JP7302676B2 - Microscope and cell culture device - Google Patents
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Description
本発明は、顕微鏡、及び細胞培養装置に関する。
本願は、2019年12月25日に、日本に出願された特願2019-233715号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。The present invention relates to a microscope and a cell culture device.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-233715 filed in Japan on December 25, 2019, the content of which is incorporated herein.
再生医療分野では、必要な細胞を大量に培養するため、複数の観察面が積層された培養容器である多層培養容器を用いる場合がある。多層培養容器では、観察面が10層程度積層されて、全層合わせて20センチメートル程度の厚みがある。培養中の細胞の品質や量を把握するために、細胞の顕微画像を取得する必要がある。多層培養容器において培養される細胞の顕微画像の取得において、全ての観察面に素早く焦点を合わせて効率よく細胞を観察する技術がない。そのため、多層培養容器の最下層の細胞数や形態情報を基に、全層に存在する細胞の状態を推測しているのが現状である。
対物レンズを多層培養容器の全層に渡って移動させ、全層それぞれに焦点を合わせる方式は時間を要する。また、Maksutov Cassegrain Catadioptric方式を用いた長作動顕微鏡が開発されているが、光軸方向への反射ミラーの移動が必要であり、迅速な焦点距離の変更は難しい。In the field of regenerative medicine, a multi-layered culture vessel, which is a culture vessel having a plurality of laminated observation surfaces, is sometimes used in order to culture a large amount of necessary cells. In the multi-layered culture vessel, about 10 observation surfaces are laminated, and the total thickness of all layers is about 20 cm. In order to understand the quality and quantity of cells in culture, it is necessary to acquire microscopic images of cells. In acquiring microscopic images of cells cultured in a multilayer culture vessel, there is no technique for efficiently observing cells by quickly focusing on all observation surfaces. Therefore, at present, the state of cells present in all layers is estimated based on the number of cells and morphological information in the bottom layer of the multilayer culture vessel.
The method of moving the objective lens over all the layers of the multilayer culture vessel and focusing on each of the layers takes time. Also, a long working microscope using the Maksutov Cassegrain Catadioptric system has been developed, but it requires movement of the reflecting mirror in the optical axis direction, and it is difficult to quickly change the focal length.
多層培養容器の被観察物を観察するための観察装置が知られている(特許文献1)。特許文献1に記載の観察装置は、複数のトレイを内蔵する多層培養容器を搭載して移動可能な台車を収容する収容部と、光学系を有し当該光学系が結像した像を出力する撮像装置と、を備え、収容部に多層培養容器を搭載する台車を収容した場合に、多層培養容器を台車に搭載した状態で、多層培養容器の各トレイの被観察物が、撮像装置の光軸上に配置される。
An observation device for observing an object to be observed in a multilayer culture vessel is known (Patent Document 1). The observation device described in
特許文献1に記載の観察装置では、撮像装置および照明装置の光軸が、多層培養容器のトレイの底面に対して40度から50度の範囲の角度で交差するように、撮像装置および前記照明装置が配置されて、多層培養容器の全てのトレイを観察する。このように、多層培養容器のトレイの底面に対して斜めから観察する場合、各トレイの被観察物の像が、トレイの底面に対して垂直な方向から観察する場合に比べて歪んでしまう。
In the observation device described in
本発明の一態様は、複数の観察面が積層された培養容器を観察するための顕微鏡であって、対物レンズと、結像レンズと、前記対物レンズと前記結像レンズとの間の光軸上に配置される焦点距離が可変である光学部材と、前記光学部材の前記焦点距離を変更することによって前記複数の観察面のうちの第1観察面から第2観察面へ作動距離を変更する作動距離変更部と、前記作動距離変更部によって制御されるレンズ切替部と、を備え、前記光学部材は、光軸の周方向に焦点距離が互いに異なる複数の第1レンズを備え、前記光学部材は、前記複数の第1レンズを光軸方向の位置が互いに異なる複数の組に分けて備え、前記複数の第1レンズは、それぞれ前記光軸方向に配置された複数のレンズ要素で構成され、前記光学部材は、前記培養容器、前記対物レンズ、および前記結像レンズとの前記光軸上の距離が一定に保たれた状態で、前記レンズ切替部が前記複数の第1レンズのうち前記光軸上に配置される第2レンズを切り替えることによって焦点距離が可変であり、前記レンズ切替部によって前記光軸上に配置される前記第2レンズにおいて、当該第2レンズは前記対物レンズの像側焦点よりも物体側または像側のいずれか一方に配置されており、かつ、前記複数のレンズ要素の合成主点と前記対物レンズの像側焦点とが一致している、顕微鏡である。 One aspect of the present invention is a microscope for observing a culture vessel in which a plurality of observation surfaces are stacked, comprising an objective lens, an imaging lens, and an optical axis between the objective lens and the imaging lens an optical member having a variable focal length disposed thereon; and changing the working distance from a first viewing plane to a second viewing plane of the plurality of viewing planes by changing the focal length of the optical member. a working distance changing section; and a lens switching section controlled by the working distance changing section ; comprises a plurality of first lenses divided into a plurality of groups having different positions in the optical axis direction, wherein the plurality of first lenses are each composed of a plurality of lens elements arranged in the optical axis direction, The optical member is configured such that the lens switching unit switches the light beam among the plurality of first lenses in a state in which the distances to the culture vessel, the objective lens, and the imaging lens on the optical axis are kept constant. In the second lens arranged on the optical axis by the lens switching unit, the second lens has a variable focal length by switching the second lens arranged on the axis, and the second lens is arranged on the image side of the objective lens. The microscope is arranged on either the object side or the image side of the focal point, and the composite principal point of the plurality of lens elements and the image side focal point of the objective lens coincide.
本発明の一態様は、複数の観察面が積層された培養容器を観察するための細胞培養装置であって、対物レンズと、結像レンズと、前記対物レンズと前記結像レンズとの間の光軸上に配置される焦点距離が可変である光学部材と、前記光学部材の前記焦点距離を変更することによって前記複数の観察面のうちの第1観察面から第2観察面へ作動距離を変更する作動距離変更部と、前記培養容器を載置するステージと、前記作動距離変更部によって制御されるレンズ切替部と、を備え、前記光学部材は、前記光軸の周方向に焦点距離が互いに異なる複数の第1レンズを備え、前記光学部材は、前記複数の第1レンズを光軸方向の位置が互いに異なる複数の組に分けて備え、前記複数の第1レンズは、それぞれ前記光軸方向に配置された複数のレンズ要素で構成され、前記光学部材は、前記培養容器、前記対物レンズ、および前記結像レンズとの前記光軸上の距離が一定に保たれた状態で、前記レンズ切替部が前記複数の第1レンズのうち前記光軸上に配置される第2レンズを切り替えることによって焦点距離が可変であり、前記レンズ切替部によって前記光軸上に配置される前記第2レンズにおいて、当該第2レンズは前記対物レンズの像側焦点よりも物体側または像側のいずれか一方に配置されており、かつ、前記複数のレンズ要素の合成主点と前記対物レンズの像側焦点とが一致している、細胞培養装置である。 