CN108369330B - 观察装置 - Google Patents

Abstract

本发明以不会使装置大型化、且观察细胞等被摄体而不进行标记为目的，本发明的观察装置(1)具有：照明光学系统(6)，其从试样(X)的下方朝向斜上方射出照明光；以及物镜光学系统(5)，其在试样(X)的下方，以与照明光学系统(6)不同的路径拍摄从照明光学系统(6)射出的照明光在试样(X)的上方进行反射并透射过试样(X)的透射光，照明光学系统(6)具有光源(6a)、将来自光源(6a)的光限制在特定的射出区域(6e)内的掩模(6c)、使由掩模(6c)限制的光成为大致平行光的准直光学系统(6d)，照明光学系统(6)配置成，在射出区域(6e)被投影到物镜光学系统(5)的光瞳面上时，射出区域(6e)的投影像与光瞳的边缘部部分重合。

Description

观察装置

技术领域

本发明涉及观察装置。

背景技术

作为观察细胞等被摄体而不进行标记的装置，公知有使用相位差观察法和微分干涉观察法的观察装置(例如参照专利文献1。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-261089号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献1的观察装置需要隔着被摄体来配置摄影光学系统和照明光学系统，存在装置大型化、复杂化这样的不良情况。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供不会使装置大型化、且能够观察细胞等被摄体而不进行标记的观察装置。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式涉及一种观察装置，其中，所述观察装置具有：照明光学系统，其从试样的下方朝向斜上方射出照明光；以及物镜光学系统，其在所述试样的下方，以与所述照明光学系统不同的路径拍摄从该照明光学系统射出的照明光在所述试样的上方进行反射并透射过所述试样的透射光，所述照明光学系统具有光源、将来自该光源的光限制在特定的射出区域内的掩模、使由该掩模限制的光成为大致平行光的准直光学系统，所述照明光学系统配置成，在所述射出区域被投影到所述物镜光学系统的光瞳面上时，所述射出区域的投影像与所述光瞳的边缘部部分重合。

根据本方式，从光源发出的照明光从试样的下方朝向斜上方射出后，在试样的上方进行反射，从上方向下方透射过试样。通过配置在试样下方的与照明光学系统不同路径的物镜光学系统对透射过试样的透射光进行拍摄。在试样下方配置光源部和物镜光学系统双方，因此，不会使装置大型化，通过拍摄透射光，能够观察细胞等被摄体而不进行标记。

并且，从光源发出的光成为射出区域被掩模限制的照明光，而对试样进行照射，通过准直光学系统成为大致平行光后在试样的上方进行反射，入射到试样的下方的物镜光学系统的光瞳面附近。通过准直光学系统成为大致平行光后的照明光在试样的上方进行反射，因此，即使反射位置的高度变动，也不会使入射到物镜光学系统的透射光的角度变动。其结果，即使反射位置的高度变动，也不需要进行光源的位置调整，能够提高观察装置的鲁棒性。

在上述方式中，也可以满足条件式(1)。

(1)0.05≤d/D≤0.4

其中，D是所述物镜光学系统的光瞳直径，d是将所述射出区域投影到所述光瞳面上时的光束直径。

由此，不存在明亮度不均，能够进行基于高对比度的像的观察。当低于条件式(1)的下限时，容易受到物镜光学系统内的渐晕的影响，容易产生明亮度不均。并且，物镜光学系统内的透镜面的灰尘和伤痕容易被投影到像中而变得醒目。当高于条件式的上限时，试样的对比度较弱，不容易观察标本。

并且，在上述方式中，也可以满足条件式(2)。

(2)0.1≤ds/(NAo·Fi)≤0.8

其中，ds是从所述照明光学系统射出的照明光的倾斜方向上的所述射出区域的大小，Fi是所述准直光学系统的焦距，NAo是所述物镜光学系统的所述试样侧的数值孔径。

并且，在上述方式中，也可以满足条件式(3)。

(3)NAo-ds·Fi/2Fop²≤θ≤NAo+ds·Fi/2Fop²

其中，ds是从所述照明光学系统射出的照明光的倾斜方向上的所述射出区域的大小，Fi是所述准直光学系统的焦距，NAo是所述物镜光学系统的所述试样侧的数值孔径，Fop是所述物镜光学系统的相比于光瞳处于所述试样侧的焦距，θ是通过所述准直光学系统转换为大致平行光后的照明光相对于所述物镜光学系统的光轴的在所述试样的位置处的倾斜角度。

