(57)【要約】【課題】生物標本のｉｎ-ｖｉｖｏ観察画像の画質を向上させ、走査速度や走査パターン、光源等の使用条件を自由に選択することができる顕微鏡装置を提供する。【解決手段】実験小動物Ａに取り付けられた対物レンズ１００と、対物レンズ１００により集光された光を検出する光検出器を備える顕微鏡本体２００と、対物レンズ１００と光検出器とを光学的に接続するリレーレンズと、対物レンズ１００と顕微鏡本体２００との間に配置された光路筒５００〜５０３と、光路筒５００〜５０３を対物レンズ１００および顕微鏡本体２００に回転可能に接続するベアリング４００〜４０５と、光路筒５００〜５０３の回転中心に設けられ、対物レンズ１００と光検出器とを光学的に接続する全反射プリズムとを備える顕微鏡装置１を採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本に取り付けられ、該標本からの光を集光する対物レンズと、
該対物レンズにより集光された光を検出する光検出器を備える装置本体と、
前記対物レンズと前記光検出器とを光学的に接続する少なくとも１組のリレーレンズと、
前記対物レンズと前記装置本体との間に配置された少なくとも１本のアームと、
該アームの両端に設けられ、該アームを前記対物レンズおよび前記装置本体に揺動可能に接続する継手と、
前記アームの揺動中心に設けられ、前記対物レンズと前記光検出器とを光学的に接続する反射部材とを備える顕微鏡装置。
【請求項２】
前記アームを複数備え、
前記継手が、前記アーム同士を揺動可能に接続し、
前記反射部材が、前記アームの揺動中心に設けられ、前記アーム同士を光学的に接続する請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記対物レンズの視野近傍に位置し、基準となる回転角を示す光学的指標と、
該光学的指標の見かけ上の位置に基づいて、前記装置本体における像の見かけ上の回転角である像回転角を算出する像回転角演算装置と、
前記像回転角に基づいて像の回転角を補正する像回転角補正装置とを備える請求項１または請求項２に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記継手の回転角を検出する継手回転角検出装置と、
前記継手の回転角に基づいて、前記装置本体における像の見かけ上の回転角である像回転角を算出する像回転角演算装置と、
前記像回転角に基づいて像の回転角を補正する像回転角補正装置とを備える請求項１または請求項２に記載の顕微鏡装置。
【請求項５】
前記アームに重力と逆方向の力を加えるバランス装置を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物標本を観察する顕微鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、実験小動物等の生物標本を生かした状態で、且つ、自由に動ける状態で、その組織や細胞を観察するために、標本側に取り付ける装置は対物レンズ等の一部にとどめ、電源、光源、制御装置等を標本から離した場所に固定し、それらの間を電線や光ファイバで接続することにより一つの顕微鏡システムとする、いわゆるｉｎ−ｖｉｖｏ観察用の顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１および非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３５８１１１号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】OPTICS LETTERS, Vol.30, No.17, September 1, 2005, “In vivo brain imaging using a portable 3.9 gram two-photon fluorescence microendoscope”
【非特許文献２】The Journal of Neuroscience, October 11, 2006,“Next-Generation Optical Technologies for Illuminating Genetically Targeted Circuits”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術によれば、照明が拡散光で検出器がＣＣＤ等の二次元撮像素子なので、共焦点観察を行うことができない。
