自動薄切装置
【課題】切断刃の刃先の走行面と包埋ブロックの表層との相対位置を正確、かつ迅速に調整することで、良好な薄切片を取り出すことができるとともに、切断刃の空振り時間を短縮して作業効率を向上させることができる自動薄切装置を提供する。
【解決手段】センサ２０は、移動手段によりステージ１２がＺ方向に移動し、包埋ブロックＢがレーザ光Ｌを遮蔽して、受光部２２がレーザ光Ｌを受光しなくなったときに、包埋ブロックＢの表面の位置を検出し、投光部２１と包埋ブロックＢとの間には、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌのビーム径を絞るビーム絞り２５が配置されていることを特徴とする。
【解決手段】センサ２０は、移動手段によりステージ１２がＺ方向に移動し、包埋ブロックＢがレーザ光Ｌを遮蔽して、受光部２２がレーザ光Ｌを受光しなくなったときに、包埋ブロックＢの表面の位置を検出し、投光部２１と包埋ブロックＢとの間には、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌのビーム径を絞るビーム絞り２５が配置されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動薄切装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、理化学実験や顕微鏡観察に用いられる薄切片標本を作製する装置として、ミクロトーム（自動薄切装置）が一般的に知られている。薄切片標本は、厚さが数μｍ（例えば、３μｍ〜５μｍ）の薄切片をスライドガラス等の基板上に固定させたものである。薄切片は、包埋剤によって生体試料を包埋した包埋ブロックを上述した厚さで極薄に薄切して作製されたものである。また、包埋ブロックは、人体や実験動物等から取り出されてホルマリン固定された生体試料をパラフィン置換した後、さらに周囲をパラフィンで固めてブロック状に作製したものである。
自動薄切装置により薄切片を得るためには、まず包埋ブロックを自動薄切装置のステージにセットして、切断刃により厚さが例えば１０μｍ程度に薄切する粗削りを行う。この粗削りによって、包埋ブロックの表面を平滑にするとともに、実験や観察の対象物である包埋された生体試料を表面に露出（以下、面出しという）させる。この粗削りを終了した後、包埋ブロックを３μｍ〜５μｍの厚みで極薄にスライスする本削りを行い、薄切片標本となる薄切片を得る。
【０００３】
ところで、上述した包埋ブロックから厚さの均一な薄切片を得るためには、はじめに上述した粗削り工程において包埋ブロックの表層部分に形成された凹凸や傾斜面等を薄切し、包埋ブロックの表面を平滑にして面出しを行う必要がある。包埋ブロックの面出しを行うには、まずステージ上にセットされた包埋カセットの表層とミクロトームの切断刃の刃先との相対位置を調整する。そして、切断刃の刃先と包埋ブロックの表層との相対位置が決定された時点で、切断刃の刃先をステージの表面に沿わせて往復移動させることで包埋ブロックの表層部分が薄切される。その後、切断刃を作動させた状態で、ステージを徐々に上昇させることで連続的に薄切が行われ、包埋ブロックの表面を平滑にして面出しを行うことができる。
【０００４】
また、包埋ブロックの面出しを行う際には、包埋カセットの表層と切断刃の刃先の走行面との相対位置が重要となる。万が一、包埋カセットの表層と切断刃の刃先の走行面とがラップしすぎると、薄切される薄切片が厚くなり生体試料を所望の断面とともに切断してしまう虞がある。一方、包埋ブロックの表層と切断刃の刃先の走行面との相対位置が余りにも離れた位置から切断刃を作動させると、切断刃の空振り状態が長く続いて包埋ブロックの表層が薄切されるまでに長い時間を要するため、作業効率が悪いという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば特許文献１では、傾動可能なステージ上に包埋ブロックを載置し、ロードセルを介して支持された基準面を包埋ブロックの試料面に対して押し当てることで、包埋ブロックの試料面が基準面に対して平行な状態で保持する構成が開示されている。
また、例えば特許文献２では、受光部及び投光部を有するラインセンサを備え、受光部により受光されるレーザの光量の変化から、包埋ブロックによるレーザの遮光量を算出し、包埋ブロックの位置（高さや傾斜角度）の検出を行う構成が開示されている。
【特許文献１】特許３６５６００５号
【特許文献２】特開２００８−７６２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１の構成では、包埋ブロックの試料面に対して基準面を直接押し付ける構成であるため不衛生である。また、包埋ブロックに包埋された生体試料に影響が及ぶ可能性がある。具体的には、生体試料が包埋されたパラフィンの欠損や、破壊、また包埋ブロックが押し付けられることにより生体試料の組織崩壊に繋がる可能性がある。
【０００７】
図１０、１１は上述した特許文献２のように、ラインセンサを用いた従来の包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図であり、図１０は包埋ブロックの表層部分が平坦面の場合、図１１は傾斜面を有する場合を示している。
図１０に示すように、包埋ブロック１００の表層部分が平坦面の場合には、センサと包埋ブロックとの相対位置を接近させていくと、センサの投光部１０１から出射されたレーザ光Ｌ’は、包埋ブロック１００の表層部分に一部が遮蔽される。これにより、投光部１０１から出射されたレーザ光Ｌ’の光量（ビーム幅）Ｄ１と、センサの受光部１０２で受光されたレーザ光Ｌ’の光量Ｄ２とが変化する（Ｄ１＞Ｄ２）。その結果、包埋ブロック１００の位置を検出することができ、包埋ブロック１００と切断刃（不図示）との相対位置を調整することができる。
一方、図１１に示すように、例えば包埋ブロック１００’の表層部分に傾斜面１０３が形成されている場合、包埋ブロック１００’の表層部分に入射するレーザ光Ｌ’は、包埋ブロック１００’により遮蔽されずに傾斜面１０３で反射する。そして、受光部１０２では、投光部１０１から直進してきたレーザ光と、傾斜面１０３で反射したレーザ光とが受光される。その結果、投光部１０１から出射されたレーザ光Ｌ’の光量Ｄ１’と、センサの受光部１０２で受光されたレーザ光Ｌ’の光量Ｄ２’との変化が少なく、正確な光量の変化を検出できないため、包埋ブロック１００’の正確な高さを検出することができず、包埋ブロック１００’を所定の位置で停止させることができない。
【０００８】
つまり、特許文献２の構成では、包埋ブロックの表面で反射したレーザ光も受光部で受光する虞があり、包埋ブロックにより遮蔽された正確な遮蔽量を検出することができず、実際の遮蔽量と検出された遮蔽量との間で誤差が生じるという問題がある。また、ラインセンサは比較的レーザ幅が広いため、微小な光量の変化を検出できず、包埋ブロックの高さ調整の精度が不十分である。
【０００９】
そこで、本発明は、このような事情に考慮してなされたものであって、切断刃の刃先の走行面と包埋ブロックの表層との相対位置を正確、かつ迅速に調整することで、良好な薄切片を取り出すことができるとともに、切断刃の空振り時間を短縮して作業効率を向上させることができる自動薄切装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係る自動薄切装置は、生体試料が包埋された包埋ブロックを薄切する自動薄切装置において、前記包埋ブロックを載置するＸＹ平面と平行な載置面を有するステージと、刃先を前記ＸＹ平面に沿って走行させ、前記包埋ブロックの表層を前記ＸＹ平面と平行に薄切する切断刃と、前記ＸＹ平面に直交するＺ方向に前記ステージを移動させる移動手段と、前記Ｚ方向における前記包埋ブロックの表面の位置を検出するセンサとを備え、前記センサは、前記ＸＹ平面に沿ってレーザ光を出射する投光部と、前記レーザ光の光路上において前記包埋ブロックを間に挟んで配置され、前記投光部から出射された前記レーザ光を受光する受光部とを備え、前記センサは、前記移動手段により前記ステージが前記Ｚ方向に移動し、前記包埋ブロックが前記レーザ光を遮蔽して、前記受光部が前記レーザ光を受光しなくなったときに、前記包埋ブロックの表面の位置を検出し、前記投光部と前記包埋ブロックとの間には、前記投光部から出射された前記レーザ光のビーム径を絞るビーム絞りが配置されていることを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、投光部と包埋ブロックとの間に、投光部から出射されたレーザ光のビーム径を絞るビーム絞りを配置することで、投光部から出射されるビーム径を小さくすることができる。すなわち、投光部から出射する光にレーザ光を用いるとともに、ビーム絞りを配置してビーム径を小さくすることで、包埋ブロックの表面にはレーザ径が小さい絞られた光が通過することになる。そのため、移動手段により包埋ブロックを移動させ、投光部と受光部との間に包埋ブロックが介在した時点で即座にレーザ光が遮蔽されることになり、この時点で包埋ブロックの位置を検出することができる。
これにより、従来と異なり包埋ブロックに触れることなく包埋ブロックの位置を検出することができるため、生体試料が包埋された包埋剤の欠損や、破壊、生体試料の組織崩壊を防止することができる。
また、ラインセンサを用いた従来の構成に比べてビーム径が小さいので、包埋ブロックがレーザ光を横切るとほぼ同時にレーザ光を遮蔽することができる。これにより、包埋ブロックの表面において反射した反射光の受光を抑制することができるとともに、包埋ブロックのＸＹ平面の表層部分における頂部を高精度に検出することができるため、センサによる検出誤差を小さくすることができる。
したがって、切断刃の刃先の走行面と包埋ブロックの表層との相対位置を正確、かつ迅速に調整することができるため、切り始めから均一な厚さの薄切片を得ることができるとともに、切断刃の空振り時間を短縮して作業効率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る自動薄切装置は、前記包埋ブロックの前記Ｚ方向の表面における中心部を通過する際の前記レーザ光のビーム径は、５０μｍ以上１０００μｍ以下に設定されていることを特徴としている。
ビーム径を５０μｍ未満に設定すると、ビーム絞りにおいてレーザ光の回折が広がる影響に加え、受光量が減少して外乱光の影響を受ける可能性があるため好ましくない。一方、ビーム径を１０００μｍより大きく設定すると、受光部によりレーザ光を受光する際、上述したように包埋ブロックの表面で反射するレーザ光が多く、受光部により検出されるレーザ光の光量の微小な変化を検出できないため好ましくない。
これに対して、包埋ブロックへのＺ方向の表面における中心部を通過する際のビーム径を５０μｍ以上１０００μｍ以下に設定することで、レーザ光の回折を抑えることができるとともに、包埋ブロック表面における反射光の検出を防ぐことができるため、投光部と受光部との間に包埋ブロックが介在した時点で即座にレーザ光が遮蔽されることになり、この時点で包埋ブロックの位置を検出することができる。したがって、包埋ブロックの表面位置を高精度に検出することが可能になる。
【００１３】
