JP2005099175A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 対物レンズを光軸方向に移動させずに、広い作業スペースを確保することができる顕微鏡装置を提供すること。
【解決手段】 顕微鏡装置は、光源部１からの照明光を生物標本Ｓに照射する照明光学系１０と、生物標本Ｓからの光を検出する観察光学系２０と、生物標本Ｓを載置する固定ステージ３と、観察光学系１０を載置して、観察光学系１０の検出位置（Ｘ＝０）と非検出位置（Ｘ＝Ｄ）との間で観察光学系１０を移動するスライダ４とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、顕微鏡装置、特にバイオサイエンス分野で用いられる光学顕微鏡に関する。

近年、生体の各部位の働きを調べるバイオサイエンス分野において、光学顕微鏡は、様々な目的で多用されている。電気生理学実験に用いられる光学顕微鏡装置では、生物標本を載せるステージの上に多数の電極針やマニピュレータ等を配置して、観察や測定のためのセッティング作業を行う。セッティング作業中は、直動式の対物レンズ切り替え装置に保持された作動距離が異なる二つの対物レンズのうち、作動距離の長い方の対物レンズを観察者側に配置して、ステージ上にできるだけ広いスペースを確保している（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１６０６２８号公報（第４頁、図２，５）

上記の従来技術では、対物レンズ切り替え装置を二つの対物レンズの配列方向に水平移動させるだけなので、広いスペースを確保することはできず、より広いスペースを確保しようとすると、対物レンズ切り替え装置を対物レンズの光軸に沿って上方向に移動させなければならない。しかし、対物レンズの上方向への移動は、スペース確保の点で効率的ではなく、さらに、観察／測定時の焦点調整に長時間を要するという問題がある。

（１）請求項１の顕微鏡装置は、照明光源からの照明光を試料に照射する照明光学系と、試料からの光が導かれる観察光学系と、試料を載置する固定ステージと、観察光学系が試料上にある検出位置と観察光学系が試料上になく、試料の上方に空間が生じる非検出位置との間で観察光学系を移動する移動手段とを備えることを特徴とする。移動手段は、固定ステージの試料載置面と平行に観察光学系を移動することが好ましい。

（２）請求項２の顕微鏡装置は、照明光源からの照明光を試料に照射する照明光学系と試料からの光が導かれる観察光学系と、試料を載置する固定ステージと、照明光学系および観察光学系を各々の光軸が合致した状態で、観察光学系が試料上にある検出位置と観察光学系が試料上になく、試料の上方に空間が生じる非検出位置との間で照明光学系と観察光学系の両者を移動する移動手段とを備えることを特徴とする。この顕微鏡装置は、観察光学系が検出位置にあるときの光軸と固定ステージの試料載置面とが交差する地点に向けて光ビームを照射する投光手段をさらに備えることが好ましい。

（３）請求項１〜４の顕微鏡装置は、試料を測定するための測定器具が固定ステージ上に配置されることが好ましい。

本発明によれば、対物レンズを光軸方向に移動させるのに対し、ステージ上に広い作業スペースを確保することができる。

以下、本発明による顕微鏡装置について、図１〜４を参照しながら説明する。図１〜４において、同じ構成部品には同一符号を付し、直交座標にて方向を表す。

〈第１の実施の形態〉
図１〜３は、本発明の第１の実施の形態による顕微鏡装置の全体構成を示す構成図または部分上面図である。
図１には、生物標本Ｓを観察／測定するときの顕微鏡装置の状態が示されている。図１に示される顕微鏡装置は、正立型であり、光源部１、光ファイバ２、固定ステージ３、スライダ４、直立ベース５、アーム６、ＸＹ移動ステージ７、基台８、照明光学系１０および観察光学系２０を備えている。

固定ステージ３は、生物標本Ｓが入った培養容器（不図示）を載置する平板３ａと、基台８に固設され、平板３ａを支持する複数の支柱３ｂとから成る。スライダ４は、ＸＹ移動ステージ７に載置され、ＸＹ移動ステージ７に対してＸ方向に移動できるように構成されている。つまり、スライダ４は、観察者に近づく方向と遠ざかる方向に移動できる。従って、スライダ４の移動方向は、平板３ａの生物標本Ｓを載置する平面と平行である。ＸＹ移動ステージ７は、基台８に載置され、基台８に対してＸおよびＹ方向に移動できるように構成されている。直立ベース５は、スライダ４に固設され、−Ｘ方向に延在するアーム６を支持している。アーム６は、対物レンズ切り替え部２５と接眼鏡筒２６を保持し、接眼鏡筒２６は、撮影鏡筒２７を保持している。

