JP4658565B2

JP4658565B2 - 顕微鏡及び顕微鏡の加温方法

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Publication number: JP4658565B2
Application number: JP2004314253A
Authority: JP
Inventors: 敦宏土屋; 克能山口; 明嗣加賀山; 和宏長谷川; 英明遠藤; 健一小山
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Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2011-03-23
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Description

本発明は、細胞培養装置に用いられる顕微鏡及び顕微鏡の加温方法に関するものである。

生物学等の分野では生体の機能解析のために、動物や植物の生体細胞を適当な条件下で生かし続け、生体細胞の挙動観察が一般に行われている。

このように生体細胞の挙動観察には、一定な環境条件下で細胞を生かし続けるための細胞培養装置が用いられている。

従来、細胞培養装置で生かし続けられる培養細胞を顕微鏡で観察するものとして、特許文献１の「顕微鏡観察用培養器」に開示されるように倒立型顕微鏡のステージ上に細胞の培養器を積載して観察する方法が知られている。

この場合、培養器内の細胞が設置されている細胞培養空間は、温度、湿度、ＣＯ２濃度が一定条件に制御されており、例えば、温度３７℃、湿度１００％、ＣＯ２濃度５％に保たれている。そして、このような培養器による一定な環境条件下で細胞を生かし続けながら顕微鏡下で細胞の経時変化などを観察している
ところで、培養器内部の空間は、完全に外気から断熱されているわけでなく、例えば、対物レンズについては、対物鏡筒部が培養器の外気側に配置され、先玉（先端レンズ）が培養器内部に細胞と近接して配置されている。

この場合、対物レンズとして、ＷＤの短いものを用いると、細胞が接着されているカバーガラスと対物レンズの先玉表面との距離は０.１〜０.２ｍｍ程度となる。このため、一般的なドライタイプの対物レンズの場合は、カバーガラスと先玉表面との間に空気が満たされているので、比較的断熱効果が期待できるものの、液浸タイプの対物レンズの場合は、カバーガラスと先玉表面との間に水やオイルで満たされているので、この間の断熱効果が著しく低下する。つまり、０.１〜０.２ｍｍ程度のわずかな空間に介在される水やオイルを介して外気にさらされる対物レンズに対し、細胞を接着したカバーガラスが配置されるため、オイルや水を介して対物レンズから細胞の熱が奪われてしまい、このため、特に外気温度が低い場合には、細胞を３７℃に保つことが難しくなっていた。

このような問題を解決する手段として、特許文献２の「「レンズヒータ及びレンズヒータ付き顕微鏡観察用加温装置」に開示されるようにニクロム線から発せられる熱によって対物レンズを暖める方法や、特許文献３の「顕微鏡」が開示されるように所定温度の水を流通させることにより液浸対物レンズを所定温度に温める方法など、対物レンズを加温するための手段を付加する様々な方法が考えられている。そして、培養器の細胞培養空間を加温するための加温手段と共に、対物レンズを加温する対物加温手段を制御することにより、細胞が所望の温度(例えば、３７℃)を維持できるようにしている。
特開２００４−１４１１４３号公報特開２００２−２５０８６９号公報実開平７−３６１１８号公報

ところが、このような特許文献１乃至３については、以下のような様々な問題がある。

つまり、培養器の細胞培養空間は、温度３７℃、湿度１００％の環境に維持されるのに対し、対物レンズの温度は、２０℃程度の室温環境になっている。このため、この状態のままピントを合わせる為に対物レンズを細胞に近づけると、温度の低い対物レンズの温度が急に高まり、湿度も高い環境にさらされるので、このときの温度差により対物レンズの先玉表面が結露して曇ってしまう。この場合、顕微鏡に用いられている対物レンズのＮＡが大きいと、わずかな曇りでも顕微鏡画像の劣化につながり、満足の行く観察ができないことがある。また、倒立型顕微鏡において高ＮＡでＷＤの短い対物レンズを使用しているような場合、観察したい部位を変更するため、細胞と共に培養装器をステージにより移動させなくてはならない関係で、培養器底面に穴部が設けられることがあるが、このような構成のものでは、対物レンズが細胞培養空間から漏れてきた高温高湿度の空気にさらされ、さらに先玉が曇り易い状況になる。また、ＷＤが短いことで、先玉は温度の高い細胞に、さらに近づくようになり、これも先玉が曇り易い要因となっている。

そこで、特許文献２や特許文献３に開示されるように、対物レンズ１を加温することで、先玉の結露を防止できるようにしているが、これらの特許文献２や特許文献３のものは、細胞の温度が常に３７℃を保つように対物レンズを加温制御したものである。このため、対物レンズの先玉は３７℃近くに制御されるようになるが、培養器の細胞培養空間内の温度や外気の温度によっては、３７℃よりも低い３６.９℃程度又はそれ以下の温度になってしまうことがある。例えば、細胞培養空間の気体温度は３８℃、細胞は３７℃、対物レンズの先玉は３６℃、外気温は３５℃でそれぞれ安定するといったケースが考えられる。

このような状態では、細胞培養空間の湿度が１００％なので、細胞培養空間の気体温度３８℃よりも先玉の温度が０.１℃でも低いと、先玉の外側表面には結露が生じることがあり、この結露により、対物レンズによる顕微鏡画像が大きく劣化してしまうという問題を生じる。

また、一般的な対物レンズでは、対物鏡筒部の金属製の中枠に対して先玉を接着やカシメ等の方法により固定している。このため、先玉が湿度１００％の細胞培養空間にさらされると、細胞培養空間の水蒸気が接着部を透過したり、カシメ部の数μｍ程度のわずかな隙間から漏れ出し、対物レンズの内部に徐々に溜まっていくことがある。このような状態で、仮に、対物レンズの内部温度が細胞培養空間の気体温度とほぼ同じ３７℃であれば、対物レンズ内部は、いずれは湿度が１００％となり、また、対物レンズ内の温度ムラによりわずかに３７℃よりも低い部位や低い場所があれば、その部分が結露を始める。そして、対物レンズ内のいずれかのレンズに結露が発生し、上述したと同様に顕微鏡画像の劣化を招き、満足の行く観察ができないことがある。

さらに、培養器には、細胞が入った培養容器を細胞培養空間から取り出して交換したり、新たに入れたりするため蓋部や同様の機能を有する扉などが設けられている。このため、これら蓋部や扉を開閉した際に、温度の低い外気が細胞培養空間に侵入し、対物レンズの先玉に触れて対物レンズが急激に冷やされ、対物レンズ内部に溜まった水蒸気が結露し、上述したと同様に顕微鏡画像の劣化を招き、満足の行く観察ができないことがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、対物レンズの結露を防止し、良好な顕微鏡画像を得ることができる顕微鏡及び顕微鏡の加温方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、生きた標本を培養するための相対湿度９０〜１００％で、且つ所定の気体温度に設定された細胞培養空間と、前記細胞培養空間を外気と連通可能とする開閉手段と、前記開閉手段に設けられ、前記開閉手段が閉鎖状態にある前記細胞培養空間を前記所定の気体温度に保つ第１の加温手段と、前記標本の近傍に設けられ、前記標本の温度を検出する第１の温度センサと、先玉レンズを有する先端部が前記細胞培養空間内に配置され、かつ前記細胞培養空間内で培養される前記生きた標本を観察する対物レンズと、一部が前記対物レンズの近傍に設けられ、前記対物レンズを加温する第２の加温手段と、前記対物レンズの先端部に設けられ、前記対物レンズの先端部の温度を検出する第２の温度センサと、前記第１の温度センサおよび前記第２の温度センサの各検出情報に基づいて、前記対物レンズの前記先端部の温度を、前記標本の温度と同じか、当該温度よりも高くなるように前記第１および第２の加温手段に加温させる制御を行う温度制御手段と、を具備したことを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記細胞培養空間にあって、該細胞培養空間を相対湿度９０〜１００％に保持するための所定温度の加湿水と、さらに、前記細胞培養空間内に設けられ、前記細胞培養空間の前記気体温度を検出する第３の温度センサを備え、前記第２の温度センサおよび前記第３の温度センサの各検出情報に基づいて、前記温度制御手段は、前記対物レンズの先端部の温度を前記気体温度より高くするように前記第２の加温手段に加温させる制御を行う制御手段とを具備したことを特徴としている。

