JP2010008792A - Microscope device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試料のコントラストを高めて観察する顕微鏡装置に関する。 The present invention relates to a microscope apparatus for observing while increasing the contrast of a sample.
従来、透明な生物細胞等の試料のコントラストを高めて観察する顕微鏡として、位相差顕微鏡等の顕微鏡が知られている。
従来の位相差顕微鏡では、ウェルプレート等に収容された試料を観察する際に、培養液によるメニスカス効果で位相差観察を適切に行うことができない。 In a conventional phase contrast microscope, when observing a sample accommodated in a well plate or the like, phase contrast observation cannot be appropriately performed due to the meniscus effect of the culture solution.
本発明は、かかる事情に対処してなされたもので、絞り部材とモジュレータとの位置関係を調整し良好なコントラストを得ることができる顕微鏡装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a microscope apparatus capable of adjusting the positional relationship between the diaphragm member and the modulator and obtaining good contrast.
第1の発明の顕微鏡装置は、透過照明用の光源からの光を試料に照射するコンデンサレンズと、前記コンデンサレンズの瞳位置に配置される絞り部材と、対物レンズの瞳面と共役な位置に配置され、位相の異なる位相膜と前記位相膜の位相境界部を跨ぐ減光部とを有するモジュレータと、前記絞り部材と前記モジュレータとを相対的に移動するコントラスト調整用の移動手段とを有することを特徴とする。 A microscope apparatus according to a first aspect of the present invention includes a condenser lens that irradiates a sample with light from a light source for transmitted illumination, a diaphragm member disposed at a pupil position of the condenser lens, and a position conjugate with a pupil plane of the objective lens. A modulator having a phase film having a different phase and a dimming section straddling the phase boundary of the phase film, and a contrast adjusting moving means for relatively moving the diaphragm member and the modulator. It is characterized by.
第2の発明の顕微鏡装置は、第1の発明の顕微鏡装置において、前記モジュレータの前記位相境界部は、前記位相の異なる位相膜の隣接部であり、前記減光部は、前記位相膜の前記隣接部を跨いで配置される減光膜であることを特徴とする。 The microscope apparatus according to a second aspect of the present invention is the microscope apparatus according to the first aspect, wherein the phase boundary portion of the modulator is an adjacent portion of the phase film having a different phase, and the dimming portion is the portion of the phase film. It is a light-reducing film disposed across adjacent portions.
第3の発明の顕微鏡装置は、第1または第2の発明の顕微鏡装置において、前記絞り部材は、スリット状開口部を有し、前記モジュレータの前記減光部は、前記スリット状開口部に対応する形状をしていることを特徴とする。 The microscope apparatus according to a third aspect is the microscope apparatus according to the first or second aspect, wherein the diaphragm member has a slit-like opening, and the light-reducing part of the modulator corresponds to the slit-like opening. It is characterized by having a shape.
第4の発明の顕微鏡装置は、第3の発明の顕微鏡装置において、前記移動手段は、前記絞り部材のスリット状開口部が長手方向と直角方向に移動するように前記絞り部材を移動可能とされていることを特徴とする。 A microscope apparatus according to a fourth invention is the microscope apparatus according to the third invention, wherein the moving means is capable of moving the diaphragm member such that a slit-like opening of the diaphragm member moves in a direction perpendicular to the longitudinal direction. It is characterized by.
第5の発明の顕微鏡装置は、第4の発明の顕微鏡装置において、前記移動手段は、前記スリット状開口部が前記減光部からはみ出さない範囲内で前記絞り部材を移動可能とされていることを特徴とする。 A microscope apparatus according to a fifth invention is the microscope apparatus according to the fourth invention, wherein the moving means is capable of moving the diaphragm member within a range in which the slit-shaped opening does not protrude from the dimming portion. It is characterized by that.
本発明の顕微鏡装置では、絞り部材とモジュレータとの位置関係を調整し良好なコントラストを得ることができる。 In the microscope apparatus of the present invention, it is possible to obtain a good contrast by adjusting the positional relationship between the diaphragm member and the modulator.
