された部分の面積や形状に基づいて、切削面の状態を評価することができる。
【００１７】
また、上記の薄切片作製装置において、前記切削面検出手段の前記照明系は、平行光を照射可能な光源と、該光源から照射された前記平行光を反射させて、前記切削面に略直交して照射させるハーフミラーとを備え、前記撮影光学系は、前記切削面で反射して前記ハーフミラーを透過する反射光を受光可能に前記ハーフミラーの後方に設けられていることがより好ましいとされている。
【００１８】
また、上記の薄切片の作製方法において、前記切削面検出工程は、光源から照射させた平行光をハーフミラーで反射させて、前記切削面に略直交に照射させるとともに、前記ハーフミラーの後方で、前記切削面で反射して前記ハーフミラーを透過する反射光を受光することで、前記切削面を撮影し、前記検出データとして画像データを取得するものとしても良い。
【００１９】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、切削面検出工程において、照明系の光源から照射される平行光は、ハーフミラーで反射することによって、切削面に略直交して照射する、いわゆる落射照明として照明される。そして、撮影光学系がハーフミラーの後方に設けられていることで、この落射照明による反射光を受光して切削面を撮影することができる。このため、撮影光学系によって撮影し、取得された画像データは、切削面が形成されて平滑な部分と切削面が形成されていない部分とのコントラストが著しい画像となり、より明確に切削面の状態を検出することができる。
【００２０】
また、上記の薄切片作製装置において、前記切削面検出手段による前記切削面の前記検出データに基づいて、前記送り手段の前記移動量を、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されていない時の粗削り量と、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されている時の前記薄切片の厚さと対応した本削り量とのいずれかに設定する制御部を備えることがより好ましいとされている。
【００２１】
また、上記の薄切片の作製方法において、前記切削工程は、前記包埋ブロックに対して前記カッターを、前記移動量として予め決められた粗削り量だけ相対的に移動させる粗削り工程と、前記包埋ブロックに対して前記カッターを、前記移動量として前記薄切片の厚さと対応する本削り量だけ移動させる本削り工程とを有し、前記切削面検出工程及び前記評価工程は前記粗削り工程後に行われ、該評価工程は、前記検出データに基づいて、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されていないと判断した場合には、再度前記粗削り工程を行い、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されたと判断した場合には、前記本削り工程に移行することがより好ましいとされている。
【００２２】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、切削工程のうち、まず粗削り工程として、制御部は、移動量を粗削り量に設定して送り手段によって包埋ブロックに対してカッターを厚さ方向に移動させ、切削手段によって包埋ブロックに対してカッターを切削方向に相対的に往復させる。そして、評価工程として、切削面検出工程において出力された検出データから、切削面が包埋ブロックの全体に形成されていないと判断されると、再度送り手段の移動量を粗削り量として、粗削り工程、切削面検出工程、及び評価工程が行われる。一方、検出データから、切削面が包埋ブロックの全体に形成されていると判断された場合には、本削り工程に移行する。すなわち、制御部は、送り手段の移動量を本削り量に再設定して、包埋ブロックに対してカッターを厚さ方向に相対的に本削り量でだけ移動させる。そして、切削手段によって包埋ブロックに対してカッターを切削方向に相対的に往復させることで、包埋ブロックを所定の厚さに切削し、薄切片を作製することができる。このように、粗削り工程を繰り返し、評価工程による判断に基づいて本削り工程を行うことで、カッターと包埋ブロックとの位置関係に係らず、最小限の切削量で、自動的に包埋ブロックの全体に切削面を形成し、これを基準として薄切片を作製することができる。
【００２３】
さらに、上記の薄切片作製装置において、前記制御部は、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されている時の前記切削面の状態を表す基準データが予め設定されていて、該基準データと前記検出データとを比較して、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されているか否か判断することがより好ましいとされている。
【００２４】
さらに、上記の薄切片の作製方法において、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されている時の前記切削面の状態を表す基準データを予め取得し、前記評価工程は、該基準データと前記検出データとを比較して、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されているか否か判断することがより好ましいとされている。
【００２５】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、評価工程において、制御部に予め設定された基準データと、切削面検出工程で出力された検出データとを比較することで、切削面が包埋ブロックの全体に形成されたか否かを正確に判断することができる。
【００２６】
また、上記の薄切片作製装置において、前記粗削り量は、第一の粗削り量と、該第一の粗削り量よりも小さい第二の粗削り量とで構成され、前記制御部は、前記切削手段の前記カッターを前記切削方向に往復させても、前記切削面が検出されない場合は、前記送り手段の前記移動量として前記第一の粗削り量を設定するとともに、前記包埋ブロックの少なくとも一部に前記切削面が検出された場合には、前記送り手段の前記移動量を前記第二の粗削り量に再設定することがより好ましいとされている。
【００２７】
また、上記の薄切片の作製方法において、前記粗削り工程は、前記粗削り量を第一の粗削り量とした第一の粗削り工程と、前記粗削り量を前記第一の粗削り量よりも小さい第二の粗削り量とした第二の粗削り工程とで構成されるとともに、前記評価工程は、前記第一の粗削り工程と対応した第一の評価工程と、前記第二の粗削り工程と対応した第二の評価工程で構成され、前記第一の評価工程は、前記第一の粗削り工程後に前記切削面検出工程で出力した検出データに基づいて、前記切削面の状態を評価し、前記切削面が前記包埋ブロックに検出されていないと判断した場合には、再度第一の粗削り工程を行い、前記切削面が前記包埋ブロックの少なくとも一部に検出されたと判断した場合には、前記第二の粗削り工程に移行し、前記第二の評価工程は、前記第二の粗削り工程後に前記切削面検出工程で出力した検出データに基づいて、前記切削面の状態を評価し、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に検出されていないと判断した場合には、再度第二の粗削り工程を行い、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されたと判断した場合には、前記本削り工程に移行することがより好ましいとされている。
