CN107533216A - 显微镜装置 - Google Patents

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翁由奈
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Abstract

本发明的显微镜装置具有：(1)光源(10)，其将包含近红外区域在内的波长频带的照明光输出；(2)照明光学系统(30)，其将从所述光源输出的照明光向观察对象物(90)进行照射；(3)成像光学系统(40)，其包含分光部，该分光部对由于向所述观察对象物的照明光的照射而在所述观察对象物产生的透过光或者散射光进行输入并分光，该成像光学系统基于分光后的透过光或者散射光而形成像；以及(4)拍摄部(50A)，其取得由所述成像光学系统形成的像。所述观察对象物中的被所述照明光照射的面积大于通过所述成像光学系统(40)得到的视野面积而小于或等于该视野面积的10倍。

Description

显微镜装置
技术领域
本发明涉及一种显微镜装置。
背景技术
在对观察对象物进行观察的情况下，通过照明光学系统将从光源输出的照明光向观察对象物进行照射，通过包含将在观察对象物产生的光(透过光或者扩散反射光)输入的物镜的成像光学系统而形成观察对象物的像，通过拍摄部而取得该像，能够基于该取得的像而进行观察。
特别是在观察对象物为生物组织(细胞)的情况下，由于在可视区域中细胞是透明的，因此能够适当地使用近红外区域的照明光(参照专利文献1)。另外，取得具有在观察对象物的各位置产生的光的频谱信息的超频谱图像，能够基于该超频谱图像对观察对象物进行分析。
在专利文献1中公开的发明，将近红外区域的照明光向生物组织进行照射，对来自该生物组织的透过光或者反射光进行受光并分析，由此掌握该生物组织内的化学物质的分布。
在专利文献2中公开的发明，将规定频带的照明光向观察对象物进行照射，通过带通滤光片对来自该观察对象物的透过光或者反射光中的特定波长的光进行选择，基于该选择出的特定波长的光而进行分光分析。
专利文献1：日本特开2011－237178号公报
专利文献2：日本特开2014－95594号公报
发明内容
在专利文献1中公开的发明，为了掌握生物组织内的特定物质的分布，将近红外区域的特定波长770nm、808nm及854nm的任意的照明光向生物组织进行照射。该发明无法取得在观察对象物产生的光的遍布规定频带的频谱信息，无法取得超频谱图像。
与此相对，在专利文献2中公开的发明，能够取得在观察对象物产生的光的遍布规定频带的大致连续的频谱信息。但是，该发明将规定频带的照明光向观察对象物进行照射，另一方面，仅对来自观察对象物的透过光或者反射光中的透过带通滤光片后的特定波长的光的进行检测，因此将不进行检测的波长的光也向观察对象物进行照射，由此对作为观察对象物的生物组织造成的损伤大。
本发明就是为了消除上述问题而提出的，其目的在于提供一种显微镜装置，该显微镜装置能够抑制对观察对象物造成的损伤，并取得具有遍布规定频带的大致连续的频谱信息的图像。
本发明的显微镜装置具有：(1)光源，其将包含近红外区域在内的波长频带的照明光输出；(2)照明光学系统，其将从所述光源输出的照明光向观察对象物进行照射；(3)成像光学系统，其包含分光部，该分光部对由于向所述观察对象物的照明光的照射而在所述观察对象物产生的透过光或者散射光进行输入并分光，该成像光学系统基于分光后的透过光或者散射光而形成像；以及(4)拍摄部，其取得由所述成像光学系统形成的像。所述观察对象物中的被所述照明光照射的面积大于通过所述成像光学系统得到的视野面积而小于或等于该视野面积的10倍。
发明的效果
根据本发明，能够抑制对观察对象物造成的损伤，并取得具有遍布规定频带的大致连续的频谱信息的图像。
附图说明
图1是表示第1实施方式的显微镜装置1A的结构的图。
图2是表示第2实施方式的显微镜装置1B的结构的图。
具体实施方式
本发明的显微镜装置具有：(1)光源，其将包含近红外区域在内的波长频带的照明光输出；(2)照明光学系统，其将从所述光源输出的照明光向观察对象物进行照射；(3)成像光学系统，其包含分光部，该分光部对由于向所述观察对象物的照明光的照射而在所述观察对象物产生的透过光或者散射光进行输入并分光，该成像光学系统基于分光后的透过光或者散射光而形成像；以及(4)拍摄部，其取得由所述成像光学系统形成的像。
