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JP2007079278A - Material state measuring device - Google Patents

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JP2007079278A
JP2007079278A JP2005268837A JP2005268837A JP2007079278A JP 2007079278 A JP2007079278 A JP 2007079278A JP 2005268837 A JP2005268837 A JP 2005268837A JP 2005268837 A JP2005268837 A JP 2005268837A JP 2007079278 A JP2007079278 A JP 2007079278A
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JP
Japan
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substance
objective lens
focal length
state measuring
measuring apparatus
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005268837A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Suzuki
雄二 鈴木
Nobuhide Kasagi
伸英 笠木
Kenichi Nakamura
健一 中村
Masafumi Yasuki
政史 安木
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.)
Seika Sangyo Co Ltd
University of Tokyo NUC
Original Assignee
Seika Sangyo Co Ltd
University of Tokyo NUC
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
Application filed by Seika Sangyo Co Ltd, University of Tokyo NUC filed Critical Seika Sangyo Co Ltd
Priority to JP2005268837A priority Critical patent/JP2007079278A/en
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Abstract

【課題】 複数の深度における物質の状態を高い周波数をもって精度よく測定する。
【解決手段】 厚みの異なる10個の調整ガラス34a〜34jを円環状に配置してなる円盤状のスキャニングディスク32をマイクロ流路12と対物レンズ22との間に配置し、スキャニングディスク32を回転するモータ38を設け、スキャニングディスク32を高速に回転させた状態で調整ガラス34a〜34jが対物レンズ22に整合するときに同期してカメラ28により撮影する。調整ガラス34a〜34jの厚さが異なることから、マイクロ流路12の厚さ方向に高い周波数をもって焦点位置を変化させてマイクロ流路12内の物質の状態を撮影することができる。この結果、マイクロ流路12の厚さ方向における物質の状態を高い周波数をもって精度よく測定することができる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure a substance state at a plurality of depths with a high frequency.
SOLUTION: A disc-shaped scanning disk 32 in which ten adjustment glasses 34a to 34j having different thicknesses are arranged in an annular shape is arranged between a microchannel 12 and an objective lens 22, and the scanning disk 32 is rotated. When the adjustment glasses 34 a to 34 j are aligned with the objective lens 22 in a state where the motor 38 is provided and the scanning disk 32 is rotated at a high speed, images are taken by the camera 28 in synchronization. Since the thicknesses of the adjustment glasses 34a to 34j are different, it is possible to photograph the state of the substance in the microchannel 12 by changing the focal position with a high frequency in the thickness direction of the microchannel 12. As a result, the state of the substance in the thickness direction of the microchannel 12 can be accurately measured with a high frequency.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、物質状態測定装置に関し、詳しくは、所定厚以下の物質の状態を測定する物質状態測定装置に関する。   The present invention relates to a substance state measuring apparatus, and more particularly to a substance state measuring apparatus that measures a state of a substance having a predetermined thickness or less.

従来、この種の物質状態測定装置としては、対物レンズをその光軸方向に移動させるアクチュエータを備える3次元共焦点レーザ顕微鏡システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このシステムでは、対物レンズの焦点距離を走査するアクチュエータを駆動するための走査波形を三角状やステップ状の波形とすることにより、走査の際の振動を抑制している。
特開2005−37690号公報
Conventionally, as this kind of substance state measuring apparatus, a three-dimensional confocal laser microscope system including an actuator that moves an objective lens in the optical axis direction has been proposed (for example, see Patent Document 1). In this system, the scanning waveform for driving the actuator that scans the focal length of the objective lens is a triangular or stepped waveform, thereby suppressing vibration during scanning.
JP-A-2005-37690

しかしながら、上述の3次元共焦点レーザ顕微鏡システムでは、対物レンズの光軸方向の移動を伴うため、走査速度(走査周波数)を早くすると、走査波形を調整しても振動が生じ、走査周波数を高くすることができない。   However, since the three-dimensional confocal laser microscope system described above involves movement of the objective lens in the optical axis direction, if the scanning speed (scanning frequency) is increased, vibration occurs even if the scanning waveform is adjusted, and the scanning frequency is increased. Can not do it.

本発明の物質状態測定装置は、複数の深度における物質の状態を高い周波数をもって測定することを目的の一つとする。また、本発明の物質状態測定装置は、極めて薄い厚みの物質の状態を精度よく測定することを目的の一つとする。   One object of the substance state measurement apparatus of the present invention is to measure substance states at a plurality of depths at a high frequency. Another object of the substance state measuring apparatus of the present invention is to accurately measure the state of an extremely thin substance.

