JP4545492B2 - 光走査型顕微鏡装置 - Google Patents

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Description

この発明は、光走査型顕微鏡装置に関するものである。
被検体を拡大観察する光走査型顕微鏡装置としては、従来、特許文献1および特許文献2に示される構造のものがあった。これらの特許文献1,2に示される光走査型顕微鏡装置は、被検体に対する焦点位置を迅速に観察対象部位に一致させるために、対物レンズにレンズ駆動機構を設けたものである。
特開2003−172878号公報([0042]、図2等) 特開2001−356256号公報([0020].図2等)
しかしながら、従来の光走査型顕微鏡装置は、被検体に対し所定の間隔を空けて対物レンズを配置して観察を行うものであり、ラットやマウス等の実験小動物の各種臓器を生きたままの状態(in vivo)で観察することについては想定していない。すなわち、実験小動物等の被検体を生きたまま観察する場合には、その脈動による画像のブレを防止するために、対物レンズの先端を被検体に押し付けて観察を行うことが有効であるが、従来の光走査型顕微鏡装置においては、対物レンズに設けたレンズ駆動機構により、観察対象部位に焦点を合わせるために対物レンズの先端面を移動させる構造になっている。このため、従来の光走査型顕微鏡装置は、対物レンズの先端面を生体に接触させて観察を行うことができず、他の方法を講じなければ、脈動により画像がブレて鮮明な画像を得ることができないという不都合がある。
また、実験小動物等の内部組織の状態を拡大して観察する際には、実験小動物の外部の状態をも並行して観察することが必要となる場合もあり、この場合には、光走査型顕微鏡装置と、それよりも低倍率で広い範囲を観察可能な実体顕微鏡装置とを組み合わせて観察を行うことが考えられる。したがって、光走査型顕微鏡装置は、実体顕微鏡装置の視野をできるだけ遮らないように構成することが必要である。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、実験小動物を始めとする哺乳類の細胞、筋肉等の生体組織、あるいは、心臓、肝臓等の各種臓器を生きたままの状態で観察するにあたり、脈動によるブレを抑えた鮮明な画像を得ることができるとともに、実体顕微鏡装置の視野をできるだけ遮らないように小型化することが可能な光走査型顕微鏡装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、光源と、該光源からの光を伝達する光伝達部材と、該光伝達部材によって伝達された光を平行光にするコリメート光学系と、コリメート光学系から発せられた平行光を被検体において走査させる光走査部と、該光走査部によって走査された光を被検体に集光させる集光光学系と、該集光光学系と前記光走査部との間に配置される瞳投影光学系と、被検体から集光光学系、瞳投影光学系、光走査部、コリメート光学系および光伝達部材を介して戻る戻り光を検出する光検出器と、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系を光軸方向に沿って変位させるアクチュエータと、該アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、光伝達部材から発せられた光をその光軸に交差する方向に偏向する偏向手段とを備え、前記アクチュエータが、前記偏向手段による偏向前後の光軸を含む平面に沿う空間に配置されている光走査型顕微鏡装置を提供する。
本発明によれば、光源から発せられた光が光伝達部材を介して伝達されコリメート光学系により平行光にされる。コリメート光学系からの平行光は、光走査部により走査され瞳投影光学系および集光光学系を介して被検体に照射される。被検体からの戻り光は、集光光学系、瞳投影光学系、光走査部、コリメート光学系および光伝達部材を介して同じ経路を戻り、光検出器により検出される。
光伝達部材から発せられた光は偏向手段により交差する方向に偏向される。したがって、被検体に向かう集光光学系の光軸方向に対して横方向から光を導くことができる。その結果、コリメート光学系から集光光学系までの光学系の被検体からの高さ寸法が抑えられ、その上方に配されることとなる実体顕微鏡の邪魔にならないようにすることができる。
そして、これら光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系のいずれかを変位させるアクチュエータが、偏向手段による偏向前後の光軸を含む平面に沿う空間に配置されているので、アクチュエータを横方向に張り出させることなく、被検体への投影面積を小さく抑えて、実体顕微鏡の障害にならないようにすることができる。
また、制御装置の作動により、アクチュエータが作動させられ、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系のいずれかがそれらの光軸方向に沿って変位させられることにより、集光光学系の先端位置を固定したまま、焦点位置を変更することができる。すなわち、集光光学系の先端を実験小動物等の被検体に押し付けた状態で観察することができる。その結果、被検体の脈動による画像のブレを防止して、鮮明な画像を得ることができる。
本発明によれば、集光光学系の光照射端面を変位させることなく、焦点位置を調節できるので、集光光学系の光照射端面を被検体に押し付けた状態で焦点位置を調節しながら観察を行うことができる。この場合において、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系を光軸方向に沿って変位させるアクチュエータを偏向前後の光軸を含む平面に沿って配置することにより、アクチュエータが幅方向に突出することを防止して被検体への投影面積を小さくし、集光光学系を挟んで被検体とは反対側から被検体を観察する、例えば、実体顕微鏡観察の邪魔にならないようにすることができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る光走査型顕微鏡観察装置について、図1から図3を参照して、以下に説明する。
本実施形態に係る光走査型顕微鏡装置1は、図1に示される顕微鏡観察システム2において使用される。この顕微鏡観察システム2は、図1に示されるように、実験小動物等の被検体Aを載置するステージ3と、該ステージ3の上方に配置される本実施形態に係る光走査型顕微鏡観察装置1と、さらにその上方とに配置される実体顕微鏡観察装置4とを備えている。
実体顕微鏡観察装置4は、ステージ3を備えるベース5から立ち上がる支柱6に、上下方向に移動可能に設けられ、被検体Aを比較的小さな倍率で観察するための接眼部7およびCCDカメラ8を備えている。CCDカメラ8は、ケーブル9によって第1のモニタ10に接続され、撮像された画像を第1のモニタ10において観察することができるようになっている。
本実施形態に係る光走査型顕微鏡観察装置1は、図1に示されるように、顕微鏡観察装置本体11とこれに接続される光源12、光検出器13、制御装置14および第2のモニタ15を備えている。
顕微鏡観察装置本体11も、ベース5から立ち上がる支柱16に上下方向に移動可能および任意の角度方向に傾斜可能に設けられている。顕微鏡観察装置本体11と光源12とは光ファイバ(光伝達部材)17により接続されている。また、顕微鏡観察装置本体11と制御装置14、光検出器13と制御装置14とはそれぞれケーブル18,19によって接続されている。第2のモニタ15には、制御装置14内において画像処理を加えられた画像が表示されるようになっている。
前記顕微鏡観察装置本体11は、図2に示されるように、光ファイバ17の一端に取り付けられる筐体20と、該筐体20に取り付けられる対物レンズユニット(集光光学系)21とを備えている。光ファイバ17はシース22によって被覆されている。シース22の先端開口部と筐体20とは水密シール23によって密封状態に接続されている。また、シース22内には、顕微鏡観察装置本体11内の各機器、例えば、後述するガルバノミラーユニット、ステッピングモータ、識別符号読み取り器等と制御装置14とを接続するケーブル18が配線されている。
筐体20はカバー部材24とその内部に固定配置される基準部材25とから構成されている。基準部材25は、後述する種々の部材を固定し、あるいは摺動可能に支持するベースとして機能している。
基準部材25は、略直方体ブロック状の部材であって、その長手方向に貫通する第1の貫通孔26と該第1の貫通孔26に直交する第2の貫通孔27とを備えている。第1の貫通孔26の一端開口には、光ファイバ17の先端を取り付けるフェルール28がブラケット29によって固定されている。フェルール28は先端面を斜めにカットすることにより、光ファイバ17の出射端面を、長さ方向に対して斜めに形成し、該出射端面における光ファイバ17内の反射光が後述する光検出器13に戻ることを防止するように構成されている。
基準部材25の第1の貫通孔26内には、コリメートレンズユニット30が、該第1の貫通孔26の長さ方向に沿って移動可能に支持されている。コリメートレンズユニット30は、1枚以上のコリメートレンズ31をレンズ枠32内に収容している。
また、基準部材25には前記第1の貫通孔26に平行に設けられた穴33内に第1の貫通孔26に平行に延びるリードネジ34と、該リードネジ34を長手軸線回りに回転させるステッピングモータ35と、リードネジ34に螺合され、リードネジ34の回転によって第1の貫通孔26に沿う方向に直線移動させられるナット36とからなるアクチュエータ37が収容されている。
なお、ステッピングモータの代わりにエンコーダ付DCモータ等の他の駆動手段を用いてもよい。