One aspect of the present invention is a cell culture device for observing a culture vessel in which a plurality of observation surfaces are stacked, comprising an objective lens, an imaging lens, and between the objective lens and the imaging lens an optical member having a variable focal length arranged on an optical axis; and a working distance from a first observation plane to a second observation plane among the plurality of observation planes by changing the focal length of the optical member. A working distance changing unit to be changed, a stage on which the culture vessel is placed, and a lens switching unit controlled by the working distance changing unit, wherein the optical member has a focal length in the circumferential direction of the optical axis. A plurality of first lenses different from each other are provided, the optical member includes a plurality of groups having different positions in the optical axis direction of the plurality of first lenses, and the plurality of first lenses are each arranged on the optical axis. The optical member is composed of a plurality of lens elements arranged in a direction, and the optical member is arranged to hold a constant distance on the optical axis from the culture container, the objective lens, and the imaging lens. A focal length is variable by a switching unit switching a second lens arranged on the optical axis among the plurality of first lenses, and the second lens arranged on the optical axis by the lens switching unit. wherein the second lens is disposed on either the object side or the image side of the image side focus of the objective lens, and the composite principal point of the plurality of lens elements and the image side focus of the objective lens It is a cell culture device that is consistent with
(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら第1の実施形態について詳しく説明する。図1は、本実施形態に係る透過型顕微鏡1の一例を示す図である。透過型顕微鏡1は、複数の観察面が積層された培養容器を観察するための顕微鏡である。透過型顕微鏡1は、光源3と、集光レンズ4と、視野絞り5と、開口絞り6と、コンデンサレンズ7と、第1反射鏡8とを有する照明光学系と、対物レンズ10と、光学部材11と、第2反射鏡12と、結像レンズ13とを有する結像光学系とを有する。そして、透過型顕微鏡1は、ステージ9上に載置された多層培養装置2の観察面の像を、撮像装置14により撮影することができる。(First embodiment)
The first embodiment will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an example of a
多層培養装置2は、培養容器20を備え、培養容器20は、複数のトレイが積層されて構成される。透過型顕微鏡1は、培養容器20を構成するそれぞれのトレイにおいて培養される細胞を観察、及び撮像する。ここで培養容器20では、積層されたトレイの底面がそれぞれ観察面となる。つまり、培養容器20は、複数の観察面が積層された多層の培養容器である。
The
培養容器20には、一例として、10層のトレイ即ち観察面Oが積層されており、20センチメートル程度の厚みがある。以下の説明では、培養容器20の各層を、積層される順に、第1層、第2層、第3層などという。最下層は第1層であり、最上層は第10層である。培養容器20の各層のうち、最上層、及び最下層以外の層を、中間層という場合がある。また、各層に対応する観察面Oについて、第1層に対応する観察面を観察面O1、第2層に対応する観察面を観察面O2というようにして、第i層に対応する観察面を観察面Oi(i=1,2,・・・,10)という。また、複数の観察面Oのうち、現在の観察面を観察面Ojということがある。つまり、観察面Ojとは、複数の観察面Oのうち焦点位置が合わせられている観察面である。図1では、観察面Ojとして、第5層である中間層に対応する観察面O5が観察されている状態を示す。
In the
また、10層の観察面Oのうち、一例として、第5層に対応する観察面O5を、合焦基準面とする。ここで合焦基準面とは、培養容器20の合焦の基準となる面である。対物レンズ10が、ステージ9に対して図中一点鎖線で示す光軸上で相対的に移動することによって合焦基準面に焦点位置が合わせられる。なお、合焦基準面の培養容器20の第5層以外のいずれの層の観察面であってもよい。
Further, among the observation planes O of the ten layers, as an example, the observation plane O5 corresponding to the fifth layer is used as the focusing reference plane. Here, the focus reference plane is a plane that serves as a reference for focusing of the
光源3からの照明光は、集光レンズ4、及びコンデンサレンズ7を経てほぼ平行光束となる。平行光束となった照明光は、第1反射鏡8によって反射されて観察面Ojにおける細胞を照明する。観察面Ojにおける細胞とは、培養容器20の各層のトレイのうち観察面Ojに対応するトレイにおいて培養される細胞である。
Illumination light from the
透過型顕微鏡1では、コンデンサレンズ7によって所謂ケーラー照明がなされる。集光レンズ4とコンデンサレンズ7との間には、観察面Ojと共役になる位置に視野絞り5、また光源3と共役になる位置に開口絞り6がそれぞれ備えられる。
In the
観察面Ojからの光は、対物レンズ10によって集光されてほぼ平行光束となる。平行光束となった観察面Ojからの光は、光学部材11を透過した後、第2反射鏡12によって反射されて結像レンズ13に入射する。観察面Ojからの光は、結像レンズ13によって結像面15上に集光され、観察面Ojの拡大像が形成される。
撮像装置14は、結像面15を撮像可能な位置に備えられる。撮像装置14によって撮像された観察面Ojの拡大像は、モニター(不図示)によって観察される。The light from the observation surface Oj is condensed by the
The
なお、図1においては、説明を簡単にするために、光源3から培養容器20を照明する光線と、観察面Ojから結像面15までの結像光線とを示した。
In order to simplify the explanation, FIG. 1 shows the light beam from the
光学部材11は、対物レンズ10と結像レンズ13との間の光軸上に配置される。光学部材11は、後述する通り、種々のレンズを含み焦点距離が可変である。つまり、光学部材11は、対物レンズ10と結像レンズ13との間の光軸上に配置されて、焦点距離が可変である。そして、光学部材11の焦点距離を変更することによって、作動距離WDを変更する。
The
透過型顕微鏡1では、作動距離WDを最下層である第1層に対応する観察面O1を観察する場合の作動距離Wmaxから、最上層である第10層に対応する観察面O10を観察する場合の作動距離Wminまでの範囲で作動距離を変えることができる。そして、光学部材11の焦点距離を変えることによって、10層に対応する観察面のうち、任意の観察面Oi(i=1,2,・・・,10)の像を、結像面15に形成することが可能である。
なお、図1に示した顕微鏡では、照明光学系がステージ9の下から照明を行い、対物レンズ10を含む結像光学系がステージ9の上方に設けられているが、ステージに対して照明光学系と結像光学系とを入れ替えた所謂倒立型顕微鏡として構成することが可能であることは言うまでもない。In the
In the microscope shown in FIG. 1, the illumination optical system illuminates from below the
ここで図2を参照し、顕微鏡光学系30を例に取って、透過型顕微鏡1が作動距離WDを変更する原理について説明する。図2は、本実施形態に係る顕微鏡光学系30の一例を含む構成を示す図である。顕微鏡光学系30は、図1に示した透過型顕微鏡1と同様であるが、説明を簡単にするために、第1反射鏡8と、第2反射鏡12とは含めないで展開光路図として示されている。
Here, referring to FIG. 2, taking the microscope
上述したように光学部材11は、種々のレンズを含む。光学部材11に含まれるレンズを、変換レンズGvという。光学部材11の焦点距離とは、この変換レンズGvの焦点距離である。光学部材11は、光軸31上において対物レンズ10と結像レンズ13との間に配置される。
As described above, the
図2(A)は、培養容器20の10層のうち中間層を観察するために作動距離WD0の基準位置の状態であり、この基準状態においては、光学部材11は光路中に配置されていない。図2(B)は、培養容器20の10層のうちの上層部を観察する状態であり、変換レンズGvとして負レンズGv1が対物レンズ10と結像レンズ13との間の光軸上に挿入され、作動距離WD1は、中間層の場合の作動距離WD0よりも大きくなっている。そして、図2(C)は、培養容器20の10層のうちの下層部を観察する状態であり、変換レンズGvとして正レンズGv2が対物レンズ10と結像レンズ13との間の光軸上に挿入され、作動距離WD2は基準状態での作動距離WD0よりも小さくなっている。FIG. 2A shows the state of the reference position of the working distance WD 0 for observing the intermediate layer among the 10 layers of the
この本実施形態の構成においては、基準状態を中間層として、上層部と下層部の観察に対して変換レンズの焦点距離を負と正に切替えたが、基準位置を下層にして変換レンズGvである負レンズGv1の負の焦点距離を順次短く、即ち負屈折力を順次強くすることで上層部の観察を行うことが可能である。また、基準位置を上層にして変換レンズGvである正レンズGv2の正の焦点距離を順次短く、即ち正屈折力を順次強くすることで下層部の観察を行うことも可能である。 In the configuration of this embodiment, the reference state is the intermediate layer, and the focal length of the conversion lens is switched between negative and positive for observation of the upper layer and the lower layer. By sequentially shortening the negative focal length of a certain negative lens Gv1, that is, by sequentially increasing the negative refractive power, it is possible to observe the upper layer. It is also possible to observe the lower layer by setting the reference position to the upper layer and sequentially shortening the positive focal length of the positive lens Gv2, which is the conversion lens Gv, that is, by gradually increasing the positive refractive power.
