JP2004361485A

JP2004361485A - Microscope device

Info

Publication number: JP2004361485A
Application number: JP2003156810A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Okugawa; 久奥川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: JP4411866B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microscope device which is made suitable for a long duration observation and does not generate fluctuation of a focusing surface. <P>SOLUTION: An optical microscope device is provided with a casing 20 which stores an optical member 21, a sample room 10 having an airtight structure and an environmental control section which controls temperature and humidity of the sample room 10 and controls temperature of the casing 20. A top plate 12 of the sample room 10 is an openable and closable cover and is used to insert and to take out a living sample S. When the sample room 10 is placed on top of the casing 20, the casing 20 is hermetically sealed by a bottom plate 11 of the sample room 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、恒温加湿環境中の試料を顕微鏡観察するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、バイオテクノロジーの著しい進展に伴い、生物試料をそのままの状態で長時間観察したり画像を記録したいという要望が高まっている。生物試料を入れた容器は、「培地」と呼ばれる生息に必要な成分を含んだ液体を充満し、３７℃程度の温度、１００％に近い高湿度に保持される。
【０００３】
従来、試料室の温度と湿度の両方を一定に保持し、観察窓を通して試料室内の試料を顕微鏡観察できるようにした恒温加湿槽が知られている（例えば、特許文献１参照）。この恒温加湿槽は、観察窓の結露防止のために発熱体を具備している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２６８０２号公報（第１頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した装置では、恒温加湿槽と顕微鏡との間に温度差があるために、顕微鏡の構成部品に熱変形を生じ、時間経過と共に焦点面が変動するという問題があった。
【０００６】
本発明は、長時間の観察においても焦点面の変動が生じない光学顕微鏡装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の顕微鏡装置は、試料を顕微観察するための光学部材を収納する筺体と、試料を出し入れする開閉蓋を有する気密構造の試料室と、試料室の温度および湿度を制御するとともに前記筺体の温度を制御する環境制御部とを備え、試料室の開閉蓋以外の隔壁において筺体と結合され、結合により筺体が密閉されたことを特徴とする。
（２）請求項２の顕微鏡装置は、試料を顕微観察するための光学部材を収納し、少なくとも観察光路上に透明部材が配設された隔壁を有する気密構造の筺体と、試料を出し入れする開閉蓋および少なくとも観察光路上に透明部材が配設された隔壁を有する気密構造の試料室と、試料室の温度および湿度を制御するとともに前記筺体の温度を制御する環境制御部とを備え、筺体の透明部材が配設された隔壁と試料室の透明部材が配設された隔壁とが結合されたことを特徴とする。
【０００８】
（３）請求項３の顕微鏡装置は、試料を顕微観察するための光学部材を収納する筺体と、試料を出し入れする開閉蓋を有する気密構造の試料室と、試料室の温度および湿度を制御するとともに筺体の温度を制御する環境制御部とを備え、試料室の開閉蓋以外の隔壁において筺体と結合され、結合により筺体が密閉されるとともに、試料を顕微観察するために、筺体と試料室とが結合された隔壁の全部または一部に透明な観察窓が形成されたことを特徴とする。
（４）上記の顕微鏡装置は、照明光源と、光源からの照明光を試料に照射する照明光学系とから構成され、開閉蓋に設けられた照明装置を備えることが好ましい。また、筺体の気密性は、試料室の気密性よりも低いことが好ましい。また、筺体は、光学部材を３次元移動するステージをも収納することができる。さらに、光学部材は、第一対物レンズおよび第二対物レンズから構成される無限遠光学系からなり、第一対物レンズは、筺体内に収納されるステージ上に配置され、第二対物レンズは、筺体外に配置され、第二対物レンズの口径は、第一対物レンズが光軸に垂直方向に移動したとしても、その移動量を許容する分大きく形成されることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による顕微鏡装置について、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による光学顕微鏡装置の構成を模式的に示す全体構成図である。説明の便宜上、図示のようにＸ，Ｙ，Ｚ直交座標で方向を表す。
【００１０】
本実施の形態の光学顕微鏡装置は、試料室１０が筺体２０の上に積み重ねられた構成となっている。
試料室１０は、透明基板１が配設された底板１１と透過照明装置１３を載置する上板１２を有する気密容器である。透明基板１の上には生物試料Ｓを保持する培養容器１４が載置されている。
【００１１】
ここで、上板１２は、図４に示されるように、生物試料Ｓの交換等のために開閉できる構造になっている点を説明する。
