(57)【要約】【課題】簡単な装置構成で、透明又は半透明の試料、場合によっては不透明な試料であっても、そのままの状態で、対物レンズを損傷させることなく、希望する任意の深さ位置で、試料を拡大して観察可能な顕微鏡装置及びこれを用いた試料観察方法を提供する。【解決手段】観察しようとする試料１１を保持する支持手段１１ａと、試料１１に特定方向から光を当てる照明手段１７と、拡大して観察しようとする対象物に向けて配置された顕微鏡１３とを有する顕微鏡装置１０を用いて、支持手段１１ａで保持されて、立体像結像手段１２の一側に配置した試料１１に、照明手段１７によって特定方向から光を当て、立体像結像手段１２の他側に、試料１１の実画像１４を形成し、実画像１４を顕微鏡１３で観察する。【選択図】図１
2020034956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に並んで立設された帯状の多数の光反射部をそれぞれ有する第１、第２の光制御パネルを、平面視して前記光反射部が直交した状態で重ねて配置して形成された立体像結像手段であって、
前記第１、第２の光制御パネルはそれぞれ、透明平板と、該透明平板の片側に一定のピッチで多数並んで形成された垂直面及び傾斜面を有する断面三角形の溝と、各々の前記垂直面に形成され前記光反射部を形成するアルミニウム又は銀からなる金属反射膜と、前記溝に充填され屈折率が前記透明平板の屈折率の０．８〜１．２倍の透明樹脂とを有してなることを特徴とする立体像結像手段。
【請求項２】
請求項１記載の立体像結像手段を用いる顕微鏡装置であって、前記立体像結像手段の一側に試料を保持する支持手段と、前記試料に光を当てる照明手段と、前記立体像結像手段の他側に前記立体像結像手段を介して結像された前記試料の実画像を対象物とする顕微鏡とを有することを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項３】
請求項２記載の顕微鏡装置において、前記支持手段は光透過性を有する液体が充填された容器を有し、該容器の液体内に透明、半透明又は不透明の前記試料が配置され、前記実画像は前記容器の外側空間に形成され、前記顕微鏡の焦点調整によって、前記試料の実画像を拡大して観察可能であることを特徴とする顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察対象となる試料をそのままの状態（平面又は立体の状態）で観察可能な立体像結像手段及びこれを用いた顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡（光学顕微鏡）を用いた試料の観察は、スライドガラスに貼り付けられカバーガラスで封じられた試料（即ち、プレパラート）を、ステージ上に配置して行っている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７８０６号公報
【特許文献２】特許第５４３７４３６号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／００１１５８号公報
【特許文献４】特許第６２０３９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１においては、試料はスライドガラスとカバーガラスで挟まれた状態で観察されるため、試料が平面状となり、試料をそのままの状態（本来の状態）で観察することはできなかった。なお、試料の３次元像を観察する顕微鏡として、共焦点レーザ走査型顕微鏡や多光子励起レーザ走査型顕微鏡等もあるが、この場合、顕微鏡の装置構成が複雑となり、高額となって不経済であり、操作性にも問題があった。
更に、プレパラートを用いて試料を観察するに際しては、焦点調整の際に、対物レンズがプレパラートに衝突して、対物レンズが損傷するおそれもあった。
なお、特許文献２〜４には、立体画像の表示装置並びにその製造方法が提案されているが、試料の画像を拡大するものではない。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、簡単な装置構成で、１）例えば、透明又は半透明の試料をそのままの状態で、対物レンズを損傷させることなく、希望する任意の深さ位置で観察可能な、２）場合によっては不透明な試料であっても、対物レンズに試料やプレパラートを接触させるおそれなく、試料を拡大して観察できる立体像結像手段及びこれを用いた顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う第１の発明に係る立体像結像手段は、平行に並んで立設された帯状の多数の光反射部をそれぞれ有する第１、第２の光制御パネルを、平面視して前記光反射部が直交した状態で重ねて配置して形成された立体像結像手段であって、
前記第１、第２の光制御パネルはそれぞれ、透明平板と、該透明平板の片側に一定のピッチで多数並んで形成された垂直面及び傾斜面を有する断面三角形の溝と、各々の前記垂直面に形成され前記光反射部を形成するアルミニウム又は銀からなる金属反射膜と、前記溝に充填され屈折率が前記透明平板の屈折率の０．８〜１．２倍（但し、０．９８倍以下と１．０２倍以上を除く）の透明樹脂とを有してなる。
【０００７】
第２の発明に係る顕微鏡装置は、第１の発明に係る立体像結像手段を用いる顕微鏡装置であって、前記立体像結像手段の一側に試料を保持する支持手段と、前記試料に光を当てる照明手段と、前記立体像結像手段の他側に前記立体像結像手段を介して結像された前記試料の実画像を対象物とする顕微鏡とを有する。
【０００８】
第２の発明に係る顕微鏡装置において、前記支持手段は光透過性を有する液体が充填された容器を有し、該容器の液体内に透明、半透明又は不透明の前記試料が配置され、前記実画像は前記容器の外側空間に形成され、前記顕微鏡の焦点調整によって、前記試料の実画像を拡大して観察可能であることが好ましい。
ここで、前記実画像を、光学的に直列に配置された２つの前記立体像結像手段を介して形成することもできる。
【０００９】
第２の発明に係る顕微鏡装置において、前記支持手段が光透過性を有するプラスチック体であって、該プラスチック体内に前記試料を装入又は封止することもできる。
【００１０】