また、本発明に係る自動薄切装置は、前記包埋ブロックは前記Ｚ方向から見て矩形状に形成され、前記投光部及び前記受光部は、前記包埋ブロックを間に挟んで前記包埋ブロックの前記Ｚ方向の表面における対角線の延長線上に配置されていることを特徴としている。
包埋ブロックの表面が一様に傾斜している場合には、その頂部は角部（対角線の端部）に位置する。そこで、包埋ブロックのＺ方向表面における対角線の延長線上に投光部及び受光部を配置することで、包埋ブロックの頂部を確実に検出することができる。また、包埋ブロックの表層部分における一方向（例えば、Ｘ方向）上のみならず一方向に直交する他方向（例えば、Ｙ方向）を複合した線上のＺ方向における位置を検出することができるため、包埋ブロックのＺ方向の表層部分における頂部を高精度に検出することができる。したがって、包埋ブロックの位置調整を高精度に行うことができる。
【００１４】
また、本発明に係る自動薄切装置は、一対の前記センサが、前記包埋ブロックの前記Ｚ方向の表面における一対の対角線の延長線上に配置されていることを特徴としている。
この構成によれば、一対のセンサを包埋ブロックのＺ方向の表面におけるそれぞれ一対の延長線上に配置することで、より確実に包埋ブロックの頂部の高さを検出することができるため、より均一な厚さの薄切片を得ることができ、高精度な面出しが可能になる。
【００１５】
また、本発明に係る自動薄切装置は、前記受光部と前記包埋ブロックとの間には、前記受光部で受光する前記レーザ光の発散角を規制する発散角制限絞りが配置されていることを特徴としている。
この構成によれば、レーザ光の拡散や包埋ブロックの表面での反射によりレーザ光の発散角が拡大した場合であっても、所定の範囲のレーザ光のみを受光部へ供給することができるため、レーザ光の誤検出を確実に防止することができる。これにより、包埋ブロックのより高精度な位置検出が可能になる。
【００１６】
また、本発明に係る自動薄切装置は、前記センサは、前記受光部が前記レーザ光を受光している状態でＯＮ状態となる一方、前記包埋ブロックが前記レーザ光を遮蔽して前記受光部が前記レーザ光を受光していない状態でＯＦＦ状態となり、前記移動手段は、まず、前記ステージを基準位置から、前記センサがＯＦＦ状態となる第１位置まで移動させ、次に、前記ステージを前記第１位置から、前記基準位置と前記第１位置との間で前記センサがＯＮ状態となる第２位置まで移動させ、次に、前記ステージを前記第２位置から、前記第２位置と前記第１位置との間で前記センサがＯＦＦ状態となる目標位置まで移動させ、前記第２位置から前記目標位置までの間の前記ステージの移動速度は、前記基準位置から前記第１位置までの間の前記ステージの移動速度より遅く設定されていることを特徴としている。
ところで、ビーム径を縮小することでレーザ光を遮蔽する瞬間を確実に検出するためには、ステージを比較的低速で移動させなければならない。そのため、包埋ブロックの位置調整に時間がかかる場合がある。
これに対して、本発明に係る構成によれば、まず始めにレーザ光の光路上を横切りセンサがＯＦＦ状態となる第１位置までステージを比較的高速で移動させた後、再びセンサがＯＮ状態となる第２位置までステージの位置を一旦戻す。これにより、ステージと切断刃とを基準位置より目標位置に近接させた第２位置まで比較的高速で相対移動することができる。
その後、第２位置からセンサが再びＯＦＦ状態となる目標位置に至るまでの間において、ステージを比較的低速で相対移動させる。これにより、比較的低速でステージを移動させる区間は第２位置から目標位置の間の区間となるため、基準位置から目標位置までの全区間を低速で移動させる場合に比べて、ステージを比較的低速で移動させる区間を短縮することができる。そのため、ビーム径を縮小した場合であっても包埋ブロックの位置調整を正確、かつ迅速に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る自動薄切装置によれば、投光部と包埋ブロックとの間に、投光部から出射されたレーザ光のビーム径を絞るビーム絞りを配置することで、投光部から出射されるビーム径を小さくすることができる。すなわち、投光部から出射する光にレーザ光を用いるとともに、ビーム絞りを配置してビーム径を小さくすることで、包埋ブロックの表面にはレーザ径が小さい絞られた光が通過することになる。そのため、移動手段により包埋ブロックを移動させ、投光部と受光部との間に包埋ブロックが介在した時点で即座にレーザ光が遮蔽されることになり、この時点で包埋ブロックの位置を検出することができる。
これにより、従来と異なり包埋ブロックに触れることなく包埋ブロックの位置を検出することができるため、生体試料が包埋された包埋剤の欠損や、破壊、生体試料の組織崩壊を防止することができる。
また、ラインセンサを用いた従来の構成に比べてビーム径が小さいので、包埋ブロックがレーザ光を横切るとほぼ同時にレーザ光を遮蔽することができる。これにより、包埋ブロックの表面において反射した反射光の受光を抑制することができるとともに、包埋ブロックのＸＹ平面の表層部分における頂部を高精度に検出することができるため、センサによる検出誤差を小さくすることができる。
したがって、切断刃の刃先の走行面と包埋ブロックの表層との相対位置を正確、かつ迅速に調整することができるため、切り始めから均一な厚さの薄切片を得ることができるとともに、切断刃の空振り時間を短縮して作業効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（自動薄切装置）
図１は包埋ブロックを示す斜視図である。
自動薄切装置１０（図２参照）は、図１に示すように、生体試料Ｓが包埋剤Ｎによって包埋された包埋ブロックＢを、所定のすくい角が付いた状態で薄切（例えば、１０μｍ程度に薄切）して包埋ブロックＢの表面を平滑にするとともに、実験や観察の対象物である包埋された生体試料を表面に露出させる装置である。このように、すくい角θを付けた状態で包埋ブロックＢを薄切することで、切削抵抗を減らしてより円滑な薄切を行うことができる。
【００１９】
なお、包埋ブロックＢは、ホルマリン固定された生体試料Ｓ内の水分をパラフィン置換した後、さらに周囲をパラフィン等の包埋剤Ｎによってブロック状（直方体形状）に固めたものである。これにより、生体試料Ｓがパラフィン内に包埋された状態となっている。また、生体試料Ｓとしては、例えば、人体や実験動物等から取り出した臓器等の組織であり、医療分野、製薬分野、食品分野、生物分野等で適時選択されるものである。また、本実施形態では、包埋ブロックＢが箱状に形成されたカセットＫ上に固定されているものとして説明する。
【００２０】
図２，３は自動薄切装置の概略構成図であり、図２は側面図、図３は平面図である。
図２，３に示すように、本実施形態の自動薄切装置１０は、包埋ブロックＢが固定されたカセットＫを水平面（ＸＹ平面）と平行に載置する載置面１１を有するステージ１２と、包埋ブロックＢの表層部分を切削する切断刃１３と、ステージ１２の載置面１１と直交するＺ方向にステージ１２を相対移動させる圧電素子等の移動手段（不図示）と、Ｚ方向における包埋ブロックＢの位置（高さ）を検出するセンサ２０と、自動薄切装置１０を統括的に制御する制御部（不図示）とを備えている。
【００２１】
ステージ１２は、制御部に制御された移動手段の作動によりＺ方向に移動可能に構成されており、その上面はカセットＫが載置される載置面１１を構成している。この載置面１１は、その面方向が水平方向（ＸＹ平面）と一致しており、包埋ブロックＢを上方に向けた状態でカセットＫを水平保持できるように構成されている。したがって、ステージ１２の高さ（Ｚ方向）を調整することで、切断刃１３により薄切される薄切片の厚みを調整することができる。なお、図２，３に示すステージ１２はＺ方向における下端位置、すなわちステージ１２の初期位置（基準位置）に位置している。なお、ステージ１２は、Ｚ軸回りの回転と、Ｘ軸回り及びＹ軸回りの傾きとが自在に調整可能とされた多軸のステージ１２となっており、包埋ブロックＢの姿勢を自在にコントロールして、包埋ブロックＢの向きや傾き等を所望する状態に設定することが可能とされている。
【００２２】
切断刃１３は、一端側が刃先１３ａとされた長尺な磁性体の切断刃１３であり、ステージ１２の斜め上方において、載置面１１に平行なＸＹ平面に対して所定のすくい角が付いた状態で配置されている。具体的には、初期位置にあるステージ１２に対してＺ方向における上方であって、ＸＹ平面においてステージ１２のＸ方向における側方に配置されている。また、切断刃１３は、その長手方向がステージ１２（包埋ブロックＢ）のＺ方向の表面における一辺と交差する方向に延在している。
【００２３】
切断刃１３は、モータ等の図示しない駆動手段により、ＸＹ平面上においてＸ軸に対して所定の角度が付いた状態（切断刃１３の短手方向に沿う方向）で往復移動可能に構成されている（図３中矢印参照）。この時、切断刃１３の往復移動時において、切断刃１３の刃先１３ａはステージ１２の載置面１１の面方向（ＸＹ平面）と平行に走行することになり、刃先１３ａの走行する面内が刃先１３ａの走行面となっている。つまり、刃先１３ａの走行面は載置面１１の面方向と平行であり、刃先１３の走行面に包埋ブロックＢの表層が存在する場合に、載置面１１上に載置された包埋ブロックＢがＸＹ平面と平行に薄切されるようになっている。この時、切断刃１３の長手方向とステージ１２のＹ方向に沿う一辺と交差する方向に延在しているため、切断時には包埋ブロックＢのＸＹ平面における角部から刃先が入り込んでいくようになっている。
【００２４】
なお、上述したステージ１２は、その内部に図示しない圧電素子等の移動手段が組み込まれており、電圧が印加されることで鉛直なＺ方向に一定量上昇するように高さ制御されている。この際、ステージ１２は、切断刃１３が１往復する毎に、一定量（例えば、１０μｍ程度）だけ上昇するように制御されている。これにより包埋ブロックＢは、切断刃１３の移動に伴ってＺ方向上方に向けて移動して、切断刃１３によって切断されるようになっている。この際、ステージ１２によって高さ制御されているので、所定の厚みで表面が薄切される。なお、切断刃１３の往復移動と、往復移動に同期したステージ１２の上昇とによって包埋ブロックＢの表層部分を次々と薄切することが可能である。なお、移動手段はモータ等で構成してもよい。
【００２５】
ここで、センサ２０は、Ｚ方向において切断刃１３の走行面から下方に所定間隔オフセットした状態で配置されており、ＸＹ平面に沿ってレーザ光Ｌを出射する投光部２１と、Ｚ方向から見てレーザ光Ｌの光路上において包埋ブロックＢを間に挟んで配置され、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌを受光する受光部２２とを備えている。すなわち、投光部２１及び受光部２２は、Ｚ方向において切断刃１３と初期位置におけるステージ１２の載置面１１との間に配置されるとともに、平面視において載置面１１を間に挟むように配置されている。具体的には、投光部２１及び受光部２２は載置面１１を間に挟んで、包埋ブロックＢのＺ方向の表面における対角線の延長線上に配置されている。
【００２６】
