JP4751533B2

JP4751533B2 - 顕微鏡用液浸レンズ

Info

Publication number: JP4751533B2
Application number: JP2001215899A
Authority: JP
Inventors: 健一小山; 健一日下; 由美小池
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2021-07-16
Also published as: JP2003029157A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、培養液のような溶液中に浸された生きた細胞を試料として観察するための顕微鏡に用いられる顕微鏡用液浸レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、生物分野の研究では、生きた細胞を試料として顕微鏡を使った観察や実験が行われるようになっている。
【０００３】
このような場合、観察や実験の間、試料である細胞を生かし続ける必要があるため、試料を培養液のような溶液中に浸すのがほとんどで、これにより、倒立顕微鏡の照明レンズ(以下、コンデンサと称す)や正立顕微鏡の観察用レンズ(以下、対物レンズ)は、培養液中に浸されるか、または、培養液中に浸されない程度の長い作動距離を有するものが必要になっている。
【０００４】
一方、このような細胞観察において、マニピュレーションを行う場合、試料とレンズの間に、マニピュレータ操作のための空間が必要となり、また、細胞のイオンチャンネルを流れるピコアンペアレベルのイオン電流を計測するような場合は、電源などの電気的なノイズ源を有する顕微鏡本体と培養液中の試料とを電気的に絶縁する必要がある。
【０００５】
これらの条件を満足させるため、倒立顕微鏡のコンデンサでは、長い作動距離を持たせ、正立顕微鏡の対物レンズでは、レンズ先端を培養液に浸すような設計がなされている。
【０００６】
ところが、長い作動距離を有するものは、作動距離を確保するために焦点距離が長くなるため、開口数が設計的、システム的に制限され、また、溶液中に浸さないため、溶液面のゆれによる観察への悪影響が問題になっている。これに対して、レンズ先端を培養液に浸すようにすれば、大きな開口数を確保することができ、さらに溶液面のゆれによる観察への悪影響も無くすことができる。
【０００７】
そこで、従来、実用新案登録番号第２５８８１１０号公報に開示されるように対物レンズ先端部の導電性材料からなる中枠と外枠の電解液に浸る部分に、シリコン、テフロン（登録商標）などの絶縁部材をコーティングしたもの、実開昭５９-１０９３１０号公報に開示されるように対物レンズ鏡筒のレンズを除く先端部を弾性カバーにより被覆したもの、および特開平６-２０８０５９号公報に開示されるように対物レンズ鏡筒により、最終レンズのレンズ面を鏡筒先端より突出させて保持し、この最終レンズのみを培養液中に浸すようにしたものなど、レンズ先端を培養液に浸して使用するようなものが多く考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実用新案登録番号第２５８８１１０号公報に開示されたものは、対物レンズ先端を絶縁部材によりコーティングした程度では、導電性材料の中枠と外枠が培養液中に晒されて腐食し易いという問題が発生する。また、絶縁部材としてシリコンやテフロン（登録商標）を用いてコーティングすることは、その製造工程を安定させることが難しいという問題が生じる。
【０００９】
また、実開昭５９-１０９３１０号公報に開示されるものは、対物レンズ先端が金属性でないため、溶液中に浸しても金属部が腐食して溶け出すという問題は生じないが、対物レンズ鏡筒の外側にさらにカバーを設けるため、対物レンズ先端の径が大きくなってしまい、マニピュレータ操作のための空間を確保できなくなるという問題が生じる。
【００１０】
