(57)【要約】      （修正有）【課題】観察対象物の３次元的な位置に関する情報を取得することが可能な観察装置を提供する。【解決手段】観察装置は、直線状に配置された光ファイバ３２と、光ファイバ３２の一端側に設けられ、光ファイバ３２のコアの範囲に対応して配置された複数の受光素子を有するイメージセンサ２１と、光ファイバ３２の他端に取り付けられ、他端に入射した観察対象物Ｓからの光を光ファイバ３２の長さ方向に沿う方向に屈折させ、光の入射角度によってコア内を通る光線の位置を異ならせるレンズと、光を受けた受光素子に応じてレンズに対する光の入射角度を取得する制御装置１３とを備える。【選択図】図１
2017009382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状に配置された光ファイバと、
前記光ファイバの一端に取り付けられ、当該一端に入射した観察対象物からの光を前記光ファイバの長さ方向に沿う方向に屈折させ、光の入射角度に応じて前記コア内を通る光線の位置を変化させるレンズと、
前記光ファイバの他端側に設けられ、前記コア内を通過した光を受光する複数の受光素子を前記コアの端面範囲内に有しているイメージセンサと、
光を受光した前記受光素子に応じて前記レンズに対する光の入射角度を取得する制御装置と、を備えている観察装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記光ファイバの長さ方向における複数の位置において前記レンズに入射された同一の観察対象物からの光の入射角度をそれぞれ取得し、前記レンズの複数の位置と、取得した複数の入射角度との関係に基づいて前記観察対象物の位置を取得する、請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記レンズの位置と前記観察対象物の位置との関係に基づいて前記レンズから観察対象物までの距離を取得する、請求項２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記レンズから観察対象物までの距離と、前記レンズに入射されかつ前記受光素子によって受光された光の強度との関係に基づいて、前記観察対象物から発せられた光の強度を取得する、請求項３に記載の観察装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記レンズから観察対象物までの距離と前記レンズに入射されかつ前記受光素子によって受光された光の強度との関係、及び、前記レンズに対する光の入射角度と前記レンズに入射されかつ前記受光素子によって受光された光の強度との関係に基づいて、前記観察対象物から発せられた光の強度を取得する、請求項３に記載の観察装置。
【請求項６】
前記受光素子によって受光される光の強度と、前記レンズから観察対象物までの距離との関係を示す情報を記憶する記憶部をさらに備えており、
前記制御装置は、前記受光素子によって受光された光の強度と、前記情報とに基づいて前記レンズから前記観察対象物までの距離を取得し、この距離と前記入射角度とに基づいて観察対象物の位置を取得する、請求項１に記載の観察装置。
【請求項７】
前記光ファイバが長さ方向に移動可能に挿入され、前記観察対象物からの光を透過可能な筒形状の保護管を備えている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項８】
複数の前記光ファイバを並列に備えている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞等の対象物を観察するための観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、細胞等の微小な観察対象物を光学的に観察するために、顕微鏡が用いられている。例えば、特許文献１には、顕微鏡により拡大した観察対象物をデジタルカメラによって撮像する装置が開示されている。
また、特許文献２には、多数の画素を有するイメージセンサを備えたビジョン回路と、ビジョン回路のイメージセンサ上に搭載され、観察対象物を存在させる保持部材とを備え、保持部材上の観察対象物の画像をイメージセンサにより取得する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７００３６号公報
