JP2016045428A - 門型観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】門型フレームの剛性を向上し、大きな標本の観察容易性を向上する。【解決手段】２以上の支柱部３ａと、該支柱部３ａの上部に掛け渡されて両持ち梁状に支持される梁状部３ｂとを備える門型フレーム３と、該門型フレーム３の梁状部３ｂの下方に間隔をあけて配置され、標本Ａを搭載するステージ６と、該ステージ６の上方に鉛直下方に向けて配置され、ステージ６に搭載された標本Ａに照明光を照射する一方、標本Ａからの戻り光を集光する対物レンズ７と、該対物レンズ７をその光軸に沿う方向に移動可能に支持する焦準ユニット５と、照明光を標本Ａ上において２次元的に走査させる走査ユニット４とを備え、焦準ユニット５および走査ユニット４が、門型フレーム３の梁状部３ｂの下面よりも上方に配置されている門型観察装置１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、門型観察装置に関するものである。

従来、標本を載置するステージの上方に掛け渡すように配置される門型フレームにレーザ走査型顕微鏡ユニットを搭載した門型観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）

特開２００２−３５０３２０号公報

しかしながら、特許文献１の門型観察装置では、ステージの上方にステージに対向して配置される対物レンズを上下方向に駆動するための駆動機構が走査型顕微鏡ユニットに吊り下げられる形で配置されているため、走査型顕微鏡ユニットを搭載する門型フレームの梁状部の下方に、駆動機構の動作範囲を確保し、かつ駆動機構自体を配置するための大きな空間が必要となっている。
このため、門型フレームを構成している２本の支柱が長くなり、門型フレームの剛性が低下する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、門型フレームの剛性を向上し、大きな標本の観察容易性を向上することができる門型観察装置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。
本発明の一態様は、２以上の支柱部と、該支柱部の上部に掛け渡されて両持ち梁状に支持される梁状部とを備える門型フレームと、該門型フレームの前記梁状部の下方に間隔をあけて配置され、標本を搭載するステージと、該ステージの上方に鉛直下方に向けて配置され、前記ステージに搭載された前記標本に照明光を照射する一方、前記標本からの戻り光を集光する対物レンズと、該対物レンズをその光軸に沿う方向に移動可能に支持する焦準ユニットと、前記照明光を前記標本上において２次元的に走査させる走査ユニットとを備え、前記焦準ユニットおよび前記走査ユニットが、前記門型フレームの前記梁状部の下面よりも上方に配置されている門型観察装置を提供する。

本態様によれば、ステージに搭載された標本に対し、焦準ユニットの作動によって対物レンズを上下方向に移動させて焦点位置を標本に一致させ、対物レンズを介して標本に照射される照明光を走査ユニットによって２次元的に走査させ、標本からの戻り光を対物レンズにより集光することにより、標本の２次元的な像を観察することができる。走査ユニットおよび焦準ユニットを門型フレームに搭載することにより、梁状部の下方に前後に貫通する空間を形成し、大きな標本もステージに搭載することができる。この場合において、対物レンズを上下に移動させる焦準ユニットおよび照明光を走査する走査ユニットが、いずれも門型フレームの梁状部の下面より下方に突出しないので、門型フレームの梁状部の下方の空間を最大限に確保することができる。

すなわち、梁状部の下方の空間が焦準ユニットや走査ユニットによって占有されないので、支柱部の長さを短くして梁状部の下方の空間を最小限に抑えつつ、標本を配置するための空間を確保することができる。その結果、門型フレームの剛性を向上し、大きな標本の観察容易性を向上することができる。

上記態様においては、前記対物レンズの光軸が、前記支柱部の観察者側の面よりも観察者側にオフセットした位置に配置されていてもよい。
このようにすることで、ステージに搭載した標本に対物レンズを対向させて観察を行う際に、対物レンズの両側方に門型フレームの支柱部が配置されないので、標本の交換やパッチの操作等において支柱部が邪魔にならずに済み、観察時における標本の取扱容易性を向上することができる。

また、上記態様においては、前記走査ユニットおよび前記焦準ユニットが、前記門型フレームの前記梁状部に独立に固定されていてもよい。
このようにすることで、焦準ユニットを取り外すことなく走査ユニットを交換することができる。これにより、焦準ユニットを性能を変化させることなく、種々の走査ユニットを使用することができる。

