JP2006284858A

JP2006284858A - 光透過式観察装置

Info

Publication number: JP2006284858A
Application number: JP2005103988A
Authority: JP
Inventors: Masaki Fujiwara; 政記藤原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】インキュベータ５のチャンバー50内で培養する試料を観察するための光透過式観察装置の小型化及び軽量化を図る。
【解決手段】本発明に係る光透過式観察装置において、照明装置40は、光源２と、試料観察部42と対向して試料観察部42の表面に沿う往復移動が可能に配備された集光レンズ20と、光源２からの光を集光レンズ20へ導く光ファイバーケーブル22aとを具えている。又、光学装置41は、観察光学ユニット24と、試料観察部42と対向して試料観察部42の表面に沿う往復移動が可能に配備された対物レンズ23と、対物レンズ23からの光を観察光学ユニット24へ導く光ファイバーケーブル22bとを具えている。照明装置40の集光レンズ20と光学装置41の対物レンズ23は、両者を試料観察部42の表面に沿って相対位置関係を一定に維持しつつ移動させる往復駆動装置１に連繋している。
【選択図】図１

Description

本発明は、細胞などの透明試料の観察に用いる光透過式観察装置に関するものである。

従来、各種の細胞や微生物などの試料を培養するためにインキュベータが用いられている(特許文献1〜４)。例えば図７に示すインキュベータ(５)においては、所定の環境条件に保たれたチャンバー(50)内に、マイクロプレート(７)を設置するためのマイクロプレート設置台(70)と、マイクロプレート(７)上の試料を観察するための顕微ユニット(８)とが配備されると共に、該マイクロプレート設置台(70)と顕微ユニット(８)に挟まれた中央部に、マイクロプレート(７)を搬送するための搬送装置(６)が配備されている。

前記顕微ユニット(８)は、シールドケース(80)内に顕微観察装置(8a)と駆動装置(8b)を配備すると共に、該顕微観察装置(8a)の上方位置にはマイクロプレート(７)を収容するためのマイクロプレート収容部(83)を配備して構成されている。
前記顕微観察装置(8a)は、カメラ(81)と光学系(82)から構成され、光学系(82)は長焦点型の対物レンズと照明装置から構成されている。
前記駆動装置(8b)は、Ｘ軸モータを具えたＸ軸駆動機構と、Ｙ軸モータを具えたＹ軸駆動機構と、Ｚ軸モータを具えたＺ軸駆動機構から構成されている。

前記顕微ユニット(８)から伸びる電力線や信号線からなる信号ケーブルは、シールドケース(80)に取り付けられた防水コネクター(図示省略)に接続され、該防水コネクターを経て、分析装置(84)に繋がっている。

前記顕微ユニット(８)を用いて、マイクロプレート設置台(70)に収容されているマイクロプレート(７)の顕微観察を行なう場合は、搬送装置(６)によって該マイクロプレート(７)をマイクロプレート設置台(70)から取り出し、顕微ユニット(８)のマイクロプレート収容部(83)まで搬送して、所定位置に設置する。
特開平１１−８９５５９号公報特表２００２−５３８４７７号公報特開２００３−９３０４１号公報特開２００３−２１６２８号公報

しかしながら、前記顕微ユニット(８)においては、試料に対する観察位置の変更を行なう場合に顕微観察装置(8a)全体を移動させるため、可動部分の体積と重量が大きくなり、これに伴って駆動装置(8a)が大型化し、ひいては顕微ユニット(８)全体が大型化するばかりでなく、可動部分の重量に起因して観察位置を変更する際の動作が遅いという問題があった。