図４は、試料室の構成図であり、試料室内が外界に対して開放された状態を表している。上板１２は、開閉板となり、リンク機構１２ａにより、図中、左側が開放される。この開放された所から生物試料Ｓを出し入れしたり、試料室１０内部のメンテナンスを行うことができる。試料室１０は、この開閉構造により、筺体２０とは独立に外界に対して開放できるので、生物試料Ｓの交換が任意且つ簡単にできる。また、開放空間が広いので、培養容器１４を傾けたり、試料室１０の壁に衝突させることなく試料の交換ができる。
もちろん、上板１２が閉鎖状態にあるときには、試料室１０内は完全に気密空間となる。
【００１２】
筺体２０は、顕微鏡の光学系２１、二次元移動ステージ３１、垂直移動ステージ３２および撮像装置３３を収納する容器であり、天井部分は開放されている。試料室１０が筺体２０に積載されると、底板１１が天井部分を閉塞するので、筺体２０は気密性を付与される。底板１１が隔壁となって、試料室１０の内部と筺体２０の内部とは完全に分離され、筺体２０は、試料室１０とは独立に気密性が保持されている。
【００１３】
光学系２１は、対物レンズ２２、励起光照明装置２３、調光フィルタ２４、蛍光フィルタ２５、反射鏡２６、第二対物レンズ２７を有する。
二次元移動ステージ３１は、光学系２１、垂直移動ステージ３２および撮像装置３３を載置して、水平面に沿ってＸ方向とＹ方向に移動する。垂直移動ステージ３２は、対物レンズ２２を保持してその光軸方向、すなわちＺ方向に移動する。
【００１４】
撮像装置３３は、第二対物レンズ２７の近傍に配置されている。
制御部４１は、光学系２１、二次元移動ステージ３１、垂直移動ステージ３２および撮像装置３３に接続されている。また、制御部４１は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）４２に接続されている。
【００１５】
以下、試料室１０内の環境調整方法および筺体２０内の温度調整方法について説明する。
図２は、本発明の第１の実施の形態による光学顕微鏡装置に環境制御装置を接続した状態を示す全体構成図である。図２において、図１と重複する構成部品については符号と説明を省略する。また、制御部４１とＰＣ４２は図示を省略する。
【００１６】
環境制御装置５０は、所望の温度、湿度および組成のガスを生成し、このガスを試料室１０内および筺体２０内へ循環させる装置である。環境制御装置５０は、加湿器５１、加熱器５２、循環ポンプ５３およびガス混合器５４を有する。
環境制御装置５０の内部では、加湿器５１は、ガス混合器５４を介して循環ポンプ５３に接続されている。加熱器５２は、循環ポンプ５３に直接に接続されている。また、加湿器５１内は、加熱器５２により加熱器５２内と同一温度に暖められている。ガス混合器５４は、不図示のガス供給部（例えば、ガスボンベ）へ配管されている。
【００１７】
環境制御装置５０の外部との接続に関しては、加湿器５１は、チューブ５５によって試料室１０に設けられたジョイント部５５ａに接続されている。加熱器５２は、チューブ５６によって筺体２０に設けられたジョイント部５６ａに接続されている。
【００１８】
循環ポンプ５３は、チューブ５５によって試料室１０に設けられたジョイント部５５ｂに接続されている。また、循環ポンプ５３は、チューブ５６によって筺体２０に設けられたジョイント部５６ｂに接続されている。各チューブおよび各ジョイント部には断熱処理が施されている。
【００１９】
試料室１０に関する循環系は、３箇所の矢印Ａで示される。ガス混合器５４で所定のガス組成に調整された空気は、加湿器５１に入り３７℃−１００％ＲＨの空気となり、循環ポンプ５３によりチューブ５５、ジョイント部５５ａを経て試料室１０内に送り込まれる。試料室１０内を循環した空気は、ジョイント部５５ｂから排出され、チューブ５５を経て循環ポンプ５３に戻る。そして、再び所定の温度、湿度およびガス組成の空気として試料室１０内に送り込まれる。これにより、試料室１０内は、所定の環境に維持される。
試料室１０内の温度を監視する温度センサ（不図示）は、観察に支障のない限り培養容器１４に近い場所に配置するのが望ましい。
【００２０】
筺体２０に関する循環系は、３箇所の矢印Ｂで示される。加熱器５２により３７℃に暖められた空気は、循環ポンプ５３によりチューブ５６、ジョイント部５６ａを経て筺体２０内に送り込まれる。筺体２０内を循環した空気は、ジョイント部５６ｂから排出され、チューブ５６を経て循環ポンプ５３に戻る。そして、再び所定温度の空気として筺体２０内に送り込まれる。これにより、筺体２０内は、所定の温度に維持される。
試料室１０に関する循環系と筺体２０に関する循環系は、互いに独立した経路をもっているので混じり合うことはない。
【００２１】
次に、顕微鏡観察について説明する。
透過像観察の場合は、透過照明装置１３によって生物試料Ｓが照明され、生物試料Ｓを透過した光は、透明基板１を通り、対物レンズ２２に入射する。対物レンズ２２に入射した光は、反射鏡２６で反射され、第二対物レンズ２７を通り、撮像装置３３の撮像素子３３ａ上に結像する。
【００２２】
蛍光像観察の場合は、励起光照明装置２３から射出した光は、調光フィルタ２４、蛍光フィルタ２５を通り、対物レンズ２２の下方から入射する。対物レンズ２２に入射した光は、透明基板１を通り、生物試料Ｓに照射される。この励起光によって生物試料Ｓから蛍光が発する。蛍光は、透明基板１、対物レンズ２２、蛍光フィルタ２５を通り、反射鏡２６で反射され、第二対物レンズ２７を通り、撮像装置３３の撮像素子３３ａ上に結像する。
なお、励起光照明装置２３の照明光射出側にシャッタ２８を設けて、蛍光像観察のときのみシャッタ２８を開放するようにすることができる。
【００２３】
制御部４１は、観察条件、ステージの移動条件、撮影条件等に関する各種のデータをＰＣ４２から取得し、制御信号として光学系２１、二次元移動ステージ３１、垂直移動ステージ３２および撮像装置３３に出力する。また、制御部４１は、各種の制御データや画像データをＰＣ４２に出力する。
光学系２１は、制御部４１からの制御信号を受けて、照明光源の輝度調整、各種フィルタの切り換え、観察倍率の切り換えおよび視野絞りの調整等を行う。
【００２４】
二次元移動ステージ３１は、不図示の駆動系を有し、制御部４１からの制御信号を受けて、光学系２１、垂直移動ステージ３２および撮像装置３３をＸ方向、Ｙ方向に移動させる。これにより、生物試料Ｓの別の部位を観察することができ、二次元移動ステージ３１の位置、言い換えれば、生物試料Ｓの観察部位が原点位置からどれだけの距離にあるかも確認できる。
同様に、垂直移動ステージ３２は、制御部４１からの制御信号を受けて、対物レンズ２２をＺ方向に移動させる。これにより、観察倍率を切り換えたときや生物試料Ｓを交換したときに、生物試料Ｓに対して焦点調整をすることができる。
以上の操作によって、生物試料Ｓの任意の部位を鮮明に観察することができる。
【００２５】