参考例に係る顕微鏡装置を用いた試料観察方法は、支持手段で保持されて、立体像結像手段の一側に配置した観察しようとする試料に、照明手段によって特定方向から光を当て、前記立体像結像手段の他側に、前記試料の実画像を形成し、該実画像を顕微鏡で観察する。
【００１１】
参考例に係る顕微鏡装置を用いた試料観察方法において、前記立体像結像手段は、平行に並んで配置された帯状の多数の光反射部をそれぞれ有する第１、第２の光制御パネルを、平面視して前記光反射部が交差（好ましくは、直交）した状態で重ねて配置して形成され、前記第１の光制御パネルの光反射部で反射した前記試料からの光を、前記第２の光制御パネルの光反射部で再反射して前記試料の実画像を形成することが好ましい。
【００１２】
参考例に係る顕微鏡装置を用いた試料観察方法において、前記支持手段は光透過性を有する液体が充填された容器を有し、前記試料は前記容器の液体内に配置されていることが好ましい。
【００１３】
参考例に係る顕微鏡装置を用いた試料観察方法において、前記試料は透明又は半透明であって、前記顕微鏡の焦点調整によって、前記試料の拡大断面が観察できることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る立体像結像手段及びこれを用いた顕微鏡装置は、試料と、顕微鏡の対物レンズとの間に立体像結像手段を配置し、この立体像結像手段の一側に試料を配置するので、立体像結像手段によってその他側に試料の実画像を形成して、この実画像を、顕微鏡により拡大して観察できる。これにより、簡単な装置構成で、例えば、透明又は半透明の試料をそのままの状態で、空間に結像させ、この空間に結像された像を対物レンズで見るので、対物レンズを損傷させることなく、対象物の任意の深さ位置で観察できる。また、場合によっては不透明な試料であっても、対物レンズに試料やプレパラートを接触させるおそれなく、試料を拡大して観察できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例に係る顕微鏡装置の説明図である。
【図２】同顕微鏡装置の立体像結像手段による試料の実画像の形成状況を示す説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同顕微鏡装置の立体像結像手段の正断面図及び側断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同顕微鏡装置に用いられる試料の容器の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施例に係る顕微鏡装置１０は、試料１１を保持するステージ（支持手段の一例）１１ａと、立体像結像手段１２と、顕微鏡１３とを有し、立体像結像手段１２によって形成される試料１１の実画像（対象物の一例）１４を、実画像１４に向けて配置された顕微鏡１３によって拡大し観察することで、試料１１を平面状にすることなくそのままの状態（立体の状態）で観察可能な装置である。以下、詳しく説明する。
【００１７】
顕微鏡１３は従来公知の光学顕微鏡であり、例えば、倒立顕微鏡、測定顕微鏡、解剖顕微鏡、位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、蛍光顕微鏡等がある。
この顕微鏡１３は、対物レンズ１５と接眼レンズ１６を有し、対物レンズ１５を介して実画像１４の像（倒立実像、中間像、又は、一次拡大像ともいう）を形成すると共に、この像を接眼レンズ１６に案内して正立虚像を形成する。なお、顕微鏡１３は、対物レンズ１５と接眼レンズ１６を有する複式顕微鏡であるが、対物レンズで拡大された倒立実像を直接観察する単式顕微鏡、例えば、ＣＣＤカメラ等で倒立実像を直接に撮像するテレビ観察可能な顕微鏡でもよい（即ち、接眼レンズを有しない顕微鏡）。
【００１８】
顕微鏡装置１０には照明手段１７が設けられ、図１に示すように、試料１１に向けて水平方向左側（特定方向）から光を当てる構成となっている。この照明手段１７には、例えば、ＬＥＤランプやハロゲンランプ等の光源を使用できる。なお、図１中の符号１８は顕微鏡１３に設けられた光の反射鏡であるが、なくてもよい。
この顕微鏡装置１０で観察しようとする試料１１は、光学顕微鏡で観察可能な、外部から内部を視認できる、例えば、透明又は半透明のものである。具体的には、ゾウリムシやミジンコ等の微生物、人の細胞、大腸菌等の菌類等がある。なお、試料は、場合によっては不透明でもよい。
【００１９】
上記した顕微鏡１３の対物レンズ１５と試料１１との間には、立体像結像手段１２が配置されている。
立体像結像手段１２は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、平行に並んで配置（立設）された帯状の多数の垂直光反射面（光反射部の一例）１９をそれぞれ有する第１の光制御パネル（平行光反射パネル）２０と第２の光制御パネル（平行光反射パネル）２０ａを、第１の光制御パネル２０の垂直光反射面１９と第２の光制御パネル２０ａの垂直光反射面１９とが平面視して直交（交差の一例であり、例えば、８８〜９２度の範囲で交差させてもよい）した状態で重ねて配置したものである（例えば、特許文献４、ＰＣＴ／ＪＰ２０１７／１２６２２参照）。なお、第１、第２の光制御パネル２０、２０ａは同一の構成を有しているので、その構成要素には同一の番号を付与する。
【００２０】
第１の光制御パネル２０（第２の光制御パネル２０ａも同様）は、透明平板２１の片側に（第１の光制御パネル２０では上部に、第２の光制御パネル２０ａでは下部に）、垂直面２２及び傾斜面２３を有する断面三角形の溝２４と、この溝２４間に形成される断面三角形の凸条２５を備えている。第１、第２の光制御パネル２０の溝２４及び凸条２５はそれぞれ一定のピッチで平行に多数設けられている。
溝２４の垂直面２２には、鏡面処理がなされて、即ち、金属反射膜（金属被膜）２２ａが形成されており、金属反射膜２２ａの片面が垂直光反射面（鏡面）１９となっている。
一方、傾斜面２３は、非光反射面であって光透過面とするのが好ましい。
【００２１】
溝２４の内部には、透明樹脂２６が充填され、充填面２７はそれぞれ第１、第２の光制御パネル２０、２０ａ（例えば透明平板２１）の表面２８と平行となっている。
