特開 2023-161621 顕微鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023161621

(43)【公開日】2023-11-08

(54)【発明の名称】顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/18 20060101AFI20231031BHJP

   G02B 21/36 20060101ALI20231031BHJP

【ＦＩ】

G02B21/18

G02B21/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022072052

(22)【出願日】2022-04-26

(71)【出願人】

【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】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大西 秀太朗

(72)【発明者】

【氏名】大井 宏美

【テーマコード（参考）】

2H052

【Ｆターム（参考）】

2H052AA09

2H052AB05

2H052AB24

2H052AB26

2H052AC04

2H052AC05

2H052AC33

2H052AD34

2H052AF14

2H052AF21

2H052AF25

(57)【要約】

【解決手段】標本からの光を集光する対物レンズと、対物レンズから出射された光を互いに異なる波長帯域の複数の光に分割する光分割ユニットと、複数の光のうち、一の光が入射する第１の光学系と、複数の光のうち、他の光が入射する、第１の光学系より高倍率の第２の光学系と、一の光と他の光とを統合する光統合ユニットと、光統合ユニットから出射された光を受光して、波長帯域ごとに区別可能な電気信号を出力するイメージセンサとを備える顕微鏡を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

標本からの光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズから出射された前記光を互いに異なる波長帯域の複数の光に分割する光分割ユニットと、
前記複数の光のうち、一の光が入射する第１の光学系と、
前記複数の光のうち、他の光が入射する、前記第１の光学系より高倍率の第２の光学系と、
前記一の光と前記他の光とを統合する光統合ユニットと、
前記光統合ユニットから出射された光を受光して、前記波長帯域ごとに区別可能な電気信号を出力するイメージセンサと
を備える顕微鏡。

【請求項2】

前記イメージセンサは、前記一の光を透過するカラーフィルタ付き画素、および、前記他の光を透過するカラーフィルタ付き画素が、互いに入れ子になって、二次元に複数配されている、
請求項１に記載の顕微鏡。

【請求項3】

前記光分割ユニットは、前記複数の光のうち、波長が長い光を前記第１の光学系が配置される光路に導き、波長が短い光を前記第２の光学系が配置される光路に導く、
請求項１に記載の顕微鏡。

【請求項4】

前記対物レンズと前記光分割ユニットとの間に、ズーミング光学系が配置される、
請求項１に記載の顕微鏡。

【請求項5】

前記第１の光学系は、前記対物レンズの光軸の方向における前記標本の複数の観察面うち、前記対物レンズに近い側の観察面からの波長が短い光を前記イメージセンサに結像させ、前記第２の光学系は、前記対物レンズから遠い側の観察面からの波長が長い光を前記イメージセンサに結像させる、
請求項１に記載の顕微鏡。

【請求項6】

前記第１の光学系および前記第２の光学系の少なくとも１つは、前記対物レンズの光軸の方向における前記標本の複数の観察面の何れかに焦点を合わせるべく、前記少なくとも１つの光学系の光軸に沿って移動可能に構成される、
請求項１に記載の顕微鏡。

【請求項7】

前記第１の光学系および前記第２の光学系の少なくとも１つは、ズーミング光学系である、
請求項１に記載の顕微鏡。

【請求項8】

前記イメージセンサから出力される前記波長帯域ごとに区別可能な電気信号に基づいて、前記波長帯域ごとの画像をそれぞれ表示するモニタを更に備える、
請求項１に記載の顕微鏡。

【請求項9】

前記モニタは、前記波長帯域ごとの画像をそれぞれグレー階調で表示する、
請求項８に記載の顕微鏡。

【請求項10】

前記モニタは、前記第１の光学系が配置される光路に分割された光の波長帯域に対応する電気信号に基づく低倍画像と、前記第２の光学系が配置される光路に分割された光の波長帯域に対応する電気信号に基づく高倍画像とを並べて表示可能である、
請求項８に記載の顕微鏡。

【請求項11】

前記モニタは、ユーザによるタッチ操作が可能なタッチパネル型であり、
前記標本が載置され、前記対物レンズの光軸に直交する２つの方向に移動可能なステージと、
前記モニタに表示される前記標本の前記低倍画像の中でユーザが選択したターゲットを前記低倍画像の中心領域に移動させるべく、前記ステージを前記２つの方向に移動させるコントローラと
を更に備える、請求項１０に記載の顕微鏡。

【請求項12】

前記コントローラは、動く前記ターゲットを前記中心領域に位置させるべく、前記ターゲットの動きに追従して前記ステージを前記２つの方向に移動させる、
請求項１１に記載の顕微鏡。

【請求項13】

前記コントローラは、前記モニタに表示される拡大用のボタンをユーザが選択した場合に、前記モニタに、前記中心領域に対応する前記高倍画像を前記低倍画像に並べて表示させる、
請求項１１に記載の顕微鏡。

