JP5393264B2 - 対物光学系位置調整装置および観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、対物光学系位置調整装置および観察装置に関するものである。

近年、小動物などの生体試料の内部、例えば、脳深部や臓器などの様子を生きたままの状態（ｉｎ ｖｉｖｏ）で観察することが重要となってきている。そのために、生体への侵襲を小さくして比較的長期間にわたって生体内の経時観察を可能とする細径先端部を有する対物光学系および顕微鏡システムが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。

また、生体内を経時的に観察する場合、観察期間中に小動物等に平常時と同様の活動をさせようとすると、観察部位に位置決めされていた対物光学系を一旦取り外して、観察時に再度同一の観察部位に対物光学系を位置決めする必要がある。このときに、生体に固定された支持部材の挿入孔内に対物光学系を挿入することにより、対物光学系を高い再現性で位置決めする固定装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００６−１１９３００号公報 特開２００５−２４１６７１号公報 特開２００５−２５３８３６号公報

しかしながら、細径先端部を有する対物光学系と固定装置とを併用して生体に低侵襲でかつ比較的長期間にわたって生体内を観察しようとした場合、支持部材による生体への侵襲を低減するために、挿入孔の内径寸法を細径先端部の外径寸法よりわずかに大きい程度にとどめることが望ましい。

そのために、挿入孔を細径化すると、挿入孔から取り外した細径先端部を再度挿入孔に挿入する際に、細径先端部と挿入孔との間の空隙がわずかしかないため、対物光学系の位置合わせが難しくなるという問題がある。また、細径先端部の位置が挿入孔からずれて細径先端部が支持部材に衝突すると、大きな力がかかってこれらが破損したり、衝突時の衝撃により生体に影響を及ぼしたりしてしまう恐れがあるという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、支持部材の挿入孔が細径であっても、対物光学系や支持部材の破損および生体への影響を防ぎながら対物光学系の細径先端部を容易に挿入孔内へ挿入することができる対物光学系位置調整装置および観察装置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、細径先端部を有する対物光学系と、該対物光学系により集光された光を観察するための観察光学系との間に配置される位置調整ユニットと、生体に一端が固定され、前記細径先端部を内部に挿脱可能に支持する略筒状の支持ユニットとを備え、前記位置調整ユニットが、前記対物光学系を保持する保持部と、該保持部を前記対物光学系の光軸方向と交差する方向に移動自在に支持する移動機構とを備え、前記細径先端部を前記支持ユニットに挿脱する際に、前記保持部が前記移動機構によって前記光軸方向と交差する方向に滑らかに移動することで、前記対物光学系の位置を前記支持ユニットに対して調整し、前記支持ユニットが、その他端部に、他端に向かって漸次径寸法が大きくなるテーパ状の内面を有する対物光学系位置調整装置を提供する。

本発明によれば、生体に固定された支持ユニット内に対物光学系の細径先端部を挿入することにより、対物光学系の位置を生体に対して同一の位置に位置決めして所定の観察部位を経時的に観察することができる。
この場合に、細径先端部を支持ユニット内に挿入する際に、細径先端部の位置が支持ユニットに対してずれていると、細径先端部の先端がテーパ状の内面に接触し、該内面の形状にならって保持部および対物光学系が移動機構により移動させられることにより、対物光学系の位置が調整されながら細径先端部が支持ユニット内へ案内される。

これにより、細径先端部の高い位置合わせの精度が不要となり、挿入孔の内径寸法を細径先端部の外径寸法と略同一の寸法まで小さくしても、細径先端部を容易に支持ユニット内に挿入することができる。また、細径先端部の先端が支持ユニットに接触しても、対物光学系が接触から逃げる方向に移動することにより接触時の衝撃が緩衝され、対物光学系および支持ユニットの破損および生体への影響を防ぐことができる。

上記発明においては、前記移動機構が、前記対物光学系の光軸方向に略垂直な平面内において互いに垂直な方向に前記保持部を案内する２つの直線ガイドを備えることとしてもよい。
このようにすることで、対物光学系を、光軸方向に略垂直な平面内において滑らかに移動させることができる。

