JP2015057626A - レンズユニット及び透過型複式顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構造で、スマートデバイスに取り付けることで容易に顕微鏡観察画像を取得することが可能なレンズユニット、照明用キャップ部材、試料観察キット及び透過型複式顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】レンズ１と、このレンズ１を保持する保持部材３と、を少なくとも備えるレンズユニット１０を、レンズ１がスマートデバイス２０に設けられたフロントカメラ２２の光軸上に位置するように配置し、レンズユニット１０のレンズ１とカメラ２２のレンズ２２ａとで透過型複式顕微鏡を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レンズユニット、このレンズユニットと共に用いる照明用キャップ部材、これらのレンズユニットと照明用キャップ部材を用いた試料観察キット及び透過型複式顕微鏡装置に関する。より詳しくは、カメラ機能を有するスマートデバイスを用いて顕微鏡観察を行うための技術に関する。

３５０年以上前にオランダのレーウェンフック（Leeuwenhoek）により発明されたレーウェンフック顕微鏡は、世界最初の顕微鏡であり、ボールレンズ１個の単純な構造ではあるが、高性能かつ高倍率（１００〜３００倍）であるため、長い間人々を魅了し続けてきた。また、本願出願人は、このレーウェンフック顕微鏡の仕組みを単純化し、操作性を向上させると共に、高性能ボールレンズの使用により性能も向上させた単式顕微鏡を提案している（特許文献１参照）。

一方、レーウェンフック顕微鏡は、観察者の眼の水晶体レンズと一体となり、レンズ式の複式顕微鏡を構成しているとも言える。そして、近年、観察者の眼の水晶体レンズを、スマートフォンやタブレット端末などのカメラ機能を有するスマートデバイスの撮影用レンズに置き換えた複式顕微鏡が提案されている（非特許文献１，２参照）。

これらの新しいタイプの複式顕微鏡は、スマートデバイスがカメラ機能として備える自動焦点や自動露出を有効利用し、市販の高級顕微鏡並の性能が得られると報告されている。このような理由から、スマートデバイスを用いたレーウェンフック型単式顕微鏡は、教育、医療、健康産業、化粧品産業、食品産業、農林水産業及びエンターテイメントなどの幅広い分野において、普及が期待されている。

特開２００４−２３３９３０号公報

David N. Breslauer 他４名、"Mobile Phone Based Clinical Microscopy for Global Health Applications"、PLoS ONE 4(7): e6320、２００９年７月２２日発行 Z.J. Smith 他９名.、"Cell-Phone-Based Platform for Biomedical Device Development and Education Applications"、PLoS ONE 6(3): e17150、２０１１年３月２日発行

前述したスマートデバイスを用いたレーウェンフック型単式顕微鏡は、スマートデバイスの高機能性が付加され、急速に普及するかに見えたが、以下に示す問題点を有することから、現在、期待するほどに普及していない。
（１）手で持つことを前提としているため、撮影された画像に手ぶれが生じやすい。これは、スマートデバイスの携帯性が、悪い方に作用したものと考えられる。
（２）カメラと同様に、観察対象物を表面の反射光により観察する反射型顕微鏡であり、レーウェンフック顕微鏡本来の透過型ではない。
（３）レーウェンフック顕微鏡を、スマートデバイスに固定する機構が必要であり、機構が煩雑となる。
（４）観察対象物が手に取れる試料の場合、固定用試料台が必要となり、機構が煩雑となる。
（５）観察対象物が固定された試料の場合、顕微鏡本体を近接させると、顕微鏡本体本体により照明光が遮られるため、別途照明装置を用意する必要があり、機構が煩雑となる。

そこで、本発明は、単純な構造で、スマートデバイスに取り付けることで容易に顕微鏡観察画像を取得することが可能なレンズユニット、照明用キャップ部材、試料観察キット及び透過型複式顕微鏡装置を提供する。