【特許文献２】特開２００８−１２９５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、細胞研究の分野においては、より生体の構造に近い環境である３次元培養が注目されている。この３次元培養では、立体形状のゲルの内部で細胞を空間的に分散させて培養が行われる。このような３次元培養においては、細胞の空間的な位置を計測することが望まれるが、特許文献１のような顕微鏡を利用した装置では、焦点の合う距離に制限があり、ゲルによって光が拡散するため空間的な位置計測は困難である。また、特許文献２記載の装置を用い、保持部材上にゲルを配置して位置計測を行う場合も観察可能なゲルの厚みには制限がある。したがって、特許文献１及び２のいずれにおいても、３次元的に配置された観察対象物について、その位置を適切に把握できる程度の情報を取得するのは困難である。
【０００５】
本発明は、観察対象物の３次元的な位置に関する情報を取得することが可能な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】
【０００６】
（１）  本発明に係る観察装置は、
直線状に配置された光ファイバと、
前記光ファイバの一端に取り付けられ、当該一端に入射した観察対象物からの光を前記光ファイバの長さ方向に沿う方向に屈折させ、光の入射角度に応じて前記コア内を通る光線の位置を変化させるレンズと、
前記光ファイバの他端側に設けられ、前記コア内を通過した光を受光する複数の受光素子を前記コアの端面範囲内に有しているイメージセンサと、
光を受光した前記受光素子に応じて前記レンズに対する光の入射角度を取得する制御装置と、を備えている。
【０００７】
上記構成の観察装置においては、レンズに入射された観察対象物からの光が、光ファイバの長さ方向に沿う方向に屈折され、光ファイバのコア内を通過して受光素子によって受光される。レンズは、光の入射角度に応じて光ファイバのコア内を通る光線の位置を変化させるので、光を受光する受光素子も変化させることができ、制御装置は、光を受けた受光素子に応じて光の入射角度を取得することができる。したがって、本発明の観察装置によれば、取得された入射角度を利用した観察対象物の３次元的な位置の把握が可能となる。なお、観察対象物は、例えば生体の細胞とすることができ、この場合、生体内の脳や臓器等の組織を構成する細胞であってもよいし、生体の外部で培養された細胞であってもよい。
【０００８】
（２）  前記制御装置は、前記光ファイバの長さ方向における複数の位置において前記レンズに入射された同一の観察対象物からの光の入射角度をそれぞれ取得し、前記レンズの複数の位置と、取得した複数の入射角度との関係に基づいて前記観察対象物の位置を取得することが好ましい。
このような構成によって、レンズに対する光の入射角度だけでなく、観察対象物の位置を取得することができる。
【０００９】
（３）  前記制御装置は、前記レンズの位置と前記観察対象物の位置との関係に基づいて前記レンズから観察対象物までの距離を取得することが好ましい。
このような構成によって、レンズに対する光の入射角度や観察対象物の位置だけでなく、レンズから観察対象物までの距離をも取得することができる。
【００１０】
（４）  前記制御装置は、前記レンズから観察対象物までの距離と、前記レンズに入射されかつ前記受光素子によって受光された光の強度との関係に基づいて、前記観察対象物から発せられた光の強度を取得することが好ましい。
このような構成によって、観察対象物の３次元的な位置に加え、観察対象物から発せられた光の強度をも把握することができる。
【００１１】
（５）  前記制御装置は、前記レンズから観察対象物までの距離と前記レンズに入射されかつ前記受光素子によって受光された光の強度との関係、及び、前記レンズに対する光の入射角度と前記レンズに入射されかつ前記受光素子によって受光された光の強度との関係に基づいて、前記観察対象物から発せられた光の強度を取得することもできる。