或者，本发明的显微镜装置具有：(1)光源，其将包含近红外区域在内的波长频带的照明光输出；(2)分光器，其对从所述光源输出的照明光进行分光而按每一波长进行输出；(3)照明光学系统，其将从所述分光器输出的各波长的照明光向观察对象物进行照射；(4)成像光学系统，其对由于向所述观察对象物的照明光的照射而在所述观察对象物产生的透过光或者散射光进行输入，基于该光而形成像；以及(5)拍摄部，其取得由所述成像光学系统形成的像。
在本发明中，所述观察对象物中的被所述照明光照射的面积大于通过所述成像光学系统得到的视野面积而小于或等于该视野面积的10倍。优选小于或等于2倍。
在本发明中，所述成像光学系统优选为两侧远心光学系统。所述照明光学系统优选将照明光设为平行光而对所述观察对象物进行照射。另外，所述照明光学系统优选将照明光设为集束光而对所述观察对象物进行照射。优选还具有滤光片，该滤光片对从所述光源输出的照明光中的、除了在测定中使用的波长以外的全部、或者其一部分的波长范围的光进行遮断。另外，所述照明光学系统优选还具有能够拆下的光量调整用滤光片。另外，所述拍摄部优选基于在所述观察对象物产生的透过光或者扩散反射光而取得超频谱图像。
下面，参照附图，对用于实施本发明的方式详细地进行说明。此外，在附图的说明中对相同的要素标注相同的标号，省略重复的说明。本发明并不限定于这些例示，而是由权利要求书示出，包含与权利要求书等同的含义及范围内的全部变更。
(第1实施方式)
图1是表示第1实施方式的显微镜装置1A的结构的图。显微镜装置1A具有：光源10、照明光学系统30、成像光学系统40及拍摄部50A，取得观察对象物90的超频谱图像。
光源10将包含近红外区域(例如1000～2500nm)在内的波长频带的照明光输出。光源10优选在宽频带具有输出强度。光源10优选为例如卤素灯、氙灯等。
照明光学系统30将从光源10输出的照明光对观察对象物90进行照射。照明光学系统30包含准直透镜31及滤光片32。准直透镜31对从光源10发散而输出的照明光进行准直化。滤光片32将由准直透镜31准直化后的照明光输入，使该照明光中的近红外区域的光选择性地透过，对紫外区域(例如170～375nm)及红外区域(例如2400～5000nm)两者或者某一者的光进行遮断。此外，滤光片32可以设为对照明光中的、除了在测定中使用的波长以外的全部、或者其一部分的波长频带的光进行遮断的结构。即，滤光片32可以对可视区域(例如375nm～780nm)的光进行遮断。另外，也可以设为在近红外区域的光中的、仅特定的波长频带的光在测定中使用的情况下，对除了在测定中使用的波长以外的近红外区域以外进行遮断。
观察对象物90例如是生物组织(细胞)，与培养液一起收容于容器而载置于工作台上。该工作台能够在与物镜41的光轴垂直的2个方向进行移动，另外，在与物镜41的光轴平行的方向也能够移动。
成像光学系统40包含物镜41及分光器42，将通过向观察对象物90的照明光的照射而在观察对象物90产生的光(透过光)输入至物镜41，基于该光而形成像。分光器42包含棱镜或棱栅、衍射光栅、傅立叶分光器等分光元件，对输入的光进行分光而按每一波长进行输出。此外，也可以取代分光器42，作为将在观察对象物产生的光输入而进行分光的单元，使用波长选择滤光片。
拍摄部50A取得由成像光学系统40形成的像。拍摄元件由例如InGaAs、HgCdTe等构成，包含在近红外区域具有灵敏度的2维传感器，对从分光器输出的各波长的光进行受光而取得像。
以往，与取得可视区域的超频谱图像的情况相比较，在要取得近红外区域的超频谱图像的情况下，为了得到有效的分光频谱信息，需要将更大强度的照明光向观察对象物90进行照射。通常从光源10输出的光为发散光，如果将该发散光即照明光照射至观察对象物90，则根据照明光的功率、照射时间，由于紫外区域、红外区域的光随近红外区域的光一起也进行照射，因此作为观察对象物90的生物组织受到的损伤大。
因此，在本实施方式中，观察对象物90中的被照明光照射的面积设为大于观察对象物90的位置处的通过成像光学系统40得到的视野面积而小于或等于该视野面积的10倍。视野面积由拍摄部50A的成像面的面积和物镜41的倍率决定，在使用例如10倍的物镜的情况下，成为成像面的面积的1/100倍。如上所述，能够抑制对观察对象物90中的除了观察区域以外的区域的损伤，取得超频谱图像。
