(57)【要約】  本発明の顕微鏡装置は、(1)近赤外領域を含む波長帯域の照明光を出力する光源１０と、(2)前記光源から出力された照明光を観察対象物９０に照射する照明光学系３０と、(3)前記観察対象物への照明光の照射によって前記観察対象物で生じた透過光もしくは散乱光を入力し分光する分光部を含み、分光された透過光もしくは散乱光に基づいて像を形成する結像光学系４０と、(4)前記結像光学系により形成された像を取得する撮像部５０Ａと、を備える。前記観察対象物のうち前記照明光により照射される面積は、前記結像光学系４０による視野面積より大きく該視野面積の１０倍以下である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外領域を含む波長帯域の照明光を出力する光源と、
前記光源から出力された照明光を観察対象物に照射する照明光学系と、
前記観察対象物への照明光の照射によって前記観察対象物で生じた透過光もしくは散乱光を入力し分光する分光部を含み、分光された透過光もしくは散乱光に基づいて像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系により形成された像を取得する撮像部と、
を備え、
前記観察対象物のうち前記照明光により照射される面積が、前記結像光学系による視野面積より大きく該視野面積の１０倍以下である、
顕微鏡装置。
【請求項２】
近赤外領域を含む波長帯域の照明光を出力する光源と、
前記光源から出力された照明光を分光して波長毎に出力する分光器と、
前記分光器から出力された各波長の照明光を観察対象物に照射する照明光学系と、
前記観察対象物への照明光の照射によって前記観察対象物で生じた透過光もしくは散乱光を入力し、その光に基づいて像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系により形成された像を取得する撮像部と、
を備え、
前記観察対象物のうち前記照明光により照射される面積が、前記結像光学系による視野面積より大きく該視野面積の１０倍以下である、
顕微鏡装置。
【請求項３】
前記結像光学系が両側テレセントリック光学系である、
請求項１または２に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記照明光学系が照明光を平行光として前記観察対象物に照射する、
請求項１〜３の何れか１項に記載の顕微鏡装置。
【請求項５】
前記照明光学系が照明光を集束光として前記観察対象物に照射する、
請求項１〜３の何れか１項に記載の顕微鏡装置。
【請求項６】
前記光源から出力された照明光のうち、測定に使用する波長以外の全て、もしくはその一部の波長域の光を遮断するフィルタを更に備える、
請求項１〜５の何れか１項に記載の顕微鏡装置。
【請求項７】
前記照明光学系は、取り外し可能な光量調整用フィルタを更に備える、
請求項１〜６の何れか１項に記載の顕微鏡装置。
【請求項８】
前記撮像部が、前記観察対象物で生じた透過光または拡散反射光に基づいてハイパースペクトル画像を取得する、
請求項１〜７の何れか１項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、顕微鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
観察対象物を観察する場合、光源から出力された照明光を照明光学系により観察対象物に照射し、観察対象物で生じた光（透過光または拡散反射光）を入力する対物レンズを含む結像光学系により観察対象物の像を形成し、その像を撮像部により取得して、その取得した像に基づいて観察を行うことができる。【０００３】
特に観察対象物が生体組織（細胞）である場合、可視領域において細胞が透明であることから、近赤外領域の照明光を好適に用いることができる（特許文献１を参照）。また、観察対象物の各位置で生じた光のスペクトル情報を有するハイパースペクトル画像を取得し、このハイパースペクトル画像に基づいて観察対象物を分析することができる。【０００４】
特許文献１に開示された発明は、近赤外領域の照明光を生体組織へ照射し、その生体組織からの透過光または反射光を受光し分析することで、その生体組織内の化学物質の分布を把握する。【０００５】
