(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に平行に一列に配列された複数の第１の対物光学系を有し、該複数の第１の対物光学系の各々が観察線上の第１の視野からの光を結像して第１の像を形成する、第１の対物光学系群と、
相互に平行に一列に配列された複数の第２の対物光学系を有し、該複数の第２の対物光学系の各々が前記観察線上の第２の視野からの光を結像して第２の像を形成する、第２の対物光学系群と、
前記複数の第１の対物光学系によって形成された複数の第１の像を撮像する第１の撮像素子と、
前記複数の第２の対物光学系によって形成された複数の第２の像を撮像する第２の撮像素子とを備え、
前記複数の第１の対物光学系および前記複数の第２の対物光学系の各々が、１倍よりも大きな倍率を有する拡大対物光学系であり、
前記第１の視野から複数の第１の対物光学系に至る前記第１の対物光学系の光軸と、前記第２の視野から複数の第２の対物光学系に至る第２の対物光学系の光軸とは、すべての経路において平行であり、
前記複数の第１の視野および前記複数の第２の視野が前記観察線上において交互に一列に配列し、
前記複数の第１の像が第１の結像領域内に一列に配列し、前記複数の第２の像が第２の結像領域内に一列に配列し、前記第１の結像領域と前記第２の結像領域とが相互に異なる位置に配置されている観察装置。
【請求項２】
前記第１の撮像素子が、一列に配列する複数の画素を有する第１のラインセンサであり、
前記第２の撮像素子が、一列に配列する複数の画素を有する第２のラインセンサであり、
前記複数の第１の対物光学系が、前記第１のラインセンサの長手方向に沿う方向に配列され、
前記複数の第２の対物光学系が、前記第２のラインセンサの長手方向に沿う方向に配列されている請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
相互に隣接する前記第１の視野および前記第２の視野が、相互に部分的に重なり合っている請求項１または請求項２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記観察線と前記第１および第２の対物光学系群との間に配置された光分配素子を備え、
前記第１の対物光学系群および前記第２の対物光学系群が、相互に異なる領域に配置され、
前記光分配素子が、前記観察線からの光を２つの光に分割し、該２つの光を前記第１の対物光学系群および前記第２の対物光学系群に分配する請求項１から請求項３のいずれかに記載の観察装置。
【請求項５】
前記第１および第２の対物光学系群と前記第１および第２の撮像素子との間に配置された光路分離光学系を備え、
前記第１の対物光学系および前記第２の対物光学系が、同一平面上に一列に交互に配列され、
前記光路分離光学系が、前記複数の第１の対物光学系から射出された光と前記複数の第２の対物光学系から射出された光とを別々の平面に分離する請求項１から請求項３のいずれかに記載の観察装置。
【請求項６】
前記光路分離光学系が、前記複数の第１の対物光学系から射出された光を偏向する第１の偏向素子群と、前記複数の第２の対物光学系から射出された光を偏向する第２の偏向素子群とを備え、
前記第１の偏向素子群および前記第２の偏向素子群が、相互に異なる位置に配置されるか、または、相互に異なる角度で光を偏向する請求項５に記載の観察装置。
【請求項７】
試料を支持するステージと、
該ステージによって支持された前記試料に照明光を照射する照明光学系とを備え、
前記第１の対物光学系群、前記第２の対物光学系群、前記第１の撮像素子、前記第２の撮像素子および前記照明光学系が、前記ステージに対して同一側に配置される請求項１から請求項６のいずれかに記載の観察装置。
【請求項８】
前記第１の対物光学系群、前記第２の対物光学系群、前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子を、前記観察線に交差する方向に一体的に移動させる走査機構を備える請求項１から請求項７のいずれかに記載の観察装置。
【請求項９】
前記第１の対物光学系群、前記第２の対物光学系群、前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子を、前記複数の第１の対物光学系および前記複数の第２の対物光学系の光軸に沿う方向に一体的に移動させるフォーカス調整機構を備える請求項１から請求項８のいずれかに記載の観察装置。
【請求項１０】
照明光学系を備え、
前記照明光学系からの照明光は試料を斜めに透過し、前記試料を透過した光は前記試料の下部に配置された前記第１の対物光学系および前記第２の対物光学系を介して撮像される請求項１から請求項６のいずれかに記載の観察装置。
【請求項１１】
前記複数の第１の視野および前記複数の第２の視野は、前記複数の第１の視野の光軸間の距離が前記第１の像の主走査方向における幅よりも長くなるとともに、前記複数の第２の視野の光軸間の距離が前記第２の像の主走査方向における幅よりも長くなるように配置されている請求項１から請求項１０のいずれかに記載の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラインセンサを使用して広範囲を短時間で撮像する走査型の画像読取装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８５６９９０号公報
【特許文献２】特開昭６３−２６０３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
細胞培養において、品質の良い細胞を得るために、細胞の画像に基づいて培養中の細胞の状態を把握する工程が重要である。細胞のコロニーの培養時には、細胞の輪郭および内部の微細構造に基づいて細胞が正常に生育しているか否かが確認され、また、コロニー形成および培養容器内の場所によるコロニーのばらつきが確認される。したがって、培養容器全体の高分解能の画像が必要である。また、培養中に定期的に細胞の画像を取得するためには、インキュベータのような培養装置内に培養容器と一緒に観察装置を配置することができるように、観察装置は小型であることが望ましい。【０００５】