上述したように透過型顕微鏡1では、光学部材11の焦点距離を変更することによって、即ち変換レンズGvの焦点距離fvを変更することによって、対物レンズ10の作動距離WDを変更することができる。このような光学部材11、具体的には変換レンズGvの焦点距離、言い換えれば変換レンズの屈折力を変えることによって、対物レンズ10の作動距離WDを変えることができ、結果として図1に示したような培養容器20内で多層に積層されたトレイの各層の像を観察、撮影することが可能である。但し、対物レンズ10の像側に位置する変換レンズの焦点距離(即ち屈折力)を変える場合に、作動距離WDが変わるとともに、対物レンズ10と光学部材11(即ち変換レンズGv)との合成焦点距離も変わるため、顕微鏡としての結像倍率が変化する。そして、培養容器20内で多層に積層されたトレイの各層の像の大きさが作動距離WDの変化により、互いに異なることになる。即ち、結像倍率が変わり、このため観察視野も被検物体の像の大きさも変化するため、各層の比較検討のためには、大変不都合であり大きな問題となる場合がある。As described above, in the
ここで顕微鏡光学系30において作動距離WDが変更されても、透過型顕微鏡1の結像倍率βを一定に維持できる構成について説明する。
対物レンズ10と結像レンズ13とからなる透過型顕微鏡1の結像倍率βは、対物レンズ10の焦点距離を焦点距離f1、結像レンズ13の焦点距離を焦点距離f2とすると、下記の式(1)によって与えられる。Here, a configuration that can maintain the imaging magnification β of the
If the focal length of the
また、一般に、対物レンズとして第2のレンズ(ここでは焦点距離fvの変換レンズGv)を加えた場合の2つのレンズの合成焦点距離fは、対物レンズ10と変換レンズGvとの間隔を間隔dとすると、次の式(2)によって表現される。
In addition, in general, when a second lens (here, a conversion lens Gv having a focal length fv) is added as an objective lens, the combined focal length f of the two lenses is determined by the distance d between the
対物レンズ10と変換レンズGvとの間隔dが、対物レンズ10の焦点距離f1と等しい場合には、d=f1となり、合成焦点距離fは、上記の式(2)から、式(3)が導かれる。When the distance d between the
つまり、変換レンズGvの焦点距離fvが変更された場合であっても、対物レンズ10と変換レンズGvとの合成焦点距離fは不変である。That is, even if the focal length fv of the conversion lens Gv is changed, the combined focal length f of the
従って、顕微鏡対物レンズとしての作動距離WDを可変とするための変換レンズGvを、対物レンズ10の像側焦点位置、即ち対物レンズ10の後側焦点面Fの光軸上に配置すれば、作動距離WDが変更された場合であっても、対物レンズ10と変換レンズGvとの合成焦点距離fは不変であり、結果として顕微鏡としての結像倍率βは一定に維持される。
Therefore, if the conversion lens Gv for making the working distance WD as a microscope objective lens variable is arranged at the image side focal position of the
(第2の実施形態)
この様子を図3に示す。図2と同様に、図3(A)は、培養容器20の10層の中間層を観察するために作動距離WD0の基準位置の状態である。図3(B)は、培養容器20の10層のうちの上層部を観察する状態であり、変換レンズGvとして負レンズGv1が対物レンズ10と結像レンズ13との間の光軸上に挿入され、作動距離WD1は、中間層の場合の作動距離WD0よりも大きくなっている。そして、図2(C)は、培養容器20の10層のうちの下層部を観察する状態であり、変換レンズGvとして正レンズGv2が対物レンズ10と結像レンズ13との間の光軸上に挿入され、作動距離WD2は、中間層の場合の作動距離WD0よりも小さくなっている。このような構成において、変換レンズGvとしての負レンズGv1も正レンズGv2もそれぞれ、対物レンズ10の後側焦点上、即ち対物レンズの後側焦点面Fの光軸上に配置されるため、上述のとおり、対物レンズ10と変換レンズGvとの合成焦点距離は、一定に維持され、顕微鏡としての倍率は一定に維持される。(Second embodiment)
This state is shown in FIG. Similar to FIG. 2, FIG. 3A shows the state of the reference position at the working distance WD 0 for observing the 10 intermediate layers of the
次に、図4において、光学部材11の構成と、光学部材11の焦点距離の変更の制御について説明する。図4は、第2実施形態に係る光学系の光路と装置の概要を示す構成図である。
本実施形態では、一例として、光学部材11は、ターレットTを備える。ターレットTには、焦点距離が互いに異なる複数のレンズLが収納されている。つまり、光学部材11は、焦点距離が互いに異なる複数のレンズLを備える。Next, referring to FIG. 4, the configuration of the
In this embodiment, the
制御装置40は、例えばコンピュータであり、制御部41を備える。制御部41は、複数のレンズLのうち光軸31上で、対物レンズ10の焦点位置に配置されるレンズを切り替えることによって、光学部材11の焦点距離fvを変更する。制御部41は、複数のレンズLのうち光軸31上に配置するレンズ以外のレンズを光軸31から退避させる。図4では、一例として、複数のレンズLのうち正レンズが光軸31に配置されている。制御部41は、作動距離変更部の一例である。つまり、制御部41は、光学部材11の焦点距離fvを変更することによって複数の観察面Oのうちの観察面Ojから対物レンズ10までの作動距離WDを変更する。The
透過型顕微鏡1では、合焦基準面に焦点位置が合わせられる場合、一例として、ターレットTに収納される複数のレンズLは、いずれも光軸31上には配置されない。
In the
なお、制御部41は、上述した光学部材11の制御に加えて、顕微鏡光学系30について各種の制御を行う。制御部41が行う各種の制御には、例えば、光源3の明るさの調整、ステージ9の移動、焦点合わせのための対物レンズ10の光軸方向の微小移動、及び結像レンズ13の光軸方向の微小移動などが含まれる。
In addition to controlling the
上記の第2実施形態においては、作動距離を任意に変更する場合にも結像倍率を一定にすることが可能となる。このための基本構成は図3及び図4に示した通り、作動距離を変えるための変換レンズGvを、対物レンズ10の後側焦点位置(後側焦点面F)に配置することであった。
ところが、対物レンズ10の焦点位置は一般には顕微鏡光学系の瞳位置として重要な位置であり、取り分け位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡では、特別な絞りやプリズムなどの光学素子が配置される。このため図3及び図4に示した第2実施形態では、変換レンズGvが対物レンズ10の後側焦点位置(後側焦点面F)に配置されるため、位相差などの特殊な顕微鏡観察を正しく行うことは難しい。In the above-described second embodiment, it is possible to keep the imaging magnification constant even when the working distance is arbitrarily changed. The basic configuration for this is to arrange the conversion lens Gv for changing the working distance at the rear focal position (back focal plane F) of the
However, the focal position of the
(第3の実施形態)
上記の課題を解決する第3実施形態について図5を用いて説明する。図5は第3の実施形態に係る作動距離可変の構成を示す概略光路図である。この光路図においても、図3と同様に、説明を簡単にするために、顕微鏡光学系30には、第1反射鏡8と、第2反射鏡12とは含めないで展開光路図として示されている。図3と同様の機能を有する部材には同一の記号を付している。(Third Embodiment)
3rd Embodiment which solves said subject is described using FIG. FIG. 5 is a schematic optical path diagram showing a variable working distance configuration according to the third embodiment. In this optical path diagram, as in FIG. 3, for ease of explanation, the microscope
図5(A)は、培養容器20の10層の中間層を観察するために作動距離WD0の基準位置の状態である。この基準状態においては、光学部材11は光路中に配置されていない。図5(B)は、培養容器20の10層のうちの上層部を観察する状態であり、物体側から順に負レンズ要素と正レンズ要素とを有する変換レンズGv1が対物レンズ10と結像レンズ13との間の光軸上に挿入されている。そして、図5(C)は、培養容器20の10層のうちの下層部を観察する状態であり、物体側から順に正レンズ要素と負レンズ要素とを有する変換レンズGv2が対物レンズ10と結像レンズ13との間の光軸上に挿入されている。FIG. 5A shows the state of the reference position at the working distance WD 0 for observing the 10 intermediate layers of the
ここで重要なことは、図5(B)に示す通り、変換レンズGv1は対物レンズ10の後側焦点面Fよりも物体側に配置されているが、負レンズ要素と正レンズ要素との組み合わせにより変換レンズGv1としての合成主点Hが、対物レンズ10の後側焦点面Fに一致していることである。また、同様に、図5(C)に示す通り、変換レンズGv2は対物レンズ10の後側焦点面Fよりも像側に配置されているが、正レンズ要素と負レンズ要素との組み合わせにより変換レンズGv2としての合成主点Hが、対物レンズ10の後側焦点面Fに一致している。
このような構成により、変換レンズにより顕微鏡としての結像倍率を一定に維持しつつ作動距離を任意に変えることができる顕微鏡で有りながら、対物レンズ10の後側焦点位置、即ち顕微鏡の像側瞳位置に空間を設けることができ、位相差や微分干渉などの高度な観察が可能となっている。What is important here is that, as shown in FIG. 5B, the conversion lens Gv1 is arranged on the object side of the rear focal plane F of the
With such a configuration, the microscope can arbitrarily change the working distance while maintaining a constant imaging magnification as a microscope by means of the conversion lens. A space can be provided at the position, and advanced observation such as phase difference and differential interference is possible.
