(57)【要約】【課題】液浸対物レンズの光学性能を低下させることなく、長時間の観察を行えるようにする。【解決手段】光ファイバ８１と受光センサ８２からなる検知部は、液浸用の対物レンズ２２Ａと底部透明部材２Ａとの間に満たされている液浸水７１の残量を検知し、リザーバ８３は、液浸水７１の残量が不足している場合、補充用に溜められた水７２を、液浸用の対物レンズ２２Ａと底部透明部材２Ａとの間に供給する。これにより、液浸用の対物レンズ２２Ａの先端の液浸部は、常に十分な量の液浸水７１で満たされることになるので、長時間の観察を行う場合でも液浸用の対物レンズ２２Ａの光学性能が低下することはない。本発明は、液浸対物レンズ有する顕微鏡で用いられる液体供給装置に適用できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液浸対物レンズを有する顕微鏡で用いられる液体供給装置において、
前記液浸対物レンズと透明部材との間に満たされている液浸用の液体の残量を検知する検知手段と、
前記検知手段により前記液浸用の液体の残量が所定量以下になったことが検知された場合、補充用に溜められた液浸用の液体を、前記液浸対物レンズと前記透明部材との間に供給する液体供給手段と
を備えることを特徴とする液体供給装置。
【請求項２】
前記液体供給手段は、前記液浸対物レンズを加熱冷却するために前記顕微鏡に設けられた加熱冷却部の近傍に配置されたノズルにより、補充用に溜められた前記液浸用の液体を供給し、
前記ノズルは、前記加熱冷却部により、前記液浸対物レンズとほぼ同じ温度となるように加熱冷却される
ことを特徴とする請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項３】
前記検知手段は、光ファイバと、その中心部のコアを伝播する光を検出するセンサからなり、前記光ファイバ周辺の前記液浸用の液体により屈折した光から得られる光量の変化に応じて、前記液浸用の液体の残量を検知する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項４】
前記液体供給手段は、あらかじめ設定された供給速度又は供給量にしたがって、補充用に溜められた前記液浸用の液体を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項５】
前記検知手段により前記液浸用の液体の残量が所定量以下になったことが検知された場合に、その旨を通知する通知手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の液体供給装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載の液体供給装置と、
前記液体供給装置から供給される前記液浸用の液体によって、透明部材との間が満たされる液浸対物レンズと
を備えることを特徴とする顕微鏡。
【請求項７】
標本を照明するための照明光学系と、
前記照明光学系により照明された前記標本を撮像する撮像手段と
さらに備え、
前記液体供給装置は、前記撮像手段による前記標本の撮影が行われていないとき、補充用に溜められた前記液浸用の液体を、前記液浸対物レンズと前記透明部材との間に供給する
ことを特徴とする請求項６に記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体供給装置及び顕微鏡に関し、長時間の観察を行う場合に用いて好適な液体供給装置及び顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液浸対物レンズを用いた顕微鏡による観察が行われている。この液浸対物レンズを用いる際には、液浸対物レンズと標本との間を液体（液浸）で満たすことにより、光学系の開口数を高め、高分解能と輝度の向上が実現される。
【０００３】
この種の液浸対物レンズについては、例えば、特許文献１及び２に開示されている。
【特許文献１】実用新案登録第２６０３４８６号
【特許文献２】特開２００４−７０３０７号公報
【発明の開示】
