專利名稱：：微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及對發(fā)出微弱光的標(biāo)本進(jìn)行攝像的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置，特別涉及在發(fā)出微弱熒光的標(biāo)本、進(jìn)行生物體發(fā)光的標(biāo)本等的具有微小發(fā)光源的標(biāo)本的攝像中適用的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置。
背景技術(shù)：
：近年來，在細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等研究領(lǐng)域，將綠色熒光蛋白質(zhì)(GFP，GreenFluorescentProtein)及作為生物發(fā)光酶的熒光素酶(hiciferase)基因作為表達(dá)的報(bào)告物起作用，對細(xì)胞內(nèi)的特定部位及功能蛋白質(zhì)添加熒光標(biāo)識及發(fā)光標(biāo)識來觀察生物體細(xì)胞的必要性提高了。在使用GFP的觀察中，GFP是對應(yīng)于激勵(lì)光的照射而發(fā)出熒光的蛋白質(zhì)，由于對使GFP作用的標(biāo)本照射大強(qiáng)度的激勵(lì)光而得到熒光，所以容易給標(biāo)本造成損傷，12小時(shí)程度的觀察是極限，但在使用熒光素酶的觀察中，由于熒光素酶是自發(fā)光酶，不需要對標(biāo)本造成損傷的激勵(lì)光，所以能夠進(jìn)行5天左右的觀察。另一方面，在使用GFP的觀察中，例如能夠通過共焦激光掃描顯微鏡將激勵(lì)光聚集在標(biāo)本的一點(diǎn)上而增大熒光的發(fā)光量，但在使用熒光素酶的觀察中，由于不能通過激勵(lì)光增大發(fā)光量，所以不得不利用來自熒光素酶的微弱光觀察標(biāo)本。一般，捕捉微弱光的用途較廣泛，并不限于使用熒光素酶的觀察，有在使用GFP的觀察中也減弱激勵(lì)光進(jìn)行觀測的情況、以及DNA芯片的熒光測光、微生物的鞭毛的暗視場觀察等。對于這樣的用途，正在進(jìn)行高靈敏度的冷卻CCD攝像機(jī)的開發(fā)。此外，在捕捉微弱光的用途中，為了能夠從標(biāo)本聚集更多的光，以往在對標(biāo)本的像進(jìn)行成像的光學(xué)系統(tǒng)中使用了數(shù)值孔徑(NA:NumericalAperture)較大的物鏡。另外，除了利用物鏡增大標(biāo)本側(cè)的NA的方法之外，還可以將具有縮小倍率的透鏡配置在顯微鏡的成像透鏡的像側(cè)來增大成像側(cè)的NA，但其目的是使通過目視觀察的視場與CCD拍攝的視場的大小一致，而不是為了進(jìn)行微弱光的觀察。圖28表示配置了具有縮小倍率的透鏡的成像光學(xué)系統(tǒng)的一例。如圖28所示，具有縮小倍率的透鏡104配置在由物鏡102及成像透鏡103構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)的像空間、即成像透鏡103與像面106之間的空間，作為整體在像側(cè)形成了遠(yuǎn)心的成像光學(xué)系統(tǒng)。在標(biāo)本IOI上，處于光軸OA3上的物點(diǎn)101a和從光軸OA3偏離的物點(diǎn)101b，在沒有配置透鏡104的情況下分別成像在像面106上的像點(diǎn)106a、106b上，但在配置有透鏡104的情況下，分別成像在像面105上的像點(diǎn)105a、105b上。此外，在該例中，像點(diǎn)105b同像點(diǎn)106b相比成像為約1/2倍的高度。另外，被設(shè)定為，不論透鏡104的配置與否，成像光學(xué)系統(tǒng)的射出光瞳Pu的位置及口徑都不變化。此外，在圖28所示的在像側(cè)遠(yuǎn)心的成像光學(xué)系統(tǒng)，以往經(jīng)常利用于測長顯微鏡等，近年來作為CCD攝像機(jī)用所必需的光學(xué)系統(tǒng)使用。所謂的在像側(cè)遠(yuǎn)心的成像光學(xué)系統(tǒng)，是指射出光瞳位于無限遠(yuǎn)的光學(xué)系統(tǒng)，是從該光學(xué)系統(tǒng)射出并朝向各像點(diǎn)的主光線平行于光軸的光學(xué)系統(tǒng)。通常，在CCD攝像機(jī)中，隨著相對于攝像面的光的入射角變大而靈敏度降低，所以為了在整個(gè)攝像面進(jìn)行均勻且高靈敏度的攝像，需要使入射到CCD攝像機(jī)的各像素中的光的主光線垂直于攝像面，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，在像側(cè)遠(yuǎn)心的成像光學(xué)系統(tǒng)是必須的。此外，在像側(cè)遠(yuǎn)心的成像光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)常利用于顯微鏡等(例如參照專利文獻(xiàn)K2)。在專利文獻(xiàn)l公開的顯微鏡中，通過配置根據(jù)隨物鏡更換而發(fā)生的射出光瞳位置的變化能夠更換的光學(xué)機(jī)構(gòu)，即使在更換了物鏡的情況下，也能夠?qū)⑾駛?cè)維持為遠(yuǎn)心。此外，在專利文獻(xiàn)2公開的顯微鏡中，通過使CCD攝像機(jī)的攝像面相對于光軸稍稍傾斜，即使在使用了激光光源的情況下也不會(huì)在攝像面上生成干涉條紋，能夠得到鮮明的觀察圖像。另外，在CCD攝像機(jī)中，除了高靈敏度化之外，還進(jìn)行高分辨力化的開發(fā)，例如實(shí)現(xiàn)了像素尺寸為23Um、像素?cái)?shù)為500萬個(gè)的高精度的CCD攝像機(jī)。并且，通過將這樣的高精度的CCD攝像機(jī)與顯微鏡組合，開發(fā)出了稱作虛擬幻燈機(jī)(VirtualSlide)的裝置。在虛擬幻燈機(jī)中，使用倍率為20倍左右、將像面彎曲及變形抑帶]得很小的成像光學(xué)系統(tǒng)，預(yù)先取得將顯微鏡用試片上的標(biāo)本分割為多個(gè)區(qū)域后拍攝的多個(gè)圖像，將取得的各圖像在圖像數(shù)據(jù)上接合之后，通過電子放大處理即電子縮放將5100倍程度的任意倍率的圖像顯示在監(jiān)視器上。這樣，即使實(shí)際的顯微鏡和標(biāo)本不在現(xiàn)場，虛擬幻燈機(jī)也能夠?qū)⒏呔鹊臉?biāo)本圖像顯示在監(jiān)視器上，所以能夠作為醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生用的教材使用。專利文獻(xiàn)1:日本特許第2990871號公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2000—235150號公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本特開2004—191252號公報(bào)非專利文獻(xiàn)1:DavidK.Welsh,Seung-HeeYoo，AndrewC,Liu，JosephS.Takahashi，andSteveA.Kay,"BioluminescenceImagingofIndividualFibroblastsRevealsPersistent,IndependentlyPhasedCircadianRhythmsofClockGeneExpression",CurrentBiology,2004,Vol.14,p.2289-2295非專利文獻(xiàn)2:N.Takasuka，M.R.H.White,C.D.Wood.W.R.Robertson,andJ.R.E.Davis,"DynamicChangesinProlactinPromoterActivationinIndividualLivingLactotrophicCells",Endocrinology,1998:Vol.139p.1361-1368但是，將熒光素酶基因作為報(bào)告基因?qū)氲郊?xì)胞中，以熒光素酶活性所產(chǎn)生的來自細(xì)胞的發(fā)光量作為指標(biāo)來調(diào)查熒光素酶基因的表達(dá)強(qiáng)度時(shí)，通過將目的DNA片段連接到熒光素酶基因的上游或下游，能夠調(diào)査該DNA片段對熒光素酶基因的復(fù)制產(chǎn)生的影響。