また、非特許文献１および非特許文献２の技術によれば、共焦点観察は多光子励起により可能であるが、レーザ光源側から標本側へ照明光を導く手段が一本の光ファイバに過ぎないので、対物レンズだけでなく走査手段も観察対象すなわち実験小動物に装着する必要がある。すなわちこの走査手段は、特に小型軽量に作る必要がある。その結果、この走査手段を通常の共焦点顕微鏡における走査手段と比較すると、動作の安定性に劣り、走査速度や走査パターン等の使用条件が著しく制約されるという不都合がある。
【０００６】
また、非特許文献１および非特許文献２の技術によれば、レーザ光源と走査手段との間を単一モード光ファイバで接続する必要があるので、励起光として使用可能な波長が極めて狭い範囲に限定されるという不都合がある。さらに、パルスレーザ光による多光子励起蛍光像を観察しようとすると、パルス波形の崩れによる励起効率の低下、すなわち、蛍光像の明るさの低下を抑えるため、光ファイバにフォトニッククリスタルファイバを用いる必要がある。さらにまた、たとえフォトニッククリスタルファイバを用いても、前記パルス波形の崩れ、励起効率の低下、そして蛍光像の明るさの低下を完全に解消することは出来ないという不都合がある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、生物標本のｉｎ-ｖｉｖｏ観察画像の画質を向上させ、走査速度や走査パターン、光源等の使用条件を自由に選択することができる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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、標本に取り付けられ、該標本からの光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された光を検出する光検出器を備える装置本体と、前記対物レンズと前記光検出器とを光学的に接続する少なくとも１組のリレーレンズと、前記対物レンズと前記装置本体との間に配置された少なくとも１本のアームと、該アームの両端に設けられ、該アームを前記対物レンズおよび前記装置本体に揺動可能に接続する継手と、前記アームの揺動中心に設けられ、前記対物レンズと前記光検出器とを光学的に接続する反射部材とを備える顕微鏡装置を採用する。
【０００９】
本発明によれば、実験小動物等の標本に取り付けられた対物レンズと光検出器を備える装置本体とが、アームおよび継手により機械的に接続されるとともに、対物レンズと光検出器とが、リレーレンズおよび反射部材により光学的に接続される。そして、対物レンズに取り付けられた標本が装置本体に対して移動すると、標本の動きに追従してアームが揺動し、対物レンズと光検出器とが光学的に接続された状態に維持される。これにより、標本の動きを許容しつつ、その組織や細胞を観察することが可能となる。
【００１０】
また、光検出器の近傍にはリレーレンズにより、対物レンズの瞳面と共役な面、および物体面と共役な面が形成される。そこで、これらの面に対して走査手段や共焦点ピンホールの位置等の光学的な整合条件を合わせることにより、共焦点顕微鏡として広く一般に用いられている光スキャン装置（例えば、ガルバノミラー式スポット光スキャン装置やライン光スキャン装置、ニポウディスク式マルチスポット光スキャン装置等）を、装置本体として使用することが可能となる。これにより、共焦点顕微鏡としてスキャン動作の安定性を確保すると共に、走査速度や走査パターン等の使用条件を自由に選択することが可能となる。
【００１１】
また、装置本体と対物レンズを結ぶ光路はリレーレンズと空気光路のみからなるので、照明光の波長は単一モード光ファイバによる制約を受けることなく、自由に選ぶことができる。さらに、多光子励起蛍光像の観察を行う場合、標本へ照射する励起光のパルス波形の崩れによる励起効率の低下を防止することができ、多光子励起蛍光像の画質を向上することができる。
【００１２】
上記発明において、前記アームを複数備え、前記継手が、前記アーム同士を揺動可能に接続し、前記反射部材が、前記アームの揺動中心に設けられ、前記アーム同士を光学的に接続することとしてもよい。
【００１３】
このようにすることで、継手および反射部材により、複数のアームを光学的および機械的に接続することができる。これにより、アームの可動範囲、すなわち、アーム先端に設けられた対物レンズの可動範囲を拡大することができ、標本である実験小動物の動作の自由度を向上することができる。
