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WO2006051811A1 - 生体観察装置 - Google Patents

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Publication number
WO2006051811A1
WO2006051811A1 PCT/JP2005/020527 JP2005020527W WO2006051811A1 WO 2006051811 A1 WO2006051811 A1 WO 2006051811A1 JP 2005020527 W JP2005020527 W JP 2005020527W WO 2006051811 A1 WO2006051811 A1 WO 2006051811A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
observation
living body
light
head
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2005/020527
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yoshihisa Tanikawa
Yoshihiro Kawano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2004326429A external-priority patent/JP4652775B2/ja
Priority claimed from JP2005019880A external-priority patent/JP2006204505A/ja
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to US11/667,338 priority Critical patent/US7609440B2/en
Priority to EP05806157.3A priority patent/EP1811328B1/en
Publication of WO2006051811A1 publication Critical patent/WO2006051811A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0028—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders specially adapted for specific applications, e.g. for endoscopes, ophthalmoscopes, attachments to conventional microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/06—Means for illuminating specimens
    • G02B21/08—Condensers
    • G02B21/082—Condensers for incident illumination only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/361—Optical details, e.g. image relay to the camera or image sensor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/362—Mechanical details, e.g. mountings for the camera or image sensor, housings

Definitions

  • the present invention relates to a living body observation apparatus for observing a living body in a living state (in vivo).
  • an optical microscope is used to visualize ion concentration, membrane potential, and the like using a fluorescent probe.
  • biological functions such as nerve cells are observed as specimens, particularly dynamic behavior is observed. It ’s like that.
  • Patent Document 1 As a device for observing such dynamic behavior, a microscopic photographing apparatus is known (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-275539
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and when observing a living body alive.
  • Another object of the present invention is to provide a living body observation apparatus capable of observing the behavior in the interior, in particular, with continuous and clear images while causing the living body to perform normal activities.
  • the present invention provides the following means.
  • the present invention includes an optical unit including a light source and an image sensor, and an observation head that is disposed at a distance from the optical unit and is fixed to a living body.
  • a second collimating optical system that collects the parallel light incident from the optical unit and irradiates it on the observation target part in the living body, and converts the return light of the biological force into the parallel light and enters the optical unit.
  • An in-vivo observation device is provided.
  • the light emitted from the light source is emitted from the optical unit toward the observation head in a state of being converted into parallel light by the first collimating optical system.
  • the observation head is fixed to the living body, and when the parallel light emitted from the optical unit is incident on the observation head, the second collimating optical system collects the parallel light to the observation target site in the living body. Irradiate.
  • the return light that returns from the observation target area irradiated with light from the light source returns to the observation head, and again passes through the second collimating optical system to become parallel light, and is emitted from the observation head toward the optical unit.
  • the parallel light incident on the optical unit is imaged by being passed through the imaging optical system, and is imaged by the imaging device.
  • the observation head since the observation head is fixed to the living body, the observation head moves with the displacement of the living body, and the relative positional relationship with the observation target site of the living body can be maintained constant.
  • the illuminating light from the optical unit to the observation head and the return light from the observation head to the optical unit are both in the parallel light state. Even if the head is relatively displaced along the optical axis direction, the image acquired by the image sensor does not fluctuate. Therefore, a living body having a dynamic behavior that is displaced in the optical axis direction together with the observation head can be continuously and clearly photographed without blurring.
  • the imaging optical system includes an f ⁇ lens.
  • the f ⁇ lens The image is corrected by passing through the imaging optical system, and is imaged on the image sensor. Therefore, a clear image can be obtained even in such a case.
  • the optical unit and the observation head are preferably connected by an optical fiber bundle.
  • the observation head irradiates the living body with the light transmitted through the optical fiber bundle and receives the return light from the living body. Then, the state of the living body can be observed by imaging the received return light with the image sensor.
  • the observation head since the observation head is fixed to the living body, even if the living body operates in a relatively wide operating range, the relative positional relationship between the observation head and the living body is not changed and is held constant.
  • the light emitted from the light source is transmitted by the flexible optical fiber bundle, even if the living body operates in a relatively wide range of operation, the optical fiber bundle is freely bent, so that the light from the optical unit can be bent. Light can be reliably transmitted to the observation head. Therefore, it is possible to observe the behavior inside the living body continuously and vividly while keeping the living body alive while performing normal activities.
  • the present invention also provides a light source, a scanning unit that two-dimensionally scans light from the light source, and a living body that is fixed to the living body and that is scanned by the scanning unit. And a light detector for detecting the return light received by the observation head, and the scanning unit causes the scanned light to be incident on the observation head as parallel light.
  • a collimating optical system is provided, and the collimated light incident from the scanning unit is condensed on the observation head to form an image on a site to be observed in the living body, while the returning light from the living body is converted into parallel light.
  • a living body observation apparatus provided with a second collimating optical system that is incident on a scanning unit.
  • the light emitted from the light source is two-dimensionally scanned by the scanning unit and passed through the first collimating optical system provided in the scanning unit. And enters the observation head.
  • the incident parallel light is imaged on the observation target site in the living body by passing through the second collimating optical system.
  • the return light returning from the observation target part must pass through the second collimating optical system. Thus, the light becomes parallel light and returns to the scanning unit and is detected by the photodetector.
  • the observation head since the observation head is fixed to the living body, the observation head moves with the displacement of the living body, and the relative positional relationship with the observation target portion of the living body can be maintained constant.
  • the directional light from the scissor unit to the observation head and the return light from the observation head to the scissor unit are both in the parallel light state. Even if the light source is relatively displaced along the optical axis direction, the light detected by the light detection unit does not fluctuate. Therefore, a living body having a dynamic behavior that is displaced in the optical axis direction together with the observation head can be continuously and clearly photographed without blurring.
  • observation head and the scanning unit are connected by an optical fiber bundle.
  • the light emitted from the light source is two-dimensionally scattered by the stirrer unit and sent to the observation head via the optical fiber bundle.
  • the observation head irradiates the living body with the light sent through the optical fiber bundle, and receives the return light from the living body. Then, the state of the living body can be observed by detecting the received return light with the photodetector.
  • the observation head since the observation head is fixed to the living body, the living body is in a relatively wide operating range. Even if it operates, the relative positional relationship between the observation head and the living body is kept constant without breaking.
  • the optical fiber bundle can be freely bent to Power S can be transmitted reliably to the observation head. Therefore, it is possible to observe the behavior inside the living body continuously and vividly while keeping the living body alive while performing normal activities.
  • the observation head is provided with a fixing means for fixing the observation head to a living body.
  • the observation head can be easily fixed to the living body by the fixing means, and the relative positional relationship between the observation head and the living body can be maintained even if the living body operates violently by fixing the observation head more reliably. It can be observed without occurring.
  • the relative positional relationship between the living body and the observation head is constant even if the living body is displaced. The observation can be performed while maintaining this state.
  • the optical unit or the scanning unit and the observation head with parallel light, even if the relative distance between them is displaced, the imaging relationship does not change. Therefore, even if the living body behaves dynamically, the inside behavior of the living body can be continuously and clearly observed.
  • the optical unit and the observation head or the observation head and the running unit are connected by the optical fiber bundle.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a biological observation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an overall configuration diagram showing a living body observation apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an overall configuration diagram showing a living body observation apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an overall configuration diagram showing a modification of the living body observation apparatus in FIG. 3.
  • FIG. 5 is an overall configuration diagram showing a living body observation apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the living body observation apparatus 1 includes an optical unit 4 including a light source 2 that generates illumination light and an imaging device (for example, a charge coupled device: CCD) 3, and a laboratory animal or the like.
  • An observation head 5 that is fixed to the living body A and receives the light emitted from the optical unit 4 to illuminate the observation target portion B of the living body A, and emits the return light from the living body A toward the optical unit 4. ing.
