WO2021200960A1 - 観察装置 - Google Patents

Abstract

観察装置は、照明光学系と、観察光学系とを備え、照明光学系は、光源と、開口部材とを備え、観察光学系は、対物レンズと、光学的構造物と、検出器とを備え、開口部材が配置される位置と共役な位置である第１の位置に光学的構造物が配置され、光学的構造物は、光を遮断する遮断部と光を透過させる透過部とを有し、かつ遮断部の形状が光学的構造物上に結像される開口部材の開口部の像の形状を包含する形状であり、検出器は光学的構造物を経由した暗視野光を検出する。

Description

観察装置

　本発明は、観察装置に関する。
　本願は、２０２０年４月１日に、日本に出願された特願２０２０－０６５９４１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　フローサイトメータは個々の細胞を流体中に分散させ、その流体を微細に流下させて光学的に分析するフローサイトメトリー法と呼ばれる技術を用いた分析装置であり、主に細胞を個々に観察する際に用いられる細胞計測技術である。ｉＰＳ細胞（ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｔ　Ｓｔｅｍ　Ｃｅｌｌｓ）などの幹細胞を用いた再生医療や、ＣＡＲ‐Ｔ（ｃｈｉｍｅｒｉｃ　ａｎｔｉｇｅｎ　ｒｅｃｅｐｔｏｒ　Ｔ　ｃｅｌｌ）による免疫療法などの新しい治療法の実用化に向けた動きが活発化するに伴い、細胞群の中から一以上の細胞を計測し個々の細胞単位で解析を行うことに対する強い需要が生じてきている。例えば、フローサイトメトリーでは、流路中に蛍光標識された細胞を流下しながら励起光を照射し、個々の細胞から発せられる蛍光輝度を取得することによって、細胞の２次元画像を生成し細胞の分別を行うイメージングサイトメータが知られている。

　こうした新しい治療分野では、細胞の品質管理（Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＱＣ）や治療に適した高活性細胞の選別のために、細胞内部の形態情報を、従来に比べてよりリッチな情報としてより高感度に取得するラベルフリーイメージングや蛍光イメージングの手段が求められている。リッチな形態情報には、例えば、光学的特性の違いを利用したマルチコントラストによる画像から得られる情報、従来に比べて高い空間解像度を有する画像から得られる情報などがある。

　ＬＥＤによる複数の照明パターンをサンプルに順次照射して、マルチモーダルの画像を画像処理によって得る顕微鏡を用いたイメージングシステムが知られている（非特許文献１）。また、一回の撮影で、複数のＬＥＤパターンの照明を行うのと同等の情報を得ることができる顕微鏡を用いたイメージング技術が知られている（非特許文献２）。一方、レンズアレイやアレイ状にならんだ空間フィルターを流路に有する構造、及びマルチセンサーを用いることで、流体を流れるサンプルの透過光を順次取得し、二次元画像を取得するフローサイトメータが知られている（特許文献１）。

　さらに、上記の用途においては、生産性の向上に直接寄与する、高速測定を可能にする手段が求められている。細胞の形態情報を計測データから２次元画像に変換せずに直接解析する技術が近年開発され、その一例としてゴーストサイトメトリー技術が知られている。ゴーストサイトメトリー技術を用いたフローサイトメータでは、例えば、構造化した照明を細胞に照射し、得られた光信号の時系列波形から直接細胞の分別ができ、高速、高感度、低コストかつコンパクトなフローサイトメータが提供できる。

米国特許第８３１４９３３号明細書

Ｚｉｊｉ　Ｌｉｕ、Ｌｅｉ　Ｔｉａｎ、Ｓｉｊｉａ　Ｌｉｕ、Ｌａｕｒａ　Ｗａｌｌｅｒ、"Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ｂｒｉｇｈｔｆｉｅｌｄ，　ｄａｒｋｆｉｅｌｄ，　ａｎｄ　ｐｈａｓｅ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｉｎ　ａ　ｌｉｇｈｔ‐ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｄｉｏｄｅ　ａｒｒａｙ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ"、「Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ　Ｏｐｔｉｃｓ」、ＳＰＩＥ，　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　ｏｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｎｉｃ、２０１４年１０月１日、１９巻、１０号、１０６００２頁 ＢＹＯＵＮＧＨＹＯ　ＬＥＥ、ＪＯＮＧ－ＹＯＵＮＧ　ＨＯＮＧ、ＤＯＮＧＨＥＯＮ　ＹＯＯ、ＪＡＥＢＵＭ　ＣＨＯ、　ＹＯＵＮＧＭＯ　ＪＥＯＮＧ、　ＳＥＯＫＩＬ　ＭＯＯＮ、　ＢＹＯＵＮＧＨＯ　ＬＥＥ、"Ｓｉｎｇｌｅ－ｓｈｏｔ　ｐｈａｓｅ　ｒｅｔｒｉｅｖａｌ　ｖｉａ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ"、「Ｏｐｔｉｃａ」、Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ、２０１８年８月８日、５巻、８号、９７６頁

　しかしながら、非特許文献１に記載のイメージングシステムでは、ＬＥＤによる複数の照明パターンを順次照射する必要があるため同時測定はできない。非特許文献２に記載の顕微鏡を用いたイメージング技術では、同じＣＣＤイメージセンサを共有するため、解像度の劣化を避けられない。また、非特許文献２に記載の顕微鏡を用いたイメージング技術では、マルチモーダルの画像を得るために、画像再構成を行う必要があり画像処理に時間がかかる。
　一方、特許文献１に記載のフローサイトメータでは、取得できる画像の種類は、透過画像のみに限定される。また、特許文献１に記載のフローサイトメータでは、サンプルの測定時間はレンズアレイや、空間フィルター、マルチセンサーそのもののサイズに依存するため、測定時間短縮のためには、それらのサイズを小さく設計する必要がある。
　上述したように細胞などの観察対象物の観察において従来に比べてよりリッチな形態情報を高速に取得できることが求められている。

　本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、観察対象物の観察において従来に比べてよりリッチな形態情報を高速に取得できる観察装置を提供する。

　本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、照明光学系と、観察光学系とを備え、前記照明光学系は、光源と、開口部材とを備え、前記観察光学系は、対物レンズと、光学的構造物と、検出器とを備え、前記光学的構造物は、前記開口部材と共役な位置である第１の位置に配置される。前記光学的構造物は光を遮断する遮断部と光を透過させる透過部とを有し、かつ前記遮断部の形状が前記光学的構造物上に結像される前記開口部材の開口部の像の形状を包含する形状であり前記検出器は、前記光学的構造物を経由した暗視野光を検出する観察装置である。

　また、本発明の一態様は、上記の観察装置において、光の位相を変化させる位相変更部と光を透過させる透過部とを有し、かつ前記位相変更部に結像される前記開口部材の開口部の像の形状が前記位相変更部の形状と略一致している形状である第２の光学的構造物と、前記対物レンズと前記検出器との間の光路において前記光学的構造物よりも前記対物レンズの側において、観察対象物から発せられる光の前記透過部を通過した直接光と回折光及びまたは散乱光との位相差を検出する位相差検出器とをさらに備え、前記第２の光学的構造物は、前記開口部材が配置される位置と共役な位置であってかつ前記第１の位置とは一致していない第２の位置に配置される。

　また、本発明の一態様は、上記の観察装置において、前記観察光学系は、前記第２の光学的構造物を経由した光の一部を変調する空間変調部と、前記空間変調部によって変調された光を検出する位相差波形検出系とをさらに備える。

　また、本発明の一態様は、上記の観察装置において、前記照明光学系は、観察対象物に照明光を下方から照射する落射蛍光照明光学系をさらに備え、前記観察光学系は、前記観察対象物に前記落射蛍光照明光学系によって前記照明光が照射されて発生する蛍光が前記光学的構造物を透過した蛍光を検出する落射蛍光検出器をさらに備える。

　また、本発明の一態様は、上記の観察装置において、観察対象物が流体と共に流れ得る流路を備えるマイクロ流体装置をさらに備え、前記観察光学系は、前記光学的構造物を経由した光の一部を変調する空間変調部と前記空間変調部によって変調された光を検出する暗視野波形検出光学系とを備える。

　また、本発明の一態様は、上記の観察装置において、前記空間変調部により変調された光を検出する前記検出器が複数の光検出素子を含み、前記空間変調部は、前記光学的構造物を経由した一部の光が入射する面を有し、前記面に入射する光を前記面に含まれる領域毎にランダムに変調し、前記複数の光検出素子は、長手方向が前記流路を流れる前記観察対象物の像が前記検出器上を移動する方向と略垂直となる方向に直列に配置されている。前記空間変調部は、前記光学的構造物を経由した光が入射する面を有し、前記面に入射する光を前記面に含まれる領域毎にランダムに変調し、前記検出器は、長手方向が前記流路を流れる細胞の像が検出器上を移動する方向と略垂直となる向きに配置された前記複数の光検出素子を備える。

　また、本発明の一態様は、上記の観察装置において、前記空間変調部により変調された光を検出する前記検出器が複数の光検出素子を含み、前記空間変調部は、前記光学的構造物を経由した光が入射する面を有し、前記面に入射する光を前記面に含まれる領域毎にランダムに変調し、前記複数の光検出素子は、長手方向が前記流路を流れる前記観察対象物の像が前記検出器上を移動する方向と略平行となる向きに並列に配置されている。

　また、本発明の一態様では、上記の観察装置において、観察対象物が流体と共に流れ得る流路を備えるマイクロ流体装置をさらに備え、前記検出器は、前記光学的構造物、あるいは光の位相を変化させる位相変更部と光を透過させる透過部とを有し、かつ前記位相変更部に結像される前記開口部材の開口部の像の形状が前記位相変更部の形状と略一致している形状である第２の光学的構造物を経由した光の一部を、１列に配置された複数の光検出素子によって検出し、前記複数の光検出素子は、前記流路を流れる前記観察対象物の像が前記検出器上を移動する方向に対して所定の角度だけ傾いて１列に配置されている。

　本発明によれば、観察対象物の観察において従来に比べてよりリッチな形態情報を高速に取得できる。即ち、本発明によれば、観察対象物に関する形態情報を空間解像度の高い位相差情報および暗視野情報として同時に取得することができ、蛍光検出など他の検出方法と組み合わせることでさらに多面的な形態情報を取得することを可能にする。

本発明の第１の実施形態に係る観察装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る遮光板の構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る観察装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る遮光板の構成の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る観察装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る反射部材の構成の一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る観察装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る観察装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係るマルチアノードＰＭＴに投影されるマスク変調光の一例を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る観察装置において、設置されたマルチアノードマルチアノードＰＭＴの複数のチャネルがそれぞれ時系列に検出するシグナル強度の一例を示す図である。 本発明の第５の実施形態の変形例に係るマルチアノードＰＭＴに投影されるマスク変調光の一例を示す図である。 本発明の第５の実施形態の変形例に係る観察装置において、設置されたマルチアノードマルチアノードＰＭＴの複数のチャネルがそれぞれ時系列に検出するシグナル強度の一例を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る観察装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る観察装置において、１ＤアレイＰＤが有する複数のチャンネルの配置の一例を示す図である。

（第１の実施形態）
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態に係る観察装置Ｄ１の構成の一例を示す図である。観察装置Ｄ１は、暗視野画像観察を行う。観察装置Ｄ１は、顕微鏡３と、カメラ４とを備える。

　顕微鏡３は、暗視野観察法を行う落射照明型の顕微鏡装置である。顕微鏡３は、光源３０と、コリメータ３１と、スリット３２と、コンデンサレンズ３３と、ステージ３４と、対物レンズユニット３５と、対物レンズ３６と、遮光板３７と、結像レンズ３８と、ミラー３９とを備える。スリット３２は開口部材の一例である。

