特許 6579525 微弱光観察用レンズユニット及び複式顕微鏡装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6579525

(24)【登録日】2019年9月6日

(45)【発行日】2019年9月25日

(54)【発明の名称】微弱光観察用レンズユニット及び複式顕微鏡装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/00 20060101AFI20190912BHJP

   G03B 17/14 20060101ALI20190912BHJP

   G03B 17/56 20060101ALI20190912BHJP

   G03B 11/00 20060101ALI20190912BHJP

   G03B 15/03 20060101ALI20190912BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20190912BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20190912BHJP

【ＦＩ】

   G02B21/00

   G03B17/14

   G03B17/56 E

   G03B11/00

   G03B15/03 G

   G01N21/64 E

   H04N5/225 400

【請求項の数】12

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2017-124025(P2017-124025)

(22)【出願日】2017年6月26日

(65)【公開番号】特開2019-8154(P2019-8154A)

(43)【公開日】2019年1月17日

【審査請求日】2018年3月23日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 配布日：平成２９年３月１６日、３月２３日及び４月３日、配布場所：一般財団法人 日本気象協会 本社

(73)【特許権者】

【識別番号】500425367

【氏名又は名称】永山 國昭

(74)【代理人】

【識別番号】100173646

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 桂子

(72)【発明者】

【氏名】永山 國昭

(72)【発明者】

【氏名】白根 純人

【審査官】 岡田 弘

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０１６０５３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−０８５４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００２７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０８０７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１８４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０３１１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６８４９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ １９／００−２１／００

Ｇ０２Ｂ ２１／０６−２１／３６

Ｇ０２Ｂ ７／０２−７／１６

Ｇ０３Ｂ １７／５６−１７／５８

Ｇ０１Ｎ ２１／６２−２１／７４

Ｇ０３Ｂ １１／００−１１／０６

Ｇ０３Ｂ １５／０３

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

デジタルカメラと共に複式顕微鏡を構成するレンズユニットであって、
外光を遮蔽すると共に観察対象物を収容する暗箱と、
前記暗箱の底部に設けられ、前記デジタルカメラの光軸上に配置されるレンズと、
を有し、
前記暗箱の側面、上面又はその両方に、それぞれ１つ又は２以上の採光部が設けられており、
前記デジタルカメラのレンズ部を覆うように配置される微弱光観察用レンズユニット。

【請求項2】

前記暗箱には、前記観察対象物を出し入れするための蓋又は扉が設けられている請求項１に記載の微弱光観察用レンズユニット。

【請求項3】

前記蓋及び扉は脱着可能となっている請求項２に記載の微弱光観察用レンズユニット。

【請求項4】

前記暗箱は、暗箱底部と暗箱上部とが分離可能なセパレート型である請求項１に記載の微弱光観察用レンズユニット。

【請求項5】

前記暗箱の内部に前記観察対象物の照明用又は励起用の光源が設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の微弱光観察用レンズユニット。

【請求項6】

前記光源は前記暗箱の底部に設けられており、前記観察対象物を下方から照明する請求項５に記載の微弱光観察用レンズユニット。

【請求項7】

前記暗箱の側面又は上面に設けられた採光部には、励起光を透過すると共に蛍光成分を吸収及び／又は反射する第１光学フィルターが設けられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の微弱光観察用レンズユニット。

【請求項8】

前記暗箱には、前記観察対象物よりも後方の光路上に、蛍光成分を透過すると共に励起光成分を吸収及び／又は反射する第２光学フィルターが設けられている請求項１〜７のいずれか１項に記載の微弱光観察用レンズユニット。

【請求項9】

前記暗箱の下部には、前記観察対象物が固定又は載置されたスライドガラスを、前記レンズの直上域に挿入するためのスリットが設けられている請求項１〜８のいずれか１項に記載の微弱光観察用レンズユニット。

【請求項10】

前記暗箱の内面には、その一部又は全部に光反射防止処理が施されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の微弱光観察用レンズユニット。

【請求項11】

前記暗箱の底部外周には、前記デジタルカメラのレンズ部のカメラ本体から突出している部分を囲み、前記レンズ部への外光の入射を遮断するカバー部材が取り付けられている請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微弱光観察用レンズユニット。

【請求項12】

請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレンズユニットと、
デジタルカメラと、
を有し、
前記レンズユニットは前記デジタルカメラのレンズ部を覆うように配置されており、
前記レンズユニットの暗箱内に収容された観察対象物に由来する微弱光を観察する複式顕微鏡装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微弱光を観察するためのレンズユニット及び複式顕微鏡装置に関する。より詳しくは、デジタルカメラやモバイル機器のカメラにより、発光像や散乱像などの微弱光に由来する画像を撮像するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近時、スマートフォン、タブレット端末及びノート型パーソナルコンピュータなどのようにカメラ機能を備えたモバイル機器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（例えば、特許文献１，２及び非特許文献１〜４参照）。従来のレンズユニットは、特許文献１及び非特許文献１〜４に記載されているようなスマートデバイス背面カメラを利用する「ロバートフック型」と、特許文献２に記載されているような前面カメラ、即ち表示部側に設けられた自分撮り用のフロントカメラを利用する「レーウエンフック型」の２つの形式に大別される。

【0003】

特に、レーウエンフック型のレンズユニットとスマートデバイスで構成される複式顕微鏡は、極めて小型で、手持不用の載置型であり、スマートデバイスカメラ部へのレンズユニットの装着や観察対象物の照明が容易であるなどの特徴を有することから、スマートフォン顕微鏡の名称で急速に普及しつつある。このレーウエンフック型レンズユニットを用いた複合顕微鏡の最大の特徴は、スマートデバイスのカメラレンズ上にレンズユニットを置くだけでよく、レンズユニットとカメラレンズとの距離を調節する必要がないことである。

【0004】

このため、レーウエンフック型のレンズユニットは、共に用いるカメラの種類が限定されず、スマートフォンやタブレットに搭載されたカメラの他、パソコン搭載のカメラ、各種ウェブカメラ、ゲーム制御器搭載のカメラ、さらに市販の可搬型カメラなどに適用することができ、いずれの場合も、レンズユニットをカメラの光軸に合うように配置するだけで複式顕微鏡を実現できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−２０８８５７号公報

【特許文献2】特開２０１５−１３５５３３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 Deelopment and Education Applications”、PLoS ONE 6(3): e17150、２０１１年３月２日発行

【非特許文献3】Sarun Sumriddetchkajorn et 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、ｐ．１−４

【非特許文献4】Malte Kuhnemund et al., “Targeted DNA sequencing and in situ mutation analysis using mobile phone microscopy”、Nature Communications、DOI:10.1038/ncomms13913、２０１７年１月１７日、ｐ．１−８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一方、モバイル機器を用いて顕微鏡観察を行う技術を発展させて、従来型顕微鏡に見られるような各種専門顕微鏡（例えば蛍光顕微鏡など）に展開する試みもなされている。しかしながら、蛍光、化学発光及び暗視野散乱光などの微弱な光を観察するためには、観察対象物由来の光以外の外光や迷光を遮断することが必要となるため、装置が大型化して簡便性が損なわれたり、時と場所を選ばないというモバイル機器ならではの利便性を毀損したりする。例えば、非特許文献４に記載の携帯電話を用いた小型蛍光顕微鏡は、複雑でかさばる構成であるため、顕微鏡像を観察しながらスライドガラス上の観察対象物を操作できるという簡便性や利便性を毀損している。

【0008】

そこで、本発明は、発光像や散乱像などの微弱光に由来する画像を手軽に撮像できる微弱光観察用レンズユニット及び複式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】