さらに、特開平６-２０８０５９号公報に開示されるものは、溶液中に浸される部分は最終レンズ部分のみとなるため、コンデンサ先端の金属部が腐食して溶液中に溶け出すという問題は生じないが、最終レンズがコンデンサ先端から大きく突出するため、コンデンサ全体の取り扱いを慎重にしないと、レンズをどこかにぶつけるなどして一部を破損してしまうという問題を生じる。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、大きな開口数を確保できるとともに、溶液内への金属の溶け出しや電気的なノイズの影響を防止でき、さらにマニピュレーション操作や取り扱いを簡単にできる顕微鏡用液浸レンズを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、試料との間を溶液で満たして使用される顕微鏡用液浸レンズにおいて、レンズ群本体と、前記レンズ群本体に取り付けられ、且つ先に行くほど小径になるようなテーパ形状部を有し、このテーパ形状部の先端にレンズ保持手段を有するレンズ枠と、前記レンズ枠のレンズ保持手段に保持された試料近接レンズと、前記レンズ枠のテーパ形状部および前記試料近接レンズの周囲を覆うように設けられた電気的絶縁材からなるカバー部材と、少なくとも前記カバー部材と前記試料近接レンズの間に介在される液密部材とを具備したことを特徴としている。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記液密部材は、シリコン系接着剤からなることを特徴としている。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記液密部材は、弾性部材からなるＯリングからなることを特徴としている。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記試料近接レンズは、一方面側に先に行くほど小径になるようなテーパ形状部が形成されるとともに、他方面側に曲面が形成され、前記テーパ形状部が前記レンズ枠より外部に突出するように前記レンズ保持手段に保持され、前記カバー部材は、前記レンズ枠のテーパ形状部から前記試料近接レンズのテーパ形状部にかけて覆うように設けられることを特徴としている。
【００１６】
この結果、本発明によれば、溶液中に試料近接レンズを浸すことができるので、大きな開口数を確保することができ、また、溶液中に浸されるレンズ枠および試料近接レンズの周囲は、電気的絶縁材からなるカバー部材で覆われるので、金属部が溶液中に晒され腐食して溶け出すことを皆無にできる。
【００１７】
また、カバー部材と試料近接レンズの間には、液密部材が介在されるので、溶液がレンズ枠まで進入するのを防止でき、溶液進入によるレンズ枠の腐食も防止できる。
【００１８】
さらに、レンズ群本体側を溶液に対して電気的に絶縁しているので、顕微鏡本体側からの電気的ノイズが溶液に伝わるのを防止でき、ノイズの混入のない正確な測定などを行うことができる。
【００１９】
さらにまた、カバー部材は、試料近接レンズのテーパ形状部周囲を直接覆う構造となっていて、カバー部材のテーパ形状部の傾き角度を比較的余裕を持って設定できるので、マニピュレーションを行う場合の試料のアクセス角度を大きく取ることもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００２１】
(第１の実施の形態)
図１は、本発明が適用される顕微鏡用液浸レンズの概略構成、図２は、同顕微鏡用液浸レンズの要部を拡大した概略構成を示すものである。
【００２２】
図において、１はレンズユニットで、このレンズユニット１は、顕微鏡用液浸レンズとして倒立顕微鏡の照明レンズ（コンデンサ）または正立顕微鏡の観察用レンズ(対物レンズ)を構成している。
【００２３】
レンズユニット１は、レンズ群本体１ａを有し、このレンズ群本体１ａには、先端レンズ群２が取り付けられている。
【００２４】
先端レンズ群２は、レンズ枠３を有している。このレンズ枠３は、円筒状をなすもので、一方端部をレンズ群本体１ａに取り付けられ、また、他方端部には、先に行くほど小径になるようなテーパ形状部３ａが形成され、このテーパ形状部３ａ先端には、レンズ保持手段として、テーパ形状部３ａ先端の円周方向に沿ってレンズ嵌合部３ｂが形成されるとともに、このレンズ嵌合部３ｂの一方側縁部にレンズ当て付け面３ｃが形成されている。また、レンズ枠３の外周面には、ネジ部３ｄが形成されている。
【００２５】
レンズ枠３の中空部には、中心軸Ｏに沿って複数のレンズ４、５、６が配置されている。このうちのレンズ４、５は、レンズ枠３のレンズ群本体１ａ側端部と中間部にそれぞれ環状の固定部材７、８により固定されている。また、レンズ６は、試料近接レンズをなすもので、レンズ本体６ａの一方面側に先に行くほど小径になるようなテーパ形状部６ｂが形成されるとともに、他方面側に正の曲率を有する曲面６ｃが形成されたもので、テーパ形状部６ｂがレンズ枠３より外部に突出するように、レンズ本体６ａ周面をレンズ枠３のレンズ嵌合部３ｂに嵌合するとともに、曲面６ｃを有する他方面の周縁にレンズ当て付け面３ｃを当て付けられ、レンズ枠３のテーパ形状部３ａ先端に位置決めされている。
