JP2005301065A - 観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】標本の複数の位置を同時に観察し得る観察装置を提供する。
【解決手段】観察装置１００は、標本１８０を載せるためのステージ１７０と、複数の光ビームを生成するためのレーザー光源部１１０と、複数の光ビームをそれぞれ標本１８０に照射するとともに標本１８０からの光を検出するための複数の光照射検出部１４０と、複数の光照射検出部１４０で検出された光をそれぞれ光電変換して画像信号を生成するための画像検出部１２０と、画像検出部１２０と複数の光照射検出部１４０とをそれぞれ光学的に接続するための複数の光ファイバー１３０と、装置全体を制御するための制御部１５０と、画像などの観察情報を表示するためのモニター１６０とを備えている。光照射検出部１４０は、画像検出部１２０で光電変換される検出光の発生部を走査するための走査部を構成しているＸＹガルバノミラー１４２を含んでいる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、標本を光学的に観察する観察装置に関する。

観察装置のひとつにレーザー走査型顕微鏡システムがある。レーザー走査型顕微鏡システムは、例えば、レーザー光源と、ダイクロイックミラーと、ＸＹスキャナーと、スキャナー制御回路（画像取得手段）と、フォトマルチプライヤー（光電変換素子）と、Ａ／Ｄ変換素子と、画像処理回路と、シャッターと、シャッター制御回路と、ＣＰＵ（制御手段）と、モニター（表示手段）と、ハードディスク（記録手段）とを備えている。

ダイクロイックミラーは、レーザー光を反射し、試料で励起された蛍光を透過させる。ＸＹスキャナは、ステージに載置された試料上でレーザー光を二次元的に走査させる。スキャナー制御回路は、ＣＰＵの指令に基づいてＸＹスキャナーの駆動を制御する。フォトマルチプライヤーは、試料の蛍光を検出し、入力した光の強度を表す電気信号に変換する。Ａ／Ｄ変換素子は、光強度を表す電気信号をデジタル化し、例えば光強度を２５６段階に分割した値の一番近いレベルに割り当てる。画像処理回路は、デジタル化された光強度を表す電気信号とＣＰＵから出力される走査位置情報とに基づいて試料の画像信号を出力する。この画像処理回路は、フレームメモリーやＤ／Ａ変換素子などの画像化するための回路を備える。シャッターは、レーザー光の光路中に挿脱可能に配置され、シャッター制御回路によって駆動される。ＣＰＵは、モニターに時間的に相前後して取得される画像間の輝度の変化量に基づいて、シャッター制御回路の駆動を制御する。ハードディスクは、複数枚の磁気ディスクから構成され、取得された画像を記録する。モニターは、例えばＣＲＴであり、細胞などの標本の取得された画像を表示する。

このレーザー走査型顕微鏡システムにおける標本の画像化方法を説明する。レーザー光源から射出され、集光レンズを透過したレーザー光は、ダイクロイックミラーで反射され、ＸＹスキャナーへ導かれる。レーザー光は、スキャナー制御回路によって二次元走査され、対物レンズによって試料に集光される。試料で励起された蛍光は、励起光と同じ光路を逆行し、ＸＹスキャナーで走査され、ダイクロイックミラーを透過して励起光から分離される。ダイクロイックミラーを透過した蛍光のうち、集光レンズによって集光された蛍光だけがフォトマルチプライヤーに入射する。フォトマルチプライヤーに入射した蛍光は、光電変換され、アナログデータを出力する。出力されたアナログデータは、Ａ／Ｄ変換素子によってデジタルデータに変換され、画像処理回路によってハードディスクに収納される。画像処理回路は、ＣＰＵから出力される走査位置情報に基づいてハードディスクに収納された輝度データをモニター画面上に並べて表示する。これによって標本の画像化が実現されている。

マウス・ラット・ラビットなどの実験動物を標本に用いて、実験動物の足の神経を刺激して脳へ刺激の伝わり方を観察するなどの神経伝達の生体観察など、標本の広い位置を対象とする実験では、標本上の複数の位置を同時に観察したいという要望がある。

しかし、前述のレーザー走査型顕微鏡システムは、細胞レベルの標本に対して観察を行なうことを目的としており、対物レンズの視野内の範囲だけしか観察できないという制約がある。

そのため、実験動物などの大型な標本に対して複数位置を同時観察することは不可能である。また、標本の大きさに合わせて光学系を作製するという手法が安易に想像できるが、この場合、装置が大型になってしまうので使い難くなり現実的ではない。

本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その主な目的は、標本の複数の位置を同時に観察し得る観察装置を提供することである。

本発明の観察装置は、複数の光ビームを生成するための光源部と、複数の光ビームをそれぞれ標本に照射するとともに光ビームの照射によって標本から発生する検出光を検出するための複数の光照射検出部と、複数の光照射検出部で検出された検出光をそれぞれ光電変換して画像信号を生成するための画像検出部と、画像検出部で光電変換される検出光の発生部をそれぞれ走査するための複数の走査部と、画像検出部と複数の光照射検出部とをそれぞれ光学的に接続するための複数の光ファイバー部とを備えている。

本発明によれば、標本の複数の位置を同時に観察し得る観察装置が提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

第一実施形態
［構成］
図１は、本発明の第一実施形態の観察装置を概略的に示している。

図１に示されるように、本実施形態の観察装置１００は、標本１８０（たとえばマウス等の実験動物）を載せるためのステージ１７０と、複数の光ビームを生成するためのレーザー光源部１１０と、複数の光ビームをそれぞれ標本１８０に照射するとともに標本１８０からの光を検出するための複数の光照射検出部１４０と、複数の光照射検出部１４０で検出された光をそれぞれ光電変換して画像信号を生成するための画像検出部１２０と、画像検出部１２０と複数の光照射検出部１４０とをそれぞれ光学的に接続するための複数の光ファイバー１３０と、装置全体を制御するための制御部１５０と、画像などの観察情報を表示するためのモニター１６０とを備えている。

