JP2017134191A - 顕微鏡観察用容器及び顕微鏡観察システム - Google Patents

Abstract

【課題】光学顕微鏡側の構成を簡略化しつつ偏光観察が可能な顕微鏡観察用容器及び顕微鏡観察システムを提供する。【解決手段】偏光観察用の試料Ｓを内部に収容可能な容器２と、この容器２の少なくとも一部に設けられた偏光素子７，８と、を備えることを特徴とする顕微鏡観察用容器１である。また、光学顕微鏡及び顕微鏡観察用容器１を備えた顕微鏡観察システムであって、顕微鏡観察用容器１は、偏光観察用の試料Ｓを内部に収容可能な容器２と、この容器２の少なくとも一部に設けられた偏光素子７，８と、を備え、光学顕微鏡は、偏光素子７，８を通じて試料Ｓに光を照射する光源と、試料Ｓを透過した光を受光する受光手段と、を備えることを特徴とする顕微鏡観察システムである。【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡観察用容器及び顕微鏡観察システムに関し、特に、偏光顕微鏡などを用いた偏光観察に適した顕微鏡観察用容器及び顕微鏡観察システムに関する。

培養細胞などの生物試料の観察を行うシステムとして、偏光素子を使用した偏光イメージングシステムがある。偏光イメージングシステムに使用される装置としては、試料の光学的異方性を利用した偏光顕微鏡や、偏光と干渉を利用する微分干渉顕微鏡などが知られている。

一般に、偏光顕微鏡は、ポラライザーとアナライザーの２つの偏光素子を顕微鏡側に備えている。そして、光源から照射される偏光していない光をポラライザーで偏光し、この偏光された光を容器に収容された試料に照射し、試料から透過した光をアナライザーで偏光したのち、受光手段で受光したのち、ビデオなどで映像化して観察できるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載された従来の偏光イメージングシステムの一例である偏光顕微鏡システムを示す模式図である。この図に示すように、偏光顕微鏡システム１００は、偏光顕微鏡１０１と容器１２１とから構成され、容器１２１内には試料Ｓが収容されている。偏光顕微鏡１０１は、光源１０２と、光源１０２からの光を偏光にして試料Ｓに与えるためのポラライザー１０５と、試料Ｓを通過した光から偏光に対し所定の角度をなす偏光状態の光を通過させるアナライザー１１２と、アナライザー１１２を通過した光を受光して試料Ｓの像を表示するテレビカメラ１１５と、各部材を制御するコンピュータ１１６と、を有している。

ポラライザー１０５とアナライザー１１２は、それぞれの偏光軸が互いに直交するように配置されている。ポラライザー１０５を透過した光は、試料Ｓが有する固有の複屈折あるいは光散乱により偏光方向が変化する。なお、複屈折とは、ある種の物質に単一の偏光が入射したときに、入射した偏光と直行する別の偏光成分（複屈折成分）が生じ、偏光のベクトル方向が回って見える現象を意味する。アナライザー１１２は、その偏光軸がポラライザー１０５の偏光軸と直交するように配置されているため、ポラライザー１０５を透過した観測光は透過させず、試料Ｓの複屈折で偏光が傾いたあるいは乱れた光のみを透過させる。これにより、蛍光色素などを使用しなくても無染色で試料を観察することが可能となる。さらに、コンピュータ１１６は、図示しないモータによってポラライザー１０５とアナライザー１１２をそれぞれ回転制御し、偏光軸の相対角度を変更できるように構成されている。これにより、ポラライザー１０５とアナライザー１１２の偏光軸の相対角度を偏光しつつ偏光観察を行うことが可能となっている。

特開平０７−２６１０９２号公報（請求項１、要約、図１など）

従来の偏光イメージングシステムは、光学顕微鏡側に偏光素子を配置したものであるため、光学顕微鏡の構成が複雑になっていた。

本発明の目的は、光学顕微鏡側の構成を簡略化しつつ偏光観察が可能な顕微鏡観察用容器を提供することにある。また、本発明の他の目的は、このような顕微鏡観察用容器を使用して偏光観察を行うための顕微鏡観察システムを提供することにある。

本発明は、偏光観察用の試料を内部に収容可能な容器と、該容器の少なくとも一部に設けられた偏光素子と、を備えることを特徴とする顕微鏡観察用容器である。
このように、容器の少なくとも一部に偏光素子が設けられているため、光学顕微鏡の偏光素子を減らすあるいはなくして偏光観察を行うことが可能となる。

