(57)【要約】【課題】観察領域の特定及び合焦操作を精度よく行うことができ、かつ反射像観察及び透過像観察のいずれにも対応可能な位置合わせ機構及び顕微鏡装置を提供する。【解決手段】カメラ機能を有するスマートデバイス２とレンズユニット３で構成される光学顕微鏡装置１０に、スマートデバイス２が載置される第１ステージ３２と、第１ステージ３２を水平方向に任意の距離移動させる水平移動機構３１と、第１ステージ３２の上方に配置され、観察対象の試料が固定された透明試料板が載置される第２ステージ２２と、第２ステージ２２を垂直方向に任意の距離移動させる垂直移動機構２１とを備え、水平移動機構３１及び垂直移動機構２１がそれぞれ独立に動作し、第１ステージ３２と第２ステージ２２とが相対移動する構成の位置合わせ機構を用いる。【選択図】図３
2017090788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラ機能を有するスマートデバイスが載置される第１ステージと、
前記第１ステージを水平方向に任意の距離移動させる水平移動機構と、
前記第１ステージの上方に配置され、観察対象の試料が固定された透明試料板が載置される第２ステージと、
前記第２ステージを垂直方向に任意の距離移動させる垂直移動機構と、
を備え、
前記水平移動機構及び前記垂直移動機構はそれぞれ独立に動作し、前記第１ステージと前記第２ステージとが相対移動する位置合わせ機構。
【請求項２】
前記水平移動機構及び前記垂直移動機構はそれぞれ回転ノブを備えており、前記第１ステージ及び前記第２ステージは各回転ノブの回転量に応じた距離移動する請求項１に記載の位置合わせ機構。
【請求項３】
前記第２ステージは、前記試料板が載置される部分に光透過部が設けられている請求項１又は２に記載の位置合わせ機構。
【請求項４】
前記第２ステージの上方に、照明装置を取り付けるための照明固定部が設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置合わせ機構。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の位置合わせ機構と、
カメラ機能を有するスマートデバイスと、
レンズと、前記レンズを光軸に垂直な方向から保持する板状の支持部材とを備え、前記カメラと共に複式顕微鏡を構成するレンズユニットと
を有し、
前記スマートデバイスは、前記位置合わせ機構の第１ステージ上に、表示部が上になるように載置されており、
前記レンズユニットは、前記スマートデバイスのフロントカメラ上に、前記レンズが位置するように配置されており、
前記位置合わせ機構の第２ステージ上に観察対象の試料が固定された透明試料板が載置される顕微鏡装置。
【請求項６】
前記第１ステージを水平方向に移動させることにより観察領域の特定を行うと共に、前記第２ステージを垂直方向に移動させることにより合焦操作を行う請求項５に記載の顕微鏡装置。
【請求項７】
更に、前記試料を上方から照明する照明装置を備える請求項５又は６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、カメラ機能を有するスマートデバイスとレンズユニットで構成される光学顕微鏡装置に関する。より詳しくは、スマートデバイスを用いた光学顕微鏡観察において、観察位置や合焦位置を調整するための位置合わせ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、スマートフォンやタブレットなどのカメラ機能を有するスマートデバイスを用いて顕微鏡観察を行うためのレンズユニットが提案されている（非特許文献１〜３参照）。非特許文献１〜３では、これらの新しいタイプの光学顕微鏡は、スマートデバイスがカメラ機能として備える自動焦点や自動露出を有効利用し、市販の高級顕微鏡並の性能が得られると報告されている。
【０００３】
しかしながら、前述したスマートデバイスを用いた光学顕微鏡は、以下に示す問題点を有し、現在、期待するほどに普及していない。
（１）手で持つことを前提としているため、撮影された画像に手ぶれが生じやすい。
（２）レンズをスマートデバイスに固定する機構が確立していない。
（３）観察対象物を近接させると、顕微鏡本体により外光が遮られるため、別途照明装置を用意する必要があり、構造が煩雑となる。
【０００４】
これらの課題を解決するものとして、従来、カメラ機能を有するスマートデバイス上に載置するとカメラと共に複式顕微鏡を構成し、容易に顕微鏡観察画像を取得することができるレンズユニットが提案されている（特許文献１参照）。また、カメラ付き携帯電話を顕微鏡装置として用いるためのアタッチメントも提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１３５５３３号公報