レーザー光源部１１０は、例えば、複数のレーザーと光学部品とから構成され、複数の波長のレーザー光ビームを射出し得る。レーザー光源部１１０は、また、ひとつのレーザーと出力されたレーザー光を複数の光ビームに分岐させる光学部品とから構成され、同じ波長のレーザー光ビームを射出してもよい。

光照射検出部１４０は、コリメートレンズ１４１と、ＸＹガルバノミラー１４２と、瞳レンズ１４３と、結像レンズ１４４と、対物レンズ１４５とを備えている。瞳レンズ１４３と結像レンズ１４４と対物レンズ１４５は、収束性のレーザー光ビームを標本１８０に照射するとともにレーザー光の照射に応じて標本１８０から生じた検出光を検出するための光学系１４６を構成している。コリメートレンズ１４１は光ファイバー１３０と光学的に接続するためのものであり、光ファイバー１３０からのレーザー光をＸＹガルバノミラー１４２を介して光学系１４６に導くとともに、光学系１４６によって検出された光ビームを収束させて光ファイバー１３０に入射させる。ＸＹガルバノミラー１４２は、Ｘ軸周りに揺動可能なミラーとＹ軸周りに揺動可能なミラーとを含み、入射する光ビームをＸ軸とＹ軸とに沿って二次元的に走査することができる。これによって、光照射検出部１４０から照射されるレーザー光ビームのスポット（検出光の発生部）を二次元的に走査することができる。つまり、ＸＹガルバノミラー１４２は、画像検出部１２０で光電変換される検出光の発生部を走査するための走査部を構成している。しかし、走査部は、ＸＹガルバノミラー１４２に限定されるものではなく、光ビームを走査させる他の走査機構が適用されてもよい。

画像検出部１２０は、励起ダイクロイックミラー１２１と、コリメートレンズ１２２と、共焦点ピンホール１２５と、フィルター１２６と、光電変換素子１２７とを備えている。励起ダイクロイックミラー１２１は、レーザー光源部１１０から射出されるレーザー光のうち、ある特定の波長の光だけを選択的に反射し、それ以外の波長の光は透過する。コリメートレンズ１２２は光ファイバー１３０と光学的に接続するためのものであり、励起ダイクロイックミラー１２１からのレーザー光ビームを収束させて光ファイバー１３０に入射させるとともに、光ファイバー１３０からの光を励起ダイクロイックミラー１２１に導く。共焦点ピンホール１２５は、標本１８０に照射されるレーザー光ビームのスポット（検出光の発生部）と共焦点の位置関係にあり、スポット（検出光の発生部）近傍からの光だけを選択的に通過させ、それ以外の部分からの光は遮断する。共焦点ピンホール１２５は、共焦点画像を取得するために設けられているが、共焦点画像を取得する必要がない場合には省かれてもよい。フィルター１２６は、検出したい波長の光だけを選択的に透過し、不所望な波長の光は遮断する。光電変換素子１２７は例えばＰＭＴやＰＤで構成され、検出光を光電変換する光電変換デバイスとして機能し、フィルター１２６を透過した光を光電変換して１画素の画像信号を生成する。励起ダイクロイックミラー１２１とフィルター１２６はそれぞれ電動モーターによって複数の間で切り換え可能であり、複数のうちの一つが選択的に光路上に配置される。図１には光路上に配置された一つだけが図示されている。

制御部１５０は、画像検出部１２０で生成された画像信号を処理して画像を形成するための画像処理部１５２と、画像処理部で形成された画像を記録するための画像記録１５４とを含んでいる。制御部１５０はさらに走査部を構成しているＸＹガルバノミラー１４２を制御する機能も兼ね備えている。制御部１５０は例えばパソコンと専用ボードなどで構成される。

モニター１６０は例えばＣＲＴで構成され、例えば画像処理部で形成された画像を表示するための画像表示装置として機能する。

図１には代表的に二つの光照射検出部１４０が図示されているが、観察装置１００は二つ以上の光照射検出部１４０を備えている。二つの光照射検出部１４０に対応して画像検出部１２０内には、光照射検出部１４０で検出された光を光電変換するための二系統の光学系（励起ダイクロイックミラー１２１とコリメートレンズ１２２と共焦点ピンホール１２５とフィルター１２６と光電変換素子１２７）が描かれているが、画像検出部１２０は光照射検出部１４０と同数またはそれ以上の光学系を備えている。つまり、画像検出部１２０は複数の光照射検出部１４０が接続可能である。

図１の画像検出部１２０は、一つのレーザー光ビームに対して一つの波長の光だけを検出する構成であるが、一つのレーザー光ビームに対して複数の波長の光を検出する構成であってもよい。この場合、画像検出部１２０は、特定の波長の光を選択的に反射するがそれ以外の波長の光を透過するビームスプリッターを共焦点ピンホール１２５とフィルター１２６の間の光路上にさらに備え、ビームスプリッターで分岐された光路上に別のフィルター１２６と光電変換素子１２７とを備えていればよい。