この第１、第２の光制御パネル２０、２０ａは、それぞれの垂直光反射面１９を平面視して直交させた状態で、当接、又は、近接させて重ねて配置されている。また、第１、第２の光制御パネル２０、２０ａは、例えば、透明な接着剤（樹脂）を介して接合され、一体化されていてもよい。
【００２２】
第１、第２の光制御パネル２０、２０ａの形状（透明平板２１及び凸条２５）を構成する透明樹脂と、溝２４に充填する透明樹脂２６とは、同一の樹脂であることが好ましいが、異なる種類の透明樹脂であってもよい。なお、異なる種類の透明樹脂を使用する場合は、屈折率が同一又は近似しているのが好ましい。即ち、第１、第２の光制御パネル２０、２０ａの形状を構成する透明樹脂の屈折率（η）と同一又は略等しい屈折率（例えば±２０％の範囲、即ち（０．８〜１．２）ηの範囲）のものを、溝２４に充填する透明樹脂２６として使用する。
【００２３】
これにより、図３（Ａ）、（Ｂ）において、立体像結像手段１２の一側（左下側）から斜めに入光した試料１１からの光Ｌ１、Ｌ２は、下側の第１の光制御パネル２０の垂直光反射面１９のＰ１、Ｐ２で反射し、更に上側の第２の光制御パネル２０ａの垂直光反射面１９のＱ１、Ｑ２で再反射して、立体像結像手段１２の他側（右上側）に実画像１４（立体像）を形成できる。
なお、ここでは、鏡面処理によって垂直面２２に形成された金属反射膜２２ａの裏側（図３では左側）を第１、第２の光制御パネル２０、２０ａの垂直光反射面１９として使用したが、金属反射膜２２ａの表側（図３では右側）を垂直光反射面１９として使用することもできる。
【００２４】
第１の光制御パネル２０（第２の光制御パネル２０ａも同様）は、透明板材２１の片側に、垂直面２２と傾斜面２３とを有する断面三角形の溝２４、及び、隣り合う溝２４によって形成される断面三角形の凸条２５がそれぞれ平行配置された透明樹脂からなる成型母材を製造した後、凸条２５（溝２４）の垂直面２２に、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル等からなる金属反射膜２２ａを形成することで、製造できる。
【００２５】
上記した成型母材は、プレス成型、インジェクション成型、又は、ロール成型で製造できる。
また、金属反射膜２２ａは、凸条２５の垂直面２２に、スパッターリング、金属蒸着、又は、金属微小粒子の吹き付けを行うことで形成できる。
そして、金属反射膜２２ａ（垂直光反射面１９）のピッチは、特に限定されるものではないが、試料１１の寸法等を考慮すれば、例えば、１〜２０μｍ（より好ましくは、５〜１０μｍ）であることが好ましい。
【００２６】
なお、立体像結像手段は、試料の実画像を形成できれば、上記した構成に限定されるものではない。
光反射部を形成する垂直面は、前記のように断面三角形の凸条に形成されている場合の他、例えば、特許第４８６５０８８号公報に記載のように、光反射部を積層される断面矩形の透明板の片面にそれぞれ形成してもよい。
また、立体像結像手段１２は、第１、第２の光制御パネル２０、２０ａを別々に製造して、これらを重ね合わせて形成したものであるが、透明平板の表裏面に溝及び凸条を形成して、第１、第２の光制御パネルを一体成型したものでもよい。
【００２７】
顕微鏡装置１０による試料１１の観察は、図１に示すように、顕微鏡装置１０に設けられた平面状のステージ（支持手段の一例）１１ａ上に試料１１を配置して保持し、試料１１と対物レンズ１５の間に立体像結像手段１２を配置して、立体像結像手段１２の一側（図１では左下側）に試料１１を配置し、この試料１１に照明手段１７で水平方向から光を当てることにより行う。これにより、試料１１は透明又は半透明であるため、立体像結像手段１２によって、立体像結像手段１２を中心にして（挟んで）試料１１とは対称位置（立体像結像手段１２の他側（図１では右上側））に試料１１の実画像１４が形成され、この実画像１４が、拡大して観察しようとする顕微鏡１３の対象物となる。
【００２８】
ここで、試料１１の観察は、試料１１を、光透過性を有するプラスチック体の一例であるシャーレ（平皿）内に配置した（装入された）状態で行うことができるが、このシャーレの代わりに、試料１１が封止された光透過性を有する（透明な）プラスチック体を、ステージ１１ａ上に配置して行うこともできる（この場合、プラスチック体とステージ１１ａが支持手段となる）。
なお、試料１１をプラスチック体に封止する方法としては、試料１１を溶融状態の樹脂に埋めて（樹脂埋めして）固化させる方法（樹脂の種類によって、熱や紫外線を用いて固化させる方法）等がある。
【００２９】
また、試料１１の観察は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、試料１１を保持する支持手段として、試料１１を装入可能な容器３１〜３３を用いて行ってもよい。この容器３１〜３３は、透明であることが好ましく、光透過性を有するプラスチック体で構成されているが、ガラス等の光透過性を有する他の材質で構成することもできる。
上記した各容器３１〜３３内には、光透過性を有する液体３４が充填されている。この液体３４としては、試料１１の種類に応じて、例えば、水や生理食塩水、また、培養液等を使用できる（シャーレを使用する場合も同様）。なお、液体３４は試料１１が存在する状態で凍結させて（固体状態にして）、試料１１の位置決めを行ってもよい。
【００３０】
図４（Ａ）に示す容器３１は、上部に水平状態の開口部３５が形成されたものである。この容器３１の上部には立体像結像手段１２が、容器３１の開口部３５を開口させた状態で斜めに取付け固定されている。このとき、顕微鏡１３は、実画像１４に向けて、観察方向が横方向（水平方向）となるように配置する。
これにより、容器３１に充填された液体３４中の（容器３１内に装入された）試料１１の実画像１４を、立体像結像手段１２を挟んで試料１１とは対称位置に、従って、平面視して容器３１の側方に形成できる。
【００３１】
図４（Ｂ）に示す容器３２は、上部に傾斜状態の開口部３６が形成されたものである。この容器３２の上端部には立体像結像手段１２が、開口部３６を塞ぐように取付け固定されている。このとき、顕微鏡１３は、実画像１４に向けて、観察方向が横方向（水平方向）となるように配置する。
