JP2003531369A - 顕微鏡試料をレーザ切断するための方法および装置 - Google Patents

顕微鏡試料をレーザ切断するための方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一定の切断品質が広い試料スペクトルに対して保証されるような顕微鏡試料をレーザ切断するための方法および装置を提供する。 【解決手段】 装置は、切断すべき試料(12)を観察するための少なくとも1つの対物レンズ(6)を備える顕微鏡(1)を有する。対物レンズ(6)は光軸と対物レンズアパーチャ(34)を規定する。さらにレーザ(4)が顕微鏡(1)と接続されている。レーザ(4)はレーザビーム(4a)を形成し、このレーザビームは少なくとも1つの光学系(16)を介して対物レンズ(6)に入力結合される。絞り(18)により直径を絞ったレーザビーム(4b)を形成する。ここで対物レンズ(6)により形成されるレーザアパーチャ(36)は対物レンズ(6)により形成されるレーザアパーチャ(36)は対物レンズ(6)自体の対物レンズアパーチャよりも小さい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡試料のレーザ切断方法に関する。
【0002】 さらに本発明は、顕微鏡試料のレーザ切断装置に関し、ここでこの装置は切断
すべき試料を観察するための少なくとも1つの対物レンズと、レーザビームを形
成するレーザと、レーザを対物レンズに入力結合する、少なくとも1つの光学系
とを有し、前記対物レンズは光軸と対物レンズアパーチャを定める。
【0003】
【従来の技術】
例えばガンなどの病気は長い間、組織試料を生体組織検査し、不自然な細胞を
識別することにより同定されている。被検細胞は手動または機械的に顕微解剖す
ることにより、または他の面倒な方法によって分離される。
【0004】 ドイツ公開公報DE19616216.5にはこのような方法、いわゆるレー
ザ圧カタパルト法(Laser Pressure Catapulting(LPC)法)が記載されてい
る。ここでは透明の対象物支持体上に載置された試料からレーザによって試料部
分(片)が切断され、取り出される。切断された試料部分を全体試料から取り出す
ことは、この方法では、導入されたレーザプロセスにより行われる。この目的の
ために、その内側表面に接着剤の塗布された捕獲(つかみ取り)装置が支持アー
ムによって、切断された試料部分上へ案内される。続いてこの試料部分は、適切
な出力の平面状のレーザ照射に曝される。このレーザ照射により、切断された試
料部分は全体試料から上方へ投げ出(放出)される。このようにして取り出され
た試料部分は、接着剤の塗布された捕獲装置の内側表面により捕獲され、さらに
実行される検査部へ供給することができる。試料部分を投げ出すために使用され
るレーザパルスは組織を損傷することもある。さらに切断プロセスのため、切断
ラインから切り取られた試料粒子が被検すべき試料領域に堆積することがある。
この問題はとりわけ倒立顕微鏡を使用した場合に発生する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
実際に公知のシステムでは、レーザの切断品質がレーザ強度の変化およびフォ
ーカス位置によって調整される。レーザ光束の使用されるアパーチャは、この公
知のシステムでは対物レンズアパーチャによって決められ、この対物レンズアパ
ーチャは最大画像品質のためにはできるだけ大きくなければならない。すでに上
に述べたように、切断品質を一定に保つことは従来の装置ないし方法では非常に
困難である。切断の品質は一方ではプレパラートのフォーカス位置とプレパラー
トの厚さに依存し、他方ではレーザ強度に依存する。これらをユーザによって変
化させ、切断品質を最適にしなければならない。
【0006】 従来技術から出発して本発明の第1の課題は、顕微鏡試料のレーザ切断装置を
改善し、近似的に一定の切断品質が広い試料スペクトルに対して保証されるよう
に構成することである。
【0007】 本発明のさらなる(第2の)課題は、顕微鏡プレパラートのレーザ切断方法を
提供することであり、この方法によって広い試料スペクトルに対して近似的に一
定に留まる切断品質を可能にすることである。
【0008】
【課題の解決手段】
第1の課題は本発明により、絞りをかけたレーザビームを形成する絞りを設け
、対物レンズにより形成されたレーザアパーチャが対物レンズのアパーチャより
小さくなるように構成して解決される。
【0009】 第2の課題は次のステップを含む方法によって解決される: a)切断すべき試料を備える対象物支持体を、少なくとも1つの対物レンズを含
む顕微鏡に取り付けるステップ; b)試料の切断すべき領域を対物レンズにより検出するステップ; c)前記領域の周囲に切断ラインを設定するステップ; d)直径を減少させるよう絞りをかけたレーザビームを絞りによって形成し、対
物レンズにより形成されるレーザアパーチャが対物レンズの対物レンズアパーチ
ャ自体より小さくなるようにするステップ; e)試料を設定した切断ラインに沿って切断するステップ。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の利点は、レーザアパーチャを減少することによりレーザ光錐体が細く
なることである。このことは、被写界深度の拡大につながる。レーザ光の被写界
深度が比較的に大きくなることにより、焦点精度に対する要求が低下し、従って
同形の細い切断チャネルが得られる。
【0011】 本発明の装置の構成での利点は、切断過程時に対物レンズアパーチャの大きさ
が維持されることである。このことによりいつでも、試料を完全な対物レンズア
パーチャにより観察することができる。従って試料面の最適の設定と、試料判定
のための最大画像品質が保証される。ディテールの豊富な結像を得るため、およ
び試料の領域を所期のように選択するためには、対物レンズアパーチャは約0.