此外，通過將認(rèn)為會(huì)給熒光素酶基因的復(fù)制造成影響的復(fù)制因子等基因連接到表達(dá)遺傳媒介上而與熒光素酶基因一起表達(dá)，能夠調(diào)査該基因產(chǎn)物給熒光素酶基因的表達(dá)帶來的影響。在將熒光素酶基因等報(bào)告基因?qū)氲郊?xì)胞中的方法中，有磷酸鈣法、脂質(zhì)體(Lipofectin)法及正電子法等，這些方法根據(jù)導(dǎo)入的目的及細(xì)胞的種類而分開使用。并且，在熒光素酶活性所產(chǎn)生的來自細(xì)胞的發(fā)光量的測量中，在使細(xì)胞溶解液與含有熒光素酶、ATP及鎂等的基質(zhì)溶液反應(yīng)后，通過使用了光電倍增管的光度計(jì)將發(fā)光量定量。在該測量中，在溶解了細(xì)胞之后測量發(fā)光量，所以能夠?qū)⒛硞€(gè)時(shí)刻的表達(dá)量作為細(xì)胞整體的平均值來測量。此外，為了捕捉基因的表達(dá)量的經(jīng)時(shí)變化，需要按時(shí)間序列測量來自活細(xì)胞的發(fā)光量。例如，對培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)器設(shè)計(jì)光度計(jì)的功能，通過每隔一定時(shí)間測量從培養(yǎng)中的整個(gè)細(xì)胞集團(tuán)發(fā)出的光量，能夠測量具有一定周期性的表達(dá)節(jié)奏等。在此情況下，測量細(xì)胞全體的經(jīng)時(shí)的表達(dá)量的變化。另一方面，在基因的表達(dá)為一過性的情況下，各個(gè)細(xì)胞中的表達(dá)量產(chǎn)生較大的偏差。例如，即使是HeLa細(xì)胞等已克隆的培養(yǎng)細(xì)胞，通過細(xì)胞膜表面的受體做出的藥劑響應(yīng)在各個(gè)細(xì)胞中也有偏差。艮口，存在即使未檢測出作為細(xì)胞整體的響應(yīng)、但幾個(gè)細(xì)胞在響應(yīng)的情況。在該情況下，測量各個(gè)細(xì)胞中的表達(dá)量、而不是測量來自細(xì)胞整體的表達(dá)量，這是很重要的。但是，為了用顯微鏡等觀察各個(gè)細(xì)胞的發(fā)光，由于來自活細(xì)胞的發(fā)光量非常弱，所以存在必須使用例如光子計(jì)數(shù)CCD攝像機(jī)、一90'C左右的冷卻CCD攝像機(jī)等高靈敏度CCD攝像機(jī)進(jìn)行30分鐘左右的長時(shí)間曝光的問題(參照非專利文獻(xiàn)l、2)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，目的是提供一種微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置，即使是作為發(fā)光色素導(dǎo)入了熒光素酶基因的細(xì)胞那樣的發(fā)出微弱光的標(biāo)本，也能夠利用0'C左右的較高溫的冷卻CCD攝像機(jī)，不進(jìn)行光子計(jì)數(shù)而以較短的曝光時(shí)間拍攝標(biāo)本為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元，具備成像光學(xué)系統(tǒng)，將具有發(fā)出微弱光的點(diǎn)光源的標(biāo)本的標(biāo)本像成像；攝像機(jī)構(gòu)，具有對入射的光進(jìn)行受光的多個(gè)像素，拍攝對應(yīng)于上述標(biāo)本像的圖像；而且，上述成像光學(xué)系統(tǒng)在該成像光學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)本像側(cè)是遠(yuǎn)心的，并且將來自上述點(diǎn)光源的微弱光聚光，形成與上述像素大致相同的大小、或者比上述像素小的艾里斑。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元是，在上述發(fā)明中，上述成像光學(xué)系統(tǒng)具備物鏡，在該成像光學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)本側(cè)是遠(yuǎn)心的，并且將來自上述點(diǎn)光源的微弱光變換為平行光束；成像透鏡，將由上述物鏡變換的平行光束聚光，形成上述艾里斑。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元是，在上述發(fā)明中，上述物鏡配置成，能夠同焦距和標(biāo)本側(cè)數(shù)值孔徑中的至少一個(gè)與該物鏡不同的更換物鏡進(jìn)行更換。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元是，在上述發(fā)明中，上述物鏡具有作為配置該物鏡時(shí)的基準(zhǔn)的物方配置基準(zhǔn)面，并且該物鏡配置成，能夠同從該物方配置基準(zhǔn)面到標(biāo)本側(cè)焦點(diǎn)及射出光瞳的各距離與該物鏡大致相等的上述更換物鏡進(jìn)行更換。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元是，在上述發(fā)明中，其特征在于，上述物鏡具備開口孔徑可變的可變亮度光闌(AS:ApertureStop)。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元是，在上述發(fā)明中，上述成像透鏡配置成，能夠同焦點(diǎn)距離及標(biāo)本像側(cè)數(shù)值孔徑中的至少一個(gè)與該成像透鏡不同的更換成像透鏡進(jìn)行更換。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元是，在上述發(fā)明中，上述成像透鏡具有作為配置該成像透鏡時(shí)的基準(zhǔn)的成像配置基準(zhǔn)面，并且該成像透鏡配置成，能夠同從該成像配置基準(zhǔn)面到標(biāo)本像側(cè)焦點(diǎn)及射出光瞳的各距離與該成像透鏡大致相等的上述更換成像透鏡進(jìn)行更換。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元是，在上述發(fā)明中，上述成像透鏡具有與上述物鏡的射出光瞳直徑同等或其以上的大小的入射瞳直徑。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元是，在上述發(fā)明中，上述攝像機(jī)構(gòu)配置成，能夠同規(guī)定的攝像特性與該攝像機(jī)構(gòu)不同的更換攝像機(jī)構(gòu)進(jìn)行更換。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元是，在上述發(fā)明中，上述成像光學(xué)系統(tǒng)的成像倍率為大致2倍以上、大致8倍以下。