【００１４】
上記発明において、前記対物レンズの視野近傍に位置し、基準となる回転角を示す光学的指標と、該光学的指標の見かけ上の位置に基づいて、前記装置本体における像の見かけ上の回転角である像回転角を算出する像回転角演算装置と、前記像回転角に基づいて像の回転角を補正する像回転角補正装置とを備えることとしてもよい。
【００１５】
このようにすることで、像回転角演算装置により光学的指標の位置に基づいて像回転角を算出し、その像回転角に基づいて像回転角補正装置により像の回転角を補正することができ、標本である実験小動物が自由に動き回っても、回転しない安定した像を観察することができる。
【００１６】
上記発明において、前記継手の回転角を検出する継手回転角検出装置と、前記継手の回転角に基づいて、前記装置本体における像の見かけ上の回転角である像回転角を算出する像回転角演算装置と、前記像回転角に基づいて像の回転角を補正する像回転角補正装置とを備えることとしてもよい。
【００１７】
このようにすることで、継手回転角検出装置により検出された継手の回転角に基づいて像回転角演算装置により像回転角を算出し、その像回転角に基づいて像回転角補正装置により像の回転角を補正することができ、標本である実験小動物が自由に動き回っても、回転しない安定した像を観察することができる。
【００１８】
上記発明において、前記アームに重力と逆方向の力を加えるバランス装置を備えることとしてもよい。
このようにすることで、バランス装置によりアームに重力と逆方向の力を加えることができ、標本に対して加わるアーム、リレーレンズ、対物レンズ等の負荷を軽減して、標本をより自然な環境で観察することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、生物標本のｉｎ-ｖｉｖｏ観察画像の画質を向上させ、走査速度や走査パターン、光源等の使用条件を自由に選択することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態に係る顕微鏡装置の全体構成図である。
【図２】図１の顕微鏡装置の光学系の構成図である。
【図３】図２の光学系の展開図である。
【図４】光学的指標の位置を説明する部分拡大図であって、（ａ）は物体面近傍に置く例、（ｂ）は中間像面近傍に置く例である。
【図５】像の回転角を補正する際の動作を説明する図であって、（ａ）は基準位置、（ｂ）は像回転、（ｃ）は像補正回転を示している。
【図６】第２の変形例に係る顕微鏡装置の全体構成図である。
【図７】第２の実施形態に係る顕微鏡装置の全体構成図である。
【図８】図７の顕微鏡装置の光学系の構成図である。
【図９】図１のプリズムケースの部分拡大図である。
【図１０】図７の可動鏡ケースの部分拡大図である。
【図１１】第３の実施形態に係る顕微鏡装置の全体構成図である。
【図１２】図１１の光学系および機械系の展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡装置１について、図面を参照して以下に説明する。
図１は顕微鏡装置１の全体構成図、図２は顕微鏡装置１の光学系の構成図である。
図１に示すように、顕微鏡装置１は、標本である実験小動物Ａに取り付けられた対物レンズ１００と、光検出器（図示略）を備える顕微鏡本体（装置本体）２００と、対物レンズ１００と顕微鏡本体２００との間に配置された光路筒（アーム）５００〜５０３と、光路筒５００〜５０３を回転可能に接続するベアリング（継手）４００〜４０５と、ベアリング４００〜４０５の回転中心に設けられたプリズムケース３００〜３０６と、天井６０１から吊り下げられ、光路筒５００に接続された引張りバネ（バランス装置）６００とを備えている。
【００２２】
また、図２に示すように、顕微鏡装置１は、対物レンズ１００と顕微鏡本体２００内の光検出器とを光学的に接続するリレーレンズ１０００〜１００３と、全反射プリズム（反射部材）Ｐ３００〜Ｐ３０６とを備えている。
【００２３】
対物レンズ１００は、実験小動物Ａに取り付けられており、観察対象である実験小動物Ａの組織等からの光を集光する。
顕微鏡本体２００は、実験小動物Ａから離れた位置に固定されている。顕微鏡本体２００の内部には、対物レンズ１００により集光された光を検出する光検出器が備えられている。
【００２４】