また、上記態様においては、前記焦準ユニットが、前記梁状部に固定されたガイド部と、該ガイド部に沿って上下方向に移動可能に支持されたスライダと、該スライダと前記対物レンズとを連結するアームとを備え、該アームが、前記スライダと前記対物レンズの光軸とを結ぶ方向に直線状に延びていてもよい。
このようにすることで、対物レンズとスライダとを連結するアームの長さを最小限に抑えて、軽量化および剛性向上を図り、焦準ユニットの動作精度を向上することができる。

また、上記態様においては、前記梁状部が、筒状部材により構成されていてもよい。
このようにすることで、筒状部を中実部材によって構成するよりも軽量化を図りつつ、十分な剛性を確保することができる。筒状部材としては、一体的な筒状部材であってもよいし、板材をボルト等で締結したボックス構造のものでもよい。

また、前記ステージが、前記対物レンズの光軸に沿う方向に前記標本を移動させるＺステージ部と、前記対物レンズの光軸に直交する２方向に前記標本を移動させるＸＹステージ部とを備え、該ＸＹステージ部が、２方向に前記標本を移動させるための手動操作部を備え、前記Ｚステージ部が、前記ＸＹステージ部に搭載されていてもよい。

このようにすることで、Ｚステージ部に標本を搭載し、Ｚステージ部を操作することで、標本の高さ位置を調節することができる。この場合において、Ｚステージ部の下部に配置されたＸＹステージ部を手動操作部により操作して、標本の水平方向位置を調節する場合に、Ｚステージ部の作動により標本の位置が上下しても、ＸＹステージ部の手動操作部の高さ位置を変更せずに済み、暗室での手探りによる操作時にも操作を容易にすることができる。

また、上記態様においては、前記ステージが、前記対物レンズの光軸に沿う方向に前記標本を移動させるＺステージ部と、前記対物レンズの光軸に直交する２方向に前記標本を移動させるＸＹステージ部とを備え、該ＸＹステージ部が、前記Ｚステージ部に搭載されるとともに、前記対物レンズに対向する領域近傍に上下方向に貫通する開口を備え、前記Ｚステージ部に、前記開口を透過してきた照明光を拡散させる光学ディフューザが設けられていてもよい。

このようにすることで、ＸＹステージ部に標本を搭載し、Ｚステージ部を操作することで、標本の高さ位置を調節することができる。照明光が標本を透過した場合には、透過した照明光はＸＹステージ部に設けられた開口を貫通してＺステージ部に至り、Ｚステージ部に設けられている光学ディフューザによって拡散させられる。光学ディフューザをＺステージ部に設けることで、ＸＹステージ部およびＺステージ部の作動によっても光学ディフューザの水平方向位置を動かさずに済み、比較的小さな光学ディフューザによって照明光の終端を構成することができる。

本発明によれば、門型フレームの剛性を向上し、大きな標本の観察容易性を向上することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る門型観察装置を示す側面図である。 図１の門型観察装置の正面図である。 図１の門型観察装置の平面図である。 図１の門型観察装置に備えられる焦準ユニットの内部構造を示す（ａ）横断面図、（ｂ）縦断面図である。 図１の門型観察装置の門型フレームの梁状部の構造を示す一部を破断した斜視図である。 図４の焦準ユニットの変形例を示す平面図である。 図１の門型観察装置の変形例を示す正面図である。 図１の門型観察装置の他の変形例を示す正面図である。 図８の門型観察装置に備えられる光学ディフューザを示す縦断面図である。

本発明の一実施形態に係る門型観察装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る門型観察装置１は、レーザ走査型顕微鏡装置であって、図１〜図３に示されるように、ベースプレート２に固定された門型フレーム３と、該門型フレーム３にそれぞれ独立に固定された走査ユニット４および焦準ユニット５と、門型フレーム３の下方に配置され、標本Ａを載置するステージ６と、焦準ユニット５に固定された対物レンズ７とを備えている。
図中、符号８は、観察者が目視により標本Ａを観察するための接眼光学系である。

