JP2007057380A - 非接触温度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
測定試料の微小な領域の温度を高い精度で測定しようするものである。
【解決手段】
水を含む測定対象である微小領域の測定試料を顕微鏡本体部によって拡大すると共に、微小領域を透過した検体光と参照光のスペクトルを求めると共に、特定の波長の光強度を用いて測定試料の吸光度差を求め、当該吸光度差に基づいて検体の温度変化を求めるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は非接触温度測定装置に関し、特に測定試料の一部又は全体でなる微小領域の温度を測定する場合に適用して好適なものである。

従来、非接触温度測定方法として、水の光吸収スペクトルが温度によって変化する（温度依存性を有する）ことを利用して、測定対象である水を主成分とする流体に光を照射してその吸光度に基づいて温度変化を測定するようにしたものが、特許文献１によって提案されている。
特開２００４−２５１７６６

ところが、特許文献１に開示されている温度測定方法は流路を流れる液体の温度を測定するもので、水の吸収スペクトルの温度依存性を利用して例えば培養細胞などの微小生体組織領域や、水溶液などの測定試料の一部を構成する微小領域の温度を、測定できるようにすれば、その有用性を一段と拡大できると考えられる。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、微小測定対象を観察する顕微鏡の光学系を利用して、当該測定対象の温度を測定できるようにした非接触温度測定装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、水を含む検体を有する測定試料１７を拡大して観察できる顕微鏡本体部２と、顕微鏡本体部２において、検体の微小領域を透過して得られる検体光ＬＡ１１を導出する測定光導出部３と、検体光ＬＡ１１の光吸収スペクトル成分Ｋ１のうちの１つ又は複数の特定の波長の光吸収スペクトル成分の第１の光強度に基づいて検体の温度変化を求める温度判定部５とを設けるようにする。

本発明によれば、顕微鏡本体によって拡大した測定試料透過光のうち、水を含む検体を透過して得られる検体像光の光吸収スペクトル成分を求め、当該光吸収スペクトル成分のうち、水が顕著な温度依存性をもっている近赤外光域の特定の波長の光吸収スペクトル成分の光強度を用いて検体の温度変化を求めるようにしたことにより、検体に対してダメージを与えることなく、検体の温度変化を高い精度で測定することができる。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）全体構成
図１において、１は全体として非接触温度測定装置を示し、顕微鏡本体部２から得られた測定光を測定光導出部３から導出して光ファイバでなる測定光伝達路４を介して温度判定部５に与える。

顕微鏡本体部２は、顕微鏡筐体１１の基盤部に設けられている光源レンズ系１２のハロゲンランプでなる顕微鏡光源１３から射出された光源光ＬＡ１をフィルタ１４Ａを透過させた後反射鏡１４Ｂによって上方に折り曲げて集光レンズ系１５を介して試料ステージ１６上に配置された測定試料１７に照射する。

この実施の形態の場合、フィルタ１４Ａは、１３００〜２０００〔ｎｍ〕の近赤外光域の光スペクトル成分を透過させることにより、２０００〔ｎｍ〕以上の長波長成分をカットして測定試料１７の生体組織に対してダメージを極力与えないようにすると共に、測定に必要な特定の波長の光スペクトル成分を測定試料１７に照射できるようにする。

測定試料１７を透過した測定試料透過光ＬＡ２は対物レンズ系１８を通って光分岐部１９に入射され、分岐された観察用分岐光ＬＡ３が接眼レンズ系２０に伝達されることにより、非接触温度測定装置１のユーザが、測定試料１７の拡大像を接眼レンズ系２０によって観察できるようになされている。

この実施の形態の場合、測定試料１７は、図７に示すように、厚さが５００〔μｍ〕の石英セル１７Ａ内に水でなる保持液に水を含む生体組織である培養細胞を測定対象の検体として入れた試料本体１７Ｂを保持したものを用いており、この石英セル１７Ａを遮温室１７Ｃによって外気から遮温して試料ステージ１６上に位置決めしている。

これに加えて、光分岐部１９によって測定試料透過光ＬＡ２から分岐して得られる測定用分岐光ＬＡ４が測定光導出部３に伝達され、この測定用分岐光ＬＡ４が測定光伝達路４に導出される。