また、上記発明においては、前記直線ガイドが、ベアリング機構を備えることとしてもよい。
このようにすることで、対物光学系を潤滑に移動させることができる。

また、上記発明においては、前記位置調整ユニットが、前記保持部の移動を規制する規制手段を備えることとしてもよい。
このようにすることで、細径先端部を挿入孔内に挿入した状態で保持部の移動を規制して対物光学系の移動を防止し、視野をより安定させながら観察することができる。

また、上記発明においては、前記位置調整ユニットが、前記保持部により保持された前記対物光学系の光軸の位置を、前記観察光学系の光軸の位置に一致するように調整する光軸調整手段を備えることとしてもよい。
このようにすることで、対物光学系の光軸の位置を観察光学系の光軸と容易に一致させることができる。
また、本発明は、上記いずれかに記載の対物光学系位置調整装置を備える観察装置を提供する。

本発明によれば、支持部材の挿入孔が細径であっても、対物光学系や支持部材の破損および生体への影響を防ぎながら対物光学系を容易に挿入孔内へ挿入する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対物光学系位置調整装置および観察装置の全体構成図である。 図１の対物光学系位置調整装置の位置調整ユニットを示す全体構成図である。 図２の位置調整ユニットの顕微鏡取付部の正面図である。 図２の位置調整ユニットの中間部の正面図である。 図２の位置調整ユニットの対物取付部の正面図である。 図１の対物光学系位置調整装置の支持ユニットを示す側面断面図である。 図１の対物光学系位置調整装置の使用方法を説明する図であり、対物光学系が移動自在な状態を示している。 図１の対物光学系位置調整装置の使用方法を説明する図であり、対物光学系の光軸が調整された状態を示している。 図１の対物光学系位置調整装置の使用方法を説明する図であり、対物光学系を試料に近づけるときの状態を示している。 図１の対物光学系位置調整装置を用いて対物光学系が挿入孔内に挿入される過程を示す図である。

本発明の一実施形態に係る対物光学系位置調整装置１および観察装置１００について、図１〜図９を参照して以下に説明する。なお、本実施形態においては、生きたマウス（生体）Ａの脳内を観察する場合を例に挙げて説明する。
本実施形態に係る観察装置１００は、図１に示されるように、正立型の光学顕微鏡をベースとしており、顕微鏡（観察光学系）２と、該顕微鏡２に装着され対物光学系３が取り付けられた位置調整ユニット４およびマウスＡに固定された支持ユニット５を備える本実施形態に係る対物光学系位置調整装置１とを備えている。

顕微鏡２は、一般的な光学顕微鏡またはレーザ走査型顕微鏡が用いられる。顕微鏡２は、位置調整ユニット４が取り付けられるユニット取付部６を有している。ユニット取付部６は、一般に対物光学系のマウントに用いられる構造になっており、例えば、ＲＭＳネジが設けられている。ユニット取付部６を光軸方向に沿って上下に移動させることにより、ユニット取付部６に取り付けられた位置調整ユニット４および対物光学系３の高さ方向の位置が調節されるようになっている。マウスＡは、水平面内において移動可能なステージ７上に載置され、固定具８によって頭部がステージ７に対して固定されている。

対物光学系３は、細径先端部３ａを有している。また、対物光学系３は、無限遠設計であり、対物光学系３の先端から集光された光は略平行光束になって後方の光学系へ伝達されるようになっている。

位置調整ユニット４は、図２に示されるように、顕微鏡２側から順に、顕微鏡取付部９、中間部１０および対物取付部（保持部）１１を備えている。また、顕微鏡取付部９と中間部１０との間にはＸ軸ガイド１２ａ（移動機構、直線ガイド）が配置され、中間部１０と対物取付部１１との間にはＹ軸ガイド１２ｂ（移動機構、直線ガイド）が配置されている。Ｘ軸ガイド１２ａおよびＹ軸ガイド１２ｂは、顕微鏡２の光軸に垂直な平面内において互いに垂直な方向に移動可能であり、潤滑性に優れたもの、例えば、ベアリング（ベアリング機構）を備えたものが用いられる。これにより、対物取付部１１が、顕微鏡取付部９に対して水平面内において移動自在に支持されている。