これにより、立体像結像手段１２で閉塞された容器３２内に液体３４を充填することで、容器３２内から空気を排除できるため、液体３４と空気層との屈折を考慮することなく、液体３４中の試料１１の実画像１４を、立体像結像手段１２を挟んで試料１１とは対称位置に、従って、平面視して容器３２の側方に形成できる。
【００３２】
図４（Ｃ）に示す容器３３には、２つの立体像結像手段１２が設けられている。この２つの立体像結像手段１２は、光学的に直列に配置されており、その頂部を当接させた状態で山型状に配置され、一方の傾斜した立体像結像手段１２が容器３３の底部を構成している。このため、山型状に配置された２つの立体像結像手段１２の間には、液体３４が浸入しない構成となっている。
なお、ここでは、２つの立体像結像手段１２の上端部が当接した状態となっているが、離れた状態で２つの立体像結像手段１２を配置してもよい。
【００３３】
これにより、一方の立体像結像手段１２で、この立体像結像手段１２を中心にして液体３４中の試料１１とは対称位置に形成される試料１１の実画像１４ａが、更に、他方の立体像結像手段１２により、この立体像結像手段１２を中心にして実画像１４ａとは対称位置に、実画像（対象物の一例）３７として形成される。このとき、顕微鏡１３は、実画像３７に向けて、観察方向が縦方向（垂直方向）となるように配置する。
従って、観察する試料１１の実画像３７は、光学的に直列に配置された２つの立体像結像手段１２を介して形成された像であるため、凹凸が正常状態（試料１１と同じ状態）となる。
【００３４】
次に、本発明の一実施例に係る顕微鏡装置１０を用いた試料観察方法について、図１、図２を参照しながら説明する。
まず、図１に示すように、顕微鏡装置１０のステージ１１ａ上で立体像結像手段１２の一側に観察対象物である試料１１を配置する。なお、立体像結像手段１２はステージ１１ａに配置され、試料１１は前記したようにシャーレ内に配置されているが、シャーレの代わりに、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す容器３１〜３３を用いてもよい。そして、照明手段１７によって特定方向から試料１１に光を当てる。
これにより、立体像結像手段１２の他側に、図２に示す試料１１の実画像１４（又は図４（Ｃ）に示す実画像３７）が形成される。
【００３５】
形成された試料１１の実画像１４の断面像は、対物レンズ１５によって拡大されて断面拡大像がつくられ、その断面拡大像が接眼レンズ１６によって拡大されて更なる断面拡大像がつくられることにより、肉眼で観察される。
具体的には、試料１１の実画像１４の断面像をｍｎとすると、対物レンズ１５によって倒立実像の１次像（断面拡大像）ｍ´ｎ´がつくられる。また、接眼レンズ１６をその前側焦点よりも接眼レンズ１６側に１次像ｍ´ｎ´が配置されるようにすることにより、更に拡大された正立虚像ＭＮがつくられ、眼（瞳）によって拡大像を観察できる。
【００３６】
このとき、対物レンズ１５を、実画像１４に近づける又は遠ざける（顕微鏡１３の焦点調整を行う）ことで、実画像１４の各々の位置での断面の拡大像（拡大断面）を観察できるが、観察しようとする実画像１４の位置によっては、対物レンズ１５が実画像１４内に侵入する場合もある。しかし、実画像１４は、試料１１そのものではなく、試料１１の像であるため、対物レンズ１５が損傷するおそれもない。
従って、本発明の顕微鏡装置１０及びこれを用いた試料観察方法により、簡単な装置構成で、透明又は半透明の試料をそのままの状態で、対物レンズを損傷させることなく、任意の深さ位置で観察できる。また、場合によっては不透明な試料であっても、対物レンズに試料やプレパラートを接触させるおそれなく、試料を拡大して観察できる。
【００３７】
以上、本発明を、実施例を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施例に記載の構成に限定されるものではなく、請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施例や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施例や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の立体像結像手段及びこれを用いた顕微鏡装置を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、本発明の顕微鏡装置が有する顕微鏡は、立体像結像手段を配置することを前提とした構成となっているが、従来使用されている顕微鏡装置（立体像結像手段を配置することを前提としていなかった顕微鏡装置）に立体像結像手段を設けた場合も、本発明の権利範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る立体像結像手段及びこれを用いた顕微鏡装置は、簡単な装置構成で、試料をそのままの状態で空間に結像させ、この空間に結像された像（実画像）を対物レンズで拡大して見ることができる。これによって、対象物を任意の深さ位置で観察できるため、例えば、生物（動物、植物、菌類、細菌）の研究、医学の発展、薬剤の開発等に寄与できる。
【符号の説明】
【００３９】
１０：顕微鏡装置、１１：試料、１１ａ：ステージ（支持手段）、１２：立体像結像手段、１３：顕微鏡、１４：実画像（対象物）、１４ａ：実画像、１５：対物レンズ、１６：接眼レンズ、１７：照明手段、１８：反射鏡、１９：垂直光反射面（光反射部）、２０：第１の光制御パネル、２０ａ：第２の光制御パネル、２１：透明平板、２２：垂直面、２２ａ：金属反射膜、２３：傾斜面、２４：溝、２５：凸条、２６：透明樹脂、２７：充填面、２８：表面、３１〜３３：容器、３４：液体、３５、３６：開口部、３７：実画像（対象物）
【図１】
2020034956.tif 000003
【図２】
2020034956.tif 000004
【図３】
2020034956.tif 000005