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の顕微鏡装置の一実施形態を示している。 FIG. 1 shows an embodiment of the microscope apparatus of the present invention.
この顕微鏡装置は、新たな構造の顕微鏡装置であり、コンデンサレンズの瞳位置に配置される絞り部材と、対物レンズの瞳面に配置され、位相の異なる位相膜とその位相膜の位相境界部を跨ぐ減光部とを有するモジュレータを有している。そして、絞り部材の絞り開口をモジュレータの減光部からはみ出さないように位置させることで、コントラストを高めて観察することができる。以下、この顕微鏡を微分位相差顕微鏡という。 This microscope apparatus is a microscope apparatus having a new structure, and is arranged on a pupil member of a condenser lens and a pupil surface of an objective lens, and includes a phase film having a different phase and a phase boundary portion of the phase film. It has a modulator having a dimming part straddling. Then, by positioning the aperture opening of the aperture member so as not to protrude from the light reduction portion of the modulator, it is possible to observe with an increased contrast. Hereinafter, this microscope is referred to as a differential phase contrast microscope.
この顕微鏡装置は、顕微鏡本体11、透過照明部13、落射蛍光照明部15を有している。この顕微鏡装置では、透過照明部13の照明による微分位相差観察と落射蛍光照明部15の照明による蛍光観察との同時観察が可能とされ、微分位相差観察像を背景とした蛍光観察が可能とされている。
This microscope apparatus includes a microscope main body 11, a transmission illumination unit 13, and an
顕微鏡本体11の本体部17の上方には、試料Sを載置するステージ19が配置されている。ステージ19の下方には、複数の対物レンズ21が配置されている。複数の対物レンズ21は、レボルバ23により回転可能に支持されている。レボルバ23を回転することにより対物レンズ21を切り換えることができる。本体部17には、レボルバ23を介して対物レンズ21を上下動する上下ハンドル25が配置されている。上下ハンドル25の操作によりピント合わせを行うことができる。本体部17には、テレビカメラが取り付け可能な取付ポート26が設けられている。
A
本体部17から上方に突出して双眼部27が配置されている。双眼部27を両目で覗くことで肉眼観察を行うことができる。双眼部27には、テレビカメラが取り付け可能な取付ポート28が設けられている。取付ポート28の下側には、外部瞳利用部30が設けられている。
A
透過照明部13は、ステージ19の上方に配置されている。透過照明部13は、支持部材29を介して顕微鏡本体11に固定されている。透過照明部13には、ランプハウス31、透過光シャッタ部33、コンデンサ部34が配置されている。光学系の詳細については後述する図2に示す。
The transmitted illumination unit 13 is disposed above the
ランプハウス31内には、ハロゲンランプ、水銀ランプ等の光源が配置されている。透過光シャッタ部33は、シャッタを閉じることにより光源の光を一時的に遮断する。コンデンサ部34は、上下動ハンドル41により上下動される支持部材43に支持されている。
A light source such as a halogen lamp or a mercury lamp is disposed in the lamp house 31. The transmitted light shutter unit 33 temporarily blocks light from the light source by closing the shutter. The
コンデンサ部34には、コンデンサレンズ39が配置されている。また、後述する種々の光学素子が装着可能とされている。コンデンサレンズ39は、透過照明部13の光源からの光を試料Sに照射する。
A
落射蛍光照明部15は、ステージ19の下側側方に配置されている。落射蛍光照明部15は、ランプハウス45、落射光シャッタ部47を備えている。光学系の詳細については後述する図2に示す。ランプハウス45内には、水銀ランプ、キセノンランプ等の光源が配置されている。落射光シャッタ部47は、シャッタを閉じることにより光源の光を一時的に遮断する。詳細は後述する。
The incident-light
図2は、図1に示した微分位相差顕微鏡の光学系の詳細を示している。 FIG. 2 shows details of the optical system of the differential phase contrast microscope shown in FIG.