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置，具備上述的微弱光標(biāo)本攝像單元；標(biāo)本保持機(jī)構(gòu)，保持上述標(biāo)本；照明機(jī)構(gòu)，對上述標(biāo)本進(jìn)行照明；以及焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使上述成像光學(xué)系統(tǒng)、上述攝像機(jī)構(gòu)及上述標(biāo)本保持機(jī)構(gòu)的至少1個(gè)沿上述微弱光標(biāo)本攝像單元的光軸方向移動(dòng)，進(jìn)行上述微弱光標(biāo)本攝像單元對于上述標(biāo)本的對焦；上述成像光學(xué)系統(tǒng)將由上述照明機(jī)構(gòu)照射的照射光、即透射或反射了上述標(biāo)本的照射光進(jìn)行聚光，使上述標(biāo)本的明視場標(biāo)本像成像；上述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行對焦，使上述明視場標(biāo)本像被鮮明地成像。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，具備上述的微弱光標(biāo)本攝像單元；標(biāo)本保持機(jī)構(gòu)，保持上述標(biāo)本；照明機(jī)構(gòu)，對上述標(biāo)本進(jìn)行照明；以及焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使上述物鏡、上述成像透鏡、上述攝像機(jī)構(gòu)及上述標(biāo)本保持機(jī)構(gòu)的至少1個(gè)沿上述微弱光標(biāo)本攝像單元的光軸方向移動(dòng)，進(jìn)行上述微弱光標(biāo)本攝像單元對于上述標(biāo)本的對焦；上述成像光學(xué)系統(tǒng)將由上述照明機(jī)構(gòu)照射的照射光、即透射或反射了上述標(biāo)本的照射光進(jìn)行聚光，使上述標(biāo)本的明視場標(biāo)本像成像；上述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行對焦，使上述明視場標(biāo)本像被鮮明地成像。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，具備熒光單元，具有使激勵(lì)上述標(biāo)本的激勵(lì)光有選擇地透射的激勵(lì)光透射濾光器、使從由上述激勵(lì)光激勵(lì)的標(biāo)本發(fā)出的熒光有選擇地透射的熒光透射濾光器、以及反射上述激勵(lì)光而使上述熒光透射的分色鏡，熒光單元在上述物鏡與上述成像透鏡之間可插入脫離地配置；熒光照射機(jī)構(gòu)，具有發(fā)出上述激勵(lì)光的激勵(lì)光源，通過上述分色鏡反射從該激勵(lì)光源發(fā)出的激勵(lì)光并照射在上述標(biāo)本上；上述成像光學(xué)系統(tǒng)將上述熒光作為上述微弱光進(jìn)行聚光，形成上述艾里斑。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，具備熒光切換機(jī)構(gòu)，該熒光切換機(jī)構(gòu)保持對于上述激勵(lì)光及上述熒光的至少一方的光學(xué)特性相互不同的多個(gè)上述熒光單元，有選擇地將該保持的多個(gè)熒光單元中的1個(gè)熒光單元配置到上述物鏡與上述成像透鏡之間。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，上述熒光照射機(jī)構(gòu)使上述激勵(lì)光成為大致平行光束而照射在上述標(biāo)本上。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，具備可插入脫離地配置在上述物鏡與上述成像透鏡之間、從上述微弱光中提取規(guī)定波長區(qū)域的光的波長提取濾光器。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，具備濾光器切換機(jī)構(gòu)，該濾光器切換機(jī)構(gòu)保持提取的波長區(qū)域相互不同的多個(gè)上述波長提取濾光器，有選擇地將該保持的多個(gè)波長提取濾光器中的至少1個(gè)波長提取濾光器配置在上述物鏡與上述成像透鏡之間，其中包括不配置濾光器。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，具備分色鏡，可插入脫離地配置在上述物鏡與上述成像透鏡之間，使上述微弱光中的規(guī)定的第1波長區(qū)域的光透射，并且將與該第1波長區(qū)域不同的第2波長區(qū)域的光反射；反射側(cè)成像透鏡，將由上述分色鏡反射的上述第2波長區(qū)域的光聚光；以及反射側(cè)攝像機(jī)構(gòu)，具有多個(gè)像素，對由上述反射側(cè)成像透鏡聚光的上述第2波長區(qū)域的光進(jìn)行受光；上述反射側(cè)成像透鏡形成與上述反射側(cè)攝像機(jī)構(gòu)所具有的像素內(nèi)的受光區(qū)域大致內(nèi)切的大小的艾里斑。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，具備分色鏡切換機(jī)構(gòu)，該分色鏡切換機(jī)構(gòu)保持上述第1波長區(qū)域及上述第2波長區(qū)域的至少一個(gè)相互不同的多個(gè)上述分色鏡，有選擇地將該保持的多個(gè)分色鏡中的1個(gè)分色鏡配置在上述物鏡與上述成像透鏡之間。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，具備透射側(cè)波長提取濾光器，可插入脫離地配置在上述分色鏡與上述成像透鏡之間,從上述第1波長區(qū)域的光中提取規(guī)定的第3波長區(qū)域的光;以及反射側(cè)波長提取濾光器，可插入脫離地配置在上述分色鏡與上述反射側(cè)成像透鏡之間，從上述第2波長區(qū)域的光中提取規(guī)定的第4波長區(qū)域的光。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，具備反射鏡，可插入脫離地配置在上述物鏡與上述成像透鏡之間，將透射上述標(biāo)本或反射的上述照明光反射；明視場成像透鏡，將由上述反射鏡反射的照射光進(jìn)行聚光，使上述標(biāo)本的明視場像成像；明視場攝像機(jī)構(gòu)，拍攝與由上述明視場成像透鏡成像的明視場像對應(yīng)的明視場圖像。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，具備位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使上述成像光學(xué)系統(tǒng)或上述攝像機(jī)構(gòu)沿與上述微弱光標(biāo)本攝像單元的光軸大致正交的方向移動(dòng)，進(jìn)行上述攝像機(jī)構(gòu)與上述反射側(cè)攝像機(jī)構(gòu)或上述明視場攝像機(jī)構(gòu)的位置對準(zhǔn)。