【請求項14】

前記コントローラは、前記モニタに表示される画像解析用のボタンをユーザが選択した場合に、前記低倍画像および前記高倍画像の少なくとも何れかに含まれる前記ターゲットを予め定められた方法で画像解析した結果を出力する、
請求項１１に記載の顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、「対物レンズを切替える操作を必要とすることなく低倍での広い視野と、高倍での高解像の観察を可能とし、また、フィルターや照明光の切替え操作を行なうことなく、異なる波長で観察することを可能とした作業性の良い顕微鏡を提供する」（要約）と記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００２－３１７５８号公報

【発明の概要】

【0003】

本発明の第１の態様においては、顕微鏡を提供する。顕微鏡は、標本からの光を集光する対物レンズと、前記対物レンズから出射された前記光を互いに異なる波長帯域の複数の光に分割する光分割ユニットと、前記複数の光のうち、一の光が入射する第１の光学系と、前記複数の光のうち、他の光が入射する、前記第１の光学系より高倍率の第２の光学系と、前記一の光と前記他の光とを統合する光統合ユニットと、前記光統合ユニットから出射された光を受光して、前記波長帯域ごとに区別可能な電気信号を出力するイメージセンサとを備える。

【0004】

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】第一実施形態による顕微鏡１００の概略図である。

【図2】図１における破線の丸で囲った領域３０の部分拡大図である。

【図3】第一実施形態による顕微鏡１００のユースケースの一例を説明するフロー図である。

【図4】第一実施形態による顕微鏡１００のユースケースの一例を説明するフロー図である。

【図5】第一実施形態による顕微鏡１００のユースケースの一例を説明するフロー図である。

【図6】第一実施形態による顕微鏡１００のユースケースの他の一例を説明するフロー図である。

【図7】第一実施形態による顕微鏡１００のユースケースの他の一例を説明するフロー図である。

【図8】第一実施形態による顕微鏡１００のユースケースの他の一例を説明するフロー図である。

【図9】対物レンズ１２０の色収差に起因して生じる二色の光の焦点の位置ずれを利用して標本２０の異なる観察面を観察する態様を説明するための説明図である。

【図10】第二実施形態による顕微鏡３００の概略図である。

【図11】第三実施形態による顕微鏡４００の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0007】

図１は、第一実施形態による顕微鏡１００の概略図である。図１において、黒塗りの矢印は、電気的な接続と、信号の流れ方向とを示す。また、図１において、Ｘ、ＹおよびＺの三軸を黒塗りの矢印で示し、図１の奥行方向をＸ軸正方向、図１の右方向をＹ軸正方向、図１の上方向をＺ軸正方向とする。また、図１において、光路を矢印と共に太線、破線および一点鎖線で示す。また、図１では、主に顕微鏡１００の光学系を説明するために必要な構成要素を図示し、顕微鏡１００の筐体等の図示を省略する。以降で説明する図面においても同様とし、重複する説明を省略する。

【0008】

顕微鏡１００は、少なくとも可視光に対して透明な容器１０に収容されている標本２０について、単一の撮像素子を用いて倍率の異なる複数の画像を一フレームで同時に撮像することを可能にする。なお、本実施形態による顕微鏡１００は、一例として、明視野で光を標本に照射して透過光を観察する透過照明型の正立顕微鏡である。

【0009】

顕微鏡１００は、光源１１０と、対物レンズ１２０と、光分割ユニット１３０と第１の光学系１４０と、第２の光学系１５０と、光統合ユニット１６０と、イメージセンサ１７０とを備える。本実施形態による顕微鏡１００は更に、モニタ１８０と、ステージ１９０と、コントローラ２００とを備えてもよい。本実施形態による顕微鏡１００は更に、第１ミラー２１０と、第２ミラー２２０と、ズーミング光学系２３０とを備えてもよい。

【0010】

光源１１０は、光を標本２０に照射する。具体的な一例として、光源１１０は、白色ＬＥＤであって、５８０ｎｍ～８００ｎｍの波長帯域の光（以降の説明において、「赤色の光」という場合がある。）、５００ｎｍ～５８０ｎｍの波長帯域の光（以降の説明において、「緑色の光」という場合がある。）および３８０ｎｍ～５００ｎｍの波長帯域の光（以降の説明において、「青色の光」という場合がある。）が均等に混ざった白色光を標本２０に照射してもよい。

【0011】

対物レンズ１２０は、標本２０からの光を集光する。具体的な一例として、対物レンズ１２０は、２０倍で開口数０．９であり、標本２０からの白色光を集光する。

【0012】

ズーミング光学系２３０は、複数のレンズから成る、ズーミング用の光学系である。ズーミング光学系２３０は、対物レンズ１２０および光分割ユニット１３０の間で対物レンズ１２０の光軸上に配置され、第１の光学系１４０および第２の光学系１５０に共通する光学系であってもよい。すなわち、ズーミング光学系２３０は、顕微鏡１００で観察される倍率が異なる複数の画像を全て同時に拡大させたり縮小させたりする機能を有する。