したがって、投光部２１から出射されるレーザ光Ｌは、包埋ブロックＢのＺ方向の表面における対角線上を通過するように構成されている。センサ２０は、受光部２２により投光部２１から出射されたレーザ光Ｌを受光している状態でＯＮ状態となる一方、レーザ光Ｌが包埋ブロックＢにより遮蔽され、受光部２２がレーザ光Ｌを受光していない状態でＯＦＦ状態となって、Ｚ方向における包埋ブロックＢの表面の位置を検出するものである。なお、投光部２１から出射されるレーザは、ビーム径が比較的小さく、かつ発散角の小さい赤外レーザ等からなるレーザが好適に用いられている。
【００２７】
レーザ光Ｌの光路上における出射端側、すなわち平面視において投光部２１とステージ１２との間には、ビーム絞り２５が配置されている。このビーム絞り２５は、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌのビーム径を縮小するためのものであり、レーザ光Ｌを遮蔽する遮蔽板２５ａと、投光部２１から出射されるレーザ光Ｌが通過する微小の開口２５ｂとで構成されている。
【００２８】
ビーム絞り２５では、包埋ブロックＢのＺ方向の表面における中心部（対角線の交点）を通過時におけるビーム径Ｄが５０μｍ以上１０００μｍ以下となるように、レーザ光Ｌを絞ることが好ましい。ビーム径Ｄが５０μｍ未満であると、開口２５ｂにおいてレーザ光Ｌの回折が広がる影響に加え、受光量が減少して外乱光の影響を受ける可能性があるため好ましくない。一方、ビーム径Ｄが１０００μｍより大きいと、受光部２２によりレーザ光Ｌを受光する際、上述したように包埋ブロックＢの表面で反射するレーザ光が多く、レーザ光Ｌの発散角（放射角）が拡大され、受光部２２により検出されるレーザ光Ｌの光量の微小な変化を検出できないため好ましくない。これに対して、包埋ブロックＢのＺ方向の表面における中心部を通過する際のビーム径を５０μｍ以上１０００μｍ以下に設定することで、レーザ光Ｌの回折を抑えることができるとともに、包埋ブロックＢの表面における反射光の検出を防ぐことができるため、投光部２１と受光部２２との間に包埋ブロックＢが介在した時点で即座にレーザ光Ｌが遮蔽されることになり、この時点で包埋ブロックＢの表面位置を検出することができる。
【００２９】
一方、レーザ光Ｌの光路上における入射端側、すなわち平面視において受光部２２とステージ１２との間には、発散角制限絞り２６が配置されている。この発散角制限絞り２６は、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌを受光部２２により受光する前段でレーザ光Ｌのビーム径を上述したビーム径と同等に絞るものである。発散角制限絞り２６は、レーザ光Ｌを遮蔽する遮蔽板２６ａと、レーザ光Ｌが通過する微小の開口２６ｂとで構成されている。このように、包埋ブロックＢへの入射時と受光部２２への受光時に上述のようなビーム径になるように調整するためには、投光部２１におけるレーザの発散角、ビーム径、包埋ブロックＢの中心部から投光部２１及び受光部２２間の距離、ビーム絞り２５及び発散角制限絞り２６の位置、開口２５ｂ，２６ｂの径等のパラメータを設定することで調整することができる。
【００３０】
（包埋ブロックの高さ検出方法）
次に、包埋ブロックの高さ検出方法（ステージの高さ調整方法）について説明する。図４は、包埋ブロックの高さ検出方法を示すフローチャートである。図５〜７は、包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図である。
図２，４に示すように、まずステップＳ１において、ステージ１２の載置面１１に包埋ブロックＢが固定されたカセットＫを載置した状態で、ステージ１２の高速サーチを開始する。具体的には、制御部の指示によって移動手段を作動させステージ１２を初期位置からＺ方向上方に向けて高速で上昇させる。なお、ステップＳ１における「高速」とは、後述する低速サーチ時におけるステージ１２の上昇速度よりも２倍〜５倍程度速い速度とする。
【００３１】
次に、ステップＳ２において、センサ２０がＯＮ状態であるか否かを判定する。センサ２０のＯＮ状態とは、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌが受光部２２により検出されている状態である。一方、センサ２０のＯＦＦ状態とは、ステージ１２が上昇して包埋ブロックＢが投光部２１から出射されたレーザ光Ｌの光路上を垂直に横切ることで、レーザ光Ｌを遮蔽して受光部２２によりレーザ光Ｌを検出できない状態である。すなわち、包埋ブロックＢが、レーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面上よりＺ方向上方へ突出したか否かを判定する。
【００３２】
ステップＳ２における判定結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち包埋ブロックＢによりレーザ光Ｌが遮蔽されていない場合、包埋ブロックＢの表層部分が、レーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面上よりＺ方向における下方にあると判断する。この場合、ステージ１２を引き続きＺ方向に上昇させ続け、包埋ブロックＢがレーザ光Ｌを横切るまでステップＳ２のフローを繰り返す。
一方、ステップＳ２における判定結果が「ＮＯ」の場合、すなわち図５に示すように、包埋ブロックＢがレーザ光Ｌを横切り、レーザ光Ｌを遮蔽することで包埋ブロックＢが、レーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面上よりＺ方向上方へ突出したと判断する。そして、ステップＳ３に進む。
【００３３】
次に、ステップＳ３において、制御部の指示によって移動手段を停止してステージ１２の高速サーチを停止させる。この時点で、包埋ブロックＢはＺ方向において最も高い上端位置（第２位置）にある。なお、この上端位置は、高速サーチ時において、センサ２０によりＯＦＦ状態を検出してからステージ１２が停止した位置であり、具体的には包埋ブロックＢがレーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面上からＺ方向へ約０．５ｍｍ程度突出した位置である。
【００３４】
そして、ステップＳ４において、制御部の指示によって移動手段を再始動させ、ステージ１２を上端位置（図５参照）から再びＺ方向において所定量下降させる。具体的には、図６に示すように、包埋ブロックＢのレーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面からの突出量が０．５ｍｍ程度の場合には、ステージ１２を上端位置から１ｍｍ程度Ｚ方向へ下降させる。これにより、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌが再び受光部２２まで行き届き、センサ２０が再びＯＮ状態となる。なお、この時点におけるステージ１２のＺ方向における位置は、初期位置（図２参照）と上端位置（図５参照）との間の下降位置（第２位置）にある。
【００３５】
次に、ステップＳ５において、制御部の指示によってステージ１２の低速サーチを開始する。具体的には、図７に示すように、移動手段を作動させて上述した下降位置（図６参照）から再びステージ１２をＺ方向上方に向けて移動させる。なお、低速サーチとは上述したステップＳ１の高速サーチにおける上昇速度の１／２〜１／５程度に抑えることが好ましい。
【００３６】
次に、ステップＳ６において、上述したステップＳ２と同様に、センサがＯＮ状態であるか否かを判定する。
【００３７】
ところで、面出し（粗削り）を行う前の包埋ブロックＢの表層部分には凹凸や傾斜面等が存在している場合があり、包埋ブロックの表層部分における頂部を検出し難い。具体的には、図１１に示すように薄切包埋ブロック１００’の表層部分に傾斜面１０３が形成されている場合、包埋ブロック１００’の表層部分に入射するレーザ光Ｌ’は、包埋ブロック１００’により遮蔽されずに傾斜面１０３で反射する。そして、受光部１０２で受光されるレーザ光Ｌ’は、投光部１０１から直進してきたレーザ光と、傾斜面１０３で反射したレーザ光が受光される。その結果、投光部１０１から出射されたレーザ光Ｌ’の光量Ｄ１’と、センサの受光部１０２で受光されたレーザ光Ｌ’の光量Ｄ２と’との変化が少なく、正確な光量の変化を検出できないため、包埋ブロック１００’の正確な高さを検出することができず、包埋ブロック１００’を所定の位置で停止させることができない。
【００３８】
ここで、図８，９は包埋ブロックとセンサとの関係を示す説明図であり、図８は包埋ブロックの表層部分が平坦面の場合、図９は傾斜面を有する場合を示している。
図８に示すように、包埋ブロックＢの表層部分が平坦面の場合には、ステージ１２（図２参照）を上昇させていくと、センサ２０の投光部２１から出射されたレーザ光Ｌは、包埋ブロックＢの表層部分に遮蔽される。これにより、受光部２２によりレーザ光Ｌが受光部２２により検出されなくなり、センサ２０がＯＦＦ状態となる。
【００３９】
一方、図９に示すように、包埋ブロックＢの表層部分に傾斜面５０が形成されている場合、ステージ１２が上昇して包埋ブロックＢの傾斜面５０における頂部５０ａがレーザ光Ｌの光路上に差し掛かる。これにより、頂部５０ａによってレーザ光が遮光されていく。これに対して、傾斜面５０がレーザ光Ｌの光路上に侵入すると、レーザ光Ｌが傾斜面５０において反射するため、レーザ光Ｌの発散角が拡大される。この時、受光部２２と包埋ブロックＢとの間に、発散角制限絞り２６が配置されているため、傾斜面５０で反射したレーザ光Ｌは遮蔽板２６ａに遮蔽されて受光部２２まで行き届かないようになっている。つまり、受光部２２には、投光部２１から直線的に進んできた発散角が小さいレーザ光Ｌのみが入射するように構成されている。そのため、頂部５０ａによりレーザ光Ｌが遮蔽された時点でレーザ光が遮蔽され、センサ２０がＯＦＦ状態となる。
【００４０】
そして、ステップＳ６の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち包埋ブロックＢによりレーザ光Ｌが遮蔽されていない場合、包埋ブロックＢの表層部分が、レーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面上よりＺ方向における下方にあると判断する。この場合、ステージ１２を引き続き低速で上昇させ続け、包埋ブロックＢがレーザ光Ｌを横切るまでステップＳ６のフローを繰り返す。
一方、ステップＳ６における判定結果が「ＮＯ」の場合、すなわち包埋ブロックＢがレーザ光Ｌを横切り、レーザ光Ｌを遮蔽することで包埋ブロックＢの表層部分が、レーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面上に到達したと判断する。そして、ステップＳ７に進む。
【００４１】
そして、ステップＳ７において、制御部の指示によって移動手段を停止してステージ１２の低速サーチを停止させる。これにより、ステージ１２を目標位置で停止することができる。
