观察装置、光偏转单元、像形成方法与流程

1.本说明书的公开涉及观察装置、光偏转单元、像形成方法。


背景技术：

2.为了维持细胞等生物体试样的培养环境而在培养箱内进行培养。在培养中，定期确认生物体试样的状态，但如果每次进行确认作业时从培养箱中取出生物体试样，则可能对生物体试样的生长造成不良影响。
3.例如在专利文献1中记载了与这样的问题关联的技术。通过使用专利文献1所记载的采用了偏射照明的观察装置，能够在不使装置大型化的状态下对细胞等试样进行观察。因此，不用将培养中的生物体试样向培养箱外取出，就能够持续观察在培养箱内的有限的空间内培养中的生物体试样。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：美国专利申请公开第2019/0187450号说明书


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.然而，在专利文献1中记载了用于兼顾装置的小型化和高对比度的条件。通过满足专利文献1所记载的条件，能够以高对比度立体地观察试样。但是，在该条件中包含受到收容试样的容器的制约的反射面的高度，因此，能够满足条件的容器可能受到限制。
9.鉴于如上的情况，本发明的一方案的目的在于，提供一种与收容试样的容器无关地实现较高的观察性能的技术。
10.用于解决问题的手段
11.本发明的一方案的观察装置具备：壳体，其具有透射窗；摄像单元，其收容在所述壳体内，包含摄像元件和光学系统，该光学系统会聚通过透射所述透射窗而入射到所述壳体内的光，以在所述摄像元件上形成载置于所述透射窗的容器内的试样的像；光源单元，其收容在所述壳体内，将光不经由所述光学系统而朝向所述壳体外出射；以及光偏转单元，其使从所述光源单元出射到所述壳体外的光向朝向所述透射窗的第1方向偏转，出射角与入射角不同，该出射角是所述第1方向与所述光学系统的光轴之间的角度，该入射角是出射到所述壳体外的光向所述光偏转单元入射的第2方向与所述光轴之间的角度。
12.本发明的一方案的光偏转单元是上述的方案所记载的光偏转单元。
13.在本发明的另一方案的像形成方法中，从壳体内朝向所述壳体外出射光，通过光偏转单元将出射到所述壳体外的光向朝向所述壳体的透射窗的第1方向偏转，通过所述壳体内的光学系统会聚通过透射所述透射窗而入射到所述壳体内的光，以形成载置于所述透射窗的容器内的试样的像，出射角与入射角不同，该出射角是所述第1方向与所述光学系统的光轴之间的角度，该入射角是出射到所述壳体外的光向所述光偏转单元入射的第2方向
与所述光轴之间的角度。
14.发明的效果
15.根据上述的方案，能够提供与收容试样的容器无关地实现较高的观察性能的技术。
附图说明
16.图1是例示出第1实施方式的系统1的结构的图。
17.图2是例示出第1实施方式的观察装置10的结构的图。
18.图3是用于说明培养容器的高度与光线束的关系的图。
19.图4是用于说明光线束向试样入射的入射角与光线束在光瞳面上的分布的关系的图。
20.图5是装配有光偏转单元的观察装置10的外观图的图。
21.图6是用于说明光偏转单元的结构的一例的图。
22.图7是用于说明观察装置10进行的像形成方法的一例的流程图。
23.图8是用于说明光偏转单元的结构的另一例的图。
24.图9是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。
25.图10是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。
26.图11是例示出第2实施方式的观察装置10a的结构的图。
27.图12是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。
28.图13是例示出第3实施方式的观察装置10b的结构的图。
29.图14是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。
30.图15是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。
31.图16是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。
32.图17是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。
33.图18是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。
34.图19是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。
35.图20是例示出第4实施方式的观察装置10c的结构的图。
36.图21是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。
37.图22是用于对观察装置10c的用途进行说明的图。
38.图23是对光偏转单元的使用方法进行说明的图。
具体实施方式
39.[第1实施方式]
[0040]
图1是例示出本实施方式的系统1的结构的图。图1所示的系统1是对收容于培养容器c的试样进行观察的观察系统。系统1具备取得在培养容器c内培养的试样的图像的观察装置10、以及对观察装置10进行控制的控制装置30。
[0041]