　光源３０は、照明光を射出する。光源３０は、一例として、ＬＥＤ（ＬＩＧＨＴ　ＥＭＩＴＴＩＮＧ　ＤＩＯＤＥ）光源である。また、光源３０は、レーザー光源、半導体レーザー光源であってもよい。光源３０が射出する照明光は、一例として、４５０ｎｍの可視光である。
　コリメータ３１は、光源３０から射出された照明光を平行光にする。平行光にされた照明光はスリット３２に入射する。スリット３２は、一例として開口部の形状が円環状のリングスリットである。スリット３２の円環状の開口部を通過した照明光は、コンデンサレンズ３３を経由し、ステージ３４に載置された観察対象物（不図示）に照射される。観察対象物とは、例えば、細胞である。

　顕微鏡３は、対物レンズユニット３５と、対物レンズ３６と、遮光板３７と、検出器としてカメラ４とを備える。観察対象物から発せられる光は対物レンズ３６を経由して遮光板３７に入射する。遮光板３７はスリット３２と共役な位置に配置されている。対物レンズ３６及び遮光板３７は、対物レンズユニット３５に含まれて備えられる。
　なお図１では、遮光板３７が顕微鏡３に含まれる構成について説明しているが、遮光板３７はスリット３２と共役な位置に配置されていれば、顕微鏡３の外に配置することもできる。その場合、遮光板３７は光を検出するカメラやレンズと共に暗視野透過画像検出光学系を構成する。

　ここで図２を参照し、遮光板３７の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る遮光板３７の構成の一例を示す図である。遮光板３７は、遮光部３７０と、透過部３７１とを有する。遮光部３７０の形状は、円環状であり、スリット３２の円環状の開口部の形状が遮光部３７０上に結像する像の形状と略一致であるか、その形状を包含する形状である。遮光部３７０は、観察対象物を透過する光源からの直接光を遮光する。一方、透過部３７１は、観察対象物から発せられる回折光及び散乱光を透過させる。

　図１に戻って観察装置Ｄ１の説明を続ける。
　遮光板３７を透過した光は、結像レンズ３８によって集光された後、ミラー３９によって反射されて結像面３１０において観察対象物の像を結像する。カメラ４は、遮光板３７を透過し結像レンズ３８によって結像された光を検出する。これによってカメラ４は、暗視野観察によって観察対象物の像が撮像された暗視野画像を検出する。
　このように、カメラ４は、光学的構造物を透過した光を検出する。カメラ４は、光学的構造物を経由した光を検出する検出器の一例である。遮光板３７は光学構造物の一例である。

　なお本実施形態では、光源３０と、コリメータ３１と、スリット３２と、コンデンサレンズ３３とは、照明光学系に含まれる。対物レンズユニット３５と、対物レンズ３６と、遮光板３７と、結像レンズ３８と、カメラ４とは、観察光学系に含まれる。したがって、観察装置Ｄ１は、光源３０と、スリット３２とを備える照明光学系と、対物レンズユニット３５と、対物レンズ３６と、遮光板３７と、結像レンズ３８と、カメラ４とを備える観察光学系とを備える。

　ここで照明光学系とは、光の反射、透過、遮断、屈折などの性質を利用して光源から観察に必要な光を観察対象物に照射するために設置される光学器具や装置の集合体であって、光源、レンズ、ミラー、プリズムなどの組合せにより構成される。また、観察光学系とは、光の反射、透過、遮断、屈折などの性質を利用して観察対象物から射出された光を検出するために設置される光学器具や装置の集合体であって、ミラー、レンズ、空間フィルター、遮光板、位相板、カメラ、検出素子などの組み合わせにより構成される。

　従来の暗視野観察では、非散乱光、つまり直接光が対物レンズに入射するのを避けるため、開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＮＡ）が小さい対物レンズしか使えなかった。これに対して、観察装置Ｄ１では、遮光板３７が直接光を遮蔽するため、対物レンズ３６の開口数を、従来の暗視野観察に用いられる対物レンズの開口数に比べて大きくすることができる。本実施形態に係る観察装置Ｄ１では、散乱角の大きい散乱光を測定することが可能になり、従来の暗視野観察に比べて空間解像度を向上することが可能になる。ここで散乱角の大きい散乱光は、空間周波数が高い成分の情報を含んでいる。
　さらに、観察装置Ｄ１では、対物レンズ３６の開口数を従来の暗視野観察に用いられる対物レンズの開口数に比べて大きくすることができるため、照明光学系に含まれるレンズの開口数を上げる必要がなくなり、光学設計の自由度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
　ここで上述した第２の実施形態について説明する。
　上記第１の実施形態では、光学的構造物として遮蔽板が第１の位置に備えられる場合について説明をした。本実施形態では、第２の光学的構造物として位相板が、開口部材が配置される位置と共役な位置であってかつ第１の位置とは一致していない第２の位置に備えられ、対物レンズと検出器との間の光路において光学的構造物よりも対物レンズの側において、観察対象物から発せられる光が位相板を通過した直接光と回折光及びまたは散乱光との位相差を検出する位相差検出器をさらに備える観察装置の例について説明をする。本実施形態に係る観察装置を観察装置Ｄ２という。
　なお、上述した第１の実施形態と同一の構成及び動作については、同一の符号を付してその説明を省略する。

　図３は、本実施形態に係る観察装置Ｄ２の構成の一例を示す図である。観察装置Ｄ２は、顕微鏡３ａと、暗視野透過画像検出光学系５と、位相差透過画像検出光学系６を備える。観察装置Ｄ２は、暗視野画像観察と位相差画像観察を同時に行う観察装置である。暗視野透過画像検出光学系５と、位相差透過画像検出光学系６は、観察光学系に含まれる。

　顕微鏡３ａは、遮光板３７に代えて位相板３７ａを備える点が、図１に示した顕微鏡３と異なる。ここで位相板３７ａは、スリット３２が配置される位置と共役な位置に配置される。観察対象物から発せられる光の一部は対物レンズ３６を経由して位相板３７ａに入射する。ミラー６０は、顕微鏡３ｂから出射される光の一部を反射し位相差透過画像検出光学系６へと導き、残りの一部を透過させて暗視野透過画像検出光学系５へと導く。なお、対物レンズ３６及び位相板３７ａは、対物レンズユニット３５ａに含まれて備えられる。

　位相板３７ａは、位相膜である位相変更部と、透過部とを有する。位相変更部の形状は、スリット３２の円環状の開口部の像の形状と略一致する円環状である。位相変更部は、観察対象物から発せられる光のうち直接光（０次の回折光）の位相を変化させる。透過部は、観察対象物から発せられる光のうち回折光（１次以上の回折光）および散乱光を透過させる。位相板３７ａは第２の光学的構造物の一例である。

　暗視野透過画像検出光学系５は、レンズ５０と、遮光板５１と、レンズ５２と、カメラ５３とを備える。顕微鏡３ａの結像面３１０において結像された光は、顕微鏡３ａからレンズ５０へと入射し平行光として出射される。レンズ５０から出射された平行光は、遮光板５１に入射する。

　遮光板５１は、スリット３２が配置される位置と共役な位置であって、位相板３７ａが配置される位置とは異なる位置に配置される。このように本実施形態では、遮光板５１が配置される第１の位置と位相板３７ａが配置される第２の位置とは一致していない。遮光板５１の構成は、図１の遮光板３７の構成と同様であるが、配置される位置が異なる。図４は、本実施形態に係る遮光板５１の構成の一例を示す図である。遮光板５１は、遮光部５１０と、透過部５１１とを有する。遮光部５１０の形状は、円環状であり、位相板３７ａの円環状の位相変更部の形状が遮光板５１上で結像する像の形状と略一致しているか、またはその形状を包含している形状である。一方、透過部５１１は、観察対象物から発せられる回折光および散乱光を透過させる。遮光板５１は、光学的構造物の一例である。

　遮光板５１を透過した光は、レンズ５２によって集光されて、カメラ５３の撮像面において結像する。カメラ５３は光学的構造物である遮光板５１を経由した暗視野光を検出する。暗視野光は、観察対象物から発せられる回折光および散乱光である。

［位相差観察］
　位相差透過画像検出光学系６は、位相差画像観察を行うための光学系である。位相差透過画像検出光学系６は、ミラー６０と、レンズ６１と、レンズ６２と、カメラ６３と、波長フィルター６４とを備える。

　ミラー６０は、顕微鏡３ｂから出射される光の一部を反射しカメラ６３の方へと導き、残りの一部を透過させて暗視野透過画像検出光学系５へと導く。レンズ６１は、ミラー６０によって反射された光を平行光にする。レンズ６２は、レンズ６１によって平行光となった光をカメラ６３の撮像面において結像させる。

　カメラ６３は、対物レンズ３６とカメラ５３との間の光路において遮光板５１よりも対物レンズ３６の側に配置される。カメラ６３は、レンズ６２によって結像された光を検出する。ここでカメラ６３の検出面のレンズ６２側には、波長フィルター６４が備えられる。波長フィルター６４は、位相差観察を行うための所定の波長域に含まれる波長の光を透過させ、この波長域に含まれない波長の光を透過させない。したがって、カメラ６３は、レンズ６２によって結像された光のうち、波長フィルター６４を透過した光を検出する。

　ここでレンズ６２によって結像された光は、観察対象物から発せられる光が位相板３７ａを通過した直接光と回折光及び散乱光である。観察対象物内部において、回折を生じさせる物体（位相物体）を通過した際に生じる回折光は、直接光に対して位相差を持つ。位相板３７ａによって、位相の変調を受けた直接光が、上述した回折光及び散乱光と結像される際に干渉することによって、位相物体の像は周囲に対してコントラストを持つ。カメラ６３は、それら直接光と回折光及び散乱光との位相差を検出する。カメラ６３は、検出した位相差に基づいてコントラストのついた、観察対象物の像が撮像された位相差画像を検出する。この位相差観察では、観察対象物の部分毎の屈折率の差によって生じる直接光と回折光及び散乱光との間の位相差がコントラストをもって検出される。カメラ６３は、位相差検出器の一例である。

（第３の実施形態）
　以下、図面を参照しながら本発明の第３の実施形態について詳しく説明する。
　上記第１の実施形態では、観察装置を用いて暗視野画像観察を行う場合について説明をした。上記第２の実施形態では、観察装置を用いて暗視野画像観察と位相差画像観察を同時に行う場合について説明をした。本実施形態では、観察装置を用いて暗視野画像観察と位相差画像観察に加え、明視野画像観察、及び落射蛍光画像観察を同時に行う場合について説明をする。本実施形態に係る観察装置を観察装置Ｄ３という。
　なお、上述した第１の実施形態と同一の構成及び動作については、同一の符号を付してその説明を省略する。

　図５は、本実施形態に係る観察装置Ｄ３の構成の一例を示す図である。観察装置Ｄ３は、顕微鏡３ｂと、暗視野透過画像検出光学系５ｂと、位相差透過画像検出光学系６と、明視野透過画像検出光学系７と、落射蛍光画像検出光学系８とを備える。暗視野透過画像検出光学系５ｂと、位相差透過画像検出光学系６と、明視野透過画像検出光学系７と、落射蛍光画像検出光学系８とは、観察光学系に含まれる。

　顕微鏡３ｂは、落射蛍光観察を行うための構成を備える点が、上述した第２の実施形態として図３に示した顕微鏡３ａの構成と異なる。落射蛍光観察を行うための構成は、励起光源３１１と、励起フィルター３１２と、ダイクロイックミラー３１３と、吸収フィルター３１４とを含む。