以下に、第3実施形態の装置全体について説明する。図6は、第3実施形態に係る光学系の光路と装置の概要を示す構成図である。上述した図4と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付しており、詳細な説明は重複するので省略する。
制御装置40は、例えばコンピュータであり、制御部41を備える。制御部41は、複数のレンズLのうち光軸31上に配置されるレンズを切り替えることによって、光学部材11の焦点距離fvを変更する。制御部41は、複数のレンズLのうち光軸31上に配置すべきレンズ以外のレンズを光軸31から退避させる。図6では、一例として、複数のレンズLのうちレンズL1-1が光軸31上に配置されている。制御部41は、作動距離変更部の一例である。つまり、制御部41は、光学部材11の焦点距離fvを変更することによって複数の観察面Oのうちの観察面Ojから対物レンズ10までの作動距離WDを変更する。The entire device of the third embodiment will be described below. FIG. 6 is a configuration diagram showing an optical path of an optical system and an outline of an apparatus according to the third embodiment. Members having the same functions as those in FIG. 4 described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted to avoid duplication.
The
本実施形態の透過型顕微鏡では、合焦基準面に焦点位置が合わせられる場合、一例として、前段ターレットT1及び後段ターレットT2に収納される複数のレンズLは、いずれも光軸31上には配置されない。
In the transmission microscope of this embodiment, when the focal position is adjusted to the focusing reference plane, as an example, the plurality of lenses L housed in the front stage turret T1 and the rear stage turret T2 are both arranged on the
なお、制御部41は、上述した光学部材11の制御に加えて、顕微鏡光学系30について各種の制御を行う。制御部41が行う各種の制御には、例えば、光源3の明るさの調整、ステージ9の移動、対物レンズ10の光軸方向の移動、結像レンズ13の光軸方向の移動などが含まれる。
In addition to controlling the
ここで図7を参照し、前段ターレットT1及び後段ターレットT2について説明する。図7は、本実施形態に係るターレットの一例を示す斜視図である。前段ターレットT1と、後段ターレットT2とは、光軸31の方向に重なって2列に並べられる。
Here, the front turret T1 and the rear turret T2 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a perspective view showing an example of the turret according to this embodiment. The front-stage turret T1 and the rear-stage turret T2 are arranged in two rows overlapping each other in the direction of the
前段ターレットT1は、複数の収納部H1を備える。前段ターレットT1は、複数の収納部H1として、収納部H1-1、収納部H1-2、収納部H1-3、収納部H1-4、収納部H1-5、及び収納部H1-6を備える。それら複数の収納部H1は、円形に並べられて備えられる。
後段ターレットT2は、複数の収納部H2を備える。後段ターレットT2は、複数の収納部H2として、収納部H2-1、収納部H2-2、収納部H2-3、収納部H2-4、収納部H2-5、及び収納部H2-6を備える。それら複数の収納部H2は、円形に並べられて備えられる。
複数の収納部H1と複数の収納部H2とには、レンズLが収納される収納部と、レンズLが収納されない収納部とがある。ここで複数の収納部に収納される複数のレンズLは、互いに焦点距離が異なる。The front turret T1 includes a plurality of storages H1. The front-stage turret T1 includes, as a plurality of storages H1, storages H1-1, storages H1-2, storages H1-3, storages H1-4, storages H1-5, and storages H1-6. . The plurality of storage units H1 are arranged in a circle.
The rear turret T2 includes a plurality of storages H2. The rear turret T2 includes, as a plurality of storages H2, a storage H2-1, a storage H2-2, a storage H2-3, a storage H2-4, a storage H2-5, and a storage H2-6. . The plurality of storage sections H2 are arranged in a circle.
The plurality of storage portions H1 and the plurality of storage portions H2 include storage portions in which the lenses L are stored and storage portions in which the lenses L are not stored. Here, the plurality of lenses L housed in the plurality of storage units have different focal lengths.
図7の例では、前段ターレットT1に備えられる複数の収納部H1のうち、収納部H1-1、収納部H1-2、収納部H1-3、収納部H1-4、及び収納部H1-5には、互いに合成焦点距離が異なるレンズL1-1、レンズL1-2、レンズL1-3、レンズL1-4、及びレンズL1-5がそれぞれ収納される。一方、収納部H1-6には、レンズLは収納されない。
後段ターレットT2に備えられる複数の収納部H2のうち、収納部H2-1、収納部H2-2、収納部H2-3、及び収納部H2-4には、互いに合成焦点距離が異なるレンズL2-1、レンズL2-2、レンズL2-3、及びレンズL2-4それぞれ収納される。一方、収納部H2-5及び収納部H2-6には、レンズLは収納されない。
このように、本実施形態では、前段ターレットT1及び後段ターレットT2に収納される複数のレンズLの枚数は、一例として、9枚である。In the example of FIG. 7, among the plurality of storage units H1 provided in the front turret T1, storage unit H1-1, storage unit H1-2, storage unit H1-3, storage unit H1-4, and storage unit H1-5 contains lenses L1-1, L1-2, L1-3, L1-4, and L1-5 having different composite focal lengths. On the other hand, the lens L is not stored in the storage portion H1-6.
Lenses L2- 1, lens L2-2, lens L2-3, and lens L2-4. On the other hand, the lens L is not housed in the housing portion H2-5 and the housing portion H2-6.
Thus, in this embodiment, the number of lenses L accommodated in the front turret T1 and the rear turret T2 is nine, for example.
