JP2020173473A - 顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】卵細胞質内精子注入法などの人工受精に適した、簡易な構成の顕微鏡が求められている。【解決手段】顕微鏡は、第1開口部を有する第1絞り部材を備えてよい。顕微鏡は、第1開口部を通った光を試料に照射するコンデンサレンズを備えてよい。顕微鏡は、第1絞り部材と交換可能に設けられた、第1偏光部材および第1波長板を備えてよい。顕微鏡は、対物レンズを備えてよい。顕微鏡は、対物レンズを通った光が入射する第2波長板および第2偏光部材を備えてよい。第1開口部は、第1開口部を通った光が試料に偏斜照明されるように設けられてよい。【選択図】図2
Description
本発明は、顕微鏡に関する。
卵細胞質内精子注入法(ICSI;intracytoplasmic sperm injection)に適した顕微鏡が提案されている(例えば、下記の特許文献1参照)。例えば、特許文献1の顕微鏡は、コンデンサレンズの前側焦点面あるいはその近傍に配置される第1の部分開口を有する開口部材と、対物レンズの後側焦点面あるいはその共役面またはそれらの近傍であって、開口部材と共役な面に配置される変調器とを備える。
卵細胞質内精子注入法(ICSI;intracytoplasmic sperm injection)などの人工受精(IVF: In Vitro Fertilization)に適した、簡易な構成の顕微鏡が求められている。
本発明の一態様に係る顕微鏡は、第1開口部を有する第1絞り部材を備えてよい。顕微鏡は、第1開口部を通った光を試料に照射するコンデンサレンズを備えてよい。顕微鏡は、第1絞り部材と交換可能に設けられた、第1偏光部材および第1波長板を備えてよい。顕微鏡は、対物レンズを備えてよい。顕微鏡は、対物レンズを通った光が入射する第2波長板および第2偏光部材を備えてよい。第1開口部は、第1開口部を通った光が試料に偏斜照明されるように設けられてよい。
[第1実施形態]
第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る顕微鏡1を示す図であり、図2は第1絞り部材2から像面(2次像面32、2次像面42)までの光路を示す図である。顕微鏡1は、光源装置3、照明光学系4、第1観察光学系5、撮像部6、及び第2観察光学系7を備える。
第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る顕微鏡1を示す図であり、図2は第1絞り部材2から像面(2次像面32、2次像面42)までの光路を示す図である。顕微鏡1は、光源装置3、照明光学系4、第1観察光学系5、撮像部6、及び第2観察光学系7を備える。
顕微鏡1は、例えば、卵細胞質内精子注入法(ICSI;intracytoplasmic sperm injection)などに用いられる倒立顕微鏡である。顕微鏡1を用いた観察の対象となる試料Sは、例えば、人または人以外の動物(例、マウス)の卵細胞などを含み、数μmのスケールの構造を区別できるレベルの解像度が要求される。顕微鏡1は、観察の対象となる試料Sの像のコントラストを、偏斜照明により高めることができる。ここでは、顕微鏡1が透過型であるものとするが、後に図11などで説明するように反射型でもよい。また、顕微鏡1は、正立顕微鏡でもよいし、落射照明および透過照明を切り替え可能な顕微鏡でもよい。
光源装置3は、光(照明光)を発する光源を含む。この光源は、LED(発光ダイオード)あるいはLD(レーザダイオード)などの固体光源でもよいし、ランプ光源などでもよい。顕微鏡1は、光源装置3を備えなくてもよく、例えば、光源装置3は、顕微鏡1に交換可能に設けられ、観察を行う際に顕微鏡1に取り付けられてもよい。照明光学系4は、光源装置3の光出射側に、レンズ9、ミラー10、レンズ11、第1絞り部材2、及びコンデンサレンズ12を備える。光源装置3から出射した照明光は、レンズ9を透過してミラー10で反射した後、レンズ11を透過する。
第1絞り部材2は、例えば、コンデンサレンズ12へ向かう光の光路に挿脱可能である。第1絞り部材2は、偏斜照明を用いる観察を行う際に、コンデンサレンズ12へ向かう光の光路に挿入される(図1に実線で示す)。第1絞り部材2は、偏斜照明を用いない観察(例、明視野観察)を行う際に、コンデンサレンズ12へ向かう光の光路から退避される(図1に2点鎖線で示す)。
