TW486566B - Laser microdissection unit - Google Patents

Description

486566 五、發明説明（ 1 ) 詳 細 說 明 發 明 背 景 發 明 領 域 本 發 明 係 有 關 一 種 具 有 如申 三主 5円 專 利範圍第1項前言 部 分 的 雷 射 微 切 割 裝 置 〇 相 關 技 術 說 明 各 種 已 知 雷 射 微 切 割 裝 置係 包 括 其光束路徑內耦合 有 紫 外 線 (UV) 雷 射 光 束 的 入射 光 裝 置。經由入射光之 光 束 路 徑 引 導 該 U V 雷: 射: 光，並 藉 由 顯微鏡目鏡使之聚 隹 y \ \\ 在 靜 置 於 可 藉 馬 達 移 動 之顯 微 平 臺（掃瞄平臺）的標 本 上 〇 於 標 本 內 使 用 由 該 U V ‘ 雷: 射: 光在焦點上產生的 高 能 量 密 度 進 行 切 割 〇 藉 由使 顯 微 平臺於切割期間產 生 位 移 以 便 使 該 標 本 依 相 對於 靜 止 雷射光運動的事實 產 生 了 切 割 線 〇 通 常 被 脈 波雷 射 使 用：一個雷射脈波 會 於 標 本 內 造 成 一 個 小 型 孔洞 Ο 切 割線係藉由這類孔 洞 的 適 當 序 列 配 置 而 產 生 的。 爲 了 此目的，特別是在 局 倍 率 物 鏡 下 ，羅 ΐ微平臺必須擁 〖有高位準的定位準確度 以 便 允 許 作 精 確 的 切 割 〇 這種 顯 微 平臺是極爲昂貴 的 〇 當 使 標 本 繞 該 雷 射 光 束 的切 割 點 運動時，對觀測者而 言 其 影 像 也 像 是 會 運 動 的 。這 在 以 很慢的照相機及監 視 器 進 行 觀 測 時 特 別 具 有 破壞 性 〇 於是其監視器影像 會 變 模 糊 而 呈 現 出 陡 峭 的 變化 〇 因 此從觀測者的觀點， 較 佳 的 是 允 許 該 顯 微 平 臺 且因 - 3- 此 使 該標本於切割期間 486566 五、發明説明（2) 維持靜止。 不過，右該顯微平臺是靜止的，必須使雷射光束在言亥 靜止的標本上方運動。爲了允許在該標本之特定領域 上方對雷射光束進行引導，必須使來到該物鏡的雷射光 束以可變的角度進入其物鏡瞳孔。這種角度上的變化 必須是藉由X和γ方向的掃瞄裝置而施行的。 追類掃猫裝置有諸如掃瞄式電子顯微鏡中使用的例 如鏡面掃猫器、檢流計掃瞄器、或步進馬達掃猫器之 類。各例中必須將其掃瞄裝置配置於具有物鏡瞳孔的 平面結構內。這需要一種所謂瞳孔形成系統，否則已偏 轉光束不會撞擊到該物鏡瞳孔的。 這類已知掃瞄裝置的缺點淸整地落在它們需要這種 瞳孔形成系統的事實上。在以UV光進行微切割的敘 述中，需要的是一種可藉U V施行的瞳孔形成系統。於 含有瞳孔形成系統的配置中，必須將數種例如孔徑解限 制裝置、由兩個可位移透鏡製成的偏移式光學系統、 特殊的中性密度濾光片等功能性裝置配置在該掃瞄裝 置與雷射之間。因此這類系統的實體長度是極大的，且 它們會需要很多空間。另外，包含控制電子元件的己知 掃瞄裝置是非常昂貴的。 發明之扼要說明 因此，本發明的目的是揭示一種輕巧、結構簡單、價 廉而不需要瞳孔形成系統並排除現有設計之缺點的雷 射微切割裝置。 - 4- 486566 五、發明説明（3) 這目的係藉由一種雷射微切割裝置達成的，該雷射微 切割裝置係含有： -藏微平室：，係用來支持其待切割標本；以及 -入射光裝置、雷射光源、以及用來使雷射光源之 雷射光聚焦於該標本上的顯微物鏡， 其具有下列新穎特徵： a)該顯微平臺係依於切割期間相對於其χ-γ方向呈 靜止之方式加以配置的； B)於該入射光裝置內配置有包括兩個厚玻璃楔形板 的雷射掃瞄裝置，該楔形板係朝光軸傾斜且係可依互爲 無關的方式繞該光軸旋轉的，並藉由它們的楔角產生光 束偏轉作用，所得到該雷射光束相對於該其該光軸的偏 轉角α係可藉由各玻璃楔形板之旋轉作用加以改變的； 以及 c)該雷射光束會因爲各玻璃楔形板之厚度及傾斜度 而在掃瞄裝置的輸出端上產生相對於其光軸的橫向光 束偏移，且對所有偏轉角α而言該雷射光束都會撞擊到 其物鏡之物鏡瞳孔的中心點上。 該特殊技術特徵係在於由兩個楔形板構成的結構及 實體配置中。 能夠產生光束偏轉的光學裝置都是已知的。能夠想 像的是，例如於由該入射光裝置構成的區域內，係藉由 雷射光束會穿透由兩個相互間可位移之透鏡（亦即所謂 Abat[sic]楔形透鏡）製成的光學裝置或是穿透由兩個相 486566 五、發明説明（4 ) 的 光 束 偏 轉 〇 不 過 ，這類光學裝置的缺點是雷射光束只 會 輕 歷 —— 種 光束 偏 轉 ,於是會到達其物鏡瞳孔外側。結 果 ，它 ：不 :再能夠抵達待切割的標本上。因此具有前述光 學 裝 置 的 配 置並 不 適 合用來當作雷射掃瞄裝置。 因 此 ，根據本發明的雷射微切割裝置係於雷射光束路 徑 內 含 有 — 種包 括 兩 個厚玻璃楔形板的雷射掃瞄裝 置 〇 這 兩 個 厚玻 璃 楔 形板可能例如具有相同的楔角和 不 同 的 厚 度 以及 相 對 於光軸的不同傾斜度。由兩個楔 形 板 構 成 的 其他 施 例也是可想像的。 如 同 己 知 的，每-- - f目 3楔形板都會因爲其楔角而產生雷 射 光 束 之 總 光束 偏 轉 的某一成分。（「楔角」指的是玻 璃 楔 形 板 之 前方 邊 界 表面與後方邊界表面之間的角度 差 異 )° 該總光束偏轉的兩個成分係依向量方式疊加起 來 的 〇 兩 個 玻璃 楔 形 板依互爲無關的方式繞光軸的旋 轉 會 造 成 兩 個光 束 偏 轉成分的方向發生改變。這兩個 光 束 偏 轉 成 分會 依 向 量方式疊加起來而形成使雷射光 束 相 對 於 光 軸具 有 偏 轉角α的總光束偏轉。因此，對雷 射 光 束 而 言 所產 生 的 整體光束偏轉會依於待切割之標 本 上 方 對 雷 射光 束 進 行引導的方式而改變。 玻 璃 楔 形 板在 相 同 時刻的旋轉作用會在掃瞄裝置的 輸 出 丄山 m 上 造 成光 束 偏 移的變化。這種光束偏移的變化 會 對 於 物 m 瞳孔 的 平 面內由光束偏轉作用在雷射光束 上 產 生 的 橫 向誤 差 進 行補償。結果無論所產生的偏轉 角 a 爲 何 ，雷射光束總會在沒有任何改變下於中心點內 -6- 486566 五、發明説明( 5 ) 牙 透 該 物 鏡 目里 孔 〇 吾 人 能 夠 藉 由 對 楔形板 之旋轉運動作適當控制而產 生 任 何 想 要 的 偏 轉 角α且 因此產生任何想要形狀的切 割 線 〇 兩 個 楔 形 板 的平行 位置會得到最大的偏轉角，而 其 反 平 行 配 置 產 生 的偏轉 角α = 0 (亦即雷射光束會會撞 擊 到 落 在 光 軸 上 的 標本）。 