この穴33と第1の貫通孔26とは連通部38によって相互に連絡しており、前記ナット36と前記レンズ枠32とは、球面軸受39からなる接続部によって接続されている。すなわち、レンズ枠32とナット36とは、球面軸受39によって、第1の貫通孔26の長手方向に直交する軸線回りに回転自由度を有して接続されている。すなわち、第1の貫通孔26とリードネジ34との間にブレが生じても、第1の貫通孔26とレンズ枠32に過大な内力が作用しないような構造になっている。基準部材25に、第1の貫通孔26の長手方向に沿って設けられた溝(図示略)により、球面軸受39の回り止めが構成されている。
第1の貫通孔26内には、前記レンズ枠32の移動範囲の両端に、該レンズ枠32を検出する動作範囲検出器40が備えられている。また、リードネジ34が収容されている穴33内には、ナット36の移動範囲の両端に、該ナット36を検出する動作範囲検出器41が設けられている。これら動作範囲検出器40,41はいずれか一方であってもよい。
また、第1の貫通孔26の一端には、前記レンズ枠32の端面を突き当てる突き当て面42が設けられている。ステッピングモータ35の作動によってリードネジ34を一方向に回転させ続け、レンズ枠32の端面を突き当て面42に突き当てた状態から、さらに回転させることによって、ステッピングモータ35が脱調させられるので、その後所定回転角度だけ戻す方向にリードネジ34を回転させることによって、原点位置を正確に再現することができるようになっている。
また、前記フェルール28を基準部材25に取り付けるブラケット29には、フェルール28とコリメートレンズユニット30とを隔絶し、かつ、光の通過を許容する透明ガラス43が配置されている。コリメートレンズユニット30第1の貫通孔26内を摺動することにより、塵埃が発生することが考えられるが、発生した塵埃がフェルール28に付着しないようにするためである。
本実施形態においては、コリメートレンズユニット30を第1の貫通孔26の長さ方向に沿って直線移動させるアクチュエータ37が、第1の貫通孔26の中心軸と第2の貫通孔27の中心軸とを含む平面に沿って配置されている。すなわち、対物レンズユニット21の上方に筐体20を配したときにリードネジ34、ナット36およびステッピングモータ35が第1の貫通孔26の下側に配置され、横方向に突出しないようになっている。その結果、筐体20の幅寸法を小さく抑えることができ、上方から被検体Aへの投影面積を小さくして、その上方に配置されている実体顕微鏡観察装置4の視界を遮らないようになっている。
また、基準部材25は、第1の貫通孔26と第2の貫通孔27との交点近傍においてこれら貫通孔26,27の軸線に対して45°の角度をなす傾斜面25aが形成されている。そして、この傾斜面25aに、これら貫通孔26,27を塞ぐように、2次元走査可能なガルバノミラーユニット(光走査部、偏向手段)44が固定されている。これにより、第1の貫通孔26内を通過してきたレーザ光は、ガルバノミラーユニット44によってほぼ90°偏向させられて第2の貫通孔27内に導かれるようになっている。
なお、ガルバノミラーユニットの代わりにピエゾ素子、ポリゴンミラー等によって駆動する走査手段を用いてもよい。
また、第2の貫通孔27の一端開口には、瞳投影レンズ45aを有する瞳投影レンズユニット45がブラケット46によって固定されている。瞳投影レンズユニット45は、ガルバノミラーユニット44によって偏向されたレーザ光を、一端中間像位置Bに結像させるようになっている。これにより、レーザ光は軸外光の発散が防止されるとともに、光束径を小さくして、細長い対物レンズユニット21の内部を通過させられるようになっている。
また、瞳投影レンズユニット45のブラケット46の外周面には、全周にわたって周溝46aが形成されており、該周溝46a内にはOリング47が配置されている。
前記対物レンズユニット21は、前記瞳投影レンズユニット45のブラケット46外面に嵌合される略円筒状のレンズ枠48を備え、その内部に、1枚以上の対物レンズ49を収容している。対物レンズ49は、瞳投影レンズユニット45によって結像された中間像を、被検体Aにおいて再結像させるように構成されている。
レンズ枠48と前記ブラケット46との間は、前記Oリング47によって水密状態に密封されている。また、レンズ枠48と、前記筐体20のカバー部材24との間も水密シール50によって密封されている。
前記レンズ枠48の前記ブラケット46に嵌合する側の端面には、その一部を切り欠いて形成された識別符号部51が設けられている。この識別符号部51は、対物レンズユニット21が複数ある場合に、各対物レンズユニット21に固有の形状を有している。対物レンズユニット21がブラケット46に嵌合した状態で、前記識別符号部51に対向する位置の基準部材25には、この識別符号部51を読み取る識別符号検出器52が配置されている。
なお、筐体20内に図示しない着脱センサを備え、対物レンズユニット21の着脱状態を検出することにしてもよい。
また、このようにガルバノミラーユニット44により光を偏向することにより、対物レンズユニット21を鉛直方向に配置したときに、第1の貫通孔26はほぼ水平方向に配置され、したがって、対物レンズユニット21先端から筐体20の上端までの距離を抑えることができる。その結果、筐体20の上方に配置されている実体顕微鏡観察装置4から被検体Aまでの距離を短くすることができる。
なお、図中符号53は、顕微鏡観察装置本体11を支柱16から延びるアーム54に固定するための取付部であり、この取付部53も基準部材25に固定され、カバー部材24との間を水密シール55によって密封されている。
前記光源12は、例えば、複数の波長の励起光を選択的に出射可能なレーザ光源である。光源12の波長を選択する選択手段は、制御装置14内に含まれている。前記光検出器13は、例えば光電子増倍管(PMT:Photomultiplier Tube)であり、光源12内のダイクロイックミラー56によって戻り光から分離された蛍光を検出して、画像信号として制御装置14に入力するように構成されている。
前記制御装置14は、図3に示されるように、光源12に対し、出射する光の波長を変更する指示を出力するようになっている。また、顕微鏡観察装置本体11のステッピングモータ35に作動指令を出力し、ガルバノミラーユニット44に偏向角度指令を出力する制御部57を備えている。また、顕微鏡観察装置本体11からは、動作範囲検出器40,41および識別符号検出器52からの出力信号が入力されるようになっている。さらに、光検出器13からは、撮像された画像情報が入力されるようになっている。
制御装置14には、例えば、キーボードやマウス、ジョイスティック等の入力手段58が接続されており、取得したい画像の画像情報、例えば画像の倍率、画像の深さ位置、画像の視野範囲あるいはフレームレートを入力できるようになっている。そして、制御装置14は、入力された画像情報に基づいて前記アクチュエータ37への移動指令を演算するようになっている。
さらに、制御装置14内には、データベース59が備えられている。データベース59には、使用される全ての対物レンズユニット21の識別符号部51により示される識別符号と、当該対物レンズユニット21に固有の情報、例えば、対物レンズユニット21の公称の倍率、固有の倍率、倍率の誤差、光の波長と倍率との関係を示す倍率特性関数、光の波長と収差との関係を収差の種類ごとに示す収差特性関数および対物レンズユニット21のシリアル番号等とが対応づけて記憶されている。
光の波長と収差との関係を収差の種類ごとに示す収差特性関数としては、対物レンズユニット21の収差特性の波長ごとの情報である。例えば、ディストーションに関しては、対物レンズユニットごとに「糸巻型」や「たる型」等の種類があるので、個々の対物レンズユニット21にはディストーションの種類とその補正値の情報を固有情報としてデータベース59に持たせている。その補正値は、波長ごとに可変に設定されている。
識別符号検出器52により読み取られた対物レンズユニット21の識別符号に基づいて、対応する各種固有情報を読み出し、前記画像情報とともにアクチュエータ37への移動指令を演算するために使用することができるようになっている。
また、制御装置14には、読み出した収差特性関数に基づいて、光検出器13により得られた画像信号を補正する機能が備えられている。補正された補正画像信号は第2のモニタ15に出力されるようになっている。
このように構成された本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置1の作用について以下に説明する。
上述した顕微鏡観察システム2によって被検体Aを観察するには、まず、マウスやラット、を初めとする実験小動物等の被検体Aをステージ3に固定し、その上方に配置した実体顕微鏡観察装置4を用いて観察対象部位の画像を第1のモニタ10に表示しながら、表皮を切開し、内部組織を露出させる。このとき、走査型顕微鏡観察装置1の顕微鏡観察装置本体11は実体顕微鏡観察装置4の視野内から待避した位置に配置されている。
また、走査型顕微鏡観察装置1においては、所望の観察倍率を達成するのに適した対物レンズユニット21を筐体20に取り付けておく。対物レンズユニット21と筐体20とは、Oリング47および水密シール50により、水分が内部に入らないように密封される。また、対物レンズユニット21を筐体20に取り付けると、対物レンズユニット21に設けられた識別符号部51により示される識別符号が識別符号検出器52により読み取られて、制御装置14に送られる。制御装置14においては、送られてきた識別符号をキーとしてデータベース59を検索し、その対物レンズユニット21に固有の情報が読み出される。
そして、準備ができた時点で、走査型顕微鏡観察装置1の顕微鏡観察装置本体11を実体顕微鏡観察装置4と被検体Aとの間に挿入する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置1によれば、コリメートレンズユニット30を変位させるアクチュエータ37が第1の貫通孔26と第2の貫通孔27とを含む平面に沿って配置され、その幅寸法が十分に小さく設定されているので、実体顕微鏡観察装置4の視野をさほど遮ることがなく、実体顕微鏡観察装置4による観察対象部位の観察を継続しながら、走査型顕微鏡観察装置1により高倍率の観察を行うことができる。