対物レンズ１００と顕微鏡本体２００の内の光検出器とは、リレーレンズ１０００〜１００３および全反射プリズムＰ３００〜Ｐ３０６により、光学的に接続されている。
顕微鏡本体２００の不図示の像面は、対物レンズ１００の物体面ＯＢＪと共役になるように配置されている。また、顕微鏡本体２００の不図示の瞳面は、対物レンズ１００の瞳面ＰＵＰ１およびＰＵＰ２と共役になるように配置されている。
【００２５】
対物レンズ１００と顕微鏡本体２００とは、プリズムケース３００〜３０６、ベアリング４００〜４０５、および光路筒５００〜５０３により機械的に接続されている。具体的には、対物レンズ１００には光路筒５０２が接続され、顕微鏡本体２００には光路筒５０３が接続されている。また、光路筒５０２と光路筒５０３とは、プリズムケース３００〜３０６およびベアリング４００〜４０５を介して、光路筒５００と光路筒５０１により接続されている。
【００２６】
ここで、プリズムケース３００〜３０６の詳細な構成について、プリズムケース３０５を例として図９を参照して説明する。図９に示すように、プリズムケース３０５は、光路筒５０１の回転中心に配置された全反射プリズムＰ３０５を収容している。同様に、プリズムケース３００〜３０４，３０６は、接続された各光路筒の回転中心に配置された全反射プリズムＰ３００〜Ｐ３０４，Ｐ３０６を収容している。また、光路筒５００〜５０２は、リレーレンズ１０００〜１００３を収容している。
【００２７】
上記構成を有する顕微鏡装置１の動作について以下に説明する。
光路筒５０１の上端は、プリズムケース３０５を介してベアリング４０４により支持されているので、±η方向に回転することができる。したがって、光路筒５０１の下端は±ｘ方向に動くことができる。すなわち、実験小動物Ａは±ｘ方向に動くことができる。
【００２８】
光路筒５０１の上端は、ベアリング４０４およびプリズムケース３０５，３０６を介してベアリング４０５により支持されているので、±ξ方向に回転することができる。したがって、光路筒５０１の下端は±ｙ方向に動くことができる。すなわち、実験小動物Ａは±ｙ方向に動くことができる。
【００２９】
光路筒５００の左端は、プリズムケース３０３を介してベアリング４０３により支持されているので、±η方向に回転することができる。したがって、光路筒５００の右端は±ｚ方向に動くことができる。すなわち、実験小動物Ａは±ｚ方向に動くことができる。
【００３０】
光路筒５０２の上端は、ベアリング４００〜４０２およびプリズムケース３００〜３０２を介して光路筒５００の右端に接続されている。ベアリング４００、４０１、および４０２は、それぞれ、±ζ、±ξ、および±η方向に回転することができる。したがって、対物レンズ１００は、±ζ、±ξ、および±η方向に回転することができる。すなわち、実験小動物Ａは、±ζ、±ξ、および±η方向に回転することができる。
【００３１】
上記構成とすることで、実験小動物Ａは６自由度の動き、すなわち、ｘｙｚ３直線方向およびζξη３回転方向の動きが可能となる。また、対物レンズ１００と顕微鏡本体２００の内の光検出器とは光学的に接続されているため、動いている実験小動物Ａを顕微鏡本体２００により観察することが可能となる。
なお、実験小動物Ａのｘｙ方向における自由運動が可能な範囲Ｚの大きさは、光路筒５０１の長さに比例する。Ｚの半径は、概ね光路筒５０１の長さの半分程度である。
【００３２】
図３は、図２に示す顕微鏡装置１の光学系の展開図である。
図３において、符号ＯＢＪは物体面、符号ＰＵＰ１〜４は瞳面、符号ＩＭＧ１〜３は中間像面を示している。また、図３の符号Ｘ，Ｙに示す領域の部分拡大図を、それぞれ図４（ａ），図４（ｂ）に示す。
【００３３】
なお、図３における対物レンズ１００は、その物体側すなわちＯＢＪ〜ＩＭＧ１の範囲が細くなっているが、これは所謂硬性内視鏡型対物レンズであり、これを用いることによって脳等の中枢神経、あるいは各種臓器の内部観察が可能になる。
以下、基準となる回転角を示す光学的指標１０４を用いて、対物レンズ１００により集光される像の回転角を補正する際の動作について説明する。
【００３４】
光学的指標１０４は、蛍光材料、発光材料、蓄光材料、光反射材料、電気光変換素子等の能動的あるいは受動的に光を発する材料あるいは素子である。
光学的指標１０４は、物体面ＯＢＪの近傍に位置する。あるいは、光学的指標１０４は、実験小動物Ａの動きに伴って生じる顕微鏡本体２００における像の見かけの回転に関して、物体面ＯＢＪの像と同じ方向・同じ角度で回転する視野絞りの近傍に位置する。