【００２８】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、まず、粗削り工程のうち、第一の粗削り工程として、送り手段の移動量を第一の粗削り量に設定して、包埋ブロックに対してカッターを厚さ方向に相対的に移動させる。そして、切削手段によって包埋ブロックに対してカッターを切削方向に相対的に往復させる。次に、切削面検出工程で切削面の状態を検出し、第一の評価工程で、切削面の状態の評価が行われる。これらの工程は、第一の評価工程で、包埋ブロックの少なくとも一部に切削面が検出されたと判断されるまで繰り返し行われる。この際、送り手段の移動量を第二の粗削り量よりも大きい第一の粗削り量とすることで、包埋ブロックの少なくとも一部に切削面が形成されるまで、効率良く粗削り工程を行うことができる。一方、第一の評価工程で包埋ブロックの少なくとも一部に切削面が形成された場合には、第二の粗削り工程に移行し、送り手段の移動量を第一の粗削り量よりも小さい第二の粗削り量に設定することで、切削面検出工程及び第二の評価工程で、精度良く、かつ、切削量を最小限にして、包埋ブロックの全体に切削面が形成された状態を検出することができ、本削り工程に移行できる。
【００２９】
また、上記の薄切片作製装置において、前記包埋ブロックの前記切削面の前記厚さ方向の位置を測定する高さセンサーを備え、前記制御部は、前記包埋ブロックに対して前記カッターを前記厚さ方向に相対的に移動させる際に、前記高さセンサーによる測定結果に基づいて、前記送り手段よって前記本削り量だけ移動させることがより好ましいとされている。
【００３０】
また、上記の薄切片の作製方法において、前記本削り工程は、高さセンサーによって前記包埋ブロックの前記切削面の前記厚さ方向の位置を測定し、前記高さセンサーの測定結果に基づいて、前記包埋ブロックに対して前記カッターを前記厚さ方向に前記本削り量だけ相対的に移動することがより好ましいとされている。
【００３１】
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、本削り工程において、高さセンサーによって切削面の厚さ方向の位置を測定することができる。このため、包埋ブロックが温度変化などによって伸縮して、切削面とカッターとの厚さ方向の位置が異なってしまっても、高さセンサーによって測定した切削面の厚さ方向の位置に基づいて、送り手段による本削り量を調整して移動させることができる。
【００３２】
また、上記の薄切片の作製方法において、前記粗削り工程では、前記包埋ブロックを切削する前記カッターとして粗削り用カッターを使用するとともに、前記本削り工程では、前記カッターとして前記粗削り用カッターと異なる本削り用カッターを使用することがより好ましいとされている。
【００３３】
この発明に係る薄切片の作製方法によれば、粗削り工程と本削り工程とにおいて、粗削り用カッターと本削り用カッターと異なる種類のカッターを使用することで、粗削り工程においては、耐摩耗性を有し、かつ、効率的に切削可能なものを選択するとともに、本削り工程においては、包埋ブロックをより良好な切削面で切削可能なものを選択することができる
【発明の効果】
【００３４】
本発明の薄切片作製装置によれば、切削面検出手段を備え、切削面検出手段の検出データに基づいて切削面の状態を評価して包埋ブロックに対するカッターの相対的な位置を把握することができる。また、本発明の薄切片の作製方法によれば、切削面検出工程において、切削面の状態を検出し、評価工程において、切削面の状態を評価して包埋ブロックに対するカッターの厚さ方向の相対的な位置を把握することができる。すなわち、本発明の薄切片作製装置及び薄切片の作製方法によれば、検出される切削面の状態に基づいて、包埋ブロックに対するカッターの厚さ方向の相対的な位置を把握し、これを基準として薄切片を作製することができる。このため、劣化に伴って、あるいは、目的に応じてカッターを交換したとしても、包埋ブロックを不必要に切削してしまうこと無く、位置調整して、薄切片を作製することできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（第１の実施形態）
図１から図６は、この発明に係る第１の実施形態を示している。図１及び図２に示す薄切片作製装置１は、生体試料Ｓが包埋された包埋ブロックＢから厚さ３〜５μｍ程度の極薄の薄切片を作製し、薄切片に含まれる生体試料Ｓを検査、観察する過程において、自動的に、包埋ブロックＢを切削し、包埋ブロックＢから薄切片を作製する装置である。生体試料Ｓは、例えば、人体や実験動物等から取り出した臓器などの組織から切除された試料であり、医療分野、製薬分野、食品分野、生物分野などで適時選択されるものである。また、包埋ブロックＢは、上記のような生体試料Ｓを包埋剤Ｂ１によって包埋、すなわち周囲を覆い固めたものである。このような包埋ブロックＢは、より詳しくは、以下のように作製されるものである。まず、上記の生体試料Ｓの塊をホルマリンに漬けて、生体試料Ｓを構成する蛋白質を固定する。そして、組織を固い状態にした後、適当な大きさに切断する。最後に、切断された生体試料Ｓの内部の水分を包埋剤Ｂ１に置き換えたものを、溶解した包埋剤Ｂ１の中に埋め込んで、固めることで作製される。ここで、包埋剤Ｂ１は、上記のように液状化と冷却固化が容易に可能とされるとともに、有機溶媒に浸漬することで溶解する材質であり、樹脂やパラフィンなどである。以下、薄切片作製装置１の構成について説明する。
【００３６】
図１及び図２に示すように、薄切片作製装置１は、包埋ブロックＢを固定している包埋カセットＣを交換可能に位置決めし、固定する試料台２と、包埋ブロックＢを切削する切削手段３とを備えている。切削手段３は、カッター４と、カッター４をホルダ５ａで固定する固定台５と、固定台５を切削方向Ｘに摺動可能とするガイド部６と、ガイド部６上で切削方向Ｘに固定台５を移動させる駆動部７とを備える。試料台２は、作製する薄切片の厚さ方向Ｙに包埋ブロックＢを所定の移動量だけ移動可能なＹステージ８上において、ガイドレール９によって切削方向Ｘに摺動可能に固定されている。
【００３７】
また、薄切片作製装置１は、包埋ブロックＢを切削することで形成される切削面Ｂ２の状態を検出し、制御部１４に検出データＤとして出力する切削面検出手段１０と、切削面Ｂ２の厚さ方向Ｙの位置Ｈを測定し、高さデータＤｈを出力する高さセンサー１１とを備える。高さセンサー１１は、切削面Ｂ２にレーザー光を照射するレーザー光源１１ａと、レーザー光源１１ａから所定距離離れた位置に設けられた受光素子１１ｂとで構成されている。また、切削面検出手段１０は、ガイド部６上を移動するカッター４の位置Ｑを検出し、カッター位置データＤｑを出力するカッター位置検出器１２と、カッター４によって包埋ブロックＢを切削した際に生じる切削力Ｐを検出し、切削力データＤｐを出力する切削力検出部１３とを備え、切削力データＤｐと、カッター位置データＤｑとで検出データＤを構成する。カッター位置検出器１２は、光学式センサーや磁気センサーなど種々公知の位置センサーを選択可能である。また、切削力検出部１３は、Ｙステージ８上に設けられ、試料台２に切削方向Ｘに対向して当接する力センサー１３ａと、Ｙステージ８上に設けられ、力センサー１３ａと対向して、試料台２を一定の力で押圧する押圧部であるプランジャー１３ｂとを有する。
【００３８】
制御部１４は、サンプリング回路１５と、コンピュータ１６と、ステージコントローラ１７とを備える。サンプリング回路１５には、力センサー１３ａから出力された切削力データＤｐと、カッター位置検出器１２から出力されたカッター位置データＤｑと、高さセンサー１１から出力された高さデータＤｈとが入力され、記憶される。また、コンピュータ１６には、各種データを外部入力可能な入力部１８が接続されている。より具体的には、本実施形態では、入力部１８は、基準データとして、試料台２に固定された包埋ブロックＢにおいて切削始点Ｂ３及び切削終点Ｂ４の切削方向Ｘの位置座標を入力することが可能である。入力部１８によって入力された位置座標は、コンピュータ１６に記憶される。そして、コンピュータ１６は、サンプリング回路１５に入力された切削力データＤｐとカッター位置データＤｑとで構成される検出データＤ、及び、高さデータＤｈ、並びに、包埋部録Ｂの切削始点Ｂ３及び切削終点Ｂ４の位置座標に基づいて、切削工程としてステージコントローラ１７を介して、駆動部７によってカッター４を所定速度で往復させ、また、Ｙステージ８を所定の移動量だけ移動させることが可能である。ここで、切削工程は、後述するように、粗削り工程と本削り工程とに分けられる。そして、コンピュータ１６には、Ｙステージ８の１回当たりの移動量として、粗削り工程における粗削り量と、本削り工程における本削り量Ｎとが予め決められている。また、粗削り工程は、第一の粗削り工程Ｓ２と、第二の粗削り工程Ｓ５とで構成されており、粗削り量は、第一の粗削り工程Ｓ２における第一の粗削り量Ｍ１と、第二の粗削り工程Ｓ５における第二の粗削り量Ｍ２とで構成されている。本実施形態においては、第一の粗削り量Ｍ１は、１００μｍに設定されている。また、第二の粗削り量Ｍ２は、第一の粗削り量Ｍ１よりも小さい値に設定されており、本実施形態では、２０μｍに設定されている。さらに、本削り量Ｎは、薄切片の厚さと対応しており、本実施形態においては、３μｍに設定されている。なお、これらの具体的数値は、各種条件に基づいて適時変更可能なものである。また、制御部１４のコンピュータ１６には、ディスプレイ１９が接続されており、下記に示す各工程の進捗状況や、切削面検出手段１０による検出結果などが表示可能である。
