JP4451446B2 - 温度調節機構を有する観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、光分析装置又は顕微鏡に用いられる、観察対象物を含む液体の温度調節機構を有する観察装置に関する。

一般に、液体試料中に浮遊する分子を顕微鏡等の観察装置により観察する場合、分子の運動が溶液の温度変化に影響を受けるので、溶液の温度を一定に保ちながら観察を行うことが好ましい。溶液の温度を一定に保つために種々の温度調節機構が考えられている。

例えば、実開昭６０−１５６６２１号公報には、試料容器を加温するための発熱部からなる保温装置が設けられた載物台を備える顕微鏡が開示されている。また、実公平３−２５５９８号公報は、保温箱中の培養観察容器を加熱して保温し、温風ファンにより培養観察容器まわりの空気を加温して保温箱内での水蒸気の凝縮を防止する顕微鏡観察のための培養装置が開示されている。さらに、実開昭７−３６１１８号公報には、液浸対物レンズ鏡枠内に保温する液を循環させることにより、液浸対物レンズ自体を保温する構成により、観察対象物の温度を一定に保つ顕微鏡が開示されている。

前述したように、液体試料中に浮遊する分子を観察する場合には、対物レンズを液体に浸す状態となったときに、液体試料の温度が対物レンズ自体の温度に影響されて変動してしまう。しかし実開昭６０−１５６６２１号公報及び実公平３−２５５９８号公報に開示される保温するための装置は、対物レンズを介した熱の移動については、何等考慮されず、液浸対物レンズで観察を行う場合に精度の良い保温や温度調節に対して十分ではない。

また、実開昭７−３６１１８号公報に記載の液浸対物レンズを保温するためには、液浸対物レンズに保温用の循環液体を供給する通路を設ける必要があり、液浸対物レンズの外枠が大きくなり、組立て、メンテナンス、焦点位置調整のための動作などがしにくくなる問題がある。

そこで本発明は、観察対象物の保温や温度調節を精度よく行うことができる温度調節機構を有する観察装置を提供する。
本発明は、液体中の観察対象物から液浸対物レンズに入射した光を受光する光分析機能を有し、観察対象物に対する温度調節機構を有する観察装置であって、前記液浸対物レンズの外周に取り付け可能で、該液浸対物レンズを浸すように供給される液浸液体を保持する液体保持壁が形成された液受け枠と、前記液受け枠に取り付けて前記液浸対物レンズの外枠を加熱する加熱器とで構成された温度調節機構を有する観察装置を提供する。

また本発明は、液体中の観察対象物から液浸対物レンズに入射した光を受光する顕微鏡機能を有し、観察対象物に対する温度調節機構を有する観察装置であって、前記液浸対物レンズの外周に取り付け可能で、該液浸対物レンズを浸すように供給される液浸液体を保持する液体保持壁が形成された液受け枠と、前記液受け枠に取り付けて前記液浸対物レンズの外枠を加熱する加熱器と、で構成された温度調節機構を有する観察装置を提供する。

図１は、本発明の温度調節機構を有する観察装置の第１の実施形態として、光分析装置の構成例を示す図である。 図２は、図１に示した光分析装置における液受け枠の詳細な断面構成を示す図である。 図３は、本発明の温度調節機構を有する観察装置の第２の実施形態として、倒立型顕微鏡へ適用した構成例を示す図である。 図４Ａは、第１，第２の実施形態の温度調節機構に係る加熱器の第１の構成例を示す図である。 図４Ｂは、第１，第２の実施形態の温度調節機構に係る加熱器の第１の構成例の変形例を示す図である。 図５は、第１，第２の実施形態の温度調節機構に係る加熱器の第２の構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１には、本発明の温度調節機構を有する観察装置として、第１の実施形態に係る光分析機能を有する装置（光分析装置）の構成例を示し説明する。図２は、光分析装置における液受け枠の詳細な断面構成を示す図である。