このような構成によって、観察対象物の３次元的な位置に加え、観察対象物から発せられる光の強度を、入射角度をも加味して正確に把握することができる。
【００１２】
（６）  前記観察装置は、前記受光素子によって受光される光の強度と、前記レンズから観察対象物までの距離との関係を示す情報を記憶する記憶部をさらに備えており、
前記制御装置は、前記受光素子によって受光された光の強度と、前記情報とに基づいて前記レンズから前記観察対象物までの距離を取得し、この距離と前記入射角度とに基づいて観察対象物の位置を取得することが好ましい。
観察対象物の光の強度が既知である場合、受光素子によって受光される光の強度とレンズから観察対象物までの距離との関係を予め取得することができるため、当該関係を示す情報を予め記憶部に記憶し、この情報を参酌することによってレンズから観察対象物までの距離を取得し、さらにこの距離と入射角度とに基づいて観察対象物の位置を取得することができる。
【００１３】
（７）  前記光ファイバが長さ方向に移動可能に挿入され、前記観察対象物からの光を透過可能な筒形状の保護管を備えていることが好ましい。
この構成によれば、例えば、生体外において観察対象物となる細胞を培養したゲル内や、生体内において観察対象物となる細胞を含む組織内に保護管を挿入し、保護管内で光ファイバを長さ方向に沿って移動させることで、生体やゲル、及びこれらに含まれる細胞への侵襲を防いだ状態で光ファイバの位置を変更することができる。
【００１４】
（８）  複数の前記光ファイバを並列に備えていることが好ましい。
このような構成によって、広範囲に分散する複数の観察対象物について、３次元位置に関する情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係る観察装置を示す概略図である。
【図２】観察装置の一部を示す断面図である。
【図３】レンズに入射する光の屈折を示す説明図である。
【図４】レンズに対する光の入射角度と観察対象物までの距離との関係を示す説明図である。
【図５】レンズに対する光の入射角度と受光素子における受光位置との関係を示すグラフである。
【図６】レンズと観察対象物との間の距離と、受光素子の受光強度との関係を示すグラフである。
【図７】第２の実施形態に係る観察装置の一部を示す断面図である。
【図８】レンズに対する光の入射角度と観察対象物までの距離との関係を示す説明図である。
【図９】第３の実施形態におけるレンズと観察対象物との間の距離と受光素子の受光強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、細胞状態の検出装置についてのより詳細な実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る観察装置を示す概略図である。
本実施形態の観察装置１０は、立体形状のゲルＧ内で３次元培養された細胞Ｓから発せられる光を受光することによって、細胞Ｓの画像と位置とを取得するものである。図１に示すゲルＧは、円柱形状に形成されており、内部に多数の細胞Ｓが分散した状態で培養されている。細胞Ｓは、例えば蛍光色素で標識され、励起されることにより蛍光を発する。
【００１７】
観察装置１０は、ビジョン回路１１と、光導入部１２と、制御装置１３と、表示装置１４と、昇降ステージ１５とを備えている。ビジョン回路１１は、縦横に碁盤目状に配列された多数の微小な受光素子（画素）２２を有するイメージセンサ２１と、イメージセンサ２１が取り込んだ信号が入力される画像処理回路２３等を備えている。イメージセンサ２１の受光素子２２には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等が用いられる。なお、観察対象物としての細胞Ｓの大きさ（直径）は、５μｍ〜１００μｍ程度であるのに対して、イメージセンサ２１の一つの画素の大きさは１μｍ〜５０μｍ程度のものを採用することができる。
【００１８】
画像処理回路２３は、イメージセンサ２１が取り込んだ信号の各種処理、例えば画像生成処理や解像度調整処理等を行う。画像処理回路２３には、信号を記憶する記憶部が含まれていてもよい。ビジョン回路１１には、例えば特許文献２に記載されたものを用いることができる。
【００１９】
図２は、観察装置１０の一部を示す断面図である。