有 利 的 是 ，爲兩個楔形板選出的楔角是足夠大的，以 致 在 最 大 偏 轉 角 a 上使雷 射光束向外偏轉到視野的邊 緣 上 〇 根 據 本 發 明 的 雷 射微切 割裝置，吾人能夠在少量技術 複 雜 度 下 ，讓 補 七Ζ 害1 丨的標本 :靜止，及雷射切割點在該標本 上 方 移 動 成 爲 可 能 。在此 同時，根據本發明由兩個很厚 且 呈 傾 斜 的 可 旋 轉 楔形板 構成之雷射掃猫裝置的結構， 實 質 上 是 比 已 知 的 光束掃 瞄器更簡單且更便宜。根據 本 發 明 的 雷 射 微 切 割裝置 中，能夠配用一種廉價的馬達 驅 動 式 X -Y 平 臺 (掃瞄平1 1 )因爲其切割品質與其顯微 平 臺 的 定 位 準 確 度 是無關 。吾人能夠以落在紫外線 (UV) 、 紅 外 線 (IR) 、或可] 見光（V I S )波譜區域內的雷射 當 作 雷 射 光 源 〇 當 因 雷 射 掃 瞄 裝 置而偏 轉的雷射光束遇到物鏡時，已 知 對 所 有 物 鏡 放 大 倍率rflj 言其樣本上的偏轉量都會正 比 於 其 物 鏡 放 大 倍 率。若 其最大偏轉角α是恰好足夠 大 以 致 使 雷 射 光 束 向外偏 轉到視野的邊緣上，則對所有 物 鏡 而 言 Μ j\\\ 論 其 放 大倍率 爲何這都是真實的。這意指 -7- 486566 五、發明説明（6 ) 落在視野內之雷射iw 置的空間解析度對所有物鏡 而言都是相同的。爲了沿著越過整個視野的切割線走， 兩個接續建立之楔形板的角度位置對所有物鏡而言都 是相同的。 尙先前以靜止雷射光束及移動式X - γ平臺操作的已 知雷射微切割裝置比較，這是根據本發明具有上述雷射 掃瞄裝置之雷射微切割裝置的最大優點。以移動式χ_ γ平臺，隨著其物鏡放大倍率的增加必須在愈來愈大的 準確度下進行定立，因此使樣本內的切割寬度變得更 窄。 與此相反的是，在根據本發明之雷射掃瞄裝置的例子 裡，本發明較之具有較窄切割寬度之高倍率物鏡的例子裡 在具有較寬切割寬度之低倍率物鏡下，用於楔角旋轉的 給定角度解析度會自動地於樣本內得到較大的步進尺 寸。 於切割作業期間使顯微平臺保持靜止的事實，另外具 有使用者能夠於切割作業期間觀測並監控標本的優 點。因此，即使在進行切割作業時使用者也能夠同時選 擇下一個想要的切割線。 本發明的另一個優點是不需要任何瞳孔形成系統的 事實，且能夠將例如孔徑限制裝置、由兩個可位移透鏡 構成的偏移式光學系統、特殊的中性密度濾光片等功 能性裝置合倂到一個小型顯微光束路徑之內。因此根 據本發明的裝置會具有非常輕巧的結構。 486566 五 發明説明（7 ) 於根據本發 中，各玻璃楔形 的。爲此目的 馬達之類的附 轉。各馬達會 號。然後該步 微型步進模式 光束在標本上 於根據本發 中，再次依馬達 另外提供有一含 馬達控制系統 以便記錄監視 時，能夠藉由執 作用： a)利用滑鼠: c)依電腦處: 切割孔洞，其中 期間使所採用 c) 在每一個 的偏轉角α並 d) 產生用於 號；以及 e) 藉由雷射 明之雷射微切割裝置的一種有利實施例 板的旋轉都是依馬達驅動的方式執行 ，每一個玻璃楔形板都含有一個例如步進 屬馬達，以便使該玻璃楔形板繞其光軸旋 從馬達控制系統接收到它們的控制信 進馬達的定位準確度亦即最有利的是依 力口以啓動的定位準確度，也會定出該雷射 的定位準確度。 明之雷射微切割裝置的另一有利實施例 驅動的方式執行各玻璃楔形板的旋轉。 滑鼠及監視器的電腦。將該電腦連接於 及雷射光源上。同時提供有一個照相機， 器上所顯示的影像。