JP2019015774A - ヘッド、顕微鏡及び観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】観察対象にかかわらず対象物を精度よく観察する。
【解決手段】本発明に係るヘッドは、対象物を観察するための顕微鏡に用いられるヘッドであって、顕微鏡の光学系と対象物の間に配置され、対象物に対向する対向面を有し、対向面には、凹部が形成されている。本発明に係る顕微鏡は、上記ヘッドと、前記光学系を介して入射する光に応じた電気信号を出力する撮像素子と、を備え、前記顕微鏡の光学系は、前記ヘッドの前記対向面に焦点を設定することが可能な光学系である。
【選択図】図４

Description

本発明は、ヘッド、顕微鏡及び観察方法に関する。

顕微鏡などを用いることで指先の毛細血管などを観察することができる。毛細血管の観察結果は、例えば、疾患の発見や治療に活用される。

毛細血管の観察は、主として、手の爪の周辺の皮膚を、顕微鏡を用いて観察することにより行われる（例えば特許文献１参照）。この種の観察に用いられる顕微鏡は、観察対象となる指を載置するための指先固定部材と、この指先固定部材の上方に位置決めされた撮像機構を備えている。被験者が指先固定部材の上に指を載せると、撮像機構によって、被験者の指先の皮膚が撮影される。そして、撮影されることにより得られる画像情報は、例えばコンピュータなどの外部機器へ出力される。観察者は、コンピュータの画面に映し出される画像によって、被験者の指の毛細血管などの様子を視認することができる。

特開２００６−３２５７１４号公報

特許文献１に開示された装置を用いることで、指先の毛細血管の観察を容易に行うことができる。しかしながら、上記装置では、観察対象の指を指先固定部材に載置する必要がある。そのため、指以外の他の部位の毛細血管の観察を行うのは困難である。

本発明は、上述の事情の下になされたもので、観察対象や部位にかかわらず対象物を精度よく観察することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るヘッドは、対象物を観察するための顕微鏡に用いられるヘッドであって、顕微鏡の光学系と対象物の間に配置され、対象物に対向する対向面を有し、対向面には、凹部が形成されている。

本発明に係る顕微鏡は、本発明のヘッドと、光学系を介して入射する光に応じた電気信号を出力する撮像素子と、を備え、顕微鏡の光学系は、ヘッドの対向面に焦点を設定することが可能な光学系である。

また、本発明に係る観察方法は、本発明の顕微鏡を用いた対象物の毛細血管を観察するための方法であって、対象物の観察領域にペーストを塗布する工程と、対象物の観察領域に、本発明の顕微鏡を構成するヘッドの対向面を押圧する工程と、を含む。

本実施形態に係る電子顕微鏡の斜視図である。 ヘッドの斜視図である。 ヘッドの断面を示す図である。 電子顕微鏡の断面を概略的に示す図である。 処理装置のブロック図である。 電子顕微鏡の使用手順を説明するための図である。 電子顕微鏡の使用手順を説明するための図である。 指先の皮膚を観察したときに得られる画像を示す図である。 電子顕微鏡の使用手順を説明するための図である。 ヘッドの変形例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る電子顕微鏡１０の斜視図である。電子顕微鏡１０は、例えば人の皮下の毛細血管などを観察対象物とする電子顕微鏡である。電子顕微鏡１０は、顕微鏡本体３０と、顕微鏡本体３０に着脱自在に取り付けられるヘッド２０を有している。

図２は、ヘッド２０の斜視図である。ヘッド２０は、透明の樹脂からなり、＋Ｙ方向へ向かって外径が小さくなるテーパー形状に整形されている。図３は、ヘッド２０のＸＺ断面を示す図である。図３に示されるように、ヘッド２０は、内部が空洞の部材である。ヘッド２０は、Ｘ軸に平行な軸Ｓを中心とする円筒形状の円筒部２０ａと、＋Ｘ側に突出する円錐状の突出部２０ｂとの２部分からなる