撮像装置３３は、制御部４１からの制御信号を受けて、ＣＣＤのゲイン、シャッタスピード、開口数等の撮影条件、照明装置との連動による撮影タイミングが設定される。生物試料Ｓの顕微鏡画像データは、制御部４１を経由してＰＣ４２に送られ、顕微鏡画像としてディスプレイ上に表示される。ＰＣ４２は、顕微鏡画像を画像処理して表示することもできる。また、ＰＣ４２は、上記の観察条件、ステージの移動条件、撮影条件等の制御データも必要に応じてディスプレイ上に表示することができる。
【００２６】
本実施の形態では、光学系２１、二次元移動ステージ３１、垂直移動ステージ３２および撮像装置３３は、筺体２０に収納されている。このうちで、筺体２０に収納すべき必要性を大きい順に並べると、光学系２１、垂直移動ステージ３２、二次元移動ステージ３１、撮像装置３３である。試料室１０に近いものほど筺体２０に収納すべき必要性が大きいとも言える。必要性が小さい撮像装置３３を筺体２０の外部に設置することにより、筺体２０の内容積は減少し、コンパクトになる。二次元移動ステージ３１および撮像装置３３を筺体２０の外部に設置すれば、筺体２０は、光学系２１および垂直移動ステージ３２を収納するだけなので、より一層のコンパクト化が可能になる。
【００２７】
さらに、光学系２１を構成する光学部材の一部を筺体２０の外部に設置することもできる。
図５は、本実施の形態の変形例であり、図１と同じ構成部品には同一符号を付す。対物レンズ２２から第二対物レンズ２７までの観察光学系は、無限遠光学系であり、この無限遠光学系によって生成する平行光束は、筺体２０に設けられた窓部材３４を透過して、筺体２０の外部に設置されている第二対物レンズ２７に入射する。第二対物レンズ２７と撮像装置３３は、ケーシング３５内に収納され、ケーシング３５は、筺体２０に取り付けられている。
【００２８】
無限遠光学系によって平行光束が生成するので、二次元移動ステージ３１に載置されている光学系２１がＸ方向に移動しても、結像性能は保持される。また、第二対物レンズ２７の口径は、光学系２１がＹ方向に移動しても、その分だけ大きくすればよい。光学系２１の移動量は、数ｍｍ程度であるので、第二対物レンズ２７の口径を数ｍｍ程度大きくすればよい。このようにすれば、移動部分が第二対物レンズ２７と撮像装置３３を含むことがないので、負荷が小さくなり、移動時のレスポンスが向上する。
【００２９】
以下、本実施の形態の光学顕微鏡装置の作用を説明する。
先ず、試料室１０内と筺体２０内の環境について説明する。図１に示されるように、試料室１０は、筺体２０の上に積み重ねられ、互いに独立した気密空間を形成している。
【００３０】
生物試料Ｓは、透明な培養容器１４内の培地に置かれる。生物試料Ｓは、動物や植物の細胞、細胞小器官等である。培地の蒸発を防ぎ、生物試料Ｓを生きたままで長時間観察するためには、試料室１０内の環境を所定温度、所定のガス組成で高湿度に維持する必要がある。例えば、試料室１０内の環境は、３７℃−１００％ＲＨ，ＣＯ_２濃度５％に保持されている。従って、培養容器１４内の環境も試料室１０内と同一になっている。また、湿気や培地からの蒸発物が外部に漏出するのを防止するために、試料室１０は気密構造を有している必要がある。この高い気密性を長時間維持するために、試料室１０は、気体流出入口を除き、完全に閉鎖されている。
【００３１】
一方、筺体２０内の温度は、試料室１０内とほぼ等しい温度、すなわち３７℃に保持される。筺体２０内のガス組成と湿度は、特にコントロールする必要はない。筺体２０内と試料室１０内とが等温に保持されることによって、透明基板１は、結露や曇りが発生することがなくなる。また、光学系２１は、筺体２０と試料室１０との温度差の影響を受けないので、光学部品の熱膨張変化による焦点変動も生じない。さらに、光学系２１は、生物試料Ｓの観察中でも、生物試料Ｓの交換のために上板１２を開いた時でも、試料室１０内の高湿度環境の影響を受けないので、光学部品や照明装置の損傷を生じることがない。
【００３２】
ところで、筺体２０の気密性は、試料室１０の気密性よりも低くてもよい。筺体２０内は、試料室１０内とほぼ等しい温度に保持され、外界の影響をほとんど受けない程度に閉鎖されていればよい。筺体２０には高い気密性は要求されないので、電気配線や気体流出入口の取り付けを簡便に行うことができる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態による光学顕微鏡装置の構成を模式的に示す全体構成図である。図１と同じ構成部品には同一符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態の光学顕微鏡装置が第１の実施の形態の光学顕微鏡装置に比べて大きく異なる点は、試料室１０と筺体が重ね合わされる結合部分である。
【００３４】
図１の第１の実施の形態では、筺体２０は、天井板を有していない。試料室１０が筺体２０に積載されると、試料室１０の底板１１が試料室１０の内部と筺体２０の内部とを分離する隔壁となって、試料室１０と筺体２０の気密が独立に保たれる。
一方、図３の本実施の形態では、筺体３０は、透明基板２が配設された天井板３を有している。天井板３も隔壁の作用を有している。積載の有無にかかわらず、最初から試料室１０と筺体３０の気密は独立に保たれる。従って、試料室１０全体を交換する場合でも筺体３０内の雰囲気は常に一定に保たれる。もちろん、試料室１０は、図４に示すような開閉構造により、筺体２０とは独立に外界に対して開放できるので、生物試料Ｓの交換が任意且つ簡単にできる。また、開放空間が広いので、培養容器１４を傾けたり、試料室１０の壁に衝突させることなく試料の交換ができる。
【００３５】
底板１１の下面と天井板３の上面は、接触しているか僅かな間隔で平行配置されている。同様に、透明基板１と２も、接触しているか僅かな間隔で平行配置されている。試料室１０と筺体３０の内部を等温に維持するためには、底板１１と天井板３も接触し、透明基板１と２も接触しているのが最も望ましい。
【００３６】
底板１１と天井板３とが離れていると、その隙間に室温の大気が流れ込んで、透明基板１の内面に結露や曇りを発生させたり、光学系２１に焦点変動、光軸ずれ等を発生させる恐れがある。これらの発生を防止するためには、底板１１と天井板３の外周付近にＯリングなどのシーリング部材を配置すればよい。
【００３７】
透明基板１と２とが離れている場合は、以上の問題点が解決されたとしても、光学的な問題が残されている。透明基板１と２の間には空気が存在するので、それぞれの対向面で合計２回の反射が生じ、光量損失を招くことになる。この発生を防止するためには、透明基板１と２とを光学的に一体とすればよい。例えば、透明基板１と２の間隔部分に、透明基板１、２と屈折率が等しい液浸油を充填すればよい。
なお、底板１１に配設された透明基板１と天井板３に配設された透明基板２は、少なくとも観察光路をカバーできる面積があればよい。また、底板１１全体を透明基板１で構成してもよく、天井板３全体を透明基板２で構成してもよい。
【００３８】