また、光を導く第1の貫通孔26と第2の貫通孔27とがガルバノミラーユニット44により相互に90°の角度をなして配置されているので、第2の貫通孔27およびそれに続く対物レンズユニット21を鉛直方向に配したときに、第1の貫通孔26を略水平に配置することができる。したがって、被検体Aに照射するレーザ光を真上から導くことなく横から導くことができるので、高さ方向の寸法を低減できる。そして、それによって、実体顕微鏡観察装置4と被検体Aとの距離を近づけることが可能となる。
そして、顕微鏡観察装置本体11に設けられた対物レンズユニット21の先端を露出させられた被検体Aの観察対象部位に押し付ける。これにより、被検体Aが脈動を生じても、対物レンズユニット21の先端によって観察対象部位の脈動を抑え、画像がブレることを防止することができる。
そして、この状態で制御装置14、光源12および光検出器13等を作動させ、入力手段58から入力された画像情報に基づいて制御装置14が光源12の波長指令、アクチュエータ37の作動指令、ガルバノミラーユニット44の偏向角度指令を出力する。
光源12への波長指令が光源12に送られると、光源12は図示しない波長調整手段によって、指定された波長をのレーザ光を出力するように設定される。
光源12から出射されたレーザ光は、光ファイバ17を介して顕微鏡観察装置本体11の筐体20内に伝播される。光ファイバ17の先端はフェルール28によって筐体20内の基準部材25に固定されており、その先端面から第1の貫通孔26に向けてレーザ光が出射される。光ファイバ17の先端面は斜めにカットされているので、該先端面における反射光が光ファイバ17内を戻って光検出器13により検出されることが防止される。
光ファイバ17の先端から発せられたレーザ光は、コリメートレンズユニット30を通過させられることにより平行光に変換され、ガルバノミラーユニット44に入射される。ガルバノミラーユニット44は、コリメートレンズユニット30の光軸に対して45°の角度をなして配置されているので、コリメートレンズユニット30から入射された光を90°偏向して出力するようになっている。また、ガルバノミラーユニット44は、制御装置14からの偏向角度指令に応じて、レーザ光を2次元方向に走査する。これにより、偏向されたレーザ光が瞳投影レンズユニット45および対物レンズユニット21を通過させられて被検体A照射される際に、2次元的に走査されて、入力手段58により入力された視野範囲にわたって被検体Aに照射される。
ガルバノミラーユニット44において偏向されたレーザ光は、瞳投影レンズユニット45によって中間像を結像した後、対物レンズユニット21によって被検体Aに再結像させられる。レーザ光が被検体Aに照射されると、被検体Aにおいて蛍光が発せられ、発せられた蛍光は、対物レンズユニット21、瞳投影レンズユニット45、ガルバノミラーユニット44、コリメートレンズユニット30、光ファイバ17を介して同一光路を戻り、ダイクロイックミラー56によってレーザ光から分離されて光検出器13により検出される。
アクチュエータ37の作動指令がステッピングモータ35に送られると、指令された回転角度だけリードネジ34を回転させることにより、ナット36を第1の貫通孔26に沿う方向に移動させる。ナット36が移動させられると、該ナット36に接続されているレンズ枠32が変位させられることになり、レンズ枠32とともに内部のコリメートレンズ31が変位させられることによって、対物レンズユニット21先端におけるレーザ光の焦点位置が調節されることになる。
また、走査型顕微鏡観察装置1による観察倍率を変更する場合には、入力手段58から倍率を入力する。制御装置14においては、入力された倍率を達成するためのアクチュエータ37の移動量が改めて演算され、ステッピングモータ35に作動指令が送られる。これにより、コリメートレンズユニット30が光軸方向に沿って変位させられ、対物レンズユニット21先端におけるレーザ光の焦点位置が変更されることになる。
この場合において、本実施形態の走査型顕微鏡観察装置1によれば、アクチュエータ37の作動指令の演算には、前記データベース59から読み出した対物レンズユニット21の固有情報が利用される。すなわち、対物レンズユニット21の倍率は、該対物レンズユニット21を構成する各レンズ49等の光学部品の個体差により、公称の倍率からずれており、その情報がデータベース59から読み出されることにより、アクチュエータ37の作動指令の生成に反映される。これにより、対物レンズユニット21を交換しても、常に、対物レンズユニット21の個体差を反映した作動指令を生成することができ、指定された倍率を精度よく達成することができる。
また、焦点位置の設定および変更に際して、対物レンズユニット21先端を変位させることなく、筐体20内のコリメートレンズユニット30を変位させるだけで済むので、被検体Aの脈動を抑えたまま、継続的に観察を行うことができる。したがって、ブレのない鮮明な画像を得ることができる。
また、コリメートレンズユニット30を変位させるアクチュエータ37のナット36がコリメートレンズユニット30のレンズ枠32に球面軸受39によって接続されているので、両者を光軸に直交する軸線回りに相対回転させることができる。その結果、レンズ枠32の筐体20への取付誤差やレンズ枠32とナット36との取付誤差が生じていても、両者を相対回転させることによってその取付誤差を吸収することができる。
なお、本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置1においては、対物レンズユニット21に設けた切欠51により、対物レンズユニット21に固有の識別符号を表示することとしたが、これに代えて、他の識別符号を採用してもよい。また、制御装置14に接続したデータベース59に代えて、対物レンズユニット21自体に、固有情報を記憶したICチップを備えることにしてもよい。
識別符号によれば、機構部品や光学部品の小型化に伴う各部品に固有の誤差を補正して、望まし画像の取得や正確な画像情報の表示を可能とすることができるという利点がある。
また、アクチュエータ37の配置は、上記実施形態に限定されるものではない。光源、光伝達部材、コリメート光学系、光走査部、集光光学系、瞳投影光学系、光検出器、アクチュエータ、制御装置を有し、小型化、細径化された集光光学系を用いた光走査型顕微鏡一般について有効である。
また、顕微鏡観察装置本体11内に備えた瞳投影レンズユニット45およびコリメートレンズユニット30の倍率、収差等の固有情報を示す識別符号(筐体内光学系識別符号)を、例えば、制御装置14に接続するコネクタ60に設け、制御装置14にその読み取り器(図示略)を設けることにしてもよい。また、制御装置14には、読み取った識別符号をキーとして、対応する固有情報を検索可能な他のデータベース(第2のデータベース)59′を備えていてもよい。
この場合、対応する固有情報としては、図4に示されるように、コリメートレンズユニット30または瞳投影レンズユニット45の移動量と倍率との関係を波長ごとに示す画像特性等が含まれている。そして、検索された固有情報に基づいて、アクチュエータ37への作動指令を演算することにすれば、瞳投影レンズユニット45およびコリメートレンズユニット30の個体差をも考慮して、入力された画像情報を精度よく達成することができる。
また、上記実施形態においては、取得したい画像情報を制御装置14に備えた図示しないキーボード等の入力装置により入力することとしたが、これに代えて、図5に示されるように、筐体20の側面に画像情報、例えば、倍率を入力するためのダイヤル61と目盛62を設けてもよい。操作者は、顕微鏡観察装置本体11を操作しながら、ダイヤル61により画像情報を設定することができ、設定が簡便である。また、顕微鏡観察装置本体11ではなく、図6に示されるように、制御装置14に接続されるコントローラ63にダイヤル61および目盛62を設けてもよい。図中符号64は設定値を表示する液晶画面である。
また、図7に示されるように、筐体20の側面に、内部のアクチュエータ37のナット36を露出させる窓部65を設けるとともに、窓部65の縁に目盛66を設けて、ナット36の位置によって、現在の倍率を表示するようにしてもよい。
また、図8に示されるように、筐体20の側面に、液晶画面64とその縁に配置される目盛66を設け、内部のコリメートレンズユニット30の位置により変化する倍率を液晶画面64に表示することにしてもよい。この場合、アクチュエータ37のナット36の位置を検出するエンコーダを内蔵し、その検出結果を液晶画面64に表示することにすればよい。
また、図9に示されるように、液晶表示に代えて、LED67の配列により、倍率表示を行うことにしてもよい。
また、対物レンズユニット21に識別符号やICチップを設けることに代えて、図14(a)、(b)に示されるように、対物レンズユニット21A,21B等を収容する保管容器110A、110B等を備え、該保管容器110A、110B等に識別符号112A,112B等を付することにしてもよい。識別符号112A,112Bには、対物レンズユニット21A,21Bの倍率、開口数、対応する波長域、観察雰囲気の情報を記憶することが可能である。このようにすることで、対物レンズユニット21A,21B等が非常に小型化されることで識別符号を付することができない場合でも、保管容器110A,110B等によれば十分な設置スペースを確保できるという利点がある。また、対物レンズユニット21A,21Bを予め生体に取り付けておく場合においても、対物レンズユニット21A,21Bとは別体の保管容器110A,110Bによって識別符号112A,112Bを読み取ることが可能となるという利点もある。
