特開 2024-103412 顕微撮像装置

(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】P2024103412

(43)【公開日】2024-08-01

(54)【発明の名称】顕微撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/36 20060101AFI20240725BHJP

【ＦＩ】

G02B21/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023007711

(22)【出願日】2023-01-20

(71)【出願人】

【識別番号】000001133

【氏名又は名称】株式会社小糸製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001667

【氏名又は名称】弁理士法人プロウィン

(72)【発明者】

【氏名】尾形 洋一

(72)【発明者】

【氏名】コリチバ ニキタ

【テーマコード（参考）】

2H052

【Ｆターム（参考）】

2H052AA09

2H052AC04

2H052AC17

2H052AC34

2H052AD32

2H052AF13

2H052AF15

2H052AF19

2H052AF22

(57)【要約】

【課題】観察対象を観察すると同時に付加的な情報を視認することが可能な顕微撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像方向の画像を撮像する撮像部（４０）と、撮像部（４０）から撮像方向に所定距離の位置に設けられた観察領域（３０）と、第１画像（Ａ１，Ｒ１）を投影する第１画像投影部（１０）と、第１画像（Ａ１，Ｒ１）を観察領域（３０）の空間上に結像させる結像光学部（２０）を備え、撮像部（４０）は結像された第１画像（Ａ１，Ｒ１）および観察領域（３０）を撮像画像として撮像する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像方向の画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部から前記撮像方向に所定距離の位置に設けられた観察領域と、
第１画像を投影する第１画像投影部と、
前記第１画像を前記観察領域の空間上に結像させる結像光学部を備え、
前記撮像部は、結像された前記第１画像および前記観察領域を撮像画像として撮像することを特徴とする顕微撮像装置。

【請求項2】

請求項１に記載の顕微撮像装置であって、
前記第１画像の結像位置を調整する画像結像位置調整部を有することを特徴とする顕微撮像装置。

【請求項3】

請求項１に記載の顕微撮像装置であって、
レーザ光を照射するレーザ光源部を備え、
前記結像光学部は、前記レーザ光を前記観察領域の空間上に結像させ、
前記撮像画像には、結像された前記レーザ光を含むことを特徴とする顕微撮像装置。

【請求項4】

請求項３に記載の顕微撮像装置であって、
前記第１画像および前記レーザ光は、前記観察領域において虚像として結像されることを特徴とする顕微撮像装置。

【請求項5】

請求項３に記載の顕微撮像装置であって、
前記第１画像および前記レーザ光は、前記観察領域において実像として結像されることを特徴とする顕微撮像装置。

【請求項6】

請求項５に記載の顕微撮像装置であって、
結像された前記レーザ光を光ピンセットとして用い、前記観察領域内の観察対象を操作することを特徴とする顕微撮像装置。

【請求項7】

請求項３から６の何れか一つに記載の顕微撮像装置であって、
前記レーザ光の結像位置を調整するレーザ結像位置調整部を有することを特徴とする顕微撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、顕微撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、顕微鏡の接眼レンズ部分に撮像装置を取り付け、観察対象を撮像して外部に設けられた表示装置に映像を表示する顕微撮像装置が提案されている。このような顕微撮像装置では、撮像した映像を表示装置に表示するため、複数人で同時に観察対象を観察することができる。また、撮像装置で映像を撮像するため、映像データを保存して静止画像や動画像を記録することも可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１２７７８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし従来の顕微撮像装置では、観察対象を撮像装置で撮像しているだけであるため、観察内容は接眼レンズを用いた肉眼での観察と同じである。記録した映像データを用い、後工程で映像データ内に付加的な情報を合成することで、資料的価値や教育的価値を高めることは可能であるが、撮像と情報合成と視聴が別々の工程となるため、必要な情報量を即座に得ることは困難であった。

【0005】

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、観察対象を観察すると同時に付加的な情報を視認することが可能な顕微撮像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】

上記課題を解決するために、本発明の顕微撮像装置は、撮像方向の画像を撮像する撮像部と、前記撮像部から前記撮像方向に所定距離の位置に設けられた観察領域と、第１画像を投影する第１画像投影部と、前記第１画像を前記観察領域の空間上に結像させる結像光学部を備え、前記撮像部は、結像された前記第１画像および前記観察領域を撮像画像として撮像することを特徴とする。