【0009】

本発明に係るレンズユニットは、デジタルカメラと共に複式顕微鏡を構成するレンズユニットであり、外光を遮蔽すると共に観察対象物を収容する暗箱と、前記暗箱の底部に設けられ、前記デジタルカメラの光軸上に配置されるレンズとを有し、前記暗箱の側面、上面又はその両方に、それぞれ１つ又は２以上の採光部が設けられており、前記デジタルカメラのレンズ部を覆うように配置される。
本発明における「デジタルカメラ」には、可搬型のデジタルカメラの他に、スマートフォンやタブレット端末などスマートデバイスに搭載されたカメラ、コンピュータに搭載されたカメラ、ウェブカメラ、ゲーム機に搭載されたカメラなどの種々のデジタルカメラを含む。
本発明のレンズユニットは、前記暗箱に前記観察対象物を出し入れするための蓋又は扉が設けられていてもよい。
その場合、前記蓋及び扉は脱着可能とすることができる。
本発明のレンズユニットにおける前記暗箱は、暗箱底部と暗箱上部とが分離可能なセパレート型でもよい。
また、前記暗箱の内部に前記観察対象物の照明用又は励起用の光源が設けられていてもよい。
その場合、前記光源を前記暗箱の底部に設け、前記観察対象物を下方から照明することもできる。
一方、前記暗箱の側面又は上面に設けられた採光部には、励起光を透過すると共に蛍光成分を吸収及び／又は反射する第１光学フィルターを設けることができる。
更に、前記暗箱には、前記観察対象物よりも後方の光路上に、蛍光成分を透過すると共に励起光成分を吸収及び／又は反射する第２光学フィルターが設けられていてもよい。
本発明のレンズユニットの前記暗箱には、前記観察対象物が固定又は載置されたスライドガラスを、前記レンズの直上域に挿入するためのスリットが設けられていてもよい。
また、前記暗箱の内面には、その一部又は全部に光反射防止処理が施されていてもよい。
更に、前記暗箱の底部外周には、前記デジタルカメラのレンズ部のカメラ本体から突出している部分を囲み、前記レンズ部への外光の入射を遮断するカバー部材が取り付けられていてもよい。

【0010】

本発明に係る複式顕微鏡装置は、前述したレンズユニットと、デジタルカメラとを有し、前記レンズユニットは前記デジタルカメラのレンズ部を覆うように配置されており、前記レンズユニットの暗箱内に収容された観察対象物に由来する微弱光を観察するものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、暗箱の底部にレンズが設けられているため、レンズユニットをデジタルカメラのカメラ部を覆うように配置し、暗箱の内部に観察対象物を挿入するだけで、手軽に観察対象物の微弱光像を観察することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施形態のレンズユニットをスマートデバイスに適用した場合の構成例を模式的に示す図であり、Ａは斜視図、Ｂは平面図、Ｃは一部断面側面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態の第１変形例のレンズユニットをスマートデバイスに適用した場合の一部断面側面図である。

【図3】本発明の第１の実施形態の第２変形例のレンズユニットをスマートデバイスに適用した場合の一部断面側面図である。

【図4】本発明の第１の実施形態の第３変形例のレンズユニットをスマートデバイスに適用した場合の一部断面側面図である。

【図5】本発明の第１の実施形態の第４変形例のレンズユニットをスマートデバイスに適用した場合の一部断面側面図である。

【図6】本発明の第２の実施形態のレンズユニットをスマートデバイスに適用した場合の構成例を模式的に示す図である。

【図7】本発明の第３の実施形態のレンズユニットをスマートデバイスに適用した場合の構成例を模式的に示す図であり、Ａは平面図、Ｂは一部断面側面図である。

【図8】本発明の第３の実施形態の第１変形例のレンズユニットをスマートデバイスに適用した場合の概観図（平面図）である。

【図9】本発明の第４の実施形態を示し、デジタルカメラのレンズを用いた複式顕微鏡装置の構成例を模式的に示す斜視図である。

【図10】図９に示す暗箱１０にカバー部材を取り付けた構成を示す斜視図である。

【図11】Ａ及びＢは図７に示すレンズユニット３１（励起光パス蛍光カットフィルター１９及び蛍光パス励起光カットフィルター１７を外したもの）とスマートデバイスを用いて撮影したスギ花粉の顕微鏡写真（図面代用写真、倍率約１００倍）であり、Ａは白色光透過明視野像、Ｂは紫外光照射蛍光像である。

【図12】Ａ〜Ｃは図７に示すレンズユニット３１とスマートデバイスを用いて撮影した蛍光蛋白質ＥＧＦＰ（緑色蛍光）溶液の顕微鏡写真（図面代用写真、倍率約１００倍）であり、Ａは白色光透過明視野像、Ｂ，Ｃは蛍光像である。

【図13】Ａ〜Ｄは本発明のレンズユニットとスマートデバイスを用いて撮影したスギ花粉の顕微鏡写真（図面代用写真、倍率約１００倍）であり、Ａは図７に示すレンズユニット３１を用いた白色光透過明視野像、Ｂはレンズユニット３１用いた青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）照射蛍光像、Ｃは図４に示すレンズユニット５１を用いた青色ＬＥＤ照射蛍光像であり、Ｄは図１３Ｃの明度を調整したものである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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、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。

【0014】

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態に係るレンズユニットについて、スマートデバイスに適用した場合を例にして説明する。図１Ａ〜Ｃは本実施形態のレンズユニットの構成例を模式的に示す図であり、図１Ａは斜視図、図１Ｂは平面図、図１Ｃは一部断面側面図である。図１Ａ〜Ｃに示すように、本実施形態のレンズユニット１は、暗箱１０と、暗箱１０の底部に設けられたレンズ２とを少なくとも備え、デジタルカメラ（スマートデバイス２０のフロントカメラ２５）と共に複式顕微鏡を構成するものである。

【0015】

［暗箱１０］
暗箱１０は、外光を遮蔽すると共に観察対象物を収容するものであり、観察対象物由来の光以外の光を遮光する材料によって形成されていればよい。暗箱１０の材質は特に限定されるものではなく、プラスチック、金属、布及び紙などの一般に使用されている材料で形成することができる。また、暗箱１０は、光を透過する材料で形成された箱体を、遮光性の塗料やシートなどで被覆した構成とすることもできる。

【0016】

また、暗箱１０の底部には、レンズ２を収容可能な貫通孔３が形成されており、この貫通孔３にレンズ２が保持される。また、貫通孔３の内壁には、レンズ２に迷光が入ることを防止するために、黒色塗料や黒色シートで被覆するなどの不透明化処理が施されていることが望ましい。なお、暗箱１０の大きさは、特に限定されるものではないが、対象となるデジタルカメラの外形よりも小型であることが好ましい。

【0017】

レンズが凸型又は球形の場合、貫通孔３は、レンズを完全に収容できる程度の内径と高さで、テーパー形状を有する孔であり、長さ方向中間位置の径がレンズ２の直径と同等になるよう設計されている。図１Ｃに示すように、貫通孔３が暗箱１０の内側から外側に向かって大径となる形状の場合、レンズ径より孔径が大きい外側の端部から、貫通孔３にレンズ２を押し込み、固定すればよい。なお、図１Ｃには内側から外側に向かって大径となる形状の貫通孔を示しているが、貫通孔３は、外側から内側に向かって大径となる形状でもよく、その場合は、暗箱１０の内側の端部からレンズを押し込めばよい。

【0018】

また、レンズが円柱状又は予め円筒形収容器に収容されている場合、貫通孔３は、レンズを完全に収容できる程度の内径と高さで、円筒形状を有する孔であり、一方の端部の内側にわずかに突出するバリ状凸部が設けられている。このバリ状凸部は、円柱状レンズ又は円筒状容器に収容されたレンズを、貫通孔３に押し込んだ際に、ストッパーとして機能する。

【0019】

また、暗箱１０がプラスチック製の場合は、暗箱１０全体又は貫通孔３の周辺部分をプラスチックが溶解しない程度の温度に加熱し、貫通孔３の孔径を拡大した状態でレンズ２を押し込む方法を採ることもできる。この場合、暗箱１０の温度が常温に戻ると、貫通孔３が縮んでその側壁によりレンズ２が固定される。この場合、貫通孔３はテーパー形状でなくてもよい。なお、貫通孔３の形状にかかわらず、レンズ２は、貫通孔３の内側（観察対象物４側）端部から突出しない位置に固定されていることが好ましく、外側（フロントカメラ２５側）端部からも突出しない位置に固定されていることがより好ましい。