第1絞り部材2は、コンデンサレンズ12へ向かう光の光路から退避不能でもよく、例えば、顕微鏡1は、偏斜照明を用いる観察専用の(明視野観察に利用しない)顕微鏡でもよい。第1絞り部材2は、照明光学系4の開口数(NA)を規定する。第1絞り部材2は、例えば、コンデンサレンズ12から出射する光に含まれる光線の角度の上限を規定する。第1絞り部材2は、例えば、レンズ11とコンデンサレンズ12との間の光路に、配置される。
図2に示すように、第1絞り部材2は、光(照明光)が通過可能な第1開口部14を有する偏斜絞りである。第1開口部14は、第1開口部14を通った光が試料Sに偏斜照明されるように設けられる。例えば、第1開口部14は、コンデンサレンズ12の光軸AX(照明光学系4の光軸)を含む面15を挟む一対の領域RE1、RE2のうち一方の領域RE1のみに、コンデンサレンズ12の光軸AXから離れた位置に配置される。第1開口部14の形状は、例えば扇形状である。第1開口部14の内周は、例えば、光軸AXを中心とする円の一部に相当する円弧状の部分16と、部分16の両端からそれぞれ光軸AXに向かって延びる直線状の部分17と、部分17の端を結ぶ直線状の部分18とを含む。
第1絞り部材2は、例えば、第1開口部14を除く部分において、光源装置3からの光を遮光する。第1絞り部材2は、例えば、コンデンサレンズ12の光軸AXの周りに回転可能である。例えば、第1絞り部材2は、光軸AXと同軸の回転軸の周りで回転可能である。第1絞り部材2を回転させることで、試料Sに対する第1開口部14の位置を変更することができる。コンデンサレンズ12は、第1絞り部材2が光路に配置された状態で、第1開口部14を通った光が入射する位置に配置される。コンデンサレンズ12は、第1開口部14を通った光を試料Sに照射する。
図1に示すように、コンデンサレンズ12は、第1絞り部材2が光路から退避された状態(図1に2点鎖線で示す)で、レンズ11から出射した光が入射する位置に配置され、レンズ11から出射した光を試料Sに照射する。試料Sは、例えば、コンデンサレンズ12の後側焦点を含む面(後側焦点面)に配置される。なお、照明光学系4は、図1の構成に限定されず、適宜変更可能である。例えば、図1において、照明光学系4は、光路をミラー10で折り曲げる光学系であるが、ミラー10を含まず光軸AXが直線的な光学系でもよい。また、第1絞り部材2よりも光源装置3に近い側に配置される部材の少なくとも一部は、照明光学系4に含まれなくてもよく、例えば光源装置3に含まれてもよい。
第1観察光学系5は、試料Sからの光(観察光)を撮像部6に導く。第1観察光学系5は、対物レンズ20、レンズ21、ミラー22、レンズ23、ミラー24、レンズ25、第2絞り部材26、ビームスプリッタ27、及びレンズ28を備える。対物レンズ20は、試料Sの観察側に配置される。対物レンズ20は、例えば、その前側焦点を含む面(前側焦点面)がコンデンサレンズ12の後側焦点面と一致するように、配置される。
なお、第1絞り部材2は、例えば、対物レンズ20の瞳面(後側焦点面)30と光学的に共役な瞳共役面の位置またはその近傍に配置される。対物レンズ20を通った光(観察光)は、レンズ21を通ってミラー22で反射した後、レンズ23に入射する。レンズ21とレンズ23との間の光路には、対物レンズ20の前側焦点面(物体面)と光学的に共役な1次像面31が形成される。1次像面31には、試料Sの1次像(例、中間像)が形成される。レンズ23を通った光は、ミラー24で反射してレンズ25を通り、第2絞り部材26に入射する。
第2絞り部材26は、例えば開口絞りであり、第1観察光学系5の開口数(NA)および第2観察光学系7の開口数(NA)を規定する。第2絞り部材26は、例えば、第1絞り部材2と光学的に共役な位置に配置される。第2絞り部材26は、例えば、対物レンズ20の瞳面30と光学的に共役な瞳共役面の位置、又は瞳面30の焦点深度の範囲以内で瞳共役面の近傍の位置に配置される。第2絞り部材26は、例えば、レンズ25とビームスプリッタ27との間の光路に、配置される。
第2絞り部材26は、例えば、対物レンズ20からの光(観察光)の光路に挿脱可能である(図1に2点鎖線で示す)。なお、偏斜照明を用いない観察(例、明視野観察)を行う際に、第2絞り部材26は、観察光の光路に挿入されてもよいし、観察光の光路から退避されてもよい。また、第2絞り部材26は、対物レンズ20からの光の光路から退避不能でもよい。