【特許文献２】特開２００６−２０８８５７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】David N. Breslauer  他４名、“Mobile Phone Based Clinical Microscopy for Global Health Applications”、PLoS ONE 4(7): e6320、２００９年７月２２日発行
【非特許文献２】Z.J. Smith  他９名、“Cell-Phone-Based Platform for Biomedical Device Deelopmentand Education Applications”、PLoS ONE 6(3): e17150、２０１１年３月２日発行
【非特許文献３】Sarun Sumriddetchkajornet al.、"Mobile Device-Based Digital Microscopy for Education, Healthcare, and Agriculture"、Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON)、2012 9th International Conference on、２０１２年５月１８日発行、ｐ．１−４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のレンズユニットを用いた光学顕微鏡装置は、簡便で操作性が高いことから、スマホ顕微鏡の名称で急速に普及しているが、位置合わせの点で課題がある。具体的には、特許文献１に記載の顕微鏡装置は、試料位置の調整や合焦操作を手動で行うため、観察領域の特定が不正確となったり、撮像した画像がぼけたりすることがある。
【０００８】
一方、特許文献２に記載のアタッチメントを用いた顕微鏡装置は、伸縮アームでカメラの垂直方向の位置を調整するため、合焦操作の精度はある程度確保できるが、試料位置の調整は手動で行うため、観察領域の特定については精度向上が期待できない。それに加えて、特許文献２に記載のアタッチメントを用いた場合、反射像観察しか実施できず、試料の透過像を取得することができない。
【０００９】
そこで、本発明は、観察領域の特定及び合焦操作を精度よく行うことができ、かつ反射像観察及び透過像観察のいずれにも対応可能な位置合わせ機構及び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】
本発明に係る位置合わせ機構は、カメラ機能を有するスマートデバイスが載置される第１ステージと、前記第１ステージを水平方向に任意の距離移動させる水平移動機構と、前記第１ステージの上方に配置され、観察対象の試料が固定された透明試料板が載置される第２ステージと、前記第２ステージを垂直方向に任意の距離移動させる垂直移動機構とを備え、前記水平移動機構及び前記垂直移動機構はそれぞれ独立に動作し、前記第１ステージと前記第２ステージとが相対移動する。
この位置合わせ機構は、前記水平移動機構及び前記垂直移動機構にそれぞれ回転ノブを設け、前記第１ステージ及び前記第２ステージが各回転ノブの回転量に応じた距離移動する構成とすることができる。
前記第２ステージは、前記試料板が載置される部分に光透過部が設けられていてもよい。
更に、前記第２ステージの上方に、照明装置を取り付けるための照明固定部を設けることもできる。
【００１１】
本発明に係る顕微鏡装置は、前述した位置合わせ機構と、カメラ機能を有するスマートデバイスと、レンズ及び前記レンズを光軸に垂直な方向から保持する板状の支持部材を備え前記カメラと共に複式顕微鏡を構成するレンズユニットとを有し、前記スマートデバイスは、前記位置合わせ機構の第１ステージ上に、表示部が上になるように載置されており、前記レンズユニットは、前記スマートデバイスのフロントカメラ上に、前記レンズが位置するように配置されており、前記位置合わせ機構の第２ステージ上に観察対象の試料が固定された試料板が載置される。
この顕微鏡装置は、前記第１ステージを水平方向に移動させることにより観察領域の特定を行うと共に、前記第２ステージを垂直方向に移動させることにより合焦操作を行うことができる。
本発明の顕微鏡装置は、更に、前記試料を上方から照明する照明装置を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、水平方向に任意距離の移動が可能な第１ステージ上にスマートデバイスが配置され、垂直方向に任意距離の移動が可能な第２ステージ上に試料板が配置されるため、観察領域の特定及び合焦操作を精度よく行うことができ、更に、第１ステージの上方に第２ステージが設けられているため、反射像観察及び透過像観察のいずれにも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る位置合わせ機構の構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る位置合わせ機構の構成例を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る位置合わせ機構を用いた光学顕微鏡装置の構成を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