請求項３記載の発明は、標本を培養するための相対湿度９０〜１００％に設定された細胞培養空間と、前記細胞培養空間に配置され、該細胞培養空間の標本を観察可能とした加温手段を有する対物レンズと、前記細胞培養空間を外気と連通可能とする開閉手段と、前記開閉手段の開閉を検出する開閉検出手段と、前記開閉手段の開放時間に応じて特定時間だけ前記対物レンズの温度を上昇させるように前記加温手段を制御する制御手段とを具備したことを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１または３に記載の発明において、さらに細胞培養空間には、標本と、該標本を載置するとともに、前記標本を前記対物レンズの光軸からずらす方向に移動可能としたステージを有し、前記制御手段は、前記対物レンズの前記加温手段による温度制御を前記標本を前記光軸からずらした位置で行なうことを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１または３に記載の発明において、前記対物レンズは、加温手段としてヒータを内蔵したことを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記ヒータは、電流の供給により発熱する熱線、又は加温された液体を循環可能な流路の少なくとも一方で構成されるとともに、前記熱線へ電流を供給するためのケーブル又は、前記流路へ液体を供給するチューブを備え、前記ケーブル又はチューブを前記対物レンズを保持する対物レンズ保持部材の内部を通すように配置したことを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記対物レンズ保持部材は、複数の対物レンズを保持し、これら対物レンズを選択的に光軸上に切換えるレボルバーを有することを特徴としている。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記ケーブル又は、チューブは、前記レボルバーの回転軸近傍に沿って形成された内部空間に配置されることを特徴としている。

請求項９記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記ヒータは、対物レンズのレンズ表面に直接配置される透明ヒータであることを特徴としている。

請求項１０記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記対物レンズの温度を前記細胞培養空間の気体温度よりも０．１℃〜２℃高くなるように制御することを特徴としている。

請求項１１記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記細胞培養空間は、該細胞培養空間を前記所定の相対湿度に保つための所定水温の加湿水を内部に有し、前記温度制御手段は、前記対物レンズの先端部の温度を前記所定水温より高くするように前記第２の加温手段に加温させる制御を行うことを特徴としている。
請求項１２記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記対物レンズの温度を前記加湿水の温度よりも０．１℃〜２℃高くなるように制御することを特徴としている。
請求項１３記載の発明は、請求項１に記載の発明において、さらに、前記開閉手段の開閉状態を検出する開閉検出手段と、を備え、前記温度制御手段は、前記開閉手段が開放状態である場合に、該開閉手段が閉鎖状態である場合に比べて急速な加温を行うように前記第２の加温手段を制御することを特徴としている。
請求項１４記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記開閉検出手段は、前記開閉手段が開放状態であり続けた開放時間を検出し、前記温度制御手段は、前記開閉検出手段によって前記開閉手段が開放状態から閉鎖状態になったことが検出された場合、該閉鎖状態が検出された時点までの前記開放時間に応じて、該時点から所定期間だけ前記急速な加温を継続させるように前記第２の加温手段を制御することを特徴としている。
請求項１５記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、前記細胞培養空間は、前記開閉手段が所定期間よりも長い時間にわたって開放状態であった場合、前記生きた標本を前記対物レンズの観察範囲から退避させる可動ステージを内部に有することを特徴としている。
請求項１６記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記対物レンズを用いて結像された前記生きた標本の光学像を撮像して観察画像を生成する撮像手段を備え、前記温度制御手段は、前記対物レンズの表面または内部の少なくともいずれか一方に結露が生じているか否かを顕微鏡画像の劣化から判別し、前記結露が生じていると判別する場合、前記結露が生じていないと判別する場合に比べて急速な加温を行うように前記第２の加温手段を制御することを特徴としている。
請求項１７記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記対物レンズは、前記先端部を除く本体部が前記細胞培養空間と異なる観察空間内に配置され、前記第２の加温手段のうち多くの部分は、前記観察空間内で前記対物レンズと異なる位置に配置され、前記対物レンズと前記観察空間とを等しい温度に加温することを特徴としている。
請求項１８記載の発明は、請求項１７に記載の発明において、前記観察空間内に、前記対物レンズの前記生きた標本に対するピント合わせを行う焦準機構を備え、前記第２の加温手段の全体は、前記対物レンズおよび前記焦準機構を前記観察空間と等しい温度に加温することを特徴としている。
請求項１９記載の発明は、請求項１または３記載の発明において、前記加湿水を前記所定水温に保つための第３の加温手段と、前記加湿水内に設けられ、前記加湿水の温度を検出する第４の温度センサとを更に備えたことを特徴としている。
請求項２０記載の発明は、所定の気体温度かつ所定の相対湿度に保たれた生きた標本を培養するための細胞培養空間内の前記標本の温度を、前記標本の近傍に設けられた第１の温度センサにより検出し、この検出した温度情報に基づいて３７℃になるように、前記細胞培養空間に設けた第１の加温手段を制御する第１の加温制御ステップと、前記細胞培養空間内に先玉レンズを有する先端部が配置され、前記細胞培養空間内で培養される前記生きた標本を観察する対物レンズの先端部の温度を、前記対物レンズの先端部に設けられた第２の温度センサにより検出し、この検出した温度情報に基づいて前記対物レンズの先端部の温度を露点温度より高く加温する、前記対物レンズの近傍に設けられた第２の加温手段を制御する第２の加温制御ステップとを含むことを特徴としている。
請求項２１記載の発明は、請求項２０に記載の発明において、前記第２の加温制御ステップは、前記対物レンズの先端部の温度が３７．１℃〜３９℃になるように、前記第２の加温手段を制御することを特徴としている。
請求項２２記載の発明は、請求項２０に記載の発明において、前記細胞培養空間は、該細胞培養空間を９０〜１００％の相対湿度に保つための所定水温の加湿水を内部に有し、前記第２の加温制御ステップは、前記対物レンズの先端部の温度を前記所定水温より０．１〜２℃高くするように前記第２の加温手段を制御することを特徴としている。

本発明によれば、対物レンズの結露を防止し、良好な顕微鏡画像を得ることができる顕微鏡および対物レンズの結露防止方法を提供できる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態が適用される倒立顕微鏡の概略構成を示している。

図１において、１１は顕微鏡本体で、この顕微鏡本体１１上には、ステージ２が配置されている。このステージ２は、不図示のステージハンドルを操作することで、ＸＹ方向の水平移動を可能にしている。ステージ２上には、標本としての培養細胞１２収容した細胞培養装置３が載置されている。この細胞培養装置３については、後で詳述する。

顕微鏡本体１１には、ステージ２上方に向け照明支柱１１ａが設けられている。この照明支柱１１ａは、先端部をほぼ直角に折り曲げられ、この先端部がステージ２面に対して水平方向に配置されている。

照明支柱１１ａには、透過照明用の光源４が設けられている。この光源４には、ハロゲンランプや水銀ランプなどが用いられる。また、光源４から発する光の光路上には、透過照明光学系５ａを介してコンデンサ５が配置されている。コンデンサ５は、ステージ２上の細胞培養装置３の真上に配置されるもので、光源４からの照明光を培養細胞１２に集光させるようにしている。