［作用］
次に本実施形態の観察装置１００における観察動作を説明する。

レーザー光源部１１０は、制御部１５０からの設定に従って、指定の波長のレーザー光ビームを指定された強度で射出する。レーザー光源部１１０から射出されたレーザー光ビームは画像検出部１２０に入射する。画像検出部１２０に入射したレーザー光ビームは、励起ダイクロイックミラー１２１によって反射され、コリメートレンズ１２２によって収束性のレーザー光ビームに変えられ、光ファイバー１３０に入射する。光ファイバー１３０に入射したレーザー光ビームは光ファイバー１３０の中を伝わり、光ファイバー１３０から射出されて光照射検出部１４０に入射する。光照射検出部１４０に入射したレーザー光ビームはコリメートレンズ１４１によって平行光ビームに変換されてＸＹガルバノミラー１４２に入射する。ＸＹガルバノミラー１４２によって反射されたレーザー光ビームは、瞳レンズ１４３と結像レンズ１４４と対物レンズ１４５からなる光学系１４６によって収束性のレーザー光ビームに変えられて標本１８０に照射される。標本１８０に照射されたレーザー光ビームは光学系１４６の焦点面（観察面）にスポットを形成する。ＸＹガルバノミラー１４２はレーザー光ビームを水平方向と垂直方向に走査し、これによって、レーザー光ビームのスポットが標本１８０内の観察面（光学系１４６の焦点面）を走査される。

レーザー光を受けた標本１８０は、蛍光標本の場合は蛍光を、反射標本の場合は反射光を検出光として発生する。検出光は、対物レンズ１４５、結像レンズ１４４、瞳レンズ１４３、ＸＹガルバノミラー１４２、コリメートレンズ１４１、光ファイバー１３０を介して画像検出部１２０に導かれる。画像検出部１２０に入射した検出光ビームはコリメートレンズ１２２によって平行光ビームに変えられ、励起ダイクロイックミラー１２１に入射する。励起ダイクロイックミラー１２１は検出光の波長の光を透過する特性を有しているので、検出光は励起ダイクロイックミラー１２１を透過する。励起ダイクロイックミラー１２１を透過した検出光は観察面上のスポット近傍からの光だけが共焦点ピンホール１２５を通過する。共焦点ピンホール１２５を通過した検出光は、フィルター１２６によって不必要な波長の光が除去され、光電変換素子１２７に入射する。光電変換素子１２７に入射した検出光は光電変換され、画像信号として制御部１５０に出力される。

制御部１５０内の画像処理部１５２は、画像検出部１２０から画像信号として出力される検出光の輝度データをアナログ／デジタル変換し、水平同期と垂直同期に基づき輝度データを並べる。並べた輝度データをモニター１６０に出力し画面表示することによって標本１８０上の観察位置の画像化が可能となる。また、制御部１５０は、複数の光電変換素子１２７からの信号を同期して処理することが可能であるので、標本上の複数位置（例えば位置Ａと位置Ｂ）の同時画像化が可能である。つまり、標本上の別の位置が同時観察される。

ここでは、図１に関連して、複数の光照射検出部１４０によって標本上の別の位置を同時観察する例をあげたが、もちろん、複数の光照射検出部１４０によって標本上の同じ位置を同時観察してもよい。

複数の光照射検出部１４０は、すべてが同じ種類の観察用である必要はなく、異なる種類の観察用のものを含んでいてもよい。つまり、複数の光照射検出部１４０は、複数種類の光照射検出部を含んでいてもよい。例えば、複数の光照射検出部１４０は、蛍光観察用の光照射検出部と反射光観察用の光照射検出部とを含んでいてもよい。これによって、蛍光観察と反射光観察の併用観察を行なうことができる。その場合、例えば、画像検出部１２０において、レーザー光と同じ波長を検出することによって反射光観察を行なわれ、レーザー光と異なる波長を検出することによって蛍光観察を行なわれる。

また、複数の光照射検出部１４０は、それらのすべてが観察用である必要はなく、強度の光によって標本１８０を退色させる褪色用途や、刺激用試料の入ったカプセルを光によって破壊して標本１８０に刺激を与えるなどの光刺激用途に用いてもよい。この場合、図２に模式的に示されるように、光照射検出部１４０によって標本上の位置Ａに対して光刺激を行ない、光刺激による状態変化を標本上の別の位置Ｂに配置された別の光照射検出部１４０によって観察するということが可能となる。ここで光刺激用として使用する光照射検出部１４０の数の制約はないので様々な実験を行なうことが可能となる。

［効果］
以上のように本実施形態の観察装置１００によれば、一つの光照射検出部１４０の対物レンズ１４５の視野範囲の外を別の光照射検出部１４０によって観察することができるため、大型な標本の複数位置を同時に観察することが可能である。

本実施形態の観察装置１００を用いれば次のような神経の伝達観察も可能となる。図３は神経を模式的に示している。図３に示されるように、神経は動物の体内の広い範囲に配置されて電気信号を伝達する経路であることは広く知られている。神経の構造としては主に核を有する基幹部位であるアクソンからデンドライトが分岐し、さらにデンドライトの周辺にスパインという部位がある。本実施形態の観察装置１００を使用すると、神経細胞の複数位置の伝達や、神経細胞のソーマとニューロンや、デンドライトとソーマ、別の位置の複数のデンドライト、別の位置の複数のスパインなどの相互関係を観察することが可能となる。

また、本実施形態の観察装置１００を用いて、標本の広範囲にわたって存在している器官、例えば血管の異なる位置を同時に観察することも可能である。

第二実施形態
［構成］
図４は、本発明の第二実施形態の観察装置を概略的に示している。図４において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。

図４に示されるように、本実施形態の観察装置２００は、第一実施形態の光照射検出部１４０に代えて光照射検出部２４０を備え、第一実施形態の画像検出部１２０に代えて画像検出部２２０を備え、第一実施形態の光ファイバー１３０に代えて光ファイバー束２３０を備えている。

光照射検出部２４０はコリメートレンズ１４１と瞳レンズ１４３と結像レンズ１４４と対物レンズ１４５とを備えている。つまり、光照射検出部２４０は、第一実施形態の光照射検出部１４０からＸＹガルバノミラー１４２を省いた構成となっている。このため、本実施形態の光照射検出部２４０は第一実施形態の光照射検出部１４０よりも小型に構成できる。

