特許 6904414 液体供給装置、対物レンズ保持装置、顕微鏡、及び液体供給方法

(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】6904414

(24)【登録日】2021年6月28日

(45)【発行日】2021年7月14日

(54)【発明の名称】液体供給装置、対物レンズ保持装置、顕微鏡、及び液体供給方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/24 20060101AFI20210701BHJP

【ＦＩ】

   G02B21/24

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2019-509433(P2019-509433)

(86)(22)【出願日】2018年3月30日

(86)【国際出願番号】JP2018013989

(87)【国際公開番号】WO2018182020

(87)【国際公開日】20181004

【審査請求日】2019年9月27日

(31)【優先権主張番号】特願2017-69986(P2017-69986)

(32)【優先日】2017年3月31日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100107836

【弁理士】

【氏名又は名称】西 和哉

(72)【発明者】

【氏名】八十川 利樹

【審査官】 殿岡 雅仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１７０８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０８６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００２１５６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−２２７９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０９３２０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１８／１３８０５３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２１／００ − ２１／３６

Ｇ０１Ｎ １／００ − １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

観察対象物の下方に配置された対物レンズ上に液体を供給する供給口と、
前記対物レンズ上に貯留された液体を回収する回収口と、を備え、
前記供給口及び前記回収口は、前記観察対象物と前記対物レンズとの間の光路における前記対物レンズよりも上方の位置と、前記光路から退避した位置との間を移動可能であり、
前記供給口は、前記対物レンズが下方に移動することに連動して前記光路における前記対物レンズよりも上方の位置へ移動し、該位置において液体を供給し、
前記回収口は、前記対物レンズが下方に移動することに連動して前記光路における前記対物レンズよりも上方の位置であって前記対物レンズの光軸方向における前記供給口の位置よりも上方の位置へ移動し、該位置において液体を回収し、
前記対物レンズ上における液体の液面の高さは、前記回収口が配置された位置において規定され、
前記供給口及び前記回収口は、前記対物レンズが上方に移動することに連動して前記光路から退避した位置に移動する、液体供給装置。

【請求項2】

前記回収口は、前記光路における前記対物レンズよりも上方の位置にあるときに、前記供給口よりも前記対物レンズの光軸に近い位置に配置される、請求項１に記載の液体供給装置。

【請求項3】

前記供給口と前記回収口とを前記光路に挿脱する挿脱機構、を備える、請求項１又は請求項２に記載の液体供給装置。

【請求項4】

前記供給口と前記回収口とを含むノズルユニットを備え、
前記ノズルユニットは、前記対物レンズと前記観察対象物との相対的な移動に連動して前記対物レンズの光軸と交差する軸の周りで回転する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体供給装置。

【請求項5】

前記挿脱機構は、
前記観察対象物を支持するステージと前記対物レンズを支持する支持部とのうち一方に設けられるカムと、
前記ステージおよび前記支持部の他方に設けられ前記カムに合わされるカムフォロアと、を備える、請求項３に記載の液体供給装置。

【請求項6】

前記供給口と接続され、前記液体を送出する送出装置と、
前記回収口と接続され、前記液体を吸引する吸引装置と、を備え、
前記送出装置による送出の少なくとも一部と並行して前記吸引装置による吸引が行われる、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の液体供給装置。

【請求項7】

前記供給口を有する供給部材と、
前記回収口を有する回収部材と、を備える、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の液体供給装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の液体供給装置を備え、
前記対物レンズを保持して位置決めする、対物レンズ保持装置。

【請求項9】

請求項８に記載の対物レンズ保持装置と、
前記対物レンズと、を備える、顕微鏡。

【請求項10】

観察対象物の下方に配置された対物レンズ上に液体を供給口から供給することと、
前記対物レンズ上に貯留された液体を回収口から回収することと、を含み、
前記供給口及び前記回収口は、前記観察対象物と前記対物レンズとの間の光路における前記対物レンズよりも上方の位置と、前記光路から退避した位置との間を移動可能であり、
前記供給口は、前記対物レンズが下方に移動することに連動して前記光路における前記対物レンズよりも上方の位置へ移動し、該位置において液体を供給し、
前記回収口は、前記対物レンズが下方に移動することに連動して前記光路における前記対物レンズよりも上方の位置であって前記対物レンズの光軸方向における前記供給口の位置よりも上方の位置へ移動し、該位置において液体を回収し、
前記対物レンズ上における液体の液面の高さは、前記回収口が配置された位置において規定され、
前記供給口及び前記回収口は、前記対物レンズが上方に移動することに連動して前記光路から退避した位置に移動する、液体供給方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体供給装置、対物レンズ保持装置、顕微鏡、及び液体供給方法に関する。

【背景技術】

【0002】

顕微鏡の分野において、観察対象物（例、生細胞）が載置されたカバーガラスや培養容器と対物レンズとの間の空間に液体（浸液、液浸媒質）を満たして観察を行うことが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１５／０２１２３１０号明細書

【発明の概要】

【0004】

本発明の第１の態様においては、液体供給装置を提供する。液体供給装置は、観察対象物の下方に配置された対物レンズ上に液体を供給する供給口を備えてよい。液体供給装置は、対物レンズ上に貯留された液体を回収する回収口を備えてよい。供給口及び回収口は、観察対象物と対物レンズとの間の光路における対物レンズよりも上方の位置と、光路から退避した位置との間を移動可能であってよい。供給口は、対物レンズが下方に移動することに連動して光路における対物レンズよりも上方の位置へ移動し、該位置において液体を供給してよい。回収口は、対物レンズが下方に移動することに連動して光路における対物レンズよりも上方の位置であって対物レンズの光軸方向における供給口の位置よりも上方の位置へ移動し、該位置において液体を回収してよい。対物レンズ上における液体の液面の高さは、回収口が配置された位置において規定されてよい。供給口及び回収口は、対物レンズが上方に移動することに連動して光路から退避した位置に移動してよい。

