JP2013156286A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、培養容器内で培養された生細胞や生体組織などの標本全体を走査するのに要する時間を短縮することができ、画像劣化を防止することができる撮像装置を提供することである。
【解決手段】容器8内に培養液とともに収容された標本Aに照明光を照射して前記標本Aを光学的にセクショニングして撮像する撮像装置であって、照明光である励起光の光束を出射する光源装置5と、該光源装置5からの励起光を前記標本Aに照射する励起光照射部6と、容器8内に配置した標本Aを観察する観察光学系18と、前記励起光照射部6からの励起光または前記容器8側のうちのいずれか一方を走査する走査装置11と、を備え、前記励起光照射部6からの励起光が該観察光学系8の光軸O1と平行な方向に対して交差する状態で斜めの角度をなすように前記標本Aに入射されるように配置した。
【選択図】図2
【解決手段】容器8内に培養液とともに収容された標本Aに照明光を照射して前記標本Aを光学的にセクショニングして撮像する撮像装置であって、照明光である励起光の光束を出射する光源装置5と、該光源装置5からの励起光を前記標本Aに照射する励起光照射部6と、容器8内に配置した標本Aを観察する観察光学系18と、前記励起光照射部6からの励起光または前記容器8側のうちのいずれか一方を走査する走査装置11と、を備え、前記励起光照射部6からの励起光が該観察光学系8の光軸O1と平行な方向に対して交差する状態で斜めの角度をなすように前記標本Aに入射されるように配置した。
【選択図】図2
Description
本発明は、主に培養容器内で培養された生細胞や生体組織などの生体標本を光学的にセクショニングして撮像するための撮像装置に関する。
生物標本を光学的にセクショニングして撮像する技術として、例えば特許文献1に示されている顕微鏡用極薄照明光発生装置がある。この装置では、レーザ発振器からのレーザ光が、凹レンズと凸レンズにより集束されて、スリット光を形成するスリット光形成手段に入射される。その後、スリット光形成手段の第一のスリットによってレーザ光が狭められ、次いで、第二のスリットを第一のスリットに対して適当量横に移動し、第一のスリットの回折によるサイドバンドを遮光することで、主光を通してスリット光を形成する。このスリット光形成手段の出力は、顕微鏡の鏡筒内に入射させられ、対物レンズの瞳面内の周縁部の1点に集光させることで、対物レンズから平行光束として射出される。射出された光束は細胞等の生物標本が載置されている透明板に入射し、その境界において屈折されて極薄照明光を形成する。これを公知の染色技術によって注目部位を蛍光染色した細胞等の標本に照射し、照明された部分をそれに垂直な方向から観察することによって細胞等の断層像や細胞の内部にある蛍光物質の像(蛍光像)が得られる。さらに、スリット光の位置をずらすことによって標本の光切断位置を走査することにより、各面の二次元画像を記録し、それをコンピュータ上で再構成することで細胞の三次元像を得ることができる。
また、特許文献2に記載の顕微鏡観察装置には、レーザ光源と光ファイバとコレクタレンズにより、十分に細い光束径を有する直線状のレーザ光を出射する光源装置と、該光源装置から発せられる直線状のレーザ光をガルバノミラーによって一次元方向に走査する走査装置と、該走査装置により走査されるレーザ光をほぼ平行な方向に指向させるシリンドリカルレンズと、試料を載置し、直線状のレーザ光が並進移動させられる領域に試料を配置することができ、さらにレーザ光が走査される平面に対して直交する方向(例えば鉛直方向)に移動させることができるステージと、試料から発せられる蛍光を捉えるCCD等の撮像装置を含み、対物レンズの焦点面が、レーザ光の走査平面に一致するように調節されている観察光学系と、これら光源装置、走査装置、ステージ及び観察光学系を制御するコンピュータからなる顕微鏡観察装置が開示されている。
この顕微鏡観察装置を用いて試料の観察を行うには、ステージ上に試料を固定し、所定の位置にステージを停止させて光源装置からレーザ光を出射させる。このレーザ光は走査装置のガルバノミラーの角度に応じて決定される方向に反射されて、シリンドリカルレンズを経由した後、試料に入射される。このときレーザ光はその一部が試料内において拡散されるが、その大部分が試料を直線状に透過する。そしてレーザ光はその経路に配置される蛍光物質を励起して蛍光を発生させる。さらにレーザ光は走査装置の作動により、水平面内を移動するので、レーザ光が移動した試料内の領域、すなわち、鉛直方向に極めて薄い平面上の領域から蛍光を発せさせることができる。蛍光物質が発生した蛍光は、観察光軸に沿う方向に進行する一部の光が対物レンズによって集光されて撮像装置により撮像される。
さらに、ステージを上下方向に移動させることで、鉛直方向に位置の異なる複数の二次元的な蛍光画像を取得できる。これらの二次元的な蛍光画像を画像処理により組み合わせることによって、三次元的な蛍光画像を取得することができる。
特許文献1に開示されている顕微鏡用極薄照明光発生装置では、生物標本を観察するための光学系と生物標本との関連が明確に記載されておらず、実施することが困難である。さらに、特許文献1に記載の顕微鏡用極薄照明光発生装置では、スリットを用いてスリット光を作成しているため、複数のスリット光を発生させるには、複数のスリットを並列に配置する必要があるが、このようにすることで回折によるサイドバンドが複数重畳するのでサイドバンドの影響を回避することができない。