为了不将试样从培养箱20取出而对其进行观察，例如如图1所示，观察装置10在配置于培养箱20内的状态下被使用。更详细而言，观察装置10在培养容器c被载置于观察装置10的透射窗11的状态下配置在培养箱20内，按照来自控制装置30的指示取得培养容器c内
的试样的图像。另外，透射窗11是构成观察装置10的壳体12的上表面的透明顶板，例如由玻璃或透明的树脂等构成。
[0042]
控制装置30向放置在培养箱20内的观察装置10发送图像取得指示，接收由观察装置10取得的图像。控制装置30也可以在控制装置30所具备的显示装置中显示由观察装置10取得的图像。控制装置30可以与客户终端(客户终端40、客户终端50)进行通信，也可以在客户终端所具备的显示装置中显示由观察装置10取得的图像。另外，控制装置30包含1个以上的处理器和1个以上的非暂时性的计算机可读取介质即可，可以为通常的计算机，也可以为专用装置。
[0043]
图1中示出观察装置10与控制装置30通过有线的方式而连接的例子。但是，观察装置10与控制装置30能够交换数据即可。因此，观察装置10与控制装置30不限于有线，也可以通过无线的方式而连接。
[0044]
图2是例示出本实施方式的观察装置10的结构的图。图3是用于说明培养容器的高度与光线束的关系的图。图4是用于说明光线束向试样入射的入射角与光线束在光瞳面上的分布的关系的图。以下，参照图2至图4，对观察装置10的结构和作用进行说明。
[0045]
观察装置10具备将配置培养容器c的透明的透射窗11作为上表面的箱型的壳体12。在培养容器c中包含试样s及培养液cl。观察装置10还具备收容在壳体12内部的对试样进行照明的光源单元14以及取得试样的图像的摄像单元15。光源单元14和摄像单元15设置在载台13上，通过载台13在壳体12内移动而相对于培养容器c移动。由此，观察装置10能够通过光源单元14对存在于培养容器c内的任意位置的试样进行照明，能够通过摄像单元15取得试样的图像。
[0046]
另外，在图2中示出了如下例子：光源单元14和摄像单元15设置在载台13上，其结果是，成为一体而在壳体12内移动。但是，光源单元14和摄像单元15也可以分别独立地在壳体12内移动。
[0047]
如图3所示，光源单元14具备光源16和扩散板17。光源16例如包含发光二极管(led)等。光源16也可以包含白色led，还可以包含出射r(红)、g(绿)、b(蓝)等多个不同波长的光的多个led。从光源16出射的光向扩散板17入射。光源16的结构没有特别限定，但如果采用led，则与通常的卤素灯等相比能够增加寿命且实现低成本。
[0048]
扩散板17使从光源16出射的光扩散。扩散板17没有特别限定，例如是在表面上形成有凹凸的雾面式扩散板。但是，扩散板17也可以是对表面进行了涂层的蛋白石式扩散板，还可以是其他类型的扩散板。此外，也可以在扩散板17上形成用于限制扩散光的出射区域的掩模17a。从扩散板17出射的光沿各种方向行进。
[0049]
如图3所示，摄像单元15具备光学系统18和摄像元件19。光学系统18会聚通过透射试样s及透射窗11而入射到壳体12内的光。光学系统18没有特别限定，例如是在有限的位置形成像的有限远校正型的物镜。但是，光学系统18也可以包含无限远校正型的物镜，光学系统18整体上构成有限远校正光学系统即可。由在存在试样s的培养容器c的内侧底面上对准了焦点的光学系统18将入射到壳体12内的光会聚到摄像元件19上，从而在摄像元件19上形成试样s的光学像。
[0050]
摄像元件19是将检测到的光转换成电信号的光传感器。具体而言，摄像元件19是图像传感器，没有特别限定，例如是ccd(charge-coupled device：电荷耦合器件)图像传感
器、cmos(complementary mos：互补金属氧化物半导体)图像传感器等。
[0051]
在如上那样构成的观察装置10中，为了使作为相位物体的培养容器c内的试样s可视化而采用了偏射照明。具体而言，如图3所示，光源16发出的光通过扩散板17扩散，不经由光学系统18而向壳体12外出射。即，光源单元14出射不经由光学系统18而朝向壳体12外沿各种方向行进的光。之后，出射到壳体12外的光中的一部分例如在培养容器c的上表面等反射而在试样s上方偏转，进而，在试样s上方偏转后的光中的一部分照射到试样s，通过透射试样s及透射窗11而向壳体12内入射。然后，入射到壳体12内的光中的一部分被光学系统18会聚，在摄像元件19上形成试样的像。即，光学系统18会聚通过透射透射窗11而入射到壳体12内的光，以将载置于透射窗11的培养容器c内的试样s的像形成在摄像元件19上。最后，观察装置10基于从摄像元件19输出的电信号，生成试样s的图像并向控制装置30输出。
[0052]
然而，为了通过偏射照明以高对比度使作为相位物体的试样s可视化并能够识别细胞等，以适当的角度会聚入射到试样s的光线而形成试样s的像是重要的。在观察装置10中，通过扩散板17扩散并向各种方向行进的光在试样s上方偏转，从各个角度向光学系统18入射，但向光学系统18入射的光的角度分布依赖于偏转面的高度，例如依赖于培养容器上表面的高度。更具体而言，作为偏转面的培养容器上表面的高度越高，入射角较小的光越多。
[0053]
例如，设想使用培养容器的上表面的反射光来形成试样s的像。在该情况下，如图3及图4所示，如果比较在使用了标准高度(例如60mm等)的培养容器c的情况下通过试样s上的点p的光线束l1与在使用了高度比培养容器c高的培养容器c1的情况下通过试样s上的点p的光线束l2，则光线束l2以比光线束l1小的入射角分布在物体面上。