【００２６】
レンズ枠３には、このレンズ枠３のテーパ形状部３ａからレンズ６のテーパ形状部６ｂにかけて覆うためのカバー部材９が設けられている。このカバー部材９は、ＰＢＴなどの電気的絶縁性の高いプラスチック材料が用いられ、筒状をなし、一方端部の内面にレンズ枠３のネジ部３ｄにねじ込まれるネジ部９ａが形成されるとともに、他方端部に先に行くほど小径になるようなテーパ形状部９ｂが形成されている。また、テーパ形状部９ｂ内面のレンズ６のテーパ形状部６ｂに対応する部位には、円周方向に沿って突起９ｄが形成されている。
【００２７】
このようなカバー部材９は、レンズ枠３のネジ部３ｄにネジ部９ａをねじ込むことで、レンズ枠３のテーパ形状部３ａおよびレンズ６のテーパ形状部６ｂの周囲を覆うように固定される。この場合、カバー部材９のねじ込みとともに、テーパ形状部９ｂ内面の突起９ｄがレンズ６のテーパ形状部６ｂに当接され、レンズ６全体をレンズ枠３のレンズ当て付け面３ｃ側に押圧することで、レンズ６のレンズ枠３への固定をさらに確実にしている。また、カバー部材９のテーパ形状部９ｂ先端とレンズ６のテーパ形状部６ｂ先端面は、ほぼ面一になっている。
【００２８】
カバー部材９のテーパ形状部９ｂとレンズ６のテーパ形状部６ｂとの隙間には、液密部材としてシリコン系接着剤１０が充填されている。この場合、シリコン系接着剤１０は、カバー部材９の取り付け前に、予めレンズ６のテーパ形状部６ｂに塗布しておき、カバー部材９をレンズ枠３のネジ部３ｄにねじ込むことで、カバー部材９のテーパ形状部９ｂとレンズ６のテーパ形状部６ｂの間に充填される。
【００２９】
そして、このように構成されたレンズユニット１は、ペトリディッシュ１１内の例えば培養液などの溶液１２中に配置された試料１３に対向して設けられる。この場合、レンズユニット１は、カバー部材９のテーパ形状部９ｂとともに、レンズ６面が溶液１２中に浸され、試料１３の観察に必要な作動距離が確保されている。
【００３０】
従って、このようにすれば、溶液１２中にレンズユニット１の先端部を浸すことができるので、大きな開口数を確保することができ、また、溶液１２中に浸されるレンズユニット１の先端部は、電気的絶縁性の高いプラスチック材料からなるカバー部材９とレンズ６面のみで、金属部が溶液１２中に晒されることがないので、金属部が腐食して溶け出すようなことを皆無にできる。
【００３１】
また、カバー部材９のテーパ形状部９ｂとレンズ６のテーパ形状部６ｂとの隙間には、シリコン系接着剤１０が充填され、この間を液密に形成しているので、溶液１２がレンズ枠３まで進入するのを防止することもでき、溶液１２の進入によるレンズ枠３の腐食も確実に防止できる。
【００３２】
さらに、レンズユニット１を溶液１２に対して電気的に絶縁しているので、顕微鏡本体側からの電気的ノイズが溶液１２に伝わるのを防止でき、試料１３として細胞のイオンチャンネルを流れるピコアンペアレベルのイオン電流を計測するような場合も、ノイズの混入のない正確な測定を行うことができる。
【００３３】
さらにまた、カバー部材９のテーパ形状部９ｂ先端とレンズ６のテーパ形状部６ｂ先端は、ほぼ面一になっていて、レンズ６がカバー部材９のテーパ形状部９ｂ先端から突出していないため、誤ってレンズ６を破損するようなことも防止でき、取り扱いを容易にできる。
【００３４】
さらにまた、カバー部材９は、レンズ６のテーパ形状部６ｂ周囲を直接覆う一重構造となっているため、カバー部材９のテーパ形状部９ｂの傾き角度を比較的余裕を持って設定できるので、マニピュレーションを行う場合の試料１３のアクセス角度θを大きく取ることができ、マニピュレータ操作のための十分な空間を確保することもできる。ちなみに、アクセス角度θは、４０°以上を確保することが好ましい。
【００３５】
なお、上述した実施の形態では、カバー部材９をレンズ枠３のネジ部３ｄにねじ込み固定するようにしたが、ネジによる固定以外の、例えば接着剤を用いた固定方法を用いてもよい。
【００３６】
(第２の実施の形態)
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３７】
第２の実施の形態は、本発明の顕微鏡用液浸レンズを倒立顕微鏡のコンデンサに適用した例を示すものである。
【００３８】