上述したように前段ターレットT1と、後段ターレットT2とは、光軸31の方向に重なって2列に並べられる。つまり、前段ターレットT1と、後段ターレットT2とは、光軸方向の位置が互いに異なる。複数のレンズLは、光軸方向の位置が互いに異なる前段ターレットT1と、後段ターレットT2とのいずれかに収納されるかによって2つの組に分けられる。したがって、複数のレンズLは、光軸方向の位置が互いに異なる複数の組に分かれて備えられる。
As described above, the front turret T1 and the rear turret T2 are arranged in two rows overlapping each other in the direction of the
前段ターレットT1及び後段ターレットT2は、回転駆動部(不図示)によって制御されて回転する。この回転駆動部は、制御部41によって制御される。前段ターレットT1及び後段ターレットT2は、それぞれが回転することによって、レンズL1-1、レンズL1-2、レンズL1-3、レンズL1-4、レンズL1-5、レンズL2-1、レンズL2-2、レンズL2-3、及びレンズL2-4のうち1つが光軸31上に配置される。
つまり、前段ターレットT1及び後段ターレットT2は、制御部41によって制御されて複数のレンズLのうち光軸31上に配置されるレンズを切り替える。前段ターレットT1及び後段ターレットT2は、レンズ切替部の一例である。つまり、本実施形態では、レンズ切替部とは、ターレットである。The front turret T1 and the rear turret T2 are controlled to rotate by a rotation drive section (not shown). This rotation drive section is controlled by the
That is, the front-stage turret T1 and the rear-stage turret T2 are controlled by the
ここで制御部41は、光軸31上に配置するレンズLが収納されるターレットに収納される複数のレンズLのうち、光軸31上に配置するレンズL以外のレンズを光軸31から退避させる。また、制御部41は、他方のターレットのレンズが収納されていない収納部を光軸31上の位置まで移動させることによって、他方のターレットに収納される複数のレンズLを光軸31上から退避させる。
Here, the
図7の例では、前段ターレットT1の収納部H1-1に収納されるレンズL1-1が光軸31上に配置され、後段ターレットT2のレンズが収納されていない収納部H2-6が光軸31上に配置されている。この場合、光線は、前段ターレットT1の位置ではレンズL1-1に入射し、後段ターレットT2の位置では収納部H2-6の穴を通過する。
In the example of FIG. 7, the lens L1-1 accommodated in the accommodation portion H1-1 of the front stage turret T1 is arranged on the
次に図8を参照し、制御装置40による培養容器20の各層に対応する観察面Oを観察する処理である撮像処理について説明する。図8は、本実施形態に係る撮像処理の一例を示す図である。図8に示す撮像処理の開始前に、制御部41によって観察面Ojが合焦基準面に設定される。ここで合焦基準面は、上述したように培養容器20の第6層に対応する観察面O6である。なお、図8に示す撮像処理の開始前においては、前段ターレットT1及び後段ターレットT2に収納される複数のレンズLのいずれも光軸31上に配置されていない。
Next, with reference to FIG. 8, the imaging process, which is the process of observing the observation surface O corresponding to each layer of the
ステップS10:制御部41は、撮像を開始する最初の観察面を設定する。制御部41は、所定の順番に基づいて、観察を開始する最初の観察面を設定する。所定の順番は、例えば、培養容器20の最上層である第10層から最下層である第1層に向かう順番である。制御部41は、設定された観察面を示す情報を観察面情報として記憶部42に記憶させる。
Step S10: The
また、ステップS10において制御部41は、培養容器20の種類などを示す情報である培養容器情報を記憶部42に記憶させる。この培養容器情報には、培養容器20の種類に応じて、培養容器20の各層に対応する観察面Oに合焦するためのレンズを示す情報が含まれる。レンズを示す情報には、例えば、レンズの焦点距離が含まれる。
培養容器情報は、例えば、透過型顕微鏡1のユーザが操作部(不図示)から制御装置40に入力される。制御部41は、入力された培養容器情報を取得する。なお、培養容器情報には、培養容器20の各層に対応する観察面Oを観察する所定の順番を示す情報が含まれる。
なお、培養容器20の種類に応じて、ステップS10において前段ターレットT1及び後段ターレットT2に収納されるレンズLが交換されてもよい。Further, in step S<b>10 , the
For example, the user of the
In step S10, the lenses L housed in the front turret T1 and the rear turret T2 may be exchanged according to the type of
ステップS20:制御部41は、光軸31に配置するレンズLを、設定された観察面Ojに応じた所望のレンズに変更する。制御部41は、記憶部42に記憶された培養容器情報に基づいて、前段ターレットT1及び後段ターレットT2に収納される複数のレンズLのうち光軸31に配置するレンズを選択する。
ここで制御部41は、配置するレンズLに応じて、回転駆動部を介して前段ターレットT1を回転させ、かつ回転駆動部を介して後段ターレットT2を回転させ光軸31に配置するレンズLを変更する。Step S20: The
Here, the
ステップS30:制御部41は、観察面Ojにおいて合焦しているか否かを判定する。ここで合焦とは、対物レンズ10と、光学部材11が備える変換レンズGvとの光学系の焦点位置が観察面Ojの位置に一致することである。
制御部41は、合焦していると判定する場合(ステップS30;YES)、ステップS40の処理を実行する。一方、制御部41は、合焦していないと判定する場合(ステップS30;NO)、ステップS60の処理を実行する。Step S30: The
When determining that the focus is achieved (step S30; YES), the
ステップS40:制御部41は、撮像装置14に撮像を行わせる。ここで撮像とは、結像面15において撮像素子によって検出される光に基づいて被写体の画像(撮像画像)を生成することである。
Step S40: The
ステップS50:制御部41は、観察面O1から観察面O10までの全ての観察面の撮影が完了したか否かを判定する。ここで制御部41は、例えば、記憶部42に記憶させた培養容器情報が示す所定の順番と、観察面情報とに基づいて判定を行う。
制御部41は、全ての観察面の撮影が完了したと判定する場合(ステップS50;YES)、制御装置40は、撮像処理を終了する。一方、制御部41は、全ての観察面の撮影が完了していないと判定する場合(ステップS50;NO)、ステップS70の処理を実行する。Step S50: The
When the
ステップS60:制御部41は、対物レンズ10を調整する。ここで制御部41は、対物レンズ10を微調整して、透過型顕微鏡1を観察面Ojにおいて合焦させる。その後、制御部41は、ステップS40の処理を実行する。
Step S<b>60 : The
ステップS70:制御部41は、観察面Ojを設定する。ここで制御部41は、例えば、記憶部42に記憶させた培養容器情報が示す所定の順番と、観察面情報とに基づいて、観察面Ojを設定する。その後、制御部41は、ステップS20の処理を再度実行する。
以上で、制御装置40は、撮像処理を終了する。Step S70: The
With this, the
以上に説明したように、本実施形態に係る顕微鏡(本実施形態において、透過型顕微鏡1)は、複数の観察面Oが積層された培養容器20を観察するための顕微鏡であって、対物レンズ10と、結像レンズ13と、光学部材11と、作動距離変更部(本実施形態において、制御部41)とを備える。
As described above, the microscope according to this embodiment (
この構成により、本実施形態に係る顕微鏡では、観察面Oに応じて作動距離WDを簡便に変更することができるため、複数の観察面Oが積層された培養容器20を簡便に観察することができる。
With this configuration, in the microscope according to the present embodiment, the working distance WD can be easily changed according to the observation surface O, so that the
また、本実施形態に係る顕微鏡(本実施形態において、透過型顕微鏡1)では、光学部材11の主点位置(本実施形態において、変換レンズGvである負レンズGv1や正レンズGv2の位置)は、対物レンズ10の像側焦点位置32に一致するように配置されている。Further, in the microscope according to this embodiment (in this embodiment, the transmission microscope 1), the principal point position of the optical member 11 (in this embodiment, the positions of the negative lens Gv 1 and the positive lens Gv 2 which are the conversion lenses Gv) ) are arranged to coincide with the image-side focal position 32 of the
この構成により、本実施形態に係る顕微鏡では、光学部材11の焦点距離fvを変更した場合に対物レンズ10と光学部材11との合成焦点距離を光学部材11の焦点距離fvに関わらず一定に維持できるため、顕微鏡としての結像倍率βは一定に維持できる。
With this configuration, in the microscope according to the present embodiment, when the focal length fv of the
また、本実施形態に係る顕微鏡(本実施形態において、透過型顕微鏡1)では、光学部材11は、焦点距離が互いに異なる複数の第1レンズ(本実施形態において、複数のレンズL)を備え、顕微鏡(本実施形態において、透過型顕微鏡1)は、レンズ切替部(本実施形態において、前段ターレットT1、及び後段ターレットT2)を備える。
レンズ切替部(本実施形態において、前段ターレットT1、及び後段ターレットT2)は、作動距離変更部(本実施形態において、制御部41)によって制御されて複数のレンズ(本実施形態において、複数のレンズL)のうち光軸31上に配置される第2レンズを切り替える。Further, in the microscope according to this embodiment (
The lens switching unit (in this embodiment, the front turret T1 and the rear turret T2) is controlled by the working distance changing unit (in this embodiment, the control unit 41) to switch a plurality of lenses (in this embodiment, a plurality of lenses L), the second lens arranged on the
この構成により、本実施形態に係る顕微鏡では、焦点距離が互いに異なる複数のレンズのうち光軸31上に配置されるレンズを切り替えることができるため、光学部材11の焦点距離を迅速に変更できる。
With this configuration, the microscope according to the present embodiment can switch the lens arranged on the
また、本実施形態に係る顕微鏡(本実施形態において、透過型顕微鏡1)では、レンズ切替部(本実施形態において、前段ターレットT1、及び後段ターレットT2)は、複数のレンズ(本実施形態において、複数のレンズL)を、光軸方向の位置が互いに異なる複数の組に分けて備えている。
Further, in the microscope according to the present embodiment (the
この構成により、本実施形態に係る顕微鏡では、複数のレンズを光軸31の方向に重ねて収納できるため、複数のレンズが光軸方向の位置が互いに異なる複数の組に分かれていない場合に比べて、複数のレンズを光軸31に垂直な径方向についてコンパクトに収納できる。
With this configuration, in the microscope according to the present embodiment, a plurality of lenses can be stacked and stored in the direction of the
また、本実施形態に係る顕微鏡(本実施形態において、透過型顕微鏡1)では、複数のレンズ(本実施形態において、複数のレンズL)は、それぞれ同一光軸上に配置された複数のレンズ要素(本実施形態において、負レンズ要素と正レンズ要素)で構成されている。
Further, in the microscope according to the present embodiment (the
この構成により、本実施形態に係る顕微鏡では、レンズが1枚のレンズである場合に比べて複数の第1レンズのそれぞれの焦点距離の値の種類を増やすことができるため、レンズが1枚のレンズである場合に比べて、観察面Ojに応じて作動距離WDを変更しやすい。 With this configuration, in the microscope according to the present embodiment, the types of focal length values for each of the plurality of first lenses can be increased compared to the case where the lens is a single lens. Compared to the case of a lens, it is easier to change the working distance WD according to the viewing plane Oj.