一方、特許文献2に開示されている顕微鏡観察装置では、通常、細胞培養に使用されるプラスチック製の培養容器で培養されている細胞、生体組織を標本とする場合、標本に照射する照明光が容器の周壁部を通過する際に光の屈折などの影響を受ける可能性がある。ここで、細胞培養に使用されるプラスチック製の培養容器は、円形皿が使用される場合が多い。このような円形皿では、周壁部は格別に成形精度が高くは製造されていないので、照明光を円形皿の周壁部を透過して標本に照射する際に、円形皿の周壁部の曲面により、光の屈折などの影響を受ける可能性が大きくなる。そのため、特許文献2の装置では、容器の周壁部が障害となって、照明光を適切に標本に照射することができない。また、標本中を直線状の励起光が通過するため、標本が大きくなるにしたがって、励起光束が標本中を通過する距離が大きくなるので、励起光が次第に拡散してしまうという課題がある。また、特許文献2中には、複数の励起光束で照明することにも言及されているが、その具体的な方法が開示されていない。
したがって、特許文献1、2のいずれの先行技術によっても、標本の複数の断面を一度に撮像することはできない。このため、標本全体の走査を完了するためには多くの時間を要するという課題がある。
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、培養容器内で培養された生細胞や生体組織などの標本全体を走査するのに要する時間を短縮することができ、画像劣化を防止することができる撮像装置を提供することにある。
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、培養容器内で培養された生細胞や生体組織などの標本全体を走査するのに要する時間を短縮することができ、画像劣化を防止することができる撮像装置を提供することにある。
本発明の第1の態様は、容器内に培養液とともに収容された標本に照明光を照射して前記標本を光学的にセクショニングして撮像する撮像装置であって、前記照明光である励起光の光束を出射する光源装置と、該光源装置からの励起光を前記標本に照射する励起光照射部と、容器内に配置した標本を観察する観察光学系と、を備え、前記励起光照射部からの励起光が該観察光学系の光軸と平行な方向に対して交差する状態で斜めの角度をなすように前記標本に入射されるように配置したことを特徴とする撮像装置である。
そして、上記第1の態様では、レーザ光源などの励起光の光束を出射する光源装置から出射される励起光が励起光照射部を介して該観察光学系の光軸と平行な方向に対して交差する状態で斜めの角度をなすように前記標本に入射される。これにより、容器の周壁部を使用せず、高精度に製造される容器の底部壁面のみを通過させる状態で、励起光照射部からの励起光を容器内の標本に入射させることができる。この状態で、観察光学系によって容器内の培養液とともに生体標本の画像を撮像し、その撮像データに基いて生体標本の立体画像を構築する。このとき、走査部によって前記励起光照射部からの励起光または前記容器側のうちのいずれか一方を走査することで、培養容器内で培養された生細胞や生体組織などの生体標本の立体画像を構築する標本全体の走査時間を短縮することができる。
そして、上記第1の態様では、レーザ光源などの励起光の光束を出射する光源装置から出射される励起光が励起光照射部を介して該観察光学系の光軸と平行な方向に対して交差する状態で斜めの角度をなすように前記標本に入射される。これにより、容器の周壁部を使用せず、高精度に製造される容器の底部壁面のみを通過させる状態で、励起光照射部からの励起光を容器内の標本に入射させることができる。この状態で、観察光学系によって容器内の培養液とともに生体標本の画像を撮像し、その撮像データに基いて生体標本の立体画像を構築する。このとき、走査部によって前記励起光照射部からの励起光または前記容器側のうちのいずれか一方を走査することで、培養容器内で培養された生細胞や生体組織などの生体標本の立体画像を構築する標本全体の走査時間を短縮することができる。
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記励起光照射部は、前記光源装置からの励起光を複数に分割する励起光分割手段を有することを特徴とする。
そして、上記第2の態様では、該光源装置からの励起光を励起光分割手段によって複数に分割し、分割した複数の励起光が前記標本に入射され、観察光学系によって標本の画像を撮像する。これにより、前記標本の複数個所を同時に照明することができるので、標本全体の走査時間を短縮することができる。
そして、上記第2の態様では、該光源装置からの励起光を励起光分割手段によって複数に分割し、分割した複数の励起光が前記標本に入射され、観察光学系によって標本の画像を撮像する。これにより、前記標本の複数個所を同時に照明することができるので、標本全体の走査時間を短縮することができる。
本発明の第3の態様は、第2の態様において、前記励起光分割手段は、平行平面板の一方の面が100%の反射率を有し、前記容器と非対向側に配置された第1の反射面、もう一方の面に前記容器と対向する側に配置された第2の反射面が形成され、前記第2の反射面は、反射回数をiとし、照明光束分割数をnとする場合に1/(n+1−i)となる反射率を有する光反射部であることを特徴とする。