　励起光源３１１は、観察対象物に励起光を照射するための光源である。励起光源３１１は、一例として、水銀ランプである。また、励起光源３１１は、レーザー光源やＬＥＤ光源でもよい。励起フィルター３１２は、一例としてバンドパスフィルターであり、励起光源３１１から射出される光のうち特定の波長の光を透過させ、特定の波長以外の光を透過させない。ダイクロイックミラー３１３は、励起光源３１１から発せられ、励起フィルター３１２を通過した励起光を反射し、ステージ３４に載置された観察対象物に照射する。一方、ダイクロイックミラー３１３は、観察対象物から発せられた蛍光を結像レンズ３８の方へと透過させる。吸収フィルター３１４は、観察対象物から発せられた蛍光を透過させ、蛍光画像観察の支障となる余分な光を吸収する。
　吸収フィルター３１４を透過した蛍光は、結像レンズ３８を介してミラー３９に反射されて、顕微鏡３ｂから射出される。

　なお、励起光源３１１と、励起フィルター３１２と、ダイクロイックミラー３１３とは、観察対象物に照明光を下方から照射する落射蛍光照明光学系を構成している。したがって、観察装置Ｄ３に備えられる照明光学系は、落射蛍光照明光学系を備える。

　顕微鏡３ｂから出射される光には２種類の光がある。１つ目の光は、光源３０から発せられた光が観察対象物に照射されて生じる光（直接光、回折光、及び散乱光）である。２つ目の光は、励起光源３１１から発せられた励起光が観察対象物に照射されて生じる蛍光である。
　以下では、観察装置Ｄ３による観察について、位相差観察、暗視野観察、明視野観察、及び落射蛍光観察の順に説明する。

［位相差観察］
　位相差透過画像検出光学系６は、位相差画像観察を行うための光学系である。位相差透過画像検出光学系６の構成は、図３に示した位相差透過画像検出光学系６の構成と同様であるため詳細な説明を省略する。ミラー６０は、顕微鏡３ｂから出射される光の一部を反射し位相差透過画像検出光学系６へと導き、残りの一部を透過させて暗視野透過画像検出光学系５ｂへと導く。

［暗視野観察］
　暗視野透過画像検出光学系５ｂは、レンズ５０と、反射部材５１ｂと、レンズ５２と、カメラ５３と、波長フィルター５４と、ダイクロイックミラー５５ｂとを備える。暗視野透過画像検出光学系５ｂは、遮光板５１の代わりに反射部材５１ｂを備えている点、及び波長フィルター５４とダイクロイックミラー５５ｂとを備えている点が、上述の図３に示した暗視野透過画像検出光学系５と異なる。

　反射部材５１ｂは、スリット３２が配置される位置と共役な位置であって、位相板３７ａの位置とは異なる位置に配置される。反射部材５１ｂには、上述したミラー６０を透過した光がレンズ５０によって平行光となって入射する。反射部材５１ｂは、光学的構造物の一例である。

　ここで図６を参照し、反射部材５１ｂの構成について説明する。図６は、本実施形態に係る反射部材５１ｂの構成の一例を示す図である。反射部材５１ｂは、反射部５１０ｂと、透過部５１１ｂとを有する。反射部５１０ｂを光軸に垂直な面に射影した形状は、位相板３７ａの位相変更部が反射部材５１ｂ上で結像する像の形状と略一致しているかそれを包含する円環状である。反射部５１０ｂは、観察対象物から発せられる光のうち直接光（０次の回折光）を反射させ、明視野透過画像検出光学系７へと導く。ここで反射部材５１ｂの法線は光軸に対して傾いている。そのため、反射部材５１ｂは、直接光を光軸と平行でない方向に反射させる。透過部５１１ｂは、観察対象物から発せられる光のうち回折光、散乱光、及び蛍光を透過させる。
　反射部５１０ｂは、一例として円環状の形状のミラーである。

　図５に戻って観察装置Ｄ３の説明を続ける。
　波長フィルター５４は、カメラ５３の検出面のレンズ５２の側に備えられる。波長フィルター５４は、暗視野観察を行うための所定の波長域に含まれる波長の光を透過させ、この波長域に含まれない波長の光を透過させない。したがって、カメラ５３は、レンズ５２によって結像された光のうち、波長フィルター５４を透過した光を検出する。

　ダイクロイックミラー５５ｂは、反射部材５１ｂを透過した光のうち、所定の波長以上の光を反射させ、所定の波長未満の光を透過する。所定の波長とは、一例として５００ｎｍである。ダイクロイックミラー５５ｂは、光源３０から発せられた光が観察対象物に照射されて生じる光（回折光、及び散乱光）を透過させてカメラ５３の方へと導く。一方、ダイクロイックミラー５５ｂは、励起光源３１１から発せられた励起光が観察対象物に照射されて生じる蛍光を反射させて落射蛍光画像検出光学系８へと導く。
　ダイクロイックミラー５５ｂを透過した光は、レンズ５２によってカメラ５３の撮像面において結像する。

［明視野観察］
　明視野透過画像検出光学系７は、明視野観察を行うための光学系である。明視野透過画像検出光学系７は、レンズ７０と、カメラ７１と、波長フィルター７２とを備える。
　レンズ７０は、上述した反射部材５１ｂによって反射された直接光をカメラ７１の撮像面において結像させる。これによってカメラ７１は、明視野観察によって観察対象物の像が撮像された明視野透過画像を検出する。ここでカメラ７１の検出面のレンズ７０の側には、波長フィルター７２が備えられる。波長フィルター７２は、明視野観察を行うための所定の波長域に含まれる波長の光を透過させ、この波長域に含まれない波長の光を透過させない。したがって、カメラ７１は、レンズ７０によって結像された光のうち、波長フィルター７２を透過した光を検出する。この明視野観察では、観察対象物の部分毎に吸収される光の強度の変化が画像のコントラストとして検出される。

［落射蛍光観察］
　落射蛍光画像検出光学系８は、落射蛍光観察を行うための光学系である。落射蛍光画像検出光学系８は、ダイクロイックミラー８０と、レンズ８１と、カメラ８２と、波長フィルター８３と、レンズ８４と、カメラ８５と、波長フィルター８６とを備える。

　ダイクロイックミラー８０は、ダイクロイックミラー５５ｂによって反射された光のうち、所定の範囲の波長を透過させ、この所定の範囲外の波長を反射する。ここで所定の範囲とは、一例として５５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下である。この場合、ダイクロイックミラー８０は、観察対象物から発せられる蛍光のうちフルオレセインイソチオシアネート（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ　ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅ：ＦＩＴＣ）の染色による蛍光を反射し、カメラ８２の方へと導く。一方、ダイクロイックミラー８０は、観察対象物から発せられる蛍光のうちヨウ化プロピジウム（Ｐｒｏｐｉｄｉｕｍ　Ｉｏｄｉｄｅ：ＰＩ）の染色による蛍光を透過させ、カメラ８５の方へと導く。

　レンズ８１は、ダイクロイックミラー８０によって反射された蛍光（ＦＩＴＣの染色による蛍光）をカメラ８２の撮像面において結像させる。これによってカメラ８２は、落射蛍光観察によって観察対象物の像が撮像された落射蛍光画像を検出する。ここでカメラ８２の検出面のレンズ８１の側には、波長フィルター８３が備えられる。波長フィルター８３は、落射蛍光観察を行うための所定の波長域に含まれる波長の光を透過させ、この波長域に含まれない波長の光を透過させない。したがって、カメラ８２は、レンズ８１によって結像された光のうち、波長フィルター８３を透過した光を検出する。この落射蛍光画像では、観察対象物がＦＩＴＣによって染色されて発する蛍光の強度に基づき画像が検出される。

　レンズ８４は、ダイクロイックミラー８０によって透過させられた蛍光（ＰＩの染色による蛍光）をカメラ８５の撮像面において結像させる。これによってカメラ８２は、落射蛍光観察によって観察対象物の像が撮像された落射蛍光画像を検出する。ここでカメラ８５の検出面のレンズ８４の側には、波長フィルター８６が備えられる。波長フィルター８６は、落射蛍光観察を行うための所定の波長域に含まれる波長の光を透過させ、この波長域に含まれない波長の光を透過させない。したがって、カメラ８５は、レンズ８４によって結像された光のうち、波長フィルター８６を透過した光を検出する。この落射蛍光画像では、観察対象物がＰＩによって染色されて発する蛍光の強度に基づき画像が検出される。

　カメラ８２、カメラ８５、レンズ８１及びレンズ８４は、観察対象物に落射蛍光照明光学系によって照明光が照射されて発生する蛍光が光学的構造物の一例である反射部材５１ｂを透過した蛍光を検出する。カメラ８２、及びカメラ８５は、落射蛍光検出器の一例である。観察光学系は、落射蛍光検出器を備える。なお、図５では、２つの蛍光検出器が配置される場合について説明しているが、これに限らない。落射蛍光照明光学系に含まれる落射蛍光検出器の数は１つであってもよく、また３つ以上であってもよい。

　上述したように観察装置Ｄ３では、暗視野透過画像検出光学系５ｂによって暗視野画像が検出され、位相差透過画像検出光学系６によって位相差画像が検出され、明視野透過画像検出光学系７によって明視野透過画像が検出され、落射蛍光画像検出光学系８によって２種類の落射蛍光画像が検出される。観察装置Ｄ３では、それらの複数種類の画像を同時に得るため、複数種類の画像を複数回の測定で得る場合と比較すると、観測対象物の状態の変化等による測定のばらつきを抑えることができる。また、観察装置Ｄ３では同時に同じ観測対象物の測定画像が得られるため、複数種類の画像の測定に複数回の測定を行う必要がなく、画像の測定に要する時間を短くすることができる。

　また、観察装置Ｄ３では、上述した複数種類の画像を検出するために、複数の検出器（カメラ５３、カメラ６３、カメラ７１、カメラ８２、及びカメラ８５）をそれぞれ用いており、検出器を共有していない。ここで複数種類の画像の検出において検出器を共有する場合、検出器のセンサを複数種類の画像のそれぞれに割り当てる必要があるため、複数種類の画像のそれぞれに用いることができるセンサのサイズは、検出器が本来有するセンサのサイズに比べて小さくなってしまう。一方、観察装置Ｄ３では、複数種類の画像を検出するために検出器を共有していないため、検出器が本来有するセンサのサイズにおいて検出を行うことができる。そのため、観察装置Ｄ３では、検出器の空間解像度を犠牲にすることなく、複数種類の空間解像度が高い画像として検出することができる。

　なお、上述した第１の実施形態、第２の実施形態及び第３の実施形態では、観察装置がそれぞれ顕微鏡のステージに載置された観察対象物の画像を観察する場合の一例について説明したが、これに限らない。観察装置は、観察対象物が流体と共に流れ得る流路を備えるマイクロ流体装置を備えて、流路を流れる観察対象物を観察してもよい。つまり、観察装置は、フローサイトメトリーに用いられてもよい。以下に説明する第４の実施形態、第５の実施形態、及び第６の実施形態では、観察装置がフローサイトメトリーに用いられる場合の一例について説明する。