最後に、ステップＳ８において、センサ２０と切断刃１３との間の隙間分だけステージ１２を移動させる。つまり、上述したように切断刃１３の刃先１３ａの走行面となるＸＹ平面とレーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面とはＺ方向において予め所定間隔オフセットされているため、このオフセット分だけステージ１２を上昇させた位置が、包埋ブロックＢの切断位置となる。なお、本実施形態の切断位置は、刃先１３ａの走行面より３０μｍ程度Ｚ方向下方に設定することが好ましい。切断位置を刃先１３ａの走行面と一致させると、ステージ１２の高さ調整に誤差が生じていた場合等に、１往復目（切り始め）に薄切される薄切片が厚くなり所望の断面とともに切断してしまう虞がある。一方、切断開始位置を刃先１３ａの走行面より余りにも離れた位置に設定すると、切断刃１３の空振り状態が長く続いて包埋ブロックＢの表層が薄切されるまでに長い時間を要する。これらに対して、切断開始位置は、刃先１３ａの走行面より３０μｍ程度下方に設定することで、切断刃１３が３往復程度（３回程度空振る程度）した後に包埋ブロックＢの表層部分を薄切し始める。これにより、確実に包埋ブロックＢの頂部５０ａから薄切を開始することができるとともに、切り始めにおいて薄切片の厚みを抑えた上で、切り始めまでの時間を短縮することができる。
【００４２】
このように、本実施形態では、投光部２１と包埋ブロックＢとの間に、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌのビーム径を絞るビーム絞り２５を配置する構成とした。
この構成によれば、投光部２１と包埋ブロックＢとの間に、センサ２０の投光部２１から出射されたレーザ光Ｌのビーム径を絞るビーム絞り２５を配置することで、投光部２１から出射されるビーム径を小さくすることができる。すなわち、投光部２１から出射する光にレーザ光を用いるとともに、ビーム絞り２５を配置してビーム径を小さくすることで、レーザ径が小さい絞られた光が包埋ブロックＢの表面を通過することになる。そのため、包埋ブロックＢの高さ調整時において、投光部２１と受光部２２との間に包埋ブロックＢが介在した時点で即座にレーザ光Ｌが遮蔽されることになり、この時点で包埋ブロックＢの位置を検出することができる。これにより、従来と異なり包埋ブロックＢに触れることなく包埋ブロックＢの位置を検出することができるため、生体試料Ｓが包埋された包埋剤Ｎの欠損や、破壊、生体試料の組織崩壊を防止することができる。
また、ラインセンサを用いた従来の構成に比べてビーム径が小さいので、包埋ブロックＢがレーザ光を横切るとほぼ同時にレーザ光Ｌを遮蔽することができる。これにより、包埋ブロックＢの表面（例えば、傾斜面５０）において反射した反射光の受光を抑制することができるとともに、包埋ブロックＢのＸＹ平面の表層部分における頂部を高精度に検出することができるため、センサ２０による検出誤差を小さくすることができる。
したがって、切断刃１３の刃先１３ａの走行面と包埋ブロックＢの表層との相対位置を正確、かつ迅速に調整することができるため、切り始めから均一な厚さの薄切片を得ることができ、高精度な面出しが可能になる。また、切断刃１３の空振り時間を短縮して作業効率を向上させることができる。
【００４３】
また、受光部２２で受光するレーザ光Ｌの発散角を規制する発散角制限絞り２６が配置されているため、レーザ光Ｌの拡散や包埋ブロックＢの表面（例えば、傾斜面５０）での反射によりレーザ光Ｌの発散角が拡大した場合であっても、所定の範囲のレーザ光Ｌのみを受光部２６へ供給することができる。そのため、レーザ光Ｌの誤検出を確実に防止することができる。これにより、包埋ブロックＢのより高精度な位置検出が可能になる。
【００４４】
ところで、包埋ブロックＢの表面が一様に傾斜している場合には、その頂部５０ａは角部（対角線の端部）に位置する。そこで、包埋ブロックＢのＸＹ平面における対角線の延長線上に投光部２１及び受光部２２を配置することで、包埋ブロックＢの頂部５０ａを確実に検出することができる。また、包埋ブロックＢの表層部分における一方向（例えば、Ｘ方向）上のみならず一方向に直交する他方向（例えば、Ｙ方向）を複合した線上のＺ方向における位置を検出することができるため、包埋ブロックＢのＸＹ平面の表層部分における頂部（例えば、頂部５０ａ）を高精度に検出することができる。したがって、包埋ブロックＢの位置調整を高精度に行うことができる。
【００４５】
また、ビーム径を縮小することでレーザ光を遮蔽する瞬間を確実に検出するためには、ステージと切断刃とを比較的低速で相対移動させなければならない。そのため、包埋ブロックの位置調整に時間がかかる場合がある。
これに対して、本実施形態によれば、まず始めにレーザ光Ｌの光路上を横切りセンサがＯＦＦ状態となる上端位置までステージ１２を比較的高速（高速サーチ）で移動させた後、再びセンサがＯＮ状態となる下降位置までステージ１２を一旦戻す。これにより、ステージ１２と切断刃１３とを初期位置より近接させた下降位置まで比較的高速で移動することができる。
その後、下降位置からセンサ２０が再びＯＦＦ状態となる目標位置に至るまでの間において、ステージ１２を比較的低速で移動させる。これにより、低速サーチを行う区間は下降位置から目標位置の間の区間となるため、初期位置から目標位置までの区間を低速で移動させる場合に比べて、ステージ１２を比較的低速で移動させる区間を短縮することができる。そのため、ビーム径を縮小した場合であっても包埋ブロックＢの位置調整を正確、かつ迅速に行うことができる。
【００４６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、包埋ブロックを間に挟んでＸＹ平面における１つの対角線上に投光部と受光部とからなる１組のセンサを配置する構成について説明したが、これに限らず２組のセンサを用いて包埋ブロックのＸＹ平面におけるそれぞれ一対の対角線上に配置する構成も可能である。これにより、より確実に包埋ブロックの頂部の高さを検出することができるため、より均一な厚さの薄切片を得ることができ、高精度な面出しが可能になる。
【００４７】
また、上述の実施形態では、包埋ブロックがレーザ光を横切る位置までステージを高速で上昇させて、下端位置まで戻した後にステージを低速で上昇させてステージの高さ調整を行ったが、これ限らずステージを下降させる際にステージの高さ調整を行う構成にしてもよい。つまり、レーザ光が遮蔽された上端位置からステージを低速で下降させ、再び受光部によりレーザ光の検出が開始された位置をステージの目標位置として判別することができる。
また、上述の実施形態では、主として包埋ブロックＢを粗削りする場合について説明したが、包埋ブロックＢを３μｍ〜５μｍの厚みで極薄にスライスする本削りを行う場合にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態における自動薄切装置により包埋ブロックを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における自動薄切装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態における自動薄切装置の概略構成図である。
【図４】本発明の実施形態における包埋ブロックの位置検出方法を示すフローチャートである。
【図５】図３に相当する自動薄切装置の概略構成図であり、包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図である。
【図６】図３に相当する自動薄切装置の概略構成図であり、包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図である。
【図７】図３に相当する自動薄切装置の概略構成図であり、包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図である。
【図８】包埋ブロックの表層部分が平坦面の場合における包埋ブロックとセンサとの関係を示す説明図である。
【図９】包埋ブロックの表層部分が傾斜面を有する場合における包埋ブロックとセンサとの関係を示す説明図である。
【図１０】包埋ブロックの表層部分が平坦面の場合におけるラインセンサを用いた従来の包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図である。
【図１１】包埋ブロックの表層部分が傾斜面を有する場合におけるラインセンサを用いた従来の包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…自動薄切装置 １１…載置面 １２…ステージ １３…切断刃 ２０…センサ ２１…投光部 ２２…受光部 ２５…ビーム絞り ２６…発散角制限絞り Ｂ…包埋ブロック Ｌ…レーザ光 Ｎ…包埋剤 Ｓ…生体試料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動薄切装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、理化学実験や顕微鏡観察に用いられる薄切片標本を作製する装置として、ミクロトーム（自動薄切装置）が一般的に知られている。薄切片標本は、厚さが数μｍ（例えば、３μｍ〜５μｍ）の薄切片をスライドガラス等の基板上に固定させたものである。薄切片は、包埋剤によって生体試料を包埋した包埋ブロックを上述した厚さで極薄に薄切して作製されたものである。また、包埋ブロックは、人体や実験動物等から取り出されてホルマリン固定された生体試料をパラフィン置換した後、さらに周囲をパラフィンで固めてブロック状に作製したものである。
自動薄切装置により薄切片を得るためには、まず包埋ブロックを自動薄切装置のステージにセットして、切断刃により厚さが例えば１０μｍ程度に薄切する粗削りを行う。この粗削りによって、包埋ブロックの表面を平滑にするとともに、実験や観察の対象物である包埋された生体試料を表面に露出（以下、面出しという）させる。この粗削りを終了した後、包埋ブロックを３μｍ〜５μｍの厚みで極薄にスライスする本削りを行い、薄切片標本となる薄切片を得る。
【０００３】
ところで、上述した包埋ブロックから厚さの均一な薄切片を得るためには、はじめに上述した粗削り工程において包埋ブロックの表層部分に形成された凹凸や傾斜面等を薄切し、包埋ブロックの表面を平滑にして面出しを行う必要がある。包埋ブロックの面出しを行うには、まずステージ上にセットされた包埋カセットの表層とミクロトームの切断刃の刃先との相対位置を調整する。そして、切断刃の刃先と包埋ブロックの表層との相対位置が決定された時点で、切断刃の刃先をステージの表面に沿わせて往復移動させることで包埋ブロックの表層部分が薄切される。その後、切断刃を作動させた状態で、ステージを徐々に上昇させることで連続的に薄切が行われ、包埋ブロックの表面を平滑にして面出しを行うことができる。
【０００４】
また、包埋ブロックの面出しを行う際には、包埋カセットの表層と切断刃の刃先の走行面との相対位置が重要となる。万が一、包埋カセットの表層と切断刃の刃先の走行面とがラップしすぎると、薄切される薄切片が厚くなり生体試料を所望の断面とともに切断してしまう虞がある。一方、包埋ブロックの表層と切断刃の刃先の走行面との相対位置が余りにも離れた位置から切断刃を作動させると、切断刃の空振り状態が長く続いて包埋ブロックの表層が薄切されるまでに長い時間を要するため、作業効率が悪いという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば特許文献１では、傾動可能なステージ上に包埋ブロックを載置し、ロードセルを介して支持された基準面を包埋ブロックの試料面に対して押し当てることで、包埋ブロックの試料面が基準面に対して平行な状態で保持する構成が開示されている。