【0005】

本発明の第２の態様においては、対物レンズ保持装置を提供する。対物レンズ保持装置は、第１の態様の液体供給装置を備えてよい。対物レンズ保持装置は、対物レンズを保持して位置決めしてよい。

【0006】

本発明の第３の態様においては、顕微鏡を提供する。顕微鏡は、第２の態様の対物レンズ保持装置を備えてよい。顕微鏡は、対物レンズを備えてよい。

【0007】

本発明の第４の態様においては、液体供給方法を提供する。液体供給方法は、観察対象物の下方に配置された対物レンズ上に液体を供給口から供給することを含んでよい。液体供給方法は、対物レンズ上に貯留された液体を回収口から回収することを含んでよい。供給口及び回収口は、観察対象物と対物レンズとの間の光路における対物レンズよりも上方の位置と、光路から退避した位置との間を移動可能であってよい。供給口は、対物レンズが下方に移動することに連動して光路における対物レンズよりも上方の位置へ移動し、該位置において液体を供給してよい。回収口は、対物レンズが下方に移動することに連動して光路における対物レンズよりも上方の位置であって対物レンズの光軸方向における供給口の位置よりも上方の位置へ移動し、該位置において液体を回収してよい。対物レンズ上における液体の液面の高さは、回収口が配置された位置において規定されてよい。供給口及び回収口は、対物レンズが上方に移動することに連動して光路から退避した位置に移動してよい。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る顕微鏡を示す図である。

【図2】第１実施形態に係る液体供給装置を示す図である。

【図3】第１実施形態に係る液体供給装置の動作を示す図である。

【図4】第１実施形態に係る挿脱機構およびその動作を示す図である。

【図5】供給口、回収口、及び対物レンズの位置関係の例を示す図である。

【図6】供給口、回収口、及び対物レンズの位置関係の例を示す図である。

【図7】供給口、回収口、及び対物レンズの位置関係の例を示す図である。

【図8】第２実施形態に係る液体供給装置およびその動作を示す図である。

【図9】変形例に係る供給部材および回収部材を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［第１実施形態］
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る顕微鏡を示す図である。図１の顕微鏡１は、倒立顕微鏡であるが、実施形態に係る顕微鏡は、正立顕微鏡にも適用可能である。顕微鏡１は、ベース２と、ステージ３と、光源装置４と、照明光学系５と、観察光学系６と、レボルバ７（対物レンズ保持装置）と、液体供給装置８とを備える。ベース２は、例えば机の上面などの設置面に載置され、顕微鏡１の各部を支持する。ステージ３は、ベース２に立設された支柱２ａに支持され、標本Ｓ（観察対象物）を支持する。ステージ３には開口部３ａが設けられ、開口部３ａには、標本Ｓを保持する標本保持部材９（例、スライドガラス）が嵌め込まれる。または、培養容器が載置される。

【0010】

光源装置４は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）などの固体光源、あるいはランプ光源を含み、照明光を発する。照明光学系５は、光源装置４からの照明光を、コンデンサレンズ（不図示）を有する照射部１１を介して、ステージ３上の標本Ｓに照射する。図１の例において、照明光学系５は、標本Ｓに対して対物レンズ１２と反対側から照明光を標本Ｓに照射する透過照明装置である。照明光学系５は、標本Ｓを落射照明する落射照明装置でもよい。この場合、照明光学系５は、対物レンズ１２を介して照明光を標本Ｓを照射する。また、顕微鏡１は、上記の透過照明装置および落射照明装置の双方を備えてもよい。

【0011】

顕微鏡１は、例えば、照明光学系５は標本Ｓ（ステージ３）の上方に配置される。照明光学系５は、例えば、ベース２のうち背面側（図１中右側）の柱状部に支持される。なお、顕微鏡１は、光源装置４を備えなくてもよい。例えば、光源装置４は、外部装置であるファイバーを備えた照明光導入装置を、顕微鏡１に取り付けられてもよい。

【0012】

観察光学系６は、対物レンズ１２を含む。観察光学系６の一部は鏡筒１３に保持される。鏡筒１３には接眼レンズ１４が取り付けられ、観察者は、観察光学系６により形成された標本Ｓの像を、接眼レンズ１４を介して観察することができる。また、顕微鏡１は、観察光学系６により形成された標本Ｓの像を撮像素子（図示せず）により撮像可能であり、観察者は、撮像素子により取得される画像により観察を行うこともできる。なお、顕微鏡１は、接眼レンズ１４を介した観察と、撮像された画像による観察との少なくとも一方が可能なものであればよい。

【0013】

また、顕微鏡１は、例えば、照明光学系５から標本Ｓに照射された照明光のうち標本Ｓで散乱した光により像を形成することで、観察（例、明視野観察）に利用される。図１において、顕微鏡１は、標本Ｓの上方から照明光を照射し、標本Ｓで透過散乱した光を観察に用いる。顕微鏡１は、偏斜照明を用いるものでもよいし、標本Ｓで反射散乱した光を観察に用いるものでもよい。また、顕微鏡１は、蛍光観察に利用されるものでもよい。蛍光観察を行う場合、照明光として、標本Ｓに含まれる蛍光物質を励起する励起光を用いて、蛍光物質から放射される蛍光が観察に用いられる。また、標本Ｓには発光プローブが添加され、顕微鏡１は、発光プローブによって発光する細胞の観察などに用いられてもよい。

【0014】

レボルバ７は、対物レンズ１２を保持し、対物レンズ１２の位置決めに利用される。レボルバ７は、対物レンズ１２を保持して移動可能（回転可能）な可動部１５と、可動部１５を支持する固定部１６とを備える。可動部１５は、対物レンズ１２の他に対物レンズ１７も保持可能である。対物レンズ１７は、例えば対物レンズ１２と倍率、焦点距離が異なる。可動部１５は、回転軸１５ａの周りで、固定部１６に対して回転可能である。本実施形態では、回転運動可能なレボルバ７を例示したが直線運動可能なスライダーに対物レンズ１２を保持するものでもよい。

