JP2023144666A - 顕微観察装置及びカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】一定量以上の液体サンプル中の観察対象物の拡大観察に伴う作業を効率化する。
【解決手段】ステージと、ステージに着脱可能に設けられたカートリッジと、を含み、カートリッジは、切り欠きが形成されているベースプレートと、ベースプレートに形成された切り欠きに設けられた複数の光電変換素子を含むデバイスと、ベースプレート上に設けられ且つ前記デバイスに液体サンプルを供給する流路を形成するための溝が流路長手方向に設けられている流路支持部材と、を有し、流路支持部材は、流路長手方向に沿って当該デバイスに近づくに従って、当該溝の流路長手方向に傾斜が設けられている。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、顕微観察装置及び当該顕微観察装置のステージに着脱可能に設けられるカートリッジに関する。

従来、顕微撮影装置の載置部に配置された観察対象の全体を一度に表示する顕微撮影装置が知られている（特許文献１参照）。例えば特許文献１では、光を集光するマイクロレンズおよび前記マイクロレンズにより集光される前記光を受光する受光部、を含む画素が所定の間隔で複数個配列された固体撮像装置とこの固体撮像装置上に設けられた載置部とを有する顕微撮影装置が開示されている。そしてこの載置部に観察対象を配置し、前記載置部に配置された前記観察対象を前記固体撮像装置によって撮影することで、観察対象の全体を一度に表示することが知られている。

特開２０１６－３４０９９号公報

特許文献１の技術では、液体サンプルを１滴ほど受光部に滴下することによって、液体サンプル中の対象物を拡大して観察することができる。しかしながら、一定量以上の液体サンプル中の対象物を拡大して観察するには、毎回、滴下したサンプルをスポイト等で回収容器に移した後に新たなサンプルを滴下する作業を繰り返す必要があり、作業が繁雑になるという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、一定量以上の液体サンプル中の観察対象物の拡大観察に伴う作業を効率化することを可能とする顕微観察装置及びカートリッジを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る顕微観察装置は、ステージと、前記ステージに着脱可能に設けられたカートリッジと、を備え、前記カートリッジは、切り欠きが形成されているベースプレートと、前記ベースプレートに形成された切り欠きに設けられた複数の光電変換素子を含むデバイスと、前記ベースプレート上に設けられ且つ前記デバイスに液体サンプルを供給する流路を形成するための溝が流路長手方向に設けられている流路支持部材と、を有し、前記流路支持部材は、流路長手方向に沿って当該デバイスに近づくに従って、当該溝の底面が下降するように流路長手方向に傾斜が設けられている。

本発明の第２の態様に係る顕微観察装置は、第１の態様に係る顕微観察装置であって、前記流路支持部材の上方に当該流路支持部材と対向するように設けられて前記流路の上面を形成する流路上面部材と、前記流路上面部材の液体供給側の端部の高さが、前記デバイス側の高さより高い。

本発明の第３の態様に係る顕微観察装置は、第２の態様に係る顕微観察装置であって、前記流路上面部材は前記デバイスから離れるに従って内上面の高さが上昇するように傾斜が設けられている。

本発明の第４の態様に係る顕微観察装置は、第１から３のいずれかの態様に係る顕微観察装置であって、前記流路上面部材の流体供給側の端部に設けられ且つサンプル容器を逆さにした状態で当該サンプル容器の口が着脱可能な接続アダプタを更に備え、前記接続アダプタの開口の下端の高さは、前記流路上面部材の流体供給側の端部の高さとほぼ同じである。

本発明の第５の態様に係る顕微観察装置は、第１から４のいずれかの態様に係る顕微観察装置であって、光を出射する光源と、前記光電変換素子を基準に所定の視野角に収まるように入射した光の進行角度を制御する複数の視野角制御層と、を備え、前記光源からの光の入射角が前記視野角制御層の視野角以下になるように、前記光源の指向性角度及び前記光源と前記デバイスの間の照明距離が設定されている。