照明光学系１０は、反射ミラー１１、フィールドレンズ１２、開口絞り１３およびコンデンサレンズ１４から成る。照明光学系１０は、ＸＹ移動ステージ７に取り付けられており、ＸＹ移動ステージ７によりＸおよびＹ方向に移動するが、スライダ４による移動は行わない。

観察光学系２０は、対物レンズ２１、リレーレンズ２２、プリズム２３および接眼レンズ２４から成る。対物レンズ２１は、対物レンズ切り替え部２５に取り付けられ、リレーレンズ２２、プリズム２３および接眼レンズ２４は、接眼鏡筒２６に収納されている。従って、観察光学系２０は、アーム６および直立ベース５を介してスライダ４に保持されている。スライダ４がＸ方向に移動すると、観察光学系２０もＸ方向に移動する。なお、対物レンズ切り替え部２５は、従来技術で説明した直動式でもよく、レボルバ式でもよい。

図２には、生物標本Ｓを観察／測定するためのセッティング時の顕微鏡装置の状態が示されている。セッティングとは、生物標本Ｓを観察位置へ配置したり、測定器具の全部または一部を固定ステージ３上で生物標本Ｓの周辺に配置することを指している。このような配置には、測定器具の全部または一部の位置決めも含まれる。なお、図２では、光源部１と光ファイバ２は、図示が省略されている。

図２の顕微鏡装置は、図１に対して、スライダ４が観察者から遠ざかる方向、すなわち＋Ｘ方向に距離Ｄだけ移動したことにより、直立ベース５、アーム６および観察光学系２０も距離Ｄだけ移動した状態を示している。固定ステージ３、ＸＹ移動ステージ７および照明光学系１０は、移動せず静止したままである。図２の状態は、図１に比べて、固定ステージ３の上方に大きな空間が形成されていることが一目瞭然である。

セッティング作業のためのスライダ４の移動方向は、＋Ｘ方向、すなわち観察者からみて遠方が望ましい。観察者は、スライダ４の移動により生じた固定ステージ３上の空間に測定器具を配置、位置決めをすることができる。この移動方向を採ることにより、固定ステージ３上でのセッティング作業が容易になるとともに、スライダ４を−Ｘ方向に移動させて、観察光学系２０を検出位置に戻す際にも固定ステージ３上の測定器具が邪魔にならない。

図３を参照しながら、スライダ４の移動に伴う顕微鏡装置の状態の変化、すなわち、観察／測定状態とセッティング状態との間の変化について説明する。なお、顕微鏡装置における観察／測定状態は、観察光学系２０の検出位置に対応し、顕微鏡装置におけるセッティング状態は、観察光学系２０の非検出位置に対応する。

図３（ａ）は、図１の顕微鏡装置を模式的に示す部分上面図、図３（ｂ）は、図２の顕微鏡装置を模式的に示す部分上面図である。図３（ａ）は、観察／測定状態を示し、観察光学系の光軸ＡＸの位置は、生物標本Ｓ（図３（ａ）では不図示）の真上、Ｘ＝０である。図３（ｂ）は、マニピュレータ（測定器具）３０のセッティング状態を示し、観察光学系の光軸ＡＸの位置は、Ｘ＝Ｄである。スライダ４、直立ベース５、アーム６および観察光学系が距離Ｄだけ＋Ｘ方向へ移動することにより、生物標本Ｓの周辺には大きな空間が形成されるので、セッティング作業は容易になる。なお、距離Ｄは、セッティング作業に支障をきたさない程度であれば、任意に選ぶことができる。