【0015】

可動部１５は、例えば、対物レンズ１２および対物レンズ１７を保持した状態で回転軸１５ａ周りで回転することにより、標本Ｓからの光の光路ＬＰに対物レンズ１２が配置される状態と、光路ＬＰに対物レンズ１７が配置される状態とを切替可能である。対物レンズ１２は、光路ＬＰに配置された状態において、対物レンズ１２の光軸１２ａが鉛直方向と平行になるように、可動部１５に取り付けられる。可動部１５の回転軸１５ａは、例えば、鉛直方向に対して傾斜する方向（非平行かつ非垂直）に設定される。可動部１５の回転軸１５ａは、対物レンズ１２の光軸１２ａに対して傾斜している。

【0016】

図１の倒立顕微鏡では、対物レンズ１２の光軸１２ａと平行な方向にレボルバ７を移動可能である。例えば、対物レンズ１２が光路ＬＰに配置された状態において、その光軸１２ａは鉛直方向と平行であり、対物レンズ１２を備えるレボルバ７は、標本Ｓを支持するステージ３に対して鉛直方向に移動可能である。なお、ステージ３が鉛直方向に移動可能でもよいし、対物レンズ１２を備えるレボルバ７およびステージ３がそれぞれ鉛直方向に移動可能でもよい。

【0017】

図１において、対物レンズ１２は、昇降機構１８（上下動部）によってレボルバ７が鉛直方向に移動することにより、移動する。昇降機構１８は、ベース２の底部に設けられ、レボルバ７の固定部１６を支持する。昇降機構１８は、固定部１６を鉛直方向に移動させることで、固定部１６に支持された可動部１５、及び可動部１５に取り付けられた対物レンズ１２を鉛直方向に移動させる。例えば、昇降機構１８は、固定部１６を上方に移動させることで、対物レンズ１２を上方に移動させ、対物レンズ１２を標本Ｓ（ステージ３）に接近させる。なお、昇降機構１８は、モーターやアクチュエータなどからの駆動力によって固定部１６を移動させるものでもよいし、観察者が操作ノブを操作し人力を伝達することによって固定部１６を移動させるものでもよい。

【0018】

顕微鏡１は、液浸観察が可能な液浸顕微鏡であり、液体供給装置８は、対物レンズ１２と標本Ｓとの間の空間に液体（浸液、液浸媒質）を供給可能である。この液体としては、例えば、水、油などが用いられる。液体供給装置８は、例えば、レボルバ７に設けられるが、レボルバ７と別の部分に設けられてもよく、レボルバ７を備えない顕微鏡にも利用可能である。

【0019】

ところで、液浸観察を行う場合、一般的に、標本が保持されるスライドガラスや培養容器の底部（標本保持部材）と対物レンズとの間に保持される液体の量が適切であることが望まれる。ここで、焦点距離が異なる複数の対物レンズから所望の対物レンズを選択して用いる場合、対物レンズのうち最も標本側の光学部材（先玉レンズ）と、スライドガラスとの間のギャップ（ワーキングディスタンス）が対物レンズの種類に応じて変化する。そこで、実施形態に係る液体供給装置８は、標本保持部材と対物レンズ１２との間に供給される液体の量を精度よく調整可能とした。以下、液体供給装置８について、詳しく説明する。

【0020】

図２（Ａ）は液体供給装置８を上方から見た平面図、図２（Ｂ）液体供給装置８を側方から見た側面図である。液体供給装置８は、供給口３１ａと、回収口３２ａとを備える。供給口３１ａは、対物レンズ１２と観察対象物（図１の標本Ｓ）との間に液体を供給する。回収口３２ａは、供給口３１ａから供給された液体を回収する。供給口３１ａおよび回収口３２ａは、対物レンズ１２の光軸方向（光軸１２ａに平行な方向）における位置が互いに異なる条件と、対物レンズ１２の光軸１２ａに対して垂直な方向における光軸１２ａに対する位置が互いに異なる条件との一方または双方を満たす。

【0021】

図２（Ｂ）において、供給口３１ａおよび回収口３２ａは、対物レンズ１２の光軸方向における位置が互いに異なる条件を満たす。回収口３２ａの少なくとも一部は、対物レンズ１２の光軸方向において、供給口３１ａと異なる位置に配置される。図２（Ｂ）において、回収口３２ａの少なくとも一部は、供給口３１ａよりも上方に配置される。なお、実施例に係る供給口３１ａおよび回収口３２ａの位置については、後に図５から図７でも説明する。

【0022】

液体供給装置８は、図２（Ｂ）に示すように、ノズルユニット２１と、挿脱機構２２とを備える。

【0023】

挿脱機構２２は、カム２３およびカムフォロア２４を含む。カム２３は、対物レンズ１２を支持する支持部（レボルバ７の固定部１６）に設けられる。カムフォロア２４を備えるステイ２６は、観察対象物（標本Ｓ）を支持するステージ３の対物レンズ側の面に設けられる。カム２３は、レボルバ７の固定部１６に対して、鉛直方向に相対移動しないように固定されている。カム２３には回転軸２５が固定されており、回転軸２５は、固定部１６に回転可能に支持されている。カム２３は、回転軸２５の周りで固定部１６に対して回転可能である。回転軸２５は、例えば水平方向と平行に延びており、カム２３は、固定部１６に対して回転軸２５に垂直な方向に移動しないように支持される。