[0054]
向物体面入射的入射角被光学系统18转换成光学系统18的光瞳面上的距光轴的距离。因此，以物体面上的入射角比较大的角度分布的光线束l1在光瞳面上通过距光轴比较远的位置。其结果是，如图4所示，光线束l1在光瞳面上跨越光学系统18的光瞳pl的外缘而分布。光线束l1中的向光瞳pl的外侧入射的光线在光学系统18内渐晕，无法到达摄像元件19。因此，在光线束l1中的到达摄像元件19的光线束中，产生在角度方向上不连续的强度分布即急剧的强度分布的变化。由此，在使用了培养容器c的情况下，在试样s的图像中产生阴影，能够得到具有高对比度的立体图像。
[0055]
另一方面，以物体面上的入射角比较小的角度分布的光线束l2在光瞳面上通过距光轴比较近的位置。因此，如图4所示，光线束l2整体在光瞳面上通过光瞳pl的内侧而到达摄像元件19。光线束l2的强度分布在角度方向上连续地变化，因此，在到达摄像元件19的光线束中，在角度方向上不产生急剧的强度分布的变化。其结果是，在使用了培养容器c1的情况下，与使用了培养容器c的情况相比，在试样s的图像中难以产生足够的阴影，因此，难以得到高对比度的图像。
[0056]
这样，如果依靠培养容器的上表面上的反射光使试样s可视化，则对比度根据培养容器的高度而变化，可能无法充分地发挥观察装置10的观察性能。针对该问题，可考虑通过增加光源单元14与摄像单元15之间的距离来增大入射角这样的对策。但是，在这样的对策中，会导致观察装置10(尤其是壳体12)大型化，因此，在设想在培养箱20等的有限的空间内使用的装置中，不是期望的解决对策。对此，本实施方式的观察装置10通过设置光偏转单元来解决这样的技术问题，不使观察装置10大型化并且与培养容器无关地实现较高的观察性
能。
[0057]
图5是装配有光偏转单元的观察装置10的外观图的图。图6是用于说明光偏转单元的结构的一例的图。图7是用于说明观察装置10进行的像形成方法的一例的流程图。以下，参照图5至图7，着眼于光偏转单元100对观察装置10及观察装置10进行的像形成方法进行说明。
[0058]
光偏转单元100例如是装配于观察装置10的装卸式的单元。在图5及图6中，示出了光偏转单元100设置于壳体12的透射窗11的例子，但设置光偏转单元100的位置不限于该例。光偏转单元100也可以设置于壳体12的侧面。此外，示出了光偏转单元100以能够装卸的方式设置于壳体12的例子，但光偏转单元100也可以以无法卸载的方式固定于壳体12，例如也可以具有用于在不使用时收容于壳体12内的伸缩构造或折叠构造等。由此，能够防止在用户输送设备或进行实验操作等时意外地移动了光偏转单元并在观察光学系统中产生偏移。此外，在图5及图6中，示出了光偏转单元100设置于壳体12的例子，但光偏转单元100包含在观察装置10中即可，例如也可以与壳体12分离地配置。
[0059]
如图6所示，光偏转单元100包含支柱101和反射面102。支柱101具有在固定于透射窗11的基端与自由端之间弯曲的形状，包括：包含基端且沿铅垂方向延伸的第1部分；以及包含自由端且从第1部分倾斜地延伸的第2部分。更具体而言，第1部分延伸至足够的高度，使得即便在将高度高的培养容器放置于透射窗11的情况下，培养容器也不与第2部分接触。此外，第2部分从第1部分沿水平方向朝上延伸，以使向摄像单元15入射的光的角度分布最佳化。另外，光偏转单元100也可以为不具有支柱101的结构。
[0060]
反射面102形成于支柱101的第2部分中的与透射窗11相面对的面。由于第2部分相对于水平方向朝上延伸，因此，反射面102相对于摄像单元15所包含的光学系统18的光轴倾斜。另外，反射面102相对于光轴倾斜是指反射面102的法线朝向与光轴不同的方向。此外，反射面102例如也可以包含形成在作为基材的支柱101的表面上的金属薄膜反射镜或者电介质多层膜反射镜，尤其是也可以采用在不进行反射加工的状态下对入射的光进行反射的结构。
[0061]
在如上那样构成的观察装置10中，通过图7所示的像形成方法将光学像形成在摄像元件19上。具体而言，首先，光源单元14从壳体12内朝向壳体12外出射光(步骤s1)。之后，光偏转单元100将出射到壳体12外的光向朝向透射窗11的方向(以后为第1方向)偏转(步骤s2)。
[0062]
具体而言，在步骤s2中，相对于光轴倾斜的反射面102对透射培养容器c的上表面而入射到光偏转单元100的光进行反射。即，光偏转单元100将从光源单元14入射到壳体12外的光以与入射角θin不同的出射角θex、更具体而言以比入射角θin大的出射角θex向朝向透射窗11的第1方向偏转。另外，如图6所示，入射角θin是出射到光源单元14外的光向光偏转单元100入射的方向(以后记作第2方向。)与光学系统18的光轴之间的角度，出射角θex是第1方向与光学系统18的光轴之间的角度。
[0063]
由此，即便在使用高度高的培养容器的情况下，尽管光在不与培养容器接触的足够高的位置偏转，由在光偏转单元100中偏转并通过试样s上的一点的光构成的光线束在光学系统18的光瞳面上也如使用标准高度的培养容器时那样跨越光学系统18的光瞳pl的外缘而分布。即，在光偏转单元100中，反射面102的倾斜角度被预先决定为，通过试样s上的一
点的光线束在光学系统18的光瞳面上跨越光瞳pl的外缘而分布。
[0064]