さらに、この場合に、保管容器110A,110B内には、対応する対物レンズユニット21A,21Bのみを収容可能にする保護部材111A,111Bを配置することが望ましい。図14に示す例では、対物レンズユニット21A,21Bの外径に適合する挿入孔を有する円筒状部材により保護部材111A,111Bを構成している。
次に、本発明の第2の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置70について、図10を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置1と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置70は、第1の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置1がコリメートレンズユニット30を変位させていたのに対し、光ファイバ17の一端を固定したフェルール28(光伝達部材の先端部)を光軸方向に変位させている点において第1の実施形態と相違している。。
フェルール28は第1の貫通孔26内に摺動可能に配置されている。また、ロッド71を光軸方向に出没させるプランジャ72と、該プランジャ72のロッド71に取り付けられた接続部材73とからなるアクチュエータ74が設けられ、接続部材73がフェルール28に設けた溝28aに係合されることにより、ロッド71の直線変位がフェルール28の直線変位として伝達されるようになっている。接続部材73の近傍には、その移動方向に沿って配置されたエンコーダ75が設けられ、エンコーダ75によってフェルール28の直線方向位置が検出されるようになっている。
また、第1の実施形態においては変位可能に設けられていたコリメートレンズユニット30は、筐体20の基準部材25内に固定されている。
このように構成された本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置70によれば、第1の実施形態と同様に対物レンズユニット21の先端面を被検体Aに突き当てたまま、変位させることなく、焦点位置を移動させることができる。
フェルール28は、コリメートレンズユニット30より軽く、アクチュエータ74により容易に変位させられるので、焦点位置調整が容易であるという利点がある。
次に、本発明の第3の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置80について、図11および図12を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第1、第2の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置80と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置80は、第1,第2の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置1,70が、コリメートレンズユニット30またはフェルール28を光軸方向に移動させていたのに対し、これらコリメートレンズユニット30およびフェルール28は筐体20に固定し、瞳投影レンズユニット81を光軸方向に沿って変位させるようになっている。
瞳投影レンズユニット81は、瞳投影レンズ81aを備えたレンズ枠81bを筐体20内に摺動可能に配置しその下方に配置した圧縮バネ82によって、常時上方に付勢しておく。そして、レンズ枠81bの上方には、レンズ枠81bの上面に接触配置され、水平軸心回りに回転させられることにより、その回転角度に応じてレンズ枠81bを上方から押し下げる方向に力を作用させるカム83が備えられている。カム83は、滑り軸受84によって回転自在に支持された回転体85と、該回転体85を水平軸心回りに回転させるフレキシブルシャフト86とによって、回転させられるようになっている。
フレキシブルシャフト86は、制御装置14側に設けたモータあるいはハンドル(図示略)によりその軸線回りに回転させられることにより、その回転力を回転体84、さらにはカム83に伝達するようになっている。
なお、図中符号87は、レンズ枠81bの位置を検出する測距センサである。
このように構成された本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置80によれば、第1、第2の実施形態と同様に対物レンズユニット21の先端面を被検体Aに突き当てたまま、変位させることなく、焦点位置を移動させることができる。
なお、フレキシブルシャフト86と回転体85とに代えて、モータにより直接カム83を回転させることにしてもよい。
次に、本発明の第4の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置90について、図13を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置90は、図13に示されるように、光源91および制御装置92を顕微鏡観察装置本体93内に配置した例である。
本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置90は、光源91と、光源91から発せられた光を平行光にするコリメータ94と、コリメータ94から出射された平行光を反射する固定ミラー95と、固定ミラー95により反射された光を2次元方向に走査するガルバノミラーユニット96と、瞳投影レンズ97と、対物レンズ98と、対物レンズ98を透過した光を90°偏向して被検体Aに照射する偏向手段99と、被検体Aから、偏向手段99、対物レンズ98、瞳投影レンズ97、ガルバノミラーユニット96、固定ミラー95、コリメータ94を介して戻る蛍光を分岐するビームスプリッタ100、および分岐された蛍光を検出する光検出器101とを備えている。
光源91および光検出器101には、これら光源91および光検出器101をそれぞれの光軸方向に沿って変位させる直線移動機構102,103が設けられ、これら直線移動機構102,103は制御装置92によって制御されている。制御装置92は、入力手段58により入力された画像情報に基づいて、直線移動機構102,103を作動させるが、このとき、光源91の直線移動機構102および光検出器101の直線移動機構103を、それぞれの光軸に沿う方向に同じ距離だけ移動させるように構成されている。
コリメータ94、固定ミラー95およびガルバノミラーユニット96は、顕微鏡観察装置本体93に固定される円筒状の筐体104内に配置され、瞳投影レンズ97、対物レンズ98および偏向手段99を備える円筒状のレンズユニット105が、水密シール106によって筐体104に固定されるようになっている。
図中、符号107、108は、光源91から発せられた光を絞るピンホールである。
このように構成された本実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置90によれば、光源91を光軸に沿って変位させることにより、第1〜第3の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置1,70,80と同様に、レンズユニット105の先端位置を変位させることなく焦点位置を移動させることができ、レンズユニット105の先端位置を被検体Aに押し付けたまま、焦点位置に調節を行うことができる。また、横方向から導いた光を偏向手段99によって偏向して被検体Aに照射するので、実体顕微鏡観察装置4の視界をさらに遮ることがないという効果がある。
なお、図3に示す例では、入力手段58により、取得したい画像の画像情報、例えば画像の倍率、画像の深さ位置、画像の視野範囲あるいはフレームレートを入力することとしたが、これに代えて、図3に鎖線で示すように、アクチュエータの位置を検出する位置検出器を設け、検出されたアクチュエータの位置に基づいて光検出器13により取得すべき画像の画像情報を制御装置57により算出し、対物レンズユニット21や筐体20内部光学系に固有の誤差情報に基づいて補正した後に画像情報表示手段に表示することにしてもよい。
この場合に、アクチュエータの位置検出は第1の実施形態ではステッピングモータ35の回転角度検出器、図示しないエンコーダ等の位置検出器、第2の実施形態ではエンコーダ75、第3の実施形態では距離センサ88、第4の実施形態では直線移動機構102,103に付与する図示しないエンコーダである。
[付記]
なお、これらの実施形態から以下構成の発明が導かれる。
1. 光源と、該光源からの光を伝達する光伝達部材と、該光伝達部材によって伝達された光を平行光にするコリメート光学系と、コリメート光学系から発せられた平行光を被検体において走査させる光走査部と、該光走査部によって走査された光を被検体に集光させる集光光学系と、該集光光学系と前記光走査部との間に配置される瞳投影光学系と、被検体から集光光学系、瞳投影光学系、光走査部、コリメート光学系および光伝達部材を介して戻る戻り光を検出する光検出器と、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系を光軸方向に沿って変位させるアクチュエータと、該アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、光伝達部材から発せられた光をその光軸に交差する方向に偏向する偏向手段とを備え、前記アクチュエータが、前記偏向手段による偏向前後の光軸を含む平面に沿う空間に配置されている光走査型顕微鏡装置。
本発明によれば、光源から発せられた光が光伝達部材を介して伝達されコリメート光学系により平行光にされる。コリメート光学系からの平行光は、光走査部により走査され瞳投影光学系および集光光学系を介して被検体に照射される。被検体からの戻り光は、集光光学系、瞳投影光学系、光走査部、コリメート光学系および光伝達部材を介して同じ経路を戻り、光検出器により検出される。