【0007】

このような本発明の顕微撮像装置では、結像光学部で観察領域の空間上に結像された第１画像と観察領域を撮像部が撮像するため、第１画像として表示されるコンテンツと観察対象を実空間上に重ね合わせて表示し、観察対象を観察すると同時に付加的な情報を視認することが可能となる。

【0008】

また、本発明の一態様では、前記第１画像の結像位置を調整する画像結像位置調整部を有する。

【0009】

また、本発明の一態様では、レーザ光を照射するレーザ光源部を備え、前記結像光学部は、前記レーザ光を前記観察領域の空間上に結像させ、前記撮像画像には、結像された前記レーザ光を含む。

【0010】

また、本発明の一態様では、前記第１画像および前記レーザ光は、前記観察領域において虚像として結像される。

【0011】

また、本発明の一態様では、前記第１画像および前記レーザ光は、前記観察領域において実像として結像される。

【0012】

また、本発明の一態様では、結像された前記レーザ光を光ピンセットとして用い、前記観察領域内の観察対象を操作する。

【0013】

また、本発明の一態様では、前記レーザ光の結像位置を調整するレーザ結像位置調整部を有する。

【発明の効果】

【0014】

本発明では、観察対象を観察すると同時に付加的な情報を視認することが可能な顕微撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係る顕微撮像装置１００の概要を示す模式図である。

【図2】撮像部４０で撮像した映像例を示す写真であり、図２（ａ）は画像Ａ１位置に焦点を合わせた場合を示し、図２（ｂ）は画像Ｒ１位置に焦点を合わせた場合を示している。

【図3】観察対象ＴＴと画像Ａ１，Ｒ１の結像の関係を模式的に示す図である。

【図4】第２実施形態に係る顕微撮像装置１１０の概要を示す模式図である。

【図5】撮像部４０で撮像した映像例を示す写真であり、図５（ａ）は光スポットＬ－Ａ１位置に焦点を合わせた場合を示し、図５（ｂ）は光スポットＬ－Ｒ１位置に焦点を合わせた場合を示している。

【図6】光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１の集光について測定した結果を示す図であり、上段は光スポットＬ－Ａ１位置に焦点を当てた撮像の結果を示し、下段は光スポットＬ－Ｒ１位置に焦点を当てた撮像の結果を示している。

【図7】観察対象ＴＴと画像Ａ１，Ｒ１、光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１の結像の関係を模式的に示す図である。

【図8】光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１の利用例を示す模式図であり、上段は光スポットＬ－Ａ１を用いた光ピンセットの例を示し、下段は光スポットＬ－Ｒ１を用いたマーキングの例を示す。

【図9】第３実施形態に係る再帰反射部ＲＲと反射部Ｍの変形例を示す模式図である。

【図10】第４実施形態に係る顕微撮像装置１２０の概要を示す模式図である。

【図11】励起光とドーナツ光による蛍光測定を説明する模式図であり、図１１（ａ）は励起光とドーナツ光の関係を示し、図１１（ｂ）は測定される蛍光を示すイメージ図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係る顕微撮像装置１００の概要を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の顕微撮像装置１００は、第１画像投影部１０と、結像光学部２０と、観察領域３０と、撮像部４０と、制御部５０と、画像結像位置調整部５１と、表示部６０を備えている。図１中において実線で示した矢印は、第１画像投影部１０から照射された光の経路を模式的に示している。図１に示したように、顕微撮像装置１００では、第１画像投影部１０から投影された画像Ａ１，Ｒ１が撮像部４０の撮像方向における空間中に結像される。

【0017】

第１画像投影部１０は、画像Ａ１，Ｒ１を構成する光を照射する装置であり、結像光学部２０を介して撮像部４０から所定距離に対して画像Ａ１，Ｒ１を投影する。第１画像投影部１０の構成は限定されず、バックライトを備えた液晶表示装置、自発光の有機ＥＬ表示装置、光源と変調素子を用いたプロジェクター装置等を用いることができる。第１画像投影部１０が投影する画像Ａ１，Ｒ１は、静止画でも動画であってもよい。