ステージ２の下方には、対物レンズ１が配置されている。対物レンズ１は、倍率の異なる複数本（図面では１本のみを示している。）がレボルバー２９に保持されている。レボルバー２９は、回転操作可能になっていて、複数本の対物レンズ１を択一的に光軸５５上に切換えるようになっている。また、レボルバー２９は、顕微鏡本体１１に対物レンズ保持部材２８を介して保持されるとともに、焦準ハンドル１０の操作により光軸５５に沿って上下動され、ステージ２と対物レンズ１との相対距離を変化させ、培養細胞１２のピント合わせを可能にしている。

レボルバー２９下方の光軸５５上には、反射ミラー８ａが設けられている。反射ミラー８ａは、培養細胞１２を透過し対物レンズ１より拡大された観察像を斜め上方向（水平に対し４５°の角度）に反射させるようにしている。

そして、反射ミラー８ａで反射された観察像は、リレー観察光学系８でリレーされ、観察手段として接眼レンズ９に入射し、観察者により目視観察可能になっている。

一方、６はハロゲンランプ、水銀等による落射照明用の光源で、この光源６から発せられる光の光路上には、落射照明光学系７を介して光学素子切換え手段としてのターレット状のミラーユニットカセット７ｄが配置されている。このミラーユニットカセット７ｄは、励起フィルタ７a、ダイクロイックミラー７b、吸収フィルタ７ｃを有するとともに、回転軸７ｅを中心に回転可能に設けられており、この回転軸７ｅを中心とした回転により励起フィルタ７a、ダイクロイックミラー７b、吸収フィルタ７ｃを光源６からの光路と光軸５５との交点に配置させるようになっている。図１では、この状態を示している。なお、ミラーユニットカセット７ｄは、不図示の空穴も有している。

このように構成された倒立顕微鏡では、透過照明観察の場合、ミラーユニットカセット７ｄの不図示の空穴を光路上に位置させる。この状態で、光源４より照明光が発せられると、透過照明光学系５ａを介してコンデンサ５より培養細胞１２に照射される。培養細胞１２からの観察光は、対物レンズ１により結像され、反射ミラー８ａで反射し、リレー観察光学系８を介して接眼レンズ９により目視観察される。

なお、位相差観察の場合は、透過照明光学系５ａに配した不図示のリングスリットを対物レンズ１内の位相膜に投影する。また、ＤＩＣ観察の場合は、透過照明光学系５ａ、リレー観察光学系８に不図示の偏光板やＤＩＣプリズムを配置する。

次に、蛍光観察の場合は、ミラーユニットカセット７ｄにより励起フィルタ７ａ、ダイクロイックミラー７ｂ、吸収フィルタ７ｃを光路上に位置させる。この状態で、光源６より照明光が発せられると、照明光は、落射照明光学系７により集光され、培養細胞１２に染色された蛍光色素に最適な励起波長になるように励起フィルタ７ａにより波長選択され、ダイクロイックミラー７ｂで反射され、対物レンズ１を透過して培養細胞１２に照射される。培養細胞１２から発した蛍光は、対物レンズ１を透過し、ダイクロイックミラー７ｂを透過して吸収フィルタ７ｃにより観察に必要な蛍光波長のみに選択される。そして、反射ミラー８ａで反射し、リレー観察光学系８を介して接眼レンズ９により目視観察される。

図２は、第１の実施の形態の細胞培養装置３を含む要部の概略構成を示している。

図において、１６は、細胞培養装置３を構成する保温箱で、この保温箱１６は、上方を開口したもので、底面をステージ２上に載置されている。保温箱１６底面には、ステージ２への熱の伝導を抑制する断熱部材からなる底板１８が設けられている。

保温箱１６底面には、底板１８を貫通して透孔２０が設けられている。この透孔２０は、対物レンズ１の先端を挿入可能としたもので、高ＮＡでＷＤの短い対物レンズ１でも、培養細胞１２に対するピント合わせを可能にしている。この場合、透孔２０は、ステージ２を動かしても、その内壁が対物レンズ１と干渉しないように、少し大きめな径に形成されている。

保温箱１６の内部には、ガラスボトムディッシュ１４が配置されている。このガラスボトムディッシュ１４は、底面に孔部１４ａが形成されている。ガラスボトムディッシュ１４の底面は、培養細胞１２を載置したカバーガラス１３が貼り付けられている。この場合、ガラスボトムディッシュ１４にカバーガラス１３を貼り付けた状態で、カバーガラス１３上の培養細胞１２が孔部１４ａ内に位置するようになっている。

保温箱１６底面には、底板１８との間に熱線からなるヒータ１７が配置されている。このヒータ１７は、ガラスボトムディッシュ１４を介して培養細胞１２を加温するためのものである。

保温箱１６には、上方を開口部を覆うように窓部１５が設けられている。この窓部１５は、透過照明光が透過するような透明な部材で形成されている。

保温箱１６底面には、透孔２０を介して対物レンズ１が配置されている。この対物レンズ１は、先玉１ａを透孔２０内まで挿入して培養細胞１２に対するピント合わせを可能にしている。また、対物レンズ１は、加温手段として外周にシート状の熱線からなるヒータ２２が巻き付けられている。このヒータ２２は、対物レンズ１を加温するためのものである。

ヒータ２２、１７は、ケーブル２３、２４を各別に介して制御手段としての温度制御装置２５に接続されている。

保温箱１６内部には、気体温度センサ５６ａが設けられている。気体温度センサ５６ａは、細胞培養空間２１の気体温度を検出するものである。ガラスボトムディッシュ１４には、細胞温度センサ５６ｂが設けられている。この細胞温度センサ５６ｂは、培養細胞１２の温度を検出するものである。さらに、対物レンズ１の先端部には、対物温度センサ５６ｃが設けられている。この対物温度センサ５６ｃは、先玉１ａの温度を検出するものである。

これら気体温度センサ５６ａ、細胞温度センサ５６ｂおよび対物温度センサ５６ｃは、ケーブル５７ａ、５７ｂ、５７ｃを各別に介して温度制御装置２５に接続されている。

温度制御装置２５は、これら気体温度センサ５６ａ、細胞温度センサ５６ｂおよび対物温度センサ５６ｃの温度情報に基づいて、ヒータ１７、２２をＯＮ／ＯＦＦさせて、培養細胞１２および対物レンズ１をそれぞれ所定の温度に制御するようにしている。

保温箱１６内部には、ガラスボトムディッシュ１４の周りに沿って複数のバス１９が配置されている。これらバス１９には、加湿水１９ａが充填されている。加湿水１９ａは、適度に蒸発すると、保温箱１６内の細胞培養空間２１の相対湿度を１００％に保って高湿度空間とし、ガラスボトムディッシュ１４内の培養液１４ｂの蒸発を抑えるようにしている。

さらに、保温箱１６には、側壁を貫通してチューブ２６が設けられている。このチューブ２６は、ＣＯ２ボンベ２７に接続され、ＣＯ２ボンベ２７からのＣＯ２ガスを細胞培養空間２１に供給し、例えばＣＯ２濃度を５％、培養細胞１２のｐｈを７.２〜７.４程度に維持するようにしている。

このように構成した細胞培養装置３では、気体温度センサ５６ａ、細胞温度センサ５６ｂおよび対物温度センサ５６ｃからのそれぞれの温度情報が温度制御装置２５に与えられる。温度制御装置２５は、これらの温度情報に基づいてヒータ１７、２２をＯＮ／ＯＦＦさせる。この場合、ヒータ１７により培養細胞１２の温度を３７℃に制御し、ヒータ２２により対物レンズ１の先端部の温度が３７.１℃〜３９℃の範囲になるように制御する。具体的には、例えば、オイル対物レンズや水浸対物レンズのように培養細胞１２と対物レンズ１との間の熱抵抗が比較的小さい場合は、対物レンズ１の先端部を３７.０５℃、培養細胞１２を３７℃、細胞培養空間２１の気体温度を３６.９５℃程度に制御する。また、ドライ対物レンズのように培養細胞１２と対物レンズ１との間の熱抵抗が比較的大きい場合は、対物レンズ１の先端部を３８℃、培養細胞１２を３７℃、細胞培養空間２１の気体温度を３６℃程度に制御する。