【0013】

光分割ユニット１３０は、対物レンズ１２０の光軸上に配置され、対物レンズ１２０から出射された光を互いに異なる波長帯域の複数の光に分割する。光分割ユニット１３０は、当該光を色ごとの光路に分割してもよい。例えば、光分割ユニット１３０は、対物レンズ１２０から出射される光源１１０からの複数の光のうち、所定の波長より長い光を第１の光学系１４０が配置される光路に導き、所定の波長より短い光を第２の光学系１５０が配置される光路に導いてもよい。なお、以降の説明において、所定の波長より長い光を、波長が長い光と称し、所定の波長より短い光を、波長が短い光と称する場合がある。

【0014】

本実施形態による光分割ユニット１３０は、具体的な一例として、対物レンズ１２０の光軸上で順に直列に配置された波長フィルタ１３１およびダイクロイックミラー１３３を有してもよい。

【0015】

波長フィルタ１３１は、一例として、対物レンズ１２０から出射された白色光のうち、緑色の光をフィルタリングして、赤色の光および青色の光を透過する。図１には、白色光、すなわち三色の光路を最も太い実線で示し、波長フィルタ１３１を透過したこれら二色の光路を太い実線で示す。波長フィルタ１３１は、例えば、ノッチフィルタ、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ等であってもよい。

【0016】

ダイクロイックミラー１３３は、一例として、波長フィルタ１３１を透過した赤色と青色の二色の光のうち、赤色の光を透過して第１の光学系１４０が配置される光路に導き、青色の光を反射して第２の光学系１５０が配置される光路に導く。図１には、赤色の光路を破線で示し、青色の光路を一点鎖線で示す。

【0017】

本実施形態による光分割ユニット１３０は、このような構成を有することによって、赤色の光と青色の光を別の光路に導くと共に、緑色の光がイメージセンサ１７０に到達することを防止する。なお、光分割ユニット１３０において、波長フィルタ１３１は、ダイクロイックミラー１３３を透過又は反射した緑色の光をフィルタリングするように、ダイクロイックミラー１３３の出射側に配置されてもよい。例えば、ダイクロイックミラー１３３は、赤色の光および緑色の光を透過して青色の光を反射してもよく、波長フィルタ１３１は、ダイクロイックミラー１３３を透過した緑色の光をフィルタリングしてもよい。

【0018】

第１の光学系１４０は、光分割ユニット１３０によって分割された複数の光のうち、一の光が入射する。第１の光学系１４０は、色ごとの光路の何れかに配置されてもよい。第２の光学系１５０は、光分割ユニット１３０によって分割された複数の光のうち、他の光が入射する。当該他の光は、光分割ユニット１３０によって分割された複数の光から、第１の光学系１４０に入射する一の光を差し引いて残る光であってもよい。第２の光学系１５０は、第１の光学系１４０より高倍率である。第２の光学系１５０は、当該色ごとの光路のうち、第１の光学系１４０が配置されていない光路に配置されてもよい。本実施形態では、第１の光学系１４０は赤色の光路に配置され、第２の光学系１５０は青色の光路に配置される。

【0019】

第１の光学系１４０は、標本２０の低倍率の画像、すなわち低倍画像１８１を観察するための光学系である。第２の光学系１５０は、標本２０の高倍率の画像、すなわち高倍画像１８３を観察するための光学系である。

【0020】

第１の光学系１４０および第２の光学系１５０はそれぞれ、例えば、単一の結像レンズであってもよく、複数のレンズから成る結像光学系であってもよく、リレーレンズであってもよく、これらの組み合わせであってもよい。なお、互いに倍率が異なる第１の光学系１４０および第２の光学系１５０は、互いに焦点距離も異なるため、第１の光学系１４０および第２の光学系１５０が同じ位置に光を結像するようにそれぞれの光路長が調整されていてもよい。

【0021】

第１ミラー２１０は、第１の光学系１４０からの光を偏向し、光統合ユニット１６０へと導くように配置される。第２ミラー２２０は、第２の光学系１５０からの光を偏向し、光統合ユニット１６０へと導くように配置される。

【0022】

光統合ユニット１６０は、光分割ユニット１３０によって分割された上述の一の光と他の光とを統合する。光統合ユニット１６０は、光分割ユニット１３０によって分割された色ごとの光路を結合してもよい。具体的な一例として、光統合ユニット１６０は、第１の光学系１４０からの赤色の光と、第２の光学系１５０からの青色の光とを統合するダイクロイックミラーである。本実施形態では、光統合ユニット１６０は、第１の光学系１４０からの赤色の光を透過し、第２の光学系１５０からの青色の光を反射する。

【0023】

イメージセンサ１７０は、光統合ユニット１６０から出射された光を受光して、波長帯域ごとに区別可能な電気信号を出力する。イメージセンサ１７０は、光分割ユニット１３０によって分割された色ごとに区別可能な電気信号として出力してもよい。具体的な一例として、イメージセンサ１７０は、第１の光学系１４０からの赤色の光に基づく電気信号と、第２の光学系１５０からの青色の光に基づく電気信号とを、区別可能に出力してもよい。