本発明の第６の態様に係る顕微観察装置は、第５の態様に係る顕微観察装置であって、前記光源は、単一のＬＥＤである。

本発明の第７の態様に係る顕微観察装置は、第１から６のいずれかの態様に係る顕微観察装置であって、前記流路上面部材は、当該デバイスと空間を空けて対向する位置に設けられた光透過性の窓部材を有する。

本発明の第８の態様に係るカートリッジは、顕微観察装置の本体に着脱可能に設けられるカートリッジであって、ベースプレートと、前記ベースプレートに形成された切り欠きに設けられた複数の光電変換素子を含むデバイスと、前記ベースプレート上に設けられ且つ前記デバイスに液体サンプルを供給する流路を形成するための溝が流路長手方向に設けられている流路支持部材と、を有し、前記流路支持部材は、流路長手方向に沿って当該デバイスに近づくに従って、当該溝の底面が下降するように流路長手方向に傾斜が設けられている。

本発明の一態様によれば、液体サンプルが流路を通ってデバイス１０に供給されるので、液体サンプル中の観察対象物を順次拡大観察することができる。よって、一定量以上の液体サンプル中の観察対象物の拡大観察に伴う作業を効率化することができる。

本実施形態に係る顕微観察装置の斜視図である。 本実施形態に係る顕微観察装置からカードリッジがはずされた場合の斜視図である。 本実施形態に係るカードリッジの斜視図である。 本実施形態に係る顕微観察装置の概略構成を示す断面図である。 本実施形態に係るデバイスの断面図の一例である。 本実施形態に係るデバイスを用いた観察システムを模式的に示す電気ブロック図である。 デバイスの載置部上に観察対象が配置された様子を示す上面図である。 本実施形態に係る顕微観察装置を横から見た概略図である。 図６のＢ－Ｂ断面図である。 図６のＣ－Ｃ断面図である。 図６のＤ－Ｄ断面図である。 流路支持部材６１を上から見た図である。 本実施形態に係る顕微観察装置を上から見た図である。 図８のＡ－Ａ断面図である。 本実施形態に係る光源のスペクトル分布特性の一例である。 本実施形態に係るデバイスの一部縦断面図である。 本実施形態に係る光源の指向性を表す図である。 本実施形態に係る光源の照明距離と照射範囲の関係の一例を示す図である。

以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

図１Ａは、本実施形態に係る顕微観察装置の斜視図である。図１Ｂは、本実施形態に係る顕微観察装置からカードリッジがはずされた場合の斜視図である。図１Ｃは、本実施形態に係るカードリッジの斜視図である。図２は、本実施形態に係る顕微観察装置の概略構成を示す断面図である。

図１Ａ～図１Ｃに示すように、顕微観察装置Ｓは、ステージ２と、ステージ２上に設けられ光を出射する光源３とを有する本体１を備える。更に顕微観察装置Ｓは、本体１（具体的には例えばステージ２）に着脱可能に設けられたカートリッジ９を備える。

図１Ｃに示すように、カートリッジ９は、切り欠きが形成されているベースプレート７と、ベースプレート７に形成された切り欠きに設けられた複数の光電変換素子を含むデバイス１０とを備える。これにより図２の矢印Ａ１に示すように光源３は、カートリッジ９に設けられたデバイス１０に向かって光を照射可能である。ここでデバイス１０は、マイクロイメージングデバイス（Micro Imaging Device：ＭＩＤ）ともいう。

図１Ｃ及び図２に示すように、カートリッジ９は、ベースプレート７上に設けられ且つデバイス１０に液体サンプルを供給する流路を形成するための溝が流路長手方向に設けられている流路支持部材６１と、流路支持部材６１の上方に当該流路支持部材と対向するように設けられて前記流路の上面を形成する流路上面部材６２を備える。