従って、このようにすれば、対物レンズ１の温度を高湿度空間である細胞培養空間２１の気体温度よりも常に高くなるように設定したので、仮に細胞培養空間２１の気体が対物レンズ１側に侵入しても、対物レンズ１内部の結露を確実に防止することができ、対物レンズ１内部の結露に原因する顕微鏡画像の劣化を確実に防止することができる。具体的には、対物レンズ１の温度が細胞培養空間２１の気体温度よりも常に０.１℃〜２℃程度高くなるように設定することで、仮に、湿度１００％の細胞培養空間２１の気体が対物レンズ１内部に侵入しても結露を生じることがなくなり、顕微鏡画像の劣化を防止することができる。

また、対物レンズ１の温度を、細胞培養空間２１の気体温度よりも０．１℃〜２℃程度だけ高くしたので、培養細胞１２の温度を上げ過ぎることがなく、細胞の活性を安定して維持することができる。

例えば、対物レンズ１の温度を細胞培養空間２１の気体温度よりも１℃高くすることで、対物レンズ１内部に湿度１００％の細胞培養空間２１の気体が侵入しても湿度を９５％程度にまで下げることができるので、このことからも結露を防止できる。

また、対物レンズ１が下方に位置している状態から、培養細胞１２に対するピント合わせのために対物レンズ１を上方に移動させて培養細胞１２に近づけても、このときの対物レンズ１の温度が細胞培養空間２１の温度よりも高くなっているので、対物レンズ１の先玉１aの外表面が結露することもない。これにより、結露による画像劣化のない鮮明な顕微鏡画像を取得することができる。

図３は、本発明の第２の実施の形態の要部の概略構成を示すもので、図１および図２と同一部分には、同符号を付している。

この場合、対物レンズ１は、先玉１ａと、その他のレンズ群１ａ１がそれぞれ筒状の中枠１ｂの開口部に接着固定されている。これら中枠１ｂは、筒状の中間枠１ｄの中空部に嵌合で落とし込まれ、押さえ管１ｃにより固定されている。中間枠１ｄの外周には、電熱線を有するシート状のヒータ２２が接着固定されている。また、ヒータ２２の外周は、中間枠１ｄに対してねじ込み固定される外枠１eで覆われている。

そして、このように構成した対物レンズ１は、外枠１eの下方に設けられたネジ部１ｆを介してレボルバー２９に着脱可能に取付けられている。

一方、レボルバー２９は、対物レンズ保持部材２８に対して、ボール２９ｂを介して回転軸２９aを中心に回転可能に保持され、その回転操作により所望する対物レンズ１を光軸５５上に配置させるようになっている。

対物レンズ保持部材２８は、回転軸２９a近傍に沿って内部空間として貫通穴２８aが形成されている。そして、ヒータ２２の電熱線へ電流を供給するためのケーブル２３を、ヒータ２２からレボルバー２９のネジ部１fを通し、対物レンズ保持部材２８の貫通穴２８aを通して温度制御装置２５に接続するようにしている。

従って、このようにすれば、対物レンズ１内にシート状のヒータ２２を内蔵しているので、対物レンズ１に対して確実に熱を伝導でき、時間的、空間的にきめ細かな温度制御を行なうことができる。

また、ヒータ２２のケーブル２３は、対物レンズ保持部材２８のレボルバー２９の回転軸２９ａ近傍に沿って形成された貫通穴２８aを通るようになるので、レボルバー２９を回転しても、ケーブル２３の回転範囲を最小限にでき、ケーブル２３がレボルバー２９に絡まったりすることがなく、容易にレボルバー２９を回転できる。

さらに、ピント合わせの際に、対物レンズ１と共に、ケーブル２３が上下しても、ケーブル２３は、対物レンズ保持部材２８の貫通穴２８a内でたわむことで吸収できるので、ケーブル２３が引っ掛かったりすることもない。

さらに、対物レンズ１のヒータ２２は、金属製の中枠１ｂ、押さえ管１ｃ、中間枠１ｄ、外枠１eに接していることで、熱伝導効率がよく、時定数も短くできるので、時間的にも空間的にも細かく温度制御が可能となる。これにより、不必要な培養細胞１２への加温を防止することができ、培養細胞１２の活性を維持し易くもできる。

なお、この実施の形態では、対物レンズ１にシート状の熱線からなるヒータ２２を内蔵させ、このヒータ２２にケーブル２３を介して電流を供給するようにしたが、対物レンズ１に外部で加温された液体を供給する流路により構成してもよい。この場合は、ケーブル２３に代わって液体を供給するチューブが用いられ、このチューブを対物レンズ保持部材２８内部を通すようになる。

(第２の実施の形態の変形例１)
次に、本発明の第２の実施の形態の変形例１を図４に従い説明する。

この変形例１は、第２の実施の形態で述べたレボルバー２９を廃止して、対物レンズ１を直接、対物レンズ保持部材２８にねじ込み固定するようにしたもので、以下に、その特徴的な部分に関してのみ説明を行う。

この場合、対物レンズ１およびヒータ２２の構造については、図３と全<同じである。また、対物レンズ１は、１本のみ用いられ、外枠１eのネジ部１ｆを介して対物レンズ保持部材２８にねじ込み固定されている。また、ヒータ２２のケーブル２３は、レボルバー２９を介することなく、ネジ部１fより対物レンズ保持部材２８の貫通穴２８ａを通して温度制御装置２５に接続するようにしている。

この場合、対物レンズ保持部材２８は、側面に貫通穴２８ａに連通する作業穴２８ｂが設けられている。また、ケーブル２３の途中には、コネクタ５７が設けられ、このコネクタ５７の着脱操作により温度制御装置２５への接続又は、切離しを可能にしている。また、このコネクタ５７の操作は、対物レンズ保持部材２８の作業穴２８ｂから行なえるようになっている。

このようにすれば、上述した第２の実施の形態では、対物レンズ１をレボルバー２９にねじ込む際に、ヒータ２２のケーブル２３も一緒に回転してしまうため、ケーブル２３が絡まる可能性があったが、ケーブル２３の途中をコネクタ５７を介して切離し可能に接続してあるので、まず、コネクタ５７を切離した状態で、対物レンズ１を対物レンズ保持部材２８にねじ込み固定し、その後、対物レンズ保持部材２８の作業穴２８ｂから手を入れて、コネクタ５７を接続すれば、ケーブル２３が絡まるようなことを防止できる。また、作業穴２８ｂからケーブル２３の弛み状態などを調整できるので、誤ってケーブル２３が光路に入ってしまい顕微鏡画像を劣化させるようなことも防止できる。

なお、この変形例１では、コネクタ５７によるケーブル２３の着脱で、ケーブル２３の絡まりを防止しているが、例えば、ケーブル２３の間を摺動可能な電気的接点を用いて切離し可能に接続するようにしてもよい。

(第２実施の形態の変形例２)
次に、本発明の第２の実施の形態の変形例２を図５に従い説明する。

この変形例２は、変形例１で述べたヒータ２２を廃止し、レンズ表面に直接、透明ヒータを配置するようにしたもので、以下、その特徴的な部分に関してのみ説明を行う。

この場合、対物レンズ１は、中枠１ｂの開口部に接着固定される先玉１aの外側表面と内側表面に透明電動膜で構成された透明ヒータ５９がコーティングされている。この透明ヒータ５９については、特許文献１にも開示されており、ここでの詳細な説明は省略する。また、透明ヒータ５９は、対物レンズ１の結像性能を劣化させない程度の光学的な均質性をも兼ね備えている。

