JP2009300780A - アダプタ、対物レンズユニットおよび顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、観察対象物から発生する微弱な光への外光の混入を防止して鮮明な画像を得る。
【解決手段】被観察対象物Ａに隙間をあけて対向させられる対物レンズ８の先端開口８ａの半径方向外方を全周にわたって取り囲む位置に配置され、被観察対象物Ａに接触して弾性変形させられるリング状の弾性部材１０と、該弾性部材１０が弾性変形させられたときに検出信号を出力するセンサ１１とを備えるアダプタ９を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、アダプタ、対物レンズユニットおよび顕微鏡に関するものである。

従来、レーザ光のような励起光を試料に照射して、試料から発生する液光を観察する蛍光観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この蛍光観察装置は、試料から発生する微弱な蛍光に外光が混入して鮮明な蛍光画像を得ることが困難になるという不都合を防止するために、その全体が蛍光観察用暗箱装置によって覆われている。

特開２００６−７１５４４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された蛍光観察用暗箱装置は、蛍光観察装置全体を覆うものであるため、装置が大型化してしまう不都合がある。特に、顕微鏡本体を小型化して、角度変更可能に構成され、試料に対して任意の方向から対物レンズを近接させることができる顕微鏡装置においては、折角顕微鏡本体を小型化していても、顕微鏡本体の可動範囲全体を覆うような大きさの蛍光観察用暗箱装置が必要となり、装置全体の小型化を図ることができないという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型で、観察対象物から発生する微弱な光への外光の混入を防止して鮮明な画像を得ることを可能にするアダプタ、対物レンズユニットおよび顕微鏡を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、被観察対象物に隙間をあけて対向させられる対物レンズの先端開口の半径方向外方を全周にわたって取り囲む位置に配置され、前記被観察対象物に接触して弾性変形させられるリング状の弾性部材と、該弾性部材が弾性変形させられたときに検出信号を出力するセンサとを備えるアダプタを提供する。

本発明によれば、アダプタを取り付けた対物レンズの先端開口を被観察対象物に近接させていくと、弾性部材が被観察対象物に接触して弾性変形させられる。弾性部材は先端開口の半径方向外方を全周にわたって取り囲む位置に配置されているので、弾性変形されることで対物レンズの先端開口の外側で被観察対象物との隙間を全周にわたって密閉する。そして、この状態で、センサから検出信号が出力されるので、この検出信号に基づいて観察を開始することとすれば、外光が対物レンズの先端開口内に入射されないようにして被観察対象物の観察を行うことができ、鮮明な画像を取得することが可能となる。

上記発明においては、前記センサが周方向に間隔をあけて複数配置されていることが好ましい。
このようにすることで、周方向全周にわたって配置されている弾性部材の全周にわたる均等な弾性変形を検出することができ、先端開口の外側における被観察対象物との間の隙間をより確実に密閉することができる。

また、上記発明においては、前記先端開口を開閉可能に設けられ、前記センサが検出信号を出力したときに開かれるシャッタを備えていてもよい。
このようにすることで、センサが検出信号を出力し、先端開口の外側の被観察対象物との間の隙間が全周にわたって密閉された状態でシャッタが開かれるので、落射照明にレーザ光を使用する場合には、非観察時においてもレーザ光が外部に漏れないようにすることができる。

また、本発明は、対物レンズと、該対物レンズに固定された上記いずれかのアダプタとを備える対物レンズユニットを提供する。
また、本発明は、被観察対象物に隙間をあけて対向させられる先端開口と、該先端開口の半径方向外方を全周にわたって取り囲む位置に配置され、被観察対象物に接触して弾性変形させられるリング状の弾性部材と、該弾性部材が弾性変形させられたときに検出信号を出力するセンサとを備える対物レンズユニットを提供する。

上記発明においては、前記センサが周方向に間隔をあけて複数配置されていることが好ましい。
また、上記発明においては、前記先端開口を開閉可能に設けられ、前記センサが検出信号を出力したときに開かれるシャッタを備えていてもよい。
また、本発明は、上記いずれかの対物レンズユニットを備える顕微鏡を提供する。

本発明によれば、装置を大型化させることなく、観察対象物から発生する微弱な光への外光の混入を防止して鮮明な画像を得ることができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係るアダプタ、対物レンズユニットおよび顕微鏡について図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態に係る顕微鏡１は、図１に示されるように、落射照明型のレーザ走査型蛍光顕微鏡であって、被観察対象物Ａを載置するステージ２と、レーザ光源３と、レーザ光源３からのレーザ光を２次元的に走査する顕微鏡本体４と、観察対象物Ａの表面に対向して配置され、レーザ光を被観察対象物Ａに照射する一方、被観察対象物Ａにおいて発生した蛍光を集光する対物レンズユニット５と、該対物レンズユニット５により集光された蛍光を観察する接眼レンズ６とを備えている。