【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では、循環する保温水により標本の温度を制御しているが、数時間以上にも及ぶ生細胞のタイムラプス画像撮影において、液浸対物レンズを使用した場合、この液浸対物レンズとカバーガラスの間隔は0.2mm前後の間隔しかないため、室温25℃前後の作業環境では１時間程度で液浸水が蒸発してしまい、対物レンズの光学性能が著しく低下するという問題がある。
【０００５】
また、特許文献２では、液浸対物レンズの先端部に、温度制御された液浸媒質を一定量供給しているが、供給された液浸が、液浸対物レンズの先端部からこぼれ落ちることで、その水滴への照明光の屈折反射による画像の乱れが発生する可能性があり、これが、安定した画像の記録の障害となる恐れがある。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、液浸対物レンズの光学性能を低下させることなく、長時間の観察を行うことができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体供給装置は、液浸対物レンズを有する顕微鏡で用いられる液体供給装置において、前記液浸対物レンズと透明部材との間に満たされている液浸用の液体の残量を検知する検知手段と、前記検知手段により前記液浸用の液体の残量が所定量以下になったことが検知された場合、補充用に溜められた液浸用の液体を、前記液浸対物レンズと前記透明部材との間に供給する液体供給手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の顕微鏡は、上記の液体供給装置と、前記液体供給装置から供給される前記液浸用の液体によって、透明部材との間が満たされる液浸対物レンズとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、液浸対物レンズの光学性能を低下させることなく、長時間の観察を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明を適用した顕微鏡の一実施の形態を示す図である。
【００１２】
倒立型の顕微鏡１の本体部１１には、透過照明装置１２及び落射照明装置１３が設けられており、ステージ２１上のペトリディッシュ２内の標本を、透過照明又は落射照明を用いて観察することができる。また、顕微鏡１の本体部１１には、CCD（Charge Coupled Device）カメラ１４が装着されており、透過照明又は落射照明による標本の像を撮影することが可能である。
【００１３】
ステージ２１の下面には、焦準部２５が設けられている。焦準部２５は、複数の対物レンズ（図１では、対物レンズ２２Ａ及び２２Ｂの２つの対物レンズのみを図示している）が装着されているレボルバ２３を支持する焦準可動部２４を、上下方向に移動できるように支持している。なお、以下、対物レンズ２２Ａ及び２２Ｂを特に区別する必要がない場合、単に、対物レンズ２２と称する。
【００１４】
また、焦準可動部２４の下方には、２種類のフィルタとダイクロイックミラーとの組み合わせからなるフィルタブロックを複数備えた（図１では、フィルタブロック１６Ａ及び１６Ｂの２つのフィルタブロックが図示されている）フィルタターレット１５が設けられている。なお、フィルタブロック１６Ａ及び１６Ｂを特に区別する必要がない場合、単に、フィルタブロック１６と称する。
【００１５】
顕微鏡１により透過照明を用いて標本の観察を行う場合、透過照明装置１２の光源３１から発せられた透過照明光は、コレクタレンズ３２を透過した後、反射鏡３３によりコンデンサレンズ３４の方向に反射され、コンデンサレンズ３４を介して、ペトリディッシュ２内の標本に照射される。光路変換プリズム５２を光路から外した場合、標本を透過した透過照明光は、対物レンズ２２、フィルタブロック１６、及び第２対物レンズ５１を透過し、CCDカメラ１４により透過照明光による標本の像が撮影される。また、光路変換プリズム５２を光路に入れた場合、標本を通過した透過照明光は、対物レンズ２２、フィルタブロック１６、及び第２対物レンズ５１を透過し、光路変換プリズム５２によりプリズム５３の方向に反射され、プリズム５３及び反射境５４により、接眼レンズ５５の方向に反射され、ユーザは、接眼レンズ５５を介して、透過照明光による標本の像を観察する。