円筒部２０ａの内側には、顕微鏡本体３０に装着するための雌ネジ部が形成されている。また、突出部２０ｂの＋Ｘ側端には、ＹＺ面に平行な面が底面となった凹部２０ｃが形成されている。凹部２０ｃの深さ（Ｘ軸方向の深さ）は、例えば０．２〜１．０ｍｍ程度である。凹部２０ｃの底面は、平坦度が高い平面であり、電子顕微鏡１０によって観察される観察対象物に対向する。また、凹部２０ｃの底面と反対の面２０ｄは、底面と平行で平坦度が高い平面となっている。凹部２０ｃの底面と面２０ｄは、光線通過に支障がないように十分に平滑に磨かれている。

ヘッド２０は、例えば樹脂を射出成型することにより形成され、円筒部２０ａ，突出部２０ｂ，凹部２０ｃなどが一体的に構成されている。

図４は、電子顕微鏡１０のＸＺ断面を概略的に示す図である。図４に示されるように、顕微鏡本体３０は、鏡筒３１、鏡筒３１に取り付けられるキャップ３２、ケーシング３３、光学系４２、撮像素子４３、処理装置４４、発光ダイオード４５を備えている。

鏡筒３１は、内部が中空の円筒状の部材である。鏡筒３１は、例えば、樹脂、或いはアルミやステンレスなどの金属からなり、長さ（Ｘ軸方向の寸法）が１０ｃｍ程度の部材である。鏡筒３１の、外周面にはラバーや樹脂などからなるグリップが設けられている。このグリップにより、電子顕微鏡１０が手から落下することなどが防止される。

キャップ３２は、例えば、樹脂、或いはアルミニウムやステンレスなどの金属を素材とする円形板状の部材である。キャップ３２の中央部には、円形の開口が形成され、この開口には、中央に開口が設けられた円形のガラス板３２ａがはめ込まれている。また、キャップ３２の側面には、ヘッド２０を螺合するための雄ネジ部が形成されている。図４に示されるように、キャップ３２は、鏡筒３１の＋Ｘ側の面に固定される。

キャップ３２には、ヘッド２０が装着される。キャップ３２へのヘッド２０の装着は、ヘッド２０の円筒部２０ａの内側に形成された雌ネジ部と、キャップ３２の雄ネジ部とを螺合することによって行う。キャップ３２にヘッド２０が装着されたときには、ヘッド２０の凹部２０ｃの中心が軸Ｓと一致した状態になる。また、凹部２０ｃの底面は、軸Ｓと直交した状態になる。

ケーシング３３は、例えば樹脂、或いはアルミニウムやステンレスなどの金属を素材とする容体状の部材である。ケーシング３３は、＋Ｘ側が開放されており、鏡筒３１の−Ｘ側の底面に固定される。ケーシング３３と鏡筒３１の底面によって、処理装置４４が収容される空間が規定される。

光学系４２は、キャップ３２の−Ｘ側に配置されている。光学系４２は、１組のレンズ群を有するズームレンズ光学系である。光学系４２は、複数のレンズ、絞り、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ、などから構成される。顕微鏡本体３０に設けられるズームリングを回動することにより、電子顕微鏡１０の焦点を観察対象物にフォーカスさせることができる。光学系４２は、その光軸が、凹部２０ｃの中心を通り、面２０ｄと直交する軸Ｓと一致した状態で配置される。

光学系４２の近傍には、複数の発光ダイオード４５が配置されている。発光ダイオード４５の姿勢は、発光ダイオード４５の光軸が、仮想面６０と軸Ｓの交点を通るように調整されている。発光ダイオード４５の光軸と軸Ｓとのなす角は小さいほど好ましい。発光ダイオード４５は、光学系４２の焦点に向かう照明光を射出する。発光ダイオード４５からの照明光により、観察対象物が照明される。

発光ダイオード４５からの照明光は、一定の角度をもってキャップ３２の面２０ｄに入射し、大部分が観察対象物を照明する。また、観察対象物の観察に邪魔になる一部の光は面２０ｄで反射するが、反射光は光学系４２の外側を通過する。