本実施の形態の光学顕微鏡装置に、前述した環境制御装置５０を組み合わせた構成も、第１の実施の形態のものと同じ作用、効果を有する。
また、本実施の形態の光学顕微鏡装置にも、図５に示したような筺体のコンパクト化を適用でき、第１の実施の形態のものと同じ作用、効果を有する。
【００３９】
第１および第２の実施の形態の光学顕微鏡装置は、基本的には同じ作用、効果を有する。すなわち、試料室１０と筺体２０または３０とは、独立の気密空間を形成しているので、筺体２０または３０は、試料室１０内の高湿度環境の影響を受けることがなく、光学部品や照明装置の損傷を生じることがない。試料室１０は、筺体２０または３０とは独立に外界に対して開放できるので、試料の交換が任意且つ簡単にできる。
また、試料室１０と筺体２０または３０が隣接して等温に保持されているので、透明基板１は結露したり曇ったりすることがなく、また、光学系２１の変動、経時変化は最小限に抑制される。従って、長時間安定して顕微鏡観察や記録ができる。
さらに、筺体２０または３０が光学系を収納することにより、顕微鏡を暗室内に設置したのと同様の状態となる。蛍光像観察には室内を暗くするのが望ましいが、その必要がなくなる。
【００４０】
以下、本発明の変形例について述べる。
第１および第２の実施の形態の光学顕微鏡装置は、二次元移動ステージ３１を設けて光学系２１を移動させることにより生物試料Ｓの異なる部位を観察できるように構成されていたが、光学系２１を固定とし、生物試料Ｓを収めた培養容器１４を移動させる構成にしてもよい。この構成は、単に培養容器１４を動かすだけで済むので、移動機構は小型となり、光学顕微鏡装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【００４１】
第１および第２の実施の形態の光学顕微鏡装置は、試料室１０が筺体２０または３０上に積載された構成であったが、逆に筺体２０または３０を試料室１０上に積載する構成にしてもよい。この場合は、倒立型顕微鏡に代えて正立型顕微鏡が用いられる。この構成では、培養容器１４を通さなくても観察できるので、特に培地外に出ている生物試料に対しても観察可能である。但し、下方が開放された筺体２０の場合は、正立型顕微鏡の光学系を筺体２０の側板または上側の板に取り付ける必要がある。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、試料室と筺体とが独立の気密空間を形成し、温度、湿度の制御を行っているので、長時間観察に適し、且つ焦点面の変動が生じない光学顕微鏡装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光学顕微鏡装置の構成を模式的に示す全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光学顕微鏡装置に環境制御装置を接続した状態を示す全体構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光学顕微鏡装置の構成を模式的に示す全体構成図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る光学顕微鏡装置の試料室の開閉構造を説明する部分構成図である。
【図５】本発明の実施の形態の変形例であり、光学顕微鏡装置の構成を模式的に示す全体構成図である。
【符号の説明】
１，２：透明基板
３：天井板
１０：試料室
１１：底板
１２：上板
１３：透過照明装置
１４：培養容器
２０，３０：筺体
２１：光学系
２２：対物レンズ
３１：二次元移動ステージ
３２：垂直移動ステージ
３３：撮像装置
４１：制御部
４２：ＰＣ
５０：環境制御装置
Ｓ：生物試料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for microscopic observation of a sample in a constant temperature humidified environment.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the remarkable progress of biotechnology, there is an increasing demand for observing a biological sample as it is for a long time or recording an image. A container containing a biological sample is filled with a liquid called “medium” containing a component necessary for living, and is maintained at a temperature of about 37 ° C. and a high humidity close to 100%.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a constant temperature humidification tank in which both the temperature and humidity of a sample chamber are kept constant and the sample in the sample chamber can be observed with a microscope through an observation window (for example, see Patent Document 1). This constant temperature humidifier is equipped with a heating element to prevent condensation on the observation window.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-5-26802 (first page, FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the apparatus described above, there is a temperature difference between the constant temperature humidification tank and the microscope, so that there is a problem that the components of the microscope are thermally deformed and the focal plane fluctuates with time.