かかる顕微鏡光源１３から測定光伝達路４に至るまでの光学系は、図２に示すように構成されている。

すなわち、顕微鏡光源１３から射出された光源光ＬＡ１は、光源レンズ系１２に設けられた集光レンズ１２Ａによって集光された後、視野絞り１２Ｂによって所定の視野に絞られると共に開口絞り１２Ｃによって開口率が決められ、その後、集光レンズ系１５のコンデンサレンズ１５Ａに入射される。

かくしてコンデンサレンズ１５Ａから得られる光源光ＬＡ１は、試料ステージ１６において視野絞り像１６Ａ内に置かれた測定試料１７に照射され、その透過光が測定試料透過光ＬＡ２として対物レンズ系１８の対物レンズ１８Ａによって光分岐部１９の測定用分岐光ＬＡ４として測定光導出部３の結像面３Ａ上に入射して視野絞り像３Ｂ内に測定試料１７の拡大像３Ｃを結像する。

測定光導出部３の結像面３Ａには、測定光伝達路４を構成する測定光伝達用光ファイバ４Ａの受光面４Ｂが位置決めされ、これにより結像面３Ａ上に結像された測定試料１７の拡大像３Ｃを表す測定用分岐光ＬＡ４が受光面４Ｂを通って測定光伝達用光ファイバ４Ａに送り出される。

測定光伝達用光ファイバ４Ａは、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、測定試料１７の拡大像３Ｂのうち、測定試料１７の中央部分にある微小領域の結像（すなわち測定対象としての検体光）を受光する１本の光ファイバ部材で構成される検体光光ファイバ４Ｃと、その外側を取り囲むように配設された複数の光ファイバ部材で構成され検体像の周囲の結像（すなわち保持液の像）を受光する参照光光ファイバ４Ｄとを保護管４Ｅで保護した構成を有し、これにより、検体光光ファイバ４Ｃによって検体及び保持液を透過して得られる検体光ＬＡ１１を測定用分岐光ＬＡ４として伝達することに加えて、当該検体像の周囲の保持液を透過して得られる参照光ＬＡ１２を測定用分岐光ＬＡ４として参照光光ファイバ４Ｄによって伝達できるようになされている。

ここで、測定試料１７は水でなる保持液中に検体として水を含む生体組織である培養細胞を保持した構成を有するものであるので、検体光ＬＡ１１は光源光ＬＡ１が測定試料１７の中央部分の微小領域において保持液と検体及び含んでいる水とを透過した結果得られるのに対して、参照光ＬＡ１２は光源光ＬＡ１が、中央部分の微小領域近傍の微小領域において、保持液だけを透過した結果得られる。

この実施の形態の場合、顕微鏡本体部２は１０倍の拡大率を有し、これにより直径４０〔μｍ〕の検体を直径４００〔μｍ〕の検体像として検体光光ファイバ４Ｃ上に結像し、その周囲の直径８０〔μｍ〕の保持液を直径８００〔μｍ〕の保持液像として参照光光ファイバ４Ｄ上に結像する。

かくして測定光伝達路４の検体光光ファイバ４Ｃ及び参照光光ファイバ４Ｄによって測定光導出部３から導出された測定用分岐光ＬＡ４は、温度判定部５の光分離ユニット２１（図１）に伝達される（実際上、検体光光ファイバ４Ｃ及び参照光光ファイバ４Ｄは、測定光伝達路４の途中で、又は光分離ユニット２１内において、保護管４Ｅから引き離されて別々に次段に接続される）。

光分離ユニット２１は、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、筐体２１Ａ内に駆動モータ２２によって回転駆動されるチョッパ板２３を有する。

チョッパ板２３は回転駆動軸２３Ａを中心として、所定の角度範囲に順次交互に扇形状に光透過部２３Ｂ及び光反射部２３Ｃを形成し、これにより回転駆動軸２３Ａから偏心した光投射位置Ｐ１に光が投射したとき、当該光投射位置Ｐ１を光透過部２３Ｂが通過しているタイミングにおいて当該投射光をチョッパ板２３の厚みを通るように透過させるのに対して、光投射位置Ｐ１を光反射部２３Ｃが通過しているタイミングにおいて投射光を当該光反射部２３Ｃによって反射させるようになされている。

