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JP6172926B2 - 保護装置および顕微鏡システム - Google Patents

保護装置および顕微鏡システム Download PDF

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Description

本発明は、保護装置および顕微鏡システムに関するものである。
従来、レーザ光を発する光源と、ステージを覆いレーザ光が飛散するのを防止するカバーを有する保護装置とを備える全反射顕微鏡が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の全反射顕微鏡は、保護装置のカバーが開閉可能な蓋を備えており、標本を交換等するためにこの蓋を開くとインターロックスイッチに連動したシャッタ等が作動して、標本へのレーザ光の導入が遮断されるようになっている。
特開2006−11045号公報
しかしながら、特許文献1に記載の全反射顕微鏡は、上記の保護装置のカバーの蓋を開くとレーザ光が遮断されるため、全反射照明観察中は保護装置のカバーの蓋を開いて標本にアクセスすることができない。そのため、特許文献1に記載の全反射顕微鏡では、保護装置のカバーによりステージが覆われた全反射照明観察中は、標本へのアクセスを要する薬剤刺激等の操作に対応することができないという不都合がある。
本発明は、レーザ光の飛散を防止しつつ、全反射照明観察中に薬剤刺激等の操作を行うことができる保護装置およびこれを備える顕微鏡システムを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、ステージ上の標本に対して該ステージを挟んで対向して配置される対物レンズの入射瞳位置の軸外においてレーザ光を集光させ、前記対物レンズを介して前記標本にエバネッセント光を入射させる全反射照明光学系と、該全反射照明光学系による前記対物レンズへのレーザ光の入射を遮断可能な遮断手段とを備える全反射照明顕微鏡に装着され、前記全反射照明光学系により集光された前記レーザ光が前記標本を透過して飛散するのを阻止する保護装置であって、前記ステージ上に前記標本を覆うように配置される開閉可能なカバー部材と、該カバー部材の開閉を検出し、該カバー部材の開状態を検出した場合に、前記遮断手段に前記レーザ光を遮断させる駆動信号を出力する開閉センサとを備え、前記カバー部材が、閉状態にて、前記全反射照明光学系により集光されて前記標本を透過した前記レーザ光の光路の軌跡上から外れた位置に開口する開口部を有する保護装置を提供する。
本発明によれば、全反射照明顕微鏡に装着することにより、全反射照明顕微鏡の全反射照明光学系によって集光されたレーザ光が標本を透過して飛散するのをカバー部材により阻止することができる。そして、開閉センサによりカバー部材の閉状態が検出されると、全反射顕微鏡の全反射照明光学系を介した対物レンズへのレーザ光の入射が許可される。したがって、反射照明光学系によって対物レンズの入射瞳位置の軸外においてレーザ光が集光されることにより、標本において全反射が発生してエバネッセント光が入射されることで、全反射照明観察を行うことができる。一方、開閉センサによりカバー部材の開状態が検出されると、全反射顕微鏡の全反射照明光学系を介した対物レンズへのレーザ光の入射が遮断手段により遮断される。したがって、全反射照明観察中にカバー部材を外してもレーザ光が外部に飛散するのを防ぐことができる。
この場合において、カバー部材が、閉状態で、全反射照明光学系により集光されて標本を透過したレーザ光の光路の軌跡上から外れた位置に開口する開口部を有することで、全反射照明観察中に、すなわち、カバー部材を閉じたままで、カバー部材の外側から開口部を介して標本にアクセスすることができる。
また、全反射照明観察準備段階において全反射照明状態になるまでは対物レンズから標本に導入されたレーザ光の大部分が標本を透過してしまうが、そのレーザ光の軌跡上にはカバー部材の開口部が配置されていないので、カバー部材の外側にレーザ光が射出されてしまうのを防止することができる。