そこで本発明の目的は、光透過式観察装置において、装置全体の小型化を図ると共に、観察動作の高速化を図ることである。

本発明に係る光透過式観察装置においては、観察対象となる光透過性試料を設置すべき試料観察部(42)を挟んで両側に、照明装置(40)と光学装置(41)とが配備され、照明装置(40)から出射される光によって試料観察部(42)上の試料を照明しつつ、光学装置(41)によって該試料を観察することが可能である。
前記照明装置(40)は、光源(２)と、試料観察部(42)と対向して試料観察部(42)の表面に沿う往復移動が可能に配備された光出射プローブ部と、前記光源(２)からの光を光出射プローブ部へ導く光ファイバーケーブル(22a)を具えている。
又、前記光学装置(41)は、観察光学系と、試料観察部(42)と対向して試料観察部(42)の表面に沿う往復移動が可能に配備された光入射プローブ部と、光入射プローブ部からの光を観察光学系へ導く光ファイバーケーブル(22b)を具えている。
更に、前記照明装置(40)の光出射プローブ部と光学装置(41)の光入射プローブ部は、両プローブ部を試料観察部(42)の表面に沿って相対位置関係を一定に維持しつつ移動させる往復駆動装置(１)に連繋している。

上記本発明に係る光透過式観察装置においては、照明装置(40)の光出射プローブと光源(２)とが光ファイバーケーブル(22a)によって連結されると共に、光学装置(41)の光入射プローブとカメラ(25)とが光ファイバーケーブル(22b)によって連結されているので、両プローブの移動に伴い、両光ファイバーケーブル(22a)(22b)が屈曲する。従って、光出射プローブと光入射プローブは自由に移動することが出来る。
ここで、照明装置(40)を構成している光源(２)と光学装置(41)を構成している観察光学系は一定位置に固定することが出来るので、照明装置(40)と光学装置(41)は、可動部分の軽量化と小型化を実現することが出来る。

具体的構成において、前記照明装置(40)の光出射プローブ部は集光レンズ(20)を具えると共に、前記光学装置(41)の光入射プローブ部は対物レンズ(23)を具え、観察光学系は、顕微鏡装置と該顕微鏡装置によって観察される画像を撮影するカメラ(25)とを具えている。

該具体的構成において、集光レンズ(20)で光をスポット状に絞り、照射された領域を対物レンズ(23)で拡大することによって、試料を顕微観察することが出来る。

具体的構成において、前記往復駆動装置(１)は、試料観察部(42)の表面と平行な面上で互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿って出力部を移動させるＸ軸往復駆動装置(43)とＹ軸往復駆動装置(44)を具え、該Ｘ軸往復駆動装置(43)とＹ軸往復駆動装置(44)の出力部が前記照明装置(40)の光出射プローブ部と光学装置(41)の光入射プローブ部に繋がっている。

該具体的構成においては、光出射プローブと光入射プローブが、互いの相対位置関係を一定に保ちながらＸ軸方向とＹ軸方向に移動することによって、試料の表面に沿う所望の位置を観察することが出来る。

具体的構成においては、前記往復駆動装置(１)は、試料観察部(42)の表面に垂直なＺ軸に沿って出力部を移動させるＺ軸往復駆動装置(45)を具え、該Ｚ軸往復駆動装置(45)の出力部が試料設置台(10)に繋がり、該試料設置台(10)はＺ軸方向に往復移動可能である。

該具体的構成において、Ｚ軸往復駆動装置(45)を駆動することによって、試料設置台(10)がＺ軸方向に往復移動し、これによって焦点合わせが行なわれる。

本発明に係る光透過式観察装置によれば、照明装置(40)の光出射プローブ部と光学装置(41)の光入射プローブ部のみを移動させて観察位置の変更を行なうことが出来るので、可動部分の軽量化と小型化を図ることが可能であり、これによって装置全体の小型化と観察動作の高速化が実現される。

以下、本発明を図５に示すインキュベータに実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図５は、微生物や細胞などの各種試料を培養するためのインキュベータ(５)を示しており、該インキュベータ(５)は、開閉扉(51)によって開口(55)を開閉することが可能なチャンバー(50)を具え、該チャンバー(50)の内部には、その中央部に、マイクロプレート(７)等の容器を搬送するための搬送装置(６)が配備されると共に、該搬送装置(６)の両側にはそれぞれ、複数のスタッカー(53)を具えたスタッカーユニット(54)が配備され、各スタッカー(53)内には、マイクロプレート(７)等の複数の容器が収容されている。

チャンバー(50)の側壁には、マイクロプレート(７)等の容器を挿入するための挿入口(57)が開設されると共に、該挿入口(57)を開閉するためのシャッター機構(56)が取り付けられている。