【0018】

結像光学部２０は、第１画像投影部１０から照射された画像光を空間に結像させる部分であり、複数の光学要素を組み合わせて構成されている。結像光学部２０の具体的な構成は限定されないが、図１に示した例では、第１ビームスプリッタＢＳ１と、第２ビームスプリッタＢＳ２と、再帰反射部ＲＲと、反射部Ｍと、シャッターＳＨ１，ＳＨ２と、ダイクロイックミラーＤＭとを備えている。

【0019】

第１ビームスプリッタＢＳ１および第２ビームスプリッタＢＳ２は、入射した光の一部を透過するとともに一部を反射する部材であり、表面に反射率を調整する膜が形成された部分反射板を用いることができる。第１ビームスプリッタＢＳ１と第２ビームスプリッタＢＳ２の傾斜方向は互いに反対であり、９０度の角度で交差するように対向して配置されている。

【0020】

再帰反射部ＲＲは、入射した光を入射方向に対して集光性を保ったまま反射させる光学部材であり、一例としては反射膜の表面側に微小なガラスビーズを敷き詰めた構造やプリズムを用いた構造を用いることができる。反射部Ｍは、入射した光を入射方向に対して正反射する光学部材であり、一例としては板状部材の表面に鏡面加工を施した構造のミラー等を用いることができる。

【0021】

シャッターＳＨ１は、第２ビームスプリッタＢＳ２と再帰反射部ＲＲの間に配置されて光の透過と遮断を切り替える部分である。シャッターＳＨ２は、第２ビームスプリッタＢＳ２と反射部Ｍの間に配置されて光の透過と遮断を切り替える部分である。シャッターＳＨ１，ＳＨ２の具体的な構成は限定されず、一例としては液晶シャッターを用いることができる。シャッターＳＨ１，ＳＨ２のそれぞれで透過と遮断を切り替えることで、後述する画像Ａ１，Ｒ１について結像と非結像を切り替えることができる。

【0022】

ダイクロイックミラーＤＭは、特定波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する光学部材である。図１に示した例では、ダイクロイックミラーＤＭは、第１画像投影部１０から照射される光の波長を反射し、その他の可視光を透過するものを用いる。後述するように、ダイクロイックミラーＤＭで反射された光によって、実像である画像Ａ１と虚像である画像Ｒ１が空間上で結像される。

【0023】

図１に示したように、第１画像投影部１０から照射された光は、第１ビームスプリッタＢＳ１で反射された後に第２ビームスプリッタＢＳ２に到達する。第２ビームスプリッタＢＳ２に到達した光の一部は反射されて再帰反射部ＲＲ方向に進行し、再帰反射部ＲＲで再反射されて第２ビームスプリッタＢＳ２に再入射する。ここで、再帰反射部ＲＲに到達するまで光経が拡大して進行した光は、再帰反射部ＲＲの再帰反射特性により、光経が縮小する光として第２ビームスプリッタＢＳ２に入射する。第２ビームスプリッタＢＳ２に再入射した光は、第２ビームスプリッタＢＳ２を透過し、ダイクロイックミラーＤＭで反射されて、撮像部４０に到達する。このとき、光径が縮小した光は、ダイクロイックミラーＤＭと撮像部４０の間における第１距離で焦点を結び画像Ａ１が実像として結像される。

【0024】

第２ビームスプリッタＢＳ２に到達した光の残りの一部は透過して反射部Ｍ方向に進行し、反射部Ｍで再反射されて第２ビームスプリッタＢＳ２に再入射する。第２ビームスプリッタＢＳ２に再入射した光は、第２ビームスプリッタＢＳ２で反射され、さらにダイクロイックミラーＤＭで反射されて撮像部４０に到達する。このとき、反射部Ｍ、第１ビームスプリッタＢＳ１およびダイクロイックミラーＤＭで反射された光は光経が拡大して進行するため、撮像部４０からはダイクロイックミラーＤＭより後方の第２距離で焦点を結んで進行してきた光のように視認される。よって、ダイクロイックミラーＤＭよりも後方に画像Ｒ１が虚像として結像される。