撮像素子４３は、光学系４２の−Ｘ側に配置されている。撮像素子４３は、入射する光に応じた電気信号を出力するセンサである。撮像素子４３としては、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary MOS）センサなどを用いることができる。

上述した光学系４２により、ヘッド２０の対向面近傍に位置する観察対象物の像が、撮像素子４３の受光面に結像する。これにより、撮像素子４３からは、観察対象物の像に応じた電気信号が出力される。

処理装置４４は、マイクロコンピュータである。処理装置４４は、撮像素子４３から出力される電気信号に基づいて、画像情報を生成したり、光学系４２の絞りの調整をしたりするなど、電子顕微鏡１０を構成する各部を統括的に制御する。図５は、処理装置４４のブロック図である。図５に示されるように、処理装置４４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４４ａ、主記憶部４４ｂ、補助記憶部４４ｃ、インタフェース部４４ｄ、及び上記各部を接続するシステムバス４４ｅを有している。

ＣＰＵ４４ａは、補助記憶部４４ｃに記憶されるプログラムを読み出して実行する。そして、プログラムに応じて、撮像素子４３から出力される電気信号から、所定の形式のビデオデータを生成する。

主記憶部４４ｂは、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリを有している。主記憶部４４ｂは、ＣＰＵ４４ａの作業領域として用いられる。

補助記憶部４４ｃは、ＲＯＭ（Read Only Memory）、磁気ディスク、半導体メモリなどの不揮発性メモリを有している。補助記憶部４４ｃは、ＣＰＵ４４ａが実行するプログラムを記憶している。

インタフェース部４４ｄは、アナログインタフェース、ＬＡＮインタフェース、ＵＳＢインタフェース、ＨＤＭＩ（登録商標）インタフェースなどを備えている。上述した撮像素子４３は、インタフェース部４４ｄを介して、処理装置４４に接続される。また、パソコンなどの外部機器も、図１に示されるケーブル５０を介して、インタフェース部４４ｄに接続される。これにより、電子顕微鏡１０と外部機器との間での通信が可能になる。ケーブル５０としては、例えばＵＳＢケーブルや、ＨＤＭＩ（登録商標）ケーブルなどを用いることができる。

上述のように構成される処理装置４４は、撮像素子４３から出力される電気信号に基づいて画像情報を生成する。そして、生成した画像情報をエンコードして得られる画像データを、図１に示されるケーブル５０を介して外部装置へ出力する。画像データの形式としては、例えばＡＶＩや、ＭＰＥＧなどが考えられる。

次に、上述した電子顕微鏡１０の動作について説明する。電子顕微鏡１０を使用する際には、図６に示されるように、電子顕微鏡１０を、デスクトップパソコンやノートパソコンなどの外部機器と接続する。これにより、観察対象物を、モニタを介して観察することが可能な顕微鏡システム２００が構成される。外部機器が起動している状態では、電子顕微鏡１０へケーブル５０を介して電力が供給される。これにより、電子顕微鏡１０を構成する処理装置４４の動作が可能になる。

この状態のときには、光学系４２の像面に形成される画像に基づく電気信号が、撮像素子４３から処理装置４４へ出力される。そして、処理装置４４によって、電気信号に基づく画像データが外部装置へ出力される。これにより、外部装置のモニタに、画像データに基づく画像が映し出される。

そのため、図７に示されるように、電子顕微鏡１０のヘッド２０の対向面を、例えば人の皮膚などの観察対象物１００に密着させると、皮下の毛細血管の画像を外部機器のモニタに映し出すことができる。図８は、指先の皮下を観察したときに得られる画像の一例である。電子顕微鏡１０を用いることで、皮下の毛細血管や、毛細血管を流れる血液の様子を観察することができる。

なお、図８に示されるように、指先の毛細血管はＵ字状にターンしているように観察されるが、唇や歯茎などを除く他の身体上の部位では、図８に示される毛細血管のうちＵ字状になった先端部のみが観察される。