また、例えば特許文献２では、受光部及び投光部を有するラインセンサを備え、受光部により受光されるレーザの光量の変化から、包埋ブロックによるレーザの遮光量を算出し、包埋ブロックの位置（高さや傾斜角度）の検出を行う構成が開示されている。
【特許文献１】特許３６５６００５号
【特許文献２】特開２００８−７６２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１の構成では、包埋ブロックの試料面に対して基準面を直接押し付ける構成であるため不衛生である。また、包埋ブロックに包埋された生体試料に影響が及ぶ可能性がある。具体的には、生体試料が包埋されたパラフィンの欠損や、破壊、また包埋ブロックが押し付けられることにより生体試料の組織崩壊に繋がる可能性がある。
【０００７】
図１０、１１は上述した特許文献２のように、ラインセンサを用いた従来の包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図であり、図１０は包埋ブロックの表層部分が平坦面の場合、図１１は傾斜面を有する場合を示している。
図１０に示すように、包埋ブロック１００の表層部分が平坦面の場合には、センサと包埋ブロックとの相対位置を接近させていくと、センサの投光部１０１から出射されたレーザ光Ｌ’は、包埋ブロック１００の表層部分に一部が遮蔽される。これにより、投光部１０１から出射されたレーザ光Ｌ’の光量（ビーム幅）Ｄ１と、センサの受光部１０２で受光されたレーザ光Ｌ’の光量Ｄ２とが変化する（Ｄ１＞Ｄ２）。その結果、包埋ブロック１００の位置を検出することができ、包埋ブロック１００と切断刃（不図示）との相対位置を調整することができる。
一方、図１１に示すように、例えば包埋ブロック１００’の表層部分に傾斜面１０３が形成されている場合、包埋ブロック１００’の表層部分に入射するレーザ光Ｌ’は、包埋ブロック１００’により遮蔽されずに傾斜面１０３で反射する。そして、受光部１０２では、投光部１０１から直進してきたレーザ光と、傾斜面１０３で反射したレーザ光とが受光される。その結果、投光部１０１から出射されたレーザ光Ｌ’の光量Ｄ１’と、センサの受光部１０２で受光されたレーザ光Ｌ’の光量Ｄ２’との変化が少なく、正確な光量の変化を検出できないため、包埋ブロック１００’の正確な高さを検出することができず、包埋ブロック１００’を所定の位置で停止させることができない。
【０００８】
つまり、特許文献２の構成では、包埋ブロックの表面で反射したレーザ光も受光部で受光する虞があり、包埋ブロックにより遮蔽された正確な遮蔽量を検出することができず、実際の遮蔽量と検出された遮蔽量との間で誤差が生じるという問題がある。また、ラインセンサは比較的レーザ幅が広いため、微小な光量の変化を検出できず、包埋ブロックの高さ調整の精度が不十分である。
【０００９】
そこで、本発明は、このような事情に考慮してなされたものであって、切断刃の刃先の走行面と包埋ブロックの表層との相対位置を正確、かつ迅速に調整することで、良好な薄切片を取り出すことができるとともに、切断刃の空振り時間を短縮して作業効率を向上させることができる自動薄切装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係る自動薄切装置は、生体試料が包埋された包埋ブロックを薄切する自動薄切装置において、前記包埋ブロックを載置するＸＹ平面と平行な載置面を有するステージと、刃先を前記ＸＹ平面に沿って走行させ、前記包埋ブロックの表層を前記ＸＹ平面と平行に薄切する切断刃と、前記ＸＹ平面に直交するＺ方向に前記ステージを移動させる移動手段と、前記Ｚ方向における前記包埋ブロックの表面の位置を検出するセンサとを備え、前記センサは、前記ＸＹ平面に沿ってレーザ光を出射する投光部と、前記レーザ光の光路上において前記包埋ブロックを間に挟んで配置され、前記投光部から出射された前記レーザ光を受光する受光部とを備え、前記センサは、前記移動手段により前記ステージが前記Ｚ方向に移動し、前記包埋ブロックが前記レーザ光を遮蔽して、前記受光部が前記レーザ光を受光しなくなったときに、前記包埋ブロックの表面の位置を検出し、前記投光部と前記包埋ブロックとの間には、前記投光部から出射された前記レーザ光のビーム径を絞るビーム絞りが配置されていることを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、投光部と包埋ブロックとの間に、投光部から出射されたレーザ光のビーム径を絞るビーム絞りを配置することで、投光部から出射されるビーム径を小さくすることができる。すなわち、投光部から出射する光にレーザ光を用いるとともに、ビーム絞りを配置してビーム径を小さくすることで、包埋ブロックの表面にはレーザ径が小さい絞られた光が通過することになる。そのため、移動手段により包埋ブロックを移動させ、投光部と受光部との間に包埋ブロックが介在した時点で即座にレーザ光が遮蔽されることになり、この時点で包埋ブロックの位置を検出することができる。
これにより、従来と異なり包埋ブロックに触れることなく包埋ブロックの位置を検出することができるため、生体試料が包埋された包埋剤の欠損や、破壊、生体試料の組織崩壊を防止することができる。
また、ラインセンサを用いた従来の構成に比べてビーム径が小さいので、包埋ブロックがレーザ光を横切るとほぼ同時にレーザ光を遮蔽することができる。これにより、包埋ブロックの表面において反射した反射光の受光を抑制することができるとともに、包埋ブロックのＸＹ平面の表層部分における頂部を高精度に検出することができるため、センサによる検出誤差を小さくすることができる。
したがって、切断刃の刃先の走行面と包埋ブロックの表層との相対位置を正確、かつ迅速に調整することができるため、切り始めから均一な厚さの薄切片を得ることができるとともに、切断刃の空振り時間を短縮して作業効率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る自動薄切装置は、前記包埋ブロックの前記Ｚ方向の表面における中心部を通過する際の前記レーザ光のビーム径は、５０μｍ以上１０００μｍ以下に設定されていることを特徴としている。
ビーム径を５０μｍ未満に設定すると、ビーム絞りにおいてレーザ光の回折が広がる影響に加え、受光量が減少して外乱光の影響を受ける可能性があるため好ましくない。一方、ビーム径を１０００μｍより大きく設定すると、受光部によりレーザ光を受光する際、上述したように包埋ブロックの表面で反射するレーザ光が多く、受光部により検出されるレーザ光の光量の微小な変化を検出できないため好ましくない。
これに対して、包埋ブロックへのＺ方向の表面における中心部を通過する際のビーム径を５０μｍ以上１０００μｍ以下に設定することで、レーザ光の回折を抑えることができるとともに、包埋ブロック表面における反射光の検出を防ぐことができるため、投光部と受光部との間に包埋ブロックが介在した時点で即座にレーザ光が遮蔽されることになり、この時点で包埋ブロックの位置を検出することができる。したがって、包埋ブロックの表面位置を高精度に検出することが可能になる。
【００１３】
また、本発明に係る自動薄切装置は、前記包埋ブロックは前記Ｚ方向から見て矩形状に形成され、前記投光部及び前記受光部は、前記包埋ブロックを間に挟んで前記包埋ブロックの前記Ｚ方向の表面における対角線の延長線上に配置されていることを特徴としている。
包埋ブロックの表面が一様に傾斜している場合には、その頂部は角部（対角線の端部）に位置する。そこで、包埋ブロックのＺ方向表面における対角線の延長線上に投光部及び受光部を配置することで、包埋ブロックの頂部を確実に検出することができる。また、包埋ブロックの表層部分における一方向（例えば、Ｘ方向）上のみならず一方向に直交する他方向（例えば、Ｙ方向）を複合した線上のＺ方向における位置を検出することができるため、包埋ブロックのＺ方向の表層部分における頂部を高精度に検出することができる。したがって、包埋ブロックの位置調整を高精度に行うことができる。
【００１４】
また、本発明に係る自動薄切装置は、一対の前記センサが、前記包埋ブロックの前記Ｚ方向の表面における一対の対角線の延長線上に配置されていることを特徴としている。
この構成によれば、一対のセンサを包埋ブロックのＺ方向の表面におけるそれぞれ一対の延長線上に配置することで、より確実に包埋ブロックの頂部の高さを検出することができるため、より均一な厚さの薄切片を得ることができ、高精度な面出しが可能になる。
【００１５】
また、本発明に係る自動薄切装置は、前記受光部と前記包埋ブロックとの間には、前記受光部で受光する前記レーザ光の発散角を規制する発散角制限絞りが配置されていることを特徴としている。
この構成によれば、レーザ光の拡散や包埋ブロックの表面での反射によりレーザ光の発散角が拡大した場合であっても、所定の範囲のレーザ光のみを受光部へ供給することができるため、レーザ光の誤検出を確実に防止することができる。これにより、包埋ブロックのより高精度な位置検出が可能になる。
【００１６】
また、本発明に係る自動薄切装置は、前記センサは、前記受光部が前記レーザ光を受光している状態でＯＮ状態となる一方、前記包埋ブロックが前記レーザ光を遮蔽して前記受光部が前記レーザ光を受光していない状態でＯＦＦ状態となり、前記移動手段は、まず、前記ステージを基準位置から、前記センサがＯＦＦ状態となる第１位置まで移動させ、次に、前記ステージを前記第１位置から、前記基準位置と前記第１位置との間で前記センサがＯＮ状態となる第２位置まで移動させ、次に、前記ステージを前記第２位置から、前記第２位置と前記第１位置との間で前記センサがＯＦＦ状態となる目標位置まで移動させ、前記第２位置から前記目標位置までの間の前記ステージの移動速度は、前記基準位置から前記第１位置までの間の前記ステージの移動速度より遅く設定されていることを特徴としている。
ところで、ビーム径を縮小することでレーザ光を遮蔽する瞬間を確実に検出するためには、ステージを比較的低速で移動させなければならない。そのため、包埋ブロックの位置調整に時間がかかる場合がある。
これに対して、本発明に係る構成によれば、まず始めにレーザ光の光路上を横切りセンサがＯＦＦ状態となる第１位置までステージを比較的高速で移動させた後、再びセンサがＯＮ状態となる第２位置までステージの位置を一旦戻す。これにより、ステージと切断刃とを基準位置より目標位置に近接させた第２位置まで比較的高速で相対移動することができる。
その後、第２位置からセンサが再びＯＦＦ状態となる目標位置に至るまでの間において、ステージを比較的低速で相対移動させる。これにより、比較的低速でステージを移動させる区間は第２位置から目標位置の間の区間となるため、基準位置から目標位置までの全区間を低速で移動させる場合に比べて、ステージを比較的低速で移動させる区間を短縮することができる。そのため、ビーム径を縮小した場合であっても包埋ブロックの位置調整を正確、かつ迅速に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る自動薄切装置によれば、投光部と包埋ブロックとの間に、投光部から出射されたレーザ光のビーム径を絞るビーム絞りを配置することで、投光部から出射されるビーム径を小さくすることができる。すなわち、投光部から出射する光にレーザ光を用いるとともに、ビーム絞りを配置してビーム径を小さくすることで、包埋ブロックの表面にはレーザ径が小さい絞られた光が通過することになる。そのため、移動手段により包埋ブロックを移動させ、投光部と受光部との間に包埋ブロックが介在した時点で即座にレーザ光が遮蔽されることになり、この時点で包埋ブロックの位置を検出することができる。