【0025】

観察領域３０は、撮像部４０から所定距離の位置に設けられた、観察する対象（ＴＴ）を配置する領域である。図１では画像Ｒ１よりも下方に観察領域３０を配置した例を示しているが、画像Ｒ１または画像Ａ１の結像位置と重ねて観察領域３０を配置するとしてもよい。観察領域３０を所望の位置に設定するために、移動可能な試料台等を用いるとしてもよい。

【0026】

撮像部４０は、観察領域３０方向を撮像する部分である。撮像部４０の具体的な構成は限定されないが、一例としてＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラを用いることができる。ここで、撮像部４０が撮像する方向には、画像Ａ１および画像Ｒ１の結像位置を含めておくことで、画像Ａ１、画像Ｒ１と観察領域３０を同時に撮像することができる。

【0027】

制御部５０は、顕微撮像装置１００の各部に接続されて、動作を制御する部分である。制御部５０の構成は限定されないが、一例として情報処理を行うためのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や、メモリ装置、記録媒体、情報通信装置等を備え、予め定められたプログラムに従って各部の動作を制御する。また、制御部５０は画像を含んだ情報を第１画像投影部１０に送出する。

【0028】

画像結像位置調整部５１は、画像Ａ１と画像Ｒ１の結像位置を変化させる部分である。画像結像位置調整部５１の具体的な構成は限定されないが、一例としては、第１画像投影部１０の位置を上下方向および左右方向に移動させるモーター駆動装置等を用いることができる。画像結像位置調整部５１の他の例としては、第１画像投影部１０と第１ビームスプリッタＢＳ１との光学的距離および相対位置を変化させる光学部材を用いることができる。

【0029】

表示部６０は、撮像部４０で撮像した映像を表示する部分である。表示部６０の具体的な構成は限定されず、公知の液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置、ＣＲＴ表示装置等を用いることができる。

【0030】

画像Ａ１および画像Ｒ１として結像された光は、撮像部４０に到達する。したがって、撮像部４０には画像Ａ１、画像Ｒ１および観察領域３０からの光が入射し、これらを一括して一画面内に撮像することができる。また、観察領域３０と画像Ａ１または画像Ｒ１の結像位置を近づけることで、観察領域３０の位置に撮像部４０の焦点距離を合わせた際に、結像位置の近い画像Ａ１または画像Ｒ１と観察対象ＴＴに同時にピントを合わせた撮像をすることができる。

【0031】

図２は、撮像部４０で撮像した映像例を示す写真であり、図２（ａ）は画像Ａ１位置に焦点を合わせた場合を示し、図２（ｂ）は画像Ｒ１位置に焦点を合わせた場合を示している。図２（ａ）に示したように、ダイクロイックミラーＤＭよりも撮像部４０に近い位置（＋Ｌ）に撮像部４０の焦点を合わせることで、実像である画像Ａ１にピントが合った撮像を行うことができる。また、図２（ｂ）に示したように、ダイクロイックミラーＤＭよりも撮像部４０から遠い位置（－Ｌ）に撮像部４０の焦点を合わせることで、虚像である画像Ｒ１にピントが合った撮像を行うことができる。

【0032】

図３は、観察対象ＴＴと画像Ａ１，Ｒ１の結像の関係を模式的に示す図である。図３に示した例では、観察領域３０を画像Ａ１と画像Ｒ１の位置に設定して、それぞれの位置でマツモとミジンコを観察した場合を示している。このとき、マツモの近傍に結像する画像Ａ１の表示内容をマツモに関する情報とし、ミジンコの近傍に結像する画像Ｒ１の表示内容をミジンコに関する情報としている。これにより、観察者が観察対象ＴＴであるマツモやミジンコに撮像部４０の焦点を合わせると、同時にマツモやミジンコの関連情報を表示部６０に表示することができる。

【0033】

また、観察領域３０内で観察対象ＴＴが移動した場合には、画像結像位置調整部５１を用いて画像Ａ１，Ｒ１の結像位置を変化させて、観察対象ＴＴの移動に追従させて近傍に画像Ａ１，Ｒ１を結像させることができる。これにより、観察対象ＴＴに最適な位置に画像Ａ１，Ｒ１が表示され、観察者は画像Ａ１，Ｒ１に表示されるコンテンツと観察対象ＴＴとの関連性を強く意識した観察を行うことができる。