【0024】

カム２３は、カム溝２３ａを有し、カムフォロア２４（ピン）はカム溝２３ａの内壁に合わされている。カム溝２３ａの内壁はカムフォロア２４（ピン）の外壁に接触している。カムフォロア２４は、ステイ２６に取り付けられており、ステイ２６はステージ３に固定されている。カムフォロア２４は、ステージ３に対して移動しないように、固定されている。従って、供給口３１ａ及び回収口３２ａの光軸１２ａ方向の位置は、可動部１５における対物レンズ１２の装着部（胴付面）から一定の位置に位置決めが可能となる。

【0025】

ノズルユニット２１は、カム２３上に取り付けられ、カム２３と一体化されている。ノズルユニット２１は、供給口３１ａを有する供給部材３１と、回収口３２ａを有する回収部材３２とを備える。ノズルユニット２１には、流入口２１ａおよび流出口２１ｂが設けられる。流入口２１ａは、配管３３を介して、液体の送出装置３６（図１参照）と接続される。流出口２１ｂは、配管３４を介して、吸引装置３７（図１）参照と接続される。ノズルユニット２１には、流入口２１ａと供給口３１ａとを結ぶ内部流路（管路）、及び流出口２１ｂと回収口３２ａとを結ぶ内部流路（管路）が設けられている。

【0026】

供給口３１ａは、対物レンズ１２の上方の光路ＬＰに液体を供給する。供給口３１ａは、例えば、対物レンズ１２のうち最も標本Ｓに近い光学部材（例、先玉レンズ）のうち、対物レンズ１２の鏡筒から外部へ露出している部分３５（図２（Ａ）に示す）の外周３５ａに対して、水平方向において内側に配置される。なお、供給口３１ａは、水平方向において、対物レンズ１２の鏡筒における先端面の位置に配置されてもよい。この場合、例えば、対物レンズ１２の鏡筒における先端面の一部に撥液性の領域を設け、この領域の内側に液体が保持される構成にしてもよい。

【0027】

回収口３２ａは、供給口３１ａよりも上方に配置され、対物レンズ１２の上方の光路ＬＰから液体を回収する。回収口３２ａは、対物レンズ１２の光軸１２ａに対する放射方向において、供給口３１ａと異なる位置に配置される。回収口３２ａから対物レンズ１２の光軸１２ａまでの距離は、供給口３１ａから対物レンズ１２の光軸１２ａまでの距離よりも短く設定される。例えば、回収口３２ａは、水平方向において、対物レンズ１２の光軸１２ａとほぼ同じ位置に配置される。供給口３１ａは、対物レンズ１２の光軸１２ａに対する放射方向において、回収口３２ａよりも外側に配置される。

【0028】

図２（Ａ）に示すように、供給部材３１および回収部材３２は、それぞれ、水平方向に直線的に延びており、対物レンズ１２の光軸１２ａの方向において、供給部材３１と回収部材３２とが重ねて配置される。ここでは、供給部材３１と回収部材３２が一体化されている。なお、供給部材３１、回収部材３２は、上述の構成に限定されず、適宜変更可能である。供給部材３１、回収部材３２の変形例については、図９などで説明する。

【0029】

ここで、液体供給装置８の構成に基づき、実施形態に係る液体供給方法について説明する。図３は、本実施形態に係る液体供給装置の液体供給および液体回収の動作を示す図である。図３（Ａ）に示すように、液体の送出装置３６（供給ポンプ）から液体の供給が停止された状態において、供給部材３１および回収部材３２は、対物レンズ１２と位置決めされる。図３（Ａ）の状態において、供給口３１ａおよび回収口３２ａは、対物レンズ１２の光軸方向における位置が互いに異なる条件と、対物レンズ１２の光軸１２ａに対して垂直な方向における光軸１２ａに対する位置が互いに異なる条件との一方または双方を満たすように、配置される。

【0030】

次に、図３（Ｂ）に示すように、送出装置３６は液体の供給を開始し、吸引装置３７は、送出装置３６による送出の少なくとも一部と並行して吸引を行う。例えば、送出装置３６と吸引装置３７とは、同じスイッチで動作開始と停止とが切り替えられ、ほぼ同時に動作を開始する。これにより、対物レンズ１２上に液滴状に液体ＬＱが貯留され、供給された液体の総量が増加するにつれて、液面ＬＱａの高さが増加する。供給される液は、図３（Ｂ）に示されるように対物レンズ１２上に半球状の形状を成して満たされていく。

【0031】

図３（Ｂ）の状態においては、液面ＬＱａの上端が回収口３２ａの高さまで達しておらず、回収口３２ａから液体ＬＱがほぼ回収（吸引）されない。この状態では、回収口３２ａから、例えば雰囲気ガス（例、空気）が回収される。図３（Ｃ）に示すように、液面ＬＱａの上端が回収口３２ａの高さまで達すると、回収口３２ａの位置で液体ＬＱが回収されるようになり、液面ＬＱａの高さがほぼ一定に保たれる。これにより、対物レンズ１２上に所定の量の液体ＬＱが保持される。

【0032】

つまり、対物レンズ１２上に供給される液の液面ＬＱａの高さは、対物レンズ１２の先端部と回収口３２ａとの間隔で規定されているが、対物レンズ１２の種類によって対物レンズ１２の鏡筒の長さに差異がある。これを考慮した場合、対物レンズを保持する可動部１５の胴付面（観察位置にある状態）を基点として液の液面ＬＱａの高さを規定してもよい。規定される液面の高さに応じ、供給口３１ａの先端と回収口３２ａの先端は規定される。本実施形態では、対物レンズを保持する可動部１５の胴付面（観察位置にある状態）から供給口３１ａの先端の間隔は約６０ｍｍとした。

【0033】

また、本実施形態では、供給口３１ａの先端と回収口３２ａの先端の径は同じとし、各々の内径は約０．３ｍｍ、外径は０．５ｍｍとした。この内径は、液体の吸引や供給をスムーズに行えることを考慮しているが、これに限定されることなく、より大きな径としてもよい。送出供給口３１ａの先端と回収口３２ａの先端の径は異なっていても良く、対物レンズ１２上に一定の液を供給することを考慮すれば、供給口３１ａの内径よりも回収口３２ａの内径を大きくすることも可能である。

