JP5317672B2 - 観察ユニット - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に開示のインキュベータでは、インキュベータを構成する筐体の外面に突起部が形成されている。該突起部の内部には、試料を観察する際に試料が配置される空間が形成されており、該空間は、インキュベータ内の空間に連通している。又、突出部には上下に1つずつ窓が形成されており、これにより、光は、上下2つの窓を通って突起部内の空間を通過することが可能となっている。又、筐体の外面には、突出部を上下から挟んだ状態で顕微鏡ユニットが配備されている。
又、上記観察ユニットは小型化が容易であるので、インキュベータなどの保存庫への観察ユニットの出し入れが可能となり、観察ユニットの汎用性を高めることが出来る。
又、前記筐体のうち第2空間の上部を構成する上面壁には、前記観察位置から下方に向けて観察装置の光学系まで光を通す光透過部が形成されている。
又、観察装置は密閉空間内に配置されているが、筐体には光透過部が形成されているので、観察装置による試料の観察が筐体によって妨げられることがない。
該具体的構成によれば、駆動装置及び観察装置の撮像系で発生した熱が、筐体を伝導して、第2空間の上部を構成する上面壁まで移動した場合でも、該上面壁と載置台との間に断熱層が形成されているので、熱は載置台までは伝達しにくく、その結果、試料の温度上昇が抑制されることとなる。よって、熱の影響を試料に与えることなく、該試料を観察することが可能である。
該具体的構成によれば、観察時以外は載置台を離脱位置に移動させることにより、駆動装置及び観察装置の撮像系などの熱源から試料への熱の移動を抑制することが可能となる。
該具体的構成によれば、載置台を異なる形状のものに取り替えた場合でも、試料の中心を所定位置に容易に合致させることが出来る。
1.観察ユニットの使用形態
図1は、本発明の一実施形態に係る観察ユニットの使用形態を示す図である。図1に示す様に、観察ユニットは、細胞などの試料を培養又は保存するための保存庫101、例えばインキュベータやアイソレータなどへの出し入れが可能である。保存庫101の内部には棚104が配備されており、観察ユニットは棚104上に設置して使用される。
尚、図1に示される保存庫101では棚104が1つ設けられているに過ぎないが、試料が収容された複数の容器の収納が可能となるように、保存庫101内に複数の棚を配備してもよい。
図2は、観察ユニットの外観を示す斜視図であり、図3〜図5はそれぞれ、該観察ユニットを示す側面図、正面図、背面図である。又、図6は、図4に示すVI−VI線に沿う観察ユニットの断面図である。
図2〜図5に示す様に、観察ユニットは筐体1を具え、筐体1の外部には、試料が収容された容器Aを載置する載置台4と、載置台4をX軸方向に移動させるためのX軸駆動機構2と、載置台4をY軸方向に移動させるためのY軸駆動機構3が配備されている。尚、X軸方向及びY軸方向は、水平面内で互いに直交する2つの方向である。
又、図6に示す様に、筐体1の内部には、容器A内の試料を観察するための観察装置5と、容器A内の試料を照明するための照明装置6が配備されると共に、X軸駆動機構2、Y軸駆動機構3、及び観察装置5を駆動するための駆動装置9が配備されている。
尚、図8に示す様に、ケース81、断熱部材8の上辺部分及び下辺部分には、これらを上下に貫く貫通孔82〜84が形成されている。
又、中空の断熱部材8の上辺部分と下辺部分との間には、図6に示す様に隙間が形成されているので、該隙間に保存庫101内の空気が流れることにより、上面壁16と載置台4との間の断熱効果は更に高まることになる。
図7は、筐体1の背面壁を省略して示した観察ユニットの背面図である。図7に示す様に、駆動装置9は、X軸駆動機構2を駆動するX軸モータ91と、Y軸駆動機構を駆動するY軸モータ92と、観察装置5をZ軸方向(鉛直方向)に移動させるためのZ軸モータ93と、観察装置5のズームレンズ53を駆動する駆動モータ94とから構成されている。
尚、これらのモータは、回転することによって大量の熱を発生する。
そして、図6に示す様に、載置台4が配置される空間内の位置のうち、反射ミラー62で反射した光の通る位置が、観察装置5によって試料を観察するための観察点Mとなる。
