(57)【要約】【課題】  本発明は、正立顕微鏡と倒立顕微鏡とを備えた顕微鏡装置に関し、試料の水平方向の同一位置を上方および下方から容易，確実に観察することを目的とする。【解決手段】  試料の上方から前記試料の観察像を取得する正立顕微鏡と、前記試料の下方から前記試料の観察像を取得する倒立顕微鏡と、前記正立顕微鏡および前記倒立顕微鏡において観察する前記試料を載置する共通のステージと、前記正立顕微鏡または前記倒立顕微鏡で観察した前記試料の水平方向の観察位置が、前記倒立顕微鏡または前記正立顕微鏡の水平方向の観察位置になるように前記ステージを移動する移動手段とを有することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の上方から前記試料の観察像を取得する正立顕微鏡と、
前記試料の下方から前記試料の観察像を取得する倒立顕微鏡と、
前記正立顕微鏡および前記倒立顕微鏡において観察する前記試料を載置する共通のステージと、
前記正立顕微鏡または前記倒立顕微鏡で観察した前記試料の水平方向の観察位置が、前記倒立顕微鏡または前記正立顕微鏡の水平方向の観察位置になるように前記ステージを移動する移動手段と、
を有することを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
請求項１記載の顕微鏡装置において、
前記正立顕微鏡および前記倒立顕微鏡で観察した前記試料の前記水平方向および上下方向の観察位置情報を取得する位置取得手段と、
前記正立顕微鏡および前記倒立顕微鏡同士が前記位置取得手段で取得された観察位置情報をやり取りして、前記試料の水平および上下方向の観察位置を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項３】
請求項２記載の顕微鏡装置において、
前記位置取得手段で取得した前記試料の上下方向の観察位置を表示する表示手段を有することを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の顕微鏡装置において、
前記正立顕微鏡で取得される前記観察像を撮像する第１の撮像手段と、
前記倒立顕微鏡で取得される前記観察像を撮像する第２の撮像手段と、
前記第１の撮像手段で撮像された前記観察像と前記第２の撮像手段で撮像された前記観察像とを並べて表示する表示手段と、
を有することを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項５】
請求項４記載の顕微鏡装置において、
前記表示手段は、前記第２の撮像手段で撮像された前記観察像を、前記第１の撮像手段で撮像された前記観察像と同一の方向から見た時の画像に変換して表示することを特徴とする顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正立顕微鏡と倒立顕微鏡とを備えた顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料の上方から観察像を取得する正立顕微鏡と、試料の下方から観察像を取得する倒立顕微鏡とを備えた顕微鏡装置が知られている。
【特許文献１】特開２００６−０１７８１４号公報
【特許文献２】特開２００５−３０１０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１および２の正立・倒立一体型顕微鏡では、透過照明系が対物レンズを使用することになるために、位相差観察や暗視野観察などが困難な問題がある。
【０００４】
また、正立顕微鏡と倒立顕微鏡を単に並べて配置したものでは、例えば、正立顕微鏡により試料を上方から観察した後、倒立顕微鏡により試料の水平方向の同一位置を下方から観察しようとすると、各顕微鏡が独立してあるために試料の位置決めに多大な時間が必要になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、試料の水平方向の同一位置を上方および下方から容易，確実に観察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】