（第４の実施形態）
　以下、図面を参照しながら本発明の第４の実施形態について詳しく説明する。
　上記第２の実施形態と第３の実施形態では、複数の種類の観察を同時に行ってそれぞれの観察において画像を検出する場合について説明をした。本実施形態では、観察装置に備えられる検出系の一部に、観察により得られた光信号強度の時系列変化を示す時系列波形から画像を再構成することなく、観察対象物の形態の情報を直接かつ高速に取得できるゴーストサイトメトリー技術を用いた検出光学系を含む実施形態について説明をする。本実施形態に係る観察装置を観察装置Ｄ４という。観察装置Ｄ４では、一例として、位相差検出と暗視野検出の一部が、画像を再構成することなく、光信号の時系列波形を示す情報である時系列波形情報から観察対象物の形態情報を直接取得できる検出方法により行なわれる。以降の説明では、こうした観察対象物の形態情報を直接取得できる時系列波形を取得する検出光学系を波形検出光学系と記載する。
　本実施形態では、ゴーストサイトメトリー技術を用いた波形検出光学系を、観測対象から射出される光は構造マスクパターンなどの空間変調器を対物レンズと検出器の間の光路に設置する構造化検出により検出する。検出器は観測対象から射出される光が空間変調器により光特性が異なる複数の領域を有する構造化された光を受光する。空間変調器の光が入射する面は、複数の領域が一定領域内に不規則に分布する構造となっており、空間変調器を介する光は領域毎に異なった変調を受け構造化された光に変換される。本明細書では、このように空間変調器の不規則に散らばった複数の領域により光を変調することを、入射光を領域毎にランダムに変調するとも記載する。空間変調器による変調光の光構造は、例えば明暗の二値がランダムに分布した構造であり、その光構造は固定された特定の構造を有しているが、光構造と観察対象を相対的に移動させながら測定を行うことにより、検出する光信号の時間波形信号には観察対象の空間情報が圧縮され含まれる。観測対象から射出される光信号の時系列波形を、画像として再構成することなく直接機械学習を利用して分析するゴーストサイトメトリー技術を用いたフローサイトメータが既に報告されており、観測対象を判別する分類器を機械学習により最適化することで，迅速かつ精度よい分析及び判別できる。
　なお、上述した第３の実施形態と同一の構成及び動作については、同一の符号を付してその説明を省略する。

　図７は、本実施形態に係る観察装置Ｄ４の構成の一例を示す図である。観察装置Ｄ４は、照明光学系と、観察光学系とに加えて、マイクロ流体装置（不図示）を備える。マイクロ流体装置は、観察対象物が流体と共に流れ得る流路を備える。
　観察装置Ｄ４は、顕微鏡３ｃと、暗視野透過画像検出光学系５ｃと、位相差透過画像検出光学系６と、位相差波形検出光学系９と、前方散乱光（Ｆｏｒｗａｒｄ　Ｓｃａｔｔｅｒ：ＦＳＣ）検出光学系１０と、暗視野波形検出光学系１１と、蛍光検出光学系１２と、側方散乱光（Ｓｉｄｅ　Ｓｃａｔｔｅｒ：ＳＳＣ）検出光学系１３とを備える。マイクロ流体装置は顕微鏡３ｃに備えられる。観察装置Ｄ４は、フローサイトメータに備えられる観察装置である。

　以下において説明するように、観察装置Ｄ４の検出光学系には、光電子増倍管（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ　Ｔｕｂｅ：ＰＭＴ）を構成として備えるものがある。それらのＰＭＴ（ＰＭＴ９４、ＰＭＴ１０１、ＰＭＴ１１４、ＰＭＴ１２２、ＰＭＴ１３１、及びＰＭＴ１２６）は、シングルチャネルの光検出器（シングルＰＭＴ）である。

　また、観察装置Ｄ４の検出光学系の一部には、構造パターンマスクを構成として備えるものがある。構造パターンマスクは、顕微鏡３ｃから射出される光を変調する。構造パターンマスクが変調する光には、光学的構造物である反射部材５１ｂを経由した光が含まれる。光を変調するとは、例えば、光の強度などの光学的性質を空間の領域毎に変化させて構造化することである。構造パターンマスクは、光学的構造物を経由した光を変調する空間変調部の一例である。

　図７の例では、構造パターンマスク（構造パターンマスク９１、及び構造パターンマスク１１２）は、光を透過させる領域と光を透過させない領域とを有する空間フィルターである。それら構造パターンマスクは、例えば、光特性が異なる複数の領域が表面に印刷されるフィルムなどである。

　なお、顕微鏡３ｃに含まれる光源から観測対象物までの光路に設置される光学機器は照明光学系に含まれる。顕微鏡３ｃの観測対象物から結像面３１０までの光路に設置される光学機器と、暗視野透過画像検出光学系５ｃと、位相差透過画像検出光学系６と、位相差波形検出光学系９と、ＦＳＣ検出光学系１０と、暗視野波形検出光学系１１と、蛍光検出光学系１２と、ＳＳＣ検出光学系１３とは、観察光学系に含まれる。なお、顕微鏡３ｃの一部の光学機器は照明光学系と観察光学系の両方に含まれる。

　顕微鏡３ｃは、ＦＳＣ、及びＳＳＣを検出するための構成を備える点と、ステージ３４の代わりにフローセル３４ｃを備える点とが、上述した実施形態３として図５に示した顕微鏡３ｂの構成と異なる。ＦＳＣ及びＳＳＣを検出するための構成は、ＦＳＣ/ＳＳＣ光源３１５ｃと、ダイクロイックミラー３１６ｃとを含む。
　ＦＳＣ及びＳＳＣは、ラベル付けを行うことなく（ラベルフリー）細胞などの観察対象物の形態情報を検出するために用いられている。

　フローセル３４ｃは、細胞などの観察対象物が流体とともに流れる流路である。
　ＦＳＣ／ＳＳＣ光源３１５ｃは、ＦＳＣ及びＳＳＣを取得するために観察対象物に照射される光の光源であり、ＦＳＣ／ＳＳＣを取得する光の例はレーザー光である。ダイクロイックミラー３１６ｃは、所定の波長以上の光を反射させ、所定の波長未満の光を透過させる。所定の波長とは、一例として５００ｎｍである。一例として光源３０から発せられる光が４５０ｎｍの波長の光で、ＦＳＣ／ＳＳＣ光源３１５ｃから発せられるレーザー光が６３７ｎｍの波長の光の場合、ダイクロイックミラー３１６ｃは、光源３０から発せられる光を透過させ、ＦＳＣ／ＳＳＣ光源３１５ｃから発せられるレーザー光を反射させ、それぞれ観察対象物の方へ導く。

　ＦＳＣ／ＳＳＣ光源３１５ｃから観察対象物に照射された光は、観察対象物によって散乱される。観察対象物によって散乱されて発生した散乱光は、ダイクロイックミラー３１３を透過し、結像レンズ３８、ミラー３９を経由して顕微鏡３ｃから射出される。

　顕微鏡３ｃから出射される光には３種類の光がある。３種類の光のうち２つは、上述の図５に示した顕微鏡３ｂから出射される２種類の光と同様である。３つ目の光は、レーザー光が観察対象物によって散乱されて発生したＦＳＣ、及びＳＳＣである。
　以下では、観察装置Ｄ４による各種の光をそれぞれ検出する光学系について順に説明する。なお、位相差透過画像検出光学系６は、図５に示した観察装置Ｄ３と同様であるため説明を省略する。

［暗視野観察］
　暗視野透過画像検出光学系５ｃは、レンズ５０と、ミラー５５ｃと、反射部材５１ｂと、ミラー５６ｃと、レンズ５７ｃと、カメラ５３ｃと、波長フィルター５４ｃとを備える。暗視野透過画像検出光学系５ｃは、ミラー５５ｃと、ミラー５６ｃと、レンズ５７ｃと、カメラ５３ｃと、波長フィルター５４ｃとを備えている点が、上述の図５に示した暗視野透過画像検出光学系５ｂと異なる。

　ミラー５５ｃは、レンズ５０から出射される平行光の一部を反射し位相差波形検出光学系９の方へと導き、残りの一部を透過させてミラー５６ｃへと導く。
　反射部材５１ｂは、反射部５１０ｂによって観察対象物から発せられる回折光及び散乱光のうちＦＳＣを反射させ、ＦＳＣ検出光学系１０へと導く。
　ミラー５６ｃは、反射部材５１ｂの透過部５１１ｂを透過した光の一部をカメラ５３ｃの方へと反射させ、残りの一部を透過させて暗視野波形検出光学系１１へと導く。

　レンズ５７ｃ、カメラ５３ｃ、及び波長フィルター５４ｃは、図５に示したレンズ５２、カメラ５３、及び波長フィルター５４とそれぞれ同様の機能を有し、観察装置Ｄ３において配置される位置、及び向きが異なる点以外の構成は同様であるため説明を省略する。

［位相差波形検出］
　位相差波形検出光学系９は、観察対象物から発せられる直接光と回折光及び散乱光との位相差観察に基づいた時間波形を検出するための光学系である。位相差波形検出光学系９は、レンズ９０と、構造パターンマスク９１と、レンズ９２と、レンズ９３と、ＰＭＴ９４と、波長フィルター９５とを備える。

　レンズ９０は、ミラー５５ｃによって反射された平行光を構造パターンマスク９１の位置に結像させる。レンズ９２は、構造パターンマスク９１によって構造化された光を平行光にしてレンズ９３に入射させる。レンズ９３は、レンズ９２によって平行光にされた構造化された光をＰＭＴ９４へと集光する。ＰＭＴ９４は、観察対象物から発せられる直接光が構造化された光と回折光及び散乱光が構造化された光との位相差を時系列に検出することによって、それらの光の位相差観察に基づいた時間波形を検出する。ここでＰＭＴ９４の検出面のレンズ９３側には、波長フィルター９５が備えられる。波長フィルター９５は、位相差画像に基づいた時間波形の検出を行うための所定の波長域に含まれる波長の光を透過させ、この波長域に含まれない波長の光を透過させない。したがって、ＰＭＴ９４は、レンズ９３によって集光された光のうち、波長フィルター９５を透過した光を検出する。

［ＦＳＣ検出］
　ＦＳＣ検出光学系１０は、ＦＳＣ／ＳＳＣ光源からの光の照射により観察対象物から発せられるＦＳＣ（前方散乱光の強度）を検出するための光学系である。ＦＳＣ検出光学系１０は、レンズ１００と、ＰＭＴ１０１と、波長フィルター１０２と、空間フィルター１０３とを備える。

　レンズ１００は、反射部材５１ｂによって反射されたＦＳＣをＰＭＴ１０１へと集光する。ＰＭＴ１０１は、観察対象物から発せられた光のうちＦＳＣを検出する。ここでＰＭＴ１０１の検出面のレンズ１００側には、波長フィルター１０２及び空間フィルター１０３が備えられる。波長フィルター１０２は、ＦＳＣ検出を行うための所定の波長域に含まれる波長の光を透過させ、この波長域に含まれない波長の光を透過させない。一方、空間フィルター１０３は、入射する光のうち、直接光を遮断し、前方方向に伝搬するＦＳＣを透過させる。したがって、ＰＭＴ１０１は、レンズ１００によって結像された光のうち、波長フィルター１０２と空間フィルター１０３を透過した光のうちＦＳＣを検出する。ＦＳＣは、観察対象物の大きさの情報を取得するのに用いられる。

　なお、図７では、波長フィルター１０２及び空間フィルター１０３は、ＰＭＴ１０１の検出面のレンズ１００に近い側から波長フィルター１０２、空間フィルター１０３の順に備えられる場合の一例について示しているが、波長フィルター１０２及び空間フィルター１０３は、ＰＭＴ１０１の検出面のレンズ１００に近い側から空間フィルター１０３、波長フィルター１０２の順に備えられてもよい。

［暗視野波形検出］
　暗視野波形検出光学系１１は、暗視野観察によって観察対象物から発せられた暗視野光の波形を検出するための光学系である。暗視野波形検出光学系１１は、ダイクロイックミラー１１０と、レンズ１１１と、構造パターンマスク１１２と、レンズ１１３と、ＰＭＴ１１４と、波長フィルター１１５とを備える。