これにより、従来と異なり包埋ブロックに触れることなく包埋ブロックの位置を検出することができるため、生体試料が包埋された包埋剤の欠損や、破壊、生体試料の組織崩壊を防止することができる。
また、ラインセンサを用いた従来の構成に比べてビーム径が小さいので、包埋ブロックがレーザ光を横切るとほぼ同時にレーザ光を遮蔽することができる。これにより、包埋ブロックの表面において反射した反射光の受光を抑制することができるとともに、包埋ブロックのＸＹ平面の表層部分における頂部を高精度に検出することができるため、センサによる検出誤差を小さくすることができる。
したがって、切断刃の刃先の走行面と包埋ブロックの表層との相対位置を正確、かつ迅速に調整することができるため、切り始めから均一な厚さの薄切片を得ることができるとともに、切断刃の空振り時間を短縮して作業効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（自動薄切装置）
図１は包埋ブロックを示す斜視図である。
自動薄切装置１０（図２参照）は、図１に示すように、生体試料Ｓが包埋剤Ｎによって包埋された包埋ブロックＢを、所定のすくい角が付いた状態で薄切（例えば、１０μｍ程度に薄切）して包埋ブロックＢの表面を平滑にするとともに、実験や観察の対象物である包埋された生体試料を表面に露出させる装置である。このように、すくい角θを付けた状態で包埋ブロックＢを薄切することで、切削抵抗を減らしてより円滑な薄切を行うことができる。
【００１９】
なお、包埋ブロックＢは、ホルマリン固定された生体試料Ｓ内の水分をパラフィン置換した後、さらに周囲をパラフィン等の包埋剤Ｎによってブロック状（直方体形状）に固めたものである。これにより、生体試料Ｓがパラフィン内に包埋された状態となっている。また、生体試料Ｓとしては、例えば、人体や実験動物等から取り出した臓器等の組織であり、医療分野、製薬分野、食品分野、生物分野等で適時選択されるものである。また、本実施形態では、包埋ブロックＢが箱状に形成されたカセットＫ上に固定されているものとして説明する。
【００２０】
図２，３は自動薄切装置の概略構成図であり、図２は側面図、図３は平面図である。
図２，３に示すように、本実施形態の自動薄切装置１０は、包埋ブロックＢが固定されたカセットＫを水平面（ＸＹ平面）と平行に載置する載置面１１を有するステージ１２と、包埋ブロックＢの表層部分を切削する切断刃１３と、ステージ１２の載置面１１と直交するＺ方向にステージ１２を相対移動させる圧電素子等の移動手段（不図示）と、Ｚ方向における包埋ブロックＢの位置（高さ）を検出するセンサ２０と、自動薄切装置１０を統括的に制御する制御部（不図示）とを備えている。
【００２１】
ステージ１２は、制御部に制御された移動手段の作動によりＺ方向に移動可能に構成されており、その上面はカセットＫが載置される載置面１１を構成している。この載置面１１は、その面方向が水平方向（ＸＹ平面）と一致しており、包埋ブロックＢを上方に向けた状態でカセットＫを水平保持できるように構成されている。したがって、ステージ１２の高さ（Ｚ方向）を調整することで、切断刃１３により薄切される薄切片の厚みを調整することができる。なお、図２，３に示すステージ１２はＺ方向における下端位置、すなわちステージ１２の初期位置（基準位置）に位置している。なお、ステージ１２は、Ｚ軸回りの回転と、Ｘ軸回り及びＹ軸回りの傾きとが自在に調整可能とされた多軸のステージ１２となっており、包埋ブロックＢの姿勢を自在にコントロールして、包埋ブロックＢの向きや傾き等を所望する状態に設定することが可能とされている。
【００２２】
切断刃１３は、一端側が刃先１３ａとされた長尺な磁性体の切断刃１３であり、ステージ１２の斜め上方において、載置面１１に平行なＸＹ平面に対して所定のすくい角が付いた状態で配置されている。具体的には、初期位置にあるステージ１２に対してＺ方向における上方であって、ＸＹ平面においてステージ１２のＸ方向における側方に配置されている。また、切断刃１３は、その長手方向がステージ１２（包埋ブロックＢ）のＺ方向の表面における一辺と交差する方向に延在している。
【００２３】
切断刃１３は、モータ等の図示しない駆動手段により、ＸＹ平面上においてＸ軸に対して所定の角度が付いた状態（切断刃１３の短手方向に沿う方向）で往復移動可能に構成されている（図３中矢印参照）。この時、切断刃１３の往復移動時において、切断刃１３の刃先１３ａはステージ１２の載置面１１の面方向（ＸＹ平面）と平行に走行することになり、刃先１３ａの走行する面内が刃先１３ａの走行面となっている。つまり、刃先１３ａの走行面は載置面１１の面方向と平行であり、刃先１３の走行面に包埋ブロックＢの表層が存在する場合に、載置面１１上に載置された包埋ブロックＢがＸＹ平面と平行に薄切されるようになっている。この時、切断刃１３の長手方向とステージ１２のＹ方向に沿う一辺と交差する方向に延在しているため、切断時には包埋ブロックＢのＸＹ平面における角部から刃先が入り込んでいくようになっている。
【００２４】
なお、上述したステージ１２は、その内部に図示しない圧電素子等の移動手段が組み込まれており、電圧が印加されることで鉛直なＺ方向に一定量上昇するように高さ制御されている。この際、ステージ１２は、切断刃１３が１往復する毎に、一定量（例えば、１０μｍ程度）だけ上昇するように制御されている。これにより包埋ブロックＢは、切断刃１３の移動に伴ってＺ方向上方に向けて移動して、切断刃１３によって切断されるようになっている。この際、ステージ１２によって高さ制御されているので、所定の厚みで表面が薄切される。なお、切断刃１３の往復移動と、往復移動に同期したステージ１２の上昇とによって包埋ブロックＢの表層部分を次々と薄切することが可能である。なお、移動手段はモータ等で構成してもよい。
【００２５】
ここで、センサ２０は、Ｚ方向において切断刃１３の走行面から下方に所定間隔オフセットした状態で配置されており、ＸＹ平面に沿ってレーザ光Ｌを出射する投光部２１と、Ｚ方向から見てレーザ光Ｌの光路上において包埋ブロックＢを間に挟んで配置され、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌを受光する受光部２２とを備えている。すなわち、投光部２１及び受光部２２は、Ｚ方向において切断刃１３と初期位置におけるステージ１２の載置面１１との間に配置されるとともに、平面視において載置面１１を間に挟むように配置されている。具体的には、投光部２１及び受光部２２は載置面１１を間に挟んで、包埋ブロックＢのＺ方向の表面における対角線の延長線上に配置されている。
【００２６】
したがって、投光部２１から出射されるレーザ光Ｌは、包埋ブロックＢのＺ方向の表面における対角線上を通過するように構成されている。センサ２０は、受光部２２により投光部２１から出射されたレーザ光Ｌを受光している状態でＯＮ状態となる一方、レーザ光Ｌが包埋ブロックＢにより遮蔽され、受光部２２がレーザ光Ｌを受光していない状態でＯＦＦ状態となって、Ｚ方向における包埋ブロックＢの表面の位置を検出するものである。なお、投光部２１から出射されるレーザは、ビーム径が比較的小さく、かつ発散角の小さい赤外レーザ等からなるレーザが好適に用いられている。
【００２７】
レーザ光Ｌの光路上における出射端側、すなわち平面視において投光部２１とステージ１２との間には、ビーム絞り２５が配置されている。このビーム絞り２５は、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌのビーム径を縮小するためのものであり、レーザ光Ｌを遮蔽する遮蔽板２５ａと、投光部２１から出射されるレーザ光Ｌが通過する微小の開口２５ｂとで構成されている。
【００２８】
ビーム絞り２５では、包埋ブロックＢのＺ方向の表面における中心部（対角線の交点）を通過時におけるビーム径Ｄが５０μｍ以上１０００μｍ以下となるように、レーザ光Ｌを絞ることが好ましい。ビーム径Ｄが５０μｍ未満であると、開口２５ｂにおいてレーザ光Ｌの回折が広がる影響に加え、受光量が減少して外乱光の影響を受ける可能性があるため好ましくない。一方、ビーム径Ｄが１０００μｍより大きいと、受光部２２によりレーザ光Ｌを受光する際、上述したように包埋ブロックＢの表面で反射するレーザ光が多く、レーザ光Ｌの発散角（放射角）が拡大され、受光部２２により検出されるレーザ光Ｌの光量の微小な変化を検出できないため好ましくない。これに対して、包埋ブロックＢのＺ方向の表面における中心部を通過する際のビーム径を５０μｍ以上１０００μｍ以下に設定することで、レーザ光Ｌの回折を抑えることができるとともに、包埋ブロックＢの表面における反射光の検出を防ぐことができるため、投光部２１と受光部２２との間に包埋ブロックＢが介在した時点で即座にレーザ光Ｌが遮蔽されることになり、この時点で包埋ブロックＢの表面位置を検出することができる。
【００２９】
一方、レーザ光Ｌの光路上における入射端側、すなわち平面視において受光部２２とステージ１２との間には、発散角制限絞り２６が配置されている。この発散角制限絞り２６は、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌを受光部２２により受光する前段でレーザ光Ｌのビーム径を上述したビーム径と同等に絞るものである。発散角制限絞り２６は、レーザ光Ｌを遮蔽する遮蔽板２６ａと、レーザ光Ｌが通過する微小の開口２６ｂとで構成されている。このように、包埋ブロックＢへの入射時と受光部２２への受光時に上述のようなビーム径になるように調整するためには、投光部２１におけるレーザの発散角、ビーム径、包埋ブロックＢの中心部から投光部２１及び受光部２２間の距離、ビーム絞り２５及び発散角制限絞り２６の位置、開口２５ｂ，２６ｂの径等のパラメータを設定することで調整することができる。
【００３０】
（包埋ブロックの高さ検出方法）
次に、包埋ブロックの高さ検出方法（ステージの高さ調整方法）について説明する。図４は、包埋ブロックの高さ検出方法を示すフローチャートである。図５〜７は、包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図である。
図２，４に示すように、まずステップＳ１において、ステージ１２の載置面１１に包埋ブロックＢが固定されたカセットＫを載置した状態で、ステージ１２の高速サーチを開始する。具体的には、制御部の指示によって移動手段を作動させステージ１２を初期位置からＺ方向上方に向けて高速で上昇させる。なお、ステップＳ１における「高速」とは、後述する低速サーチ時におけるステージ１２の上昇速度よりも２倍〜５倍程度速い速度とする。
【００３１】