  • the optical unit 4 includes a condenser lens 6 that condenses the light from the light source 2 to form an intermediate image C, and a collimator lens that condenses the light that forms the intermediate image C into parallel light ( (First collimating optical system) 7, a half mirror 8, and a condenser lens 9 that condenses the light sent from the observation head 5 And.
  • reference numeral 10 denotes an aperture that is disposed at the intermediate image C position and limits off-axis light.
  • the light emitted from the light source 2 forms an intermediate image C by the condenser lens 6, and after the off-axis light is removed by the diaphragm 10, it is passed through the collimator lens 7 to become parallel light. Then, the light is reflected by the half mirror 8 and the shape of the parallel light L from the opening 4a of the optical unit 4
  • the light is emitted toward the observation head 5.
  • the return light returned from the observation head 5 enters the optical unit 4 through the opening 4a of the optical unit 4, passes through the half mirror 8, is collected by the condenser lens 9, and is imaged by the imaging device 3. It is supposed to be done.
  • the image sensor 3 is connected to a monitor 11, and displays an image of the observed region B to be imaged.
  • the optical unit 4 is supported by the elevating mechanism 13 so as to be movable up and down along the columns 12 attached to the fixed structure D.
  • the observation head 5 includes a condensing lens (second collimating optical system) 15 that condenses the parallel light L emitted from the optical unit 4 and forms an intermediate image E in the housing 14.
  • An imaging lens 16 that converts the light that has formed the intermediate image E into parallel light
  • an objective lens 17 that re-images the parallel light into an observation target site B such as the viscera of the living body A. I have.
  • the return light irradiated to the living body A and reflected and returned from the living body A is converted into parallel light by the objective lens 17 when entering the observation head 5, and the intermediate image E is formed by the imaging lens 16.
  • the light is condensed by the condensing lens 15 and converted again into parallel light L, which is emitted toward the optical unit 4.
  • the casing 14 of the observation head 5 has an insertion part 14a inserted into an incision X formed by incising the outer skin of the living body A, and a flange part brought into close contact with the outer skin of the living body A. 14b has been established.
  • An objective lens 17 is disposed at the tip of the insertion portion 14a.
  • the flange portion 14b is provided with a plurality of through holes (fixing means) 18, and the observation head 5 can be sewn to the living body A with the thread 19 using the through holes 18.
  • an adhesive (not shown) is applied to the contact portion between the flange portion 14b and the outer skin of the living body A, so that the living body A and the observation head 5 can be fixed relatively firmly.
  • the illumination light emitted from the light source 2 forms an intermediate image C by the condenser lens 6, and after the off-axis light is removed by the diaphragm 10, it is passed through the collimator lens 7 to be converted into parallel light. Thereafter, the light is reflected by the half mirror 8 and emitted from the opening 4 a of the optical unit 4 toward the observation head 5 in the state of parallel light L.
  • the illumination light emitted from the optical unit 4 is incident on the observation head 5 disposed opposite to the opening 4a with a space therebetween.
  • the illumination light incident on the observation head 5 forms an intermediate image E by the condenser lens 15, then becomes parallel light by the imaging lens 16, and is condensed on the observation target site B by the objective lens 17.
  • the observation target part B is illuminated, and the reflected light returns from the surface of the observation target part B toward the observation head 5.
  • the reflected light incident on the observation head 5 is collected by the objective lens 17 disposed at the tip of the insertion part 14a.
  • the observation head 5 is more firmly fixed to the living body A with the thread 25 and the adhesive. It is possible to more reliably prevent the objective lens 17 from being displaced with respect to the observation target site E inside the living body A.
  • the light incident and incident between the optical unit 4 and the observation head 5 is the parallel light L, L.
  • the imaging relationship will not change. Therefore, for example, when the observation target site B pulsates like the heart in the living body A, the observation is performed together with the pulsation. Even when the observation head 5 is displaced in the optical axis direction, the image pickup device 3 can continuously and clearly pick up images of the observation target region B and display them on the monitor 11.
  • the living body observation apparatus 20 is the first in that the imaging lens that forms an image after returning to the imaging device 3 is configured by the fe lens 21. Unlike the living body observation apparatus 1 according to the embodiment of FIG.
  • the parallel light L returning from the observation head 5 is optically transmitted through the opening 4a.
  • the light When the light enters the unit 4, the light passes through the half mirror 8 and is imaged by the f ⁇ lens 21. As a result, the image of the observation target region B is acquired by the image sensor 3.
  • the observation head 5 Since the imaging lens that forms an image of the image is composed of the f ⁇ lens 21, the observation head 5 is tilted within a predetermined range with respect to the incident optical axis of the parallel light L to the observation head 5, and observed. Even if the optical axis of the collimated light L returning from the head 5 into the optical unit 4 is inclined, the f ⁇ lens 21
  • the imaging state on the imaging surface of the imaging device 3 is maintained. Therefore, even if the observation head 5 is tilted by the operation of the living body A, the image is prevented from being out of focus, and a continuous clear image can be observed.
  • the image of the observation target region B on the monitor moves on the monitor in a focused state. To prevent this, the same position is obtained by image processing. Les, preferably adjusted to appear in.
  • the living body observation apparatus 30 includes an optical unit 33 including a laser light source 31 and a light detector 32, a laser beam from the laser light source 31, and optical detection.
  • An optical fiber 34 that propagates fluorescence to the output device 32, a scanning unit 35 that two-dimensionally scans the laser light that has propagated through the optical fiber 34, and an observation that is fixed to a living body A such as an experimental animal Head 5 is provided.
  • the carriage unit 35 is provided with a collimating lens 36, a dichroic mirror 37, and condenser lenses 3 8 and 39.
  • the laser light emitted from the laser light source 31 is collimated by the collimating lens 36 and then transmitted through the dichroic mirror 37 and condensed by the condensing lens 38 onto one end 34a of the optical fiber 34. It is becoming possible.
  • the fluorescence emitted from one end 34a of the optical fiber 34 is converted into parallel light by the condensing lens 38, then reflected by the dichroic mirror 37, and condensed by the condensing lens 39 on the light detector 32 for detection. It has come to be.
  • the photodetector 32 is, for example, a photomultiplier tube.
  • the photodetector 32 is connected to the monitor 11, and the monitor 11 displays the fluorescent image detected by the photodetector 32.
  • the scanning unit 35 includes a first collimating lens 40 that converts laser light propagated through the optical fiber 34 into parallel light, and an optical scanning unit 41 that deflects the parallel light and scans it in a two-dimensional direction.
  • a pupil projection lens 42 that forms the light emitted from the light scanning unit 41 at the first intermediate image position F, and a second collimating lens that converts the light that formed the intermediate image F into parallel light again ( Collimating optical system) 43.
  • the optical scanning unit 41 includes, for example, two galvanometer mirrors 41a and 41b that can rotate around two axes orthogonal to each other.
  • the optical unit 33 and the scanning unit 35 are fixed at arbitrary positions outside the living body A.
  • the observation head 5 is fixed to the living body A so as to face the opening 35a of the scissor unit 35 with a space therebetween.
  • the scissor unit 35 and the observation head 5 are connected by a bellows member 44.
  • the bellows member 44 is arranged so that the laser light L ′ emitted from the opening 35a of the stirrer unit 35 and the fluorescent light L ′ returning from the observation head 5 do not leak outside.
  • the laser light emitted from the laser light source 31 is propagated in the optical fiber 34 and enters the running unit 35, converted into parallel light by the first collimating lens 40, and then deflected by the light running part 41. Then, the light is emitted from the opening 35 a of the running unit 35 through the pupil projection lens 42 and the second collimating lens 43. Then, the laser beam that has passed through the bellows member 44 enters the observation head 5 fixed to the living body A, and passes through the condenser lens 15, the imaging lens 16 and the objective lens 17 to move inside the living body A. An image is formed on the observation target site B, where fluorescence is generated.