観察装置5は、位相差顕微鏡であって、観察対象となる試料の拡大像を形成する対物レンズ51と、対物レンズ51で形成された拡大像をズームレンズ53に導く反射ミラー52と、試料の拡大像を更に拡大するズームレンズ53と、ズームレンズ53によって拡大された観察像を撮像するCCD(Charge Coupled Device)カメラ54とを具え、対物レンズ51、反射ミラー52、及びズームレンズ53によって観察装置5の光学系が構成されると共に、CCDカメラ54によって観察装置5の撮像系が構成されている。
尚、本実施の形態に係る観察ユニットでは、ズームレンズ53は、衝立部材7を貫通した状態で配置されているので、第1空間11内には、ズームレンズ53の一部が入り込んでいる。
そして、図6及び図8に示す様に、光透過部15は、ケース81及び断熱部材8の貫通孔82〜84を貫通して、光透過板153を断熱ケース81の上面に露出させている。
尚、嵌合部154の外周面にシールリング152を取り付けることにより、貫通孔161を構成する内周面と嵌合部154の外周面との間に形成される隙間は、シールリング152によって塞がれ、その結果、第2空間12は密閉状態のまま維持されることとなる。
尚、光透過部15の筒状部材151の内周面には環状の断熱部材85が配備され、断熱部材85と対物レンズ51との間には僅かな隙間が形成されている。これにより、対物レンズ51の上下方向への移動を可能にしつつ、熱が光透過部15内を通って下から上に伝達することを抑制している。
他方のプーリ32は、一方のプーリ31に対してY軸方向に並んだ位置に、回転自在な状態で配置されている。
歯車機構21は、X軸モータ91の回転力をシャフト22の中心軸周りの回転力に変換し、該回転力をシャフト22に付与する。シャフト22は、Y軸駆動機構3のY軸スライド体34の上辺部分341に回転自在に支持されており、歯車機構21から付与された回転力によって中心軸周りに回転する。尚、シャフト22は、歯車機構21に対してスライドすることが可能である
他方のプーリ24は、一方のプーリ23に対してX軸方向に並んだ位置にて、Y軸スライド体34の上辺部分341に回転自在に取り付けられている。
X軸スライド体26の下辺部分261には載置台4が固定されている。
X軸遮蔽板29は、X軸スライド体26に固定されており、X軸スライド体26の移動に伴ってX軸方向に移動する。Y軸遮蔽板37は、Y軸スライド体34に固定されており、Y軸スライド体34の移動に伴ってY軸方向に移動する。
そして、X軸センサ28にX軸遮蔽板29が対向してX軸センサ28がオンになったときに、載置台4に載置されている容器Aの中心CがX軸方向において観察点Mに合致するように、X軸センサ28は配置されている。
そして、Y軸センサ36にY軸遮蔽板37が対向してY軸センサ36がオンになったときに、載置台4に載置されている容器Aの中心CがY軸方向において観察点Mに合致するように、Y軸センサ36は配置されている。
又、嵌合溝41の底面には、中央の領域に貫通孔42が形成されている。これにより、図10に示す様に、照明装置6の反射ミラー62で反射した光は、貫通孔42を通って、観察装置5の対物レンズ51に入射することが可能となっている。従って、載置台4に載置した容器A内の試料の観察が、載置台4によって妨げられることがない。
尚、本実施の形態に係る観察ユニットにおいては、第2空間12の上方位置に対して載置台4をY軸方向に離脱させているが、第2空間12の上方位置に対して載置台4をX軸方向に離脱させることが可能となるようにX軸駆動機構4の構成を変形してもよい。
観察ユニット1が保存庫101内に設置されている場合、筐体1内の熱は、筐体1の上部から保存庫101内に発散されて、保存庫101内の空気に伝わることになる。しかし、保存庫101内の空気の温度は、ヒータなどによって制御されているので、筐体1の上部から発散される熱による保存庫内101の温度の変化量は僅かであり、保存庫101内に保存されている試料は影響を受けることがない。
図14は、上述した観察ユニットを用いて試料をタイムラプス観察する場合のフローチャートである。ここで、タイムラプス観察とは、設定したインターバルΔTで試料の観察を複数回繰り返し行い、観察毎に試料の観察画像を取得する観察手法である。以下では、細胞が試料として容器A内に収容されている場合について説明する。