特許文献１，２の装置は、容器全体を含む広範囲の画像の取得には適しているが、撮影倍率が１倍以下であり分解能が低いという問題がある。さらに、特許文献２の装置は、容器全体の撮像に１つの撮影レンズを使用しているため、容器とラインセンサとの距離を長く確保する必要があり、光学系が大型化するという問題がある。【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型であり、広範囲の画像を短時間でかつ高分解能で取得することができる観察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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、相互に平行に一列に配列された複数の第１の対物光学系を有し、該複数の第１の対物光学系の各々が観察線上の第１の視野からの光を結像して第１の像を形成する、第１の対物光学系群と、相互に平行に一列に配列された複数の第２の対物光学系を有し、該複数の第２の対物光学系の各々が前記観察線上の第２の視野からの光を結像して第２の像を形成する、第２の対物光学系群と、前記複数の第１の対物光学系によって形成された複数の第１の像を撮像する第１の撮像素子と、前記複数の第２の対物光学系によって形成された複数の第２の像を撮像する第２の撮像素子とを備え、前記複数の第１の対物光学系および前記複数の第２の対物光学系の各々が、１倍よりも大きな倍率を有する拡大対物光学系であり、前記第１の視野から複数の第１の対物光学系に至る前記第１の対物光学系の光軸と、前記第２の視野から第２の対物光学系に至る第２の対物光学系の光軸とは、すべての経路において平行であり、前記複数の第１の視野および前記複数の第２の視野が前記観察線上において交互に一列に配列し、前記複数の第１の像が第１の結像領域内に一列に配列し、前記複数の第２の像が第２の結像領域内に一列に配列し、前記第１の結像領域と前記第２の結像領域とが相互に異なる位置に配置されている観察装置である。
【０００８】
本態様によれば、第１の対物光学系群の複数の第１の対物光学系は相互に平行に一列に配列されているので、複数の第１の対物光学系の複数の第１の視野は一列に配列し、複数の第１の対物光学系によって形成された複数の第１の像は一列に配列する。また、第２の対物光学系群の複数の第２の対物光学系は相互に平行に一列に配列されているので、複数の第２の対物光学系の複数の第２の視野は一列に配列し、複数の第２の対物光学系によって形成された複数の第２の像は一列に配列する。【０００９】
第１の視野および第２の視野は、同一の観察線上に交互に配列されている。したがって、第１の撮像素子によって取得された第１の視野の画像と第２の撮像素子によって取得された第２の視野の画像とをつなぎ合わせることによって、観察線に沿う細長い撮像範囲の画像を得ることができる。また、観察対象および観察線を該観察線の長手方向に交差する方向に相対移動させ、複数の位置で第１の撮像素子および第２の撮像素子による撮像を繰り返すことによって、広範囲の画像を短時間で得ることができる。【００１０】
この場合に、観察線に沿う細長い撮像範囲の撮像に複数の対物光学系を使用するので、単一の対物光学系を使用する場合と比較して、観察線から各撮像素子までの距離が短くなり、観察装置を小型化することができる。
また、第１の対物光学系および第２の対物光学系はそれぞれ拡大対物光学系であるので、高分解能の第１の像および第２の像が形成される。したがって、高分解能の画像を得ることができる。【００１１】
また、第１の像が形成される第１の結像領域と第２の像が形成される第２の結像領域とが相互に異なることによって、空間的に相互に分離された複数の第１の像を第１の撮像素子によって撮像することができ、空間的に相互に分離された複数の第２の像を第２の撮像素子によって撮像することができる。すなわち、観察線上の第１の視野と第２の視野との間隔に比べて、第１の結像領域内の隣接する２つの第１の像の間隔および第２の結像領域内の隣接する２つの第２の像の間隔はそれぞれ広くなる。これにより、第１の視野よりも大きな第１の像は、第１の結像領域において相互に重なり合うことなく配列することができ、第２の視野よりも大きな第２の像は、第２の結像領域において相互に重なり合うことなく配列することができる。【００１２】
上記態様においては、前記第１の撮像素子が、一列に配列する複数の画素を有する第１のラインセンサであり、前記第２の撮像素子が、一列に配列する複数の画素を有する第２のラインセンサであり、前記複数の第１の対物光学系が、前記第１のラインセンサの長手方向に沿う方向に配列され、前記複数の第２の対物光学系が、前記第２のラインセンサの長手方向に沿う方向に配列されていてもよい。
この構成によって、第１の対物光学系群から第１のラインセンサまでの光路を簡易な光学系から構成することができ、第２の対物光学系群から第２のラインセンサまでの光路を簡易な光学系から構成することができる。【００１３】
上記態様においては、相互に隣接する前記第１の視野および前記第２の視野が、相互に部分的に重なり合っていてもよい。
この構成によって、観察線上の物体の像を、観察線に沿う方向において途切れなく取得することができる。【００１４】
上記態様においては、前記観察線と前記第１および第２の対物光学系群との間に配置された光分配素子を備え、前記第１の対物光学系群および前記第２の対物光学系群が、相互に異なる領域に配置され、前記光分配素子が、前記観察線からの光を２つの光に分割し、該２つの光を前記第１の対物光学系群および前記第２の対物光学系群に分配してもよい。
この構成によって、相互に異なる領域に配置された第１の対物光学系群および第２の対物光学系群の両方に、観察線に沿う撮像範囲からの光を分配することができる。【００１５】
上記態様においては、前記第１および第２の対物光学系群と前記第１および第２の撮像素子との間に配置された光路分離光学系を備え、前記第１の対物光学系および前記第２の対物光学系が、同一平面上に一列に交互に配列され、前記光路分離光学系が、前記複数の第１の対物光学系から射出された光と前記複数の第２の対物光学系から射出された光とを別々の平面に分離してもよい。【００１６】
この構成によって、観察線上の第１の視野および第２の視野と同様に、第１の対物光学系および第２の対物光学系が交互に一列に配置される。これにより、観察線から第１および第２の対物光学系群までの光路を簡易な光学系によって構成することができる。
また、第１および第２の対物光学系群の直後において第１の対物光学系から射出される光と第２の対物光学系から射出される光は、同一平面上に交互に配列する。第１の対物光学系から射出される光と第２の対物光学系から射出される光とを光路分離光学系によって別々の平面に分離することによって、第１の像および第２の像を相互に異なる結像領域に形成させることができる。【００１７】
上記態様においては、前記光路分離光学系が、前記複数の第１の対物光学系から射出された光を偏向する第１の偏向素子群と、前記複数の第２の対物光学系から射出された光を偏向する第２の偏向素子群とを備え、前記第１の偏向素子群および前記第２の偏向素子群が、相互に異なる位置に配置されるか、または、相互に異なる角度で光を偏向してもよい。
この構成によって、光路分離光学系を簡易な構成によって実現することができる。【００１８】
上記態様においては、試料を支持するステージと、該ステージによって支持された前記試料に照明光を照射する照明光学系とを備え、前記第１の対物光学系群、前記第２の対物光学系群、前記第１の撮像素子、前記第２の撮像素子および前記照明光学系が、前記ステージに対して同一側に配置されていてもよい。