然后，最后，摄像单元15的光学系统18会聚通过透射透射窗11入射到壳体12内的光，以将载置于透射窗11的培养容器c内的试样s的像形成在摄像元件19上(步骤s3)。由此，在摄像元件19上形成试样s的光学像，试样s的图像被取得。
[0065]
在本实施方式的观察装置10中，能够通过由光偏转单元100以比入射角θin大的出射角θex偏转后的光而形成试样s的光学像。因此，根据本实施方式的观察装置10，能够与收容试样s的培养容器无关地以高对比度使试样s可视化，能够发挥观察装置10的较高的观察性能。因此，不限于标准的培养容器c，能够良好地观察收容在任意的培养容器中的试样。
[0066]
此外，在本实施方式的观察装置10中，反射面102包含反射率较高的反射镜，由此光偏转单元100能够有效地将入射光偏转。因此，根据本实施方式的观察装置10，能够以高对比度得到明亮的图像。
[0067]
图8是用于说明光偏转单元的结构的另一例的图。图9是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。图10是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。以上，以观察装置10包含光偏转单元100的情况为例进行了说明，但代替光偏转单元100，观察装置10也可以包含图8至图10所示的光偏转单元110、光偏转单元120、光偏转单元130。
[0068]
图8所示的光偏转单元110具备支柱111、具有轴114且旋转自如地支承于支柱111的可动片112、以及形成于可动片112的反射面113。另外，可动片112是调整反射面113相对于光轴的角度的调整部的一例。
[0069]
在观察装置10包含光偏转单元110而代替光偏转单元100的情况下，也能够与培养容器无关地实现较高的观察性能。此外，通过包含光偏转单元110，能够使用可动片112来调整反射面113相对于光轴的角度，调整向光学系统18入射的光的角度分布。因此，也能够根据试样s、观察者的喜好等调整图像的对比度。此外，也可以根据光学系统18的规格(例如观察倍率、数值孔径)等调整反射面113的角度，从而调整图像的对比度。
[0070]
图9所示的光偏转单元120具备：支柱121、具有轴124及面125且旋转自如地支承于支柱121的可动片122、以及形成于可动片122的反射面123。另外，可动片122是调整反射面123相对于光轴的角度的调整部的一例。光偏转单元120具有在支柱121被固定于透射窗11的基端与自由端之间弯曲的形状，这一点与光偏转单元110相同。但是，光偏转单元120在如下方面与光偏转单元110不同，支柱121包含第1部分和第2部分，第1部分包含基端且沿铅垂方向延伸，该第2部分包含自由端且从第1部分沿水平方向延伸。
[0071]
在观察装置10包含光偏转单元120而代替光偏转单元100的情况下，也能够与培养容器无关地实现较高的观察性能。此外，通过包含光偏转单元120，能够与光偏转单元110同样地调整向光学系统18入射的光的角度分布，因此，也能够根据试样s、观察者的喜好等，并且根据光学系统18的规格，来调整对比度。
[0072]
此外，通过包含支柱121沿水平方向弯曲的光偏转单元120，支柱121的上表面即面125成为水平。因此，能够在面125上配置培养容器。由此，能够有效地利用空间有限的培养箱20内。
[0073]
另外，面125是不与光偏转单元120具有的透射窗11对置的第1面的一例。在图9中，示出了面125整体是水平的平面、即与透射窗11平行的平面的例子，但为了能够载置培养容器，面125的至少一部分是与透射窗11平行的平面即可，能够水平地支承培养容器即可。只
要能够水平地支承培养容器，则例如也可以设置定位构件，使得容易载置培养容器，还可以在面125的一部分设置凹凸。另外，在以后记载的光偏转单元中，不与这些光偏转单元具有的透射窗对置且能够载置培养容器的面是第1面的一例。
[0074]
图10所示的光偏转单元130具备具有面133的支柱131和形成于支柱131的反射面132。另外，光偏转单元130与光偏转单元100的不同之处在于，支柱131的第2部分的上表面即面133为水平的平面。其他方面与光偏转单元100相同。
[0075]
在观察装置10包含光偏转单元130而代替光偏转单元100的情况下，也能够与培养容器无关地实现较高的观察性能。此外，通过包含光偏转单元130，能够在面133上配置培养容器。由此，与光偏转单元120同样，能够有效地利用空间有限的培养箱20内。
[0076]
[第2实施方式]
[0077]
图11是例示出本实施方式的观察装置10a的结构的图。本实施方式的观察装置10a包含光偏转单元140而代替光偏转单元100，这一点与第1实施方式的观察装置10不同。更详细而言，观察装置10a及光偏转单元140在除了具有反射面之外还具有将通过光偏转单元而入射的光折射的折射面这一点与观察装置10及光偏转单元100不同。以下，参照图11具体进行说明。
[0078]
光偏转单元140具备具有面145的支柱141、形成于支柱141的反射面142、以及被配置为覆盖反射面142的棱镜143。另外，光偏转单元140中的除了棱镜143之外的结构与光偏转单元130相同。
[0079]