画像検出部２２０は、励起ダイクロイックミラー１２１と、コリメートレンズ１２２と、ＸＹガルバノミラー１４２と、共焦点ピンホール１２５と、フィルター１２６と、光電変換素子１２７とを備えている。ＸＹガルバノミラー１４２は、励起ダイクロイックミラー１２１とコリメートレンズ１２２の間の光路上に位置している。ＸＹガルバノミラー１４２は、Ｘ軸周りに揺動可能なミラーとＹ軸周りに揺動可能なミラーとを含み、入射する光ビームをＸ軸とＹ軸とに沿って二次元的に走査することができる。そのほかの構成は、第一実施形態の画像検出部１２０と同じである。

光ファイバー束２３０は、走査される光ビームを伝達することができる。つまり、光ファイバー束２３０は、入射した光を伝送して入射位置に対応した位置から射出することができる。その結果、光照射検出部２４０から照射されるレーザー光ビームのスポットを二次元的に走査することができる。

［作用］
次に本実施形態の観察装置２００における観察動作を説明する。

レーザー光源部１１０は、制御部１５０からの設定に従って、指定の波長のレーザー光ビームを指定された強度で射出する。レーザー光源部１１０から射出されたレーザー光ビームは画像検出部２２０に入射する。画像検出部２２０に入射したレーザー光ビームは、励起ダイクロイックミラー１２１によって反射され、ＸＹガルバノミラー１４２を通り、コリメートレンズ１２２によって収束されて光ファイバー束２３０に導入され、光ファイバー束２３０を通って光照射検出部２４０に入射する。入射したレーザー光ビームはコリメートレンズ１４１によって平行光ビームに変えられ、瞳レンズ１４３と結像レンズ１４４と対物レンズ１４５からなる光学系１４６によって収束性のレーザー光ビームに変えられて標本１８０に照射される。標本１８０に照射されたレーザー光ビームは光学系１４６の焦点面にスポットを形成する。

コリメートレンズ１２２によって収束されたレーザー光ビームは、その径が光ファイバー束２３０の端面に比べて小さく、光ファイバー束２３０の端面上のごく一部の領域を照明する。また、ＸＹガルバノミラー１４２はレーザー光ビームを水平方向と垂直方向に走査する。これに応じて、コリメートレンズ１２２によって収束されたレーザー光ビームは、光ファイバー束２３０の端面上で走査される。光ファイバー束２３０に入射したレーザー光ビームは、光ファイバー束２３０の中を伝わり、光ファイバー束２３０の端面上の入射位置に対応した位置から射出される。つまり、光照射検出部２４０内に射出されるレーザー光ビームの射出位置が、ＸＹガルバノミラー１４２によるレーザー光ビームの走査に応じて、光ファイバー束２３０の端面上で走査される。その結果、標本１８０内の観察面に形成されたレーザー光ビームのスポットが走査される。

レーザー光を受けた標本１８０は、蛍光標本の場合は蛍光を、反射標本の場合は反射光を検出光として発生する。検出光は、対物レンズ１４５、結像レンズ１４４、瞳レンズ１４３、コリメートレンズ１４１、光ファイバー束２３０を介して画像検出部２２０に導かれる。画像検出部２２０に入射した検出光ビームはコリメートレンズ１２２によって平行光ビームに変えられ、ＸＹガルバノミラー１４２を経由して、励起ダイクロイックミラー１２１に入射する。励起ダイクロイックミラー１２１は検出光の波長の光を透過する特性を有しているので、検出光は励起ダイクロイックミラー１２１を透過する。励起ダイクロイックミラー１２１を透過した検出光は観察面上のスポット近傍からの光だけが共焦点ピンホール１２５を通過する。共焦点ピンホール１２５を通過した検出光は、フィルター１２６によって不必要な波長の光が除去され、光電変換素子１２７に入射する。光電変換素子１２７に入射した検出光は光電変換され、画像信号として制御部１５０に出力される。

制御部１５０内の画像処理部１５２は、画像検出部２２０から画像信号として出力される検出光の輝度データをアナログ／デジタル変換し、水平同期と垂直同期に基づき輝度データを並べる。並べた輝度データをモニター１６０に出力し画面表示することによって標本１８０上の観察位置の画像化が可能となる。また、制御部１５０は、複数の光電変換素子１２７からの信号を同期して処理することが可能であるので、標本１８０上の複数位置（例えば位置Ａと位置Ｂ）の同時画像化が可能である。

本実施形態ではＸＹガルバノミラー１４２を使用して一つのスポットを走査する手法を説明したが、より高速に走査を行なうために、複数のスポットを同時に走査することも可能である。その場合には、検出光を光電変換する光電変換デバイスに、例えばマトリックス状に整列された多数の光電変換部を有するＣＣＤやＰＭＴアレイなどのエリアセンサーを使用する必要がある。

［効果］
以上のように本実施形態の観察装置２００によれば、第一実施形態と同様に、一つの光照射検出部２４０の対物レンズ１４５の視野範囲の外を別の光照射検出部２４０によって観察することができるため、大型な標本の複数位置を同時に観察することが可能である。

本実施形態と第一実施形態との主な違いは走査部の配置位置であり、本実施形態では、画像検出部２２０内に走査部を設けているぶん光照射検出部２４０の部品数が少ないので、光照射検出部２４０のさらなる小型化が可能となる。その結果、標本周辺の空間占有率が第一実施形態より低くなるので、光照射検出部２４０の配置可能数が向上する、配置角度などの自由度が向上するなどの利点がある。