試料の撮像に必要な対物光学系群および撮像素子と試料の照明に必要な照明光学系とをステージに対して同一側に配置することによって、観察装置を薄型化することができる。【００１９】
上記態様においては、前記第１の対物光学系群、前記第２の対物光学系群、前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子を、前記観察線に交差する方向に一体的に移動させる走査機構を備えていてもよい。
この構成によって、観察線に交差する方向に撮像範囲を拡大することができる。前記照明光学系を備える場合、走査機構は、第１の対物光学系群、第２の対物光学系群、第１の撮像素子および第２の撮像素子に加えて照明光学系も一体的に移動させてもよい。【００２０】
上記態様においては、前記第１の対物光学系群、前記第２の対物光学系群、前記第１の撮像素子および前記第２の撮像素子を、前記複数の第１の対物光学系および前記複数の第２の対物光学系の光軸に沿う方向に一体的に移動させるフォーカス調整機構を備えていてもよい。
第１および第２の対物光学系群が、第１および第２の対物光学系の光軸に沿う方向に移動することによって、各対物光学系の焦点の位置、すなわち観察線の位置が光軸に沿う方向に移動する。これにより、ステージに支持された試料に各対物光学系の焦点を合わせることができる。また、第１および第２の対物光学系群の移動によって第１および第２の像も移動する。第１および第２の対物光学系と一体的に第１および第２の撮像素子も光軸に沿う方向に移動することによって、試料の鮮明な画像を第１および第２の撮像素子によって取得することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、小型であり、広範囲の画像を短時間でかつ高分解能で取得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】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る観察装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の観察装置の撮像光学系を上側からＺ方向に見た平面図である。
【図３】図１の観察装置の撮像光学系の光路を平面に展開した図である。
【図４】観察線上の第１の視野および第２の視野の配列を説明する図である。
【図５】第１の対物レンズおよび第２の対物レンズの拡大倍率と、視野および像の幅を説明する図である。
【図６】図１の観察装置の第１のラインセンサおよび第２のラインセンサによって取得された画像の処理方法を説明する図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る観察装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図８】図７の観察装置の撮像光学系を上側からＺ方向に平面図である。
【図９Ａ】図８の撮像光学系の光路分離光学系の斜視図である。
【図９Ｂ】図８の撮像光学系の光路分離光学系の第１のプリズム群を右側からＸ方向に見た側面図である。
【図９Ｃ】図８の撮像光学系の光路分離光学系の第２のプリズム群を右側からＸ方向に見た側面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る観察装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図１１】図１０の観察装置の撮像光学系を上側からＺ方向に見た平面図である。
【図１２Ａ】図１０の撮像光学系の光路分離光学系の第１のプリズム群を右側からＸ方向に見た側面図である。
【図１２Ｂ】図１０の撮像光学系の光路分離光学系の第２のプリズム群を右側からＸ方向に見た側面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る観察装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図１４】図１３の観察装置の撮像光学系を上側からＺ方向に見た平面図である。
【図１５】図１３の撮像光学系の光路分離光学系を右側からＸ方向に見た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る観察装置１００について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る観察装置１００は、図１に示されるように、細胞Ａを収容する容器２０を支持するステージ１と、容器２０内の細胞Ａに照明光を照射する照明光学系２と、２つの対物レンズ群（対物光学系群）３，４および２つのラインセンサ５，６を有し細胞Ａを撮像する撮像光学系７と、対物レンズ群３，４の焦点の位置を調整するフォーカス調整機構８と、ステージ１および撮像光学系７をステージ１に沿う方向に相対移動させる走査機構９とを備えている。
【００２４】
容器２０は、細胞培養用のフラスコまたはディッシュのような、全体的に光学的に透明な樹脂から形成された密閉容器である。容器２０は、互いに対向する上板２０ａおよび底板２０ｂを有している。上板２０ａの内側の面は、照明光をフレネル反射する反射面である。容器２０内には、細胞Ａおよび培地Ｂが収容されている。
【００２５】
ステージ１は、ガラス板のような、光学的に透明な平板状の部材であり、水平に配置される。ステージ１上に容器２０が載置される。照明光学系２、撮像光学系７、フォーカス調整機構８および走査機構９は全て、ステージ１の下方に配置されている。ステージ１が、密閉された箱型の筐体の天板であり、筐体内に照明光学系２、撮像光学系７、フォーカス調整機構８および走査機構９が収容されていてもよい。
【００２６】
以下の説明において、ステージ１に直交する鉛直方向をＺ方向と定義し、ステージ１に沿う水平方向であって相互に直交する２つの方向をＸ方向およびＹ方向と定義する。特に、走査機構９によるステージ１および撮像光学系７の移動方向（副走査方向）をＸ方向と定義する。
【００２７】
照明光学系２は、ステージ１に向かって斜め上方に照明光を射出する。具体的には、各照明光学系２は、照明光をＸ方向に射出するライン光源２ａと、ライン光源２ａからの照明光を平行光束に変換するシリンドリカルレンズ２ｂと、シリンドリカルレンズ２ｂから射出された照明光を偏向し斜め上方へ射出するプリズム２ｃとを備えている。照明光は、Ｙ方向に延びるライン状の光である。シリンドリカルレンズ２ｂは、Ｚ方向に屈折力を有し、Ｘ方向およびＹ方向に屈折力を有しない。照明光学系２は、２組設けられており、容器２０の位置や状態に応じていずれか一方または両方の照明光学系２を点灯させる。図１には、一方の照明光学系２のみが示されている。
【００２８】
