JP4909195B2 - スタビライザおよび生体観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、スタビライザおよび生体観察装置に関するものである。

従来、観察しようとする生体の臓器等の試料の振動を物理的に抑制するスタビライザおよびこれを備える生体観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この生体観察装置によれば、スタビライザが対物レンズの光軸方向に沿う試料の観察範囲の動きを許容しつつ、光軸に交差する方向への動きを拘束するとともに、スタビライザの光軸方向に沿う変位量を検出して、対物レンズの焦点位置を調節することにより、ピントの合った画像を取得することができる。

特開２００６−１９４９８１号公報

しかしながら、試料が比較的柔らかい場合には、スタビライザによって観察範囲の周囲の動きを拘束しても、観察範囲における動的挙動を抑制することができず、像ブレを十分に抑えることができないという不都合がある。特に、高倍率での観察を行う場合にはその影響は大きいものとなる。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、試料が比較的柔らかい場合においても、観察範囲の像ブレやぼけの少ない鮮明な画像を取得することができるスタビライザおよび生体観察装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、試料の観察に際して観察範囲における該試料の動きを抑制するスタビライザであって、前記観察範囲の周辺において試料に接触させられる接触部と、該接触部に設けられ、前記観察範囲の近傍における前記試料の動きを検出する検出部とを備えるスタビライザを提供する。

本発明によれば、接触部を観察範囲の周辺において試料に接触させることにより、観察範囲の周辺における試料の動的挙動を抑制する。そして、検出部の作動により観察範囲の近傍における試料の動きが検出される。接触部の変位量を検出するのではなく、接触部によって観察範囲の周辺の試料の動きを抑制した状態で、観察範囲近傍に残存する試料の動きを検出することによって、適正な対策を施し、より像ブレやぼけの少ない鮮明な画像を取得することが可能となる。

上記発明においては、前記検出部が、前記観察範囲の近傍における前記試料の表面に沿う方向または該表面に交差する方向の少なくとも１つを検出することとしてもよい。
このようにすることで、接触部により観察範囲の周辺における試料の動きを抑制した状態で観察範囲近傍に残存する試料のいずれかの方向の動きを検出し、それに対応して適正な対策を施すことにより、像ブレやぼけを低減することが可能となる。

また、本発明は上記スタビライザと、前記観察範囲に視野範囲を有する観察光学系と、前記スタビライザにおいて検出された試料の動きに基づいて、前記観察光学系を制御する制御部とを備える生体観察装置を提供する。
本発明によれば、スタビライザの検出部により、観察範囲内における試料の動きが検出されると、制御部の作動により、その動きの方向に観察光学系の光軸位置あるいは焦点位置を制御することによって、像ブレやぼけをより低減し、鮮明な観察像を得ることができる。

上記発明においては、前記スタビライザを、その接触部が試料に接触させられた状態に支持する支持部材を備え、前記スタビライザを前記支持部材に対して、機械的および電気的に着脱可能に取り付けるコネクタを備えることとしてもよい。
このようにすることで、スタビライザを支持部材に対して着脱して容易に交換することができ、試料が変更等された場合においても、試料の種類や形態に合わせた適正なスタビライザを装着して、鮮明な画像を取得することができる。

本発明によれば、試料が比較的柔らかい場合においても、観察範囲の像ブレやぼけの少ない鮮明な画像を取得することができるという効果を奏する。

以下、本発明の第１の実施形態に係るスタビライザ１および生体観察装置２について、図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態に係るスタビライザ１は、図１に示されるように生体観察装置２に備えられている。

本実施形態に係る生体観察装置２は、図１に示すように、実験小動物等を始めとする哺乳類の細胞、筋肉等の生体組織、あるいは心臓、肝臓等の各種臓器等の試料Ａを観察するための装置であって、試料Ａを載置するＸＹステージ３と、該ＸＹステージ３上の試料Ａに対向配置される対物レンズ４と、該対物レンズ４により集光された光を観察するための顕微鏡本体５と、前記対物レンズ４の観察範囲Ｂ（図３参照。）の周囲において試料Ａの動的挙動を抑制する本実施形態に係るスタビライザ１と、該スタビライザ１をＸＹステージ３に対して鉛直方向に移動させる昇降機構６とを備えている。

ＸＹステージ３は、搭載した試料Ａを水平２方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動させる際に移動量を調整する調整ダイヤル７を備えている。
顕微鏡本体５には、対物レンズ４により集光された光を結像させる図示しない結像レンズと、該結像レンズにより結像された光を撮影するＣＣＤカメラのような撮像手段５ａとが備えられている。撮像手段５ａには、該撮像手段５ａにより取得された画像を表示するためのモニタ１０が接続されている。