光伝達部材から発せられた光は偏向手段により交差する方向に偏向される。したがって、被検体に向かう集光光学系の光軸方向に対して横方向から光を導くことができる。その結果、コリメート光学系から集光光学系までの光学系の被検体からの高さ寸法が抑えられ、その上方に配されることとなる実体顕微鏡の邪魔にならないようにすることができる。
そして、これら光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系のいずれかを変位させるアクチュエータが、偏向手段による偏向前後の光軸を含む平面に沿う空間に配置されているので、アクチュエータを横方向に張り出させることなく、被検体への投影面積を小さく抑えて、実体顕微鏡の障害にならないようにすることができる。
また、制御装置の作動により、アクチュエータが作動させられ、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系のいずれかがそれらの光軸方向に沿って変位させられることにより、集光光学系の先端位置を固定したまま、焦点位置を変更することができる。すなわち、集光光学系の先端を実験小動物等の被検体に押し付けた状態で観察することができる。その結果、被検体の脈動による画像のブレを防止して、鮮明な画像を得ることができる。
2. 前記アクチュエータと、該アクチュエータにより変位させられる前記光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系との接続部が、前記偏向手段による偏向前後の光軸に直交する軸線回りに回転可能に接続されている付記項1に記載の光走査型顕微鏡装置。
この発明によれば、アクチュエータの作動により光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系が変位させられる際に、アクチュエータから接続部に力が加わる。これら光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系が小型化すると、変位を生ずる際に周囲との摩擦力によりこじられるような力が作用するが、接続部が偏向手段による偏向前後の光軸に直交する軸線回りに回転変位させられてその力を逃がすことにより、スムーズに変位させることが可能となる。
3. 前記接続部が、球面軸受により接続されている付記項2に記載の光走査型顕微鏡装置。
球面軸受によれば、上記作用を簡易な構成で達成することができる。
4. 前記偏向手段が、前記光走査部により構成されている付記項1から付記項3のいずれかに記載の光走査型顕微鏡観察装置。
偏向手段を光走査部により兼用させることにより、部品点数を削減して装置の小型化を図ることができる。
5. 前記アクチュエータが、リードネジと、該リードネジをその軸線回りに回転駆動する駆動手段と、リードネジに螺合され前記接続部を有するナットとを備える付記項1から付記項4のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
駆動手段の作動により、リードネジがその軸線回りに回転させられ、リードネジに螺合されているナットが、リードネジの長さ方向に沿って直線移動させられる。ナットには、前記接続部が設けられているので、ナットの直線移動により、簡易に光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系のいずれかを変位させて、焦点位置を調節することが可能となる。
6. 前記アクチュエータが、先端に前記接続部を取り付けたシャフトをその長手方向に変位させるプランジャからなる付記項1から付記項4のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
7. 前記アクチュエータが、光軸方向に変位するカム面を有するカムと、前記アクチュエータにより変位させられる前記光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系のいずれかに取り付けられ、前記カムにより光軸方向に移動させられるカムフォロワとを備える付記項1から付記項4のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
これらによっても同様に、アクチュエータを簡易に構成できる。
8. 前記カムの回転角度を検出する角度検出器を備える付記項7に記載の光走査型顕微鏡装置。
カムの回転角度を検出して、より精度よく光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系のいずれかの位置を制御することが可能となる。
9. 前記アクチュエータにより変位させられる光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の移動範囲の両端を検出する動作範囲検出器を備える付記項1から付記項8のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
動作範囲検出器の作動により、アクチュエータにより変位させられる光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の移動範囲の両端が検出されるので、移動範囲を超えて変位させることが防止される。
10. 前記アクチュエータにより変位させられる光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置を検出する位置検出器を備える付記項1から付記項9のいずれかに記載の光走査型顕微鏡観察装置。
位置検出器により、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置を検出して、より精度よく制御することが可能となる。
11. 前記コリメート光学系が移動可能に設けられ、前記光伝達部材の先端面と前記コリメート光学系との間を密封する透明部材を備える付記項1から付記項10のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
コリメート光学系の移動により、摺動部等から塵埃が発生することが考えられるが、透明部材の作動により発生した塵埃が光伝達部材の先端面に付着しないように防御することが可能となる。
12. 前記光走査部が、近接ガルバノミラーからなる付記項1から付記項11のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
近接ガルバノミラーによれば、光走査部を簡易に構成でき、しかも、コリメート光学系からの平行光を高い精度で走査させることができる。
13. 前記光源が、複数の波長の光を出射可能であり、光源から出射する光の波長を選択する選択手段を備え、前記制御装置が、該選択手段により選択された波長に応じて前記アクチュエータを制御する付記項1から付記項12のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
光源の波長を切り替えると、波長に応じて焦点位置が変動するため、制御装置が、波長に応じてアクチュエータを制御することにより、色収差の発生を低減して、レンズ枚数を減らすことが可能となる。
14. 前記光伝達部材の先端部、コリメート光学系、光走査部および瞳投影光学系が筐体内に収容されている付記項1から付記項13のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
15. 前記筐体に、前記アクチュエータにより変位させられる前記光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の一部を外部から観察可能とする窓が設けられている付記項14に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
このようにすることで、窓を通して観察できる光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の一部の位置により、操作者が現在の倍率を視認することができる。
16. 前記集光光学系が、前記筐体に着脱可能に取り付けられている付記項14または付記項15に記載の光走査型顕微鏡装置。
集光光学系を筐体に着脱可能とすることにより、被検体に集光光学系をセットした状態に留置することができる。したがって、被検体に対して集光光学系を固定して被検体の同一位置を長時間にわたり観察することが可能となる。
17. 前記集光光学系に、該集光光学系固有の情報を示す識別符号が備えられ、前記筐体に、前記識別符号を読み取る読み取り装置が備えられ、前記制御装置が、読み取られた識別符号に基づいて、前記アクチュエータを制御する付記項16に記載の光走査型顕微鏡装置。
集光光学系に個体差があるため、一の集光光学系を他の集光光学系に切り替えた場合などに、識別符号を読み取り装置により読み取ることによって、制御装置が集光光学系ごとに、アクチュエータによる適正な焦点位置調整を行うことが可能となる。
18. 前記識別符号と集光光学系固有の情報とを対応づけて記憶するデータベースを備え、前記制御装置が、読み取り装置により読み取られた識別符号をキーとしてデータベースを検索し、得られた集光光学系固有の情報に基づいてアクチュエータを制御する付記項17に記載の光走査型顕微鏡装置。
このようにすることで、集光光学系に固有の情報をデータベースに記憶し、識別符号を簡素化することができる。また、簡易な識別符号を用いて、レンズデータや収差等の多くの情報を取得することが可能となり、アクチュエータの制御をより精度よく行うことができる。