照明光学系２から射出された照明光は、ステージ１および底板２０ｂを透過し、上板２０ａの反射面おいて反射され、対物レンズ群３，４の視野Ｆ１，Ｆ２内の細胞Ａを斜め上方から照明する。その後、照明光は、細胞Ａ、底板２０ｂおよびステージ１を透過し、プリズム１４ａによって９０°偏向され、Ｘ方向に沿って撮像光学系７に入射する。
【００２９】
撮像光学系７は、光分配素子１０と、第１の対物レンズ群３と、第２の対物レンズ群４と、第１のラインセンサ５と、第２のラインセンサ６とを備えている。
図２は、上から見た撮像光学系７を示している。図３は、観察線Ｏからラインセンサ５，６までの光路であり、平面に展開された光路を示している。
【００３０】
第１の対物レンズ群３および第２の対物レンズ群４は、相互に異なる領域に配置されている。光分配素子１０は、ハーフプリズムまたはハーフミラーであり、プリズム１４ａから入射した照明光を２つの対物レンズ群３，４に等しく分配する。図１から図５には、光分配素子１０としてハーフプリズムが示されている。光分配素子１０は、入射した照明光の半分をＸ方向に透過させ残りの半分をＺ方向に反射することによって、入射した照明光を２つに等分割する。光分配素子１０を透過した一方の光は、Ｘ方向に沿って第１の対物光学系群３に入射する。光分配素子１０によって反射された他方の光は、プリズム１４ｂによって９０°折り曲げられ、Ｘ方向に沿って第２の対物光学系群４に入射する。
【００３１】
図２および図３に示されるように、第１の対物レンズ群３は、４個の第１の対物レンズ（第１の対物光学系）３ａを備えている。４個の第１の対物レンズ３ａは、相互に平行にＹ方向に一列に配列され、各第１の対物レンズ３ａはＸ方向に沿って配置されている。４個の第１の対物レンズ３ａの入射側（物体側）の光軸は、プリズム１４ａによって９０°折り曲げられ、４個の第１の対物レンズ３ａの焦点面はステージ１の上方に配置されている。
【００３２】
各第１の対物レンズ３ａは、焦点面上の第１の視野Ｆ１からの光を集め、集めた光を結像し、第１の像Ｉ１を形成する。４個の対物レンズ３ａから射出された光は、プリズム１４ｃ，１４ｄによって第１の結像領域Ｒ１に導かれ、４個の第１の像Ｉ１は第１の結像領域Ｒ１内に形成される。第１の結像領域Ｒ１は、Ｚ方向に垂直な平面領域である。４個の第１の視野Ｆ１は、Ｙ方向に延びる観察線Ｏ上において一列に配列し、４個の第１の像Ｉ１は、第１の結像領域Ｒ１内においてＹ方向に一列に配列する。
【００３３】
第２の対物レンズ群４は、４個の第２の対物レンズ（第２の対物光学系）４ａを備えている。４個の第２の対物レンズ４ａは、相互に平行にＹ方向に一列に配列され、各第２の対物レンズ４ａはＸ方向に沿って配置されている。４個の第２の対物レンズ４ａの入射側（物体側）の光軸は、プリズム１４ｂによって１８０°折り曲げられ、さらにプリズム１４ａによって９０°折り曲げられ、４個の第２の対物レンズ４ａの焦点面はステージ１の上方に配置されている。
【００３４】
各第２の対物レンズ４ａは、焦点面上の第２の視野Ｆ２からの光を集め、集めた光を結像し、第２の像Ｉ２を形成する。４個の対物レンズ４ａから射出された光は、プリズム１４ｅによって第２の結像領域Ｒ２に導かれ、４個の第２の像Ｉ２は第２の結像領域Ｒ２内に形成される。第２の結像領域Ｒ２は、Ｚ方向に垂直な平面領域であって、第１の結像領域Ｒ１とは異なる位置に配置されている。４個の第２の視野Ｆ２は、観察線Ｏ上において一列に配列し、４個の第２の像Ｉ２は、第２の結像領域Ｒ２内においてＹ方向に一列に配列する。
【００３５】
ここで、第１の視野Ｆ１および第２の視野Ｆ２は、同一の観察線Ｏ上において一列に配列している。
また、図２に示されるように、第１の対物レンズ３ａの光軸Ａ１のＹ方向の間隔Δ１および第２の対物レンズ４ａの光軸Ａ２のＹ方向の間隔Δ２は、相互に等しい。さらに、光軸Ａ１および光軸Ａ２は、間隔Δ１，Δ２よりも小さな距離Δ１２だけＹ方向に相互にオフセットされている。これにより、上から見たＸＹ平面視において、光軸Ａ１および光軸Ａ２がＹ方向に交互に配列し、図４に示されるように、観察線Ｏ上において第１の視野Ｆ１および第２の視野Ｆ２が交互に配列している。各視野Ｆ１，Ｆ２のＹ方向の幅Ｄｆ１，Ｄｆ２は、Ｙ方向に隣接する光軸Ａ１，Ａ２間の間隔Δ１２よりも大きい。これにより、Ｙ方向に相互に隣接する第１の視野Ｆ１の端部と第２の視野Ｆ２の端部とが相互に重なり合っている。
【００３６】
図５に示されるように、第１の対物レンズ３ａおよび第２の対物レンズ４ａは、１倍よりも大きな倍率を有する拡大対物レンズ（拡大対物光学系）である。したがって、像Ｉ１，Ｉ２のＹ方向の幅Ｄｉ１，Ｄｉ２は、視野Ｆ１，Ｆ２のＹ方向の幅Ｄｆ１，Ｄｆ２よりも大きい。光軸Ａ１間の間隔Δ１が第１の像Ｉ１の幅Ｄｉ１よりも大きくなるように、第１の対物レンズ３ａの拡大倍率および間隔Δ１が設計されている。これにより、第１の結像領域Ｒ１内で相互に隣接する第１の像Ｉ１が完全に空間的に分離する。同様に、光軸Ａ２間の間隔Δ２が第２の像Ｉ２の幅Ｄｉ２よりも大きくなるように、第２の対物レンズ４ａの拡大倍率および間隔Δ２が設計されている。これにより、第２の結像領域Ｒ２内で相互に隣接する第２の像Ｉ２が完全に空間的に分離する。
【００３７】
第１のラインセンサ５は、Ｙ方向に一列に配列する複数の画素を有する１次元撮像素子であり、第１の結像領域Ｒ１に配置されている。第１のラインセンサ５は、第１の結像領域Ｒ１内の４個の第１の像Ｉ１を撮像し、第１の１次元画像を取得する。
第２のラインセンサ６は、Ｙ方向に一列に配列する複数の画素を有する１次元撮像素子であり、第２の結像領域Ｒ２に配置されている。第２のラインセンサ６は、第２の結像領域Ｒ２内の４個の第２の像Ｉ２を撮像し、第２の１次元画像を取得する。
【００３８】
フォーカス調整機構８は、例えば図示しない直動アクチュエータによって、撮像光学系７全体をステージ１およびプリズム１４ａに対してＸ方向に移動させる。撮像光学系７のＸ方向の移動によって、容器２０内の細胞Ａに対して各対物レンズ３ａ，４ａの焦点、すなわち観察線ＯがＺ方向に移動する。これにより、細胞Ａに対して対物レンズ３ａ，４ａの焦点の位置を調整し、細胞Ａに焦点を合わせることができる。
【００３９】
走査機構９は、例えば図示しない直動アクチュエータによって、照明光学系２、撮像光学系７およびプリズム１４ａをステージ１に対して一体的にＸ方向に移動させる。撮像光学系７およびプリズム１４ａのＸ方向の移動によって、視野Ｆ１，Ｆ２および観察線Ｏが細胞Ａに対してＸ方向に移動する。また、移動する視野Ｆ１，Ｆ２に追従して照明光学系２による照明範囲もＸ方向に移動し、撮像光学系７のＸ方向の位置に関わらず視野Ｆ１，Ｆ２が照明光によって照明される。
【００４０】
走査機構９は、照明光学系２、撮像光学系７およびプリズム１４ａではなく、ステージ１をＸ方向に移動させてもよい。あるいは、走査機構９は、照明光学系２、撮像光学系７およびプリズム１４ａと、ステージ１との両方をＸ方向に移動させてもよい。
【００４１】
次に、観察装置１００の作用について、容器２０内で培養中の細胞Ａを観察する場合を例に挙げて説明する。