【0034】

図３に示した例では、観察領域３０の２つの位置に観察対象ＴＴが存在して、それぞれの近傍に画像Ａ１と画像Ｒ１を結像させているが、画像Ａ１と画像Ｒ１のどちらか一方のみを結像させるとしてもよい。画像Ａ１のみを結像させる場合には、シャッターＳＨ１を透過状態にして、シャッターＳＨ２を遮断状態にする。画像Ｒ１のみを結像させる場合には、シャッターＳＨ１を遮断状態にして、シャッターＳＨ２を透過状態にする。

【0035】

上述したように、本実施形態の顕微撮像装置１００では、結像光学部２０で観察領域３０の空間上に結像された画像Ａ１，Ｒ１と観察領域３０を撮像部４０が撮像するため、画像Ａ１，Ｒ１として表示されるコンテンツと観察対象ＴＴを実空間上に重ね合わせて表示し、観察対象ＴＴを観察すると同時に付加的な情報を視認することが可能となる。

【0036】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４から図８を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図４は、本実施形態に係る顕微撮像装置１１０の概要を示す模式図である。図４に示すように、本実施形態の顕微撮像装置１１０は、第１画像投影部１０と、結像光学部２０と、観察領域３０と、撮像部４０と、制御部５０と、画像結像位置調整部５１と、表示部６０と、レーザ光源部７０と、レーザ投影光学部８０と、レーザ投影位置調整部９０を備えている。図１中において実線で示した矢印は、第１画像投影部１０から照射された光の経路を模式的に示している。また、図１中において一点鎖線で示した矢印は、レーザ光源部７０から照射されたレーザ光の経路を模式的に示している。図１に示したように、顕微撮像装置１００では、第１画像投影部１０から投影された画像Ａ１，Ｒ１と、レーザ光源部７０から投影された光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１が撮像部４０の撮像方向における空間中に結像される。

【0037】

レーザ光源部７０は、レーザ光を照射する光源である。レーザ光源部７０の具体的な構成は限定されないが、半導体レーザを用いることができる。図４に示した例では、波長５３２ｎｍの緑色光を連続光として照射するレーザ発光装置を用いている。

【0038】

レーザ投影光学部８０は、レーザ光源部７０から照射されたレーザ光の光径や拡がり角度を調整して結像光学部２０に照射する部分であり、複数の光学要素を組み合わせて構成されている。レーザ投影光学部８０の具体的な構成は限定されないが、図４に示した例ではアパーチャＡＰと、二分の一波長板ＨＷＰと、偏光子Ｐと、レンズと、反射部Ｍを備えている。

【0039】

レーザ投影位置調整部９０は、光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１の結像位置を変化させる部分である。レーザ投影位置調整部９０の具体的な構成は限定されないが、一例としては、レーザ光源部７０およびレーザ投影光学部８０の位置を上下方向および左右方向に移動させるモーター駆動装置等を用いることができる。

【0040】

図４に示したように、レーザ光源部７０から照射された光は、レーザ投影光学部８０で光径を拡大されながら第１ビームスプリッタＢＳ１に入射する。第１ビームスプリッタＢＳ１に入射したレーザ光は、第１ビームスプリッタＢＳ１を透過して第２ビームスプリッタＢＳ２に到達する。第２ビームスプリッタＢＳ２に到達したレーザ光の一部は反射されて再帰反射部ＲＲで再反射されて、ダイクロイックミラーＤＭで反射されて、撮像部４０に到達する。このとき、レーザ光は再帰反射部ＲＲでの再帰反射によって光径が縮小され、ダイクロイックミラーＤＭと撮像部４０の間における第１距離で焦点を結び光スポットＬ－Ａ１が実像として結像される。

【0041】

第２ビームスプリッタＢＳ２に到達した光の残りの一部は透過して反射部Ｍ方向に進行し反射部Ｍで再反射されて、ダイクロイックミラーＤＭで反射されて撮像部４０に到達する。このとき、反射部Ｍで反射されたレーザ光は光経が拡大して進行するため、撮像部４０からはダイクロイックミラーＤＭより後方の第２距離で焦点を結んで進行してきた光のように視認される。よって、ダイクロイックミラーＤＭよりも後方に光スポットＬ－Ｒ１が虚像として結像される。