光分離ユニット２１の筐体２１Ａの一端部には検体光光ファイバ４Ｃを接続する光コネクタ２４Ａが設けられている。

これに対して、チョッパ板２３の光投射位置Ｐ１を間に挟んで光コネクタ２４Ａと対向する筐体２１Ａの端部に分岐光伝達用光ファイバ２５を接続する光コネクタ２４Ｂが設けられている。

かくして光コネクタ２４Ａに検体光光ファイバ４Ｃから伝達されてきた検体光ＬＡ１１が入射されたとき、この検体光ＬＡ１１をコリメータレンズ２６Ａによって平行光に変換してチョッパ板２３の光投射位置Ｐ１に投射し、これにより光投射位置Ｐ１を光透過部２３Ｂが通過しているタイミングで検体光ＬＡ１１が光透過部２３Ｂを透過して直進することによって選択された後、コリメータレンズ２６Ｂによって光コネクタ２４Ｂに集光され、これが分岐光ＬＡ１３として分岐光伝達用光ファイバ２５に送り出される。

これに対して筐体２１Ａの光コネクタ２４Ｂが設けられている側の端部に参照光光ファイバ４Ｄを接続する光コネクタ２４Ｃが設けられ、参照光光ファイバ４Ｄから伝達されてきた参照光ＬＡ１２をコリメータレンズ２６Ｃによって平行光に変換してチョッパ板２３の光投射位置Ｐ１に投射するようになされている。

かくして光投射位置Ｐ１に投射された参照光ＬＡ１２は、当該光投射位置Ｐ１を光反射部２３Ｃが通過しているタイミングで当該光反射部２３によって反射されることによって選択されてコリメータレンズ２６Ｂを介して光コネクタ２４Ｂに分岐光ＬＡ１３として射出される。

チョッパ板２３の駆動モータ２２は、温度判定部５に設けられたパーソナルコンピュータ構成の測定処理部３１（図１）から光分離ユニット２１のモータ制御回路３２に光選択制御信号Ｓ１が与えられたとき、これに応動するようにモータ制御回路３２から与えられる駆動出力Ｓ２によって駆動され、これによりチョッパ板２３の回転位相が光選択制御信号Ｓ１によって制御されることにより、分岐光ＬＡ１３として検体光ＬＡ１１を射出するタイミングと、参照光ＬＡ１２を射出するタイミングとを制御する。

かくして測定処理部３１は、分岐光ＬＡ１３として、予め決められたタイミングで検体光ＬＡ１１と参照光ＬＡ１３とを順次交互に選択して分岐光伝達用光ファイバ２５を介して分光計４１に取り込ませる。

分光計４１は測定処理部３１との間で測定情報Ｓ３をやりとりすることにより、分岐光ＬＡ１３として検体光ＬＡ１１又は参照光ＬＡ１２が送り込まれたとき、近赤外領域の波長成分の光強度を検出して測定情報Ｓ３として測定処理部３１のデータメモリ４２に蓄積する。

測定処理部３１は、検体光ＬＡ１１及び参照光ＬＡ１２に基づいて測定試料１７の温度変化を測定するもので、図５の時点ｔ１からｔ２までの光強度測定サイクルＴの間に、露光時間Δｔの時間だけ交互に検体光ＬＡ１１及び参照光ＬＡ１２についての測定を２Ｎ回繰り返すことにより、検体光ＬＡ１１について近赤外光スペクトル成分のうち、特定の波長、例えば１４９０〔ｎｍ〕のスペクトル成分の光強度データＩ_Ｓ１、Ｉ_Ｓ２、……、Ｉ_ＳＮを得ると共に、参照光ＬＡ１２について同様に当該特定の波長のスペクトル成分の光強度データＩ_Ｒ１、Ｉ_Ｒ２、……、Ｉ_ＲＮを、それぞれ検体データ及び参照データとして得る。