図１Ｃ及び図２に示すように、カートリッジ９は、サンプル容器４を逆さにした状態で当該サンプル容器４の口が着脱可能な接続アダプタ５を更に備える。サンプル容器４に、液体サンプルが滴下されることによって接続アダプタ５を介して、流路支持部材６１と流路上面部材６２によって形成される流路に液体サンプルが流れ込む。この流路を通ってデバイス１０に液体サンプルが供給され、次に供給される液体サンプルによって押し流され、液体サンプルされた液体サンプルは流路を通って、サンプル回収容器８の中に落ちる。

図３は、本実施形態に係るデバイスの断面図の一例である。図３に示すように、デバイス１０は、固体撮像装置１１と、撮影対象を配置することができる載置部１２と、を具備する。固体撮像装置１１は、光を集光するマイクロレンズ１３、およびマイクロレンズ１３により集光される光を受光する受光部、を含む画素１４が、所定の間隔で複数個配列されることにより構成されるセンサ部を有するものである。以下に、この固体撮像装置１１について具体的に説明する。

図３に示す固体撮像装置１１において、例えばシリコン等からなる半導体基板１５には、複数の不純物層である複数のフォトダイオード層１６が、配列形成されている。本実施形態においては、例えばフォトダイオード層１６が受光部となるが、受光部は、入射される光を受光して光電変換することができる光電変換素子であればよく、必ずしもフォトダイオード層１６である必要はない。

また、複数のフォトダイオード層１６が設けられた半導体基板１５の表面上には、中間層１７が設けられており、中間層１７の表面上には、複数のマイクロレンズ１３が、配列された複数のフォトダイオード層１６の位置に対応して、配列形成されている。マイクロレンズ１３は、フォトダイオード層１６を基準に所定の視野角に収まるように入射した光の進行角度を制御する視野角制御層の一例である。

なお、中間層１７は、例えばカラーフィルタ層等のような波長選択層、中間層の表面上を平坦にするための平坦化層等である。

このような固体撮像装置１１は、フォトダイオード層１６と、このフォトダイオード層１６に光を集光するためのマイクロレンズ１３と、を含む画素１４を複数個有している。固体撮像装置１１において、複数の画素１４を所定の間隔で配列することによりセンサ部が構成されている。

このようなデバイス１０は、光源３下に配置された状態で載置部１２に観察対象を配置し、具体的には、光源３下に配置された状態で載置部１２の表面上あるいは内部に観察対象を配置し、このように配置された観察対象を固体撮像装置１１において撮影することにより、観察対象を観察することができるものである。なお、ここでは一例として光源３は、観察対象をより詳細に撮影するために設けられた撮影専用の光源であるとして説明するが、例えばデバイス１０が配置される部屋の蛍光灯等であってもよい。

図４は、本実施形態に係るデバイスを用いた観察システムを模式的に示す電気ブロック図である。図４に示す観察システムは、デバイス１０、信号処理回路であるロジック回路部１９、および表示部２０、によって構成される。

ロジック回路部１９は、デバイス１０により得られた電圧信号（ｒａｗ ｄａｔａ）に対して色補正（ホワイトバランス、カラーマトリクス）、ノイズ補正（ノイズリダクション、傷補正）、画質補正（エッジ強調、ガンマ補正）等の所定の信号処理を施し、信号処理された電圧信号を画像信号として出力する。本実施形態においては、デバイス１０に、像を結像するためのレンズや拡大縮小を目的とするレンズ等の光学レンズ系を含まないため、ロジック回路部１９には、このようなレンズ収差の補正やシェーディング補正するための補正回路は含まれていない。

このようなロジック回路部１９は、例えば画素１４が配列された領域であるセンサ部の周囲の半導体基板１５に設けることによって固体撮像装置１１に内蔵させてもよいし、固体撮像装置１１とは別基板に設けられた、固体撮像装置１１とは別部品あってもよい。

次に、表示部２０は、例えばディスプレイ装置であり、ロジック回路部１９から出力される画像信号に基づいて観察対象の画像を形成し、表示する。表示部２０は、デバイス１０の載置部１２に配置された観察対象の全体を一度に表示することができる。