【0020】

暗箱１０には、観察対象物４を出し入れするための開閉蓋１０ａが設けられていてもよい。開閉蓋１０ａは、例えば暗箱１０の上面の一辺を支点軸１０ｂとして、矢印Ａ方向に回動することで、開放される構成とすることができる。なお、観察対象物４を出し入れするための蓋は、図１Ｃに示す開閉蓋１０ａのような扉様のものに限定されるものではなく、着脱自在な構成としてもよい。また、蓋の代わりに、暗箱１０の側面に開閉又は脱着可能な扉を設けることもできる。更に、蓋は、多種多様な形状が適用され得る。具体的には、円形や多角形の他、平板などの平面的、又は箱形などの立体的な形状の蓋を用いることができ、これらは、観察対象物４の大きさや形状に応じて、適宜選択して適用することができる。

【0021】

更に、暗箱１０は、内側の面の一部又は全部に、光反射防止用塗料の塗布や光反射防止用フィルムの被覆などの光反射防止処理が施されていることが好ましい。これにより、暗箱１０内部での光の反射による迷光を抑制できるため、光の検出感度が向上する。この効果は、後述する本実施形態の変形例及び他の実施形態にも共通する。

【0022】

［レンズ２］
レンズ２は、例えば暗箱１０の底部に設けられた貫通孔３に収容保持されている。レンズ２の種類や材質は、特に限定されるものではないが、例えばガラス若しくはプラスチックにより形成された単レンズ若しくは複合レンズ又はこれらのレンズを筒状容器に収容した収容型レンズを使用することができる。レンズ２の大きさは、例えば１〜１０ｍｍであるが、小さいレンズほど焦点距離が小さく、デジタルカメラ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、必要倍率に応じて適宜選択することができる。

【0023】

［使用方法］
次に、本実施形態のレンズユニット１を用いて微弱光を観察する方法について、観察対象物４にホタルなどのように自家発光するものを用いた場合を例に説明する。自家発光する観察対象物４の観察は、先ず、レンズユニット１を、スマートデバイス２０のフロントカメラ２５の少なくともレンズ２５ａの直上域を覆うように配置する。このとき、レンズユニット１のレンズ２が、フロントカメラ２５の光軸上に位置するように調整する。このように、レンズユニット１でレンズ２５ａの直上域を覆うことで、環境光がフロントカメラ２５内に進入することを遮断できる。

【0024】

レンズユニット１を、スマートデバイス２０のフロントカメラ２５上に固定又は保持する方法は、特に限定されるものではなく、例えば暗箱１０の底部外面に粘着性部材や吸着性部材を設け、これらの部材を介してレンズユニット１を固定又は保持する方法などを適用することができる。

【0025】

次に、例えば暗箱１０の上部に設けられた開閉蓋１０ａを開いて、観察対象物４を暗箱１０内部に挿入する。このとき、観察対象物４はレンズ２の直上に配置される。なお、観察対象物４は、暗箱１０内に配置可能な大きさでかつ上面が合焦点距離になる厚さのスライドガラス５に固定又は載置された状態で、レンズ２の直上域に配置することもできる。

【0026】

その後、開閉蓋１０ａを閉じて、暗箱１０内への外光の進入を遮断する。そして、レンズ２とその直下に配置されたフロントカメラ２５のカメラレンズ２５ａにより構成される複式顕微鏡により、外光を遮光した環境下で観察対象物４が自家発光する光を集光し、フロントカメラ２５の光検出器（イメージセンサ）２５ｂの受光面に結像する。光検出器２５ｂからの信号に基づき生成されたデジタル画像は、スマートデバイス２０の記憶部に記憶され、自身の表示部２３や外部のスクリーンなどに表示される。

【0027】

ホタルの発光のような自然界の自家発光には、種々の化学反応が関与すると言われているが、共通する性質は、発光が極めて微弱であることである。特に微小領域を拡大観察する顕微鏡観察においては、光量が足りず、明環境下では環境光に負けて検出が不可能となる場合が多く、自家発光の観察は、通常、暗所で行われている。

【0028】

これに対して、本実施形態のレンズユニット１は、暗箱１０とレンズ２を一体化しているため、スマートデバイス２０のフロントカメラ２５上に配置するだけで、デジタルカメラ（フロントカメラ２５）の上に暗所を形成することができる。その結果、本実施形態のレンズユニット１を用いることにより、明るい室内や屋外においても、容易に自家発光像を観察することが可能となる。

【0029】

また、本実施形態のレンズユニット１は、暗箱１０とレンズ２という簡素な構成であるため、携帯性にも優れ、必要なときにいつでも顕微鏡観察を行うことができる。更に、本実施形態のレンズユニット１は、フロントカメラ２５との間の距離を調整しなくても、顕微鏡像を観察することができるため、スマートフォンやタブレットなどのスマートデバイスの他、所謂小型デジタルカメラ、パソコン搭載のカメラやウェブカメラ、ゲーム制御器搭載のカメラなど、あらゆるデジタルカメラと組み合わせて使用することが可能である。

【0030】

なお、本実施形態のレンズユニット１と共に使用されるデジタルカメラは、内蔵されているレンズのサイズが暗箱１０の一体化微小レンズと適合するものであればよく、その種類は特に限定されるものではないが、微小レンズが多用されている各種モバイル機器に搭載されているカメラが好適である。

【0031】

本実施形態のレンズユニットにおける「レンズ一体型小型暗箱」は、１つのレンズと箱で構成されているという点においては、カメラの元祖であるカメラオブスキュラと同じである。しかしながら、カメラオブスキュラの箱の中に観察対象物を持ち込んだ場合、蛍光顕微鏡を含む微小域微弱光の観察が可能であるとは数百年間誰も想到し得なかった。なぜならば、カメラオブスキュラの一面は必ず開放されており、外部から入射する光を利用し、その開放面から像観察が行われていたからである。このように、カメラオブスキュラは「暗い部屋」ではあるが、真の暗箱ではなかった。

【0032】

（第１の実施形態の第１変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係るレンズユニットについて説明する。図２Ａ及び図２Ｂは本変形例のレンズユニットの構成を示す一部断面側面図である。なお、図２Ａ及び図２Ｂにおいては、図１に示すレンズユニット１の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0033】

暗視野散乱像や蛍光像のように観察対象物４から発せられる微弱光像を観察する場合は、背景となる照明光を極力遮断する必要がある。観察対象物４に照明光を斜め方向から当てる斜光照明法は、照明光のレンズ２への入射を防ぐことができる手法の１つである。そこで、本変形例のレンズユニット１１では、図２に示すように、暗箱１０の側面に開口（側面開口１５）を設け、この側面開口１５から自然光又は照明光を導入し、暗箱１０内に収容された観察対象物４に斜め方向から光を照射する。照明光を斜め方向から照射しても、観察対象物４からは等方的に光が発せられるため、本変形例の構成は、暗視野散乱像や蛍光像の観察に有効である。なお、蛍光像観察における励起光は、自然光及び照明光のいずれでもよい。

【0034】

［側面開口１５］
側面開口１５は、観察対象物４を斜光照明するための光を、暗箱１０内に導入するためのものである。側面開口１５の数や大きさは、特に限定されるものではないが、側面開口１５が大きすぎると、必要以上の光が暗室１０内に進入し、散乱光や蛍光の検出感度が低下する。また、箱形の暗箱の場合、側面開口１５の数を２以上にすると、照明波長の異なる光源を挿入することができ、例えば、蛍光観察のように励起光の波長を種々選択する場合は、利便性が高くなる。

【0035】

また、散乱光や蛍光は微弱であるため、ノイズ低減の観点から、側面開口１５から導入される照明光が、底面に埋め込まれたレンズ２に極力入射しないようにすることが好ましい。そこで、本変形例のレンズユニット１１では、図２Ａに示すように、暗箱１０の底面近傍に側面開口１５を設け、浅い入射角度で照明光が導入されるようにしている。なお、側面開口１５が上方に位置するなどのように照明の入射角度を浅く取れない場合は、図２Ｂに示すように、貫通孔３の入り口に底面から上方に突出する斜光浸入防止壁１０ｃを設けると良い。斜光浸入防止壁１０ｃによって照明光が遮られ、直接レンズ２に進入することを回避することができる。