透過照明部13には、光源51、コレクタレンズ52、シャッタ53、リレーレンズ54、フィルタ55、リレーレンズ56、視野絞り57、ミラー58、フィールドレンズ59、スリット状開口絞り61、コンデンサレンズ39が、光源51側から順に配置されている。コレクタレンズ52は光源51からの光を集光する。フィルタ55には、光量を制限するNDフィルタ、色温度を制御するNCBフィルタ、波長を制限する干渉フィルタ等のフィルタが使用される。これ等のフィルタは、必要に応じて変更可能とされている。視野絞り57は、試料Sの照明範囲を制限する。コンデンサレンズ39の瞳位置にスリット状開口絞り61が配置されている。試料Sの下方には、対物レンズ21が配置されている。
The transmitted illumination unit 13 includes a light source 51, a collector lens 52, a
落射蛍光照明部15には、光源65、コレクタレンズ66、シャッタ67、リレーレンズ68、開口絞り69、リレーレンズ70、視野絞り71、フィールドレンズ72、蛍光用フィルタカセット75が、光源65側から順に配置されている。
The incident-light
蛍光用フィルタカセット75は、励起フィルタ76、ダイクロイックミラー77、バリアフィルタ78を有している。励起フィルタ76は、光源65の光から試料Sの照明に利用する波長を選択する。ダイクロイックミラー77は、励起フィルタ76で選択された波長の光を試料Sの方向に反射する。ダイクロイックミラー77は、試料S中の蛍光物質が発した蛍光を像側に透過する性質を有している。バリアフィルタ78は、蛍光の波長の光のみを双眼部27に導く。
The
蛍光用フィルタカセット75のダイクロイックミラー77の像側には、第2の対物レンズ80、ビームスプリッタ81、リレーレンズ82、ミラー83、第2のリレーレンズ84、モジュレータ85、ミラー86、結像レンズ87、ミラー88、接眼レンズ89、第2の結像レンズ90が配置されている。モジュレータ85は、双眼部27の外部瞳利用部30に配置されている。そして、第2のリレーレンズ84により形成される対物レンズ21の瞳の共役面に位置されている。
On the image side of the
第2の対物レンズ80は対物レンズ21からの光を結像する。第2の対物レンズ80からの光は、ビームスプリッタ81で反射され、リレーレンズ82、ミラー83、第2のリレーレンズ84、モジュレータ85、結像レンズ87、ミラー88、接眼レンズ89を介して肉眼Iに導かれ肉眼観察が行われる。この時には、ミラー86は光路外に位置されている。
The second
一方、テレビカメラによる撮像は、第2の対物レンズ80による直接像の位置に配置される結像部91により行われる。なお、結像部91の位置は、図2では本体部17の底面の下となる。しかしながら、ビームスプリッタ81の下にミラーを配置することで水平方向の取付ポート26に導くことが可能になる。また、ビームスプリッタ81の分割比は、ビームスプリッタ81の反射/透過膜の特性を変えることで、各方向に50%、あるいは、80:20、70:30等と設定することができる。
On the other hand, the imaging by the television camera is performed by the imaging unit 91 arranged at the position of the direct image by the second
また、テレビカメラによる撮像は、ミラー86、第2の結像レンズ90により形成される結像部92により行われる。結像部92は、取付ポート28に位置している。ミラー86は全反射ミラーとされ、光路に挿脱可能とされている。なお、ミラー86の替わりにダイクロイックミラーを設け波長分割しても良く、また、光量の分割比を変えたミラーを配置しても良い。
In addition, imaging by the television camera is performed by an imaging unit 92 formed by the mirror 86 and the
図3は、上述したスリット状開口絞り61の詳細を示している。スリット状開口絞り61には、矩形をしたスリット状の絞り開口61aが形成されている。
FIG. 3 shows details of the slit-shaped