また、透明ヒータ５９へ電流を供給するケーブル２３は、対物レンズ１の中枠１ｂに設けられた貫通穴１ｂ１、中間枠１ｄに設けられた貫通穴１ｄ１を通り、さらに中間枠１ｄと外枠１ｅの間の隙間を通って、対物レンズ保持部材２８の貫通穴２８ａに導かれ、温度制御装置２５へ接続されている。

このようにすれば、変形例１で述べたヒータ２２の代わりに透明ヒータ５９を制御することで、第２の実施の形態と同様の対物レンズ結露防止効果を期待することができる。

また、対物レンズ１の先玉１ａの表面に透明ヒータ５９を直接配置したので、最も結露防止したいレンズ表面をダイレクトに加温でき、必要な温度(例えば、３７.１℃〜３９℃)にするための加熱量を必要最小限に押さえることができる。これにより、対物レンズ１の加熱による、培養細胞１２の温度上昇も最小限に押さえることができ、培養細胞１２の活性低下を防止することもできる。

(第３の実施の形態)
次に本発明の第３の実施の形態を説明する。

上述した第１および第２の実施の形態では、倒立型顕微鏡のステージ２上に載置される細胞培養装置３において、対物レンズ１を加温することにより、対物レンズ１の結露を防止するものについて述べたが、この第３の実施の形態では、対物レンズを含んだ顕微鏡のほぼ全体を細胞培養空間に配置して保温可能にした細胞培養装置付き顕微鏡について述べている。

図６は、第３の実施の形態にかかる細胞培養装置付き顕微鏡の要部の概略構成を示すもので、図２と同一部分には同符号を付している。この場合、細胞培養装置付き顕微鏡は、大きく分けて、
（ａ）温度、湿度、ＣＯ２濃度を制御している細胞培養空間３７、
（ｂ）温度のみが制御されている、対物レンズ１を含む顕微鏡の観察空間３８、
（ｃ）温度、湿度、ＣＯ２のいずれも制御をしていない外気と同一空間で、結像レンズ５２、ＣＣＤ５３および透過照明用の光源５４を設けた空間３８１、
の３つの空間を有している。

（ａ）の細胞培養空間３７は、内部に断熱用の空間３０aを設けた開閉手段としての上箱３０により覆われている。上箱３０の内側壁には、細胞培養空間３７を加温するためのヒータ３２が設けられている。また、上箱３０は、細胞培養空間３７から培養細胞１２を出し入れするため蝶番３６を回転中心として回転して開閉できるようになっている。図６中の２点鎖線は、上箱３０が開いた状態を示している。上箱３０の開閉に連動して、この開閉状態を検出する開閉検出手段としてのスイッチ４２が設けられている。このスイッチ４２の状態、つまり上箱３０の開閉状態は、温度制御装置２５で監視している。

細胞培養空間３７には、上述した第１の実施の形態と同様に、複数のバス４１が配置されている。これらバス４１には、細胞培養空間３７を加湿するための加湿水４１ａが充填されている。また、上箱３０には、側壁を貫通してチューブ２６が設けられている。このチューブ２６は、ＣＯ２ボンベ２７に接続され、ＣＯ２ボンベ２７からのＣＯ２ガスを細胞培養空間３７に供給し、培養細胞１２のｐｈを一定に保つようにしている。

この場合、細胞培養空間３７は、観察空間３８と仕切板３５により仕切られている。仕切板３５は、細胞培養空間３７より観察空間３８へ水蒸気やＣＯ２が漏れないように、Ｏリングのようなシール材３４でシールされている。

細胞培養空間３７には、気体温度センサ５６ａが設けられている。気体温度センサ５６ａは、細胞培養空間３７の気体温度を検出するものである。ガラスボトムディッシュ１４には、細胞温度センサ５６ｂが設けられている。この細胞温度センサ５６ｂは、培養細胞１２の温度を検出するものである。対物レンズ１の先端部には、対物温度センサ５６ｃが設けられている。この対物温度センサ５６ｃは、先玉１ａの温度を検出するものである。さらに、バス４１の加湿水４１ａ中には、加湿水温度センサ５６ｄが設けられている。この加湿水温度センサ５６ｄは、加湿水４１ａの温度を検出するものである。これら気体温度センサ５６ａ、細胞温度センサ５６ｂ、対物温度センサ５６ｃおよび加湿水温度センサ５６ｄは、ケーブル５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄを各別に介して温度制御装置２５に接続されている。

温度制御装置２５は、これら気体温度センサ５６ａ、細胞温度センサ５６ｂ、対物温度センサ５６ｃおよび加湿水温度センサ５６ｄの温度情報に基づいて、ヒータ３２や後述する他のヒータをＯＮ／ＯＦＦさせて、各部の温度に制御するようにしている。

上箱３０の上部には、培養細胞１２を観察する際の照明用の光源５４が設けられている。この光源５４からの光は、上箱３０に開けられた穴部３０ｂを透過して光軸５５上の培養細胞１２を照明できるようになっている。

細胞培養空間３７内には、培養細胞１２を搭載した不図示のカバーガラスを貼り付けたガラスボトムディッシュ１４が複数個配置されている。これらガラスボトムディッシュ１４は、ステージ４３上に設けられた複数(図示例では４個)の穴部４３ａ内に載置され、光軸５５に垂直な面内で移動可能になっている。

ステージ４３は、仕切板３５にぶら下がった状態で支持され、回転軸６０を中心に回転(今後Θ方向と呼ぶ)するとともに、図示左右の矢印ａ方向(今後Ｒ方向と呼ぶ)に直線移動するようになっており、これらΘ方向とＲ方向の極座標の動きを可能にしている。

さらに、詳しく説明すると、仕切板３５には、Ｌ型状の固定ガイド４５が固定されている。この固定ガイド４５には、可動ガイド４６が支持され、また、可動ガイド４６を図示左右の矢印方向に移動させるためのＲモータ４４が固定されていて、このＲモータ４４により可動ガイド４６をＲ方向に移動できるようにしている。可動ガイド４６には、ベアリング４７を介してステージ４３が回転可能に保持されている。ステージ４３の回転軸には、可動ガイド４６に設けられたΘモータ４８が接続され、このΘモータ４８によりステージ４３を回転できるようにしている。

一方、仕切板３５には、垂直方向に配置された固定ガイド４９が設けられている。この固定ガイド４９には、図示上下の矢印ｂ方向（Ｚ方向）に移動可能な可動ガイド５０が設けられている。この可動ガイド５０には、対物レンズ１が設けられるとともに、Ｚモータ５１が接続されている。Ｚモータ５１は、可動ガイド５０を矢印ｂ方向（Ｚ方向）に移動させるもので、このときの可動ガイド５０の移動により対物レンズ１を上下方向に移動させ、対物レンズ１とステージ４３の相対距離を変化させ、培養細胞１２のピント合わせを可能にしている
なお、ステージ４３と仕切板３５の隙間や対物レンズ１と仕切板３５との隙間は、細胞培養空間３７から観察空間３８へ水蒸気やＣＯ２が漏れないように、Ｏリングなどのシール材３４で摺動可能にシールされている。

これらシール材３４により細胞培養空間３７と区分される観察空間３８は、内部に断熱用の空間３１ａを設けた下箱３１により周囲を覆われている。この観察空間３８には、上述したステージ４３の駆動部や対物レンズ１を上下移動させる焦準駆動部が配置されている。

下箱３１の内側壁には、上箱３０と同様にヒータ３３が設けられ、さらに仕切板３５の下面にも、対物レンズ１に近傍してヒータ３３が設けられ、これらヒータ３３により観察空間３８を対物レンズ１と共に加温するようにしている。