さらに標本画像の縞麗さや正確さやキレなどのために標本周辺の空間占有率を低くすることを優先したい場合には、光照射検出部２４０を取り除いて、光ファイバー束２３０で標本１８０を直接観察する構成も可能である。

第三実施形態
［構成］
図５は、本発明の第三実施形態の観察装置を概略的に示している。本実施形態の観察装置は、図４に示した第二実施形態の観察装置に似ている。図５において、図４に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。

図５に示されるように、本実施形態の観察装置３００は、第二実施形態のレーザー光源部１１０に代えてランプ光源部３１０を備え、第二実施形態の画像検出部２２０に代えて画像検出部３２０を備えている。

ランプ光源部３１０は、水銀ランプなどに代表される照明用のランプ光源を備えている。ランプ光源部３１０は、レーザー光ビームに比べて径が大きい複数の照明光ビームを射出する。

光照射検出部２４０の構成は第二実施形態と同じである。

画像検出部３２０は、励起フィルター３２１と、ダイクロイックミラー３２２と、コリメートレンズ１２２と、回転ディスクピンホール３２５と、フィルター３２６と、エリアセンサー３２７とを備えている。励起フィルター３２１は、ランプ光源部３１０からの照明光から指定波長の光だけを透過する。ダイクロイックミラー３２２は、励起波長の光だけを反射し、それ以外の波長の光は透過する。回転ディスクピンホール３２５は、複数のピンホールを持ち、回転可能である。回転ディスクピンホール３２５のピンホールは、光照射検出部２４０の光学系１４６の焦点面のうち、共焦点の位置関係にある部分からの検出光だけを選択的に通過させ、それ以外の部分からの光は遮断する。つまり、回転ディスクピンホール３２５は共焦点ピンホールとして機能する。また、回転ディスクピンホール３２５のピンホールは回転ディスクピンホール３２５の回転に伴って移動する。このため、回転ディスクピンホール３２５のピンホールを通過できる検出光の発生部が移動する。従って、回転ディスクピンホール３２５は実質的に検出光の発生部を走査させる走査部としても機能する。エリアセンサー３２７は例えばＣＣＤやＰＭＴアレイで構成され、検出光を光電変換する光電変換デバイスとして機能し、例えばマトリックス状に整列された多数の光電変換部（画素）を有しており、複数の光電変換部（画素）の情報を同時に取得し得る。

回転ディスクピンホール３２５は、共焦点画像を取得するために設けられているが、共焦点画像を取得する必要がない場合には省かれてもよい。

図５には代表的に二つの光照射検出部２４０が図示されているが、観察装置３００は二つ以上の光照射検出部２４０を備えている。二つの光照射検出部２４０に対応して画像検出部３２０内には、光照射検出部２４０で検出された光を光電変換するための二系統の光学系（励起フィルター３２１とダイクロイックミラー３２２とコリメートレンズ１２２と回転ディスクピンホール３２５とフィルター３２６とエリアセンサー３２７）が描かれているが、画像検出部３２０は光照射検出部２４０と同数またはそれ以上の光学系を備えている。

図５の画像検出部３２０は、一つの照明光ビームに対して一つの波長の光だけを検出する構成であるが、一つの照明光ビームに対して複数の波長の光を検出する構成であってもよい。その場合には、画像検出部３２０は、特定の波長の光を選択的に反射するがそれ以外の波長の光を透過するビームスプリッターを回転ディスクピンホール３２５とフィルター３２６の間の光路上に配置し、ビームスプリッターで分岐された光路上に別のフィルター３２６とエリアセンサー３２７とを配置すればよい。

制御部１５０は、例えばパソコンと専用ボードなどで構成され、走査部を構成している回転ディスクピンホール３２５の回転制御機能を併せ持っている。

［作用］
次に本実施形態の観察装置３００における観察動作を説明する。

ランプ光源部３１０は、制御部１５０からの明るさの設定に従って、照明光ビームを射出する。ランプ光源部３１０からの照明光ビームは画像検出部３２０に入射する。画像検出部３２０に入射した照明光ビームは、励起フィルター３２１によって設定された波長の光だけが選択的に透過する。励起フィルター３２１を透過した照明光ビームは、ダイクロイックミラー３２２によって反射され、コリメートレンズ１２２によって収束されて光ファイバー束２３０に導入される。コリメートレンズ１２２によって収束された照明光ビームは、光ファイバー束２３０の端面のほぼ全体を照明する。光ファイバー束２３０に導入された照明光ビームは、光ファイバー束２３０を通って光照射検出部２４０に入射する。光照射検出部２４０に入射した照明光ビームは、瞳レンズ１４３と結像レンズ１４４と対物レンズ１４５からなる光学系１４６によって収束されて標本１８０に照射される。標本１８０に照射された照明光ビームは光学系１４６の焦点面（観察面）の比較的広い範囲を照明する。

照明光を受けた標本１８０は、蛍光標本の場合は蛍光を、反射標本の場合は反射光を検出光として発生する。検出光は、対物レンズ１４５、結像レンズ１４４、瞳レンズ１４３、コリメートレンズ１４１、光ファイバー束２３０を介して画像検出部３２０に導かれる。画像検出部３２０に入射した検出光ビームはコリメートレンズ１２２によって平行光ビームに変えられ、ダイクロイックミラー３２２に入射する。ダイクロイックミラー３２２は検出光の波長の光を透過する特性を有しているので、検出光はダイクロイックミラー３２２を透過する。ダイクロイックミラー３２２を透過した検出光は、観察面の近傍に位置し、しかも回転ディスクピンホール３２５のピンホールに対して共焦点の位置関係にある部分から発生した検出光だけが通過する。回転ディスクピンホール３２５は光軸と交差する向きに配置されて回転しており、これによって、検出光の発生部がエリアセンサー３２７を１画面分走査するのと同じ働きが得られる。回転ディスクピンホール３２５を通過した検出光は、フィルター３２６によって不必要な波長の光が除去され、エリアセンサー３２７に入射する。エリアセンサー３２７に入射した検出光は光電変換され、１画面分の画像信号として制御部１５０に出力される。制御部１５０は画像検出部３２０から画像信号として出力される検出光のデータを１画面ごとモニター１６０に順次出力して画面表示させる。以上によって標本１８０上の複数位置（例えば位置Ａと位置Ｂ）の同時画像化が可能となる。