本発明に係るレンズユニットは、レンズと、前記レンズを保持する保持部材と、を少なくとも備え、前記レンズがスマートデバイスに設けられたカメラの光軸上に位置するように配置され、前記カメラと共に透過型複式顕微鏡を構成する。
前記レンズには、ボールレンズ又はグリンレンズを用いることができる。
また、前記保持部材には、前記レンズを収容可能な貫通孔が形成された透明平板で、前記貫通孔の内壁が不透明化されているものを用いることができる。
本発明のレンズユニットは、少なくとも前記貫通孔の開口部分が透明樹脂シートで覆われていてもよい。
その場合、前記レンズの焦点位置が、前記透明樹脂シートの外面にあることが好ましい。
更に、本発明のレンズユニットには、前記スマートデバイス側の面及び試料側の面のうちいずれか一方又は両方に、樹脂又はゴム製の滑り止め部材が設けられていてもよい。
一方、前記レンズと前記保持部材とは一体で形成されていてもよい。
更に、前記スマートデバイス側の面及び試料側の面のうちいずれか一方又は両方に、樹脂又はゴム製の滑り止め部材を設けてもよく、その場合、前記滑り止め部材には前記レンズの形状に対応する凹部が形成されていることが好ましい。

本発明に係る照明用キャップ部材は、前述したレンズユニットと共に使用される照明用キャップ部材であって、不透明材料からなり前記レンズを覆うキャップ部と、前記キャップ部上面に嵌め込まれた採光用レンズとを有し、前記レンズユニットと前記採光用レンズとの間に試料が配置される。
本発明に係る他の照明用キャップ部材は、前述したレンズユニットと共に使用される照明用キャップ部材であって、不透明材料からなり前記レンズを覆うキャップ部と、前記キャップ部上面に嵌め込まれた採光用拡散板とを有し、前記レンズユニットと前記採光用レンズとの間に試料が配置される。
これら照明用キャップ部材は、更に、前記採光用拡散板を点光源として平行光を生成するフレネルレンズを有していてもよく、その場合、前記レンズユニットと前記フレネルレンズとの間に試料が配置される。
本発明の照明用キャップ部材は、前記レンズユニットと接触する部分に、樹脂又はゴム製の滑り止め材が取り付けられていてもよい。

本発明に係る試料観察キットは、前述したレンズユニットと、前述した照明用キャップ部材とを有する。
この試料観察キットは、更に、透明樹脂からなり、試料上に配置されるカバーシートを有していてもよい。
前記カバーシートは、前記照明用キャップ部材と整合する形状の中央部と、該中央部の両側に設けられた１対の取っ手部とを有する形状とすることができる。
その場合、前記照明用キャップ部材の側壁下部の前記取っ手部と整合する位置には、前記カバーシートの厚さ以上の深さの切り欠きが設けられていることが好ましい。
本発明の試料観察キットは、前記レンズユニット及び前記照明用キャップ部材にはそれぞれ貫通孔が形成されており、各貫通孔には１本の紐体が挿通されている構成とすることもできる。

本発明に係る顕微鏡は、前述したレンズユニット又は試料観察キットと、カメラ機能を有するスマートデバイスとを備える。

本発明によれば、単純な構造で、スマートデバイスに取り付けることで容易に顕微鏡観察画像を取得することが可能なレンズユニット、並びにこのレンズユニットを用いた試料観察キット及び透過型複式顕微鏡装置を実現することができる。