そして、上記第3の態様では、該光源装置からの励起光を平行平面板の第1の反射面で反射させたのち、第2の反射面の光反射部で励起光の反射率を暫減させ、分割した励起光強度を一定に保つことができるため、撮像される画像の明るさが一定になる。
本発明の第4の態様は、第2の態様において、前記励起光分割手段は、前記容器内の培養液の表面側に前記励起光分割手段、前記容器の底面側に前記観察光学系がそれぞれ設置され、前記容器内に前記培養液とともに配置した標本を前記容器の底面側から撮像するようにしたことを特徴とする。
本発明の第4の態様は、第2の態様において、前記励起光分割手段は、前記容器内の培養液の表面側に前記励起光分割手段、前記容器の底面側に前記観察光学系がそれぞれ設置され、前記容器内に前記培養液とともに配置した標本を前記容器の底面側から撮像するようにしたことを特徴とする。
そして、上記第4の態様では、培養液の上面に励起光分割手段である平行平板を配置することにより、培養液表面の表面張力による液面形状が一定となるため、培養容器の直径が小さくても、撮影した画像に歪みが発生しない。また、一般的に生体組織の培養に使用されている容器は、射出成型によって一体的に製造されていることが多く、そのような容器の底面はレーザ光のような光束を正しく透過させることができない。このような場合でも、レーザ光を分割する平行平面板を容器底面とは異なる位置に設置することによって、レーザ光を正しく透過させることができるようになる。
本発明の第5の態様は、第2の態様において、前記励起光分割手段は、前記励起光の分割数と同数のハーフミラーが前記光源装置からの励起光の光軸方向に並設されていることを特徴とする。
本発明の第6の態様は、第2の態様において、前記励起光分割手段からの複数の励起光の入射角度は、前記観察光学系の瞳に前記励起光が直接的に入射されることを防止できる角度であることを特徴とする。
本発明の第6の態様は、第2の態様において、前記励起光分割手段からの複数の励起光の入射角度は、前記観察光学系の瞳に前記励起光が直接的に入射されることを防止できる角度であることを特徴とする。
本発明の第7の態様は、第1の態様において、前記走査部は、前記容器を前記観察光学系の光軸と直交する方向に走査する直線方向走査機構、または前記容器を前記観察光学系の光軸を中心に軸回り方向に回転させる方向に走査する回転方向走査機構のいずれか一方を有することを特徴とする。
そして、上記第7の態様では、レーザ光源などの励起光の光束を出射する光源装置から出射される励起光を励起光照射部の走査部によって一次元方向に走査する。このとき、前記励起光照射部からの励起光が該観察光学系の光軸と平行な方向に対して交差する状態で斜めの角度をなすように前記標本に入射される。これにより、容器の周壁部を使用せず、高精度に製造される容器の底部壁面のみを通過させる状態で、励起光照射部からの励起光を標本に入射させることができる。この状態で、観察光学系によって容器内の培養液とともに生体標本の画像を撮像し、その撮像データに基いて生体標本の立体画像を構築する。さらに、走査部によって一次元方向に走査することで、生体標本の立体画像を構築する標本全体の走査時間を短縮することができる。
本発明によれば、培養容器内で培養された生細胞や生体組織などの標本全体を走査するのに要する時間を短縮することができ、画像劣化を防止することができる撮像装置を提供することができる。
[第1の実施の形態]
(構成)
図1乃至図4は、本発明の撮像装置の第1の実施の形態を示す。図1は、本発明の撮像装置が適用される実施形態に係る顕微鏡観察装置1の全体の概略構成を示す。本実施形態に係る顕微鏡観察装置1は、主に試料2を保持する試料保持部3と、この試料保持部3の上方に配置され、試料2を観察する観察部4と、試料2の照明光である励起光の光束を出射する光源装置5と、該光源装置5からの励起光を前記試料2に照射する励起光照射部6と、前記励起光照射部6からの励起光を走査する走査装置(走査部)11と、を有する。ここで、試料2は、図2に示すように平面底8aを有する円形皿の容器8内に培養液9とともに収容された生体標本Aである。容器8内には、生体標本Aを適切な条件で培養するための培養液9が収容されている。容器8は、例えばφ35mmディッシュや、マルチウェルプレートなどである。
(構成)
図1乃至図4は、本発明の撮像装置の第1の実施の形態を示す。図1は、本発明の撮像装置が適用される実施形態に係る顕微鏡観察装置1の全体の概略構成を示す。本実施形態に係る顕微鏡観察装置1は、主に試料2を保持する試料保持部3と、この試料保持部3の上方に配置され、試料2を観察する観察部4と、試料2の照明光である励起光の光束を出射する光源装置5と、該光源装置5からの励起光を前記試料2に照射する励起光照射部6と、前記励起光照射部6からの励起光を走査する走査装置(走査部)11と、を有する。ここで、試料2は、図2に示すように平面底8aを有する円形皿の容器8内に培養液9とともに収容された生体標本Aである。容器8内には、生体標本Aを適切な条件で培養するための培養液9が収容されている。容器8は、例えばφ35mmディッシュや、マルチウェルプレートなどである。