[0006]
The present invention provides an optical microscope apparatus in which the focal plane does not vary even during long-time observation.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
(1) The microscope apparatus according to claim 1 controls the temperature and humidity of the sample chamber having a housing for storing an optical member for microscopic observation of the sample, an airtight structure having an open / close lid for taking in and out the sample, and the sample chamber. And an environment control unit for controlling the temperature of the casing, and is coupled to the casing at a partition wall other than the opening / closing lid of the sample chamber, and the casing is sealed by the coupling.
(2) The microscope apparatus according to claim 2 contains an optical member for microscopic observation of a sample, and has an airtight structure housing having at least a partition wall provided with a transparent member on the observation optical path, and an opening / closing for taking in and out the sample. An airtight structure sample chamber having a lid and a partition wall provided with a transparent member at least on the observation optical path; and an environment control unit for controlling the temperature and humidity of the sample chamber and controlling the temperature of the housing, The partition wall provided with the transparent member and the partition wall provided with the transparent member of the sample chamber are combined.
[0008]
(3) The microscope apparatus according to claim 3 controls the temperature and humidity of the sample chamber having an optical member for microscopic observation of the sample, an airtight structure sample chamber having an open / close lid for taking in and out the sample, and the sample chamber. And an environmental control unit for controlling the temperature of the enclosure, and is coupled to the enclosure in a partition wall other than the opening / closing lid of the sample chamber, and the enclosure is hermetically sealed by the coupling, and in order to microscopically observe the sample, A transparent observation window is formed on the whole or a part of the partition wall to which is attached.
(4) It is preferable that the microscope apparatus includes an illumination light source and an illumination optical system that irradiates a sample with illumination light from the light source, and includes an illumination apparatus provided on an opening / closing lid. Moreover, it is preferable that the airtightness of the housing is lower than the airtightness of the sample chamber. The housing can also accommodate a stage for moving the optical member in three dimensions. Further, the optical member is composed of an infinite optical system composed of a first objective lens and a second objective lens, the first objective lens is disposed on a stage housed in the housing, and the second objective lens is Even if the first objective lens is moved in the direction perpendicular to the optical axis, it is preferable that the second objective lens is disposed outside the housing and has a large diameter to allow the movement amount.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a microscope apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is an overall configuration diagram schematically showing the configuration of the optical microscope apparatus according to the first embodiment of the present invention. For convenience of explanation, directions are represented by X, Y, Z orthogonal coordinates as shown.
[0010]
The optical microscope apparatus of the present embodiment has a configuration in which the sample chamber 10 is stacked on the housing 20.
The sample chamber 10 is an airtight container having a bottom plate 11 on which the transparent substrate 1 is disposed and an upper plate 12 on which the transmission illumination device 13 is placed. On the transparent substrate 1, a culture vessel 14 holding the biological sample S is placed.
[0011]
Here, as shown in FIG. 4, the upper plate 12 will be described in terms of a structure that can be opened and closed for the exchange of the biological sample S and the like.
FIG. 4 is a configuration diagram of the sample chamber, showing a state in which the sample chamber is open to the outside. The upper plate 12 becomes an opening / closing plate, and the left side in the figure is opened by the link mechanism 12a. The biological sample S can be taken in and out from the opened place, and the inside of the sample chamber 10 can be maintained. Since the sample chamber 10 can be opened to the outside independently of the housing 20 by this opening / closing structure, the biological sample S can be exchanged arbitrarily and easily. Further, since the open space is wide, the sample can be exchanged without tilting the culture vessel 14 or colliding with the wall of the sample chamber 10.
Of course, when the upper plate 12 is in the closed state, the inside of the sample chamber 10 is completely airtight.
[0012]
The housing 20 is a container that houses the optical system 21 of the microscope, the two-dimensional moving stage 31, the vertical moving stage 32, and the imaging device 33, and the ceiling portion is open. When the sample chamber 10 is loaded on the casing 20, the bottom plate 11 closes the ceiling portion, so that the casing 20 is given airtightness. The bottom plate 11 serves as a partition, so that the inside of the sample chamber 10 and the inside of the housing 20 are completely separated, and the housing 20 is kept airtight independently of the sample chamber 10.
[0013]
The optical system 21 includes an objective lens 22, an excitation light illumination device 23, a dimming filter 24, a fluorescent filter 25, a reflecting mirror 26, and a second objective lens 27.
The two-dimensional moving stage 31 mounts the optical system 21, the vertical moving stage 32, and the imaging device 33, and moves in the X direction and the Y direction along the horizontal plane. The vertical movement stage 32 holds the objective lens 22 and moves in the optical axis direction, that is, the Z direction.
[0014]
The imaging device 33 is disposed in the vicinity of the second objective lens 27.
The control unit 41 is connected to the optical system 21, the two-dimensional movement stage 31, the vertical movement stage 32, and the imaging device 33. The control unit 41 is connected to a personal computer (PC) 42.
[0015]
Hereinafter, an environment adjustment method in the sample chamber 10 and a temperature adjustment method in the housing 20 will be described.
FIG. 2 is an overall configuration diagram showing a state in which an environment control device is connected to the optical microscope apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the reference numerals and descriptions of the same components as those in FIG. 1 are omitted. The control unit 41 and the PC 42 are not shown.
[0016]
The environment control device 50 is a device that generates a gas having a desired temperature, humidity, and composition and circulates the gas into the sample chamber 10 and the housing 20. The environment control device 50 includes a humidifier 51, a heater 52, a circulation pump 53, and a gas mixer 54.
Inside the environmental control device 50, the humidifier 51 is connected to a circulation pump 53 via a gas mixer 54. The heater 52 is directly connected to the circulation pump 53. Further, the inside of the humidifier 51 is warmed to the same temperature as the inside of the heater 52 by the heater 52. The gas mixer 54 is connected to a gas supply unit (not shown) (for example, a gas cylinder).