対物レンズ４は、顕微鏡本体５の下方に鉛直下方に向けて配置され、ＸＹステージ３上に配置される試料Ａからの蛍光あるいは反射光のような光を集光するようになっている。対物レンズ４は、位置調節機構８を介して顕微鏡本体５に取り付けられている。

位置調節機構８は、顕微鏡本体５に対して、対物レンズ４をＺ方向に移動させることができるようになっている。
位置調節機構８には、制御部９が接続されている。制御部９は、後述するスタビライザ１に設けられた加速度センサ２１からの出力に基づいて、位置調節機構８への指令信号を生成し、対物レンズ４の焦点位置を光軸Ｃ方向に位置制御するようになっている。

昇降機構６は、ダイヤル１１を操作することにより、ベース３９から鉛直方向に延びる支柱１２に沿って上下動可能に設けられたスライダ１３を備え、該スライダ１３にスタビライザ１が固定されている。

本実施形態に係るスタビライザ１は、スライダ１３に固定されるアーム１４と、該アーム１４の先端に取り付けられた接触部１５とを備えている。接触部１５は、観察しようとする試料Ａの表面に接触させられる部分であって、図２に示されるように、中央に貫通孔１５ａを有し、観察範囲Ｂを取り囲む大きさのドーナツ状に形成されている。

また、スタビライザ１には、接触部１５の試料Ａの表面に接触させられる接触面１５ｂに、図２に示されるように、接触する試料Ａを吸着する円環状の吸着口１６が設けられている。吸着口１６には、チューブ１７が接続され、該チューブ１７を介して接続された吸引ポンプ１８の作動により、負圧に吸引されるようになっている。

また、接触部１５の貫通孔１５ａ内には、該貫通孔１５ａの円筒内面の半径方向内方に軸方向に沿って移動可能に支持された円筒状の可動体１９と、該可動体１９を接触面１５ｂ側に付勢するコイルスプリング２０と、可動体１９に固定された加速度センサ２１とが備えられている。可動体１９の接触面１５ｂ側の端面は、試料Ａへの接触前の状態においては、図２に示されるように、コイルスプリング２０によって付勢されることにより、接触面１５ｂから突出して配置されている。

そして、接触面１５ｂが試料Ａに接触させられるときには、図３に示されるように、可動体１９の端面１９ａが試料Ａによって押されることにより、コイルスプリング２０の付勢力に抗して貫通孔１５ａ内において移動し、試料Ａに密着状態に維持されるようになっている。
すなわち、スタビライザ１の接触部１５の接触面１５ｂが試料Ａの表面に密着させられると、貫通孔１５ａの円筒内面の半径方向内方に配置された円筒状の可動体１９が、その内側に配置される観察範囲Ｂに隣接する位置に密着状態に配置されるので、試料Ａの脈動等によって観察範囲Ｂ内の試料Ａの表面が変位すると、これに応じて可動体１９が変位するようになっている。

前記制御部９は、加速度センサ２１による検出信号に基づいて、観察範囲Ｂ内の試料Ａの表面の対物レンズ４の光軸Ｃ方向に沿う変位量を算出し、算出された変位量と同じだけ対物レンズ４の焦点位置を光軸Ｃ方向に移動させるよう、位置調節機構８を制御するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る生体観察装置２の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る生体観察装置２を用いて実験小動物等の臓器等の試料Ａを観察するには、まず、実験小動物等の外皮を切開して、臓器等の試料Ａを露出させた上で、ＸＹステージ３の調整ダイヤル７を操作して、試料Ａの観察範囲Ｂに対物レンズ４の視野範囲を大まかに配置する。また、顕微鏡本体５の昇降機構２２により、対物レンズ４の焦点位置を観察範囲Ｂ内の試料Ａの表面に大まかに一致させる。

次いで、昇降機構６を作動させてスタビライザ１を下降させ、接触部１５の接触面１５ｂを試料Ａの観察範囲Ｂの周囲の表面に密着させる。
スタビライザ１の接触部１５が試料Ａに接触し、ある程度の押圧力が加わると、試料Ａの動的挙動が抑制されてくるので、吸引ポンプ１８の作動により吸着口１６に負圧を供給し、接触部１５の接触面１５ａに試料Ａの表面を吸着させる。