［効果］
以上のように本実施形態の観察装置３００によれば、一つの光照射検出部２４０の対物レンズ１４５の視野範囲の外を別の光照射検出部２４０によって観察することができるため、大型な標本の複数位置を同時に観察することが可能である。

本実施形態と第二実施形態との主な違いは光電変換デバイスにＣＣＤやＰＭＴアレイなどのエリアセンサーを用いたことであり、これによって高速に画像を取得することができる。

第四実施形態
［構成］
図６は、本発明の第四実施形態の観察装置を概略的に示している。本実施形態の観察装置は、図４に示した第二実施形態の観察装置や図５に示した第三実施形態の観察装置に似ている。図６において、図４や図５に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。

図５に示されるように、本実施形態の観察装置４００は、第二実施形態のレーザー光源部１１０や第三実施形態のランプ光源部３１０に代えて光源部４１０を備え、第二実施形態の画像検出部２２０や第三実施形態の画像検出部３２０に代えて画像検出部４２０を備えている。

本実施形態の観察装置４００は二つの光照射検出部２４０Ａと２４０Ｂを備えている。もちろん、観察装置４００はこれらのほかにも別の光照射検出部を備えていてもよい。二つの光照射検出部２４０Ａと２４０Ｂは第二実施形態の光照射検出部２４０と同様の構成であるが、二つの光照射検出部２４０Ａと２４０Ｂは異なる倍率の対物レンズ１４５Ａと１４５Ｂを備えている。二つの光照射検出部２４０Ａと２４０Ｂは、標本１８０の上下に配置される。二つの光照射検出部２４０Ａと２４０Ｂは、異なる倍率の対物レンズを備えている代わりに、異なる視野の対物レンズを備えていてもよい。

光源部４１０は、光照射検出部２４０Ａから照射される照明光ビームを生成するランプ光源と、光照射検出部２４０Ｂから照射されるレーザー光ビームを生成するレーザーとを含んでいる。

画像検出部４２０は、二つの光照射検出部２４０Ａと２４０Ｂに対応して、検出光を光電変換する機能と走査する機能を持った二系統の光学系を備えている。光照射検出部２４０Ａ用の光学系は、第三実施形態と同様に、励起フィルター３２１とダイクロイックミラー３２２とコリメートレンズ１２２と回転ディスクピンホール３２５とフィルター３２６とエリアセンサー３２７とから構成されている。光照射検出部２４０Ｂ用の光学系は、第二実施形態と同様に、励起ダイクロイックミラー１２１とＸＹガルバノミラー１４２とコリメートレンズ１２２と共焦点ピンホール１２５とフィルター１２６と光電変換素子１２７とから構成されている。ＸＹガルバノミラー１４２はひとつの走査部を構成し、回転ディスクピンホール３２５は別の走査部を構成している。つまり、二つの走査部が異なる構成を有している。

制御部１５０は、ＸＹガルバノミラー１４２と回転ディスクピンホール３２５とで構成される二つの走査部を同期動作させることも、独立動作させることも可能である。ここで、「二つの走査部を同期動作同期動作させる」とは、二つの走査部を何らかの関連性をもたせて動作させることをいう。例えば、一つの走査部によって広い範囲を低速で走査し、その中の狭い範囲を別の走査部によって高速で走査することなどを含む。

［作用］
次に本実施形態の観察装置４００における観察動作を説明する。

光源部４１０は、制御部１５０からの明るさの設定に従って、照明光ビームを射出する。光源部４１０はまた、制御部１５０からの設定に従って、指定の波長のレーザー光ビームを指定された強度で射出する。光源部４１０からの照明光ビームは画像検出部４２０に入射したのち光照射検出部２４０Ａに向かい、光源部４１０からのレーザー光ビームは画像検出部４２０に入射したのち光照射検出部２４０に向かう。

画像検出部４２０に入射した照明光ビームは、励起フィルター３２１によって設定された波長の光だけが選択的に透過する。励起フィルター３２１を透過した照明光ビームは、ダイクロイックミラー３２２によって反射され、コリメートレンズ１２２によって収束されて光ファイバー束２３０に導入される。コリメートレンズ１２２によって収束された照明光ビームは、光ファイバー束２３０の端面のほぼ全体を照明する。光ファイバー束２３０に導入された照明光ビームは、光ファイバー束２３０を通って光照射検出部２４０Ａに入射する。光照射検出部２４０Ａに入射した照明光ビームは、瞳レンズ１４３と結像レンズ１４４と対物レンズ１４５Ａからなる光学系１４６Ａによって収束されて標本１８０に照射される。標本１８０に照射された照明光ビームは光学系１４６の焦点面（観察面）の比較的広い範囲を照明する。