図4は、上述したモジュレータ85の詳細を示している。モジュレータ85は、本体部85a、第1の位相膜85b、第2の位相膜85c、減光膜85dを有している。本体部85aは円形状をしている。本体部85aの上面の片側には半円状の第1の位相膜85bが形成され、他側には第2の位相膜85cが形成されている。第1の位相膜85bと第2の位相膜85cの肉厚は異なっている。従って、第1の位相膜85bと第2の位相膜85cを通過する光には、波長に対応した位相差が生じる。第1の位相膜85bと第2の位相膜85cは本体部85aの中央で隣接しており、この隣接部が位相境界部85eとされている。位相境界部85eを跨いで減光膜85dが配置され減光部85fとされている。減光膜85dは、スリット状開口絞り61の絞り開口61aに対応したスリット状の形状をしている。なお、減光膜85dのない状態のモジュレータ85は、ヒルベルトのモジュレータ85と呼ばれている。
FIG. 4 shows details of the
上述した微分位相差顕微鏡では、図5の(a)および(b)に示すように、スリット状開口絞り61の絞り開口61aの投影像61bをモジュレータ85の減光膜85dからはみ出さないように位置させることで、第1の位相膜85bと第2の位相膜85cとの方向に影が付いたように見え、コントラストのある立体感のある像を観察することができる。そして、通常、光学系の結像誤差を吸収するため、減光膜85dの大きさが、絞り開口61aの投影像61bより5〜10%大きく形成されている。なお、これ以上の大きさの差がある場合には、コントラストが低下するが、位置合わせの許容量が増大することになる。そして、図5の(a)に示すように、絞り開口61aの投影像61bが減光膜85dに最も一致した位置が最大のコントラストになる。そして、その位置から、図5の(b)に示すように、絞り開口61aの投影像61bの位置をずらすと、コントラストを淡い方向に変化させることができる。従って、絞り開口61aと減光膜85dの位置関係を調整することにより、観察者の望む最適なコントラストを得ることができる。なお、図5の(c)に示すように、絞り開口61aの投影像61bがモジュレータ85の減光膜85dからはみ出すと試料を観察することが困難になる。
In the differential phase contrast microscope described above, as shown in FIGS. 5A and 5B, the projection image 61 b of the aperture opening 61 a of the slit-shaped
図6は、コンデンサ部34の詳細を示している。コンデンサ部34には、スリット状開口絞り61が配置されている。スリット状開口絞り61は、モジュレータ85の減光膜85dに対して位置調整可能とされている。
FIG. 6 shows details of the
コンデンサ部34は、透過照明部13の支持部材43に支持されている。コンデンサ部34は、支持環101、スライダ103、鏡筒105、コンデンサレンズ39を有している。支持環101は、支持部材43に回転と芯だし調整可能に支持されている。鏡筒105には、スライダ103およびコンデンサレンズ39が配置されている。
The
スライダ103には、図7に示すように、スリット状開口絞り61、幅の異なるスリット状開口絞り107、円形絞り109等が配置されている。スライダ103には、必要に応じて他の光学素子が配置される。スリット状開口絞り61は、モジュレータ85と同様に、対物レンズ21の倍率、開口数に応じて複数用意され、対物レンズ21に応じて交換可能とされている。
As shown in FIG. 7, the
スライダ103は、図7の矢符A方向にスライド可能とされている。そして、スリット状開口絞り61等の光学素子を光軸上に位置決め可能とされている。また、スリット状開口絞り61を、絞り開口61aの長手方向に直角な方向に位置調整可能とされている。スライダ103には、スライダ103をスライドする摘み部材111が配置されている。また、スライダ103の移動方向に間隔を置いてクリック溝103aが形成されている。
The
図8および図9は、支持環101を回転、芯だし調整する機構を示している。支持部材43には、2本の微調整ねじ113と、押圧機構115が配置され、支持環101のテーパ部101aが支持されている。押圧機構115は、先端が半球形状をした押圧部117と、押圧部117を常に中心方向に押すコイルバネ119と、コイルバネ119の抜け止め121を有している。なお、押圧機構115を単なる微調整ねじ113にしても良い。微調整ねじ113を微調整することにより支持環101を芯だしすることができる。また、支持環101は、微調整ねじ113と押圧機構115の3点の接触部を滑らせるようにして回転可能とされている。