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，具備進(jìn)行上述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的對焦及上述位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位置對準(zhǔn)中的至少一個(gè)的自動(dòng)控制的調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，上述標(biāo)本保持機(jī)構(gòu)具備收容機(jī)構(gòu)，將上述標(biāo)本保持在內(nèi)部；環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)上述收容機(jī)構(gòu)內(nèi)部的環(huán)境條件。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，上述環(huán)境條件是與上述收容機(jī)構(gòu)內(nèi)部的溫度、濕度、氣壓及成分濃度中的至少1個(gè)相對應(yīng)的條件。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，該微弱光標(biāo)本攝像裝置配置在遮斷來自外部的光的遮光機(jī)構(gòu)內(nèi)。此外，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像裝置是，在上述發(fā)明中，具備將上述攝像機(jī)構(gòu)拍攝的圖像、即與上述明視場標(biāo)本像和通過上述微弱光形成的上述標(biāo)本像分別對應(yīng)的圖像重合顯示的顯示機(jī)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置，即使是導(dǎo)入了熒光素酶作為發(fā)光色素的細(xì)胞這樣的發(fā)出微弱光的標(biāo)本，也可以通過0"C左右的比較高溫的冷卻CCD攝像機(jī)不進(jìn)行光子計(jì)數(shù)而以較短的曝光時(shí)間對標(biāo)本像進(jìn)行攝像。圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示由圖1所示的微弱光標(biāo)本攝像單元形成的艾里斑的圖。圖3—1是表示使艾里斑直徑與像素內(nèi)的受光區(qū)域的大小大致相等時(shí)的艾里斑的光量分布的圖。圖3—2是表示在艾里斑內(nèi)包含4個(gè)像素時(shí)的艾里斑的光量分布的圖。圖3—3是表示在1個(gè)像素的受光區(qū)域包含2個(gè)艾里斑時(shí)的艾里斑的光量分布的圖。圖4是表示成像側(cè)NA與艾里斑直徑的關(guān)系的圖。圖5是說明光學(xué)低通濾光器的特性的圖。圖6是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖7—1是表示利用圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置拍攝了標(biāo)本的明視場像的圖像的圖。圖7—2是表示利用圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置將標(biāo)本的自發(fā)光所產(chǎn)生的像曝光1分鐘后拍攝的圖像的圖。圖7—3是表示利用圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置將標(biāo)本的自發(fā)光所產(chǎn)生的像曝光5分鐘后拍攝的圖像的圖。圖7—4是將圖7—1及圖7—3所示的圖像重疊顯示的圖像的圖。圖8—1是說明利用圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置制作實(shí)驗(yàn)標(biāo)本的制作方法的圖。圖8—2是說明利用圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置制作實(shí)驗(yàn)標(biāo)本的制作方法的圖。圖9一1是表示利用圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置拍攝了標(biāo)本的明視場像的圖像的圖。圖9—2是表示利用圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置將標(biāo)本的自發(fā)光所產(chǎn)生的像曝光1分鐘后拍攝的圖像的圖。圖9一3是將圖9一1及圖9一2所示的圖像重疊放大顯示的圖像的圖。圖10是表示測量了圖9一3所示圖像中的、從與規(guī)定區(qū)域相對應(yīng)的標(biāo)本來的發(fā)光強(qiáng)度的經(jīng)時(shí)變化的結(jié)果的圖。圖11是說明利用圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像單元進(jìn)行的標(biāo)本的深度方向上的成像狀態(tài)的圖。圖12是表示相對于標(biāo)本深度的測光量變化的圖。圖13—1是表示利用綜合倍率設(shè)為2倍的微弱光標(biāo)本攝像單元拍攝了由微弱光生成的標(biāo)本像的圖像的圖。圖13—2是表示利用綜合倍率設(shè)為4倍的微弱光標(biāo)本攝像單元拍攝了由微弱光生成的標(biāo)本像的圖像的圖。圖13—3是表示利用綜合倍率設(shè)為8倍的微弱光標(biāo)本攝像單元拍攝了由微弱光生成的標(biāo)本像的圖像的圖。圖14是表示按每個(gè)微弱光標(biāo)本攝像單元的綜合倍率考察了由微弱光生成的標(biāo)本像狀態(tài)的結(jié)果的圖。圖15是表示微弱光標(biāo)本攝像單元中的物鏡、綜合倍率、測光深度及焦點(diǎn)深度的對應(yīng)關(guān)系的圖。圖16是表示與顯微鏡用物鏡的種類相對應(yīng)的焦距及數(shù)值孔徑的圖。圖17是表示在圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置中附加了反射熒光裝置時(shí)的主要部分結(jié)構(gòu)的圖。圖18是表示在圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置中附加了平行光束照明用的反射熒光照明裝置時(shí)的主要部分結(jié)構(gòu)的圖。圖19是表示由圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像單元成像的DNA芯片與CCD攝像范圍的對應(yīng)關(guān)系的圖。圖20是表示在圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置中附加了濾光單元時(shí)的主要部分結(jié)構(gòu)的圖。圖21是表示多色熒光素酶基因的發(fā)光特性及圖20所示的波長提取濾光器的透射率特性的圖。圖22是表示在圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置中附加了分光單元時(shí)的主要部分結(jié)構(gòu)的圖。圖23是表示在圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置中附加了反射鏡切換明視場攝像單元時(shí)的主要部分結(jié)構(gòu)的圖。圖24是表示將圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置配置在遮光裝置內(nèi)并從外部進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)的結(jié)構(gòu)的圖。圖25是表示將圖6所示的標(biāo)本1保持在內(nèi)部且環(huán)境條件可改變的收容器結(jié)構(gòu)的圖。