特許文献２に開示された発明は、所定帯域の照明光を観察対象物に照射し、その観察対象物からの透過光または反射光のうち特定波長の光をバンドパスフィルタにより選択し、その選択した特定波長の光に基づいて分光分析を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２３７１７８号公報
【特許文献２】特開２０１４−９５５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された発明は、生体組織内の特定物質の分布を把握する為に、近赤外領域の特定波長７７０ｎｍ，８０８ｎｍ及び８５４ｎｍの何れかの照明光を生体組織に照射する。この発明は、観察対象物で生じた光の所定帯域に亘るスペクトル情報を取得することができず、ハイパースペクトル画像を取得することができない。【０００８】
これに対して、特許文献２に開示された発明は、観察対象物で生じた光の所定帯域に亘る略連続したスペクトル情報を取得することができる。しかし、この発明は、所定帯域の照明光を観察対象物に照射する一方で、観察対象物からの透過光または反射光のうちバンドパスフィルタを透過した特定波長の光のみを検出することから、検出しない波長の光をも観察対象物に照射することになり、観察対象物である生体組織に与えるダメージが大きい。【０００９】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、観察対象物に与えるダメージを抑制しつつ所定帯域に亘る略連続したスペクトル情報を有する画像を取得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】
【００１０】
本発明の顕微鏡装置は、(1)近赤外領域を含む波長帯域の照明光を出力する光源と、(2)前記光源から出力された照明光を観察対象物に照射する照明光学系と、(3)前記観察対象物への照明光の照射によって前記観察対象物で生じた透過光もしくは散乱光を入力し分光する分光部を含み、分光された透過光もしくは散乱光に基づいて像を形成する結像光学系と、(4)前記結像光学系により形成された像を取得する撮像部と、を備える。前記観察対象物のうち前記照明光により照射される面積が、前記結像光学系による視野面積より大きく該視野面積の１０倍以下である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、観察対象物に与えるダメージを抑制しつつ、所定帯域に亘る略連続したスペクトル情報を有する画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の顕微鏡装置１Ａの構成を示す図である。
【図２】第２実施形態の顕微鏡装置１Ｂの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の顕微鏡装置は、(1)近赤外領域を含む波長帯域の照明光を出力する光源と、(2)前記光源から出力された照明光を観察対象物に照射する照明光学系と、(3)前記観察対象物への照明光の照射によって前記観察対象物で生じた透過光もしくは散乱光を入力し分光する分光部を含み、分光された透過光もしくは散乱光に基づいて像を形成する結像光学系と、(4)前記結像光学系により形成された像を取得する撮像部と、を備える。
【００１４】
または、本発明の顕微鏡装置は、(1)近赤外領域を含む波長帯域の照明光を出力する光源と、(2)前記光源から出力された照明光を分光して波長毎に出力する分光器と、(3)前記分光器から出力された各波長の照明光を観察対象物に照射する照明光学系と、(4)前記観察対象物への照明光の照射によって前記観察対象物で生じた透過光もしくは散乱光を入力し、その光に基づいて像を形成する結像光学系と、(5)前記結像光学系により形成された像を取得する撮像部と、を備える。
【００１５】
本発明では、前記観察対象物のうち前記照明光により照射される面積が、前記結像光学系による視野面積より大きく該視野面積の１０倍以下である。２倍以下であればより好ましい。
【００１６】