この場合において、前記容器の少なくとも一部は複屈折に乱れを有しており、前記偏光素子は、前記複屈折の予期できない方向性を有する材料の前記試料側に配設されることが好ましい。ここでの「複屈折に乱れ」とは、合成樹脂の成型法などで製造される容器の材料が複屈折を有する場合に、複屈折の偏光角や屈折量が場所ごとに異なっている場合があり、簡単のため、このような現象を複屈折の乱れと呼ぶ。
このように、容器を構成する複屈折の予期できない方向性を有する材料よりも試料側に偏光素子が配設されることで、該材料による予期できない複屈折の影響を受けること無く、偏光素子によって試料に偏光された観測光を照射することが可能となる。

また、上記の場合において、前記偏光素子を２つ有しており、前記試料を挟んで対向する位置に配設されることが好適である。
このように、顕微鏡観察用容器が２つの偏光素子を有しているため、光学顕微鏡側に偏光素子を設けることなく偏光観察が可能となるため、光学顕微鏡の構成を簡略化することができるほか、偏光素子を備えていない一般の光学顕微鏡でも偏光観察が可能となる。

また、上記のいずれかの場合において、前記偏光素子が偏光フィルム又は偏光コーティングであることが好ましい。
このように、偏光フィルムを貼着するか偏光コーティングを施すことで、容器に偏光素子を容易に配設することが可能となる。

本発明は、光学顕微鏡及び顕微鏡観察用容器を備えた顕微鏡観察システムであって、前記顕微鏡観察用容器は、偏光観察用の試料を内部に収容可能な容器と、該容器の少なくとも一部に設けられた偏光素子と、を備え、前記光学顕微鏡は、前記偏光素子を通じて前記試料に光を照射する光源と、前記試料を透過した前記光を受光する受光手段と、を備えることを特徴とする顕微鏡観察システムである。

本発明によれば、光学顕微鏡側の構成を簡略化しつつ偏光観察が可能なことが顕微鏡観察用容器及び顕微鏡観察システムを提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡観察用容器を示す図である。 本発明の顕微鏡観察システムを示す図である。 本発明の他の実施形態に係る顕微鏡観察用容器を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る顕微鏡観察用容器を示す図である。 従来の偏光観察システムを示す模式図である。

１．顕微鏡観察用容器
以下、図面を参照しながら本発明の顕微鏡観察用容器について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡観察用容器を示した説明図であり、図１（ａ）が斜視図、図１（ｂ）が断面模式図である。本実施形態は、顕微鏡観察用容器の一例としてのペトリディッシュ（シャーレ）の形態を示している。これらの図に示すように、顕微鏡観察用容器１は、偏光観察用の試料Ｓを内部に収容可能な容器２と、容器２に設けられた偏光素子６と、を備えている。

本実施形態の容器２は、上面視が略円形状であり、容器本体３と蓋体４とから構成されている。容器本体３は、内壁面３ａと外壁面３ｂとを有し、内壁面３ａで区画される内部空間に試料Ｓを収容可能となっている。容器本体３は、内部空間に試料Ｓを入れることが可能な開口部３ｃを上部に有しており、この開口部３ｃを蓋体４が覆うことが可能となっている。蓋体４は、内壁面４ａと外壁面４ｂとを有している。

本実施形態の蓋体４の少なくとも一部は、複屈折に乱れを有している。ここで、「複屈折に乱れを有している」とは、蓋体４の一部又は全部が、予期できない方向性を持つ正又は負の比較的高い複屈折率の乱れを有すること意味する。なお、本明細書では、このような複屈折に乱れを有していることを「複屈折性を有している」という。なお、複屈折の乱れを生じやすい蓋体としては、複屈折の値が高い部材で構成されたものを挙げることができ、例えば複屈折の値（Δｎ）が０．０２以上あるいは−０．０２以下のもの、好ましくは０．０１以上あるいは−０．０１以下のものを挙げることができる。

材料あるいは容器の成形法により複屈折の乱れを生じやすい材料の例としては、ポリスチレン（ＰＳ）、パーマノックス（ＰＭＸ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フッ素樹脂を挙げることができる。このうち、フッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（３フッ化）（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）などを挙げることができる。