【００３５】
図４（ａ）は、光学的指標１０４を物体面ＯＢＪの近傍に置く例である。
カバーガラス１０３は、光路筒１０２および光学的指標１０４と共に先端キャップ１０１を形成する。カバーガラス１０３は、観察対象である実験小動物Ａの組織Ａｏｒｇに密着させられる。光学的指標１０４は、カバーガラス１０３の内側面に位置する。光学的指標１０４は、対物レンズ１００の視野φＤＦの端部に位置する。先端キャップ１０１は、対物レンズ１００の先端部に被せられる。
【００３６】
図４（ｂ）は、光学的指標１０４を、実験小動物Ａの動きに伴って生じる顕微鏡本体２００における像の見かけの回転に関して、物体面ＯＢＪの像と同じ方向・同じ角度で回転する視野絞り１０５の近傍に置く例である。視野絞り１０５は、対物レンズ１００における中間像面ＩＭＧ１に位置する。光学的指標１０４は視野絞り１０５の端部に位置する。
【００３７】
ここで、顕微鏡装置１は、光学的指標１０４の位置を検出する光学的指標位置検出器（図示略）と、像の回転角を算出する像回転角演算装置（図示略）と、像の回転角を補正する像回転角補正装置（図示略）とを備えている。
【００３８】
光学的指標位置検出器は、顕微鏡本体２００のおける光学的指標１０４の見かけの位置を電気信号に変換する光検出器である。
像回転角演算装置は、光学的指標位置検出器により検出された光学的指標１０４の見かけ上の位置に基づいて、顕微鏡本体２００における像の見かけ上の回転角である像回転角を算出する。
像回転角補正装置は、像回転角演算装置により算出された像回転角に基づいて、顕微鏡本体２００における像の回転角を補正する。
【００３９】
上記構成を有する顕微鏡装置１において、像の回転角を補正する際の動作について、図５（ａ），図５（ｂ），図５（ｃ）に示す例を用いて以下に説明する。
図５（ａ）は、像回転補正における基準位置、すなわち、光学的指標１０４が基準位置にある状態を示している。ここでは、実験小動物Ａの細胞のひとつであるＡｃｅｌｌを視野φＤＦの中央で観察している。また、光学的指標１０４は、視野φＤＦの最周辺部上方に位置している。
【００４０】
図５（ｂ）は、実験小動物Ａの動きに伴って、像が回転した状態を示している。ここでは、Ａｃｅｌｌが時計方向に像回転角θだけ回転し、これと同時に光学的指標１０４も時計方向にθだけ回転している。この光学的指標１０４を光学的指標位置検出器により検出し、光学的指標１０４の回転角θ、すなわち、像回転角を像回転角演算装置により算出する。
【００４１】
図５（ｃ）は、像補正回転装置により像補正回転が与えられ、像の回転角が補正された状態を示している。具体的には、像回転角演算装置により算出された像回転角θに基づいて、像補正回転装置により像に補正回転角−θが与えられ、像の回転角が補正されている。これにより、像は図５（ａ）に示す基準位置に戻っている。
上記のように像の回転角を補正することで、標本である実験小動物Ａが自由に動き回っても、回転しない安定した像を観察することができる。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係る顕微鏡装置１によれば、対物レンズ１００に取り付けられた実験小動物Ａが顕微鏡本体２００に対して移動すると、実験小動物Ａの動きに追従して光路筒５００〜５０３が回転し、対物レンズ１００と光検出器とが光学的に接続された状態に維持される。これにより、実験小動物Ａの動きを許容しつつ、その組織や細胞を観察することが可能となる。
【００４３】
また、光検出器の近傍にはリレーレンズ１０００〜１００３により、対物レンズ１００の瞳面と共役な面、および物体面と共役な面が形成される。そこで、これらの面に対して走査手段や共焦点ピンホールの位置等の光学的な整合条件を合わせることにより、共焦点顕微鏡として広く一般に用いられている光スキャン装置（例えば、ガルバノミラー式スポット光スキャン装置やライン光スキャン装置、ニポウディスク式マルチスポット光スキャン装置等）を使用することが可能となる。これにより、共焦点顕微鏡としてスキャン動作の安定性を確保すると共に、走査速度や走査パターン等の使用条件を自由に選択することが可能となる。
【００４４】
また、装置本体と対物レンズを結ぶ光路はリレーレンズと空気光路のみからなるので、照明光の波長は単一モード光ファイバによる制約を受けることなく、自由に選ぶことが出来る。さらに、多光子励起蛍光像観察を行う場合、実験小動物Ａに照射する励起光のパルス波形の崩れによる励起効率の低下を防止することができ、多光子励起蛍光像の画質を向上することができる。