  • the fluorescence generated in the observation target site B enters the observation head 5 from the objective lens 17 at the tip of the observation head 5, and is emitted from the observation head 5 through the imaging lens 16 and the pupil projection lens 15, and is a bellows member. Pass through 44 and return to the scissor unit 35.
  • the light enters the end surface 34 b of the optical fiber 34 through the second collimating lens 43, the pupil projection lens 42, the optical scanning unit 41, and the first collimating lens 40.
  • the fluorescent light incident on the optical fiber 34 propagates in the optical fiber 34 and returns to the optical unit 33, passes through the condenser lens 38, and then is directed toward the laser light source 31 by the dichroic mirror 37. It is separated from the axis and detected by the photodetector 32 and displayed on the monitor 11.
  • the imaging position G in the observation target site B by the objective lens 17 and the end face 34b of the optical fiber 34 in the scanning unit 35 are arranged in a mutually conjugate positional relationship,
  • the end face 34b of the optical fiber 34 functions as a confocal pinhole. Therefore, only the return light emitted from the imaging position G in the observation target site B is incident on the optical fiber 34 and returns to the optical unit 33, and only the fluorescence contained therein is detected by the photodetector 32. Will be.
  • the monitor 11 does not display the light emitted from the part other than the imaging position G in the observation target part B, and displays a clear two-dimensional image extending to the imaging position G. become.
  • the stirrer unit 35 and the observation head 5 are separated from each other and connected by the flexible bellows member 44. Therefore, the relative position of the observation head 5 with respect to the stirrer unit 35 can be freely changed by expanding and contracting the bellows member 44. That power S.
  • the scanning unit 35 Since the scanning unit 35 has movable parts such as the proximity galvanometer mirrors 41a and 41b, it tends to be relatively large and heavy, but by separating it from the observation head 5, the observation head 5 can be made compact and lightweight. can do. Therefore, even if the observation head 5 is fixed to the living body A, the burden on the living body A is not increased so much. Even when the observation head 5 is fixed to the living body A, the stress applied to the living body A is reduced. Thus, normal activities can be performed, and the living body A can be observed in a more calm state.
  • the imaging relationship does not change. Therefore, when the observation target part B pulsates like a heart in the living body A, even if the observation head 5 is displaced in the optical axis direction along with the pulsation, the image of the observation target part B is continuously displayed in the photodetector 32. Will be detected properly and clearly and displayed on the monitor 11.
  • the scanning unit 35 since the scanning unit 35 has movable parts such as the proximity galvanometer mirrors 41a and 41b, when a large acceleration is applied, the operation of the proximity galvanometer mirrors 41a and 41b is affected, and accurate scanning is performed. There is a possibility of disappearing. However, the occurrence of such inconvenience is avoided by separating the scanning unit 35 from the observation head 5 to be fixed to the living body A and fixing and arranging it outside the living body A as in this embodiment. be able to.
  • the scanning unit 35 and the observation head 5 are connected by the bellows member 44, so that laser light leaks to the outside, or external light passes through the opening 35a of the scanning unit 35.
  • the force to prevent inconveniences such as incidence of noise on the fluorescent image and the bellows member 44 is not always necessary.
  • the above disadvantages can be eliminated, and free movement of the observation head 5 with respect to the scanning unit 35 can be obstructed. There is no.
  • the optical unit 33 and the running unit 35 are connected by the optical fiber 34. Since the optical unit 33 includes large and heavy devices such as the laser light source 31 and the photodetector 32, it is difficult to change the posture freely, but the scissor unit 35 is independent from the optical unit 33 including these devices. By letting Therefore, the optical fiber 34 can be freely bent to adjust the posture and position of the scanning unit 35 freely, and the observation head 5 can be aligned with the direction of displacement of the observation target site B to further improve the resolution. High fluorescence image can be obtained. In this case, it is preferable that the lifting mechanism 13 attached to the support column 12 is provided with a position adjusting mechanism such as an angle adjusting mechanism or an articulated arm (not shown).
  • FIG. 4 shows a case where a plurality of laser light sources 51 to 53 having different wavelengths and a plurality of photodetectors 54 to 56 for detecting different wavelengths are provided.
  • reference numeral 58 denotes a mirror or a dichroic device.
  • Numeral 59 is a confocal aperture, and numeral 60 is an eyepiece.
  • the living body observation apparatus 30A includes an optical unit 33 including a laser light source 31 and a light detector 32, and laser light and light detection from the laser light source 31.
  • An optical fiber 34 that propagates fluorescence to the vessel 32, a scan head 35A that two-dimensionally scans the laser light that has propagated through the optical fiber 34, and an observation that is fixed to a living body A such as an experimental animal A head 5A and an optical fiber bundle 70 for connecting the scan head 35A and the observation head 5A are provided.
  • the scan head 35A includes a first collimating optical system 40 that converts laser light propagated through the optical fiber 34 into parallel light, and light that deflects the parallel light and travels in a two-dimensional direction.
  • a first imaging optical system 43 and a first objective optical system 71 for re-imaging the parallel light emitted from the imaging optical system 43 onto one end surface 70a of the optical fiber bundle 70 are provided.
  • the observation head 5A converts the light from the scan head 35A propagated by the optical fiber bundle 70 into parallel light in the housing 14 connected to the other end 70b of the optical fiber bundle 70.
  • An image optical system 16 and a second objective optical system 17 that re-images the parallel light emitted from the image forming optical system 16 onto an observation target site G such as a visceral organ of the living body A are provided.
  • the optical fiber bundle 70 is bent flexibly by an external force such as one in which a plurality of cores are integrally bundled with a clad material or a plurality of optical fibers is bundled, and the observation head 5A for the scan head 35A
  • the relative distance and relative angle of can be changed freely.
  • the laser light emitted from the laser light source 31 is propagated in the optical fiber 34 and enters the scan head 35A, converted into parallel light by the first collimating optical system 40, and then deflected by the optical scanning unit 41.
  • An image is incident on one end face 70 a of the optical fiber bundle 70 through the first pupil projection optical system 42, the first imaging optical system 43, and the first objective optical system 71.
  • the laser light propagating in the optical fiber bundle 70 enters the observation head 5A fixed to the living body A, converted into parallel light by the second collimating optical system 72, and then the second pupil projection optics.
  • the second imaging optical system 16 and the second objective optical system 17 an image is formed on the observation target site B inside the living body A, where fluorescence is generated.
  • the fluorescence generated at the observation target site B is generated by the second objective optical system at the tip of the observation head 5A.
  • the 17 enters the observation head 5A, returns to the optical fiber bundle 70 through the second imaging optical system 16, the second pupil projection optical system 15, and the second collimating optical system 72, and passes through the optical fiber bundle 70.
  • the first objective optical system 71, The first imaging optical system 43, the first pupil projection optical system 42, the optical scanning unit 41 and the first collimating optical system 40 pass through the optical fiber 34 and return to the optical unit 33, where the dichroic mirror 1
  • the direction force in the direction of the laser light source 31 by 37 is separated from the optical axis, detected by the photodetector 32, and displayed on the monitor 11.
  • the imaging position G in the observation target site B by the second objective optical system 17 and the end face 34b of the optical fiber 34 in the scan head 35A are arranged in a mutually conjugate positional relationship. Therefore, the end face 34b of the optical fiber 34 functions as a confocal pinhole. Therefore, only the return light emitted from the imaging position G in the observation site B is incident on the optical fiber 34 and returns to the optical unit 33, and only the fluorescence contained therein is detected by the photodetector 32. Will be. As a result, the monitor 11 does not display the light emitted from the part other than the imaging position G in the observation target part B, and the two-dimensional image extending to the imaging position G is clearly displayed. Become.
  • the scan head 35A and the observation head 5A are separated and connected by the flexible optical fiber bundle 70. Therefore, by freely curving the optical fiber bundle 70, the relative position and posture of the observation head 5A with respect to the scan head 35A can be freely changed.