棱镜143具有楔形状，通过与支柱141的第2部分的组合而构成厚度均匀的平板。此外，棱镜143具有与透射窗11对置的面144。面144是将入射到光偏转单元140的光折射的折射面，设置在透射窗11与反射面142之间的光路上。因此，面144在光被反射面142反射前和反射后两次对光进行作用。尤其是，面144能够使被反射面142反射且结果是相对于光轴以比入射时大的角度行进的光偏转，使得相对于光轴以更大的角度行进，因此，能够使向光偏转单元140入射的入射角θin与出射角θex大幅不同。
[0080]
在本实施方式的观察装置10a中，也能够通过由光偏转单元140以比入射角θin大的出射角θex偏转后的光而形成试样s的光学像。因此，根据本实施方式的观察装置10a，能够与观察装置10同样地以高对比度使试样s可视化，能够与收容试样s的培养容器无关地发挥观察装置10a的较高的观察性能。因此，不限于标准的培养容器c，能够良好地观察收容在任意的培养容器中的试样。
[0081]
此外，在观察装置10a中，除了通过反射面的反射之外，还通过折射面的折射来取得入射角θin与出射角θex的角度差。因此，即便在使用了具有更大的数值孔径的光学系统的情况下，也能够充分地发挥其光学性能。此外，即便抑制反射面142的倾斜，也能够取得足够的角度差，因此，也能够抑制支柱141的第2部分的厚度。
[0082]
图12是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。以上，以观察装置10a包含光偏转单元140的情况为例进行了说明，但观察装置10a也可以包含图12所示的光偏转单元150来代替光偏转单元140。
[0083]
图12所示的光偏转单元150具备具有面155的支柱151、形成于支柱151的反射面152、以及被配置为覆盖反射面152的棱镜153。这些方面与光偏转单元140相同。
[0084]
棱镜153在具有楔形状这一点与棱镜143相同，但在楔的角度比棱镜143大这一点
与棱镜143不同。而且，由此在与透射窗11对置的面154(更严格地说是面154的法线)相对于光轴倾斜这一点也与棱镜143不同。另外，面154倾斜的方向与反射面152倾斜的方向相反。如果反射面152是相对于水平方向朝上倾斜的情况，则面154相对于水平方向朝下倾斜。
[0085]
在观察装置10a包含光偏转单元150而代替光偏转单元140的情况下，也能够与培养容器无关地实现较高的观察性能。此外，通过包含具有相对于光轴倾斜的折射面的光偏转单元150，如图12所示，能够使预想为强度最强的沿铅垂方向行进而向光偏转单元150入射的光在面154处在被反射面152反射前和反射后两次折射，因此，能够通过折射面(面154)产生更大的折射作用。因此，即便在使用了具有更大的数值孔径的光学系统的情况下，也能够充分地发挥其光学性能。
[0086]
[第3实施方式]
[0087]
图13是例示出本实施方式的观察装置10b的结构的图。本实施方式的观察装置10b在包含光偏转单元160而代替光偏转单元140这一点与第2实施方式的观察装置10a不同。观察装置10b及光偏转单元160包含具有多个折射面的线性棱镜板163而代替具有折射面的棱镜143，这一点与第2实施方式的观察装置10a及光偏转单元140不同。以下，参照图13具体进行说明。
[0088]
光偏转单元160具备具有面165的支柱161、形成于支柱161的反射面162、以及被配置为覆盖反射面162的线性棱镜板163。另外，支柱161包含从基端沿延长方向延伸的第1部分和从第1部分沿水平方向延伸的第2部分，反射面162与透射窗11平行。
[0089]
线性棱镜板163包含在与光轴交叉的方向上排列的多个折射面即面164。各个面164是将入射到光偏转单元160的光折射的相对于光轴倾斜的折射面，设置在反射面162与透射窗11之间的光路上。此外，多个折射面具有相同的倾斜角度，并且以固定间隔形成。即，光偏转单元160在与光轴交叉的方向上具有周期性构造。通过具有这样的周期性构造，线性棱镜板163能够具有使相对于光偏转单元160的入射角θin与出射角θex大幅不同的足够的折射作用，并且能够形成得比较薄。
[0090]
如图13所示，各个面164与图12所示的面154同样地对光进行作用，由此，即便是本实施方式的观察装置10b，也能够通过由光偏转单元160以比入射角θin大的出射角θex偏转后的光而形成试样s的光学像。因此，根据本实施方式的观察装置10b，能够与观察装置10a同样地以高对比度使试样s可视化，能够与收容试样s的培养容器无关地发挥观察装置10b的较高的观察性能。因此，不限于标准的培养容器c，能够良好地观察收容在任意的培养容器中的试样。
[0091]
此外，在观察装置10b中，反射面162水平且未倾斜，因此，能够使光偏转单元160的厚度变薄。此外，即便在光源单元14及摄像单元15根据观察位置而在壳体12内移动了的情况下，光源单元14及摄像单元15到面164及反射面162的距离实质上也不变化。因此，能够与观察位置无关地在相同的条件下观察试样s。此外，由于第2部分具有水平的上表面，因此，能够在第2部分上追加地配置培养容器。由此，能够有效地利用空间有限的培养箱20内。
[0092]
图14至图19分别是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。以上，以观察装置10b包含光偏转单元160的情况为例进行了说明，但代替光偏转单元160，观察装置10b也可以包含图14至图19所示的光偏转单元170至光偏转单元220。
[0093]
图14所示的光偏转单元170具备具有面175的支柱171、形成于支柱171的反射面