チャンバー(50)には、その奥部に、チャンバー(50)内の温度及び湿度及びＣＯ_２濃度を調節するための環境調節装置(図示省略)が配備されており、チャンバー(50)の奥方の側面には、環境調節装置から得られる環境調節のためのガスをチャンバー(50)内へ吹き出すためのファンを具えた吹き出し口(図示省略)が開設されている。ここで、チャンバー(50)内の温度調節は、チャンバーの内壁面に設置された複数の平面状ヒータ(図示省略)をオン／オフ制御することによって行なわれ、チャンバー内が所定の温度範囲(例えば３７℃±０.５℃)に維持される。

上記インキュベータ(５)においては、搬送装置(６)によって、チャンバー(50)の挿入口(57)とチャンバー(50)内の各スタッカー(53)との間でマイクロプレート(７)などの容器の搬送が行なわれる。
搬送装置(６)は、試料が収容されたマイクロプレート(７)を搬送するための搬送テーブル(60)を具え、該搬送テーブル(60)は、左右方向(Ｘ軸方向)、前後方向(Ｙ軸方向)及び上下方向(Ｚ軸方向)に往復駆動される。

図６(a)(b)は、搬送テーブル(60)がＸ軸方向に往復駆動される様子を表わしている。図示の如く、搬送装置(６)は、ホルダー(図示省略)に連結された昇降板(62)と、該昇降板(62)上にスライダー(66a)を介して摺動可能に支持された中間スライド板(65)と、該中間スライド板(65)上にスライダー(66b)を介して摺動可能に支持された搬送テーブル(60)とを具え、ピニオン(63a)と中間スライド板(65)上のラック(64b)とが互いに噛合すると共に、中間スライド板(65)上に枢支したピニオン(63b)と昇降板(62)上のラック(64a)並びに搬送テーブル(60)裏面のラック(64c)とが互いに噛合している。

モータ(図示省略)の駆動によって垂直Ｘ軸駆動シャフト(61)が回転すると、この回転がピニオン(63a)へ伝えられ、これによって該ピニオン(63a)がラック(64b)と噛合しつつ回転し、この回転によってラック(64b)が駆動されて、中間スライド板(65)が往復移動する。
そして、中間スライド板(65)の移動に伴って、ピニオン(63b)がラック(64a)と噛合しつつ回転し、この回転によってラック(64c)が駆動されて、搬送テーブル(60)がＸ軸方向に移動する。

本実施例においては、図５に示すチャンバー(50)内のスタッカーユニット(54)の複数(例えば２つ)のスタッカー(53)に代えて、図１に示す顕微ユニット(４)が配備され、該顕微ユニット(４)によって試料の顕微観察が行なわれる。
尚、顕微ユニット(４)は、チャンバー(50)内部の高温度、高湿度の環境にも耐え得る部品から構成されている。

図１に示す実施例においては、試料を収容すべき容器としてフラスコ(３)が採用されている。該フラスコ(３)は図４に示す様に容器本体部(30)とキャップ(31)から構成され、容器本体(30)は全体が透明のプラスチック製であって、容器本体(30)にキャップ(31)をねじ込むことにより、フラスコ(３)の内部は密閉される。又、キャップ(31)にはエアフィルター(32)が取り付けられており、該エアフィルター(32)によって、細菌の通過が阻止される一方、ＣＯ_２や水蒸気の通過が許容される。
従って、キャップ(31)を容器本体(30)にねじ込んでフラスコ(３)内を密閉している状態においても、ＣＯ_２や水蒸気がエアフィルター(32)を通過して、フラスコ(３)内部が所定の環境条件に維持される。

図５に示すスタッカー(53)に収容されているフラスコ(３)内の試料を観察する場合には、搬送装置(６)を動作させて、スタッカー(53)内のフラスコ(３)を図１に示す顕微ユニット(４)まで搬送する。