顕微鏡取付部９は、図３に示されるように、顕微鏡２のユニット取付部６に着脱可能な顕微鏡取付ネジ９ａを有し、該顕微鏡取付ネジ９ａをユニット取付部６に取り付けることにより、位置調整ユニット４が顕微鏡２に搭載されるようになっている。また、顕微鏡取付部９の略中央には、対物取付部１１近傍まで延びる遮光筒９ｂが設けられている。これにより、顕微鏡２と対物光学系３との間の光路が外部から遮光され、顕微鏡２からの照射光２および対物光学系３により集光された観察光に外来光が混入することが防止されるようになっている。

中間部１０は、図４に示されるように、略中央部に遮光筒９ｂが貫通する中間部穴１０ａが設けられている。中間部穴１０ａは、中間部１０が顕微鏡取付部９に対して水平方向に移動したときに、その移動が遮光筒９ｂにより制限されないように、遮光筒９ｂの外径寸法より大きい内径寸法を有している。
対物取付部１１は、図５に示されるように、対物光学系３の後部が着脱可能な対物取付ネジ穴１１ａが略中央部に貫通している。

顕微鏡取付部９および対物取付部１１には、遮光筒９ｂと対物取付ネジ穴１１ａとが略同心軸上に配置されたときに一致する位置に、中心出しネジ（光軸調整手段）１３が挿入される顕微鏡側中心出しネジ穴（光軸調整手段）１４ａおよび対物側中心出し穴（光軸調整手段）１４ｂが厚さ方向に貫通している。中心出しネジ１３は、後方部分のネジ部１３ａが、顕微鏡側中心出しネジ穴１４ａに嵌合し、先端部分の漸次先細に形成された円錐部１３ｂが、対物側中心出し穴１４ｂに挿入されている。

これにより、中心出しネジ１３の途中位置に設けられた回転ネジ１３ｃを締める方向に回転させると、対物光学系３の光軸と顕微鏡２の光軸とが一致する位置に対物取付部１１の位置が調整されるようになっている。なお、中間部１０の四隅には切欠１０ｂが設けられ、これにより、中間部１０および中心出しネジ１３は、互いに位置が制限されることなく移動可能になっている。

また、顕微鏡取付部９には、固定ネジ（規制手段）１５ａが嵌合する固定ネジ穴（規制手段）１５ｂが設けられ、固定ネジ１５ａを締め付けて、固定ネジ１５ａと顕微鏡取付部９との間に配置されたシム１６を顕微鏡取付部９に固定することにより、シム１６と対物取付部１１とを連結する連結部材１７を介して対物取付部１１が顕微鏡取付部９に対して固定されるようなっている。

支持ユニット５は、図６に示されるように、生体内に挿入される細径部５ａと、該細径部５ａより大きい径寸法を有する大径部５ｂとを有する略筒状である。細径部５ａ内には、対物光学系３の細径先端部３ａの外径寸法よりわずかに大きい内径寸法を有する挿入孔５ｃが長手方向に沿って延び、挿入孔５ｃの底面には、対物光学系３と試料表面との間の光路となる中央部に、カバーガラス等の透明材料からなる窓５ｄが設けられている。

細径部５ａの先端は、挿入孔５ｃの底面から試料表面との間に適切な距離の空間を空けて、ガラス等の透明部材５ｅによって閉塞されている。これにより、細径先端部３ａを、その先端面が挿入孔５ｃの底面に突き当る位置まで挿入孔５ｃ内に挿入すると、対物光学系３の焦点が試料表面に適切に合うようになっている。
大径部５ｂは、挿入孔５ｃの内面から連続して円錐状に径寸法が大きくなる内面５ｆを有している。

このように構成された対物光学系位置調整装置１および観察装置１００の使用方法および作用について、図７〜図１０を参照して以下に説明する。なお、図７〜図９においては、説明箇所の構成を分かりやすくするため、一部の構成を省略することとする。
本実施形態に係る観察装置１００を用いてマウスＡの脳内をｉｎ ｖｉｖｏで観察するには、マウスＡの頭蓋骨に穿孔した貫通孔に細径部５ａを挿入した状態で支持ユニット５を接着固定し、マウスＡの頭部をステージ７に固定する。