測定処理部３１は、検体光ＬＡ１１の光強度データＩ_Ｓ１、Ｉ_Ｓ２、……、Ｉ_ＳＮを用いて次式、

のような積算平均演算を実行することにより、検体光強度Ｉ_Ｓを求めると共に、参照光ＬＡ１２の光強度データＩ_Ｒ１、Ｉ_Ｒ２、……、Ｉ_ＲＮについて次式、

のような積算平均演算を実行することにより、参照光強度Ｉ_Ｒを求める。

ここで、検体光ＬＡ１１及び参照光ＬＡ１２は、受光面４Ｂにおける受光面積や、光経路が互いに異なることに基づく光強度の差を含んでいるので、測定処理部３１は光強度の検出処理サイクルＴ（＝２ＮΔｔ）（図５）を実行する前に、前以って光強度の検出処理を実行することにより補償用の検体光強度Ｉ_ＳＯ及び参照光強度Ｉ_ＲＯを求め、その後の検出処理サイクルの検体光強度Ｉ_Ｓに補償係数Ｉ_ＲＯ／Ｉ_ＳＯを掛けたものを補償後の検体光強度Ｉ_Ｓ及び参照光強度Ｉ_Ｒとして用いて以下の処理を行う。

測定処理部３１は、この演算の結果得られる検体光強度Ｉ_Ｓ及び参照光強度Ｉ_Ｒに基づいて、次式、

のような演算を実行することにより、吸光度差ΔＡを求める。

一般に、測定対象及び参照対象への入射光の光強度Ｉ_Ｏに対して、測定対象及び参照対象の透過光の光強度がＩ_Ｓ及びＩ_Ｒであったとき、測定対象の吸光度Ａ_Ｓは、

であり、参照対象の吸光度Ａ_Ｒは、

である。両者間の吸光度差ΔＡは、

として、（３）式の関係が得られる。

かくして測定処理部３１は、図６に示すように、光強度測定サイクルＴ（＝２ＮΔｔ）ごとに、吸光度差ΔＡ１、ΔＡ２、ΔＡ３、……を求めることができ、この吸光度差ΔＡ１、ΔＡ２、ΔＡ３、……の順次隣り合う吸光度差の時間変化分データＡ_Ｄ（＝ΔＡ２−ΔＡ１、ΔＡ３−ΔＡ２、ΔＡ４−ΔＡ３、……）を求め、これを測定試料１７の温度の変化に対応するデータとして求める。

（２）測定試料の温度変化検出動作
以上の構成において、測定試料１７の温度変化の測定を行う際に、ユーザは顕微鏡本体部２の接眼レンズ系２０によって測定試料１７を観察しながら（図１）、試料ステージ１６上に測定試料１７（図７）を設定する。

このとき、ユーザは、石英セル１７Ａ内の試料本体１７Ｂのうち、保持液中にある微小面積で水を含む測定対象である培養細胞を検体として対物レンズ系１８の光軸上に位置合せさせることにより、測定試料透過光ＬＡ２の中心像を検体光ＬＡ１１として測定光導出部３の検体光光ファイバ４Ｃに取り込ませる（図３）と共に、測定試料透過光ＬＡ２のうち検体の周囲の保持液を透過した光を参照光ＬＡ１２として参照光光ファイバ４Ｄに取り込ませるようにする。

かくして測定試料１７のうち保持液である水と、水を含む微小検体である培養細胞とを通った検体光ＬＡ１１が検体光光ファイバ４Ｃを通って光分離ユニット２１に伝達されると共に、当該微小検体の周囲の保持液である水を通った参照光ＬＡ１２が参照光光ファイバ４Ｄを通って光分離ユニット２１に供給される。

光分離ユニット２１は検体光ＬＡ１１及び参照光ＬＡ１２を露光時間Δｔ（図５）ごとに交互に分岐光ＬＡ１３として選択して分光計４１に送り込む（図１）。

分光計４１は露光時間Δｔごとに分岐光ＬＡ１３として供給される検体光ＬＡ１１及び参照光ＬＡ１２の光強度スペクトルを分析して、各波長の光強度スペクトル成分を測定情報Ｓ３として、測定処理部３１のデータメモリ４２に取り込ませる。

測定処理部３１はデータメモリ４２の測定情報に基づいて、１つの特定の波長（この実施の形態の場合１４９０〔ｎｍ〕）における光強度を、光強度測定サイクルＴ（＝２ＮΔｔ）においてそれぞれ積算回数Ｎ回ずつ実行する（図５）。