【0042】

本実施形態でも、画像Ａ１および画像Ｒ１として結像された光は、撮像部４０に到達する。また、光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１として結像されたレーザ光も、撮像部４０に到達する。したがって、撮像部４０には画像Ａ１、画像Ｒ１、光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１および観察領域３０からの光が入射し、これらを一括して一画面内に撮像することができる。ここで、画像Ａ１と光スポットＬ－Ａ１は、ダイクロイックミラーＤＭからの距離が同じ位置に実像として結像され、画像Ｒ１と光スポットＬ－Ｒ１は、ダイクロイックミラーＤＭからの距離が同じ位置に虚像として結像される。

【0043】

図５は、撮像部４０で撮像した映像例を示す写真であり、図５（ａ）は光スポットＬ－Ａ１位置に焦点を合わせた場合を示し、図５（ｂ）は光スポットＬ－Ｒ１位置に焦点を合わせた場合を示している。図５（ａ）に示したように、ダイクロイックミラーＤＭよりも撮像部４０に近い位置（＋Ｌ）に撮像部４０の焦点を合わせることで、実像である画像Ａ１および光スポットＬ－Ａ１にピントが合った撮像を行うことができる。また、図５（ｂ）に示したように、ダイクロイックミラーＤＭよりも撮像部４０から遠い位置（－Ｌ）に撮像部４０の焦点を合わせることで、虚像である画像Ｒ１および光スポットＬ－Ｒ１にピントが合った撮像を行うことができる。

【0044】

図６は、光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１の集光について測定した結果を示す図であり、上段は光スポットＬ－Ａ１位置に焦点を当てた撮像の結果を示し、下段は光スポットＬ－Ｒ１位置に焦点を当てた撮像の結果を示している。

【0045】

図６（ａ）は、撮像部４０で光スポットＬ－Ａ１位置に焦点を当てて撮像した画像であり、明瞭な光スポットＬ－Ａ１と不明瞭な光スポットＬ－Ｒ１を確認できる。図６（ｂ）は、図６（ａ）における光スポットＬ－Ａ１の光強度をプロットしたグラフであり、狭い範囲に急峻な強度分布の集光であることが示されている。図６（ｃ）は、図６（ａ）における光スポットＬ－Ｒ１の光強度をプロットしたグラフであり、広い範囲に拡がった強度分布の光として撮像されている。

【0046】

図６（ｄ）は、撮像部４０で光スポットＬ－Ｒ１位置に焦点を当てて撮像した画像であり、不明瞭な光スポットＬ－Ａ１と明瞭な光スポットＬ－Ｒ１を確認できる。図６（ｅ）は、図６（ｄ）における光スポットＬ－Ａ１の光強度をプロットしたグラフであり、広い範囲に強度分布が分散していることが示されている。図６（ｆ）は、図６（ａ）における光スポットＬ－Ｒ１の光強度をプロットしたグラフであり、急峻な強度分布の集光であることが示されている。

【0047】

図７は、観察対象ＴＴと画像Ａ１，Ｒ１、光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１の結像の関係を模式的に示す図である。図７に示した例では、画像結像位置調整部５１およびレーザ投影位置調整部９０を用いて、観察領域３０内における観察対象ＴＴの位置に、画像Ａ１と画像Ｒ１、光スポットＬ－Ａ１、Ｌ－Ｒ１の結像位置を設定する。このとき、観察対象ＴＴであるマツモの近傍に結像する画像Ａ１の表示内容をマツモに関する情報とし、ミジンコの近傍に結像する画像Ｒ１の表示内容をミジンコに関する情報としている。また、光スポットＬ－Ａ１はマツモに照射して、光スポットＬ－Ｒ１はミジンコの位置に重ねている。

【0048】

図８は、光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１の利用例を示す模式図であり、上段は光スポットＬ－Ａ１を用いた光ピンセットの例を示し、下段は光スポットＬ－Ｒ１を用いたマーキングの例を示す。図中においては、ダイクロイックミラーＤＭを傾斜した矩形状として示している。