　ダイクロイックミラー１１０の構成は、上述の図５に示したダイクロイックミラー５５ｂの構成と同様である。ダイクロイックミラー１１０は、光源３０から発せられた光が観察対象物に照射されて生じる光（回折光、及び散乱光）を透過させてＰＭＴ１１４の方へ導く。一方、ダイクロイックミラー１１０は、励起光源３１１から発せられた励起光が観察対象物に照射されて生じる蛍光と、ＦＳＣ／ＳＳＣ光源３１５ｃから発せられたレーザー光が観察対象物に照射されて生じる散乱光とを反射させて、蛍光検出光学系１２及びＳＳＣ検出光学系１３へと導く。

　レンズ１１１は、ダイクロイックミラー１１０を透過した光を構造パターンマスク１１２の位置に結像させる。構造パターンマスク１１２は、結像された光を構造化された光としてレンズ１１３に入射させる。レンズ１１３は、構造パターンマスク１１２によって構造化された光をＰＭＴ１１４へと集光する。ＰＭＴ１１４は、観察対象物から発せられる暗視野光が構造化された光を時系列に検出する。ここでＰＭＴ１１４の検出面のレンズ１１３の側には、波長フィルター１１５が備えられる。波長フィルター１１５は、暗視野波形検出を行うための所定の波長域に含まれる波長の光を透過させ、この波長域に含まれない波長の光を透過させない。したがって、ＰＭＴ１１４は、レンズ１１３によって結像された光のうち、波長フィルター１１５を透過した光を検出する。

［蛍光検出］
　蛍光検出光学系１２は、励起光源３１１の照射により観察対象物から発せられる蛍光を検出するための光学系である。蛍光検出光学系１２は、ダイクロイックミラー１２０と、レンズ１２１と、ＰＭＴ１２２と、波長フィルター１２３と、ダイクロイックミラー１２４と、レンズ１２５と、ＰＭＴ１２６と、波長フィルター１２７とを備える。

　ダイクロイックミラー１２０の構成は、上述の図５に示したダイクロイックミラー８０の構成と同様である。ダイクロイックミラー１２０は、ダイクロイックミラー１１０によって反射された光のうちＦＩＴＣの染色による蛍光を反射し、ＰＭＴ１２２の方へと導く。一方、ダイクロイックミラー１２０は、ダイクロイックミラー１１０によって反射された光のうちＰＩの染色による蛍光を透過させ、ＰＭＴ１２６の方へと導く。

　レンズ１２１は、ダイクロイックミラー１２０によって反射された蛍光をＰＭＴ１２２へと集光する。ＰＭＴ１２２は、観察対象物がＦＩＴＣによって染色されて発する蛍光の強度を時系列に検出する。ここでＰＭＴ１２２の検出面のレンズ１２１の側には、波長フィルター１２３が備えられる。波長フィルター１２３は、蛍光検出を行うための所定の波長域に含まれる波長の光を透過させ、この波長域に含まれない波長の光を透過させない。したがって、ＰＭＴ１２２は、レンズ１２１によって結像された光のうち、波長フィルター１２３を透過した光を検出する。

　ダイクロイックミラー１２４は、ダイクロイックミラー１２０によって透過させられた光のうち、所定の範囲の波長を反射させ、この所定の範囲外の波長を透過する。ここで所定の範囲とは、一例として６３７ｎｍの波長である。ダイクロイックミラー１２４は、ダイクロイックミラー１２０を透過した光のうち、観察対象物から発せられる蛍光であってＰＩの染色による蛍光を透過させ、ＰＭＴ１２６の方へと導く。一方、ダイクロイックミラー１２４は、ダイクロイックミラー１２０によって透過させられた光のうち、観察対象物から発せられるＳＳＣを反射しＳＳＣ検出光学系１３へと導く。

　レンズ１２５は、ダイクロイックミラー１２４を透過した蛍光をＰＭＴ１２６へと集光する。ＰＭＴ１２６は、観察対象物がＰＩによって染色されて発する蛍光の強度を時系列に検出する。ここでＰＭＴ１２６の検出面のレンズ１２５の側には、波長フィルター１２７が備えられる。波長フィルター１２７は、蛍光検出を行うための所定の波長域に含まれる波長の光を透過させ、この波長域に含まれない波長の光を透過させない。したがって、ＰＭＴ１２６は、レンズ１２５によって結像された光のうち、波長フィルター１２７を透過した光を検出する。

［ＳＳＣ検出］

　ＳＳＣ検出光学系１３は、ＦＳＣ／ＳＳＣ光源３１５ｃの照射により観察対象物から発せられるＳＳＣを検出するための光学系である。ＳＳＣ検出光学系１３は、レンズ１３０と、ＰＭＴ１３１と、波長フィルター１３２とを備える。

　レンズ１３０は、ダイクロイックミラー１２４によって反射されたＳＳＣをＰＭＴ１３１へと集光する。ＰＭＴ１３１は、観察対象物から発せられた光のうちＳＳＣを検出する。ここでＰＭＴ１３１の検出面のレンズ１３０の側には、波長フィルター１３２が備えられる。波長フィルター１３２は、ＳＳＣを検出するための所定の波長域に含まれる波長の光を透過させ、この波長域に含まれない波長の光を透過させない。したがって、ＰＭＴ１３１は、レンズ１３０によって結像された光のうち、波長フィルター１３２を透過した光を検出する。ＳＳＣは、観察対象物の内部構造の情報を取得するのに用いられる。

　観察装置Ｄ４において、レンズ９２、レンズ９３、レンズ１１３は、検出器と空間変調部との間に備えられるレンズであり、いわゆるリレーレンズである。

　なお、本実施形態では、暗視野透過画像検出光学系５ｃが反射部材５１ｂを備える場合の一例について説明したが、これに限らない。暗視野透過画像検出光学系５ｃは、反射部材５１ｂ及びＦＳＣ検出光学系１０の代わりに、波長フィルター、空間フィルター、及びＦＳＣを検出するための検出器を備えてもよい。
　この波長フィルターは、波長フィルター１３２と同様の機能を有する。この空間フィルターは、直接光を遮断し、ＦＳＣを透過させる。空間フィルターの直接光を遮断する領域の大きさは、直接光が照射される領域の大きさよりも同じか広い。この検出部は、所定の形状に配置された光検出素子によって、波長フィルター及び空間フィルターを透過したＦＳＣを検出する。光検出素子が配置される領域は、空間フィルターの直接光を遮断する領域よりも広い。
　この場合、本実施形態のように反射部材５１ｂによって反射されたＦＳＣをＦＳＣ検出光学系１０によって検出する代わりに、図７に示した暗視野透過画像検出光学系５ｃにおいて反射部材５１ｂが備えられる位置においてＦＳＣが検出される。

　なお、本実施形態では、位相差波形検出光学系９及び暗視野波形検出光学系１１に備えられる空間変調部として、光を透過させる領域と光を透過させない領域とを有する空間フィルターである構造パターンマスク（構造パターンマスク９１、及び構造パターンマスク１１２）が設置される場合を例に説明したが、これに限らない。空間変調部としては、構造パターンマスクの代わりに、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）あるいは光を反射させるミラーを有する反射型マスクが備えられてもよい。ＤＭＤあるいは反射型マスクが備えられる場合、位相差波形検出光学系あるいは暗視野波形検出光学系において検出対象となる光をＰＭＴの方向へと反射するようにＤＭＤあるいは反射型マスクが配置される。例えば、ＤＭＤの場合、ＤＭＤは検出対象である光をＰＭＴに受光される方向に反射させ、検出出対象でない光をＰＭＴ以外の方向に反射させる。空間変調部は、光の空間的な分布を制御して、光を変調させる光学機器である。

　なお、本実施形態では、蛍光検出光学系１２は、構造パターンマスクを介さずに蛍光を検出する場合の一例について説明したが、これに限らない。蛍光検出光学系１２は、構造パターンマスクを備えてもよい。
　観察対象物がＦＩＴＣによって染色されて発する蛍光を構造パターンマスクを介して検出する場合、蛍光検出光学系１２は、レンズ１２１とＰＭＴ１２２との間に、構造パターンマスクと、構造パターンマスクによって構造された光をＰＭＴ１２２に集光するレンズとを備える。
　また、観察対象物がＰＩによって染色されて発する蛍光を構造パターンマスクを介して検出する場合、蛍光検出光学系１２は、レンズ１２５とＰＭＴ１２６との間に、構造パターンマスクと、構造パターンマスクによって構造された光をＰＭＴ１２６に集光するレンズとを備える。

　上述したように本実施形態に係る観察装置Ｄ４では、位相差波形検出光学系９と、ＦＳＣ検出光学系１０と、暗視野波形検出光学系１１と、蛍光検出光学系１２と、ＳＳＣ検出光学系１３とを備える。この構成により、観察装置Ｄ４では、計測データ（ＰＭＴ９４、ＰＭＴ１０１、ＰＭＴ１１４、ＰＭＴ１２２、ＰＭＴ１２６、及びＰＭＴ１３１がそれぞれ検出する光の強度の時系列変化）から、複数種類の観察対象物の形態に関する情報を同時に検出できる。そのため、観察装置Ｄ４では、観察対象物について、複数種類の光を同時に検出しない場合に比べてよりリッチな形態情報を取得できる。リッチな形態情報を取得するとは、複数の種類の異なる光を同時に検出し、観測対象の形態に関する種々な情報を同時に取得することである。

　また、観察装置Ｄ４では、位相差波形検出光学系９、暗視野波形検出光学系１１において、構造パターンマスク（構造パターンマスク９１、構造パターンマスク１１２）によって構造化された光をそれぞれ検出する。つまり、観察装置Ｄ４では、位相差検出と暗視野検出において、いわゆるゴーストサイトメトリー技術に基いて観察対象物の空間情報を含む光信号の時系列波形を検出する構成となっており、取得した光信号の時系列波形から観察対象物の形態情報を２次元画像に変換せずに取得できる。

　このため観察装置Ｄ４は、本実施形態のようにフローサイトメータに備えられて、ゴーストサイトメトリー技術を利用して形態情報を取得する装置として好適である。ゴーストサイトメトリー技術では、形態情報を計測データから２次元画像に変換せずに直接解析できるため、形態情報を２次元画像に変換する場合に比べて高速に取得可能である。

　なお、観察装置Ｄ４の構成から検出光学系のうちいずれかが省略されてもよい。例えば、観察装置Ｄ４の構成から、位相差透過画像検出光学系６のレンズ６１、レンズ６２、及びカメラ６３が、あるいは暗視野透過画像検出光学系５ｃのレンズ５７ｃ、及びカメラ５３ｃが省略されてもよい。
　なお、観察装置Ｄ４に、明視野画像検出系、及びまたは明視野波形検出系が追加されてもよい。例えば、ＦＳＣ検出光学系１０は、ＦＳＣ／ＳＳＣ光源３１５ｃの観察対象物への照射によって発生するＦＳＣの検出系として図７に記載されているが、ＦＳＣ検出光学系１０に加えて、明視野画像検出系、及びまたは明視野波形検出系とが備えられてもよい。その場合、反射部材５１ｂからの反射光は波長フィルターなどを用いて分岐され、分岐された反射光のうち一方はＦＳＣ検出系によって検出され、他方が明視野画像検出系、及びまたは明視野波形検出系によって検出されてもよい。

（第５の実施形態）
　以下、図面を参照しながら本発明の第５の実施形態について詳しく説明する。
　上記第４の実施形態では、シングルチャネルの光検出器（シングルＰＭＴ）を用いて検出を行う場合について説明をした。本実施形態では、マルチアノードＰＭＴを用いて検出を行う場合について説明をする。本実施形態に係る観察装置を観察装置Ｄ５という。本実施形態では、細胞を観察対象物の例として説明する。
　なお、上述した第４の実施形態と同一の構成及び動作については、同一の符号を付してその説明を省略する。

　図８は、本実施形態に係る観察装置Ｄ５の構成の一例を示す図である。図８に示す観察装置Ｄ５と、図７に示した観察装置Ｄ４とを比較すると、位相差波形検出光学系９ｄと、暗視野波形検出光学系１１ｄとが異なる。