門型フレーム３は、ベースプレート２から立ち上がる２本の支柱部３ａと、該支柱部３ａの上端に両持ち梁状に掛け渡される梁状部３ｂとを備えている。
梁状部３ｂは、図１および図５に示されるように、４つの板状部材を図示しないボルト等によって締結した中空の筒状部材により構成され、筒状部材の長手軸を水平方向に配置している。

走査ユニット４は、門型フレーム３の梁状部３ｂ上面の略中央に固定される筐体４ａと、該筐体４ａ内に配置され、図示しない光源から入射されてきたレーザ光（照明光）を２次元的に走査するスキャナ４ｂと、該スキャナ４ｂにより走査されたレーザ光をリレーする光学系４ｃと、該光学系４ｃによりリレーされたレーザ光を偏向して射出させるミラー４ｄとを備えている。走査ユニット４からのレーザ光の射出口は、門型フレーム３の梁状部３ｂの観察者側の面（前面）よりも観察者側にオフセットした位置に配置され、鉛直下方に向けてレーザ光を射出することができるようになっている。走査ユニット４は梁状部３ｂの上面に固定されることにより、梁状部３ｂの下面よりも下方には突出しないように配置されている。
なお、梁状部３ｂの下面が一様な平面ではない場合、例えば、梁状部３ｂの中央部分が部分的に括れて高くなっている場合においては、ここでいう梁状部３ｂの下面は梁状部３ｂの最下面をいうものとする。

焦準ユニット５は、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、門型フレーム３の梁状部３ｂに上下方向に沿って固定されるガイドレール５ａと、該ガイドレール５ａによって上下方向に移動可能に支持されるスライダ５ｂと、該スライダ５ｂを上下方向に駆動するモータ５ｃおよびボールねじ５ｄからなる直動機構と、スライダ５ｂから延び、先端に対物レンズ７を支持するアーム５ｅとを備えている。図中、符号５ｆはモータ５ｃのシャフトとボールねじ５ｄとを連結するカップリングである。

ガイドレール５ａは門型フレーム３の梁状部３ｂ前面の中央から水平方向に離れた位置に固定されている。また、アーム５ｅもスライダ５ｂから門型フレーム３の中央に向かい、かつ、観察者側に突出（オーバハング）するように延びている。対物レンズ７は、その光軸を走査ユニット４の射出口から射出されるレーザ光の光軸と一致させるように、走査ユニット４の射出口の鉛直下方に配置されている。

これにより、対物レンズ７は、門型フレーム３の前面よりも観察者側にオフセットした位置に配置されている。そして、直動機構のモータ５ｃを作動させ、カップリング５ｆおよびボールねじ５ｄを介してスライダ５ｂを上下方向に移動させることにより、対物レンズ７を上下動させて、レーザ光の焦点位置を上下方向に調整することができるようになっている。

また、本実施形態においては、焦準ユニット５は門型フレーム３の梁状部３ｂの下面よりも下方に突出しないように取り付けられている。図１に示されるように、スライダ５ｂが最下位に配置されている状態では、アーム５ｅの先端に取り付けた対物レンズ７のみが梁状部３ｂの下面よりも下方に突出するようになっており、焦準ユニット５自体は梁状部３ｂの下面よりも上方に維持されるようになっている。

ステージ６は、対物レンズ７の鉛直下方および門型フレーム３の梁状部３ｂの鉛直下方の領域を広くカバーする位置に配置され、ラット、マウス、猿等の大きな標本Ａを横たえることができるようになっている。ステージ６は、搭載した標本Ａを鉛直（Ｚ）方向および水平（Ｘ，Ｙ）２方向に移動させることができるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る門型観察装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る門型観察装置１を用いて標本Ａの観察を行うには、ステージ６上に標本Ａを搭載し、ステージ６の作動によって標本ＡのＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置を大まかに調節する。また、接眼光学系８を介して標本Ａを目視で観察しながら、焦準ユニット５を作動させて、対物レンズ７の焦点位置を標本Ａの観察部位に一致させる。

この状態で、走査ユニット４を作動させて光源からのレーザ光を標本Ａにおいて２次元的に走査させ、標本Ａからの戻り光（例えば、反射光や蛍光）を図示しない検出器によって検出することにより、標本Ａの画像を取得する。取得された画像は、図示しないモニタに表示される。観察者はモニタに表示された画像によって標本Ａの拡大観察を行うことができる。