【００４５】
また、引張りバネ６００により、光路筒５００に重力と逆方向の力を加えることができ、実験小動物Ａに対して加わる光路筒５００〜５０３、リレーレンズ１０００〜１００３、対物レンズ１００等の負荷を軽減して、実験小動物Ａをより自然な環境で観察することができる。
【００４６】
なお、図４（ａ）に関して、対物レンズ１００の作動距離が極めて小さく、そのレンズ先端面が物体面ＯＢＪとほぼ等価であると見なせる場合、先端キャップ１０１を使うことなく、光学的指標１０４をレンズ先端面に直接装着することとしてもよい。
【００４７】
また、光学的指標位置検出器には、実験小動物Ａを観察するために顕微鏡本体２００内に備えられた光検出器を流用してもよいし、それとは別に専用の光検出器を設けることとしてもよい。
【００４８】
また、像補正回転角は、顕微鏡本体２００が取得する前の光学像に対して光学的に与えてもよいし、顕微鏡本体２００が出力する電子情報の像に対して画像処理的に与えることとしてもよい。ここで、像補正回転角を光学的に与える方法の一つは、例えば、顕微鏡本体２００における光検出器の前にイメージローテーターを配置し、それを駆動回路とモータで回転制御することである。
【００４９】
〔第１の変形例〕
また、本実施形態の第１の変形例として、ベアリング４００〜４０５の回転角を検出するロータリーエンコーダ（継手回転角検出装置）を備え、ベアリング４００〜４０５の回転角に基づいて像回転角演算装置により像回転角を算出し、この像回転角に基づいて像回転角補正装置により像の回転角を補正することとしてもよい。
【００５０】
この場合、不図示のロータリーエンコーダは、各ベアリングの回転角を電気信号に変換して出力する。像回転角演算装置は、これらの電気信号に基づいて像回転角を求める。この像回転角の情報に基づいて、像補正回転装置が像に補正回転角を与える。
このようにすることで、光学的指標１０４を検出することが困難な場合においても、標本である実験小動物Ａが自由に動き回っても、回転しない安定した像を観察することができる。
【００５１】
〔第２の変形例〕
また、本実施形態の第２の変形例として、図６に示すように、引張りバネ６００に代えて、光路筒５００の左端におもり６０２を接続することとしてもよい。
図６において、おもり６０２は、おもり腕６０３およびプリズムケース３０３を介して、光路筒５００に対してベアリング４０３を支点とした釣り合いを取っている。これにより、実験小動物Ａにかかる光路筒５００の負荷を軽減して、実験小動物Ａをより自然な環境で観察することができる。
【００５２】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る顕微鏡装置について、主に図７、図８、および図１０を参照して説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置２が第１の実施形態と異なる点は、全反射プリズムに代えて、各光路筒の回転中心に可動鏡を備える点である。以下、本実施形態の顕微鏡装置２について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００５３】
図７に示すように、対物レンズ１００と顕微鏡本体（装置本体）２００とは、可動鏡ケース（継手）７００〜７０２、ベアリング（継手）４０５〜４０７、および光路筒（アーム）５００〜５０３により機械的に接続されている。可動鏡ケース７００〜７０２は可動鏡（反射部材）Ｍ７００〜Ｍ７０２を収容し、光路筒５００〜５０２はリレーレンズ１０００〜１００３を収容している。
また、図８に示すように、対物レンズ１００と顕微鏡本体２００とは、リレーレンズ１０００〜１００３および可動鏡Ｍ７００〜Ｍ７０２により光学的に接続されている。
【００５４】
以下に、可動鏡ケース７００〜７０２の構造と機能について、可動鏡ケース７０２を例に挙げ、図１０を参照して説明する。
図１０に示すように、可動鏡ケース７０２には、ｘ方向側に光路筒５０３がベアリング４０７を介して固定されている。また、ｚ方向側に光路筒５０１が不図示のヒンジを介して±η方向の回転が可能なように接続されている。可動鏡ケース７０２内には、可動鏡Ｍ７０２が収容されている。可動鏡Ｍ７０２は、不図示のヒンジを介して、光路筒５０１の回転中心を中心軸として±η方向の回転が可能なように接続されている。