このような観察システムは、表示部２０に、デバイス１０の載置部１２に配置された観察対象の全体を一度に表示することができるため、このようなシステムを用いることにより、観察対象の全体を同時にリアルタイムで観察することができる。

図５は、デバイスの載置部上に観察対象が配置された様子を示す上面図である。図５では液体サンプルが供給されて、ある瞬間において液体サンプル中の観察対象物２１が配置されたものとする。本実施例においては、例えば画素１４の間隔Ｐが１μｍ、マイクロレンズ１３の視野角θが１０ｄｅｇ、固体撮像装置１１のセンサ部２２内に１０００個×１０００個の画素１４が形成された１０Ｍセンサを有するデバイス１０の載置部１２の表面上に、１０００μｍの観察対象物２１が配置されたものとする。なお、図５においては、センサ部２２内に配置される画素１４の数については省略している。また、図５に示すセンサ部２２は、この周囲に設けられたワイヤー２３により、例えばロジック回路部１９が設けられた基板２４に電気的に接続されている。

図６は、本実施形態に係る顕微観察装置を横から見た概略図である。図７Ａは、図６のＢ－Ｂ断面図である。図７Ｂは、図６のＣ－Ｃ断面図である。図７Ｃは、図６のＤ－Ｄ断面図である。図７Ｄは、流路支持部材６１を上から見た図である。図８は、本実施形態に係る顕微観察装置を上から見た図である。図９は、図８のＡ－Ａ断面図である。

図６及び図９に示すように接続アダプタ５は、流路上面部材６２の流体供給側の端部に設けられている。図６及び図９に示すように接続アダプタ５は例えば、サンプル容器４の口が接続するための開口がベースプレート７に対して略垂直に設けられている。これにより、サンプル容器４の口を下方に向けて開口に嵌めることにより、容易に流路に、サンプル容器４に滴下した液体サンプルを流しこむことができる。

図７Ａに示すように、流路支持部材６１の内面と流路上面部材６２の内面で囲まれた領域として流路が形成されている。図７Ａに示すように、流路支持部材６１には、溝Ｒ１が流路長手方向に設けられている。図７Ａ～図７Ｃに示すように溝の幅はＬ１である。

図７Ｂ及び図７Ｄに示すように、デバイス１０の載置部１２の上方において、流路支持部材６１には貫通孔６１１が設けられている。貫通孔６１１は一例として流路の長手方向の幅がＬ３で流路の横幅Ｌ１と同じ横幅Ｌ１である。これにより、貫通孔６１１を介してデバイス１０の載置部１２に液体サンプルが供給される。流路支持部材６１には、デバイス１０から液体を排出する流路を形成するための溝が長手方向に設けられている。これにより、液体サンプルが流路支持部材６１の端部方向に排出される。
図７Ｃに示すように、流路支持部材６１の端部に、一例として幅Ｌ１の貫通孔６１２が設けられ、この貫通孔６１２から液体サンプルが流れ落ちることにより、液体サンプルがサンプル回収容器８に落ちて回収される。

図５及び図９に示すように、流路支持部材６１は、流路長手方向にデバイス１０に近づくに従って、溝Ｒ１の底面高さが下降するように傾斜が設けられている。これにより、液体サンプルが流路を通ってデバイス１０に供給される。

図８に示すように、流路上面部材６２は、当該デバイス１０と空間を空けて対向する位置に設けられた光透過性（例えば透明）の窓部材６３を有する。これにより、この窓部材６３を通って、デバイス１０に光が供給される。

図９に示すように、流路上面部材６２の液体供給側の端部の高さＨ２が、デバイス１０側の高さＨ１より高い。これによって、気泡が流路上面部材６２の液体供給側の端部側の溜まることが促進され、気泡がデバイス１０面の上に供給されるのを防止することができる。

