DE112017004467T5 - Beobachtungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Beobachtungsvorrichtung (1) ist ausgestattet mit: einem optischen Beleuchtungssystem (5), welches Beleuchtungslicht nach oben von unterhalb einer Probe (X) emittiert; und ein optisches Abbildungssystem (6), welches unterhalb der Probe (X) transmittiertes Licht aufnimmt, welches das Beleuchtungslicht ist, das oberhalb der Probe (X) reflektiert wurde und die Probe (X) passiert hat, wobei das optische Beleuchtungssystem (5) mit einer Streuscheibe (8) ausgestattet ist, wobei das optische Abbildungssystem (6) mit einer Objektivoptik (4) ausgestattet ist, und, wenn ein Emissionsbereich in dem optischen Beleuchtungssystem (5) auf eine Pupille des optischen Abbildungssystems (6) projiziert wird, die folgenden Bedingungen erfüllt sind, um das Beleuchtungslicht an einem Kantenabschnitt der Pupille der Objektivoptik (4) teilweise abzublocken.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Beobachtungsvorrichtung.
• Technischer Hintergrund
• Aus dem Stand der Technik ist als eine Vorrichtung zur markierungsfreien Beobachtung eines Abbildungsobjekts wie Zellen oder Ähnlichem eine Beobachtungsvorrichtung bekannt, welche ein Phasenkontrast-Beobachtungsverfahren oder ein differenzielles Interferenz-Beobachtungsverfahren anwendet (siehe z. B. Patentliteratur 1).
• Zitierliste
• Patentliteratur
• PTL1 Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. JP H07-261089
• Zusammenfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• Allerdings muss in der Beobachtungsvorrichtung in Patentliteratur 1 ein optisches Abbildungssystem und ein optisches Beleuchtungssystem an den beiden Seiten des Abbildungsobjekts angeordnet sein, und daher tritt das Problem auf, dass die Vorrichtung größer und komplizierter aufgebaut ist.
• Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme entwickelt, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beobachtungsvorrichtung anzugeben, mit welcher es möglich ist, eine Probe wie Zellen oder Ähnliches dreidimensional mit einem guten Kontrast zu beobachten mithilfe schräger Beleuchtung, ohne dass die Vorrichtung größer gemacht werden muss.
• Problemlösung
• Um die vorstehende Aufgabe der Erfindung umzusetzen, sieht die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen vor.
• Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Beobachtungsvorrichtung mit einem optischen Beleuchtungssystem, welches Beleuchtungslicht nach oben von unterhalb einer Probe emittiert; und einem optischen Abbildungssystem, welches unterhalb der Probe transmittiertes Licht aufnimmt, welches das von dem optischen Beleuchtungssystem emittierte Beleuchtungslicht ist, das oberhalb der Probe reflektiert wurde und das die Probe passiert hat, wobei das optische Beleuchtungssystem mit einem Streuelement ausgestattet ist, welches das Beleuchtungslicht aus einem Emissionsbereich, der einen spezifischen Bereich hat, verteilt, wobei das optische Abbildungssystem mit einer Objektivoptik ausgestattet ist, welche das transmittierte Licht sammelt, und wobei in dem Fall, wenn der Emissionsbereich in dem optischen Beleuchtungssystem auf eine Pupille der Objektivoptik projiziert wird, die folgenden Bedingungen erfüllt sind, um das Beleuchtungslicht teilweise an einem Kantenabschnitt der Pupille der Objektivoptik abzublocken. $$\text{NAmin}>\left(\text{D}+\text{FOVy}\right)\text{/}\left(4\text{Htmin}-4\text{Hbmin}+2\text{WD}\right)$$

  

  $$\text{NAmin}>\left(\text{FOVy}+\text{T/2}\right)\text{/}\left(2\text{Htmin}-2\text{Hbmin}\right)$$

  

  $$\text{Y2}>\text{NA}\left(\text{2Htmax}+\text{H''}-\text{Hbmax}\right)+\left(\text{FOVy/}2\right)$$

  

  $$\text{Y1}>\text{NA}\left(\text{2Htmin}+\text{H''}-\text{Hbmin}\right)+\left(\text{FOVy/}2\right)$$

  