そして、ステップS2において載置台4に容器Aを載置する。その後、ステップS3において観察装置の電源をオンにし、ステップS4においてタイムラプス観察の対象とする細胞を探索する。ステップS4においては、パーソナルコンピュータ103の表示手段に表示された画像を見ながら、載置台4を移動させて細胞を探索する。
複数の細胞を観察対象とする場合には、ステップS6からテップS4に戻って、ステップS4とステップS5とを繰り返し実行する。
そして、ステップS9において、観察開始時刻T(n)が制御装置102の記憶手段に記憶されると共に、ステップS5で設定した座標に存在する全ての細胞について、観察ユニットによる観察が制御装置102の制御によって自動的に実行される。具体的には、設定した各座標にある細胞が観察点Mに導かれ、そして観察装置5による該細胞の観察が、ステップS5で設定した観察倍率で実行される。観察された細胞の観察像は、観察装置5のCCDカメラ54によって撮像され、得られた画像は、パーソナルコンピュータ103の記憶手段に記憶される。
そして、ステップS12において、カウンタnの値が観察回数Nを超えていると制御装置102によって判断されるまで、細胞の観察が繰り返し実行される。
4−1.変形例1
図15は、本変形例に係る観察ユニットおいて、四角形の嵌合溝41が形成された載置台4の取付け状態を示す斜視図である。図16は、該観察ユニットにおいて、円形の嵌合溝41が形成された載置台4の取付け状態を示す斜視図である。図15及び図16に示す様に、載置台4は、X軸スライド体27の下辺部分271にネジ部材262によって着脱可能に取り付けられてもよい。これにより、嵌合溝41の形状が異なった複数の載置台4を用意しておくことによって、使用する容器Aの形状に応じた載置台4を選択して取り付けることが可能である。
本変形例では、図15に示す様に、四角形の容器Aを嵌め込むべき四角形の嵌合溝41が形成された載置台4と、図16に示す様に、円形の容器Aを嵌め込むべき円形の嵌合溝41が形成された載置台4とが用意されている。
従って、嵌合溝41の形状が異なる複数の載置台4について、載置台4と該載置台4に載置される容器Aとの総重量を略一致させておくことが好ましい。
図17は、本変形例に係る観察ユニットおいて、四角形の嵌合溝41が形成された載置台4の取付け状態を示す斜視図であり、図19は、該載置台4に載置されている容器Aの中心Cが観察点Mに合致した状態を示す平面図である。図18は、該観察ユニットにおいて、円形の嵌合溝41が形成された載置台4の取付け状態を示す斜視図であり、図20は、該載置台4に載置されている容器Aの中心Cが観察点Mに合致した状態を示す平面図である。
このため、図16に示す載置台4について改めて、円形の容器Aの中心Cが観察点Mに合致するように、X軸駆動機構2のX軸センサ28及びX軸遮蔽板29を配置し直す必要があった。
尚、Y軸方向については、嵌合溝41の形状が異なる載置台4において、容器Aが載置された状態での載置台4の重心と、容器Aの中心Cとが合致するように設計されているので、載置台4を取り替えた場合でも、Y軸駆動機構3のY軸センサ36とY軸遮蔽板37を配置し直す必要はない。
図21は、本変形例に係る観察ユニットを示す分解斜視図である。図21に示す様に、X軸駆動機構2は、観察ユニットに着脱可能に配備されてもよい。具体的には、Y軸駆動機構3のY軸スライド体34は、上辺部分341が、ねじ部材343によって立設部分342に着脱可能に連結されており、上辺部分341を立設部分342から離脱させることにより、上辺部分341に配備されているX軸駆動機構2のシャフト22、一対のプーリ23,24、タイミングベルト25、X軸スライド体26、ガイド部材27、X軸センサ28、及びX軸遮蔽板29、並びにX軸スライド体26に取り付けられている載置台4が、観察ユニットから取り外されることとなる。
図22は、本変形例に係る観察ユニットを示す断面図であり、図23は、該観察ユニットの前面図である。図22及び図23に示す様に、互いに離間した載置台4の下面とケース81の上面との間には、空気を流してもよい。具体的には、図22に示す様に、Y軸スライド体34の上辺部分341の背面側及び下面側に、X軸に対する断面形状がL字状の通気路38が形成されており、通気路38は、側方端381(図23参照)及び下辺部分382の前方端383に開口を有している。そして、図23に示す様に、通気路38の側方端381側に、通気路38内に空気を送り込む送風ファン39が配備されている。