當使用這種實施例 行下列方法步驟於標本內產生雷射切割 在監視器上定義出切割線； 理方式將該切割線碎裂成一系列的毗連 各孔洞的中心點皆係對應到於切割作業 之雷射光束落在標本上的參考位置； 將要採用的單獨位置上計算出雷射光束 計算出各玻璃楔形板的相關旋轉位置； 各玻璃楔形板之馬達驅動旋轉的控制信 光束偏轉到由玻璃楔形板之旋轉作用計 486566 五、發明説明（8 ) 算出的參考位置之內產生已定義的切割線。 由於上述雷射掃瞄裝置會允許吾人對經偏轉的雷射 光束施行非常準確的引導作用，故能夠於其他應用中使 用根據本發明的雷射微切割裝置。 於另一種應用中，係依電腦控制方式引導經偏轉的雷 射光束並以之記錄各表面。 於根據本發明之雷射微切割裝置的第三種應用中，係 藉由能夠以之擷取並傳輸單獨粒子的事實使用經偏轉 的雷射光束當作光學鉗。 圖式簡述 以下將利用各附圖參照一種解釋用實施例對本發明 作更詳細的說明。 第1圖顯示的是一種根據本發明的雷射微切割裝置； 第2a圖顯示的是雷射光束在各玻璃楔形板落在平行 位置的情形下的光束路徑； 第2b圖顯示的是雷射光束在各玻璃楔形板落在反平 行位置的情形下的光束路徑。 不同的附圖中完全相同的元件係以完全相同的符號 標示出。 第1圖顯示的是一種根據本發明的雷射微切割裝 置。該雷射微切割裝置含有其上配置有標本夾2的顯 微平臺1以乘載樣本玻片3 a，且於底側放置有待切割的 標本3。將用來對標本3施行照明的聚光器配置於顯 微平臺1底下。於說明如下的切割作業期間，並未使顯 -10-

五、發明説明（9 ) 微平臺1產生水平亦即朝X方向或Y方向的位移。 迫裡设s十成u V雷射光源的雷射光源5會發射經由 弟一偏轉k面6a耦合於具有光軸8的入射光裝置7之 內的®射光束。雷射掃描裝置9係配置於入射光裝置7 內。該雷射光束會穿透電射掃瞄裝置9並經由第二偏 轉鏡面6b到達物鏡1〇上，物鏡1〇則使雷射光束聚焦 到標本3之上。偏轉鏡面6b係有利地建造成雙色分光 器，藉由此雙色分光器從標本3行經物鏡1〇的成像光 束路徑20會到達管線22及目鏡24上。 雷射ί市瞄裝置9係包括兩個朝光軸8傾斜且獨立地 k光軸8旋轉的厚玻璃楔形板n a，丨丨b。爲了那個目的， 係將楔形板1 1 a，1 1 b裝設於球形軸承1 2上。楔形板 1 1 a係依不可動的方式接合於傳動軸1 3 a上，而楔形板 1 1 b則接a於傳動軸1 3 b上。楔形板π a, 1 1 b的旋轉係 藉由兩個附屬的步進馬達14a,14b完成的，步進馬達 1 4a係結合於傳動軸1 3a上而步進馬達1 4b係結合於傳 動軸1 3 b上。 該兩個步進馬達1 4 a，1 4 b係連接於馬達控制系統1 5 上，該馬達控制系統1 5係用來供應控制信號以便啓動 步進馬達14a, 14b。該馬達控制系統15係連接於其上 連接有監視器2 8的電腦2 6上。由照相機1 6所記錄標 本3的影像係顯示於監視器2 8上。於監視器2 8上，能 夠藉由電腦滑鼠（未標示）定義出切割線。電腦2 6也會 連接到雷射光源5上，且在已藉由步進馬達1 4 a，1 4 b將 -11- 486566 五、發明説明（10 ) 玻璃楔形板1 1 a，1 1 b帶進用於該切割線之參考位置內 時，供應以觸發信號以便觸發雷射脈波。 方疋轉兩個玻璃楔形板Π a，1 1 b的結果，雷射光束會以 不同的偏轉角出現在雷射掃瞄裝置9的輸出端上，且於 每一個例子裡透：過物鏡瞳孔的中心點穿透物鏡1 〇。