【００１６】
また、顕微鏡１により落射照明を用いて標本の観察を行う場合、落射照明装置１３の光源４１から発せられた落射照明光は、リレーレンズ４２及び４３を透過した後、フィルタブロック１６により所定の波長のみが透過されるとともに、対物レンズ２２の方向に反射され、対物レンズ２２を介して、ペトリディッシュ２内の標本に照射される。光路変換プリズム５２を光路から外した場合、落射照明光を照射することにより標本から発せられた蛍光は、対物レンズ２２を透過した後、フィルタブロック１６により所定の波長のみが抽出され、CCDカメラ１４により標本から発せられた蛍光の像が撮影される。また、光路変換プリズム５２を光路に入れた場合、落射照明光を照射することにより標本から発せられた蛍光は、対物レンズ２２を透過した後、フィルタブロック１６により所定の波長のみが抽出され、光路変換プリズム５２によりプリズム５３の方向に反射され、プリズム５３及び反射鏡５４により、接眼レンズ５５の方向に反射され、ユーザは、接眼レンズ５５を介して、標本から発せられた蛍光の像を観察する。
【００１７】
図２は、図１の顕微鏡１のステージ２１及び対物レンズ２２の周辺の構成を詳細に示した図である。なお、図２には、ペトリディッシュ２には、培養液１０２が満たされ、ペトリディッシュ２の底を構成する底部透明部材２Ａ上に、観察対象の細胞である標本１０１が置かれている例が示されている。底部透明部材２Ａは、ガラスやプラスチックなどの材料からなる。なお、顕微鏡１では、ステージ２１上にヒートプレートを設けることで、培養液１０２の温度をほぼ一定（たとえば３７℃）に保つことができ、標本１０１を生きたまま観察することができる。
【００１８】
液浸用の対物レンズ２２Ａと底部透明部材２Ａとの間には、光学系の開口数を高め、高分解能と輝度の向上を実現するための液浸水７１が満たされている（たとえば、液浸水７１の屈折率は約1.3となる）。すなわち、この液浸水７１によって、液浸用の対物レンズ２２Ａの先端部は満たされる。また、液浸水７１の厚さは、約0.2mm程度であり、その水の層は、大気圧による表面張力にて円形に分布している。以下、この液浸水７１が満たされている液浸用の対物レンズ２２Ａと底部透明部材２Ａとの間の領域を、液浸部とも称して説明する。
【００１９】
ところで、液浸水７１は、一定時間を経過すると周囲の空気中に発散され、蒸発することになる。かかる現象は、特に、長時間の観察を行っている場合に、時間の経過とともに顕著に現われる。そして、液浸水７１が蒸発することで液浸水７１に空気の層が入ってしまうと、これがノイズ成分となって、液浸用の対物レンズ２２Ａの光学性能が低下することになる。そこで、本実施の形態においては、液浸水７１の残量に応じて必要な分量だけ水の補充を行うが、この液浸水７１の残量を検知するために、図２の例では、光ファイバ８１と、受光センサ８２とからなる検知部が設けられている。
【００２０】
ここで、図２の矢印Ａの方向から検知部を見た場合の矢視図を図示すると、図３のようになる。図３において、下側の図はＡ視の図であり、上側の図はＡ視の上面図である。
【００２１】
図３に示すように、光ファイバ８１は、液浸用の対物レンズ２２Ａの先端部に埋め込まれ、液浸水７１と接する領域８１ａは、クラッドの層がなく、コアが露出する構造になっている。この光ファイバ８１の入射端側には、LED（Light Emitting Diode）光源などの光源１１１が設けられており、そこからレンズ１１２に集光されて、光ファイバ８１に入射した光は、光ファイバ８１のコアを伝播し、その出力端側に設けられるレンズ１１２を介して受光センサ８２により受光される。
【００２２】