【0036】

［使用方法］
次に、本変形例のレンズユニット１１を用いて、散乱像や蛍光像を観察する方法について説明する。本変形例のレンズユニット１１も、前述した第１の実施形態と同様に、スマートデバイス２０のフロントカメラ２５上に置き、カメラレンズ２５ａの直上域にレンズ２が位置するように調整する。

【0037】

次に、例えば暗箱１０の上部に設けられた開閉蓋１０ａを開いて、観察対象物４を暗箱１０内部に挿入し、レンズ２の直上に配置する。その後、開閉蓋１０ａを閉じて、暗箱１０内への外光の進入を遮断すると共に、側面開口１５から照明光を導入し、観察対象物４に照射する。これにより、観察対象物４から微弱な散乱光や蛍光が発せられる。

【0038】

観察対象物４から発せられた散乱光や蛍光は、レンズ２とフロントカメラ２５で構成される複式顕微鏡により、散乱像や蛍光像としてフロントカメラ２５の光検出器（イメージセンサ）２５ｂに投影される。光検出器２５ｂからの信号に基づき生成されたデジタル画像は、スマートデバイス２０の記憶部に記憶され、自身の表示部２３や外部のスクリーンなどに表示される。

【0039】

本変形例のレンズユニットのように、暗箱に採光（照明光導入）用の側面開口を設けることにより、暗視野散乱像や蛍光像の観察を行うことも可能となる。即ち、本変形例のレンズユニットを用いることで、モバイル機器を用いた暗視野顕微鏡や蛍光顕微鏡を実現することができる。なお、本変形例における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。

【0040】

（第１の実施形態の第２変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第２変形例に係るレンズユニットについて説明する。図３は本変形例のレンズユニットの構成を示す一部断面側面図である。なお、図３においては、図１に示すレンズユニット１及び図２に示すレンズユニット１１の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0041】

光照射に伴い観察対象物４から発せられる蛍光を観察する場合は、発光強度は極めて微弱であり、且つ照明光とは波長が異なる。このため、照明光側と発光側にそれぞれに適した波長選択フィルターを設置し、デジタルカメラなどの観測光学系への照明光の進入を抑制することが好ましい。そこで、図３に示すように、本変形例のレンズユニット２１では、図２に示す第１変形例のレンズユニット１１の各構成に加えて、照明光側に励起光を透過すると共に蛍光成分を吸収及び／又は反射する光学フィルターを、発光側には蛍光成分を透過すると共に励起光成分を吸収及び／又は反射する光学フィルターを追加している。即ち、本変形例のレンズユニット２１は、暗箱１０の側面開口１５に励起光パス蛍光カットフィルター１９を設けると共に、レンズ２とフロントカメラ２５との間に蛍光パス励起光カットフィルター１７を設けた以外は、図２に示す第１変形例のレンズユニット１１と同様である。

【0042】

［蛍光パス励起光カットフィルター１７］
蛍光パス励起光カットフィルター１７は、蛍光成分を透過すると共に励起光成分を吸収及び／又は反射する光学フィルターである。蛍光観察の場合、観察対象物４に照射する励起光の波長と、観察対象物４から発せられる蛍光の波長とが相互に異なるため、この蛍光パス励起光カットフィルター１７により、フロントカメラ２５に入射する励起光成分をカットすることで、蛍光のみを観察することが可能となる。その場合、蛍光パス励起光カットフィルター１７は、観察対象物４とフロントカメラ２５の間の光路上に光軸に垂直になるように配置されていればよく、例えばレンズ２の手前や、レンズ２とフロントカメラ２５の間などに設けることができる。

【0043】

［励起光パス蛍光カットフィルター１９］
励起光パス蛍光カットフィルター１９は、励起光を透過すると共に蛍光成分を吸収及び／又は反射する光学フィルターである。この励起光パス蛍光カットフィルター１９により、側面開口１５から暗室１０内に入射する照明光や外光に含まれる蛍光成分をカットし、励行光成分のみを透過させることで、像のコントラストを向上させることができる。なお、励起光パス蛍光カットフィルター１９は、側面開口１５全体を覆うように又は照明光が垂直に入射するように設置されていればよく、暗箱１０の内側でも外側でもどちら側に設けてもよい。

【0044】

蛍光は微弱であるため、ノイズ低減の観点から、側面開口１５から導入される励起光が、底面に埋め込まれたレンズ２に極力入射しないようにすることが好ましい。そこで、本変形例のレンズユニット２１でも、図２Ａと同様に、側面開口１５は暗箱１０の底面近傍に設け、励起光が浅い入射角度で導入されるようにしている。なお、励起光の入射角度を浅く取れない場合は、図２Ｂに示すように、貫通孔３の入り口に斜光浸入防止壁１０ｃを設けることで、励起光が直接レンズ２に進入することを回避することができる。

【0045】

［使用方法］
次に、本変形例のレンズユニット２１を用いて、蛍光像を観察する方法について説明する。本変形例のレンズユニット２１も、前述した第１の実施形態及びその変形例と同様に、スマートデバイス２０のフロントカメラ２５の上に置き、カメラレンズ２５ａの直上域にレンズ２が位置するように調整する。

【0046】

次に、例えば暗箱１０の上部に設けられた開閉蓋１０ａを開いて、観察対象物４を暗箱１０内部に挿入し、レンズ２の直上に配置する。その後、開閉蓋１０ａを閉じて、暗箱１０内への外光の進入を遮断すると共に、側面開口１５から励起光を導入する。これにより、励起光パス蛍光カットフィルター１９を通過し、蛍光成分が除かれた励起光が観察対象物４に照射される。

【0047】

励起光照射に伴い観察対象物４から発せられた蛍光は、レンズ２及びその直下の蛍光パス励起光カットフィルター１７を通過し、励起光成分が取り除かれた光がスマートデバイス２０のフロントカメラ２５に入射する。そして、レンズ２とフロントカメラ２５で構成される複式顕微鏡により、蛍光像としてフロントカメラ２５の光検出器（イメージセンサ）２５ｂに投影される。光検出器２５ｂからの信号に基づき生成されたデジタル画像は、スマートデバイス２０の記憶部に記憶され、自身の表示部２３や外部のスクリーンなどに表示される。

【0048】

本変形例のレンズユニットのように、蛍光パス励起光カットフィルター１７や励起光パス蛍光カットフィルター１９などの光学フィルターを用いることで、高感度の蛍光像観察も可能となる。即ち、本変形例のレンズユニットを用いることで、モバイル機器を用いた蛍光顕微顕微鏡を実現することができる。

【0049】

なお、一般的なデジタルカメラに用いられている光検出器（イメージセンサ）は、波長感度領域が可視域に偏っている。そこで、観察対象物４が紫外光励起で蛍光を発生する場合、この光検出器２５の波長感度領域の偏りを利用することができる。具体的には、励起光に光検出器２５の感度が低い紫外光を用いると、励起光がフロントカメラ２５に入射しても影響をほとんど受けないため、蛍光パス励起光カットフィルター１７を省略することが可能となる。

【0050】

また、励起用の紫外光中に、観察対象の蛍光域の波長成分が含まれていない場合は、蛍光パス励起光カットフィルター１７及び励起光パス蛍光カットフィルター１９は共に省略可能である。この場合、第１変形例と同様となる。本変形例における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。

【0051】

（第１の実施形態の第３変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第３変形例に係るレンズユニットについて説明する。図４は本変形例のレンズユニットの構成を示す一部断面側面図である。なお、図４においては、図１に示すレンズユニット１、図２に示すレンズユニット１１及び図３に示すレンズユニット２１の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0052】

一般の蛍光顕微鏡では、前述した第２変形例のレンズユニットとは異なり、観察対象物に垂直に光が当たる垂直照明を用いている。ただし、励起用照明光が直接カメラなどの観測光学系に入射しないように、従来の蛍光顕微鏡では、主に２色ビーム選択ミラーを用いた落射照明光学系が採用されている。一方、本発明のレンズユニットでは、暗箱１０に組み込まれた微小レンズ２を外部のデジタルカメラ機器に密着させる必要があるため、２色ビーム選択ミラーを挿入するスペースを確保することができない。このため、本発明のレンズユニットで蛍光像観察を行う場合は、透過型の構成にする。