8までが必要である。このことはもちろん被写界深度の減少につながり、従って
所期のように試料の種々異なる面に固定することができる。しかしレーザビーム
による切断に対しては、被写界深度の減少は望ましいことではない。本発明は、
比較的大きな対物レンズアパーチャを絞りをかけたレーザビームと調和させ、対
物レンズにより形成されるレーザアパーチャを対物レンズ自体のアパーチャより
も小さくする。対物レンズは、開口部の大きさが変化しなければ、観察と試料の
切断に同時に使用することができる。
【0012】 実際の実施形態によれば、光学系は二色分光器を有しており、この二色分光器
はレーザ光を反射し、対物レンズに入力結合する。そしてこの二色分光器は同時
に観察ビーム路の光を接眼レンズまたはカメラへと通過させる。
【0013】 レーザ光をとりわけ切断品質に関してコントロールできるようにするため、本
発明より、レーザ切断を時間的に同時に画像形成システム、例えばカメラを介し
てコントロール可能とすることが提案される。画像評価の際に、試料(プレパラ
ート)がレーザ照射の際に完全に分離されなかったか、または切断幾何形状が不
十分であることが検出されると、レーザ切断をこのように時間的に同時にコント
ロールすることの応答として、個々のシステムパラメータ、例えばレーザ強度お
よび/またはレーザビームの焦点位置および/またはレーザビーム中の絞りの大
きさを、計算器を介して調整することができる。この時間的に同時のコントロー
ルによって全体切断時間が、品質を改善しながら短縮される。
【0014】 本発明のさらなる特徴および利点は、所属図面の以下の説明から明らかとなる
。図面には、顕微鏡試料をレーザ切断するための本発明の実施例の装置が例とし
て概略的に示されている。
【0015】
【実施例】
図1に示された顕微鏡試料をレーザ切断するための装置は顕微鏡1を有し、顕
微鏡には対象物支持体10を収容するための作業台2が設けられている。探査す
べきないし切断すべき試料12は対象物支持体10上に取り付けられている。さ
らに照明システム2並びにレーザ4が設けられており、レーザは試料12を切断
するのに使用されるレーザビーム4aを形成する。
【0016】 図示の顕微鏡1は、照明システム3が作業台2と試料12の下方の顕微鏡架台
5に配置された顕微鏡である。顕微鏡1の対物レンズ6は作業台2と試料12の
上方に配置されている。対物レンズ6は光軸14を規定し、この光軸には同様に
照明システム3も配置されている。しかしレーザ切断はもちろん、倒立顕微鏡に
よっても実行することができる。倒立顕微鏡では、照明システム3が作業台2の
上方に配置され、少なくとも1つの対物レンズ6は作業台2の下方に配置される
【0017】 図1に開示された実施例では、照明システム3から放射された光がコンデンサ
レンズ7を介して下方から、作業台2に配置された対象物支持体10および試料
12に向けられる。試料12を通過した光は顕微鏡1の対物レンズ6に達する。
顕微鏡1内で光は、図示しないレンズおよびミラーを介して顕微鏡1の少なくと
も1つの接眼レンズ8に案内され、この接眼レンズを通して操作者は作業台2に
配置された試料を観察することができる。
【0018】 顕微鏡1の架台5には、光学系16が対物レンズ6の光軸内に設けられている
。光学系16は例えば二色分光器とすることができる。さらに光学系16が複数
の光学的構成部材からなることも考えられる。これはレーザ4が複数の個所(角
)で偏向しなければならない場合である。さらにレーザビーム4aには絞り18
が設けられており、この絞りによりレーザビームの直径を相応のようにして制限
することができる。絞り18は例えば固定絞りとして構成することができる。こ
の場合、複数の固定絞りが相応の仕方で例えばリボルバーディスクに配置されて
おり、所要の絞り18をビーム路に挿入することができる。この方法は操作者に
より手動で、または電動的に実行することができる。図1に示された実施形態で
絞り18は可変絞り、例えばアイリス絞りとして構成されており、その口径はモ
ータ20を介して制御される。モータ20は計算器22から、所要の絞り口径を
調整するために必要な制御信号を受け取る。
【0019】 顕微鏡1にはさらにカメラ24が設けられており、このカメラは切断すべき試
料12の画像を撮像(記録)する。この画像はモニタ26に表示することができ
、モニタは計算器22と接続されている。計算器22,カメラ24およびモニタ
26からなるシステムは、レーザ4による切断過程を観察し、監視するために使
用することができる。さらにモニタ26上では試料12の切断すべき領域をマウ
スポインタによってなぞることができる。このようにして標識付けられた切断ラ
インに沿ってレーザ4による切断過程が実行される。