光分析装置１は、大別して、２つの光源２ａ，２ｂ、倒立型蛍光顕微鏡３、液体供給回収装置４、測定データ処理部５及び制御部６で構成され、外部にパーソナルコンピュータからなる処理演算部７と表示部８が設けられている。
上記光源２ａ，２ｂは、例えばレーザ光発生装置で構成され、これらが照射したレーザ光は、フィルタ１１ａ，１１ｂ、ミラー１２ａ及びダイクロイックミラー１２ｂにより形成される光路を経て、倒立型蛍光顕微鏡３へ入射される。

倒立型蛍光顕微鏡３は、液浸対物レンズ１３、マイクロプレート１４を支持するステージ１５と、共焦点光学系１６とで構成される。この共焦点光学系１６は、レンズ１７とダイクロイックミラー１８とからなる光経路１９を通じて、レーザ光を液浸対物レンズ１３へ導く。一方、液浸対物レンズ１３からの測定光は、ダイクロイックミラー１８、吸収フィルタ２０、レンズ２１、ミラー２２及びピンホール部２３で構成される光経路２４を経て光電気信号変換装置２５に導かれ、蛍光標識された観察対象物が発する蛍光から測定信号（画像データ）に変換される。この測定信号は、測定データ処理部５へ出力され、データ化されて、処理演算部７へ出力される。光電気信号変換装置２５は、例えば、フォトマルチプライヤやアバランシェフォトダイオードで構成される。この処理演算部７は、測定データに基づいて観察対象物の特性を求め、画像化処理を行い表示部８に表示させたり、その他種々の演算処理やデータ記録等を行う。

前記液浸対物レンズ１３の上方には、ステージ１５に支持されるマイクロプレート１４が配設される。このテーブル１５は、光軸と垂直な面方向にマイクロプレート１４を移動可能構成される。このマイクロプレート１４は、観察対象物（又は、試料）を収容するための複数のウエル２６設けられている。このウエル２６は、光源２ａ，２ｂからの光が透過する用に、底面側に透明なカバーガラス２７が配設されている。液浸対物レンズ１３の先端近く外周に液受け枠２８は取り付けられている。この液受け枠２８は、供給された液浸液体３０が液浸対物レンズ１３の細部や下部にある装置に流入するのを防止するように機能する。

前記液体供給回収装置４は、液浸対物レンズ１３とマイクロプレート１４との間に液浸液体を供給する。この液体供給回収装置４は、液浸液体の供給系と回収系とで構成される。まず、供給系としては、マイクロプレート１４のカバーガラス２７と液浸対物レンズ１３との間に液浸液体３０（図２に示す）を供給するための供給ノズル３１、液浸液体３０を収容する供給ボトル３２、供給ボトル３２から供給ノズル３１へ液浸液体３０を送るポンプ３３、供給の途中で液浸液体３０を観察対象物３４と同じ温度まで加熱する加熱装置３６を有する。また、回収系としては、液受け枠２８から液浸液体３０を排出するための排出ノズル３７、この排出ノズル３７から液浸液体３０を吸引する排出ポンプ３８、及び排出された液浸液体３０を回収する廃棄ボトル３９を有する。

図２には、前述した液受け枠２８の断面構成を示し説明する。尚、ポンプ３３を搭載せずに、オペレータが手動で液浸液体の供給を行ってもよい。
液受け枠２８の内側には、装着時に液浸対物レンズ１３の外枠に沿うように配置された液体保持壁４１が設けられている。この液体保持壁４１は、液浸対物レンズ１３とカバーガラス２７との間に液浸液体３０を安定に保持する。

液浸液体３０の供給口４２は、液体保持壁４１の内側に開口している。供給口４２から液体保持壁４１の内側に供給された液浸液体３０は、液浸対物レンズ１３とカバーガラス２７との間を満たす。液体保持壁４１の外側へ溢れた液浸液体３０は液受け枠２８の溝２８ａ内にこぼれ落ち、排出ノズル３７を経て廃棄ボトル３９に回収される。