図１及び図２に示すように、光導入部１２は、基台３１と、基台３１上に立設された光ファイバ３２と、光ファイバ３２の先端に設けられたレンズ３３とを備えている。
基台３１は、ＰＤＭＳ等を用いたシリコーンゴム等により円盤状に形成され、ビジョン回路１１のイメージセンサ２１上に配置されている。
【００２０】
光ファイバ３２は、その長さ方向を上下方向に向けた状態で直線状に配置され、その下端部が基台３１に固定されている。また、図１に示すように、光ファイバ３２は多数本設けられている。具体的には、多数本の光ファイバ３２は、互いに平行な関係でイメージセンサ２１の上方の範囲に縦横に並べて配列されている。また、光ファイバ３２の先端部は、ゲルＧ内に挿入されている。隣接する光ファイバ３２の間隔は、例えば２００μｍ程度とすることができる。
【００２１】
図２に示すように、光ファイバ３２は、中心部を構成するコア４１と、外周部を構成するクラッド４２とを有している。光ファイバ３２内に導入された光は、コア４１内を進行する。そして、光ファイバ３２の上端から取り入れられた光は、下方へ向けて進行し、イメージセンサ２１を構成する１又は複数の受光素子２２によって受光される。受光素子２２は、各光ファイバ３２におけるコア４１の下端面の範囲内に複数設けられている。
【００２２】
レンズ３３は、上面に凹部３３ａを有する凹レンズであり、光ファイバ３２の上端に固定されている。また、レンズ３３は、入射された光を屈折させて光ファイバ３２のコア４１内に導入させる。
【００２３】
レンズ３３は、次のような特性を有している。まず、レンズ３３は、図３に示すように、入射された光を、光ファイバ３２の長さ方向に沿った方向、すなわち上下方向に屈折させる。そのため、光ファイバ３２のコア４１内では、光が下方に向けて略垂直に進行し、クラッド４２との境界面ではほとんど屈折が生じないようになっている。なお、図３におけるＷ１は、細胞Ｓからの光をレンズ３３に入射させることができる範囲を示す。
【００２４】
また、レンズ３３は、光の入射角度θによってコア４１内を通る光線Ｂの位置を変化させる。具体的には、光の入射角度θが大きいほど、光線Ｂはコア４１の中心から離れた位置を通る。イメージセンサ２１の受光素子２２は、コア４１の下端面の範囲内で複数設けられているので、光線Ｂの位置に応じて光を受光する受光素子２２にも変化が生じる。したがって、光を受光した受光素子２２に応じてレンズ３３への入射角度θを求めることが可能となる。また、光を受光した受光素子２２からの信号によって細胞Ｓの画像を生成することも可能となる。
【００２５】
図５は、レンズ３３に対する光の入射角度とイメージセンサ２１の受光位置との関係を示すグラフである。このグラフの横軸は、受光位置であり、図３に示すように、コア４１の中心からの距離ｒに相当する。
このグラフから明らかなように、レンズ３３に対する入射角度が大きくなるほど、コア４１の中心から離れた位置でイメージセンサ２１に光が受光される。後述する制御装置１３の記憶部には、図５のグラフに相当する入射角度と受光位置の関係についての情報が記憶されている。
【００２６】
制御装置１３は、例えば、パーソナルコンピュータによって構成される。制御装置１３は、ＣＰＵ等の演算部、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びハードディスク等の記憶部、並びに入出力インタフェース等を備えている。制御装置１３は、ビジョン回路１１の画像処理回路２３との間の情報の送受信、ビジョン回路１１の動作制御、取得した情報の処理、及び情報の蓄積等の処理を行う。また、制御装置１３は、後述するように、細胞Ｓの位置に関する情報の取得、及び細胞Ｓが発する光強度を示す情報の取得等の処理を行う。制御装置１３におけるこれらの処理は、記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを演算部が実行することによって実現される。
【００２７】
表示装置１４は、ＣＲＴモニタや液晶モニタにより構成され、制御装置１３の入出力インタフェースに接続されている。表示装置１４には、ビジョン回路１１によって撮影された画像のほか、細胞Ｓの位置を示す情報や光強度を示す情報等が表示される。