また、本実施形態に係る顕微鏡(本実施形態において、透過型顕微鏡1)では、レンズ切替部(本実施形態において、前段ターレットT1、及び後段ターレットT2)によって光軸31上に配置される一つのレンズにおいて、複数のレンズ要素(本実施形態において、負レンズ要素と正レンズ要素)の合成主点Hと、対物レンズ10の像側焦点とが一致している。
Further, in the microscope according to the present embodiment (the
この構成により、本実施形態に係る顕微鏡では、レンズの光軸31上における位置が対物レンズ10の像側焦点の位置からずれている場合に、レンズの焦点距離を変化させても対物レンズ10と複数のレンズとの合成焦点距離fを不変にできるため、レンズの光軸31上における位置が対物レンズ10の像側焦点の位置からずれている場合に、作動距離WDを変更する場合であっても、透過型顕微鏡1の結像倍率βを一定に保つことができる。
With this configuration, in the microscope according to the present embodiment, when the position of the lens on the
また、本実施形態に係る顕微鏡(本実施形態において、透過型顕微鏡1)では、レンズ切替部とは、ターレット(本実施形態において、前段ターレットT1、及び後段ターレットT2)である。
Further, in the microscope according to the present embodiment (the
この構成により、本実施形態に係る顕微鏡では、ターレットを回転させることによって光軸31上に配置される第2レンズを切り替えることができるため、光学部材11の焦点距離を簡便かつ迅速に変更できる。
With this configuration, in the microscope according to the present embodiment, the second lens arranged on the
(第3実施形態の変形例1)
以下、図面を参照しながら上述した第3実施形態の変形例1について詳しく説明する。本変形例では、透過型顕微鏡がバンドパスフィルターを備えて、撮像画像の画質を向上させる場合について説明をする。
本変形例に係る顕微鏡を透過型顕微鏡1aといい、透過型顕微鏡1aの光学系を顕微鏡光学系30aという。(
The microscope according to this modification is called a transmission microscope 1a, and the optical system of the transmission microscope 1a is called a microscope
以下、図面を参照しながら上述した第3実施形態の変形例1について説明する。本変形例では、透過型顕微鏡が斜光絞りを備えて、斜光照明が可能である。
本変形例に係る顕微鏡を透過型顕微鏡1aといい、透過型顕微鏡1aの光学系を顕微鏡光学系30aという。
The microscope according to this modification is called a transmission microscope 1a, and the optical system of the transmission microscope 1a is called a microscope
図9は、本変形例に係る顕微鏡光学系30aの構成の一例を示す図である。本変形例に係る顕微鏡光学系30a(図9)と第3の実施形態に係る顕微鏡光学系30(図6)とを比較すると、斜光絞り60aが備えられている点が異なる。ここで、他の構成要素(光源3、集光レンズ4、視野絞り5、開口絞り6、コンデンサレンズ7、対物レンズ10、光学部材11、及び結像レンズ13)が持つ機能は第1の実施形態と同じである。第1の実施形態と同じ機能の説明は省略し、本変形例では、第3の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the configuration of a microscope
斜光絞り60aは、一例として、開口絞り6の位置に備えられ、光軸外の周辺部に開口を有する。
As an example, the oblique
斜光絞り60aは、一例として円板状である、光を透過させる円弧上の開口部600aと、光を遮る遮光部601aとを有する。開口部600aは、一例として、中心角が90度の円弧状に形成される。開口部600aの幅は、一例として、1ミリメートルである。顕微鏡光学系30aの光源3からの照射光の光線の方向は、開口部600aが光軸外であるため、観察面Ojを斜めに照明することが可能であり、所謂斜光照明がなされる。この照明方法により、より微細なパターンの観察が可能となる。
The oblique
本実施形態では、斜光絞り60aは、制御部41aに制御されて、一例として、光源と被写体とを通る光軸のまわりに90度毎に回転する。斜光絞り60aが回転することに伴い、開口部600aの位置は光源と被写体とを通る光軸のまわりに90度毎に回転する。つまり、斜光絞り60aは、開口部600aの位置を光源と被写体とを通る光軸のまわりに回転可能である。ここで斜光絞り60aは、開口部600aの位置を光源と被写体とを通る光軸のまわりに所定の角度ずつ回転可能である。開口部600aの位置が回転することによって、斜めの照明光の入射方向を変化することができる。
In this embodiment, the oblique
本変形例に係る透過型顕微鏡では、制御部41aに斜光絞り60aを回転させて、照明光の入射角度を90度ずつ変化させて、被写体である細胞の画像を撮像する。撮像装置14に備えられる画像処理部は、入射角度を90度ずつ変化させて撮像された複数の撮像画像を合成して、1枚の撮像画像を生成する。
照明光の入射角度を変化させて撮像された複数の撮像画像を合成して得られる撮像画像では、複数の撮像画像を合成しない場合に比べて、コントラストが高くなる。In the transmission microscope according to this modified example, the oblique
A captured image obtained by synthesizing a plurality of captured images captured by changing the incident angle of the illumination light has a higher contrast than when the plurality of captured images are not combined.
上記の図9の構成において、開口絞り6の位置又はその近傍にバンドパスフィルターを配置することができる。バンドパスフィルターは、長波長の光を透過させ、短波長の光を透過させないフィルターであり、ここでは長波長及び短波長は、一例として、660ナノメートルより短い波長をカットすることにより、細胞で発生し易いノイズ光を除去することが可能となる。具体的には、被写体である細胞に照射される照射光の回折や散乱を低減することができ、撮像画像の画質を向上することができる。
In the configuration of FIG. 9 above, a bandpass filter can be arranged at the position of the
なお、本変形例におけるバンドパスフィルターは一例であって、これに限定されず、バンドパスフィルターは625nm中心、帯域幅20nm程度のバンドパスフィルターであってもよい。また、前述した斜光照明のための遮光板と併せて用いることも可能である。またなお、バンドパスフィルターの代わりに、開口絞り6の位置又はその近傍に遮光板が配置されてもよい。
Note that the bandpass filter in this modified example is an example and is not limited to this, and the bandpass filter may be a bandpass filter with a center of 625 nm and a bandwidth of about 20 nm. Moreover, it is also possible to use together with the light-shielding plate for oblique illumination mentioned above. Furthermore, instead of the bandpass filter, a light shielding plate may be arranged at the position of the
(第3実施形態の変形例2)
以下、図面を参照しながら上述した第3実施形態の変形例の構成について説明する。本変形例では、透過型顕微鏡が位相リングを備えて、位相差観察を行う場合について説明をする。
本変形例に係る顕微鏡を透過型顕微鏡1bといい、透過型顕微鏡1bの光学系を顕微鏡光学系30bという。(
Hereinafter, the configuration of the modified example of the above-described third embodiment will be described with reference to the drawings. In this modified example, a case will be described in which a transmission microscope is provided with a phase ring and phase contrast observation is performed.