【0053】

具体的には、図４に示すように、本変形例のレンズユニット５１は、通常タイプの蛍光顕微鏡を模した観察形態を有し、暗箱１０の上面のレンズ２の直上域に上面開口１６が設けられており、この上面開口１６を覆うように、励起光パス蛍光カットフィルター１９が配置されている。また、レンズ２の直下には、励起光パス蛍光カットフィルター１９と相互に平行になるよう蛍光パス励起光カットフィルター１７が設けられている。なお、本変形例のレンズユニット５１は、暗箱１０に上面開口１６を設けてそこに励起光パス蛍光カットフィルター１９を設置した点と、側面開口１５がない又は側面開口１５が塞がれている点以外は、図３に示す第２変形例のレンズユニット２１と同様である。

【0054】

［上面開口１６］
上面開口１６は、観察対象物４に照射する励起光を、暗箱１０内に導入するためのものであり、励起光パス蛍光カットフィルター１９が設けられる点で、第２変形例のレンズユニット２１の側面開口１５と同様である。一方、上面開口１６は、励起光パス蛍光カットフィルター１９が蛍光パス励起光カットフィルター１７と平行、且つ平面視で重複する位置になるように、開閉蓋１０ａに設定される。

【0055】

［使用方法］
次に、本変形例のレンズユニット５１を用いて、蛍光像を観察する方法について説明する。本変形例のレンズユニット５１も、前述した第１の実施形態及びその変形例と同様に、観察対象物４を暗箱１０内部にセットする。そして、開閉蓋１０ａを閉じて、暗箱１０内への外光の進入を遮断すると共に、上面開口１６から励起光を導入する。これにより、励起光パス蛍光カットフィルター１９を通過し、蛍光成分が除かれた励起光が観察対象物４に照射される。

【0056】

励起光照射に伴い観察対象物４から発せられた蛍光は、レンズ２及びその直下の蛍光パス励起光カットフィルター１７を通過し、励起光成分が取り除かれた光がスマートデバイス２０のフロントカメラ２５に入射する。そして、レンズ２とフロントカメラ２５で構成される複式顕微鏡により、蛍光像としてフロントカメラ２５の光検出器（イメージセンサ）２５ｂに投影される。光検出器２５ｂからの信号に基づき生成されたデジタル画像は、スマートデバイス２０の記憶部に記憶され、自身の表示部２３や外部のスクリーンなどに表示される。

【0057】

（第１の実施形態の第４変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の第４変形例に係るレンズユニットについて説明する。図５Ａは本変形例のレンズユニットの構成を示す一部断面側面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＸ部分の詳細図を示している。この詳細図は暗箱１０の底面部の構造を示した模式図である。また、図５においては、図１に示すレンズユニット１、図２に示すレンズユニット１１、図３に示すレンズユニット２１及び図４に示すレンズユニット５１の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0058】

図４に示す第３変形例のレンズユニット５１では、励起光パス蛍光カットフィルター１９と蛍光パス励起光カットフィルター１７とを相互に平行な位置に配置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、励起光パス蛍光カットフィルター１９及び蛍光パス励起光カットフィルター１７に鏡面仕上げのフィルターを用いた場合、各フィルターの表面で垂直方向の入射光が反射を繰り返し、思わぬ斜光成分を生じ、デジタル画像の背景を完全に暗視野にすることが困難になることがある。

【0059】

この問題は、前述した第１変形例及び第２変形例のレンズユニットで用いられる斜光照明であれば、ある程度回避できるが、デジタルカメラなどの観測光学系への照明光の進入を根本的に防ぐためには、観察対象物４の下方から照明光を照射し、入射光が上方に抜ける照明方式を採用することが望ましい。しかしながら、前述した第１の実施形態及びその第１〜第３変形例のレンズユニット１，１１，２１，５１は、フロントカメラ２５のレンズ２５ａの直上域にレンズ２が位置しているため、レンズ２とレンズ２５ａとの距離が極めて近く、また暗箱１０も小型であるため、観察対象物４の下方から照明光を照射することは困難である。そこで、図５に示すように、本変形例のレンズユニット６１では、暗箱１０の底面の一部に空洞１３を設け、この空洞１３に光源１８を設置している。

【0060】

［光源１８］
光源１８は、観察対象物４に下方から光を照射するものであり、暗箱１０の底面に設置されている。光源１８は、観察対象物４に励起光などの任意の波長の光を照射できるものであればよく、その種類や大きさは特に限定されるものではないが、例えば、暗箱１０に底面の厚さが３〜５ｍｍ程度の小型のものを用いる場合は、極小ＬＥＤなどを利用した微小光源が好適である。

【0061】

［光ガイド６］
光ガイド６は、光源１８から出射された光を観察対象物４に向けて案内するものであり、例えば屈曲性を有する光ファイバーの束又は屈曲したプラスチックレンズなどが用いられる。これらの光ガイド６を用いることで、光源１８を暗箱１０の底面に設置しても、光源１８から出射された光を観察対象物４に適切に誘導することができる。

【0062】

なお、後述するスライドガラス５での反射による問題発生を防止するめ、光源１８から出射された光に起因する反射光が貫通孔３に進入しないように、光ガイド６から射出される光は、全て平行光になるように調整されることが好ましい。光ガイド６から出射される光を平行光とする方法としては、例えば光ガイド６に光ファイバーの束を用いる方法などが挙げられる。

【0063】

［通路１４］
通路１４は、光ガイド６から出射された光を観察対象物４に導くための光の通り道である。光ガイド６を通過した光を観察対象物４に照射するとき、スライドガラス５と観察対象物４の接触面で反射が生じる。特に、スライドガラス５に斜め方向から光が入射する斜光入射の場合は、強い反射が起こりやすい。このため、通路１４が延びる方向は、光ガイド６から出射される平行光がレンズ２とフロントカメラ２５のカメラレンズ２５ａで構成される複式顕微鏡の光軸中心Ｃに照射され、且つスライドガラス５の表面で反射した光が貫通孔３に進入しないような角度、例えば光軸中心Ｃに対して概ね６０度以上に調整される。

【0064】

斜光照明の場合、観察対象物４に照射される光の強度にムラが生じる。そこで、本変形例のレンズユニット６１では、このような斜光の光度分布をある程度補償するため、図５に示すように、前述した光源１８、光ガイド６、通路１４などから構成される光学系を、２個ずつ左右対称に設置することが好ましい。又は、レンズ２を中心に、前後左右に４個ずつ設置してもよい。３Ｄプリンターを用いることで、このような複雑な構造でも、容易にかつ精度よく製造することが可能である。

【0065】

図５に示すレンズユニット６１では、光源１８と光ガイド６の間に励起光パス蛍光カットフィルター１９を設けているが、前述した方法により光源１８からの励起光が貫通孔３に進入しないようにすれば、励起光パス蛍光カットフィルター１９は不要となる。一方、観察対象物４に含まれる特定の蛍光成分のみを励起したいときには、他の蛍光成分が励起しないように、光源１８の直後に、他の蛍光成分を励起させる波長の光をカットする励起光パス蛍光カットフィルターを設置すればよい。

【0066】

更に、本変形例のレンズユニット６１には、暗箱１０の底面に、固定用部材７として、両面吸着テープなどの吸着材、両面粘着ゴムや両面粘着テープなどの粘着材を設けることができる。この固定用部材７には、厚さが薄いものを用いることが好ましい。固定用部材７を設けることにより、スマートデバイス２０のフロントカメラ２５上に、レンズユニット６１を容易に固定又は保持することができる。なお、図１〜図４には示していないが、前述した第１の実施形態及びその第１〜第３変形例のレンズユニット１，１１，２１，５１にも、同様に、固定用部材７を設けてもよい。