観察装置１００は、ステージ１上に載置された容器２０と一緒に、インキュベータのような細胞培養装置内に配置される。観察装置１００は、例えば予め設定されたスケジュールに従って容器２０内の細胞Ａの画像の取得を実行する。
【００４２】
具体的には、照明光学系２から斜め上方にライン状の照明光が射出される。照明光は、ステージ１および底板２０ｂを透過し、上板２０ａの反射面において斜め下方に向けて反射され、細胞Ａ、底板２０ｂおよびステージ１を透過し、プリズム１４ａによって偏向され、撮像光学系７に入射する。
撮像光学系７において、照明光は光分配素子１０によって第１の対物レンズ群３および第２の対物レンズ群４に分配される。第１の対物レンズ群３の４個の対物レンズ３ａに入射した照明光は、第１の結像領域Ｒ１に結像され、第２の対物レンズ群４の４個の対物レンズ４ａに入射した照明光は第２の結像領域Ｒ２に結像される。ここで、各対物レンズ３ａ，４ａには、光軸Ａ１，Ａ２に対して斜めに照明光が入射する。したがって、第１および第２の結像領域Ｒ１，Ｒ２には、陰影の付いた細胞Ａの像Ｉ１，Ｉ２がそれぞれ形成される。
【００４３】
第１の結像領域Ｒ１内の４個の第１の像Ｉ１は、第１のラインセンサ５によって撮像され、細胞Ａの第１の１次元画像が取得される。第２の結像領域Ｒ２内の４個の第２の像Ｉ２は、第２のラインセンサ６によって撮像され、細胞Ａの第２の１次元画像が取得される。
撮像光学系７は、走査機構９の作動によってＸ方向に移動しながら、第１のラインセンサ５および第２のラインセンサ６による１次元画像の取得を繰り返す。これにより、第１のラインセンサ５および第２のラインセンサ６によって、底板２０ｂ上に分布する細胞の２次元画像が取得される。
【００４４】
図６に示されるように、第１のラインセンサ５によって取得された２次元画像は、４個の第１の対物レンズ３ａにそれぞれ対応する４個の第１の部分画像Ｐ１から構成される。第２のラインセンサ６によって取得された２次元画像は、４個の第２の対物レンズ４ａにそれぞれ対応する４個の第２の部分画像Ｐ２から構成される。各対物レンズ３ａ，４ａによって形成される像Ｉ１，Ｉ２は倒立像であるので、各部分画像Ｐ１，Ｐ２内の像が倒立する。像の倒立を補正するために、各部分画像Ｐ１，Ｐ２は、副走査方向に垂直な方向に像を反転させる処理が施される。
【００４５】
反転処理の後、第１の部分画像Ｐ１と第２の部分画像Ｐ２とを交互に配列し、部分画像Ｐ１，Ｐ２同士をつなぎ合わせることによって、１つの２次元の合成画像が生成される。ここで、隣接する第１の視野Ｆ１および第２の視野Ｆ２は端部において相互に重なり合っているので、部分画像Ｐ１，Ｐ２のつなぎ合わせ処理において、第１の部分画像Ｐ１の縁部と第２の部分画像Ｐ２の縁とが相互に重なり合わせられる。これにより、観察線Ｏに平行な主走査方向において途切れの無い合成画像を生成することができる。
【００４６】
このように、本実施形態によれば、照明光学系２、撮像光学系７およびプリズム１４ａを細胞Ａに対して走査することによって、容器２０の底板２０ｂ全体のような広範囲の画像を短時間で取得することができるという利点がある。
また、照明光学系２、撮像光学系７、フォーカス調整機構８および走査機構９の全てをステージ１の下方に配置することによって、観察装置１００をＺ方向に薄型化することができるという利点がある。
【００４７】
また、主走査方向であるＹ方向に８個の対物レンズ３ａ，４ａを配列し、主走査方向の撮像範囲を８個の対物レンズ３ａ，４ａを使用して撮像することによって、１個の対物レンズを使用する場合と比べて、細胞Ａからラインセンサ５，６までの光学距離が短くなる。これにより、撮像光学系７を小型化することができるという利点がある。
また、対物レンズ３ａ，４ａとして拡大対物レンズを使用することによって、高分解能の第１の像Ｉ１および第２の像Ｉ２が形成される。これにより、高分解能の細胞Ａの画像を取得することができるという利点がある。
【００４８】
また、観察線Ｏ上において第１の視野Ｆ１と第２の視野Ｆ２が交互に配列するように第１の対物レンズ群３および第２の対物レンズ群４が配置され、第１の対物レンズ群３の第１の像Ｉ１および第２の対物レンズ群４の第２の像Ｉ２が相互に異なる結像領域Ｒ１，Ｒ２内に形成される。したがって、観察線Ｏ上の光軸Ａ１と光軸Ａ２との間隔Δ１２に比べて、第１の結像領域Ｒ１における光軸Ａ１間の間隔Δ１および第２の結像領域Ｒ２における光軸Ａ２間の間隔Δ２が広くなる。これにより、第１の視野Ｆ１と第２の視野Ｆ２とが相互に部分的に重なり合い、かつ、第１の像Ｉ１同士および第２の像Ｉ２同士が重なり合わないように、撮像光学系７を容易に設計することができる。
【００４９】
本実施形態の撮像光学系７の設計例を以下に示す。
対物レンズ３ａ，４ａは全て同一の仕様を有する。対物レンズ３ａ，４ａについて、倍率は１．６倍、ＮＡ（開口数）は０．１１、観察線Ｏ上の視野Ｆ１，Ｆ２の幅Ｄｆ１，Ｄｆ２は５．６ｍｍ、像Ｉ１，Ｉ２の幅Ｄｉ１，Ｄｉ２は８．９６ｍｍである。第１の対物レンズ３ａの光軸Ａ１間のＹ方向の間隔Δ１は１０ｍｍであり、第２の対物レンズ４ａの光軸Ａ２間のＹ方向の間隔Δ２は１０ｍｍである。光軸Ａ１および光軸Ａ２は、Ｙ方向に相互に５ｍｍだけオフセットしており、Ｙ方向に隣接する光軸Ａ１，Ａ２間の間隔Δ１２は、５ｍｍである。
ラインセンサ５，６は、同一の仕様を有する。ラインセンサ５，６について、画素ピッチは３．５μｍ、画素数は１１１４０画素、有効長は３９．０２５ｍｍである。
【００５０】
上記設計において、相互に隣接する視野Ｆ１，Ｆ２が、０．６ｍｍ重なり合う。したがって、４０．６ｍｍの広い撮像範囲全体を途切れなく観察することができる。また、第１の像Ｉ１の幅Ｄｉ１よりも光軸Ａ１間の間隔Δ１が大きいので、相互に隣接する第１の像Ｉ１は、相互に重なり合うことなく完全に空間的に分離される。同様に、相互に隣接する第２の像Ｉ２は、相互に重なり合うことなく完全に空間的に分離される。
【００５１】
本実施形態およびその設計例においては、対物レンズ群３，４がそれぞれ４個の対物レンズ３ａ，４ａを備えることとしたが、対物レンズ３ａの数および対物レンズ４ａの数は、２個以上の任意の数であってもよい。
【００５２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る観察装置２００について図面を参照して説明する。
本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る観察装置２００は、図７に示されるように、ステージ１と、照明光学系２１と、撮像光学系７１と、フォーカス調整機構８と、走査機構９とを備えている。
【００５３】