Ａ〜Ｃは本発明の第１の実施形態に係るレンズユニットの構成を示す模式図であり、Ａは斜視図、Ｂは平面図、Ｃは側面図である。 Ａは図１に示すレンズユニット１０を使用した透過型複式顕微鏡の構成を模式的に示す斜視図であり、Ｂはその側面図である。 Ａは本発明の第１の実施形態の第１変形例に係るレンズユニットの構成を模式的に示す斜視図であり、Ｂはその側面図である。 本発明の第１の実施形態の第２変形例に係るレンズユニットの構成を模式的に示す側面図である。 本発明の第１の実施形態の第３変形例に係るレンズユニットの構成を模式的に示す側面図である。 Ａは本発明の第２の実施形態に係る試料観察キットの構成を模式的に示す斜視図であり、Ｂはその一部断面側面図である。 Ａは本発明の第３の実施形態に係る試料観察キットの構成を模式的に示す斜視図であり、Ｂはその使用形態を示す一部断面側面図である。 Ａは本発明の第４の実施形態に係る透過型複式顕微鏡の構成を模式的に示す斜視図であり、Ｂはその側面図である。 本発明の第５の実施形態に係る試料観察キットの構成例を示す模式図である。 本発明の第５の実施形態に係る試料観察キットの他の構成例を示す模式図である。 本発明の第５の実施形態に係る試料観察キットの他の構成例を示す模式図である。 Ａは本発明の第６の実施形態に係るレンズユニットの構成を模式的に示す側面図であり、Ｂはそのレンズ付近の拡大図である。 Ａ及びＢは本発明の第６の実施形態の変形例に係るレンズユニットのレンズ付近の拡大図である。 Ａは従来の光学顕微鏡で撮影したミドリムシの顕微鏡写真であり、Ｂはその拡大図である。 Ａは本発明の透過型複式顕微鏡で撮影したミドリムシの顕微鏡写真であり、Ｂはその拡大図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態に係るレンズユニットについて説明する。図１Ａ〜Ｃは本実施形態のレンズユニットの構成を示す模式図であり、図１Ａは斜視図、図１Ｂは平面図、図１Ｃは側面図である。図１Ａ〜Ｃに示すように、本実施形態のレンズユニット１０は、レンズ１と、それを保持する保持部材３とを少なくとも備えており、これにより単式顕微鏡が構成されている。

［レンズ１］
レンズ１には、ガラス又はプラスチックにより形成されたボールレンズやグリンレンズを使用することができる。レンズ１の大きさは、例えば１〜５ｍｍであるが、小さいレンズほど焦点距離が小さく、スマートデバイスと一体で構成される複式顕微鏡の倍率が大きくなるので、必要倍率に応じて選択される。

［保持部材３］
保持部材３には、例えば透明平板又は半透明平板を用いることができ、レンズ１を収容可能な大きさの貫通孔２が形成されている。保持部材３は、スマートデバイスのカメラ光軸とレンズユニットのレンズ１との位置合わせを容易にする観点から、透明材料を用いることが好ましい。ただし、その場合、レンズ１に迷光が入ることを防止するため、貫通孔２の内壁に黒色塗料や黒色シートで被覆するなどの不透明化処理を施すことが望ましい。

また、保持部材３は、レンズ１を貫通孔２に収容した際に、レンズ１が保持部材３から突出しない厚さであればよい。更に、貫通孔２の周囲を着色することもできる。

［透明樹脂シート４］
本実施形態のレンズユニット１０は、保持部材３の貫通孔２の開口部分がそれぞれ透明樹脂シート４で覆われていることが好ましい。透明樹脂シート４は、少なくとも貫通孔２の開口部分に貼付されていればよいが、図１に示すように保持部材３の表面及び裏面（試料側面及びスマートデバイス側面）の全体を覆うように設けられていてもよい。透明樹脂シート４の厚さは、レンズの作動距離（レンズ面と焦点との間の距離）より充分小さいことが好ましい。

透明樹脂シート４を設ける場合、レンズ１の焦点位置が、透明樹脂シート４の外面になるようにレンズ１の位置を調整することが望ましい。ここで、図１Ｃでは、レンズ１が透明樹脂シート４に接触しているが、レンズ１と透明樹脂シート４とは接触していなくてもよい。レンズ１の位置は、その焦点位置の調整に応じて適宜設定することができる。

［使用方法］
次に、本実施形態のレンズユニット１０を用いて、顕微鏡観察を行う方法について説明する。本実施形態のレンズユニット１０は、レンズ１がスマートデバイスに設けられたカメラの光軸上に位置するように配置される。例えば、保持部材３が透明平板で形成されている場合は、保持部材３を通して見えるスマートデバイスのカメラの窓とレンズ１が重なるように配置する。これにより、レンズユニット１０のレンズ１と、スマートデバイスのカメラのレンズとで透過型複式顕微鏡が構成される。

図２Ａは図１に示すレンズユニット１０を使用した透過型複式顕微鏡の構成を模式的に示す斜視図であり、図２Ｂはその側面図である。図２Ａに示すように、本実施形態のレンズユニット１０は、スマートデバイス２０の画像表示面２１側に設けられたフロントカメラ２２上に配置される。図１Ａ及びＢに示すレンズユニット１０は、上下対称の構成になっているため、表面及び裏面のどちらの面をスマートデバイス２０側に配置してもよい。

