JP5461539B2

JP5461539B2 - 顕微鏡レーザービーム操作用光学インジケータ

Info

Publication number: JP5461539B2
Application number: JP2011513652A
Authority: JP
Inventors: トーマスジーケニー; ディルムッドエイチダグラス−ハミルトン
Original assignee: ハミルトン−ソーンインコーポレイテッド
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: JP2011523104A; DK2286295T3; US20090316259A1; EP2286295B1; US8149504B2; EP2286295A1; WO2009152208A1; CA2727302A1; EP2286295A4; CN102119352A; CN102119352B

Description

本願は、係属中の２００８年６月１０日付米国仮特許出願第６１／０６０，３５４号および２００９年６月９日付米国特許出願第１２／４８１，３６３号に関する米国特許法（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．）第１１９条（ｅ）項の優先権を主張する。尚、これらの特許出願の全開示は本願に援用する。

本発明は、広くは、検体が（例えば顕微手術中にレーザービームにより）操作される場所を示す、顕微鏡のアイピース内に光学表示を形成する技術に関し、より詳しくは、検体がレーザービーム手術中に顕微操作されるときに顕微鏡のアイピース内に光学表示を形成する、顕微鏡に使用される対物レンズ組立体に関する。

バイオロジーおよび医学の最近の進歩により、細胞に関するレーザービーム顕微手術の開発をもたらしている。レーザービームは、単一細胞または小器官のような小物体の顕微操作に良く適している。レーザービームは、非接触剥離、揮発、殺菌、変性化、切断および他の形態の熱的治療および化学光線治療に利益をもたらす。焦点サイズ、レーザー波長、パルス幅およびレーザー出力の４つのパラメータは、種々の用途に適した種々の規則性を与える。レーザービーム顕微手術を用いる一例として、哺乳類の卵母細胞および胚の治療へのレーザービームの適用がある。しかしながら、多くの倒立型または直立型顕微鏡でのレーザービーム顕微手術または顕微操作は、多くの手術用途、医学用途または研究用途に利用できる。

レーザービーム顕微手術の一般的に実用化された方法によれば、顕微手術を行う人は、検体およびレーザービームを照射すべき検体位置をディスプレイするスクリーンを見つめる。検体上のレーザービームの位置の１つの表示は、レーザービームからの熱の作用範囲を明示する検体上に複数の等温線を形成する方法である。このような等温線の例が下記特許文献１および２に開示されており、これらの開示は本願に完全に引用する。したがって、検体が操作される位置を顕微鏡のアイピース内に光学表示することが強く望まれている。

米国特許第７，３５９，１１６号米国特許出願第１１／７６４，０６４号

本発明は、広くは、顕微鏡の対物レンズ内のインジケータ組立体に関する。レーザーの位置を表示するスクリーンを用いたシステムおよび方法は有効であるが、本発明は、顕微鏡のアイピースを介してレーザーの位置を示す可視表示を行うことにより、従来のシステムおよび方法を改善するものである。

本発明の一実施形態によれば、顕微鏡に使用する対物レンズ組立体が提供される。対物レンズは、イメージビームが対物レンズを通って顕微鏡のアイピースに向かって放射されることを可能にする光軸を有している。ミラーが、対物レンズの光軸に対して或る角度をなして配置されている。レーザー組立体は、レーザービームを前記ミラーの方向に向けるミラーの第１面上に配置されており、これにより、エネルギが、ミラーから反射されかつ対物レンズを通って、対物レンズの光軸と実質的に整合した方向に向かう。このレーザービームは、人の眼に見えない波長のものでもよい。レーザービームの方向とは反対方向に光のビームを反射するミラーの他面上に入射する光が、対物レンズにより放射されるレーザービームの位置を顕微鏡のアイピースに光学表示するように、光源を有するインジケータ組立体が配置されている。かくして、顕微手術を行う人は、顕微手術を行う間、レーザー操作の位置表示をアイピースを介して得ることができる。
したがって本発明の一目的は、検体上のレーザーの位置を示す顕微鏡のアイピースを介してビームを見ることができるようにするインジケータ組立体を提供することにある。
また、本発明の一目的は、顕微鏡のタレット上に取付けることができる対物レンズ組立体を提供することにある。
本発明の他の目的および特徴は、添付図面に関連して述べる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、図面は本発明の単なる例示を目的とするものであって本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲の記載を参照すべきである。
本発明を完全に理解するには、添付図面に関連して述べる以下の説明を参照すべきである。

本発明の一例示実施形態による対物レンズ組立体を示す斜視図である。本発明の一例示実施形態による対物レンズ組立体を示す斜視図である。図１の対物レンズ組立体を示す断面図である。本発明の一例示実施形態による対物レンズ組立体を示す概略図である。本発明の一例示実施形態による対物レンズ組立体を示す概略図である。本発明によるミラー組立体の第１実施形態を示す概略図である。本発明によるミラー組立体の他の実施形態を示す概略図である。本発明の一実施形態による対物レンズハウジングを示す図面である。本発明の一実施形態による対物レンズハウジングを示す図面である。本発明の一実施形態による対物レンズハウジングを示す図面である。本発明の一実施形態による対物レンズハウジングを示す図面である。本発明の一実施形態による対物レンズハウジングを示す図面である。本発明の一実施形態による対物レンズハウジングを示す図面である。本発明の一実施形態による対物レンズハウジングを示す図面である。本発明の一実施形態による対物レンズハウジングを示す図面である。本発明の一実施形態によるインジケータハウジングを示す断面面である。本発明の一実施形態によるインジケータハウジングを示す断面面である。本発明の一実施形態によるミラーマウントを示す図面である。本発明の一実施形態によるミラーマウントを示す図面である。本発明の一実施形態によるミラーマウントを示す図面である。本発明の一実施形態によるミラーマウントを示す図面である。本発明の一実施形態によるミラーマウントを示す図面である。本発明の一実施形態によるミラーマウントを示す図面である。本発明の一実施形態によるミラーマウントを示す図面である。本発明の一実施形態によるインジケータカバーを示す図面である。本発明の一実施形態によるインジケータカバーを示す図面である。本発明の一実施形態によるインジケータカバーを示す図面である。本発明の一実施形態によるインジケータカバーを示す図面である。本発明の一実施形態によるアパーチュアを備えたディスクを示す正面図である。本発明の一実施形態によるアパーチュアを備えたディスクを示す側面図である。本発明により考えられた形式の対物レンズ組立体を備えた顕微鏡を示す概略図である。