圖26是系統(tǒng)地表示能夠應(yīng)用在圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置中的各部分結(jié)構(gòu)的圖。圖27是表示與能夠應(yīng)用在圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置中的物鏡相對應(yīng)的成像透鏡和其組合的性能規(guī)格的圖。圖28是表示在配置了具有縮小倍率的透鏡的像側(cè)遠(yuǎn)心的成像光學(xué)系統(tǒng)的一例的圖。具體實(shí)施方式以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明涉及的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置的優(yōu)選實(shí)施方式。另外，本發(fā)明并不受該實(shí)施方式限制。此外，在附圖的記載中，對于相同部分賦予相同的附圖標(biāo)記。(第一實(shí)施方式)首先，對本發(fā)明的第一實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1所示，該第一實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元具備沿光軸OA1配置且發(fā)出微弱光的作為觀察對象的標(biāo)本1、作為成像光學(xué)系統(tǒng)的攝像鏡頭2、將紅外光遮光的紅外光截止濾光器4及作為攝像機(jī)構(gòu)的固體攝像元件即CCD3。攝像鏡頭2用數(shù)值孔徑NAo捕捉從在標(biāo)本1上處于規(guī)定視場內(nèi)的各點(diǎn)光源來的光，將標(biāo)本1的像以數(shù)值孔徑NAj遠(yuǎn)心地成像在垂直于光軸0A1的CCD3的攝像面3a上。攝像鏡頭2例如將來自標(biāo)本1上的點(diǎn)光源ao、bo的光聚光，分別成像于攝像面3a上的像點(diǎn)ai、bi。此時(shí)，成像在像點(diǎn)bi上的光的主光線CR1在攝像鏡頭2的作用下同光軸OAl平行，垂直地入射攝像面3a。同樣，在像點(diǎn)bi以外的攝像面3a上的各點(diǎn)上成像的光的主光線，也在攝像鏡頭2的作用下平行于光軸OAl，垂直地入射攝像面3a。另外，所謂的攝像鏡頭2作用下的遠(yuǎn)心成像，并不限于各主光線相對于光軸OAl嚴(yán)密平行的情況，也包括大致成為平行的情況。此外，攝像鏡頭2校正由紅外光截止濾光器4產(chǎn)生的球面像差、像散等。另外，數(shù)值孔徑NAo優(yōu)選為約0.7以上，但并不需要限定解釋為0.7以上，例如也可以使用0.6。CCD3是高靈敏度的黑白CCD，由0'C左右的比較高溫的冷卻CCD實(shí)現(xiàn)。CCD3與紅外光截止濾光器4一起被一體地保持在攝像機(jī)殼體5的內(nèi)部。攝像機(jī)殼體5具有對應(yīng)于C-安裝規(guī)格的安裝螺釘5a，保持著CCD3，將攝像面3a配設(shè)在距離端面5a的空氣換算長度即鏡后距離為17.3mm的位置上。這里，對攝像鏡頭2將標(biāo)本1上的點(diǎn)光源成像在攝像面3a上的條件進(jìn)行說明。一般，通過透鏡系統(tǒng)成像的點(diǎn)光源的像，在單色光源的情況下形成明暗的輪帶狀的條紋圖形，處于條紋圖形中心部的最亮的圓盤部稱作艾里斑(airydisk)。攝像鏡頭2用數(shù)值孔徑NAo捕捉來自標(biāo)本l上的點(diǎn)光源的光，例如圖2所示，在位于攝像面3a上的像素3pn內(nèi)的受光區(qū)域形成大致內(nèi)切的大小的艾里斑AD，在像點(diǎn)ai上成像點(diǎn)光源ao的像。即，攝像鏡頭2形成點(diǎn)光源ao的像，使得艾里斑AD的直徑和像素3pn內(nèi)的受光區(qū)域的大小大致相等。艾里斑AD內(nèi)的光量分布如圖3—1所示，由光量分布曲線AD1表示。成像在像點(diǎn)ai上的光量的約90%集中在艾里斑AD內(nèi)，該艾里斑AD內(nèi)的光都由像素3pn受光。另外，為了避免復(fù)雜，在圖2及圖3—1中，用相同的大小表示各像素與各像素內(nèi)的受光區(qū)域。接著，表示艾里斑直徑與數(shù)值孔徑等的關(guān)系式。一般，設(shè)成像的光的波長為入時(shí)，用數(shù)值孔徑NAj成像而形成的艾里斑直徑4)di可以用下式(1)表示。<K=1.22入線......(1)在波長A-0,6um的情況下，由式(1)得到的艾里斑直徑(bdi與數(shù)值孔徑NAj的關(guān)系如圖4所示。在此，由于攝像鏡頭2的倍率Mg用數(shù)值孔徑NA。、NAj由下式(2)表示，所以將式(1)變換為式(3)。Mg=NAo/NAi......(2)4>di=1.22,入'Mg脆。......(3)此外，由于攝像鏡頭2的標(biāo)本1上的分辨力e基于雷利的分辨力基準(zhǔn)用下式(4)表示，所以將式(3)變換為式(5)。e=0.61入/NA。......(4)4>di=2eMg......(5)另一方面，攝像鏡頭2的攝像面3a上的分辨力L基于雷利的分辨力基準(zhǔn)而用下式(6)表示。L=0.61入脆i......(6)利用式(2)及式(4)將式(6)變換為下式(7)。L=eMg......(7)進(jìn)而，利用式(5)將式(7)變換為式(8)。L=(1/2)4>di......(8)一般，在通過CCD等攝像元件進(jìn)行攝像的情況下，為了不產(chǎn)生莫爾條紋而得到鮮明的圖像，根據(jù)取樣定理，在對應(yīng)于分辨力L的大小中至少需要兩個(gè)像素?；谠摋l件，設(shè)CCD3的各像素的大小為h、分辨力L二2h，并代入到式(8)，則得到下式(9)。4>di=4*h......(9)由該式(9)可知，為了利用CCD3不產(chǎn)生莫爾條紋而得到鮮明的圖像，在艾里斑內(nèi)至少需要放入4個(gè)像素。但是，發(fā)出微弱光的標(biāo)本1例如是將熒光素酶基因作為發(fā)光色素導(dǎo)入的細(xì)胞，可考慮成點(diǎn)光源的程度較小發(fā)光源在黑暗的背景中星點(diǎn)分布，所以不需要考慮莫爾條紋的影響。因而，在該第一實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元中，不需要考慮式(9)所示的條件，如圖2及圖3—1所示，使艾里斑直徑與1個(gè)像素內(nèi)的受光區(qū)域的大小大致相等，降低了受光量的損失并提高CCD的S/N比，能夠高靈敏度地接收集中在艾里斑內(nèi)的來自點(diǎn)光源的微弱光。在滿足式(9)所示的條件的情況下，例如圖3—2所示，艾里斑直徑為d)di2的光量分布曲線AD2跨越5個(gè)像素3pn-2像素3pn+2。由此，將攝像鏡頭2會(huì)聚的光在攝像面3a上用艾里斑內(nèi)的21個(gè)像素(5X5像素中的除了不受光的4角以外的像素)分開受光。在此情況下，在各像素中產(chǎn)生一定的噪聲(暗電流)，來自攝像鏡頭2的光與暗電流的比即S/N比，同使來自攝像鏡頭2的光集中在1個(gè)像素上的情況相比出現(xiàn)較大差別。在微弱光的測光中，提高S/N比就是制作明亮的圖像。暗電流是在CCD的受光部對于紅外光為高靈敏度、且驅(qū)動(dòng)CCD時(shí)，由于CCD自身接收因CCD及CCD驅(qū)動(dòng)電路的溫度上升而產(chǎn)生的紅外光而產(chǎn)生的電流。該暗電流能夠通過冷卻CCD來降低，一般，在室溫附近，使CCD的溫度每降低8'C就減少1/2。