【図４】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年12月10日(2019.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察しようとする試料を保持する支持手段と、前記試料に特定方向から光を当てる照明手段と、拡大して観察しようとする対象物に向けて配置された顕微鏡とを有する顕微鏡装置において、
前記試料と前記顕微鏡の対物レンズとの間に立体像結像手段を配置し、前記立体像結像手段の一側に前記試料を配置し、前記立体像結像手段によって該立体像結像手段の他側に前記試料の実画像を形成し、該実画像を前記顕微鏡の前記対象物とし、
前記立体像結像手段は、平行に並んで立設された帯状の多数の光反射部をそれぞれ有する第１、第２の光制御パネルを、平面視して前記光反射部が直交した状態で重ねて配置して形成されていることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
請求項１記載の顕微鏡装置において、前記支持手段は光透過性を有する液体が充填された容器を有し、該容器の液体内に透明又は半透明の前記試料が配置され、前記顕微鏡の焦点調整によって、前記試料の拡大断面を観察可能であることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項３】
請求項２記載の顕微鏡装置において、前記実画像が、光学的に直列に配置された２つの前記立体像結像手段を介して、形成されることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項４】
請求項１記載の顕微鏡装置において、前記支持手段が光透過性を有するプラスチック体であって、該プラスチック体内に前記試料が装入又は封止されていることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項５】
支持手段で保持されて、立体像結像手段の一側に配置した観察しようとする試料に、照明手段によって特定方向から光を当て、前記立体像結像手段の他側に、前記試料の実画像を形成し、該実画像を顕微鏡で観察する顕微鏡装置を用いた試料観察方法において、
前記立体像結像手段は、平行に並んで配置された帯状の多数の光反射部をそれぞれ有する第１、第２の光制御パネルを、平面視して前記光反射部が交差した状態で重ねて配置して形成され、前記第１の光制御パネルの光反射部で反射した前記試料からの光を、前記第２の光制御パネルの光反射部で再反射して前記試料の実画像を形成することを特徴とする顕微鏡装置を用いた試料観察方法。
【請求項６】
請求項５記載の顕微鏡装置を用いた試料観察方法において、前記支持手段は光透過性を有する液体が充填された容器を有し、前記試料は前記容器の液体内に配置されていることを特徴とする顕微鏡装置を用いた試料観察方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の顕微鏡装置を用いた試料観察方法において、前記試料は透明又は半透明であって、前記顕微鏡の焦点調整によって、前記試料の拡大断面が観察できることを特徴とする顕微鏡装置を用いた試料観察方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察対象となる試料をそのままの状態（平面又は立体の状態）で観察可能な顕微鏡装置及びこれを用いた試料観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡（光学顕微鏡）を用いた試料の観察は、スライドガラスに貼り付けられカバーガラスで封じられた試料（即ち、プレパラート）を、ステージ上に配置して行っている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７８０６号公報
【特許文献２】特許第５４３７４３６号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／００１１５８号公報
【特許文献４】特許第６２０３９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１においては、試料はスライドガラスとカバーガラスで挟まれた状態で観察されるため、試料が平面状となり、試料をそのままの状態（本来の状態）で観察することはできなかった。なお、試料の３次元像を観察する顕微鏡として、共焦点レーザ走査型顕微鏡や多光子励起レーザ走査型顕微鏡等もあるが、この場合、顕微鏡の装置構成が複雑となり、高額となって不経済であり、操作性にも問題があった。
更に、プレパラートを用いて試料を観察するに際しては、焦点調整の際に、対物レンズがプレパラートに衝突して、対物レンズが損傷するおそれもあった。
なお、特許文献２〜４には、立体画像の表示装置並びにその製造方法が提案されているが、試料の画像を拡大するものではない。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、簡単な装置構成で、１）例えば、透明又は半透明の試料をそのままの状態で、対物レンズを損傷させることなく、希望する任意の深さ位置で観察可能な、２）場合によっては不透明な試料であっても、対物レンズに試料やプレパラートを接触させるおそれなく、試料を拡大して観察できる顕微鏡装置及びこれを用いた試料観察方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う第１の発明に係る顕微鏡装置は、観察しようとする試料を保持する支持手段と、前記試料に特定方向から光を当てる照明手段と、拡大して観察しようとする対象物に向けて配置された顕微鏡とを有する顕微鏡装置において、
前記試料と前記顕微鏡の対物レンズとの間に立体像結像手段を配置し、前記立体像結像手段の一側に前記試料を配置し、前記立体像結像手段によって該立体像結像手段の他側に前記試料の実画像を形成し、該実画像を前記顕微鏡の前記対象物とし、
前記立体像結像手段は、平行に並んで立設された帯状の多数の光反射部をそれぞれ有する第１、第２の光制御パネルを、平面視して前記光反射部が直交した状態で重ねて配置して形成されている。
【０００７】
【０００８】
第１の発明に係る顕微鏡装置において、前記支持手段は光透過性を有する液体が充填された容器を有し、該容器の液体内に透明又は半透明の前記試料が配置され、前記顕微鏡の焦点調整によって、前記試料の拡大断面を観察可能であることが好ましい。