さらに液受け枠２８内には、液浸対物レンズ１３の外枠に当接して、その液浸対物レンズ１３を加熱するためのヒータ４３が備えられている。ヒータ４３により液浸対物レンズ１３を観察対象物３４と同じ温度まで加熱保持しておけば、液浸対物レンズ１３を観察対象物３４と同じ温度である液浸液体３０に浸しても熱変動はなくなる。これにより、観察対象物３４の温度を一定に保つことができる。

また、液浸液体３０の温度が観察対象物３４の温度より低い場合には、ヒータ４３で加熱し、液浸対物レンズ１３の外枠を介して液浸液体３０を観察対象物３４の温度まで上げれば、観察対象物３４の温度を一定に保つことができる。このとき、制御部６は、液受け枠２８に設けられたセンサ４４と加熱装置３６に設けられたセンサ（図示せず）からの温度情報に基づいて、液浸液体３０が観察対象物３４と同じ温度になるように、ヒータ４３と加熱装置３６の温度を調節する。

以上説明したように、本実施例によれば、液受け枠２８のヒータ４３で液浸対物レンズ１３を温めることによって、液浸液体３０の熱が液浸対物レンズ１３に移動するのを防ぐこと、または液浸対物レンズ１３を介して液浸液体３０を温めることができ、観察対象物の保温や温度調節を精度よく行うことができる。

また、供給ノズル３１、排出ノズル３７、液体保持壁４１及びヒータ４３等は液受け枠２８と一体的に構成されているため、液浸対物レンズ１３への着脱が容易である。従って、交換やメンテナンスも容易にできるようになる。また液受け枠２８は、液浸対物レンズ１３の先端部へ取り付けられる構成であるため、液浸対物レンズ１３の光軸方向の移動を妨げずに焦点合わせの動作が容易である。

本実施例では、ヒータ４３で温められた液浸対物レンズ１３を介して、液浸液体３０の保温や温度調節を行う。これに対して、液体保持壁４１を熱伝導のよい材料で形成し、ヒータ４３の発生する熱を液体保持壁４１が媒介して、液浸液体３０の温度を調節するようにしてもよい。

図３には、本発明の温度調節機構を搭載する観察装置として、第２の実施形態に係る顕微鏡機能を有する装置（例えば、倒立型顕微鏡）の構成例を示して説明する。この倒立型顕微鏡５１は、ガラスシャーレ５２を用いて観察を行う場合に温度調節機構を適用できる。前述した実施形態と同様に、液浸液体３０をシャーレ５２と液浸対物レンズ１３との間に供給し、ヒータ（図２におけるヒータ４３）で液浸液体３０の保温や温度調節を行う。また、ポンプ３３を搭載せずに、オペレータが手動で液浸液体の供給を行ってもよい。

さらに前述した実施形態では、観察装置として倒立型顕微鏡５１を用いて説明したが、液浸対物レンズを用いる正立方顕微鏡であっても、本実施形態による温度調節機構を適用することができる。この場合には、液受け枠２９は機能しないが、ヒータ４３で液浸対物レンズを温めることによって、本実施例と同様に試料の保温や温度調節を精度よく行うことができる。

図４Ａには、前述した第１，第２の実施形態における温度調節機構に係る加熱器の第１の構成例について示し説明する。
この第１の構成例は、前述した液受け枠２８中に一体的に設けられているヒータ４３に替わって、熱移動部材を有するヒータ部５１と、ヒータ部５１とは別体であり熱移動部材に近接して熱供給を行う熱供給部５２とで構成される加熱器５０を用いている。

ヒータ部５１は、ヒータ４３と同様に液受け枠２８に装着される伝熱部５１ａと、外部へ導出される熱移動部材５１ｂと、外部の熱移動部材５１ｂの端部に設けられる熱受容体５３とで構成される。この伝熱部５１ａ及び熱移動部材５１ｂは、内部にヒートパイプや循環流体を充填して、内部全体で熱循環が行われ、外部から熱移動部材５１ｂに与えられた熱が伝熱部５１ａを通じて観察対象物３４に伝熱する。