また、図２Ｂに示すように、レンズユニット１０は、レンズ１の光軸と、スマートデバイス２０のカメラ２２（レンズ２２ａ）の光軸とが、一致するように配置することが望ましい。これにより、レンズユニット１０のレンズ１と、スマートデバイス２０のレンズ２２ａにより、透過型複式顕微鏡が構成される。

この透過型複式顕微鏡により、試料を観察する場合は、観察対象の試料を、レンズユニット１０の透明樹脂シート４に載置するか、又は、薄い透明シート（所謂試料プレパラート）に載置し、その透明シートをレンズユニット１０上に載置する。その際、試料がレンズ１の上方に位置するようにする。そして、カメラ２２の撮像素子２２ｂにより試料２の顕微鏡観察画像を、例えばスマートデバイス２０のカメラが備える自動焦点や自動露出を利用して取得する。

本実施形態のレンズユニットは、スマートデバイスのフロントカメラ上に配置されるため、顕微鏡観察する際は、スマートデバイスを机上に静置でき、画像に手ぶれが発生しない。また、本実施形態のレンズユニットは、略平板状であるため、安定性に優れ、スマートデバイスへの機械的固定機構が不要となる。本実施形態のレンズユニットとスマートデバイスとを組み合わせた複式顕微鏡は、レーウェンフック顕微鏡本来の透過型顕微鏡となっている。そして、この透過型複式顕微鏡は、試料をレンズユニット上に載置するため、試料台も不要となる。加えて、本実施形態のレンズユニットは、簡素な構造であるため、掃除が容易で、水洗いも可能である。

（第１の実施形態の第１変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係るレンズユニットについて説明する。図３Ａは本変形例のレンズユニットの構成を模式的に示す斜視図であり、図３Ｂはその側面図である。なお、図３Ａ及びＢにおいては、図１Ａ及びＢに示すレンズユニット１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

透明樹脂シート４は、表面が平坦で摩擦が小さいため、レンズユニット１０をスマートデバイス２０に、安定して固定することが難しいことがある。そこで、図３Ａ及びＢに示すように、本変形例のレンズユニット１１では、スマートデバイス２０側の面に、樹脂又はゴム製の滑り止め材５が設けられている。この滑り止め材５の厚さは、スマートデバイスケースの筐体の凹凸（表示面と筐体の段差など）を考慮し、例えば０．５〜３ｍｍとすることができる。この滑り止め材５には、スマートデバイスの表示面を形成する樹脂材料に対して吸着性が高いシリコンゴムが好適である。

このように滑り止め材５を設けることにより、レンズユニット１１を固定する際の安定性が向上する。そして、本変形例のレンズユニット１１は、スマートデバイス２０のフロントカメラ２２の窓と、レンズ１の位置合わせをした後、スマートデバイス２０に押し付けるだけで簡単に固定することが可能である。

（第１の実施形態の第２変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第２変形例に係るレンズユニットについて説明する。図４は本変形例のレンズユニットの構成を模式的に示す側面図である。なお、図４においては、図３Ａ及びＢに示すレンズユニット１１の構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４に示すように、本変形例のレンズユニット１２では、試料側の面に設けられた樹脂シート４に、樹脂又はゴム製の滑り止め材６が埋め込まれている。滑り止め材６の厚さは、例えば０．５ｍｍとすることができる。また、滑り止め材６には、試料プレパラートを形成するガラス材や樹脂材料への吸着性が高いシリコンゴムが好適である。このように、試料側の面に滑り止め材６を設けることにより、試料プレパラートをレンズユニット１２の表面に押し付けるだけで固定することができるため、試料保持の安定性が向上する。

（第１の実施形態の第３変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第３変形例に係るレンズユニットについて説明する。図５は本変形例のレンズユニットの構成を模式的に示す側面図である。なお、図５においては、図３Ａ及びＢに示すレンズユニット１１の構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、本変形例のレンズユニット１３では、デバイス側の面に滑り止め材５が設けられると共に、試料側の面に設けられた樹脂シート４に滑り止め材６が埋め込まれている。これにより、前述した第１変形例及び第２変形例の両方の効果が得られるため、図５に示すレンズユニット１３は最も操作性に優れている。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る試料観察キットについて説明する。図６Ａは本実施形態の試料観察キットの構成を模式的に示す斜視図であり、図６Ｂはその一部断面側面図である。なお、図６Ａ及びＢにおいては、図１Ａ及びＢに示すレンズユニット１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