［位置合わせ機構の全体構成］
先ず、本発明の実施形態に係る位置合わせ機構の構成について説明する。図１及び図２は本実施形態の位置合わせ機構の構成例を示す斜視図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の位置合わせ機構１は、スマートデバイスが載置される第１ステージ３２と、第１ステージ３２を移動させる水平移動機構３１と、観察対象の試料が固定された試料板が載置される第２ステージ２２と、第２ステージ２２を移動させる垂直移動機構２１とを備える。なお、水平移動機構３１及び垂直移動機構２１は、アルミニウム合金などの金属材料からなるベース１１に固定されている。
【００１６】
本実施形態の位置合わせ機構１では、水平移動機構３１及び垂直移動機構２１はそれぞれ独立に動作し、第１ステージ３２と第２ステージ２２とが相対移動する。また、位置合わせ機構１には、第２ステージの上方に、照明装置を取り付けるための照明固定部４１を設けることもできる。
【００１７】
［第１ステージ３２］
第１ステージ３２は、スマートデバイスを載置するものであり、水平移動機構３１に固定されている。第１ステージ３２の材質は特に限定されるものではなく、金属製及び樹脂製のいずれでもよい。また、第１ステージ３２は、市販のスマートフォンやタブレットが載置可能な大きさであればよく、その大きさや厚さは使用目的に応じて適宜選択することができる。
【００１８】
なお、第１ステージ３２の表面の少なくともスマートデバイスが載置される部分には、樹脂製又はゴム製の滑り止めシート３５が取り付けられていることが好ましい。これにより、第１ステージ３２上に載置したスマートデバイスの位置が安定するため、観察領域の特定がしやすくなる。
【００１９】
［水平移動機構３１］
水平移動機構３１は、第１ステージ３２を水平方向に任意の距離移動させるものであり、例えば回転ノブ３３，３４を備えたＸ−Ｙ方向駆動装置などを使用することができる。水平移動機構３１にＸ−Ｙ方向駆動装置を用いた場合、第１ステージ３２は、回転ノブ３３，３４の回転量に応じた距離分、右方向又は左方向に移動する。
【００２０】
なお、水平移動機構３１は、回転ノブ３３，３４を備えたＸ−Ｙ方向駆動装置に限定されるものではなく、第１ステージ３２を水平方向に任意の距離移動可能な構成であればよい。また、水平移動機構３１には、第１ステージ３２の位置（高さ）を調整するためのスペーサ３６が取り付けられていてもよい。
【００２１】
［第２ステージ２２］
第２ステージ２２は、観察対象の試料が固定された試料板を載置するものであり、垂直移動機構２１に固定されている。第２ステージ２２の材質も特に限定されるものではなく、金属製及び樹脂製のいずれでもよい。また、この第２ステージ２２には、試料板の端部を固定するための押さえ部材２５が取り付けられている。更に、第２ステージ２２は、試料板が載置される部分に、切り欠きや透明材料からなる光透過部が設けられている。この光透過部に観察対象の試料を配置することで、透過像観察が可能となる。
【００２２】
［垂直移動機構２１］
垂直移動機構２１は、第２ステージ２２を垂直方向に任意の距離移動させるものであり、例えば回転ノブ２３を備えたＺ方向駆動装置などを使用することができる。垂直移動機構２１にＺ方向駆動装置を用いた場合、第２ステージ２２は、回転ノブ２３の回転量に応じた距離分、上方向又は下方向に移動する。
【００２３】
この垂直移動機構２１は、例えば磁力によってベース１１に固定することが可能である。その場合は、ベース１１の一部に鋼板１２を取り付け、この鋼板１２部分にマグネットスタンド２４を介して垂直移動機構２１を固定すればよい。
【００２４】
［照明固定部４１］
照明固定部４１は、照明装置取り付け部が第２ステージ２２の上方、即ち、観察対象の試料の直上域に配置される。この照明固定部４１に照明装置を取り付けることにより、観察対象領域を上方から照明することが可能となる。なお、図１、２に示す構成例では照明固定部４１を第１ステージ３２に取り付けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、照明固定部４１は、第２ステージ２２やベース１１など第１ステージ３２以外の部材に取り付けられていてもよい。
【００２５】
［動作］
次に、図１、２に示す位置合わせ機構を用いて顕微鏡観察を行う方法について説明する。本実施形態の位置合わせ機構は、カメラ機能を有するスマートデバイスと、スマートデバイスのカメラと共に複式顕微鏡を構成するレンズユニットと組み合わせて使用される。図３は本実施形態の位置合わせ機構を用いた光学顕微鏡装置の構成を模式的に示す側面図である。