【0020】 図2は、切断すべき試料12の領域におけるビーム路を示す。レーザ4から到
来するレーザビーム4aは、絞り18によってその直径が制限(規定)される。
絞り18を通過すると絞られたレーザビーム4aは対応して比較的小さな直径を
以て出射する。レーザビーム4bは、二色分光器として構成された光学系16に
当たり、これにより対物レンズ6を通って切断すべき試料12に向けられる。対
物レンズは図2では概略的に1つのレンズによって示されている。対象物支持体
10に取り付けられた試料12はコンデンサレンズ7を介して照明される。対物
レンズ6は結像ビーム路6aを形成し、この結像ビーム路は絞り18を通過した
後のレーザビーム4bよりも大きな幅を有している。
【0021】 図3は、絞られたレーザビーム4bの利点を明瞭にする図であり、レーザビー
ム4bは結像ビーム路6aないしは絞りをかけられていないレーザビームよりも
細い。結像ビーム路は対物レンズ開口部32全体を満たしており、この対物レン
ズ開口部によって最大可能なビーム横断面が設定される。試料12は厚さ30を
有しており、この厚さは使用される対物レンズ6の被写界深度よりも大きいこと
がある。ユーザは試料12の種々異なるレベル(面)にフォーカスし、さらなる
探査のために関連個所を見出すことができる。
【0022】 試料12が絞りをかけられていないレーザビームにより切断される場合、その
横断面は対物レンズ6の対物レンズ開口部32に相応し、対物レンズ6により最
大レーザアパーチャが形成される。この最大レーザアパーチャは対象物アパーチ
ャ34に等しい。形成された最大レーザアパーチャにより、試料12には幅34
aの最大切断チャネル34bが形成される。
【0023】 しかし試料12が本発明により絞られたレーザビーム4bによって切断される
場合、対物レンズ6によって低減されたレーザアパーチャ36が形成され、この
レーザアパーチャ36は試料12に、幅36aの低減された切断チャネル(溝)
を形成する。切断に使用されるレーザビームの直径が小さければ、それだけ切断
過程をより精密に実行することができる。
【0024】 絞り18を、レーザビーム横断面の制限のため光学系16の前方かつ観察ビー
ム路外に配置することによって、試料12を観察するための対物レンズ6の被写
界深度が切断過程中、調整されたレーザアパーチャに依存しないで一定に留まる
ことが保証される。このことにより画像品質は切断過程時でも一定に留まる。
【0025】 切断品質をさらに最適化するためには、レーザビーム4aを制限する絞り18
を切断すべき試料12の厚さ30に適合することが必要である。第1の手段は、
最適の切断に必要な絞り18を(図示しない)表(テーブル)から求め、絞りは
ユーザにより手動で調整することである。
【0026】 さらなる実施例では、最適の切断に必要な絞り18を計算器22により、記憶
されたテーブル(図示せず)から求めることができる。この場合、絞り18の調
整は自動的に計算器22によって行われる。このために計算器22から相応の信
号がモータ20に送出され、モータは絞り18の調整を実行する。
【0027】 最適の切断のためにさらなる手段は、画像評価システム(図示せず)を有する
計算器22を顕微鏡1に接続し、個々のシステムパラメータ、例えばレーザ強度
、レーザビームの焦点位置および絞り18の大きさを自動的に最適値に調整する
ことである。調整は自動的に、切断過程中でも変更することができ、これにより
試料12の厚さが変化することを考慮できる。
【0028】 本発明を実施例に基づいて説明した。しかし当業者であれば、請求項の保護範
囲を逸脱することなしに変更および改善を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 顕微鏡試料をレーザ切断するための装置の概略的側面図。
【図2】 切断すべき試料の領域中のビーム路。
【図3】 レーザビームのアパーチャに依存する切断幅の概略図。
【符号の説明】
1 顕微鏡 2 作業台 3 照明システム 4 レーザ 4a レーザビーム 4b 絞りをかけたレーザビーム 5 顕微鏡架台 6 対物レンズ 6a 結像ビーム路 7 コンデンサレンズ 8 接眼レンズ 10 対象物支持体 12 試料 14 光軸 16 光学系 18 絞り 20 モータ 22 計算器 24 カメラ 26 モニタ 30 試料の厚さ 32 対物レンズ開口部 34 対物レンズアパーチャ 34a 最大切断チャネルの幅 34b 最大切断チャネル 36 レーザアパーチャ 36a 低減された切断チャネルの幅 36b 低減された切断チャネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュテンツェル、リュディガー ドイツ連邦共和国 57271 ヒルヒェンバ ッハ クルト−シューマッハー−シュトラ ーセ 11 Fターム(参考) 2G052 AA28 AB16 BA15 EC02 GA32 HC04