172、以及线性棱镜板173。另外，光偏转单元170的线性棱镜板173朝向与光偏转单元160的线性棱镜板163上下反转的方向，这一点与光偏转单元160不同。即，在光偏转单元170中，与反射面172接近地设置有分别作为折射面发挥功能的多个面174，水平的面176朝向透射窗11。另外，面174倾斜的方向与光偏转单元160的面164倾斜的方向相反。如果是面164相对于水平方向朝下倾斜的情况，则面174相对于水平方向朝上倾斜。
[0094]
即便在观察装置10b包含光偏转单元170而代替光偏转单元160的情况下，如图14所示，通过各个面174与图12所示的面164同样地对光进行作用，从而也能够通过由光偏转单元170以比入射角θin大的出射角θex偏转后的光而形成试样s的光学像。此外，除了面174之外，面176也作为使出射角θex大于入射角θin的折射面发挥作用，因此，能够产生比光偏转单元160更大的角度差。因此，即便在包含光偏转单元170的情况下，根据本实施方式的观察装置10b，也能够以高对比度使试样s可视化，能够与收容试样s的培养容器无关地发挥观察装置10b的较高的观察性能。因此，不限于标准的培养容器c，能够良好地观察收容在任意的培养容器中的试样。此外，关于能够使光偏转单元170的厚度变薄这一点、能够与观察位置无关地在相同的条件下观察试样s这一点，也与包含光偏转单元160的情况相同。此外，在光偏转单元170中，多个面174设置在光偏转单元170的内部，不向外部露出。其结果是，仅清扫平面部分即可，因此，光偏转单元170的清扫变得容易。
[0095]
图15所示的光偏转单元180具备具有面182和面183的支柱181、以及在与支柱181分离的状态下被支承的线性棱镜板184。另外，线性棱镜板184也可以与线性棱镜板163实质上相同，包含在与光轴交叉的方向上排列的多个折射面即面186、以及与面183相面对的面185。
[0096]
在光偏转单元180中，面186与面164同样地发挥作用，由此也能够产生入射角θin与出射角θex的角度差。此外，在光偏转单元180中，代替包含反射镜的反射面而设置有产生菲涅耳反射的多个反射面(面185、面183、面182)。这些反射面能够通过与反射面162同样地发挥作用而使光朝向透射窗11偏转。
[0097]
因此，即便在包含光偏转单元180的情况下，根据本实施方式的观察装置10b，也能够以高对比度使试样s可视化，能够与收容试样s的培养容器无关地发挥观察装置10b的较高的观察性能。因此，不限于标准的培养容器c，能够良好地观察收容在任意的培养容器中的试样。此外，关于能够使光偏转单元180的厚度变薄这一点、能够与观察位置无关地在相同的条件下观察试样s这一点，也与包含光偏转单元160的情况相同。此外，由于光偏转单元180具有通过菲涅耳反射而反射光的构造，因此，观察者能够从光偏转单元180的上方透过光偏转单元180而目视培养容器c。
[0098]
图16所示的光偏转单元190具备具有面195的支柱191、形成于支柱191的反射面192、以及线性棱镜板193。另外，光偏转单元190的反射面192例如是半反射镜等将入射光的一部分反射并使剩余部分透射的部分反射镜或分光器，这一点与光偏转单元170不同。关于其他方面，光偏转单元190与光偏转单元170相同。
[0099]
因此，即便在包含光偏转单元190的情况下，根据本实施方式的观察装置10b，也能够与包含光偏转单元170的情况同样地以高对比度使试样s可视化，能够与收容试样s的培养容器无关地发挥观察装置10b的较高的观察性能。因此，不限于标准的培养容器c，能够良好地观察收容在任意的培养容器中的试样。此外，关于能够使光偏转单元190的厚度变薄这
一点、能够与观察位置无关地在相同的条件下观察试样s这一点，也与包含光偏转单元170的情况相同。此外，由于光偏转单元190具有通过部分反射镜而反射光的构造，因此，观察者能够从光偏转单元190的上方透过光偏转单元190而目视培养容器c。具体而言，在将培养容器c载置于培养箱20内的状态下想要从培养箱20外部经由培养箱的透明窗而目视培养容器c的情形的情况下，即便在培养箱20内的下部(用户的视线覆盖光偏转单元的位置)载置了培养容器c及光偏转单元190，也能够透过光偏转单元190而目视培养容器c，因此，作业者的作业效率上升。
[0100]
图17所示的光偏转单元200包含形成有反射面202的线性棱镜板201。线性棱镜板201除了包含反射面202之外，还包含在与光轴交叉的方向上排列的多个折射面即面203。各个面203是将入射到光偏转单元200的光折射的相对于光轴倾斜的折射面，设置在反射面202与透射窗11之间的光路上。
[0101]
光偏转单元200的形成于线性棱镜板201的反射面202与光偏转单元160的形成于支柱161的反射面162同样地发挥作用，通过面203与光偏转单元160的面164同样地发挥作用，能够产生入射角θin与出射角θex的角度差。
[0102]
因此，即便在包含光偏转单元200的情况下，根据本实施方式的观察装置10b，也能够与包含光偏转单元160的情况同样地以高对比度使试样s可视化，能够与收容试样s的培养容器无关地发挥观察装置10b的较高的观察性能。因此，不限于标准的培养容器c，能够良好地观察收容在任意的培养容器中的试样。此外，通过在线性棱镜板201的表面形成反射面，能够使光偏转单元200的厚度进一步变薄。另外，关于能够与观察位置无关地在相同的条件下观察试样s这一点，与包含光偏转单元160的情况相同。