由此，入射到物镜光学系统的透射光的光束的一部分到达物镜光学系统的光瞳的边缘，能够对试样的像赋予对比度。

并且，在上述方式中，所述射出区域也可以是构成环带的一部分的形状。

由此，透射光从各种方向进入物镜光学系统，因此，能够抑制物镜光学系统中的渐晕的影响，能够在维持对比度的前提下减少像的明亮度不均。

并且，在上述方式中，所述掩模也可以在所述射出区域内具有朝向径向内方使透射率连续或阶段降低的减光部。

由此，能够构成朝向周边部变亮的照明光，能够对由于物镜光学系统的渐晕的影响而使像的周边部变暗的情况进行补偿。

并且，在上述方式中，所述掩模也可以在所述射出区域内具有朝向径向内方使透射率连续或阶段升高的减光部。

由此，能够提高细胞的对比度。

发明效果

根据本发明，发挥不会使装置大型化、且能够观察细胞等被摄体而不进行标记这样的效果。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的观察装置的纵剖视图。

图2是示出图1的观察装置所具有的照明掩模的一例的主视图。

图3是示出图1的观察装置所具有的明亮度光圈与所入射的光束位置之间的关系的主视图。

图4是说明图1的观察装置的作用的物镜光学系统的纵剖视图。

图5是示出由图1的观察装置取得的试样的像的例子的图。

图6是说明图1的观察装置的其他效果的纵剖视图。

图7是示出图2的照明掩模的变形例的主视图。

图8是示出图1的观察装置的其他变形例的纵剖视图。

图9是示出图1的观察装置的其他变形例的纵剖视图。

图10是示出图1的观察装置所具有的照明光学系统的变形例的图。

图11是示出图1的观察装置所具有的照明光学系统的其他变形例的图。

图12是示出图1的观察装置所具有的照明光学系统的其他变形例的图。

图13是示出图2的照明掩模的其他变形例的主视图。

图14是示出图2的照明掩模的其他变形例的主视图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的第1实施方式的观察装置1进行说明。

如图1所示，本实施方式的观察装置1具有：载物台3，其载置收容了细胞等试样X的容器2；物镜光学系统5，其配置在该载物台3的下方，具有使从上方透射过载物台3的光会聚的物镜5a，对透射过试样X的光进行拍摄；以及与物镜光学系统5不同路径的照明光学系统6，其配置在物镜光学系统5的径向外方，透射过载物台3而向上方射出照明光。

载物台3以覆盖物镜光学系统5和照明光学系统6的上方的方式具有由光学上透明的材质、例如玻璃构成的载置台3a，容器2载置在载置台3a的上表面上。

容器2例如是具有顶板2a的细胞培养烧瓶，整体由光学上透明的树脂构成。

如图1所示，照明光学系统6具有：LED光源(光源)6a，其配置在物镜光学系统5的外侧；扩散板6b，其使来自LED光源的光进行扩散；照明掩模(掩模)6c，其设置在该扩散板6b上，将来自LED光源6a的照明光限制在特定的射出区域内；以及准直透镜(准直光学系统)6d，其使从被限制的射出区域射出并逐渐扩散的照明光成为大致平行光。

如图2所示，照明掩模6c在遮光部件上具有透射照明光的圆形的开口6e(射出区域)。

准直透镜6d配置成使准直透镜6d的光轴A相对于照明掩模6c的中心轴B在水平方向上移位，使得在容器2的顶板2a进行反射并入射到物镜光学系统5的透射光相对于物镜光学系统5倾斜而成为偏斜照明。

当设移位量为y、准直透镜6d的焦距为Fi时，通过准直透镜6d成为大致平行光并向斜上方射出的照明光相对于铅直方向的角度θ成为

θ＝y/Fi

并且，如图3所示，当设物镜光学系统5的光瞳面所具有的明亮度光圈5b的光瞳直径为D、照明光相对于物镜光学系统5的光轴C倾斜的方向的光束E的横向宽度为d时，满足以下条件式(1)。

(1)0.05≤d/D≤0.4

由此，不存在明亮度不均，能够进行基于高对比度的像的观察。当低于条件式(1)的下限时，容易受到物镜光学系统5内的渐晕的影响，容易产生明亮度不均。并且，物镜光学系统5内的透镜面的灰尘和伤痕容易被投影到像中而变得醒目。当高于条件式的上限时，试样X的对比度较弱，不容易观察试样X。

d和D由下式导出。

d＝ds·Fop/Fi

D＝2NA·Fop

其中，ds是照明光向倾斜方向射出的方向上的照明掩模6c的开口6e的大小(在图2所示的例子中为直径尺寸)，Fop是物镜5a的相比于光瞳处于试样X侧的焦距，NAo是物镜5a的试样X侧的数值孔径。

通过对其进行变形，满足条件式(2)。

(2)0.1≤ds/(NAo·Fi)≤0.8

进而，为了对试样X的像赋予对比度，优选投影到物镜光学系统5的光瞳面上的照明光的光束的一部分到达物镜光学系统5的光瞳的边缘(明亮度光圈的边缘)。最佳条件是从斜上方入射到物镜光学系统5的透射光的中心和光瞳的边缘一致的位置。