【0024】

本実施形態によるイメージセンサ１７０は、例えば、上述した一の光を透過するカラーフィルタ付き画素、および、上述した他の光を透過するカラーフィルタ付き画素が、互いに入れ子になって、二次元に複数配されていてもよい。当該一の光を透過するカラーフィルタ付き画素は、赤色の光を透過してもよく、この場合、当該他の光を透過するカラーフィルタ付き画素は、青色の光を透過してもよい。これにより、イメージセンサ１７０は、１フレーム分の撮像として、それぞれの色の画素で受光した光の強度に対応する電気信号を出力する。イメージセンサ１７０は、加法原色のそれぞれの画素を含んでもよい。

【0025】

図２は、図１における破線の丸で囲った領域３０の部分拡大図である。図２は、加法原色のうち各画素が検出する光の色を表す記号を各画素上に重ねて示す。記号Ｒは赤色を表し、記号Ｇは緑色を表し、記号Ｂは青色を表す。図２の配列は、いわゆるベイヤー配列と呼ばれ、カラー画像を撮影するデジタルカメラに広く搭載されている。イメージセンサ１７０において、赤色の光を透過するカラーフィルタ付きの第１画素１７１と、緑色の光を透過するカラーフィルタ付きの第２画素１７３と、青色の光を透過するカラーフィルタ付きの第３画素１７５とが、互いに入れ子になって、二次元に配列されている。なお、イメージセンサ１７０における画素の配列は、ベイヤー配列以外の配列であってもよい。

【0026】

モニタ１８０は、イメージセンサ１７０に電気的に接続され、イメージセンサ１７０から出力される波長帯域ごとに区別可能な電気信号に基づいて、波長帯域ごとの画像をそれぞれ表示する。具体的な一例として、モニタ１８０は、低倍率の第１の光学系１４０が配置される光路に分割された光の波長帯域に対応する電気信号に基づく低倍画像１８１と、高倍率の第２の光学系１５０が配置される光路に分割された光の波長帯域に対応する電気信号に基づく高倍画像１８３とを並べて表示可能であってもよい。本実施形態では、モニタ１８０は、赤色に対応する電気信号に基づく低倍画像１８１と、青色に対応する電気信号に基づく高倍画像１８３とを並べて表示可能である。

【0027】

モニタ１８０は、例えば液晶モニタや有機ＥＬモニタなどであってもよい。ただし、モニタ１８０は、ユーザが色ごとの画像を観察し易くするべく、波長帯域ごとの画像をそれぞれグレー階調で表示してもよい。モニタ１８０はまた、ユーザによるタッチ操作が可能なタッチパネル型であってもよい。

【0028】

ステージ１９０は、標本２０が載置され、対物レンズ１２０の光軸に直交する２つの方向に移動可能であってもよい。より具体的には、ステージ１９０は、標本２０が載置される載置面の面内方向で、すなわち図１のＸＹ平面の面内方向で二次元的に、例えばＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに移動可能な電動ステージであってもよい。

【0029】

コントローラ２００は、ステージ１９０に電気的に接続され、ステージ１９０の移動をコントロールする。具体的な一例として、コントローラ２００は、モニタ１８０に表示される標本２０の低倍画像１８１の中でユーザが選択したターゲット２１を低倍画像１８１の中心領域に移動させるべく、ステージ１９０を上述の２つの方向に移動させてもよい。

【0030】

図１のモニタの表示例において、低倍画像１８１中には、ユーザが選択したターゲット２１を囲う破線の四角い枠１８５が示されている。当該表示例では、ターゲット２１が低倍画像１８１の中心領域に位置している。

【0031】

コントローラ２００はまた、モニタ１８０に電気的に接続され、モニタ１８０の表示画面をコントロールする。具体的な一例として、コントローラ２００は、モニタ１８０に対するユーザの操作に応じてモニタ１８０から信号を受信し、当該信号に従ってモニタ１８０の表示画面を制御してもよい。

【0032】

図３、図４および図５はそれぞれ、第一実施形態による顕微鏡１００のユースケースの一例を説明するフロー図である。ユーザが顕微鏡１００を用いて標本２０を観察する場合、図３～図５に一例として示す、ステップ１～９のフローを行ってもよい。

【0033】

図３は、ステップ１～３を示す。ステップ１で、ユーザは、サンプルとなる標本２０を顕微鏡１００にセットする。本例における標本２０は、数百μｍ／ｓの速度で動く、全長１～５ｍｍ程の線虫が入ったディッシュ標本である。

【0034】

ステップ２で、ユーザは、先ずは手動で操作することにより、低倍率の第１の光学系１４０の焦点を標本２０に合わせる。ステップ３で、ユーザは、モニタ１８０、例えばタッチパネル式の液晶モニタ上の低倍画像１８１から、ズーム拡大したい線虫（ターゲット２１）を選択する。これに応じて、ステップ３では更に、顕微鏡１００のコントローラ２００は、ステージ１９０を上述の２つの方向に移動させ、当該ターゲット２１を低倍画像１８１の中心領域に移動させる。