【００２８】
昇降ステージ（昇降装置）１５は、ビジョン回路１１及び光導入部１２を上下方向に移動させる。光導入部１２が上下に移動することによってゲルＧに対する光ファイバ３２の挿入量を調整することができる。昇降ステージ１５は、制御装置１３によって動作制御される。また、制御装置１３には、光ファイバ３２（又はレンズ３３）の上下方向の位置情報が昇降ステージ１５から入力される。光ファイバ３２の上下方向の位置情報は、ある位置を原点とした座標とすることができる。原点は、例えば、光ファイバ３２の中心線上で、かつレンズ３３の先端がゲルＧ内に挿入し始める位置（つまりゲルＧの下端面の位置）に設定することができる。
【００２９】
［制御装置１３における処理の詳細］
制御装置１３は、細胞Ｓの位置に関する情報を取得する。具体的には、図４に示すように、原点Ｏを基準とする細胞Ｓの座標（Ｚｆ，Ｒｆ）を取得する。そして、細胞Ｓの座標（Ｚｆ，Ｒｆ）を取得するために、レンズ３３に対する光の入射角度（θａ，θｂ）を取得する。また、レンズ３３から細胞Ｓまでの距離（Ｄａ，Ｄｂ）をも取得する。なお、図４には、原点Ｏを基準とするＺ軸とＲ軸とを有する二次元座標を示しているが、実際には紙面貫通方向の軸をも含む三次元座標となる。本実施形態では、説明を容易にするため、三次元座標のうち、Ｚ軸とＲ軸とによって規定される二次元座標上の細胞Ｓの位置の取得について説明する。
【００３０】
図４は、光ファイバ３２を上下方向に移動させ、高位置と低位置との２位置に配置したときに、１つの細胞Ｓからの光が入射される状態を示している。光ファイバ３２が高位置にあるときのレンズの座標を（Ｚｈａ，０）とし、低位置にあるときのレンズ３３の座標を（Ｚｈｂ，０）とする。まず、制御装置１３は、光ファイバ３２が高位置にあるときのレンズ３３に対する光の入射角度θａと、低位置にあるときの入射角度θｂとを、受光素子２２による受光位置と図５に示す関係とに基づいて取得する。
【００３１】
また、高位置及び低位置における光ファイバ３２のＺ座標（高さ）Ｚｈａ，Ｚｈｂについての情報は、昇降ステージ１５から制御装置１３によって入力される。
次いで、制御装置１３は、上下２位置における入射角度θａ、θｂと、上下２位置の高さＺｈａ、Ｚｈｂとから、細胞Ｓの座標（Ｚｆ，Ｒｆ）を取得する。具体的には、細胞ＳのＺ座標Ｚｆは、次の式（１）及び式（２）により近似的に求めることができる。
Ｚｆ≒Ｚｈａ＋Ｒｆ×ｔａｎ（９０°−θａ）  ・・・  （１）
Ｚｆ≒Ｚｈｂ＋Ｒｆ×ｔａｎ（９０°−θｂ）  ・・・  （２）
【００３２】
Ｚｈａ、Ｚｈｂ、θａ、及びθｂは、いずれも既知であるので、上記（１）及び（２）の２つの方程式から、細胞Ｓの座標（Ｚｆ，Ｒｆ）を算出することができる。なお、上記式（１）及び式（２）は、レンズ３３に対して光が入射する位置のＺ座標をレンズ３３の凹部３３ａの最も深い位置と仮定し、Ｒ座標をゼロと仮定した式となっているが、当該入射位置の座標をより正確に設定すれば、細胞Ｓの座標（Ｚｆ，Ｒｆ）をより正確に求めることができる。
【００３３】
また、細胞Ｓからレンズ３３までの距離（光路長）Ｄａ，Ｄｂは、次の式（３）及び式（４）によって近似的に求めることができる。
Ｄａ≒｛（Ｚｆ−Ｚｈａ）２＋Ｒｆ２｝１／２  ・・・  （３）
Ｄｂ≒｛（Ｚｆ−Ｚｈｂ）２＋Ｒｆ２｝１／２  ・・・  （４）
【００３４】
以上の手順により、レンズ３３に対する光の入射角度θａ，θｂ、細胞Ｓの位置（Ｚｆ，Ｒｆ）、レンズ３３から細胞Ｓまでの距離Ｄａ，Ｄｂを取得することができる。また、細胞Ｓの三次元的な位置は、図４の紙面貫通方向の軸とＺ軸とについて、上記と同様の手順を行うことによって求めることができる。
また、観察装置１０は、光導入部１２として多数の光ファイバ３２及びレンズ３３を備えているので、ゲルＧ内の細胞Ｓ全体の３次元位置を把握することが可能となる。
【００３５】