顕微ユニット(４)は、スタッカー２つ分に対応する外形を有するフレーム(46)を具え、該フレーム(46)の中央部には、光透過性材料からなる試料設置台(10)が配備され、該試料設置台(10)によって試料観察部(42)が構成されている。
又、フレーム(46)の内部には、試料設置台(10)の上方位置に、試料設置台(10)に向けて照明装置(40)が配備されると共に、試料設置台(10)の下方位置に、試料設置台(10)に向けて光学装置(41)が配備されており、照明装置(40)から出射される光によって試料設置台(10)上のフラスコ(３)内の試料を照明しつつ、光学装置(41)によって該試料を観察することが可能である。

照明装置(40)は、フレーム(46)内に立設された支持板(27)によって支持されたＬＥＤなどから構成される光源(２)と、光出射プローブ部となる集光レンズ(20)と、光源(２)からの光を集光レンズ(20)へ導く光ファイバーケーブル(22a)とから構成され、光源(２)と光ファイバーケーブル(22a)の一端とがカップリング(21a)によって互いに連結されると共に、集光レンズ(20)と光ファイバーケーブル(22a)の他端とがカップリング(21b)によって互いに連結されている。

一方、光学装置(41)は、フレーム(46)の底面に設置された観察光学ユニット(24)と、光入射プローブ部となる対物レンズ(23)と、対物レンズ(23)からの光を観察光学ユニット(24)へ導く光ファイバーケーブル(22b)とから構成され、対物レンズ(23)と光ファイバーケーブル(22b)の一端とがカップリング(21c)によって互いに連結されると共に、観察光学ユニット(24)と光ファイバーケーブル(22b)の他端とがカップリング(21d)によって互いに連結されている。

観察光学ユニット(24)は、図２及び図３に示す如く、鏡筒(24a)の内部に結像レンズ(26)を配備すると共に、鏡筒(24a)の後端部にカメラ(25)を設置して構成されている。
欺くして、前記対物レンズ(23)から光ファイバーケーブル(22b)を経て結像レンズ(26)及び鏡筒(24a)に至る光学系によって、顕微鏡装置が構成される。
尚、前記の２本の光ファイバーケーブル(22a)(22b)は何れも、複数本の光ファイバーを束ね、これらの光ファイバーを被覆材により覆って構成されており、該被覆材によって光ファイバーの損傷や劣化が防止されている。

図１に示す照明装置(40)を構成する光源(２)から発せられた光は、光ファイバーケーブル(22a)を経て、集光レンズ(20)に導かれ、集光レンズ(20)によってスポット状に集光されて、試料設置台(10)上のフラスコ(３)内の試料を照射する。
そして、該試料を透過した光は、光学装置(41)を構成する対物レンズ(23)に入射し、該対物レンズ(23)によって図３の如く集光された光が、光ファイバーケーブル(22b)を経て、観察光学ユニット(24)に導かれる。観察光学ユニット(24)では、結像レンズ(26)によって結像された画像がカメラ(25)によって撮影される。

図１に示す如く、フレーム(46)の内部には、試料設置台(10)を包囲して、集光レンズ(20)と対物レンズ(23)を水平面上で一体的に移動させる往復駆動装置(１)が配備されている。
往復駆動装置(１)は、集光レンズ(20)と対物レンズ(23)をＸ軸及びＹ軸に沿って往復移動させるＸ軸往復駆動装置(43)及びＹ軸往復駆動装置(44)を具え、両駆動装置(43)(44)の動作によって、試料設置台(10)上のフラスコ(３)内の試料に対する観察位置の変更を行なうことが出来る。

又、往復移動装置(１)は、試料設置台(10)をＺ軸に沿って往復移動させるＺ軸往復駆動装置(45)を具え、Ｚ軸往復駆動装置(45)の動作によって、試料設置台(10)上のフラスコ(３)を昇降移動させて、前記照明装置(40)及び光学装置(41)に対するＺ軸方向の相対位置を変化させることにより、フラスコ(３)内の試料に対する焦点合わせを行なうことが出来る。

Ｘ軸往復駆動装置(43)においては、フレーム(46)に取り付けられた枠体(18c)にモータ(13b)が水平に設置され、該モータ(13b)の出力軸には、Ｘ軸方向に伸びるボールネジ(12c)が連結され、該ボールネジ(12c)にはナット(14d)が螺合している。該ナット(14d)には、駆動板(17c)が固定されている。
又、枠体(18c)には、ボールネジ(12c)と平行に直動ガイド(11)が設けられ、該直動ガイド(11)によって駆動板(17c)のＸ軸方向の往復移動が案内されている。