  wobei NAmin ein niedrigster Wert einer numerischen Apertur auf einer Probenseite der Objektivoptik ist, der aufgrund einer Bedingung für schräge Beleuchtung benötigt wird; D ist ein Durchmesser eines Rahmenabschnitts der Objektivoptik in der Nähe der Probe; FOVy ist ein tatsächliches Blickfeld der Objektivoptik; Htmin ist ein niedrigster Wert einer Höhe einer Reflexionsoberfläche für das Beleuchtungslicht oberhalb der Probe bezogen auf eine Oberfläche, auf welcher die Probe platziert ist; Hbmin ist ein niedrigster Wert einer Höhe einer Oberfläche, auf welcher das Beleuchtungslicht auf die Probe einfällt, bezogen auf die Oberfläche, auf der die Probe platziert ist; WD ist ein Arbeitsabstand der Objektivoptik; T ist eine Differenz zwischen dem Durchmesser des Rahmenabschnitts der Objektivoptik in der Nähe der Probe und einem Durchmesser eines effektiven Beleuchtungsflusses der Objektivoptik an diesem Abschnitt; Y2 ist ein Abstand zu einem Emissionsbereichsende des Streuelements, welches weit von der Objektivoptik bezüglich einer optischen Achse der Objektivoptik ist; Htmax ist ein höchster Wert der Höhe der Reflexionsoberfläche für das Beleuchtungslicht oberhalb der Probe bezogen auf die Oberfläche, auf welcher die Probe platziert ist; H" ist eine Höhe der Oberfläche, auf welcher die Probe platziert ist, bezogen auf den Emissionsbereich des Streuelements; Hbmax ist ein höchster Wert der Höhe der Oberfläche, auf welcher das Beleuchtungslicht auf die Probe einfällt, bezogen auf die Oberfläche, auf welcher die Probe platziert ist; und Y1 ist der Abstand zu einem Emissionsbereichsende des Streuelements in der Nähe der Objektivoptik bezüglich der optischen Achse der Objektivoptik.
• Bei diesem Aspekt wird das Beleuchtungslicht, das unterhalb der Probe von dem optischen Beleuchtungssystem emittiert wird, oberhalb der Probe reflektiert und passiert die Probe von oben nach unten. Das transmittierte Licht, das die Probe passiert hat, wird von dem optischen Abbildungssystem aufgenommen, welches unterhalb der Probe angeordnet ist. Weil sowohl das optische Beleuchtungssystem als auch das optische Abbildungssystem unterhalb der Probe angeordnet sind, ist es möglich, die Probe zu beobachten, ohne die Probe zu markieren, indem das transmittierte Licht aufgenommen wird, ohne dass die Vorrichtung vergrößert werden muss. In diesem Fall ist es möglich, indem die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt werden, die Probe in dem Behälter dreidimensional mit einem guten Kontrast zu beobachten, indem schräge Beleuchtung benutzt wird.
• Der vorstehend beschriebene Aspekt kann mit einem Antriebsabschnitt ausgestattet sein, der das Streuelement in einer Richtung entlang einer optischen Achse der Objektivoptik und/oder einer Richtung, welche die optische Achse schneidet, bewegt.
• Durch Verwendung einer solchen Anordnung ist es möglich, die Bedingungen zu erfüllen, damit die Probe in dem Behälter mit einem guten Kontrast unter Verwendung schräger Beleuchtung beobachtet werden kann, indem mittels des Antriebsabschnitts das Streuelement in der Richtung bewegt wird, in der das Streuelement entlang der optischen Achse der Objektivoptik von dem Behälter wegbewegt wird, wenn die Höhe der Reflexionsoberfläche für das Beleuchtungslicht oberhalb der Probe bezogen auf die Oberfläche, auf der die Probe platziert wird, niedrig ist, und indem mittels des Antriebsabschnitts das Streuelement in der Richtung bewegt wird, in welcher das Streuelement in die Nähe des Behälters entlang der optischen Achse der Objektivoptik gebracht wird, wenn die Höhe der Reflexionsoberfläche für das Beleuchtungslicht oberhalb der Probe bezogen auf die Oberfläche, auf der die Probe platziert wird, hoch ist. Dadurch ist es nicht erforderlich, Y2 zu vergrößern (den Abstand zu dem Emissionsbereichsende in dem Streuelement, welches weit von der Objektivoptik bezüglich der optischen Achse der Objektivoptik ist), und daher ist es möglich, den Installationsbereich für die gesamte Vorrichtung zu verkleinern.
• Außerdem ist es möglich, die Bedingungen zu erfüllen, um die Probe in dem Behälter mit einem guten Kontrast unter Verwendung schräger Beleuchtung zu beobachten, indem durch den Antriebsabschnitt das Streuelement in die Nähe der Objektivoptik gebracht wird, wenn die Höhe der Reflexionsoberfläche für das Beleuchtungslicht oberhalb der Probe bezogen auf die Oberfläche, auf welcher die Probe platziert wird, niedrig ist, und indem durch den Antriebsabschnitt das Streuelement weg von der Objektivoptik bewegt wird, wenn die Höhe der Reflexionsoberfläche für das Beleuchtungslicht oberhalb der Probe bezogen auf die Oberfläche, auf welcher die Probe platziert wird, hoch ist. Dadurch wird der Bereich des Streuelements verringert, was ermöglicht, den Abstand zwischen dem Streuelement und einer Lichtquelle, welche das Beleuchtungslicht erzeugt, zu verringern, und somit ist es möglich, helle Beleuchtung zu realisieren, indem die Leuchtdichte an dem Streuelement erhöht wird.
• Der vorstehend beschriebene Aspekt kann mit einem Höhenkorrekturwerkzeug ausgestattet sein, welches die Reflexionsoberfläche hat und welches oberhalb der Probe angeordnet werden kann.
• Indem das Höhenkorrekturwerkzeug oberhalb der Probe angeordnet wird, zum Beispiel oberhalb des Behälters, der die Probe aufnimmt, ist es möglich, den niedrigsten Wert Htmin der Höhe der Reflexionsoberfläche zu erhöhen.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung erzielt einen Vorteil darin, dass es möglich ist, eine Probe wie Zellen oder Ähnliches dreidimensional mit einem guten Kontrast zu beobachten, indem schräge Beleuchtung benutzt wird, ohne dass die Größe der Vorrichtung erhöht werden muss.
• Figurenliste
• 1 ist ein Längsschnitt einer Beobachtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 2 ist ein Längsschnitt zur Darstellung eines Beispiels einer Trajektorie eines Lichtstrahls des von dem optischen Beleuchtungssystem in 1 emittierten Beleuchtungslichts, welcher an einer oberen Platte eines Behälters reflektiert wird und auf eine Objektivoptik gerichtet wird.
• 3 ist ein Diagramm eines Beispiels einer Abbildung, bei der die Umgebung eines Blickfelds abgedunkelt ist.
• 4 ist ein Längsschnitt zur Darstellung eines Beispiels einer von einer Streuscheibe in 1 ausgehenden Trajektorie des Lichtstrahls von dem Beleuchtungslicht, das von einem Emissionsbereichsende emittiert wird, das weit von der Objektivoptik entfernt ist.
• 5A ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Position des Beleuchtungsflusses in einer Pupillenebene für Licht, das ein linkes Ende eines Blickfelds passiert hat.
• 5B ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Position des Beleuchtungsflusses in der Pupillenebene für Licht, das ein rechtes Ende des Blickfelds passiert hat.
• 6A ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Position des Beleuchtungsflusses in der Pupillenebene für das Licht, das das linke Ende des Blickfelds passiert hat.
• 6B ist ein Diagramm zur Darstellung der Position des Beleuchtungsflusses in der Pupillenebene für das Licht, das das rechte Ende des Blickfelds passiert hat.
• 7 ist ein Längsschnitt zur Darstellung eines weiteren Beispiels der von der Streuscheibe in 1 ausgehenden Trajektorie des Lichtstrahls des Beleuchtungslichts, das von dem Emissionsbereichsende emittiert wird, welches weit von der Objektivoptik entfernt ist.
• 8A ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Position des Beleuchtungsflusses des Beleuchtungslichts in der Pupillenebene in dem Fall, wenn die obere Platte des Behälters niedrig ist.
• 8B ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Position des Beleuchtungsflusses des Beleuchtungslichts in der Pupillenebene in dem Fall, wenn die obere Platte des Behälters hoch ist.
• 9 ist ein Längsschnitt zur Darstellung eines Beispiels einer von der Streuscheibe in 1 ausgehenden Trajektorie des Lichtstrahls des Beleuchtungslichts, das von einem Emissionsbereichsende in der Nähe der Objektivoptik emittiert wird.
• 10A ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Position des Beleuchtungsflusses in der Pupillenebene für das Licht, das das linke Ende des Blickfelds passiert hat.
• 10B ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Position des Beleuchtungsflusses in der Pupillenebene für das Licht, das das rechte Ende des Blickfelds passiert hat.
• 11A ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Position des Beleuchtungsflusses in der Pupillenebene für das Licht, das das linke Ende des Blickfelds passiert hat.
• 11B ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Position des Beleuchtungsflusses in der Pupillenebene für das Licht, das das rechte Ende des Blickfelds passiert hat.
• 12 ist ein Längsschnitt zur Darstellung eines weiteren Beispiels der von der Streuscheibe in 1 ausgehenden Trajektorie des Lichtstrahls des Beleuchtungslichts, das von dem Emissionsbereichsende in der Nähe der Objektivoptik emittiert wird.
• 13A ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Position des Beleuchtungsflusses des Beleuchtungslichts in der Pupillenebene in dem Fall, wenn die obere Platte des Behälters niedrig ist.
• 13B ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Position des Beleuchtungsflusses des Beleuchtungslichts in der Pupillenebene in dem Fall, wenn die obere Platte des Behälters hoch ist.
• 14 ist ein Diagramm zur Darstellung von Beispielen von Trajektorien des Beleuchtungslichts für separate Positionen, welche das Licht passiert, in der Objektivoptik in 1.
• 15 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels einer Probe, welche unter Verwendung von schräger Beleuchtung dreidimensional betrachtet wird.
• 16 ist ein Längsschnitt zur schematischen Darstellung der Anordnung einer Beobachtungsvorrichtung gemäß einem ersten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 17 ist ein Querschnitt der Beobachtungsvorrichtung aus 16 von oben gesehen entlang der optischen Achse einer Objektivoptik davon.
• 18 ist ein Diagramm zur Darstellung von Beispielen verschiedener Parameter bei der Beobachtungsvorrichtung aus 16, welche die Formelbedingungen (5), (6), (7) und (8) erfüllen.
• 19 ist ein Längsschnitt zur schematischen Darstellung der Anordnung einer Beobachtungsvorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 20 ist ein Diagramm zur Darstellung von Beispielen verschiedener Parameter bei der Beobachtungsvorrichtung aus 19, welche die Formelbedingungen (5), (6), (7) und (8) erfüllen.
• 21 ist ein Längsschnitt zur schematischen Darstellung der Anordnung einer Beobachtungsvorrichtung gemäß einem dritten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 22 ist ein Diagramm zur Darstellung von Beispielen verschiedener Parameter bei der Beobachtungsvorrichtung aus 21, welche die Formelbedingungen (5), (6), (7) und (8) erfüllen.
• 23 ist ein Längsschnitt zur schematischen Darstellung der Anordnung einer Beobachtungsvorrichtung gemäß einem vierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 24 ist ein Diagramm zur Darstellung von Beispielen verschiedener Parameter bei der Beobachtungsvorrichtung aus 23, welche die Formelbedingungen (5), (6), (7) und (8) erfüllen.
• 25 ist ein Längsschnitt zur schematischen Darstellung der Anordnung einer Beobachtungsvorrichtung einer Modifikation der Beobachtungsvorrichtung aus 23.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Eine Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben.
• Wie in 1 dargestellt, ist die Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform ausgestattet mit: einer Bühne 3, auf welcher ein Behälter 2, welcher eine Probe X aufnimmt, platziert ist; eine Objektivoptik (Objektivlinse) 4, welche unterhalb der Bühne 3 angeordnet ist und welche Licht sammelt, das die Bühne 3 von oberhalb passiert; ein optisches Abbildungssystem 6, welches das Licht aufnimmt, das die Probe X passiert hat und von der Objektivoptik 4 gesammelt wurde; und ein optisches Beleuchtungssystem 5, welches radial außerhalb der Objektivoptik 4 angeordnet ist und welches Beleuchtungslicht nach oben durch die Bühne 3 emittiert.
• Ein optisch transparentes Material, z. B. eine Glasplatte 3a, ist auf der Bühne 3 derart angeordnet, dass es die Objektivoptik 4 und das optische Beleuchtungssystem 5 von oberhalb abdeckt, und der Behälter 2 ist auf einer oberen Oberfläche der Glasplatte 3a angeordnet.
• Der Behälter 2 ist z. B. ein Zellkulturbehälter mit einer oberen Platte (Reflexionsoberfläche) 2a, welche Licht reflektiert, und einer Bodenfläche (Probenauflagefläche) 2b, auf welcher die Probe X platziert wird, und ist gänzlich aus einem optisch transparenten Harz gebildet.
• Das optische Beleuchtungssystem 5 ist ausgestattet mit: einer LED-Lichtquelle 7, welche das Beleuchtungslicht erzeugt; und einer Streuscheibe (Streuelement) 8, welches das von der LED-Lichtquelle 7 emittierte Beleuchtungslicht verteilt.
• Die Streuscheibe 8 ist ausgestattet mit: einer Beleuchtungsblende 10, welche einen Emissionsbereich 9 begrenzt, durch welchen das von der LED-Lichtquelle 7 kommende Beleuchtungslicht emittiert wird.
• Das optische Abbildungssystem 6 ist zusätzlich zu der Objektivoptik 4 ausgestattet mit einer Bilderfassungsvorrichtung 12, welche das von der Objektivoptik 4 gesammelte transmittierte Licht aufnimmt, einen Prozessor (nicht dargestellt), welcher ein Bild aus Information von dem von der Bilderfassungsvorrichtung 12 aufgenommenen transmittierten Licht erzeugt, und so weiter.
• Die Objektivoptik 4 ist ausgestattet mit: einer Distalende-Linse 13, welche an einem Distalende angeordnet ist; einer Basisendlinse 14, welche an einer Basisendseite bezüglich der Distalende-Linse 13 mit einem Zwischenraum dazwischen in einer Richtung entlang der optischen Achse angeordnet ist; einer Pupille (Apertur) 15, welche auf der optischen Achse zwischen der Distalende-Linse 13 und der Basisendlinse 14 angeordnet ist; und einem Rahmen 16, welcher diese Komponenten aufnimmt.
• Für die Beobachtungsvorrichtung 1, die so konfiguriert ist, werden Bedingungen beschrieben, mit denen das Auftreten von Vignettierung eines Beleuchtungsflusses des Beleuchtungslichts, das in den Behälter 2 von der LED-Lichtquelle 7 kommt, an dem Rahmen 16 der Objektivoptik 4 vermieden wird.
• Zuerst, wie in 2 dargestellt, bezüglich des Lichts, das ein rechtes Ende (ein Ende auf einer fernen Seite des optischen Beleuchtungssystems 5) X1a eines Blickfelds unter einem Winkel NA passiert, wird die Position einer Trajektorie eines Lichtstrahls in der horizontalen Richtung an einem distalen Ende 4b der Objektivoptik 4 durch den folgenden Ausdruck bestimmt: -FOVy/2+NA(2H+WD).
• Außerdem, um das Auftreten von Vignettierung des Lichtstrahls des Beleuchtungslichts an dem Rahmen 16 der Objektivoptik 4 zu vermeiden, ist es erforderlich, dass das Beleuchtungslicht eine Position passiert, welche links von dem Rahmen 16 der Objektivoptik 4 liegt, und es ist erforderlich, dass die folgende Formelbedingung erfüllt ist. $$-\text{FOVy/}2+\text{NA}\left(2\text{H}+\text{WD}\right)>\text{D/}2$$