藉 由改變偏轉角，能夠將雷射光束引導到落在物鏡1 〇視 野內之標本3上的任何想要位置上。藉由對兩個玻璃 楔形板1 1 a，1 1 b施行適當的控制，吾人能夠於標本3上 產生切割線。標本3的切下碎片會透過標本夾2內框 架形開口而掉落到配置於標本3底下之顯微平臺1上 的收集瓶1 7之內。 雷射掃瞄裝置9內雷射光束的光束路徑係如第2a和 2 b圖所示，其中顯示的是雷射掃瞄裝置9內由兩個玻璃 楔形板1 la，l lb構成的簡略配置圖。爲了顯示之用，第 2 b圖描繪的是兩個玻璃楔形板（1丨a, 1丨b)之一的楔角 β。「楔角β」一詞指的是在各玻璃楔形板U la, 1 lb) 之前方邊界表面與後方邊界表面之間的角度差異。 雷射光束1 8會在來自雷射光源5的光軸8上行進且 會被引導到楔形板1 1 a，1 1 b之上。雷射光束1 8會因其 個別楔角的影響而在每一個玻璃楔形板1 1 a，1 1 b上經 歷一次光束偏轉。因此在穿透兩個玻璃楔形板n a，丨丄b 之後其整體結果爲偏轉角α。 玻璃楔形板1 1 a，1 1 b的厚度和傾斜度會在該兩個玻 璃楔形板Π a，11 b的每一個上另外使雷射光束1 8產生 -12- 486566 五、發明説明（11 ) 光束偏移作用。因此在穿透兩個玻璃楔形板1 1 a, 1 1 b 之後，雷射光束18會呈現出總光束偏移量△，此總光束 偏移量△的量値會使雷射光束1 8總是穿透物鏡丨〇的 物鏡瞳孔1 9中心（未進一步標示出）◦ 第2a圖顯示兩個處在平行位置上的玻璃楔形板 1 1 a，1 1 b，其中產生了最大的偏轉角^以及最大的光束偏 移量△。第2b圖顯示兩個處在反平行位置上的玻璃楔 形板1 1 a，1 1 b其中並未產生任何光束偏轉（亦即其偏轉 角α =0)且並未產生任何光束偏移（亦即△ =〇)。 ^寸所有偏轉角而百，光束偏移量△是正好足夠補償 瞳孔平面內經偏轉光束的橫向誤差，使得對所有偏轉角 △ [ s丨c ]而言，雷射光束1 8都會撞擊到物鏡瞳孔1 9的中 心上。 〜 藉由使玻璃楔形板1 1 a, 1 1 b繞光軸8旋轉，改變雷射 光束1 8的光束偏轉及光束偏移量，使得對所建立的每 個偏轉角α而言雷射光束1 8總會穿透物鏡瞳孔1 9的 中心點，以致能夠引導電射光束1 8越過待切割的標本 3 〇 本發明係參照各解釋用實施例加以說明的，但是對熟 悉習知設計的人而言很淸楚的是能夠在不偏離本發明 所附申請專利範圍之精神及架構卜作各種改變及修 正。 符號說明 1 ...顯微平臺 -13- 486566 五、發明説明（12 ) 2 ...標本夾 3 ...標本 3 a ...樣本玻片 4 ...聚光器 _ 5 ...雷射光線 6 ( a , b )...偏轉鏡面 7.. .入射光裝置 8.. .光軸 9 ...雷射掃瞄裝置 1 〇 ...物鏡 1 1(1 la，l lb)…玻璃楔形板 12.. .球形軸承 13(13a，13b)...傳動軸 14(14a，14b)...步進馬達 15.. .馬達控制系統 16.. .照相機 17.. .收集瓶 1 8 ...雷射光束 19…物鏡瞳孔 20.. .成像光束路徑 22…管線 2 4 ·. ·目鏡 2 6…電腦 2 8…監視器 -14- 486566 五、發明説明（13 ) ^ 偏轉角 /3 ...楔角 △...射束偏移 -15-

Claims (1)