8 and 9 show a mechanism for rotating and centering the
図10は、スライダ103を位置決めする機構を示している。鏡筒105には、図10の(a)に示すように、回転摘み123が配置されている。回転摘み123は、回転部125、軸部127、摘み部129を有している。回転部125には、押圧機構131が配置されている。押圧機構131は、回転摘み123から偏心した位置に配置されている。押圧機構131は、先端が半球形状をした押圧部117と、押圧部117を常に中心方向に押すコイルバネ119と、コイルバネ119の抜け止め121を有している。
FIG. 10 shows a mechanism for positioning the
スライダ103をスライドしてスライダ103のクリック溝103aが、押圧機構131の位置に移動すると押圧部117がクリック溝103aに入り込み、スライダ103がコイルバネ119の圧力で支持される。また、コイルバネ119の圧力を超える力でスライダ103をスライドさせ、押圧機構131をクリック溝103aから外して更にスライドすることができる。
When the
また、回転摘み123を回転すると、回転部125には軸部127から偏心した位置に押圧機構131が設けられているため、スライダ103のクリック溝103aの位置を移動して、スライダ103の位置を微動調整することができる。移動の範囲は、図10の(c)に示すように、回転部125の一部が鏡筒105に形成される凹部105aの側面105bに当たるまでの距離Lとなる。摘み部129と鏡筒105との間に摩擦部材133が配置されている。この摩擦部材133により、回転部125が自由に回転し、かつ、任意の位置から動かないように支持される。摩擦部材133は、板ばね、樹脂板等により構成される。
Further, when the rotary knob 123 is rotated, the pressing mechanism 131 is provided at a position eccentric from the
上述した微分位相差顕微鏡では、コンデンサレンズ39の瞳位置に配置されるスリット状開口絞り61を、絞り開口61aの長手方向と直角方向に移動可能に構成したので、観察者が像を観察しながらスリット状開口絞り61を移動調整することで、観察者の望む最適なコントラストを得ることができる。
In the differential phase contrast microscope described above, the slit-shaped
そして、上述した微分位相差顕微鏡では、透過照明部13からの照明光を試料Sに照射して透過させ、同時に落射蛍光照明部15からの照明光を試料Sに照射して反射させることにより、透過照明部13からの照明光による微分位相差観察と落射蛍光照明部15からの照明光による蛍光観察を同時に行うことができる。そして、これにより微分位相差観察像を背景とした蛍光観察を容易に行うことができる。
In the differential phase contrast microscope described above, the illumination light from the transmission illumination unit 13 is irradiated and transmitted to the sample S, and at the same time, the illumination light from the
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。
(Supplementary items of the embodiment)
As mentioned above, although this invention was demonstrated by embodiment mentioned above, the technical scope of this invention is not limited to embodiment mentioned above, For example, the following forms may be sufficient.