【0035】

図４は、図３に示すステップ３に続く、ステップ４～６を示す。本実施形態によるコントローラ２００は、一例として、モニタ１８０に表示される拡大用のボタンをユーザが選択した場合に、モニタ１８０に、低倍画像１８１の中心領域に対応する高倍画像１８３を、当該低倍画像１８１に並べて表示させてもよい。コントローラ２００はまた、一例として、動くターゲット２１を低倍画像１８１の中心領域に位置させるべく、ターゲット２１の動きに追従してステージ１９０を上述の２つの方向に移動させてもよい。

【0036】

ステップ４で、ユーザは、低倍画像１８１と共にモニタ１８０上に予め表示されている「拡大」ボタンを選択する。これに応じて、ステップ５で、顕微鏡１００のコントローラ２００は、モニタ１８０に、低倍画像１８１の中心領域に対応する高倍画像１８３を、当該低倍画像１８１に並べて表示させる。図示の例では、コントローラ２００は、モニタ１８０の表示画面の左側に低倍画像１８１を表示させ、表示画面の右側に高倍画像１８３を表示させている。なお、低倍画像１８１および高倍画像１８３のそれぞれの下部には、各画像を撮像するために用いた光の色を、上述した記号Ｒ、Ｇ、Ｂの何れかでハイライト表示している。以降の図においても同様とし、重複する説明を省略する。

【0037】

ステップ６では、上述のステップ３でユーザによりターゲット２１が選択されて以降、ターゲット２１が常に低倍画像１８１の視野中心に配置されるように、コントローラ２００がステージ１９０を、例えばターゲット２１の速度と同じ数百μｍ／ｓで微動させ続けることを示している。

【0038】

図５は、図４に示すステップ６に続く、ステップ７～９を示す。本実施形態によるコントローラ２００は、一例として、モニタ１８０に表示される画像解析用のボタンをユーザが選択した場合に、低倍画像１８１および高倍画像１８３の少なくとも何れかに含まれるターゲット２１を予め定められた方法で画像解析した結果を出力してもよい。

【0039】

ステップ７で、ユーザは、低倍画像１８１と共にモニタ１８０上に予め表示されている「測定」ボタンを選択する。当該ボタンは、画像解析用のボタンの一例である。当該ボタンが選択されたことに応じて、ステップ８で、顕微鏡１００のコントローラ２００は、低倍画像１８１および高倍画像１８３の両方に含まれるターゲット２１について、ターゲット２１の全長、屈曲角度、速度などを測定する。この際、図示の例のように、モニタ１８０の表示画面上でターゲット２１が赤枠表示されてもよい。コントローラ２００は、これらの測定結果を、例えばモニタ１８０に表示させてもよい。これらの測定項目は、ユーザによって任意に選択可能であってもよい。

【0040】

ステージ９で、ユーザは、例えばステップ８の測定結果を考慮して、低倍画像１８１を観察しながら、低倍画像１８１の中心領域に位置しているターゲット２１を、ピンセットを使ってピックアップする。これにより、第一実施形態による顕微鏡１００のユースケースの一例によるフローは終了する。

【0041】

図６、図７および図８はそれぞれ、第一実施形態による顕微鏡１００のユースケースの他の一例を説明するフロー図である。ユーザが顕微鏡１００を用いて標本２０を観察する場合、図６～図８に一例として示す、ステップ１～９のフローを行ってもよい。

【0042】

図６は、ステップ１～３を示す。ステップ１で、ユーザは、サンプルとなる標本２０を顕微鏡１００にセットする。本例における標本２０は、５０～１００μｍ／ｓの速度で動く、全長０．０６ｍｍ程の精子が入ったディッシュ標本である。

【0043】

ステップ２で、ユーザは、先ずは手動で操作することにより、低倍率の第１の光学系１４０の焦点を標本２０に合わせる。ステップ３で、ユーザは、モニタ１８０上の低倍画像１８１から、ズーム拡大したい精子（ターゲット２１）を選択する。これに応じて、ステップ３では更に、顕微鏡１００のコントローラ２００は、ステージ１９０を上述の２つの方向に移動させ、当該ターゲット２１を低倍画像１８１の中心領域に移動させる。

【0044】

図７は、図６に示すステップ３に続く、ステップ４～６を示す。ステップ４で、ユーザは、低倍画像１８１と共にモニタ１８０上に予め表示されている「拡大」ボタンを選択する。これに応じて、ステップ５で、顕微鏡１００のコントローラ２００は、モニタ１８０に、低倍画像１８１の中心領域に対応する高倍画像１８３を、当該低倍画像１８１に並べて表示させる。図示の例では、コントローラ２００は、モニタ１８０の表示画面の左側に低倍画像１８１を表示させ、表示画面の右側に高倍画像１８３を表示させている。

【0045】

ステップ６では、上述のステップ３でユーザによりターゲット２１が選択されて以降、ターゲット２１が常に低倍画像１８１の視野中心に配置されるように、コントローラ２００がステージ１９０を、例えばターゲット２１の速度と同じ５０～１００μｍ／ｓで微動させ続けることを示している。