透過型顕微鏡の場合、照明法が顕微鏡性能に影響する。試料に対する照明法には、光源像を試料面上に作るクリティカル透明と光源の大きさや形に無関係のケーラー照明があるが、本実施形態の試料観察キットでは、ケーラー照明を採用している。具体的には、図６Ａ及びＢに示すように、本実施形態の試料観察キットは、前述した第１の実施形態のレンズユニット１０と、照明用キャップ部材３０とを備えており、レ照明用キャップ部材３０がケーラー照明として機能する。

［照明用キャップ部材３０］
照明用キャップ部材３０は、不透明材料からなるキャップ部３１と、キャップ部３１上面に嵌め込まれた採光用レンズ３２とで構成されている。採光用レンズ３２としては、例えばボールレンズを使用することができる。この照明用キャップ部材３０は、図４Ａ及びＢに示すように、レンズユニット１０のレンズ１とその上に配置された試料９を覆うように、レンズユニット１０上に配置される。従って、観察用試料９は、レンズユニット１０と採光用レンズ３２との間に位置することとなる。

このように、照明用キャップ部材３０を、試料９上に設置すると、採光用レンズ３２の作用で、光源位置に関わらず、試料９はケーラー照明される。また、照明用キャップ部材３０は、レンズユニット１０と別部材となっており、任意の位置に設置が可能であるため、例えば斜め方向の光源像に対しても照明用キャップ部材３０を移動させることにより、最適照明位置を探索することができる。

照明用キャップ部材３０は、設置後に容易に移動しないように、底面（レンズユニット１０と接触する面）に、ゴム製の滑り止め材３３が設けられていることが好ましい。この滑り止め材３３には、保持部材３や透明樹脂シート４などを形成する樹脂材料への吸着性が高いシリコンゴムが好適である。

また、照明用キャップ部材３０の高さは、採光用レンズ３２の下端（試料側端部）と、試料との距離が、３〜１０ｍｍになるように調整されていることが好ましい。なお、採光用レンズ３２の代わりに、キャップ部３１上面に中空ピンホールを設けた場合でも、照明効果が得られるが、その場合、光源と試料の位置関係により照明用キャップ部材３０の位置調整が必要になる。このため、本実施形態の試料観察キットの照明用キャップ部材３０では、採光用レンズ３２を用いる構成を採用している。

なお、図６Ａ及びＢには、第１の実施形態のレンズユニット１０を用いた例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の実施形態の第１〜第３変形例のレンズユニット１１〜１３を用いてもよく、その場合も前述した効果が得られる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る試料観察キットについて説明する。図７Ａは本発明の第３の実施形態に係る試料観察キットの構成を模式的に示す斜視図であり、図７Ｂはその使用形態を示す一部断面側面図である。なお、図７Ａ及びＢにおいては、図２Ａ及びＢに示すレンズユニット１１の構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図７Ａ及びＢに示すように、本実施形態の試料観察キットは、レンズユニット１１と、照明用キャップ部材３０と、試料観察用シート４０とを備えている。レンズユニット１１のレンズ１は小さく、焦点距離及び作動距離が極めて小さいため、例えば試料がレンズユニット１１に密接していないなど、試料の配置状態によりピントが合わせにくくなる。

そこで、本実施形態の試料観察キットでは、試料を覆う透明カバーシート４０を備えている。このカバーシート４０は、いわゆる試料カバーグラスと同様の作用を有する。カバーシート４０の厚さは、レンズユニット１１の仕様（レンズ１の焦点距離や透明樹脂シート４の厚さなど）に応じて適宜設定することができるが、例えば０．２ｍｍ程度である。

図７Ａに示すように、カバーシート４０は、試料９に被された後、照明用キャップ部材３０で押さえ付けることにより固定される。その形状は、特に限定されるものではないが、例えば中央部４０ａを照明用キャップ部材３０の内側に収まる大きさとし、その左右に矩形状の取っ手部分４０ｂが伸びた形状とすることができる。図５Ｂに示すように、このカバーシート４０場合、中央部分４０ａを試料９にのせ、照明用キャップ部材３０の溝に取っ手部分４０ｂを収め上から押さえつけて固定する。