【００３９】
次に、この薄切片作製装置１の作用、及び薄切片作製装置１を使用した薄切片の作製方法について説明する。図１に示すように、まず、包埋カセットＣに固定された包埋ブロックＢを試料台２に載置する。そして、図１及び図３に示すように、準備工程Ｓ１として、制御部１４のコンピュータ１６は、ステージコントローラ１７によって駆動部７を駆動させ、カッター４を包埋ブロックＢに対して切削方向Ｘに退避させる（ステップＳ１ａ）。さらに、コンピュータ１６は、ステージコントローラ１７によってＹステージ８を駆動させ、厚さ方向Ｙに隙間Ｙ１を有した状態で、カッター４と包埋ブロックＢとを配置させる（ステップＳ１ｂ）。隙間Ｙ１は、試料台２に固定されている包埋ブロックＢの厚さ、カッター４の厚さ方向Ｙの取り付け位置、及びこれらの誤差等を考慮して、カッター４と包埋ブロックＢとが厚さ方向Ｙに確実に干渉しない程度の値とする。
【００４０】
次に、図３に示すように、第一の粗削り工程Ｓ２を行う。すなわち、制御部１４のコンピュータ１６の制御のもと、ステージコントローラ１７によってＹステージ８を駆動させて、包埋ブロックＢを第一の粗削り量Ｍ１（１００μｍ）だけカッター４に向って厚さ方向Ｙに移動させる（ステップＳ２ａ）。さらに、ステージコントローラ１７によって駆動部７を駆動させて、カッター４を切削方向Ｘに所定の移動速度で往復させる（ステップＳ２ｂ）。この際、カッター４と包埋ブロックＢとが、なお厚さ方向Ｙに一定の隙間を有した状態であれば、カッター４は単に往復するのみである。また、包埋ブロックＢを厚さ方向Ｙに第一の粗削り量Ｍ１だけ移動させたことで、カッター４と包埋ブロックＢとが厚さ方向Ｙに干渉する位置関係となれば、カッター４によって包埋ブロックＢの少なくとも一部が切削され、切削面が形成される。
【００４１】
また、カッター４を往復させるのに伴って、切削面検出工程Ｓ３として、この切削面Ｂ２の状態を検出する。すなわち、カッター４が往復するのに伴って、カッター位置検出器１２によって包埋ブロックＢに対するカッター４の位置Ｑを検出して、カッター位置データＤｑとして出力するとともに、カッター４が包埋ブロックＢを切削することによって生じる切削力Ｐを切削力検出部１３の力センサー１３ａによって検出して、切削力データＤｐとして出力する。この際、例えば１回目の第一の粗削り工程Ｓ２においては、カッター４と包埋ブロックＢとの間に依然隙間が形成された状態であり、包埋ブロックＢはカッター４によって切削されずに、切削面Ｂ２は形成されなかったとする。図４は、切削面Ｂ２が形成されなかった場合におけるカッター４の位置Ｑと切削力Ｐとの関係を示している。すなわち、カッター４の往復に伴って、カッター４の位置Ｑは増加するものの、切削力Ｐは初期値Ｐ１を示したまま変化しない。なお、初期値Ｐ１は、試料台２をプランジャー１３ｂが押圧し、これが力センサー１３ａで検出された値である。
【００４２】
そして、第一の評価工程Ｓ４として、制御部１４のコンピュータ１６は、サンプリング回路１５に入力された検出データＤに基づいて、包埋ブロックＢの少なくとも一部において切削面Ｂ２が形成されたかどうか判断する。より具体的には、切削面Ｂ２が形成される場合には、包埋ブロックＢを切削する際に切削力Ｐが生じるので、切削力データＤｐに基づいて切削力Ｐが初期値Ｐ１から変化したかどうかを確認する。図４に示すように、１回目の第一の粗削り工程Ｓ２では、カッター４によって包埋ブロックＢを切削することができなかったので、切削力Ｐの変化は見られない。これにより、制御部１４のコンピュータ１６は、カッター４と包埋ブロックＢとの間には厚さ方向Ｙに依然隙間を有していると判断して、再度第一の粗削り工程Ｓ２を行うことを指示する。第一の粗削り工程Ｓ２を繰り返すことで、包埋ブロックＢは順次第一の粗削り量Ｍ１（１００μｍ）ずつカッター４に向って移動し、最終的にカッター４によって包埋ブロックＢの一部を切削することになる。カッター４によって包埋ブロックＢを切削した場合には、カッター４と包埋ブロックＢとの間に切削力Ｐが生じ、試料台２を介して切削力検出部１３の力センサー１３ａに伝達される。この際、試料台２は、ガイドレール９によって切削方向Ｘに摺動可能である一方、力センサー１３ａに対向して設けられたプランジャー１３ｂによって一定の力で押圧された状態である。このため、包埋ブロックＢを切削することにより生じる切削力Ｐを、効率良く、かつ確実に力センサー１３ａに伝達させて、正確に切削力Ｐを検出することができる。次に、図３に示すように、第一の評価工程Ｓ４において、制御部１４のコンピュータ１６は、切削力Ｐに変化が見られたことを確認することができる。これにより、制御部１４のコンピュータ１６は、包埋ブロックＢの少なくとも一部に切削面Ｂ２が形成され、すなわち、カッター４と包埋ブロックＢとは厚さ方向Ｙに互いに干渉し合う位置関係となった判断して、第二の粗削り工程Ｓ５に移行させる。
【００４３】
まず、制御部１４のコンピュータ１６は、Ｙステージ８の１回当たりの移動量を第一の粗削り量Ｍ１（１００μｍ）から第二の粗削り量Ｍ２（２０μｍ）に再設定する。そして、制御部１４のコンピュータ１６の制御のもと、ステージコントローラ１７によってＹステージ８を駆動させて、包埋ブロックＢを第二の粗削り量Ｍ２（２０μｍ）だけカッター４に向って厚さ方向Ｙに移動させる（ステップＳ５ａ）。次に、ステージコントローラ１７によって駆動部７を駆動させて、カッター４を切削方向Ｘに所定の移動速度で往復させる（ステップＳ５ｂ）。さらに、カッター４を往復させるのに伴って、切削面検出工程Ｓ６として、この切削面Ｂ２の状態を検出する。すなわち、カッター４が往復するのに伴って、同様にカッター４の位置Ｑを検出して、カッター位置データＤｑとして出力するとともに、切削力Ｐを検出して切削力データＤｐとして出力する。この際、例えば１回目の第二の粗削り工程Ｓ５においては、カッター４によって依然包埋ブロックＢの一部しか切削することができなかったとする。このため、図５に示すように、検出される切削力Ｐは、カッター４と包埋ブロックＢとが切削方向Ｘで干渉する範囲である切削始点Ｂ３から切削終点Ｂ４までの範囲において、一部でしか変化しない。
【００４４】
次に、第二の評価工程Ｓ７として、制御部１４のコンピュータ１６は、サンプリング回路１５に入力される検出データＤに基づいて、切削面Ｂ２の状態を評価する。上述のように１回目の第二の粗削り工程Ｓ５では、包埋ブロックＢの一部しか切削できず、切削力Ｐはその一部でしか検出されていない。このため、制御部１４のコンピュータ１６は、切削力データＤｐに基づいて、包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成されていないと判断して、再度第二の粗削り工程Ｓ５を行うことを指示する。そして、第二の粗削り工程Ｓ５を繰り返すことで、包埋ブロックＢは順次第二の粗削り量Ｍ２（２０μｍ）ずつ移動し、最終的にカッター４によって包埋ブロックＢの全体を切削することになる。すなわち、図６に示すように、切削面検出工程Ｓ６で検出された切削力Ｐは、カッター４と包埋ブロックＢとが切削方向Ｘに干渉する範囲である包埋ブロックＢの切削始点Ｂ３から切削終点Ｂ４まで略等しい値を示す。このため、制御部１４のコンピュータ１６は、基準データとして設定された切削始点Ｂ３及び切削終点Ｂ４の切削方向Ｘの位置座標と、検出データＤとの比較に基づいて包埋ブロックＢの全体を切削したものと判断する。すなわち、この状態においては、包埋ブロックＢの全体が切削されることで、薄切片を採取可能な切削面Ｂ２である薄切片採取面Ｂ５が露出したことになり、さらにこの薄切片採取面Ｂ５とカッター４とが厚さ方向Ｙに一致したことになる。