また図９に示すように、流路上面部材６２はデバイス１０から離れるに従って内上面の高さが上昇するように傾斜が設けられている。これにより、流路上面部材６２の内上面が、角がないスロープ状になるので、角に気泡が付着するのを防止することができる。

図９に示すように接続アダプタ５は、流路上面部材の流体供給側の端部に連結されている。図９に示すように接続アダプタ５の開口の下端の高さは、図９では一例として高さＨ２であり、流路上面部材の流体供給側の端部の高さＨ２とほぼ同じである。これにより、液体サンプルがスムーズに流路に供給される。

図１０は、本実施形態に係る光源のスペクトル分布特性の一例である。図１０Ａに示すように本実施形態に係る光源３は例えば単一の白色ＬＥＤである。光源３は例えば全可視光タイプで、光度は例えば１５６０ｍｃｄである。

図１１は、本実施形態に係るデバイスの一部縦断面図である。図１２Ａは、本実施形態に係る光源の指向性を表す図である。図１２Ｂは、本実施形態に係る光源の照明距離と照射範囲の関係の一例を示す図である。
特許文献１で説明されているように、デバイス１０は、マイクロレンズ１３の頂点から所定の距離Ｌ以内に配置される観察対象を撮影することができるものである。ここで、所定の距離Ｌとは、固体撮像装置１１のマイクロレンズ１３の視野角θおよび固体撮像装置１１に配列される画素１４の間隔Ｐにより決定される距離である。

デバイス１０によって観察対象を撮影することができる条件は、図１１に示すように、観察対象の撮影面の距離をＳ、画素１４の間隔をＰとして、以下のように表現される。
２×Ｓ≦Ｐ・・・（式１）

撮影面の距離Ｓが上記式１を満足しない場合、観察対象からの光は、本来受光される画素１４において受光される他、当該画素１４に隣接する他の画素１４においても受光され
てしまうこととなり、デバイス１０は観察対象を、いわゆるピンボケした状態で撮影してしまう。ここで、観察対象の撮影面の距離Ｓは、マイクロレンズ１３の視野角をθ、マイクロレンズ１３の頂点から観察対象までの距離をＬとして、以下のように表現される。
ｔａｎθ＝Ｓ／Ｌ・・・（式２）

以上の式１および式２より、マイクロレンズ１３の頂点から観察対象までの距離Ｌは、以下のように表現される。
Ｌ≦Ｐ／（２×ｔａｎθ）・・・（式３）

式３より、本実施形態に係るデバイス１０は、マイクロレンズ１３の頂点からの距離Ｌが、Ｐ／（２×ｔａｎθ）以内に配置される観察対象を撮影することができるものである。

ここで光源３からの光の入射角がマイクロレンズ１３の視野角以下になるように、光源３の指向性角度及び光源３とデバイス１０の間の照明距離が設定されている。具体的には光源３からの光の入射角がマイクロレンズ１３の視野角以下になるように例えば図１２Ａに示すように光源指向性角は例えば７０ｄｅｇであり、図１２Ｂに示すようように光源３とデバイス１０の表面との間の距離である照明距離は３６．５ｍｍに設定される。この場合に上記スペックの光源３は、光源３から垂直下方に３６．５ｍｍ離れた点を含み且つ光線に対して垂直な面における照射範囲Ｒ２は縦が３．２ｍｍ、横が４．７ｍｍである。複数のマイクロレンズ１３全体がこの照射範囲に収まるように、光源指向性角と照明距離が設定されている。
なお照明配置垂直角は０ｄｅｇである。

以上、本実施形態に係る顕微観察装置Ｓは、ステージ２と、ステージ２に着脱可能に設けられたカートリッジ９と、を備える。このカートリッジ９は、切り欠きが形成されているベースプレート７と、ベースプレート７に形成された切り欠きに設けられた複数の光電変換素子を含むデバイス１０と、ベースプレート７上に設けられ且つデバイス１０に液体サンプルを供給する流路を形成するための溝が流路長手方向に設けられている流路支持部材６１と、を有する。この流路支持部材６１は、流路長手方向に沿ってデバイス１０に近づくに従って、当該溝の底面が下降するように流路長手方向に傾斜が設けられている。