試料保持部3は、該生体標本Aを収容した前記容器8を載置し、水平面内で容器8を移動するためのステージ10によって形成されている。前記ステージ10は、前記シリンドリカルレンズ12によって、直線状のレーザ光Lが並進移動させられる領域に試料2を配置するように設けられ、図示しないステージ移動機構によって図2中に矢印で示すように水平面内で移動できるように構成されている。なお、ステージ10には、容器8を載置する容器受け部10aに容器8の直径よりも小径な穴部10bが形成されている。
光源装置5は、例えば、異なる波長のレーザ光La、Lb、Lcを出射する複数、本実施の形態では3つのレーザ光源21a〜21cと、該レーザ光源21a〜21cからのレーザ光La、Lb、Lcを一端に入射させる光ファイバ22と、該光ファイバ22の一端に入射させる複数のレーザ光La、Lb、Lcの光路を合流させるミラー23a、23b及びダイクロイックミラー23cと、光ファイバ22の他端から出射されるレーザ光La、Lb、Lcを集光して、十分に細い光束径を有する直線状のレーザ光Lに変換するコレクタレンズ24によって構成されている。図1中で、符号25はカップリングレンズである。また、光源装置5は、図示しないレーザ光Lの波長選択・調光手段を備え、後述するコンピュータ26により制御されるようになっている。
励起光照射部6は、光源装置5から発せられる直線状のレーザ光Lを一次元方向に走査する走査装置(走査部)11と、該走査装置11により走査されるレーザ光Lをほぼ平行な方向に指向させるシリンドリカルレンズ12と、シリンドリカルレンズ12からの直線状のレーザ光Lを試料保持部3の下方に導くための反射鏡13と、前記光源装置5からの励起光を複数に分割する励起光分割手段14とを有する。
前記走査装置11は、コレクタレンズ24から発せられた直線状のレーザ光Lを反射するガルバノミラー31と、該ガルバノミラー31の角度を変化させるモータ32とを備えている。該モータ32の作動によりガルバノミラー31を所定角度範囲にわたって往復揺動させることで、該モータ32の回転軸32aに直交する平面(例えば、水平面)内において直線上のレーザ光Lを扇状に振ることができるようになっている。
前記シリンドリカルレンズ12は、前記走査装置11により扇状に振られた直線状のレーザ光Lを透過させることにより、全ての角度位置のレーザ光Lが略平行となるように屈折させるようになっている。これにより、走査装置11によりレーザ光Lが振られると、レーザ光Lは一平面(例えば、水平面)内において並進移動させられるようになっている。なお、シリンドリカルレンズ12に代えてf−θレンズを用いても良い。
反射鏡13は、シリンドリカルレンズ12を透過させたレーザ光Lの進行方向に配置され、シリンドリカルレンズ12からの直線状のレーザ光Lを試料保持部3の下方に導く(反射させる)ように水平面に対して斜めに傾斜させた状態で設置されている。
また、励起光分割手段14は、反射鏡13から反射されるレーザ光Lの反射光軸上に沿って平行に並設され、レーザ光Lを複数に分割する複数、本実施の形態では4つのハーフミラー(半透鏡)7を有する。4つのハーフミラー7は、レーザ光Lの一部を透過させ、残りを全反射させる。これにより、反射鏡13から反射されるレーザ光Lは、4つのハーフミラー7で複数、本実施の形態では4つの光束に分割される。その後、4つのレーザ光Lは、ステージ10の容器受け部10aの穴部10bを通り、容器8の底面側から、生体標本Aに平行に入射される。このとき、4つのレーザ光Lは、後述する観察光学系18の光軸O1と平行な方向に対して交差する状態で斜めの角度をなすように前記標本Aに入射されるように励起光分割手段14の4つのハーフミラー7が配置されている。
また、励起光分割手段14は、反射鏡13から反射されるレーザ光Lの反射光軸上に沿って平行に並設され、レーザ光Lを複数に分割する複数、本実施の形態では4つのハーフミラー(半透鏡)7を有する。4つのハーフミラー7は、レーザ光Lの一部を透過させ、残りを全反射させる。これにより、反射鏡13から反射されるレーザ光Lは、4つのハーフミラー7で複数、本実施の形態では4つの光束に分割される。その後、4つのレーザ光Lは、ステージ10の容器受け部10aの穴部10bを通り、容器8の底面側から、生体標本Aに平行に入射される。このとき、4つのレーザ光Lは、後述する観察光学系18の光軸O1と平行な方向に対して交差する状態で斜めの角度をなすように前記標本Aに入射されるように励起光分割手段14の4つのハーフミラー7が配置されている。
前記観察部4は、対物レンズ15と、結像レンズ16と、CCDカメラ等の撮像部材17とを備えた観察光学系18を有する。対物レンズ15は、前記ステージ10の移動方向に対して鉛直に観察光軸O1を配置する状態に設置されている。この対物レンズ15は、生体標本Aの高さよりも大きな焦点深度を有する。そして、生体標本Aから発せられる蛍光Γを対物レンズ15で集光し、該対物レンズ15により集められた蛍光Γを結像レンズ16で焦点位置に集光する。撮像部材17は、該結像レンズ16の焦点位置に撮像面17aが配置されている。
なお、図1中で、符号19a、19bは撮像する蛍光Γの波長を切り替えるフィルターである。そして、観察光学系18は、生体標本Aから発せられる蛍光Γを捉え、CCDカメラ等の撮像部材17によって画像化する。これら光源装置5、励起光照射部6、ステージ10及び観察光学系18は、コンピュータ26に接続される。
前記コンピュータ26は、光源装置5から出射されるレーザ光Lの調光、あるいは波長の選択を行うと共に、走査装置11のモータ32及びステージ10の前記ステージ駆動機構を制御して試料2におけるレーザ光Lの入射位置を調節するようになっている。また、コンピュータ26は、観察光学系18の撮像部材17の撮像タイミングを制御するようになっている。