近年來，開發(fā)出了冷卻到一140'C來顯著抑制紅外光及暗電流的產(chǎn)生的非常高靈敏度的CCD,但無法得到能夠以短時(shí)間鮮明地觀察熒光素酶基因等的微弱的發(fā)光色素的足夠的S/N比。相對于此，在該第一實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元中，通過使艾里斑直徑與1個(gè)像素內(nèi)的受光區(qū)域的大小大致相等，增大1個(gè)像素的受光量及起動(dòng)電流，提高了S/N比，能夠高靈敏度地拍攝標(biāo)本1上的點(diǎn)光源。因此，對于熒光素酶基因等的微弱的發(fā)光色素，也能夠通過O'C左右的比較高溫的冷卻CCD不進(jìn)行光子計(jì)數(shù)就得到能夠以幾分鐘程度的較短曝光時(shí)間進(jìn)行攝像的足夠的靈敏度。另一方面，例如圖3—3所示，還可以使1個(gè)像素的受光區(qū)域中包含多個(gè)艾里斑，能夠進(jìn)一步增大每個(gè)像素的受光量及起動(dòng)電流。但是，在此情況下，不能識別對應(yīng)于各光量分布曲線AD3a、AD3b的艾里斑。但是，本發(fā)明的本微弱光標(biāo)本攝像單元的目的不是例如將每個(gè)發(fā)光色素分離來測光，而是，在作為標(biāo)本1的細(xì)胞內(nèi)遠(yuǎn)比攝像鏡頭2的極限分辨力更大的密度接觸而無數(shù)分布的發(fā)光中的發(fā)光色素集團(tuán)不論處于細(xì)胞的哪個(gè)位置，只要大致都能夠觀察，就能夠充分地達(dá)到目的。極端地講，只要知道發(fā)光中的細(xì)胞的形狀(存在)，能夠測量該細(xì)胞的發(fā)光總量就可以。由此，對于艾里斑的CCD3的像素大小的規(guī)定是用于提高S/N的措施，而且是用于得到后述的測光深度的參數(shù)。另外，如圖3—3所示，為了在l個(gè)像素的受光區(qū)域的寬度內(nèi)包含相鄰接的兩個(gè)艾里斑，由式(5)可知，同艾里斑直徑與1個(gè)像素內(nèi)的受光區(qū)域大小相等的情況相比，使攝像鏡頭2的倍率Mg的大小成為1/2倍即可。如以上說明，在該第一實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元中，利用在標(biāo)本側(cè)具有高NA的攝像鏡頭2將來自標(biāo)本1上的各點(diǎn)光源的光遠(yuǎn)心地成像在CCD3上，形成與像素內(nèi)的受光區(qū)域大致內(nèi)切的大小的艾里斑，所以在像素內(nèi)使來自點(diǎn)光源的微弱光大致集中而能夠高靈敏度地受光，并且提高了S/N比。由此，對于例如將熒光素酶基因作為發(fā)光色素導(dǎo)入的細(xì)胞那樣的發(fā)出微弱光的標(biāo)本1，也能夠利用O'C左右的比較高溫的冷卻CCD，不進(jìn)行光子計(jì)數(shù)，就能夠以幾分鐘左右的較短的曝光時(shí)間拍攝標(biāo)本像。另外，CCD3使用黑白CCD的理由是，在例如單板式的彩色CCD的情況下，由于在1個(gè)像素中設(shè)有具有R、G、B的三原色的濾色器的受光區(qū)域，所以會(huì)發(fā)生受光量的損失和分辨力的降低。此外，在使用普通CCD的情況，為了不產(chǎn)生莫爾條紋而在攝像面之前設(shè)置光學(xué)的低通濾光器，但在該第一實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元中不具備低通濾光器。這是因?yàn)?，光學(xué)的低通濾光器例如圖5所示那樣由水晶濾光器LPF實(shí)現(xiàn)，從光軸OA分支出光軸OA'，生成從像IMo兩分割的像IMil、IMi2，所以會(huì)發(fā)生受光量的損失和分辨力的降低。此外，還有一個(gè)原因是，在該第一實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元中，如上所述地不需要考慮莫爾條紋的影響。(第二實(shí)施方式)接著，對本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。在上述的第一實(shí)施方式中，通過一體的有限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)即攝像鏡頭2將標(biāo)本1的像成像在攝像面3a上，但在該第二實(shí)施方式中，通過由物鏡與成像透鏡構(gòu)成的無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡系統(tǒng)將標(biāo)本1的像成像。圖6是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖6所示，該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元具備沿著光軸0A2配置的作為成像光學(xué)系統(tǒng)的物鏡6及成像透鏡7、紅外光截止濾光器4、和CCD3。這里，對于與第一實(shí)施方式相同的構(gòu)成部分賦予相同的附圖標(biāo)記。物鏡6通過斂縫等被保持在鏡筒6a中，鏡筒6a通過螺釘嵌合安裝在鏡筒9的端面9a上，成像透鏡7通過斂縫等被保持在鏡筒7a中，鏡筒7a通過螺釘嵌合安裝在鏡筒9的端面9a上。此外，具備CCD3、紅外光截止濾光器4及攝像機(jī)殼體5的攝像機(jī)Cl，通過螺釘嵌合安裝在連接鏡筒10的端面10a上，連接鏡筒10通過螺釘嵌合安裝在鏡筒9的端面9a上。這些鏡筒6a、鏡筒7a、連接鏡筒10及攝像機(jī)C1分別可拆裝地安裝。另外，攝像機(jī)Cl對應(yīng)于C-安裝規(guī)格，CCD3的攝像面3a沿著光軸OA2配設(shè)在距端面10a為17.53mm的位置。此外，該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像裝置具備保持微弱光標(biāo)本攝像單元的鏡筒9、沿著滑動(dòng)面11a可移動(dòng)地保持鏡筒9的主體架臺11、保持主體架臺11的基座架臺12、保持標(biāo)本1的試料臺、對照明標(biāo)本1的照明光進(jìn)行導(dǎo)光的作為照明機(jī)構(gòu)的照明光纖15、以及保持照明光纖15的照明架臺14。照明架臺14保持在試料臺13上，試料臺13保持在主體架臺11上。鏡筒9根據(jù)操作撥盤1lb的旋轉(zhuǎn)操作而沿著大致平行于光軸OA2的滑動(dòng)面lla在圖中上下方向上進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，由此進(jìn)行物鏡6對標(biāo)本1的對焦。此外，照明光纖15對從未圖示的白色光源等光源發(fā)出的照明光進(jìn)行導(dǎo)光，對標(biāo)本1進(jìn)行作為透射照明的明視場照明。另外，照明光纖15根據(jù)標(biāo)本的不同也可以進(jìn)行從光軸傾斜的角度的偏斜照明。這里，說明由物鏡6及成像透鏡7構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)。物鏡6是被校正為無限遠(yuǎn)的透鏡系統(tǒng)，用數(shù)值孔徑NAo遠(yuǎn)心地捕捉從對焦在該物鏡6的前側(cè)焦點(diǎn)位置上的標(biāo)本1上的各點(diǎn)光源發(fā)出的光，分別成為平行光束而射出。從物鏡6射出的各平行光束聚光在配設(shè)于物鏡6的后側(cè)焦點(diǎn)位置上的亮度光闌8上而形成射出光瞳。成像透鏡7配置成其前側(cè)焦點(diǎn)位置與亮度光闌8上的射出光瞳位置一致，將通過了亮度光闌8的各平行光束聚光，用數(shù)值孔徑NAj將標(biāo)本l的像遠(yuǎn)心地成像在垂直于光軸OA2的CCD3的觀察面3a上。