図2に示すように、第2絞り部材26は、対物レンズ20を通った光の一部が通過可能な第2開口部34を有する。第2絞り部材26は、例えば、対物レンズ20の光軸AX(第1観察光学系5の光軸、第2観察光学系7の光軸)に関して点対称(回転対称)な形状である。例えば、第2絞り部材26は、対物レンズ20の光軸AXを中心とする円環状である。第2絞り部材26は、第1絞り部材2の第1開口部14と光学的に共役な領域RE3の少なくとも一部において、対物レンズ20を通った光を遮光するように設けられる。例えば、第2開口部34の半径r1は、領域RE3において、第1開口部14の部分16に対応する円弧状の部分35の半径r2よりも小さい。
図1の説明に戻り、ビームスプリッタ27は、対物レンズ20からの光(観察光)の一部が反射し、対物レンズ20からの光(観察光)の一部が透過する特性を有する。ビームスプリッタ27で反射する光の光量と、ビームスプリッタ27を透過する光の光量との比は、任意に設定され、例えば8:2でもよいし、その他の比でもよい。第2絞り部材26を通った光(観察光)は、その一部がビームスプリッタ27で反射してレンズ28を通り、撮像部6に入射する。
レンズ23、レンズ25、及びレンズ28は、例えばリレー光学系であり、1次像面31と光学的に共役な2次像面32を形成する。2次像面32には、試料Sの2次像(例、最終像)が形成される。撮像部6は、例えばCMOSイメージセンサあるいはCCDイメージセンサなどの2次元イメージセンサを含む。この2次元イメージセンサは、2次像面32の位置またはその近傍に配置され、試料Sの2次像を撮像する。観察者(ユーザ)は、例えば、撮像部6による撮像画像により試料Sを観察することができる。
第2観察光学系7は、試料Sからの光(観察光)を、観察者の視点37に導く。第2観察光学系7は、例えば、対物レンズ20からビームスプリッタ27までの要素が第1観察光学系5と共通である。第2観察光学系7は、対物レンズ20からビームスプリッタ27に入射した光の透過側に、レンズ39、ミラー40、及び接眼レンズ41を備える。ビームスプリッタ27を透過した光は、レンズ39を通ってミラー40で反射した後、接眼レンズ41に入射する。レンズ23、レンズ25、及びレンズ39は、例えばリレー光学系であり、1次像面31と光学的に共役な2次像面42を形成する。2次像面42には、試料Sの2次像が形成される。観察者は、接眼レンズ41を介して、試料Sの2次像を観察することができる。
なお、第1観察光学系5および第2観察光学系7は、図1の構成に限定されず、適宜変更可能である。例えば、顕微鏡1は、第1観察光学系5または第2観察光学系7を備えなくてもよい。例えば、顕微鏡1は、ビームスプリッタ27、レンズ28、及び撮像部6を備えなくてもよく、試料Sの像を撮像しなくてもよい。また、顕微鏡1は、レンズ39から接眼レンズ41までの構成を備えなくてもよく、撮像部6の撮像画像により観察を行うものでもよい。この場合、ビームスプリッタ27の代わりにミラーを設けてもよい。また、第1観察光学系5は、光路を折り曲げずに2次像面32を形成するものでもよい。
次に、偏斜照明についてより詳しく説明する。図2に示すように、第1絞り部材2の第1開口部14を通った光(照明光)は、光軸AXに対して偏った方向から試料Sに入射する。照明光は、その一部が試料Sの構造で散乱あるいは回折(以下、単に散乱という)して対物レンズ20に向かい、他の一部が試料Sの構造で散乱されずに対物レンズ20に向かう。
図2において、試料Sの構造で散乱された光を符号L1(点線)で表し、試料Sの構造で散乱されない光を符号L2(実線)で表す。試料Sの構造で散乱した光L1は、試料Sの像の形成に寄与する光であり、その高NA成分であるほど解像度の確保に寄与する。試料Sの構造で散乱しない光L2は、その少なくとも一部が対物レンズ20に入射し、試料Sの背景の明るさに寄与する。
本発明者は、鋭意、研究開発を行った結果、卵細胞質内精子注入法などの人工受精に適した下記条件(下記の式(1))を見出した。
0.6≦NA2/NA1≦1.0・・・(1)
NA1:第1開口部14の開口数
NA2:第2開口部34の開口数
ここで、第1開口部14の開口数NA1、及び第2開口部34の開口数NA2の定義について説明する。図2において、符号θ1は、コンデンサレンズ12から試料Sに向かう光の光軸AXに対する最大の角度である。角度θ1は、第1絞り部材2の第1開口部14により定まり、NA1は、NA1=n1×sinθ1で表される。n1は、コンデンサレンズ12と試料Sとの間の媒質の屈折率である。