照明光学系２１は、ステージ１に向かって斜め上方にライン状の照明光を射出する。具体的には、照明光学系２１は、Ｙ方向に一列に配列する複数個のＬＥＤ光源２１ａと、リニアフレネルレンズ２１ｂと、リニアフレネルレンズ２１ｂから射出された光を斜め上方に偏向するプリズム２１ｃと、プリズム２１ｃから射出された複数の光を拡散させる拡散板２１ｄとを備えている。Ｙ方向に配列する複数の光が拡散板２１ｄによって拡散されることによって、略均一な明るさを有するライン状の照明光が生成される。照明光学系２１は、２組設けられており、第１の実施形態と同様に、容器２０の位置や状態に応じていずれか一方または両方の照明光学系２１を点灯させる。
【００５４】
照明光学系２１から射出された照明光は、ステージ１および底板２０ｂを透過し、上板２０ａの反射面おいて反射され、対物レンズ群３１，４１の視野Ｆ１，Ｆ２内の細胞Ａを斜め上方から照明する。その後、照明光は、細胞Ａ、底板２０ｂおよびステージ１を透過し、プリズム１５によって９０°偏向され、Ｘ方向に沿って撮像光学系７１に入射する。
【００５５】
撮像光学系７１は、第１の対物レンズ群３１と、第２の対物レンズ群４１と、第１のラインセンサ５と、第２のラインセンサ６と、光路分離光学系１１とを備えている。
図８に示されるように、第１の対物レンズ群３１は、２個の第１の対物レンズ３ａを備え、第２の対物レンズ群４１は、２個の第２の対物レンズ４ａを備えている。第１の対物レンズ３ａおよび第２の対物レンズ４ａは、相互に平行にＹ方向に一列に交互に配列され、各対物レンズ３ａ，４ａはＸ方向に沿って配置されている。すなわち、第１の対物レンズ群３１および第２の対物レンズ群４１は、同一の領域に配置されている。４個の対物レンズ３ａ，４ａの入射側（物体側）の光軸は、プリズム１５によって９０°折り曲げられ、４個の対物レンズ３ａ，４ａの焦点面はステージ１の上方に配置されている。第１の視野Ｆ１および第２の視野Ｆ２は、観察線Ｏ上において一列にかつ交互に配列している。
【００５６】
４個の対物レンズ３ａ，４ａは同一平面上に配置されているので、第１の対物レンズ３ａから射出される光と第２の対物レンズ４ａから射出される光は、同一平面上において交互に配列する。光路分離光学系１１は、第１の対物レンズ３ａから射出される光と第２の対物レンズ４ａから射出される光を別々の平面に分離する。
【００５７】
具体的には、光路分離光学系１１は、図９Ａから図９Ｃに示されるように、第１のプリズム群（第１の偏向素子群）１１Ａと、第２のプリズム群（第２の偏向素子群）１１Ｂとを備えている。
第１のプリズム群１１Ａは、図９Ｂに示されるように、２個の第１の対物レンズ３ａから射出されたＸ方向の２つの光をＺ方向にそれぞれ偏向する２個のプリズム１１ａと、２個のプリズム１１ａによって偏向された２つの光をＹ方向にそれぞれ偏向する２個のプリズム１１ｂとを備えている。第２のプリズム群１１Ｂは、図９Ｃに示されるように、２個の第２の対物レンズ４ａから射出されたＸ方向の２つの光をＺ方向にそれぞれ偏向する２個のプリズム１１ｃと、２個のプリズム１１ｃによって偏向された２つの光をＹ方向にそれぞれ偏向する２個のプリズム１１ｄとを備えている。符号１１ｅは、平行平板である。
【００５８】
２個のプリズム１１ａは、Ｙ方向に配列され、２個のプリズム１１ｃは、Ｙ方向に配列されている。また、プリズム１１ａとプリズム１１ｃは、Ｘ方向において相互に異なる位置に配置されている。したがって、プリズム１１ａおよびプリズム１１ｃによって、第１の対物レンズ３ａから射出された光と第２の対物レンズ４ａから射出された光が、Ｘ方向に相互に離間する別々の平面に分離される。
【００５９】
続いて、第１の対物レンズ３ａから射出された光は、プリズム１１ｂによって、Ｙ方向からＺ方向に並べ替えられる。同様に、第２の対物レンズ４ａから射出された光は、プリズム１１ｄによって、Ｙ方向からＺ方向に並べ替えられる。ここで、プリズム１１ｂおよびプリズム１１ｄは、相互に逆方向に向かって光を偏向する。したがって、第１の像Ｉ１が形成される第１の結像領域Ｒ１と第２の像Ｉ２が形成される第２の結像領域Ｒ２は、Ｙ方向に相互に離間した位置に配置される。本実施形態において、第１の結像領域Ｒ１および第２の結像領域Ｒ２は、Ｙ方向に垂直な平面領域である。第１のラインセンサ５は、第１の結像領域Ｒ１にＺ方向に沿って配置され、第２のラインセンサ６は、第２の結像領域Ｒ２にＺ方向に沿って配置される。各ラインセンサ５，６の直前にはフィールドレンズ１６が配置されている。
【００６０】
次に、観察装置２００の作用について、容器２０内で培養中の細胞Ａを観察する場合を例に挙げて説明する。
観察装置２００は、ステージ１上に載置された容器２０と一緒に、インキュベータのような細胞培養装置内に配置される。観察装置２００は、例えば予め設定されたスケジュールに従って容器２０内の細胞Ａの画像の取得を実行する。
【００６１】
具体的には、照明光学系２１から斜め上方にライン状の照明光が射出される。照明光は、ステージ１および底板２０ｂを透過し、上板２０ａの反射面において斜め下方に向けて反射され、細胞Ａ、底板２０ｂおよびステージ１を透過し、プリズム１５によって偏向され、撮像光学系７１に入射する。
【００６２】
撮像光学系７１において、照明光は第１および第２の対物レンズ群３１，４１に入射する。その後、第１の対物レンズ群３１の対物レンズ３ａから射出された照明光と、第２の対物レンズ群４１の対物レンズ４ａから射出された照明光は、光路分離光学系１１によって別々の平面に分離され、別々の結像領域Ｒ１，Ｒ２に結像される。ここで、各対物レンズ３ａ，４ａには、光軸Ａ１，Ａ２に対して斜めに照明光が入射する。したがって、第１および第２の結像領域Ｒ１，Ｒ２には、陰影の付いた細胞Ａの像Ｉ１，Ｉ２がそれぞれ形成される。
その後、第１の実施形態と同様にして、ラインセンサ５，６によって２次元画像が取得され、合成画像が生成される。
【００６３】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、ハーフプリズムまたはハーフミラーのような光分配素子１０を使用していないので、第１の実施形態と比較して、第１の像Ｉ１および第２の像Ｉ２が明るくなる。したがって、ラインセンサ５，６の露光時間を短縮し、容器２０全体の画像をより短時間で取得することができるという利点がある。あるいは、照明光の光量を低減することによって省電力化を図ることができるという利点がある。
【００６４】
本実施形態の撮像光学系７１の設計例を以下に示す。
対物レンズ３ａ，４ａは全て同一の仕様を有する。対物レンズ３ａ，４ａについて、倍率は１．８倍、ＮＡ（開口数）は０．１１、観察線Ｏ上の視野Ｆ１，Ｆ２の幅Ｄｆ１，Ｄｆ２は１１．６ｍｍ、像Ｉ１，Ｉ２の幅Ｄｉ１，Ｄｉ２は２０．８８ｍｍである。第１の対物レンズ３ａの光軸Ａ１間のＹ方向の間隔Δ１は２２ｍｍであり、第２の対物レンズ４ａの光軸Ａ２間のＹ方向の間隔Δ２は２２ｍｍである。光軸Ａ１および光軸Ａ２は、Ｙ方向に相互に１１ｍｍだけオフセットしており、Ｙ方向に隣接する光軸Ａ１，Ａ２間の間隔Δ１２は、１１ｍｍである。
ラインセンサ５，６は、同一の仕様を有する。ラインセンサ５，６について、画素ピッチは３．５μｍ、画素数は１２２５７画素、有効長は４２．９ｍｍである。