したがって、レーザ光の飛散を防止しつつ、全反射照明観察中にピペット等を標本に近接させて薬剤刺激等の操作を行うことができる。
上記発明においては、前記開口部が、前記カバー部材の閉状態で、前記全反射照明光学系により前記標本にエバネッセント光を入射させるためにレーザ光の光軸を傾けていく際のレーザ光の光路の軌跡の方向に対して交差する方向に向かって、観察光軸から下式を満たす距離以上離れた位置に配置されていることとしてもよい。
レーザ光を照明可能な範囲/2
上記の「レーザ光を照明可能な範囲」、すなわち、レーザ光の光路の軌跡に交差する方向の長さは、例えば、ステージの移動によってレーザ光の照射領域を調節する場合は、「ステージの移動量+照射するレーザ光の光束径」となる。ただし、標本にレーザ光を照射可能な範囲は対物レンズと標本との間に介在する中座やディッシュ底部等の部材の形状によって制限されるので、「ステージ移動量(照射領域の調節移動可能量)」はこの制限を加味した移動量である。
上記発明においては、前記カバー部材が、前記開口部を閉塞する開閉可能な閉塞部材を備える請こととしてもよい。
このように構成することで、閉塞部材によりカバー部材の開口部を閉塞することで、外部の光がカバー部材の内側に入り込むのを防ぐことができる。したがって、カバー部材の開口部を介して標本にアクセスするとき以外は閉塞部材によって開口部を閉塞することにより、カバー部材の内側を暗くして標本を観察し易くすることができる。
本発明は、標本を載置するステージと、該ステージ上の前記標本に該ステージを介して対向して配置される対物レンズと、該対物レンズの入射瞳位置の軸外においてレーザ光を集光させ、前記標本にエバネッセント光を入射させる全反射照明光学系と、該全反射照明光学系による前記対物レンズへのレーザ光の入射を遮断可能な遮断手段とを有する顕微鏡本体と、該顕微鏡本体に装着される上記いずれかの保護装置とを備える顕微鏡システムを提供する。
本発明によれば、保護装置によりレーザ光の飛散を防止しつつ、全反射照明観察中に標本を薬剤刺激等することができる。
本発明によれば、レーザ光の飛散を防止しつつ、全反射照明観察中に薬剤刺激等の操作を行うことができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る保護装置および顕微鏡システムを示す概略構成図である。 図1のカバー部材をカバー本体と蓋部とに分けて示した斜視図である。 図1の顕微鏡システムを、保護装置のカバー部材を開にした状態で保護装置側から対物レンズの光軸方向に見た平面図である。 図1の顕微鏡システムを、保護装置のカバー部材を閉にした状態で保護装置側から対物レンズの光軸方向に見た平面図である。
本発明の一実施形態に係る保護装置および顕微鏡システムについて図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム1は、標本Sを観察する顕微鏡本体(全反射照明顕微鏡)3と、顕微鏡本体3に装着され、レーザ光の飛散を阻止する保護装置5とを備えている。
顕微鏡本体3は、標本Sを収容したディッシュ11を載置するステージ21と、ステージ21の下方に配置される対物レンズ23と、対物レンズ23を保持するレボルバ25と、対物レンズ23を介して標本Sを全反射照明する全反射照明光学系30と、全反射照明光学系30による対物レンズ23へのレーザ光の入射を遮断可能なシャッタ(遮断手段)27と、対物レンズ23を介して標本Sを観察する観察光学系40とを備えている。
ディッシュ11は、例えば、透明なプラスチック製であり、底面をくりぬいてできた開口を塞いでいるカバーガラス13を有している。標本Sは、カバーガラス13の上面に培養されている。ディッシュ11の内部は培養液15で浸されている。対物レンズ23の先端とカバーガラス13の間にはオイル17が浸されている。
ステージ21は、ステージ固定部21Aと、ボールガイド機構(図示略)などを介してステージ固定部21Aに連結された下ステージ部21Bと、ボールガイド機構(図示略)などを介して下ステージ部21Bに連結され、ディッシュ11支持する上ステージ部21Cとを備え、これらステージ固定部21A、下ステージ部21Bおよび上ステージ部21Cを板厚方向に積層状態に配置して構成されている。