ここで、前記実画像を、光学的に直列に配置された２つの前記立体像結像手段を介して形成することもできる。
【０００９】
第１の発明に係る顕微鏡装置において、前記支持手段が光透過性を有するプラスチック体であって、該プラスチック体内に前記試料を装入又は封止することもできる。
【００１０】
前記目的に沿う第２の発明に係る顕微鏡装置を用いた試料観察方法は、支持手段で保持されて、立体像結像手段の一側に配置した観察しようとする試料に、照明手段によって特定方向から光を当て、前記立体像結像手段の他側に、前記試料の実画像を形成し、該実画像を顕微鏡で観察する顕微鏡装置を用いた試料観察方法において、
前記立体像結像手段は、平行に並んで配置された帯状の多数の光反射部をそれぞれ有する第１、第２の光制御パネルを、平面視して前記光反射部が交差（好ましくは、直交）した状態で重ねて配置して形成され、前記第１の光制御パネルの光反射部で反射した前記試料からの光を、前記第２の光制御パネルの光反射部で再反射して前記試料の実画像を形成する。
【００１１】
【００１２】
第２の発明に係る顕微鏡装置を用いた試料観察方法において、前記支持手段は光透過性を有する液体が充填された容器を有し、前記試料は前記容器の液体内に配置されていることが好ましい。
【００１３】
第２の発明に係る顕微鏡装置を用いた試料観察方法において、前記試料は透明又は半透明であって、前記顕微鏡の焦点調整によって、前記試料の拡大断面が観察できることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る顕微鏡装置及びこれを用いた試料観察方法は、試料と、顕微鏡の対物レンズとの間に立体像結像手段を配置し、この立体像結像手段の一側に試料を配置するので、立体像結像手段によってその他側に試料の実画像を形成して、この実画像を、顕微鏡により拡大して観察できる。これにより、簡単な装置構成で、例えば、透明又は半透明の試料をそのままの状態で、空間に結像させ、この空間に結像された像を対物レンズで見るので、対物レンズを損傷させることなく、対象物の任意の深さ位置で観察できる。また、場合によっては不透明な試料であっても、対物レンズに試料やプレパラートを接触させるおそれなく、試料を拡大して観察できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例に係る顕微鏡装置の説明図である。
【図２】同顕微鏡装置の立体像結像手段による試料の実画像の形成状況を示す説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同顕微鏡装置の立体像結像手段の正断面図及び側断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同顕微鏡装置に用いられる試料の容器の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施例に係る顕微鏡装置１０は、試料１１を保持するステージ（支持手段の一例）１１ａと、立体像結像手段１２と、顕微鏡１３とを有し、立体像結像手段１２によって形成される試料１１の実画像（対象物の一例）１４を、実画像１４に向けて配置された顕微鏡１３によって拡大し観察することで、試料１１を平面状にすることなくそのままの状態（立体の状態）で観察可能な装置である。以下、詳しく説明する。
【００１７】
顕微鏡１３は従来公知の光学顕微鏡であり、例えば、倒立顕微鏡、測定顕微鏡、解剖顕微鏡、位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、蛍光顕微鏡等がある。
この顕微鏡１３は、対物レンズ１５と接眼レンズ１６を有し、対物レンズ１５を介して実画像１４の像（倒立実像、中間像、又は、一次拡大像ともいう）を形成すると共に、この像を接眼レンズ１６に案内して正立虚像を形成する。なお、顕微鏡１３は、対物レンズ１５と接眼レンズ１６を有する複式顕微鏡であるが、対物レンズで拡大された倒立実像を直接観察する単式顕微鏡、例えば、ＣＣＤカメラ等で倒立実像を直接に撮像するテレビ観察可能な顕微鏡でもよい（即ち、接眼レンズを有しない顕微鏡）。
【００１８】
顕微鏡装置１０には照明手段１７が設けられ、図１に示すように、試料１１に向けて水平方向左側（特定方向）から光を当てる構成となっている。この照明手段１７には、例えば、ＬＥＤランプやハロゲンランプ等の光源を使用できる。なお、図１中の符号１８は顕微鏡１３に設けられた光の反射鏡であるが、なくてもよい。
この顕微鏡装置１０で観察しようとする試料１１は、光学顕微鏡で観察可能な、外部から内部を視認できる、例えば、透明又は半透明のものである。具体的には、ゾウリムシやミジンコ等の微生物、人の細胞、大腸菌等の菌類等がある。なお、試料は、場合によっては不透明でもよい。
【００１９】
上記した顕微鏡１３の対物レンズ１５と試料１１との間には、立体像結像手段１２が配置されている。
立体像結像手段１２は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、平行に並んで配置（立設）された帯状の多数の垂直光反射面（光反射部の一例）１９をそれぞれ有する第１の光制御パネル（平行光反射パネル）２０と第２の光制御パネル（平行光反射パネル）２０ａを、第１の光制御パネル２０の垂直光反射面１９と第２の光制御パネル２０ａの垂直光反射面１９とが平面視して直交（交差の一例であり、例えば、８８〜９２度の範囲で交差させてもよい）した状態で重ねて配置したものである（例えば、特許文献４、ＰＣＴ／ＪＰ２０１７／１２６２２参照）。なお、第１、第２の光制御パネル２０、２０ａは同一の構成を有しているので、その構成要素には同一の番号を付与する。
【００２０】
第１の光制御パネル２０（第２の光制御パネル２０ａも同様）は、透明平板２１の片側に（第１の光制御パネル２０では上部に、第２の光制御パネル２０ａでは下部に）、垂直面２２及び傾斜面２３を有する断面三角形の溝２４と、この溝２４間に形成される断面三角形の凸条２５を備えている。第１、第２の光制御パネル２０の溝２４及び凸条２５はそれぞれ一定のピッチで平行に多数設けられている。