  

  Hier ist FOVy das tatsächliche Blickfeld der Objektivoptik 4 (das tatsächliche Blickfeld korrespondiert zu einem maximalen Wert bezüglich der Beleuchtungsrichtung, und muss nicht diagonal sein); NA ist die numerische Apertur der Objektivoptik 4 auf der Seite der Probe X; H ist die Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 bezogen auf eine Oberfläche (Fokusebene: nachstehend als die „Probenoberfläche“ bezeichnet) X1, auf welcher das Beleuchtungslicht auf die Probe X einfällt; und WD ist die Höhe der Probenoberfläche X1 bezogen auf den Arbeitsabstand (das höhere von einem Abschnitt auf dem Rahmen 16 der Objektivoptik 4, der am nächsten zu der Probe X liegt, und der Distalende-Linse 13 der Objektivoptik 4).
• In dem Fall, wenn die Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 festgelegt wird, erfüllt ein minimaler Wert NAmin der NA, der für die Objektivoptik 4 benötigt wird, die Formelbedingungen (1') und (2'). $$\text{NAmin}>\left(\text{D}+\text{FOVy}\right)\text{/}\left(4\text{H}+2\text{WD}\right)$$

  

  $$\text{NAmin}>\left(\text{D}+\text{FOVy}\right)\text{/}\left(4\text{Ht}-4\text{Hb}+2\text{WD}\right)$$

  
• Hierin ist NAmin der niedrigste Wert der NA, welcher aufgrund einer schrägen Beleuchtung benötigt wird; D ist der Durchmesser eines Rahmenabschnitts 16 der Objektivoptik 4 in der Nähe der Probe X; Ht ist die Höhe der oberen Platte 2a bezogen auf die Bodenfläche 2b des Behälters 2; und Hb ist die Höhe der Probenoberfläche X1 bezogen auf die Bodenfläche 2b des Behälters 2.
• Eine Objektivoptik 4 mit einer größeren NA wird benötigt bei einer Abnahme in der Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2. Deshalb ist es wünschenswert, dass die NA der Objektivoptik 4 zu der niedrigsten Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 passt, sodass die Formelbedingungen (1) und (2) erfüllt werden. $$\text{NAmin}>\left(\text{D}+\text{FOVy}\right)\text{/}\left(4\text{Hmin}+2\text{WD}\right)$$

  

  $$\text{NAmin}>\left(\text{D}+\text{FOVy}\right)\text{/}\left(4\text{Htmin}-4\text{Hbmin}+2\text{WD}\right)$$

  
• Hierbei ist Hmin der niedrigste Wert der Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 bezogen auf die Probenoberfläche X1; Htmin ist der niedrigste Wert der Höhe der oberen Platte 2a bezogen auf die Bodenfläche 2b des Behälters 2; und Hbmin ist der niedrigste Wert der Höhe der Probenoberfläche X1 bezogen auf die Bodenfläche 2b des Behälters 2.
• An dem Rahmenabschnitt 16 der Objektivoptik 4 in der Nähe der Probe X wird ein effektiver Durchmesser d des Beleuchtungsflusses der Objektivoptik 4 durch den folgenden Ausdruck bestimmt. $$\text{d}=\text{FOVy}+2\text{WD}\cdot \text{NAmin}$$

  
• Außerdem wird ein Minimalwert Dmin des Durchmessers des Rahmenabschnitts 16 der Objektivoptik 4 in der Nähe der Probe X, welcher aufgrund der Bedingung für schräge Beleuchtung benötigt wird, durch den folgenden Ausdruck (3) bestimmt, weil eine Toleranz (eine Differenz zwischen dem Durchmesser des Rahmenabschnitts 16 der Objektivoptik 4 in der Nähe der Probe X und dem Durchmesser des Beleuchtungsflusses an diesem Abschnitt) T für d zusätzlich benötigt wird, sodass der Rahmen 16 keine Vignettierung des Lichtstrahls des Beleuchtungslichts verursacht. $$\text{Dmin}=\text{FOVy}+\text{2NAmin}\cdot \text{WD}+\text{T}$$