この場合、上述したように、対物レンズ１先端部に設けられた対物温度センサ５６ｃからの温度情報に基づいて温度制御装置２５によりヒータ３３をＯＮ／ＯＦＦして温度制御を行なうようにしている。

観察空間３８に位置する仕切板３５下面には、加湿水４１ａの近傍に、他のヒータ５８が設けられている。このヒータ５８は、上述した加湿水温度センセ５６ｄからの温度情報に基づいて温度制御装置２５により制御され、加湿水４１ａの温度を一定に保つようにしている。なお、このヒータ５８については、ヒータ３３とは別系統で制御されている。

観察空間３８の底面には、ベース３９が配置されている。このベース３９には、脚部４０が設けられている。脚部４０は、ベース３９および下箱３１とともに、細胞培養装置付き顕微鏡全体を支えている。

ベース３９の下面には、対物レンズ１の光軸５５上に結像レンズ５２と撮像手段としてのＣＣＤカメラ５３が配置されている。結像レンズ５２は、対物レンズ１により無限遠に投影された培養細胞１２の観察像をＣＣＤカメラ５３の撮像面に結像するものである。ＣＣＤカメラ５３は、撮像面に結像された観察像を撮像する。

このような構成において、まず、顕微鏡観察をする場合を説明する。

この場合、まず、上箱３０を開け、培養細胞１２の入ったガラスボトムディッシュ１４をステージ４３の所定の穴部４３ａにセットし、その後、上箱３０を閉める。

次に、不図示の顕微鏡制御装置により光源５４を点灯し、続けてＲモータ４４とΘモータ４８を駆動してステージ４３をΘ方向とＲ方向に移動させ、培養細胞１２の観察したい位置を光軸５５上へ移動させる。そして、不図示の顕微鏡制御装置によりＺモータ５１を駆動し、対物レンズ１をＺの方向に移動させて培養細胞１２にピントを合わせる。

これら培養細胞１２の観察したい部位の位置決め、ピント合わせは、不図示の顕微鏡制御装置により制御されたＣＣＤカメラ５３で撮像されたライブ画像を見ながら行う。

このようにして、不図示の顕微鏡制御装置により複数の観察部位やピント位置を設定し、さらに観察時間のインターバルを設定した後、不図示のスタートボタン等を押すことにより、予め設定された観察時間になるとＣＣＤカメラ５３で静止画を撮影し、培養細胞１２の経時変化が自動的に観察される。この場合、光源５４は、ライブ画像を観察する時と、経時変化を追う際のＣＣＤカメラ５３の撮影時にのみ点灯するようになっている。

なお、細胞の経時変化の観察が３日以上の長期間に渡る場合には、適宜、上箱３０を開けて培養細胞１２を取り出し培地を交換する。

次に、細胞培養環境や顕微鏡の温度制御について説明する。

まず、ＣＯ２濃度は、不図示のＣＯ２センサと不図示の制御装置により、ＣＯ２ボンベ２７の電磁弁などのＯＮ／ＯＦＦを行い、細胞培養空間３７のＣＯ２が、例えば５％になるように制御する。これにより、培養細胞１２を浸してある培地のｐｈが７.２〜７.４を保つようになり、細胞の活性を維持できる。

次に、各部の温度制御は、気体温度センサ５６ａ、細胞温度センサ５６ｂ、対物温度センサ５６ｃおよび加湿水温度センサ５６ｄの温度情報に基づいて、温度制御装置２５によりヒータ３２、３３、５８をＯＮ／ＯＦＦして各部の温度を一定に維持するようにしている。この場合、対物レンズ１を含む観察空間３８を３７℃、培養細胞１２を３７℃、細胞培養空間３７の気体温度を３７℃、加湿水４１ａの温度を３５℃〜３６.９℃程度に制御する。

このようにすれば、対物レンズ１の温度が加湿水４１ａの温度よりも０.１℃〜２℃程度高くなるように設定されるので、細胞培養空間２１の気体が対物レンズ１内部に侵入しても結露を生じることがなくなり、顕微鏡画像の劣化を防止することができる。また、対物レンズ１の温度が加湿水４１ａの気体温度よりも１℃高ければ、対物レンズ１内部に加湿水４１ａの気体が侵入しても湿度を９５％程度にまで下げることができるので結露することがない。

なお、本実施の形態では、細胞培養空間３７の温度を観察空間３８と同一の温度３７℃にしているので、細胞培養空間３７の温度も加湿水４１ａの温度よりO.１℃〜２℃程度高く、その温度差によって細胞培養空間３７の相対湿度が９０〜９９％程度になる。これにより、培養細胞１２の培地の蒸発を抑えることができる。また、培養細胞１２の内外の浸透圧変化を少なくしたい場合は、加湿水４１ａの温度を高めの、例えば３６.９℃にすればよい。この時には細胞培養空間３７の相対湿度は９９％程度になるので、培地の蒸発を抑えることができ、細胞の活性が維持しやすい。

一方、細胞培養空間３７の結露発生を抑えることを優先したい場合は、例えば、３５℃にすれば良い。この時の細胞培養空間３７の相対湿度は約９０％程度になるので、細胞培養空間３７の温度ムラで温度の低い部位が発生しても、その温度が３５℃以上であれば、結露する心配がなく、細胞培養空間３７の温度制御が容易になる。

また、シール材３４の周辺などはどうしても外気から熱を奪われやすくなるが、加湿水４１ａの温度を少し低めに設定すれば、結露の問題は回避できる。よって、加湿水４１ａの温度を３５℃〜３６.９℃、つまり、細胞培養空間３７の湿度を９０〜９９％の範囲で、細胞の浸透圧変化の過敏性と、細胞培養空間３７の結露の発生し易さに応じて加湿水４１ａの温度設定を変更すればよい。

また、第１の実施の形態とは異なり、対物レンズ１を含む観察空間３８と、細胞培養空間３７を同一の温度３７℃にして装置のほぼ全体を保温状態で加温しているので、対物レンズ１内部にも温度ムラが少なく、より結露発生がしにくい。つまり、加湿水４１ａの温度を高めに設定できるので、前述の説明の通り、培地の蒸発が抑えられ、細胞の活性をも維持しやすい。

さらに、対物レンズ１が下方に位置した状態から、ピント合わせのために対物レンズ１を上に上げて培養細胞１２に近づけても、対物レンズ１の温度と細胞培養空間２１の温度が同じなので、対物レンズ１の先玉１aの外表面が結露することもなく、結露による画像劣化のない鮮明な顕微鏡画像を取得することができる。

さらに、対物レンズ１を含む顕微鏡の観察空間３８の温度を一定に保っているので、準焦部の熱膨張によるピントズレや、対物レンズ１の温度変化によるピントズレの心配もない。

第１の実施の形態のように対物レンズ１の先端と培養細胞１２との間のわずかな空間で急激な温度差を保つことは制御自体が難しくなるが、この第３の実施の形態では、対物レンズ１の温度と培養細胞１２の温度と細胞培養空間３７の温度が同じなので、温度制御も容易であり、対物レンズ１内の結露を防止しつつ、培養細胞１２を３７℃に維持して細胞の活性状態を良好に保つことができる。

ここで、光源５４とＣＣＤカメラ５３は、温度制御空間外の外気と同一空間に配置してあるが、光源５４は、その発熱により細胞培養空間３７への悪影響を防ぐために外気空間に配置してある。また、ＣＣＤカメラ５３は、温度が上昇するとノイズを発生しやすいので、通常３７℃よりも温度が低い外気空間に配置している。さらに、結像レンズ５２も外気空間に配置してあるが、結像レンズ５２は、対物レンズ１よりも比較的温度変化によるピントズレの影響を受けにくいので問題がない。もちろん結像レンズ５２を一定の温度状態の観察空間３８に配置してもよい。