NA1:第1開口部14の開口数
NA2:第2開口部34の開口数
ここで、第1開口部14の開口数NA1、及び第2開口部34の開口数NA2の定義について説明する。図2において、符号θ1は、コンデンサレンズ12から試料Sに向かう光の光軸AXに対する最大の角度である。角度θ1は、第1絞り部材2の第1開口部14により定まり、NA1は、NA1=n1×sinθ1で表される。n1は、コンデンサレンズ12と試料Sとの間の媒質の屈折率である。
また、符号θ2は、試料Sから対物レンズ20に向かう光のうち、第2絞り部材26の第2開口部34を通ることが可能な光の光軸AXに対する最大の角度である。θ2に対応する光線を図2に符号L3で示す。NA2は、NA2=n2×sinθ2で表される。n2は、試料Sと対物レンズ20との間の媒質の屈折率であり、例えばn1と同じ値である。以下の説明において、適宜、NA2/NA1をNR(第1開口部14と第2開口部34との関係を示すパラメータ)で表す。
次に、顕微鏡1による観察例に基づいて、上記の式(1)の範囲について説明する。顕微鏡1は、例えば、位相物体および振幅物体の双方を含む試料の観察に利用される。
ここでは、卵細胞質内精子注入法(ICSI)において、実施形態に係る顕微鏡を卵細胞の観察に用いる例を説明する。図3は、卵細胞の説明図であり、符号PBは第1極体であり、符号ZPは透明帯であり、符号OVは卵子である。透明帯ZPは、位相物体の一例である。卵細胞OVの表面の凹凸は、振幅物体の一例である。ICSIの一般的な手順では、精子を尾部からキャピラリで吸引し、キャピラリの先端を透明帯ZPに刺して卵子OVに精子を注入する。ICSIを行う際に、透明帯ZPが明確に判別できれば、キャピラリの先端を透明帯ZPに迅速に刺すことでき、ICSIの成功率が高くなる。また、ICSIでは、卵細胞OVの表面の凹凸を観察することにより、卵子の質を判断する。したがって、ICSIにおいて、透明帯ZPおよび卵子OVの表面の凹凸の双方が観察できることが重要である。
本発明者は、位相物体に関して、NRの値を変化させた数値シミュレーションを行い、コントラストを調べた。図4は、数値シミュレーションの条件およびコントラストの説明図である。符号44は、数値シミュレーションの対象の構造物である。構造物44は、凸部45および凹部46が周期的に並ぶ形状であり、凸部45と凹部46との段差Hは、0.1μmである。また、凸部45の幅D1、凹部46の幅D2は、3μmである。透明帯ZPは10μm程度であるので、凸部45および凹部46が周期的に並ぶ形状の構造物44が識別できれば、透明帯ZPが識別できると考えられる。
構造物44に対して斜めから光が入射する場合、構造物44の像において、凸部45の影となる段差47に相当する部分P1の光強度が極小となり、凸部45の影とならない段差48に相当する部分P2の光強度が極大になる。本実施形態では、光強度の極大値をMAX、極小値をMINとして、コントラストCを、下記の式(2)で表す。
C=(MAX−MIN)/(MAX+MIN)・・・(2)
図5(A)、図5(B)、図5(C)は、対物レンズ20の倍率が40倍、NAが0.5、照明光および観察光の波長が550nmとしたときの数値シミュレーション結果を示すグラフである。図5(A)および図5(B)において、横軸は構造物44上の位置(単位はμm)であり、縦軸は、構造物44の像の各位置における光強度(単位は、任意単位(a.u.))である。図5(A)には、構造物44の3周期分の結果を示し、図5(B)には1周期分の結果を拡大して示した。
図5(A)、図5(B)、図5(C)は、対物レンズ20の倍率が40倍、NAが0.5、照明光および観察光の波長が550nmとしたときの数値シミュレーション結果を示すグラフである。図5(A)および図5(B)において、横軸は構造物44上の位置(単位はμm)であり、縦軸は、構造物44の像の各位置における光強度(単位は、任意単位(a.u.))である。図5(A)には、構造物44の3周期分の結果を示し、図5(B)には1周期分の結果を拡大して示した。
図5(A)および図5(B)において、符号Q1〜Q8は、それぞれ、NRの値が0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1である場合の結果に対応する。図5(C)の符号Cは、図5(A)および図5(B)に示した結果を用いて、NRの各値についてコントラストを求め、NRに対するコントラストのプロットを線で結んだものである。図5(C)において、横軸はNRの値であり、縦軸は上記の式(2)に示したコントラストである。図5(C)に示すように、コントラストは、NRの値が大きくなるほど低下する。