(作用)
次に、上記構成の作用について図3のフローチャートを参照して説明する。本実施の形態の顕微鏡観察装置1を用いて試料の観察を行うには、ステージ10上に生体標本Aを収容した容器8を固定し(ステップS1)、所定の位置にステージ10を停止する。続いて、次のステップS2で、例えばコンピュータ26の入力装置の操作により走査装置11による走査範囲を指定する。そして、モータ32の作動によりガルバノミラー31を往復揺動させた状態で次のステップS3に進む。このステップS3では、光源装置5を点灯し、光源装置5からレーザ光Lを出射させる。
次に、上記構成の作用について図3のフローチャートを参照して説明する。本実施の形態の顕微鏡観察装置1を用いて試料の観察を行うには、ステージ10上に生体標本Aを収容した容器8を固定し(ステップS1)、所定の位置にステージ10を停止する。続いて、次のステップS2で、例えばコンピュータ26の入力装置の操作により走査装置11による走査範囲を指定する。そして、モータ32の作動によりガルバノミラー31を往復揺動させた状態で次のステップS3に進む。このステップS3では、光源装置5を点灯し、光源装置5からレーザ光Lを出射させる。
光源装置5から発せられたレーザ光Lはミラー23a、23bあるいはダイクロイックミラー23cとカップリングレンズ25を介して光ファイバ22の一端に入射され、光ファイバ22の他端から発せられた後にコレクタレンズ24によって微小光束径を有する直線状のレーザ光Lが出射される。出射されたレーザ光Lはガルバノミラー31の角度に応じて決定される方向に反射されて、シリンドリカルレンズ12に入射される。このシリンドリカルレンズ12を透過させることにより、全ての角度位置のレーザ光Lが略平行となるように屈折させた後、シリンドリカルレンズ12を透過されたレーザ光Lは、続いて反射鏡13で試料保持部3の下方に導かれる。その後、レーザ光Lは、ハーフミラー7で4つの光束に分割された後、容器8の底面側から、生体標本Aに入射させられる。このとき、4つのレーザ光Lは、観察光学系18の光軸O1と平行な方向に対して交差する状態で斜めの角度をなすように前記標本Aに入射される。
レーザ光Lが生体標本Aに入射されると、レーザ光Lは、その一部が生体標本A内において拡散されるが、その大部分が生体標本Aを直線状に透過する。そしてレーザ光Lは、該レーザ光Lの経路に含まれる蛍光物質を励起して蛍光Γを発生させる。レーザ光Lは走査装置11の作動により、図2の紙面に対して垂直な方向に移動させられるので、レーザ光が移動した生体標本A内の領域から蛍光Γを発せさせることができる。
発生した蛍光Γは、全方向に向けて出射されるが、観察光軸O1に沿う方向に進行する一部の蛍光Γが対物レンズ15によって集光された後、結像レンズ16によって結像されて、図4に示すように生体標本Aの4箇所の断面p1〜p4の画像が撮像部材17により撮像される(ステップS4)。
撮像部材17による生体標本Aの4箇所の断面p1〜p4の画像の撮像が1回終了した時点で、光源装置5が消灯される(ステップS5)。その後、次のステップS6で、さらに、ステージ10をレーザ光Lの進行方向に移動させる。続いて、次のステップS7で、予め指定された走査装置11による走査範囲の画像の撮像が終了したか否かが判断される。そして、ステップS7で、走査範囲の画像の撮像が終了していない状態と判断された場合にはステップS3に戻る。また、ステップS7で、走査範囲の画像の撮像が終了している状態と判断された場合には生体標本Aの画像の撮像が終了する。これによって、生体標本A全体の断面像を取得することができる。
(効果)
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の顕微鏡観察装置1によれば、極めて細い光束径を有する直線状の複数のレーザ光Lによって生体標本Aの各位置の蛍光物質を励起させるとともに、生体標本Aの複数断面を同時に撮像できるので、生体標本A全体を走査するのに要する時間を短縮することができる。次いで、ステージ10を水平方向に移動させた後に、ガルバノミラー31を逆方向に揺動させることにより、観察光軸O1の方向に異なる位置の水平面に沿った断面の蛍光画像を取得することができる。したがって、この工程を繰り返すことにより、水平方向に位置の異なる複数の二次元的な蛍光画像を取得でき、これらの二次元的な蛍光画像を画像処理により組み合わせることによって、三次元的な蛍光画像を取得することができる。さらに、このように構成することにより、観察光学系18及びレーザ光の走査される平面の上下方向の位置を変化させること無く、生体標本Aの三次元的な蛍光画像を取得できる。これにより、培養容器8内で培養された生細胞や生体組織などの生体標本A全体を走査するのに要する時間を短縮することができ、画像劣化を防止することができる撮像装置を提供することができる。