[0017]
Regarding the connection with the outside of the environment control device 50, the humidifier 51 is connected to a joint portion 55 a provided in the sample chamber 10 by a tube 55. The heater 52 is connected to a joint portion 56 a provided on the housing 20 by a tube 56.
[0018]
The circulation pump 53 is connected to a joint portion 55 b provided in the sample chamber 10 by a tube 55. The circulation pump 53 is connected to a joint portion 56 b provided on the housing 20 by a tube 56. Each tube and each joint part is heat-insulated.
[0019]
The circulation system for the sample chamber 10 is indicated by three arrows A. The air adjusted to a predetermined gas composition by the gas mixer 54 enters the humidifier 51 and becomes air at 37 ° C.-100% RH, and is sent into the sample chamber 10 by the circulation pump 53 via the tube 55 and the joint portion 55a. . The air circulated in the sample chamber 10 is discharged from the joint portion 55 b and returns to the circulation pump 53 through the tube 55. Then, it is again sent into the sample chamber 10 as air having a predetermined temperature, humidity and gas composition. Thereby, the inside of the sample chamber 10 is maintained in a predetermined environment.
It is desirable to arrange a temperature sensor (not shown) for monitoring the temperature in the sample chamber 10 at a location close to the culture vessel 14 as long as observation is not hindered.
[0020]
The circulatory system related to the housing 20 is indicated by three arrows B. The air heated to 37 ° C. by the heater 52 is sent into the housing 20 by the circulation pump 53 through the tube 56 and the joint portion 56a. The air circulated in the housing 20 is discharged from the joint portion 56 b and returns to the circulation pump 53 through the tube 56. And it is sent into the housing 20 again as air of a predetermined temperature. Thereby, the inside of the housing 20 is maintained at a predetermined temperature.
Since the circulatory system related to the sample chamber 10 and the circulatory system related to the housing 20 have mutually independent paths, they do not mix.
[0021]
Next, microscope observation will be described.
In the case of transmission image observation, the biological sample S is illuminated by the transmission illumination device 13, and the light transmitted through the biological sample S passes through the transparent substrate 1 and enters the objective lens 22. The light incident on the objective lens 22 is reflected by the reflecting mirror 26, passes through the second objective lens 27, and forms an image on the image sensor 33 a of the imaging device 33.
[0022]
In the case of fluorescent image observation, light emitted from the excitation light illumination device 23 passes through the light control filter 24 and the fluorescent filter 25 and enters from below the objective lens 22. The light incident on the objective lens 22 passes through the transparent substrate 1 and is irradiated on the biological sample S. Fluorescence is emitted from the biological sample S by this excitation light. The fluorescence passes through the transparent substrate 1, the objective lens 22, and the fluorescence filter 25, is reflected by the reflecting mirror 26, passes through the second objective lens 27, and forms an image on the image sensor 33 a of the imaging device 33.
Note that a shutter 28 can be provided on the illumination light exit side of the excitation light illumination device 23 so that the shutter 28 can be opened only during fluorescence image observation.
[0023]
The control unit 41 acquires various data relating to observation conditions, stage movement conditions, imaging conditions, and the like from the PC 42 and outputs them as control signals to the optical system 21, the two-dimensional movement stage 31, the vertical movement stage 32, and the imaging device 33. . In addition, the control unit 41 outputs various control data and image data to the PC 42.
The optical system 21 receives a control signal from the control unit 41, and adjusts the luminance of the illumination light source, switches various filters, switches the observation magnification, adjusts the field stop, and the like.
[0024]
The two-dimensional moving stage 31 has a drive system (not shown), and receives the control signal from the control unit 41 to move the optical system 21, the vertical moving stage 32, and the imaging device 33 in the X direction and the Y direction. Thereby, another part of the biological sample S can be observed, and the distance of the position of the two-dimensional movement stage 31, in other words, the observation part of the biological sample S can be confirmed.
Similarly, the vertical movement stage 32 receives the control signal from the control unit 41 and moves the objective lens 22 in the Z direction. Thereby, when the observation magnification is switched or when the biological sample S is exchanged, the focus adjustment can be performed on the biological sample S.
By the above operation, an arbitrary part of the biological sample S can be clearly observed.
[0025]
In response to the control signal from the control unit 41, the imaging device 33 sets imaging conditions such as CCD gain, shutter speed, and numerical aperture, and imaging timing in conjunction with the illumination device. The microscope image data of the biological sample S is sent to the PC 42 via the control unit 41 and displayed on the display as a microscope image. The PC 42 can also process and display a microscope image. The PC 42 can also display control data such as the above observation conditions, stage movement conditions, and imaging conditions on the display as necessary.
[0026]
In the present embodiment, the optical system 21, the two-dimensional movement stage 31, the vertical movement stage 32, and the imaging device 33 are housed in the housing 20. Among these, the optical system 21, the vertical movement stage 32, the two-dimensional movement stage 31, and the imaging device 33 are arranged in descending order of necessity to be stored in the housing 20. It can be said that the closer to the sample chamber 10, the greater the need to be stored in the housing 20. By installing the imaging device 33 having a small necessity outside the housing 20, the internal volume of the housing 20 is reduced and becomes compact. If the two-dimensional moving stage 31 and the imaging device 33 are installed outside the housing 20, the housing 20 only houses the optical system 21 and the vertical moving stage 32, so that further downsizing can be achieved.
[0027]
Furthermore, a part of the optical members constituting the optical system 21 can be installed outside the housing 20.
FIG. 5 is a modification of the present embodiment, and the same components as those in FIG. The observation optical system from the objective lens 22 to the second objective lens 27 is an infinite optical system, and the parallel light beam generated by the infinite optical system is transmitted through the window member 34 provided in the casing 20 to be the casing. 20 enters the second objective lens 27 installed outside. The second objective lens 27 and the imaging device 33 are housed in a casing 35, and the casing 35 is attached to the housing 20.