本発明の図示の実施形態は、顕微鏡のアイピースを介して見ることができる光学表示を得るシステムに関し、可視ビームはレーザービームの正確な位置を示すことが好ましい。また本発明は、対物レンズ、インジケータ組立体およびレーザー組立体を備えた対物レンズ組立体であって、レーザー操作を行うことができる顕微鏡または他の装置に使用できる対物レンズ組立体に関する。更に本発明は、顕微鏡のアイピースを介してレーザーの位置を示すインジケータビームを用いてレーザー顕微鏡検査を行う方法に関する。

ここで図１-図４Ｂを参照すると、ここには対物レンズ組立体１００が示されており、該対物レンズ組立体１００は、対物レンズ１２０およびタレットアダプタ１３０が取付けられたハウジング１１０を有している。図１１に示すように、対物レンズ組立体１００は、タレットアダプタ１３０を介して顕微鏡のタレット５０上に取付けられるのが好ましい。例えば、タレットアダプタ１３０には顕微鏡のタレット５０のねじ部分に対応するねじ部分を設け、対物レンズ組立体１００をタレット５０にねじ固定するように構成できる。或いは、タレットアダプタ１３０は、スライドまたはスナップ嵌合により所定位置に固定するか、対物レンズ組立体１００をタレット上に取付ける外部ロッキング機構を設けて、対物レンズ組立体１００を顕微鏡のタレット上の所定位置に維持するのが好ましい。

図４Ａに示すように、対物レンズ１２０は、光軸とも呼ばれる光路１２２を有している。好ましくは、顕微鏡は、顕微鏡のステージ上の検体をアイピースを介して見ることができるように、イメージビームをステージおよび対物レンズ１２０を通してアイピース内に放射する。イメージビームは、好ましくは、チューブレンズおよびアイピース（図１１参照）を介して観察者の眼に合焦されかつその強度が観察者に適合するように調節される。イメージビームは、対物レンズ組立体１００が顕微鏡のタレット上に取付けられたとき、光路１２２と同軸になるのが好ましい。したがって、顕微鏡のステージ上の検体は、例えば該検体が対物レンズ１２０の光路１２２に沿って研究および操作等が行われる場合に、アイピースを介して見ることができる。

図示の実施形態によれば、対物レンズ組立体１００はまたレーザー組立体５００を有している。このようなレーザー組立体は上記特許文献１および２に図示されかつ説明されている。尚、これらの特許文献１および２はHamilton Thorne Biosciences, Inc.に譲渡されており、またこれらの全体を本願に援用する。例えばレーザー組立体５００は、好ましくは、レーザーダイオードのようなレーザー源５１０と、コリメータレンズ５２０と、ミラー５３０とを有している。レーザー源５１０は、好ましくは、レーザー光の楕円コーンをコリメータレンズ５２０に向けて放射し、より好ましくはレーザー源５１０からコリメータレンズ５２０に向けて拡散させる。コリメータレンズ５２０に向けてレーザー源５１０により放射されるレーザー光は、本発明の範囲から逸脱することなく収斂させるかコリメートできることは理解すべきである。また、コリメータレンズ５２０から放射されるレーザー光のコリメーションの度合いは、レーザー源５１０とコリメータレンズ５２０との間の距離を変えることにより調節でき、かつこの調節により、対物レンズ１２０から出るレーザービームを、物体のイメージをアイピースの焦点平面に形成するのに使用される光（一般に可視光）と正確に共焦させることができることも理解すべきである。レーザー光は、コリメータレンズ５２０に向けてかつコリメータレンズを通して伝達され、その後にコリメートされるのが好ましい。したがってレーザー光は、コリメートされたレーザービーム５２２としてコリメータレンズ５２０を出ることができる。本願で使用されるとき、用語「コリメーティングレーザービーム（collimating laser beam）」および「インジケータコリメーティングビーム（indicator collimating beam）」は、レーザービームおよび／または光ビームを可視イメージビームと共焦させるため、レーザービームおよび／または光ビームが僅かに収斂または拡散されることを意味することを意図している。

図５Ａを参照すると、第１実施形態では、コリメートされたレーザービーム５２２はダイクロイックミラー５３０に向かって放射される。ミラー５３０の例示実施形態によれば、赤外線リフレクタのようなコーティング５３２が、レーザー源５１０に面するミラー５３０上に設けられている。コーティング５３２は、ミラー５３０から反射されて対物レンズ１２０に向かう赤外線のコリメートされたレーザービーム５２２の反射率を高める。