次に、培地交換のために培養細胞１２を細胞培養空間３７から出し入れする場合を説明する。

第３の実施の形態では、装置のほぼ全体を保温、加温しているので、対物レンズ１内部の結露の心配はないが、例えば、培地交換などで上箱３０を開けることがあり、この場合は通常３７℃よりも低い外気が細胞培養空間３７に流入し、対物レンズ１を冷却することがある。対物レンズ１は、通常３７℃に保たれているので、その表面が結露することはないが、対物レンズ１の内部は、湿度を抑えているといっても湿度９０％程度になっているので、冷たい外気に急激にさらされ対物レンズ１の温度が急激に下がると、対物レンズ１内部が結露する可能性がある。

このような問題を生じさせないために、上箱３０の開閉をスイッチ４２で検出し、上箱３０が開いている状態では、スイッチ４２の出力を受けて温度制御装置２５によりヒータ３３の出力を通常よりも大きく設定し、対物レンズ１の急激な冷却に負けない程度の加熱を行うことで、対物レンズ１を３７℃に維持して結露を防止する。また、上箱３０を開けている時間が長い場合は、上箱３０を閉じても、なかなか温度が元の３７℃に復帰しずらいので、スイッチ４２の出力から上箱３０を開けている時間を温度制御装置２５により監視し、上箱３０を開けていた時間に応じて、ヒータ３３に対し通常よりも大きい出力を出す時間を変更し、上箱３０を閉じてもしばらくは多めにヒータ３３で加熱するようにしている。

なお、このようなことは、対物温度センサ５６ｃで温度低下を検出することで、同様のことができなくはないが、温度センサの場合は、急激な温度変化に追従できない場合が多く、スイッチ４２により監視したほうが、よりスピーディに対物レンズ１の温度低下を防止し、結露を防ぐことができる。

なお、あまりにも長時間、上箱３０を開けた状態にすると、ヒータ３３で急激に加熱された熱が上箱３０を閉めた後に、時間的に遅れて培養細胞１２に伝わり、培養細胞１２の温度を３７℃よりも高くしてしまう場合も生じる。このようなことを避けるために、上箱３０を開けている時間がある所定時間以上になった場合は、通常よりもヒータ３３の出力を上げている間、ステージ４３を回転させて、培養細胞１２を対物レンズ１の光軸５５以外の所に退避させ、対物温度センサ５６ｃが安定して３７℃を示すようになってから、培養細胞１２を光軸５５上に戻すようにする。これらの連携は、前述の図示していない顕微鏡制御装置と温度制御装置２５によって制御されている。

次に、スイッチ４２が何らかの異常で故障した場合や、あまりにも外気の温度が低く急激に対物レンズ１が冷却された場合に、仮に対物レンズ１内部が結露してしまった場合には、その結露による顕微鏡画像の劣化をＣＣＤカメラ５３で検出し、前述の結露防止の場合のヒータ３３の通常よりも大きい出力よりもさらに加熱し、結露を解消させるようになっている、ＣＣＤカメラ５３で結露の解消が確認されたら、加熱は減らして、上箱３０が閉まった状態の通常の制御に戻す。この時、前述と同様に培養細胞１２の過熱を防止する為に培養細胞１２を退避させておいてもよい。

従って、このようにすれば、対物レンズ１の温度を加湿水４１ａの温度よりも高くなるようにしたので、対物レンズ１内部に侵入した水蒸気が飽和することがなく、つまりは結露するのを確実に防止することができ、対物レンズ１内部の結露に原因する顕微鏡画像の劣化を確実に防止することができる。具体的には、対物レンズ１の温度を加湿水４１ａよりも０.１℃〜２℃高くしたので、対物レンズ１内の結露を防止でき、さらに、培養細胞１２の温度を上げ過ぎることもなく、細胞の活性を安定して維持することができる。

また、高湿度空間である細胞培養空間３７と外気を通気可能な上箱３０を開いている時間に応じて、特定の時間だけ対物レンズ１の温度を上昇させるようにしたので、対物レンズ１の温度低下による対物内部の結露を防止することもできる。

さらに、長時間、上箱３０を開いていたような場合で、通常よりもヒータ３３の出力を上げるような場合は、培養細胞１２を対物レンズ１の光軸５５上から外した状態にして、対物レンズ１の温度を上昇させるようにしたので、対物レンズ１の加温によって培養細胞１２まで加温されることがなくなり、培養細胞１２へのダメージを軽減することもできる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では倒立型顕微鏡に関して説明したが、正立型顕微鏡に適用することができる。また、ステージ４３は、極座標のＲ、Θステージではなく、直交座標のＸＹステージでもよい。また、上述した実施の形態によっては、対物レンズを１本で説明したが、複数でもよい。また、細胞培養環境はＣＯ２濃度５％で説明したが、細胞や培地によっては異なる濃度設定にしたり、Ｏ２、Ｎ２やこれらの混合ガスなどの異なる気体を使用してもよい。また、培養細胞１２を入れる容器もガラスボトムディッシュ１４に限定されることはなく、プラスチックディッシュや、マルチプレートなどであってもよい。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

本発明の第１の実施の形態が適用される倒立顕微鏡の概略構成を示す図。第１の実施の形態の細胞培養装置を含む要部の概略構成を示す図。本発明の第２の実施の形態の要部の概略構成を示す図。第２の実施の形態の変形例１の要部の概略構成を示す図。第２の実施の形態の変形例２の要部の概略構成を示す図。本発明の第３の実施の形態の要部の概略構成を示す図。

符号の説明

１…対物レンズ、１ａ…先玉、１ａ１…他のレンズ群
１ｂ…中枠、１ｂ１…貫通穴、１ｃ…押さえ管
１ｄ…中間枠、１ｄ１…貫通穴
１ｅ…外枠、１ｆ…ネジ部
２…ステージ、３…細胞培養装置
４…光源、５…コンデンサ
５ａ…透過照明光学系、６…光源
７…落射照明光学系、７a…励起フィルタ
７b…ダイクロイックミラー、７ｃ…吸収フィルタ
７ｄ…ミラーユニットカセット、７ｅ…回転軸
８ａ…反射ミラー、８…リレー観察光学系
９…接眼レンズ、１０…焦準ハンドル
１１…顕微鏡本体、１１ａ…照明支柱
１２…培養細胞、１３…カバーガラス
１４…ガラスボトムディッシュ、１４ａ…孔部
１４ｂ…培養液、１５…窓部、１６…保温箱
１７…ヒータ、１８…底板、１９…バス
１９ａ…加湿水、２０…透孔、２１…細胞培養空間
２２…ヒータ、２３．２４…ケーブル
２５…温度制御装置、２６…チューブ
２７…ボンベイ、２８…対物レンズ保持部材
２８a…貫通穴、２８ｂ…作業穴
２８…対物レンズ保持部材、２９…レボルバー
２９a…回転軸、２９ｂ…ボール
３０…上箱、３０a…空間、３０ｂ…穴部
３１…下箱、３１ａ…空間、３２．３３…ヒータ
３４…シール材、３５…仕切板、３７…細胞培養空間
３８…観察空間、３８１…空間、３９…ベース
４０…脚部、４１…バス、４１ａ…加湿水
４２…スイッチ、４３…ステージ、４３ａ…穴部
４４…Ｒモータ、４５…固定ガイド
４６…可動ガイド、４７…ベアリング
４８…Θモータ、４９…固定ガイド
５０…可動ガイド、５１…Ｚモータ
５２…結像レンズ、５３…ＣＣＤカメラ
５４…光源、５５…光軸、５６ａ…気体温度センサ
５６ｂ…細胞温度センサ、５６ｃ…対物温度センサ
５６ｄ…加湿水温度センセ、５７ａ．５７ｂ、５７ｃ…ケーブル
５７…コネクタ、５８…ヒータ
５９…透明ヒータ、６０…回転軸