【００４５】
最後に、本削り工程Ｓ８として、包埋ブロックＢを薄切片の厚さに切削して、薄切片の作製を行う。まず、ステップＳ８ａとして、薄切片採取面Ｂ５の厚さ方向Ｙの位置Ｈを高さセンサー１１よって測定し、その測定結果を高さデータＤｈとして出力する。また、制御部１４のコンピュータ１６は、Ｙステージ８の移動量を本削り量Ｎ（３μｍ）に再設定する。そして、制御部１４のコンピュータ１６の制御のもと、ステージコントローラ１７によってＹステージ８を駆動させて、包埋ブロックＢを本削り量Ｎ（３μｍ）だけカッター４に向って厚さ方向Ｙに移動させる。この際、随時高さセンサー１１によって薄切片採取面Ｂ５の厚さ方向の位置Ｈを測定し、制御部１４のコンピュータ１６は、サンプル回路１５に入力される高さデータＤｈに基づいて、薄切片採取面Ｂ５の厚さ方向Ｙの位置Ｈの監視を行う。そして、Ｙステージ８の移動量が本削り量Ｎに達していなくても、高さセンサー１１の高さデータＤｈに基づいて、本削り量Ｎだけ移動したと算出される場合には、Ｙステージ８の駆動を停止させる。一方、Ｙステージ８の移動量が本削り量Ｎに達したとしても、高さセンサー１１の高さデータＤｈに基づいて、本削り量Ｎだけ移動してないと算出される場合には、本削り量Ｎだけ移動したと算出されるまでＹステージ８をさらに駆動させる。包埋ブロックＢが温度変化などによって伸縮して、切削面Ｂ２とカッター４との厚さ方向Ｙの位置関係が変化してしまった場合、Ｙステージ８を所定の移動量だけ移動しても、対応した所定の厚さの薄切片を作製することができなくなってしまう。しかしながら、高さセンサー１１によって測定した切削面Ｂ２の厚さ方向Ｙの位置Ｈに基づいて、Ｙステージ８による本削り量Ｎを調整することで、温度変化などの影響を受けたとしても、正確に所定の移動量だけ移動させることができる。最後に、ステップＳ８ｂとして、ステージコントローラ１７によって駆動部７を駆動させて、カッター４を切削方向Ｘに所定の移動速度で往復させることで、厚さ３μｍの薄切片を作製することができる。
【００４６】
以上のように、切削面検出工程において切削面検出手段で切削面の状態を検出し、評価工程において、制御部１４によって切削面検出手段１０の検出データＤに基づいて切削面Ｂ２の状態を評価して、包埋ブロックＢに対するカッター４の厚さ方向Ｙの位置を把握することができる。このため、検出される切削面Ｂ２の状態に基づいて、カッター４と包埋ブロックＢの位置関係に係らず、最小限の切削量で自動的に包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２を形成し、これを基準として薄切片を作製することができる。すなわち、劣化に伴って、あるいは、目的に応じてカッター４を交換したとしても、包埋ブロックＢを不必要に切削してしまうことが無く、自動的に位置調整して、薄切片を作製することできる。
【００４７】
さらに、粗削り工程を第一の粗削り工程Ｓ２と第二の粗削り工程Ｓ５とで構成し、第一の粗削り工程Ｓ２のおけるＹステージ８の移動量を、第二の粗削り量Ｍ２よりも大きい第一の粗削り量Ｍ１とすることで、包埋ブロックの少なくとも一部に切削面Ｂ２が形成されるまで、効率良く粗削り工程を行うことができる。さらに、第二の粗削り工程Ｓ５におけるＹステージ８の移動量を第一の粗削り量Ｍ１よりも小さい第二の粗削り量Ｍ２とすることで、切削面検出工程Ｓ６及び第二の評価工程Ｓ７で、精度良く、かつ、切削量を最小限にして、包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成された状態を検出することができ、本削り工程Ｓ８に移行できる。
【００４８】
図７は、この実施形態における第１の変形例として、粗削り工程（第一の粗削り工程Ｓ２及び第二の粗削り工程Ｓ５）では、包埋ブロックＢを切削するカッター４として粗削り用カッターを使用するとともに、本削り工程Ｓ８では、カッター４として粗削り用カッターと異なる本削り用カッターを使用する場合のフロー図を示している。図７に示すように、この場合、第二の評価工程Ｓ７で、包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成されたと判断して、本削り工程Ｓ８に移行する前に、本削り準備工程Ｓ９が行われる。すなわち、まず、固定台５に固定されている粗削り用カッターを本削り用カッターに交換する（ステップＳ９ａ）。次に、制御部１４のコンピュータ１６は、高さセンサー１１による測定結果に基づいて、ステージコントローラ１７によって、Ｙステージ８を本削り量Ｎだけ移動させる（ステップＳ９ｂ）。そして、さらに、駆動部７を駆動させて本削り用カッターを切削方向Ｘに往復させる（ステップＳ９ｃ）。そして、切削力検出部１３の力センサー１３ａによって切削力Ｐを検出し、切削力データＤｐを出力する（ステップＳ９ｄ）。そして、制御部１４のコンピュータ１６は、切削力データＤｐに基づいて、切削力Ｐが検出されなかった場合には、本削り用カッターに交換した際に本削り用カッターの位置が僅かにずれてしまったと判断して、再度ステップＳ９ｂから繰り返す。また、切削力Ｐが検出された場合には、本削り用カッターが包埋ブロックＢを切削可能な位置となっていると判断して、本削り工程に移行する。そして、本削り工程Ｓ８においては、本削り用カッターを使用して、所定の厚さの薄切片を作製することができる。以上のように、粗削り工程と本削り工程とにおいて、粗削り用カッターと本削り用カッターと異なる種類のカッターを使用することで、粗削り工程においては、耐摩耗性を有し、かつ、効率的に切削可能なものを選択するとともに、本削り工程においては、包埋ブロックをより良好な切削面で切削可能なものを選択することができる。
【００４９】
なお、本実施形態及びその変形例おいては、切削力検出部１３で、切削力Ｐを検出する力センサー１３ａは試料台２に設けられているものとしたが、これに限ることは無い。切削に伴って生じる切削力Ｐは、カッター４及び試料台２の双方に生じるものであるので、いずれに設けても切削力Ｐを検出することができる。
【００５０】
また、切削力データＤｐとカッター位置データＤｑとで構成される検出データＤは、予め入力部１８によって入力された基準データである包埋ブロックＢの切削始点Ｂ３及び切削終点Ｂ４の切削方向Ｘの位置座標と比較されるものとしたが、これに限るものでは無い。例えば、入力部１８によって基準データとして包埋ブロックＢの切削方向Ｘの長さを入力可能としても良い。図８は、この実施形態の第２の変形例におけるカッター４の位置Ｑと切削力Ｐとの関係を示している。すなわち、図８に示すように、第二の評価工程Ｓ７においては、基準データである包埋ブロックＢの切削方向Ｘの長さと、検出データＤに基づいて切削力Ｐが検出された切削方向Ｘの長さＬとを比較し、略等しい値かどうかを判断するものとしても、同様に、包埋ブロックＢの全体が切削されたかどうかを判断することができる。
【００５１】
さらに、入力部１８によって、基準データとして包埋ブロックＢ全体を切削した際に検出される切削力Ｐ２を入力しておくものとし、入力された切削力Ｐ２と、実際に出力される切削力Ｐとを比較するものとしても良い。切削力Ｐは、切削方向Ｘと直交する方向全体に包埋ブロックＢを切削した際に最大値として、上記切削力Ｐ２を示す。すなわち、切削力Ｐ２を入力し、切削力Ｐについても監視する。そして、図８に示すように、例えば、検出データＤに基づいて、検出された切削力Ｐ３が、予め入力された切削力Ｐ２よりも小さい場合には、包埋ブロックＢ全体を切削していないと判断する。このようにすることで、切削方向Ｘには包埋ブロックＢ全体を切削しているものの、切削方向Ｘと直交する方向には切削されていない場合に、包埋ブロックＢ全体を切削していると判断して本削り工程Ｓ８に移行してしまうのを防ぐことができる。