本実施形態においては、被観察対象物Ａは、例えば、スライドガラスＡ１に載置された生体試料Ａ２である。
対物レンズユニット５は、図２に示されるように、鏡筒８ａ内に複数のレンズ８ｂを収容してなる対物レンズ８と、該対物レンズ８の鏡筒８ａ外面に取り付けられるアダプタ９とを備えている。

対物レンズ８は、顕微鏡本体４側からレーザ光Ｌ１を入射させ、下向きの先端開口８ｃから被観察対象物Ａに向けて射出し、所定の焦点位置において集光するようになっている。
アダプタ９は、対物レンズ８の鏡筒８ａ外面に取り付けられ、対物レンズ８全体を覆うように配置される筒状のケース９ａと、該ケース９ａの先端に対物レンズ８の先端開口８ｃに対応する位置に開口する開口部９ｂと、該開口部９ｂの半径方向外方に配置された弾性部材１０と、該弾性部材１０の半径方向外方に配置されたセンサ１１とを備えている。

弾性部材１０は、例えば、ゴム等の材質によって構成され、円環状に形成され、開口部９ｂの周囲を全周にわたって取り囲むようにケース９ａの先端面に固定されている。これにより、対物レンズ８を被観察対象物Ａに近接させていくと、弾性部材１０が被観察対象物Ａの表面とケース９ａとの間に挟まれて弾性変形させられるようになっている。弾性部材１０は円環状に形成されているので、被観察対象物Ａの表面とケース９ａとの隙間を開口部９ｂの外側において全周にわたって密閉するようになっている。

センサ１１は、例えば、接触式のセンサ１１であって、被観察対象物Ａの表面に接触することにより被観察対象物Ａを検出し、検出信号を出力するようになっている。センサ１１は、弾性部材１０の半径方向外方に、周方向に間隔をあけて複数配列されている。

また、センサ１１は、対物レンズ８によるレーザ光Ｌ１の焦点位置が被観察対象物Ａに一致する位置まで対物レンズユニット５が被観察対象物Ａに近接し、弾性部材１０が弾性変形させられた時点で、被観察対象物Ａの表面に接触して検出信号を出力する位置に配置されている。
なお、センサ１１の出力は、レーザ光源３からのレーザ光Ｌ１をオンオフするための図示しないシャッタ等の部材を駆動するトリガ信号として使用されるようになっている。
図中、符号１２は、センサ１１からの検出信号を外部に伝送するための配線である。

このように構成された本実施形態に係るアダプタ９、対物レンズユニット５および顕微鏡１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡１を用いて、被観察対象物Ａを観察するには、図１に示されるように、ステージ２上に被観察対象物Ａを載置して対物レンズユニット５を被観察対象物Ａに近接させていく。

この時点で、図示しないシャッタによりレーザ光源３からのレーザ光Ｌ１は遮断されており、対物レンズ８の先端開口８ｃからは射出されていない。
この状態で、対物レンズユニット５を被観察対象物Ａにさらに近接させていくと、図２に示されるように、対物レンズユニット５に先端に設けられている弾性部材１０が被観察対象物Ａに接触して弾性変形させられる。

弾性部材１０は、対物レンズ８の先端開口８ｃの外側に全周にわたって配置されているので、アダプタ９のケース９ａと被観察対象物Ａとの間で弾性変形して潰れることで、ケース９ａと被観察対象物Ａとの隙間を全周にわたって密閉するようになる。
そして、弾性部材１０が所定の寸法だけ潰れたところで、センサ１１が被観察対象物Ａの表面に接触して検出信号を出力する。

検出信号に応じてシャッタを開くことにより、図３に示されるように、レーザ光源３からのレーザ光Ｌ１が顕微鏡本体４内のガルバノミラー（図示略）において２次元的に走査されて対物レンズ８を介して、対物レンズ８の先端開口８ｃおよびケース９ａの開口部９ｂから被観察対象物Ａに照射される。レーザ光Ｌ１が照射された被観察対象物Ａにおいては、被観察対象物Ａ内に含有されている蛍光物質が励起されて蛍光Ｌ２が発生する。発生した蛍光Ｌ２は、対物レンズ８の先端開口８ｃから鏡筒８ａ内に入射して集光され、もう一度ガルバノミラーによって走査され、今度は顕微鏡本体４内の図示しない検出器の中の光電子増倍管で増幅されて２次元的な像として生成されモニタ（図示略）上に表示される。