The microscope according to this modified example is called a transmission microscope 1b, and the optical system of the transmission microscope 1b is called a microscope
図10は、本変形例に係る顕微鏡光学系30bの構成の一例を示す図である。本変形例に係る顕微鏡光学系30b(図10)と第1の実施形態に係る顕微鏡光学系30(図6)とを比較すると、第1位相リング70b、及び第2位相リング71bが備えられている点が異なる。ここで、他の構成要素が持つ機能は第3の実施形態と同じである。第3の実施形態と同じ機能の説明は省略し、本変形例では、異なる部分を中心に説明する。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of a microscope
第1位相リング70bは、照明系内の開口絞り6の位置に備えられ、輪帯状の開口部を有する。
The
第2位相リング71bは、結像系内の光軸31上において開口絞り6の位置と共役な位置、具体的には対物レンズ10の後側焦点の位置に配置される。対物レンズ10の像側焦点位置32は、対物レンズ10の瞳位置でもある。
The
第2位相リング71bは、第1位相リング70bの開口部と同じ形状の開口部を有する。第2位相リング71bは、所定の位相差と透過率特性を与える。
ここで瞳位置の近傍には、瞳位置からずれた場合であっても第2位相リング71bが所定の位相差と透過率特性とを与える範囲が含まれる。照明系内の開口絞り6の位置に備えられる第1位相リング70bと、対物レンズ10の瞳位置に備えられる第2位相リング71bとの共役関係がある程度ずれても、低倍率の場合には位相差観察は可能である。また、図10では簡単のために、2つの位相リング70と位相リング71とをほぼ同じ大きさとして示しているが、互いに共役関係を維持する限りは、倍率に応じて大きさが適宜変わることが必要であることは言うまでもない。The
Here, the vicinity of the pupil position includes a range in which the
本変形例に係る位相差顕微鏡では、位相リング(第1位相リング70b、及び第2位相リング71b)を設けることによって、位相差観察か可能となる。位相差観察によって、観察対象が透明な試料であっても、その屈折率差による明瞭な像を観察することが可能となる。
In the phase-contrast microscope according to this modification, phase-contrast observation becomes possible by providing the phase rings (the
(第4の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第4の実施形態について説明する。
上記第1、第2及び第3の実施形態では、透過型顕微鏡において、ターレットに収納された複数のレンズのうち光軸上に配置されるレンズを交換することによって、光学部材11の焦点距離(即ち、屈折力)を変更することによって、作動距離WD変更する構成であった。本実施形態では、顕微鏡において、変換レンズとしての光学部材11自体が可変焦点レンズを有し、この可変焦点レンズの焦点距離の変化に応じて作動距離が変更される。
本実施形態に係る顕微鏡を透過型顕微鏡1cといい、透過型顕微鏡1cの光学系を顕微鏡光学系30cという。(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the first, second and third embodiments, the focal length ( That is, the working distance WD is changed by changing the refractive power. In this embodiment, in the microscope, the
The microscope according to this embodiment is called a transmission microscope 1c, and the optical system of the transmission microscope 1c is called a microscope
図11は、本実施形態に係る顕微鏡光学系30cの構成の一例を示す図である。本実施形態に係る顕微鏡光学系30c(図11)と第1の実施形態に係る顕微鏡光学系30(図2)とを比較すると、光学部材11cが異なる。ここで、他の構成要素が持つ機能は第1の実施形態と同じである。第1の実施形態と同じ機能の説明は省略し、本実施形態では、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
FIG. 11 is a diagram showing an example of the configuration of the microscope
光学部材11cは、可変焦点レンズ80cと電圧印加部(不図示)とを備える。可変焦点レンズ80cは、電圧印加部によって印加される電圧に基づいて焦点距離が変更されるレンズであり、光軸31上において対物レンズ10の像側焦点面Fの位置に設置される。したがって、上述した原理に基づいて、可変焦点レンズ80cの焦点距離が変更されても、本実施形態に係る透過型顕微鏡の結像倍率βは不変である。
The
可変焦点レンズ80cは、一例として液晶レンズであり、液晶に印加される電圧の大きさに応じて、液晶の結晶の角度を変化させることによって屈折率を変化させ、その結果焦点距離が変更される。可変焦点レンズ80cは、屈折力可変レンズの一例であり、液晶レンズのような液体レンズとすることができる。図11において、可変焦点レンズ80を両凹負レンズとして表示しているが、負レンズでも正レンズであってもよい。焦点距離が可変であれば、その可変の範囲で作動距離WDを変えられることは、先に図2などで原理説明を行った通りである。
The
電圧印加部(不図示)は、可変焦点レンズ80cに電気信号を付与することによって可変焦点レンズ80cに電圧を印加して可変焦点レンズ80cの屈折力を切替える。電圧印加部は、屈折力変換手段の一例である。電圧印加部が可変焦点レンズ80cに印加する電圧は、制御部41cによって制御される。つまり、制御部41cは、電圧印加部によって可変焦点レンズ80cの焦点距離(即ち、屈折力)を変更する。制御部41cは、作動距離変更部の一例である。
A voltage application unit (not shown) applies an electric signal to the
可変焦点レンズ80cに印加される電圧の値は、一例として制御装置40cの記憶部42cに印加電圧情報43cとして記憶される。印加電圧情報43cは、可変焦点レンズ80cに印加される電圧の値である印加電圧値を培養容器20の各層の底面毎に示す情報である。制御部41cは、記憶部42cから印加電圧情報43cを読み出し、読み出した印加電圧情報43cに基づいて、観察面Oに応じて可変焦点レンズ80cに印加される電圧を制御する。
The value of the voltage applied to the
なお、印加電圧情報は、透過型顕微鏡1cの外部のデータベースに記憶されてもよい。印加電圧情報43cが透過型顕微鏡1cの外部のデータベースに記憶される場合、制御装置40cとこのデータベースとは通信可能であり、制御部41cはこのデータベースから印加電圧情報を読み出し、読み出した印加電圧情報に基づいて可変焦点レンズ80cに印加される電圧を制御する。
The applied voltage information may be stored in a database outside the transmission microscope 1c. When the applied voltage information 43c is stored in a database outside the transmission microscope 1c, the
なお、本実施形態では、観察面Oに応じて可変焦点レンズ80cの焦点距離が変更されて作動距離WDが変更される場合の一例について説明したが、これに限らない。観察面Oに応じて、可変焦点レンズ80cの焦点距離が変更されて、かつ対物レンズ10のステージ9に対する光軸上の相対位置を変更することによって、作動距離WDを変更してもよい。この場合、対物レンズ10と可変焦点レンズ80との間隔が対物レンズ10の焦点距離に等しく配置された状態で、一体的に光軸方向に移動する構成とする場合には、前述のとおり、顕微鏡としての結像倍率を一定に維持することができる。対物レンズ10のステージ9に対する光軸上の相対位置は、制御部41cによって変更される。制御部41cは、相対位置変更部の一例である。
In this embodiment, an example in which the focal length of the
以上に説明したように、本実施形態に係る顕微鏡(本実施形態において、透過型顕微鏡1c)では、光学部材11は液体レンズなどの屈折力可変レンズ(本実施形態において、可変焦点レンズ80c)と屈折力可変レンズ(本実施形態において、可変焦点レンズ80c)の屈折力を切り換える屈折力変換手段(本実施形態において、電圧印加部)とを備え、作動距離変更部(本実施形態において、制御部41)は、屈折力変換手段(本実施形態において、電圧印加部)によって屈折力可変レンズ(本実施形態において、可変焦点レンズ80c)の屈折力を変更する。
さらに、図11に示した第4実施形態による屈折力可変レンズの構成を、図5及び図6で示した第3実施形態に示した光学部材11と組み合わせることが可能である。この場合、光学部材11による作動距離の切り換えの際に、屈折力可変レンズの屈折力(即ち焦点距離)を僅かに変化させることによって、作動距離の微調節を迅速に行うことが可能となり、より高精度の観察を高速に行うことが可能となる。As described above, in the microscope according to the present embodiment (the transmission microscope 1c in the present embodiment), the
Furthermore, it is possible to combine the configuration of the variable refractive power lens according to the fourth embodiment shown in FIG. 11 with the
この構成により、本実施形態に係る顕微鏡では、対物レンズや反射ミラーを光軸方向に数十センチメートルに渡って移動させるメカニカルな駆動を行う場合に比べてより迅速に作動距離WDを変更できる。また、本実施形態に係る顕微鏡では、合焦を行うための機構の耐久性をメカニカルな駆動を行う場合に比べて向上させることができる。 With this configuration, in the microscope according to the present embodiment, the working distance WD can be changed more quickly than in the case of mechanical driving that moves the objective lens and reflecting mirror over several tens of centimeters in the optical axis direction. Also, in the microscope according to the present embodiment, the durability of the mechanism for focusing can be improved compared to the case of mechanical driving.