また、照明用キャップ部材３０の側面下部の対向する２カ所に、カバーシート４０の取っ手部４０ｂの幅に相当する切り欠きを形成し、この切り欠きによりカバーシート４０の取っ手部４０ｂを固定する構成にしてもよい。その場合、切り欠きの深さは、照明用キャップ部材３０の滑り止め材３３との和が、カバーシート４０の厚さと同等又はそれ以上となるようにすることが好ましい。

なお、図７Ａ及びＢには、第１の実施形態の第１変形例のレンズユニット１１を用いた例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の実施形態のレンズユニット１０及びその第２，３変形例のレンズユニット１２，１３を用いてもよく、その場合も前述した効果が得られる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る透過型複式顕微鏡について説明する。図８Ａは本実施形態の透過型複式顕微鏡の構成を模式的に示す斜視図であり、図８Ｂはその側面図である。前述した第１の実施形態では、スマートデバイス２０の表示面２１側にあるフロントカメラ２２上に、レンズユニット１０を配置する場合を例に説明したが、本発明のレンズユニットは、表示面２１と反対側（背面側）にあるリアカメラ上に配置して使用することもできる。

そこで、本実施形態の透過型複式顕微鏡では、図８Ａ及びＢに示すように、上面及び側面開口部５１，５２が設けられ、内部に平面鏡（反射板）５３が設置された反射箱５０を用いる。反射箱５０は、例えば透明のアクリル樹脂により形成することができる。これにより、レンズユニット１０を、スマートデバイス２０のリアカメラ上に配置した場合でも、反射箱５０内の平面鏡５３により、表示面に表示された画像を観察することができる。また、側面に設けられた開口部５２により、表示面をタッチして操作することもできる。

なお、図８Ａ及びＢには、第１の実施形態のレンズユニット１０を用いた例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の実施形態の第１〜第３変形例のレンズユニット１１〜１３を用いてもよく、その場合も前述した効果が得られる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る試料観察キットの構成例について説明する。図９〜１１は本実施形態の試料観察キットの具体的構成例である。本実施形態の試料観察キットは、例えば図９〜１１に示すように、レンズユニット１０と照明用キャップ部材３０に貫通孔を設け、各貫通孔に１本の紐体６０を挿通し、これらを繋いだ構成とすることができる。

そして、例えば、図９に示すように、レンズユニット１０のレンズ１及び照明用キャップ部材３０の採光用レンズ３２にボールレンズを使用した構成としてもよい。
また、図１０に示すように、レンズユニット１０のレンズ１にグリンレンズを使用し、照明用キャップ部材３０に点光源用微小拡散板３４及び平行光化用フレネルレンズ３５を用いた構成としてもよい。更に、図１１に示すように、レンズユニット１０のレンズ１にフレネルレンズを使用し、照明用キャップ部材３０の上面を広域拡散板３６で形成することもできる。これらの構成においても、スマートデバイスに取り付けることで容易に顕微鏡観察画像を取得することが可能である。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係るレンズユニットについて説明する。前述した第１の実施形態及びその変形例のレンズユニットでは、レンズ１が保持部材３内に収容され、必要に応じて透明樹脂シート４により封止された構成となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、レンズ１が保持部材３から露出していてもよい。図１２Ａは本実施形態のレンズユニットの構成を模式的に示す側面図であり、図１２Ｂはそのレンズ付近の拡大図である。

本発明のレンズユニットを、スマートデバイスと組み合わせて使用する場合、レンズユニットのレンズ１とスマートデバイスのレンズとの距離が短いほど、得られる画像の視野が広くなり、多少ではあるが観察倍率も向上する。一方、図５に示す本発明の第１の実施形態の第３変形例のレンズユニットのように、レンズ１とスマートデバイスとの間に滑り止め材を配置すると、その厚さ分だけ各レンズ間の距離が長くなってしまう。