図５Ａには、コリメータレンズ５２０から対物レンズ１２０へのコリメートされたレーザービーム５２２の光路が示されている。コリメートされたレーザービーム５２２は、コリメータレンズ５２０を出て、第１レーザー光路５２４に沿ってミラー５３０に向かう。コリメートされたレーザービーム５２２がひとたびミラー５３０の前面５３２に接触すると、コリメートされたレーザービーム５２２はミラー５３０から反射されて、第２レーザー光路５３４に沿って対物レンズ１２０に向かう。第２レーザー光路５３４は、対物レンズ１２０の光軸１２２と実質的に同軸状に整合し、更に顕微鏡のステージに向かうのが好ましい。しかしながら、当業者ならば、このような同軸状整合が正確なものではなく、したがって、コリメートされたレーザービームが対物レンズの光軸に対して完全に同軸でないとしても、これに平行でかつこれに近いものであることを説明するのに用語「実質的に整合」を用いていることは理解されよう。したがって、コリメートされたレーザービーム５２２はまた、顕微鏡のイメージビームと実質的に整合されるが、物体に向かって反対方向、したがってアイピースから離れる方向に進む。レーザービームは赤外線の波長領域内にありかつアイピースから離れる方向に進むので、顕微鏡のアイピース内で見られ難い傾向を有する。コリメートされたレーザービーム５２２の位置および好ましくは検体上のコンピュータターゲットオーバーレイ（例えば等温リング）は、顕微鏡検査を行う間に人が見ることができるスクリーン上にディスプレイされる。

図３および図４Ａに示すように、本発明によれば、好ましくはミラー５３０に対してレーザー組立体５００とは反対側に、インジケータ組立体３００が設けられている。図示のように、インジケータ組立体３００には、ミラー５３０に向かう光を放射するＬＥＤ（発光ダイオード）のようなインジケータ光源３１０を設けることができる。好ましくは、光は、光のコリメートされたビーム（本願では、コリメートされたインジケータビーム３２２と呼ぶ）がインジケータコリメータレンズ３２０を出てミラー５３０に向かうように、光をコリメートするインジケータコリメータレンズ３２０に向かって放射される。コリメートされたインジケータビーム３２２は、次に、ミラー５３０により対物レンズ１２０から離れる方向、したがって顕微鏡のアイピースに向かって反射される。好ましくは、インジケータ光源３１０およびインジケータコリメータレンズ３２０は、インジケータマウント（好ましくはハウジング１１０に連結される）３６０に取付けられる。

図５Ａに示すように、コリメートされたビーム３２２は、好ましくは、インジケータコリメータレンズ３２０から第１インジケータ光路３２４に沿ってミラー５３０に向かって進行する。ダイクロイックミラー５３０の第２面（該面は赤色リフレクタコーティング５３７でコーティングできる）から反射された後、インジケータビーム３２２は第２インジケータ光路３３４に沿って進行する。好ましくは、第２インジケータ光路３３４は、第２レーザー光路５３４（したがって対物レンズ１２０の光路すなわち光軸１２２）とは反対方向ではあるが該第２レーザー光路５３４と実質的に同軸状に整合している。より好ましくは、第２インジケータ光路３３４は顕微鏡のイメージビームと実質的に整合しておりかつ顕微鏡のアイピースに向かって進行する。

図５Ａに示すように、レーザービーム５２２は好ましくはミラー５３０の第１面５３６から反射され、インジケータビーム３２２は好ましくはミラー５３０の反対側の第２面５３８から反射される。第２面５３８には反射コーティングまたは他の反射増強メカニズムを設けることができる。或いは、第２面５３８はコーティングしないでおくか、アンチリフレクタコーティングでコーティングすることができる。

図５Ａに示す実施形態には単一のミラー５３０が示されているが、特別設計の用途では複数のミラーを設けることができる。２つ以上のミラーが設けられる実施形態によれば、本発明の範囲から逸脱することなく、レーザー組立体およびインジケータ組立体を光路の同じ側で直角等に配置することもできる。また、ミラー５３０の角度は４５°が好ましいが、本発明の範囲から逸脱することなく、ミラー５３０の角度並びに対物レンズの光路に沿うミラーの位置を変えることができる。

また図５Ｂを参照すると、ここには、本発明のミラー構成の他の実施形態が示されている。図５Ｂでは、ミラーの前面のみがＩＲ反射コーティング５３２でコーティングされている。ミラー５３０の裏面は、インジケータビームがミラーを通って伝達されかつ反射層の下面から反射されてアイピースに向かうインジケータビーム３３４を形成することを可能にする。反射層５３２は、該層５３２がその上層から〜４５°入射レーザービーム５２２が優先的に反射し、かつ層５３２の反対側の面から〜４５°入射インジケータビーム３２２を優先的に反射するように構成できる。ここでも、このミラー構成の目的は、対物レンズの光軸と実質的に整合しているが、レーザービームエネルギの方向とは反対方向のインジケーションビームを形成することにある。

好ましくは、インジケータコリメータレンズ３２０に向けて放射される光の直径は、例えば、インジケータ光源３１０の直径から減少されるように制御される。図１０に示すように、小さいインジケータ光源を形成するため、インジケータ光源３１０とインジケータコリメータレンズ３２０との間（一般的にはコリメータレンズ３２０の焦点）には縮小要素３４０が設けられる。図示のように、縮小要素３４０の一実施形態は、実質的に円形で平らなディスク等の全体として円形の形状である。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、縮小要素３４０は、細長円筒状または矩形、六角形等にすることができる。