此時(shí)，成像透鏡7校正由紅外光截止濾光器4產(chǎn)生的球面像差、像散等并形成標(biāo)本1的像。物鏡6及成像透鏡7例如圖6所示，將來自標(biāo)本1上的點(diǎn)光源ao、bo的光聚光，分別成像在攝像面3a上的像點(diǎn)ai、bi上。此時(shí)，成像在像點(diǎn)bi上的光的主光線CR2在成像透鏡7的作用下平行于光軸OA2，垂直地入射攝像面3a。同樣，成像在像點(diǎn)bi以外的攝像面3a上的各點(diǎn)上的光的主光線，也在成像透鏡7的作用下平行于光軸OA2，垂直地入射攝像面3a。另外，通過物鏡6及成像透鏡7進(jìn)行的遠(yuǎn)心成像并不限定于各主光線相對于光軸OA2嚴(yán)格平行的情況，也包括大致平行的情況。此外，成像透鏡7與第一實(shí)施方式的攝像鏡頭2同樣，形成與位于攝像面3a上的像素內(nèi)的受光區(qū)域內(nèi)切的大小的艾里斑。g卩，成像透鏡7將標(biāo)本1上的點(diǎn)光源的像成像在攝像面3a上，使得艾里斑直徑與像素內(nèi)的受光區(qū)域的大小大致相等。由此，在該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元中，也增大1個(gè)像素的受光量及起動(dòng)電流，并提高S/N比，能夠高靈敏度地拍攝標(biāo)本1上的各點(diǎn)光源。另外，物鏡6的數(shù)值孔徑NAo優(yōu)選為約0.7以上，但并不需要限定解釋為0.7以上，例如也可以設(shè)為0.6。此外，成像透鏡7的數(shù)值孔徑NAj優(yōu)選為0.10.3左右，在此情況下，如果設(shè)波長X=0.6ym，則如圖4所示，形成的艾里斑直徑為7.32.411111程度。這里，成像透鏡7可以具有與物鏡6的射出光瞳直徑同等以上的大小的入射瞳直徑。此外，亮度光闌8通過未圖示的安裝部件安裝在鏡筒6a或鏡筒9上。這里，將亮度光闌8做成了開口孔徑固定的固定光闌，但也可以做成開口孔徑可變的可變光闌，來變更數(shù)值孔徑NAo、NAi。另外，亮度光闌8也可以包含在物鏡6的內(nèi)部。再者，對于由物鏡6和成像透鏡7構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)，如果設(shè)倍率為Mg、標(biāo)本1上的分辨力為e、攝像面3a上的分辨力為L、形成在攝像面3a上的艾里斑直徑為4)dj，則與攝像鏡頭2同樣能夠適用式(1)(9)。此外，物鏡6通過鏡筒6a可拆裝地安裝在鏡筒9上，根據(jù)標(biāo)本1的觀察條件等，能夠更換為焦距及數(shù)值孔徑NAj的至少一個(gè)不同的更換用物鏡。在更換用物鏡中，為了與物鏡6相互成為同焦點(diǎn)，使得與從作為物鏡6的配置基準(zhǔn)面的對接面6b到前側(cè)焦點(diǎn)位置的距離Ll、和從對接面6b到射出光瞳位置的距離L2相對應(yīng)的距離，分別與物鏡6大致相等。同樣，成像透鏡7通過鏡筒7a可拆裝地安裝在鏡筒9上，根據(jù)向攝像面3a上的成像條件等，能夠更換為焦距及數(shù)值孔徑NAo的至少一個(gè)不同的更換用成像透鏡。在更換用成像透鏡中，為了在安裝到鏡筒9上的情況下后側(cè)焦點(diǎn)位置與攝像面3a—致，使得與從作為成像透鏡7的配置基準(zhǔn)面的對接面7b到射出光瞳位置的距離L3、和從對接面7b到后側(cè)焦點(diǎn)位置的距離L4相對應(yīng)的距離，分別與成像透鏡7大致相等。再者，從鏡筒7a的端面7d到攝像面3a的距離L5設(shè)為17.53mm以上，使得對應(yīng)于C-安裝規(guī)格的攝像機(jī)C1能夠容易地更換。即使在成像透鏡7被更換為更換用成像透鏡的情況下，該距離L5也被保持為大致固定。此外，物鏡6及成像透鏡7分別安裝在鏡筒9上時(shí)的鏡筒6a的端面6c與鏡筒7a的端面7c之間的距離L6優(yōu)選設(shè)為約20mm以上，以便能夠在其間配置各種光學(xué)元件。此外，為了防止從標(biāo)本1到攝像面3a的距離L0變得過大而導(dǎo)致成像透鏡7變大、價(jià)格提高、且對配置帶來妨礙，優(yōu)選設(shè)為約70mm以下。即使在將物鏡6及成像透鏡7分別更換為更換用物鏡及更換用成像透鏡的情況下，該距離L6也大致保持為固定。另外，在不需要將光學(xué)元件配置在其間的情況下，距離L6也可以設(shè)為20mm以下。這樣，在該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置中，不僅能夠?qū)?biāo)本1上的點(diǎn)光源的像成像在攝像面3a上，使得艾里斑直徑與像素內(nèi)的受光區(qū)域的大小大致相等，并且能夠高靈敏度地拍攝，而且通過由物鏡6與成像透鏡7構(gòu)成的無限遠(yuǎn)校正系統(tǒng)的成像光學(xué)系統(tǒng)將標(biāo)本1的像遠(yuǎn)心地成像在攝像面3a上，所以物鏡6及成像透鏡7的至少一個(gè)能夠容易地更換，能夠容易地變更數(shù)值孔徑NA。、NAj、艾里斑直徑4)di、倍率Mg等的成像條件。此外，由于能夠通過照明光纖15對標(biāo)本1進(jìn)行透射照明，所以能夠觀察標(biāo)本1的明視場像。另外，在圖6所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置中，將鏡筒9沿著滑動(dòng)面lla進(jìn)行位置調(diào)節(jié)而執(zhí)行對標(biāo)本1的對焦，但由于由物鏡6及成像透鏡7構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)是無限遠(yuǎn)校正系統(tǒng)，即使物鏡6在光軸OA2方向上稍稍前進(jìn)后退也不會(huì)發(fā)生成像性能的劣化，所以也可以對物鏡6進(jìn)行位置調(diào)節(jié)來進(jìn)行對標(biāo)本1的對焦。接著，將由該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置實(shí)際拍攝的圖像示于圖7—1圖7—4。圖7—1圖7—4所示圖像是將熒光素酶基因"pGL3-controlvector(:/口乂力、公司帝i""導(dǎo)入到來自人體的Hela細(xì)胞中，培養(yǎng)1天后，用漢克斯平衡鹽類溶液進(jìn)行清洗，置換為含有l(wèi)mM的熒光素酶的漢克斯鹽類溶液，對這樣制作的標(biāo)本進(jìn)行攝像的圖像。作為物鏡6及成像透鏡7使用的透鏡分別是規(guī)格為"Oil,40倍，NA1.0"以及"5倍，NA0.13"的市場銷售的顯微鏡用物鏡，與成像光學(xué)系統(tǒng)的倍率Mg對應(yīng)的綜合倍率是8倍。作為攝像機(jī)Cl使用的攝像機(jī)是0°0冷卻的天體觀測用冷卻CCD攝像機(jī)(SBIG公司制)，作為CCD3的CCD元件是2/3英寸型、像素?cái)?shù)765X510、像素尺寸9lim。圖7—1是拍攝了標(biāo)本的明視場像的圖像，圖7-2及圖7—3是拍攝了標(biāo)本的自己發(fā)光所形成的像的圖像，是分別曝光1分鐘及5分鐘后拍攝的圖像。圖7—4是使圖7—1及圖7—3所示的兩個(gè)圖像重疊顯示的圖像。如圖7—2所示，根據(jù)該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置，即使是O'C冷卻的比較高溫的冷卻CCD，也能夠不進(jìn)行光子計(jì)數(shù)，以1分鐘的較短的曝光時(shí)間拍攝熒光素酶基因發(fā)出的微弱光。