次に、ステップＳ２において、センサ２０がＯＮ状態であるか否かを判定する。センサ２０のＯＮ状態とは、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌが受光部２２により検出されている状態である。一方、センサ２０のＯＦＦ状態とは、ステージ１２が上昇して包埋ブロックＢが投光部２１から出射されたレーザ光Ｌの光路上を垂直に横切ることで、レーザ光Ｌを遮蔽して受光部２２によりレーザ光Ｌを検出できない状態である。すなわち、包埋ブロックＢが、レーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面上よりＺ方向上方へ突出したか否かを判定する。
【００３２】
ステップＳ２における判定結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち包埋ブロックＢによりレーザ光Ｌが遮蔽されていない場合、包埋ブロックＢの表層部分が、レーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面上よりＺ方向における下方にあると判断する。この場合、ステージ１２を引き続きＺ方向に上昇させ続け、包埋ブロックＢがレーザ光Ｌを横切るまでステップＳ２のフローを繰り返す。
一方、ステップＳ２における判定結果が「ＮＯ」の場合、すなわち図５に示すように、包埋ブロックＢがレーザ光Ｌを横切り、レーザ光Ｌを遮蔽することで包埋ブロックＢが、レーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面上よりＺ方向上方へ突出したと判断する。そして、ステップＳ３に進む。
【００３３】
次に、ステップＳ３において、制御部の指示によって移動手段を停止してステージ１２の高速サーチを停止させる。この時点で、包埋ブロックＢはＺ方向において最も高い上端位置（第２位置）にある。なお、この上端位置は、高速サーチ時において、センサ２０によりＯＦＦ状態を検出してからステージ１２が停止した位置であり、具体的には包埋ブロックＢがレーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面上からＺ方向へ約０．５ｍｍ程度突出した位置である。
【００３４】
そして、ステップＳ４において、制御部の指示によって移動手段を再始動させ、ステージ１２を上端位置（図５参照）から再びＺ方向において所定量下降させる。具体的には、図６に示すように、包埋ブロックＢのレーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面からの突出量が０．５ｍｍ程度の場合には、ステージ１２を上端位置から１ｍｍ程度Ｚ方向へ下降させる。これにより、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌが再び受光部２２まで行き届き、センサ２０が再びＯＮ状態となる。なお、この時点におけるステージ１２のＺ方向における位置は、初期位置（図２参照）と上端位置（図５参照）との間の下降位置（第２位置）にある。
【００３５】
次に、ステップＳ５において、制御部の指示によってステージ１２の低速サーチを開始する。具体的には、図７に示すように、移動手段を作動させて上述した下降位置（図６参照）から再びステージ１２をＺ方向上方に向けて移動させる。なお、低速サーチとは上述したステップＳ１の高速サーチにおける上昇速度の１／２〜１／５程度に抑えることが好ましい。
【００３６】
次に、ステップＳ６において、上述したステップＳ２と同様に、センサがＯＮ状態であるか否かを判定する。
【００３７】
ところで、面出し（粗削り）を行う前の包埋ブロックＢの表層部分には凹凸や傾斜面等が存在している場合があり、包埋ブロックの表層部分における頂部を検出し難い。具体的には、図１１に示すように薄切包埋ブロック１００’の表層部分に傾斜面１０３が形成されている場合、包埋ブロック１００’の表層部分に入射するレーザ光Ｌ’は、包埋ブロック１００’により遮蔽されずに傾斜面１０３で反射する。そして、受光部１０２で受光されるレーザ光Ｌ’は、投光部１０１から直進してきたレーザ光と、傾斜面１０３で反射したレーザ光が受光される。その結果、投光部１０１から出射されたレーザ光Ｌ’の光量Ｄ１’と、センサの受光部１０２で受光されたレーザ光Ｌ’の光量Ｄ２と’との変化が少なく、正確な光量の変化を検出できないため、包埋ブロック１００’の正確な高さを検出することができず、包埋ブロック１００’を所定の位置で停止させることができない。
【００３８】
ここで、図８，９は包埋ブロックとセンサとの関係を示す説明図であり、図８は包埋ブロックの表層部分が平坦面の場合、図９は傾斜面を有する場合を示している。
図８に示すように、包埋ブロックＢの表層部分が平坦面の場合には、ステージ１２（図２参照）を上昇させていくと、センサ２０の投光部２１から出射されたレーザ光Ｌは、包埋ブロックＢの表層部分に遮蔽される。これにより、受光部２２によりレーザ光Ｌが受光部２２により検出されなくなり、センサ２０がＯＦＦ状態となる。
【００３９】
一方、図９に示すように、包埋ブロックＢの表層部分に傾斜面５０が形成されている場合、ステージ１２が上昇して包埋ブロックＢの傾斜面５０における頂部５０ａがレーザ光Ｌの光路上に差し掛かる。これにより、頂部５０ａによってレーザ光が遮光されていく。これに対して、傾斜面５０がレーザ光Ｌの光路上に侵入すると、レーザ光Ｌが傾斜面５０において反射するため、レーザ光Ｌの発散角が拡大される。この時、受光部２２と包埋ブロックＢとの間に、発散角制限絞り２６が配置されているため、傾斜面５０で反射したレーザ光Ｌは遮蔽板２６ａに遮蔽されて受光部２２まで行き届かないようになっている。つまり、受光部２２には、投光部２１から直線的に進んできた発散角が小さいレーザ光Ｌのみが入射するように構成されている。そのため、頂部５０ａによりレーザ光Ｌが遮蔽された時点でレーザ光が遮蔽され、センサ２０がＯＦＦ状態となる。
【００４０】
そして、ステップＳ６の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち包埋ブロックＢによりレーザ光Ｌが遮蔽されていない場合、包埋ブロックＢの表層部分が、レーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面上よりＺ方向における下方にあると判断する。この場合、ステージ１２を引き続き低速で上昇させ続け、包埋ブロックＢがレーザ光Ｌを横切るまでステップＳ６のフローを繰り返す。
一方、ステップＳ６における判定結果が「ＮＯ」の場合、すなわち包埋ブロックＢがレーザ光Ｌを横切り、レーザ光Ｌを遮蔽することで包埋ブロックＢの表層部分が、レーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面上に到達したと判断する。そして、ステップＳ７に進む。
【００４１】
そして、ステップＳ７において、制御部の指示によって移動手段を停止してステージ１２の低速サーチを停止させる。これにより、ステージ１２を目標位置で停止することができる。
最後に、ステップＳ８において、センサ２０と切断刃１３との間の隙間分だけステージ１２を移動させる。つまり、上述したように切断刃１３の刃先１３ａの走行面となるＸＹ平面とレーザ光Ｌの通過面となるＸＹ平面とはＺ方向において予め所定間隔オフセットされているため、このオフセット分だけステージ１２を上昇させた位置が、包埋ブロックＢの切断位置となる。なお、本実施形態の切断位置は、刃先１３ａの走行面より３０μｍ程度Ｚ方向下方に設定することが好ましい。切断位置を刃先１３ａの走行面と一致させると、ステージ１２の高さ調整に誤差が生じていた場合等に、１往復目（切り始め）に薄切される薄切片が厚くなり所望の断面とともに切断してしまう虞がある。一方、切断開始位置を刃先１３ａの走行面より余りにも離れた位置に設定すると、切断刃１３の空振り状態が長く続いて包埋ブロックＢの表層が薄切されるまでに長い時間を要する。これらに対して、切断開始位置は、刃先１３ａの走行面より３０μｍ程度下方に設定することで、切断刃１３が３往復程度（３回程度空振る程度）した後に包埋ブロックＢの表層部分を薄切し始める。これにより、確実に包埋ブロックＢの頂部５０ａから薄切を開始することができるとともに、切り始めにおいて薄切片の厚みを抑えた上で、切り始めまでの時間を短縮することができる。
【００４２】
このように、本実施形態では、投光部２１と包埋ブロックＢとの間に、投光部２１から出射されたレーザ光Ｌのビーム径を絞るビーム絞り２５を配置する構成とした。
この構成によれば、投光部２１と包埋ブロックＢとの間に、センサ２０の投光部２１から出射されたレーザ光Ｌのビーム径を絞るビーム絞り２５を配置することで、投光部２１から出射されるビーム径を小さくすることができる。すなわち、投光部２１から出射する光にレーザ光を用いるとともに、ビーム絞り２５を配置してビーム径を小さくすることで、レーザ径が小さい絞られた光が包埋ブロックＢの表面を通過することになる。そのため、包埋ブロックＢの高さ調整時において、投光部２１と受光部２２との間に包埋ブロックＢが介在した時点で即座にレーザ光Ｌが遮蔽されることになり、この時点で包埋ブロックＢの位置を検出することができる。これにより、従来と異なり包埋ブロックＢに触れることなく包埋ブロックＢの位置を検出することができるため、生体試料Ｓが包埋された包埋剤Ｎの欠損や、破壊、生体試料の組織崩壊を防止することができる。
また、ラインセンサを用いた従来の構成に比べてビーム径が小さいので、包埋ブロックＢがレーザ光を横切るとほぼ同時にレーザ光Ｌを遮蔽することができる。これにより、包埋ブロックＢの表面（例えば、傾斜面５０）において反射した反射光の受光を抑制することができるとともに、包埋ブロックＢのＸＹ平面の表層部分における頂部を高精度に検出することができるため、センサ２０による検出誤差を小さくすることができる。
したがって、切断刃１３の刃先１３ａの走行面と包埋ブロックＢの表層との相対位置を正確、かつ迅速に調整することができるため、切り始めから均一な厚さの薄切片を得ることができ、高精度な面出しが可能になる。また、切断刃１３の空振り時間を短縮して作業効率を向上させることができる。
【００４３】
また、受光部２２で受光するレーザ光Ｌの発散角を規制する発散角制限絞り２６が配置されているため、レーザ光Ｌの拡散や包埋ブロックＢの表面（例えば、傾斜面５０）での反射によりレーザ光Ｌの発散角が拡大した場合であっても、所定の範囲のレーザ光Ｌのみを受光部２６へ供給することができる。そのため、レーザ光Ｌの誤検出を確実に防止することができる。これにより、包埋ブロックＢのより高精度な位置検出が可能になる。
【００４４】
ところで、包埋ブロックＢの表面が一様に傾斜している場合には、その頂部５０ａは角部（対角線の端部）に位置する。そこで、包埋ブロックＢのＸＹ平面における対角線の延長線上に投光部２１及び受光部２２を配置することで、包埋ブロックＢの頂部５０ａを確実に検出することができる。また、包埋ブロックＢの表層部分における一方向（例えば、Ｘ方向）上のみならず一方向に直交する他方向（例えば、Ｙ方向）を複合した線上のＺ方向における位置を検出することができるため、包埋ブロックＢのＸＹ平面の表層部分における頂部（例えば、頂部５０ａ）を高精度に検出することができる。したがって、包埋ブロックＢの位置調整を高精度に行うことができる。
【００４５】
また、ビーム径を縮小することでレーザ光を遮蔽する瞬間を確実に検出するためには、ステージと切断刃とを比較的低速で相対移動させなければならない。そのため、包埋ブロックの位置調整に時間がかかる場合がある。