[0028]
Since parallel light beams are generated by the infinity optical system, the imaging performance is maintained even if the optical system 21 placed on the two-dimensional moving stage 31 moves in the X direction. The aperture of the second objective lens 27 may be increased by that amount even if the optical system 21 moves in the Y direction. Since the moving amount of the optical system 21 is about several millimeters, the aperture of the second objective lens 27 may be increased by about several millimeters. In this way, since the moving part does not include the second objective lens 27 and the imaging device 33, the load is reduced and the response during movement is improved.
[0029]
Hereinafter, the operation of the optical microscope apparatus of the present embodiment will be described.
First, the environment in the sample chamber 10 and the housing 20 will be described. As shown in FIG. 1, the sample chamber 10 is stacked on a housing 20 to form an airtight space independent of each other.
[0030]
The biological sample S is placed on the medium in the transparent culture vessel 14. The biological sample S is an animal or plant cell, an organelle, or the like. In order to prevent evaporation of the culture medium and observe the biological sample S alive for a long time, it is necessary to maintain the environment in the sample chamber 10 at a predetermined temperature and a predetermined gas composition at a high humidity. For example, the environment in the sample chamber 10 is maintained at 37 ° C.-100% RH and CO ₂ concentration 5%. Therefore, the environment in the culture vessel 14 is the same as that in the sample chamber 10. In addition, the sample chamber 10 needs to have an airtight structure in order to prevent moisture and evaporation from the culture medium from leaking to the outside. In order to maintain this high airtightness for a long time, the sample chamber 10 is completely closed except for the gas outflow inlet.
[0031]
On the other hand, the temperature in the housing 20 is maintained at a temperature substantially equal to that in the sample chamber 10, that is, 37 ° C. It is not necessary to control the gas composition and humidity in the housing 20 in particular. By keeping the inside of the housing 20 and the sample chamber 10 isothermal, the transparent substrate 1 is free from dew condensation or cloudiness. Further, since the optical system 21 is not affected by the temperature difference between the housing 20 and the sample chamber 10, focus fluctuation due to a change in thermal expansion of the optical component does not occur. Further, the optical system 21 is not affected by the high humidity environment in the sample chamber 10 even when the biological sample S is observed or when the upper plate 12 is opened for replacement of the biological sample S. Does not cause damage to the device.
[0032]
By the way, the airtightness of the housing 20 may be lower than the airtightness of the sample chamber 10. The inside of the housing 20 may be closed to such an extent that it is maintained at substantially the same temperature as the inside of the sample chamber 10 and is hardly affected by the outside world. Since the housing 20 is not required to have high airtightness, the electrical wiring and the gas outlet / inlet can be easily attached.
[0033]
(Second Embodiment)
FIG. 3 is an overall configuration diagram schematically showing the configuration of the optical microscope apparatus according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
The optical microscope apparatus according to the present embodiment is greatly different from the optical microscope apparatus according to the first embodiment in the connecting portion where the sample chamber 10 and the casing are overlapped.
[0034]
In the first embodiment shown in FIG. 1, the housing 20 does not have a ceiling plate. When the sample chamber 10 is loaded on the housing 20, the bottom plate 11 of the sample chamber 10 becomes a partition that separates the inside of the sample chamber 10 and the inside of the housing 20, and the airtightness of the sample chamber 10 and the housing 20 is maintained independently. Be drunk.
On the other hand, in the present embodiment of FIG. 3, the casing 30 has a ceiling plate 3 on which the transparent substrate 2 is disposed. The ceiling plate 3 also has a partition function. Regardless of loading or unloading, the airtightness of the sample chamber 10 and the housing 30 is maintained independently from the beginning. Therefore, even when the entire sample chamber 10 is replaced, the atmosphere in the housing 30 is always kept constant. Of course, since the sample chamber 10 can be opened to the outside independently of the housing 20 by an open / close structure as shown in FIG. 4, the biological sample S can be exchanged arbitrarily and easily. Further, since the open space is wide, the sample can be exchanged without tilting the culture vessel 14 or colliding with the wall of the sample chamber 10.
[0035]
The bottom surface of the bottom plate 11 and the top surface of the ceiling plate 3 are in contact with each other or arranged in parallel at a slight interval. Similarly, the transparent substrates 1 and 2 are also in contact with each other or arranged in parallel at a slight interval. In order to keep the inside of the sample chamber 10 and the housing 30 isothermal, it is most desirable that the bottom plate 11 and the ceiling plate 3 are also in contact, and the transparent substrates 1 and 2 are also in contact.
[0036]
When the bottom plate 11 and the ceiling plate 3 are separated from each other, room temperature air flows into the gap, causing condensation or fogging on the inner surface of the transparent substrate 1, and focus variation, optical axis misalignment, etc. in the optical system 21. There is a fear. In order to prevent these occurrences, a sealing member such as an O-ring may be disposed near the outer periphery of the bottom plate 11 and the ceiling plate 3.
[0037]
When the transparent substrates 1 and 2 are separated from each other, an optical problem remains even if the above problems are solved. Since air exists between the transparent substrates 1 and 2, a total of two reflections occur on the opposing surfaces, resulting in a loss of light quantity. In order to prevent this occurrence, the transparent substrates 1 and 2 may be optically integrated. For example, the interval between the transparent substrates 1 and 2 may be filled with immersion oil having the same refractive index as that of the transparent substrates 1 and 2.
Note that the transparent substrate 1 disposed on the bottom plate 11 and the transparent substrate 2 disposed on the ceiling plate 3 may have at least an area that can cover the observation optical path. Further, the entire bottom plate 11 may be composed of the transparent substrate 1, and the entire ceiling plate 3 may be composed of the transparent substrate 2.