そして、この状態で、制御部９を作動させ、可動体１９に固定されている加速度センサ２１からの加速度信号に基づいて、位置調節機構８への指令信号を算出し、位置調節機構８を制御する。これにより、観察範囲Ｂ内における試料Ａの対物レンズ４の光軸Ｃ方向に沿う変位に同期させて同一方向に対物レンズ４が移動させられる。そして、これにより、対物レンズ４の焦点位置が試料Ａの動きに合わせて光軸方向に移動させられるので、顕微鏡本体５の昇降機構２２を微調整して、対物レンズ４の焦点位置を試料Ａの表面に精度よく一致させる。

すなわち、本実施形態に係るスタビライザ１および生体観察装置２によれば、接触部１５の接触面１５ｂを接触させることにより、観察範囲Ｂの周辺における試料Ａの動的挙動をある程度抑制した状態で、その内側の観察範囲Ｂ内に残る動的挙動を加速度センサ２１により検出し、その変位に同期させて対物レンズ４を移動させることができる。したがって、試料Ａが比較的柔らかい場合においても、対物レンズ４の焦点位置を常に試料Ａの表面に一致させて、ピントが合った状態を維持することができる。その結果、試料Ａの表面と対物レンズ４との相対的な位置関係をほぼ静止させた状態で像ブレやボケを抑え、試料Ａの鮮明な画像を取得することができる。

なお、本実施形態においては、可動体１９の動きを検出するセンサとして加速度センサ２１を採用したが、これに限定されるものではなく、図４に示されるように、可動体１９に固定した永久磁石２３による磁界の動きを検出するホール素子２４を採用してもよい。また、ＰＳＤセンサ、ジャイロあるいはエンコーダ等の任意のセンサを採用してもよい。

図４においては、接触部１５をアーム１４に対してコネクタ２５ａ，２５ｂにより、電気的および機械的に着脱可能に取り付けることとしている。図４中、符号２６は配線である。これにより、観察対象である試料Ａの種類等に応じて、それぞれ適した形状あるいは形態の接触部１５に交換して使用することができる。

また、円筒状の可動体１９を採用したが、これに代えて、一部を切り欠いたＣ字状、観察範囲Ｂの周辺の一部のみに接触する柱状等、任意の形状の可動体１９を採用することにしてもよい。また、例えば、柱状の可動体１９を採用する場合には、観察範囲Ｂの周方向に間隔をあけて複数の可動体１９を配置することにしてもよい。

また、コイルスプリング２０により可動体１９を付勢することとしたが、これに代えて、板バネにより付勢することにしてもよい。この場合には、板バネにその歪みを測定する歪みゲージを設け、歪みゲージの出力により可動体１９の変位量を算出することにしてもよい。

また、円筒状の可動体１９に代えて、図５に示されるように、接触部１５の接触面１５ｂの一部を切り欠いて形成された凹部２７に、片持ち梁状の弾性材料からなる接触板２８を接触面１５ｂから突出する位置に設け、接触面１５ｂを試料Ａに接触させたときに、接触板２８の先端が観察範囲Ｂの近傍に接触させられて、試料Ａの動きに応じて弾性変形させられるように構成してもよい。この場合、接触板２８の弾性変形部分に歪みゲージ２９を配置することで、観察範囲Ｂ近傍における試料Ａの動きを歪みゲージ２９の出力により検出することができる。なお、歪みゲージ２９に代えて、加速度センサ等を設けてもよい。

接触板２８の先端部は、図６に示されるように、観察範囲Ｂの周辺の一部に接触する形式のものでもよいし、図７に示されるように、観察範囲Ｂの全周を取り囲むリング状の形状を有するものでもよい。この場合には、観察範囲Ｂの外側の全周にわたる位置における試料Ａの動きを検出することができるので好ましい。

また、図６に示されるように、試料Ａとの接触面を低摩擦部材３０によって覆い、試料Ａの表面に沿う方向の動きによって接触板２９が弾性変形されないようにすることにしてもよい。このようにすることで、対物レンズ４の光軸Ｃ方向に沿う試料Ａの動きのみを精度よく検出することが可能となる。低摩擦部材３０としては、ナイロンモノマー、アセタールコポリマーまたはフッ素樹脂等の樹脂材料を採用することができる。

また、図８に示されるように、接触部１５の接触面１５ｂに開口する凹部３１内に、シリコーンゴム等の弾性材料からなる２枚の弾性シート３２と、該弾性シート３２の間に接着された歪みゲージ３３とを収容することとしてもよい。接触面１５ｂ側の弾性シート３２を接触面１５ｂから若干突出させておくことにより、接触部１５の接触面１５ｂに試料Ａが接触したときに、弾性シート３２を試料Ａの観察範囲Ｂ近傍に密着させて、その動的挙動を簡易かつ安価に検出することができる。なお、上記と同様にして試料Ａとの接触面を低摩擦部材３０によって覆ってもよい。