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 顕微鏡試料をレーザ切断する方法において、 a)対象物支持体(10)を切断すべき試料(12)と共に、少なくとも1つの
    対物レンズ(6)を有する顕微鏡(1)に取り付け、 b)試料(12)の切断すべき領域を対物レンズ(6)により検出し、 c)切断ラインを前記領域の周囲に設定し、 d)レーザビームの直径を減少させるように絞りをかけたレーザビーム(4b)
    を絞り(18)によって形成し、対物レンズ(6)により形成されるレーザアパ
    ーチャ(36)が対物レンズ(6)自体の対物レンズアパーチャ(34)より小
    さくなるようにし、 e)試料(12)を設定された切断ラインに沿って切断する、 ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 切断ラインの設定を、モニタ(26)に表示された試料(1
    2)の画像において実行し、このとき試料(12)の切断すべき領域をマウスポ
    インタによってなぞる、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 カメラ(24)が設けられており、 該カメラを介してレーザ(4)の切断過程をコントロールおよび監視する、請
    求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 最適の切断に必要な絞り(18)を表から求め、絞り(18
    )をユーザにより手動で調整する、請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 画像評価装置を備える計算器(22)が顕微鏡(1)と接続
    されており、例えばレーザ強度、レーザビームの焦点位置、および絞り(18)
    のような、個々のシステムパラメータの大きさを自動的に最適値に調整する、請
    求項3記載の方法。
  6. 【請求項6】 最適の切断に必要な絞り(18)を計算器(22)によって
    、記憶されたテーブルから求め、絞りの調整を自動的に計算器(22)によって
    モータ(20)を介して行う、請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】 顕微鏡試料をレーザ切断するための装置であって、 当該装置は、 a)切断すべき試料(12)を観察するための少なくとも1つの対物レンズ(6
    )を備える顕微鏡(1)を有し、対物レンズ(6)は光軸(14)および対物レ
    ンズアパーチャを規定し、 b)レーザビーム(4a)を形成するレーザ(4)を有し、 c)さらにレーザビーム(4a)を対物レンズ(6)に入力結合する少なくとも
    1つの光学系(16)を有する形式の装置において、 絞りをかけたレーザビーム(4b)を形成する絞り(18)が設けられており
    、 対物レンズ(6)により形成されるレーザアパーチャ(36)は対物レンズ(
    6)自体の対物レンズアパーチャ(34)よりも小さい、 ことを特徴とする装置。
  8. 【請求項8】 レーザビーム(4a)の直径の大きさは可変絞り(18)を
    介して変更可能である、請求項7記載の装置。
  9. 【請求項9】 試料(12)を照明する照明システム(3)が設けられてい
    る、請求項7記載の装置。
  10. 【請求項10】 該照明システム(3)は試料(12)を透過照明する、請
    求項9記載の装置。
  11. 【請求項11】 光学系(16)は少なくとも1つの二色分光器からなる、
    請求項7記載の装置。
  12. 【請求項12】 レーザ(4)の切断過程をコントロールおよび監視するカ
    メラ(24)が設けられている、請求項7記載の装置。
  13. 【請求項13】 最適の切断に必要な絞り(18)は表から求められ、絞り
    (18)はユーザにより手動で調整される、請求項12記載の装置。
  14. 【請求項14】 画像評価装置を備える計算器(22)が顕微鏡(1)と接
    続されており、 例えばレーザ強度、レーザビームの焦点位置、および絞り(18)のような、
    個々のシステムパラメータの大きさが調整される、請求項12記載の装置。
  15. 【請求項15】 最適の切断に必要な絞り(18)は計算器(22)によっ
    て、記憶されたテーブルから求められ、絞り(18)の調整は自動的に計算器(
    22)により実行される、請求項14記載の装置。
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