本発明の物質状態測定装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。   The substance state measuring apparatus of the present invention employs the following means in order to achieve at least a part of the above object.

本発明の物質状態測定装置は、
所定厚以下の物質の状態を測定する物質状態測定装置であって、
前記物質から所定距離に配置される対物レンズと、
前記対物レンズからの像を結ばせる結像光学系と、
該対物レンズの光軸方向への移動を伴わずに所定の周波数以上となる周期をもって焦点距離が前記所定厚内の複数の深度となるよう焦点距離を調整する焦点距離調整手段と、
を備えることを要旨とする。
The substance state measuring apparatus of the present invention is
A substance state measuring device for measuring the state of a substance having a predetermined thickness or less,
An objective lens disposed at a predetermined distance from the substance;
An imaging optical system for forming an image from the objective lens;
A focal length adjusting means for adjusting the focal length so that the focal length becomes a plurality of depths within the predetermined thickness with a period of a predetermined frequency or more without moving the objective lens in the optical axis direction;
It is a summary to provide.

この本発明の物質状態測定装置では、対物レンズの光軸方向への移動を伴わずに所定の周波数以上となる周期をもって焦点距離が所定厚内の複数の深度となるよう焦点距離を調整する焦点距離調整手段を備えることにより、複数の深度における物質の状態を所定の周波数以上となる周期をもって測定することができる。   In the substance state measuring apparatus of the present invention, the focal length is adjusted so that the focal length becomes a plurality of depths within a predetermined thickness with a period of a predetermined frequency or more without moving the objective lens in the optical axis direction. By providing the distance adjusting means, the state of the substance at a plurality of depths can be measured with a period of a predetermined frequency or more.

ここで、「物質の状態」としては、物質の流速,物質の濃度,物質の温度,物質の形状,物質の相対位置,物質に関する距離のうちのいずれかを測定するものとすることができる。また、「所定厚」としては、例えば1mmや500μm,100μm,50μm,10μmなどを用いることができ、この場合、極めて薄い物質の状態を精度よく測定することができる。また、「所定の周波数」としては、10Hz以上の周波数、例えば、10Hzや20Hz,30Hz,50Hz,100Hz,1000Hzなどを用いることができる。このように周波数を高くすれば、時間変化に伴って変化する物質の状態を精度よく測定することができる。   Here, as the “substance state”, any one of a substance flow velocity, substance concentration, substance temperature, substance shape, substance relative position, and substance distance can be measured. As the “predetermined thickness”, for example, 1 mm, 500 μm, 100 μm, 50 μm, 10 μm, etc. can be used. In this case, the state of an extremely thin substance can be measured with high accuracy. Further, as the “predetermined frequency”, a frequency of 10 Hz or more, for example, 10 Hz, 20 Hz, 30 Hz, 50 Hz, 100 Hz, 1000 Hz, or the like can be used. By increasing the frequency in this way, it is possible to accurately measure the state of the substance that changes with time.

こうした本発明の物質状態測定装置において、前記焦点距離調整手段は、空気とは屈折率の異なる透光性材料により複数の厚みとして形成された複数の調整部材を前記所定の周波数以上となる周期で前記対物レンズの光軸上に配置することにより前記焦点距離を調整する手段であるものとすることもできる。この場合、前記焦点距離調整手段は、円盤状のディスクに前記複数の調整部材を円環状に配置してなる調整用ディスクと、該調整用ディスクを前記所定の周波数以上となる周期で回転させる回転手段と、を有する手段であるものとすることもできる。こうすれば、周波数を回転周波数とすることができ、周波数を高くすることができる。更に、この場合、前記焦点距離調整手段は、前記対物レンズの光軸上の前記調整用ディスクの上下に一対のレンズを有する手段であるものとすることもできる。こうすれば、平行光の部分で平行光を非平行光として焦点距離を調整することができる。   In such a substance state measuring device of the present invention, the focal length adjusting means includes a plurality of adjusting members formed as a plurality of thicknesses of a light-transmitting material having a refractive index different from that of air at a cycle of the predetermined frequency or more. It may be a means for adjusting the focal length by being arranged on the optical axis of the objective lens. In this case, the focal length adjusting means includes an adjustment disk in which the plurality of adjustment members are arranged in an annular shape on a disk-shaped disk, and a rotation for rotating the adjustment disk at a period equal to or higher than the predetermined frequency. It can also be a means having a means. In this way, the frequency can be set to the rotation frequency, and the frequency can be increased. Further, in this case, the focal length adjusting means may be a means having a pair of lenses above and below the adjusting disk on the optical axis of the objective lens. If it carries out like this, a focal distance can be adjusted by making parallel light into non-parallel light in the part of parallel light.