この場合において、本実施形態に係る門型観察装置１によれば、走査ユニット４および焦準ユニット５がいずれも、門型フレーム３の梁状部３ｂの下面よりも上方に配置され、梁状部３ｂの下面よりも下方に突出しないので、門型フレーム３の下方かつステージ６上方の空間を大きく確保することができるという利点がある。

すなわち、従来、走査ユニットの下方に焦準ユニットおよび対物レンズを直列に取り付けて、焦準ユニットが梁状部３ｂの下面よりも下方に常時配置されていたのとは異なり、門型フレーム３の下方の空間が焦準ユニット５により占有されることが防止される。その結果、門型フレーム３の支柱部３ａを短くしても門型フレーム３とステージ６との間の空間を広く確保することができ、門型フレーム３の剛性を高めて焦準ユニット５の動作精度を向上することができるという利点がある。

また、本実施形態に係る門型観察装置１によれば、走査ユニット４と焦準ユニット５とが、門型フレーム３の梁状部３ｂに独立に固定されているので、焦準ユニット５を取り外すことなく走査ユニット４を取り外して、他の走査ユニット４に交換することができる。この場合に、焦準ユニット５を取り外さずに済むので、焦準ユニット５を精度よく位置決め固定するための再調整作業が不要であるという利点がある。

また、本実施形態に係る門型観察装置１によれば、梁状部３ｂがブロック構造等による筒状部材によって構成されているので、剛性を確保しながら軽量化されており、コストを低減し動作精度を向上することができるという利点がある。

また、本実施形態に係る門型観察装置１によれば、焦準ユニット５を梁状部３ｂの前面に固定して対物レンズ７の光軸を梁状部３ｂの前面よりも観察者側のオーバハングさせているので、ステージ６に搭載した標本Ａに対物レンズ７を対向させて観察を行う際に、対物レンズ７の両側方に門型フレーム３の支柱部３ａを配置させずに済む。したがって、標本Ａの交換やパッチの操作等において支柱部３ａが邪魔にならずに済み、観察時における標本Ａの取扱容易性を向上することができるという利点がある。

特に、本実施形態に係る門型観察装置１は、門型フレーム３を採用することにより、ステージ６を広く確保することができ、大きな標本Ａを搭載することができる。例えば、標本Ａとして猿の脳を観察する場合に、観察者側に突出して配置された対物レンズ７の鉛直下方に猿の頭部を配置し、猿の下肢を門型フレーム３の梁状部３ｂの下方の空間を通して奥側（対物レンズ７を挟んで観察者とは反対側）に配置することができる。この場合に支柱部３ａが邪魔にならないので、標本Ａに無理な姿勢をとらせることなく観察を行うことができる。

なお、本実施形態においては、焦準ユニット５において、スライダ５ｂに対して対物レンズ７をさらに大きく観察者側に突出させる場合には、図６に示されるように、スライダ５ｂと対物レンズ７の光軸とを直線的に結ぶ形態のアーム５ｅを採用することが好ましい。このようにすることで、アーム６ｅの長さを最短にすることができ、焦準ユニット５の動作精度を向上することができる。

また、ステージ６としては、図７に示されるように、手動操作部９ａ，９ｂによって手動操作されるＸＹステージ部９の上にＺステージ部１０を載置した形態のものを採用してもよい。Ｚステージ部１０については手動でも電動でもよい（図は操作部１０ａを有する場合を示している。）。Ｚステージ部１０の作動によって、搭載した標本Ａを上下方向に移動させ、ＸＹステージ部９の作動によって標本Ａを水平２方向に移動させることができる。この場合に、Ｚステージ部１０の作動によって標本Ａの上下方向位置を調節してもＸＹステージ部９を手動操作するための手動操作部９ａ，９ｂの高さ位置を変動させずに済む。したがって、接眼光学系８による観察を行いながら、あるいは暗室内によって手探りで手動操作部９ａ，９ｂを操作する場合にも簡単に手動操作部９ａ，９ｂを見つけることができ、操作容易性を向上することができるという利点がある。