　位相差波形検出光学系９ｄは、シングルＰＭＴの代わりにマルチアノードＰＭＴ９４ｄを備える点が位相差波形検出光学系９と異なる。暗視野波形検出光学系１１ｄは、シングルＰＭＴの代わりにマルチアノードＰＭＴ１１４ｄを備える点が暗視野波形検出光学系１１と異なる。

　マルチアノードＰＭＴ９４ｄ、及びマルチアノードＰＭＴ１１４ｄは、複数のチャネルを有する光検出器である。チャネルとは、光を検出する光検出素子である。マルチアノードＰＭＴ９４ｄ、及びマルチアノードＰＭＴ１１４ｄは、複数の光検出素子を備える検出器の一例である。なお、複数の光検出素子を備える検出器として、マルチアノードＰＭＴの代わりに、マルチアノードＰＭＴ以外の検出器が備えられてもよい。例えば、複数の光検出素子を備える検出器として、マルチチャネルを有するフォトダイオードなどが備えられてもよい。

　マルチアノードＰＭＴ９４ｄには、構造パターンマスク９１によるマスク変調光が投影される。マスク変調光とは、構造パターンマスク９１によって変調された光である。マルチアノードＰＭＴ９４ｄに備えられる複数のチャネルは、構造パターンマスク９１によって変調された光をマスク変調光として検出する。
　マルチアノードＰＭＴ１１４ｄには、構造パターンマスク１１２によるマスク変調光が投影される。マスク変調光とは、構造パターンマスク１１２によって変調された光である。マルチアノードＰＭＴ１１４ｄに備えられる複数のチャネルは、構造パターンマスク１１２によって変調された光をマスク変調光として検出する。

　ここで図９を参照し、マルチアノードＰＭＴに投影されるマスク変調光を、マルチアノードＰＭＴ１１４ｄに投影される構造パターンマスク１１２によるマスク変調光Ｍ１を例にとって説明する。構造パターンマスク９１によるマスク変調光についても以下に説明する図９と同様である。

　図９は、本実施形態に係るマルチアノードＰＭＴ１１４ｄに投影されるマスク変調光Ｍ１の一例を示す図である。フローセル３４ｃを流れる観察対象物である細胞の像ＩＣ１は、マルチアノードＰＭＴ１１４ｄ上で矢印ＡＲ１が示す方向に移動する。矢印ＡＲ１は、マルチアノードＰＭＴ１１４ｄ上を細胞の像ＩＣ１が移動する方向を示す。

　マスク変調光Ｍ１は、構造パターンマスク１１２を透過した光のパターンを示している。構造パターンマスク１１２は、一例としてランダムな光透過部分を有するマスクパターンであり、構造パターンマスク１１２のマスクパターンを反映したマスク変調光Ｍ１がランダムな光のパターンとしてマルチアノードＰＭＴ１１４ｄに投影される。マスク変調光Ｍ１－ｉはマスク変調光Ｍ１を構成する複数の透過光のうちの１つである。

　マルチアノードＰＭＴ１１４ｄが有する複数のチャネルＰ１はそれぞれ長方形の形状である。チャネルＰ１の長手方向の長さは、マルチアノードＰＭＴ１１４ｄに投影されるマスク変調光Ｍ１の幅方向の長さと略同じがそれよりも広ければよい。複数のチャネルＰ１は、図９に示されているように、検出面ＤＳ１において、長手方向を矢印ＡＲ１と略垂直となる向きにして矢印ＡＲ１の方向に互いに略平行に直列に配置される。図９においてチャネルＰ１－１からチャネルＰ１－Ｎで記載される複数のチャネルＰ１は、それぞれが光検出素子である。チャネルＰ１－ｉは、複数のチャネルＰ１のうちの１つでｉ番目の光検出素子である。

　図１０に、複数のチャネルＰ１がそれぞれ検出するシグナル強度の時系列変化の一例を示す。シグナルＳＧ１－１、シグナルＳＧ１－２、・・・、シグナルＳＧ１－Ｎは、それぞれチャネルＰ１－１、チャネルＰ１－２、・・・、チャネルＰ１－Ｎによって検出されるシグナルの強度の時系列変化を示す。複数のチャネルＰ１は矢印ＡＲ１の方向に直列に配置されるため、シグナルＳＧ１－１、シグナルＳＧ１－２、・・・、シグナルＳＧ１－Ｎがそれぞれ検出される時間的な順序は、複数のチャネルＰ１が矢印ＡＲ１の方向に直列に配置される順となる。チャネルＰ１－１によるシグナルＳＧ１－１の検出が開始される時間ｔ１１から、チャネルＰ１－ＮによるシグナルＳＧ１－Ｎの検出が終了する時間ｔ１２までの期間の長さが、シグナルが取得される総時間となる。

　シングルＰＭＴの場合、単一の光検出素子が、シグナルである光を検出する対象となる領域の全体に割り当てられる。そのため、シングルＰＭＴでは観察対象物による光変調を受けていない状態に検出されるバックグラウンドシグナルに対して、観察対象物を通過したことによる変調シグナルの割合が小さくなる。一方本実施形態では、マルチアノードＰＭＴが有する複数の光検出素子が、光を検出する対象となる領域のうちそれぞれに対応する部分においてシグナルを分担して検出する。マルチアノードＰＭＴの場合、シングルＰＭＴの場合に比べてバックグラウンドシグナルに対する変調シグナルの比を向上させることができ、検出感度を向上させることができる。

　なお、上述した図９においては、一例として暗視野波形検出に用いられる構造パターンマスク１１２がマルチアノードＰＭＴ１１４ｄに投影されるマスク変調光Ｍ１である場合について説明したが、図８において同様に構造パターンマスクを用いて検出を行っている位相差波形検出光学系９ｄにおいても同様にマスク変調光がマルチアノードＰＭＴ９４ｄに投影されている。
　また、上述した図８においては、位相差波形検出光学系９ｄ、及び暗視野波形検出光学系１１ｄに、構造パターンマスク（構造パターンマスク９１、及び構造パターンマスク１１２）が備えられる場合の一例について説明したが、これに限らない。例えば蛍光検出光学系１２に構造パターンマスクが備えられてもよい。

（第５の実施形態の変形例）
　上記第５の実施形態では、図９でマルチアノードの有する複数のチャネルがマルチアノードＰＭＴ１１４ｄ上を細胞の像ＩＣ１が移動する方向に直列に配置される場合について説明した。本変形例では、マルチアノードが有する複数のチャネルがマルチアノードＰＭＴ１１４ｄ上を細胞の像ＩＣ１が移動する方向に並列に配置される場合について説明する。なお本変形例においても、構造パターンマスク１１２によるマスク変調光を例に説明するが、構造パターンマスク９１についても以下に説明する図１１と同様である。本変形例では、上記第５の実施形態の構成と同様な構成の説明は省略し、上記第５の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

　図１１は、本実施形態に係るマルチアノードＰＭＴ１１４ｄに投影されるマスク変調光Ｍ２の一例を示す図である。マスク変調光Ｍ２は、図９に示したマスク変調光Ｍ１と同様にランダムな光透過部分を有するマルチアノードＰＭＴ１１４ｄに投影された光のパターンである。マスク変調光Ｍ２－ｉは、マスク変調光Ｍ２を構成する複数の透過光のうちの１つである。

　図１１に示す複数のチャネルＰ２と、図９に示した複数のチャネルＰ１とでは、複数のチャネルが配置される矢印ＡＲ１に対する向きが異なる。複数のチャネルＰ２は、長手方向が矢印ＡＲ１と略平行となる向きにして矢印ＡＲ１の方向に並列に配置される。複数のチャネルＰ２について短手方向の長さの合計は、図９におけるチャネルＰ１の長手方向の長さと同様に、マルチアノードＰＭＴ１１４ｄに投影されるマスク変調光Ｍ２の幅方向の長さと略同じかそれよりも広ければよい。チャネルＰ２－ｉは複数のチャネルＰ２のうちの１つであり、図１１においてチャネルＰ２－１からチャネルＰ２－Ｎで記載されているｉ番目の光検出素子である。

　図１２に、複数のチャネルＰ２がそれぞれ検出するシグナル強度の時系列の一例を示す。シグナルＳＧ２－ｉ、シグナルＳＧ２－ｉ＋１、・・・、シグナルＳＧ２－ｉ＋Ｍは、それぞれチャネルＰ２－ｉ、チャネルＰ２－ｉ＋１、・・・、チャネルＰ２－ｉ＋Ｍによって検出されるシグナルの強度を示す。それぞれのチャンネルで検出されるシグナル強度の波形は互いに異なるが、複数のチャネルＰ２は図１１に示した矢印ＡＲ１の方向に並列に配置されるため、シグナルＳＧ２－ｉ、シグナルＳＧ２－ｉ＋１、・・・、シグナルＳＧ２－ｉ＋Ｍがそれぞれ検出される時間に大きな差は生じない。シグナルＳＧ２－ｉ、シグナルＳＧ２－ｉ＋１、・・・、シグナルＳＧ２－ｉ＋Ｍの検出が開始される時間ｔ２１から、シグナルＳＧ２－ｉ、シグナルＳＧ２－ｉ＋１、・・・、シグナルＳＧ２－ｉ＋Ｍの検出が終了する時刻ｔ２２までの期間の長さが、シグナルが取得される総時間となる。
　なお、図１１では、上記のチャネルＰ２－ｉ、チャネルＰ２－ｉ＋１、・・・、チャネルＰ２－ｉ＋Ｍ以外のチャネルは、像ＩＣ１がチャネルの素子面を通過しないので、細胞のシグナルは検出されない。
　なお、上記第５の実施形態およびその変形例では、構造パターンマスク１１２によるマスク変調光と構造パターンマスク９１によるマスク変調光において、マルチアノードの有する複数のチャネルが同じ方向に配置される例を説明しているが、両者においてマルチアノードの有する複数のチャネルを異なった方向に設置することもできる。

（第６の実施形態）
　上記第５の実施形態では、構造パターンマスクを用いマルチアノードＰＭＴを用いて検出が行われる場合について説明したが、本実施形態では、構造パターンマスクを用いず、独立した複数の光検出素子（例えば直線状にＰｈｏｔｏｄｉｏｄｅ（ＰＤ）を配置した１ＤアレイＰＤ）が用いられる。本実施形態に係る観察装置を観察装置Ｄ６という。以下においては、観察装置Ｄ６の一例として、投影された細胞Ｃ１の像ＩＣ１が検出器上を移動する方向に対して複数個のＰＤが斜めに直線状に配置される場合について説明する。
　なお、上述した第５の実施形態と同一の構成及び動作については、同一の符号を付してその説明を省略する。

　図１３は、本実施形態に係る観察装置Ｄ６の構成の一例を示す図である。図１３に示す観察装置Ｄ６と、図８に示した観察装置Ｄ５とを比較すると、位相差波形検出光学系９ｅと、暗視野波形検出光学系１１ｅとが異なる。
　位相差波形検出光学系９ｅは、レンズ９０と、１ＤアレイＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）９４ｅと、波長フィルター９５とを備える。
　暗視野波形検出光学系１１ｅは、ダイクロイックミラー１１０と、レンズ１１１と、１ＤアレイＰＤ１１４ｅと、波長フィルター１１５とを備える。
　ここで１ＤアレイＰＤは、複数のフォトダイオードが直線状に配列された検出器である。１ＤアレイＰＤ９４ｅ、及び１ＤアレイＰＤ１１４ｅは、複数の光検出素子を備える検出器の一例である。