  
• Durch Anwenden des Ausdrucks (3) auf die Formelbedingung (2) ergibt sich die Formelbedingung (4). $$\text{NAmin}>\left(\text{FOVy}+\text{T/2}\right)\text{/}\left(2\text{Htmin}-2\text{Hbmin}\right)$$

  
• Wie in 3 dargestellt, wenn NA unterhalb der Werte liegt, die durch die Formelbedingungen (1), (2), (3) und (4) angegeben werden, wird die Umgebung des Blickfelds der Objektivoptik 4, besonders die rechte Seite des Blickfelds, dunkel, wodurch es unmöglich wird, die Probe X zu beobachten.
• Als nächstes werden die Bedingungen für das Beleuchtungslicht, um ein Pupillenende in der Pupillenebene der Objektivoptik 4 zu treffen, beschrieben.
• Wie in 4 dargestellt, tritt das Beleuchtungslicht, das von einem Emissionsbereichsende 9a in der Streuscheibe 9 emittiert wird, welches weit von der Objektivoptik 4 ist, in die Objektivoptik 4 bei einem maximalen Winkel ein. Außerdem besteht die Bedingung zum Erreichen von schräger Beleuchtung in dem gesamten Blickfeld der Beobachtung darin, dass ein Bild des Beleuchtungslichts, das von dem Emissionsbereichsende 9a in der Streuscheibe 8 emittiert wird und das ein linkes Ende (ein Ende auf der Seite in der Nähe zu dem optischen Beleuchtungssystem 5) passiert hat, außerhalb einer Pupille 15 der Objektivoptik 4 gebildet wird.
• In diesem Fall muss ein Abstand Y2 zu dem Emissionsbereichsende 9a in der Streuscheibe 8, welches weit von der Objektivoptik 4 bezogen auf die optische Achse der Objektivoptik 4 ist, Formelbedingung (5') erfüllen. $$\text{Y2}>\text{NA}\left(\text{2H}+\text{H'}\right)+\left(\text{FOVy/}2\right)$$

  

  Hierbei ist H' die Höhe der Probenoberfläche X1 bezogen auf den Emissionsbereich 9 in der Streuscheibe 8.
• 5A zeigt die Position eines Beleuchtungsflusses W in der Pupillenebene der Objektivoptik 4 für das Beleuchtungslicht, das das linke Ende des Blickfelds passiert hat, und 5B zeigt die Position des Beleuchtungsflusses W in der Pupillenebene der Objektivoptik 4 für das Beleuchtungslicht, das das rechte Ende X1a des Blickfelds passiert hat.
• Wenn Y2 unterhalb des Wertes liegt, der von der Formelbedingung (5') angegeben wird, wird der Winkel, unter welchem das Beleuchtungslicht die Objektivoptik 4 eintritt, klein, was bewirkt, dass der gesamte Beleuchtungsfluss W durch das Innere der Pupille 15 geht, und infolgedessen wird die Bedingung für schräge Beleuchtung nicht erfüllt, sodass der Kontrast vermindert wird.
• 6A zeigt die Position des Beleuchtungsflusses W in der Pupillenebene der Objektivoptik 4 für das Beleuchtungslicht, welches das linke Ende des Blickfelds passiert, und 6B zeigt die Position des Beleuchtungsflusses W in der Pupillenebene der Objektivoptik 4 für das Beleuchtungslicht, das das rechte Ende X1a des Blickfelds passiert hat. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Lichtstrahl, der durch die durchgezogene Linie in 4 bezeichnet wird, zu einer Endoberfläche auf einer weit von der optischen Achse entfernten Seite von dem Beleuchtungsfluss W in der Pupillenebene in 6A korrespondiert.
• Wie in 7 dargestellt, ändert sich als Ergebnis von Änderungen in der Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 der Winkel des Beleuchtungslichts, welches in die Objektivoptik 4 eintritt. Der Eintrittswinkel des Beleuchtungslichts nimmt ab mit einer Zunahme in der Höhe der oberen Platte 2a, was es leichter ermöglicht, dass das Bild des Beleuchtungslichts in der Pupillenebene, näher an der inneren Seite als an dem Pupillenende eintrifft. Daher ist es wünschenswert, dass die Formelbedingung (1') erfüllt ist mit Bezug auf den Behälter 2, in welchem die Höhe der oberen Platte 2a am höchsten ist (Höhe Hmax).
• In diesem Fall muss der Abstand Y2 zu dem Emissionsbereichsende 9a in der Streuscheibe 8, welches weit von der Objektivoptik 4 bezüglich der optischen Achse der Objektivoptik 4 entfernt ist, die Formelbedingungen (5) und (6) erfüllen. $$\text{Y2}>\text{NA}\left(\text{2Htmax}+\text{H'max}\right)+\left(\text{FOVy/}2\right)$$

  

  $$\text{Y2}>\text{NA}\left(\text{2Htmax}+\text{H''}-\text{Hbmax}\right)+\left(\text{FOVy/}2\right)$$

  
• Hierbei ist Hmax der höchste Wert der Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 bezogen auf die Probenoberfläche X1; H'max ist der höchste Wert der Höhe der Probenoberfläche X1 bezogen auf den Emissionsbereich 9 in der Streuscheibe 8; Htmax ist der höchste Wert der Höhe der oberen Platte 2a bezogen auf die Bodenfläche 2b des Behälters 2; H" ist die Höhe der Bodenfläche 2b des Behälters 2 bezogen auf den Emissionsbereich 9 in der Streuscheibe 8; und Hbmax ist die Höhe der Probenoberfläche X1 bezogen auf die Bodenfläche 2b des Behälters 2.
• 8A zeigt die Position des Beleuchtungsflusses W des Beleuchtungslichts in der Pupillenebene in dem Fall, wenn die obere Platte 2a des Behälters 2 niedrig ist, und 8B zeigt die Position des Beleuchtungsflusses W des Beleuchtungslichts in der Pupillenebene in dem Fall, wenn die Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 hoch ist.
• Wenn Y2 unterhalb der von den Formelbedingungen (5) und (6) angegebenen Werte liegt, wird der Winkel, unter welchem das Beleuchtungslicht die Objektivoptik 4 eintritt, kleiner, was bewirkt, dass der gesamte Beleuchtungsfluss W durch das Innere der Pupille 15 geht, und infolgedessen wird die Bedingung für schräge Beleuchtung nicht erfüllt, sodass der Kontrast vermindert wird.
• Als nächstes werden die Bedingungen für einen Beleuchtungsfluss, damit das Beleuchtungslicht nicht außerhalb der Pupille 15 der Objektivoptik 4 eintrifft, beschrieben.
• Wie in 9 dargestellt, tritt das von dem Emissionsbereichsende 9b in der Streuscheibe 8, das in der Nähe der Objektivoptik 4 ist, emittierte Beleuchtungslicht in die Objektivoptik 4 unter einem minimalen Winkel ein. Außerdem besteht die Bedingung zum Erreichen von schräger Beleuchtung in dem gesamten Blickfeld der Beobachtung darin, dass ein Bild des Beleuchtungslichts, das von dem Emissionsbereichsende 9b in der Streuscheibe 8 emittiert wurde und das das rechte Ende X1a des Blickfelds passiert hat, innerhalb der Pupille 15 der Objektivoptik 4 gebildet wird.
• In diesem Fall erfüllt ein Abstand Y1 zu dem Emissionsbereichsende 9b in der Streuscheibe 8, welche in der Nähe der Objektivoptik 4 mit Bezug zu der optischen Achse der Objektivoptik ist, die Formelbedingung (7'). $$\text{Y1}+\left(\text{FOVy/}2\right)<\text{NA}\left(2\text{H}+\text{H'}\right)$$