本実施形態の容器本体３は、予期できない複屈折の乱れが低いあるいは複屈折の乱れがない性質を有している。ここで、「複屈折の乱れが低い」とは、上記の「複屈折に乱れを有している」ものよりも相対的に複屈折の値が低いこと（低複屈折性）を意味し、「複屈折の乱れが無い」とは複屈折による乱れがほぼゼロであることを意味する。複屈折の乱れが低いあるいは複屈折の乱れがない部材としては、複屈折の値が低い又はゼロの部材で構成されたものを挙げることができ、例えば、複屈折の値（Δｎ）が−０．０２超〜０．０２未満のもの、好ましくは−０．０１超〜０．０１未満のものを挙げることができる。

複屈折の乱れが低いあるいは複屈折の乱れがない材料の例としては、無機材料や有機材料を挙げることができる。無機材料としては、ソーダライムガラス、クリスタルガラス、ほうケイ酸ガラスなどのガラス材料や石英などを挙げることができる。また、有機材料としては、アクリル系樹脂、シクロオレフィン系樹脂（ＣＯＰ）、シクロオレフィン共重合体系樹脂（ＣＯＣ）などの樹脂材料を挙げることができる。

なお、複屈折性は、構成材料の有する固有複屈折のほか、製造工程で生じる成形後の内部歪みや厚さ等によっても変動する。したがって、上記の材料はあくまで例示であり、例えば複屈折性を有する材料として挙げたものであっても、例えば容器２の製造工程において低配向又は無配向となるように製造したり、厚みを薄くしたりすることで、複屈折の乱れが低いあるいは複屈折の乱れがない容器とすることも可能である。

偏光素子６は、光を偏光する特性を有する素子である。本実施形態の偏光素子６は、２つの偏光素子（偏光素子７及び偏光素子８）で構成されている。偏光素子７（第１の偏光素子）は蓋体４に設けられており、偏光素子８（第２の偏光素子）は容器２に設けられている。偏光素子７と偏光素子８は、試料Ｓを挟んで対向する位置に配置されている。偏光素子７と偏光素子８は、互いの偏光軸が直交する（いわゆる、クロスニコル）ように配置されている。これにより、後述する偏光観察において、光学顕微鏡側に偏光素子（ポラライザー及びアナライザー）を用いなくとも、偏光素子７と偏光素子８に挟まれた試料Ｓの偏光観察を行うことが可能となる。

偏光素子７は、蓋体４の内壁面４ａ（すなわち、試料Ｓ側）に設けられている。なお、偏光素子７は、蓋体４の外壁面４ｂに設けることも可能であるが、外壁面４ｂに偏光素子７を設けると、後述する偏光観察において、外部から入射する入射光が偏光素子７を通過した後に蓋体４の有する複屈折の乱れにより予期できない方向性の複屈折をしてしまう。このため、試料Ｓに照射される入射光にノイズが多くなり、試料Ｓから透過する透過光のシグナル−ノイズ（ＳＮ）比が低くなる。一方、本実施形態のように内壁面４ａに設けることで、偏光観察において、複屈折の乱れを有する蓋体４によって外部からの入射光が複屈折の乱れによる予期できない方向性を有することなく試料Ｓに入射するため、試料Ｓから透過する透過光のＳＮ比を高くし、高精度で偏光観察を行うことが可能となる。

偏光素子８は、容器本体３の外壁面３ｂ（底面）に設けられている。容器本体３は上述したように予期できない複屈折の乱れが低いあるいは複屈折の乱れがない性質であり、容器本体３による予期できない複屈折の乱れの影響が小さいため、蓋体４の偏光素子７とは異なり、外壁面３ｂに設けても問題ない。なお、容器本体３においても偏光素子８を内壁面３ａに設けることも可能である。

偏光素子７及び偏光素子８は、偏光フィルムを壁面に貼着する方法や、偏光材料をコーティングする方法などで容器２に設けることが可能である。偏光フィルムとしては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）にヨウ素や二色性色素などの染料を染色・吸着させ、一軸に延伸して配向させたものなどを挙げることができる。偏光フィルムは、アクリル系粘着剤など公知の粘着剤などを用いて容器２に貼合することができる。

偏光コーティングとしては、液状の偏光材料を容器２にコーティングする方法などを挙げることができる。液状の偏光材料としては、リオトロピック液晶性色素などを挙げることができる。また、コーティング方法としては、スピンコーティング、ダイコーティング、グラビアコーティング、スリットコーティングなどの方法を挙げることができる。