【0067】

［使用方法］
次に、本変形例のレンズユニット６１を用いて、蛍光像を観察する方法について説明する。本変形例のレンズユニット６１も、前述した第１の実施形態及びその変形例と同様に、観察対象物４を暗箱１０内部にセットする。そして、開閉蓋１０ａを閉じて、暗箱１０内への外光の進入を遮断すると共に、光源１８から励起光を出射する。

【0068】

光源１８から出射された光は、励起光パス蛍光カットフィルター１９により蛍光成分が除かれた後、光ガイド６に導かれ、通路１４を通過して、観察対象物４に照射される。励起光照射に伴い観察対象物４から発せられた蛍光は、レンズ２及びその直下の蛍光パス励起光カットフィルター１７を通過し、励起光成分が取り除かれた光がスマートデバイス２０のフロントカメラ２５に入射する。そして、蛍光像としてフロントカメラ２５の光検出器（イメージセンサ）２５ｂに投影され、そのデジタル画像が、自身の表示部２３や外部のスクリーンなどに表示される。

【0069】

本変形例のレンズユニット６１は、光源１８により観察対象物４を下方から照明しており、また光源１８から出射された励起光を、屈曲した光ガイド６及び適切な角度に調整した通路１４によって、観察対象物４に誘導しているため、励起光が貫通孔３に直接又は反射光として進入することを防止できる。これにより、微弱光を観察する蛍光観察における検出感度が向上する。

【0070】

なお、本変形例では、光源１８が励起光用の光源である場合を示したが、光源１８は単なる照明用の光源でもよい。照明用の光を観察対象物４に照射することで、第１変形例に示したように、散乱光の検出も行うことができる。また、採光用の開口を暗箱１０の側面や上面に設けてもよい。

【0071】

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るレンズユニットについて説明する。図６は本実施形態のレンズユニットの構成例を模式的に示す図である。前述した第１の実施形態及びその変形例のレンズユニットでは、単一のユニットである暗箱１０を使用し、観察対象物４の出し入れを暗箱１０上部の開閉蓋１０ａの操作により行うため、暗箱１０のサイズが小さい場合、箱内が手狭となり、観察対象物４の取り扱い性が悪くなることがある。

【0072】

そこで、図６に示すように、本実施形態のレンズユニット１０１では、暗箱上部１００ａと暗箱底部１００ｂが分離するセパレート型暗箱１００を採用している。このレンズユニット１０１は、暗箱上部１００ａが蓋又はカバーとなっており、暗箱上部１００ａを取り除くことで、暗箱底部１００ｂが露出し、観察対象物４の設置や取り出しなどの作業について、利便性が向上する。

【0073】

［セパレート型暗箱１００］
セパレート型暗箱１００は、図６に示すように、暗箱底部１００ｂと、この暗箱底部１００ｂ全体を覆う暗箱上部１００ａとで構成されるものに限定されるものではなく、上部と下部が完全に分離することが可能な構造であればよい。観察対象物４の出し入れし易さの観点から、上部と下部の分割位置は、暗箱１００の高さの半分位置よりも下方にあることが好ましい。特に、底面部とその上の部分（壁部・天井部）とが分離するものは、観察対象物４を載置する底面部がより開放的になるため、観察対象物４の暗箱１００内へのセットが容易である。なお、セパレート型暗箱１００の材質や形状は、特に限定されるものではなく、前述した第１の実施形態の暗箱１０と同様とすることができる。

【0074】

［使用方法］
次に、本実施形態のレンズユニット１０１を用いて微弱光を観察する方法について説明する。図６に示すように、本実施形態のレンズユニット１０１は、暗箱上部１００ａが暗箱底部１００ｂの上に載置された状態であるため、暗箱上部１００ａを持ち上げて取り外すことで、暗箱底部１００ｂが露出した状態となる。そこに観察対象物４が載置されたスライドガラス５をレンズ２の直上に位置するように配置する。その後、暗箱底部１００ｂ上に暗箱上部１００ａを載せて、暗箱１００内への外光の進入を遮断する。後は、第１の実施形態と同様の手順で、観察対象物４の微弱光を観察する。

【0075】

なお、図６に示すレンズユニット１０１には、前述した第１の実施形態の各変形例で採用している採光や照明光や励起光を導入用の開口、及び蛍光パス励起光カットフィルターや励起光パス蛍光カットフィルターなどの光学フィルターを設けることもできる。例えば、レンズユニット１０１に開口や光学フィルターを設けた場合は、第１の実施形態の各変形例のレンズユニットと同様に、観察対象物４の散乱像や蛍光像を観察することが可能となる。また、本実施形態のレンズユニット１０１は、暗箱底部１００ｂを図５に示すような構成としてもよい。

【0076】

以上詳述したように、本実施形態のレンズユニット１０１は、セパレート型暗箱１００を採用しているため、暗箱内への観察対象物４のセットがスムーズとなり、操作性及び利便性が向上する。

【0077】

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係るレンズユニットについて説明する。図７は本実施形態のレンズユニットの構成例を模式的に示す図であり、図７Ａは平面図、図７Ｂは一部断面側面図である。前述した第１の実施形態及びその変形例のレンズユニットでは、直方体状の暗箱を使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、暗箱は、ドーム型、球形、角柱型、円柱型、キノコ型、ロケット型、ダイヤモンド型、その他様々な形状を採用することができ、不定形状とすることもできる。

【0078】

例えば、図７Ａ，Ｂに示すレンズユニット３１のように、暗箱３０を１／４球状のドーム型にすると、直方体状や立方体状の場合よりも暗箱を小型にできる。この１／４球状ドーム型の暗箱３０を用いる場合、観察対象物を出し入れするための開閉蓋の代わりに、暗箱３０の下部にスライドガラス５を挿入するためのスリット３８を設けてもよい。また、本実施形態のレンズユニット３１には、暗箱３０の上面及び側面に光導入用の開口（上面開口３６、側面開口３５）を設けることもできる。

【0079】

［スリット３８］
スリット３８は、スライドガラス５に固定された観察対象物４を、レンズ２の直上域に挿入するためのものであり、暗箱３０の底面に平行になるよう形成されている。スリット３８の幅や長さは、レンズユニット３１の大きさなどに応じて適宜設定することができる。また、スリット３８の間隔は、特に限定されるものではないが、スリット３８の間隔を必要以上に大きくすると、暗箱３０内に外光が進入し、暗箱３０の遮光効果が低減するため、スライドガラス５に固定又は載置された観察対象物４をレンズ２の直上域に配置するための操作を、かろうじて実施できる程度の間隔に設定することが好ましい。

【0080】

観察対象物４の出し入れを、蓋や扉ではなく、スリット３８で行うことにより、暗箱３０内部の暗環境を保持したまま、観察対象物４を所定の位置（レンズ２の直上域）に手動で配置することが可能となる。また、一般にスライドガラス５の長辺の長さは暗箱３０の幅よりも長いため、スリット３８を利用した暗箱３０内へのスライドガラス５の挿入及び観察対象物４の位置調整は、スライドガラス５を手で持って動かすことで実施でき、顕微鏡観察時の利便性が向上する。また、本実施形態のレンズユニット３１では、蓋や扉を開け閉めする必要がないため、作業の煩雑さも解消できる。

【0081】

［側面開口３５］
側面開口３５は、暗箱３０内に励起光などを導入するためのものである。側面開口３５は、迷光低減の観点から、暗箱３０の底面近傍に設けることが好ましい。これにより、励起光などの光は浅い入射角で導入されるため、フロントカメラ２５への進入を抑制することができる。また、側面開口３５には、暗箱３０内に蛍光成分が進入することを防止するため、励起光パス蛍光カットフィルター１９を設けることもできる。

【0082】

［上面開口３６］
上部開口３６は、暗箱３０内に可視光、自然光及び照明光などの光を導入するためのものであり、例えば、レンズ２の直上域に設けられ、レンズ２上に配置される観察対象物を照明する。一方、蛍光などの微弱光を観察する際は、上面開口３６から導入される光により、微弱光の観察に支障がでる場合がある。このため、上面開口３６は、開閉塞自在な構成となっていることが好ましい。