したがって、位相物体の観察では、NRの値が小さい方が好ましい。しかしながら、図6を参照して後述するように、NRの値が小さいほど、振幅物体の解像力が小さくなってしまうため、振幅物体の観察では、NRの値が大きい方が好ましい。上述したように、ICSIにおいて、位相物体である透明帯ZPと、振幅物体である卵子OVの表面の凹凸との双方が観察できることが重要であるため、本発明者は、以下の通り、最適なNRの値を見出した。
ここで、上述したように、図5(C)の符号Cは、NRに対するコントラストのプロットを線で結んだものであるが、撮像素子のノイズについても考慮する必要がある。試料Sの像を撮像素子で撮像する場合、撮像素子において階調(例、8ビットの場合256階調)の10%程度のランダムなノイズ(白色ノイズ)が発生するため、階調値に対して10%のノイズが発生した場合のコントラストを符号C1で示した。符号C1において、NRが1と1.1との間の値で、コントラストが0になるため、本発明者は、位相物体である透明帯を観察するためには、NRが1.0以下であることが必要であることを見出した。また、NRが0.9以下であれば、位相物体を区別することがより容易になる。
ここで、上述したように、図5(C)の符号Cは、NRに対するコントラストのプロットを線で結んだものであるが、撮像素子のノイズについても考慮する必要がある。試料Sの像を撮像素子で撮像する場合、撮像素子において階調(例、8ビットの場合256階調)の10%程度のランダムなノイズ(白色ノイズ)が発生するため、階調値に対して10%のノイズが発生した場合のコントラストを符号C1で示した。符号C1において、NRが1と1.1との間の値で、コントラストが0になるため、本発明者は、位相物体である透明帯を観察するためには、NRが1.0以下であることが必要であることを見出した。また、NRが0.9以下であれば、位相物体を区別することがより容易になる。
次に、振幅物体に関して説明する。図6(A)は、対物レンズ20の倍率が40倍、NAが0.5、照明光および観察光の波長が550nmとしたときの、NRの値が0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0における光学伝達関数(OTF)を示す図である。横軸は、空間周波数であり、縦軸は、光学伝達関数(OTF)のコントラスト値である。符号Q11〜Q16は、それぞれ、NRの値0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0に対応する。光学伝達関数のコントラスト値が0.1以上であれば、対応する空間周波数の構造を識別することができるため、ここでは、光学伝達関数のコントラスト値が0.1に対応する空間周波数の値を解像力とする。
図6(B)は、NRの値に対して、解像力(コントラスト値が0.1となる空間周波数)をプロットしたグラフである。本発明者は、卵子OV(図3参照)の表面の凹凸を観察するためには、解像力が1以上必要であること、つまり、NRが0.6以上であればよいことを見出した。なお、NRが0.7以上であればさらによい。例えば、NR(NA2/NA1)は、0.7≦NR≦0.9を満たしてもよい。
なお、顕微鏡1は、倍率が異なる複数の対物レンズ20を交換可能でもよい。この場合、第1絞り部材2および第2絞り部材26は、複数の対物レンズ20の倍率に応じて、複数セット設けられてもよい。
[第2実施形態]
第2実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図7は、第2実施形態に係る第1絞り部材2から像面(2次像面32、2次像面42)までの光路を示す図である。
第2実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図7は、第2実施形態に係る第1絞り部材2から像面(2次像面32、2次像面42)までの光路を示す図である。
本実施形態に係る顕微鏡1は、第2開口部34の一部を覆う透過率フィルタ50を備える。透過率フィルタ50は、例えば、第2絞り部材26の第2開口部34と同心、かつ第2開口部34よりも内径が小さい第3開口部51を有する。図7の符号r3は、第3開口部51の内径に相当する。透過率フィルタ50は、例えば、NDフィルタ等であり、その透過率が面内でほぼ均一である。透過率フィルタ50は、対物レンズ20を通った光(観察光)のうち、第3開口部51の外側かつ第2開口部34の内側の領域を通る光の一部のみを吸収する。