また、本発明の物質状態測定装置において、前記焦点距離調整手段は、前記対物レンズと前記物質との間に配置されてなるものとすることもできる。また、前記焦点距離調整手段は、前記対物レンズと前記結像光学系との間に配置されてなるものとすることもできる。   In the substance state measuring apparatus of the present invention, the focal length adjusting means may be disposed between the objective lens and the substance. Further, the focal length adjusting means may be arranged between the objective lens and the imaging optical system.

さらに、本発明の物質状態測定装置において、前記対物レンズの光軸上に焦点深度を浅くする共焦点スキャナを備えるものとすることもできる。こうすれば、極めて薄い物質の状態をより精度よく測定することができる。   Furthermore, the substance state measuring apparatus of the present invention may be provided with a confocal scanner for reducing the depth of focus on the optical axis of the objective lens. In this way, the state of an extremely thin substance can be measured with higher accuracy.

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described using examples.

図1は、本発明の一実施例としての物質状態測定装置である三次元顕微鏡システム20の構成の概略を示す構成図である。実施例の三次元顕微鏡システム20は、図示するように、載置台10に載置された測定対象の層厚が1mm以下のマイクロ流路12内を流れる物質の流速を三次元で測定する装置として構成されており、通常の顕微鏡システムが備える対物レンズ22および結像光学系24と、撮影用の高性能なカメラ28と、対物レンズ22とマイクロ流路12との間に配置され対物レンズ22の光軸方向の移動なしに焦点距離を調整する焦点距離調整機構30と、カメラ28による撮影や焦点距離調整機構30による焦点距離の調整を制御するコンピュータ40と、を備える。ここで、通常の顕微鏡システムが備える対物レンズ22や結像光学系24,カメラ28,コンピュータ40については周知であるから、その詳細な説明は省略する。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a three-dimensional microscope system 20 which is a substance state measuring apparatus as an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the three-dimensional microscope system 20 of the embodiment is a device that three-dimensionally measures the flow velocity of the substance flowing in the microchannel 12 having a layer thickness of 1 mm or less mounted on the mounting table 10. The objective lens 22 and the imaging optical system 24 included in a normal microscope system, a high-performance camera 28 for photographing, and the objective lens 22 disposed between the objective lens 22 and the microchannel 12 are configured. A focal length adjustment mechanism 30 that adjusts the focal length without movement in the optical axis direction, and a computer 40 that controls photographing by the camera 28 and adjustment of the focal length by the focal length adjustment mechanism 30 are provided. Here, since the objective lens 22, the imaging optical system 24, the camera 28, and the computer 40 included in a normal microscope system are well known, detailed description thereof will be omitted.

焦点距離調整機構30は、図2に示すように空気とは屈折率の異なるガラスにより形成された10個の調整ガラス34a〜34jが円環状に配置されてなる円盤状のスキャニングディスク32と、このスキャニングディスク32を回転させるモータ38と、を備える。10個の調整ガラス34a〜34jは、1mmから0.1mmずつ厚くなるように順に厚みが厚くなる円盤状の平板ガラスとして形成されている。モータ38は、例えばステッピングモータなどにより構成されており、所望の回転数、例えば100rpm〜20,000rpm程度の回転数でスキャニングディスク32を回転させる。   As shown in FIG. 2, the focal length adjustment mechanism 30 includes a disk-shaped scanning disk 32 in which ten adjustment glasses 34a to 34j formed of glass having a refractive index different from that of air are arranged in an annular shape, And a motor 38 for rotating the scanning disk 32. The ten adjustment glasses 34a to 34j are formed as disk-shaped flat glass whose thickness increases in order so as to increase from 1 mm to 0.1 mm. The motor 38 is composed of, for example, a stepping motor, and rotates the scanning disk 32 at a desired number of rotations, for example, about 100 rpm to 20,000 rpm.

図3は、厚みの異なる調整ガラス34a,34fと三次元顕微鏡システム20における焦点位置との関係の一例を示す説明図である。図示するように、調整ガラス34aの厚みDaは調整ガラス34fの厚みDfより薄いため、薄い調整ガラス34aを用いたときの焦点位置は厚い調整ガラス34fを用いたときに比して浅くなる。これを厚さの異なる10個の調整ガラス34a〜34jについて考えれば、実施例の三次元顕微鏡システム20で10個の異なる焦点位置の物質を測定することができることが解る。   FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of the relationship between the adjustment glasses 34 a and 34 f having different thicknesses and the focal position in the three-dimensional microscope system 20. As shown in the drawing, since the thickness Da of the adjustment glass 34a is thinner than the thickness Df of the adjustment glass 34f, the focal position when the thin adjustment glass 34a is used is shallower than when the thick adjustment glass 34f is used. When this is considered with respect to ten adjustment glasses 34a to 34j having different thicknesses, it can be understood that ten substances at different focal positions can be measured by the three-dimensional microscope system 20 of the embodiment.