本発明では、前記結像光学系が両側テレセントリック光学系であるのが好適である。前記照明光学系が照明光を平行光として前記観察対象物に照射するのが好適である。また、前記照明光学系が照明光を集束光として前記観察対象物に照射するのが好適である。前記光源から出力された照明光のうち、測定に使用する波長以外の全て、もしくはその一部の波長域の光を遮断するフィルタを更に備えるのが好適である。また、前記照明光学系は、取り外し可能な光量調整用フィルタを更に備えるのが好適である。また、前記撮像部が、前記観察対象物で生じた透過光または拡散反射光に基づいてハイパースペクトル画像を取得するのが好適である。
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１８】
（第１実施形態）
【００１９】
図１は、第１実施形態の顕微鏡装置１Ａの構成を示す図である。顕微鏡装置１Ａは、光源１０、照明光学系３０、結像光学系４０および撮像部５０Ａを備え、観察対象物９０のハイパースペクトル画像を取得する。
【００２０】
光源１０は、近赤外領域（例えば１０００〜２５００ｎｍ）を含む波長帯域の照明光を出力する。光源１０は、広帯域に出力強度を持つものが好適である。光源１０は、例えばハロゲンランプやキセノンランプ等が好適である。
【００２１】
照明光学系３０は、光源１０から出力された照明光を観察対象物９０に照射する。照明光学系３０は、コリメートレンズ３１およびフィルタ３２を含む。コリメートレンズ３１は、光源１０から発散して出力された照明光をコリメートする。フィルタ３２は、コリメートレンズ３１によりコリメートされた照明光を入力し、その照明光のうち近赤外領域の光を選択的に透過させ、紫外領域（例えば１７０〜３７５ｎｍ）および赤外領域（例えば２４００〜５０００ｎｍ）の双方または何れかの光を遮断する。なお、フィルタ３２は、照明光のうち、測定に使用する波長以外の全て、もしくはその一部の波長域の光を遮断する構成としてもよい。すなわち、フィルタ３２は、可視領域（例えば３７５ｎｍ〜７８０ｎｍ）の光を遮断してもよい。また、近赤外領域の光のうち、特定の波長域の光のみが測定に使用される場合には、測定に使用する波長以外の近赤外領域の以外を遮断する構成としてもよい。
【００２２】
観察対象物９０は、例えば生体組織（細胞）であり、培養液とともに容器に容れられてステージ上に載置される。このステージは、対物レンズ４１の光軸に垂直な２方向に移動が可能であり、また、対物レンズ４１の光軸に平行な方向にも移動が可能である。
【００２３】
結像光学系４０は、対物レンズ４１および分光器４２を含み、観察対象物９０への照明光の照射によって観察対象物９０で生じた光（透過光）を対物レンズ４１に入力し、その光に基づいて像を形成する。分光器４２は、プリズムやグリズム、回折格子、フーリエ分光器等の分光素子を含み、入力した光を分光して波長毎に出力する。なお、分光器４２に代えて、観察対象物で生じた光を入力し分光する手段として、波長選択フィルタを用いてもよい。
【００２４】
撮像部５０Ａは、結像光学系４０により形成された像を取得する。撮像素子は、例えばＩｎＧａＡｓやＨｇＣｄＴｅ等からなり近赤外領域に感度を有する２次元センサを含み、分光器から出力された各波長の光を受光して像を取得する。
【００２５】
従来では、可視領域のハイパースペクトル画像を取得する場合と比較して、近赤外領域のハイパースペクトル画像を取得する場合には、有効な分光スペクトル情報を得るために、より大きな強度の照明光を観察対象物９０に照射する必要があった。一般に光源１０から出力される光は発散光であり、その発散光である照明光が観察対象物９０に照射されると、照明光のパワーや照射時間によっては、近赤外領域の光とともに紫外領域や赤外領域の光も照射されることに因り、観察対象物９０である生体組織が受けるダメージが大きい。
【００２６】
そこで、本実施形態では、観察対象物９０のうち照明光により照射される面積は、観察対象物９０の位置における結像光学系４０による視野面積より大きく該視野面積の１０倍以下とする。視野面積は、撮像部５０Ａの結像面の面積と対物レンズ４１の倍率とにより決定され、例えば１０倍の対物レンズを用いる場合には結像面の面積の１／１００倍となる。このようにすることにより、観察対象物９０のうち観察領域以外の領域へのダメージを抑制して、ハイパースペクトル画像を取得することができる。