透過率フィルタ50は、例えば、対物レンズ20の瞳面30(図1参照)と光学的に共役な位置またはその近傍に配置される。図7において、透過率フィルタ50は、第2絞り部材26に対して像面側に、第2絞り部材26と近接して配置される。透過率フィルタ50は、第2絞り部材26と接してもよいし、第2絞り部材26から離れていてもよい。透過率フィルタ50は、第2絞り部材26に対して対物レンズ20側に配置されてもよいし、図7と異なる位置に配置されてもよい。
透過率フィルタ50は、例えば、対物レンズ20を通った光の光路に挿脱可能である。例えば、第2絞り部材26と透過率フィルタ50とはユニット化され、一体的に光路に挿脱される。透過率フィルタ50は、第2絞り部材26とユニット化されなくてもよいし、第2絞り部材26と別に光路に挿脱可能でもよく、光路から退避不能でもよい。透過率フィルタ50を入れることにより、コントラストを微調整することができる。
ところで、図5(C)に示すように、位相物体のコントラストを上げるには第2絞り部材26の第2開口部34をより小さくして、NRを小さくすれば良いが、図6(B)に示すように振幅物体の解像力が悪化する傾向がある。本実施形態のように、透過率フィルタ50を用いると高NA成分の一部が透過率フィルタ50を透過するので、振幅物体の解像力を維持したまま位相物体のコントラストを微調整することができる。本発明者は、0.6≦NA2/NA1≦1.0では、透過率フィルタ50の透過率Tを、T≦0.25とすることにより、コントラストを最適に微調整できることを見出した。
[第3実施形態]
第3実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図8は、第3実施形態に係る顕微鏡を示す図であり、図9は、第3実施形態に係る第1絞り部材2から像面までの光路を示す図である。
第3実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図8は、第3実施形態に係る顕微鏡を示す図であり、図9は、第3実施形態に係る第1絞り部材2から像面までの光路を示す図である。
顕微鏡1は、第1偏光部材53、第1波長板54、第2波長板55、及び第2偏光部材56を備える。第1偏光部材53は、コンデンサレンズ12へ向かう光の光路に第1絞り部材2と交換可能に設けられ、直線偏光が透過する特性を有する。第1波長板54は、第1偏光部材53とともに配置され、第1偏光部材53を透過した直線偏光を円偏光に変換する。第1波長板54は、例えば、第1偏光部材53と同様に、コンデンサレンズ12へ向かう光の光路に挿脱可能に設けられる。例えば、第1波長板54と第1偏光部材53とがユニット化された第1素子57が、レンズ11とコンデンサレンズ12との間の光路に、第1絞り部材2と交換可能に配置される。
第2波長板55は、対物レンズ20を通った光の光路に第2偏光部材56とともに配置され、第1波長板54により変換された円偏光を直線偏光に変換する。第2偏光部材56は、第2波長板55により変換された直線偏光の少なくとも一部を遮光する。例えば、第2波長板55、第2偏光部材56およびデポラライザ58がユニット化された第2素子59が、対物レンズ20とレンズ21との間の光路に挿脱可能に配置される。デポラライザ58は、第2偏光部材56を通った直線偏光を非偏光に変換する。なお、デポラライザ58は、第2素子59に含まれなくてもよい。
図10は、第1偏光部材53から第2偏光部材56までの光路における偏光状態を示す説明図である。第1偏光部材53は、例えば透過軸60を有する偏光板である。第1偏光部材53は、は、透過軸60と同方向の直線偏光が透過し、透過軸60に垂直な偏光成分を吸収する特性を有する。第1波長板54は、第1偏光部材53を透過した直線偏光L5を、円偏光L6を含む光(例、円偏光、楕円偏光)に変換する。第1波長板54は、例えば、光学軸61(進相軸、遅相軸)を有する1/4波長板である。第1波長板54は、光学軸61の方向と、光学軸61に垂直な方向とで屈折率の異方性を有し、これら2方向の偏光成分に異なる位相を付与する。第1偏光部材53の透過軸60と第1波長板54の光学軸61との角度は、例えば44°以上46°以下の範囲内(ここでは、45°として説明する)に設定される。なお、第1波長板54は、第1波長板54から出射する光が円偏光の成分を含んでいればよく、第1偏光部材53の透過軸60と第1波長板54の光学軸61との角度が、上記の範囲外であってもよい。