  • the scan head 35A has movable parts such as the proximity galvanometer mirrors 41a and 41b, so it is relatively large and heavy, but it can be made smaller and lighter by separating the observation head 5A force. Can be configured. Therefore, even when the observation head 5A is fixed to the living body A, the stress applied to the living body A can be reduced even if the observation head 5A is fixed to the living body A, which does not increase the load applied to the living body A. Normal activities can be performed, and the living body A can be observed in a more calm state.
  • the scan head 35A since the scan head 35A has movable parts such as the proximity galvanometer mirrors 41a and 41b, when a large acceleration is applied, the operation of the proximity galvanometer mirrors 41a and 41b is affected, and accurate scanning is performed. There is a possibility that it will not be broken. However, the occurrence of such inconvenience can be avoided by separating the scan head 35A from the observation head 5A fixed to the living body A and fixing and arranging it outside the living body A as in the present embodiment. .
  • the scan head 35A is fixedly disposed outside the living body A.
  • the scan head 35A is supported so as to be movable in a one-dimensional or two-dimensional manner in the horizontal direction, and the scan head 35A is followed according to the moving distance of the observation head 5A that moves together with the living body A. You can move it as you like. In this case, it is necessary to move the proximity galvanometer mirrors 41a and 41b of the scan head 35A with gentle acceleration and deceleration so as not to be affected by the acceleration.
  • the longer the optical fiber bundle 70 the greater its weight and the force that increases the burden on the living body A.
  • the length of the optical fiber bundle 70 is increased. Therefore, the burden on the living body A can be reduced. Further, the operating range of the observation head 5A can be expanded, and the state inside the living body A in a freely activated state can be observed without limiting the normal activity range of the living body.
  • the force used to connect the scan head 35A and the observation head 5A by the optical fiber bundle 70 The optical unit 4 and the observation head 5 shown in Figs. It is also possible to connect them with an optical fiber bundle 70.
  • the optical unit 4 requires an optical system (corresponding to the first object optical system 71) that re-images parallel light onto the one end surface 70a of the optical fiber bundle 70
  • the observation head 5 further includes An optical system (corresponding to the collimating optical system 72) that converts the light propagated by the optical fiber bundle 70 into parallel light is required.

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Abstract

　生体を生きたまま観察する際に、その内部における挙動を、連続的かつ鮮明な画像で観察する。光源２と、撮像素子３とを備える光学ユニット４と、該光学ユニット４に対して間隔をあけて配置され、生体Ａに固定される観察ヘッド５とを備え、光学ユニット４に、光源２からの光を平行光Ｌ１ にして観察ヘッド５に入射させる第１のコリメート光学系７と、観察ヘッド５からの戻り光を集光して撮像素子３に結像させる結像光学系９とが備えられ、観察ヘッド５に、光学ユニット４から入射された平行光Ｌ１ を集光して生体Ａ内の観察対象部位Ｂに照射する一方、生体からの戻り光を平行光Ｌ２ にして光学ユニット４に入射させる第２のコリメート光学系１５が備えられている生体観察装置１を提供する。

Description

明 細 書
生体観察装置
技術分野
[0001] この発明は、生体を生きたままの状態（in vivo)で観察するための生体観察装置に 関するものである。
背景技術
[0002] 近年、光学顕微鏡を用いて蛍光プローブによるイオン濃度、膜電位などの可視化 が行われるようになっており、例えば標本として神経細胞などの生体機能観察、特に 動的挙動の観察が行われるようになつている。
このような動的挙動を観察するものとしては、顕微鏡写真撮影装置が知られている（ 例えば、特許文献 1参照。）。
特許文献 1 :特開 2000— 275539号公報
発明の開示
[0003] しかしながら、このような従来の顕微鏡写真撮影装置は、標本の動的な挙動に合わ せて写真を撮影するものであるが、カメラの焦点距離を一定に保ちながら、標本の動 的な挙動の内の、ピントの合う静止状態を選択的に撮影するものであるため、得られ る画像は細切れになり、見たい画像部分が途切れたり、動きがギクシャクして不連続 になるなど観察し難かったりする不都合がある。
[0004] 特に、カメラの光軸方向に沿う標本の挙動の移動幅が大きい場合には、ピントの合 う静止状態は挙動全体の内の限られた一瞬のみとなり、ピントの合う静止状態を選択 的に撮影する特許文献 1の方法では、観察に必要な情報を十分に得ることができな いという不都合がある。
また、実験動物等の標本を生きたままの状態で観察するために、標本に通常の活 動をさせながら、内部の状態を観察する必要がある場合もあり、その場合には、標本 が大きく動作するために特許文献 1の顕微鏡写真撮影装置では観察できないという 問題があった。