【0034】

また、供給口３１ａの内径よりも回収口３２ａの内径を小さくすることも可能であるが、対物レンズ１２上に供給される液の液量が回収される液量より多い場合、既定の液量を超える液が対物レンズ１２上に供給されてしまうおそれがある。このような場合、吸引装置３７による液体の吸引量や送出装置３６による液体の送出量を制御することにより、規定の量の液を対物レンズ１２上に供給することが可能である。液の供給量は、約１５マイクロリットル／秒以上２０マイクロリットル／秒以下が好ましい。また、対物レンズ１２上へ液を規定量供給するために、供給側を１５マイクロリットル／秒とし、吸引側を２０マイクロリットル／秒とすることが好ましい。

【0035】

対物レンズ１２上に供給する液体の量は、ワーキングディスタンスによって異なってくるが、例えば、約１０マイクロリットル以上約１００マイクロリットル以下である。ワーキングディスタンスは、対物レンズの種類によっても異なるが、例えば、約０．１５ｍｍ以上約２．００ｍｍ以下である。

【0036】

対物レンズ１２上の液体ＬＱが所定の量になった後、送出装置３６による液体ＬＱの供給が停止され、吸引装置３７による吸引が停止される。次に、供給部材３１および回収部材３２は、挿脱機構２２（図２（Ｂ）参照）によって、対物レンズ１２の上方の光路から退避する。この後、対物レンズ１２とステージ３とを接近させ、標本が保持されるスライドガラスや培養容器の底部（標本保持部材）との間に液体ＬＱが挟持された状態にさせる。

【0037】

前記の例では、回収口３２ａにおける吸引動作は、液体の供給動作と共に開始されるが、液体が供給され液面ＬＱａの上端が回収口３２ａの高さに達した時点、または達する直前に回収動作を介してもよい。この制御は、供給口３１ａと回収口３２ａの径や液体の供給量、回収量、または両口の位置関係によって適宜制御することが好ましい。

【0038】

このように、実施形態に係る液体供給方法は、対物レンズ１２と観察対象物（標本Ｓ）との間の光路ＬＰに液体を供給することと、光路に対する液体の供給位置（供給口３１ａ）よりも上方において光路ＬＰから液体を回収することと、を含む。

【0039】

図４は、本実施形態に係る挿脱機構およびその動作を示す図である。図４（Ａ）には挿脱機構２２を側方から見た側面図を示し、図４（Ｂ）にはノズルユニット２１を対物レンズ１２の光軸方向である上方から見た平面図を示した。

【0040】

挿脱機構２２は、ステージ３に対する対物レンズ１２の光軸方向の相対的な移動に連動して、供給部材３１および回収部材３２を移動させる。カム２３におけるカム溝２３ａの内壁は、直線的に延びる第１壁Ｗ１と、第１壁Ｗ１に対して交差する方向に延びる第２壁Ｗ２とを含む。カムフォロア２４はカム溝２３ａの内壁に接しており、カム２３は、カム溝２３ａの内壁とカムフォロア２４とが離れないように、バネなどによってカムフォロア２４へ押し付けられている。

【0041】

図４（Ａ）の左図において、カムフォロア２４は、カム２３のカム溝２３ａの第１壁Ｗ１に接している。この状態から、レボルバ７（図１参照）の固定部１６が上方に移動すると、固定部１６に支持されている対物レンズ１２およびカム２３が上方に移動する。一方、カムフォロア２４は、ステージ３に支持されており、鉛直方向の位置が変化しない。そのため、カム２３は、カムフォロア２４に対して相対的に上方に移動し、カム溝２３ａの第２壁Ｗ２がカムフォロア２４に接触する。

【0042】

第２壁Ｗ２は、第１壁Ｗ１に対して交差する方向に延びており、カムフォロア２４から下方へ向かって押されることで、その分力により水平方向の力を受ける。カム２３は、この分力によって回転軸２５の周りで回転し、ノズルユニット２１は、図４（Ａ）の右図および図４（Ｂ）に示すように、対物レンズ１２の上方の光路ＬＰから退避する。図４（Ａ）の右図に示すように対物レンズがステージ３に接近する。この状態が観察可能になる位置である。

【0043】

また、対物レンズ１２が上方に移動することにより、対物レンズ１２上の液体は、標本Ｓを保持する標本保持部材９（図１参照）の下面に接触し、対物レンズ１２と標本保持部材９との間の空間が液体で満たされる。この状態において、液体は少なくとも対物レンズ１２の光軸１２ａを含む観察領域を満たす状態になっていればよい。

【0044】

上述の実施形態において、液体供給装置８は、対物レンズ１２と観察対象物との間の光路ＬＰに液体を供給する供給口３１ａと、供給口３１ａよりも上方に配置され、光路ＬＰから液体を回収する回収口３２ａと、を備える。

【0045】

したがって、図３に示すように対物レンズ１２上の液面ＬＱａの高さが回収口３２ａの位置（高さ）により定まる。よって、対物レンズ１２の上方の光路ＬＰに保持される液体の量が回収口３２ａの位置により調整されるので、光路ＬＰに保持される液体の量を精度よく調整することができる。

【0046】

また、上述の実施形態において、回収口３２ａは、対物レンズ１２の光軸１２ａに対する放射方向において、供給口３１ａと異なる位置に配置される。したがって、供給口３１ａから供給された液体が直接的に回収口３２ａに回収されることを抑制することができ、例えば、対物レンズ１２上に液体を効率よく供給することができる。なお、回収口３２ａは、対物レンズ１２の光軸１２ａに対する放射方向において、供給口３１ａと同じ位置に配置されてもよい。