  
• 10A zeigt die Position des Beleuchtungsflusses W in der Pupillenebene der Objektivoptik 4 für das Beleuchtungslicht, das das linke Ende des Blickfelds passiert hat, und 10B zeigt die Position des Beleuchtungsflusses W in der Pupillenebene der Objektivoptik 4 für das Beleuchtungslicht, das das rechte Ende X1a des Blickfelds passiert hat.
• Wenn Y1 den von der Formelbedingung (7') angegebenen Wert überschreitet, wird, weil der gesamte Beleuchtungsfluss W des Beleuchtungslichts außerhalb der Pupille 15 eintrifft, ein Bild davon dunkel, wie in 11B dargestellt.
• 11A zeigt die Position des Beleuchtungsflusses W in der Pupillenebene der Objektivoptik 4 für das Beleuchtungslicht, das das linke Ende des Blickfelds passiert hat, und 11B zeigt die Position des Beleuchtungsflusses W in der Pupillenebene der Objektivoptik 4 für das Beleuchtungslicht, das das rechte Ende X1a des Blickfelds passiert hat. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Lichtstrahl, der durch die gepunktete Linie in 9 dargestellt ist, zu einer Endoberfläche auf einer Seite in der Nähe der optischen Achse des Beleuchtungsflusses W in der Pupillenebene in 11B korrespondiert.
• Wie in 12 dargestellt, nimmt der Winkel, bei welchem das Beleuchtungslicht in die Objektivoptik 4 eintritt, mit einer Abnahme in der Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 zu, was es leichter ermöglicht, dass das Bild des Beleuchtungslichts in der Pupillenebene außerhalb des Pupillenendes eintrifft. Daher ist es wünschenswert, dass die Formelbedingung (2') erfüllt ist mit Bezug auf den Behälter 2, in welchem die Höhe der oberen Platte 2a am niedrigsten ist (Höhe Hmin).
• In diesem Fall muss der Abstand Y1 des Emissionsbereichsendes 9b in der Streuscheibe 8, welches in der Nähe zu der Objektivoptik 4 bezogen auf die optische Achse der Objektivoptik 4 ist, die Formelbedingungen (7) und (8) erfüllen. $$\text{Y1}<\text{NA}\left(\text{2Hmin}+\text{H'min}\right)-\left(\text{FOVy/}2\right)$$

  

  $$\text{Y1}<\text{NA}\left(\text{2Htmin}+\text{H''}-\text{Hbmin}\right)-\left(\text{FOVy/}2\right)$$