いま、0.3mmの厚さのマイクロ流路12の厚さ方向に44μm毎に焦点位置が変化するように調整された調整ガラス34a〜34jが嵌め込まれたスキャニングディスク32を6,000rpmで回転させ、調整ガラス34a〜34jが対物レンズ22に整合するタイミングに同期して撮影するようカメラ28を制御する場合を考える。この場合、マイクロ流路12を厚さ方向に100Hzの周波数で44μm毎の深さでマイクロ流路12内の物質を撮影することができる。こうした撮影を図1中左右方向や紙面の表裏方向に走査して行なうことにより、マイクロ流路12内の物質を三次元として撮影することができる。マイクロ流路12内の物質の三次元的な流速の測定結果を図4および図5に示す。図中、「x」はマイクロ流路12の図1中紙面の表裏方向の位置を示し、「y」はマイクロ流路12の図1中の左右方向の位置を示し、「z」はマイクロ流路12の図1中の上下方向(厚さ方向)の位置を示し、「U」は流速を意味する。   Now, the scanning disk 32 in which the adjustment glasses 34a to 34j adjusted so that the focal position is changed every 44 μm in the thickness direction of the micro flow path 12 having a thickness of 0.3 mm is rotated at 6,000 rpm. Consider a case in which the camera 28 is controlled so as to capture images in synchronization with the timing when the adjustment glasses 34 a to 34 j are aligned with the objective lens 22. In this case, the substance in the microchannel 12 can be photographed at a depth of 44 μm at a frequency of 100 Hz in the thickness direction of the microchannel 12. By performing such imaging by scanning in the horizontal direction in FIG. 1 or in the front and back direction of the paper, the substance in the microchannel 12 can be imaged as a three-dimensional image. The measurement results of the three-dimensional flow velocity of the substance in the microchannel 12 are shown in FIGS. In the figure, “x” indicates the position of the microchannel 12 in the front and back direction of the paper surface in FIG. 1, “y” indicates the position of the microchannel 12 in the left-right direction in FIG. 1, and “z” indicates the microflow path. The position of the path 12 in the vertical direction (thickness direction) in FIG. 1 is shown, and “U” means the flow velocity.

ここで、測定対象としては、例えば、マイクロ流路12内に指標となる色を付した微粒子を混ぜて流すと共にこの微粒子の存在を測定するものとすれば、マイクロ流路12内の物質の三次元的な流速を測定することができるし、温度に反応して発色する微粒子を混ぜて測定するものとすれば、マイクロ流路12内の物質の三次元的な温度を測定することができる。同様にして、マイクロ流路12内の物質の三次元的な濃度を測定することもできる。このように、測定対象としては、物質の流速や温度,濃度などを上げることができる他、マイクロ流路12内の物質の状態であれば如何なるもの、例えば細胞なども三次元的に可視化することができる。   Here, as a measurement target, for example, if the microparticles with an index color are mixed and flowed in the microchannel 12 and the presence of the microparticle is measured, the tertiary of the substance in the microchannel 12 is measured. The original flow rate can be measured, and the three-dimensional temperature of the substance in the microchannel 12 can be measured by mixing and measuring fine particles that develop color in response to the temperature. Similarly, the three-dimensional concentration of the substance in the microchannel 12 can be measured. As described above, the measurement target can increase the flow rate, temperature, concentration, etc. of the substance, and can visualize any substance, such as a cell, three-dimensionally as long as the substance is in the microchannel 12. Can do.

以上説明した実施例の三次元顕微鏡システム20によれば、厚みの異なる調整ガラス34a〜34jが円環状に配置されてなる円盤状のスキャニングディスク32を回転させ、調整ガラス34a〜34jが対物レンズ22に整合する位置に同期してカメラ28により撮影することにより、マイクロ流路12の厚さ方向における物質の状態を高い周波数をもって精度よく測定することができる。しかも、スキャニングディスク32を回転させるだけで対物レンズ22をその光軸方向に移動させないから、走査周波数(スキャニングディスク32の回転数)を高くしても振動により測定精度が低下することがない。   According to the three-dimensional microscope system 20 of the embodiment described above, the disk-shaped scanning disk 32 in which the adjustment glasses 34 a to 34 j having different thicknesses are arranged in an annular shape is rotated, and the adjustment glasses 34 a to 34 j are the objective lens 22. By photographing with the camera 28 in synchronism with the position matched with, the state of the substance in the thickness direction of the microchannel 12 can be accurately measured with a high frequency. In addition, since the objective lens 22 is not moved in the direction of the optical axis only by rotating the scanning disk 32, even if the scanning frequency (the number of rotations of the scanning disk 32) is increased, the measurement accuracy does not decrease due to vibration.