【0049】

図８（ａ）は、ダイクロイックミラーＤＭと撮像部４０の間の空間に光スポットＬ－Ａ１を実像として結像した状態を示す模式図であり、図８（ｂ）は撮像部４０から見た模式図である。光スポットＬ－Ａ１の結像位置は、レーザ投影位置調整部９０を用いて空間上のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向に移動させることができる。

【0050】

光スポットＬ－Ａ１は、ダイクロイックミラーＤＭと撮像部４０の間において、レーザ光が実像として集光されたものであるため、光強度が十分に高い場合には、電場勾配によって微小な物体をトラップする光ピンセットとして機能させることができる。また、光スポットＬ－Ａ１の結像位置をレーザ投影位置調整部９０で移動させることで、微小な物体をトラップした状態で光スポットＬ－Ａ１に追従させて操作することもできる。

【0051】

図８（ｃ）は、ダイクロイックミラーＤＭよりも下方の空間に光スポットＬ－Ｒ１を虚像として結像した仮想的な状態を示す模式図であり、図８（ｄ）は撮像部４０から見た模式図である。光スポットＬ－Ｒ１の結像位置は、レーザ投影位置調整部９０を用いて空間上のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向に移動させることができる。

【0052】

光スポットＬ－Ｒ１は、ダイクロイックミラーＤＭの撮像部４０とは反対側において虚像として結像されたものであるため、結像位置には実際の光が集光されているわけでは無い。したがって、光スポットＬ－Ｒ１は光スポットＬ－Ａ１とは異なり、結像位置に電場勾配によるトラップが生じず光ピンセットとしては機能しない。むしろ光スポットＬ－Ｒ１は、観察対象ＴＴに影響を及ぼさない虚像として結像されているため、観察対象ＴＴを指し示すマーキングとして用いることができる。また、光スポットＬ－Ｒ１の結像位置をレーザ投影位置調整部９０で移動させることで、ミジンコ等の生物を観察対象ＴＴとした場合に、観察対象ＴＴが観察領域３０内を動き回っても、観察対象ＴＴに光スポットＬ－Ｒ１を追従させて、マーキングし続けることができる。

【0053】

本実施形態でも、光スポットＬ－Ａ１のみを結像させる場合には、シャッターＳＨ１を透過状態にして、シャッターＳＨ２を遮断状態にする。光スポットＬ－Ｒ１のみを結像させる場合には、シャッターＳＨ１を遮断状態にして、シャッターＳＨ２を透過状態にする。

【0054】

上述したように、本実施形態の顕微撮像装置１１０では、レーザ投影光学部８０と結像光学部２０で観察領域３０の空間上に結像された光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１と観察領域３０を撮像部４０が撮像する。これにより、観察対象ＴＴを観察しながら光スポットＬ－Ａ１を光ピンセットとして用いて、観察対象ＴＴのトラップや移動を行うことができる。また、観察対象ＴＴに影響を与えず光スポットＬ－Ｒ１をマーキングとして用いることができる。

【0055】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図９を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態および第２実施形態では、再帰反射部ＲＲおよび反射部Ｍを平坦面で構成していたが、本実施形態では再帰反射部ＲＲまたは反射部Ｍの反射面形状を変化させることで、画像Ａ１，Ｒ１と光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１の結像位置を変化させる。

【0056】

図９は、本実施形態に係る再帰反射部ＲＲと反射部Ｍの変形例を示す模式図である。図９に示すように、再帰反射部ＲＲまたは反射部Ｍの反射面を扇形に形成し、扇形の中心が頂角となるように円錐形状を組み立てる。図９（ａ）～図９（ｃ）は、扇形の中心角度が違う場合における光の反射について模式的に示している。図９（ａ）に示すように扇形の中心角度が小さい場合には、円錐形状の頂角も小さくなり、平行に入射してきた光は、反射された後に近い位置に集光される。それに対して、図９（ｃ）に示すように扇形の中心角度が大きい場合には、円錐形状の頂角も大きくなり、平行に入射してきた光は、反射された後に遠い位置に集光される。

【0057】

本実施形態では、再帰反射部ＲＲまたは反射部Ｍとして扇形の中心角度を大きくしておき、円錐形状の頂角と斜面を変更可能に構成することで、反射された後の画像Ａ１，Ｒ１と光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１の結像位置を変化させることができる。