(1)上述した実施形態では、絞り部材にスリット状開口絞り61を用いた例について説明したが、例えば、円形の穴の形成される円形絞りを用いても良い。なお、この場合には、円形の穴に対応した形状の減光膜を有するモジュレータが使用される。
(1) In the above-described embodiment, the example in which the slit-shaped
(2)上述した実施形態では、双眼部27に外部瞳利用部30を形成した例について説明したが、対物レンズ21の瞳をリレーし共役面とした位置であれば良い。例えば、取付ポート26にリレー光学系を設けても良い。また、落射蛍光照明部15の替わりに結像光学系を設けその内部に設けても良い。
(2) In the above-described embodiment, the example in which the external
(3)上述した実施形態では、スリット状開口絞り61側を移動してコントラストの調整を行った例について説明したが、モジュレータ85側を移動してコントラストの調整を行っても良い。
(3) In the above-described embodiment, the example in which the contrast is adjusted by moving the slit-shaped
(4)上述した実施形態では、スリット状開口絞り61の絞り開口61aの幅を固定した例について説明したが、絞り開口61aの幅を可変にしても良い。
(4) In the above-described embodiment, the example in which the width of the diaphragm aperture 61a of the slit-shaped
(5)上述した実施形態では、コンデンサ部34のスライダ103にスリット状開口絞り61を配置した例について説明したが、コンデンサ部34にターレットを設け、このターレットにスリット状開口絞り61を位置調整可能に設けても良い。
(5) In the above-described embodiment, the example in which the slit-shaped
13…透過照明部、15…落射蛍光照明部、21…対物レンズ、39…コンデンサレンズ、51…光源、61…スリット状開口絞り、61a…絞り開口、85…モジュレータ、85b…第1の位相膜、85c…第2の位相膜、85d…減光膜、85e…位相境界部、85f…減光部、103…スライダ、S…試料。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Transmission illumination part, 15 ... Epifluorescence illumination part, 21 ... Objective lens, 39 ... Condenser lens, 51 ... Light source, 61 ... Slit-shaped aperture stop, 61a ... Diaphragm aperture, 85 ... Modulator, 85b ... 1st phase film 85c, second phase film, 85d, dimming film, 85e, phase boundary, 85f, dimming section, 103, slider, S, sample.
Claims (5)
前記コンデンサレンズの瞳位置に配置される絞り部材と、
対物レンズの瞳面と共役な位置に配置され、位相の異なる位相膜と前記位相膜の位相境界部を跨ぐ減光部とを有するモジュレータと、
前記絞り部材と前記モジュレータとを相対的に移動するコントラスト調整用の移動手段と、
を有することを特徴とする顕微鏡装置。 A condenser lens that irradiates the sample with light from a light source for transmitted illumination;
A diaphragm member disposed at the pupil position of the condenser lens;
A modulator that is disposed at a position conjugate with the pupil plane of the objective lens, and that includes a phase film having a different phase and a dimming unit straddling a phase boundary of the phase film;
Moving means for adjusting contrast for relatively moving the diaphragm member and the modulator;
A microscope apparatus characterized by comprising:
前記モジュレータの前記位相境界部は、前記位相の異なる位相膜の隣接部であり、前記減光部は、前記位相膜の前記隣接部を跨いで配置される減光膜であることを特徴とする顕微鏡装置。 The microscope apparatus according to claim 1, wherein
The phase boundary part of the modulator is an adjacent part of the phase film having a different phase, and the light reducing part is a light reducing film disposed across the adjacent part of the phase film. Microscope device.
前記絞り部材は、スリット状開口部を有し、前記モジュレータの前記減光部は、前記スリット状開口部に対応する形状をしていることを特徴とする顕微鏡装置。 The microscope apparatus according to claim 1 or 2,
The said diaphragm member has a slit-shaped opening part, The said light reduction part of the said modulator has the shape corresponding to the said slit-shaped opening part, The microscope apparatus characterized by the above-mentioned.
前記移動手段は、前記絞り部材のスリット状開口部が長手方向と直角方向に移動するように前記絞り部材を移動可能とされていることを特徴とする顕微鏡装置。 The microscope apparatus according to claim 3, wherein
The microscope apparatus according to claim 1, wherein the moving means is configured to move the diaphragm member so that a slit-like opening of the diaphragm member moves in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
前記移動手段は、前記スリット状開口部が前記減光部からはみ出さない範囲内で前記絞り部材を移動可能とされていることを特徴とする顕微鏡装置。
The microscope apparatus according to claim 4, wherein
The microscope apparatus according to claim 1, wherein the moving means is configured to move the diaphragm member within a range in which the slit-shaped opening does not protrude from the dimming portion.
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