また、本実施形態においては、対物レンズ４の光軸Ｃに沿う方向の試料Ａの動きを検出してこれに追従させるように対物レンズ４を光軸Ｃ方向に作動させることとしたが、これに代えて、対物レンズ４の光軸Ｃに交差する方向の試料Ａの動きを検出して、対物レンズ４をこれに追従動作させることにしてもよい。

この場合、位置調節機構８としては、対物レンズ４をその光軸Ｃに直交する２方向に位置調節することができる機構を採用すればよい。
また、試料Ａの表面に沿う方向の動きを検出するセンサとしては、例えば、図９に示されるように、接触部１５の接触面１５ｂに形成された凹部３４内に、接触面１５ｂに平行な回転軸３５ａを有し、外周面の一部を接触面１５ｂから突出させた状態のローラ３５を配置し、このローラ３５の回転量を検出することとすればよい。ローラ３５は、接触部１５の貫通孔１５ａの周囲に周方向に間隔をあけて複数配置し、それらの回転軸３５ａの方向を異ならせることにより、複数方向の試料Ａの動きを検出することができる。

ローラ３５の回転量を検出する方法としては、例えば、ローラ３５の回転軸３５ａにエンコーダ（図示略）を設けることにすればよい。また、ローラ３５の回転軸３５ａに、例えば、ラチェット機構のように一方向のみの回転を許容する機構を設けることにより、試料Ａの動きの方向を検出することにしてもよい。

また、図１０に示されるように、ローラ３５に代えて、片持ち梁状の弾性体３６を接触部１５の接触面１５ａから突出させて配置することにしてもよい。この場合、弾性体３６に歪みゲージ３７を設けておけば、弾性体３６の変形量を容易に検出することができる。図中、符号３８は、弾性体３６を変形させるために接触部１５に設けた逃げ部である。

本発明の一実施形態に係る生体観察装置を示す全体構成図である。 図１の生体観察装置に備えられるスタビライザの接触部の試料への接触前の状態を示す縦断面図である。 図２のスタビライザの接触部の試料への接触後の状態を示す縦断面図である。 図２のスタビライザの第１の変形例を示す縦断面図である。 図２のスタビライザの第２の変形例を示す斜視図である。 図２のスタビライザに備えられる接触板を示す斜視図である。 図６の接触板の変形例を示す斜視図である。 図２のスタビライザの第３の変形例を示す（ａ）縦断面図、（ｂ）底面図である。 図２のスタビライザの第４の変形例を示す（ａ）縦断面図、（ｂ）底面図である。 図２のスタビライザの第５の変形例を示す（ａ）縦断面図、（ｂ）底面図である。

符号の説明

Ａ 試料
Ｂ 観察範囲
１ スタビライザ
２ 生体観察装置
４ 対物レンズ（観察光学系）
９ 制御部
１４ アーム（支持部材）
１５ 接触部
２１ 加速度センサ（検出部）
２３ 永久磁石（検出部）
２４ ホール素子（検出部）
２５ａ，２５ｂ コネクタ
２８ 接触板（検出部）
２９，３３，３７ 歪みゲージ（検出部）
３２ 弾性シート（検出部）
３５ ローラ（検出部）
３６ 弾性体（検出部）

Claims (4)

1. 試料の観察に際して観察範囲における該試料の動きを抑制するスタビライザであって、
   前記観察範囲の周辺において試料に接触させられる接触部と、
   該接触部に設けられ、前記観察範囲の近傍における前記試料の動きを検出する検出部とを備えるスタビライザ。
2. 前記検出部が、前記観察範囲の近傍における前記試料の表面に沿う方向または該表面に交差する方向の少なくとも１つを検出する請求項１に記載のスタビライザ。
3. 請求項１または請求項２に記載のスタビライザと、
   前記観察範囲に視野範囲を有する観察光学系と、
   前記スタビライザにおいて検出された試料の動きに基づいて、前記観察光学系を制御する制御部とを備える生体観察装置。
4. 前記スタビライザを、その接触部が試料に接触させられた状態に支持する支持部材を備え、
   前記スタビライザを前記支持部材に対して、機械的および電気的に着脱可能に取り付けるコネクタを備える請求項３に記載の生体観察装置。

Images