  
• Hierbei ist H'min der niedrigste Wert der Höhe der Probenoberfläche X1 mit Bezug zu dem Emissionsbereich 9 in der Streuscheibe 8.
• 13A zeigt die Position des Beleuchtungsflusses W des Beleuchtungslichts in der Pupillenebene in dem Fall, wenn die Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 hoch ist, und 13B zeigt die Position des Beleuchtungsflusses W des Beleuchtungslichts in der Pupillenebene in dem Fall, wenn die Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 niedrig ist.
• Wenn Y1 die durch die Formelbedingungen (7) und (8) angegebenen Werte überschreitet, wird, weil der gesamte Beleuchtungsfluss W des Beleuchtungslichts außerhalb der Pupille 15 eintrifft, das Bild davon dunkel, wie in 13B dargestellt.
• Bei der Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform werden in dem Fall, wenn der Emissionsbereich 9 in der Beleuchtungsoptik 5 auf die Pupille 15 der Objektivoptik 4 projiziert wird, die vorstehend beschriebenen Formelbedingungen (2), (4), (6) und (8) erfüllt, sodass das Beleuchtungslicht teilweise an einem Kantenabschnitt 15a der Pupille 15 der Objektivoptik 4 abgeblockt wird.
• Die Arbeitsweise der so konfigurierten Beobachtungsvorrichtung 1 wird nun beschrieben.
• In dem Fall, wenn eine transparente Probe X, so wie Zellen, die in dem Behälter 2 aufgenommen ist, durch Verwendung der Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform beobachtet wird, wird der Behälter 2 auf der Glasplatte 3a der Bühne 3 derart platziert, dass die Bodenfläche 2b nach unten zeigt in dem Zustand, wenn die Probe X in dem Behälter 2 aufgenommen ist und an der Bodenfläche 2b anhaftet, wie in 1 gezeigt.
• In diesem Zustand wird die LED-Lichtquelle 7 aktiviert, um Beleuchtungslicht zu erzeugen. Das Beleuchtungslicht, das von der LED-Lichtquelle 7 emittiert wurde, passiert durch die Glasplatte 3a und die Bodenfläche 2b des Behälters 2 von unterhalb in einem Zustand, wenn das Beleuchtungslicht durch die Streuscheibe 8 verteilt wird, und wird an einer inneren Oberfläche der oberen Platte 2a des Behälters 2 reflektiert und somit von schräg oben auf die Probe X eingestrahlt.
• Von dem Beleuchtungslicht, das auf die Probe X eingestrahlt wurde, passiert das transmittierte Licht, das die Probe X passiert hat, durch die Bodenfläche 2b des Behälters 2 und die Glasplatte 3a von oberhalb, und tritt in die Objektivoptik 4 schräg bezogen auf die optische Achse ein. Zu diesem Zeitpunkt wird das Beleuchtungslicht in das transmittierte Licht umgewandelt, welches Information über die Probe X trägt, indem es durch die Form oder den Brechungsindex der Probe X gebrochen oder gestreut wird, oder indem es durch die Transmittivität der Probe X gedimmt wird, und dieses Licht wird durch die Objektivoptik 4 gesammelt und durch die Bilderfassungsvorrichtung 12 aufgenommen.
• Hier in der Objektivoptik 4 wird das transmittierte Licht, das außerhalb der Pupille 15 hindurchgeht, abgeblockt. Wie in 14 dargestellt, wenn der Winkel, unter dem das Beleuchtungslicht in die Objektivoptik 4 eintritt, dem Akzeptanzwinkel der Objektivoptik 4 entspricht, durchlaufen die Beleuchtungslichtstrahlen L1 und L5, die nicht durch die Probe X gehen, die Nähe des Kantenabschnitts 15a der Pupille 15 und erreichen die Abbildungsoberfläche 12a. Außerdem wird ein Beleuchtungslicht L2, das ein linkes Ende der Probe X passiert, an der Probe X gebrochen und trifft außerhalb der Pupille 15 ein, was Vignettierung davon verursacht, und folglich erreicht dieses Licht nicht die Abbildungsoberfläche 12a. Außerdem werden ein Beleuchtungslicht L3, das in der Nähe der Mitte der Probe X hindurchgeht, und ein Beleuchtungslicht L4, das durch eine rechte Seite der Probe X hindurchgeht, an der Probe X gebrochen, passieren die Innenseite des Kantenabschnitts 15a der Pupille 15 und erreichen die Abbildungsoberfläche 12a. Als Ergebnis wird ein Schatten in der Probe X gebildet, welcher ein dreidimensionales Erscheinungsbild hervorruft, wie in 15 dargestellt.
• Wie vorstehend beschrieben, ergibt sich bei der Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform als ein Ergebnis der Anordnung von sowohl des optischen Beleuchtungssystems 5 und des optischen Abbildungssystems 6 unterhalb der Probe X, ein Vorteil darin, dass verglichen mit einer Transmissionslicht-Beobachtungsvorrichtung nach dem Stand der Technik, bei welcher das optische Beleuchtungssystem und das optische Abbildungssystem an den beiden Seiten der Probe angeordnet sind, es möglich ist, die Vorrichtung um einen Betrag dünner zu machen, indem die Beleuchtungsoptik 5 und das optische Abbildungssystem 6 nur auf einer Seite der Probe X angeordnet sind. Zudem besteht ein Vorteil darin, dass in solch einer dünneren Beobachtungsvorrichtung 1 es ebenfalls möglich ist, ein Abbildungsobjekt, wie Zellen, ohne Markierung zu beobachten, indem das transmittierte Licht aufgenommen wird.
• In diesem Fall wird, indem die vorstehend beschriebenen Formelbedingungen (2), (4), (6) und (8) erfüllt sind, das Beleuchtungslicht teilweise an dem Kantenabschnitt 15a der Pupille 15 der Objektivoptik 4 abgeblockt in dem Fall, wenn der Emissionsbereich 9 in dem optischen Beleuchtungssystem 5 auf die Pupille 15 der Objektivoptik 4 projiziert wird, was ermöglicht, einen Kontrast in einem Bild der Probe X zu bilden, und somit wird ein dreidimensionales Erscheinungsbild der Probe X erzeugt. Dadurch ist es möglich, die Probe X dreidimensional in dem Behälter 2 mit einem guten Kontrast zu beobachten, indem schräge Beleuchtung verwendet wird.
• Außerdem wird in dieser Ausführungsform das von der LED-Lichtquelle 7 emittierte Beleuchtungslicht durch die Streuscheibe 8 gleichmäßig verteilt, und somit ist es möglich, die Probe X mit dem Beleuchtungslicht mit gleichmäßiger Intensität und geringer Beleuchtungsungleichmäßigkeit zu beleuchten.
• Diese Ausführungsform kann außerdem mit einem Höhenkorrekturwerkzeug ausgestattet sein, um den niedrigsten Wert Htmin der Höhe der Reflexionsoberfläche zu erhöhen.
• Das Höhenkorrekturwerkzeug hat eine Reflexionsoberfläche, welche das Beleuchtungslicht reflektiert und über dem Behälter 2 angeordnet sein kann. Zum Beispiel wird ein leerer Behälter mit einer oberen Platte oder ein leerer Behälter mit einem Deckel als solch ein Höhenkorrekturwerkzeug eingesetzt. Der leere Behälter kann von derselben Art sein wie der Behälter 2, welcher die Probe X aufnimmt, oder von einer anderen Art. Bei einem Behälter mit einem Deckel, so wie einer Petrischale oder einer Titerplatte, kann auch nur der Deckel als das Höhenkorrekturwerkzeug verwendet werden.
• Die Position der Reflexionsoberfläche wird höher dadurch, dass das Höhenkorrekturwerkzeug auf dem Behälter 2 platziert wird, welcher die Probe X aufnimmt. Dadurch werden die Bedingungen bezüglich NAmin, die durch die Formelbedingungen (3) und (4) definiert werden, gelockert, und es wird möglich, eine Objektivoptik 4 zu verwenden, welche eine niedrigere NA und ein größeres Blickfeld hat.
• <Erstes Beispiel>
• Als nächstes wird ein erstes Beispiel einer Beobachtungsvorrichtung 21 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachstehend beschrieben.
• Wie in 16 und 17 dargestellt, ist die Beobachtungsvorrichtung 21 gemäß diesem Beispiel mit zwei optischen Beleuchtungssystemen 5A und 5B ausgestattet, welche an den beiden Seiten der Objektivoptik 4 des optischen Abbildungssystems 6 mit einem Zwischenraum dazwischen in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 4 angeordnet sind.
• Außerdem werden die optischen Beleuchtungssysteme 5A und 5B und die Objektivoptik 4 auf einer XY-Bühne installiert (Antriebsabschnitt, nicht dargestellt), und werden dazu eingerichtet, dass es möglich ist, die Beobachtungsposition in X- und Y-Richtung mittels der XY-Bühne zu bewegen. Das optische Abbildungssystem 6 wird auf einer Z-Bühne installiert (nicht dargestellt) und ist dazu eingerichtet, Fokussierung zu ermöglichen. Es sei darauf hingewiesen, dass ein geeignetes von dem Beleuchtungssystem 5A und 5B entsprechend zu der Beobachtungsposition verwendet werden kann.
• Der Behälter 2 wird als ein Zellkulturbehälter oder als eine Titerplatte angenommen und die Luft-äquivalente Länge einer Höhe Ht der oberen Platte 2a beträgt ungefähr 15 bis 40 mm. Die Luft-äquivalente Länge der Höhe Hb der Probenoberfläche X1 (Zell-Haftoberfläche) bezogen auf die Bodenfläche 2b des Behälters 2 ist ungefähr 2 mm.
• Bei einer Objektivoptik 4, mit der es möglich ist, die Form einer Probe X so wie Zellen zu unterscheiden, und welche geeignet ist, die Anzahl oder die Dichte der Zellen, die in dem Behälter 2 aufgenommen sind, zu analysieren, ist das tatsächliche Blickfeld FOVy ungefähr 3 mm.
• Außerdem ist aufgrund struktureller Erfordernisse der Arbeitsabstand WD der Objektivoptik 4 ungefähr 5 mm, und die Toleranz des Rahmens 16 der Objektivoptik 4 bezogen auf einen Beleuchtungsfluss ist ungefähr 3 mm.
• Gemäß der vorstehend beschrieben Formelbedingungen (3) und (4) beträgt der minimale Wert Dmin des Durchmessers des Rahmenabschnitts 16 der Objektivoptik 4 in der Nähe der Probe X, der basierend auf der Bedingung für schräge Beleuchtung benötigt wird, 7.33 mm, und der niedrigste Wert NAmin der numerischen Apertur (NA) auf der Seite der Probe X der Objektivoptik 4, der basierend auf der Bedingung für schräge Beleuchtung benötigt wird, beträgt 0.17.
• Unter Berücksichtigung der Variabilität der Neigung der Deckplatte 2a des Behälters 2 und deren Herstellungsfehlern wird davon ausgegangen, dass NA etwas größer ist als der durch die Formelbedingung (3) angegebene Wert, nämlich NA = 0,25, und dass der Durchmesser D des Rahmenabschnitts 16 der Objektivoptik 4 in der Nähe der Probe X 8,5 mm ist.
• 18 zeigt Bedingungen für die Erfüllung der Formelbedingungen (5), (6), (7) und (8) durch Ändern einer Höhe H" der Bodenfläche 2b des Behälters 2 bezogen auf den Emissionsbereich 9 in der Streuscheibe 8 des optischen Beleuchtungssystems 5 unter Verwendung dieser Werte für NA und D.
• Bei der Beobachtungsvorrichtung 21 gemäß diesem Beispiel erfüllen die Spezifikation der Objektivoptik 4 und die Auslegung des optischen Beleuchtungssystems 5 alle Bedingungen, und somit ist es möglich, verschiedene Zellen in dem Behälter 2 dreidimensional mit einem guten Kontrast unter Verwendung von schräger Beleuchtung zu beobachten.
• <Zweites Beispiel>
• Als nächstes wird ein zweites Beispiel der Beobachtungsvorrichtung 21 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachstehend beschrieben.
• Wie in 19 dargestellt, werden in diesem Beispiel die Streuscheibe 8 und die LED-Lichtquelle 7 auf der Z-Bühne installiert (Antriebsabschnitt, nicht dargestellt), die Streuscheibe 8 und die LED-Lichtquelle 7 werden mittels der Z-Bühne in einer Richtung entlang der optischen Achse der Objektivoptik 4 bewegt, und die Positionen der Streuscheibe 8 und der LED-Lichtquelle 7 werden in Übereinstimmung mit der Höhe der oberen Platte 2a des verwendeten Behälters 2 geändert.