２．顕微鏡観察システム
次に、本発明の顕微鏡観察システムについて説明する。図２は、本発明の顕微鏡観察システムを示す模式図である。本発明の顕微鏡観察システム１０は、光学顕微鏡１１と顕微鏡観察用容器１とを備えている。顕微鏡観察用容器１については、上述したものと同様であるため、説明を省略する。

光学顕微鏡１１は、光源１２と受光手段１３と制御手段１４と画像表示装置１５とを主要な構成要素として備えている。光源１２は、試料Ｓに光を照射する手段であり、可視光（例えば４００〜７００ｎｍ）や可視光中の特定の波長の光を照射することが可能となっている。受光手段１３は、試料Ｓからの透過光を受光する手段である。受光手段１３としては、ＣＣＤカメラなどを挙げることができる。画像表示装置１５は、受光手段１３で受光した光を結像して試料Ｓの画像を表示する手段である。画像表示装置１５としては、液晶ディスプレイなどを挙げることができる。制御手段１４は、光源１２や画像表示装置１５などを制御するための装置である。制御手段１４は、顕微鏡観察用容器１を支持するステージ（不図示）の傾斜角度や高さなども制御することが可能となっている。

次に、本発明の顕微鏡観察システム１０を用いて顕微鏡観察する手順について説明する。光源１２から出射した光は、図示しないレンズ等で集光され、蓋体４を透過して偏光素子７に入射する。ここで入射光は偏光方向が一方向となり、そのまま試料Ｓに入射する。試料Ｓが複屈折性を有している場合は、入射光の一部は複屈折し、一部はそのまま透過する。偏光素子８は、その偏光軸が偏光素子７の偏光軸に対して直交するように配置されているため、試料Ｓをそのまま透過した光は、偏光素子８にて透過が阻止され、試料Ｓを複屈折した光のみが偏光素子８を透過する。透過光は、受光手段１３にて受光され、画像として結像されたあと、画像表示装置１５に表示される。

なお、本実施形態では、偏光素子７と偏光素子８のそれぞれの偏光軸が直交するように配置して偏光観察を行っていたが、これに限定されず、２つの偏光素子７，８の偏光軸を任意の角度となるように変更してもよい。特に、本実施形態の顕微鏡観察用容器１は、容器本体３と蓋体４がいずれも上面視が円形で、その中心点を中心に回転することができる。これにより、容器本体３に対して蓋体４の回転角度を変更することができるため、偏光軸の角度を種々に変えた偏光観察が可能となる。

３．他の実施形態
次に、本発明の顕微鏡観察用容器の他の実施形態について説明する。図３及び図４は、本発明の他の実施形態に係る顕微鏡観察用容器を示した断面模式図である。

上述した第１の実施形態では、２つの偏光素子（偏光素子７及び偏光素子８）を備える実施態様であったが、本発明の顕微鏡観察用容器としては、２つの偏光素子を備える実施態様に限定されない。図３（ａ）は、偏光素子を1つのみ備える実施形態を示している。本実施形態の顕微鏡観察用容器２１では、偏光素子２７は、蓋体２４の内壁面２４ａに設けられている。また、図３（ｂ）に示す顕微鏡観察用容器３１のように、偏光素子３７を蓋体３４の外壁面３４ｂに設けるようにしてもよい。

また、偏光素子は蓋体に設けられる実施形態に限定されない。図３（ｃ）に示す顕微鏡観察用容器４１では、偏光素子４８は容器本体４３の外壁面４３ｂに設けられている。さらに、図４（ａ）に示す顕微鏡観察用容器５１のように、偏光素子５８が容器本体５３の内壁面５３ａに設けられるようにしてもよい。これらの実施形態のように、顕微鏡観察用容器に偏光素子を１つのみ設けることによって、光学顕微鏡側の偏光素子を１つ減らすことができ、光学顕微鏡側の装置構成を簡略化することが可能となる。また、顕微鏡観察用容器の偏光素子が１つの場合、光学顕微鏡側に偏光素子がなくても、オープンニコルの観察を行うことが可能となる。