【0047】

また、上述の実施形態において、回収口３２ａから対物レンズ１２の光軸１２ａまでの距離は、供給口３１ａから対物レンズ１２の光軸１２ａまでの距離よりも短く設定される。したがって、対物レンズ１２上の液滴を光軸１２ａに対して回転対称な形状に近づけることが容易であり、例えば視野の中心に対して回転対称的に液体を分布させることができる。なお、回収口３２ａから対物レンズ１２の光軸１２ａまでの距離は、供給口３１ａから対物レンズ１２の光軸１２ａまでの距離と同じに設定されてもよいし、長く設定されてもよい。

【0048】

また、上述の実施形態において、液体供給装置８は、供給口３１ａを有する供給部材３１と、回収口３２ａを有する回収部材３２と、供給部材３１および回収部材３２を光路ＬＰに挿脱する挿脱機構２２と、を備える。したがって、例えば、観察時において供給部材３１および回収部材３２が視野の妨げになることを抑制すること、対物レンズ１２との干渉（衝突）を避けること等ができる。

【0049】

また、上述の実施形態において、対物レンズ１２の光軸１２ａの方向において、供給部材３１と回収部材３２とが重ねて配置される。したがって、供給部材３１および回収部材３２の設置スペース（フットプリント）を減らすことができ、例えば供給部材３１および回収部材３２と他の部材との干渉（衝突）を避けることができる。

【0050】

なお、対物レンズ１２の光軸１２ａの方向において、供給部材３１と回収部材３２とが重ならないように配置されてもよい。例えば、供給口３１ａから供給された液体が回収口３２ａに直接的に吸い込まれないように、対物レンズ１２の光軸１２ａに交差する面内で、供給部材３１と回収部材３２の位置をずらしてもよいが、必須では無い。例えば、吸引装置３７による液体の吸引量や送出装置３６による液体の送出量を制御すれば、供給部材３１と回収部材３２との位置ずらさなくてもよい。供給部材３１と回収部材３２との位置をずらす場合、供給口３１ａの先端と回収口３２ａの先端との光軸１２aに交差する面内でのずらし量は、約１ｍｍ以上約２ｍｍ以下が好ましい。

【0051】

本実施形態では、図３に示すように回収口３２ａは、対物レンズ１２の光軸１２ａの位置になるように位置決めされる。これは、対物レンズ１２上に供給される液の形状が半球状であることに起因する。すなわち図３（Ｂ）、（Ｃ）のように、対物レンズ１２上に供給された液は半球状となる。その液面ＬＱａが半球状の液の頂点となり、対物レンズ１２の光軸に略一致する。このため、半球状となった液の最も高い位置に配置された回収口３２ａで液の回収を実行でき、規定量の液を対物レンズ１２上に供給しやすくなる。

【0052】

回収口３２ａの光軸１２ａに対する垂直方向の位置は、上記の様に光軸１２ａに一致した位置でもよいし、光軸１２aからずれた位置でもよい。垂直方向において回収口３２ａと光軸１２ａとで位置がずれている場合、対物レンズ１２上に供給される液体の量により、対物レンズ１２上に形成される液体の体積も異なってくることから、供給する液量を加味して調整すればよい。

【0053】

図５は、対物レンズの光軸に対して垂直な方向から見た場合の供給口と回収口との位置関係を示す図である。図５（Ａ）において、供給口３１ａの先端と回収口３２ａの両先端は、光軸１２ａ方向に沿って直線状に隣接して設置される。供給口３１ａと回収口３２ａとの位置関係は、図５（Ａ）の配置に限定されるものではなく、図５（Ｂ）あるいは図６の配置でもよい。図５（Ｂ）において、光軸１２ａ上には、回収口３２ａのみ位置決めされ、供給口３１ａは光軸１２ａから外れた位置に位置決めされる。

【0054】

図６は、供給口と回収口との位置関係を示す図である。図６（Ａ）は、対物レンズの光軸に対して垂直な方向から見た図であり、図６（Ｂ）は、対物レンズの光軸方向から見た図である。図６において、供給口３１ａおよび回収口３２ａは、対物レンズ１２の光軸１２ａに対して垂直な方向における光軸１２ａに対する位置が互いに異なる条件を満たす。回収口３２ａの少なくとも一部は、対物レンズ１２の光軸１２ａと垂直な方向において、供給口３１ａと異なる位置に配置される。

【0055】

図６（Ａ）において、光軸１２ａ上には回収口３２ａが位置決めされ、供給口３１ａは、光軸１２からずれた位置に配置される。ここでは、供給口３１ａおよび回収口３２ａとが、光軸方向において同じ位置（対物レンズ１２から同じ高さ）に配置される。また、図６（Ｂ）に示すように、供給口３１ａと回収口３２ａとは、光軸１２ａ方向に対する垂直方向の位置であって供給部材３１及び回収部材３２の長手方向において、位置がずれている。

【0056】

図５および図６において、供給口３１ａと回収口３２ａは、接触して位置決めされる。この場合、省スペース化することができる。なお、供給口３１ａと回収口３２ａは、間隔を空けて位置決めされてもよい。この間隔は、例えば、ワーキングディスタンスや、対物レンズ１２とステージ３の間隔を考慮して決定される。

【0057】

図７は、対物レンズの光軸に対して垂直な方向から見た場合の供給口と回収口との位置関係を示す図である。図７（Ａ）において、供給口３１ａは、回収口３２ａの内側に配置される。すなわち、図２に示した供給部材３１は、回収部材３２内に挿入されている。供給部材３１は、その外周が回収部材３２の内周が覆われるように配置される。この配置において、回収口３２ａの一部は、対物レンズ１２の光軸方向において、対物レンズ１２の先端から供給口３１ａよりも遠い位置に配置される。これは、対物レンズ１２に液体を供給する場合の対物レンズ１２上に形成される液体の形状を考慮したものであり、液体は対物レンズ１２上に半球状の形状を維持するように供給される。そのため、半球状の頂部に回収口３２aが掛かる位置関係とすることで、対物レンズ１２上に供給する液の液量を制御可能となる。