【0058】

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１０、図１１を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図１０は、本実施形態に係る顕微撮像装置１２０の概要を示す模式図である。図１０に示すように、本実施形態の顕微撮像装置１２０は、第１画像投影部１０と、結像光学部２０と、観察領域３０と、撮像部４０と、制御部５０と、画像結像位置調整部５１と、表示部６０と、ドーナツ光源部７０ａと、励起光源部７０ｂと、レーザ投影光学部８０とを備えている。

【0059】

ドーナツ光源部７０ａは、円環状の光分布を有する励起光を照射するレーザ光源である。励起光源部７０ｂは、円形状の光分布を有するドーナツ光（ＳＴＥＤ光：Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）を照射するレーザ光源である。レーザ投影光学部８０の具体的な構成は限定されないが、図１０に示した例では反射部Ｍと第３ビームスプリッタＢＳ３を用いている。

【0060】

ドーナツ光源部７０ａから照射される円環状のドーナツ光は、第３ビームスプリッタＢＳ３、第２ビームスプリッタＢＳ２、再帰反射部ＲＲおよびダイクロイックミラーＤＭで反射されてＬ－Ａ１位置に実像として結像される。励起光源部７０ｂから照射される円形状の励起光は、反射部Ｍ、第２ビームスプリッタＢＳ２、再帰反射部ＲＲおよびダイクロイックミラーＤＭで反射されてＬ－Ａ１位置に実像として結像される。したがって、光スポットＬ－Ａ１は、円環状のドーナツ光の中心に円形状の励起光が結像されたものとなる。

【0061】

図１１は、励起光とドーナツ光による蛍光測定を説明する模式図であり、図１１（ａ）は励起光とドーナツ光の関係を示し、図１１（ｂ）は測定される蛍光を示すイメージ図である。図１１（ａ）（ｂ）に示した例では、左側に示したようにドーナツ光の径が大きい場合に観測される蛍光の解像度が低く、右側に示したようにドーナツ光の径が小さい場合には観測される蛍光の解像度が高い。

【0062】

本実施形態の顕微撮像装置１２０では、観察対象ＴＴに励起光とドーナツ光を実像として結像されることで、高解像度な蛍光による観測を行うことができる。

【0063】

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態および第２実施形態では、シャッターＳＨ１，ＳＨ２を用いて画像Ａ１，Ｒ１と光スポットＬ－Ａ１，Ｌ－Ｒ１の結像を切り替えたが、シャッターＳＨ１，ＳＨ２に代えて、透過波長帯域の異なるバンドパスフィルターＢＰＦ１，ＢＰＦ２を用いるとしてもよい。

【0064】

画像Ａ１と光スポットＬ－Ａ１を投影する波長λ１は、バンドパスフィルターＢＰＦ１を透過し、バンドパスフィルターＢＰＦ２で遮断されるものを選択する。また、画像Ｒ１と光スポットＬ－Ｒ１を投影する波長λ２は、バンドパスフィルターＢＰＦ１で遮断され、バンドパスフィルターＢＰＦ２を透過するものを選択する。これにより、第１画像投影部１０とレーザ光源部７０から波長λ１で光を照射した場合には、画像Ａ１と光スポットＬ－Ａ１が実像として結像され、波長λ２で光を照射した場合には、画像Ｒ１と光スポットＬ－Ｒ１が虚像として結像される。

【0065】

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態および第２実施形態では、予め定められたコンテンツを観察対象ＴＴの近傍に結像したが、撮像した観察対象ＴＴを画像認識技術を用いて解析し、解析された結果に基づいて観察対象ＴＴの近傍に結像する画像Ａ１，Ｒ１のコンテンツを選択または自動生成するとしてもよい。

【0066】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0067】

１００，１１０，１２０…顕微撮像装置
１０…第１画像投影部
２０…結像光学部
３０…観察領域
４０…撮像部
５０…制御部
５１…画像結像位置調整部
６０…表示部
７０…レーザ光源部
７０ａ…ドーナツ光源部
７０ｂ…励起光源部
８０…レーザ投影光学部
９０…レーザ投影位置調整部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】