[0038]
The configuration in which the above-described environment control device 50 is combined with the optical microscope apparatus of the present embodiment also has the same operations and effects as those of the first embodiment.
Further, the downsizing of the housing as shown in FIG. 5 can be applied to the optical microscope apparatus of the present embodiment, and the same operations and effects as those of the first embodiment are provided.
[0039]
The optical microscope apparatuses according to the first and second embodiments basically have the same functions and effects. That is, since the sample chamber 10 and the housing 20 or 30 form an independent airtight space, the housing 20 or 30 is not affected by the high-humidity environment in the sample chamber 10, and optical components and illumination Does not cause damage to the device. Since the sample chamber 10 can be opened to the outside independently of the housing 20 or 30, the sample can be exchanged arbitrarily and easily.
Further, since the sample chamber 10 and the casing 20 or 30 are held adjacently and isothermally, the transparent substrate 1 is not condensated or clouded, and fluctuations and changes over time of the optical system 21 are minimized. It is suppressed. Therefore, microscopic observation and recording can be performed stably for a long time.
Furthermore, when the housing 20 or 30 houses the optical system, the state is the same as when the microscope is installed in the darkroom. It is desirable to darken the room for fluorescent image observation, but this is not necessary.
[0040]
Hereinafter, modifications of the present invention will be described.
The optical microscope apparatuses according to the first and second embodiments are configured so that different parts of the biological sample S can be observed by moving the optical system 21 by providing the two-dimensional moving stage 31. 21 may be fixed and the culture vessel 14 containing the biological sample S may be moved. In this configuration, since the culture container 14 is simply moved, the moving mechanism becomes small, and the entire optical microscope apparatus can be made compact.
[0041]
The optical microscope apparatus according to the first and second embodiments has a configuration in which the sample chamber 10 is loaded on the housing 20 or 30, but conversely, the housing 20 or 30 is loaded on the sample chamber 10. May be. In this case, an upright microscope is used instead of the inverted microscope. In this configuration, observation can be performed without passing through the culture vessel 14, and therefore, it is possible to observe even a biological sample that is out of the medium. However, in the case of the case 20 whose lower part is opened, it is necessary to attach the optical system of the upright microscope to the side plate or the upper plate of the case 20.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the sample chamber and the housing form an independent airtight space and the temperature and humidity are controlled, it is suitable for long-time observation and the focal plane fluctuates. There can be provided no optical microscope apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram schematically showing a configuration of an optical microscope apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram showing a state in which an environment control apparatus is connected to the optical microscope apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an overall configuration diagram schematically showing a configuration of an optical microscope apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a partial configuration diagram illustrating an opening / closing structure of a sample chamber of the optical microscope apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a modification of the embodiment of the present invention, and is an overall configuration diagram schematically showing a configuration of an optical microscope apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2: Transparent substrate 3: Ceiling board 10: Sample room 11: Bottom board 12: Upper board 13: Transmission illumination device 14: Culture vessel 20, 30: Housing 21: Optical system 22: Objective lens 31: Two-dimensional movement stage 32 : Vertical movement stage 33: Imaging device 41: Control unit 42: PC
50: Environmental control device S: Biological sample

Claims

A housing that houses an optical member for microscopic observation of the sample;
An airtight sample chamber having an open / close lid for taking in and out the sample;
An environment control unit for controlling the temperature and humidity of the sample chamber and controlling the temperature of the housing;
A microscope apparatus characterized in that it is coupled to the casing in a partition wall other than the opening / closing lid of the sample chamber, and the casing is sealed by the coupling.

An optical member for microscopically observing the sample, and a housing having an airtight structure having a partition wall provided with a transparent member at least on the observation optical path;
An open / close lid for taking in and out the sample and an airtight structure sample chamber having a partition wall provided with a transparent member on at least the observation optical path;
An environment control unit for controlling the temperature and humidity of the sample chamber and controlling the temperature of the housing;
2. A microscope apparatus comprising: a partition wall provided with a transparent member of the housing and a partition wall provided with a transparent member of the sample chamber.

A housing that houses an optical member for microscopic observation of the sample;
An airtight sample chamber having an open / close lid for taking in and out the sample;
An environment control unit for controlling the temperature and humidity of the sample chamber and controlling the temperature of the housing;
All of the partition walls in which the casing and the sample chamber are combined to be microscopically observed while being coupled to the casing in the partition other than the opening / closing lid of the sample chamber and sealing the casing. Alternatively, a microscope apparatus characterized in that a transparent observation window is formed in part.

In the microscope apparatus in any one of Claims 1-3,
A microscope apparatus comprising: an illumination light source; and an illumination optical system that irradiates the sample with illumination light from the light source, the illumination apparatus being provided on the opening / closing lid.

In the microscope apparatus in any one of Claims 1-4,
The microscope apparatus according to claim 1, wherein the airtightness of the housing is lower than the airtightness of the sample chamber.

In the microscope apparatus in any one of Claims 1-5,
The microscope apparatus includes a stage that houses a stage that three-dimensionally moves the optical member.

In the microscope apparatus in any one of Claims 1-6,
The microscope apparatus, wherein the optical member is a part or all of an observation optical system including at least an objective lens.

The microscope apparatus according to claim 6, wherein
The optical member comprises an infinite optical system composed of a first objective lens and a second objective lens,
The first objective lens is disposed on the stage housed in the housing;
The second objective lens is disposed outside the housing,
2. The microscope apparatus according to claim 1, wherein a diameter of the second objective lens is formed to be large enough to allow an amount of movement even if the first objective lens moves in a direction perpendicular to the optical axis.