【００５５】
可動鏡Ｍ７０２と光路筒５０３は、可動鏡Ｍ７０２の回転角が光路筒５０１の回転角の半分となるように、不図示の回転角変換機構で接続されている。例えば、光路筒５０１が垂直な位置から時計回りにη１だけ回転した場合、可動鏡Ｍ７０２は傾き４５°の向きから時計回りに０．５η１だけ回転する。このとき、ベアリング４０７および光路筒５０３の中心軸と光路筒５０１の中心軸をそれぞれ光軸とみなすと、回転角変換機構の作用により、光路筒５０１が±η方向に回転しても、両者の光軸を常に光学的に一致させることができる。
【００５６】
上記構成を有する顕微鏡装置２の動作について以下に説明する。
光路筒５０１の上端は、可動鏡ケース７０２により支持されているので、±η方向に回転することができる。したがって、光路筒５０１の下端は±ｘ方向に動くことができる。すなわち、実験小動物Ａは±ｘ方向に動くことができる。
【００５７】
また、光路筒５０１の上端は、可動鏡ケース７０２を介してベアリング４０７により支持されているので、±ξ方向に回転することができる。したがって、光路筒５０１の下端は±ｙ方向に動くことができる。すなわち、実験小動物Ａは±ｙ方向に動くことができる。
【００５８】
光路筒５００の左端は、可動鏡ケース７０１により支持されているので、±η方向に回転することができる。したがって、光路筒５００の右端は±ｚ方向に動くことができる。すなわち、実験小動物Ａは±ｚ方向に動くことができる。
【００５９】
対物レンズ１００の上端は、ベアリング４０５，４０６および可動鏡ケース７００を介して光路筒５００の右端に接続されている。ベアリング４０５，４０６および可動鏡ケース７００は、それぞれ±ζ、±ξ、および±η方向に回転することができる。したがって、対物レンズ１００は、±ζ、±ξ、および±η方向に回転することができる。すなわち、実験小動物Ａは、±ζ、±ξ、および±η方向に回転することができる。
【００６０】
以上のように、本実施形態に係る顕微鏡装置２によれば、実験小動物Ａは６自由度の動き、すなわち、ｘｙｚ３直線方向およびζξη３回転方向の動きが可能となる。また、対物レンズ１００に取り付けられた実験小動物Ａが顕微鏡本体２００に対して移動すると、実験小動物Ａの動きに追従して光路筒５００〜５０３が回転し、対物レンズ１００と光検出器とが光学的に接続された状態に維持される。これにより、実験小動物Ａの動きを許容しつつ、その組織や細胞を観察することが可能となる。
【００６１】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る顕微鏡装置について、図１１および図１２を参照して説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置３が第１、第２の実施形態と異なる点は、顕微鏡本体（装置本体）と対物レンズを接続する光路筒の構成および実験小動物の可動範囲である。以下、本実施形態の顕微鏡装置３について、第１および第２の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００６２】
図１１および図１２に示すように、対物レンズ１００と顕微鏡本体（装置本体）２００とは、プリズムケース３０７〜３１３、ベアリング４０８〜４１３、および光路筒５０４〜５０７により機械的に接続されている。
【００６３】
また、図１２に示すように、対物レンズ１００と顕微鏡本体２００とは、プリズムケース３０７〜３１３に収容された全反射プリズムＰ３０７〜Ｐ３１３および光路筒５０４〜５０６に収容されたリレーレンズ１００４〜１００９により、光学的に接続されている。
【００６４】
上記プリズムケース３１３には、垂直支柱６０６Ｖおよび水平腕６０６Ｈよりなるバネ支持部材６０６が固定され、垂直支柱６０６Ｖに一端を固定された引っ張りバネ６０５は、その他端で前記プリズムケース３１１を引っ張り、水平腕６０６Ｈに一端を固定された引っ張りバネ６０４は、その他端で前記光路筒５０５を引っ張る。
【００６５】
壁Ｗｉおよび壁Ｗｏは円筒状の壁であり、光路筒５０７の光軸と同軸的に配置される。これらの壁Ｗｉと壁Ｗｏにはさまれたドーナツ型の床領域Ｚｄは、実験小動物Ａの自由運動が可能な範囲である。
【００６６】
上記構成を有する顕微鏡装置３の動作について以下に説明する。