　ここで図１４を参照し、１ＤアレイＰＤ９４ｅが有する複数のチャネルＰ３の配置について説明する。なお、１ＤアレイＰＤ１１４ｅが有する複数のチャネルの配置についても１ＤアレイＰＤ９４ｅと同様である。
　図１４は、本変形例に係る１ＤアレイＰＤ９４ｅが有する複数のチャネルＰ３の配置の一例を示す図である。像ＩＣ１は、フローセル３４ｃを流れる観察対象物の一例である細胞Ｃ１の像が１ＤアレイＰＤ９４ｅの検出面に結像された像である。図１４において矢印ＡＲ２は、フローセル３４ｃを流れる細胞Ｃ１の像ＩＣ１が複数のチャネルＰ３を通過する方向を示す。

　複数のチャネルＰ３は、チャネルＰ３－１からチャネルＰ３－ｎのｎ個のチャネルから構成され、チャネルＰ３－ｉはｉ番目のチャネルである。ここで複数のチャネルＰ３では、隣り合うチャネル同士は所定の間隔だけ離れて配置される。
　１ＤアレイＰＤ９４ｅでは、複数のチャネルＰ３は、矢印ＡＲ２で示す細胞Ｃ１の像ＩＣ１が移動する方向と垂直な方向に対して所定の角度だけ傾いて配置される。そのため、１ＤアレイＰＤ９４ｅでは、複数のチャネルＰ３間の間隔によって、矢印ＡＲ２の方向と垂直な方向において、細胞Ｃ１から発せられる光（つまり、シグナル）を検出できない領域の矢印ＡＲ２と垂直な方向の長さは、複数のチャネルＰ３が矢印ＡＲ２の方向に垂直に配置される場合の間隔に比べて短い。あるいは、チャネルＰ３の大きさと隣接するチャネルＰ３同士の間隔によっては、矢印ＡＲ２に対して所定の角度だけ傾けて配置することで、シグナルを検出できない領域をなくすことができる。
　以下の説明においては、複数のチャネルＰ３は、矢印ＡＲ２が示す細胞Ｃ１の像ＩＣ１が移動する方向と垂直な方向に対して所定の角度だけ傾いて配置されることを、単に複数のチャネルＰ３が斜めに配置されているという場合がある。

　一方、１ＤアレイＰＤ９４ｅでは、複数のチャネルＰ３が斜めに配置されるため、複数のチャネルＰ３それぞれが細胞Ｃ１から発せられる光を検出する時期が、複数のチャネルＰ３相互間において異なる。以下の説明においては、複数のチャネルＰ３において個々のチャネル相互間においてシグナルを検出する時期の差を一細胞あたりの計測時間という場合がある。一細胞あたりの計測時間は、像ＩＣ１の大きさと、複数のチャネルＰ３の大きさとによって決まる。

　複数のチャネルＰ３においてそれぞれ計測される細胞Ｃ１の形態情報は、それぞれ細胞Ｃ１の部分毎に独立に取得される。そのため、それぞれのチャネルからのシグナル取得時期が時間的に重複する場合においても、シグナルの独立性は保たれる。
　さらに、複数のチャネルＰ３が斜めに配置されることによって、隣接するチャネルＰ３間の間隔によって生じる細胞Ｃ１からの部分毎のシグナルの欠如が抑制される。これによって、観察装置Ｄ５では、構造マスクパターンを使用しない場合においても、細胞から取得される形態情報が細胞の部分について欠如してしまうことを抑制しながら、測定を高速化できる。
　さらに、観察装置Ｄ６は、複数種類のシグナルを同時取得することもできる。すなわち、位相差波形検出光学系９ｅでは位相差観察に基づくシグナルを、暗視野波形検出光学系１１ｅでは暗視野観察に基づくシグナルを、蛍光検出光学系１２では蛍光画像に基づくシグナルを、ＦＳＣ検出光学系１０とＳＳＣ検出光学系１３では、散乱光に基づくシグナルを、それぞれ同様の方法で同時に検出できる。

　なお、リレーレンズであるレンズ９０、及びレンズ１１１の焦点距離をそれぞれ調整することによって、像ＩＣ１と複数のチャネルＰ３を形成する個々のチャネルとの大きさとの比率を変えることができる。比率を変えることによって、複数のチャネルＰ３の隣接するチャネル同士の間隔を、実効的に空間解像度相当以下にすることができる。隣接するチャネル同士の間隔を実効的に空間解像度相当以下にすることによって、チャネル同士の間隔が存在するために細胞から取得される形態情報が細胞の部分について欠如してしまうことを最小限に抑制することができる。

　上記のように像ＩＣ１と複数のチャネルＰ３それぞれの大きさとの比率を変える場合に、複数のチャネルＰ３を斜めに配置せずに、細胞の像ＩＣ１が移動する方向に略垂直な方向に配置することが可能である。このとき、一細胞あたりの計測時間は、細胞の像が移動する方向に略垂直な方向に配置されたそれぞれのチャネルを像ＩＣ１が通過する時間となる。

　またなお、ゴーストサイトメトリーにおいては、必ずしも完全な画像再構成は必要ではない。そのため、隣り合うチャネル同士の間隔の実効的な大きさが空間解像度以下でなくても、観察装置Ｄ６を用いて十分に高い分類精度を得られる場合もある。

　なお、上述した各実施形態において、検出器であるシングルＰＭＴの検出面にレンズによって光が結像される場合の一例について説明したが、これに限らない。レンズはシングルＰＭＴの検出面へと光を単に集光してもよい。例えば、ゴーストイメージングでは、２次元画像の再構成は不要であるため、図７に示した観察装置Ｄ４において、レンズ９３は、ＰＭＴ９４の検出面に光を結像させるのではなく、光が十分に集光されていればよい。また、図８に示したマルチＰＭＴや、図１３に示した１ＤアレイＰＤには、シングルＰＭＴと比較すると、入射する光が検出面において結像されている必要性は高いものの、厳密な結像関係までは必要とされない。

（各実施形態のまとめ）
　以上に説明したように、上述した実施形態に係る観察装置Ｄ１は、照明光学系と、観察光学系とを備える。
　照明光学系は、光源３０と、開口部材（上述した実施形態においてスリット３２）とを備える。観察光学系は、対物レンズ３６と、光学的構造物（上述した実施形態において遮光板３７）と、検出器（上述した実施形態においてカメラ４）とを備える。
　光学的構造物（上述した実施形態において遮光板３７）は開口部材（上述した実施形態においてスリット３２）が配置される位置と共役な位置である第１の位置に配置され、光学的構造物（上述した実施形態において遮光板３７）は光を遮断する遮断部と光を透過させる透過部とを有し、かつ遮断部の形状が光学的構造物（上述した実施形態において遮光板３７）上に結像される開口部材（上述した実施形態においてスリット３２）の開口部の像の形状を包含する形状である。検出器（上述した実施形態においてカメラ４）は、光学的構造物（上述した実施形態において遮光板３７）を経由した暗視野光を検出する。
　また、上述した実施形態に係る観察装置、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６は、照明光学系と観察光学系とを備える。
　照明光学系は、光源３０と、開口部材（上述した実施形態においてスリット３２）とを備える。
　観察光学系は、対物レンズ３６と、光学的構造物（上述した実施形態において遮光板５１、反射部材５１ｂ）と、第２の光学的構造物（上述した実施形態において位相板３７ａ）、検出器（上述した実施形態においてカメラ５３、５３ｃ、６３、７１、８２、８５、ＰＭＴ９４、１０１、１１４、１２２、１２６、１３１、マルチアノードＰＭＴ９４ｄ、１１４ｄ、１ＤアレイＰＤ９４ｅ、１１４ｅ）とを備える。
　光学的構造物（上述した実施形態において遮光板５１、反射部材５１ｂ）は、開口部材（上述した実施形態においてスリット３２）が配置される位置と共役な位置である第１位置（上述した実施形態においてスリット３２が配置される位置と共役な位置）に配置される。光学的構造物（上述した実施形態において遮光板５１、反射部材５１ｂ）は光を遮断する遮断部と光を透過させる透過部とを有し、かつ遮断部の形状が光学的構造物（上述した実施形態において遮光板５１、反射部材５１ｂ）上に結像される開口部材（上述した実施形態においてスリット３２）の開口部の像の形状を包含する形状である。
　検出器（上述した実施形態においてカメラ４、５３、５３ｃ、６３、７１、８２、８５、ＰＭＴ９４、１０１、１１４、１２２、１２６、１３１、マルチアノードＰＭＴ９４ｄ、１１４ｄ、１ＤアレイＰＤ９４ｅ、１１４ｅ）は、光学的構造物（上述した実施形態において遮光板５１、反射部材５１ｂ）あるいは第２の光学的構造物（上述した実施形態において位相板３７ａ）を経由した光を検出する。

　この構成により、実施形態に係る観察装置Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６では、対物レンズの開口数を従来の暗視野観察に比べて高くすることで空間解像度を向上できるため、観察対象物の観察において従来に比べてより解像度の高い形態情報を取得できる。
　実施形態に係る観察装置Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６は、従来の観察装置に比べて、ラベルフリー／蛍光イメージングの検出手段を用いて細胞などの観察対象物についてよりリッチな形態情報を取得できる。実施形態に係る観察装置Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６では、光信号の時系列波形情報から画像を再構成することなく、観察対象物に関する解像度の高い形態情報を取得できる検出手段を組み合わせて用いることができる。

　また、上述した実施形態に係る観察装置Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６は、第２の光学的構造物（上述した実施形態において位相板３７ａ）と、位相差検出器（上述した実施形態においてカメラ６３、ＰＭＴ９４、マルチアノードＰＭＴ９４ｄ、１ＤアレイＰＤ９４ｅ）とをさらに備える。
　第２の光学的構造物（上述した実施形態において位相板３７ａ）は、光の位相を変化させる位相変更部と光を透過させる透過部とを有し、かつ位相変更部に結像される開口部材の開口部の像の形状が位相板の位相変更部の形状と略一致している。第２の光学的構造物（上述した実施形態において位相板３７ａ）は、開口部材が配置される位置と共役な位置であってかつ第１の位置とは一致していない第２の位置に設置される。
　位相差検出器（上述した実施形態においてカメラ６３、ＰＭＴ９４、マルチアノードＰＭＴ９４ｄ、１ＤアレイＰＤ９４ｅ）は、対物レンズ３６と検出器（上述した実施形態においてカメラ５３、５３ｃ、６３、７１、８２、８５、ＰＭＴ９４、１０１、１１４、１２２、１２６、１３１、マルチアノードＰＭＴ９４ｄ、１１４ｄ、１ＤアレイＰＤ９４ｅ、１１４ｅ）との間の光路において光学的構造物（上述した実施形態において遮光板５１、反射部材５１ｂ）よりも対物レンズ３６の側において、観察対象物（上述した実施形態において細胞Ｃ１）から発せられる光が第２の光学的構造物（上述した実施形態において位相板３７ａ）が有する透過部を通過した直接光と回折光及びまたは散乱光との位相差を検出する。

　この構成により、実施形態に係る観察装置Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６では、暗視野観察による測定と位相差観察による測定とを同時に行うことができるため、暗視野観察と位相差観察とを同時に行わない場合に比べてよりリッチな形態情報を取得できる。

　また、上述した実施形態に係る観察装置Ｄ４、Ｄ５では、観察光学系は、第２の光学的構造物（上述した実施形態において位相板３７ａ）を経由した光の一部を変調する空間変調部（上述した実施形態において構造パターンマスク９１）と、空間変調部（上述した実施形態において構造パターンマスク９１）によって変調された光を検出する位相差波形検出光学系９、９ｄとを備える。