以上説明したように、本実施形態に係る電子顕微鏡１０では、ヘッド２０の対向面を、図７に示されるように、観察対象物１００に密着させることで、観察対象物１００の皮下の毛細血管を観察することができる。したがって、ヘッド２０を密着させることが可能な観察対象物であれば、観察対象物の種類や場所などを問わず観察を行うことができる。

例えば、特許文献１に開示されるような装置の場合には、観察対象物が予め指先などに限定される。しかしながら、本実施形態に係る電子顕微鏡１０では、ヘッド２０を観察対象物に密着させることができれば、当該観察対象物を観察することができる。したがって、観察対象物や観察部位が限定されることがなく、１つの装置で種々の観察を行うことが可能となる。

本実施形態に係る電子顕微鏡１０を用いることで、観察対象物の種類や部位にかかわらず、種々の観察を行うことができる。このため、観察機器の低コスト化を図ることができる。また、本実施形態に係る電子顕微鏡１０は、観察対象物を載置するためのステージや、台などを必要としないので、装置構造が単純である。このため、観察機器の製造コストを削減することができる。

また、本実施形態では、発光ダイオード４５からの照明光は、一定の角度をもってキャップ３２の面２０ｄに入射する。このとき、観察対象物の観察に邪魔になる一部の光は面２０ｄで反射するが、反射光は光学系４２の外側を通過する。このため、従来のように、映像が反射光によって影響を受けることなく、観察を行うことができる。

以上のように、本実施形態に係る電子顕微鏡１０は、軸Ｓに直交する面２０ｄで反射される照明光によって映像に影響を受けない構造となっており、ヘッド２０の凹部２０ｃにペースト状の物質を充填することによって、皮膚表面での反射光を無くし、皮下の毛細血管を良好に透視できるようにしたものである。

従来は、皮膚の表面で照明光が反射することによる影響を、無色透明な油性の液を皮膚に塗布することで排除して、皮下の毛細血管を観察した。しかしながら、従来の方法では、皮膚表面の不規則な凹凸に従って、塗布した油性の液の表面にも凹凸が形成されることがある。この場合、液表面で不規則に反射した照明光の一部が顕微鏡の光学系に入射することで、観察画面に入射光による白とびが発生することがある。これにより、皮下の毛細血管の一部や全部の観察が不可能になることがあった。

本発明では、ヘッド２０の面２０ｄと軸Ｓとが直交するように設定され、発光ダイオード４５からの照明光の反射光が、光学系４２に入射しない設定となっている。このため、照明光の反射光が電子顕微鏡の視野に入らないため、観察対象物を常時良好に観察することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、観察対象物を観察する際に、電子顕微鏡１０を構成するヘッド２０の対向面を、観察対象物に直接対向させることとした。これに限らず、例えば図９に示されるように、観察対象となる観察対象物１００の観察面に、例えばオイル（油性体）や、ローション、アルコール或いは水などの液体や、ジェルなどのペースト１０１を塗布し、ペースト１０１が塗布された観察面にヘッド２０の対向面を密着させることとしてもよい。このようにすることで、ヘッド２０の凹部２０ｃがペースト１０１によって満たされ、観察対象物１００の視認性が向上する。

ペースト１０１を用いて観察対象物１００を観察する際には、ヘッド２０の凹部２０ｃに空気が入らないように、ヘッド２０を観察対象物に当てる。ヘッド２０を観察対象物に当てるときには、観察対象物の表面がなるべく窪まないようにソフトに当てることが好ましい。これにより、凹部２０ｃにペースト１０１が充填され、人の皮膚などの細かい凹凸が形成された観察対象物の表面からの反射光がなくなる。この現象は、川や海などの水面を外から肉眼で見ると、表面の反射光によりキラキラして内部が見えにくいが、水中メガネや底がガラスになった箱メガネを水面につけてみると、水中がよく観察できる原理と似ている。