【００６５】
上記設計において、相互に隣接する視野Ｆ１，Ｆ２が、０．６ｍｍ重なり合う。したがって、４４．６ｍｍの広い撮像範囲全体を途切れなく観察することができる。また、第１の像Ｉ１の幅Ｄｉ１よりも光軸Ａ１間の間隔Δ１が大きいので、相互に隣接する第１の像Ｉ１は、相互に重なり合うことなく完全に空間的に分離される。同様に、相互に隣接する第２の像Ｉ２は、相互に重なり合うことなく完全に空間的に分離される。
【００６６】
本実施形態およびその設計例においては、対物レンズ群３１，４１がそれぞれ２個の対物レンズ３ａ，４ａを備えることとしたが、対物レンズ３ａの数および対物レンズ４ａの数は、３個以上の任意の数であってもよい。
本実施形態およびその設計例においては、第１の偏向素子群および第２の偏向素子群が、複数のプリズムの組み合わせからそれぞれ構成されることとしたが、これに代えて、複数のミラーの組み合わせからそれぞれ構成されてもよい。
【００６７】
本実施形態においては、プリズム１１ａとプリズム１１ｃの位置の違いによって、第１の対物レンズ３ａから射出された光と第２の対物レンズ４ａから射出された光を別々の平面に分離することとしたが、これに代えて、プリズムまたはミラーによる光の偏向角度の違いによって、第１の対物レンズ３ａから射出された光と第２の対物レンズ４ａから射出された光を別々の平面に分離してもよい。
【００６８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る観察装置３００について図面を参照して説明する。
本実施形態においては、第１および第２の実施形態と異なる構成について説明し、第１および第２の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る観察装置３００は、図１０に示されるように、ステージ１と、照明光学系２１と、撮像光学系７２と、フォーカス調整機構８と、走査機構９とを備えている。観察装置３００は、第２の実施形態に係る観察装置２００の変形例であって、光路分離光学系１２の構成において第２の実施形態と異なっている。
【００６９】
撮像光学系７２は、第１の対物レンズ群３２と、第２の対物レンズ群４２と、第１のラインセンサ５と、第２のラインセンサ６と、光路分離光学系１２とを備えている。
図１１に示されるように、第１の対物レンズ群３２は、４個の第１の対物レンズ３ａを備え、第２の対物レンズ群４２は、４個の第２の対物レンズ４ａを備えている。第１の対物レンズ群３２および第２の対物レンズ群４２のその他の構成は、第２の実施形態の第１の対物レンズ群３１および第２の対物レンズ群４１とそれぞれ同一である。
【００７０】
光路分離光学系１２は、図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、第１のプリズム群（第１の偏向素子群）１２Ａと、第２のプリズム群（第２の偏向素子群）１２Ｂとを備えている。
第１のプリズム群１２Ａは、図１２Ａに示されるように、４個の第１の対物レンズ３ａから射出されたＸ方向の４つの光をＺ方向にそれぞれ偏向する４個のプリズム１２ａを備えている。第２のプリズム群１１Ｂは、図１２Ｂに示されるように、４個の第２の対物レンズ４ａから射出されたＸ方向の４つの光をＺ方向にそれぞれ偏向する４個のプリズム１２ｂを備えている。符号１２ｃは、平行平板である。
【００７１】
４個のプリズム１２ａは、Ｙ方向に配列され、４個のプリズム１２ｂは、Ｙ方向に配列されている。また、プリズム１２ａとプリズム１２ｂは、Ｘ方向において相互に異なる位置に配置されている。したがって、プリズム１１ａおよびプリズム１１ｃによって、第１の対物レンズ３ａから射出された光と第２の対物レンズ４ａから射出された光が、Ｘ方向に相互に離間する別々の平面に分離される。
【００７２】
プリズム１２ａによって偏向された光は、Ｚ方向に進み、第１の結像領域Ｒ１に第１の像Ｉ１を形成する。プリズム１２ｂによって偏向された光は、Ｚ方向に進み、第２の結像領域Ｒ２に第２の像Ｉ２を形成する。したがって、第１の結像領域Ｒ１および第２の結像領域Ｒ２は、Ｘ方向に相互に離間した位置に配置される。本実施形態において、第１の結像領域Ｒ１および第２の結像領域Ｒ２は、Ｚ方向に垂直な平面領域である。第１のラインセンサ５は、第１の結像領域Ｒ１域にＹ方向に沿って配置され、第２のラインセンサ６は、第２の結像領域Ｒ２にＹ方向に沿って配置される。
【００７３】
ここで、第１の対物レンズ３ａからフィールドレンズ１６までの空気換算長と第２の対物レンズ４ａからフィールドレンズ１６までの空気換算長は、相互に同一であるが、第１のプリズム群１２Ａのガラス長および空気間隔の合計が、第２のプリズム群１２Ｂのガラス長および空気間隔の合計よりも短くなっている。これにより、第１の結像領域Ｒ１および第２の結像領域Ｒ２が同一平面上に配置されている。
【００７４】
本実施形態によれば、第１および第２の実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、第２の実施形態と比較して対物レンズ３ａ，４ａの数を増やすことによって、撮像範囲を主走査方向に拡大することができるという利点がある。また、２つのラインセンサ５，６が同一平面上に相互に近接して配置されているので、２つのラインセンサ５，６を同一基板上に設けることができ、組み立てを容易にすることができるという利点がある。
本実施形態においては２つのラインセンサ５，６がＺ方向に異なる位置に配置されていてもよい。
【００７５】
本実施形態の撮像光学系７２の設計例を以下に示す。
対物レンズ３ａ，４ａは全て同一の仕様を有する。対物レンズ３ａ，４ａについて、倍率は１．８倍、ＮＡ（開口数）は０．１１、観察線Ｏ上の視野Ｆ１，Ｆ２の幅Ｄｆ１，Ｄｆ２は１１．６ｍｍ、像Ｉ１，Ｉ２の幅Ｄｉ１，Ｄｉ２は２０．８８ｍｍである。第１の対物レンズ３ａの光軸Ａ１間のＹ方向の間隔Δ１は２２ｍｍであり、第２の対物レンズ４ａの光軸Ａ２間のＹ方向の間隔Δ２は２２ｍｍである。光軸Ａ１および光軸Ａ２は、Ｙ方向に相互に１１ｍｍだけオフセットしており、Ｙ方向に隣接する光軸Ａ１，Ａ２間の間隔Δ１２は、１１ｍｍである。
ラインセンサ５，６は、同一の仕様を有する。ラインセンサ５，６について、画素ピッチは３．５μｍ、画素数は２４８２９画素、有効長は８６．９ｍｍである。
【００７６】
上記設計において、相互に隣接する視野Ｆ１，Ｆ２が、０．６ｍｍ重なり合う。したがって、８８．６ｍｍの広い撮像範囲全体を途切れなく観察することができる。また、第１の像Ｉ１の幅Ｄｉ１よりも光軸Ａ１間の間隔Δ１が大きいので、相互に隣接する第１の像Ｉ１は、相互に重なり合うことなく完全に空間的に分離される。同様に、相互に隣接する第２の像Ｉ２は、相互に重なり合うことなく完全に空間的に分離される。