つまり、図４及び図５に示すように、光ファイバ８１は、中心のコア１２１と屈折率の異なるクラッド１２２から構成され、コア１２１に光が入射すると、その光はクラッド１２２との境界面で全反射を繰り返しながら進んでいく。ところが、図４の対物レンズ２２Ａと、底部透明部材２Ａとの間に液浸水７１がある液浸状態の場合、すなわち、この光ファイバ８１の周りに液浸水７１が存在する場合には、液浸水７１とコア１２１との境界で屈折が起こるので、光ファイバ８１のコア１２１を伝播する光は、その一部が領域８１ａより、透過光として外部に透過してしまうことになり、それが原因で損失が発生する。その結果、受光センサ８２により受光される光の受光量が減少することになる。
【００２３】
逆に、図５の対物レンズ２２Ａと、底部透明部材２Ａとの間に液浸水７１がない場合、すなわち、光ファイバ８１の周りに液浸水７１が存在しない場合には、液浸水７１が存在する場合に比べて、受光センサ８２により受光される光の光量は増えることになる。受光センサ８２は、それらの光量を検出し、光ファイバセンサ駆動部９４に出力する。そして、その検知された光量に関する情報は、受光センサ８２を駆動する光ファイバセンサ駆動部９４から制御部９１に通知される。
【００２４】
なお、本実施の形態における、光ファイバ８１と受光センサ８２を用いた検知方法は、液浸部における液浸水７１の残量を検知する検知部の一例であって、たとえば、静電容量の測定を用いて液浸水７１の残量を検知する方法など、他の液浸水検知方法を採用することが可能である。
【００２５】
制御部９１は、光ファイバセンサ駆動部９４から光量に関する情報が供給された場合、光の受光量に対応する値と、あらかじめ定められたしきい値とを比較して、液浸部における液浸水７１の残量が所定量以下になっているか否かを判定する。制御部９１は、液浸部における液浸水７１の残量が所定量以下になっていると判定した場合、ポンプ駆動部９５の駆動を制御して、必要な分量だけの水を液浸部に補充させる。
【００２６】
具体的には、液浸部に補充するための水７２を溜めているリザーバ８３は、溜めている水７２を、ポンプ８４により押し出す。このポンプ８４は、制御部９１により制御されるポンプ駆動部９５により駆動され、リザーバ８３に溜められている水７２を、ノズル８５によって液浸部に補充させる。すなわち、制御部９１は、光ファイバセンサ駆動部９４から液浸部の液浸水７１の残量が所定量以下になったことが通知された場合、ポンプ駆動部９５に対して、不足している液浸水７１が満たされるように、リザーバ８３に溜められた水７２を補充するよう指示する。すると、リザーバ８３に溜められていた水７２は、ノズル８５を通って液浸部に達し、液浸水７１として補充される。
【００２７】
ここで、液浸用の対物レンズ２２Ａの外枠は、たとえば、ヒータやペルチェ素子などからなる加熱冷却部８６により加熱冷却されている。制御部９１は、温度センサ９２により計測される液浸用の対物レンズ２２Ａの先端部の温度に基づいて、保温用加熱冷却部９３に対して加熱冷却を指示することで、液浸用の対物レンズ２２Ａと標本１０１とがほぼ同じ温度（たとえば３７℃）となるように、加熱冷却部８６を制御する。
【００２８】
このとき、水７２を補充するためのノズル８５は、加熱冷却部８６の近傍（図２では、液浸用の対物レンズ２２Ａと加熱冷却部８６との間の空間）に配置されているため、保温用加熱冷却部９３の制御に応じて加熱冷却される加熱冷却部８６によって、液浸用の対物レンズ２２Ａとほぼ同じ温度に保たれる。つまり、液浸部に、液浸水７１として供給される水７２は、リザーバ８３に溜められている他に、ノズル８５中にも溜まっているので（待機状態となっているので）、そのノズル８５に溜まっている水７２が、加熱冷却部８６によって液浸用の対物レンズ２２Ａとほぼ同じ温度に保たれていることになる。そして、ポンプ駆動部９５によるポンプ８４の駆動によって、液浸水７１の補充がされる場合には、リザーバ８３に溜められている水７２よりも先に、まず、液浸用の対物レンズ２２Ａとほぼ同じ温度に保たれたノズル８５に溜まっている水７２が液浸部に達し、液浸水７１として補充されることになる。
【００２９】
このように、本実施の形態においては、液浸用の対物レンズ２２Ａと加熱冷却部８６との間にノズル８５を配置することで、液浸用の対物レンズ２２Ａを加熱冷却するために設けられた加熱冷却部８６を利用して、同時にノズル８５も加熱冷却することで、液浸用の対物レンズ２２Ａに近い温度（ほぼ同じ温度）の水７２を液浸部に供給できる。