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の顕微鏡観察装置1によれば、極めて細い光束径を有する直線状の複数のレーザ光Lによって生体標本Aの各位置の蛍光物質を励起させるとともに、生体標本Aの複数断面を同時に撮像できるので、生体標本A全体を走査するのに要する時間を短縮することができる。次いで、ステージ10を水平方向に移動させた後に、ガルバノミラー31を逆方向に揺動させることにより、観察光軸O1の方向に異なる位置の水平面に沿った断面の蛍光画像を取得することができる。したがって、この工程を繰り返すことにより、水平方向に位置の異なる複数の二次元的な蛍光画像を取得でき、これらの二次元的な蛍光画像を画像処理により組み合わせることによって、三次元的な蛍光画像を取得することができる。さらに、このように構成することにより、観察光学系18及びレーザ光の走査される平面の上下方向の位置を変化させること無く、生体標本Aの三次元的な蛍光画像を取得できる。これにより、培養容器8内で培養された生細胞や生体組織などの生体標本A全体を走査するのに要する時間を短縮することができ、画像劣化を防止することができる撮像装置を提供することができる。
なお、本実施の形態では励起光分割手段14は、4つのハーフミラー7が該当するが、励起光入射側をハーフミラーとし、もう一方の面をミラーとした平行平板でもよい。また、励起光分割手段14のハーフミラー7の数は必ずしも4つに限定されるものではない。例えば、ハーフミラー7の数を増加することにより、レーザ光Lを分割する数を増加して標本Aへのレーザ光Lの照射箇所を増やすことにより、標本A全体の走査時間をさらに短縮することができる。また、上記実施の形態では、水平面内で容器8を移動するためのステージ10は、図示しないステージ移動機構によって図2中に矢印で示すように水平面内で移動できる構成を示したが、例えば観察光軸O1を中心に軸回り方向に回転させる方向に走査する回転方向走査機構を設けてもよい。
[第2の実施の形態]
(構成)
図5は、本発明の第2の実施の形態を示す。本実施の形態は、第1の実施の形態(図1乃至図4参照)の顕微鏡観察装置1の構成を次の通り変更した変形例である。なお、図5中で、図1乃至図4と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
(構成)
図5は、本発明の第2の実施の形態を示す。本実施の形態は、第1の実施の形態(図1乃至図4参照)の顕微鏡観察装置1の構成を次の通り変更した変形例である。なお、図5中で、図1乃至図4と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
すなわち、第1の実施の形態では励起光分割手段14の4つのハーフミラー7を水平方向に配置した状態で並設した構成を示したが、本実施の形態の顕微鏡観察装置41は、励起光分割手段14の4つのハーフミラー7を鉛直方向に配置した状態で並設した構成に変更したものである。さらに、本実施の形態では第1の実施の形態の反射鏡13を省略し、試料保持部3の下方に配置された走査装置11から直接的に4つのハーフミラー7にレーザ光Lを入射させる構成にしたものである。ここで、4つのハーフミラー7は、走査装置11のシリンドリカルレンズ12を透過させたレーザ光Lの進行方向に配置されている。
(作用・効果)
本実施の形態でも第1実施形態と同様の作用・効果が得られる。
[第3の実施の形態]
(構成)
図6は、本発明の第3の実施の形態を示す。本実施の形態は第1の実施の形態(図1乃至図4参照)の顕微鏡観察装置1の変形例である。本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態、および第2の実施形態に係る顕微鏡観察装置1、41と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
本実施の形態でも第1実施形態と同様の作用・効果が得られる。
[第3の実施の形態]
(構成)
図6は、本発明の第3の実施の形態を示す。本実施の形態は第1の実施の形態(図1乃至図4参照)の顕微鏡観察装置1の変形例である。本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態、および第2の実施形態に係る顕微鏡観察装置1、41と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る顕微鏡観察装置51では、第1の実施の形態の励起光分割手段14の4つのハーフミラー7に代えてガラス平行平面板52を有する1つの励起光分割部材53を設けたものである。この励起光分割部材53は、平行平面板52の一方の面が100%の反射率Rを有する第1の反射面54、もう一方の面に第2の反射面55がそれぞれ形成されている。そして、第2の反射面55は、容器8と対向する側に配置され、第1の反射面54は、容器8と非対向側に配置されている。
さらに、平行平面板52の第2の反射面55は、第1の反射面54によるレーザ光Lの反射回数をiとし、照明光束の分割数をnとする場合に1/(n+1−i)となる反射率を有する光反射部である。本実施の形態では、第2の反射面55は、励起光照射部6を出射したレーザ光Lを4本に分割する場合、反射率Rを1/4、1/3、1/2、AR(0%)のように暫増する4つの反射域55a、55b、55c、55dを有する。そして、励起光照射部6を出射したレーザ光Lを4本に分割する場合、平行平面板52の第2の反射面55の4つの反射域55a、55b、55c、55dと第1の反射面54とによってレーザ光束Lを4つに分割するようにしている。
(作用)