通过满足以下的条件式(3)，从而满足该条件。

(3)NAo-ds·Fi/2Fop²≤θ≤NAo+ds·Fi/2Fop²

当角度θ低于条件式(3)的下限时，试样X的像的对比度降低而不容易观察。另一方面，当角度θ高于条件式(3)的上限时，试样X的像成为暗视野像，视野较暗，不容易清楚地观察试样X的轮廓。

下面，对这样构成的本实施方式的观察装置1的作用进行说明。

从照明光学系统6的LED光源6a发出的照明光穿过照明掩模6c，由此，作为被限制在具有规定大小的射出区域内的光束而朝向上方射出，穿过配设在上方的准直透镜6d而被转换为大致平行光，并且成为朝向物镜光学系统5的光轴C倾斜的光束。

从准直透镜6d朝向斜上方的大致平行光透射过构成载物台3的载置台3a、容器2的底面和液体Y，在容器2的顶板2a进行反射，成为从斜上方照射斜下方的试样X的偏斜照明。然后，透射过试样X的透射光透射过容器2的底面和载置台3a后，通过物镜5a进行会聚，通过成像透镜5c而成像，被摄像元件5d进行拍摄。

即，关于从斜上方透射过试样X的由大致平行光构成的照明光，透射过试样X的透射光通过物镜5a进行会聚。透射过不存在试样X的区域的透射光不进行折射，在大致平行光的状态下入射到物镜5a，因此，在对一部分到达明亮度光圈5b的边缘的状态的照明掩模6c的开口6e的像进行投影后，穿过明亮度光圈5b和眩光光圈5e的透射光通过成像透镜5c而成像，被摄像元件5d进行摄像，所述明亮度光圈5b配置在物镜5a的光瞳面上。

由于试样X的折射率与周围的折射率不同，透射过存在试样X的区域的透射光进行折射。

在图4中，未穿过试样X的光线a、e和垂直入射到试样X的表面的光线c穿过明亮度光圈5b的边缘的内侧而不进行折射，因此形成明亮的像。

另一方面，在图4中，透射过试样X的左端的光线b进行折射，由于明亮度光圈5b的边缘而晕开。

进而，在图4中，透射过试样X的右端的光线d进行折射，穿过明亮度光圈5b的更接近中心的区域，通过成像透镜5c形成明亮的像。

其结果，如图5所示，明亮度不均减少，能够取得对试样X赋予了阴影的高对比度的像。即，通过影子立体地观察试样X，因此，观察容易度提高。

该情况下，根据本实施方式，通过准直透镜6d成为大致平行光后的照明光向斜上方射出，因此，如图6所示，具有如下优点：在顶板2a的高度不同的容器2载置在载物台3上的情况下，也不会使入射到物镜光学系统5的照明光的倾斜角度变化。即，即使容器2的高度变动，也不会使透射光的光束相对于物镜光学系统5的光瞳面的入射位置变动，因此，能够维持入射到光瞳面的光束部分到达明亮度光圈5b的配置，能够观察赋予了对比度的试样X的像。

另外，在本实施方式中，作为照明掩模6c，例示了具有圆形的开口6e的部件，但是，取而代之，如图7所示，也可以采用在照明光的倾斜方向上具有宽度为ds的长方形状的开口6e的部件。

并且，在本实施方式中，使准直透镜6d的光轴A与物镜5a的光轴C平行，使照明掩模6c的中心轴B在水平方向上移位，由此，使从准直透镜6d向斜上方射出的照明光倾斜，但是，取而代之，如图8和图9所示，也可以使准直透镜6d的光轴A相对于物镜光学系统5的光轴C倾斜。

在图8所示的例子中，使照明掩模6c的中心轴B与倾斜的准直透镜6d的光轴A一致。并且，在图9所示的例子中，使照明掩模6c的中心轴B相对于倾斜的准直透镜6d的光轴A在与光轴A正交的方向上移位。

该情况下，以下的条件式成立。

θ＝α+y/Fi

其中，α是准直透镜6d的光轴A相对于物镜光学系统5的光轴C的斜率。

由此，照明光穿过准直透镜6d的接近光轴A的部位，因此，与图1的情况相比，具有如下优点：像差的产生较少，能够在光束整个范围内得到高质量的平行光束。并且，如图9那样一并使用光轴A、B的移位时，准直透镜6d的倾斜量较少，减少了设置空间，能够实现小型化。

并且，作为使照明光倾斜的方法，如图10所示，可以采用如下方法：利用仰角小于45°的反射镜11或图11所示的棱镜12使通过准直透镜6d向水平方向射出的大致平行光偏向。如图12所示，也可以在LED光源6a与准直透镜6d之间配置反射镜11或棱镜12。