19. 前記データベースに、前記識別符号と集光光学系の収差情報とが対応づけて記憶され、前記読み取り装置により読み取られた識別符号をキーとしてデータベースを検索し、得られた集光光学系の収差情報に基づいて、前記光検出器により検出された被検体の画像を補正する画像補正手段を備える付記項18に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
この発明によれば、読み取り装置により読み取られた識別符号をキーとしてデータベースから集光光学系の収差情報が取得されるので、取得された収差情報に基づいて画像補正手段により画像を補正することによって、鮮明な画像を得ることができる。
20. 前記集光光学系と前記筐体とが、水密状態に接続される付記項16から付記項19のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
両者が水密状態に接続されることにより、例えば、実験小動物の体内を観察する場合のように体液や洗浄液が存在する環境においても、これらの液体が集光光学系と筐体との間に侵入することを防止することができる。
21. 前記集光光学系の前記筐体への着脱を検出する着脱センサを備える付記項16から付記項20のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
着脱センサの作動により集光光学系の筐体への着脱状態が検出されるので、不完全な取付状態での観察による作業の無駄や、液体の侵入を防止することができる。
22. 前記筐体が、コネクタにより前記制御装置に対して着脱可能に接続され、該筐体に、該筐体内のコリメート光学系および瞳投影光学系に固有の情報を示す筐体内光学系識別符号が備えられ、前記コネクタに、前記筐体内光学系識別符号を読み取る筐体内光学系情報読み取り装置が備えられ、前記制御装置が、読み取られた筐体内光学系識別符号に基づいて、前記アクチュエータを制御する付記項14から付記項21のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
筐体と制御装置とをコネクタにより接続すると、筐体に設けられた筐体内光学系識別符号がコネクタに設けられた筐体内光学系情報読み取り装置によって読み取られる。筐体内にはコリメート光学系や瞳投影光学系等、固有の情報を有する光学系が存在するので、これを読み取るとともに読み取られた筐体内光学系識別符号に基づいてアクチュエータを制御することにより、より精度よく焦点位置調整を行うことができる。
23. 前記筐体内光学系識別符号とコリメート光学系および瞳投影光学系固有の情報とを対応づけて記憶する第2のデータベースを備え、前記制御装置が、筐体内光学系情報読み取り装置により読み取られた筐体内光学系識別符号をキーとして第2のデータベースを検索し、得られた情報に基づいてアクチュエータを制御する付記項22に記載の光走査型顕微鏡装置。
このようにすることで、筐体内光学系識別符号を簡素化でき、また、簡易な識別符号を用いて、レンズデータや収差等の多くの情報を第2のデータベースから取得することが可能となり、アクチュエータの制御をより精度よく行うことができる。
24. 前記第2のデータベースに、前記光学系識別符号とコリメート光学系および瞳投影光学系の収差情報とが対応づけて記憶され、前記画像補正手段が、筐体内光学系情報読み取り装置により読み取られた筐体内光学系識別符号をキーとして第2のデータベースを検索し、得られたコリメート光学系および瞳投影光学系の収差情報に基づいて、前記光検出器により検出された被検体の画像を補正する付記項19に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
この発明によれば、筐体内光学系情報読み取り装置により読み取られた筐体内光学系識別符号をキーとして第2のデータベースからコリメート光学系および瞳投影光学系の収差情報が取得されるので、取得された収差情報に基づいて画像補正手段により画像を補正することによって、鮮明な画像を得ることができる。
25. 前記光検出器により取得すべき画像の画像情報を入力する画像情報入力手段を備え、前記制御装置が、該画像情報入力手段により入力された画像情報に基づいて、前記アクチュエータを制御する付記項1から付記項24のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
操作者が画像情報入力手段により取得すべき画像の画像情報を入力すると、入力された画像情報に基づいて、制御手段によりアクチュエータが制御される。アクチュエータが自動的に制御されるので、調整の手間を省くことができる。
26. 前記光検出器により取得すべき画像の画像情報を入力する画像情報入力手段を前記筐体の外面に備え、前記制御装置が、前記画像情報入力手段により入力された画像情報に基づいて、前記アクチュエータを制御する付記項14から付記項24のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
操作者が筐体の外面において画像情報を入力することにより、入力された画像情報に基づいてアクチュエータが制御される。画像情報入力手段を前記筐体の外面に備えることにより、操作性を向上することができる。
27. 前記位置検出手段により検出された、前記アクチュエータにより変位させられる前記光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置に基づいて光検出器により取得すべき画像の画像情報を算出する画像情報算出部と、算出された画像情報を表示する画像情報表示手段とを備える付記項10に記載の光走査型顕微鏡装置。
アクチュエータが作動させられると、位置検出手段の作動により、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置が検出され、検出された位置に基づいて画像情報算出部が取得すべき画像の画像情報を算出する。そして、算出された画像情報は画像情報表示手段に表示されるので、操作者は画像情報表示手段の表示を見ることにより、現在撮影されている画像の画像情報を知ることができる。
28. 前記集光光学系の固有の情報を入力する固有情報入力手段を備え、前記位置検出手段により検出された、前記アクチュエータにより変位させられる前記光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置と、入力された集光光学系固有の情報とに基づいて光検出器により取得すべき画像の画像情報を算出する画像情報算出部と、算出された画像情報を表示する画像情報表示手段とを備える付記項10に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
このようにすることで、画像情報算出部が、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置と、集光光学系固有の情報とに基づいて取得すべき画像の画像情報を算出するので、画像情報表示手段には、より精度の高い画像情報が表示されることになる。
29. 前記集光光学系に固有の情報が、集光光学系の倍率、深さまたは視野範囲のいずれかである付記項28に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
集光光学系に固有の倍率を入力することにより、個体差による倍率、深さまたは視野範囲のいずれかの変動に関わらず、精度のよい画像情報の表示を行うことが可能となる。
30. 前記コリメート光学系および瞳投影光学系に固有の情報を入力する光学系情報入力手段を備え、前記位置検出手段により検出された、前記アクチュエータにより変位させられる前記光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置と、入力されたコリメート光学系および瞳投影光学系に固有の情報とに基づいて光検出器により取得すべき画像の画像情報を算出する画像情報算出部と、算出された画像情報を表示する画像情報表示手段とを備える付記項10に記載の光走査型顕微鏡装置。
光学系情報入力手段により入力されたコリメート光学系および瞳投影光学系に固有の情報を用いて、画像情報算出部が、光検出器により取得すべき画像の画像情報を算出するので、コリメート光学系および瞳投影光学系の個体差によらず、より精度の高い画像情報を表示することができる。
31. 前記コリメート光学系および瞳投影光学系に固有の情報が、コリメート光学系および瞳投影光学系の倍率である付記項30に記載の光走査型顕微鏡装置。
特にサイズが小さくなり、十分な加工精度を得られない場合等には、コリメート光学系および瞳投影光学系の倍率が個体差を有することになるが、倍率が変動してもその情報が光学系情報入力手段により入力されるので、これに基づいて精度の高い画像情報を算出し、画像情報表示手段に表示することが可能となる。
32. 前記画像情報が、取得すべき画像の倍率、深さまたは視野範囲のいずれかである付記項25から付記項31のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
これらの情報を画像情報表示手段によって表示することにより、操作者が現在の撮影状態および得られている画像の観察精度を向上することができる。
33. 光源と、該光源からの入射光を被検体において走査させる光走査部と、該光走査部によって走査された入射光を被検体に集光させる集光光学系と、光源から発せられた光をその光軸に交差する方向に偏向する偏向手段と、被検体から集光光学系および光走査部を介して入射光と同一の光路を戻る戻り光を入射光から分離する分離手段と、分離された戻り光を検出する光検出器と、前記光源をその光軸方向に変位させる光源移動手段と、前記光検出器をその光軸方向に、前記光源の変位量と同じ変位量だけ変位させる検出器移動手段と、該検出器移動手段の駆動を制御する制御装置とを備える光走査型顕微鏡装置。