[0103]
图18所示的光偏转单元210包含线性棱镜板211。线性棱镜板211包含在与光轴交叉的方向上排列的多个反射面即反射面212、以及折射面即面213。各个反射面212是相对于光轴倾斜的反射面，在光偏转单元210中，通过在反射面212反射光，能够产生入射角θin与出射角θex的角度差，并且，能够通过面213来扩大该角度差。
[0104]
因此，即便在包含光偏转单元210的情况下，根据本实施方式的观察装置10b，也能够与包含光偏转单元160的情况同样地以高对比度使试样s可视化，能够与收容试样s的培养容器无关地发挥观察装置10b的较高的观察性能。因此，不限于标准的培养容器c，能够良好地观察收容在任意的培养容器中的试样。此外，关于通过在线性棱镜板211的表面形成反射面而能够使光偏转单元210的厚度进一步变薄这一点、能够与观察位置无关地在相同的条件下观察试样s这一点，与包含光偏转单元200的情况相同。
[0105]
图19所示的光偏转单元220包含线性棱镜板221。线性棱镜板221包含在与光轴交叉的方向上排列的多个反射面即反射面222、以及面223。除了反射面222设置为与透射窗11相面对这一点之外，光偏转单元220与光偏转单元210相同。反射面222倾斜的方向也与光偏转单元210的反射面212倾斜的方向相同。即，如果反射面212是相对于水平方向朝上倾斜的情况，则反射面222相对于水平方向朝上倾斜。在光偏转单元220中，通过在反射面222反射光，能够产生入射角θin与出射角θex的角度差。
[0106]
因此，即便在包含光偏转单元220的情况下，根据本实施方式的观察装置10b，也能够与包含光偏转单元210的情况同样地以高对比度使试样s可视化，能够与收容试样s的培养容器无关地发挥观察装置10b的较高的观察性能。因此，不限于标准的培养容器c，能够良
好地观察收容在任意的培养容器中的试样。此外，关于通过在线性棱镜板221的表面形成反射面而能够使光偏转单元220的厚度进一步变薄这一点、能够与观察位置无关地在相同的条件下观察试样s这一点，也与包含光偏转单元210的情况相同。
[0107]
[第4实施方式]
[0108]
图20是例示出本实施方式的观察装置10c的结构的图。图21是用于说明光偏转单元的结构的又一例的图。参照图3，如上所述，当依赖于培养容器的上表面的反射光使试样s可视化时，如果培养容器的高度变得过高，则对比度会下降。但是，也不是说培养容器的高度越低越好。当培养容器的高度过低时，利用培养容器的上表面的反射光无法照明充分的范围，因此，无法观察摄像单元15的视野整体。尤其是在使用视野宽且具有倍率比较低的观察倍率的摄像单元15的情况下，该问题显著发生。本实施方式的观察装置10c通过使用光偏转单元230来解决这样的技术问题。
[0109]
本实施方式的观察装置10c在包含图21所示的光偏转单元230而代替光偏转单元100这一点与第1实施方式的观察装置10不同。更详细而言，观察装置10c及光偏转单元230在从光偏转单元230出射的出射角θex比向光偏转单元230入射的入射角θin小这一点与观察装置10及光偏转单元100不同。
[0110]
图21所示的光偏转单元230具备具有面233的支柱231、形成于支柱231的反射面232、以及线性棱镜板234。另外，光偏转单元230在线性棱镜板234朝向与光偏转单元170的线性棱镜板173左右反转的方向这一点与光偏转单元170不同。即，在光偏转单元230中，与反射面232接近地设置有分别作为折射面发挥功能的多个面235，水平的面236朝向透射窗11。另外，面235倾斜的方向与光偏转单元170的面174倾斜的方向相反。如果是面174相对于水平方向朝上倾斜的情况，则面235相对于水平方向朝下倾斜。该方向的不同产生如下的不同：面174以使出射角θex大于入射角θin的方式对光进行作用，与此相对，面235以使出射角θex小于入射角θin的方式对光进行作用。
[0111]
在本实施方式的观察装置10c中，通过光偏转单元230使出射角θex小于入射角θin，由此，即便在与培养容器c2配合地降低了光偏转单元230的高度的情况下，也能够确保充分的照明范围。因此，根据观察装置10c，能够充分地发挥观察装置10c的性能，在维持高对比度的同时观察视野整体。此外，由于能够抑制光偏转单元230的高度，因此，能够使观察装置10c整体小型化。
[0112]
另外，以上示出了观察装置10c包含光偏转单元230的例子，但观察装置10c也可以包含使出射角θex小于入射角θin的其他光偏转单元来代替光偏转单元230。这样的光偏转单元例如也可以如光偏转单元230那样，折射面朝向与使出射角θex大于入射角θin的光偏转单元相反的方向倾斜。此外，也可以是，反射面朝向与使出射角θex大于入射角θin的光偏转单元相反的方向倾斜。此外，也可以是它们的组合。此外，这样的光偏转单元也可以如图22所示的光偏转单元240那样，折射面朝向与使出射角θex大于入射角θin的光偏转单元相同的方向倾斜。此外，也可以是，反射面朝向与使出射角θex大于入射角θin的光偏转单元相同的方向倾斜。
[0113]
另外，在图20中，作为即便在与培养容器的高度配合地降低光偏转单元的高度而紧凑地构成的情况下也能够确保足够宽的视野的结构，例示出包含使出射角θex小于入射角θin的光偏转单元230的观察装置10c，但包含使出射角θex小于入射角θin的光偏转单元