【００５２】
また、上記においては、検出データＤと比較する基準データは、入力部１８によって予め入力するものとしたが、これに限るものでは無い。試料台２の上方に撮影手段を設けて包埋ブロックＢを撮影し、撮影された画像データを基準データとして、これに基づいて、包埋ブロックＢの位置や長さを検出しても良い。また、同様の大きさ、種類の包埋ブロックＢを繰り返し切削する場合には、前回包埋ブロックＢの全体を切削した際の、包埋ブロックＢの切削方向Ｘの位置若しくは長さ、また、切削力Ｐを記録し、次回の包埋ブロックＢを切削する際の基準データとしても良い。あるいは、前回包埋ブロックＢの全体を切削した際のカッター４の位置Ｑと切削力Ｐとの関係を示す波形自体を記録し、これを基準データとして、次回の包埋ブロックＢを切削した際の波形と直接パターンマッチングなどで比較するものとしても良い。
【００５３】
また、本実施形態では、カッター４は、刃先が切削方向Ｘに対して略直交するようにして固定されているが、これに限るものでは無く、引き角θを設けるものとしても良い。図９は、この実施形態の第３の変形例として、（ａ）が、引き角θを設けた場合のカッター４と、包埋ブロックＢとの平面的な位置関係を示す概略図を、（ｂ）が、引き角θを設けた場合のカッター４の位置Ｑと、切削力Ｐとの関係を示している。図９（ｂ）において、実線Ｓで示すように、包埋ブロックＢの全体を切削した場合には、位置Ｑ１から徐々に切削力Ｐは増大し、位置Ｑ２において最大切削力Ｐ４を示す。そして、位置Ｑ３まで、切削力Ｐは最大切削力Ｐ４で一定の値を示す。そして、位置Ｑ３以降切削力Ｐは減少し、位置Ｑ４で初期値Ｐ１となる。一方、包埋ブロックＢの全体を切削していない場合には、図９（ｂ）において点線Ｔで示すように、検出される最大切削力Ｐ５は、包埋ブロックＢの全体を切削した場合の最大切削力Ｐ４に比べて小さくなる。また、切削力Ｐが検出される位置及び範囲も異なってくる。このため、引き角θを設けた場合でも同様に、切削力Ｐを比較し、また、包埋ブロックＢの大きさに基づいて切削力が検出される切削方向Ｘの位置及び範囲を比較することで、同様に、包埋ブロックＢの全体が切削されたかどうか検出することができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
図１０から図１３は、この発明に係る第２の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００５５】
図１０及び図１１に示すように、この実施形態の薄切片作製装置２０は、切削面検出手段２１として、切削面Ｂ２を照明する照明系２２と、照明系２２で照明された切削面Ｂ２を撮影する撮影光学系２３とを備え、検出データとして、切削面Ｂ２の画像データＤｉを取得し、出力することが可能である。照明系２２は、平行光Ｌを照射可能な光源である面発光源２２ａと、面発光源２２ａから照射された平行光Ｌを反射させるハーフミラー２２ｂとを備える。面発光源２２ａから照射される平行光Ｌは、ハーフミラー２２ｂの反射面２２ｃで反射し、切削面Ｂ２に略直交して照射する、いわゆる落射照明として切削面に照明可能に、面発光源２２ａ及びハーフミラー２２ｂの位置が設定されている。また、撮影光学系２３は、ハーフミラー２２ｂの後方に設けられたカメラであり、制御部２４の画像取得回路２５と接続されている。すなわち、照明系２２によって包埋ブロックＢの切削面Ｂ２に照射された平行光Ｌは、切削面Ｂ２で反射して、その一部がハーフミラー２２ｂを透過して、撮影光学系２３で受光される。このため、撮影光学系２３は、落射照明によって包埋ブロックＢの切削面Ｂ２を撮影し、制御部２４の画像取得回路２５に画像データＤｉを入力することが可能である。また、制御部２４のコンピュータ２６には、基準データとして、切削面が包埋ブロックＢの全体に形成された状態で、切削面を撮影した画像データが記録されている。この基準データは、第１の実施形態同様に、入力部１８から外部入力されたものでも良いし、撮影光学系２３で撮影された画像データを利用するものとしても良い。
【００５６】
このような薄切片作製装置２０によれば、切削面検出工程Ｓ３´において、撮影光学系２３で取得された画像データＤｉのうち、切削面Ｂ２が形成された平滑な部分では、照射された平行光Ｌが正反射するので、明るく映し出され、また、切削面Ｂ２が形成されていない部分では、照射された平行光Ｌが乱反射するので、暗く映し出される。なお、この際、制御部２４のコンピュータ２６において、入力された画像データＤｉの輝度情報をもとに二値化処理することによって、より明確に切削面Ｂ２が形成された部分を認識することが可能となる。そして、制御部２４のコンピュータ２６は、明るく映し出された部分を切削面Ｂ２と認識し、第一の評価工程Ｓ４´及び第二の評価工程Ｓ７´を行うことができる。すなわち、図１３（ａ）に示すように、第一の粗削り工程Ｓ２において、最初は切削面Ｂ２が形成されていないので、取得した画像でデータＤｉは暗い部分Ａ１しか映し出されない。そして、第一の評価工程Ｓ４´において、切削面検出工程Ｓ３´で取得された画像データＤｉに暗い部分Ａ１しか映し出されていない場合には、第一の粗削り工程Ｓ２を繰り返し行わせる。一方、図１３（ｂ）に示すように、第一の粗削り工程Ｓ２を繰り返すことで、包埋ブロックＢの一部に切削面Ｂ２が形成されると、画像データＤｉの一部に、切削面Ｂ２である明るい部分Ａ２が映し出される。そして、制御部２４のコンピュータ２６は、明るい部分Ａ２が確認された場合には、切削面Ｂ２が形成されたと判断して、第二の粗削り工程に移行させる。
【００５７】
また、第二の粗削り工程Ｓ５を繰り返すことにより、徐々に包埋ブロックＢの切削される範囲が大きくなり、すなわち切削面検出工程Ｓ６´において取得される画像データＤｉのうち明るい部分Ａ２が次第に大きくなる。この際、コンピュータ２６は、この明るい部分Ａ２である切削面Ｂ２が形成された部分の面積を算出する。そして、基準データとして記憶されている画像データから包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成された場合の面積を算出して略等しい面積かどうか比較を行う。そして、図１３（ｃ）に示すように、明るい部分Ａ２の面積が包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成された場合の面積と略等しくなった場合は、包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成された、すなわち薄切片採取面Ｂ５が形成されたと判断して、本削り工程Ｓ８に移行させる。
【００５８】
なお、上記のように取得された画像データＤｉから明るい部分Ａ２の面積を算出する手法に限らず、例えば、切削面Ｂ２が形成された部分の外縁部を認識し、基準データとして記憶された包埋ブロックＢの全体に切削面Ｂ２が形成された場合の外縁部の形状とパターンマッチングを行うようにしても同様に、切削面Ｂ２の状態の評価を行うことができる。また、切削面検出手段２１において、照明系２２の光源は、面発光源２２ａであるものとしたが、例えば、点光源からの光をピンホール及びコリメータレンズを通過させて平行光に変換するものとしても良い。さらには、照明系２２の照明は平行光Ｌに限らず散乱光としても良い。ただし、照明系２２による照明を散乱光としても切削面Ｂ２を確認することは可能ではあるが、平行光Ｌを切削面Ｂ２に対して略直交して照射するようにすることで、コントラストの著しい画像として、より明確に切削面Ｂ２の状態を検出することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００６０】