上ステージ部21Cは中央部が厚さ方向に開口しており、その開口に中座21Dが設けられている。中座21Dは、対物レンズ23の光軸Tと垂直な平面内で移動可能に配置されている。中座21Dの上にディッシュ11が載置されるようになっている。
上ステージ部21Cは、対物レンズ23の光軸Tと垂直な平面内で、ユーザUに対して奥行き方向(図1の紙面の横方向)に移動可能に設けられている。
下ステージ部21Bは、対物レンズ23の光軸Tに垂直な平面内で、ユーザUに対して左右方向(図1の紙面の垂直方向)に移動可能に設けられている。
対物レンズ23は、レボルバ25により保持されて、ステージ21上の標本Sに対してステージ21を挟んで対向して配置されるようになっている。この対物レンズ23は、標本Sにレーザ光を照射する一方、標本Sからの蛍光などの観察光を集光することができるようになっている。
レボルバ25は、焦準機構(図示略)により対物レンズ23の光軸T方向に移動可能に設けられており、対物レンズ23をその光軸Tに沿って移動させることができるようになっている。
全反射照明光学系30は、レーザ光を発生するレーザヘッド31と、レーザヘッド31から発せられたレーザ光を対物レンズ23に入射させる投光管33と、レーザヘッド31と投光管33とを接続し、レーザヘッド31から発せられたレーザ光を投光管33に導光する光ファイバ35とを備えている。
投光管33は、光ファイバ35により導光されてきレーザ光を対物レンズ23の後側焦点位置に集光させる集光レンズ37と、集光レンズ37を透過したレーザ光を対物レンズ23の外周部に向けて反射する反射ミラー39とを備えている。この投光管33は光軸Mが対物レンズ23の光軸Tに直交するように配置されている。
反射ミラー39は、直動機構(図示略)とバネ(図示略)などにより、対物レンズ23の外周部辺りにおいて投光管33の光軸M方向に移動可能に設けられている。
この全反射照明光学系30は、反射ミラー39の位置を投光管33の光軸M方向に調節することにより、集光レンズ37からのレーザ光を対物レンズ23の入射瞳位置の軸外に集光させることができるようになっている。そして、対物レンズ23の入射瞳位置の軸外にレーザ光を集光させることで、そのレーザ光を対物レンズ23から標本Sに対して所定の角度をなして射出させ、標本Sとカバーガラス13との境界位置に照射して、その位置において全反射させることができるようになっている。
シャッタ27は、レーザヘッド31の射出端に配置されている。また、シャッタ27は、図示しない駆動機構を有しており、駆動機構によりレーザ光の光路に挿脱可能に設けられている。そして、シャッタ27は、レーザ光の光路から外されることにより光路を開放し、レーザ光の光路に挿入されることによりレーザ光を遮断することができるようになっている。
観察光学系40は、対物レンズ23により集光された蛍光から不要な光をカットする吸収フィルタ41と、吸収フィルタ41を通過した蛍光を集光して結像させる結像レンズ43と、結像レンズ43により集光された蛍光を撮影し、標本Sの画像を取得するCCDカメラ45とを備えている。
保護装置5は、ステージ21上に標本Sを覆うように配置される開閉可能な略箱型のカバー部材50と、カバー部材50の開閉を検出する2つの開閉センサ60A,60Bとを備えている。
カバー部材50は、図2に示すように、側壁を形成するカバー本体51と、カバー本体51に装着されてカバー本体51の開口の一方を塞ぐ蓋部53とを備えている。
カバー本体51と蓋部53は、それぞれアルミなどの金属材料により形成されている。
カバー本体51は、上ステージ部21C上に配置され、ディッシュ11の周囲を囲みその上方を開放するようになっている。また、カバー本体51は、上ステージ部21C上に固定するための4つのネジ止め部52を有しており、ネジ止めにより上ステージ部21C上に固定することができるようになっている。