図１０Ａおよび図４Ａに示すように、縮小要素はアパーチュア３４２を有し、該アパーチュア３４２を通って、インジケータ光がインジケータコリメータレンズ３２０に向けて放射される。縮小要素３４０は、インジケータ光が縮小要素３４０の残部を通ることを防止する。したがって、インジケータコリメータレンズ３２０に向けて放射される光の直径は、アパーチュア３４２のサイズを調節することにより制御できる。例示実施形態によれば、アパーチュア３４２は、約５-１０μｍ、より好ましくは約５μｍの直径を有している。アパーチュア３４２はほぼ円形の形状を有するものが示されているが、本発明の範囲を逸脱することなくアパーチュア３４２の形状を変えることができる。また、本発明の範囲を逸脱することなく、縮小要素３４０を用いることなく、小さい直径をもつ光源を使用してインジケータ光を放射させることができる。

図７Ａおよび図７Ｂは、インジケータマウント３６０の一実施形態を示す断面図であり、挿入部分３６２および外側部分３６４が示されている。取付けられたとき、挿入部分３６２は、好ましくはハウジング１１０内に受入れられるように構成および配置され、外側部分３６４は、好ましくはハウジング１１０から外部に延びるように構成および配置される。

挿入部分３６２は、好ましくは、該挿入部分３６２の外端部に近い第１内径をもつ第１領域３６３ａと、該第１領域３６３ａに隣接する第２内径をもつ第２領域３６３ｂとを有している。第１領域３６３ａは、この中にインジケータビームコリメータレンズ３２０を受入れることができるサイズおよび形状を有することが好ましい。好ましくは第２内径を第１内径より小さくして、コリメータレンズ３２０が、所望深さよりも深く第１ボア３６２ａ内に挿入されることを防止する。したがって、インジケータビームコリメータレンズ３２０はアパーチュア３４２から焦点距離に配置され、これは点光源と呼ぶことができる。また、挿入部分３６２には第１領域３６３ａ内に複数のアパーチュア３１４を設けることができ、各アパーチュア３１４は、インジケータビームコリメータレンズ３２０を位置決めしかつ該レンズ３２０を所定位置に維持するロッドまたは他の安定化要素を受入れる形状およびサイズを有している。例示実施形態によれば、ロッドはインジケータコリメータレンズ３２０が所望位置に位置決めされるまで各アパーチュア３１４内に挿入され、その後、接着剤をアパーチュア３１４内に挿入してコリメータレンズ３２０を第１領域３６３ａ内の正しい位置に固定することができる。好ましくは、インジケータコリメータレンズ３２０は、ロッドまたは他の位置決めおよび保持機構によりアパーチュア３４２から焦点距離に位置決めされかつ固定される。図示の実施形態では、挿入部分３６３は２対の対向アパーチュア３１４からなる４つのアパーチュア３１４を有し、この構成は、インジケータコリメータレンズ３２０の４つの側から接着剤を強制注入することにより容易にインジケータコリメータレンズ３２０を位置決めしかつ安定化することができる。

外側部分３６４は、好ましくは第２ボア３６４ａを有し、該第２ボア３６４ａは、外側部分３６４の外端部近くの第１内径をもつ第１領域３６５ａと、該第１領域３６５ａに隣接する第２内径をもつ第２領域３６５ｂとを有している。第２領域３６５ｂは、好ましくは、この中にインジケータ光源３１０を受入れることができるサイズおよび形状を有している。第２内径は第１内径より小さくして、インジケータ光源３１０が所望深さより深く第２ボア３６４ａ内に挿入されることを防止するのが好ましい。例えば図４Ａに示すように、インジケータ光源３１０には、これよりも大きい幅を有する光源フランジ３１２を設けることができる。光源フランジ３１２は、好ましくは第２領域３６５ｂの第２内径より大きい直径を有し、ストッパ（光源フランジ）３１２が第２領域３６５ｂ内に入ることを防止する。

図７Ｂに示すように、挿入部分３６２と外側部分３６４との間には中間部分３６７が設けられており、該中間部分３６７は、好ましくは、挿入部分３６２の第２領域３６３ｂの第２直径および外側部分３６４の第２領域３６５ｂの第２直径の両方より小さい直径を有している。図４Ａに示すように、縮小要素３４０の一実施形態は、外側部分３６４の第２領域３６５ｂの第２直径に等しいかこれより小さいが、中間部分３６７の直径より大きい直径を有している。したがって、縮小要素３４０は中間部分３６７の回りで外側部分３６４の第２領域３６５ｂ内に受入れられる。これにより、インジケータ光源３１０からの光の直径は、光がインジケータ光源からインジケータコリメータレンズ３２０に向かって放射されるときに縮小要素３４０のアパーチュア３４２のサイズにしたがって縮小される。或いは、縮小要素３４０は、本発明の範囲から逸脱することなく、挿入部分３６２の第２領域３６３ｂ内または中間部分３６７内に受入れられるサイズおよび形状にすることができる。

外側部分３６４は、好ましくは、インジケータマウント３６０をハウジング１１０に取付けるスクリュウ３５２を受入れる１つ以上の第１ボア３６８を有している。好ましくは、第１ボア３６８の中またはこの近くにスプリング３５２ａ（図３参照）または他の押圧機構を設ける。図２、図４および図７Ｂに示すように、外側部分３６４には、スクリュウ３５２の頭部を受入れることができるサイズおよび形状を有する部分切り欠き部を設けることができる。尚、スプリング３５２ａは、インジケータマウント３６０とハウジング１１０との間に一定圧力を維持するためのものである。