第1素子57により変換された円偏光L6は、コンデンサレンズ12により、試料Sに照射される。試料Sからの光は、試料Sにより散乱した光L1と、試料Sで散乱しない光L2とを含む。試料Sからの光は、対物レンズ20を通って、第2素子59に入射する。試料Sで散乱しない光L2(円偏光L6)は、第2波長板55により、直線偏光L7に変換される。第2波長板55は、例えば、第1波長板54の光学軸61と同方向の光学軸62(進相軸、遅相軸)を有する1/4波長板である。第1波長板54の光学軸61が進相軸である場合、光学軸62も進相軸であり、第1波長板54の光学軸61が遅相軸である場合、光学軸62も遅相軸である。
第2波長板55は、光学軸62の方向と、光学軸62に垂直な方向とで屈折率の異方性を有し、これら2方向の偏光成分に異なる位相を付与する。第2波長板55により変換された直線偏光L7は、直線偏光L5に対して2×45°=90°傾く。第2偏光部材56は、例えば、第1偏光部材53の透過軸60と同方向の透過軸63を有する偏光板である。よって、試料Sで散乱しない光L2は、第2偏光部材56に吸収される。
試料Sで散乱した光L1は、試料Sに入射する前と偏光状態が変化し、楕円偏光になる。この楕円偏光のうち、円偏光の成分は光L2と同様に第2偏光部材56に吸収されるが、直線偏光の成分は、第2波長板55によって円偏光となり、その一部が第2偏光部材56を透過して像面に像を結ぶ。なお、デポラライザ58は、第2偏光部材56を透過した直線偏光を非偏光に変換し、例えば、デポラライザ58よりも像面側における偏光依存性の影響を減らす。
ところで、本発明者は、鋭意、研究開発を行った結果、第1実施形態、第2実施形態では、透明帯ZPと、卵子OVの表面の凹凸は観察できるが、紡錘体の観察が困難であることを見出した。ICSIによる顕微授精では、精子を卵子にインジェクションする場合に紡錘体に傷を付けないことが重要である。したがって、紡錘体を観察することは重要である。第3実施形態の顕微鏡1は、紡錘体を観察することができ、例えばインジェクション時に紡錘体を傷つけることを避けることができる。また、第1実施形態または第2実施形態と第3実施形態とを組み合わせる場合、ICSIによる顕微授精において、卵子の透明体や卵子表面の微細な凹凸を観察することができ、かつ紡錘体を観察することができるため、受精率を向上させることができる。また、第3実施形態の顕微鏡1は、第1絞り部材と、第1素子57が交換可能(切り替え可能)に構成され、第2素子59が挿入可能に構成されているので、簡易な構成で、顕微授精の受精率を向上させることができる。なお、上述したように、デポラライザ58は、第2素子59に含まれなくてもよい。また、第3実施形態において、NA2/NA1は、上記の式(1)の範囲から選択されてもよいし、上記の(1)と異なる範囲から選択されてもよい。
図11は、変形例に係る第1偏光部材から第2偏光部材までの光路における偏光状態を示す説明図である。本変形例の顕微鏡1は、第1偏光部材53、第1波長板54、第2波長板65、及び第2偏光部材66を備える。顕微鏡1は、図8に示した顕微鏡1における第2波長板55を第2波長板65に代え、第2偏光部材56を第2偏光部材66に代えたものである。
第2素子59に入射する光は、図10と同様であるため、説明を省略する。第2波長板65は、例えば、第1波長板54の光学軸61(進相軸、遅相軸)と垂直な光学軸67(進相軸、遅相軸)を有する1/4波長板である。第1波長板54の光学軸61が進相軸である場合、光学軸67も進相軸であり、第1波長板54の光学軸61が遅相軸である場合、光学軸67も遅相軸である。
第2波長板65は、第1波長板54が付与する位相差を相殺し、円偏光を、第1偏光部材53により変換された直線偏光と同方向の直線偏光に変換する。第2偏光部材66は、例えば、第1偏光部材53の透過軸60と垂直な透過軸68を有する偏光板である。すなわち、透過軸68は、第2波長板55によって変換された直線偏光に対して垂直であり、第2偏光部材66は、この直線偏光を吸収する。