Claims

生きた標本を培養するための相対湿度９０〜１００％で、且つ所定の気体温度に設定された細胞培養空間と、
前記細胞培養空間を外気と連通可能とする開閉手段と、
前記開閉手段に設けられ、前記開閉手段が閉鎖状態にある前記細胞培養空間を前記所定の気体温度に保つ第１の加温手段と、
前記標本の近傍に設けられ、前記標本の温度を検出する第１の温度センサと、
先玉レンズを有する先端部が前記細胞培養空間内に配置され、かつ前記細胞培養空間内で培養される前記生きた標本を観察する対物レンズと、
一部が前記対物レンズの近傍に設けられ、前記対物レンズを加温する第２の加温手段と、
前記対物レンズの先端部に設けられ、前記対物レンズの先端部の温度を検出する第２の温度センサと、
前記第１の温度センサおよび前記第２の温度センサの各検出情報に基づいて、前記対物レンズの前記先端部の温度を、前記標本の温度と同じか、当該温度よりも高くなるように前記第１および第２の加温手段に加温させる制御を行う温度制御手段と、
を具備したことを特徴とする顕微鏡。
前記細胞培養空間にあって、該細胞培養空間を相対湿度９０〜１００％に保持するための所定温度の加湿水と、
さらに、前記細胞培養空間内に設けられ、前記細胞培養空間の前記気体温度を検出する第３の温度センサを備え、
前記第２の温度センサおよび前記第３の温度センサの前記各検出情報に基づいて、前記温度制御手段は、前記対物レンズの先端部の温度を前記気体温度より高くするように前記第２の加温手段に加温させる制御を行う制御手段と
を具備したことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
標本を培養するための相対湿度９０〜１００％に設定された細胞培養空間と、
前記細胞培養空間に配置され、該細胞培養空間の前記標本を観察可能とした加温手段を有する対物レンズと、
前記細胞培養空間を外気と連通可能とする開閉手段と、
前記開閉手段の開閉を検出する開閉検出手段と、
前記開閉手段の開放時間に応じて特定時間だけ前記対物レンズの温度を上昇させるように前記加温手段を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする顕微鏡。
さらに前記細胞培養空間には、前記標本と、該標本を載置するとともに、前記標本を前記対物レンズの光軸からずらす方向に移動可能としたステージを有し、
前記制御手段は、前記対物レンズの前記加温手段による温度制御を前記標本を前記光軸からずらした位置で行なう、
ことを特徴とする請求項１または３に記載の顕微鏡。
前記対物レンズは、加温手段としてヒータを内蔵したことを特徴とする請求項１または３に記載の顕微鏡。
前記ヒータは、電流の供給により発熱する熱線、又は加温された液体を循環可能な流路の少なくとも一方で構成されるとともに、前記熱線へ電流を供給するためのケーブル又は、前記流路へ液体を供給するチューブを備え、
前記ケーブル又はチューブを前記対物レンズを保持する対物レンズ保持部材の内部を通すように配置した、
ことを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡。
前記対物レンズ保持部材は、複数の前記対物レンズを保持し、これら対物レンズを選択的に光軸上に切換えるレボルバーを有することを特徴とする請求項６に記載の顕微鏡。
前記ケーブル又は、チューブは、前記レボルバーの回転軸近傍に沿って形成された内部空間に配置されることを特徴とする請求項７に記載の顕微鏡。
前記ヒータは、前記対物レンズのレンズ表面に直接配置される透明ヒータであることを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡。
前記対物レンズの温度を前記細胞培養空間の気体温度よりも０．１℃〜２℃高くなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
前記細胞培養空間は、該細胞培養空間を前記所定の相対湿度に保つための所定水温の加湿水を内部に有し、
前記温度制御手段は、前記対物レンズの先端部の温度を前記所定水温より高くするように前記第２の加温手段に加温させる制御を行う、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡。
前記対物レンズの温度を前記加湿水の温度よりも０．１℃〜２℃高くなるように制御することを特徴とする請求項１１に記載の顕微鏡。
さらに、前記開閉手段の開閉状態を検出する開閉検出手段と、を備え、
前記温度制御手段は、前記開閉手段が開放状態である場合に、該開閉手段が閉鎖状態である場合に比べて急速な加温を行うように前記第２の加温手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
前記開閉検出手段は、前記開閉手段が開放状態であり続けた開放時間を検出し、
前記温度制御手段は、前記開閉検出手段によって前記開閉手段が開放状態から閉鎖状態になったことが検出された場合、該閉鎖状態が検出された時点までの前記開放時間に応じて、該時点から所定期間だけ前記急速な加温を継続させるように前記第２の加温手段を制御する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の顕微鏡。
前記細胞培養空間は、前記開閉手段が所定期間よりも長い時間にわたって開放状態であった場合、前記生きた標本を前記対物レンズの観察範囲から退避させる可動ステージを内部に有することを特徴とする請求項１４に記載の顕微鏡。
前記対物レンズを用いて結像された前記生きた標本の光学像を撮像して観察画像を生成する撮像手段を備え、
前記温度制御手段は、前記対物レンズの表面または内部の少なくともいずれか一方に結露が生じているか否かを顕微鏡画像の劣化から判別し、前記結露が生じていると判別する場合、前記結露が生じていないと判別する場合に比べて急速な加温を行うように前記第２の加温手段を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
前記対物レンズは、前記先端部を除く本体部が前記細胞培養空間と異なる観察空間内に配置され、
前記第２の加温手段のうち多くの部分は、前記観察空間内で前記対物レンズと異なる位置に配置され、前記対物レンズと前記観察空間とを等しい温度に加温する、
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
前記観察空間内に、前記対物レンズの前記生きた標本に対するピント合わせを行う焦準機構を備え、
前記第２の加温手段の全体は、前記対物レンズおよび前記焦準機構を前記観察空間と等しい温度に加温する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の顕微鏡。
前記加湿水を前記所定水温に保つための第３の加温手段と、
前記加湿水内に設けられ、前記加湿水の温度を検出する第４の温度センサと、
を更に備えたことを特徴とする請求項１または３に記載の顕微鏡。
所定の気体温度かつ所定の相対湿度に保たれた生きた標本を培養するための細胞培養空間内の前記標本の温度を、前記標本の近傍に設けられた第１の温度センサにより検出し、この検出した温度情報に基づいて３７℃になるように、前記細胞培養空間に設けた第１の加温手段を制御する第１の加温制御ステップと、
前記細胞培養空間内に先玉レンズを有する先端部が配置され、前記細胞培養空間内で培養される前記生きた標本を観察する対物レンズの先端部の温度を、前記対物レンズの先端部に設けられた第２の温度センサにより検出し、この検出した温度情報に基づいて前記対物レンズの先端部の温度を露点温度より高く加温する、前記対物レンズの近傍に設けられた第２の加温手段を制御する第２の加温制御ステップと、
を含むことを特徴とする顕微鏡の加温方法。
前記第２の加温制御ステップは、前記対物レンズの先端部の温度が３７．１℃〜３９℃になるように、前記第２の加温手段を制御することを特徴とする請求項２０に記載の顕微鏡の加温方法。
前記細胞培養空間は、該細胞培養空間を９０〜１００％の相対湿度に保つための所定水温の加湿水を内部に有し、
前記第２の加温制御ステップは、前記対物レンズの先端部の温度を前記所定水温より０．１〜２℃高くするように前記第２の加温手段を制御する、
ことを特徴とする請求項２０に記載の顕微鏡の加温方法。