外側部分３６４はまた、好ましくは、調節スクリュウ３５４のような調節機構を受入れるための１つ以上の第２ボア３６９を有している。図１および図２に示すように、調節スクリュウ３５４の頭部近くにはノブ３５６が連結されている。インジケータ光源３１０およびインジケータコリメータレンズ３２０の位置、したがってインジケータビーム３２２は、例えばノブ３５６を手で回転させることにより調節機構により調節できる。好ましくは、インジケータビーム３２２を僅かに調節することにより、アイピースのイメージ平面上の焦点の位置を変えることができる。１つの調節スクリュウ３５４がＸ軸に沿って位置を調節でき、１つの調節スクリュウ３５４がＹ軸に沿って位置を調節できることが好ましい。本発明の範囲を逸脱することなく、調節スクリュウの数を変えることができる。また、ノブおよび／または調節スクリュウは必須のものではない。それどころか、インジケータビームの方向、インジケータビームが収斂するインジケータビームの焦点の位置を調節する他の調節機構を設けることもできる。

図４Ａおよび図７Ａに示すように、インジケータマウント３６０の外側部分３６４の一実施形態は、外側部分３６４とハウジング１１０との間でボール３６１ａを部分的に受入れるサイズおよび形状を有する溝３６１を有し、該溝３６１内でボール３６１ａがバランス位置を占める。前述のように、スクリュウ３５２のスプリング３５２ａは、ハウジング１１０に向かう力をインジケータマウント３６０に加える。これに対し、調節スクリュウ３５４は、インジケータマウント３６０をハウジング１１０から離れる方向に移動させ、スプリング３５２ａの力に対抗する。本発明の範囲から逸脱することなく、インジケータビーム３２２の方向を調節する他の構成、システムおよび方法を設けることができ、例えば、ボール３６１ａの代わりに丸端スクリュウを用いて、外側部分３６４をハウジング１１０に押付けることができる。図１および図９Ａ-図９Ｄに示すように、インジケータ組立体３００にはインジケータカバー３５０を設けるのが好ましい。

本発明の一実施形態によれば、ノブ３５６が設けられていない調節スクリュウ３５４を使用でき、この場合には、調節スクリュウ３５４に使用するように設計された特殊工具を使用して、調節スクリュウ３５４を回転すなわち変位させることができる。調節スクリュウ３５４は、セット位置にセットされかつ維持され、調節を必要とする場合にのみリセットするのが好ましい。

図６Ａ-図６Ｊに示すハウジング１１０の一実施形態によれば、ハウジング１１０は対物レンズ受入れ部分１１２を有し、該受入れ部分１１２を介して対物レンズ１２０がハウジング１１０に取付けられる。レーザー受入れ部分１１３が対物レンズ１２０から垂直に突出しておりかつレーザーボア１１３ａを有している。該レーザーボア１１３ａ内には、レーザー組立体５００のコリメータレンズ５２０が収容されるのが好ましい。また、ピストン５４０、より詳しくはピストン５４０の近位側部分５４２が、レーザーボア１１３ａ内で対物レンズ受入れ部分１１２に近づく方向および離れる方向に変位できる。

図３および図４Ａに示すように、図示のピストン５４０の実施形態は、ハウジング１１０内に部分的に受入れられている。ピストン５４０は近位端５４２を有し、該近位端５４２内にはレーザー源５１０が収容されておりかつピストン５４０に取付けられるか連結されている。近位端５４２は好ましくはハウジング１１０内に受入れられかつ維持されて、例えばレーザー源５１０とコリメータレンズ５４０のとの間の整合を維持する。ピストン５４０はまた、外側ハウジング１１０内で延びている遠位端５４４を有し、該遠位端５４４はコリメータレンズ５２９に近づく方向および離れる方向に変位できる。

ハウジング１１０はまた、ハウジング１１０の一側面に沿って延びているスロット１１６（図２参照）およびミラーボア１１４を有している。ミラーボア１１４は、好ましくは、該ミラーボア１１４を通してミラーマウント１４０をハウジング１１０内に挿入できるサイズおよび形状を有している。図８Ａ-図８Ｇを参照すると、ここにはミラーマウント１４０の一実施形態が示されており、該ミラーマウント１４０は、ミラー５３０を受入れるべくミラー５３０の両側に延びているアパーチュア１４２ａを備えた取付け要素１４２を有している。第１インジケータアパーチュア１４４ａおよび第２インジケータアパーチュア１４４ｂも設けられており、両インジケータアパーチュア１４４ａ、１４４ｂは、好ましくは互いに垂直でありかつアパーチュア１４２ａと流体連通している。したがって、インジケータビーム３２２は、好ましくは、障害物なく第１インジケータアパーチュア１４４ａ内で第１インジケータ光路３２４に沿ってミラー５３０に向かって進行しかつミラー３２２から第２インジケータ光路３３４内に反射される。

コリメートされたレーザービーム５２２との実質的整合を維持しつつアイピースに向けて放射されるインジケータビーム３２２を発生させるインジケータ組立体３００を設けることにより、観察者は、ステージ上したがって検体上のコリメートされたレーザービーム５２２の位置の表示を見ることができる。したがって、ユーザは、レーザーを実際に放射する前に、検体上のどこにレーザーが合焦されるかを知ることができる。アイピースを介しての視覚表示、したがってレーザー操作が行われる顕微鏡での視覚表示は、スクリーン上でのレーザーの位置を見ることに比べ、レーザー操作を容易にする。