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の顕微鏡観察装置51では、直線状の励起光と励起光分割部材53によって、複数個所(本実施の形態では4箇所)を同時に照明することができるので、標本全体の走査時間を短縮することができる。さらに、本実施の形態によれば、励起光分割部材53の第2の反射面55は、反射率を暫減させている4つの反射域55a、55b、55c、55dを有する。そのため、分割した励起光強度を一定に保つことができるため、撮像される画像の明るさが一定になる。
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の顕微鏡観察装置51では、直線状の励起光と励起光分割部材53によって、複数個所(本実施の形態では4箇所)を同時に照明することができるので、標本全体の走査時間を短縮することができる。さらに、本実施の形態によれば、励起光分割部材53の第2の反射面55は、反射率を暫減させている4つの反射域55a、55b、55c、55dを有する。そのため、分割した励起光強度を一定に保つことができるため、撮像される画像の明るさが一定になる。
(効果)
そこで、本実施の形態の顕微鏡観察装置51では、第1実施形態と同様の効果に加え、励起光分割部材53で、分割した4本のレーザ光束Lは、いずれも同じ強度にすることができるので、均一の強度で生体標本Aを照明することができる。
[第4の実施の形態]
(構成)
図7は、本発明の第4の実施の形態を示す。本実施の形態は第3の実施の形態(図6参照)の顕微鏡観察装置51の変形例である。本実施形態の説明において、上述した第1〜3の実施形態に係る顕微鏡観察装置1、41、51と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
そこで、本実施の形態の顕微鏡観察装置51では、第1実施形態と同様の効果に加え、励起光分割部材53で、分割した4本のレーザ光束Lは、いずれも同じ強度にすることができるので、均一の強度で生体標本Aを照明することができる。
[第4の実施の形態]
(構成)
図7は、本発明の第4の実施の形態を示す。本実施の形態は第3の実施の形態(図6参照)の顕微鏡観察装置51の変形例である。本実施形態の説明において、上述した第1〜3の実施形態に係る顕微鏡観察装置1、41、51と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態の顕微鏡観察装置61では、第3の実施の形態のレーザ光分割手段である励起光分割部材53が生体標本Aを収容する容器8内の培養液の液面に接するように配置され、図示しない支持部材によって支持されている。さらに、観察部4の観察光学系18は、容器8の下側に配置され、倒立顕微鏡の様式の顕微鏡観察装置が構成されている。これにより、観察光学系18を容器8の下面から観察するようにしている。
(作用)
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の顕微鏡観察装置61では、容器8内の培養液面が表面張力によって曲率を持つ場合でも、レーザ光を直線状に保つことができ、観察部4の観察光学系18で取得する画像がゆがむことが無くなる。また、一般的に生体組織などの生体標本Aの培養に使用されている容器8は、射出成型によって一体的に製造されていることが多く、そのような容器8の平面底8aはレーザ光のような光束を正しく透過させることができない。このような場合でも、レーザ光を分割する励起光分割部材53の平行平面板52を容器8の平面底8aとは異なる位置に設置することによって、生体標本Aに照射されるレーザ光を正しく透過させることができる。
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の顕微鏡観察装置61では、容器8内の培養液面が表面張力によって曲率を持つ場合でも、レーザ光を直線状に保つことができ、観察部4の観察光学系18で取得する画像がゆがむことが無くなる。また、一般的に生体組織などの生体標本Aの培養に使用されている容器8は、射出成型によって一体的に製造されていることが多く、そのような容器8の平面底8aはレーザ光のような光束を正しく透過させることができない。このような場合でも、レーザ光を分割する励起光分割部材53の平行平面板52を容器8の平面底8aとは異なる位置に設置することによって、生体標本Aに照射されるレーザ光を正しく透過させることができる。
(効果)
そこで、上記構成の本実施の形態の顕微鏡観察装置61によれば、第3実施形態と同様に直線状の励起光と励起光分割部材53によって、レーザ光を分割することにより、容器8内の生体標本Aの複数個所(本実施の形態では4箇所)を同時に照明することができるので、容器8内の生体標本A全体の走査時間を短縮することができる。
そこで、上記構成の本実施の形態の顕微鏡観察装置61によれば、第3実施形態と同様に直線状の励起光と励起光分割部材53によって、レーザ光を分割することにより、容器8内の生体標本Aの複数個所(本実施の形態では4箇所)を同時に照明することができるので、容器8内の生体標本A全体の走査時間を短縮することができる。
また、励起光分割部材53の第2の反射面55は、反射率を暫減させている4つの反射域55a、55b、55c、55dを有する。そのため、分割したレーザ光の励起光強度を一定に保つことができるため、撮像される画像の明るさが一定になる。