光路筒５０５および同５０６は「く」の字型をなしており、かつその図上左手前側（対物レンズ側）端はベアリング４１０に、その図上右奥側（顕微鏡本体側）端はベアリング４１２に、そしてその中間部すなわち「く」の字型の折れ曲がった箇所はベアリング４１１により、それぞれ支持されている。そして、上記３個のベアリングは、何れも図上±η方向に回転する向きに配置されている。
【００６７】
これらにより、上記「く」の字型光路左手前側（対物レンズ側）端は光路筒５０７に近づくことも遠ざかることも可能である。すなわち、実験小動物Ａは床領域Ｚｄ上を半径方向に動くことができる。また同じ理由により、上記「く」の字型光路左手前側（対物レンズ側）端は±z方向に動くことができる。
【００６８】
上記「く」の字型光路の図上右奥側（顕微鏡本体側）端は、ベアリング４１２およびプリズムケース３１３を介してベアリング４１３に支持されている。そして上記ベアリング４１３は±ζ方向に回転する向きに配置されている。これにより、上記「く」の字型光路全体は、光路筒５０７の光軸を中心にして回転することができる。すなわち、実験小動物Ａは床領域Ｚｄ上を円周方向に動くことができる。
【００６９】
床領域Ｚｄ上を円周方向と半径方向に動けることは、±ｘ方向および±ｙ方向に動けることに他ならない。以上により、実験小動物Ａは±x方向、±y方向、および±ｚ方向に動くことができる。
【００７０】
光路筒５０４の上端は、ベアリング４０８〜４１０およびプリズムケース３０７〜３０９を介して光路筒５０５の左手前端に接続されている。ベアリング４０８、４０９、および４１０は、それぞれ、±ζ、±ξ、および±η方向に回転することができる。したがって、対物レンズ１００は、±ζ、±ξ、および±η方向に回転することができる。すなわち、実験小動物Ａは、±ζ、±ξ、および±η方向に回転することができる。
【００７１】
以上のように、本実施形態に係る顕微鏡装置３によれば、実験小動物Ａは６自由度の動き、すなわち、ｘｙｚ３直線方向およびζξη３回転方向の動きが可能となる。また、対物レンズ１００に取り付けられた実験小動物Ａが顕微鏡本体２００に対して移動すると、実験小動物Ａの動きに追従して光路筒５０４〜５０７が回転し、対物レンズ１００と光検出器とが光学的に接続された状態に維持される。これにより、実験小動物Ａの動きを許容しつつ、その組織や細胞を観察することが可能となる。
【００７２】
なお、本実施形態において、引っ張りバネ６０５は主に光路筒５０６の重量に対してバランスを取り、引っ張りバネ６０４は主に光路筒５０４、５０５、および対物レンズ１００の重量に対してバランスを取るものである。
【００７３】
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、対物レンズ１００には、通常の対物レンズ１００を用いて実験小動物Ａの体表や体表近傍を観察するようにしてもよい。
【００７４】
また、各実施形態において、対物レンズ１００と顕微鏡本体２００とを接続する光路筒が合計４本設けられた例を説明したが、用いる光路筒の本数は実験小動物Ａに与えるべき動作の自由度に応じて任意に決めることができる。例えば、与えるべき自由度がごく低い場合の光路筒は１本でも良いし、高い自由度を必要とする場合はその程度に応じて光路筒の本数を増やせば良い。
【００７５】
また、対物レンズ１００と光路筒との間、顕微鏡本体２００と光路筒との間、あるいは光路筒同士を接続する継手として、一つのユニットにつき揺動方向が一方向に限られるベアリング４００〜４０５や可動鏡ケース７００〜７０２に代えて、一つのユニットでも任意の方向の揺動を可能にする所謂ユニバーサルジョイントを設けてもよい。これにより、実験小動物Ａの動作の自由度を向上することができる。
【符号の説明】
【００７６】
Ａ  実験小動物
１〜３  顕微鏡装置
１００  対物レンズ
２００  顕微鏡本体（装置本体）
３００〜３１３  プリズムケース
４００〜４１３  ベアリング（継手）
５００〜５０７  光路筒（アーム）
６００，６０４，６０５  引張りバネ（バランス装置）
６０２  おもり
７００〜７０２  可動鏡ケース（継手）
１０００〜１００９  リレーレンズ
Ｐ３００〜Ｐ３１３  全反射プリズム（反射部材）
Ｍ７００〜Ｍ７０２  可動鏡（反射部材）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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