そこで、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、本実施形態のレンズユニット１４では、レンズ１の一部が保持部材３から突出しており、滑り止め材１５，１６の中央部に設けられた平面視で円形状の孔内に突き出た構成となっている。なお、このレンズユニット１４では、透明樹脂シートは用いていない。

これにより、本実施形態のレンズユニット１４は、図５に示すレンズユニット１３と比べて、各レンズ間の距離を短くすることができる。また、本実施形態のレンズユニット１４は、レンズ１が露出しているため、容易に水洗いすることができる。また、レンズ１は、透明樹脂シートよりも疵が付きにくいため、疵に起因するノイズの発生も低減することができる。

（第６実施形態の変形例）
次に、本発明の第６の実施形態の変形例に係るレンズユニットについて説明する。図１３Ａ及び図１３Ｂは本変形例のレンズユニットのレンズ付近の拡大図である。図１２Ｂに示すレンズユニット１４は、レンズ１と保持部材３とが別体で構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１３Ａに示すレンズ一体型部材１７のように、レンズ部１７ａと保持部１７ｂとを一体で形成することもできる。

このようなレンズ一体型部材は、例えば光学レンズ用樹脂を用いて一体成型することにより形成することができる。この方法では、例えば収差補正付き非球面レンズなどの種々の形状のレンズ一体型部材を形成することが可能である。具体的には、図１３Ｂに示すようなレンズ部が球面レンズ部１８ａと非球面レンズ部１８ｂとで構成されており、これと保持部１８ｃとが一体で形成されたレンズ一体型部材１８を作製することも可能である。そして、これらのレンズ一体型部材を用いることにより、顕微鏡としての性能を向上することができる。

高性能レンズを作製するには成型後の材質の一様性が重要であるが、本発明において用いているレンズは微小であるため、他の顕微鏡装置で用いられるような大きなレンズに比べて一様性を確保することが容易である。このため、特別に高品質の光学用樹脂を必要とせず、高精度成型のみが要求される。このような成型技術は、既に確立されているため、本発明において用いるレンズは低コストで製造することが可能である。

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、本発明のレンズユニットとスマートデバイスを用いた透過型複式顕微鏡と、従来の高級光学顕微鏡（ニコン社製 ＭＥ６００）を用いて、ミドリムシの撮影を行った。図１４Ａは従来の光学顕微鏡で撮影したミドリムシの顕微鏡写真（２００倍透過モード）であり、図１４Ｂはその一部を拡大した図である。図１５Ａは直径３ｍｍのボールレンズを用いた本発明のレンズユニットと市販のスマートフォンで構成された透過型複式顕微鏡で撮影したミドリムシの顕微鏡写真であり、図１５Ｂはその一部を拡大した図である。

図１４Ａ及び図１５Ａに示すように、本発明のレンズユニットとスマートデバイスを用いた透過型複式顕微鏡は、従来の高級光学顕微鏡に対して、遜色ない分解能を示した。なお、図１４Ｂ及び図１５Ｂに示すミドリムシの拡大図では、従来の高級光学顕微鏡で撮像した写真の方が鮮明であったが、これは撮像素子の性能によるものであり、顕微鏡性能的には大きな違いがないと思われる。

１ レンズ
２ 貫通孔
３ 保持部材
４ 透明樹脂シート
５、６、１５、１６、３３ 滑り止め材
９ 試料
１０〜１４ レンズユニット
１７、１８ レンズ一体型部材
１７ａ レンズ部
１７ｂ、１８ｃ 保持部
１８ａ 球面レンズ部
１８ｂ 非球面レンズ部
２０ スマートデバイス
２１ 表示面
２２ フロントカメラ
２２ａ レンズ
２２ｂ 撮像素子
３０ 照明用キャップ部材
３１ キャップ部
３２ 採光用レンズ
３４ フレネルレンズ
３５、３６ 拡散板
４０ カバーシート
４０ａ 中央部
４０ｂ 取っ手部
５０ 反射箱
５１、５２ 開口部
５３ 平面鏡
６０ 紐体