照明光を受けた標本１８０は、蛍光標本の場合は蛍光を、反射標本の場合は反射光を検出光として発生する。検出光は、対物レンズ１４５、結像レンズ１４４、瞳レンズ１４３、コリメートレンズ１４１、光ファイバー束２３０を介して画像検出部４２０に導かれる。画像検出部４２０に入射した検出光ビームはコリメートレンズ１２２によって平行光ビームに変えられ、ダイクロイックミラー３２２に入射する。ダイクロイックミラー３２２は検出光の波長の光を透過する特性を有しているので、検出光はダイクロイックミラー３２２を透過する。ダイクロイックミラー３２２を透過した検出光ビームは、観察面の近傍に位置し、しかも回転ディスクピンホール３２５のピンホールに対して共焦点の位置関係にある部分から発生した検出光だけが通過する。回転ディスクピンホール３２５は光軸と交差する向きに配置されて回転しており、これによって、検出光の発生部がエリアセンサー３２７を１画面分走査するのと同じ働きが得られる。回転ディスクピンホール３２５を通過した検出光は、フィルター３２６によって不必要な波長の光が除去され、エリアセンサー３２７に入射する。エリアセンサー３２７に入射した検出光は光電変換され、１画面分の画像信号として制御部１５０に出力される。

画像検出部４２０に入射したレーザー光ビームは、励起ダイクロイックミラー１２１によって反射され、ＸＹガルバノミラー１４２を通り、コリメートレンズ１２２によって収束されて光ファイバー束２３０に導入され、光ファイバー束２３０を通って光照射検出部２４０Ｂに入射する。光照射検出部２４０Ｂに入射したレーザー光ビームはコリメートレンズ１４１によって平行光ビームに変えられ、瞳レンズ１４３と結像レンズ１４４と対物レンズ１４５Ｂからなる光学系１４６Ｂによって収束性のレーザー光ビームに変えられて標本１８０に照射される。標本１８０に照射されたレーザー光ビームは光学系１４６の焦点面にスポットを形成する。

ＸＹガルバノミラー１４２はレーザー光ビームを水平方向と垂直方向に走査する。これに応じて、コリメートレンズ１２２によって収束されたレーザー光ビームは、光ファイバー束２３０の端面上を走査される。光ファイバー束２３０に入射したレーザー光ビームは、光ファイバー束２３０の中を伝わり、光ファイバー束２３０の端面上の入射位置に対応した位置から射出される。つまり、光照射検出部２４０内に射出されるレーザー光ビームの射出位置が、ＸＹガルバノミラー１４２によるレーザー光ビームの走査に応じて、光ファイバー束２３０の端面上で走査される。その結果、標本１８０内の観察面に形成されたレーザー光ビームのスポットが走査される。

レーザー光を受けた標本１８０は、蛍光標本の場合は蛍光を、反射標本の場合は反射光を検出光として発生する。検出光は、対物レンズ１４５Ｂ、結像レンズ１４４、瞳レンズ１４３、コリメートレンズ１４１、光ファイバー束２３０を介して画像検出部４２０に導かれる。画像検出部４２０に入射した検出光ビームはコリメートレンズ１２２によって平行光ビームに変えられ、ＸＹガルバノミラー１４２を経由して、励起ダイクロイックミラー１２１に入射する。励起ダイクロイックミラー１２１は検出光の波長の光を透過する特性を有しているので、検出光は励起ダイクロイックミラー１２１を透過する。励起ダイクロイックミラー１２１を透過した検出光は観察面上のスポット近傍からの光だけが共焦点ピンホール１２５を通過する。共焦点ピンホール１２５を通過した検出光は、フィルター１２６によって不必要な波長の光が除去され、光電変換素子１２７に入射する。光電変換素子１２７に入射した検出光は光電変換され、１画素ごとの画像信号として制御部１５０に出力される。

制御部１５０は、画像検出部４２０内のエリアセンサー３２７から画像信号として出力される検出光のデータを１画面ごとモニター１６０に順次出力して画面表示させる。制御部１５０はまた、画像検出部４２０内の光電変換素子１２７から画像信号として出力される検出光のデータを１画素ごとモニター１６０に順次出力して画面表示させる。これによって標本１８０上の観察位置が同時に画像化される。

［効果］
以上のように本実施形態の観察装置４００によれば、光照射検出部２４０Ａと２４０Ｂが異なる倍率または異なる視野の対物レンズ１４５Ａと１４５Ｂを備えているので、標本１８０の同じ位置に対して広視野観察と狭視野観察を同時に行なうことが可能である。例えば、心臓の観察を行なう場合などは、臓器の拍動を考慮しなければならない。このような用途に対して、低倍広視野用の光照射検出部によって心臓全体のマクロ観察（広視野観察）を行ないながら、高倍狭視野の光照射検出部によって心臓組織のミクロ観察（狭視野観察）を行なうことによって、臓器の拍動を考慮しながら観察することができる。また、低倍広視野用の光照射検出部によって高倍狭視野の光照射検出部の標本に対する位置決めを行なうことが可能である。

もちろん、図６に図示されていない別の光照射検出部２４０を例えば光照射検出部２４０Ａと組み合わせて用いることによって、標本１８０の別の位置を同時に観察することが可能である。

また、二つの光照射検出部２４０Ａと２４０Ｂが標本１８０を間に挟んで向き合う形で上下に配置されているので、例えば、一方の光照射検出部２４０Ａによって反射光観察または蛍光観察を行なうと同時に、光照射検出部２４０Ａから照射される光を照明光に利用して他方の光照射検出部２４０Ｂによって透過光観察を行なうことも可能である。この場合、複数の光照射検出部は、反射光観察用または蛍光観察用の光照射検出部２４０Ａと、透過光観察用の光照射検出部２４０Ｂとを含んでいる。

また、走査部としてＸＹガルバノミラー１４２と回転ディスクピンホール３２５とが例示されているように、複数の走査部は同一である必要はない。そのため、ガルバノメーターミラーやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）や共振ガルバノミラーやポリゴンミラーなどの走査部のどの組み合わせも可能である。これによって標本の移動速度や精度に合わせて最適な走査部を選択するとよい。