【００３０】
なお、この液浸部への水７２の供給速度又は供給量は、あらかじめ設定されたものとすることができる。したがって、制御部９１は、たとえば使用者により又は工場出荷時にあらかじめ設定された供給速度又は供給量となるように、ポンプ駆動部９５を制御することで、液浸部に補充される水７２の供給の微調節を行う。たとえば、この供給速度をより低速に調節することで、微量の水をスポイトで加えるようなイメージで、水７２を補充することが可能となる。これにより、たとえば、液浸部に供給される水７２が、液浸用の対物レンズ２２Ａの先端部からこぼれ落ちるのを防止できる。
【００３１】
制御部９１はまた、液浸部における液浸水７１の残量が所定量以下になると判定した場合、たとえば警告音や警告画面などを警告通知部９６に出力して、使用者に液浸水７１が不足していることを通知する。この警告音などの警告を出力するタイミングは、水７２を液浸部に補充する前であっても、あるいは、補充した後であってもよく、使用者に対して、液浸水７１が不足していることを通知できればよい。また、かかる警告の通知方法も、警告音や警告画面に限らず、たとえば、他の音声やLEDの点滅など、使用者に対して注意を促すことができる方法であればよい。
【００３２】
ところで、水７２を液浸部に補充するとき、水７２の供給により発生する照明光学系（図１の透過照明又は落射照明）の状態の変化に起因して、照明光が安定しない状態となり、CCDカメラ１４により撮影される標本に影響が出る恐れがある。そこで、本実施の形態において、制御部９１は、CCDカメラ１４による標本１０１の撮影が行われているときには、補充用に溜められた水７２が液浸部に補充されないようにし、その後、撮影が終了してから、水７２が液浸部に補充されるように制御を行う。
【００３３】
以上のようにして、顕微鏡１は構成される。
【００３４】
なお、本実施の形態において、図２に示した、液浸部に水７２を供給するために設けられる、光ファイバ８１ないしノズル８５、制御部９１、及び光ファイバセンサ駆動部９４ないし警告通知部９６は、液体供給装置として構成され、その液体供給装置が顕微鏡１に取り付けられていると捉えることもできる。
【００３５】
次に、図６のフローチャートを参照して、制御部９１によって実行される、液浸水供給制御処理について説明する。
【００３６】
ステップＳ１１において、制御部９１は、光ファイバセンサ駆動部９４から供給される検知結果（図２では、光ファイバ８１と受光センサ８２からなる検知部による検知結果）に基づいて、液浸部における液浸水７１の残量は所定量以下であるか否かを判定する。
【００３７】
ステップＳ１１において、液浸水７１の残量が所定量を超えると判定された場合、液浸部は十分な量の液浸水７１で満たされており、補充用に溜められた水７２を補充する必要がないので、かかる判定処理により液浸水７１の残量が所定量以下になると判定されるまで、ステップＳ１１の処理が繰り返される。
【００３８】
一方、ステップＳ１１において、液浸水７１の残量が所定量以下になると判定された場合、ステップＳ１２において、制御部９１は、たとえば警告音などを警告通知部９６に通知させて、使用者に対して、液浸水７１が不足している旨を通知する。これにより、顕微鏡１で観察を行っている使用者は、液浸部における液浸水７１の残量が不足していることを認識できる。
【００３９】
ステップＳ１３において、制御部９１は、CCDカメラ１４によって標本１０１の撮影されるタイミングであるか否かを判定する。
【００４０】
ステップＳ１３において、標本１０１の撮影のタイミングであると判定された場合、CCDカメラ１４による標本１０１の撮影が終了するまで、ステップＳ１３の処理が繰り返される。
【００４１】
その後、CCDカメラ１４による撮影が終了し、ステップＳ１３において、標本１０１の撮影のタイミングではないと判定された場合、ステップＳ１４において、制御部９１は、ポンプ駆動部９５を制御して、リザーバ８３に溜められた水７２、つまり、加熱冷却部８６により液浸用の対物レンズ２２Ａとほぼ同じ温度に保たれたノズル８５に溜まっている水７２を、不足した分の液浸水７１として、液浸部に供給する。これにより、液浸用の対物レンズ２２Ａの先端部の液浸部には、空気中に蒸発した液浸水が必要な分量だけ補充され、液浸水７１で満たされることになる。