的观察装置也可以如图22所示的观察装置10d那样，用于使用收容试样的部分的面积小的培养容器c3(例如，每一孔的面积较小的多孔板等)的情况。
[0114]
在使用多孔板的情况下，当由光偏转单元偏转后的光具有较大的出射角时，在向摄像单元15入射之前，被孔的侧面等遮挡。另一方面，在光源单元14与摄像单元15之间需要某种程度的距离，通过调整该距离来减小向光偏转单元入射的入射角也存在极限。因此，为了实现较小的出射角，期望如光偏转单元240那样使用实现比入射角小的出射角的结构，在使用多孔板的情况下，具有光偏转单元240的观察装置10d是适合的。
[0115]
具体说明的话，在图22所示的观察装置10d中，从光源单元14出射的照明光通过收容有观察对象的试样的孔与摄像单元15之间的间隙，以横切摄像单元15(光学系统18)的光轴的方式行进，以比较大的角度向光偏转单元240入射。之后，入射到光偏转单元240的照明光在线性棱镜板244中以相对于光轴的角度变小的方式折射，并通过形成于支柱241的反射面242而反射。由反射面242反射后的照明光在线性棱镜板244的表面上朝接近光轴的方向折射，以相对于摄像单元15(光学系统18)的光轴比入射时小的角度出射。
[0116]
这样，通过以相对于线性棱镜板244的表面的法线较大的角度使照明光入射并在线性棱镜板244中使照明光大幅折射，能够减小照明光相对于光轴的角度，并且使其返回原来的方向。使照明光以较小的角度返回原来的方向的上述结构即便在收容试样的部分的面积较小的培养容器的情况下，也能够不与容器的侧面发生干涉而使照明光从摄像单元15与孔之间的狭窄间隙返回光学系统18。因此，在使用多孔板这样的培养容器的情况下尤其适合。
[0117]
上述实施方式是为了容易理解发明而示出的具体例，本发明不限于这些实施方式。能够包含将上述实施方式变形而得到的变形方式以及代替上述实施方式的代替方式。即，各实施方式能够在不脱离其主旨及范围的范围内对结构要素进行变形。此外，通过适当组合在1个以上的实施方式中公开的多个结构要素，能够实施新的实施方式。此外，也可以从各实施方式所示的结构要素中删除若干结构要素，或者还可以向实施方式所示的结构要素追加若干结构要素。此外，只要不矛盾，则也可以改变各实施方式所示的处理步骤的顺序而执行。即，本发明的观察装置、光偏转单元及像形成方法在不脱离权利要求书的记载的范围内能够进行各种变形、变更。
[0118]
在上述实施方式中，例示出具有反射面的光偏转单元，但代替反射面，光偏转单元也可以使用衍射光栅，例如反射型的衍射光栅。也可以通过反射型的衍射光栅使入射到光偏转单元的光大幅偏转。通过使用衍射光栅，与具有大幅倾斜的反射面的情况相比，能够使光偏转单元的厚度变薄。
[0119]
在上述实施方式中，说明了培养容器具有皿或烧瓶等特定的形状的例子，但由于能够不依赖于培养容器的上表面的反射光而使试样可视化，因此，培养容器的形状也可以进行各种变化，例如也可以是透明或半透明的袋等。尤其是在采用容器形状灵活变化的袋的情况下，也可以在壳体或光偏转单元中设置袋的定位用构件。由此，能够实现稳定的观察。
[0120]
图23是对光偏转单元的使用方法进行说明的图。在上述实施方式中，示出了光偏转单元包含在观察装置中的例子，但光偏转单元与观察装置一起使用即可，也可以不是观察装置的结构要素。例如，如图23所示，光偏转单元250也可以是不构成观察装置10的辅助
器具，也可以与观察装置10分开地单独在市场上流通。光偏转单元250也可以在载置于培养容器c的上表面的状态下使用，与光偏转单元100至光偏转单元230同样，能够将从壳体12内出射到壳体12外的光以期望的角度再次导向壳体12内。另外，光偏转单元250也可以用作在层叠多个培养容器c时使用的辅助器具。
[0121]
在本说明书中，“基于a”这样的表现并不是指“仅基于a”，而是指“至少基于a”，此外也指“至少部分地基于a”。即，“基于a”可以在基于a的基础上还基于b，也可以基于a的一部分。
[0122]
在本说明书中，“实质上”这样的用语是指充分接近于发挥被该用语修饰的特征所具有的优点的程度。例如，“实质上平行”这样的表现不限于完全平行，也指以发挥通过平行而得到的优点的程度大致平行的情况。
[0123]
在本说明书中，修饰名词的“第1”、“第2”等用语不限定名词所表现的要素的量或顺序。这些用语是为了区分2个以上的要素之间而使用的，既不是其以下也不是其以上。因此，“第1”要素和“第2”要素被确定并不是指“第1”要素先于“第2”要素，此外也不是否定“第3”要素的存在。
[0124]
标号说明
[0125]1…
系统，10、10a、10b、10c、10d
…
观察装置，11
…
透射窗，12
…
壳体，14
…
光源单元，15
…
摄像单元，16
…
光源，17
…
扩散板，18
…
光学系统，19
…
摄像元件，20
…
培养箱，30
…
控制装置，40、50
…
客户终端，100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250
…
光偏转单元，102、113、123、132、142、152、162、172、192、202、212、222、232、242
…
反射面，143、153
…
棱镜，163、173、184、193、201、211、221、234、244
…
线性棱镜板，c、c1、c2、c3
…
培养容器，l1、l2
…
光线束，p
…
点，pl
…
光瞳，s
…
试样。