【００２７】
本実施形態では、照明光学系３０は、コリメートレンズ３１により照明光を平行光として観察対象物９０に照射する。これにより、観察対象物９０からの散乱光や回折光の発生を抑制することができ、観察対象物９０からの透過光を感度良く検出することができ、ハイパースペクトル画像のムラを防ぐことが可能である。
【００２８】
本実施形態では、照明光学系３０は、フィルタ３２により照明光のうち照明光のうち、測定に使用する波長以外の全て、もしくはその一部の波長域の光を遮断し、残りの光を選択的に透過させて観察対象物９０に照射する。これにより、観察に用いられない波長の光が観察対象物９０に照射されることを抑制することができ、観察対象物９０へのダメージを抑制することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、結像光学系４０は両側テレセントリック光学系であるのが好適である。このようにすることにより、結像する際の迷光を低減することができ、また、撮像部５０Ａの分光器への光の入射角依存を除去することができて、面内の波長ばらつきが起きにくくなる。
【００３０】
なお、本実施形態において、照明光学系３０が光量調整用の取り外し可能なＮＤフィルタ（Neutral  Density  フィルタ）３５を含んでいてもよい。ＮＤフィルタ３５は、図１に示すように、フィルタ３２の後段に設けることができる。ＮＤフィルタ３５は、照明光のバックグラウンド計測を行うときに用いることができる。観察対象物９０に係る評価を行う場合、バックグラウンド計測として観察対象物９０を通さない状態での照明光に係るハイパースペクトル画像を撮像し、観察対象物９０からの透過光を撮像して得られるハイパースペクトル画像とのスペクトル情報の差分を求めた上で評価を行うことが一般的である。ここで、観察対象物９０からの透過光の光量が、観察対象物９０を通さないバックグラウンド光の光量よりも十分小さい場合には、スペクトル情報の差分の算出結果に光量差に由来する成分が含まれることが考えられる。これに対して、取り外し可能なＮＤフィルタ３５を用いて、観察対象物９０を通さないバックグラウンド光計測の際に撮像部５０Ａに入射する光の光量を調整する構成とすることで、バックグラウンド計測に基づくスペクトル情報の差分の算出精度を高めることが可能となる。
【００３１】
（第２実施形態）
【００３２】
図２は、第２実施形態の顕微鏡装置１Ｂの構成を示す図である。顕微鏡装置１Ｂは、光源１０、分光器２０、照明光学系３０、結像光学系４０および撮像部５０Ｂを備え、観察対象物９０のハイパースペクトル画像を取得する。
【００３３】
図１に示された第１実施形態の顕微鏡装置１Ａの構成と比較すると、図２に示される第２実施形態の顕微鏡装置１Ｂは、分光器２０を観察対象物９０の入射側に備える点で相違し、照明光学系３０がフィルタ３２を含まなくてもよい点で相違し、撮像部５０Ａに替えて撮像部５０Ｂを備える点で相違する。
【００３４】
分光器２０は、プリズムやグリズム等の分光素子を含み、光源１０から出力された照明光を分光して波長毎に順次に出力する。分光器２０が出力する光を近赤外領域内に限定すれば、照明光学系３０がフィルタ３２を含まなくてもよい。なお、分光器２０は、回折格子、フーリエ分光器等の分光素子を含んでもよい。また、分光器２０に代えて、観察対象物に照射する光を分光する手段として、波長選択フィルタを用いてもよい。照明光学系３０は、分光器２０から順次に出力された各波長の照明光を観察対象物９０に照射する。照明光学系３０は、分光器２０から出力された照明光をコリメートするコリメートレンズ３１を含む。
【００３５】
撮像部５０Ｂは、結像光学系４０により形成された像を取得する。撮像部５０Ｂは、分光器を含まない。撮像部５０Ｂは、撮像素子として例えばＩｎＧａＡｓやＨｇＣｄＴｅ等からなり近赤外領域に感度を有する２次元センサを含み、結像光学系４０から到達した各波長の光を受光して像を取得する。
【００３６】