【0046】

図８は、図７に示すステップ６に続く、ステップ７～９を示す。ステップ７で、ユーザは、低倍画像１８１と共にモニタ１８０上に予め表示されている「解析」ボタンを選択する。当該ボタンは、画像解析用のボタンの一例である。当該ボタンが選択されたことに応じて、ステップ８で、顕微鏡１００のコントローラ２００は、高倍画像１８３に含まれるターゲット２１について、ターゲット２１の全長計測のほか、頭部空胞の有／無を判断して、良好な精子を判定する。コントローラ２００は、当該判定結果を、例えばモニタ１８０に表示させてもよい。なお、図８には、頭部空胞が無い正常形態の精子の高倍画像１８３の一例と、頭部空胞が有る異常形態の精子の高倍画像１８３の一例とを並べて示している。

【0047】

ステージ９で、ユーザは、例えばステップ８の判定結果を考慮して、低倍画像１８１を観察しながら、低倍画像１８１の中心領域に位置しているターゲット２１を、ピンセットを使ってピックアップする。これにより、第一実施形態による顕微鏡１００のユースケースの他の一例によるフローは終了する。

【0048】

また、本実施形態による顕微鏡１００によれば、例えば、顕微鏡１００を使用するユーザが、標本２０を低倍率ズームで表示した低倍画像１８１内で複数のサンプルの挙動をリアルタイムに観察しつつ、複数のサンプルの中でユーザが選択したターゲットを自動的にトラッキングさせ、当該ターゲットを高倍率ズームで表示した高倍画像１８３内で観察することを可能にできる。ユーザは、顕微鏡１００を用いることにより、例えば、動くターゲットを観察視野内に収めるために手動でステージを移動させつつズーム操作したりピンセット操作したりする煩雑で困難な作業を要することなく、自動的に高倍画像１８３内に表示され続けるターゲットを観察しながらピックアップ対象を選定することや、選定した対象が自動的に中心領域に位置し続ける低倍画像１８１を観察しながら当該対象をピンセットでピックアップすることができる。

【0049】

図９は、対物レンズ１２０の色収差に起因して生じる二色の光の焦点の位置ずれを利用して標本２０の異なる観察面を観察する態様を説明するための説明図である。図９は、対物レンズ１２０の光軸を直線状の太い破線Ａで示し、ターゲット２１の第１の観察面を直線Ｌ１で示し、第２の観察面を直線Ｌ２で示す。

【0050】

以上で説明した実施形態による顕微鏡１００では、光分割ユニット１３０は、対物レンズ１２０から出射される光のうち、所定の波長より長い光を低倍率の第１の光学系１４０が配置される光路に導き、所定の波長より短い光を高倍率の第２の光学系１５０が配置される光路に導く構成として説明した。これに代えて、光分割ユニット１３０は、当該二色の光のうち、波長が短い光を低倍率の第１の光学系１４０が配置される光路に導き、波長が長い光を高倍率の第２の光学系１５０が配置される光路に導いてもよい。

【0051】

この場合において、顕微鏡１００は、対物レンズ１２０の色収差に起因して生じる当該二色の光の焦点の位置ずれを積極的に利用して、各光学系からの光を一フレームで同時に撮像してもよい。より具体的には、低倍率の第１の光学系１４０は、対物レンズ１２０の光軸Ａの方向における標本２０の複数の観察面Ｌ１、Ｌ２うち、対物レンズ１２０に近い側の観察面Ｌ１からの波長が短い光をイメージセンサ１７０に結像させてもよい。一方で、高倍率の第２の光学系１５０は、当該複数の観察面Ｌ１、Ｌ２のうち、対物レンズ１２０から遠い側の観察面Ｌ２からの波長が長い光をイメージセンサ１７０に結像させてもよい。

【0052】

より具体的には、低倍率の第１の光学系１４０は、観察面Ｌ１からの青色の光をイメージセンサ１７０に結像させ、高倍率の第２の光学系１５０は、観察面Ｌ２からの赤色の光をイメージセンサ１７０に結像させてもよい。図９では、他の図面と同様に、赤色の光を破線で示し、青色の光を一点鎖線で示し、二色の混合光を実線で示す。これにより、ターゲット２１が図９に示すような曲線的な形状を有する場合に、高倍画像１８３内のターゲット２１の輪郭をターゲット２１の幅広部分とすることもでき、例えばユーザは、高倍画像１８３を見ながらターゲット２１をピックアップする際に、ターゲット２１をピンセットで把持し易くなる場合がある。

【0053】

また、この場合において、追加的に又は代替的に、顕微鏡１００の第１の光学系１４０および第２の光学系１５０の少なくとも１つは、対物レンズ１２０の光軸の方向における標本２０の複数の観察面の何れかに焦点を合わせるべく、当該少なくとも１つの光学系の光軸に沿って移動可能に構成されてもよい。

【0054】

以上の実施形態において、ダイクロイックミラー１３３は、一例として、波長フィルタ１３１を透過した赤色と青色の二色の光のうち、赤色の光を透過して第１の光学系１４０が配置される光路に導き、青色の光を反射して第２の光学系１５０が配置される光路に導く構成として説明した。これに代えて、ダイクロイックミラー１３３は、波長フィルタ１３１を透過した赤色と青色の二色の光のうち、青色の光を透過して第１の光学系１４０が配置される光路に導き、赤色の光を反射して第２の光学系１５０が配置される光路に導いてもよい。また、これら２つの例において、第１の光学系１４０および第２の光学系１５０の配置が逆であってもよい。