また、本実施形態に係る顕微鏡(本実施形態において、透過型顕微鏡1c)では、培養容器20を配置するステージ9と、対物レンズ10のステージ9に対する光軸上の相対位置を変更する相対位置変更部とをさらに備えることが可能である。例えば、作動距離WDを変化させる場合に対物レンズ10のステージ9に対する光軸上の相対位置を変更させて、可変焦点レンズの焦点距離の変化量の不足を補うことができる。
なお、上述した変換レンズの切替や可変焦点レンズによる作動距離WDの変更の際に、対物レンズ10の個別の移動を加えることにより、作動距離変更の際の焦点合わせの精度や結像性能を向上することが可能である。Further, in the microscope according to the present embodiment (the transmission microscope 1c in the present embodiment), the
Incidentally, when the conversion lens is switched or the working distance WD is changed by the varifocal lens, by individually moving the
なお、上述した実施形態における顕微鏡は、細胞培養装置に備えられてもよい。つまり、この細胞培養装置は、複数の観察面が積層された培養容器を観察するための顕微鏡であって、対物レンズと、結像レンズと、対物レンズ10と結像レンズ13との間の光軸上に配置される焦点距離が可変である光学部材と、光学部材11の焦点距離fvを変更することによって複数の観察面Oのうちの観察面から対物レンズ10までの作動距離を変更する作動距離変更部と、前記培養容器を配置するステージと、を備える顕微鏡を備える。
上述した実施形態における顕微鏡を備える細胞培養装置では、観察面Oに応じて作動距離WDを簡便に変更することができるため、複数の観察面Oが積層された培養容器20を簡便に観察することができる。しかも、作動距離WDの変更においても結像倍率を一定に保つことが可能である。In addition, the microscope in the embodiment described above may be provided in a cell culture apparatus. In other words, this cell culture apparatus is a microscope for observing a culture container in which a plurality of observation surfaces are stacked, and includes an objective lens, an imaging lens, and light between the
In the cell culture apparatus provided with the microscope in the above-described embodiment, the working distance WD can be easily changed according to the observation surface O, so that the
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the above-described one, and various design changes and the like can be made without departing from the gist of the present invention. It is possible to
1、1a、1b、1c…透過型顕微鏡、10…対物レンズ、13…結像レンズ、31…光軸、11、11c…光学部材、41、41a、41b、41c…制御部、fv…焦点距離、WD…作動距離
DESCRIPTION OF
Claims (7)
対物レンズと、
結像レンズと、
前記対物レンズと前記結像レンズとの間の光軸上に配置される焦点距離が可変である光学部材と、
前記光学部材の前記焦点距離を変更することによって前記複数の観察面のうちの第1観察面から第2観察面へ作動距離を変更する作動距離変更部と、
前記作動距離変更部によって制御されるレンズ切替部と、
を備え、
前記光学部材は、光軸の周方向に焦点距離が互いに異なる複数の第1レンズを備え、
前記光学部材は、前記複数の第1レンズを光軸方向の位置が互いに異なる複数の組に分けて備え、
前記複数の第1レンズは、それぞれ前記光軸方向に配置された複数のレンズ要素で構成され、
前記光学部材は、前記培養容器、前記対物レンズ、および前記結像レンズとの前記光軸上の距離が一定に保たれた状態で、前記レンズ切替部が前記複数の第1レンズのうち前記光軸上に配置される第2レンズを切り替えることによって焦点距離が可変であり、
前記レンズ切替部によって前記光軸上に配置される前記第2レンズにおいて、当該第2レンズは前記対物レンズの像側焦点よりも物体側または像側のいずれか一方に配置されており、かつ、前記複数のレンズ要素の合成主点と前記対物レンズの像側焦点とが一致している、
顕微鏡。 A microscope for observing a culture vessel in which a plurality of observation surfaces are stacked,
an objective lens;
an imaging lens;
an optical member having a variable focal length arranged on the optical axis between the objective lens and the imaging lens;
a working distance changing unit that changes the working distance from a first viewing plane to a second viewing plane among the plurality of viewing planes by changing the focal length of the optical member;
a lens switching unit controlled by the working distance changing unit;
with
The optical member includes a plurality of first lenses having different focal lengths in the circumferential direction of the optical axis,
wherein the optical member comprises a plurality of groups having different positions in the optical axis direction of the plurality of first lenses;
The plurality of first lenses are each composed of a plurality of lens elements arranged in the optical axis direction,
The optical member is configured such that the lens switching unit switches the light beam among the plurality of first lenses in a state in which the distances to the culture vessel, the objective lens, and the imaging lens on the optical axis are kept constant. The focal length is variable by switching the second lens arranged on the axis,
In the second lens arranged on the optical axis by the lens switching unit, the second lens is arranged on either the object side or the image side of the image side focal point of the objective lens, and A composite principal point of the plurality of lens elements and an image-side focus of the objective lens are aligned.
microscope.
請求項1に記載の顕微鏡。 The lens switching unit is a turret,
A microscope according to claim 1 .
前記対物レンズの前記ステージに対する光軸上の相対位置を変更する相対位置変更部とをさらに備える、請求項1または2に記載の顕微鏡。 a stage on which the culture vessel is placed;
3. The microscope according to claim 1 , further comprising a relative position changer for changing a relative position of said objective lens with respect to said stage on the optical axis.
請求項1から3のいずれか1項に記載の顕微鏡。 At the position of the aperture stop, an oblique light stop having an aperture in the peripheral part outside the optical axis is provided,
4. A microscope according to any one of claims 1-3 .
請求項1から4のいずれか1項に記載の顕微鏡。 A phase ring is provided at the position of the aperture stop and at the pupil position of the objective lens conjugate with the position of the aperture stop,
5. A microscope according to any one of claims 1-4 .
請求項1から5のいずれか1項に記載の顕微鏡。 Equipped with a bandpass filter or light shield at the position of the aperture stop,
6. A microscope according to any one of claims 1-5 .
対物レンズと、
結像レンズと、
前記対物レンズと前記結像レンズとの間の光軸上に配置される焦点距離が可変である光学部材と、
前記光学部材の前記焦点距離を変更することによって前記複数の観察面のうちの第1観察面から第2観察面へ作動距離を変更する作動距離変更部と、
前記培養容器を載置するステージと、
前記作動距離変更部によって制御されるレンズ切替部と、
を備え、
前記光学部材は、前記光軸の周方向に焦点距離が互いに異なる複数の第1レンズを備え、
前記光学部材は、前記複数の第1レンズを光軸方向の位置が互いに異なる複数の組に分けて備え、
前記複数の第1レンズは、それぞれ前記光軸方向に配置された複数のレンズ要素で構成され、
前記光学部材は、前記培養容器、前記対物レンズ、および前記結像レンズとの前記光軸上の距離が一定に保たれた状態で、前記レンズ切替部が前記複数の第1レンズのうち前記光軸上に配置される第2レンズを切り替えることによって焦点距離が可変であり、
前記レンズ切替部によって前記光軸上に配置される前記第2レンズにおいて、当該第2レンズは前記対物レンズの像側焦点よりも物体側または像側のいずれか一方に配置されており、かつ、前記複数のレンズ要素の合成主点と前記対物レンズの像側焦点とが一致している、
細胞培養装置。 A cell culture device for observing a culture container in which a plurality of observation surfaces are stacked,
an objective lens;
an imaging lens;
an optical member having a variable focal length arranged on the optical axis between the objective lens and the imaging lens;
a working distance changing unit that changes the working distance from a first viewing plane to a second viewing plane among the plurality of viewing planes by changing the focal length of the optical member;
a stage on which the culture vessel is placed;
a lens switching unit controlled by the working distance changing unit;
with
The optical member includes a plurality of first lenses having different focal lengths in the circumferential direction of the optical axis,
wherein the optical member comprises a plurality of groups having different positions in the optical axis direction of the plurality of first lenses;
The plurality of first lenses are each composed of a plurality of lens elements arranged in the optical axis direction,
The optical member is configured such that the lens switching unit switches the light beam among the plurality of first lenses in a state in which the distances to the culture vessel, the objective lens, and the imaging lens on the optical axis are kept constant. The focal length is variable by switching the second lens arranged on the axis,
In the second lens arranged on the optical axis by the lens switching unit, the second lens is arranged on either the object side or the image side of the image side focal point of the objective lens, and A composite principal point of the plurality of lens elements and an image-side focus of the objective lens are aligned.
Cell culture device.
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