蓋部53は、カバー本体51の開口に対して開閉可能に設けられており、閉じる(装着する)ことでカバー本体51の開口を塞ぎ、開ける(外す)ことでカバー本体51の開口を開放することができるようになっている。この蓋部53は、開閉時にユーザが把持する2つの把持部55と、厚さ方向に貫通する貫通孔により形成される開口部53aと、開口部53aを閉塞する開閉可能な閉塞部材57とを備えている。
蓋部53の開口部53aは、例えば、図3および図4に示すように、蓋部53がカバー本体51に装着された状態(閉状態)において、全反射照明光学系30により集光されて標本Sを透過したレーザ光の光路の軌跡上から外れた位置に配置されている。図3において、矢印Kは、反射ミラー39の位置調整に応じたレーザ光の光路の軌跡を示している。
具体的には、蓋部53において、カバー本体51に装着された状態で、全反射照明光学系30により標本Sにエバネッセント光を入射させるためにレーザ光の光軸を傾けていく際のその光路の軌跡の方向に対して交差する方向に向かって観察光軸から下式を満たす距離以上離れた位置に開口部53aは配置されている。
レーザ光を照明可能な範囲/2
ここで、上記の「レーザ光を照明可能な範囲」、すなわち、レーザ光の光路の軌跡に直交する方向の長さ(図3,4において、レーザ光が射出する可能性がある範囲として破線で囲った領域の幅方向の寸法)は、例えば、ステージ21の移動によってレーザ光の照射領域を調節する場合は、「ステージの移動量+照射するレーザ光の光束径」となる。ただし、標本Sにレーザ光を照射可能な範囲は、対物レンズ23と標本Sとの間に介在する中座21Dやディッシュ底部(カバーガラス13)等の部材の形状によって制限されるので、「ステージ移動量(照射領域の調節移動可能量)」はこの制限を加味した移動量である。
本実施形態においては、開口部53aは、ユーザUから見て、上ステージ部21Cの中央部に設けられる中座21Dの中心から右手側にずれた位置に配置されている。なお、蓋部53は、ユーザUから見て、開口部53aが中座21Dの中心から左手側にずれた位置に配置されるように向きを変えてカバー本体51に装着することもできるようになっている。
閉塞部材57は、カバー部材50の外側から蓋部53の開口部53aを閉塞することができるようになっている。また、閉塞部材57は、開口部53aを閉塞した状態で、ビス59により蓋部53に固定することができるようになっている。
開閉センサ60A,60Bは、駆動信号を出力するインターロックスイッチ(以下、単に「スイッチ」という。)61A,61Bと、スイッチ61A,61BのON/OFFを切り替えるレバー63A,63Bと、レバー63A,63Bを押し込むための突起状のインターロックピン(以下、単に「ピン」という。)65A,65Bとを備えている。
スイッチ61A,61Bは、カバー本体51の互いに対向する壁部にそれぞれ固定されており、ケーブル67によりシャッタ27に接続されるようになっている。これらのスイッチ61A,61Bは、レバー63A,63BによってONされることによりカバー部材50の閉状態を検出してシャッタ27にON信号を入力し、OFFされることによりカバー部材50の開状態を検出してシャッタ27へのON信号の入力を停止するようになっている。
2つのスイッチ61A,61Bにより、シャッタ27に同時期にON信号が入力されるとレーザ光の光路からシャッタ27が外され、いずれか一方のスイッチ61A,61Bでもシャッタ27へのON信号の入力が停止するとレーザ光の光路にシャッタ27が挿入されるようになっている。
レバー63A,63Bは、カバー本体51の互いに対向する壁部の上端面にそれぞれ配置されている。これらのレバー63A,63Bは、ピン65A,65Bにより押し込まれるとスイッチ61A,61BをONし、ピン65A,65Bによる押し込みが解除されるとスイッチ61A,61BをOFFするようになっている。
ピン65A,65Bは、それぞれ蓋部53の裏面に設けられ、蓋部53をカバー本体51に装着したときに各レバー63A,63Bに対向する位置に配置されている。これらのピン65A,65Bは、蓋部53をカバー部材50に装着したときに、それぞれレバー63A,63Bに接触してレバー63A,63Bを押し込むことができるようになっている。