１回の光強度測定サイクルＴ（＝２ＮΔｔ）の測定が終わると、測定処理部３１は、上述の（１）式及び（２）式の演算を実行することにより検体光強度Ｉ_Ｓ及び参照光強度Ｉ_Ｒを求める演算を実行し、その後上記（３）式によって検体と保持液との吸光度差ΔＡの演算を実行する。

かくして測定処理部３１は光強度測定サイクルＴ（＝２ＮΔｔ）ごとに吸光度差ΔＡ（＝ΔＡ１、ΔＡ２、ΔＡ３、……）を温度検出情報として得ることができ（図６）、この吸光度差ΔＡ（＝ΔＡ１、ΔＡ２、ΔＡ３、……）は、測定試料１７の検体の温度変化ＡＤを表している。

一般に、測定試料１７において保持液として用いられている水は、近赤外光域（１３００〜２０００〔ｎｍ〕まで）の透過光に対して特定の波長、１４５０〔ｎｍ〕及び１９００〔ｎｍ〕付近においてピークをもつような光吸収特性を示し、しかもこのピーク部分の光吸収スペクトルは、水の温度が変化すると水の分子結合状態が変化するために、温度が上昇すれば、短波長側にシフトするような顕著な変化を示す。

この現象を水の吸光度によって表わせば、その吸光度スペクトルＫ１は、図８のように水の温度の変化（２６〔°Ｃ〕〜３７〔°Ｃ〕）に応じてピーク部が変化しており、例えばその１４５０〔ｎｍ〕付近のピーク部を拡大して図９に示せば、温度の上昇に応じてピーク部にシフトが生じていることが分かる。

そこで、図８（図９）の複数の温度についての吸光度スペクトルＫ１に基づいて、そのうちの１つを基準温度（例えば２６〔°Ｃ〕）として当該基準温度との光吸収スペクトルとの差分を演算すれば図１０に示すように、基準温度を中心として他の温度との吸光度差を表す吸光度差スペクトルＫ２が得られる。

この吸光度差スペクトルＫ２において、透過光の１つの波長、例えば１４９０〔ｎｍ〕を特定したときの各温度の吸光度差スペクトルの値は、各温度の基準温度との間の吸光度の差分を表わしている。

この関係を利用して、温度が未知の測定試料を透過した透過光について、特定の波長の光強度を時間の経過に従って順次検出して行けば、当該検出結果の吸光度と基準温度時の吸光度（予め求めておく）との吸光度差を知れば、測定試料の温度の変化を特定できることになる。

かくするにつき、上記特定波長として、吸光度差スペクトルＫ２（図１０）のうち、各温度相互間の吸光度差が顕著に大きくなる波長、例えば１４９０〔ｎｍ〕を選定すれば測定試料の温度を高い精度で測定できる。

かくして、図６の温度変化の検出処理動作結果によれば、順次続く光強度測定サイクルＴ（＝２ＮΔｔ）ごとに求めた吸光度差ΔＡ（＝ΔＡ１、ΔＡ２、ΔＡ３……）において、互いに隣り合う吸光度値の差の値が測定試料１７の温度変化を測定できる。

以上の構成によれば、近赤外光域（１３００〜２０００〔ｎｍ〕）において水に対する光吸収スペクトルが温度によって顕著な変化を示すことを利用して測定試料の温度変化を高い精度で検出することができる。

実験によれば、厚さ５００〔μｍ〕及び１００〔μｍ〕の純水の温度変化を約０．１〔°Ｃ〕の精度で測定できることを確認できた。

また、近赤外光は波長全体として生体組織に対する透過性が高く、従って生体組織へのダメージをほとんど与えない特徴をもっており、その結果検体として微小な培養細胞を用いた場合においても、検体にダメージを与えることなく高い精度で温度を検出することができる。

さらに、測定試料として保持液である水の中に水を含む検体を保持したものを用いることにより、保持液と検体とを透過する透過光成分でなる検体光が水及び検体の温度情報を運ぶのに対して、保持液を透過する透過光成分でなる参照光が検体周囲の水の温度情報を運ぶことになるので、保持液それ自体に外乱が生じたり、照射光に光強度の乱れが生じたりした場合においても、検体光の当該外乱や乱れを参照光によって補償することができ、これにより安定した温度検出結果を得ることができる。