まず、固定ネジ１５ａを緩めて対物光学系３を略水平面内において移動自在にした状態で（図７参照。）、中心出しネジ１３を締めて対物光学系３の光軸を顕微鏡２の光軸と一致する位置に調整し、固定ネジ１５ａを締めて対物光学系３を顕微鏡２に対して固定する（図８参照。）。この状態で中心出しネジ１３を緩めると、対物光学系３は、その光軸が顕微鏡２の光軸と一致する位置に保持される。

次に、挿入孔５ｃが対物光学系３の略鉛直下方に配置されるようにステージ７を移動させて対物光学系３と観察部位との位置合わせをしたら、固定ネジ１５ａを緩めて対物光学系３を移動自在にした状態で（図９参照。）、対物光学系３を下方へゆっくり移動させて細径先端部３ａを挿入孔５ｃ内へ挿入していく。

このときに、対物光学系３の位置が挿入孔５ｃからずれていると、細径先端部３ａの先端がテーパ状の内面５ｆに接触し（図１０参照。）、該内面５ｆに沿って細径先端部３ａが滑らかに移動しながら挿入孔５ｃの位置まで案内されて、そのまま挿入孔５ｃ内へ挿入される。細径先端部３ａを挿入孔５ｃの底面に突き当る位置まで挿入したら、固定ネジ１５ａを締めて対物光学系３の位置を固定し、顕微鏡２によりマウスＡの脳内をｉｎ ｖｉｖｏで観察することができる。

このように、本実施形態によれば、支持ユニット５に、挿入孔５ｃに向かって漸次径寸法が小さくなる内面５ｆを設け、対物光学系３を、挿入方向に交差する方向に滑らかに移動自在にした状態で挿入孔５ｃ内に挿入する。これにより、細径先端部３ａの位置が挿入孔５ｃからずれていても挿入の過程でその位置が調整される。したがって、挿入孔５ｃの内径寸法を細径先端部３ａの外径寸法と略同一まで縮小化しても、対物光学系３の高い位置精度の制御を必要とすることなく、細径先端部３ａを挿入孔５ｃ内に容易に挿入することができるという利点がある。

また、このようにして挿入孔５ｃの径寸法を可能な限り小さくすることにより、支持ユニット５によるマウスＡへの侵襲をさらに低減しながら、マウスＡの体内を比較的長期間にわたって観察することができるという利点がある。また、細径先端部３ａの先端がテーパ状の内面５ｆに接触しても、その接触による衝撃を緩衝する方向に細径先端部３ａが滑らかに移動することにより、細径先端部３ａおよび支持ユニット５の破損を防止し、また、接触時の衝撃による生体や観察部位への影響を防ぐことができるという利点がある。

また、対物光学系３が光軸方向に交差する方向に移動自在な構成であっても、必要に応じて対物光学系３の位置が顕微鏡２に対して簡便な方法で固定される。これにより、光軸の調整後に対物光学系３が移動して光軸がずれてしまう等の不都合を防止し、また、観察時には視野のブレなどを防いでより安定した画像を得ることができるという利点がある。

上記実施形態においては、ユニット取付部６が、対物光学系３の光軸方向に移動可能であることとしたが、これに代えて、ステージ７が、対物光学系３の光軸方向に移動可能であることしてもよい。
このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記実施形態においては、正立型の顕微鏡２を用いることとしたが、これに代えて、倒立型の顕微鏡を用いることとしてもよい。

また、上記実施形態においては、顕微鏡取付部９が、顕微鏡取付ネジ９ａによって対物光学系３のマウントと同様の構造で顕微鏡２に取り付けられることとしたが、これに代えて、レボルバのマウントと同様の構造で顕微鏡２に取り付けられることとしてもよい。
また、上記実施形態においては、対物取付部１１は、対物光学系３に代えて、レボルバが取り付けられることとしてもよい。このようにすることで、対物取付部１１に取り付けられたレボルバに、仕様の異なる複数の対物光学系３を取り付け、倍率等を容易に変更しながら観察することができる。

また、上記実施形態においては、対物光学系３とステージ７との角度が調整可能になっていてもよい。この場合、ステージ７を傾斜させてもよく、対物光学系３および位置調整ユニット４を含む光学系を傾斜させてもよい。
マウスＡの頭部に固定された支持ユニット５は、挿入孔５ｃの長手方向が対物光学系３の光軸に対して傾いて配置される場合も有り得る。したがって、挿入孔５ｃの長手方向が対物光学系３の光軸方向に沿うようにステージ７と対物光学系３との角度を調整することにより、細径先端部３ａを適切な方向から容易に挿入孔５ｃ内に挿入することができる。