[0005] 本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、生体を生きたまま観察する際 に、その内部における挙動を、特に、生体に通常の活動をさせながら、連続的かつ 鮮明な画像で観察することのできる生体観察装置を提供することを目的としている。
[0006] 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。
本発明は光源と、撮像素子とを備える光学ユニットと、該光学ユニットに対して間隔 をあけて配置され、生体に固定される観察ヘッドとを備え、前記光学ユニットに、光源 力 の光を平行光にして観察ヘッドに入射させる第 1のコリメート光学系と、観察へッ ドからの戻り光を集光して前記撮像素子に結像させる結像光学系とが備えられ、前 記観察ヘッドに、前記光学ユニットから入射された平行光を集光して生体内の観察 対象部位に照射する一方、生体力 の戻り光を平行光にして光学ユニットに入射さ せる第 2のコリメート光学系が備えられている生体観察装置を提供する。
[0007] 本発明によれば、光源から発せられた光が第 1のコリメート光学系により平行光にさ れた状態で光学ユニットから観察ヘッドに向けて出射される。観察ヘッドは、生体に 固定されており、光学ユニットから発せられた平行光が観察ヘッドに入射されると、第 2のコリメート光学系がその平行光を集光して生体内の観察対象部位に照射する。光 源からの光を照射された観察対象部位から戻る戻り光は、観察ヘッドに戻ることにより 、再度第 2のコリメート光学系を通過して平行光となり、観察ヘッドから光学ユニットに 向けて出射される。光学ユニットに入射された平行光は結像光学系を通過させられる ことにより結像され、撮像素子によって撮像されることになる。
[0008] この場合において、観察ヘッドは生体に固定されているので、生体の変位とともに 移動して、生体の観察対象部位との相対位置関係を一定に維持することができる。 そして、光学ユニットから観察ヘッドに向力 照明光および観察ヘッドから光学ュニッ トに向力 戻り光は、いずれも平行光の状態となっているので、生体の動的挙動によ つて光学ユニットと観察ヘッドとが光軸方向に沿って相対的に変位しても、撮像素子 によって取得される画像に変動を生じることがない。したがって、観察ヘッドとともに光 軸方向に変位する動的挙動を有する生体を、連続的にブレなく鮮明に撮影すること ができる。
[0009] 上記発明においては、前記結像光学系が f Θレンズからなることが好ましい。
このようにすることで、観察ヘッドから戻る平行光の角度が変化しても、 f Θレンズか らなる結像光学系を通過させられることにより補正されて撮像素子に結像されることに なる。したがって、そのような場合においても鮮明な画像を得ることができる。
[0010] 上記の発明においては、前記光学ユニットと前記観察ヘッドとが光ファイバ束によつ て接続されていることが好ましい。
このようにすることで、光源から発せられた光が光ファイバ束を介して観察ヘッドに 送られる。観察ヘッドは、光ファイバ束を介して送られてきた光を生体に照射し、生体 からの戻り光を受光する。そして、受光された戻り光を撮像素子によって撮像すること により、生体の状態を観察することができる。
この場合において、観察ヘッドが生体に固定されているので、生体が比較的広い 動作範囲において動作しても、観察ヘッドと生体との相対位置関係が崩れることなく 、一定に保持される。また、光源から発せられた光が柔軟な光ファイバ束によって伝 達されるので、生体が比較的広い動作範囲において動作しても、光ファイバ束を自 由に湾曲させることで、光学ユニットからの光を確実に観察ヘッドに伝達することがで きる。したがって、生体に通常の活動をさせながら、生きたままの状態で生体内部の 挙動を連続的かつ鮮明に観察することができる。
[0011] また、本発明は光源と、光源からの光を 2次元的に走査する走査ユニットと、生体に 固定され、前記走査ユニットにより走査された光を生体に照射し、生体からの戻り光 を受光する観察ヘッドと、該観察ヘッドにより受光された戻り光を検出する光検出器と を備え、前記走査ユニットに、走査された光を平行光にして前記観察ヘッドに入射さ せる第 1のコリメート光学系が備えられ、前記観察ヘッドに、前記走査ユニットから入 射された平行光を集光して生体内の観察対象部位に結像させる一方、生体からの戻 り光を平行光にして走查ユニットに入射させる第 2のコリメート光学系が備えられてい る生体観察装置を提供する。
[0012] 本発明によれば、光源から出射された光が走查ユニットによって 2次元的に走查さ れ、走查ユニットに設けられた第 1のコリメート光学系を通過させられることにより平行 光となって観察ヘッドに入射される。観察ヘッドにおいては、入射された平行光は第 2のコリメート光学系を通過させられることにより生体内の観察対象部位に結像される
。そして観察対象部位から戻る戻り光は、第 2のコリメート光学系を通過させられること により、平行光となって走査ユニットに戻り、光検出器により検出されることになる。
[0013] この場合において、観察ヘッドは生体に固定されているので、生体の変位とともに 移動して、生体の観察対象部位との相対位置関係を一定に維持することができる。 そして、走查ユニットから観察ヘッドに向力 光および観察ヘッドから走查ユニットに 向かう戻り光は、いずれも平行光の状態となっているので、生体の動的挙動によって 走查ユニットと観察ヘッドとが光軸方向に沿って相対的に変位しても、光検出部によ つて検出される光に変動を生じることがない。したがって、観察ヘッドとともに光軸方 向に変位する動的挙動を有する生体を、連続的にブレなく鮮明に撮影することがで きる。
[0014] 上記の発明においては、前記観察ヘッドと前記走查ユニットとが光ファイバ束によつ て接続されていることが好ましい。
このようにすることで、光源から発せられた光が走查ユニットによって 2次元的に走 查され、光ファイバ束を介して観察ヘッドに送られる。観察ヘッドは、光ファイバ束を 介して送られてきた光を生体に照射し、生体力もの戻り光を受光する。そして、受光さ れた戻り光を光検出器により検出することにより、生体の状態を観察することができる この場合において、観察ヘッドが生体に固定されているので、生体が比較的広い 動作範囲において動作しても、観察ヘッドと生体との相対位置関係が崩れることなく 、一定に保持される。また、走査ユニットにより走査された光が柔軟な光ファイバ束に よって伝達されるので、生体が比較的広い動作範囲において動作しても、光ファイバ 束を自由に湾曲させることで、走査ユニットからの光を確実に観察ヘッドに伝達する こと力 Sできる。したがって、生体に通常の活動をさせながら、生きたままの状態で生体 内部の挙動を連続的かつ鮮明に観察することができる。
[0015] 上記発明においては、前記観察ヘッドに、該観察ヘッドを生体に固定する固定手 段が備えられてレ、ることが好ましレ、。
固定手段によって観察ヘッドを生体に簡易に固定することができるとともに、より確 実に固定することで、生体が激しく動作しても、観察ヘッドと生体との相対位置関係を 維持し、画像にブレを生ずることなく観察することができる。 [0016] この発明によれば、光学ユニットまたは走査ユニットから観察ヘッドを分離して、観 察ヘッドを生体に固定したので、生体が変位しても生体と観察ヘッドとの相対位置関 係を一定の状態に維持して観察を行うことができる。また、光学ユニットまたは走査ュ ニットと観察ヘッドとの間を平行光によって結ぶことにより、両者の相対距離が変位し ても結像関係に変動を生ずることがない。したがって、生体が動的に挙動しても、生 体の内部の挙動を連続的に、かつ、鮮明に観察することができるという効果を奏する
また、この発明によれば、光学ユニットと観察ヘッドとの間または観察ヘッドと走查ュ ニットとの間が光ファイバ束で接続されているので、生体に通常の活動をさせた状態 で生体の内部の挙動を連続的に、かつ、鮮明に観察することができるという効果を奏 する。
図面の簡単な説明
[0017] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る生体観察装置を示す全体構成図である。
[図 2]本発明の第 2の実施形態に係る生体観察装置を示す全体構成図である。
[図 3]本発明の第 3の実施形態に係る生体観察装置を示す全体構成図である。
[図 4]図 3の生体観察装置の変形例を示す全体構成図である。
[図 5]本発明の第 4の実施形態に係る生体観察装置を示す全体構成図である。 発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、本発明の第 1の実施形態に係る生体観察装置 1について、図 1を参照して説 明する。