溝２４の垂直面２２には、鏡面処理がなされて、即ち、金属反射膜（金属被膜）２２ａが形成されており、金属反射膜２２ａの片面が垂直光反射面（鏡面）１９となっている。
一方、傾斜面２３は、非光反射面であって光透過面とするのが好ましい。
【００２１】
溝２４の内部には、透明樹脂２６が充填され、充填面２７はそれぞれ第１、第２の光制御パネル２０、２０ａ（例えば透明平板２１）の表面２８と平行となっている。
この第１、第２の光制御パネル２０、２０ａは、それぞれの垂直光反射面１９を平面視して直交させた状態で、当接、又は、近接させて重ねて配置されている。また、第１、第２の光制御パネル２０、２０ａは、例えば、透明な接着剤（樹脂）を介して接合され、一体化されていてもよい。
【００２２】
第１、第２の光制御パネル２０、２０ａの形状（透明平板２１及び凸条２５）を構成する透明樹脂と、溝２４に充填する透明樹脂２６とは、同一の樹脂であることが好ましいが、異なる種類の透明樹脂であってもよい。なお、異なる種類の透明樹脂を使用する場合は、屈折率が同一又は近似しているのが好ましい。即ち、第１、第２の光制御パネル２０、２０ａの形状を構成する透明樹脂の屈折率（η）と同一又は略等しい屈折率（例えば±２０％の範囲、即ち（０．８〜１．２）ηの範囲）のものを、溝２４に充填する透明樹脂２６として使用する。
【００２３】
これにより、図３（Ａ）、（Ｂ）において、立体像結像手段１２の一側（左下側）から斜めに入光した試料１１からの光Ｌ１、Ｌ２は、下側の第１の光制御パネル２０の垂直光反射面１９のＰ１、Ｐ２で反射し、更に上側の第２の光制御パネル２０ａの垂直光反射面１９のＱ１、Ｑ２で再反射して、立体像結像手段１２の他側（右上側）に実画像１４（立体像）を形成できる。
なお、ここでは、鏡面処理によって垂直面２２に形成された金属反射膜２２ａの裏側（図３では左側）を第１、第２の光制御パネル２０、２０ａの垂直光反射面１９として使用したが、金属反射膜２２ａの表側（図３では右側）を垂直光反射面１９として使用することもできる。
【００２４】
第１の光制御パネル２０（第２の光制御パネル２０ａも同様）は、透明板材２１の片側に、垂直面２２と傾斜面２３とを有する断面三角形の溝２４、及び、隣り合う溝２４によって形成される断面三角形の凸条２５がそれぞれ平行配置された透明樹脂からなる成型母材を製造した後、凸条２５（溝２４）の垂直面２２に、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル等からなる金属反射膜２２ａを形成することで、製造できる。
【００２５】
上記した成型母材は、プレス成型、インジェクション成型、又は、ロール成型で製造できる。
また、金属反射膜２２ａは、凸条２５の垂直面２２に、スパッターリング、金属蒸着、又は、金属微小粒子の吹き付けを行うことで形成できる。
そして、金属反射膜２２ａ（垂直光反射面１９）のピッチは、特に限定されるものではないが、試料１１の寸法等を考慮すれば、例えば、１〜２０μｍ（より好ましくは、５〜１０μｍ）であることが好ましい。
【００２６】
なお、立体像結像手段は、試料の実画像を形成できれば、上記した構成に限定されるものではない。
光反射部を形成する垂直面は、前記のように断面三角形の凸条に形成されている場合の他、例えば、特許第４８６５０８８号公報に記載のように、光反射部を積層される断面矩形の透明板の片面にそれぞれ形成してもよい。
また、立体像結像手段１２は、第１、第２の光制御パネル２０、２０ａを別々に製造して、これらを重ね合わせて形成したものであるが、透明平板の表裏面に溝及び凸条を形成して、第１、第２の光制御パネルを一体成型したものでもよい。
【００２７】
顕微鏡装置１０による試料１１の観察は、図１に示すように、顕微鏡装置１０に設けられた平面状のステージ（支持手段の一例）１１ａ上に試料１１を配置して保持し、試料１１と対物レンズ１５の間に立体像結像手段１２を配置して、立体像結像手段１２の一側（図１では左下側）に試料１１を配置し、この試料１１に照明手段１７で水平方向から光を当てることにより行う。これにより、試料１１は透明又は半透明であるため、立体像結像手段１２によって、立体像結像手段１２を中心にして（挟んで）試料１１とは対称位置（立体像結像手段１２の他側（図１では右上側））に試料１１の実画像１４が形成され、この実画像１４が、拡大して観察しようとする顕微鏡１３の対象物となる。
【００２８】
ここで、試料１１の観察は、試料１１を、光透過性を有するプラスチック体の一例であるシャーレ（平皿）内に配置した（装入された）状態で行うことができるが、このシャーレの代わりに、試料１１が封止された光透過性を有する（透明な）プラスチック体を、ステージ１１ａ上に配置して行うこともできる（この場合、プラスチック体とステージ１１ａが支持手段となる）。
なお、試料１１をプラスチック体に封止する方法としては、試料１１を溶融状態の樹脂に埋めて（樹脂埋めして）固化させる方法（樹脂の種類によって、熱や紫外線を用いて固化させる方法）等がある。
【００２９】
また、試料１１の観察は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、試料１１を保持する支持手段として、試料１１を装入可能な容器３１〜３３を用いて行ってもよい。この容器３１〜３３は、透明であることが好ましく、光透過性を有するプラスチック体で構成されているが、ガラス等の光透過性を有する他の材質で構成することもできる。
上記した各容器３１〜３３内には、光透過性を有する液体３４が充填されている。この液体３４としては、試料１１の種類に応じて、例えば、水や生理食塩水、また、培養液等を使用できる（シャーレを使用する場合も同様）。なお、液体３４は試料１１が存在する状態で凍結させて（固体状態にして）、試料１１の位置決めを行ってもよい。
【００３０】
図４（Ａ）に示す容器３１は、上部に水平状態の開口部３５が形成されたものである。この容器３１の上部には立体像結像手段１２が、容器３１の開口部３５を開口させた状態で斜めに取付け固定されている。このとき、顕微鏡１３は、実画像１４に向けて、観察方向が横方向（水平方向）となるように配置する。