【００４２】
続いて、処理は、ステップＳ１１の液浸水７１の残量を判定する処理に戻り、顕微鏡１による観察が終了するまで、ステップＳ１１ないしステップＳ１４の処理が繰り返される。すなわち、観察中は、制御部９１によって図６の液浸水供給制御処理が実行され続けるので、液浸用の対物レンズ２２Ａの先端部の液浸部を、長時間に渡り十分な量の液浸水７１で満たすことが可能となるため、液浸用の対物レンズ２２Ａ本来の光学性能を保ち、結果として、照明光の状態を安定にすることが可能となる。このことは、たとえば、２時間、３時間、・・・、２４時間などのように数時間にも及ぶ生細胞のタイムラプス画像撮影を行う場合に、より顕著な効果として現われる。
【００４３】
また、液浸部からの熱伝導によって、ペトリディッシュ２の熱が逃げてしまうことが考えられるが、本実施の形態においては、液浸用の対物レンズ２２Ａの温度をほぼ一定にするための加熱冷却部８６によって、同時にノズル８５も加熱冷却することで、ノズル８５内に溜められた水７２を液浸用の対物レンズ２２Ａの温度とほぼ同じにすることができる。その結果、液浸部に補充される水７２は、液浸用の対物レンズ２２Ａとほぼ同じ温度に保たれているので、底部透明部材２Ａを通じて細胞に対して、温度による生物学的な変化を与えないようにすることができる。
【００４４】
なお、液浸水７１を補充するタイミングであるが、CCDカメラ１４により撮影された画像のコントラストを用いて決定してもよい。たとえば、制御部９１によって、CCDカメラ１４により撮影された画像から、最も高い輝度信号と、最も低い輝度信号との差をモニタすることで、その差が所定のしきい値よりも低くなったとき、液浸部に、水７２を補充すればよい。
【００４５】
また、上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、又は、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。
【００４６】
なお、本明細書において、記録媒体に格納されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【００４７】
さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明を適用した顕微鏡の一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】顕微鏡のステージ及び対物レンズの周辺の構成を詳細に示した図である。
【図３】光ファイバと受光センサの詳細な構成の例を示す図である。
【図４】対物レンズと底面透明部材との間に液浸水がある場合の光ファイバのコアの内部を伝播する光の例を示す図である。
【図５】対物レンズと底面透明部材との間に液浸水がない場合の光ファイバのコアの内部を伝播する光の例を示す図である。
【図６】液浸水供給制御処理について説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１  顕微鏡，  ２  ペトリディッシュ，  １４  CCDカメラ，  ２２，２２Ｂ  対物レンズ，  ２３  レボルバ，  ２４  焦準可動部，  ２５  焦準部，  ７１  液浸水，  ７２  水，  ８１  光ファイバ，  ８２  受光センサ，  ８３  リザーバ，  ８４  ポンプ，  ８５  ノズル，  ８６  加熱冷却部，  ９１  制御部，  ９２  温度センサ，  ９３  保温用加熱冷却部，  ９４  光ファイバセンサ駆動部，  ９５  ポンプ駆動部，  ９６  警告通知部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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