在本实施方式中，照明光学系统30通过准直透镜31而将照明光设为平行光，对观察对象物90进行照射。由此，能够对来自观察对象物90的散射光、衍射光的发生进行抑制，能够灵敏度良好地对来自观察对象物90的透过光进行检测，能够防止超频谱图像的不均匀。
在本实施方式中，照明光学系统30通过滤光片32对照明光中的照明光中的除了在测定中使用的波长以外的全部、或者其一部分的波长范围的光进行遮断，使剩余的光选择性地透过而对观察对象物90进行照射。由此，能够抑制在观察中不使用的波长的光照射至观察对象物90的情况，能够抑制对观察对象物90的损伤。
另外，在本实施方式中，成像光学系统40优选为两侧远心光学系统。如上所述，能够减少成像时的杂散光，另外，能够将向拍摄部50A的分光器的光的入射角依赖性去除，变得不易引起面内的波长波动。
此外，在本实施方式中，照明光学系统30可以包含光量调整用的能够拆下的ND滤光片(Neutral Density滤光片)35。ND滤光片35如图1所示，能够设置在滤光片32的后段。ND滤光片35能够在进行照明光的背景测量时使用。在进行与观察对象物90有关的评价的情况下，通常作为背景测量而对与没有经过观察对象物90的状态下的照明光有关的超频谱图像进行拍摄，求出与对来自观察对象物90的透过光进行拍摄而得到的超频谱图像之间的频谱信息的差分，在此基础上进行评价。在这里，在来自观察对象物90的透过光的光量充分小于没有经过观察对象物90的背景光的光量的情况下，认为在频谱信息的差分的计算结果中包含由光量差引起的成分。与此相对，通过设为使用能够拆下的ND滤光片35对在没有经过观察对象物90的背景光测量时入射至拍摄部50A的光的光量进行调整的结构，能够提高基于背景测量进行的频谱信息的差分的计算精度。
(第2实施方式)
图2是表示第2实施方式的显微镜装置1B的结构的图。显微镜装置1B具有：光源10、分光器20、照明光学系统30、成像光学系统40及拍摄部50B，取得观察对象物90的超频谱图像。
与图1所示的第1实施方式的显微镜装置1A的结构相比较，图2所示的第2实施方式的显微镜装置1B的不同点在于，在观察对象物90的入射侧具有分光器20、照明光学系统30可以不包含滤光片32、取代拍摄部50A而具有拍摄部50B。
分光器20包含棱镜或棱栅等分光元件，对从光源10输出的照明光进行分光而按每一波长依次进行输出。如果将由分光器20输出的光限定在近红外区域内，则照明光学系统30可以不包含滤光片32。此外，分光器20可以包含衍射光栅、傅立叶分光器等分光元件。另外，也可以取代分光器20，作为对向观察对象物照射的光进行分光的单元，可以使用波长选择滤光片。照明光学系统30将从分光器20依次输出的各波长的照明光对观察对象物90进行照射。照明光学系统30包含对从分光器20输出的照明光进行准直化的准直透镜31。
拍摄部50B取得由成像光学系统40形成的像。拍摄部50B不包含分光器。拍摄部50B包含2维传感器作为拍摄元件，该2微传感器由例如InGaAs、HgCdTe等构成，在近红外区域具有灵敏度，对从成像光学系统40到达的各波长的光进行受光而取得像。
在第2实施方式中，观察对象物90中的被照明光照射的面积设为大于观察对象物90的位置处的通过成像光学系统40得到的视野面积而小于或等于该视野面积的10倍。照明光学系统30通过准直透镜31将照明光设为平行光而对观察对象物90进行照射。另外，成像光学系统40优选为两侧远心光学系统。第2实施方式的显微镜装置1B也具有与第1实施方式的显微镜装置1A相同的效果。
在第2实施方式中，能够将由分光器20输出的光限定在近红外区域内，因此在该情况下，也能够抑制在观察中不使用的波长的光照射至观察对象物90的情况，能够抑制向观察对象物90的损伤。
此外，在第2实施方式中，照明光学系统30也可以包含用于对光量进行调整的能够拆下的ND滤光片(Neutral Density滤光片)35。ND滤光片35如图2所示，能够设置在准直透镜31的后段。与第1实施方式同样地，通过设为使用能够拆下的ND滤光片35对在不经过观察对象物90的背景光测量时入射至拍摄部50A的光的光量进行调整的结构，能够提高基于背景测量进行的频谱信息的差分的计算精度。
(变形例)
本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，拍摄部在上述的实施方式中基于在观察对象物产生的透过光而取得超频谱图像，但也可以基于在观察对象物产生的扩散反射光而取得超频谱图像。