これにより、容器３１に充填された液体３４中の（容器３１内に装入された）試料１１の実画像１４を、立体像結像手段１２を挟んで試料１１とは対称位置に、従って、平面視して容器３１の側方に形成できる。
【００３１】
図４（Ｂ）に示す容器３２は、上部に傾斜状態の開口部３６が形成されたものである。この容器３２の上端部には立体像結像手段１２が、開口部３６を塞ぐように取付け固定されている。このとき、顕微鏡１３は、実画像１４に向けて、観察方向が横方向（水平方向）となるように配置する。
これにより、立体像結像手段１２で閉塞された容器３２内に液体３４を充填することで、容器３２内から空気を排除できるため、液体３４と空気層との屈折を考慮することなく、液体３４中の試料１１の実画像１４を、立体像結像手段１２を挟んで試料１１とは対称位置に、従って、平面視して容器３２の側方に形成できる。
【００３２】
図４（Ｃ）に示す容器３３には、２つの立体像結像手段１２が設けられている。この２つの立体像結像手段１２は、光学的に直列に配置されており、その頂部を当接させた状態で山型状に配置され、一方の傾斜した立体像結像手段１２が容器３３の底部を構成している。このため、山型状に配置された２つの立体像結像手段１２の間には、液体３４が浸入しない構成となっている。
なお、ここでは、２つの立体像結像手段１２の上端部が当接した状態となっているが、離れた状態で２つの立体像結像手段１２を配置してもよい。
【００３３】
これにより、一方の立体像結像手段１２で、この立体像結像手段１２を中心にして液体３４中の試料１１とは対称位置に形成される試料１１の実画像１４ａが、更に、他方の立体像結像手段１２により、この立体像結像手段１２を中心にして実画像１４ａとは対称位置に、実画像（対象物の一例）３７として形成される。このとき、顕微鏡１３は、実画像３７に向けて、観察方向が縦方向（垂直方向）となるように配置する。
従って、観察する試料１１の実画像３７は、光学的に直列に配置された２つの立体像結像手段１２を介して形成された像であるため、凹凸が正常状態（試料１１と同じ状態）となる。
【００３４】
次に、本発明の一実施例に係る顕微鏡装置１０を用いた試料観察方法について、図１、図２を参照しながら説明する。
まず、図１に示すように、顕微鏡装置１０のステージ１１ａ上で立体像結像手段１２の一側に観察対象物である試料１１を配置する。なお、立体像結像手段１２はステージ１１ａに配置され、試料１１は前記したようにシャーレ内に配置されているが、シャーレの代わりに、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す容器３１〜３３を用いてもよい。そして、照明手段１７によって特定方向から試料１１に光を当てる。
これにより、立体像結像手段１２の他側に、図２に示す試料１１の実画像１４（又は図４（Ｃ）に示す実画像３７）が形成される。
【００３５】
形成された試料１１の実画像１４の断面像は、対物レンズ１５によって拡大されて断面拡大像がつくられ、その断面拡大像が接眼レンズ１６によって拡大されて更なる断面拡大像がつくられることにより、肉眼で観察される。
具体的には、試料１１の実画像１４の断面像をｍｎとすると、対物レンズ１５によって倒立実像の１次像（断面拡大像）ｍ´ｎ´がつくられる。また、接眼レンズ１６をその前側焦点よりも接眼レンズ１６側に１次像ｍ´ｎ´が配置されるようにすることにより、更に拡大された正立虚像ＭＮがつくられ、眼（瞳）によって拡大像を観察できる。
【００３６】
このとき、対物レンズ１５を、実画像１４に近づける又は遠ざける（顕微鏡１３の焦点調整を行う）ことで、実画像１４の各々の位置での断面の拡大像（拡大断面）を観察できるが、観察しようとする実画像１４の位置によっては、対物レンズ１５が実画像１４内に侵入する場合もある。しかし、実画像１４は、試料１１そのものではなく、試料１１の像であるため、対物レンズ１５が損傷するおそれもない。
従って、本発明の顕微鏡装置１０及びこれを用いた試料観察方法により、簡単な装置構成で、透明又は半透明の試料をそのままの状態で、対物レンズを損傷させることなく、任意の深さ位置で観察できる。また、場合によっては不透明な試料であっても、対物レンズに試料やプレパラートを接触させるおそれなく、試料を拡大して観察できる。
【００３７】
以上、本発明を、実施例を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施例に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施例や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施例や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の顕微鏡装置及びこれを用いた試料観察方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、本発明の顕微鏡装置が有する顕微鏡は、立体像結像手段を配置することを前提とした構成となっているが、従来使用されている顕微鏡装置（立体像結像手段を配置することを前提としていなかった顕微鏡装置）に立体像結像手段を設けた場合も、本発明の権利範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る顕微鏡装置及びこれを用いた試料観察方法は、簡単な装置構成で、試料をそのままの状態で空間に結像させ、この空間に結像された像（実画像）を対物レンズで拡大して見ることができる。これによって、対象物を任意の深さ位置で観察できるため、例えば、生物（動物、植物、菌類、細菌）の研究、医学の発展、薬剤の開発等に寄与できる。
【符号の説明】
【００３９】
１０：顕微鏡装置、１１：試料、１１ａ：ステージ（支持手段）、１２：立体像結像手段、１３：顕微鏡、１４：実画像（対象物）、１４ａ：実画像、１５：対物レンズ、１６：接眼レンズ、１７：照明手段、１８：反射鏡、１９：垂直光反射面（光反射部）、２０：第１の光制御パネル、２０ａ：第２の光制御パネル、２１：透明平板、２２：垂直面、２２ａ：金属反射膜、２３：傾斜面、２４：溝、２５：凸条、２６：透明樹脂、２７：充填面、２８：表面、３１〜３３：容器、３４：液体、３５、３６：開口部、３７：実画像（対象物）