この発明によれば、光源から発せられた光が、光走査部により走査され集光光学系を介して被検体に照射される。偏向手段により、光源からの光は交差する方向に偏向されて被検体に照射されるので、被検体に対する照射方向に対して横方向から光を入射させることができ、実体顕微鏡等による観察の邪魔にならないようにすることができる。被検体からの戻り光は、集光光学系、光走査部を介して同じ経路を戻り、分離手段により入射光から分離されて光検出器により検出される。この場合において、光源移動手段の作動により、光源位置を変化させることにより、集光光学系の先端位置を変位させることなく焦点位置を調節することができる。また、この場合に、制御手段の作動により、検出器を光源の変位量と同じ変位量だけ変位させることによって、鮮明な画像を得ることができる。
光走査型顕微鏡装置を用いてラットやマウスなどの実験小動物の各種臓器を生きたままの状態で観察するには、被検体である実験小動物に顕微鏡装置の対物レンズユニットを近接できるように、顕微鏡装置の対物レンズユニットが細径化されることが重要である。集光光学系を細径化すると、対物レンズやそれを保持する機構部品が小さくなり、組立工程で倍率やピント位置に誤差が発生する。各対物レンズユニットに固有の誤差は、対物レンズユニットを顕微鏡本体に装着する際に補正する必要がある。従来の光走査型顕微鏡装置においては、対物レンズやそれを保持する機構部品の個体差に起因して生じる誤差を補正することが想定されていない。
下記の付記項34〜55は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、対物レンズユニットを顕微鏡本体に装着時に対物レンズユニットに固有の誤差を補正することを目的としている。
34. 光源と、該光源からの光を伝達する光伝達部材と、該光伝達部材によって伝達された光を平行光にするコリメート光学系と、コリメート光学系から発せられた平行光を被検体において走査させる光走査部と、該光走査部によって走査された光を被検体に集光させる集光光学系と、該集光光学系と前記光走査部との間に配置される瞳投影光学系と、被検体から集光光学系、瞳投影光学系、光走査部、コリメート光学系および光伝達部材を介して戻る戻り光を検出する光検出器と、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系を光軸方向に沿って変位させるアクチュエータと、該アクチュエータの駆動を制御する制御装置とを備え、前記集光光学系が、前記筐体に着脱可能に取り付けられている光走査型顕微鏡装置。
この発明によれば、制御装置の作動により、アクチュエータが作動させられ、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系のいずれかがそれらの光軸方向に沿って変位させられることにより、集光光学系の先端位置を固定したまま、焦点位置を変更することができる。すなわち、集光光学系の先端を実験小動物等の被検体に押し付けた状態で観察することができる。その結果、被検体の脈動による画像のブレを防止して、鮮明な画像を得ることができる。
この場合において、集光光学系を筐体に着脱可能とすることにより、被検体に集光光学系をセットした状態に留置することができる。したがって、被検体に対して集光光学系を固定して被検体の同一位置を長時間にわたり観察することが可能となる。
35. 前記集光光学系に、該集光光学系固有の情報を示す識別符号が備えられ、前記筐体に、前記識別符号を読み取る読み取り装置が備えられ、前記制御装置が、読み取られた識別符号に基づいて、前記アクチュエータを制御する付記項34に記載の光走査型顕微鏡装置。
この発明によれば、各集光光学系に固有の誤差が存在しても、集光光学系を装着時に補正して、所望の画像設定や取得中の画像情報の表示が可能となる。
36. 前記識別符号と集光光学系固有の情報とを対応づけて記憶するデータベースを備え、前記制御装置が、読み取り装置により読み取られた識別符号をキーとしてデータベースを検索し、得られた集光光学系固有の情報に基づいてアクチュエータを制御する付記項35に記載の光走査型顕微鏡装置。
このようにすることで、集光光学系に固有の情報をデータベースに記憶し、識別符号を簡素化することができる。また、簡易な識別符号を用いて、レンズデータや収差等の多くの情報を取得することが可能となり、アクチュエータの制御をより精度よく行うことができる。
37. 前記データベースに、前記識別符号と集光光学系の収差情報とが対応づけて記憶され、前記読み取り装置により読み取られた識別符号をキーとしてデータベースを検索し、得られた集光光学系の収差情報に基づいて、前記光検出器により検出された被検体の画像を補正する画像補正手段を備える付記項36に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
この発明によれば、読み取り装置により読み取られた識別符号をキーとしてデータベースから集光光学系の収差情報が取得されるので、取得された収差情報に基づいて画像補正手段により画像を補正することによって、鮮明な画像を得ることができる。
38. 前記集光光学系と前記筐体とが、水密状態に接続される付記項34から付記項37のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
両者が水密状態に接続されることにより、例えば、実験小動物の体内を観察する場合のように体液や洗浄液が存在する環境においても、これらの液体が集光光学系と筐体との間に侵入することを防止することができる。
39. 前記集光光学系の前記筐体への着脱を検出する着脱センサを備える付記項34から付記項38のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
着脱センサの作動により集光光学系の筐体への着脱状態が検出されるので、不完全な取付状態での観察による作業の無駄や、液体の侵入を防止することができる。
40. 前記筐体が、コネクタにより前記制御装置に対して着脱可能に接続され、該筐体に、該筐体内のコリメート光学系および瞳投影光学系に固有の情報を示す筐体内光学系識別符号が備えられ、前記コネクタに、前記筐体内光学系識別符号を読み取る筐体内光学系情報読み取り装置が備えられ、前記制御装置が読み取られた筐体内光学系識別符号に基づいて、前記アクチュエータを制御する付記項34から付記項39のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
筐体と制御装置とをコネクタにより接続すると、筐体に設けられた筐体内光学系識別符号がコネクタに設けられた筐体内光学系情報読み取り装置によって読み取られる。筐体内にはコリメート光学系や瞳投影光学系等、固有の情報を有する光学系が存在するので、これを読み取るとともに読み取られた筐体内光学系識別符号に基づいてアクチュエータを制御することにより、より精度よく焦点位置調整を行うことができる。
41. 前記筐体内光学系識別符号とコリメート光学系および瞳投影光学系固有の情報とを対応づけて記憶する第2のデータベースを備え、前記制御装置が、筐体内光学系情報読み取り装置により読み取られた筐体内光学系識別符号をキーとして第2のデータベースを検索し、得られた情報に基づいてアクチュエータを制御する付記項40に記載の光走査型顕微鏡装置。
このようにすることで、筐体内光学系識別符号を簡素化でき、また、簡易な識別符号を用いて、レンズデータや収差等の多くの情報を第2のデータベースから取得することが可能となり、アクチュエータの制御をより精度よく行うことができる。
42. 前記第2のデータベースに、前記筐体内光学系識別符号とコリメート光学系および瞳投影光学系の収差情報とが対応づけて記憶され、前記画像補正手段が、筐体内光学系情報読み取り装置により読み取られた筐体内光学系識別符号をキーとして第2のデータベースを検索し、得られたコリメート光学系および瞳投影光学系の収差情報に基づいて、前記光検出器により検出された被検体の画像を補正する付記項34から付記項41のいずれかに記載の光走査型顕微鏡観察装置。
この発明によれば、筐体内光学系情報読み取り装置により読み取られた筐体内光学系識別符号をキーとして第2のデータベースからコリメート光学系および瞳投影光学系の収差情報が取得されるので、取得された収差情報に基づいて画像補正手段により画像を補正することによって、鮮明な画像を得ることができる。
43. 前記光検出器により取得すべき画像の画像情報を入力する画像情報入力手段を備え、前記制御装置が、該画像情報入力手段により入力された画像情報に基づいて、前記アクチュエータを制御する付記項34から付記項42のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
操作者が画像情報入力手段により取得すべき画像の画像情報を入力すると、入力された画像情報に基づいて、制御手段によりアクチュエータが制御される。アクチュエータが自動的に制御されるので、調整の手間を省くことができる。
44. 前記光検出器により取得すべき画像の画像情報を入力する画像情報入力手段を前記筐体の外面に備え、前記制御装置が、前記画像情報入力手段により入力された画像情報に基づいて、前記アクチュエータを制御する付記項34から付記項43のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
操作者が筐体の外面において画像情報を入力することにより、入力された画像情報に基づいてアクチュエータが制御される。画像情報入力手段を前記筐体の外面に備えることにより、操作性を向上することができる。
45. 前記アクチュエータにより変位させられる光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置を検出する位置検出器を備える付記項34に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