【０００６】
第１の発明の顕微鏡装置は、試料の上方から前記試料の観察像を取得する正立顕微鏡と、前記試料の下方から前記試料の観察像を取得する倒立顕微鏡と、前記正立顕微鏡および前記倒立顕微鏡において観察する前記試料を載置する共通のステージと、前記正立顕微鏡または前記倒立顕微鏡で観察した前記試料の水平方向の観察位置が、前記倒立顕微鏡または前記正立顕微鏡の水平方向の観察位置になるように前記ステージを移動する移動手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明の顕微鏡装置は、第１の発明の顕微鏡装置において、前記正立顕微鏡および前記倒立顕微鏡で観察した前記試料の前記水平方向および上下方向の観察位置情報を取得する位置取得手段と、前記正立顕微鏡および前記倒立顕微鏡同士が前記位置取得手段で取得された観察位置情報をやり取りして、前記試料の水平および上下方向の観察位置を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
第３の発明の顕微鏡装置は、第２の発明の顕微鏡装置において、前記位置取得手段で取得した前記試料の上下方向の観察位置を表示する表示手段を有することを特徴とする。
【０００９】
第４の発明の顕微鏡装置は、第１ないし第３のいずれか１の発明の顕微鏡装置において、前記正立顕微鏡で取得される前記観察像を撮像する第１の撮像手段と、前記倒立顕微鏡で取得される前記観察像を撮像する第２の撮像手段と、前記第１の撮像手段で撮像された前記観察像と前記第２の撮像手段で撮像された前記観察像とを並べて表示する表示手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明の顕微鏡装置は、第４の発明の顕微鏡装置において、前記表示手段は、前記第２の撮像手段で撮像された前記観察像を、前記第１の撮像手段で撮像された前記観察像と同一の方向から見た時の画像に変換して表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、試料の水平方向の同一位置を上方および下方から容易，確実に観察することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の顕微鏡装置の一実施形態を示している。
【００１４】
この顕微鏡装置は、正立顕微鏡１１、ステージ部１３、正立顕微鏡１１用の照明部１５、倒立顕微鏡１７、倒立顕微鏡１７用の照明部１９、制御装置２１、表示装置２３を有している。正立顕微鏡１１および倒立顕微鏡１７は、位相差観察、暗視野観察、ＤＩＣ観察、蛍光観察が可能であり、ここでは位相差観察可能な光学素子を開示している。他の観察用の光学素子、例えば、暗視野用リング絞り、ＤＩＣプリズム、ダイクロイックミラーなどは説明を簡単にするために省略した。
【００１５】
正立顕微鏡１１は、ステージ部１３の上方に配置されている。正立顕微鏡１１は、観察光学系２５、カメラ部２７を有している。観察光学系２５は、対物レンズ２９、中間レンズ３１、結像レンズ３３、反射ミラー３５を有している。カメラ部２７は、例えば、ＣＣＤカメラからなり、観察光学系２５からの観察像を撮像する。なお、図１では、観察光学系２５の対物レンズ２９は、１つのみ表示されているが、実際には、倍率の異なる複数の対物レンズ２９が図示しないレボルバに配置されている。
【００１６】
対物レンズ２９は、複数の対物レンズが交換可能なレボルバ機構を有し、上下移動部３７により上下方向に移動可能とされている。位相差観察時には、位相板を内蔵した対物レンズに切換る。上下移動部３７を手動操作することにより対物レンズ２９の焦点合わせが行われる。上下移動部３７は、対物レンズ２９の上下方向の位置を測定する図示しないエンコーダを有している。上下移動部３７で測定された対物レンズ２９の位置は、制御装置２１に出力される。