一例示実施形態によれば、コリメートされたレーザービーム５２２は、対物レンズ１２０より上方の距離にあるレーザー焦点に収斂するまで対物レンズ１２０を通って進行する。好ましくは、レーザー焦点は顕微鏡のステージの近くにあり、より好ましくは、剥離のようなレーザー操作が望まれるステージの上方の高さにある。レーザー焦点の高さは、好ましくは、レーザー源５１０とコリメータレンズ５２０との間の距離を調節することにより制御される。例えば、レーザー源５１０は、コリメータレンズ５２０に向かう方向および離れる方向に変位できるピストン５４０に連結できる。

コリメートされたレーザービーム５２２の水平位置、より詳しくはレーザー焦点は、対物レンズの光路に固定されかつ該光路と同軸状に維持されるのが好ましい。むしろ、操作される検体は、コリメートされたレーザービーム５２２より詳しくはレーザー焦点が検体上の所望位置に位置するまで変位されるのが好ましい。

一例示実施形態によれば、所望の整合がひとたび達成されると、レーザー組立体、対物レンズおよびインジケータ組立体が配置されかつ固定される。したがって、精度は、対物レンズまたは対物レンズ組立体が１つの顕微鏡から他の顕微鏡等に取外される場合にも維持される。しかしながら、対物レンズ組立体を、規則的に例えば毎日較正するのが好ましい。

本発明の一例示実施形態は、顕微鏡のアイピース視界内に、好ましくは物体上のレーザーまたは他の光源の位置を表示する可視マークを形成する方法に関する。例えば、レーザーまたは他のビームがミラーにより光路内に導入されるシステムでは、インジケータビームをミラーの反対側に放射するインジケータ組立体が設けられる。ミラーが４５°ミラーである場合には、インジケータビームは、ミラーに向かって放射されるレーザーまたは他のビームに平行であるのが好ましい。したがって、反射ビームはまた互いに平行に維持される。好ましくは、ビームは、反射ビームが同軸状でありかつ反対方向に進行するように配置され、これにより、反射されたレーザーまたは他のビームが顕微鏡のステージに向かって放射されるにもかかわらず、反射されたインジケータビームがアイピースに向かって放射される。したがって、レーザーまたは他のビームは顕微鏡のステージおよびこの上の検体に到達するが、インジケータビームはアイピースに到達し、かくしてレーザーまたは他のビームがステージ上に形成される場所の可視表示が得られる。

例えば本願で説明したようなインジケータ組立体を設けることによりインジケータビームが得られる適当なシステムの例として、Hamilton Thorne, Inc.により提供されているZILOS-tkおよびXyclone レーザーシステムがあり、これは、対物レンズに固定されかつ顕微鏡のタレットに取り付けることができるレーザーを有している。対物レンズの光軸内に配置されたレーザー源、コリメータレンズおよびダイクロイックミラーが既に設けられておりかつダイクロイックミラーから反射されるレーザービームが同軸状でありかつ対物レンズの光路／光軸に一致しているこのようなシステムでは、既存のシステムの嵩を大きく増大させることなくインジケータ組立体を付加できる。より詳しくは、同じダイクロイックミラーを使用できるので、システムを比較的容易に改造できる。

或いは、インジケータ組立体は、落射蛍光（epifluorescent）フォーマットに導入されるレーザービームを用いた顕微鏡に付加できる。更に、対物レンズをもたないインジケータ組立体を提供でき、またインジケータ組立体はタレット上に取付けるのではなく、顕微鏡内の異なる位置に設けることができる。例えば、インジケータ組立体は、タレットの上方または下方に設けることができ、好ましくはインジケータビームがレーザービームおよびイメージビームと同軸状になるように配置する。

現在販売されている大多数の顕微鏡は無限矯正型（infinity-corrected）であり、このことは、対物レンズからアイピースのチューブレンズに進行する光がコリメートされることを意味する。チューブレンズは、コリメートされたビームを、イメージを形成するカメラまたはアイピース平面上に合焦させる。インジケータビームはまた、コリメートされかつ好ましくはチューブレンズにより同じ平面上に合焦される。したがって、イメージ平面上には、ＬＥＤとコリメータレンズとの間のアパーチュアのタイトなスポットおよびイメージが形成される。

しかしながら、或る顕微鏡は「１６０ｍｍ矯正型」であり、この顕微鏡にはチューブレンズが存在せず、対物レンズからの光が、対物レンズから１６０ｍｍ近くにあるイメージ平面上に直接合焦する。インジケータ組立体は、このような顕微鏡にも首尾よく設けられる。好ましくは、インジケータのコリメータレンズ３２０は、非１６０-ｍｍ矯正型顕微鏡に使用される場合よりもアパーチュア３４２から更に離れて固定される。かくして、収斂するインジケータビームが形成され、コリメータレンズの位置は、インジケータビームが好ましくは約１６０ｍｍの位置でイメージに収斂するようにセットできる。換言すれば、インジケータビームは対物レンズからのイメージと同じ距離に収斂するのが好ましい。好ましくは、小さくタイトなスポットがイメージ平面上に形成される。インジケータ組立体は両形式の顕微鏡に使用され、無限矯正型顕微鏡に限定されるものではない。

本発明の他の実施形態によれば、レーザー源は、電子パッケージから給電される内部レーザーを有している。レーザー源は、レーザーから光エネルギを供給する光ファイバケーブルを用いてレーザーを供給できる。レーザーは内部レーザーまたは外部レーザーで構成できかつ約１４８０ｎｍの波長（λ）で作動できる。レーザービームはまた、光学イメージに共焦することができる。