また、ステージ６として、図８に示されるように、搭載した標本Ａを上下方向に移動させるＺステージ部１０の上に標本Ａを水平２方向に移動させるＸＹステージ部９を載置した構造のものを採用してもよい。この場合には、ＸＹステージ部９を上下方向に貫通する開口部９ｃをＸＹステージ部９の対物レンズ７に対向する領域近傍に設け、Ｚステージ部１０には、対物レンズ７の光軸上に図９に示される光学ディフューザ１１を配置することが好ましい。開口部９ｃは、ＸＹステージ部９を作動させても対物レンズ７の光軸にＸＹステージ部９が干渉しない範囲に設けられていることが好ましい。

このようにすることで、ＸＹステージ部９上に標本Ａが配置されている状態でも、レーザ光が標本Ａを透過する場合、あるいは、標本Ａが配置されていない状態において、ＸＹステージ部９の開口部９ｃにレーザ光を透過させ、その下方に配置されている光学ディフューザ１１によって拡散させることができる。

ＸＹステージ部９が作動しても、光学ディフューザ１１が対物レンズ７の光軸上に常時固定されているので、光学ディフューザ１１自体の寸法は小さくて済み、コストを抑えることができるとともに、簡易にレーザ光の終端を形成することができる。光学ディフューザ１１は、図９に示されるように、円筒部１１ａの内部に円錐状の突起部１１ｂを有し、突起部１１ｂの外面においてレーザ光を拡散させ円筒部１１ａ内面において遮光することで、迷光の発生を防止することができる。

Ａ 標本
１ 門型観察装置
３ 門型フレーム
３ａ 支柱部
３ｂ 梁状部
４ 走査ユニット
５ 焦準ユニット
５ａ ガイドレール（ガイド部）
５ｂ スライダ
５ｅ アーム
６ ステージ
７ 対物レンズ
９ ＸＹステージ部
９ａ，９ｂ 手動操作部
９ｃ 開口部（開口）
１０ Ｚステージ部
１１ 光学ディフューザ

Claims (7)

1. ２以上の支柱部と、該支柱部の上部に掛け渡されて両持ち梁状に支持される梁状部とを備える門型フレームと、
   該門型フレームの前記梁状部の下方に間隔をあけて配置され、標本を搭載するステージと、
   該ステージの上方に鉛直下方に向けて配置され、前記ステージに搭載された前記標本に照明光を照射する一方、前記標本からの戻り光を集光する対物レンズと、
   該対物レンズをその光軸に沿う方向に移動可能に支持する焦準ユニットと、
   前記照明光を前記標本上において２次元的に走査させる走査ユニットとを備え、
   前記焦準ユニットおよび前記走査ユニットが、前記門型フレームの前記梁状部の下面よりも上方に配置されている門型観察装置。
2. 前記対物レンズの光軸が、前記支柱部の観察者側の面よりも観察者側にオフセットした位置に配置されている請求項１に記載の門型観察装置。
3. 前記走査ユニットおよび前記焦準ユニットが、前記門型フレームの前記梁状部に独立に固定されている請求項１または請求項２に記載の門型観察装置。
4. 前記焦準ユニットが、前記梁状部に固定されたガイド部と、該ガイド部に沿って上下方向に移動可能に支持されたスライダと、該スライダと前記対物レンズとを連結するアームとを備え、該アームが、前記スライダと前記対物レンズの光軸とを結ぶ方向に直線状に延びている請求項１から請求項３のいずれかに記載の門型観察装置。
5. 前記梁状部が、筒状部材により構成されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の門型観察装置。
6. 前記ステージが、前記対物レンズの光軸に沿う方向に前記標本を移動させるＺステージ部と、前記対物レンズの光軸に直交する２方向に前記標本を移動させるＸＹステージ部とを備え、
   該ＸＹステージ部が、２方向に前記標本を移動させるための手動操作部を備え、
   前記Ｚステージ部が、前記ＸＹステージ部に搭載されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の門型観察装置。
7. 前記ステージが、前記対物レンズの光軸に沿う方向に前記標本を移動させるＺステージ部と、前記対物レンズの光軸に直交する２方向に前記標本を移動させるＸＹステージ部とを備え、
   該ＸＹステージ部が、前記Ｚステージ部に搭載されるとともに、前記対物レンズに対向する領域近傍に上下方向に貫通する開口を備え、
   前記Ｚステージ部に、前記開口を透過してきた照明光を拡散させる光学ディフューザが設けられている請求項１から請求項５のいずれかに記載の門型観察装置。

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