【００１７】
正立顕微鏡１１用の照明部１５は、ステージ部１３の下方に配置されている。この照明部１５は、光源３９、反射ミラー４１、集光レンズ４３、投光レンズ４５を有している。光源３９からの光は、反射ミラー４１、集光レンズ４３、位相差観察用リング絞り４４(光軸に出し入れ可能な機構含む)、投光レンズ４５を介してステージ部１３に載置される試料Ｓを照射する。
【００１８】
倒立顕微鏡１７は、ステージ部１３の下方に配置されている。倒立顕微鏡１７は、観察光学系４７、カメラ部４９を有している。観察光学系４７は、対物レンズ５１、中間レンズ５３、結像レンズ５５、反射ミラー５７を有している。カメラ部４９は、例えば、ＣＣＤカメラからなり、観察光学系４７からの観察像を撮像する。なお、図１では、観察光学系４７の対物レンズ５１は、１つのみ表示されているが、実際には、倍率の異なる複数の対物レンズ５１が図示しないレボルバに配置されている。
【００１９】
対物レンズ５１は、複数の対物レンズが交換可能なレボルバ機構を有し、上下移動部５９により上下方向に移動可能とされている。位相差観察時には、位相板を内蔵した対物レンズに切換る。上下移動部５９を操作することにより対物レンズ５１の焦点合わせが行われる。上下移動部５９は、対物レンズ５１の上下方向の位置を測定する図示しないエンコーダを有している。上下移動部５９で測定された対物レンズ５１の位置は、制御装置２１に出力される。
【００２０】
倒立顕微鏡１７用の照明部１９は、ステージ部１３の上方に配置されている。この照明部１９は、光源６１、絞り６３、集光レンズ６５、反射ミラー６７、投光レンズ６９を有している。光源６１からの光は、絞り６３、集光レンズ６５、位相差観察用リング絞り６６(光軸に出し入れ可能な機構含む)、反射ミラー６７、投光レンズ６９を介してステージ部１３に載置される試料Ｓを照射する。
【００２１】
ステージ部１３は、観察ステージ７１を有している。観察ステージ７１には、細胞等の試料Ｓが収納されたディッシュ等の容器７３が載置される。観察ステージ７１は、周知のＸ−Ｙステージ７３を介してステージベース７５上に載置されている。なお、図１の左右方向をＸ方向、紙面に垂直な方向をＹ方向、上下方向をＺ方向とする。
【００２２】
図２は、ステージ部１３を上方から見た図である。ステージベース７５上には、Ｘ−Ｙステージ７３のＹステージ７７が配置され、Ｙステージ７７上にＸステージ７９が配置されている。Ｘステージ７９およびＹステージ７７は、ステージ移動部８１によりＸ方向およびＹ方向に移動可能とされている。ステージ移動部８１を操作することによりＸステージ７９およびＹステージ７７の移動が行われる。Ｘステージ７９およびＹステージ７７は、手動動作およびモータを用いた自動動作により移動可能とされている。ステージ移動部８１は、Ｘステージ７９およびＹステージ７７の位置を測定する図示しないエンコーダを有している。ステージ移動部８１で測定されたＸステージ７９およびＹステージ７７の位置情報は、制御装置２１に出力される。
【００２３】
正立顕微鏡１１の対物レンズ２９の光軸と倒立顕微鏡１７の対物レンズ５１の光軸とは、水平方向の異なる位置に位置している。正立顕微鏡１１の対物レンズ２９の光軸は、ステージベース７５の(Ｘ１，Ｙ１)の位置に位置しており、倒立顕微鏡１７の対物レンズ５１の光軸は、ステージベース７５の(Ｘ２，Ｙ２)の位置に位置している。
【００２４】
制御装置２１は、正立顕微鏡１１による観察時には(Ｘ１，Ｙ１)を原点として、また、倒立顕微鏡１７による観察時には(Ｘ２，Ｙ２)を原点として、ステージ部１３のステージ移動部８１からＸステージ７９およびＹステージ７７の位置を入力し、Ｘ−Ｙステージ７３の駆動制御を行う。また、正立顕微鏡１１および倒立顕微鏡１７の上下移動部３７，５９から対物レンズ２９，５１の位置を入力し、表示装置２３に出力する。
【００２５】