顕微鏡は、倒立型または非倒立型顕微鏡の形態にすることができる。顕微鏡の対物レンズは、標準全長４５ｍｍ同焦点対物レンズユニットモジュールを得るため、短縮型光学トレーンの形態にすることができる。システムはまた、例えばNikon CFI 60オプティックス（６０ｍｍ同焦点システム）のような長い同焦点システムに適合させることもできる。

他の実施形態によれば、タレットは着脱可能なタレットアダプタを有している。タレットアダプタは、光学インジェクションシステムを顕微鏡に取付けることを可能にするユニバーサルマウントシステムを形成する複数のタレットアダプタ設計のうちの１つで構成できる。

本発明のシステムは、剥離、切開、摘出、分離、移動、保持または生物学的細胞または組織の取扱いを含む多くの用途に利用できる。
例示用途を更に詳細に説明すると、早期段階の哺乳類の胚が、保護層である透明帯（zona pellucida：ＺＰ）内に含まれている。ＺＰは、鶏の卵の殻に比較的似ている。このタンパク様のＺＰ層は、一般に１０-２０μｍの変化する厚さおよび変化する硬さを有している。胚は、単細胞から胚盤胞段階（この段階で、胚がＺＰから脱出して子宮壁に着床する）への発育中にＺＰ内に留まっている。

或る胚（一般に、若くない母親からの胚または貯蔵のため冷凍された胚）は、しばしば、若い母親からの処理されない胚よりも非常に丈夫なＺＰ層を有している。したがって、胚がＺＰから出るときがきたとき、突き破らなくてはならない丈夫な層内で大きい障害が生じる。胚が許容された一定時間内に孵化を失敗するならば、胚が喪失され、受胎に失敗するであろう。

胚がより容易に出ることを可能にする孔またはギャップをＺＰに形成することにより、受胎を高められるという見通しから、補助された孵化が行われる。これは、機械的または超音波カッティング、化学的腐食（酸性Tyrodes溶液）を用いて、またはＺＰの一部のレーザー剥離により行われている。

ＺＰの厚さを貫通（または殆ど貫通）する溝をＺＰ層の縁部に形成するのにレーザーを使用できる。溝は、胚が後で通って出ることを可能にする弱化領域を形成する。多くの形式のレーザーはＺＰを剥離する。水中に強く吸収される１４８０ｎｍの波長のレーザーは、ＺＰの加熱に有効であることが判明している。レーザーは、近くの胚卵割球内への大きい熱伝導を防止しかつ同時に細胞化学に与える化学的効果を防止するのに充分な比較的短いパルスで使用され、なぜならば、比較的短いパルスのレーザーは化学的作用のない赤外波長領域にあるからである。ＺＰは、レーザーパルス中に局部温度過程により決定されるレーザービームの回りで半径方向に取出される。

外部分析を行うべく完全な卵割球を取り出すことができるように、同じレーザーシステムを使用してＺＰの大きい領域を剥離することができる。この場合、より大きい領域を腐食分離するため、レーザーは、ＺＰの隣接部分を向いた一連のパルスで使用される。一般に、卵割球を吸い出すピペットを挿入できるまで、ギャップが開かれる。胚は比較的大きい弾性を有し、一般に孵化および生検ＺＰ剥離の両方を生き抜く。

レーザーシステムの関連用途の他の例は、遺伝分析のために極体を直接取出すことである。取出しは、卵母細胞段階（第１極体）または胚段階（第２極体）での受精後のいずれかで行われる。両極体は、胚の遺伝組成に関する情報を得るのに使用できる。この場合には、極体が卵黄周囲層とＺＰとの間に留まっているためＺＰ層のみで卵黄周囲膜には貫入されない点を除き、この手順はレーザー補助型生検に似ている。付加関連用途として、核の一部または全部の転移（核転移またはトランスジェネティックエンジニアリング）、および細胞核または卵母細胞紡錘体（例えば、核転移の受容体として使用すべき細胞内の紡錘体）の一部または全部の剥離および破壊がある。これらの全ての用途は、レーザーシステムの正確な剥離能力から利益が得られる。

上記用途は例示であって、本発明の可能な用途を限定するものと解すべきではない。本発明は、顕微鏡組立体にレーザービームが使用されるあらゆる分野に適用できる。
インジケータ組立体はスクリーンディスプレイに同時に使用できることを理解すべきである。例えば、ディスプレイ上に等温輪郭（ヒートリングとも呼ばれている）を表示できると同時に、ユーザが顕微手術または検体の他の研究、操作等を行うときにアイピースを通して見ることができるものに純粋に頼ることを可能にする。

本発明の一実施形態によれば、電子パッケージをシステムとは別に配置できる。或いは、電子パッケージをコンピュータ装置内のボードに組込むことができる。本発明の一実施形態によれば、レーザー源および／またはインジケータ光源は電子パッケージ内に配置され、レーザーエネルギは、ファイバケーブルを介して光学インジェクションシステムに伝送される。

レーザーは、シリンダ内のピストンに取付けられる。このような構成のレーザーの焦点は、本発明の範囲から逸脱することなく、レーザーからコリメータレンズまでの距離を調節する単一スクリュウまたは他の機構を介して定められる。
本発明の方法は、剥離、切開、摘出、解離、移動、保持またはレーザー源を用いて生物学的細胞または組織与える影響を含む多くの異なる用途に関して使用できる。前記欠点を考慮すれば、レーザー源および対物レンズを備え、レーザー組立体が顕微鏡のタレット上に取付けられた顕微鏡に使用するレーザー組立体を提供することが望まれている。