（３）他の実施の形態
（ａ）図７の測定試料１７は、石英セル１７Ａに水でなる保持液中に水を含む検体を保持した試料本体１７Ｂを入れたものを適用し、この測定試料１７に対して上方に離間して配設した対物レンズ系１８によって測定試料透過光ＬＡ２を得るようにしたが、適用できる測定試料はこれに限らず他の構成のものを用いてもよい。

例えば図１１に示すように、試料ステージ１６上に皿型の試料容器１７Ｊ内に保持液中に検体を保持した試料本体１７Ｋを入れたものを測定試料１７として設定し、当該試料本体１７Ｋの水内に対物レンズ系１８を上方から差し入れるようにした構成のものを適用できる。

図１１の構成によれば、対物レンズ系１８の先端が保持液としての水内に差し込むことができるので、当該試料本体１７Ｋに対する対物レンズ系１８の上下方向の位置を調整することにより試料本体１７Ｋを光源光ＬＡ１が透過する際の厚みを必要に応じて厚くしたり、薄くしたり、調整することができる。

かくして、試料本体１７Ｋ内の検体の種類に応じて適正な厚さでその温度の測定をすることができる。

（ｂ）図１２（Ａ）及び（Ｂ）は光分離ユニット２１の他の実施の形態を示すもので、図４との対応部分に同一符号を付して示すように、駆動モータ２２によって回転駆動されるチョッパ板２３Ｘによって検体光ＬＡ１１がコリメータレンズ２６Ａ、２６Ｂを通って分岐光ＬＡ１３として分岐光伝達用光ファイバ２５に直進するのに対して、当該直進光路に直交するように設けられ、これによりチョッパ板２３Ｘの下側部分に検体光ＬＡ１１の光投射位置Ｐ１を設定する。

これに対して、チョッパ板２３Ｘの上側部分の光投射位置Ｐ１２と直交するように参照光光ファイバ４Ｄの参照光ＬＡ１２をコリメータレンズ２６Ｃを介して入射させる。

チョッパ板２３Ｘは、図１２（Ｂ）に示すように、回転駆動軸２３ＡＸを中心として、その周囲に順次交互に扇形状の光透過部２３ＢＸ及び光遮断部２３ＣＸが配設され、光透過部２３ＢＸが検体光ＬＡ１１の光投射位置Ｐ１を通過したとき、光遮断部２３ＣＸが参照光ＬＡ１２の光投射位置Ｐ１２を通過するような位置関係に配置されていると共に、光遮断部２３ＣＸが検体光ＬＡ１１の光投射位置Ｐ１を通過したとき、参照光ＬＡ１２の光投射位置Ｐ１２を光透過部２３ＢＸが通過するように配置されている。

かくして、チョッパ板２３Ｘは、検体光ＬＡ１１を光投射位置Ｐ１において透過させているとき、参照光ＬＡ１２を光遮断部２３ＣＸによって遮光し、これにより検体光ＬＡ１１を分岐光ＬＡ１３として分岐光伝達用光ファイバ２５に送出する。

これに対して、検体光ＬＡ１１の光投射位置Ｐ１に光遮断部２３ＣＸが通過しているとき参照光ＬＡ１２の光投射位置Ｐ１２に光透過部２３ＢＸが通過していることにより、参照光ＬＡ１２が当該光透過部２３ＢＸを透過して反射鏡２７Ａによって下方に折り曲げられた後、検体光ＬＡ１１の直進光路に設けられた半透鏡２７Ｂによって反射されて分岐光ＬＡ１３として分岐光伝達用光ファイバ２５に送出される。

図１２の構成によれば、検体光光ファイバ４Ｃによって伝達されて来る検体光ＬＡ１１と、参照光光ファイバ４Ｄによって伝達されて来る参照光ＬＡ１２とを、チョッパ板２３Ｘによって交互に分岐光ＬＡ１３として分岐光伝達用光ファイバ２５に選択して送出することができる。