表示装置２３は、制御部８３、記憶部８５、表示部８７を有している。制御部８３は、正立顕微鏡１１および倒立顕微鏡１７のカメラ部２７，４９で撮像された画像を入力する。また、制御部８３は、制御装置２１を介して、正立顕微鏡１１および倒立顕微鏡１７の上下移動部３７，５９から対物レンズ２９，５１の位置を入力する。記憶部８５は、カメラ部２７，４９で撮像された画像等を記憶する。表示部８７は、カメラ部２７，４９で撮像された画像および各種情報を表示する。表示部８７には、例えば、液晶ディスプレイが使用されている。表示部８７には、正立顕微鏡１１および倒立顕微鏡１７で観察される試料Ｓの画像が、カメラ部２７，４９を介してスルー画像として表示される。
【００２６】
上述した顕微鏡装置では、試料Ｓの観察が、例えば、図３に示すような順序で行われる。  ステップＳ１：ステージ部１３の観察ステージ７１に容器７３に収容された試料Ｓを載置する。
【００２７】
ステップＳ２：観察ステージ７１を倒立顕微鏡１７の上方に移動する。移動は、ステージ移動部８１を操作し、Ｘ−Ｙステージ７３を移動することにより行われる。
【００２８】
ステップＳ３：倒立顕微鏡１７による低倍率観察を行う。低倍率観察は、例えば、図４に示すように、容器７３内で培養された試料Ｓのうち最適な試料Ｓを選択するために行われる。低倍率観察は、ステージ移動部８１によりＸ−Ｙステージ７３を微動して試料Ｓを観察することにより行われる。また、対物レンズ５１をＺ方向に移動して最適な位置に焦点を合わせることにより行われる。低倍率観察は、表示部８７に表示されるカメラ部４９からのスルー画像を見ながら行われる。最適な試料Ｓが観察された位置でＸ−Ｙステージ７３が停止される。低倍率観察は、例えば、２倍の倍率で行われ、図４のＫ１の部分が選択される。
【００２９】
ステップＳ４：倒立顕微鏡１７による高倍率観察を行う。高倍率観察は、レボルバ(不図示)を回転して対物レンズ５１を交換することにより、例えば、２０倍の倍率で行われる。高倍率観察は、ステージ移動部８１によりＸ−Ｙステージ７３を微動して試料Ｓを観察することにより行われる。また、対物レンズ５１をＺ方向に移動して最適な位置に焦点を合わせることにより行われる。高倍率観察は、表示部８７に表示されるカメラ部４９からのスルー画像を見ながら行われ、例えば、図４のＫ２の部分が選択される。
【００３０】
ステップＳ５：倒立顕微鏡１７による観察画像を取得する。倒立顕微鏡１７のカメラ部４９に連動するレリーズ釦(不図示)を押圧することにより観察画像が取得される。取得された観察画像は、表示装置２３の記憶部８５に記憶される。Ｘ−Ｙステージ７３は、この位置で停止される。
【００３１】
ステップＳ６：倒立顕微鏡１７による観察画像を取得した位置を表示装置２３の記憶部８５に記憶する。観察画像を取得した位置とは、カメラ部４９による撮像を行った時のＸ−Ｙステージ７３の水平方向の観察位置(Ｘ，Ｙ)と、対物レンズ５１の焦点位置Ｚである。これ等の位置は、Ｘ−Ｙステージ７３に設けられたエンコーダのパルス信号および対物レンズ５１に設けられたエンコーダのパルス信号に基づき、制御装置２１で演算され取得できる。
【００３２】
ステップＳ７：観察ステージ７１を正立顕微鏡１１の所定位置に移動する。ここで所定位置とは、倒立顕微鏡１７で観察した試料Ｓの水平方向の観察位置が、正立顕微鏡１１の水平方向の観察位置になる位置である。ステップＳ６により、倒立顕微鏡１７のカメラ部４９による撮像を行った時のＸ−Ｙステージ７３の位置(Ｘ，Ｙ)がわかる。一方、正立顕微鏡１１の対物レンズ２９の光軸は、図２に示したように、ステージベース７５の(Ｘ１，Ｙ１)の位置に位置している。従って、ステップＳ７でＸ−Ｙステージ７３を(Ｘ１，Ｙ１)に停止した位置から、Ｘステージ７９をＸ−Ｘ２の距離、Ｙステージ７７をＹ−Ｙ２の距離だけ移動することにより、観察ステージ７１を正立顕微鏡１１の所定位置に移動することができる。制御装置２１は、Ｘ−Ｙステージ７３を移動すべき移動距離を演算し、ステージ移動部８１に出力する。制御装置２１は、ステージ移動部８１を制御し、Ｘ−Ｙステージ７３を演算された移動距離だけ移動する。