なお、図10の第2波長板55および第2偏光部材56(例、第2素子59)を光軸AXの周りで90°回転させると、図11と等価になる。また、第2波長板55および第2偏光部材56の代わりに、第1偏光部材53および第1波長板54を光軸AXの周りで90°回転させる場合も同様である。なお、第1偏光部材53、第2偏光部材56は、TE偏光とTS偏光とを、反射と透過とで分離する反射型の偏光素子でもよい。第1波長板54、第2波長板55は、屈折率の異方性を有するもの、位相差を付与するものを適宜用いることができ、例えば液晶を用いたものでもよい。
なお、第1偏光部材53および第1波長板54が第1絞り部材2と交換不能に設けられ、かつ第2偏光部材56および第2波長板55が第2絞り部材26と交換不能に設けられてもよい。例えば、第1偏光部材53および第1波長板54が第1絞り部材2の代わりに設けられ、かつ第2偏光部材56および第2波長板55が第2絞り部材26の代わりに設けられてもよい。
[第4実施形態]
第4実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図12は、第4実施形態に係る顕微鏡を示す図である。上述の実施形態において顕微鏡1は透過型であるが、本実施形態に係る顕微鏡1は、反射型である。この顕微鏡1は、試料Sを落射照明し、試料Sで反射した光を観察に用いる。
第4実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図12は、第4実施形態に係る顕微鏡を示す図である。上述の実施形態において顕微鏡1は透過型であるが、本実施形態に係る顕微鏡1は、反射型である。この顕微鏡1は、試料Sを落射照明し、試料Sで反射した光を観察に用いる。
顕微鏡1は、照明光学系71を備える。照明光学系71は、光源装置3の光出射側に、レンズ72、第1絞り部材2、レンズ73、ビームスプリッタ74、及びコンデンサレンズ(対物レンズ20)を備える。対物レンズ20は、照明光学系71と第1観察光学系5と第2観察光学系7とで共通であり、照明光学系71は、対物レンズ20をコンデンサレンズとして利用する。
光源装置3から出射した光(照明光)は、レンズ72を透過して第1絞り部材2に入射する。第1絞り部材2の第1開口部14(図2参照)を通った光は、レンズ73を透過してビームスプリッタ74に入射する。ビームスプリッタ74は、レンズ73からの光(照明光)の少なくとも一部が反射し、試料Sから対物レンズ20を介して入射する光(観察光)の少なくとも一部が透過する特性を有する。ビームスプリッタ74で反射した照明光は、コンデンサレンズ(対物レンズ20)を介して試料Sに照射される。試料Sで反射した光(観察光)は、対物レンズ20を介してビームスプリッタ74に入射し、その少なくとも一部がビームスプリッタ74を透過する。ビームスプリッタ74を透過した光は、図1と同様に観察に利用される。
なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の1つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。
1・・・顕微鏡、2・・・第1絞り部材、3・・・光源装置、4・・・照明光学系、5・・・第1観察光学系、6・・・撮像部、7・・・第2観察光学系、S・・・試料、12・・・コンデンサレンズ、14・・・第1開口部、20・・・対物レンズ、34・・・第2開口部、50・・・透過率フィルタ、53・・・第1偏光部材、54・・・第1波長板、55、65・・・第2波長板、56、66・・・第2偏光部材、60・・・透過軸(第1変更部材)、61・・・光学軸(第1波長板)、62・・・光学軸(第2波長板)、63、67・・・透過軸(第2変更部材)
Claims (1)
- 第1開口部を有する第1絞り部材と、
前記第1開口部を通った光を試料に照射するコンデンサレンズと、
前記第1絞り部材と交換可能に設けられた、第1偏光部材および第1波長板と、
対物レンズと、
前記対物レンズを通った光が入射する第2波長板および第2偏光部材と、
を備え、
前記第1開口部は、前記第1開口部を通った光が前記試料に偏斜照明されるように設けられる、顕微鏡。
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- 2020-07-06 JP JP2020116178A patent/JP2020173473A/ja active Pending
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