【0055】

以上の実施形態において、光統合ユニット１６０は、一例として、第１の光学系１４０からの赤色の光を透過し、青色の光を反射する構成として説明した。これに代えて、光統合ユニット１６０は、第１の光学系１４０からの赤色の光を反射し、青色の光を透過してもよい。また、これら２つの例において、第１の光学系１４０からの光は青色の光であって、第２の光学系１５０からの光は赤色の光であってもよい。

【0056】

図１０は、第二実施形態による顕微鏡３００の概略図である。本実施形態による顕微鏡３００は、第一実施形態による顕微鏡１００と異なる点として、第１の光学系３４０および第２の光学系３５０の少なくとも１つが、ズーミング光学系である。当該少なくとも１つは、複数のレンズを含み、任意のレンズが光軸に沿って移動することでズーミング可能に構成されてもよい。本実施形態による顕微鏡３００の他の構成は、第一実施形態による顕微鏡１００の構成と同様であるため、顕微鏡１００の構成と同一または類似する参照番号を用いて、重複する説明を省略する。なお、図１０は、これらの同様の構成の図示を波線で省略している。なお、以降の他の実施形態においても同様とする。

【0057】

図１０には、白色光、すなわち三色の光路を最も太い実線で示し、波長フィルタ１３１を透過した二色の光路を太い実線で示す。また、赤色の光路を破線で示し、青色の光路を一点鎖線で示す。また、これら二色の光路が結合した光路を太い実線で示す。

【0058】

一例として、本実施形態による第１の光学系３４０および第２の光学系３５０はそれぞれ、複数のレンズから成る結像光学系であって、任意のレンズが光軸に沿って移動可能に構成されており、独立してズーミング可能に構成されてもよい。また、本実施形態では、一例として、第一実施形態による顕微鏡１００が備えるズーミング光学系２３０と対応する構成を備えなくてもよい。

【0059】

本実施形態による顕微鏡３００によっても、第一実施形態による顕微鏡１００と同様の効果を有する。

【0060】

以上の複数の実施形態では、対物レンズ１２０からの光路を光分割ユニット１３０によって色ごとに２つの光路に分割し、それぞれの光路に第１の光学系１４０、３４０および第２の光学系１５０、３５０を配置する構成として説明した。これに代えて、対物レンズ１２０からの光路を色ごとに３つ以上の光路に分割し、分割された複数の光路を異なる倍率の光学系に導いてもよい。

【0061】

また、以上の複数の実施形態では、光分割ユニット１３０の波長フィルタ１３１は、一例として、緑色の光がイメージセンサ１７０によって受光されないように、緑色の光をフィルタリングする構成として説明した。また、当該波長フィルタ１３１は、ダイクロイックミラー１３３に隣接して配置される構成として説明した。これに代えて、波長フィルタ１３１をダイクロイックミラー１３３の入力側には設けず、光分割ユニット１３０における波長フィルタ１３１は、ダイクロイックミラー１３３の出射側において、２つに分割された光路のうち依然として二色を含む方の光路に配置されることによって、照射光の三原色のうちの不要な色、例えば緑色、の光がイメージセンサ１７０によって受光されないようにしてもよい。例えば、当該波長フィルタ１３１は、光統合ユニット１６０とイメージセンサ１７０との間の光路に配置されてもよく、２つに分割された光路のうちの二色の光が導かれる光路に配置されてもよい。

【0062】

また、以上の複数の実施形態では、光分割ユニット１３０は、一例として、波長フィルタ１３１によって緑色の光をフィルタリングすることで、緑色の光がイメージセンサ１７０によって受光されないようにする構成として説明した。これに代えて、光分割ユニット１３０は、２つに分割された光路の何れか一方だけに配置された波長フィルタ１３１によって、当該光路を通る光から緑色の光を完全にフィルタリングし、他方の光路では緑色の光を通過させてもよい。例えば、ダイクロイックミラー１３３が、赤色の光および緑色の光と、青色の光と分けても、青色の光に緑色の光が混在する可能性が有り、波長フィルタ１３１は、青色の光に混在し得る緑色の光を完全にフィルタリングしてもよい。これにより、例えばイメージセンサ１７０によって受光される緑色の光が第１の光学系１４０、３４０および第２の光学系１５０、３５０の何れを経由したのかを明確化することができるため、緑色の光を、赤色の光および青色の光のうち緑色の光と同じ光学系を経由した光と組み合わせて画像生成に利用することができる。換言すると、イメージセンサ１７０で利用する画素数を増やして解像度を高めることができる。

【0063】

図１１は、第三実施形態による顕微鏡４００の概略図である。本実施形態による顕微鏡４００は、第一実施形態による顕微鏡１００と異なる点として、光分割ユニット１３０および光統合ユニット１６０を備えず、代わりに、第３光学系４１０と、光分割ユニット４３０と、第１光統合ユニット４６１と、第２光統合ユニット４６３とを備える。