また、複数の走査部を同期動作させることによって、標本上の各観察位置での同期した画像観察が可能となる。例えば、一つの走査部の速度に対し、別の走査部で数倍の高速走査を行なうことによって、標本の静的観察と動的観察とを同時に行なうことも可能である。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

例えば、各実施形態のピンホールディスクに代えて、ピンホール径と同程度の幅のスリットを多数形成したスリットディスクを用いてもよい。

本発明の第一実施形態における観察装置の構成を概略的に示している。 標本上の異なる位置の光刺激に対する変化を模式的に示している。 神経を模式的に示している。 本発明の第二実施形態における観察装置の構成を概略的に示している。 本発明の第三実施形態における観察装置の構成を概略的に示している。 本発明の第四実施形態における観察装置の構成を概略的に示している。

符号の説明

１００…観察装置、１１０…レーザー光源部、１２０…画像検出部、１２１…励起ダイクロイックミラー、１２２…コリメートレンズ、１２５…共焦点ピンホール、１２６…フィルター、１２７…光電変換素子、１３０…光ファイバー、１４０…光照射検出部、１４１…コリメートレンズ、１４２…ＸＹガルバノミラー、１４３…瞳レンズ、１４４…結像レンズ、１４５…対物レンズ、１４５Ａ…対物レンズ、１４５Ｂ…対物レンズ、１４６…光学系、１４６Ａ…光学系、１４６Ｂ…光学系、１５０…制御部、１５２…画像処理部、１５４…画像記録、１６０…モニター、１７０…ステージ、１８０…標本、２００…観察装置、２２０…画像検出部、２３０…光ファイバー束、２４０…光照射検出部、２４０Ａ…光照射検出部、２４０Ｂ…光照射検出部、３００…観察装置、３１０…ランプ光源部、３２０…画像検出部、３２１…励起フィルター、３２２…ダイクロイックミラー、３２５…回転ディスクピンホール、３２６…フィルター、３２７…エリアセンサー、４００…観察装置、４１０…光源部、４２０…画像検出部。

Claims (21)

1. 複数の光ビームを生成するための光源部と、
   複数の光ビームをそれぞれ標本に照射するとともに光ビームの照射によって標本から発生する検出光を検出するための複数の光照射検出部と、
   複数の光照射検出部で検出された検出光をそれぞれ光電変換して画像信号を生成するための画像検出部と、
   画像検出部で光電変換される検出光の発生部をそれぞれ走査するための複数の走査部と、
   画像検出部と複数の光照射検出部とをそれぞれ光学的に接続するための複数の光ファイバー部とを備えている、観察装置。
2. 請求項１において、画像検出部で生成された画像信号を処理して画像を形成するための画像処理部と、画像処理部で形成された画像を表示するための画像表示部とをさらに備えている、観察装置。
3. 請求項１において、画像検出部で生成された画像信号を処理して画像を形成するための画像処理部と、画像処理部で形成された画像を記録するための画像記録とをさらに備えている、観察装置。
4. 請求項１において、画像検出部が、検出光の少なくとも一つの発生部と共焦点の関係にある少なくとも一つの共焦点ピンホールを備えている、観察装置。
5. 請求項１において、光ファイバー部が光ファイバー束で構成されており、画像検出部が、複数の光照射検出部で検出される検出光をそれぞれ光電変換する複数の光電変換デバイスを備えており、光電変換デバイスが、整列された多数の光電変換部を有するエリアセンサーで構成されている、観察装置。
6. 請求項１において、光照射検出部が走査部を内蔵している、観察装置。
7. 請求項１において、画像検出部が走査部を内蔵しており、光ファイバー部が光ファイバー束で構成されている、観察装置。
8. 請求項１において、複数の走査部の少なくとも二つが互いに異なる構成を有している、観察装置。
9. 請求項１において、複数の走査部を制御するための制御部を備え、制御部は少なくとも二つの走査部を同期動作させる、観察装置。
10. 請求項１において、複数の光照射検出部の少なくとも一つが光による刺激を行なう機能を備えている、観察装置。
11. 請求項１において、複数の光照射検出部の少なくとも二つが互いに異なる倍率の対物レンズを備えている、観察装置。
12. 請求項１において、複数の光照射検出部の少なくとも二つが互いに異なる視野の対物レンズを備えている、観察装置。
13. 請求項１において、複数の光照射検出部が、反射光観察用の光照射検出部と蛍光観察用の光照射検出部と透過光観察用の光照射検出部の少なくとも二つを含んでいる、観察装置。
14. 請求項１において、画像検出部は、複数の光照射検出部を接続可能である、観察装置。
15. 請求項１に記載の観察装置を用いて標本上の同じ位置を同時観察する、観察方法。
16. 請求項１に記載の観察装置を用いて標本上の別の位置を同時観察する、観察方法。
17. 請求項９に記載の観察装置を用いて動的観察と静的観察を行なう、観察方法。
18. 請求項１０に記載の観察装置を用いて光による刺激を行なう、観察方法。
19. 第項において、請求項１１に記載の観察装置または請求項１２に記載の観察装置を用いて広視野観察と狭視野観察とを同時に行なう、観察方法。
20. 請求項１１に記載の観察装置または請求項１２に記載の観察装置を用いて、広視野用の光照射検出部（低倍率の対物レンズを含む光照射検出部または広視野の対物レンズを含む光照射検出部）によって狭視野用の光照射検出部（高倍率の対物レンズを含む光照射検出部または狭視野の対物レンズを含む光照射検出部）の標本の位置決めを行なう、観察方法。
21. 請求項１３に記載の観察装置を用いて、反射光観察と蛍光観察と透過光観察の少なくとも二つの併用観察を行なう、観察方法。

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