図6は、本発明の第2実施例としての物質状態測定装置である三次元顕微鏡システム20Bの構成の概略を示す構成図である。第2実施例の三次元顕微鏡システム20Bは、図示するように、焦点距離調整機構30Bが対物レンズ22と結像光学系24との間に配置されている点と、結像光学系24とカメラ28との間に焦点距離を浅くする共焦点スキャナ26を備える点と、を除いて第1実施例の三次元顕微鏡システム20と同一の構成をしている。なお、共焦点スキャナ26は、周知のものを用いているため、その詳細な説明は省略する。   FIG. 6 is a block diagram showing an outline of the configuration of a three-dimensional microscope system 20B which is a substance state measuring apparatus as a second embodiment of the present invention. As shown in the figure, the three-dimensional microscope system 20B of the second embodiment includes a focal length adjusting mechanism 30B disposed between the objective lens 22 and the imaging optical system 24, an imaging optical system 24, and a camera. The configuration is the same as that of the three-dimensional microscope system 20 of the first embodiment except that a confocal scanner 26 for reducing the focal length is provided between the three-dimensional microscope system 20 and the first embodiment. Since the confocal scanner 26 is a well-known scanner, detailed description thereof is omitted.

焦点距離調整機構30Bは、第1実施例の焦点距離調整機構30と同一の構成、即ち、10個の調整ガラス34a〜34jが円環状に配置されてなる円盤状のスキャニングディスク32と、このスキャニングディスク32を回転させるモータ38と、を備える他、スキャニングディスク32と結像光学系24との間に配置されて平行光を非平行光とするための凹レンズ36aと、スキャニングディスク32と対物レンズ22との間に配置されて非平行光を対物レンズ22に集めるための凸レンズ36bと、を備える。   The focal length adjustment mechanism 30B has the same configuration as the focal length adjustment mechanism 30 of the first embodiment, that is, a disc-shaped scanning disk 32 in which ten adjustment glasses 34a to 34j are arranged in an annular shape, and this scanning. In addition to a motor 38 for rotating the disk 32, a concave lens 36 a is disposed between the scanning disk 32 and the imaging optical system 24 to convert parallel light into non-parallel light, and the scanning disk 32 and the objective lens 22. And a convex lens 36 b for collecting non-parallel light to the objective lens 22.

図7は、厚みの異なる調整ガラス34a,34fと三次元顕微鏡システム20Bにおける焦点位置との関係の一例を示す説明図である。図示するように、凹レンズ36aにより平行光を非平行光として厚みの異なる調整ガラス34a,34fに入光させる。第1実施例と同様に、調整ガラス34aの厚みDaは調整ガラス34fの厚みDfより薄いため、非平行光に対して薄い調整ガラス34aを用いたときの焦点位置は厚い調整ガラス34fを用いたときに比して浅くなる。これを厚さの異なる10個の調整ガラス34a〜34jについて考えれば、第2実施例の三次元顕微鏡システム20Bで10個の異なる焦点位置の物質を測定することができることが解る。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the adjustment glasses 34a and 34f having different thicknesses and the focal position in the three-dimensional microscope system 20B. As shown in the figure, the concave lens 36a causes the parallel light to be made non-parallel light and enter the adjusting glasses 34a and 34f having different thicknesses. As in the first embodiment, the thickness Da of the adjustment glass 34a is thinner than the thickness Df of the adjustment glass 34f. Therefore, the thick adjustment glass 34f is used as the focal point when the thin adjustment glass 34a is used for non-parallel light. It becomes shallower than usual. If this is considered with respect to ten adjustment glasses 34a to 34j having different thicknesses, it can be understood that ten substances at different focal positions can be measured by the three-dimensional microscope system 20B of the second embodiment.