【0064】

図１１には、白色光、すなわち三色の光路を最も太い実線で示し、二色の光路を太い実線で示す。また、赤色の光路を目が細かい破線で示し、青色の光路を一点鎖線で示し、緑色の光路を目が粗い破線で示す。

【0065】

本実施形態による顕微鏡４００は、光源１１０から標本２０に光を照射し、当該光を集光する対物レンズ１２０から出射された光を、赤色の光の光路と、緑色の光の光路と、青色の光の光路との３つに分割し、それぞれを異なる倍率の光学系に導いた後に再結合してイメージセンサ１７０に受光させることで、３つの倍率の画像を一フレームで撮像する。

【0066】

本実施形態による光分割ユニット４３０は、対物レンズ１２０の光軸上に配置され、対物レンズ１２０から出射された三色の光を色ごとの光路に分割する。例えば、光分割ユニット４３０は、対物レンズ１２０から出射される光源１１０からの三色の光のうち、最も波長が長い光を第１の光学系１４０が配置される光路に導き、最も波長が短い光を第２の光学系１５０が配置される光路に導き、これらの間の波長の光を第３光学系４１０が配置される光路に導いてもよい。本実施形態では、光分割ユニット４３０は、対物レンズ１２０から出射される光源１１０からの三色の光のうち、赤色の光を第１の光学系１４０が配置される光路に導き、青色の光を第２の光学系１５０が配置される光路に導き、緑色の光を第３光学系４１０が配置される光路に導く。第３光学系４１０の倍率は、第１の光学系１４０の倍率と第２の光学系１５０の倍率との間であってもよい。

【0067】

本実施形態による光分割ユニット４３０は、具体的な一例として、対物レンズ１２０の光軸上で順に直列に配置された第１ダイクロイックミラー４３１および第２ダイクロイックミラー４３３を有してもよい。具体的な一例として、光分割ユニット４３０は、第１ダイクロイックミラー４３１によって、赤色の光および緑色の光を透過し、その一方で、青色の光を反射して高倍率の第２の光学系１５０に導いてもよい。光分割ユニット４３０は更に、第２ダイクロイックミラー４３３によって、赤色の光を透過して低倍率の第１の光学系１４０に導き、緑色の光を反射して中倍率の第３光学系４１０に導いてもよい。

【0068】

本実施形態による第１光統合ユニット４６１および第２光統合ユニット４６３はそれぞれ、光分割ユニット４３０によって分割された色ごとの光路を結合する。具体的な一例として、第１光統合ユニット４６１は、第３光学系４１０からの緑色の光の光路と、第２の光学系１５０からの青色の光の光路とを結合し、第２光統合ユニット４６３は、第１光統合ユニット４６１によって結合された光路と、第１の光学系１４０からの赤色の光の光路とを結合する。第２光統合ユニット４６３から出射される光は、イメージセンサ１７０によって受光される。

【0069】

なお、本実施形態による顕微鏡４００のモニタ１８０は、低倍画像１８１および高倍画像１８３と共に、これらの倍率の間の画像である中倍画像を並べて表示してもよく、これら３種類の画像の任意の１つだけを表示してもよく、任意の２つを並べて表示してもよい。

【0070】

本実施形態による顕微鏡４００によっても、第一実施形態による顕微鏡１００と同様の効果を有する。

【0071】

以上の複数の実施形態において、光源は、例えば白色ＬＥＤであって、白色光を標本に照射する構成として説明した。図１１の実施形態のように加法原色全てを観察する場合を除き、特定の二色のみを観察する場合には、光源は当該二色のみを標本に照射するものであってもよい。

【0072】

以上の複数の実施形態において、顕微鏡は、ＬＥＤなどの光源からの白色光を標本に照射して透過光を観察する透過照明型として説明したが、光源からの励起光を標本に照射して蛍光を観察する落射照明型としてもよく、これらの観察方法を組み合わせて、例えば透過光を高倍画像および低倍画像用に利用し、蛍光を高倍画像のみに利用してもよい。

【0073】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0074】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0075】

１０ 容器
２０ 標本
２１ ターゲット
３０ 領域
１００ 顕微鏡
１１０ 光源
１２０ 対物レンズ
１３０ 光分割ユニット
１３１ 波長フィルタ
１３３ ダイクロイックミラー
１４０ 第１の光学系
１５０ 第２の光学系
１６０ 光統合ユニット
１７０ イメージセンサ
１７１ 第１画素
１７３ 第２画素
１７５ 第３画素
１８０ モニタ
１８１ 低倍画像
１８３ 高倍画像
１８５ 枠
１９０ ステージ
２００ コントローラ
２１０ 第１ミラー
２２０ 第２ミラー
２３０ ズーミング光学系
３００ 顕微鏡
３４０ 第１の光学系
３５０ 第２の光学系
４００ 顕微鏡
４１０ 第３光学系
４３０ 光分割ユニット
４３１ 第１ダイクロイックミラー
４３３ 第２ダイクロイックミラー
４６１ 第１光統合ユニット
４６３ 第２光統合ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】