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   六、申請專利範圍 第90108758號「雷射微切割裝置」專利案 (91年2月修正） 六申請專利範圍 1. 一種雷射微切割裝置，係含有顯微平臺（1)，係用來支持 待切割標本（3); -入射光裝置（7)，其具有一光軸（8); -雷射光源（5)，用於產生雷射光束（18);及 -顯微物鏡（10),用以將雷射光束（18)聚焦在標本（3)上， 其特徵在於 a) 該顯微平臺（11)於切割期間相對於其X-Y方向呈靜止 之方式加以配置的； b) 於該入射光裝置（7)內配置有包括兩個厚玻璃楔形板 (11 a，1 lb)的雷射掃瞄裝置（9),該楔形板係朝光軸（8)傾斜且 獨立地繞該光軸（8)旋轉，並藉由它們的楔角產生光束偏轉 作用，所得到該雷射光束（18)相對於其該光軸（8)的偏轉角 α係可藉由各玻璃楔形板（1 la，1 lb)之旋轉作用加以改變的； 以及 c)該雷射光束（18)會因爲各玻璃楔板（11a，lib)之厚度及 傾斜度而在掃瞄裝置（9)的輸出端上產生相對於其光軸（8) 的橫向光束偏移，且對所有偏轉角α而言該雷射光束都會 撞擊到其物鏡（10)之物鏡瞳孔（19)的中心點上。 2.如申請專利範圍第1項之雷射微切割裝置，其中該雷射光 源（5)係一種紫外線（UV)雷射、紅外線（IR)雷射、或可見光 (VIS)雷射。 486566 六、申請專利範圍 3·如申請專利範圍第1項之雷射微切割裝置，其中： a) 每一個玻璃楔形板（ua，lib)具有相關的馬達（14a，14b) 以便使各玻璃楔形板（11a，lib)繞光軸（8)旋轉；且 b) —馬達控制系統（15)與各馬達（14a，14b)相關。 4·如申請專利範圍第1項之雷射微切割裝置，其中： a) 每一個玻璃楔形板（lla，lib)且有相關的馬達（14a，14b) 以便使各玻璃楔形板（11a，lib)繞光軸（8)旋轉； b) —馬達控制系統（15)與各馬達（14a，14b)相關； c) 提供一具有滑鼠及監視器（28)的電腦（26)，該電腦（26) 係連接於馬達控制系統（15)及雷射光源（5)上；且 d) 提供有一個照相機（16)，以便記錄監視器（28)上所顯示 標本（3)的影像。 5.如申請專利範圍第1項之雷射微切割裝置，其中使用由 雷射掃瞄裝置而偏轉的雷射光束以便進行材料處理。 6·如申請專利範圍第1項之雷射微切割裝置，其中藉由能 夠擷取並傳輸各粒子的事實，使用經偏轉的雷射光束當作 光學鉗。 7. —種使用申請專利範圍第4項之雷射微切割裝置的方法， 其特徵爲具有下列步驟： a) 利用滑鼠在監視器（28)上定義出切割線； b) 依電腦處理方式將該切割線碎裂成一系統的毗連切 割孔洞，其中各孔洞的中心點皆係對應到於切割作業期間 使所採用之雷射光束落在標本（3)上的參考位置； c) 在每一個將要採用的單獨位置上計算出雷射光束（18) -2- 486566 、申請專利範圍 的偏轉角α並計算出各玻璃楔形板（11 a，Ub)的相關旋轉 位置； d) 產生用於各玻璃楔形板（iia，nb)之馬達驅動旋轉的 控制信號；以及 e) 藉由雷射光束（18)偏轉到由玻璃楔形板（11 a，lib)之旋 轉作用計算出的參考位置之內產生已定義的切割線。 8.如申請專利範圍第7項之使用雷射微切割裝置的方法， 其中依電腦控制方式引導經偏轉的雷射光束並以之記錄 各表面。