（ｃ）図１３は、測定光導出部３の他の実施の形態を示すもので、図３との対応部分に同一符号を付して示すように、測定光伝達用光ファイバ４Ａは、受光面４Ｂにおいて検体光光ファイバ４ＣＸと参照光光ファイバ４ＤＸとが互いに横に並ぶような位置関係を保つように保護管４Ｅによって保持される構成を有する。

図１３の構成において、ユーザは試料ステージ１６上に測定試料１７を配設する際に、測定試料１７内にある検体を透過した光が測定光伝達用光ファイバ４Ａの検体光光ファイバ４ＣＸに入射するように測定試料１７を位置合わせする。

かくして測定試料１７を透過した測定試料透過光ＬＡ２のうち検体を透過した光が検体光光ファイバ４ＣＸを通って検体光ＬＡ１１として光分離ユニット２１（図４）に供給されると共に、検体の周囲の水を通った光が参照光光ファイバ４ＤＸを通って光分離ユニット２１に参照光ＬＡ１２として供給される。

かくして図１３の測定光導出部３を用いた場合も、図３について上述と同様にして検体光ＬＡ１１と参照光ＬＡ１３とをそれぞれ光分離ユニット２１に供給して分岐されることにより検体及びその周りの水についての吸光度スペクトルを分光計４１において得るような処理を行うことができる。

（ｄ）上述の実施の形態においては、水の近赤外光域における吸光度スペクトルが波長１４５０〔ｎｍ〕帯で、吸収度のピークが温度に依存して変化を示すことを利用して検体の温度を測定するようにした場合について述べたが、近赤外光域には、図１４に示すように、波長１９００〔ｎｍ〕帯において、波長１４５０〔ｎｍ〕と比較して吸光度が大きくかつ温度による変化量が大きい特性があるので、吸収が大きい１９００〔ｎｍ〕帯の波長について吸光度差を演算することにより検体の温度変化を検出するようにしても良い。

この実施の形態によれば、波長１４５０〔ｎｍ〕帯では測定できないような薄い測定試料でも、吸収量が大きい分波長１９００〔ｎｍ〕帯によって測定することができる。

この場合波長１４５０〔ｎｍ〕帯の測定結果と波長１９００〔ｎｍ〕帯の温度測定結果とを得て、そのいずれかを採用するようにしても上述の場合と同様の効果を得ることができる。

（ｅ）図１５は、本発明による非接触温度測定装置の他の実施の形態を示すもので、図１との対応部分に同一符号を付して示すように、測定光導出部３から測定光伝達路４として導出される検体光光ファイバ４Ｃ及び参照光光ファイバ４Ｄを、それぞれ検体光分光計４１Ａ及び参照光分光計４１Ｂに接続する。
検体光分光計４１Ａ及び参照光分光計４１Ｂは、それぞれ、検体光光ファイバ４Ｃ及び参照光光ファイバ４Ｄから与えられる検体光ＬＡ１１及び参照光ＬＡ１２の光強度スペクトルを分析して、各波長の光強度スペクトル成分を測定情報Ｓ３として、測定処理部３１のデータメモリ４２に取り込ませる。

以上の構成によれば、測定光導出部３から得られる検体光ＬＡ１１及び参照光ＬＡ１２を分離処理することなく直接検体光分光計４１Ａ及び参照光分光計４１Ｂに与えることができることにより、光情報のロスを一段と低減させることができ、その結果一段と高い精度で測定試料１７の温度変化を測定することができる。

（ｆ）上述の実施の形態においては、近赤外光域の特定の１つの波長について測定試料の温度変化を判定するようにしたが、温度変化の測定に用いる波長としては、これに限らず、複数の波長成分を用いるようにしても良い。
因に、測定試料１７として、水以外の他の成分が含まれる場合には、吸光度スペクトルＫ１（図８、図９）を構成する各温度の特性曲線に変化が生ずることがあり、この場合には、複数の波長を特定して複数の温度検出結果を得、当該温度検出結果から測定温度を判定する。