以下、図１および２を参照しながら、セッティングおよび観察／測定の手順について説明する。
先ず、顕微鏡装置を図２に示されるセッティング状態とし、培養容器に入った生物標本Ｓを固定ステージ３の平板３ａに載置する。生物標本Ｓには、照明光学系１０を経由してきた照明光が照射される。すなわち、光源部１から発する光は、光ファイバ２を経由し、平行光束となって反射ミラー１１に入射し、反射ミラー１１で光路を＋Ｚ方向に曲げられ、フィールドレンズ１２で開口絞り１３の位置に結像した後、コンデンサレンズ１４で再び平行光束となって生物標本Ｓに至る。この状態で、生物標本Ｓの観察、測定したい部位が照明されるように培養容器の概略の位置決めを行う。なお、光源部１からの照明光は、光ファイバ２を通って照明光学系１０へ入射するので、光源部１の設置場所は、光ファイバ２の長さに応じて自由に選ぶことができる。また、光ファイバ２を使用しない場合は、光源部１は、照明光学系１０を収納するカバー部材１５に取り付けることができる。

次に、顕微鏡装置をスライダ４の移動により、図１に示される観察／測定状態とし、顕微観察により、生物標本Ｓの観察、測定したい部位の正確な位置決めと焦点調整を行う。生物標本Ｓの別の部位を観察する場合は、ＸＹ移動ステージ７により観察光学系２０全体をＸまたはＹ方向に移動する。焦点調整を行う場合は、対物レンズ２１をその光軸ＡＸに沿って移動させればよい。

図１を参照すると、生物標本Ｓからの光は、観察光学系２０により観察される。すなわち、生物標本Ｓからの光は、対物レンズ２１、リレーレンズ２２を経由してプリズム２３に入射し、２つの光路に分岐される。一方の光は、接眼レンズ２４で観察像として観察され、他方の光は、不図示のカメラで撮像される。

続いて、顕微鏡装置を、スライダ４の移動により、図２に示されるセッティング状態とし、セッティング作業を開始する。例えば、電気生理学実験で多用されるパッチクランプ法を実施するためのセッティング作業は、電極針を３次元空間で位置決めする複数台のマニピュレータ３０を固定ステージ３上に載置することである。複数台のマニピュレータを位置決めして配置する際には、固定ステージ３上の広い空間で、生物標本Ｓが照明された状態で行われるので、作業性が良好である。特に、生物標本Ｓの真上、すなわち観察光学系２０の光軸上で＋Ｚの位置から生物標本Ｓを見ることができるので、位置決め作業は一層容易且つ正確にできる。

セッティング作業が終了すると、顕微鏡装置を、スライダ４の移動により、再び図１に示される観察／測定状態に戻す。すなわちＸ＝０となるように、スライダ４、直立ベース５、アーム６および観察光学系２０を移動する。このとき、観察光学系２０の焦点調整は既に終わっているので、直ちに観察／測定を開始することができる。

顕微鏡装置を、観察／測定状態とし、観察視野内に電極針の先端部と生物標本Ｓの細胞を配置して、マニピュレータを操作して電極針先端を細胞膜に刺入し、細胞膜をクランプして膜の内外を流れる電流を測定する。例えば、接眼レンズ２４による双眼観察時の視野数を２５ｍｍ、対物レンズ２１の倍率を１０倍とすると、実視野は直径２．５ｍｍであり、対物レンズ２１の倍率を高くするとそれに比例して実視野は小さくなる。

このような微細空間での作業を正確且つ短時間に行うためには、初期設定すなわち正確なセッティングが必須である。本実施の形態の顕微鏡装置を用いると、固定ステージ３上に広い作業空間が得られるので、初期設定すなわち正確なセッティングが可能となる。

〈第２の実施の形態〉
図４は、本発明の第２の実施の形態による顕微鏡装置の全体構成を示す構成図である。図４は、図２に示される第１の実施の形態に対応する図であり、観察／測定のためのセッティングの状態を示す。

図４に示される顕微鏡装置においては、正立型の顕微鏡本体１００は、光源部１、直立ベース５、アーム６、照明光学系１０、観察光学系２０、対物レンズ切り替え部２５、接眼鏡筒２６および撮影鏡筒２７を備えている。光源部１は、マウント１ａにより直立ベース５に取り付けられている。

固定ステージ３、スライダ４、ＸＹ移動ステージ７および基台８は、図１または２と同じ構成である。顕微鏡本体１００は、スライダ４に載置され、基台８に対してＸ方向に移動できるとともに、ＸＹ移動ステージ７によりＸおよびＹ方向に移動できるように構成されている。すなわち、照明光学系１０および観察光学系２０は、それぞれの光軸ＡＸ´およびＡＸを合致させたまま、スライダ４によるＸ方向の移動とＸＹ移動ステージ７によるＸ−Ｙ移動とが可能である。