まず、図３は、倒立顕微鏡の概略構成を示すものである。図において、２０は顕微鏡本体で、この顕微鏡本体２０の上方には、ステージ２１が配置され、このステージ２１上に試料２２が載置されている。この場合、試料２２は、培養液などの溶液２３の入ったペトリディッシュ２４内に収容されている。
【００３９】
顕微鏡本体２０には、直立した支柱２０ａが設けられている。支柱２０ａ先端には、ハロゲンランプ等による光源２５を内蔵したランプハウス２６が設けられている。光源２５から発せられた光束は、図示しない照明用レンズ群を内蔵する投光管２７を通り、反射ミラー２８により反射され、本発明の顕微鏡用液浸レンズを構成するコンデンサ２９を通って試料２２に照射するようになっている。この場合、コンデンサ２９は、支柱２０ａに沿って上下動可能に設けられたスタンド３０に支持され、その先端部をペトリディッシュ２４の溶液２３中に浸された状態で試料２２との間隔を調整できるようになっている。
【００４０】
試料２２からの透過光は、対物レンズ３１および図示しない結像レンズを通って拡大像として形成され、接眼レンズ３２により観察可能になっている。
【００４１】
次に、図４（ａ）（ｂ）は、このような倒立顕微鏡に用いられるコンデンサ２９の概略構成を示している。４１は上述したレンズ群本体１ａに相当するコンデンサ本体で、このコンデンサ本体４１の上端部には、オスアリ４２と当て付け面４３が形成され、これらオスアリ４２と当て付け面４３により上述した顕微鏡本体２０のスタンド３０に支持されている。
【００４２】
コンデンサ本体４１内部の照明光軸Ｌ上には、レンズ４４、開口絞り４５および光学素子を保持したスライダ４６が配置されている。この場合、開口絞り４５は、照明光軸Ｌ上の光束を制御するように開閉可能になっている。また、スライダ４６は、図４(ｂ)に示すようにスライダ本体４６ａと摘み４６ｂを有するもので、スライダ本体４６ａには、光学素子としてプリズム４７がネジ４８により固定されている。このようなスライダ４６は、スライダ本体４６ａに対して、摘み４６ｂの押し込み、引き出し操作により、照明光軸Ｌと直交する方向に移動可能に設けられ、プリズム４７を照明光軸Ｌ上に挿脱可能にしている。この場合、スライダ４６は、顕微鏡観察者から見て顕微鏡本体２０の手前側に挿脱できるようになっていて、さらにプリズム４７を照明光軸Ｌ上に位置させた状態をストッパ４８１により保持可能にしている。
【００４３】
コンデンサ本体４１の下端部には、先端レンズ群４９が取り付けられている。この先端レンズ群４９は、図１および図２で述べたと同様であり、同一部分には、同符号を付している。この場合、先端レンズ群４９は、要部を拡大した図５に示すようにレンズ枠３のテーパ形状部３ａおよびレンズ６のテーパ形状部６ｂの周囲を覆うためのカバー部材９は、レンズ６のテーパ形状部６ｂと対向する内周面の円周方向に沿ってＶ溝９ｃが形成されている。このＶ溝９ｃには、液密部材として、弾性部材からなるＯリング５０がレンズ枠３のテーパ形状部３ａにより押し潰されるようにして設けられ、カバー部材９のテーパ形状部９ｂとレンズ６のテーパ形状部６ｂとの間を液密に形成している。
【００４４】
その他は、図１および図２と同様である。
【００４５】
そして、このように構成されたコンデンサ２９についても、ペトリディッシュ２４内の例えば培養液などの溶液２３中に配置された試料２２に対向して設けられる。この場合、コンデンサ２９は、カバー部材９のテーパ形状部９ｂとともに、レンズ６面が溶液１２中に浸され、試料２２の観察に必要な作動距離が確保されている。
【００４６】
従って、このように構成されたコンデンサ２９についても、第１の実施の形態で述べたと同様な効果が期待できる。また、カバー部材９のテーパ形状部９ｂとレンズ６のテーパ形状部６ｂとの間に弾性部材からなるＯリング５０を介在させるようにしたので、カバー部材９をレンズ枠３のネジ部３ｄにねじ込むだけで、カバー部材９のテーパ形状部９ｂとレンズ６のテーパ形状部６ｂとの間を液密に構成でき、シリコン系接着剤などを充填するのに比べ、組み立てをさらに簡単にできる。さらに、コンデンサ本体４１に対して挿脱可能に設けられるスライダ４６を顕微鏡観察者から見て顕微鏡本体２０の手前側に挿脱できるようになっており、コンデンサ２９の両側(顕微鏡観察者から見て顕微鏡本体２０の左右方向)のスペースを確保できるので、マニピュレーション作業を容易に行うことができる。
【００４７】