　この構成により、実施形態に係る観察装置Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６では、位相差や暗視野での画像観察による測定と位相差波形検出による測定を同時に行うことができるため、位相差波形検出を位相差や暗視野での画像観察と同時に行わない場合に比べてよりリッチな形態情報を取得できる。また、実施形態に係る観察装置Ｄ４、Ｄ５では、位相差波形検出によってゴーストサイトメトリー技術に基づいて観察対象物の位相差波形に関する形態情報を２次元画像に変換せずに取得できるため、解像度の高い形態情報を２次元画像に変換する場合に比べてより高速に取得できる。

　また、上述した実施形態に係る観察装置Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６では、照明光学系は、観察対象物（上述した実施形態において細胞Ｃ１）に照明光を下方から照射する落射蛍光照明光学系（上述した実施形態において励起光源３１１と、励起フィルター３１２と、ダイクロイックミラー３１３との組）をさらに備え、観察光学系は、観察対象物（上述した実施形態において細胞Ｃ１）に落射蛍光照明光学系（上述した実施形態において励起光源３１１と、励起フィルター３１２と、ダイクロイックミラー３１３との組）によって照明光が照射されて発生する蛍光が光学的構造物（上述した実施形態において遮光板５１、反射部材５１ｂ）を透過した蛍光を検出する落射蛍光検出器（上述した実施形態においてカメラ８２、カメラ８５、ＰＭＴ１２２、ＰＭＴ１２６）をさらに備える。

　この構成により、実施形態に係る観察装置Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６では、他の観察による測定（例えば暗視野透過画像観察あるいは暗視野波形検出といった暗視野観察による測定）と落射蛍光観察による測定とを同時に行うことができるため、落射蛍光観察が同時に行なわれない場合に比べてよりリッチな形態情報を取得できる。

　また、上述した実施形態に係る観察装置Ｄ４、Ｄ５では、マイクロ流体装置と、空間変調部（上述した実施形態において構造パターンマスク１１２）と、暗視野波形検出光学系１１とを備える。
　マイクロ流体装置は、観察対象物（上述した実施形態において細胞Ｃ１）が流体と共に流れ得る流路（上述した実施形態においてフローセル３４ｃ）を備える。
　空間変調部（上述した実施形態において構造パターンマスク１１２）は、光学的構造物（上述した実施形態において反射部材５１ｂ）を経由した光の一部を変調する。
　暗視野波形検出光学系１１は、空間変調部（上述した実施形態において構造パターンマスク１１２）によって変調された光を検出する。

　この構成により、実施形態に係る観察装置Ｄ４、Ｄ５では、他の観察による測定（例えば蛍光検出やＳＳＣやＦＳＣ検出による測定）と暗視野波形検出による測定とを同時に行うことができるため、他の観察と暗視野波形検出とを同時に行わない場合に比べて、流路を流体と共に流れ得る観察対象物に関するよりリッチな形態情報を取得できる。また、実施形態に係る観察装置Ｄ４、Ｄ５では、ゴーストサイトメトリー技術に基いて流路を流体と共に流れ得る観察対象物の形態情報を２次元画像に変換せずに取得できるため、２次元画像に変換する場合に比べて解像度の高い形態情報をより高速に取得できる。

　また、上述した実施形態のうち、観察装置Ｄ５では、観察装置Ｄ４と同様に観察対象物（上述した実施形態において細胞Ｃ１）が流体と共に流れ得る流路（上述した実施形態においてフローセル３４ｃ）を備えるマイクロ流体装置を備えるが、空間変調部（上述した実施形態において構造パターンマスク９１、構造パターンマスク１１２）によって変調された光を検出する検出器（上述した実施形態においてマルチアノードＰＭＴ９４ｄ、マルチアノードＰＭＴ１１４ｄ）は複数の光検出素子（上述した実施形態においてチャネルＰ１）を備える。
　また、上述した実施形態に係る観察装置Ｄ５の一例では、空間変調部（上述した実施形態において構造パターンマスク９１、構造パターンマスク１１２）は、光学的構造物（上述した実施形態において反射部材５１ｂ）を経由した光を領域毎にランダムに変調し、マスク変調光として検出器（上述した実施形態において検出器の検出面ＤＳ１）に入射する。
　検出器が有する複数の光検出素子（上述した実施形態においてチャネルＰ１）は、長手方向が流路（上述した実施形態においてフローセル３４ｃ）を流れる観察対象物（上述した実施形態において細胞Ｃ１）の像ＩＣ１が検出器上を移動する方向（上述した実施形態において矢印ＡＲ１の方向）と略垂直となる方向に直列に配置されている。

　この構成により、実施形態に係る観察装置Ｄ５では、ランダムなパターンを使用する場合において、細胞から取得される形態情報が細胞の部分について欠如してしまうことを抑制しながら複数の光検出素子によってシグナルを直列に検出できるため、測定を高速化できる。

　また、上述した実施形態に係る観察装置Ｄ５の別の一例では、空間変調部（上述した実施形態において構造パターンマスク９１、構造パターンマスク１１２）は、光学的構造物（上述した実施形態において反射部材５１ｂ）を経由した光を変調し、マスク変調光は検出器（上述した実施形態において検出器の検出面ＤＳ２）に入射する。上記空間変調部（上述した実施形態において構造パターンマスク９１、構造パターンマスク１１２）は光学的構造物（上述した実施形態において反射部材５１ｂ）を経由した光を領域毎にランダムに変調する。
　検出器が有する複数の光検出素子（上述した実施形態においてチャネルＰ２）は、長手方向が流路（上述した実施形態においてフローセル３４ｃ）を流れる観察対象物（上述した実施形態において細胞Ｃ１）の像ＩＣ１が検出器上を移動する方向（上述した実施形態において矢印ＡＲ１の方向）と略平行となる向きに配置されている。

　この構成により、実施形態に係る観察装置Ｄ５では、ランダムなパターンを有するマスク変調光を使用する場合において、取得される細胞の部分についての形態情報が複数の光検出素子間で欠如してしまうことを抑制しながら複数の光検出素子によって同時にシグナルを並列に検出できるため、測定を高速化できる。

　また、上述した実施形態に係る観察装置Ｄ６では、上述した実施形態に係る観察装置Ｄ５と同様に、観察対象物（上述した実施形態において細胞Ｃ１）が流体と共に流れ得る流路（上述した実施形態においてフローセル３４ｃ）を備えるマイクロ流体装置を備える。
　一方、上述した実施形態に係る観察装置Ｄ５とは異なり、観察装置Ｄ６では検出器（上述した実施形態において１ＤアレイＰＤ９４ｅ、１ＤアレイＰＤ１１４ｅ）は、流路（上述した実施形態においてフローセル３４ｃ）を流れる観察対象物（上述した実施形態において細胞Ｃ１）の像ＩＣ１が検出器上を移動する方向（上述した実施形態において矢印ＡＲ２の方向）に対して所定の角度だけ傾いた直線として１列に複数の光検出素子（上述した実施形態においてチャネルＰ３）が配置されている。光学的構造物（上述した実施形態において反射部材５１ｂ）あるいは第２の光学的構造物（上述した実施形態において位相板３７ａ）を経由した光の一部は、１列に配置された複数の光検出素子（上述した実施形態においてチャネルＰ３）によって検出される。

　この構成により、実施形態に係る観察装置Ｄ６では、構造マスクパターンによるマスク変調光を使用しない場合において、光信号の時系列波形情報からから画像を再構成することなく、空間解像度の高い形態情報を取得することを可能にし、複数の光検出素子を像ＩＣ１が検出器上を移動する方向（上述した実施形態において矢印ＡＲ２の方向）に対して所定の角度だけ傾いた直線上に１列に配置することで、細胞から取得される形態情報が細胞の部分について欠如してしまうことを抑制しながら、測定を高速化できる。

　以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６…観察装置、３０…光源、３２…スリット、３６…対物レンズ、３７、５１…遮光板、５１ｂ…反射部材、４、５３、５３ｃ、６３、７１、８２、８５…カメラ、９４、１０１、１１４、１２２、１２６、１３１…ＰＭＴ、９４ｄ、１１４ｄ…マルチアノードＰＭＴ、９４ｅ、１１４ｅ…１ＤアレイＰＤ

Claims (8)

1. 　照明光学系と、
   　観察光学系と
   　を備え、
   　前記照明光学系は、光源と、開口部材とを備え、
   　前記観察光学系は、対物レンズと、光学的構造物と、検出器とを備え、
   　前記光学的構造物は、前記開口部材が配置される位置と共役な第１の位置に配置され、
   　前記光学的構造物は、光を遮断する遮断部と光を透過させる透過部とを有し、かつ前記遮断部の形状が前記光学的構造物上に結像される前記開口部材の開口部の像の形状を包含する形状であり、
   　前記検出器は、前記光学的構造物を経由した暗視野光を検出する
   　観察装置。
2. 　光の位相を変化させる位相変更部と光を透過させる透過部とを有し、かつ前記位相変更部に結像される前記開口部材の開口部の像の形状が位相変更部の形状と略一致している形状である第２の光学的構造物と、
   　前記対物レンズと前記検出器との間の光路において前記光学的構造物よりも前記対物レンズの側において、観察対象物から発せられる光が前記透過部を通過した直接光と回折光及びまたは散乱光との位相差を検出する位相差検出器と
   　をさらに備え、
   　前記第２の光学的構造物は、前記開口部材が配置される位置と共役な位置であってかつ前記第１の位置とは一致していない第２の位置に配置される
   　請求項１記載の観察装置。
3. 　前記観察光学系は、前記第２の光学的構造物を経由した光の一部を変調する空間変調部と、前記空間変調部によって変調された光を検出する位相差波形検出系とをさらに備える、
   　請求項２に記載の観察装置。
4. 　前記照明光学系は、観察対象物に照明光を下方から照射する落射蛍光照明光学系をさらに備え、
   　前記観察光学系は、前記観察対象物に前記落射蛍光照明光学系によって前記照明光が照射されて発生する蛍光が前記光学的構造物を透過した蛍光を検出する落射蛍光検出器をさらに備える
   　請求項２または請求項３に記載の観察装置。
5. 　観察対象物が流体と共に流れ得る流路を備えるマイクロ流体装置をさらに備え、
   　前記観察光学系は、前記光学的構造物を経由した光の一部を変調する空間変調部と、前記空間変調部によって変調された光を検出する暗視野波形検出光学系とを備える、
   　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の観察装置。
6. 　前記空間変調部により変調された光を検出する前記検出器が複数の光検出素子を含み、
   　前記空間変調部は、前記光学的構造物を経由した一部の光が入射する面を有し、前記面に入射する光を前記面に含まれる領域毎にランダムに変調し、
   　前記複数の光検出素子は、長手方向が前記流路を流れる前記観察対象物の像が前記検出器上を移動する方向と略垂直となる方向に直列に配置されている
   　請求項５に記載の観察装置。
7. 　前記空間変調部により変調された光を検出する前記検出器が複数の光検出素子を含み、
   　前記空間変調部は、前記光学的構造物を経由した光が入射する面を有し、前記面に入射する光を前記面に含まれる領域毎にランダムに変調し、
   　前記複数の光検出素子は、長手方向が前記流路を流れる前記観察対象物の像が前記検出器上を移動する方向と略平行となる向きに並列に配置されている
   　請求項５に記載の観察装置。
8. 　観察対象物が流体と共に流れ得る流路を備えるマイクロ流体装置をさらに備え、
   　前記検出器は、前記光学的構造物、あるいは光の位相を変化させる位相変更部と光を透過させる透過部とを有し、かつ前記位相変更部に結像される前記開口部材の開口部の像の形状が位相変更部の形状と略一致している形状である第２の光学的構造物を経由した光の一部を、１列に配置された複数の光検出素子によって検出し、
   　前記複数の光検出素子は、前記流路を流れる前記観察対象物の像が前記検出器上を移動する方向に対して所定の角度だけ傾いて１列に配置されている
   　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の観察装置。

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