以上説明した第2実施例の三次元顕微鏡システム20Bでも厚みの異なる調整ガラス34a〜34jが円環状に配置されてなる円盤状のスキャニングディスク32を回転させ、調整ガラス34a〜34jが対物レンズ22に整合する位置に同期してカメラ28により撮影することにより、マイクロ流路12の厚さ方向における物質の状態を高い周波数をもって精度よく測定することができる。しかも、焦点距離調整機構30Bを結像光学系24と対物レンズ22との間に配置したから、開口数(NA:Numerical Aperture)の大きな対物レンズ22を用いることができる。この結果、解像度を向上させることができると共に焦点深度を浅くすることができる。また、共焦点スキャナ26を用いるから、更に焦点深度を浅くすることができる。この結果、より薄いマイクロ流路12内の物質の状態を高い解像度をもって測定することができる。   Even in the three-dimensional microscope system 20B of the second embodiment described above, the disk-shaped scanning disk 32 in which the adjustment glasses 34a to 34j having different thicknesses are arranged in an annular shape is rotated, and the adjustment glasses 34a to 34j become the objective lens 22. By photographing with the camera 28 in synchronization with the matching position, the state of the substance in the thickness direction of the microchannel 12 can be accurately measured with a high frequency. In addition, since the focal length adjustment mechanism 30B is disposed between the imaging optical system 24 and the objective lens 22, the objective lens 22 having a large numerical aperture (NA) can be used. As a result, the resolution can be improved and the depth of focus can be reduced. Further, since the confocal scanner 26 is used, the depth of focus can be further reduced. As a result, the state of the substance in the thinner microchannel 12 can be measured with high resolution.

第2実施例の三次元顕微鏡システム20Bでは、スキャニングディスク32と結像光学系24との間に配置されて平行光を非平行光とするための凹レンズ36aと、スキャニングディスク32と対物レンズ22との間に配置されて非平行光を対物レンズ22に集めるための凸レンズ36bとの一対のレンズを備えるものとしたが、こうした一対のレンズに加えて1個あるいは2個以上のレンズを更に備えるものとしても構わない。   In the three-dimensional microscope system 20B of the second embodiment, a concave lens 36a that is arranged between the scanning disk 32 and the imaging optical system 24 to make parallel light non-parallel light, the scanning disk 32, the objective lens 22, and the like. A pair of lenses with a convex lens 36b for collecting non-parallel light to the objective lens 22 is provided between the lens and the lens. However, in addition to the pair of lenses, one or more lenses are further provided. It does not matter.

第2実施例の三次元顕微鏡システム20Bでは、共焦点スキャナ26を備えるものとしたが、共焦点スキャナ26を備えないものとしても構わない。一方、第1実施例の三次元顕微鏡システム20では、共焦点スキャナ26を備えないものとしたが、共焦点スキャナ26を備えるものとしても構わない。   In the three-dimensional microscope system 20B of the second embodiment, the confocal scanner 26 is provided. However, the confocal scanner 26 may not be provided. On the other hand, in the three-dimensional microscope system 20 of the first embodiment, the confocal scanner 26 is not provided, but the confocal scanner 26 may be provided.

第1実施例の三次元顕微鏡システム20や第2実施例の三次元顕微鏡システム20Bでは、スキャニングディスク32に10個の調整ガラス34a〜34jを円環状に配置するものとしたが、円環状に配置する調整ガラスの数は10個の限られず、いくつでも構わない。   In the three-dimensional microscope system 20 of the first embodiment and the three-dimensional microscope system 20B of the second embodiment, the ten adjustment glasses 34a to 34j are arranged in an annular shape on the scanning disk 32, but are arranged in an annular shape. The number of adjusting glasses to be used is not limited to ten, and may be any number.

第1実施例の三次元顕微鏡システム20や第2実施例の三次元顕微鏡システム20Bでは、ガラスにより調整ガラス34a〜34jを形成したが、空気とは屈折率が異なる材料であれば如何なる材料により調整ガラス34a〜34jを形成するものとしても構わない。   In the three-dimensional microscope system 20 of the first embodiment and the three-dimensional microscope system 20B of the second embodiment, the adjustment glasses 34a to 34j are formed of glass, but any material having a refractive index different from that of air can be adjusted. Glass 34a-34j may be formed.

第1実施例の三次元顕微鏡システム20や第2実施例の三次元顕微鏡システム20Bでは、マイクロ流路12の厚みを0.3mmとしたが、マイクロ流路12の厚みは0.3mmに限定されるものではなく、1mmや500μm,100μm,50μm,10μmなどの種々の厚みとしても構わない。   In the three-dimensional microscope system 20 of the first embodiment and the three-dimensional microscope system 20B of the second embodiment, the thickness of the microchannel 12 is 0.3 mm, but the thickness of the microchannel 12 is limited to 0.3 mm. It does not matter, and various thicknesses such as 1 mm, 500 μm, 100 μm, 50 μm, and 10 μm may be used.