なお、切削手段３において、試料台２が固定され、カッター４が切削方向Ｘに移動することで包埋ブロックＢを切削するものとしたが、カッター４を固定して、試料台２を切削方向Ｘに移動させる構成としても良い。また、送り手段であるＹステージ８によって包埋ブロックＢがカッター４に対して厚さ方向Ｙに所定移動量ずつ移動するものとしたが、カッター４が厚さ方向Ｙに移動する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明の第１の実施形態の薄切片作製装置の全体図である。
【図２】この発明の第１の実施形態の薄切片作製装置のブロック図である。
【図３】この発明の第１の実施形態の薄切片作製のフロー図である。
【図４】この発明の第１の実施形態の薄切片作製におけるカッター位置と切削力との関係を示す説明図である。
【図５】この発明の第１の実施形態の薄切片作製におけるカッター位置と切削力との関係を示す説明図である。
【図６】この発明の第１の実施形態の薄切片作製におけるカッター位置と切削力との関係を示す説明図である。
【図７】この発明の第１の実施形態の第１の変形例の薄切片作製のフロー図である。
【図８】この発明の第１の実施形態の第２の変形例の薄切片作製におけるカッター位置と切削力との関係を示す説明図である。
【図９】この発明の第１の実施形態の第３の変形例の薄切片作製におけるカッター位置と切削力との関係を示す説明図である。
【図１０】この発明の第２の実施形態の薄切片作製装置の全体図である。
【図１１】この発明の第２の実施形態の薄切片作製装置のブロック図である。
【図１２】この発明の第２の実施形態の薄切片作製のフロー図である。
【図１３】この発明の第２の実施形態の薄切片作製の説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１、２０ 薄切片作製装置
２ 試料台
３ 切削手段
４ カッター
８ Ｙステージ（送り手段）
１０、２１ 切削面検出手段
１１ 高さセンサー
１２ カッター位置検出器
１３ 切削力検出部
１３ａ 力センサー
１３ｂ プランジャー（押圧部）
１４、２４ 制御部
２２ 照明系
２２ａ 面発光源
２２ｂ ハーフミラー
２３ 撮影光学系
Ｂ 包埋ブロック
Ｂ２ 切削面
Ｄ 検出データ
Ｄｐ 切削力データ
Ｄｑ カッター位置データ
Ｄｈ 高さデータ
Ｄｉ 画像データ
Ｈ 切削面の厚さ方向の位置
Ｌ 平行光
Ｐ 切削力
Ｑ カッターの位置
Ｘ 切削方向
Ｙ 厚さ方向
Ｓ１ 準備工程
Ｓ２ 第一の粗削り工程
Ｓ３、Ｓ３´ 切削面検出工程
Ｓ４、Ｓ４´ 第一の評価工程
Ｓ５ 第二の粗削り工程
Ｓ６、Ｓ６´ 切削面検出工程
Ｓ７、Ｓ７´ 第二の評価工程
Ｓ８ 本削り工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
包埋ブロックを固定する試料台と、
前記包埋ブロックに対してカッターを、作製する薄切片の厚さ方向に所定の移動量だけ相対的に移動させる送り手段と、
前記包埋ブロックに対して前記カッターを、切削方向に相対的に往復させる切削手段と、
該切削手段による前記カッターの往復に伴って、前記包埋ブロックが切削されることで形成される切削面の状態を検出し、検出データとして出力する切削面検出手段とを備えることを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項２】
請求項１に記載の薄切片作製装置において、
前記切削面検出手段は、前記カッターと前記試料台とのいずれか一方に設けられ、前記切削手段の前記カッターによって前記包埋ブロックを切削した際に生じる切削力を検出し、切削力データとして出力する切削力検出部と、
前記カッターと前記包埋ブロックとの前記切削方向における相対的位置を検出し、カッター位置データとして出力するカッター位置検出部とを備え、
前記検出データは、前記切削力データと、前記カッター位置データとで構成されることを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項３】
請求項２に記載の薄切片作製装置において、
前記試料台は前記切削方向に摺動可能に固定され、
前記切削面検出手段の前記切削力検出部は、前記試料台に前記切削手段による前記切削方向と対向して当接する力センサーと、
該力センサーと対向して、前記試料台を押圧する押圧部とを有することを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項４】
請求項１に記載の薄切片作製装置において、
前記切削面検出手段は、前記切削面を照明する照明系と、
該照明系で照明された前記切削面を撮影する撮影光学系とを備え、
前記検出データは、前記撮影光学系で撮影された画像データであることを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項５】
請求項４に記載の薄切片作製装置において、
前記切削面検出手段の前記照明系は、平行光を照射可能な光源と、
該光源から照射された前記平行光を反射させて、前記切削面に略直交して照射させるハーフミラーとを備え、
前記撮影光学系は、前記切削面で反射して前記ハーフミラーを透過する反射光を受光可能に前記ハーフミラーの後方に設けられていることを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の薄切片作製装置において、
前記切削面検出手段による前記切削面の前記検出データに基づいて、前記送り手段の前記移動量を、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されていない時の粗削り量と、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されている時の前記薄切片の厚さと対応した本削り量とのいずれかに設定する制御部を備えることを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項７】
請求項６に記載の薄切片作製装置において、
前記制御部は、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されている時の前記切削面の状態を表す基準データが予め設定されていて、該基準データと前記検出データとを比較して、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されているか否か判断することを特徴する薄切片作製装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の薄切片作製装置において、
前記粗削り量は、第一の粗削り量と、該第一の粗削り量よりも小さい第二の粗削り量とで構成され、
前記制御部は、前記切削手段の前記カッターを前記切削方向に往復させても、前記切削面が検出されない場合は、前記送り手段の前記移動量として前記第一の粗削り量を設定するとともに、前記包埋ブロックの少なくとも一部に前記切削面が検出された場合には、前記送り手段の前記移動量を前記第二の粗削り量に再設定することを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項９】
請求項６から請求項８のいずれかに記載の薄切片作製装置において、
前記包埋ブロックの前記切削面の前記厚さ方向の位置を測定する高さセンサーを備え、
前記制御部は、前記包埋ブロックに対して前記カッターを前記厚さ方向に前記本削り量だけ相対的に移動させる際に、前記高さセンサーによる測定結果に基づいて、前記送り手段によって移動させることを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項１０】
試料台に固定された包埋ブロック対してカッターを、作製する薄切片の厚さ方向に隙間を有して配置させる準備工程と、
前記包埋ブロックに対して前記カッターを、前記厚さ方向に予め決められた移動量だけ相対的に移動させた後、前記包埋ブロックに対して前記カッターを切削方向に相対的に往復させる切削工程と、