指の爪の近傍を観察する場合には、ヘッド２０を取り外した電子顕微鏡をスタンド、台などに装着することによって、当該電子顕微鏡を観察部位に接触させることなく、観察対象物の観察を行うことも従来同様可能である。本実施形態に係る電子顕微鏡１０は、従来の血流観察が指の爪近傍に限られていたものを、凹部２０を備えるヘッド２０を装着し、これを介して観察を行うことにより、手や足の裏や甲、全身の皮膚、唇、舌、頭皮など、従来観察が困難な部位のおおよそすべてにおいて、血流の観察を無反射で可能にしたものである。

頭部の毛髪の根本や皮膚、或いは皮膚の血流を観察する場合には、ヘッド２０の先端をできるだけ小径に整形するのが好ましい。

さらに、指先の観察では、ヘッド２０を取り外して、指先を載置する観察台の上方に電子顕微鏡１０を固定して用いる。これにより、電子顕微鏡と指との距離が常に一定に維持され、指先の観察を精度よく行うことができる。

観察対象物１００としての皮膚や皮下の血管が画像として観察される領域（観察領域）は直径０．５ｍｍ程度の円形の部分であるが、ヘッド２０の先端部及び凹部２０ｃの直径は１０ｍｍ程度、或いはそれ以上とすることが好ましい。ヘッド２０の凹部２０ｃの直径を観察領域より十分大きくする理由は、皮下の毛細血管を観察する場合、観察領域の近くがヘッド２０に押されると、デリケートな毛細血管の血流が影響を受けるためである。

上記実施形態では、ヘッド２０が透明の樹脂からなる場合について説明した。これに限らず、ヘッド２０は、凹部を構成する部分のみが透明の樹脂からなり、他の部分は可視光を遮光する樹脂から構成されていてもよい。また、図１０に示されるように、ヘッド２０の突出部２０ｂに、Ｘ軸方向に貫通する開口２０ｈと、開口２０ｈを包囲する段部２０ｆを形成し、開口２０ｈに円形のガラス板２０ｇを嵌め込むこととしてもよい。このように、ヘッド２０に形成された凹部２０ｃの底壁面をガラスとすることで、ヘッド２０の耐久性を向上することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 電子顕微鏡
２０ ヘッド
２０ａ 円筒部
２０ｂ 突出部
２０ｃ 凹部
２０ｄ 面
２０ｆ 段部
２０ｇ ガラス板
２０ｈ 開口
３０ 顕微鏡本体
３１ 鏡筒
３２ キャップ
３２ａ ガラス板
３３ ケーシング
４２ 光学系
４３ 撮像素子
４４ 処理装置
４４ａ ＣＰＵ
４４ｂ 主記憶部
４４ｃ 補助記憶部
４４ｄ インタフェース部
４４ｅ システムバス
４５ 発光ダイオード
５０ ケーブル
６０ 仮想面
１００ 観察対象物
１０１ ペースト
２００ 顕微鏡システム

Claims (7)

1. 対象物を観察するための顕微鏡に用いられるヘッドであって、
   前記顕微鏡の光学系と前記対象物の間に配置され、前記対象物に対向する対向面を有し、
   前記対向面には、凹部が形成されているヘッド。
2. 前記ヘッドの前記対向面は、前記光学系の光軸に直交する請求項１に記載のヘッド。
3. 前記ヘッドは、樹脂からなる請求項１又は２に記載のヘッド。
4. 前記凹部の底壁面はガラスあるいは樹脂からなる請求項１又は２に記載のヘッド。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のヘッドと、
   前記光学系を介して入射する光に応じた電気信号を出力する撮像素子と、
   を備え、
   前記顕微鏡の光学系は、前記ヘッドの前記対向面に焦点を設定することが可能な光学系である顕微鏡。
6. 光軸が、前記対向面で前記光学系の光軸と交わる複数の光源を備える請求項５に記載の顕微鏡。
7. 請求項５又は６に記載の顕微鏡を用いた対象物の観察方法であって、
   前記対象物の観察領域にペーストを塗布する工程と、
   前記対象物の前記観察領域に、前記顕微鏡を構成する前記ヘッドの前記対向面を当てる工程と、
   を含む観察方法。

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