第２実施形態でも、観察対象物９０のうち照明光により照射される面積は、観察対象物９０の位置における結像光学系４０による視野面積より大きく該視野面積の１０倍以下とする。照明光学系３０は、コリメートレンズ３１により照明光を平行光として観察対象物９０に照射する。また、結像光学系４０は両側テレセントリック光学系であるのが好適である。第２実施形態の顕微鏡装置１Ｂも、第１実施形態の顕微鏡装置１Ａと同様の効果を奏する。
【００３７】
第２実施形態では、分光器２０が出力する光を近赤外領域内に限定することができるので、この点でも、観察に用いられない波長の光が観察対象物９０に照射されることを抑制することができ、観察対象物９０へのダメージを抑制することができる。
【００３８】
なお、第２実施形態においても、照明光学系３０が光量を調整するための取り外し可能なＮＤフィルタ（Neutral  Density  フィルタ）３５を含んでいてもよい。ＮＤフィルタ３５は、図２に示すように、コリメートレンズ３１の後段に設けることができる。第１実施形態と同様に、取り外し可能なＮＤフィルタ３５を用いて、観察対象物９０を通さないバックグラウンド光計測の際に撮像部５０Ａに入射する光の光量を調整する構成とすることで、バックグラウンド計測に基づくスペクトル情報の差分の算出精度を高めることが可能となる。
【００３９】
（変形例）
【００４０】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、撮像部は、上記の実施形態では観察対象物で生じた透過光に基づいてハイパースペクトル画像を取得するものであったが、観察対象物で生じた拡散反射光に基づいてハイパースペクトル画像を取得するものであってもよい。
【００４１】
また、光源から出力された照明光を観察対象物に照射する照明光学系３０において、コリメートレンズ３１により照明光を平行光として観察対象物９０に照射する構成について説明したが、集光レンズに変更することができる。すなわち、図１に示した第１実施形態の顕微鏡装置１Ａ及び図２に示した第２実施形態の顕微鏡装置１Ｂのそれぞれにおいて、コリメートレンズ３１に代えて、集光レンズを配置してもよい。また、コリメートレンズ３１の後段に集光レンズを配置してもよい。照明光学系３０が集光レンズを含む場合、集光レンズにより集光された集束光が観察対象物９０に対して照射される。
【００４２】
例えば、対物レンズの倍率を２．５倍とした場合に、照明光学系３０において５倍の集光レンズを採用すると、観察対象物９０に対して照射される照明光のビーム径を小さく制御することができ、照明光により照射される面積を視野面積の２倍以下とすることが可能となる。また、対物レンズの倍率を１０倍とした場合に、照明光学系３０において１０倍の集光レンズを採用すると、観察対象物９０に対して照射される照明光のビーム径を小さく制御することができ、照明光により照射される面積を視野面積の２倍以下とすることが可能となる。このように、集光レンズにより集光された集束光を観察対象物９０に照射する構成とすることで、ハイパースペクトル画像の取得に必要な観察対象物９０上の視野領域に対して、より集光率の高い照明光を照射することができる。
【００４３】
また、光源から出力された照明光を観察対象物に照射する照明光学系は、光源から出力された照明光を導光する光ファイバを含んでいてもよい。この場合、光ファイバの出射端は点光源と見做すことができるので、光ファイバの出射端から出射された照明光をコリメートレンズによりコリメートすることで、観察対象物９０に照射される照明光のスポット径をより小さくすることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１Ａ，１Ｂ…顕微鏡装置、１０…光源、２０…分光器、３０…照明光学系、３１…コリメートレンズ、３２…フィルタ、３５…ＮＤフィルタ、４０…結像光学系、４１…対物レンズ、４２…分光器、５０Ａ，５０Ｂ…撮像部、９０…観察対象物。
【図１】
2016174963.tif 000003
【図２】
2016174963.tif 000004
【国際調査報告】
2016174963.tif 000005
2016174963.tif 000006
2016174963.tif 000007
2016174963.tif 000008
2016174963.tif 000009