【００３３】
ステップＳ８：正立顕微鏡１１による高倍率観察を行う。この高倍率観察は、Ｘ−Ｙステージ７３を移動することなく、正立顕微鏡１１の対物レンズ２９を光軸方向に移動することにより行われる。これにより倒立顕微鏡１７で観察した試料Ｓの観察位置から距離ΔＺだけ離れた位置が観察される。
【００３４】
ステップＳ９：正立顕微鏡１１による観察画像を取得する。正立顕微鏡１１のカメラ部２７に連動するレリーズ釦(不図示)を押圧することにより観察画像が取得される。取得された観察画像は、表示装置２３の記憶部８５に記憶される。
【００３５】
ステップＳ１０：正立顕微鏡１１による観察画像を取得した位置を表示装置２３の記憶部８５に記憶する。観察画像を取得した位置とは、対物レンズ２９の焦点位置Ｚである。この位置は、ステップＳ６で述べたと同様に制御装置２１からの入力により知ることができる。
【００３６】
ステップＳ１１：倒立顕微鏡１７により取得した観察画像を、正立顕微鏡１１により取得した観察画像と同一の方向から見た時の画像に変換する。例えば、上から見た場合に図５の(ａ)に示すような形状の試料Ｓを、正立顕微鏡１１により上方から撮像した場合には、図５の(ｂ)に示すような画像になる。一方、倒立顕微鏡１７により下方から撮像した場合には、図５の(ｃ)に示すように上下が逆の画像になる。従って、正立顕微鏡１１で撮像した画像と倒立顕微鏡１７で撮像した画像を並べて表示すると、上下が逆になり対応関係がつかないものになる。そこで、倒立顕微鏡１７により取得した観察画像を、上下反転し、図５の(ｄ)に示すような画像に変換することにより見やすいものになる。
【００３７】
ステップＳ１２：正立顕微鏡１１により取得した観察画像と、倒立顕微鏡１７により取得され変換された観察画像とを並列に並べて表示部８７に表示する。また、同時に、正立顕微鏡１１により取得した観察画像のＺ方向位置と、倒立顕微鏡１７により取得した観察画像のＺ方向位置とを表示部８７に表示する。
【００３８】
図６は、これ等が表示された表示部８７の画面を示している。「正立顕微鏡の観察画像」という文字の下には、正立顕微鏡１１により取得した観察画像Ｇ１が表示されている。「倒立顕微鏡の観察画像」という文字の下には、倒立顕微鏡１７により取得し、上下反転した観察画像Ｇ２が表示されている。「上下方向位置」という文字の下には、正立顕微鏡１１により取得した観察画像Ｇ１の上下方向の位置Ｚ１が記載されている。また、倒立顕微鏡１７により取得した観察画像Ｇ２の上下方向の位置Ｚ２が記載されている。
【００３９】
正立顕微鏡１１により取得した観察画像の上下方向の位置Ｚ１は、ステップＳ１０において、表示装置２３の記憶部８５に記憶された正立顕微鏡１１の対物レンズ２９の焦点位置である。倒立顕微鏡１７により取得した観察画像の上下方向の位置Ｚ２は、ステップＳ６において、表示装置２３の記憶部８５に記憶された倒立顕微鏡１７の対物レンズ５１の焦点位置である。
【００４０】
図６において、四角形状の図形Ｆの上辺ｆ１は、正立顕微鏡１１の対物レンズ２９の基準焦点位置であり、下辺ｆ２は、倒立顕微鏡１７の対物レンズ５１の基準焦点位置である。基準焦点位置ｆ１，ｆ２は、レボルバの回転により対物レンズ２９，５１を交換した時にも変わることはない(同焦点データにより自動調整がなされる)。正立顕微鏡１１と倒立顕微鏡１７とは、基準焦点位置ｆ１，ｆ２の間隔が、距離ΔＺ０になる位置に精密に固定され、常に一定の値に維持されている。
【００４１】
一方、正立顕微鏡１１により取得した観察画像の上下方向の位置Ｚ１は、正立顕微鏡１１の対物レンズ２９の基準焦点位置ｆ１からの移動距離である。また、倒立顕微鏡１７により取得した観察画像の上下方向の位置Ｚ２は、倒立顕微鏡１７の対物レンズ５１の基準焦点位置ｆ２からの移動距離である。従って、位置Ｚ１と位置Ｚ２の間隔ΔＺが、正立顕微鏡１１により取得した観察画像Ｇ１と倒立顕微鏡１７により取得した観察画像Ｇ２の試料Ｓの上下方向における間隔となる。このような表示を行うことにより、正立顕微鏡１１により取得した観察画像Ｇ１と倒立顕微鏡１７により取得した観察画像Ｇ２の試料Ｓの上下方向における位置を概略的に知ることができる。