【0058】

また、図７（Ｂ）において、供給口３１aは、回収口３２ａの中心よりも対物レンズ１２に近い方に偏心して配置される。この場合、回収口３２ａの下部領域は、供給口３１aに占められる比率が図７（Ａ）よりも高くなる。この場合、供給口３１aの供給領域と回収口３２a回収領域の光軸方向の機能の差別化がより明確になる。図７（Ａ）、（Ｂ）において、供給口３１aと回収口３２ａは、対物レンズ１２の光軸方向において直線上に位置決めされているが、これに限定されるものではなく、どちらか一方が光軸からずれて位置決めされてもよい。また、図７（Ｃ）に示すように、回収口３２ａは、供給口３１ａの内側に配置されてもよい。

【0059】

また、上述の実施形態において、対物レンズ１２の光軸１２ａの方向において、対物レンズ１２と観察対象物（標本Ｓ）とが相対的に移動可能であり、挿脱機構２２は、対物レンズ１２と観察対象物との相対的な移動に連動して、供給部材３１および回収部材３２を移動させる。したがって、例えば、供給部材３１および回収部材３２を移動させる上で複雑な制御が不要となり、また、供給部材３１および回収部材３２と対物レンズ１２との干渉（衝突）を避けることができる。上述の実施形態において、挿脱機構２２は、対物レンズ１２と観察対象物とを相対的に移動させる駆動力を利用して供給部材３１および回収部材３２を移動させるので、供給部材３１および回収部材３２を移動させる駆動力を供給するアクチュエータなどを省くことができる。

【0060】

なお、挿脱機構２２は、対物レンズ１２と観察対象物との相対的な移動と独立して、供給部材３１および回収部材３２を移動させてもよい。また、挿脱機構２２は、対物レンズ１２と観察対象物とを相対的に移動させる駆動力を利用せずに、アクチュエータなどによって供給部材３１および回収部材３２を移動させてもよい。

【0061】

上述の実施形態において、液体供給装置８は、供給部材３１および回収部材３２を含むノズルユニット２１を備え、挿脱機構２２は、対物レンズ１２と観察対象物との相対的な移動に連動して、ノズルユニット２１を対物レンズ１２の光軸１２ａと交差する軸の周りで回転させる。したがって、挿脱機構２２は、構成をシンプルにしつつ、対物レンズ１２上の光路ＬＰに供給部材３１および回収部材３２を効率よく挿脱することができる。なお、挿脱機構２２は、供給部材３１および回収部材３２を互いに独立させて移動させてもよい。また、挿脱機構２２は、供給部材３１および回収部材３２の少なくとも一方を、光軸１２ａと平行な軸の周りで回転させてもよいし、光軸１２ａと交差する面内で平行移動させてもよい。

【0062】

また、上述の実施形態において、挿脱機構２２は、観察対象物（標本Ｓ）を支持するステージ３と対物レンズ１２を支持する支持部とのうち一方に設けられるカム２３と、ステージ３および支持部の他方に設けられカム２３に合わされるカムフォロア２４と、を備える。

【0063】

したがって、挿脱機構２２は、供給部材３１および回収部材３２を対物レンズ１２の移動に連動して、移動させることができる。なお、カム２３がステージ３に設けられ、カムフォロア２４が対物レンズ１２を支持する支持部に設けられてもよい。また、挿脱機構２２は、カム２３およびカムフォロア２４を用いる構成以外のものでもよい。

【0064】

また、上述の実施形態において、液体供給装置８は、供給口３１ａと接続され、液体を送出する送出装置３６と、回収口３２ａと接続される吸引装置３７と、を備え、送出装置３６による送出の少なくとも一部と並行して吸引装置３７による吸引が行われる。したがって、液体の送出を開始してから吸引を終了するまでの時間を短縮すること、送出装置３６と吸引装置３７との制御をシンプルにすることなどができる。なお、吸引装置３７は、送出装置３６による送出が終了した後に、吸引を開始してもよい。

【0065】

［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図８は、本実施形態に係る液体供給装置およびその動作を示す図である。本実施形態に係る顕微鏡は、正立顕微鏡である。対物レンズ１２は、標本Ｓに対して上方に配置される。図８（Ａ）に示すように、倒立顕微鏡の場合と同様に、回収口３２ａ（回収部材３２）は、供給口３１ａ（供給部材３１）よりも上方に配置される。これは、液体の供給と回収において形成される液体が配置される部材が対物レンズ１２上か標本保持部材９（図１参照）上であるかの違いがあるが、何れの場合も供給される液体の形態が半球状であることに起因する。供給部材３１および回収部材３２は、液体の送出装置３６（供給ポンプ）から液体の供給が停止された状態において、対物レンズ１２と位置決めされる。

【0066】

次に、図８（Ｂ）に示すように、送出装置３６は液体ＬＱの供給を開始し、吸引装置３７は、送出装置３６による送出の少なくとも一部と並行して吸引を行う。これにより、標本保持部材９（図１参照）上に液滴状に液体ＬＱが貯留され、供給された液体の総量が増加するにつれて、液面ＬＱａの高さが増加する。液面ＬＱａの上端が回収口３２ａの高さまで達すると、回収口３２ａの位置で液体ＬＱが回収されるようになり、液面ＬＱａの高さがほぼ一定に保たれる。これにより、標本保持部材９上に所定の量の液体ＬＱが保持される。

【0067】

対物レンズ１２上の液体ＬＱが所定の量になった後、図８（Ｂ）に示すように、送出装置３６による液体ＬＱの供給が停止され、吸引装置３７による吸引が停止される。次に、供給部材３１および回収部材３２は、標本保持部材９の上方（対物レンズ１２の下方）の光路ＬＰから退避する。