【0083】

［その他の構成］
本実施形態のレンズユニット３１は、暗箱３０内に光源が設置されていてもよいし、暗箱３０の外に光源が設置されていてもよい。具体的には、光源は、暗箱３０（側面開口３５及び上面開口３６）から離れた位置に設置されていてもよいし、砲弾型ＬＥＤなどの光源を側面開口３５及び／又は上面開口３６に差し込んでもよい。そして、砲弾型ＬＥＤなどの光源を、側面開口３５及び／又は上面開口３６に差しこむ構成は、光の方向と量の調整に再現性が期待できる。

【0084】

本実施形態のレンズユニット３１は、レンズ２の手前や、レンズ２とフロントカメラ２５の間などに、蛍光パス励起光カットフィルター１７が設けられていてもよい。これにより、励起光成分を除去し、蛍光などの微弱光のみを観察することが可能となる。また、本実施形態のレンズユニット３１では、暗箱３０の幅をスライドガラス５の長辺よりも小さくして、スライドガラス５の両端を手指で支持し、表示部２３上の画像を観察しながら、観察対象物４の移動を実施する構成とすることができる。

【0085】

［使用方法］
次に、本実施形態のレンズユニット３１を用いて、微弱光像を観察する方法について説明する。例えば、本実施形態のレンズユニット３１で蛍光像を観察する場合は、前述した第１の実施形態及びその変形例と同様に、スマートデバイス２０のフロントカメラ２５の上にレンズユニット３１を置き、カメラレンズ２５ａの直上域にレンズ２が位置するように調整する。また、観察対象物４は、例えばスライドガラス５に固定又は載置する。そして、このスライドガラス５を暗箱３０の下部に設けられたスリット３８に挿入し、スライドガラス５の位置を調整することで、観察対象物４をレンズ２の直上に配置する。

【0086】

次に、励起光パス蛍光カットフィルター１９を装着した側面開口３５から励起光を導入する。なお、励起光パス蛍光カットフィルター１９は、励起光が垂直方向から入射するようフィルター角度が調整されていることが好ましい。これにより、励起光パス蛍光カットフィルター１９で蛍光成分が除かれた励起光が、観察対象物４に照射される。励起光照射により観察対象物４から発せられた蛍光は、レンズユニット３１のレンズ２及びその直下のスマートデバイス２０のフロントカメラ２５に入射する。このとき、レンズ２には、蛍光パス励起光カットフィルター１７により励起光成分が取り除かれた蛍光のみが入射し、レンズ２とフロントカメラ２５で構成される複式顕微鏡により、蛍光像としてフロントカメラ２５の光検出器（イメージセンサ）２５ｂに投影される。

【0087】

前述した蛍光像観察は、暗箱３０の上面開口３６を塞ぎ、遮光して行うが、例えば、暗箱３０の上面開口３６から可視光や照明光を照射することにより、観察対象物４の透過像を観察することができる。また、観察対象物４が紫外光で励起して蛍光を発するものである場合は、上面開口３６を塞いだ上で、側面開口３５から観察対象物４に紫外光を照射することで、蛍光観察ができる。この場合、蛍光パス励起光カットフィルター１７は用いても、用いなくてもよい。

【0088】

本実施形態のレンズユニットは、観察対象物を出し入れするための蓋や扉の代わりに、暗箱３０の下部の底面近傍に、暗箱３０内にスライドガラス５を挿入するためのスリット３８を設けているため、暗箱内部の暗環境を保持したまま、手動で観察対象物をレンズ２の直上域に配置することができる。なお、暗箱３０に、別途蓋や扉を設けても良く、蓋や扉を設ける構成も、本実施形態に含まれる。そして、本実施形態における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態及びその変形例と同様である。

【0089】

（第３の実施形態の第１変形例）
次に、本発明の第２の実施形態の第１変形例に係るレンズユニットについて説明する。図８は本変形例のレンズユニットをスマートデバイスに適用した場合の概観図（平面図）である。図８に示すように、本変形例のレンズユニット４１は、暗箱３０の底面が延長されている。

【0090】

本変形例のレンズユニット４１は、暗箱３０の延長部分３０ａをスマートデバイス２０と共にクリップで挟むことにより、レンズユニット４１をスマートデバイス２０に容易に固定することができる。なお、本変形例における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態及びその変形例、並びに第２の実施形態と同様である。

【0091】

（第４の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る複式顕微鏡装置について説明する。前述した第１及び第２の実施形態及びこれらの変形例では、レンズユニットをスマートデバイスに適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、パソコン搭載のカメラ、各種ウェブカメラ、ゲーム制御器搭載のカメラ、市販の可搬型カメラなどにも適用することもできる。

【0092】

図９は本発明の本実施形態をデジタルカメラに適用した場合の複式顕微鏡装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図９に示すように、本発明の複合顕微鏡装置は、前述した第１の実施形態のレンズユニット１と、デジタルカメラ５０とで構成され、デジタルカメラ５０のカメラレンズ５５を覆うように、レンズユニット１が配置されている。

【0093】

本発明の複合顕微鏡装置も、前述した第１の実施形態と同様の方法で、レンズユニット１の暗箱１０内に収容された観察対象物に由来する微弱光を観察することができる。本発明の複合顕微鏡装置でも、デジタルカメラ５０の光検出器５７で微弱光が検出され、光検出器５７からの信号に基づき生成されたデジタル画像が、デジタルカメラ５０の表示部５３や外部のスクリーンなどに表示される。なお、デジタルカメラ５０を机に置いて観察を行うと表示部５３が見えないことがあるが、その場合、デジタルカメラ５０の通信機能を利用して撮像した画像を他のモバイル機器やパーソナルコンピュータに送信し、それらの表示部や表示装置を用いて観察すればよい。

【0094】

本発明の複合顕微鏡装置では、デジタルカメラ５０として、カメラレンズ５５の周辺に凹凸があるものや、カメラレンズ５５がカメラ本体から突出するものを使用する場合は、暗箱１０の底部にカバー部材を取り付けることもできる。図１０は図９に示す暗箱１０にカバー部材を取り付けた構成を示す斜視図である。図１０に示すように、カバー部材６０は、レンズユニット１の暗箱１０の底部外周に取り付けられる。

【0095】

カバー部材６０の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、布、プラスチック、紙などの不透明で柔らかい素材で形成されていることが好ましい。また、カバー部材６０の暗箱１０への取付方法は、特に限定されるものではなく、テープやのりなどの接着剤で貼り付けてもよいし、スナップやボタン、フックなどの留め具を用いてもよい。また、カバー部材６０をゴムスカートのようにすると、着脱も容易になる。

【0096】

前述した方法でカバー部材６０が取り付けられた暗箱１０は、デジタルカメラ５０のカメラレンズ５５のカメラ本体から突出している部分を、カバー部材６０で囲むように配置される。これにより、カバー部材６０で外光が遮蔽され、カメラレンズへの外光の入射を防止できる。

【0097】

本実施形態の複式顕微鏡装置は、暗箱１０とレンズ２を一体化したレンズユニット１を用いているため、明るい室内や屋外においても、容易に自家発光像を観察することが可能となる。なお、本発明では、レンズユニット１に代えて、第１の実施形態の変形例又は第２の実施形態及びその変形例のレンズユニットを用いることができ、その場合も同様の効果が得られる。

【実施例】

【0098】

以下、本発明の実施例として、本発明のレンズユニットとスマートフォンを用いて、顕微鏡観察を行った。

【0099】

＜実施例１＞
本実施例では、励起光パス蛍光カットフィルター及び蛍光パス励起光カットフィルターの両方とも使用せずに、スギ花粉の青色蛍光像の観察を行うため、図７に示すレンズユニット３１から励起光パス蛍光カットフィルター１９及び蛍光パス励起光カットフィルター１７を外したレンズユニットを用いた。そして、このレンズユニットとスマートフォンを用いた複式顕微鏡で、スギ花粉の蛍光観察を行った。図１１Ａ，Ｂはスギ花粉の顕微鏡写真（倍率約１００倍）であり、図１１Ａは白色光透過明視野像であり、図１１Ｂは紫外光照射蛍光像である。