另外，对在将从光源输出的照明光向观察对象物进行照射的照明光学系统30中，通过准直透镜31将照明光设为平行光而对观察对象物90进行照射的结构进行了说明，但能够变更为聚光透镜。即，在图1所示的第1实施方式的显微镜装置1A及图2所示的第2实施方式的显微镜装置1B各自中，可以取代准直透镜31而配置聚光透镜。另外，可以在准直透镜31的后段配置聚光透镜。在照明光学系统30包含聚光透镜的情况下，由聚光透镜聚光后的集束光对观察对象物90进行照射。
例如，在将物镜的倍率设为2.5倍的情况下，如果在照明光学系统30中采用5倍的聚光透镜，则能够将对观察对象物90进行照射的照明光的光束直径控制得小，能够将被照明光照射的面积设为小于或等于视野面积的2倍。另外，在将物镜的倍率设为10倍的情况下，如果在照明光学系统30中采用10倍的聚光透镜，则能够将对观察对象物90进行照射的照明光的光束直径控制得小，能够将被照明光照射的面积设为小于或等于视野面积的2倍。如上所述，通过设为将由聚光透镜聚光后的集束光向观察对象物90进行照射的结构，从而对取得超频谱图像所需的观察对象物90上的视野区域照射更高聚光率的照明光。
另外，将从光源输出的照明光向观察对象物进行照射的照明光学系统，可以包含对从光源输出的照明光进行导光的光纤。在该情况下，光纤的出射端能够视作点光源，因此通过对从光纤的出射端射出的照明光利用准直透镜进行准直化，从而能够将对观察对象物90进行照射的照明光的光斑直径变得更小。
标号的说明
1A、1B…显微镜装置，10…光源，20…分光器，30…照明光学系统，31…准直透镜，32…滤光片，35…ND滤光片，40…成像光学系统，41…物镜，42…分光器，50A、50B…拍摄部，90…观察对象物。

Claims (8)

1.一种显微镜装置，其具有：
光源，其将包含近红外区域在内的波长频带的照明光输出；
照明光学系统，其将从所述光源输出的照明光向观察对象物进行照射；
成像光学系统，其包含分光部，该分光部对由于向所述观察对象物的照明光的照射而在所述观察对象物产生的透过光或者散射光进行输入并分光，该成像光学系统基于分光后的透过光或者散射光而形成像；以及
拍摄部，其取得由所述成像光学系统形成的像，
所述观察对象物中的被所述照明光照射的面积，大于通过所述成像光学系统得到的视野面积而小于或等于该视野面积的10倍。
2.一种显微镜装置，其具有：
光源，其将包含近红外区域在内的波长频带的照明光输出；
分光器，其对从所述光源输出的照明光进行分光而按每一波长进行输出；
照明光学系统，其将从所述分光器输出的各波长的照明光向观察对象物进行照射；
成像光学系统，其对由于向所述观察对象物的照明光的照射而在所述观察对象物产生的透过光或者散射光进行输入，基于该光而形成像；以及
拍摄部，其取得由所述成像光学系统形成的像，
所述观察对象物中的被所述照明光照射的面积，大于通过所述成像光学系统得到的视野面积而小于或等于该视野面积的10倍。
3.根据权利要求1或2所述的显微镜装置，其中，
所述成像光学系统为两侧远心光学系统。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的显微镜装置，其中，
所述照明光学系统，将照明光设为平行光而对所述观察对象物进行照射。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的显微镜装置，其中，
所述照明光学系统，将照明光设为集束光而对所述观察对象物进行照射。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的显微镜装置，其中，
还具有滤光片，该滤光片对从所述光源输出的照明光中的、除了在测定中使用的波长以外的全部、或者其一部分的波长范围的光进行遮断。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的显微镜装置，其中，
所述照明光学系统还具有能够拆下的光量调整用滤光片。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的显微镜装置，其中，
所述拍摄部基于在所述观察对象物产生的透过光或者扩散反射光而取得超频谱图像。
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