并且，作为由照明掩模6c的开口6e实现的射出区域的形状，如图13所示，可以采用切出环带的一部分而成的圆弧状或扇形状。在将这种射出区域投影到光瞳面上时，配置成其径向的外侧的一部分到达明亮度光圈5b的边缘即可。

通过采用这种射出区域的形状，入射到物镜光学系统5的照明光的方向不限于一个方向，从各种方向入射，因此，具有如下优点：减少物镜光学系统5内的渐晕的影响，能够在维持对比度的前提下抑制像的明亮度不均的产生。

并且，在采用这种射出区域的形状的情况下，如图14所示，可以使射出区域具备如下减光部F，该减光部F具有朝向径向外方而使透射率升高的透射率梯度。由此，能够对由于物镜光学系统5的渐晕的影响而使像的周边部变暗的情况进行补偿。

并且，在采用这种射出区域的形状的情况下，与图14相反，也可以使射出区域具备如下减光部F，该减光部F具有朝向径向外方而使透射率降低的透射率梯度。由此，能够提高细胞的对比度。

标号说明

1：观察装置；5：物镜光学系统；6：照明光学系统；6a：LED光源(光源)；6c：照明掩模(掩模)；6d：准直透镜(准直光学系统)；6e：开口(射出区域)；F：减光部；X：试样。

Claims (11)

1.一种观察装置，其中，所述观察装置具有：

照明光学系统，其从试样的下方朝向斜上方射出照明光；

反射部件，其在所述试样的上方反射从该照明光学系统射出的照明光；以及

物镜光学系统，其在所述试样的下方，以与所述照明光学系统不同的路径拍摄被该反射部件反射并透射过所述试样后的透射光，

所述照明光学系统具有光源、将来自该光源的光限制在特定的射出区域内的掩模、使由该掩模限制的光成为大致平行光的准直光学系统，

所述反射部件对通过所述准直光学系统成为大致平行光的所述光进行反射；

所述照明光学系统被配置成，在所述射出区域被投影到所述物镜光学系统的光瞳面上时，所述射出区域的投影像与所述光瞳的边缘部部分重合。

2.根据权利要求1所述的观察装置，其中，

满足条件式(1)，

(1) 0.05≤d/D≤0.4

其中，D是所述物镜光学系统的光瞳直径，d是将所述射出区域投影到所述光瞳面上时的光束直径。

3.根据权利要求1所述的观察装置，其中，

满足条件式(2)，

(2) 0.1≤ds/(NAo·Fi)≤0.8

其中，ds是从所述照明光学系统射出的照明光的倾斜方向上的所述射出区域的大小，Fi是所述准直光学系统的焦距，NAo是所述物镜光学系统的所述试样侧的数值孔径。

4.根据权利要求1所述的观察装置，其中，

满足条件式(3)，

(3) NAo-ds·Fi/2Fop²≤θ≤NAo+ds·Fi/2Fop²

其中，ds是从所述照明光学系统射出的照明光的倾斜方向上的所述射出区域的大小，Fi是所述准直光学系统的焦距，NAo是所述物镜光学系统的所述试样侧的数值孔径，Fop是所述物镜光学系统的相比于光瞳处于所述试样侧的焦距，θ是通过所述准直光学系统转换为大致平行光后的照明光相对于所述物镜光学系统的光轴的在所述试样的位置处的倾斜角度。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的观察装置，其中，

所述射出区域是构成环带的一部分的形状。

6.根据权利要求5所述的观察装置，其中，

所述掩模在所述射出区域内具有朝向径向内方使透射率连续或阶段降低的减光部。

7.根据权利要求5所述的观察装置，其中，

所述掩模在所述射出区域内具有朝向径向内方使透射率连续或阶段升高的减光部。

8.根据权利要求1～4中的任意一项所述的观察装置，其中，

所述试样由光学上透明的材质构成，收容在具有顶板的容器中，所述顶板在所述试样的上部至少反射光的一部分而发挥所述反射部件的作用。

9.根据权利要求5所述的观察装置，其中，

所述试样由光学上透明的材质构成，收容在具有顶板的容器中，所述顶板在所述试样的上部至少反射光的一部分而发挥所述反射部件的作用。

10.根据权利要求6所述的观察装置，其中，

所述试样由光学上透明的材质构成，收容在具有顶板的容器中，所述顶板在所述试样的上部至少反射光的一部分而发挥所述反射部件的作用。

11.根据权利要求7所述的观察装置，其中，

所述试样由光学上透明的材质构成，收容在具有顶板的容器中，所述顶板在所述试样的上部至少反射光的一部分而发挥所述反射部件的作用。

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