この構成により、液体サンプルが流路を通ってデバイス１０に供給されるので、液体サンプル中の観察対象物を順次拡大観察することができる。よって、一定量以上の液体サンプル中の観察対象物の拡大観察に伴う作業を効率化することができる。

以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Ｓ 顕微観察装置
１ 本体
１０ デバイス
１１ 固体撮像装置
１２ 載置部
１３ マイクロレンズ
１４ 画素
１５ 半導体基板
１６ フォトダイオード層
１７ 中間層
１８ ロジック回路部
１９ ロジック回路部
２ ステージ
２０ 表示部
２１ 観察対象物
２２ センサ部
２３ ワイヤー
２４ 基板
３ 光源
４ サンプル容器
５ 接続アダプタ
６１ 流路支持部材
６１１、６１２ 貫通孔
６２ 流路上面部材
６３ 窓部材
７ ベースプレート
８ サンプル回収容器
９ カートリッジ

Claims (8)

1. ステージと、
   前記ステージに着脱可能に設けられたカートリッジと、
   を備え、
   前記カートリッジは、
   切り欠きが形成されているベースプレートと、
   前記ベースプレートに形成された切り欠きに設けられた複数の光電変換素子を含むデバイスと、
   前記ベースプレート上に設けられ且つ前記デバイスに液体サンプルを供給する流路を形成するための溝が流路長手方向に設けられている流路支持部材と、
   を有し、
   前記流路支持部材は、流路長手方向に沿って当該デバイスに近づくに従って、当該溝の底面が下降するように流路長手方向に傾斜が設けられている
   顕微観察装置。
2. 前記流路支持部材の上方に当該流路支持部材と対向するように設けられて前記流路の上面を形成する流路上面部材と、
   前記流路上面部材の液体供給側の端部の高さが、前記デバイス側の高さより高い
   請求項１に記載の顕微観察装置。
3. 前記流路上面部材は前記デバイスから離れるに従って内上面の高さが上昇するように傾斜が設けられている
   請求項２に記載の顕微観察装置。
4. 前記流路上面部材の流体供給側の端部に設けられ且つサンプル容器を逆さにした状態で当該サンプル容器の口が着脱可能な接続アダプタを更に備え、
   前記接続アダプタの開口の下端の高さは、前記流路上面部材の流体供給側の端部の高さとほぼ同じである
   請求項１から３のいずれか一項に記載の顕微観察装置。
5. 光を出射する光源と、
   前記光電変換素子を基準に所定の視野角に収まるように入射した光の進行角度を制御する複数の視野角制御層と、
   を備え、
   前記光源からの光の入射角が前記視野角制御層の視野角以下になるように、前記光源の指向性角度及び前記光源と前記デバイスの間の照明距離が設定されている。
   請求項１から４のいずれか一高に記載の顕微観察装置。
6. 前記光源は、単一のＬＥＤである
   請求項５に記載の顕微観察装置。
7. 前記流路上面部材は、当該デバイスと空間を空けて対向する位置に設けられた光透過性の窓部材を有する
   請求項１から６のいずれか一項に記載の顕微観察装置。
8. 顕微観察装置の本体に着脱可能に設けられるカートリッジであって、
   ベースプレートと、
   前記ベースプレートに形成された切り欠きに設けられた複数の光電変換素子を含むデバイスと、
   前記ベースプレート上に設けられ且つ前記デバイスに液体サンプルを供給する流路を形成するための溝が流路長手方向に設けられている流路支持部材と、
   を有し、
   前記流路支持部材は、前記流路長手方向に前記デバイスに近づくに従って、前記溝の高さが下降するように傾斜が設けられている
   カートリッジ。