第1実施例の三次元顕微鏡システム20や第2実施例の三次元顕微鏡システム20Bでは、スキャニングディスク32を100rpm〜20,000rpm程度の回転数で回転させるものとしたが、このスキャニングディスク32の回転数はいくつであっても構わない。例えば、周波数として、10Hzや20Hz,30Hz,50Hz,100Hz,1000Hzなどとなるようスキャニングディスク32を回転させるものとしてもよい。   In the three-dimensional microscope system 20 of the first embodiment and the three-dimensional microscope system 20B of the second embodiment, the scanning disk 32 is rotated at a rotational speed of about 100 rpm to 20,000 rpm. Any number can be used. For example, the scanning disk 32 may be rotated so that the frequency is 10 Hz, 20 Hz, 30 Hz, 50 Hz, 100 Hz, 1000 Hz, or the like.

第1実施例の三次元顕微鏡システム20や第2実施例の三次元顕微鏡システム20Bでは、10個の調整ガラス34a〜34jを円環状に配置したスキャニングディスク32を回転させることにより、マイクロ流路12の厚さ方向における物質の状態を高い周波数をもって測定するものとしたが、対物レンズ22の光軸方向の移動を伴わずに焦点距離を変更することができるものであれば、如何なるものとしても構わない。   In the three-dimensional microscope system 20 of the first embodiment and the three-dimensional microscope system 20B of the second embodiment, the microchannel 12 is rotated by rotating the scanning disk 32 in which ten adjustment glasses 34a to 34j are arranged in an annular shape. The state of the substance in the thickness direction is measured at a high frequency, but any material can be used as long as the focal length can be changed without moving the objective lens 22 in the optical axis direction. Absent.

第1実施例の三次元顕微鏡システム20や第2実施例の三次元顕微鏡システム20Bでは、層厚が1mm以下のマイクロ流路12内を流れる物質の流速を三次元で測定するものとしたが、物質の流速以外に、層厚が1mm以下のマイクロ流路12内の物質の濃度や物質の温度などを三次元で測定するものとしてもよい。また、こうしたマイクロ流路を流れる物質ではなく、スライドガラスの上に置かれた物質の形状や物質の相対位置,物質間の距離など、種々の物質の状態を三次元で測定するものとしてもよい。   In the three-dimensional microscope system 20 of the first embodiment and the three-dimensional microscope system 20B of the second embodiment, the flow rate of the substance flowing in the microchannel 12 having a layer thickness of 1 mm or less is measured in three dimensions. In addition to the flow rate of the substance, the concentration of the substance and the temperature of the substance in the microchannel 12 having a layer thickness of 1 mm or less may be measured in three dimensions. Moreover, instead of the substance flowing in such a microchannel, the state of various substances such as the shape of the substance placed on the slide glass, the relative position of the substance, and the distance between the substances may be measured in three dimensions. .

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。   The best mode for carrying out the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be implemented in the form.

本発明は、顕微鏡システムや物質状態測定装置などの製造産業に利用可能である。   The present invention is applicable to manufacturing industries such as a microscope system and a substance state measuring device.

本発明の一実施例としての物質状態測定装置である三次元顕微鏡システム20の構成の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of a structure of the three-dimensional microscope system 20 which is a substance state measuring apparatus as one Example of this invention. スキャニングディスク32の構成の一例を示す構成図である。3 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration of a scanning disk 32. FIG. 厚みの異なる調整ガラス34a,34fと三次元顕微鏡システム20における焦点位置との関係の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the relationship between the adjustment glass 34a and 34f from which thickness differs, and the focus position in the three-dimensional microscope system 20. マイクロ流路12内の物質の三次元的な流速の測定結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of the three-dimensional flow velocity of the substance in the microchannel 12. マイクロ流路12内の物質の三次元的な流速の測定結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of the three-dimensional flow velocity of the substance in the microchannel 12. 本発明の第2実施例としての物質状態測定装置である三次元顕微鏡システム20Bの構成の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of a structure of the three-dimensional microscope system 20B which is a substance state measuring apparatus as 2nd Example of this invention. 厚みの異なる調整ガラス34a,34fと三次元顕微鏡システム20Bにおける焦点位置との関係の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the relationship between the adjustment glass 34a and 34f from which thickness differs, and the focus position in the three-dimensional microscope system 20B.