【0068】

［変形例］
図９は、変形例に係る供給部材および回収部材を示す図である。図９（Ａ）に示す第１変形例の供給部材３１および回収部材３２は、対物レンズ１２の光軸１２ａの側の端部（先端）の位置がほぼ同じである。供給口３１ａは、下方に向かって開いており、回収口３２ａは、側方に向かって開いている。このように、供給口３１ａと回収口３２ａとで開放されている方向が異なる場合、供給口３１ａから供給された液体ＬＱが回収口３２ａから直接的に回収される（吸い込まれる）ことが抑制される。

【0069】

図９（Ｂ）に示す第２変形例の供給部材３１および回収部材３２は、対物レンズ１２の光軸１２ａに対して異なる方向から延びている。例えば、供給部材３１と回収部材３２とは、向き合うように配置され、水平方向において供給口３１ａの位置と回収口３２ａの位置とがほぼ同じである。水平方向において、供給口３１ａの位置と回収口３２ａの位置は、それぞれ、対物レンズ１２の光軸１２ａとほぼ同じ位置である。

【0070】

図９（Ｃ）に示す第３変形例の供給部材３１および回収部材３２は、対物レンズ１２の光軸１２ａに対して同じ方向から延びている。例えば、水平方向において供給口３１ａの位置と回収口３２ａの位置とがほぼ同じである。水平方向において、供給口３１ａの位置と回収口３２ａの位置は、それぞれ、対物レンズ１２の光軸１２ａとほぼ同じ位置である。このような供給部材３１および回収部材３２を用いる場合、回収の開始タイミングを供給の開始タイミングより遅らせることで、供給口３１ａから供給された液体ＬＱが回収口３２ａから直接的に回収されることを抑制してもよい。

【0071】

また、回収口３２ａの撥液性を供給口３１ａの撥液性に対して調整することにより、供給口３１ａから供給された液体ＬＱが回収口３２ａから直接的に回収されることを抑制してもよい。例えば、回収口３２ａの撥液性を供給口３１ａの撥液性より高くしてもよい。なお、供給口３１ａから供給された液体ＬＱの一部が回収口３２ａから直接的に回収されてもよい。

【0072】

なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。

【0073】

なお、上述の実施形態において、顕微鏡１は、透過照明を用いるが、落射照明を用いるものでもよい。この場合、標本Ｓで反射散乱した光、あるいは標本Ｓに含まれる蛍光物質からの蛍光を用いて、標本Ｓの像を観察することができる。

【0074】

実施形態に係る液体供給装置は、対物レンズ上への液体の供給と回収の実行を自動的に制御することが可能であり、液浸観察でのタイムラプス観察の開始から終了までの各動作を自動化することが可能になる。

【0075】

自動制御としては、タイムラプス観察において対物レンズ上に供給されている液体を交換する時期を予め定めた時期に回収と供給の動作を実行させる制御があげられる。液体の回収と供給の動作は、観察時期により近い時期に行うようにすることが好ましい。更にこの場合、液体の回収と供給に要する時間を考慮し、液体の回収と供給動作が観察時期と重複がないようにすることが重要である。液体の回収と供給の動作には、対物レンズとステージの間隔を広げる動作と液体の回収と供給動作と、液体の交換が終了した後、再度対物レンズとステージの間隔を戻す動作が含まれる。

【0076】

また、撮影された画像を自動的に解析し、液体の交換の必要性を判断してもよい。判断は、撮像された画像の明るさやコントラスト、焦点のずれ等を自動的に解析することで可能である。この画像とは観察対象物である細胞自身の画像や細胞が存在していない培地の画像があげられる。タイムラプス観察が開始される前の段階における細胞や培地の画像情報を予め取得しておき、この画像を基礎情報とし、タイムラプス観察開始後にこの基礎情報と観察画像とを対比し、対比情報から液体の状態の変化を判断することが可能である。この場合、変化が生じることが予想される観察対象物である生細胞の画像を除く、例えば培地の画像を基に対比することが好ましい。生細胞の画像情報を使用する場合、通常の培養過程では生じることがないと想定できる画像の特徴を基にしても良い。例えば、急激な画像全体の明るさの変化や細胞の輪郭の急激な焦点ずれなどを検出することでもよい。このいようにタイムラプス観察中における画像を基に液体の交換の要否を判断することで、より無駄の無い液体の交換が可能になる。

【0077】

上記の様に液体の交換の要否判断のための画像の取得は、タイムラプス観察における観察時期に撮影された観察画像を使用しても良いし、観察時期となる前に液体の交換の必要性を判断するための画像を取得し、これを用いて判断しても良い。観察時期に取得した観察画像を用いて判断する場合、液体の交換が必要と判断された場合、液体の回収と供給を実行した後に再度、観察画像を取得し直すことも有効である。観察画像を取得し直すステップが入った場合、予め定めたタイムラプス観察のスケジュールを自動的に変更するようにしてもよい。

【0078】

生細胞のタイムラプス観察の場合、細胞の状態が変化する過程を観察するが、状態の変化は一定ではなく、細胞の培養時期によって大きく異なる。そのため、細胞の状態の変化が大きくなる時期を中心に液体の交換を実行することも可能である。予め細胞の状態変化が大きくなる時期が判っている場合、この期間に液体の交換を実行し、この時期以外の時期は液体の交換を実行しないか、または液体交換の間隔を大きくすることも有効である。

【符号の説明】

【0079】

１・・・顕微鏡、７・・・レボルバ、８・・・液体供給装置、１２・・・対物レンズ、１２ａ・・・光軸、２１・・・ノズルユニット、２２・・・挿脱機構、２３・・・カム、２４・・・カムフォロア、３１・・・供給部材、３１ａ・・・供給口、３２・・・回収部材、３２ａ・・・回収口、３６・・・送出装置、３７・・・吸引装置、Ｓ・・・標本、ＬＰ・・・光路、ＬＱ・・・液体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】