Ｙ軸往復駆動装置(44)においては、前記Ｘ軸往復駆動装置(43)の駆動板(17c)の上端部と下端部に一対の枠体(18a)(18b)が取り付けられ、上方の枠体(18a)にモータ(13a)が水平に設置され、該モータ(13a)の出力軸には、Ｙ軸方向に伸びるボールネジ(12a)が連結され、該ボールネジ(12a)にはナット(14a)が螺合している。該ナット(14a)には、駆動板(17a)が固定されている。
又、上方の枠体(18a)には、ボールネジ(12a)と平行に直動ガイド(11)が設けられ、該直動ガイド(11)によって駆動板(17a)のＹ軸方向の往復移動が案内されている。

一方、Ｙ軸往復駆動装置(44)の下方の枠体(18b)には、Ｙ軸方向に伸びるボールネジ(12b)が架設され、該ボールネジ(12b)にはナット(14b)が螺合している。該ナット(14b)には、駆動板(17b)が固定されている。
又、下方の枠体(18a)には、ボールネジ(12b)と平行に直動ガイド(11)が設けられ、該直動ガイド(11)によって駆動板(17b)のＹ軸方向の往復移動が案内されている。

更に、両枠体(18a)(18b)に設置された２本のボールネジ(12a)(12b)にはそれぞれギア(16a)(16b)が固定されており、両ギア(16a)(16b)にタイミングベルト(15)が張設されて、２本のボールネジ(12a)(12b)を同期回転させる様になっている。

そして、上方の枠体(18a)に取り付けられた駆動板(17a)に、照明装置(40)を構成する集光レンズ(20)が固定されると共に、下方の枠体(18b)に取り付けられた駆動板(17b)に、光学装置(41)を構成する対物レンズ(23)が固定されている。

従って、Ｘ軸往復駆動装置(43)のモータ(13b)を駆動することによって、Ｙ軸往復駆動装置(44)全体がＸ軸方向に移動し、これに伴って集光レンズ(20)と対物レンズ(23)が同時に同一距離だけＸ軸方向に移動することになる。
又、Ｙ軸往復駆動装置(44)のモータ(13a)を駆動することによって、上下２本のボールネジ(12a)(12b)が同期回転して、両枠体(18a)(18b)が同時に移動し、これに伴って集光レンズ(20)と対物レンズ(23)が同時に同一距離だけＹ軸方向に移動することになる。
斯くして、上記Ｘ軸往復駆動装置(43)及びＹ軸往復駆動装置(44)によって、集光レンズ(20)と対物レンズ(23)を互いの相対位置関係を一定に保ちつつ水平方向に移動させるＸ−Ｙテーブル装置が構成される。

Ｚ軸往復駆動装置(45)においては、フレーム(46)に取り付けられた枠体(18d)にモータ(13c)が垂直に設置され、該モータ(13c)の出力軸には、ボールネジ(12d)が連結され、該ボールネジ(12d)にはナット(14c)が螺合している。該ナット(14c)には、駆動板(17d)が固定され、該駆動板(17d)に試料設置台(10)が連結されている。
又、枠体(18d)には、ボールネジ(12d)と平行に直動ガイド(11)が設けられ、該直動ガイド(11)によって駆動板(17d)の昇降移動が案内されている。
該Ｚ軸往復駆動装置(45)によれば、モータ(13c)の駆動によって試料設置台(10)を水平姿勢で昇降移動させることが出来、これによって上述の如く焦点合わせが行なわれる。

上記顕微ユニット(４)を具えたインキュベータ(５)において、チャンバー(50)内の任意のスタッカー(53)に収容されているフラスコ(３)を対象として該フラスコ(３)内の試料を顕微観察する場合には、搬送装置(６)を動作させて、該フラスコ(３)を顕微ユニット(４)まで搬送する。
その後、前記往復駆動装置(１)のＺ軸往復駆動装置(45)を動作させて、焦点合わせを行ないつつ、Ｘ軸往復駆動装置(43)及びＹ軸往復駆動装置(44)を動作させて、集光レンズ(20)と対物レンズ(23)を移動させることによって観察位置を変更し、フラスコ(３)内の試料の所望の位置を顕微観察する。
この過程で、集光レンズ(20)と対物レンズ(23)の移動に伴い、光ファイバーケーブル(22a)(22b)が屈曲するので、集光レンズ(20)と対物レンズ(23)の移動は自由である。