このように構成された本実施形態に係る保護装置5およびレーザ顕微鏡システム1の作用について説明する。
本実施形態に係るレーザ顕微鏡システム1により標本Sを全反射照明観察するには、まず、上ステージ部21Cにカバー本体51のネジ止め部52をネジ止めして固定する。
次いで、標本Sを収容したディッシュ11を上ステージ部21C上に載置し、蓋部53を閉めてカバー本体51の開口を閉塞する。顕微鏡本体3にカバー部材50を装着することで、顕微鏡本体3の全反射照明光学系30によって集光されるレーザ光が標本Sを透過しても、そのレーザ光が外部に飛散するのをカバー部材50により阻止することができる。
カバー本体51に蓋部53が装着されることにより、ピン65A,65Bがそれぞれレバー63A,63Bを押し込み、スイッチ61A,61BがONされる。そして、2つのスイッチ61A,61Bにより、ケーブル67を介してON信号がシャッタ27に同時期に入力されると、レーザ光の光路からシャッタ27が外される。これにより、顕微鏡本体3の全反射照明光学系30を介した対物レンズ23へのレーザ光の入射が許可される。
この状態でレーザヘッド31からレーザ光を発生させると、レーザ光はシャッタ27を通過して光ファイバ35により投光管33に導光される。投光管33に導光されたレーザ光は、集光レンズ37により集光されて反射ミラー39により対物レンズ23の外周部に向けて反射される。
反射ミラー39の位置を投光管33の光軸M方向に調節し、集光レンズ37からのレーザ光を対物レンズ23の入射瞳位置の軸外において集光させる。すると、対物レンズ23の先端から標本Sに向けて光軸Tに対して所定の角度をなしてレーザ光が射出され、標本Sとカバーガラス13との境界面においてレーザ光が全反射させられる。これにより、その境界面の標本S側にエバネッセント光が染み出し、標本S内にエバネッセント光が入射される。
エバネッセント光が入射されることにより標本Sにおいて蛍光が発生すると、その蛍光は、対物レンズ23により集光され、吸収フィルタ41により不要な光がカットされた後、結像レンズ43によりCCDカメラ45の受光面に結像される。そして、CCDカメラ45によりその蛍光が撮影されて標本Sの2次元画像が取得される。これにより、ユーザは、2次元画像上で標本Sを観察することができる。
本実施形態において、保護装置5は、図3に示すように、カバー部材50の蓋部53を開くと、ピン65A,65Bがレバー63A,63Bから離れることによりスイッチ61A,61BがOFFされる。スイッチ61A,61BがOFFされると、シャッタ27へのON信号の入力が停止し、レーザ光の光路にシャッタ27が挿入される。
これにより、顕微鏡本体3の全反射照明光学系30を介した対物レンズ23へのレーザ光の入射がシャッタ27によって遮断される。したがって、全反射照明観察中に蓋部53を外しても、標本Sを透過してしまったレーザ光が外部に飛散するのを防ぐことができる。
この場合において、図4に示すように、カバー部材50が蓋部53に開口部53aを有することで、全反射照明観察中に、すなわち、蓋部53を閉じたままで、カバー部材50の外側から開口部53aを介して標本Sにアクセスすることができる。したがって、全反射照明観察中において、蓋部53の開口部53aから閉塞部材57を外せば、その開口部53aからカバー部材50内にピペット等を挿入して標本Sに薬液刺激を行うことができる。
また、反射ミラー39の位置を投光管33の光軸M方向に移動させて標本Sへのレーザ光の入射角度を調節する全反射照明観察の準備段階において、全反射照明状態になるまでは対物レンズ23から標本Sとカバーガラス13との境界面に照射したレーザ光の大部分が標本Sを透過してしまうが、そのレーザ光の軌跡上には蓋部53の開口部53aが配置されていないので、開口部53aからカバー部材50の外側にレーザ光が射出されてしまうのを防止することができる。