また、制御装置１３は、細胞Ｓから発せられた光の強度をも取得する。そのため、制御装置１３は、ゲルＧ内に存在する細胞Ｓを用いて、図６に示すような、レンズ３３から細胞Ｓまでの距離と光強度（％）（光強度割合）との関係を取得する。具体的に、制御装置１３は、光ファイバ３２の真上に位置する細胞Ｓを対象とし、上下方向の複数の位置（２箇所以上）におけるレンズ３３から細胞Ｓまでの距離Ｄ１〜Ｄ４と、各位置のレンズ３３から入射し受光素子２２で受光された光の強度Ｉ１〜Ｉ４とをそれぞれ取得する。そして、制御装置１３は、距離Ｄ１〜Ｄ４と光の強度Ｉ１〜Ｉ４との関係から回帰分析等によって曲線Ｃをフィッティングする。制御装置１３は、曲線Ｃにより距離が０となるときの光の強度Ｉｘを１００％とする光強度（％）（光強度割合）のグラフを生成する。
【００３６】
制御装置１３は、上記のような式（３）及び式（４）を用いてレンズ３３から細胞Ｓまでの距離（光路長）Ｄを求めたのち、その距離Ｄに対応する光強度割合ＩＤ（％）を曲線Ｃのグラフ（図６参照）に基づいて求める。この光強度割合ＩＤ（％）の値は、レンズ３３と細胞Ｓとの間の距離が０のときに１００％となり、距離が大きくなるに従って小さくなる。つまり、光強度割合ＩＤ（％）は、距離Ｄに依存して変化する値である。
【００３７】
また、細胞Ｓからの光がレンズ３３に入射すると、光の一部がレンズ３３に吸収され、受光素子２２で受光される光の強度にも変化が生じる。この光強度は、レンズ３３の内部における光路長に依存して変化し、この光路長は、レンズ３３に対する入射角度により変化する。したがって、制御装置１３は、次の式（５）により、レンズ３３を透過することによる光強度の変化を考慮した光強度割合Ｉθ（％）を求める。
【００３８】
Ｉθ＝{１−Ａ（１−ｃｏｓα）｝×１００  ・・・  （５）
ただし、α＝ｔａｎ−１｛ｓｉｎθ／（ｎ−ｃｏｓθ）｝
Ａは、レンズ３３の吸光係数、ｎは、レンズ３３の屈折率である。
【００３９】
この光強度割合Ｉθ（％）の値は、入射角度θが０°のときに１００％となり、入射角度θが大きくなるに従って小さくなる。つまり、光強度割合Ｉθ（％）は、入射角度θに依存して変化する値となる。
【００４０】
そして、制御装置１３は、距離Ｄに依存する光強度割合ＩＤ（％）と入射角度θに依存する光強度割合Ｉθ（％）とから、受光素子２２によって受光された光の光強度割合Ｉｒａｔｉｏ（％）を以下の式（５）により求める。
Ｉｒａｔｉｏ（％）＝ＩＤ（％）×Ｉθ（％）／１００  ・・・  （６）
【００４１】
さらに、制御装置１３は、細胞Ｓから発せられる光の強度Ｉｒｅａｌを、次の式（７）により求める。
Ｉｒｅａｌ＝Ｉｄｅｔｅｃｔ／Ｉｒａｔｉｏ（％）×１００  ・・・  （７）
ただし、Ｉｄｅｔｅｃｔは、受光素子２２によって受光された光の強度である。
【００４２】
以上により、レンズ３３から細胞Ｓまでの距離Ｄと光の入射角度θとの双方を加味したうえで、細胞Ｓから発せられる光の強度を求めることができる。
なお、上記において、入射角度θに依存する光の強度の変化は、距離Ｄに依存する光強度の変化と比べて小さいため、上記式（７）を、Ｉｒａｔｉｏ（％）＝ＩＤ（％）とし、距離Ｄに依存する光強度の変化のみを考慮して細胞Ｓから発せられる光の強度を求めることもできる。
【００４３】
上記構成の観察装置１０において、光導入部１２は、ビジョン回路１１上に載置されているだけであるので、光導入部１２のみを交換することで、他の細胞Ｓの観察のためにビジョン回路１１を流用することができる。
【００４４】
上記実施形態の観察装置１０は、３次元培養のゲルＧではなく、生体の組織、例えば脳等に光導入部１２の光ファイバ３２及びレンズ３３を直接挿入することによって、組織を構成する細胞Ｓの３次元的な位置に関する情報や光の強度に関する情報を取得することが可能となる。
【００４５】
［第２の実施形態］
図７は、第２の実施形態に係る観察装置の一部を示す断面図である。
第２の実施形態の観察装置１０は、光導入部１２の光ファイバ３２が挿入される保護管５０を備えたものとなっている。この保護管５０は、細胞Ｓからの光を透過可能な材質、例えば、透明なガラスや合成樹脂材により形成されている。また、保護管５０は、ゲルＧの内部に挿入された状態で定置されている。
【００４６】
本実施形態においては、光ファイバ３２の外側に保護管５０が存在し、入射角の小さい光は保護管５０によって反射されてしまうため、細胞Ｓからの光をレンズ３３に入射することができる範囲が所定の範囲Ｗ２（図７参照）に制限される。したがって、１つの光ファイバ３２内に多数の細胞Ｓの光が入射するのを防止し、細胞Ｓの３次元的な位置の把握を容易にすることができる。