該切削工程で前記包埋ブロックが切削されることで形成される切削面の状態を検出し、検出データとして出力する切削面検出工程と、
該切削面検出工程で出力した前記検出データに基づいて、前記切削面の状態を評価する評価工程とを備えることを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の薄切片の作製方法において、
前記切削面検出工程は、前記切削工程における前記カッターによって前記包埋ブロックを切削した際に生じる切削力を検出して、切削力データとして出力するとともに、前記包埋ブロックに対する前記カッターの前記切削方向の相対的位置を検出して、カッター位置データとして出力し、前記切削力データと、前記カッター位置データとで前記検出データを構成させることを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の薄切片の作製方法において、
前記切削面検出工程は、光源から照射させた平行光をハーフミラーで反射させて、前記切削面に略直交に照射させるとともに、前記ハーフミラーの後方で、前記切削面で反射して前記ハーフミラーを透過する反射光を受光することで、前記切削面を撮影し、前記検出データとして画像データを取得することを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の薄切片の作製方法において、
前記切削工程は、前記包埋ブロックに対して前記カッターを、前記移動量として予め決められた粗削り量だけ相対的に移動させる粗削り工程と、
前記包埋ブロックに対して前記カッターを、前記移動量として前記薄切片の厚さと対応する本削り量だけ移動させる本削り工程とを有し、
前記切削面検出工程及び前記評価工程は前記粗削り工程後に行われ、
該評価工程は、前記検出データに基づいて、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されていないと判断した場合には、再度前記粗削り工程を行い、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されたと判断した場合には、前記本削り工程に移行することを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の薄切片の作製方法において、
前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されている時の前記切削面の状態を表す基準データを予め取得し、
前記評価工程は、該基準データと前記検出データとを比較して、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されているか否か判断することを特徴する薄切片の作製方法。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４に記載の薄切片の作製方法において、
前記粗削り工程は、前記粗削り量を第一の粗削り量とした第一の粗削り工程と、前記粗削り量を前記第一の粗削り量よりも小さい第二の粗削り量とした第二の粗削り工程とで構成されるとともに、
前記評価工程は、前記第一の粗削り工程と対応した第一の評価工程と、前記第二の粗削り工程と対応した第二の評価工程で構成され、
前記第一の評価工程は、前記第一の粗削り工程後に前記切削面検出工程で出力した前記検出データに基づいて、前記切削面の状態を評価し、前記切削面が前記包埋ブロックに形成されていないと判断した場合には、再度第一の粗削り工程を行い、前記切削面が前記包埋ブロックの少なくとも一部に形成されたと判断した場合には、前記第二の粗削り工程に移行し、
前記第二の評価工程は、前記第二の粗削り工程後に前記切削面検出工程で出力した検出データに基づいて、前記切削面の状態を評価し、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されていないと判断した場合には、再度第二の粗削り工程を行い、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されたと判断した場合には、前記本削り工程に移行することを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１６】
請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の薄切片の作製方法において、
前記本削り工程は、高さセンサーによって前記包埋ブロックの前記切削面の前記厚さ方向の位置を測定し、前記高さセンサーの測定結果に基づいて、前記包埋ブロックに対して前記カッターを前記厚さ方向に前記本削り量だけ相対的に移動することを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１７】
請求項１３から請求項１６のいずれかに記載の薄切片の作製方法において、
前記粗削り工程では、前記包埋ブロックを切削する前記カッターとして粗削り用カッターを使用するとともに、前記本削り工程では、前記カッターとして前記粗削り用カッターと異なる本削り用カッターを使用することを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１】
包埋ブロックを固定する試料台と、
前記包埋ブロックに対してカッターを、作製する薄切片の厚さ方向に所定の移動量だけ相対的に移動させる送り手段と、
前記包埋ブロックに対して前記カッターを、切削方向に相対的に往復させる切削手段と、
該切削手段による前記カッターの往復に伴って、前記包埋ブロックが切削されることで形成される切削面の状態を検出し、検出データとして出力する切削面検出手段とを備えることを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項２】
請求項１に記載の薄切片作製装置において、
前記切削面検出手段は、前記カッターと前記試料台とのいずれか一方に設けられ、前記切削手段の前記カッターによって前記包埋ブロックを切削した際に生じる切削力を検出し、切削力データとして出力する切削力検出部と、
前記カッターと前記包埋ブロックとの前記切削方向における相対的位置を検出し、カッター位置データとして出力するカッター位置検出部とを備え、
前記検出データは、前記切削力データと、前記カッター位置データとで構成されることを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項３】
請求項２に記載の薄切片作製装置において、
前記試料台は前記切削方向に摺動可能に固定され、
前記切削面検出手段の前記切削力検出部は、前記試料台に前記切削手段による前記切削方向と対向して当接する力センサーと、
該力センサーと対向して、前記試料台を押圧する押圧部とを有することを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項４】
請求項１に記載の薄切片作製装置において、
前記切削面検出手段は、前記切削面を照明する照明系と、
該照明系で照明された前記切削面を撮影する撮影光学系とを備え、
前記検出データは、前記撮影光学系で撮影された画像データであることを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項５】
請求項４に記載の薄切片作製装置において、
前記切削面検出手段の前記照明系は、平行光を照射可能な光源と、
該光源から照射された前記平行光を反射させて、前記切削面に略直交して照射させるハーフミラーとを備え、
前記撮影光学系は、前記切削面で反射して前記ハーフミラーを透過する反射光を受光可能に前記ハーフミラーの後方に設けられていることを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の薄切片作製装置において、