本発明に係るレンズユニットは、レンズと、前記レンズを保持する保持部材と、を少なくとも備え、前記レンズがスマートデバイスに設けられたカメラの光軸上に位置するように配置され、前記カメラと共に透過型複式顕微鏡を構成する。
前記レンズには、ボールレンズ又はグリンレンズを用いることができる。
また、前記保持部材は、例えば前記レンズを収容可能な貫通孔が形成された透明平板である。その場合、前記貫通孔の内壁が不透明化されていてもよい。
本発明のレンズユニットは、少なくとも前記貫通孔の開口部分が透明樹脂シートで覆われていてもよい。その場合、前記レンズの焦点位置が、前記透明樹脂シートの外面にあることが好ましい。
一方、前記レンズと前記保持部材とは一体で形成されていてもよい。
本発明のレンズユニットには、更に、前記スマートデバイス側の面及び試料側の面のうちいずれか一方又は両方に、樹脂又はゴム製の滑り止め部材を設けることができる。その場合、前記滑り止め部材には前記レンズの少なくとも一部を挿入可能な孔が形成されていてもよい。

Claims (18)

1. レンズと、前記レンズを保持する保持部材と、を少なくとも備え、
   前記レンズがスマートデバイスに設けられたカメラの光軸上に位置するように配置され、前記カメラと共に透過型複式顕微鏡を構成するレンズユニット。
2. 前記レンズは、ボールレンズ又はグリンレンズである請求項１に記載のレンズユニット。
3. 前記保持部材は、前記レンズを収容可能な貫通孔が形成された透明平板であり、前記貫通孔の内壁が不透明化されている請求項１又は２に記載のレンズユニット。
4. 少なくとも前記貫通孔の開口部分が透明樹脂シートで覆われている請求項３に記載のレンズユニット。
5. 前記レンズの焦点位置が、前記透明樹脂シートの外面にある請求項４に記載のレンズユニット。
6. 前記スマートデバイス側の面及び試料側の面のうちいずれか一方又は両方に、樹脂又はゴム製の滑り止め部材が設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載のレンズユニット。
7. 前記レンズと前記保持部材とが一体で形成されている請求項１に記載のレンズユニット。
8. 前記スマートデバイス側の面及び試料側の面のうちいずれか一方又は両方に、樹脂又はゴム製の滑り止め部材が設けられており、前記滑り止め部材には前記レンズの形状に対応する凹部が形成されている請求項７項に記載のレンズユニット。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のレンズユニットと共に使用される照明用キャップ部材であって、
   不透明材料からなり前記レンズを覆うキャップ部と、
   前記キャップ部上面に嵌め込まれた採光用レンズと
   を有し、
   前記レンズユニットと前記採光用レンズとの間に試料が配置される照明用キャップ部材。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のレンズユニットと共に使用される照明用キャップ部材であって、
    不透明材料からなり前記レンズを覆うキャップ部と、
    前記キャップ部上面に嵌め込まれた採光用拡散板と
    を有し、
    前記レンズユニットと前記採光用レンズとの間に試料が配置される照明用キャップ部材。
11. 更に、前記採光用拡散板を点光源として平行光を生成するフレネルレンズを有し、
    前記レンズユニットと前記フレネルレンズとの間に試料が配置される請求項１０に記載の照明用キャップ部材。
12. 前記レンズユニットと接触する部分に、樹脂又はゴム製の滑り止め材が取り付けられている請求項９〜１１のいずれか１項に記載の照明用キャップ部材。
13. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のレンズユニットと、
    請求項９〜１２のいずれか１項に記載の照明用キャップ部材と、
    を有する試料観察キット。
14. 更に、透明樹脂からなり、試料上に配置されるカバーシートを有する請求項１３に記載の試料観察キット。
15. 前記カバーシートは、前記照明用キャップ部材と整合する形状の中央部と、該中央部の両側に設けられた１対の取っ手部とを有する請求項１４に記載の試料観察キット。
16. 前記照明用キャップ部材の側壁下部の前記取っ手部と整合する位置には、前記カバーシートの厚さ以上の深さの切り欠きが設けられている請求項１５に記載の試料観察キット。
17. 前記レンズユニット及び前記照明用キャップ部材にはそれぞれ貫通孔が形成されており、各貫通孔には１本の紐体が挿通されている請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の試料観察キット。
18. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のレンズユニット又は請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の試料観察キットと、
    カメラ機能を有するスマートデバイスと、
    を備える透過型複式顕微鏡。