なお、上述では、弾性部材からなるＯリング５０を用いたが、カバー部材９のテーパ形状部９ｂとレンズ６のテーパ形状部６ｂとの間を液密に構成できるものであれば、Ｏリング５０に限らず、他の手段を用いることもできる。また、コンデンサ本体４１の下端部には、上述した先端レンズ群４９に代えて、他の先端レンズ、例えば図６に示すような油浸用レンズ群６０を取り付けて使用することもできる。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
【００４９】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。
例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００５０】
なお、上述した実施の形態には、以下の発明も含まれる。
【００５１】
（１）前記レンズ群本体は、試料を照明するコンデンサであり、
前記コンデンサは、前記レンズ群本体の一部を交換可能にする光学素子を照明光路に対して挿脱するスライダを有し、
前記スライダが顕微鏡観察者方向に挿脱することを特徴としている。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、大きな開口数を確保できるとともに、溶液内への金属の溶け出しや電気的なノイズの影響を防止でき、さらにマニピュレーション操作や取り扱いを簡単にできる顕微鏡用液浸レンズを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の顕微鏡用液浸レンズの概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態の要部を拡大して示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の顕微鏡用液浸レンズを倒立顕微鏡のコンデンサに適用した例の概略構成を示す図。
【図４】第２の実施の形態の倒立顕微鏡に適用されたコンデンサの概略構成を示す図。
【図５】第２の実施の形態のコンデンサの要部を拡大して示す図。
【図６】第２の実施の形態のコンデンサの先端レンズ群の他の例を示す図。
【符号の説明】
１…レンズユニット
１ａ…レンズ群本体
２…先端レンズ群
３…レンズ枠
３ａ…テーパ形状部
３ｂ…レンズ嵌合部
３ｃ…当て付け面
３ｄ…ネジ部
４、５、６…レンズ
６ａ…レンズ本体
６ｂ…テーパ形状部
６ｃ…曲面
７、８…固定部材
９…カバー部材
９ａ…ネジ部
９ｂ…テーパ形状部
９ｃ…Ｖ溝
９ｄ…突起
１０…シリコン系接着剤
１１…ペトリディッシュ
１２…溶液
１３…試料
２０…顕微鏡本体
２０ａ…支柱
２１…ステージ
２２…試料
２３…溶液
２４…ペトリディッシュ
２５…光源
２６…ランプハウス
２７…投光管
２８…反射ミラー
２９…コンデンサ
３０…スタンド
３１…対物レンズ
３２…接眼レンズ
４１…コンデンサ本体
４２…オスアリ
４３…当て付け面
４４…レンズ
４５…開口絞り
４６…スライダ
４６ａ…スライダ本体
４６ｂ…摘み
４７…プリズム
４８…ネジ
４８１…ストッパ
４９…先端レンズ群
５０…Ｏリング
６０…油浸用レンズ群

Claims

試料との間を溶液で満たして使用される顕微鏡用液浸レンズにおいて、
レンズ群本体と、
前記レンズ群本体に取り付けられ、且つ先に行くほど小径になるようなテーパ形状部を有し、このテーパ形状部の先端にレンズ保持手段を有するレンズ枠と、
前記レンズ枠のレンズ保持手段に保持された試料近接レンズと、
前記レンズ枠のテーパ形状部および前記試料近接レンズの周囲を覆うように設けられた電気的絶縁材からなるカバー部材と、
少なくとも前記カバー部材と前記試料近接レンズの間に介在される液密部材と
を具備したことを特徴とする顕微鏡用液浸レンズ。
前記液密部材は、シリコン系接着剤からなることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用液浸レンズ。
前記液密部材は、弾性部材からなるＯリングからなることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用液浸レンズ。
前記試料近接レンズは、一方面側に先に行くほど小径になるようなテーパ形状部が形成されるとともに、他方面側に曲面が形成され、前記テーパ形状部が前記レンズ枠より外部に突出するように前記レンズ保持手段に保持され、前記カバー部材は、前記レンズ枠のテーパ形状部から前記試料近接レンズのテーパ形状部にかけて覆うように設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の顕微鏡用液浸レンズ。