上記本発明の顕微ユニット(４)においては、観察位置の変更に際して照明装置(40)と光学装置(41)の全体を移動させることなく、集光レンズ(20)と対物レンズ(23)のみを移動させるので、可動部分の小型化及び軽量化を図ることが出来、これによって観察位置の変更を迅速に行なうことが出来る。

尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施例では、試料設置台(10)をＺ軸方向に移動させる構成を採っているが、集光レンズ(20)と対物レンズ(23)をＺ軸方向に移動させて焦点合わせを行なう構成も採用可能である。

顕微ユニットの斜視図である。顕微ユニットの光学系を示す図である。光学装置における光ファイバーケーブルの光路を示す図である。試料を収容するフラスコの斜視図である。インキュベータを示す斜視図である。搬送装置の動作を表わす斜視図である。従来のインキュベータの概略構成を示す図である。

符号の説明

(１) 往復駆動装置
(10) 試料設置台
(12a)〜(12d) ボールネジ
(13a)〜(13c) モータ
(14a)〜(14d) ナット
(15) タイミングベルト
(17a)〜(17d) 駆動板
(２) 光源
(20) 集光レンズ
(22) 光ファイバーケーブル
(23) 対物レンズ
(24) 観察光学ユニット
(３) フラスコ
(４) 顕微ユニット
(40) 照明装置
(41) 光学装置
(42) 試料観察部
(43) Ｘ軸往復駆動装置
(44) Ｙ軸往復駆動装置
(45) Ｚ軸往復駆動装置

Claims

観察対象となる光透過性試料を設置すべき試料観察部(42)を挟んで両側に、照明装置(40)と光学装置(41)とが配備され、照明装置(40)から出射される光によって試料観察部(42)上の試料を照明しつつ、光学装置(41)によって該試料を観察することが可能な光透過式観察装置において、
前記照明装置(40)は、光源(２)と、試料観察部(42)と対向して試料観察部(42)の表面に沿う往復移動が可能に配備された光出射プローブ部と、前記光源(２)からの光を光出射プローブ部へ導く光ファイバーケーブル(22a)とを具え、
前記光学装置(41)は、観察光学系と、試料観察部(42)と対向して試料観察部(42)の表面に沿う往復移動が可能に配備された光入射プローブ部と、光入射プローブ部からの光を観察光学系へ導く光ファイバーケーブル(22b)とを具え、
前記照明装置(40)の光出射プローブ部と光学装置(41)の光入射プローブ部は両プローブ部を試料観察部(42)の表面に沿って相対位置関係を一定に維持しつつ移動させる往復駆動装置(１)に連繋していることを特徴とする光透過式観察装置。
前記照明装置(40)の光出射プローブ部は集光レンズ(20)を具えると共に、前記光学装置(41)の光入射プローブ部は対物レンズ(23)を具え、観察光学系は、顕微鏡装置と該顕微鏡装置によって観察される画像を撮影するカメラ(25)とを具えている請求項１に記載の光透過式観察装置。
前記往復駆動装置(１)は、試料観察部(42)の表面と平行な面上で互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿って出力部を移動させるＸ軸往復駆動装置(43)とＹ軸往復駆動装置(44)を具え、該Ｘ軸往復駆動装置(43)とＹ軸往復駆動装置(44)の出力部が前記照明装置(40)の光出射プローブ部と光学装置(41)の光入射プローブ部に繋がっている請求項１又は請求項２に記載の光透過式観察装置。
前記往復駆動装置(１)は、試料観察部(42)の表面に垂直なＺ軸に沿って出力部を移動させるＺ軸往復駆動装置(45)を具え、該Ｚ軸往復駆動装置の出力部が試料設置台(10)に繋がり、該試料設置台(10)がＺ軸方向に往復移動可能な請求項３に記載の光透過式観察装置。