載置台4の下面とケース81の上面との間に空気が流れることにより、載置台4の下面とケース81の上面との間に空気が滞留している場合よりも、ケース81から載置台4への熱伝達が抑制され易くなる。
図24は、本変形例に係る観察ユニットを示す断面図である。図24に示す様に、観察ユニットを、断熱部材8及びケース81のない構成としてもよい。具体的には、第2空間12の上部を構成する筐体1の上面壁16が、観察装置5の対物レンズ51の上方に配置され、上面壁16に形成されている貫通孔161には、光透過板162が隙間なく嵌め込まれている。そして、載置台4は、筐体1の上面壁16の直上に、上面壁16から離間した状態で設置されている。
本変形例4に係る観察ユニットも、保存庫101内での使用が可能であると共に、熱源から試料への熱の移動を抑制することが出来る
又、載置台4を移動させるための機構が配備されていない観察ユニット、即ちX軸モータ91及びX軸駆動機構2と、Y軸モータ92及びY軸駆動機構3とが配備されていない観察ユニットに対しても、上述した筐体1によって内部の空間を密閉する構成、衝立部材7によって熱の移動を妨げる構成、及び断熱部材8を配備する構成などについては適用することが可能である。
11 第1空間
12 第2空間
13 第3空間
15 光透過部
16 上面壁
2 X軸駆動機構
28 X軸センサ(検知部)
29 X軸遮蔽板(被検知部)
3 Y軸駆動機構
36 Y軸センサ
37 Y軸遮蔽板
38 通気路
39 送風ファン
4 載置台
5 観察装置
51 対物レンズ(光学系)
54 CCDカメラ(撮像系)
6 照明装置
7 衝立部材
8 断熱部材
9 駆動装置
91 X軸モータ
92 Y軸モータ
93 Z軸モータ
94 駆動モータ
A 容器
C 容器の中心
M 観察点
O 容器に設定されたXY座標の原点
Claims (5)
- 試料を観察するための観察装置と、
試料を載置する載置台と、
前記観察装置によって試料を観察する観察位置まで前記載置台を移動させる駆動装置と、
鉛直方向に拡がる第1空間を密閉する筐体と
を具える観察ユニットであって、
前記第1空間および第2空間が前記筐体に形成されており、
前記第1空間は、前記筐体の背面側に位置しており、
前記第2空間および前記載置台は、前記筐体の前面側に位置しており、
該第1空間内に駆動装置が配備されており、
前記観察装置は光学系と撮像系から構成され、
前記撮像系は、前記第1空間内に配置される一方、前記光学系は、前記載置台の下方に位置して前記筐体によって密閉された第2空間内に配置されており、
前記第1空間と載置台及び第2空間との間には、第1空間から載置台及び第2空間への熱の移動を妨げる衝立部材が介在し、
前記筐体のうち第2空間の上部を構成する上面壁には、前記観察位置から下方に向けて観察装置の光学系まで光を通す光透過部が形成されている、観察ユニット。 - 前記筐体のうち第2空間の上部を構成する上面壁と前記載置台との間には、断熱層が形成されている
請求項1に記載の観察ユニット。 - 前記断熱層の少なくとも一部が断熱部材によって構成されており、
前記光透過部は前記断熱部材を貫通して該断熱部材の表面に露出している
請求項2に記載の観察ユニット。 - 前記載置台は、前記観察位置と前記第2空間の上方位置から離脱した離脱位置との間で往復移動が可能であり、
該載置台の往復移動は、前記駆動装置によって実行される、
請求項1乃至請求項3の何れかに記載の観察ユニット。 - 前記載置台には、前記駆動装置の駆動力が伝達部材によって伝達され、
該載置台は、前記伝達部材への着脱が可能であり、
前記伝達部材には検知部が配備される一方、前記載置台には、検知部によって検知される被検知部が配備され、
被検知部は、該被検知部が検知部によって検知されたときに載置台に載置されている試料の中心が所定位置に合致するように配置されている、
請求項1乃至請求項4の何れかに記載の観察ユニット。
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