【００７７】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る観察装置４００について図面を参照して説明する。
本実施形態においては、第１から第３の実施形態と異なる構成について説明し、第１から第３の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る観察装置４００は、図１３に示されるように、ステージ１と、照明光学系２１と、撮像光学系７３と、フォーカス調整機構８と、走査機構９とを備えている。観察装置４００は、第２の実施形態に係る観察装置２００の変形例であって、光路分離光学系１３の構成において第２の実施形態と異なっている。
【００７８】
図１４に示されるように、撮像光学系７３は、第１の対物レンズ群３２と、第２の対物レンズ群４２と、４個の第１のラインセンサ５１と、４個の第２のラインセンサ６１と、光路分離光学系１３とを備えている。
光路分離光学系１３は、図１５に示されるように、単一のプリズム群１３Ａを備えている。プリズム群１３Ａは、４個の第１の対物レンズ３ａから射出されたＸ方向の４つの光をＺ方向にそれぞれ偏向する４個のプリズム１３ａを備えている。符号１３ｂは、平行平板である。
【００７９】
４個のプリズム１３ａは、Ｙ方向に一列に配列されている。第２の対物レンズ４ａとラインセンサ６１との間にはプリズムは存在せず、第２の対物レンズ４ａから射出された光は、Ｘ方向に沿って進む。したがって、プリズム１３ａによって、第１の対物レンズ３ａから射出された光と第２の対物レンズ４ａから射出された光が、相互に垂直な別々の平面に分離される。
【００８０】
第１の対物レンズ３ａから射出されプリズム１３ａによって偏向された光は、Ｚ方向に進み、第１の結像領域Ｒ１に第１の像Ｉ１を形成する。第２の対物レンズ４ａから射出された光は、第２の結像領域Ｒ２に第２の像Ｉ２を形成する。したがって、本実施形態において、第１の結像領域Ｒ１はＺ方向に垂直な平面領域であり、第２の結像領域Ｒ２はＸ方向に垂直な平面領域である。このように、第１の結像領域Ｒ１および第２の結像領域Ｒ２は、Ｘ方向およびＺ方向に相互に離間した位置に配置される。各第１のラインセンサ５１は、第１の結像領域Ｒ１にＹ方向に沿って配置され、各第２のラインセンサ６１は、第２の結像領域Ｒ２にＹ方向に沿って配置される。
【００８１】
本実施形態において、１つの第１の対物レンズ３ａに対して１つの第１のラインセンサ５１が設けられ、１つの第２の対物レンズ４ａに対して１つの第２のラインセンサ６１が設けられている。各第１のラインセンサ５１は、１つの第１の像Ｉ１を撮像し、各第２のラインセンサ６１は、１つの第２の像Ｉ２を撮像する。
【００８２】
本実施形態によれば、第１および第２の実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、第２の実施形態と比較して対物レンズ３ａ，４ａの数を増やすことによって、撮像範囲をＹ方向に拡大することができるという利点がある。また、各対物レンズ３ａ，４ａに対して１つラインセンサ５１，６１を設けることによって、長いラインセンサが不要である。これにより、歩留まりが高く低価格のラインセンサ５１，６１を使用することができるという利点がある。
【００８３】
本実施形態の撮像光学系７３の設計例を以下に示す。
対物レンズ３ａ，４ａは全て同一の仕様を有する。対物レンズ３ａ，４ａについて、倍率は１．８倍、ＮＡ（開口数）は０．１１、観察線Ｏ上の視野Ｆ１，Ｆ２の幅Ｄｆ１，Ｄｆ２は１１．６ｍｍ、像Ｉ１，Ｉ２の幅Ｄｉ１，Ｄｉ２は２０．８８ｍｍである。第１の対物レンズ３ａの光軸Ａ１間のＹ方向の間隔Δ１は２２ｍｍであり、第２の対物レンズ４ａの光軸Ａ２間のＹ方向の間隔Δ２は２２ｍｍである。光軸Ａ１および光軸Ａ２は、Ｙ方向に相互に１１ｍｍだけオフセットしており、Ｙ方向に隣接する光軸Ａ１，Ａ２間の間隔Δ１２は、１１ｍｍである。
ラインセンサ５，６は、同一の仕様を有する。ラインセンサ５，６について、画素ピッチは３．５μｍ、画素数は２４８２９画素、有効長は８６．９ｍｍである。
【００８４】
上記設計において、相互に隣接する視野Ｆ１，Ｆ２が、０．６ｍｍ重なり合う。したがって、８８．６ｍｍの広い撮像範囲全体を途切れなく観察することができる。また、第１の像Ｉ１の幅Ｄｉ１よりも光軸Ａ１間の間隔Δ１が大きいので、相互に隣接する第１の像Ｉ１は、相互に重なり合うことなく完全に空間的に分離される。同様に、相互に隣接する第２の像Ｉ２は、相互に重なり合うことなく完全に空間的に分離される。
【００８５】
上記第１から第４の実施形態においては、観察装置１００，２００，３００，４００によって細胞Ａを観察することとしたが、観察装置１００，２００，３００，４００によって観察される試料は、細胞Ａ以外の任意の物体であってもよい。
上記第１から第４の実施形態においては、試料を透過した光を観察することとしたが、これに代えて、試料によって反射された光または試料が発生させる光（例えば蛍光）を観察してもよい。
【００８６】
上記第１から第４の実施形態においては、照明光学系２，２１が、ステージ１に対して撮像光学系７，７１，７２，７３と同一側に配置されていることとしたが、照明光学系２，２１は他の位置に配置されていてもよい。例えば、照明光学系２，２１は、ステージ１の上方またはステージ１の側方に配置されていてもよい。
上記第１から第４の実施形態においては、観察装置１００，２００，３００，４００に照明光学系２，２１が設けられていることとしたが、観察装置１００，２００，３００，４００とは別体の照明光学系から試料へ照明光を照射してもよい。例えば、照明光学系は、細胞培養装置の内部に固定されていてもよい。
上記第１から第４の実施形態においては、撮像素子５，６，５１，６１としてラインセンサを使用することとしたが、これに代えて、複数列の画素を有する２次元撮像素子を使用してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１００，２００，３００，４００  観察装置
１  ステージ
２  照明光学系
３，３１，３２  第１の対物レンズ群（第１の対物光学系群）
３ａ  第１の対物レンズ（第１の対物光学系）
４，４１，４２  第２の対物レンズ群（第２の対物光学系群）
４ａ  第２の対物レンズ（第２の対物光学系）
５，５１  第１のラインセンサ（第１の撮像素子）
６，６１  第２のラインセンサ（第２の撮像素子）
７，７１，７２，７３  撮像光学系
８  フォーカス調整機構
９  走査機構
１０  光分配素子
１１，１２，１３  光路分離光学系
Ａ  細胞（試料）
Ｆ１  第１の視野
Ｆ２  第２の視野
Ｉ１  第１の像
Ｉ２  第２の像
Ｏ  観察線
Ｒ１  第１の結像領域
Ｒ２  第２の結像領域
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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