さらに、閉塞部材57によりカバー部材50の開口部53aを閉塞しておけば、外部の光がカバー部材50の内側に入り込むのを防ぐことができる。したがって、カバー部材50の開口部53aを介して標本Sにアクセスするとき以外は閉塞部材57によって開口部53aを閉塞することにより、カバー部材50の内側を暗くして標本Sを観察し易くすることができる。
以上説明したように、本実施形態に係る保護装置5および顕微鏡システム1によれば、
全反射照明観察中において、カバー部材50によりレーザ光の飛散を防止しつつ、蓋部53を閉じたままでカバー部材50の外側から開口部53aを介して標本Sにピペット等を近接させて薬剤刺激等の操作を行うことができる。
なお、本実施形態においては、カバー部材として、カバー本体51と蓋部53とにより構成されるカバー部材50を例示して説明したが、これに代えて、カバー部材としてカバー本体と蓋部とが一体化した構成のものを採用することとしてもよい。
この場合、カバー部材全体がステージ21上に開閉可能に設けられることとし、開閉センサ60A,60Bによりカバー部材全体の開閉を検出することとすればよい。また、この場合のカバー部材は、蓋部53における開口部53aに相当する位置、すなわち、ステージ21に装着された状態で、全反射照明光学系30により集光されて標本Sを透過したレーザ光の光路の軌跡上から外れた位置に開口する開口部を有することとすればよい。
また、本実施形態においては、遮断手段として、レーザヘッド31の射出端に配置されるシャッタ27を例示して説明したが、遮断手段はレーザ光の光路に挿脱される機械式のものに限定されるものではなく、例えば、レーザヘッド31自体の電源をOFFすることによりレーザ光を遮断するものであってもよい。また、音響光学素子を採用してもよいし、レーザヘッド31自体における調光や干渉計等による光学的な消光手段を採用してもよい。
1 顕微鏡システム
3 顕微鏡本体(全反射照明顕微鏡)
5 保護装置
21 ステージ
23 対物レンズ
27 シャッタ(遮断手段)
30 全反射照明光学系
50 カバー部材
53a 開口部
57 閉塞部材
60A,60B 開閉センサ
S 標本

Claims (4)

  1. ステージ上の標本に対して該ステージを挟んで対向して配置される対物レンズの入射瞳位置の軸外においてレーザ光を集光させ、前記対物レンズを介して前記標本にエバネッセント光を入射させる全反射照明光学系と、該全反射照明光学系による前記対物レンズへのレーザ光の入射を遮断可能な遮断手段とを備える全反射照明顕微鏡に装着され、前記全反射照明光学系により集光された前記レーザ光が前記標本を透過して飛散するのを阻止する保護装置であって、
    前記ステージ上に前記標本を覆うように配置される開閉可能なカバー部材と、
    該カバー部材の開閉を検出し、該カバー部材の開状態を検出した場合に、前記遮断手段に前記レーザ光を遮断させる駆動信号を出力する開閉センサとを備え、
    前記カバー部材が、閉状態にて、前記全反射照明光学系により集光されて前記標本を透過した前記レーザ光の光路の軌跡上から外れた位置に開口する開口部を有する保護装置。
  2. 前記開口部が、前記カバー部材の閉状態で、前記全反射照明光学系により前記標本にエバネッセント光を入射させるためにレーザ光の光軸を傾けていく際のレーザ光の光路の軌跡の方向に対して交差する方向に向かって、観察光軸から下式を満たす距離以上離れた位置に配置されている請求項1に記載の保護装置。
    レーザ光を照明可能な範囲/2
  3. 前記カバー部材が、前記開口部を閉塞する開閉可能な閉塞部材を備える請求項1または請求項2に記載の保護装置。
  4. 標本を載置するステージと、該ステージ上の前記標本に該ステージを介して対向して配置される対物レンズと、該対物レンズの入射瞳位置の軸外においてレーザ光を集光させ、前記標本にエバネッセント光を入射させる全反射照明光学系と、該全反射照明光学系による前記対物レンズへのレーザ光の入射を遮断可能な遮断手段とを有する顕微鏡本体と、
    該顕微鏡本体に装着される請求項1から請求項3のいずれかに記載の保護装置とを備える顕微鏡システム。
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