さらに、上記第3実施形態と同様の効果に加え、容器8内の培養液の上面に励起光分割部材53である平行平面板52を配置することにより、容器8内の培養液表面の表面張力による液面形状が一定となるため、培養容器8の直径が小さくても、撮影した画像に歪みが発生しない。また、一般的に生体組織の培養に使用されている容器8は、射出成型によって一体的に製造されていることが多く、そのような容器8の平面底8aはレーザ光のような光束を正しく透過させることができない。このような場合でも、レーザ光を分割する励起光分割部材53である平行平面板52を容器8の平面底8aとは異なる位置に設置することによって、生体標本Aに照射されるレーザ光を正しく透過させることができる。
さらに、上記第3実施形態と同様の効果に加え、容器8内の培養液の上面に励起光分割部材53である平行平面板52を配置することにより、容器8内の培養液表面の表面張力による液面形状が一定となるため、培養容器8の直径が小さくても、撮影した画像に歪みが発生しない。また、一般的に生体組織の培養に使用されている容器8は、射出成型によって一体的に製造されていることが多く、そのような容器8の平面底8aはレーザ光のような光束を正しく透過させることができない。このような場合でも、レーザ光を分割する励起光分割部材53である平行平面板52を容器8の平面底8aとは異なる位置に設置することによって、生体標本Aに照射されるレーザ光を正しく透過させることができる。
[変形例]
(構成)
図8A,8Bは、顕微鏡観察装置1の容器8の変形例を示す。本変形例は、円形皿の容器8に代えてマイクロプレート(多数の光透過性ウェルをマトリックス状に一体形成した多連型容器)71を使用するものである。ここでは、容器本体72の表面に標本Aを収容する複数の凹部73がマトリックス状に一体に形成されている。
(構成)
図8A,8Bは、顕微鏡観察装置1の容器8の変形例を示す。本変形例は、円形皿の容器8に代えてマイクロプレート(多数の光透過性ウェルをマトリックス状に一体形成した多連型容器)71を使用するものである。ここでは、容器本体72の表面に標本Aを収容する複数の凹部73がマトリックス状に一体に形成されている。
さらに、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
本発明は、主に培養容器内で培養された生細胞や生体組織などの生体標本を光学的にセクショニングして撮像するための顕微鏡観察装置などに適用される撮像装置を使用する技術分野や、これを製造する技術分野に有効である。
5…光源装置、6…励起光照射部、A…標本、8…容器、11…走査装置(走査部)、18…観察光学系、O1…観察光軸。
Claims (7)
- 容器内に培養液とともに収容された標本に照明光を照射して前記標本を光学的にセクショニングして撮像する撮像装置であって、
前記照明光である励起光の光束を出射する光源装置と、
該光源装置からの励起光を前記標本に照射する励起光照射部と、
容器内に配置した標本を観察する観察光学系と、
前記励起光照射部からの励起光または前記容器側のうちのいずれか一方を走査する走査部と、を備え、
前記励起光照射部からの励起光が該観察光学系の光軸と平行な方向に対して交差する状態で斜めの角度をなすように前記標本に入射されるように配置した
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記励起光照射部は、前記光源装置からの励起光を複数に分割する励起光分割手段を有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記励起光分割手段は、平行平面板の一方の面が100%の反射率を有し、前記容器と非対向側に配置された第1の反射面、もう一方の面に前記容器と対向する側に配置された第2の反射面が形成され、
前記第2の反射面は、反射回数をiとし、照明光束分割数をnとする場合に1/(n+1−i)となる反射率を有する光反射部であることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 - 前記励起光分割手段は、前記容器内の培養液の表面側に前記励起光分割手段、前記容器の底面側に前記観察光学系がそれぞれ設置され、
前記容器内に前記培養液とともに配置した標本を前記容器の底面側から撮像するようにしたことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 - 前記励起光分割手段は、前記励起光の分割数と同数のハーフミラーが前記光源装置からの励起光の光軸方向に並設されていることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記励起光分割手段からの複数の励起光の入射角度は、前記観察光学系の瞳に前記励起光が直接的に入射されることを防止できる角度であることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記走査部は、前記容器を前記観察光学系の光軸と直交する方向に走査する直線方向走査機構、または前記容器を前記観察光学系の光軸を中心に軸回り方向に回転させる方向に走査する回転方向走査機構のいずれか一方を有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2012-01-26 JP JP2012014341A patent/JP2013156286A/ja active Pending
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