位置検出器により、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置を検出して、より精度よく制御することが可能となる。
46. 前記位置検出手段により検出された、前記アクチュエータにより変位させられる前記光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置に基づいて光検出器により取得すべき画像の画像情報を算出する画像情報算出部と、算出された画像情報を表示する画像情報表示手段とを備える付記項45に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
アクチュエータが作動させられると、位置検出手段の作動により、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置が検出され、検出された位置に基づいて画像情報算出部が取得すべき画像の画像情報を算出する。そして、算出された画像情報は画像情報表示手段に表示されるので、操作者は画像情報表示手段の表示を見ることにより、現在撮影されている画像の画像情報を知ることができる。
47. 前記集光光学系の固有の情報を入力する固有情報入力手段を備え、前記位置検出手段により検出された、前記アクチュエータにより変位させられる前記光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置と、入力された集光光学系固有の情報とに基づいて光検出器により取得すべき画像の画像情報を算出する画像情報算出部と、算出された画像情報を表示する画像情報表示手段とを備える付記項45に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
このようにすることで、画像情報算出部が、光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置と、集光光学系固有の情報とに基づいて取得すべき画像の画像情報を算出するので、画像情報表示手段には、より精度の高い画像情報が表示されることになる。
48. 前記集光光学系に固有の情報が、集光光学系の倍率、深さまたは視野範囲のいずれかである付記項47に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
集光光学系に固有の倍率を入力することにより、個体差による倍率、深さまたは視野範囲のいずれかの変動に関わらず、精度のよい画像情報の表示を行うことが可能となる。
49. 前記コリメート光学系および瞳投影光学系に固有の情報を入力する光学系情報入力手段を備え、前記位置検出手段により検出された、前記アクチュエータにより変位させられる前記光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系の位置と、入力されたコリメート光学系および瞳投影光学系に固有の情報とに基づいて光検出器により取得すべき画像の画像情報を算出する画像情報算出部と、算出された画像情報を表示する画像情報表示手段とを備える付記項45に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
光学系情報入力手段により入力されたコリメート光学系および瞳投影光学系に固有の情報を用いて、画像情報算出部が、光検出器により取得すべき画像の画像情報を算出するので、コリメート光学系および瞳投影光学系の個体差によらず、より精度の高い画像情報を表示することができる。
50. 前記コリメート光学系および瞳投影光学系に固有の情報が、コリメート光学系および瞳投影光学系の倍率である付記項49に記載の光走査型顕微鏡観察装置。
特にサイズが小さくなり、十分な加工精度を得られない場合等には、コリメート光学系および瞳投影光学系の倍率が個体差を有することになるが、倍率が変動してもその情報が光学系情報入力手段により入力されるので、これに基づいて精度の高い画像情報を算出し、画像情報表示手段に表示することが可能となる。
51. 前記画像情報が、取得すべき画像の倍率、深さまたは視野範囲のいずれかである付記項43から付記項50のいずれかに記載の光走査型顕微鏡装置。
これらの情報を画像情報表示手段によって表示することにより、操作者が現在の撮影状態および得られている画像の観察精度を向上することができる。
52. 光ファイバとコリメート手段と光走査手段とを有する光走査ユニットと、細長い硬性の筒状の挿入部を有し、前記光走査ユニットに着脱可能に取り付けられる集光光学系とを備えるレーザ光走査顕微鏡の前記集光光学系を収納する保管容器であって、前記集光光学系固有の情報を示す識別符号が備えられている保管容器。
この発明によれば、集光光学系が小さすぎて識別符号を付すことができない場合においても集光光学系の識別符号を利用することが可能となり、また、集光光学系が既に生体に取り付けられている状態においても識別符号を入力することができる。
53. 前記識別符号に対応する集光光学系のみを収容可能にする保護手段を備える付記項52に記載の保管容器。
このように構成することで、集光光学系と保管容器とを一対一に対応づけることができる。
54. 前記識別符号が電波式個体認識(RFID)方式である付記項52または付記項53に記載の保管容器。
このように構成することで、簡易に識別符号を読み取ることができる。
55. 前記識別符号が、倍率、開口数、対応する波長域または観察雰囲気の少なくとも1つの情報を含む付記項52から付記項54のいずれかに記載の保管容器。
識別符号を読み取ることで、これらの情報を簡易に取得することができる。
なお、上述した各実施形態等を部分的に組み合わせて形成される他の実施形態も本発明に属するものである。
本発明の第1の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置を含む顕微鏡観察システムを示す概略図である。 本発明の第1の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置の詳細構造を示す縦断面図である。 図2の走査型顕微鏡観察装置の制御装置の機能を示すブロック図である。 図2の走査型顕微鏡観察装置の制御装置において使用されるコリメートレンズユニットの特性の一例を示すグラフである。 図2の走査型顕微鏡観察装置の入力手段の第1の変形例を示す側面図である。 図2の走査型顕微鏡観察装置の入力手段の第2の変形例を示す図である。 図2の走査型顕微鏡観察装置の変形例であって画像情報を表示する窓部を有する場合を示す側面図である。 図7の変形例であって、画像情報を表示する液晶画面を有する場合を示す側面図である。 図7の変形例であって、画像情報を表示するLED配列を有する場合を示す側面図である。 本発明の第2の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置の詳細構造を示す縦断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置の詳細構造を示す縦断面図である。 図11の走査型顕微鏡観察装置において瞳投影レンズ81aを変位させるカム83を示す縦断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る走査型顕微鏡観察装置の詳細構造を示す縦断面図である。 識別符号を備えた保管容器の例を示す斜視図である。
符号の説明
A 被検体
1,70,80,90 光走査型顕微鏡装置
12,91 光源
13,101 光検出器
14 制御装置(選択手段、画像補正手段、画像情報算出部)
17 光ファイバ(光伝達部材)
21 対物レンズユニット(集光光学系)
28 フェルール(先端部)
30 コリメートレンズユニット(コリメート光学系)
34 リードネジ
35 ステッピングモータ(駆動手段)
36 ナット
37 アクチュエータ
39 球面軸受(接続部)
40,41 動作範囲検出器
20 筐体
43 透明ガラス(透明部材)
44,96 ガルバノミラーユニット(光走査部、偏向手段)
45 瞳投影レンズユニット(瞳投影光学系)
51 識別符号部(識別符号)
52 識別符号検出器(読み取り装置:固有情報入力手段)
59 データベース
61 ダイヤル(画像情報入力手段)
64 液晶画面(画像情報表示手段)
65 窓部(窓)
67 LED(画像情報表示手段)
71 シャフト
72 プランジャ
75 エンコーダ(位置検出器)
81b レンズ枠(カムフォロワ)
83 カム
92 制御装置
100 ビームスプリッタ(分離手段)
102 直線移動機構(光源移動手段)
103 直線移動機構(検出器移動手段)
105 レンズユニット(集光光学系)

Claims (1)

  1. 光源と、
    該光源からの光を伝達する光伝達部材と、
    該光伝達部材によって伝達された光を平行光にするコリメート光学系と、
    コリメート光学系から発せられた平行光を被検体において走査させる光走査部と、
    該光走査部によって走査された光を被検体に集光させる集光光学系と、
    該集光光学系と前記光走査部との間に配置される瞳投影光学系と、
    被検体から集光光学系、瞳投影光学系、光走査部、コリメート光学系および光伝達部材を介して戻る戻り光を検出する光検出器と、
    光伝達部材の先端部、コリメート光学系または瞳投影光学系を光軸方向に沿って変位させるアクチュエータと、
    該アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、
    光伝達部材から発せられた光をその光軸に交差する方向に偏向する偏向手段とを備え、
    前記アクチュエータが、前記偏向手段による偏向前後の光軸を含む平面に沿う空間に配置されている光走査型顕微鏡装置。
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