前記切削面検出手段による前記切削面の前記検出データに基づいて、前記送り手段の前記移動量を、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されていない時の粗削り量と、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されている時の前記薄切片の厚さと対応した本削り量とのいずれかに設定する制御部を備えることを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項７】
請求項６に記載の薄切片作製装置において、
前記制御部は、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されている時の前記切削面の状態を表す基準データが予め設定されていて、該基準データと前記検出データとを比較して、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されているか否か判断することを特徴する薄切片作製装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の薄切片作製装置において、
前記粗削り量は、第一の粗削り量と、該第一の粗削り量よりも小さい第二の粗削り量とで構成され、
前記制御部は、前記切削手段の前記カッターを前記切削方向に往復させても、前記切削面が検出されない場合は、前記送り手段の前記移動量として前記第一の粗削り量を設定するとともに、前記包埋ブロックの少なくとも一部に前記切削面が検出された場合には、前記送り手段の前記移動量を前記第二の粗削り量に再設定することを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項９】
請求項６から請求項８のいずれかに記載の薄切片作製装置において、
前記包埋ブロックの前記切削面の前記厚さ方向の位置を測定する高さセンサーを備え、
前記制御部は、前記包埋ブロックに対して前記カッターを前記厚さ方向に前記本削り量だけ相対的に移動させる際に、前記高さセンサーによる測定結果に基づいて、前記送り手段によって移動させることを特徴とする薄切片作製装置。
【請求項１０】
試料台に固定された包埋ブロック対してカッターを、作製する薄切片の厚さ方向に隙間を有して配置させる準備工程と、
前記包埋ブロックに対して前記カッターを、前記厚さ方向に予め決められた移動量だけ相対的に移動させた後、前記包埋ブロックに対して前記カッターを切削方向に相対的に往復させる切削工程と、
該切削工程で前記包埋ブロックが切削されることで形成される切削面の状態を検出し、検出データとして出力する切削面検出工程と、
該切削面検出工程で出力した前記検出データに基づいて、前記切削面の状態を評価する評価工程とを備えることを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の薄切片の作製方法において、
前記切削面検出工程は、前記切削工程における前記カッターによって前記包埋ブロックを切削した際に生じる切削力を検出して、切削力データとして出力するとともに、前記包埋ブロックに対する前記カッターの前記切削方向の相対的位置を検出して、カッター位置データとして出力し、前記切削力データと、前記カッター位置データとで前記検出データを構成させることを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の薄切片の作製方法において、
前記切削面検出工程は、光源から照射させた平行光をハーフミラーで反射させて、前記切削面に略直交に照射させるとともに、前記ハーフミラーの後方で、前記切削面で反射して前記ハーフミラーを透過する反射光を受光することで、前記切削面を撮影し、前記検出データとして画像データを取得することを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の薄切片の作製方法において、
前記切削工程は、前記包埋ブロックに対して前記カッターを、前記移動量として予め決められた粗削り量だけ相対的に移動させる粗削り工程と、
前記包埋ブロックに対して前記カッターを、前記移動量として前記薄切片の厚さと対応する本削り量だけ移動させる本削り工程とを有し、
前記切削面検出工程及び前記評価工程は前記粗削り工程後に行われ、
該評価工程は、前記検出データに基づいて、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されていないと判断した場合には、再度前記粗削り工程を行い、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されたと判断した場合には、前記本削り工程に移行することを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の薄切片の作製方法において、
前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されている時の前記切削面の状態を表す基準データを予め取得し、
前記評価工程は、該基準データと前記検出データとを比較して、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されているか否か判断することを特徴する薄切片の作製方法。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４に記載の薄切片の作製方法において、
前記粗削り工程は、前記粗削り量を第一の粗削り量とした第一の粗削り工程と、前記粗削り量を前記第一の粗削り量よりも小さい第二の粗削り量とした第二の粗削り工程とで構成されるとともに、
前記評価工程は、前記第一の粗削り工程と対応した第一の評価工程と、前記第二の粗削り工程と対応した第二の評価工程で構成され、
前記第一の評価工程は、前記第一の粗削り工程後に前記切削面検出工程で出力した前記検出データに基づいて、前記切削面の状態を評価し、前記切削面が前記包埋ブロックに形成されていないと判断した場合には、再度第一の粗削り工程を行い、前記切削面が前記包埋ブロックの少なくとも一部に形成されたと判断した場合には、前記第二の粗削り工程に移行し、
前記第二の評価工程は、前記第二の粗削り工程後に前記切削面検出工程で出力した検出データに基づいて、前記切削面の状態を評価し、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されていないと判断した場合には、再度第二の粗削り工程を行い、前記切削面が前記包埋ブロックの全体に形成されたと判断した場合には、前記本削り工程に移行することを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１６】
請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の薄切片の作製方法において、
前記本削り工程は、高さセンサーによって前記包埋ブロックの前記切削面の前記厚さ方向の位置を測定し、前記高さセンサーの測定結果に基づいて、前記包埋ブロックに対して前記カッターを前記厚さ方向に前記本削り量だけ相対的に移動することを特徴とする薄切片の作製方法。
【請求項１７】
請求項１３から請求項１６のいずれかに記載の薄切片の作製方法において、
前記粗削り工程では、前記包埋ブロックを切削する前記カッターとして粗削り用カッターを使用するとともに、前記本削り工程では、前記カッターとして前記粗削り用カッターと異なる本削り用カッターを使用することを特徴とする薄切片の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−２４０５２２（Ｐ２００７−２４０５２２Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１４１７（Ｐ２００７−２１４１７）
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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