【００４７】
本実施形態においても、図８に示すように、第１の実施形態と同様の手順により、入射角度θａ，θｂ、細胞Ｓの位置（座標（Ｚｆ，Ｒｆ））、距離Ｄａ，Ｄｂ、光強度Ｉｒｅａｌ等を取得することができる。細胞Ｓの位置（座標（Ｚｆ，Ｒｆ））や距離Ｄａ，Ｄｂは、保護管５０を透過する光の屈折を加味したうえで求められる。ただし、図６に相当するグラフ（曲線Ｃ）を求める際に、光ファイバ３２の真上に存在する細胞Ｓからの光を入射させることができないので、所定の範囲Ｗ２にある細胞Ｓからの光を入射させ、保護管５０による反射率やゲルＧの拡散係数等を考慮することによってグラフを生成することができる。
【００４８】
また、本実施形態においては、保護管５０内に光ファイバ３２が挿入されているので、光ファイバ３２を上下方向に移動させたときの細胞ＳやゲルＧ（組織）に対する侵襲を低減することができる。
また、光導入部１２を構成する光ファイバ３２及びレンズ３３は、ゲルＧに直接接触しないので、他の細胞Ｓの観察のために光導入部１２を流用することができる。
【００４９】
［第３の実施形態］
上記第１の実施形態では、光ファイバ３２及びレンズ３３を上下方向に移動させることによって、細胞Ｓの位置やレンズ３３から細胞Ｓまでの距離Ｄａ，Ｄｂ等を取得していたが、第３の実施形態においては、光ファイバ３２及びレンズ３３を上下方向に移動させることなく、当該距離Ｄを取得する。ただし、本実施形態においては、細胞Ｓから発せられる光の強度が既知であるものとする。
【００５０】
細胞Ｓから発せられる光が既知である場合、図９に示すようにレンズ３３から細胞Ｓまでの距離（垂直距離）と受光素子２２によって受光される光の強度（％）（光強度割合）との関係を取得することができる。本実施形態では、そのような関係についての情報を予め制御装置１３の記憶部に記憶しておく。
【００５１】
そして、制御装置１３は、ゲルＧ内の細胞Ｓから発せられ、受光素子２２によって受光された光の強度を、既知の細胞Ｓの光強度との関係から光強度割合に変換し、図９に示す関係を参酌することによって、レンズ３３から細胞Ｓまでの距離を取得する。そして、距離と入射角度とから細胞の三次元位置を求めることができる。なお、取得された距離は、入射角度による光強度の変化を反映させるために、式（５）の関係を用いて補正してもよい。
【００５２】
以上のような構成によって、第１の実施形態のように、光ファイバ３２を上下方向に移動させなくてもレンズ３３から細胞Ｓまでの距離を求めることが可能となり、制御装置１３による処理を簡素化することが可能となる。
なお、第３の実施形態において、入射角度における光の強度の変化は距離による光強度の変化と比べて小さいため、式（５）の関係を用いた補正を行わずに、図９の関係のみによってレンズ３３から細胞Ｓまでの距離を取得してもよい。
【００５３】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において変更することができる。
例えば、本発明における観察装置は、光ファイバを１本のみ備えたものであってもよい。また、多数本の光ファイバを一直線上に配列させたものであってもよい。また、多数本の光ファイバをランダムに配列させたものであってもよい。
【００５４】
昇降ステージは、自動でビジョン回路及び光導入部を自動で昇降させるものに限らず、手動で昇降させるものであってもよい。
本発明における観察対象物は、光を発する微小体であれば細胞以外のものを採用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０      ：観察装置
１３      ：制御装置
２１      ：イメージセンサ
２２      ：受光素子
３２      ：光ファイバ
３３      ：レンズ
４１      ：コア
Ｓ        ：細胞（観察対象物）
Ｄａ，Ｄｂ：距離
θａ，θｂ：入射角度
【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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