本実施形態に係る生体観察装置 1は、図 1に示すように、照明光を発生する光源 2 と撮像素子 (例えば、荷電結合素子: CCD) 3とを備える光学ユニット 4と、実験動物 等の生体 Aに固定され、光学ユニット 4から発せられた光を受けて生体 Aの観察対象 部位 Bを照明する一方、生体 Aからの戻り光を光学ユニット 4に向けて出射する観察 ヘッド 5とを備えている。
[0019] 前記光学ユニット 4は、光源 2からの光を集光して中間像 Cを形成する集光レンズ 6 と、中間像 Cを形成した光を集光して平行光にするコリメートレンズ (第 1のコリメート光 学系） 7と、ハーフミラー 8と、観察ヘッド 5から送られてきた光を集光する集光レンズ 9 とを備えている。図中、符号 10は、中間像 C位置に配置され、軸外光を制限する絞り である。
[0020] 光源 2から発せられた光は、集光レンズ 6によって中間像 Cを結像し、絞り 10によつ て軸外光を除去された後にコリメートレンズ 7を通過させられて平行光にされ、その後 、ハーフミラー 8によって反射されて光学ユニット 4の開口部 4aから、平行光 L の状
1 態で観察ヘッド 5に向けて出射されるようになつている。一方、観察ヘッド 5から戻って きた戻り光は、光学ユニット 4の開口部 4aから光学ユニット 4内に入射され、ハーフミラ 一 8を透過して集光レンズ 9によって集光され、撮像素子 3によって撮像されるように なっている。
[0021] なお、撮像素子 3はモニタ 11に接続され、撮像された観察対象部位 Bの画像を表 示するようになっている。
また、光学ユニット 4は固定構造物 Dに取り付けられた支柱 12に沿って、昇降機構 13によって昇降可能に支持されている。
[0022] 前記観察ヘッド 5は、筐体 14内に、光学ユニット 4から発せられた平行光 L を集光 して中間像 Eを結像する集光レンズ (第 2のコリメート光学系） 15と、中間像 Eを結像し た光を平行光に変換する結像レンズ 16と、平行光にされた光を生体 Aの内臓等の観 察対象部位 Bに再結像させる対物レンズ 17とを備えている。一方、生体 Aに照射さ れ、生体 Aから反射して戻る戻り光は、観察ヘッド 5内に入射されると、対物レンズ 17 によって平行光に変換され、結像レンズ 16によって中間像 Eを結像した後に集光レ ンズ 15によって集光されて再度平行光 L に変換され、光学ユニット 4に向けて出射
2
されるようになつている。
[0023] 観察ヘッド 5の筐体 14には、生体 Aの外皮を切開して形成された切開部 Xに揷入さ れる揷入部 14aと、生体 Aの外皮に密着状態に接触させられるフランジ部 14bとが設 けられている。揷入部 14aの先端には対物レンズ 17が配置されている。また、フラン ジ部 14bには、複数の貫通孔（固定手段） 18が設けられており、該貫通孔 18を利用 して、観察ヘッド 5を生体 Aに糸 19により縫いつけることができるようになつている。ま た、フランジ部 14bと生体 Aの外皮との接触部には接着剤（図示略）が塗布されること により、生体 Aと観察ヘッド 5とを相対的に堅固に固定できるようになつている。 [0024] このように構成された本実施形態に係る生体観察装置 1の作用について以下に説 明する。
光源 2から発せられた照明光は、集光レンズ 6によって中間像 Cを結像し、絞り 10に よって軸外光を除去された後にコリメートレンズ 7を通過させられて平行光にされ、そ の後、ハーフミラー 8によって反射されて光学ユニット 4の開口部 4aから、平行光 L の状態で観察ヘッド 5に向けて出射される。
[0025] 光学ユニット 4から出射された照明光は、その開口部 4aに間隔をあけて対向配置さ れた観察ヘッド 5に入射される。観察ヘッド 5に入射した照明光は、集光レンズ 15に よって中間像 Eを結像した後に、結像レンズ 16によって平行光にされ、対物レンズ 17 によって観察対象部位 Bに集光される。これにより、観察対象部位 Bが照明され、観 察対象部位 Bの表面からは、観察ヘッド 5に向けて反射光が戻ることになる。観察へ ッド 5に入射した反射光は揷入部 14aの先端に配置された対物レンズ 17によって集 光され、結像レンズ 16によって中間像 Eを結像した後に、集光レンズ 15によって平行 光しに変換されて、光学ユニット 4に向けて出射されることになる。
2
[0026] 観察ヘッド 5から出射された平行光 L
2
は、光学ユニット 4の開口部 4aから光学ユニット 4内に入射され、ハーフミラー 8を透 過して集光レンズ 9により撮像素子 3の撮像面に集光される。これにより、撮像素子 3 には観察対象部位 Bの画像が取得され、モニタ 11に表示されることになる。
[0027] この場合において、本実施形態に係る生体観察装置 1によれば、観察ヘッド 5が、 生体 Aに糸 25および接着剤によって、より堅固に固定されているので、観察ヘッド 5 の先端の対物レンズ 17が生体 A内部の観察対象部位 Eに対して位置ずれを生ずる ことをより確実に防止することができる。
したがって、生体 Aが動的に挙動しても、対物レンズ 17と観察対象部位 Eとの相対 的な位置関係を維持することができる。
[0028] また、本実施形態に係る生体観察装置 1によれば、光学ユニット 4と観察ヘッド 5と の間で出入射される光が、平行光 L， Lであるため、光学ユニット 4と観察ヘッド 5と
1 2
が光軸方向に相対的に変位しても、結像関係が変動することがなレ、。したがって、例 えば、観察対象部位 Bが生体 A内の心臓のように脈動する場合、その脈動とともに観 察ヘッド 5が光軸方向に変位しても、撮像素子 3においては、観察対象部位 Bの画像 を連続的かつ鮮明に撮像してモニタ 11に表示することができる。
[0029] 次に、本発明の第 2の実施形態に係る生体観察装置 20について、図 2を参照して 説明する。
本実施形態の説明において、上述した第 1の実施形態に係る生体観察装置 1と構 成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
[0030] 本実施形態に係る生体観察装置 20は、図 2に示されるように、撮像素子 3に戻り後 を結像させる結像レンズが、 f eレンズ 21により構成されている点において、第 1の実 施形態に係る生体観察装置 1と相違してレ、る。
本実施形態によれば、観察ヘッド 5から戻る平行光 L は、開口部 4aを介して光学
2
ユニット 4内に入射されると、ハーフミラー 8を透過して、 f Θレンズ 21により結像される 。これにより、撮像素子 3によって観察対象部位 Bの画像が取得されることになる。
[0031] この場合において、撮像素子 3に平行光 L
2
を結像させる結像レンズが f Θレンズ 21により構成されているので、観察ヘッド 5が、 該観察ヘッド 5への平行光 L の入射光軸に対して所定の範囲内で傾斜して、観察 ヘッド 5から光学ユニット 4内に戻る平行光 L の光軸が傾斜しても、 f Θレンズ 21によ
2
つて、撮像素子 3の撮像面における結像状態が維持される。したがって、生体 Aの動 作によって観察ヘッド 5が傾いても、それによつて画像のピントが外れることが防止さ れ、連続的に鮮明な画像を観察することができる。
[0032] なお、この場合、モニタにおける観察対象部位 Bの画像は、ピントが合ったままの状 態でモニタ上で移動することになるため、それを防止するために、画像処理により、 同一位置に表示されるように調整することが好ましレ、。
[0033] 次に、本発明の第 3の実施形態に係る生体観察装置 30について、図 3を参照して 以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第 1の実施形態に係る生体観察装置 1と構 成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
[0034] 本実施形態に係る生体観察装置 30は、図 3に示されるように、レーザ光源 31と光 検出器 32とを備える光学ユニット 33と、該レーザ光源 31からのレーザ光および光検 出器 32への蛍光を伝播する光ファイバ 34と、該光ファイバ 34により伝播されてきたレ 一ザ光を 2次元的に走査する走査ユニット 35と、実験動物等の生体 Aに固定される 観察ヘッド 5とを備えている。
[0035] 前記走查ユニット 35には、コリメートレンズ 36とダイクロイツクミラー 37と集光レンズ 3 8, 39とが備えられている。レーザ光源 31から発せられたレーザ光は、コリメートレン ズ 36によってー且平行光にされた後、ダイクロイツクミラー 37を透過させられて、集光 レンズ 38によって光ファイバ 34の一端 34aに集光させられるようになつている。一方 、光ファイバ 34の一端 34aから発せられた蛍光は、集光レンズ 38によって平行光に された後に、ダイクロイツクミラー 37によって反射されて集光レンズ 39によって光検出 器 32に集光され、検出されるようになっている。