また、当業者ならば、本発明の精神および範囲を維持する態様で、ここに開示した実施形態の要素または材料のサイズ、形状または形式等のパラメータを変える種々の方法が理解されよう。

レーザーは、細胞および細胞小器官の操作に使用されている。所定領域内に設定時間だけ放射線を正確な用量で適用することは、核のような細胞小器官の破壊または中性化並びに全細胞のカッティング、捕捉および加熱に使用できる。胚の透明帯（ＺＰ）内に穿孔するのにレーザーを使用する一例を本願に開示したが、これは単なる例示用途であって、いかなる意味においても本発明をそのような用途に限定することを意味するものではない。

対物レンズ組立体１００の一実施形態により得られる利益は、レーザー組立体およびインジケータ組立体を、対物レンズに非常に接近して配置されかつタレット上に集合的に取付けられる充分に小さい一体化されたシステム内にパッケージングできることである。本発明の一実施形態では、特別設計された小型対物レンズ（例えば長さ２１ｍｍの対物レンズ）が提供され、顕微鏡のタレットとステージとの間の対物レンズ組立体１００の位置決めを容易にできる。

本発明の一実施形態により提供される他の利益は、倒立型顕微鏡タレットの下の蛍光フィルタ-キューブチャネルが占拠されることなく残されることである。したがって、このチャネルを他の光学機器で満たすことができる。

本発明の実施形態は、顕微鏡照射に使用するレーザーの実質的に全ての実施形態に適用できることを理解すべきである。或る例として、例えば３３７-３９０ｎｍの波長でのレーザーカッティング、レーザーハサミおよびレーザーピンセットおよびレーザーディファレンシャルヒーティングがある。他の用途としてＤＮＡ変性（核剥離）がある。本発明のシステムは、光ファイバケーブルでパワーを供給できるあらゆるレーザーに拡張できる。

開示した例は設計的選択に特定の単なる例示であり、いかなる意味においても本発明の範囲を限定するものであると解してはならない。
したがって、本発明の好ましい実施形態に適用した本発明の新規な特徴を示し、説明しかつ指摘したが、当業者ならば、本発明の精神から逸脱することなく、ここに開示した本発明の形態および詳細に種々の省略、置換および変更をなし得ることが理解されよう。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によってのみ制限されるものである。

特許請求の範囲の記載は本願に開示の本発明の広い特徴および特定の特徴の全てをカバーするものであり、言語の問題としての本発明の範囲についての全ての記述はこれらの言語に包含されるものであるといえる。

５０タレット
１００対物レンズ組立体
１２０対物レンズ
３００インジケータ組立体
３１０インジケータ光源
３２０インジケータコリメータレンズ
３４０縮小要素
３６０インジケータマウント
５００レーザー組立体
５１０レーザー源
５２０コリメータレンズ
５３０ダイクロイックミラー
５４０ピストン

Claims

アイピースを備えた顕微鏡に使用する対物レンズ組立体において、
光軸を備えた対物レンズを有し、該対物レンズは、対物レンズを通って顕微鏡のアイピースに向かうイメージビームを放射させることができ、
対物レンズの前記光軸に対して或る角度をなして配置されたミラーと、
該ミラーの第１側に配置されたレーザー組立体とを有し、該レーザー組立体は、レーザーエネルギがミラーから反射されて対物レンズを通り、光軸と実質的に整合している方向に反射されるように、レーザーエネルギをミラーに向け、
ミラーに対し、前記レーザー組立体とは反対の側に配置された光源を含むインジケータ組立体を更に有し、該インジケータ組立体は、対物レンズを通って放射されるコリメートされたレーザーエネルギの位置を、顕微鏡のアイピースに光学的表示できるように光をレーザーエネルギの方向とは反対方向に反射させるべく光のビームをミラーの前記第１側とは反対側の面に向けることを特徴とする対物レンズ組立体。
前記対物レンズ組立体を顕微鏡のタレットに着脱可能に取付けることができるタレットアダプタを有することを特徴とする請求項１記載の対物レンズ組立体。
前記ミラーはダイクロイックミラーであり、該ダイクロイックミラーの少なくとも一方の面は反射面であることを特徴とする請求項１記載の対物レンズ組立体。
前記レーザーに対面する前記ミラーの表面は反射コーティングを有していることを特徴とする請求項３記載の対物レンズ組立体。
前記光のビームは反射コーティングの後面に向けられ、かつ対物レンズの光軸と実質的に整合する位置でレーザーエネルギの方向とは反対方向に反射されることを特徴とする請求項４記載の対物レンズ組立体。
前記ミラーはインジケータ組立体に対面する側に第２反射面を有し、光のビームが、レーザーエネルギの方向とは反対方向でかつ対物レンズの光学的アクセスと実質的に整合している角度で、ミラーの第２反射面から反射されることを特徴とする請求項４記載の対物レンズ組立体。
前記インジケータ組立体は光源と、コリメータレンズとアパーチュアを備えた縮小部材とを有し、該縮小部材はコリメータレンズと光源との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の対物レンズ組立体。
前記インジケータ組立体はインジケータ光ビームと光軸との間の角度を調節する機械的調節機構を有し、これにより、アイピースの焦点平面で形成されたインジケータスポットがイメージ平面のｘ-ｙ座標内で移動できることを特徴とする請求項７記載の対物レンズ組立体。
前記インジケータ組立体は、光源とコリメータレンズとの間の距離を変えるべく、光源が光ビームの方向に沿って変位できるように構成され、適合された調節機構を有していることを特徴とする請求項８記載の対物レンズ組立体。