この場合において、本実施形態に係るアダプタ９、対物レンズユニット５および顕微鏡１によれば、対物レンズ８の鏡筒８ａの先端開口８ｃの外側において、ケース９ａと被観察対象物Ａとの間の隙間が弾性部材１０を弾性変形させることにより密閉されている。したがって、対物レンズ８の鏡筒８ａ内には、蛍光Ｌ２以外の光、例えば、蛍光Ｌ２と同じ波長帯域を含む外光を入射させずに済む。その結果、バックグラウンドノイズの少ない鮮明な蛍光像による被観察対象物Ａの観察を行うことができるという利点がある。

また、本実施形態に係る顕微鏡１によれば、センサ１１からの検出信号によってシャッタを開くので、対物レンズ８の先端が被観察対象物Ａに十分に近接している状態でしかレーザ光Ｌ１が先端開口８ｃから射出されない。特に、センサ１１は、レーザ光Ｌ１の焦点位置が被観察対象物Ａに一致したときに、被観察対象物Ａに接触する位置に設けられているので、現実に観察が行われるときにしかレーザ光Ｌ１が射出されない。

そして、センサ１１が周方向に間隔をあけて複数設けられていることで、全てのセンサ１１が検出信号を出力して、弾性部材１０が全周にわたって弾性変形している場合にのみレーザ光Ｌ１が射出されるので、対物レンズ８と被観察対象物Ａとの隙間から外部にレーザ光Ｌ１が漏れることも防止することができる。

また、本実施形態に係るアダプタ９によれば、対物レンズ８に取り付けるだけで外光の入射とレーザ光Ｌ１の漏洩を防止するので、比較的小型に構成することができ、対物レンズ８を被観察対象物Ａに近接させる際の視界を大きく遮ることがない。したがって、観察者は、被観察対象物Ａに対する対物レンズ８の位置や距離を肉眼で確認しながら操作することができ、使い勝手がよいという利点がある。

なお、本実施形態に係るアダプタ９においては、アダプタ９を構成するケース９ａにセンサ１１が埋め込まれているものを例示したが、これに代えて、図４に示されるように、ケース９ａの外部にセンサ１１が取り付けられたアダプタ９を採用してもよい。また、対物レンズ８の鏡筒８ａを全体にわたって被覆するように配置されるケース９ａに代えて、図５に示されるように、対物レンズ８の先端部のみに嵌合するケース９ａを有するアダプタ９を採用してもよい。

また、本実施形態においては、スライドガラスＡ１に生体試料Ａ２を載せた被観察対象物Ａをステージ２上に載置して、対物レンズ８を鉛直方向に移動させて被観察対象物Ａに近接させる場合について例示した。この場合には、対物レンズユニット５の先端面とスライドガラスＡ１との関係は常に平行に維持されているので、アダプタ９に設けるセンサ１１は単一であってもよい。

また、本実施形態においては、被観察対象物Ａとして、ステージ２上に載置されるスライドガラスＡ１に乗せたものを例示したが、これに代えて、図６および図７に示されるように、実験小動物等の被観察対象物Ａの体内を生きたままの状態で観察するIN VIVO観察用の顕微鏡１の場合に適用してもよい。

この場合には、被観察対象物ＡがスライドガラスＡ１のように平坦ではなく、また、対物レンズ８の挿入角度も鉛直方向のみに限定されていないので、被観察対象物Ａに対して斜めに接触することがある。
図８および図９に示されるように、対物レンズ８の先端開口８ｃの周囲に、円環状の弾性部材１０と周方向に間隔をあけて複数のセンサ１１とを配置することにより、全てのセンサ１１から検出信号が出力されることで、弾性部材１０が全周にわたって弾性変形していることを検出することができる。これにより、対物レンズ８の先端開口８ｃの外側が全周にわたって密閉された状態でしかレーザ光Ｌ１の射出および蛍光観察を行うことができないようにして、レーザ光Ｌ１の漏れを防止し、鮮明な蛍光像を観察することができる。

また、図８および図９に示されるように、円環状の弾性部材１０の中にセンサ１１を埋め込むことにより、センサ１１および弾性部材１０の半径方向の寸法を小さくすることができ、特に、図６〜図９に示されるような細径先端部８ｄを有する対物レンズ８に好適である。

また、本実施形態においては、顕微鏡本体４にシャッタを設けることとして説明したが、これに変えて、図１０および図１１に示されるように、対物レンズユニット５の先端にシャッタを設けることにしてもよい。
図１０および図１１に示される例では、対物レンズユニット５のアダプタ９のケース９ａに、光軸に直交する方向に揺動可能に取り付けられたシャッタ部材１３と、シャッタ部材１３を駆動するアクチュエータ１４と、アクチュエータ１４の駆動力をシャッタ部材１３に伝達するギヤ１５，１６とを備えている。