光検出器 32は、例えば、光電子増倍管（Photomultiplier Tube)である。 なお、光検出器 32はモニタ 11に接続され、モニタ 11は、光検出器 32により検出さ れた蛍光画像を表示するようになってレ、る。
[0036] 前記走査ユニット 35は、光ファイバ 34により伝播されてきたレーザ光を平行光に変 換する第 1のコリメートレンズ 40と、平行光を偏向して 2次元方向に走査する光走査 部 41と、該光走査部 41から発せられた光を第 1の中間像位置 Fに結像させる瞳投影 レンズ 42と、中間像 Fを形成した光を再度平行光に変換する第 2のコリメートレンズ（ コリメート光学系） 43とを備えている。
[0037] 光走査部 41は、例えば、相互に直交する 2つの軸回りにそれぞれ回転可能な 2枚 のガルバノミラー 41a, 41bを備えている。
本実施形態に係る生体観察装置 30においては、光学ユニット 33および走査ュニッ ト 35は、生体 A外の任意の位置に固定されている。
[0038] 前記観察ヘッド 5は、走查ユニット 35の開口部 35aに間隔をあけて対向するように 生体 Aに固定されている。走查ユニット 35と観察ヘッド 5とは、蛇腹部材 44によって 接続されている。蛇腹部材 44は、走查ユニット 35の開口部 35aから出射されるレー ザ光 L ' および観察ヘッド 5から戻る蛍光 L ' が外部に漏れることのないように、光
1 2
束の周囲を覆うとともに、走查ユニット 35に対する観察ヘッド 5の相対的な変位を許 容すること力 Sできるように伸縮可能に設けられてレ、る。 [0039] このように構成された本実施形態に係る生体観察装置 30の作用について以下に 説明する。
レーザ光源 31から発せられたレーザ光は光ファイバ 34内を伝播させられて走查ュ ニット 35内に入り、第 1のコリメートレンズ 40によって平行光に変換された後、光走查 部 41によって偏向され、瞳投影レンズ 42、第 2のコリメートレンズ 43を介して、走查ュ ニット 35の開口部 35aから出射される。そして、蛇腹部材 44の内を通過したレーザ光 は、生体 Aに固定されている観察ヘッド 5内に入り、集光レンズ 15、結像レンズ 16お よび対物レンズ 17を介して、生体 A内部の観察対象部位 Bに結像され、そこで蛍光 を発生させる。
[0040] 観察対象部位 Bにおいて発生した蛍光は、観察ヘッド 5先端の対物レンズ 17から 観察ヘッド 5内に入り、結像レンズ 16、瞳投影レンズ 15を経て観察ヘッド 5から出射さ れ、蛇腹部材 44内を通過して走查ユニット 35内に戻る。走查ユニット 35においては 、第 2のコリメートレンズ 43、瞳投影レンズ 42、光走査部 41および第 1のコリメートレン ズ 40を経て光ファイバ 34の端面 34bに入射される。光ファイバ 34内に入射された蛍 光は、光ファイバ 34内を伝播して光学ユニット 33に戻り、集光レンズ 38を通過した後 にダイクロイツクミラー 37によってレーザ光源 31の方向に向力う光軸から分離されて 光検出器 32に検出され、モニタ 11に表示されることになる。
[0041] この場合において、対物レンズ 17による観察対象部位 Bにおける結像位置 Gと、走 查ユニット 35内の光ファイバ 34の端面 34bとは、相互に共役な位置関係に配置され ているので、光ファイバ 34の端面 34bが共焦点ピンホールとして機能することになる 。したがって、観察対象部位 Bにおける結像位置 Gから発せられた戻り光のみが光フ アイバ 34内に入射されて光学ユニット 33内に戻り、その中に含まれる蛍光のみが光 検出器 32によって検出されることになる。その結果、モニタ 11には、観察対象部位 B における結像位置 G以外の部位から発せられた光は表示されず、結像位置 Gに広が る 2次元的な画像が鮮明に表示されることになる。
[0042] 本実施形態に係る生体観察装置 30によれば、走查ユニット 35と観察ヘッド 5とが切 り離され、柔軟な蛇腹部材 44によって接続されている。したがって、蛇腹部材 44を伸 縮させることで、走查ユニット 35に対する観察ヘッド 5の相対位置を自由に変更する こと力 Sできる。
[0043] 走査ユニット 35は、近接ガルバノミラー 41a, 41bのような可動部を有するので比較 的大きくかつ重くなり易いが、それを観察ヘッド 5から切り離すことで、観察ヘッド 5を 小型かつ軽量に構成することができる。したがって、観察ヘッド 5を生体 Aに固定して も、生体 Aに力かる負担をさほど大きくすることがなぐ観察ヘッド 5を生体 Aに固定し た状態でも、生体 Aに力、かるストレスを軽減して、通常の活動を行わせることができ、 より平静に近い状態での生体 Aの観察を行うことができる。
[0044] そして、走查ユニット 35と観察ヘッド 5との間で出入射される光力 平行光 L ' , L
1 2
' であるため、走查ユニット 35と観察ヘッド 5とが光軸方向に相対的に変位しても、 結像関係が変動することがなレ、。したがって、観察対象部位 Bが生体 A内の心臓のよ うに脈動する場合、その脈動とともに観察ヘッド 5が光軸方向に変位しても、光検出 器 32においては、観察対象部位 Bの画像を連続的かつ鮮明に検出され、モニタ 11 に表示されることになる。
[0045] また、走査ユニット 35は近接ガルバノミラー 41a, 41bのような可動部を有するので 、大きな加速度が加わると近接ガルバノミラー 41a, 41bの動作がその影響を受けて 、正確な走査が行われなくなる可能性がある。し力しながら、本実施形態のように、生 体 Aに固定する観察ヘッド 5から走査ユニット 35を分離して、生体 A外に固定配置す ることによって、そのような不都合の発生を回避することができる。
[0046] なお、上記実施形態においては、走査ユニット 35と観察ヘッド 5とを蛇腹部材 44に よって接続することとして、レーザ光が外部に漏れたり、外光が走査ユニット 35の開 口部 35aから入射して、蛍光画像にノイズが発生したりする不都合を防止することとし た力 蛇腹部材 44は必ずしも必要ではなレ、。特に、走查ユニット 35、観察ヘッド 5お よび生体 Aを全て覆う喑箱内に配置すれば、上記不都合は解消され、また、走查ュ ニット 35に対する観察ヘッド 5の自由な動きを阻害することがない。
[0047] また、本実施形態に係る生体観察装置 30においては、光学ユニット 33と走查ュニ ット 35とを光ファイバ 34によって接続することとした。光学ユニット 33はレーザ光源 31 や光検出器 32のように、大きくて重い装置を含むので、自由な姿勢の変更は困難で あるが、これらの装置を含む光学ユニット 33から走查ユニット 35を独立させることによ り、光ファイバ 34を自由に湾曲させて走査ユニット 35の姿勢や位置を自由に調節す ること力 Sでき、観察対象部位 Bの変位の方向に観察ヘッド 5を一致させて、さらに解像 度の高い蛍光画像を得ることができる。この場合、支柱 12に取り付ける昇降機構 13 に、図示しない角度調整機構や多関節アーム等の位置調整機構が備えられているこ とが好ましい。
[0048] し力 ながら、観察対象部位 Bの変位の方向が予め定まっている場合には、上記の ような調整機構は不要である。したがって、図 4に示されるように、レーザ光源 51〜5 3、光検出器 54〜56および光走查部 41を相互に固定した固定式の装置本体 57に 対して、観察ヘッド 5のみが光軸方向に移動できるようにした生体観察装置 50を採用 することにしてもよレ、。
このようにすることで、加速度等の変動を受けやすい光走查部 41のみならず、大部 分の光学部品を相互に固定した位置に配置することができ、精度の高い観察を行う ことができるという利点がある。
[0049] 図 4は、波長の異なる複数のレーザ光源 51〜53と、異なる波長ごとに検出する複 数の光検出器 54〜56を有する場合であり、図中、符号 58は、ミラーまたはダイクロイ ックミラー、符号 59は共焦点絞り、符号 60は接眼部をそれぞれ示している。
[0050] 次に、本発明の第 4の実施形態に係る生体観察装置 30Aについて、図 5を参照し て説明する。
本実施形態の説明において、上述した第 3の実施形態に係る生態観察装置 30と 構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
[0051] 本実施形態に係る生体観察装置 30Aは、図 5に示されるように、レーザ光源 31と光 検出器 32とを備える光学ユニット 33と、該レーザ光源 31からのレーザ光および光検 出器 32への蛍光を伝播する光ファイバ 34と、該光ファイバ 34により伝播されてきたレ 一ザ光を 2次元的に走查するスキャンヘッド 35Aと、実験動物等の生体 Aに固定され る観察ヘッド 5Aと、スキャンヘッド 35Aと観察ヘッド 5Aとを接続する光ファイバ束 70 とを備えている。