このときに、例えば、標本をステージ７に固定した状態で、対物光学系３と同程度の長さ寸法を有する棒状部材、または、対物光学系３の外筒と同様の形状の物を挿入孔５ｃ内に挿入し、これらの中心軸が顕微鏡２の光軸に一致するようにステージ７と対物光学系３との角度を調整する。これにより、ステージ７と対物光学系３との角度を容易に調整することができる。または、挿入孔５ｃを塞ぐ位置に光を反射する反射部材、例えば、鏡を取り付け、顕微鏡２で観察される像の輝度が最も高くなる角度を選択することによっても、ステージ７と対物光学系３との角度を容易に調整することができる。

１ 対物光学系位置調整装置
２ 顕微鏡（観察光学系）
３ 対物光学系
３ａ 細径先端部
４ 位置調整ユニット
５ 支持ユニット
５ａ 細径部
５ｂ 大径部
５ｃ 挿入孔
５ｄ 窓
５ｅ 透明部材
５ｆ 内面
６ ユニット取付部
７ ステージ
８ 固定具
９ 顕微鏡取付部
９ａ 顕微鏡取付ネジ
９ｂ 遮光筒
１０ 中間部
１０ａ 中間部穴
１０ｂ 切欠
１１ 対物取付部（保持部）
１１ａ 対物取付ネジ穴
１２ａ Ｘ軸ガイド（移動機構、直線ガイド）
１２ｂ Ｙ軸ガイド（移動機構、直線ガイド）
１３ 中心出しネジ（光軸調整手段）
１３ａ ネジ部
１３ｂ 円錐部
１３ｃ 回転ネジ
１４ａ 顕微鏡側中心出しネジ穴（光軸調整手段）
１４ｂ 対物側中心出し穴（光軸調整手段）
１５ａ 固定ネジ（規制手段）
１５ｂ 固定ネジ穴（規制手段）
１６ シム（規制手段）
１７ 連結部材（規制手段）
１００ 観察装置
Ａ マウス（生体）

Claims (7)

1. 細径先端部を有する対物光学系と、該対物光学系により集光された光を観察するための観察光学系との間に配置される位置調整ユニットと、
   生体に一端が固定され、前記細径先端部を内部に挿脱可能に支持する略筒状の支持ユニットとを備え、
   前記位置調整ユニットが、前記対物光学系を保持する保持部と、該保持部を前記対物光学系の光軸方向と交差する方向に移動自在に支持する移動機構とを備え、前記細径先端部を前記支持ユニットに挿脱する際に、前記保持部が前記移動機構によって前記光軸方向と交差する方向に滑らかに移動することで、前記対物光学系の位置を前記支持ユニットに対して調整し、
   前記支持ユニットが、その他端部に、他端に向かって漸次径寸法が大きくなるテーパ状の内面を有する対物光学系位置調整装置。
2. 前記位置調整ユニットが、前記保持部により保持された前記対物光学系の光軸の位置を、前記観察光学系の光軸の位置に一致するように調整する光軸調整手段を備える請求項１に記載の対物光学系位置調整装置。
3. 前記位置調整ユニットが、前記保持部の移動を規制する規制手段を備える請求項１または請求項２に記載の対物光学系位置調整装置。
4. 前記移動機構が、前記対物光学系の光軸方向に略垂直な平面内において互いに垂直な方向に前記保持部を案内する２つの直線ガイドを備える請求項１または請求項２に記載の対物光学系位置調整装置。
5. 前記直線ガイドが、ベアリング機構を備える請求項４に記載の対物光学系位置調整装置。
6. 前記支持ユニットは、前記生体に固定される細径部と、該細径部よりも大きい径寸法を有する大径部と、前記細径部から前記大径部に向かって漸次径寸法が大きくなる前記テーパ状の内面とを有する略筒状のユニットである請求項１から請求項５のいずれかに記載の対物光学系位置調整装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の対物光学系位置調整装置を備える観察装置。

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