符号の説明Explanation of symbols

10 載置台、12 マイクロ流路、20,20B 三次元顕微鏡システム、22 対物レンズ、24 結像光学系、26 共焦点スキャナ、28 カメラ、30,30b 焦点距離調整機構、32 スキャニングディスク、34a〜34j 調整ガラス、36a 凹レンズ、36b 凸レンズ、38 モータ、40 コンピュータ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mounting stand, 12 Micro flow path, 20, 20B Three-dimensional microscope system, 22 Objective lens, 24 Imaging optical system, 26 Confocal scanner, 28 Camera, 30, 30b Focal length adjustment mechanism, 32 Scanning disk, 34a-34j Adjustment glass, 36a concave lens, 36b convex lens, 38 motor, 40 computer.

Claims (10)

所定厚以下の物質の状態を測定する物質状態測定装置であって、
前記物質から所定距離に配置される対物レンズと、
前記対物レンズからの像を結ばせる結像光学系と、
該対物レンズの光軸方向への移動を伴わずに所定の周波数以上となる周期をもって焦点距離が前記所定厚内の複数の深度となるよう焦点距離を調整する焦点距離調整手段と、
を備える物質状態測定装置。
A substance state measuring device for measuring the state of a substance having a predetermined thickness or less,
An objective lens disposed at a predetermined distance from the substance;
An imaging optical system for forming an image from the objective lens;
A focal length adjusting means for adjusting the focal length so that the focal length becomes a plurality of depths within the predetermined thickness with a period of a predetermined frequency or more without moving the objective lens in the optical axis direction;
A substance state measuring device.
前記焦点距離調整手段は、空気とは屈折率の異なる透光性材料により複数の厚みとして形成された複数の調整部材を前記所定の周波数以上となる周期で前記対物レンズの光軸上に配置することにより前記焦点距離を調整する手段である請求項1記載の物質状態測定装置。   The focal length adjusting means arranges a plurality of adjusting members formed as a plurality of thicknesses of a light-transmitting material having a refractive index different from that of air on the optical axis of the objective lens at a period equal to or higher than the predetermined frequency. 2. The substance state measuring apparatus according to claim 1, wherein said substance state measuring device is means for adjusting said focal length. 前記焦点距離調整手段は、円盤状のディスクに前記複数の調整部材を円環状に配置してなる調整用ディスクと、該調整用ディスクを前記所定の周波数以上となる周期で回転させる回転手段と、を有する手段である請求項2記載の物質状態測定装置。   The focal length adjustment means includes an adjustment disk in which the plurality of adjustment members are arranged in an annular shape on a disk-shaped disk, and a rotation means that rotates the adjustment disk at a cycle that is equal to or higher than the predetermined frequency. The substance state measuring apparatus according to claim 2, wherein the substance state measuring apparatus comprises: 前記焦点距離調整手段は、前記対物レンズの光軸上の前記調整用ディスクの上下に一対のレンズを有する手段である請求項3記載の物質状態測定装置。   4. The substance state measuring device according to claim 3, wherein the focal length adjusting means is a means having a pair of lenses above and below the adjusting disk on the optical axis of the objective lens. 前記焦点距離調整手段は、前記対物レンズと前記物質との間に配置されてなる請求項1ないし4いずれか記載の物質状態測定装置。   The substance state measuring apparatus according to claim 1, wherein the focal length adjusting unit is disposed between the objective lens and the substance. 前記焦点距離調整手段は、前記対物レンズと前記結像光学系との間に配置されてなる請求項1ないし4いずれか記載の物質状態測定装置。   5. The substance state measuring apparatus according to claim 1, wherein the focal length adjusting means is disposed between the objective lens and the imaging optical system. 前記物質の状態として、物質の流速,物質の濃度,物質の温度,物質の形状,物質の相対位置,物質に関する距離のうちのいずれかを測定する請求項1ないし6いずれか記載の物質状態測定装置。   The substance state measurement according to any one of claims 1 to 6, wherein any one of a substance flow rate, substance concentration, substance temperature, substance shape, substance relative position, and substance distance is measured as the substance state. apparatus. 前記所定厚は、1mm以下である請求項1ないし7いずれか記載の物質状態測定装置。   The substance state measuring apparatus according to claim 1, wherein the predetermined thickness is 1 mm or less. 前記所定の周波数は、10Hz以上の周波数である請求項1ないし8いずれか記載の物質状態測定装置。   The substance state measuring apparatus according to claim 1, wherein the predetermined frequency is a frequency of 10 Hz or more. 前記対物レンズの光軸上に焦点深度を浅くする共焦点スキャナを備える請求項1ないし9いずれか記載の物質状態測定装置。
The substance state measurement apparatus according to claim 1, further comprising a confocal scanner that reduces a depth of focus on an optical axis of the objective lens.
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