また、熱供給部５２は、熱受容体５３に熱供給するための発熱ヒータ５４と、発熱ヒータ５１にスイッチ５５を介して接続するヒータ電源５６とで構成される。発熱ヒータ５４には例えば、ニクロム線等の電熱線ヒータ、セラミックヒータ又は赤外線ヒータ等を用いてもよい。

この構成において、液受け枠２８から外部へ導出される熱移動部材５１ｂの熱受容体５３に近接して発熱ヒータ５４が配置される。発熱ヒータ５４にはヒータ電源５６からの調整された出力が供給され、制御された熱供給量を発熱する。この熱供給量を受けた熱受容体５３は、熱移動部材５１ｂ及び伝熱部５１ａを通じて観察対象物３４に発生した熱を伝熱する。

これらの構成以外にも、図４Ｂに示すように電磁誘導体を用いた熱供給部６０を用いることもできる。熱受容体５７の近傍に電磁誘導体（ＩＨ）５８を配置する。電磁誘導体（ＩＨ）６１はスイッチ６２を介して電磁誘導電源６３に接続される。電磁誘導電源６３により生成した電磁誘導を電磁誘導体（ＩＨ）６１から熱受容体５７に供給する。この時、熱受容体５７は磁性体からなり、受けた電磁誘導により発熱した熱を観察対象物３４に伝熱する。図４Ｂによる電磁誘導を利用した構成は、対物先端部が狭く充分な空間を確保できない観察状況下には特に有用である。

図５には、前述した第１，第２の実施形態の温度調節機構に係る着脱自在で温度制御可能な加熱器の第２の構成例について示し説明する。
この第２の構成例は、前述した第１の構成例におけるヒータ部５１の伝熱部５１ａを液受け枠２８に装着し、枠内部から外部へ導出した熱移動部材５１ｂに対して着脱自在な熱供給部７０を用いて外部から熱供給を行う構成である。

熱供給部７０は、外部に導出された熱伝導部材５１ｂを挟み込み、密着するように取り付けられる。熱供給部７０は、熱移動部材５１ｂとは別体であり、コイルバネ等の弾性部材７１により付勢された鉗子形状（又はクリップ形状）を成し、それぞれ顎部７２ａ，７２ｂ内には温調可能なヒータ部材７３ａ，７３ｂが少なくとも１つ内蔵される。これらのヒータ部材７３ａ，７３ｂには、ヒータ電源７４が接続され、所望する温度を熱伝導部材に供給することができる。

このように熱移動部材５１ｂを熱供給部７０の２つの顎７２ａ，７２ｂ部で挟み込んで着脱可能な構成にすることにより、点検作業も容易になり、交換も容易になる。この構成によれば、供給液を供給前に温調するだけでなく、より観察対象物３４に近いところで温度調節することにより、効率がよい温度調節を実現することができる。

以上説明した本発明による温度調節機構を有する観察装置は、以下のような効果を得ることができる。
まず、ヒータにより液浸対物レンズの外枠を試料（液体）と同じ温度に温めて、液浸液体へ液浸対物レンズを浸しているため、液浸液体から液浸対物レンズ又は液浸対物レンズから液浸液体への熱移動がなく、試料における熱の変動による測定誤差を防止することができる。

また、液浸液体の温度が対象物の温度より低い場合には、加熱器により液浸対物レンズの外枠を介して液浸液体に熱を与えることができ、容器内の対象物の温度を観測中は一定番と保つことができる。
また、液受け枠と加熱器とが一体的に構成され、液受け枠と液浸対物レンズの組立てやメンテナンスが容易であり、液浸対物レンズを動作させることも容易である。

また、ヒータ部と加熱器とを別体に構成することにより、着脱自在で外部から温調を制御することができ、また電磁誘導を利用した構成によれば、対物先端部が狭く充分な空間を確保できない観察状況下には有用である。