• Es wird angenommen, dass die Höhe H" der Bodenfläche 2b des Behälters 2 bezogen auf den Emissionsbereich 9 in der Streuscheibe 8 in einem Bereich von 3 bis 8 mm variiert, dass der Abstand Y1 zu dem Emissionsbereichsende 9b in der Streuscheibe 8, welches in der Nähe der Objektivoptik 4 bezüglich der optischen Achse der Objektivoptik 4 ist, 9,3 mm beträgt, und dass der Abstand Y2 zu dem Emissionsbereichsende 9a in dem Streuelement 8, welches weit von der Objektivoptik 4 bezüglich der optischen Achse der Objektivoptik 4 ist, 26 mm ist.
• Als Behälter 2 kann ein Behälter, bei welchem die Höhe der oberen Platte 2a niedrig ist, wie eine Schale, zum Beispiel ein Behälter, in welchem die Höhe Ht der oberen Platte 2a bezogen auf die Bodenfläche 2b des Behälters 2 10 mm beträgt und die Höhe Hb der Probenoberfläche X1 bezogen auf die Bodenfläche 2b des Behälters 2 1 mm beträgt, verwendet werden.
• Entsprechend den Formelbedingungen (3) und (4) ist der minimale Wert Dmin des Durchmessers des Rahmenabschnitts 16 der Objektivoptik 4 in der Nähe der Probe X, der basierend auf der Bedingung für schräge Beleuchtung benötigt wird, 8,5 mm, und der niedrigste Wert NAmin der numerischen Apertur (NA) auf der Seite der Probe X der Objektivoptik 4, der basierend auf der Bedingung für schräge Beleuchtung benötigt wird, ist größer als 0,25.
• Unter Berücksichtigung der Variabilität in der Neigung der oberen Platte 2a des Behälters 2 und deren Herstellungsfehlern wird angenommen, dass NA etwas größer ist als der durch die Formelbedingung (3) angegebene Wert, nämlich NA = 0,3, und dass der Durchmesser D des Rahmenabschnitts 16 der Objektivoptik 4 in der Nähe der Probe X 9,0 mm ist.
• 20 zeigt Bedingungen für die Erfüllung der Formelbedingungen (5), (6), (7) und (8) durch Ändern der Höhe H" der Bodenfläche 2b des Behälters 2 bezogen auf den Emissionsbereich 9 in der Streuscheibe 8 des optischen Beleuchtungssystems 5 unter Verwendung dieser Werte für NA und D.
• Bei der Beobachtungsvorrichtung 21 gemäß diesem Beispiel werden die Formelbedingungen (5), (6), (7) und (8) erfüllt, indem mittels der Z-Bühne die Streuscheibe 8 und die LED-Lichtquelle 7 entlang der optischen Achse der Objektivoptik 4 in einer Richtung weg von dem Behälter 2 (durch Erhöhen der Höhe H") bewegt werden, wenn die Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 niedrig ist (wenn Ht niedrig ist). Außerdem werden die Formelbedingungen (5), (6), (7) und (8) erfüllt, indem mittels der Z-Bühne die Streuscheibe 8 und die LED-Lichtquelle 7 in die Nähe des Behälters 2 entlang der optischen Achse der Objektivoptik 4 gebracht werden (indem H" verringert wird), wenn die Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 hoch ist.
• Dadurch ist es möglich, die Bedingungen zu erfüllen, um die Probe X in dem Behälter 2 mit einem guten Kontrast unter Verwendung von schräger Beleuchtung zu beobachten, ohne Y2 (den Abstand zu dem Emissionsbereichsende 9a des Emissionsbereichs 9 in dem Streuelement 8, welches weit von der Objektivoptik 4 bezüglich der optischen Achse der Objektivoptik 4 entfernt ist) erhöhen zu müssen, und somit ist es möglich, den Installationsbereich für die ganze Vorrichtung zu verringern.
• <Drittes Beispiel>
• Als nächstes wird ein drittes Beispiel der Beobachtungsvorrichtung 21 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachstehend beschrieben.
• Wie in 21 dargestellt, werden in diesem Beispiel mittels der XY-Bühne die Streuscheibe 8 und die LED-Lichtquelle 7 in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse der Objektivoptik 4 bewegt, und die Positionen der Streuscheibe 8 und der LED-Lichtquelle 7 werden in Übereinstimmung mit der Höhe der oberen Platte 2a des verwendeten Behälters 2 geändert.
• Es wird angenommen, dass die Höhe H" der Bodenfläche 2b des Behälters 2 bezogen auf den Emissionsbereich 9 in der Streuscheibe 8 18 mm ist. Außerdem wird angenommen, dass der Abstand Y1 von dem Emissionsbereichsende 9b in der Streuscheibe 8, welches in der Nähe der Objektivoptik 4 bezüglich der optischen Achse der Objektivoptik 4 ist, in einem Bereich von 9,3 bis 19 mm variabel ist, dass der Abstand Y2 von dem Emissionsbereichsende 9a in dem Emissionsbereich 9 des Streuelements 8, welches weit von der Objektivoptik 4 bezüglich der optischen Achse der Objektivoptik 4 entfernt ist, in einem Bereich von 21,3 bis 31 mm variabel ist, und dass Y2-Y1 12 mm beträgt.
• Unterschiede von dem zweiten Beispiel werden nachstehend beschrieben.
• 22 zeigt die Bedingungen für die Erfüllung der Formelbedingungen (5), (6), (7) und (8) durch Ändern einer Höhe H" der Bodenfläche 2b des Behälters 2 bezogen auf den Emissionsbereich 9 in der Streuscheibe 8 des optischen Beleuchtungssystems 5 unter Verwendung dieser Werte für NA = 0,3 und D = 9,0 mm.
• Bei der Beobachtungsvorrichtung 21 gemäß diesem Beispiel werden die Formelbedingungen (5), (6), (7) und (8) erfüllt, indem mittels der XY-Bühne die Streuscheibe 8 und die LED-Lichtquelle 7 in die Nähe der Objektivoptik 4 gebracht werden, wenn die Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 niedrig ist (in dem Fall, wenn Ht niedrig ist). Außerdem werden die Formelbedingungen (5), (6), (7) und (8) erfüllt, indem mittels der XY-Bühne die Streuscheibe 8 und die LED-Lichtquelle 7 weg von der Objektivoptik 4 bewegt werden, wenn die Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 hoch ist. Dadurch wird die Fläche der Streuscheibe 8 verringert, was es ermöglicht, den Abstand zwischen der Streuscheibe 8 und der LED-Lichtquelle 7 zu verringern, und somit ist es möglich, helle Beleuchtung zu realisieren, indem die Leuchtdichte an der Streuscheibe 8 erhöht wird.
• <Viertes Beispiel>
• Als nächstes wird ein viertes Beispiel für die Beobachtungsvorrichtung 21 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachstehend beschrieben.
• Wie in 23 dargestellt, ist dieses Beispiel mit einem Höhenkorrekturwerkzeug 17 ausgestattet, um den minimalen Wert Htmin der Höhe der Reflexionsoberfläche zu erhöhen.
• Der Behälter 2 wird angenommen als eine Petrischale mit einem Deckel 2c, und eine innere Oberfläche des Deckels 2c dient als eine Reflexionsoberfläche. Das Höhenkorrekturwerkzeug 17 ist ein leerer Behälter 2, der sich von dem Behälter 2, der die Probe X aufnimmt, unterscheidet, und die innere Oberfläche des Deckels 2c dient als eine Reflexionsoberfläche 17a. Das Höhenkorrekturwerkzeug 17 wird auf dem Deckel 2c des Behälters 2 platziert, welcher die Probe X aufnimmt. In dem Beispiel in 23 wird nur der Deckel 2c als Höhenkorrekturwerkzeug 17 verwendet.
• Bei der Beobachtungsvorrichtung 21 gemäß diesem Beispiel wird als ein Ergebnis der Verwendung des Höhenkorrekturwerkzeugs 17 der minimale Wert Htmin der Höhe der Reflexionsoberfläche erhöht, verglichen mit dem Fall, wenn nur der Behälter 2, der die Probe X aufnimmt, verwendet wird, und dadurch werden die Werte des kleinsten Werts NAmin der numerischen Apertur, die durch die Formelbedingung (3) und (4) definiert sind, verringert. Mit anderen Worten ist es möglich, eine Objektivoptik 4 zu verwenden, die eine niedrige NA und ein großes tatsächliches Blickfeld FOVy hat, verglichen mit dem Fall, wenn nur der Behälter 2, der die Probe X aufnimmt, verwendet wird.
• 24 zeigt die Bedingungen, die die Formelbedingungen (5), (6), (7) und (8) erfüllen, indem die Höhe H" der Bodenfläche 2b des Behälters 2 bezogen auf den Emissionsbereich 9 in der Streuscheibe 8 des optischen Beleuchtungssystems 5 geändert wird, wenn die Werte von NA = 0,16 und D = 8,6 mm verwendet werden.
• 25 zeigt ein Beispiel, bei welchem die Titerplatte mit dem Deckel 2c als der Behälter 2 benutzt wird, der die Probe X aufnimmt. Als das Höhenkorrekturwerkzeug 17 wird der Deckel 2c der Titerplatte geeignet verwendet. Eine leere Titerplatte mit dem Deckel 2c, welcher von derselben Art ist wie der Behälter 2, kann als das Höhenkorrekturwerkzeug 17 eingesetzt werden.
• In dem Beispiel in 25 werden die Probeoberflächen X1 in den einzelnen Vertiefungen der Titerplatte von dem Beleuchtungslicht beleuchtet, das an der Reflexionsoberfläche 17a des Höhenkorrekturwerkzeugs 17 reflektiert worden ist, nachdem es in angrenzende Vertiefungen eingetreten ist. Dadurch ist es möglich, eine Titerplatte mit einem kleinen Durchmesser der Vertiefungen zu verwenden, um die Probe X zu beobachten.
• Wie vorstehend, sind, obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Figuren beschrieben wurde, spezifische Konfigurationen nicht auf die in dieser Ausführungsform beschränkt, und Designänderungen oder Ähnliches innerhalb eines Bereiches, der nicht über den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung hinausgeht, werden auch umfasst. Zum Beispiel, obwohl diese Ausführungsform annimmt, dass die Probe X in dem Behälter 2 aufgenommen ist, der die obere Platte 2a hat, wie ein Zellkulturbehälter, und dass Fresnel-Reflexion des Beleuchtungslichts an der inneren Oberfläche der oberen Platte 2a des Behälters 2 auftritt, gibt es keine Beschränkung darauf.
• Zum Beispiel kann in dem Fall, wenn die Probe X in dem Behälter aufgenommen ist, der die obere Platte 2a nicht hat, wie einer Petrischale (kein Deckel), ein Reflexionsbauteil wie ein Spiegel an einer Position angeordnet sein, die die obere Öffnung der Petrischale abblockt, und das Beleuchtungslicht, das eine Bodenfläche der Petrischale von unten nach oben passiert hat, kann an einer Oberfläche (Reflexionsoberfläche) dieses Reflexionsbauteils reflektiert werden. Das reflektierende Element kann so vorgesehen sein, dass es das Einsetzen und Zurückziehen aus einer Position oberhalb der Probe X durch eine lineare Bewegung oder eine Schwenkbewegung ermöglicht.
• Außerdem kann in dem Fall, wenn die Probe X in einem Behälter aufgenommen ist, der die obere Platte 2a nicht hat, wie einer Petrischale (kein Deckel), die Petrischale mit einer Lösung gefüllt sein (zum Beispiel einem Kulturmedium, einem Phosphatpuffer oder Ähnlichem), die Probe X kann in eine Lösung eingelegt sein, und das Beleuchtungslicht, das eine Bodenfläche der Petrischale von unten nach oben passiert hat, kann an einer Flüssigkeitsoberfläche (Reflexionsoberfläche) an der Oberseite der Lösung reflektiert werden. In dem Fall, wenn die Probe X in dem Behälter 2 aufgenommen ist, der die obere Platte 2a ebenfalls hat, kann der Behälter 2 mit einer Lösung (z. B. einem Kulturmedium, einem Phosphatpuffer oder Ähnlichem) gefüllt sein und die Probe X kann in die Lösung eingelegt sein. Bei diesen Modifikationen kann anstelle der Höhe der oberen Platte 2a des Behälters 2 die Höhe der einen Oberfläche des reflektierenden Bauteils oder die Flüssigkeitsoberfläche an der Oberseite der Lösung auf die einzelnen vorstehend beschriebenen Formelbedingungen angewendet werden.
• Bezugszeichenliste