センサ１１からの検出信号が出力されていない状態ではシャッタ部材１３によって先端開口８ｃを閉じておき、検出信号の出力に基づいてシャッタ部材１３を開くことで、上記と同様にして、レーザ光Ｌ１が外部に射出されることを防止することができる。これにより、レーザ光Ｌ１の漏れや、過剰なレーザ光Ｌ１が被観察対象物Ａに照射されることによる被観察対象物Ａにダメージが与えられることを、より確実に防止することができる。

また、図１２および図１３に示されるように、対物レンズユニット５が被観察対象物Ａに近接すると被観察対象物Ａに接触して開かれる開閉カバー１７を設けることにしてもよい。対物レンズユニット５が十分に被観察対象物Ａに近接したときにのみ開かれるので、上記と同様の効果を得ることができる。

また、図示しないが、ステージ２に透過照明用の貫通穴が設けられている顕微鏡１においては、当該貫通穴を開閉するシャッタを設けておき、落射照明観察を行う場合にはシャッタにより貫通穴を閉鎖しておくことにしてもよい。このようにすることで、貫通穴を介したステージ２下方へのレーザ光Ｌ１の漏れを防止することができる。

また、対物レンズ８の鏡筒８ａに取り付けるアダプタ９を有する対物レンズユニット５を例示したが、これに代えて、対物レンズ８ａの筐体自体に弾性部材１０とセンサ１１とを取り付けた対物レンズユニット５を採用することにしてもよい。
また、弾性部材１０としては円環状のものを例示したが、対物レンズ８の先端開口８ｃを取り囲む形態であれば、円環状に限定されるものではなく、リング状に形成されていればよい。

本発明の一実施形態に係る顕微鏡を示す正面図である。 図１の顕微鏡に備えられる対物レンズユニットおよびアダプタを示す縦断面図である。 図２のアダプタの先端部を一部を破断して示す部分的な拡大縦断面図である。 図２のアダプタの第１の変形例を示す縦断面図である。 図２のアダプタの第２の変形例を示す縦断面図である。 図１の顕微鏡の変形例を示す部分的な正面図である。 図６の顕微鏡の対物レンズの先端に取り付けたアダプタを示す拡大縦断面図である。 図７のアダプタをさらに拡大して示す拡大縦断面図である。 図８のアダプタの先端部を示す正面図である。 図２のアダプタの第３の変形例を示す部分的な縦断面図である。 図１０のアダプタの先端部を示す正面図である。 図２のアダプタの第４の変形例を示す部分的な縦断面図である。 図１２のアダプタが被観察対象物に接触した状態を示す部分的な縦断面図である。

符号の説明

Ａ 被観察対象物
１ 顕微鏡
５ 対物レンズユニット
８ 対物レンズ
８ａ 先端開口
９ アダプタ
１０ 弾性部材
１１ センサ
１３ シャッタ部材（シャッタ）

Claims (8)

1. 被観察対象物に隙間をあけて対向させられる対物レンズの先端開口の半径方向外方を全周にわたって取り囲む位置に配置され、前記被観察対象物に接触して弾性変形させられるリング状の弾性部材と、
   該弾性部材が弾性変形させられたときに検出信号を出力するセンサとを備えるアダプタ。
2. 前記センサが周方向に間隔をあけて複数配置されている請求項１に記載のアダプタ。
3. 前記先端開口を開閉可能に設けられ、前記センサが検出信号を出力したときに開かれるシャッタを備える請求項１または請求項２に記載のアダプタ。
4. 対物レンズと、該対物レンズに固定された請求項１から請求項３のいずれかに記載のアダプタとを備える対物レンズユニット。
5. 被観察対象物に隙間をあけて対向させられる先端開口と、
   該先端開口の半径方向外方を全周にわたって取り囲む位置に配置され、被観察対象物に接触して弾性変形させられるリング状の弾性部材と、
   該弾性部材が弾性変形させられたときに検出信号を出力するセンサとを備える対物レンズユニット。
6. 前記センサが周方向に間隔をあけて複数配置されている請求項５に記載の対物レンズユニット。
7. 前記先端開口を開閉可能に設けられ、前記センサが検出信号を出力したときに開かれるシャッタを備える請求項５または請求項６に記載の対物レンズユニット。
8. 請求項４から請求項７のいずれかに記載の対物レンズユニットを備える顕微鏡。

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