さらに、液浸対物レンズと容器との間に液浸液体を供給する液体供給装置を有し、液体供給装置が供給される液浸液体を加熱する液体加熱装置を有することにある。この特徴によれば、加熱装置によって加熱された液浸液体を液浸対物レンズと容器との間に供給して、容器内の試料を保温することができる。また、この試料への加熱は、加熱器の熱を液体保持壁を介在させて間接的に加熱してもよい。

以上本発明の温度調節機構を有する観察装置として、光分析機能又は、顕微鏡機能（倒立型蛍光顕微鏡、倒立型顕微鏡、及び正立方顕微鏡等）を搭載する構成例として説明したが、勿論これに限定されず、液浸対物レンズを用いて試料を観察する装置であれば、容易に適用することができる。さらに、記載されている各実施形態の構成部位を組み合わせてもよいし、また、それらの構成部位から所望に応じて、幾つかの構成部位を削除して実施することもできる。

Claims (8)

1. 液体中の観察対象物から液浸対物レンズに入射した光を受光する光分析機能を有し、観察対象物に対する温度調節機構を有する観察装置であって、
   前記液浸対物レンズの外周に取り付け可能で、該液浸対物レンズを浸すように供給される液浸液体を保持する液体保持壁が形成された液受け枠と、
   前記液受け枠に取り付けて前記液浸対物レンズの外枠を加熱する加熱器と、で構成された温度調節機構を有する観察装置。
2. 請求項１に記載の前記観察装置において、
   前記加熱器は、前記液受け枠に一体的に取り付ける構成である。
3. 請求項１に記載の前記観察装置において、
   前記加熱器は、
   液受け枠に装着された伝熱部、前記伝熱部に連通し前記液受け枠から外部へ導出される熱移動部材及び、前記熱移動部材の端部に設けられる熱受容体で構成されるヒータ部と、
   前記ヒータ部の前記熱受容体に近接して、該熱受容体に熱供給する発熱ヒータ及び前記発熱ヒータの発熱量を制御するヒータ電源とで構成される熱供給部と、
   を備える。
4. 請求項１に記載の前記観察装置において、
   前記加熱器は、
   液受け枠に装着された伝熱部、前記伝熱部に連通し前記液受け枠から外部へ導出される熱移動部材及び磁性体からなる熱受容体で構成されるヒータ部と、
   前記ヒータ部の前記熱受容体に近接して、該熱受容体に電磁誘導を与える電磁誘導体と、前記電磁誘導体から電磁誘導を発生させる電磁誘導電源とで構成される熱供給部と、
   を備える。
5. 請求項１に記載の前記観察装置において、
   前記加熱器は、
   液受け枠に装着された伝熱部、前記伝熱部に連通し前記液受け枠から外部へ導出される熱移動部材及び、前記熱移動部材の端部に設けられる熱受容体で構成されるヒータ部と、
   前記ヒータ部の前記熱受容体を挟み込む２つの顎部と、これらの顎部が閉じるように付勢する付勢部材と、前記顎部内に設けられるヒータ部材と、前記ヒータ部材を所望する温度に制御するヒータ電源とで構成される熱供給部と、
   を備える。
6. 請求項１に記載の前記観察装置において、
   前記液浸対物レンズと前記液受け枠との間で、前記液体保持壁に保持されるように前記液浸液体を供給する液体供給装置を有し、更に、
   前記液体供給装置は、前記液受け枠へ前記液浸液体を供給する前に、該液浸液体を加熱する液体加熱装置を有する。
7. 請求項１に記載の前記観察装置において、
   前記加熱器は、前記液浸対物レンズの外枠を加熱するとともに、前記液体保持壁を加熱及び温度保持する。
8. 液体中の観察対象物から液浸対物レンズに入射した光を受光する顕微鏡機能を有し、観察対象物に対する温度調節機構を有する観察装置であって、
   前記液浸対物レンズの外周に取り付け可能で、該液浸対物レンズを浸すように供給される液浸液体を保持する液体保持壁が形成された液受け枠と、
   前記液受け枠に取り付けて前記液浸対物レンズの外枠を加熱する加熱器と、で構成された温度調節機構を有する観察装置。

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