1, 21

Beobachtungsvorrichtung

2

Behälter

2a

obere Platte (Reflexionsoberfläche)

2b

Bodenfläche (Montageoberfläche)

4

Objektivoptik (Objektivlinse)

5

optisches Beleuchtungssystem

6

optisches Abbildungssystem

7

LED-Lichtquelle

8

Streuscheibe (Streuelement)

9

Emissionsbereich

15

Pupille (Apertur)

16

Rahmen

17

Höhenkorrekturwerkzeug

17a

Reflexionsoberfläche

X

Probe

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP H07261089 [0003]

Claims (3)

1. Beobachtungsvorrichtung, aufweisend: ein optisches Beleuchtungssystem, welches Beleuchtungslicht nach oben von unterhalb einer Probe emittiert; und ein optisches Abbildungssystem, welches unterhalb der Probe transmittiertes Licht aufnimmt, welches das von dem optischen Beleuchtungssystem emittierte Beleuchtungslicht ist, das oberhalb der Probe reflektiert wurde und das die Probe passiert hat, wobei das optische Beleuchtungssystem mit einem Streuelement ausgestattet ist, welches das Beleuchtungslicht aus einem Emissionsbereich, der einen spezifischen Bereich hat, verteilt, wobei das optische Abbildungssystem mit einer Objektivoptik ausgestattet ist, welche das transmittierte Licht sammelt, und wobei in dem Fall, wenn der Emissionsbereich in dem optischen Beleuchtungssystem auf eine Pupille der Objektivoptik projiziert wird, die folgenden Bedingungen erfüllt sind, um das Beleuchtungslicht teilweise an einem Kantenabschnitt der Pupille der Objektivoptik abzublocken. $$\text{NAmin}>\left(\text{D}+\text{FOVy}\right)\text{/}\left(4\text{Htmin}-4\text{Hbmin}+2\text{WD}\right)$$

   

   $$\text{NAmin}>\left(\text{FOVy}+\text{T/2}\right)\text{/}\left(2\text{Htmin}-2\text{Hbmin}\right)$$

   

   $$\text{Y2}>\text{NA}\left(\text{2Htmax}+\text{H''}-\text{Hbmax}\right)+\left(\text{FOVy/}2\right)$$

   

   $$\text{Y1}>\text{NA}\left(\text{2Htmin}+\text{H''}-\text{Hbmin}\right)+\left(\text{FOVy/}2\right)$$

   

   wobei NAmin ein niedrigster Wert einer numerischen Apertur auf einer Probenseite der Objektivoptik ist, der aufgrund einer Bedingung für schräge Beleuchtung benötigt wird; D ist ein Durchmesser eines Rahmenabschnitts der Objektivoptik in der Nähe der Probe; FOVy ist ein tatsächliches Blickfeld der Objektivoptik; Htmin ist ein niedrigster Wert einer Höhe einer Reflexionsoberfläche für das Beleuchtungslicht oberhalb der Probe bezogen auf eine Oberfläche, auf welcher die Probe platziert ist; Hbmin ist ein niedrigster Wert einer Höhe einer Oberfläche, auf welcher das Beleuchtungslicht auf die Probe einfällt, bezogen auf die Oberfläche, auf der die Probe platziert ist; WD ist ein Arbeitsabstand der Objektivoptik; T ist eine Differenz zwischen dem Durchmesser des Rahmenabschnitts der Objektivoptik in der Nähe der Probe und einem Durchmesser eines effektiven Beleuchtungsflusses der Objektivoptik an diesem Abschnitt; Y2 ist ein Abstand zu einem Emissionsbereichsende des Streuelements, welches weit von der Objektivoptik bezüglich einer optischen Achse der Objektivoptik ist; Htmax ist ein höchster Wert der Höhe der Reflexionsoberfläche für das Beleuchtungslicht oberhalb der Probe bezogen auf die Oberfläche, auf welcher die Probe platziert ist; H" ist eine Höhe der Oberfläche, auf welcher die Probe platziert ist, bezogen auf den Emissionsbereich des Streuelements; Hbmax ist ein höchster Wert der Höhe der Oberfläche, auf welcher das Beleuchtungslicht auf die Probe einfällt, bezogen auf die Oberfläche, auf welcher die Probe platziert ist; und Y1 ist der Abstand zu einem Emissionsbereichsende des Streuelements in der Nähe der Objektivoptik bezüglich der optischen Achse der Objektivoptik.
2. Beobachtungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiter aufweisend: einen Antriebsabschnitt, der das Streuelement in einer Richtung entlang einer optischen Achse der Objektivoptik und/oder einer Richtung, welche die optische Achse schneidet, bewegt.
3. Beobachtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter aufweisend: ein Höhenkorrekturwerkzeug, welches die Reflexionsoberfläche hat, und welche oberhalb der Probe angeordnet werden kann.

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