本発明の顕微鏡観察用容器は、上記の実施形態のように蓋体や容器本体の壁面に設けられる実施態様に限定されない。図４（ｂ）に示す実施形態の顕微鏡観察用容器６１では、蓋体６４が内壁面６４ａから外壁面６４ｂまで貫通する開口部６４ｃを有しており、偏光素子６７は開口部６４ｃを覆うように配設されている。このように構成することで、光源から試料Ｓに入射する光が蓋体６４を透過することがないため、蓋体６４の複屈折に起因するノイズを減らすことが可能となる。

さらに、本発明の顕微鏡観察用容器は、上記の実施形態のように蓋体と容器本体の２つの部材から構成される実施態様に限定されない。図４（ｃ）に示す実施形態の顕微鏡観察用容器７１では、２つの容器本体７３，７４とから構成され、試料Ｓは容器本体７３，７４の内部に収容されて密封されている。本実施形態では、容器本体７４の内壁面７４ａに偏光素子７７が、容器本体７３の外壁面７３ｂに偏光素子７８が設けられている。このように、密封型の容器であっても、本発明の偏光観察用容器とすることが可能である。

上記の実施形態では、上面視が円形状のペトリディッシュの例を説明したが、本発明が適用される容器としては、ペトリディッシュに限定されない。本発明が適用できる他の容器としては、ウェルプレートを挙げることができる。ウェルプレートとしては、６ウェル、９６ウェルなど、各種のウェルプレートに適用することが可能である。このように、本発明をウェルプレートに適用することで、複数のウェルに収容された複数の試料に対して、偏光観察を行うことが可能となる。

本発明の顕微鏡観察用容器が適用される試料としては、顕微鏡で観察されうる各種の試料を適用することができる。このような試料としては、生体試料や無機物などを挙げることができる。生体試料としては、例えば培養細胞などを挙げることができ、無機物としては鉱物など挙げることができる。

１ 顕微鏡観察用容器、２ 容器、３ 容器本体、３ａ 内壁面、３ｂ 外壁面、３ｃ 開口部、４ 蓋体、４ａ 内壁面、４ｂ 外壁面、６ 偏光素子、７ 偏光素子、８ 偏光素子、１０ 顕微鏡観察システム、１１ 光学顕微鏡、１２ 光源、１３ 受光手段、１４ 制御手段、１５ 画像表示装置、２１ 顕微鏡観察用容器、２４ 蓋体、２４ａ 内壁面、２７ 偏光素子、３１ 顕微鏡観察用容器、３４ 蓋体、３４ｂ 外壁面、３７ 偏光素子、４１ 顕微鏡観察用容器、４３ 容器本体、４３ｂ 外壁面、４８ 偏光素子、５１ 顕微鏡観察用容器、５３ 容器本体、５３ａ 内壁面、５８ 偏光素子、６１ 顕微鏡観察用容器、６４ 蓋体、６４ａ 内壁面、６４ｂ 外壁面、６４ｃ 開口部、６７ 偏光素子、７１ 顕微鏡観察用容器、７２ 容器、７３ 容器本体、７３ｂ 外壁面、７４ 容器本体、７４ａ 内壁面、７７ 偏光素子、７８ 偏光素子、１００ 偏光顕微鏡システム、１０１ 偏光顕微鏡、１０２ 光源、１０５ ポラライザー、１１２ アナライザー、１１５ テレビカメラ、１１６ コンピュータ、１２１ 容器、Ｓ 試料

Claims (5)

1. 偏光観察用の試料を内部に収容可能な容器と、
   該容器の少なくとも一部に設けられた偏光素子と、を備えることを特徴とする顕微鏡観察用容器。
2. 前記容器の少なくとも一部は複屈折性を有しており、
   前記偏光素子は、前記複屈折性の材料の前記試料側に配設されることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡観察用容器。
3. 前記偏光素子を２つ有しており、前記試料を挟んで対向する位置に配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡観察用容器。
4. 前記偏光素子が偏光フィルム又は偏光コーティングであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の顕微鏡観察用容器。
5. 光学顕微鏡及び顕微鏡観察用容器を備えた顕微鏡観察システムであって、
   前記顕微鏡観察用容器は、偏光観察用の試料を内部に収容可能な容器と、該容器の少なくとも一部に設けられた偏光素子と、を備え、
   前記光学顕微鏡は、前記偏光素子を通じて前記試料に光を照射する光源と、前記試料を透過した前記光を受光する受光手段と、を備えることを特徴とする顕微鏡観察システム。

Images