[0052] 前記スキャンヘッド 35Aは、光ファイバ 34により伝播されてきたレーザ光を平行光 に変換する第 1のコリメート光学系 40と、平行光を偏向して 2次元方向に走查する光 走査部 41と、該光走査部 41から発せられた光を第 1の中間像位置 Fに結像させる第 1の瞳投影光学系 42と、中間像を形成した光を再度平行光に変換する第 1の結像光 学系 43と、該結像光学系 43から発せられた平行光を光ファイバ束 70の一端面 70a に再結像させる第 1の対物光学系 71とを備えている。
[0053] 前記観察ヘッド 5Aは、光ファイバ束 70の他端 70bに接続された筐体 14内に、光フ アイバ束 70により伝播されてきたスキャンヘッド 35Aからの光を平行光に変換する第 2のコリメート光学系 72と、平行光を第 2の中間像位置 Eに結像させる第 2の瞳投影 光学系 15と、中間像を結像した光を再度平行光に変換する第 2の結像光学系 16と、 該結像光学系 16から発せられた平行光を生体 Aの内臓等の観察対象部位 Gに再結 像させる第 2の対物光学系 17とを備えている。
前記光ファイバ束 70は、複数のコアをクラッド材によって一体的に束ねたものでも、 複数の光ファイバを束ねたものでもよぐ外力によって柔軟に湾曲して、スキャンへッ ド 35Aに対する観察ヘッド 5Aの相対距離および相対角度を自由に変化させることが できるようになつている。
[0054] このように構成された本実施形態に係る生体観察装置 30Aの作用について以下に 説明する。
レーザ光源 31から発せられたレーザ光は光ファイバ 34内を伝播させられてスキヤ ンヘッド 35A内に入り、第 1のコリメート光学系 40によって平行光に変換された後、光 走査部 41によって偏向され、第 1の瞳投影光学系 42、第 1の結像光学系 43および 第 1の対物光学系 71を介して、光ファイバ束 70の一端面 70aに結像されて入射され る。そして、光ファイバ束 70内を伝播したレーザ光は、生体 Aに固定されている観察 ヘッド 5A内に入り、第 2のコリメート光学系 72によって平行光に変換された後、第 2の 瞳投影光学系 15、第 2の結像光学系 16および第 2の対物光学系 17を介して、生体 A内部の観察対象部位 Bに結像され、そこで蛍光を発生させる。
[0055] 観察対象部位 Bにおいて発生した蛍光は、観察ヘッド 5A先端の第 2の対物光学系
17から観察ヘッド 5A内に入り、第 2の結像光学系 16、第 2の瞳投影光学系 15、第 2 のコリメート光学系 72を経て光ファイバ束 70内に戻り、光ファイバ束 70内を伝播して スキャンヘッド 35Aに戻る。スキャンヘッド 35Aにおいては、第 1の対物光学系 71、 第 1の結像光学系 43、第 1の瞳投影光学系 42、光走査部 41および第 1のコリメート 光学系 40を経て光ファイバ 34内を通過して光学ユニット 33に戻り、ダイクロイツクミラ 一 37によってレーザ光源 31の方向に向力 光軸から分離されて光検出器 32に検出 され、モニタ 11に表示されることになる。
[0056] この場合において、第 2の対物光学系 17による観察対象部位 Bにおける結像位置 Gと、スキャンヘッド 35A内の光ファイバ 34の端面 34bとは、相互に共役な位置関係 に配置されてレ、るので、光ファイバ 34の端面 34bが共焦点ピンホールとして機能する ことになる。したがって、観察対象部位 Bにおける結像位置 Gから発せられた戻り光の みが光ファイバ 34内に入射されて光学ユニット 33内に戻り、その中に含まれる蛍光 のみが光検出器 32によって検出されることになる。その結果、モニタ 11には、観察対 象部位 Bにおける結像位置 G以外の部位から発せられた光は表示されず、結像位置 Gに広がる 2次元的な画像が鮮明に表示されることになる。
[0057] 本実施形態に係る生体観察装置 30Aによれば、スキャンヘッド 35Aと観察ヘッド 5 Aとが切り離され、柔軟な光ファイバ束 70によって接続されている。したがって、光フ アイバ束 70を自由に湾曲させることで、スキャンヘッド 35Aに対する観察ヘッド 5Aの 相対位置および姿勢を自由に変更することができる。
スキャンヘッド 35Aは、近接ガルバノミラー 41a, 41bのような可動部を有するので 比較的大きくかつ重くなり易レ、が、それを観察ヘッド 5A力 切り離すことで、観察へッ ド 5Aを小型かつ軽量に構成することができる。したがって、観察ヘッド 5Aを生体 Aに 固定しても、生体 Aに力かる負担をさほど大きくすることがなぐ観察ヘッド 5Aを生体 Aに固定した状態でも、生体 Aに力かるストレスを軽減して、通常の活動を行わせるこ とができ、より平静に近い状態での生体 Aの観察を行うことができる。
[0058] また、スキャンヘッド 35Aは近接ガルバノミラー 41a， 41bのような可動部を有するの で、大きな加速度が加わると近接ガルバノミラー 41a, 41bの動作がその影響を受け て、正確な走査が行われなくなる可能性がある。し力 ながら、本実施形態のように、 生体 Aに固定する観察ヘッド 5Aからスキャンヘッド 35Aを分離して、生体 A外に固定 配置することによって、そのような不都合の発生を回避することができる。
なお、上記実施形態においては、スキャンヘッド 35Aを生体 A外に固定配置するこ ととした力 これに代えて、スキャンヘッド 35Aを水平方向に 1次元的あるいは 2次元 的に移動可能に支持し、生体 Aとともに移動する観察ヘッド 5Aの移動距離に応じて 、スキャンヘッド 35Aを追随させるように移動させることとしてもよレ、。この場合には、ス キャンヘッド 35Aの近接ガルバノミラー 41a, 41bが加速度の影響を受けないように、 緩やかな加減速で移動させることが必要となる。
[0059] 光ファイバ束 70は長くなればなるほどその重量が増し、生体 Aにかかる負担を増大 させることになる力 上記のようにスキャンヘッド 35Aを可動式にすることによって、光 ファイバ束 70の長さを必要最小限に抑えて、生体 Aに力かる負担を軽減することが できる。また、観察ヘッド 5Aの動作範囲を広げることができ、生体の通常の活動範囲 を制限することなく、 自由に活動させた状態の生体 A内部の様子を観察することがで きる。
[0060] また、上記実施形態においては、スキャンヘッド 35Aと観察ヘッド 5Aとの間を光フ アイバ束 70によって接続するものとした力 図 1及び図 2に示す光学ユニット 4と観察 ヘッド 5との間を光ファイバ束 70により接続することも可能である。この場合、光学ュ ニット 4には平行光を光ファイバ束 70の一端面 70aに再結像させる光学系（第 1の対 物光学系 71に相当）が必要となり、さらに、観察ヘッド 5には光ファイバ束 70により伝 播されてきた光を平行光に変換する光学系（コリメート光学系 72に相当）が必要とな る。

Claims

請求の範囲
[1] 光源と、撮像素子とを備える光学ユニットと、
該光学ユニットに対して間隔をあけて配置され、生体に固定される観察ヘッドとを備
前記光学ユニットに、光源からの光を平行光にして観察ヘッドに入射させる第 1のコ リメート光学系と、観察ヘッドからの戻り光を集光して前記撮像素子に結像させる結 像光学系とが備えられ、
前記観察ヘッドに、前記光学ユニットから入射された平行光を集光して生体内の観 察対象部位に照射する一方、生体からの戻り光を平行光にして光学ユニットに入射 させる第 2のコリメート光学系が備えられている生体観察装置。
[2] 前記結像光学系が f Θレンズからなる請求項 1に記載の生体観察装置。
[3] 前記光学ユニットと前記観察ヘッドとが光ファイバ束によって接続されている請求項
1または 2に記載の生体観察装置。
[4] 光源と、
光源からの光を 2次元的に走査する走査ユニットと、
生体に固定され、前記走査ユニットにより走査された光を生体に照射し、生体から の戻り光を受光する観察ヘッドと、
該観察ヘッドにより受光された戻り光を検出する光検出器とを備え、
前記走查ユニットに、走査された光を平行光にして前記観察ヘッドに入射させる第 1のコリメート光学系が備えられ、
前記観察ヘッドに、前記走查ユニットから入射された平行光を集光して生体内の観 察対象部位に結像させる一方、生体からの戻り光を平行光にして走查ユニットに入 射させる第 2のコリメート光学系が備えられている生体観察装置。
[5] 前記観察ヘッドと前記走查ユニットとが光ファイバ束によって接続されている請求項 4に記載の生体観察装置。
[6] 前記観察ヘッドに、該観察ヘッドを生体に固定する固定手段が備えられている請 求項 1から請求項 5のいずれかに記載の生体観察装置。
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