これに対して、本実施形態によれば、まず始めにレーザ光Ｌの光路上を横切りセンサがＯＦＦ状態となる上端位置までステージ１２を比較的高速（高速サーチ）で移動させた後、再びセンサがＯＮ状態となる下降位置までステージ１２を一旦戻す。これにより、ステージ１２と切断刃１３とを初期位置より近接させた下降位置まで比較的高速で移動することができる。
その後、下降位置からセンサ２０が再びＯＦＦ状態となる目標位置に至るまでの間において、ステージ１２を比較的低速で移動させる。これにより、低速サーチを行う区間は下降位置から目標位置の間の区間となるため、初期位置から目標位置までの区間を低速で移動させる場合に比べて、ステージ１２を比較的低速で移動させる区間を短縮することができる。そのため、ビーム径を縮小した場合であっても包埋ブロックＢの位置調整を正確、かつ迅速に行うことができる。
【００４６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、包埋ブロックを間に挟んでＸＹ平面における１つの対角線上に投光部と受光部とからなる１組のセンサを配置する構成について説明したが、これに限らず２組のセンサを用いて包埋ブロックのＸＹ平面におけるそれぞれ一対の対角線上に配置する構成も可能である。これにより、より確実に包埋ブロックの頂部の高さを検出することができるため、より均一な厚さの薄切片を得ることができ、高精度な面出しが可能になる。
【００４７】
また、上述の実施形態では、包埋ブロックがレーザ光を横切る位置までステージを高速で上昇させて、下端位置まで戻した後にステージを低速で上昇させてステージの高さ調整を行ったが、これ限らずステージを下降させる際にステージの高さ調整を行う構成にしてもよい。つまり、レーザ光が遮蔽された上端位置からステージを低速で下降させ、再び受光部によりレーザ光の検出が開始された位置をステージの目標位置として判別することができる。
また、上述の実施形態では、主として包埋ブロックＢを粗削りする場合について説明したが、包埋ブロックＢを３μｍ〜５μｍの厚みで極薄にスライスする本削りを行う場合にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態における自動薄切装置により包埋ブロックを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における自動薄切装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態における自動薄切装置の概略構成図である。
【図４】本発明の実施形態における包埋ブロックの位置検出方法を示すフローチャートである。
【図５】図３に相当する自動薄切装置の概略構成図であり、包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図である。
【図６】図３に相当する自動薄切装置の概略構成図であり、包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図である。
【図７】図３に相当する自動薄切装置の概略構成図であり、包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図である。
【図８】包埋ブロックの表層部分が平坦面の場合における包埋ブロックとセンサとの関係を示す説明図である。
【図９】包埋ブロックの表層部分が傾斜面を有する場合における包埋ブロックとセンサとの関係を示す説明図である。
【図１０】包埋ブロックの表層部分が平坦面の場合におけるラインセンサを用いた従来の包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図である。
【図１１】包埋ブロックの表層部分が傾斜面を有する場合におけるラインセンサを用いた従来の包埋ブロックの位置検出方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…自動薄切装置 １１…載置面 １２…ステージ １３…切断刃 ２０…センサ ２１…投光部 ２２…受光部 ２５…ビーム絞り ２６…発散角制限絞り Ｂ…包埋ブロック Ｌ…レーザ光 Ｎ…包埋剤 Ｓ…生体試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体試料が包埋された包埋ブロックを薄切する自動薄切装置において、
前記包埋ブロックを載置するＸＹ平面と平行な載置面を有するステージと、
刃先を前記ＸＹ平面に沿って走行させ、前記包埋ブロックの表層を前記ＸＹ平面と平行に薄切する切断刃と、
前記ＸＹ平面に直交するＺ方向に前記ステージを移動させる移動手段と、
前記Ｚ方向における前記包埋ブロックの表面の位置を検出するセンサとを備え、
前記センサは、前記ＸＹ平面に沿ってレーザ光を出射する投光部と、前記レーザ光の光路上において前記包埋ブロックを間に挟んで配置され、前記投光部から出射された前記レーザ光を受光する受光部とを備え、
前記センサは、前記移動手段により前記ステージが前記Ｚ方向に移動し、前記包埋ブロックが前記レーザ光を遮蔽して、前記受光部が前記レーザ光を受光しなくなったときに、前記包埋ブロックの表面の位置を検出し、
前記投光部と前記包埋ブロックとの間には、前記投光部から出射された前記レーザ光のビーム径を絞るビーム絞りが配置されていることを特徴とする自動薄切装置。
【請求項２】
前記包埋ブロックの前記Ｚ方向の表面における中心部を通過する際の前記レーザ光のビーム径は、５０μｍ以上１０００μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載の自動薄切装置。
【請求項３】
前記包埋ブロックは前記Ｚ方向から見て矩形状に形成され、
前記投光部及び前記受光部は、前記包埋ブロックを間に挟んで前記包埋ブロックの前記Ｚ方向の表面における対角線の延長線上に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の自動薄切装置。
【請求項４】
一対の前記センサが、前記包埋ブロックの前記Ｚ方向の表面における一対の対角線の延長線上に配置されていることを特徴とする請求項３記載の自動薄切装置。
【請求項５】
前記受光部と前記包埋ブロックとの間には、前記受光部で受光する前記レーザ光の発散角を規制する発散角制限絞りが配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の自動薄切装置。
【請求項６】
前記センサは、前記受光部が前記レーザ光を受光している状態でＯＮ状態となる一方、前記包埋ブロックが前記レーザ光を遮蔽して前記受光部が前記レーザ光を受光していない状態でＯＦＦ状態となり、
前記移動手段は、
まず、前記ステージを基準位置から、前記センサがＯＦＦ状態となる第１位置まで移動させ、
次に、前記ステージを前記第１位置から、前記基準位置と前記第１位置との間で前記センサがＯＮ状態となる第２位置まで移動させ、
次に、前記ステージを前記第２位置から、前記第２位置と前記第１位置との間で前記センサがＯＦＦ状態となる目標位置まで移動させ、
前記第２位置から前記目標位置までの間の前記ステージの移動速度は、前記基準位置から前記第１位置までの間の前記ステージの移動速度より遅く設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の自動薄切装置。
【請求項１】
生体試料が包埋された包埋ブロックを薄切する自動薄切装置において、
前記包埋ブロックを載置するＸＹ平面と平行な載置面を有するステージと、
刃先を前記ＸＹ平面に沿って走行させ、前記包埋ブロックの表層を前記ＸＹ平面と平行に薄切する切断刃と、
前記ＸＹ平面に直交するＺ方向に前記ステージを移動させる移動手段と、
前記Ｚ方向における前記包埋ブロックの表面の位置を検出するセンサとを備え、
前記センサは、前記ＸＹ平面に沿ってレーザ光を出射する投光部と、前記レーザ光の光路上において前記包埋ブロックを間に挟んで配置され、前記投光部から出射された前記レーザ光を受光する受光部とを備え、
前記センサは、前記移動手段により前記ステージが前記Ｚ方向に移動し、前記包埋ブロックが前記レーザ光を遮蔽して、前記受光部が前記レーザ光を受光しなくなったときに、前記包埋ブロックの表面の位置を検出し、
前記投光部と前記包埋ブロックとの間には、前記投光部から出射された前記レーザ光のビーム径を絞るビーム絞りが配置されていることを特徴とする自動薄切装置。
【請求項２】
前記包埋ブロックの前記Ｚ方向の表面における中心部を通過する際の前記レーザ光のビーム径は、５０μｍ以上１０００μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載の自動薄切装置。
【請求項３】
前記包埋ブロックは前記Ｚ方向から見て矩形状に形成され、
前記投光部及び前記受光部は、前記包埋ブロックを間に挟んで前記包埋ブロックの前記Ｚ方向の表面における対角線の延長線上に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の自動薄切装置。
【請求項４】
一対の前記センサが、前記包埋ブロックの前記Ｚ方向の表面における一対の対角線の延長線上に配置されていることを特徴とする請求項３記載の自動薄切装置。
【請求項５】
前記受光部と前記包埋ブロックとの間には、前記受光部で受光する前記レーザ光の発散角を規制する発散角制限絞りが配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の自動薄切装置。
【請求項６】
前記センサは、前記受光部が前記レーザ光を受光している状態でＯＮ状態となる一方、前記包埋ブロックが前記レーザ光を遮蔽して前記受光部が前記レーザ光を受光していない状態でＯＦＦ状態となり、
前記移動手段は、
まず、前記ステージを基準位置から、前記センサがＯＦＦ状態となる第１位置まで移動させ、
次に、前記ステージを前記第１位置から、前記基準位置と前記第１位置との間で前記センサがＯＮ状態となる第２位置まで移動させ、
次に、前記ステージを前記第２位置から、前記第２位置と前記第１位置との間で前記センサがＯＦＦ状態となる目標位置まで移動させ、
前記第２位置から前記目標位置までの間の前記ステージの移動速度は、前記基準位置から前記第１位置までの間の前記ステージの移動速度より遅く設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の自動薄切装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−６６００６（Ｐ２０１０−６６００６Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２９７６１（Ｐ２００８−２２９７６１）
【出願日】平成２０年９月８日（２００８．９．８）
【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２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月８日（２００８．９．８）
【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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