（ｇ）上述の実施の形態においては、測定光導出部３から導出された測定用分岐光ＬＡ４を、光ファイバを用いた測定光伝達路４を介して、温度判定部５の分光計に伝達するようにした場合について述べたが、これに代え、測定光導出部３らか導出された測定用分岐光ＬＡを、測定光導出部３の鏡筒部に設置した受光素子に直接供給することにより、光情報の損失を低減させるようにしても良い。

本発明は培養細胞の温度変化の測定による、腫瘍などの異常細胞の検出や、ティシュエンジニアリングでの培養・移植組織の評価や、ＭＥＭＳチップ内の液体の温度変化の検出などに利用できる。

本発明の一実施の形態による非接触温度測定装置を示す略線的ブロック図である。 図１の顕微鏡本体部の光学系の説明に供する略線図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は測定光導出部の測定光伝達用光ファイバの構成を示す側面図及び正面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は光選択ユニットの詳細構成を示す略線的系統図及びチョッパ板の正面図である。 分光計の光強度検出動作の説明に供する信号波形図である。 吸光度検出結果から得られる吸光度差の説明に供する信号波形図である。 測定試料の構成を示す略線的縦断面図である。 測定処理部において得られる吸光度スペクトルの説明に供する特性曲線図である。 図８の一部を拡大して示す特性曲線図である。 吸光度検出結果に基づいて求める吸光度差スペクトルを示す特性曲線図である。 測定試料の他の実施の形態を示す略線的縦断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は光選択ユニットの他の実施の形態を示す略線的系統図及びチョッパ板の正面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は測定光導出部の測定光伝達用光ファイバの他の実施の形態を示す側面図及び正面図である。 水の吸光度差スペクトルの特性に基づく他の実施の形態の説明に供する特性曲線図である。 本発明の他の実施の形態よる非接触温度測定装置を示す略線的ブロック図である。

符号の説明

１……非接触温度測定装置、２……顕微鏡本体部、３……測定光導出部、３Ａ……結像面、３Ｂ……拡大像、４……測定光伝達路、４Ａ……測定光伝達用光ファイバ、４Ｂ……受光面、４Ｃ……検体光光ファイバ、４Ｄ……参照光光ファイバ、４Ｅ……保護管、５……温度判定部、１１……顕微鏡筐体、１２……光源レンズ系、１２Ａ……集光レンズ、１３……顕微鏡光源、１４……反射鏡、１５……集光レンズ系、１６……試料ステージ、１７……測定試料、１８……対物レンズ系、１９……光分岐部、１９……接眼レンズ系、２１……光分離ユニット２１Ａ……筐体、２２……駆動モータ、２３、２３Ｘ……チョッパ板、２４Ａ〜２４Ｃ……光コネクタ、２６Ａ〜２６Ｃ……コリメータレンズ、３１……測定処理部、３２……モータ制御回路、４１、４１Ａ、４１Ｂ、……分光計、４２データメモリ、４２Ｓ……検体データメモリ、４２Ｒ……参照データメモリ。

Claims (3)

1. 水を含む検体を有する測定試料を拡大して観察できる顕微鏡本体部と、
   上記顕微鏡本体部において、上記検体の第１の微小領域を透過して得られる検体像光を導出する測定光導出部と、
   上記検体像光の光スペトクル成分のうちの１つ又は複数の特定の波長の光スペクトル成分の第１の光強度に基づいて上記検体の温度変化を求める温度判定部と
   を具えることを特徴とする非接触温度測定装置。
2. 上記測定光導出部は、上記測定試料の上記第１の微小領域の近傍にある第２の微小領域を透過して得られる参照光を導出し、
   上記温度判定部は、上記参照光の光スペクトル成分のうちの上記特定の光スペクトル成分の第２の光強度と、上記第１の光強度との比でなる吸光度差を求め、当該吸光度差に基づいて上記検体の温度変化を求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の非接触温度測定装置。
3. 水を含む検体を有する測定試料を拡大して観察できる顕微鏡本体部から、上記検体の微小領域を透過する検体像光を測定光導出部によって導出して温度測定部に供給し、
   上記温度判定部は、上記検体像光の光スペクトルを測定して当該検体像光の光スペクトル成分のうち１つ又は複数の特定の波長の光スペクトル成分の第１の光強度に基づいて上記検体の温度変化を求める
   ことを特徴とする非接触温度測定方法。

Images