本実施の形態では、図示のように、投光装置３０が固定ステージ３の平板３ａの下面に設けられている。投光装置３０は、光ビームＧを生物標本Ｓに照射する発光器３１、発光器３１の照射角度を調整する調整部材３２、発光器３１と調整部材３２を平板３ａの下面に固定する固定部材３３から成る。発光器３１としては、ＬＤやＬＥＤが用いられる。光ビームＧは、調整部材３２の角度調整により、観察光学系２０の光軸ＡＸが生物標本Ｓと交差する地点を常に照射する。

第１の実施の形態と同様に、セッティング作業は、生物標本Ｓが照明された状態で行われるので、複数台のマニピュレータを固定ステージ３上に配置したり、マニピュレータを操作して電極針先端を観察光学系２０の光軸の基準位置（Ｘ＝０）に位置決めする作業が容易にできる。セッティング作業が終了すると、スライダ４によって、Ｘ＝０となるように顕微鏡本体１００を移動して、観察／測定を開始する。

本実施の形態では、顕微鏡本体１００がスライダ４に載置され、照明光学系１０と観察光学系２０が一体で移動するので、セッティング状態では固定ステージ３上に広い空間が形成され、セッティング作業が容易になる。また、セッティング時と観察／測定時との間で照明光学系１０と観察光学系２０との位置関係は不変であるから、光軸調整等の作業は不要となる。

なお、本実施の形態では、顕微鏡本体１００をスライダ４により＋Ｘ方向、−Ｘ方向に移動させたが、固定ステージ３をスライダ４に固定し、顕微鏡本体１００を基台８に固定することで、固定ステージ３の方を＋Ｘ方向、−Ｘ方向に移動させるものでもよい。また、スライダ４の移動方向は、＋Ｘ方向、−Ｘ方向に限らず、＋Ｙ方向、−Ｙ方向としてもよい。

本発明の第１の実施の形態による顕微鏡装置の全体構成を示す構成図であり、生物標本Ｓの観察／測定中の状態を示す。 本発明の第１の実施の形態による顕微鏡装置の全体構成を示す構成図であり、観察／測定のためのセッティング中の状態を示す。 図１の顕微鏡装置を模式的に示す部分上面図（ａ）、および図２の顕微鏡装置を模式的に示す部分上面図（ｂ）である。 本発明の第２の実施の形態による顕微鏡装置の全体構成を示す構成図であり、観察／測定のためのセッティング中の状態を示す。

符号の説明

１：光源部
２：光ファイバ
３：固定ステージ
４：スライダ
５：直立ベース
６：アーム
７：ＸＹ移動ステージ
８：基台
１０：照明光学系
２０：観察光学系
３０：投光装置
１００：顕微鏡本体
Ｓ：生物標本
ＡＸ：観察光学系の光軸
ＡＸ´：照明光学系の光軸

Claims (5)

1. 照明光源からの照明光を試料に照射する照明光学系と、
   前記試料からの光が導かれる観察光学系と、
   前記試料を載置する固定ステージと、
   前記観察光学系が試料上にある検出位置と前記観察光学系が試料上になく、前記試料の上方に空間が生じる非検出位置との間で前記観察光学系を移動する移動手段とを備えることを特徴とする顕微鏡装置。
2. 請求項１に記載の顕微鏡装置において、
   前記移動手段は、前記固定ステージの試料載置面と平行に前記観察光学系を移動することを特徴とする顕微鏡装置。
3. 照明光源からの照明光を試料に照射する照明光学系と、
   前記試料からの光が導かれる観察光学系と、
   前記試料を載置する固定ステージと、
   前記照明光学系と観察光学系とを各々の光軸が合致した状態で、前記観察光学系が試料上にある検出位置と前記観察光学系が試料上になく、前記試料の上方に空間が生じる非検出位置との間で前記照明光学系と観察光学系とを移動する移動手段とを備えることを特徴とする顕微鏡装置。
4. 請求項３に記載の顕微鏡装置において、
   前記観察光学系が検出位置にあるときの光軸と前記固定ステージの試料載置面とが交差する地点に向けて光ビームを照射する投光手段をさらに備えることを特徴とする顕微鏡装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の顕微鏡装置において、
   前記試料を測定するための測定器具が前記固定ステージ上に配置されることを特徴とする顕微鏡装置。

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