【００２６】
図３に示す顕微鏡装置１０を用いて顕微鏡観察を行う際は、先ず、スマートデバイス２のフロントカメラ上に、レンズユニット３を配置する。レンズユニット３は、スマートデバイス２のカメラと共に複式顕微鏡を構成するものであり、レンズとそれを光軸に垂直な方向から保持する板状の支持部材を備える。
【００２７】
レンズユニット３のレンズには、ガラス又はプラスチックにより形成されたボールレンズ又はスマートデバイスのカメラに用いられているような高性能複合マイクロレンズを使用することができる。ボールレンズは、例えば直径１〜５ｍｍのものを使用することができるが、直径が小さいレンズほど焦点距離が小さく、スマートデバイスと一体で構成される複式顕微鏡の倍率が大きくなるので、レンズ径は必要倍率に応じて適宜選択することができる。高性能複合マイクロレンズは、例えば直径が５〜１０ｍｍのものを使用することができるが、この場合も同様にレンズ径は必要倍率に応じて適宜選択することができる。
【００２８】
一方、支持部材は、レンズを収容可能な大きさの貫通孔が形成されている透明平板又は半透明平板を用いることができる。支持部材には、スマートデバイス２のカメラ光軸とレンズユニットのレンズとの位置合わせを容易にする観点から、透明材料を用いることが好ましい。ただし、その場合、レンズに迷光が入ることを防止するため、貫通孔の内壁に黒色塗料や黒色シートで被覆するなどの不透明化処理を施すことが望ましい。
【００２９】
レンズユニット３は、そのレンズがスマートデバイス２のカメラの光軸上に位置するように配置する。例えば、支持部材が透明平板で形成されている場合は、支持部材を通して見えるスマートデバイスのカメラの窓とレンズが重なるように配置する。これにより、レンズユニット３のレンズと、スマートデバイス２の内蔵カメラのレンズとで複式顕微鏡が構成される。
【００３０】
次に、レンズユニット３が載置されたスマートデバイス２を、位置合わせ機構１の第１ステージ３２上に、表示部が上になるように載置する。また、位置合わせ機構１の第２ステージ２２上には、観察対象の試料が固定された透明試料板（試料プレパラートなど）を載置する。
【００３１】
そして、観察領域を特定する際は、水平移動機構３１により第１ステージ３２を水平方向に移動させて、スマートデバイス２の位置を調節する。一方、ピント合わせを行う際は、垂直移動機構２１により第２ステージ２２を垂直方向に移動させ、観察対象の試料の位置を調節する。即ち、本実施形態の顕微鏡装置１０は、一般的な顕微鏡装置とは異なり、スマートデバイスの位置を調節することで観察領域を特定し、試料の位置を調節することでピント合わせを行う。
【００３２】
これにより、スマートデバイスのカメラを利用した簡易的な顕微鏡装置であっても、市販の光学顕微鏡装置と同等の精度で観察領域の特定及び合焦操作を行うことが可能となる。なお、本実施形態の位置合わせ機構では、水平移動機構３１及び垂直移動機構２１はそれぞれ独立に動作し、第１ステージ３２と第２ステージ２２は相対的に移動する。
【００３３】
なお、図３にはスマートデバイス２として、タブレットを用いた場合を示しているが、スマートフォンなどの他の端末機器を用いた場合も同様の方法で、観察領域の特定及び合焦操作を行うことが可能である。更に、本実形態の顕微鏡装置１０で試料の透過像観察を行う場合は、位置合わせ機構１の照明固定部４１にＬＥＤ（light emitting diode）などの照明装置を取り付け、試料を上方から照明することもできる。
【００３４】
本実施形態の位置合わせ機構は、水平方向に任意距離の移動が可能な第１ステージ上にスマートデバイスが配置され、垂直方向に任意距離の移動が可能な第２ステージ上に試料板が配置されるため、スマートデバイスとレンズユニットで構成される顕微鏡装置における観察領域の特定及び合焦操作の精度を向上させることができる。また、本実施形態の位置合わせ機構を用いた光学顕微鏡装置は、スマートデバイスの上方に試料が位置しているため、透過像観察及び反射像観察の両方が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  位置合わせ機構
２  スマートデバイス（タブレット）
３  レンズユニット
１０  顕微鏡装置
１１  ベース
１２  鋼板
２１  垂直移動機構
２２  第２ステージ
２３、３３、３４  回転ノブ、
２４  マグネットスタンド
２５  押さえ部材
３１  水平移動機構
３２  第１ステージ
３５  滑り止めシート
３６  スペーサ
４１  照明固定部
【図１】
2017090788.tif 000003
【図２】
2017090788.tif 000004
【図３】
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