【0100】

スギ花粉は、紫外側の波長で青色に蛍光発色することが知られている。そこで、本実施例では、暗箱３０の上面開口３６に照明用光源として白色ＬＥＤを挿入、倍率を約１００倍として、スギ花粉の明視野透過像を撮像した（図１１Ａ参照）。また、暗箱３０の上面開口３６を遮光すると共に、側面開口３５に波長３７５ｎｍの紫外線ＬＥＤを挿入して蛍光像を撮像した（図１１Ｂ参照）。

【0101】

一般に、スマートデバイスに搭載されたカメラは紫外光に不感であるので、本実施例の複式顕微鏡装置では、励起光パス蛍光カットフィルター及び蛍光パス励起光カットフィルターは不要であり、本実施例の観察では、両フィルターともに使用していない。図１１Ｂに示すように、本発明のレンズユニットを用いた複合顕微鏡装置により、スギ花粉の蛍光像観察を容易に実施することができた。

【0102】

＜実施例２＞
次に、蛍光蛋白質ＥＧＦＰ（緑色蛍光）溶液を図７に示すレンズユニット３１を用いて蛍光観察した。励起光パス蛍光カットフィルター１９及び蛍光パス励起光カットフィルター１７として、緑色蛍光蛋白質用に調整されたスペクトルを持つ光学フィルターを用いた。蛍光パス励起光カットフィルター１７はレンズ２の下方に、励起光パス蛍光カットフィルター１９は側面開口３５に装着した。

【0103】

図１２Ａ〜Ｃは図７に示すレンズユニット３１とスマートフォンを用いて撮影した蛍光蛋白質ＥＧＦＰ（緑色蛍光）溶液の顕微鏡写真（倍率約１００倍）であり、図１２Ａは白色光透過明視野像、図１２Ｂは紫外光による蛍光像、図１２Ｃは青色励起光による蛍光像である。いずれも、レンズユニット３１のレンズ２よりも後方（レンズ２とフロントカメラ２５の間）の光路上に、蛍光パス励起光カットフィルター１７を設置して撮影した。

【0104】

図１２Ａは、側面開口３５を閉塞し、上面開口３６に照明用光源として白色ＬＥＤを挿入して撮像した透過明視野像である。蛍光パス励起光カットフィルター１７は波長５００ｎｍより短波長側をカットするため、背景である明視野は黄色になる。図１２Ｂは、上面開口３６を閉塞し、波長３７５ｎｍの紫外ＬＥＤを、暗箱３０の側面開口３５に挿入して撮像した蛍光像である。図１２Ｂに示す顕微鏡写真では、右上に混在する小さな不純物が黄色に発色し、それ以外の溶液は緑色に発光した。

【0105】

図１２Ｃは、上面開口３６を閉塞し、暗箱３０の外面に、励起光パス蛍光カットフィルター１９を、側面開口３５の全体を覆い、且つ励起光が垂直入射するように角度を付けて張り付けた状態で、暗箱３０の外部に配置した青色ＬＥＤから観察対象物（蛍光蛋白質溶液）に向けて青色ＬＥＤ光を照射して撮影した蛍光像である。なお、励起光パス蛍光カットフィルター１９には、波長４７５ｎｍよりも長波長側の光をカットするものを使用した。図１２Ｃに示す顕微鏡写真では、左上に混在する小さな不純物が黄色に発色し、それ以外の溶液は緑色に発光した。また、図１２Ｂの紫外励起蛍光よりも、図１２Ｃに示す青色励起緑色蛍光の方が、発光強度が大きかった。

【0106】

＜実施例３＞
次に、実施例１，２で実施した斜光照明による撮像と、垂直照明による撮像を比較するため、図７に示すレンズユニット３１（斜光照明）と図４に示すレンズユニット５１（垂直照明）を用いてスギ花粉の蛍光観察を行った。図１３Ａ，Ｂは図７に示すレンズユニット３１とスマートフォンを用いて撮影したスギ花粉の顕微鏡写真（倍率約１００倍）であり、図１３Ｃは図４に示すレンズユニット５１とスマートフォンを用いて撮影したスギ花粉の顕微鏡写真（倍率約１００倍）である。図１３Ａは白色光透過明視野像、図１３Ｂは青色ＬＥＤの斜光照明による蛍光像であり、図１３Ｃは青色ＬＥＤの垂直照明による蛍光像である。いずれも、レンズ２よりも後方（レンズ２とフロントカメラ２５の間）の光路上に蛍光パス励起光カットフィルター１７を設置して撮像した。

【0107】

図１３Ａは、暗箱３０の上面開口３６に、照明用光源として白色ＬＥＤを挿入して撮像した透過明視野像である。蛍光パス励起光カットフィルター１７は、波長５００ｎｍよりも短波長側をカットするため、図１３Ａの白色光透過明視野像は、黄色の明視野を背景に花粉のシルエットが写る画像となった。

【0108】

図１３Ｂは、斜光照明による蛍光像であり、上面開口３６を閉塞すると共に、暗箱３０の外面に、励起光パス蛍光カットフィルター１９を、側面開口３５の全体を覆い、且つ励起光が垂直入射するように角度を付けて張り付け、暗箱３０の外部に配置した青色ＬＥＤから観察対象物（花粉）に向けて青色ＬＥＤ光を照射して撮影した。なお、励起光パス蛍光カットフィルター１９には、波長４７５ｎｍよりも長波長側の光をカットするものを使用した。

【0109】

図１３Ｂに示す顕微鏡写真では、暗視野に緑色蛍光が観察された。同様に斜光照明で撮像した図１１Ｂの顕微鏡写真と比較すると、蛍光発色が異なるが、これは、励起光の波長が異なること（３７５ｎｍの紫外線ＬＥＤと４７０ｎｍの青色ＬＥＤ）と、光学フィルターの有無の両方に起因すると考えられる。

【0110】

図１３Ｃは、波長４７５ｎｍより長波長側をカットする励起光パス蛍光カットフィルター１９を上面開口１６に装着し、励起光パス蛍光カットフィルター１９に対して垂直に設置した青色ＬＥＤから青色ＬＥＤ光を照射して撮像した垂直照明による蛍光像である。この図からも分かるように、背景光のある不完全な暗視野に明るい緑色蛍光が観察された。そして、斜光照明で撮像した図１３Ｂの像と、垂直照明で撮像した図１３Ｃの像を比較すると明らかなように、斜光照明は、観測光学系への励起用照射光の進入防止について顕著な効果が認められた。

【0111】

一方、斜光照明の場合は、観察対象物に斜めに光が当たる分光量が減るため、蛍光強度は垂直照明に比べて弱くなる。図１３Ｄは、図１３Ｂと蛍光強度が同等になるように図１３Ｃの明度を落とした画像である。図１３Ｄの顕微鏡写真は、画像全体の明度が低下したため、背景は暗視野化した。蛍光のＳＮ比（Signal／Noise ratio）については、斜光照明に比べて垂直照明はやや劣るが、観測不能なレベルではなく、不利とは言えない。従って、本発明のレンズユニットにおいては、斜光照明及び透過型顕微鏡を構成する垂直照明は、共に有用であると考えられる。

【0112】

以上の結果から、本発明のレンズユニット及び複合顕微鏡を用いることにより、手軽に観察対象物の微弱光像を観察することができることが確認された。

【符号の説明】

【0113】

１、１１、２１、３１、４１、５１、６１、１０１ レンズユニット
２ レンズ
３ 貫通孔
４ 観察対象物
５ スライドガラス
６ 光ガイド
７ 固定用部材
１０、３０ 暗箱
１０ａ 開閉蓋
１０ｂ 支点軸
１０ｃ 斜光浸入防止壁
１４ 通路
１５、３５ 側面開口
１６、３６ 上面開口
１７ 蛍光パス励起光カットフィルター
１８ 光源
１９ 励起光パス蛍光カットフィルター
２０ スマートデバイス
２３、５３ 表示部
２５ フロントカメラ
２５ａ、５５ カメラレンズ
２５ｂ、５７ 光検出器（イメージセンサ）
３０ａ 延長部分
３８ スリット
５０ デジタルカメラ
６０ カバー部材
１００ セパレート型暗箱
１００ａ 暗箱上部
１００ｂ 暗箱底部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】