【００４２】
なお、図６において、同一の倍率にも係わらず正立顕微鏡１１により取得した観察画像Ｇ１の大きさが、倒立顕微鏡１７により取得した観察画像Ｇ２より小さくなっているのは、図７に示すように、上部が徐々に小さくなっている試料Ｓを観察したためである。
【００４３】
ステップＳ１３：ステップＳ１２で表示された画面を記憶部８５に記憶する。これにより一連の作業が終了する。
【００４４】
上述した顕微鏡装置では、倒立顕微鏡１７で観察した試料Ｓの水平方向の観察位置が、正立顕微鏡１１の水平方向の観察位置になるように試料Ｓを移動するようにしたので、試料Ｓの水平方向の同一位置を上方および下方から容易，確実に観察することができる。
【００４５】
すなわち、近年、細胞培養においては、細胞を平面的に培養する単層培養の替わりに、細胞を三次元的に培養するスフェロイド培養が行われるようになってきている。しかしながら、スフェロイド培養は、通常の培養状態と異なり、細胞が三次元的に固まっているため、観察が容易でない。そこで、スフェロイド培養された細胞群の試料Ｓを正立顕微鏡１１および倒立顕微鏡１７により上下方向から観察することにより、細胞群の上面および下面の両方を観察することが可能になり、細胞群の全体像をより確実に把握することが可能になる。そして、この実施形態では、正立顕微鏡１１により取得した観察画像Ｇ１と倒立顕微鏡１７により取得した観察画像Ｇ２の試料Ｓの上下方向における位置Ｚ１，Ｚ２を表示するようにしたので、細胞群の全体像をより確実に把握することが可能になる。
【００４６】
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。
【００４７】
(１)上述した実施形態において、例えば、正立顕微鏡１１または倒立顕微鏡１７にコンフォーカルヘッドを装着して試料Ｓの上下方向の形状を取得し、この画像を表示装置に表示するようにしても良い。
【００４８】
(２)上述した実施形態では、正立顕微鏡１１と倒立顕微鏡１７の倍率を同じにした例について説明したが、異なる倍率にしても良い。
【００４９】
(３)上述した実施形態では、試料Ｓの移動をＸ，Ｙステージ７７により行った例について説明したが、例えば、ロボットハンド等を用いて移動するようにしても良い。そして、この場合には、試料Ｓ用の容器７３等に基準点を設け、基準点を用いて位置決めを行うのが望ましい。
【００５０】
(４)上述した実施形態では、正立顕微鏡１１と倒立顕微鏡１７とは透過照明系を有する形態を説明したが、それぞれの顕微鏡に落射照明系を装着できる構成にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の顕微鏡装置の一実施形態を示す説明図である。
【図２】図１のステージ部を上方から見た説明図である。
【図３】図１の顕微鏡装置による試料の観察順序を示す説明図である。
【図４】容器内の試料を示す説明図である。
【図５】観察画像を上下反転する理由を示す説明図である。
【図６】図１の表示部に表示される画面を示す説明図である。
【図７】試料を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１…正立顕微鏡、１３…ステージ部、１５，１９…照明部、１７…倒立顕微鏡、２１…制御装置、２３…表示装置、２７，４９…カメラ部、２９，５１…対物レンズ、７３…Ｘ−Ｙステージ、８７…表示部、Ｓ…試料。
【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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