此外，如圖7—3所示，通過曝光時(shí)間設(shè)為5分鐘，能夠拍攝發(fā)出更微弱的光的熒光素酶基因。再者，如圖7—1所示，能夠拍攝標(biāo)本的明視場像，并且如圖7—4所示，通過將明視場像與自己發(fā)光的像重疊，能夠觀測發(fā)光的熒光素酶基因在標(biāo)本內(nèi)的位置，并且能夠確定包含有發(fā)光的熒光素酶基因的細(xì)胞。另外，在非專利文獻(xiàn)l中，如該文獻(xiàn)中的圖2所示，以馬賽克狀拍攝標(biāo)本，要確定發(fā)光的細(xì)胞是非常困難的。進(jìn)一步，作為利用該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的另一例，說明單一細(xì)胞中的隨時(shí)間進(jìn)行的報(bào)告基因分析的例子。在該報(bào)告基因分析中，首先，使在恒常地表達(dá)四環(huán)素阻遏蛋白(TetR)的遺傳媒介"pcDNA6/TR(Otf卜口-工乂公司制)"、和具有四環(huán)素操作子(Tet02)的表達(dá)遺傳媒介"pcDNA4/T0(一乂tf卜口-工y公司制)"上連接了熒光素酶基因的質(zhì)粒，在HeLa細(xì)胞中一起表達(dá)而制作標(biāo)本。在該狀態(tài)下，如圖8—1所示，由于TetR同型二聚體結(jié)合在Tet02區(qū)域，所以熒光素酶基因的復(fù)制被抑制。接著，如圖2所示，通過在培養(yǎng)液中添加四環(huán)素而結(jié)合在TetR同型二聚體上，使TetR同型二聚體的立體構(gòu)造變化，使TetR同型二聚體從Tet02分離，誘導(dǎo)熒光素酶基因的復(fù)制。另外，培養(yǎng)液是含有10mM的HEPES的D—MEM培養(yǎng)基，含有l(wèi)mM的熒光素酶。作為物鏡6及成像透鏡7使用的透鏡分別是規(guī)格為"0il，20倍，NA0.8"以及"5倍，NA0.13"的市場銷售的顯微鏡用物鏡，對應(yīng)于倍率Mg的綜合倍率是4倍(物鏡的執(zhí)行NA。=0.52)。作為攝像機(jī)Cl使用的攝像機(jī)是5'C冷卻的顯微鏡用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)"DP30BW(奧林巴斯公司制)"，作為CCD3的CCD元件是2/3英寸型、像素?cái)?shù)1360X1024、像素尺寸6um。圖9一1是拍攝了添加四環(huán)素前的標(biāo)本的明視場像的圖像。圖9_2是將添加四環(huán)素9小時(shí)后的標(biāo)本的自發(fā)光所產(chǎn)生的圖像曝光1分鐘并拍攝的圖像。圖9—3是將圖9一1及圖9一2所示的兩個(gè)圖像重疊的圖像，是將一部分放大顯示的圖像。另外，這些觀察是在室溫(25。C)下進(jìn)行的。在標(biāo)本被載置在培養(yǎng)器內(nèi)的情況下，或者在攝像單元或攝像裝置的一部分或全部也被收納在培養(yǎng)器內(nèi)的情況下，能夠在37'C的環(huán)境下觀察。如圖9一2所示，根據(jù)該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置，通過5'C冷卻的冷卻CCD，不進(jìn)行光子計(jì)數(shù)，就能夠以1分鐘的較短曝光時(shí)間拍攝熒光素酶基因所發(fā)出的微弱光。此外，如圖9一3所示，通過將明視場像和自發(fā)光所產(chǎn)生的像重疊，能夠以鮮明的圖像觀測發(fā)光的熒光素酶基因的位置，并且能夠容易地確定包含有該熒光素酶基因的細(xì)胞。由此，能夠測量每個(gè)細(xì)胞的發(fā)光量的經(jīng)時(shí)變化。圖10是表示對圖9一3所示的區(qū)域ROI—1、ROI—2測量了熒光素酶基因的發(fā)光強(qiáng)度的經(jīng)時(shí)變化的結(jié)果的圖。圖IO表示從添加四環(huán)素的2小時(shí)后開始捕捉發(fā)光，在67小時(shí)后達(dá)到穩(wěn)定水平的情況。這樣，根據(jù)該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置，能夠確定發(fā)光的熒光素酶基因的位置并按時(shí)序追蹤，測量發(fā)光現(xiàn)象的經(jīng)時(shí)變化。接著，對由物鏡6與成像透鏡7構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)的成像倍率與像的亮度之間關(guān)系進(jìn)行說明。在原理上，成像光學(xué)系統(tǒng)中的物鏡6的聚光能力與標(biāo)本1側(cè)的數(shù)值孔徑NA。的平方成正比。由于該光量用于成像，所以與成像有關(guān)的總光量LQ忽略成像光學(xué)系統(tǒng)的透射率等，用下式(10)表示。LQ,Ao2......(10)艮P，物鏡6的聚光量與NA成正比，NA。越大則越亮。另一方面，如果成像光學(xué)系統(tǒng)以倍率Mg使標(biāo)本1的標(biāo)本像成像，則標(biāo)本像的大小成為標(biāo)本1的Mg倍，標(biāo)本像的單位面積的亮度與(1/Mg2)成正比。由此，在標(biāo)本1內(nèi)的作為點(diǎn)光源的發(fā)光體的分布一樣時(shí)，標(biāo)本像的單位面積的光量Q。由下式(11)表示。Q,(1/Mg2)……(11)由此，攝像面3a上的一像素的受光量QA使用像素的一邊的長度d、面積A表示，但由于面積A與(12成正比，所以用下式(12)表Q,d2(固g2)......(12)艮P，該像素的受光量與f成正比，與M/成反比。此外，一般的光學(xué)系統(tǒng)具有稱作焦點(diǎn)深度的概念。該概念指的是，從物鏡的焦點(diǎn)位置沿光軸方向離開的物點(diǎn)，在像面上作為物體像同處于焦點(diǎn)上的物點(diǎn)大致同樣地成像，但這也是指能夠拾取來自離開焦點(diǎn)位置的發(fā)光點(diǎn)的光。所以，為了使說明變得容易理解，設(shè)標(biāo)本l的發(fā)光色素在厚度方向上也均勻地分布，研究在成像光學(xué)系統(tǒng)的像面上設(shè)置直徑4>d的小孔PH進(jìn)行測光時(shí)的光量。如圖11所示，在本第二實(shí)施方式的成像光學(xué)系統(tǒng)中，使處于物鏡6的焦點(diǎn)位置的點(diǎn)光源成像在像面IM上。從物鏡6的焦點(diǎn)位置向遠(yuǎn)方離開距離L。的點(diǎn)光源oc，成像在從像面IM向成像透鏡7側(cè)離開距離Lj的像點(diǎn)oci上。該成像光學(xué)系統(tǒng)的縱向倍率使用倍率Mg用M/表示，所以距離Li使用距離L。由下式(13)表示。L尸U,Mg2......(13)此外，成像透鏡7的射出側(cè)的數(shù)值孔徑NAi較微小，像點(diǎn)oci與像點(diǎn)ai的位置只稍微變化，所以數(shù)值孔徑NAj、距離Lj及小孔直徑4)d具有由下式(14)表示的關(guān)系。LiNA「4>d/2......(14)如果利用式(13)將式(14)對于距離L。進(jìn)行歸納，則可得到式(15)所示的關(guān)系。L0=(4>d/2),{1/(Mg"NAi)}......(15)進(jìn)一步，如果使用作為表示倍率與數(shù)值孔徑之間關(guān)系的一般式的下式(16)，則式(15)如式(17)所示那樣變形。NAi=NAo/Mg......(16)L0=(4>d/2)'{1/(Mg'NA。)}......(17)這里，來自處于從焦點(diǎn)位置沿前后方向距離L。以內(nèi)的點(diǎn)光源oc、of等的光，如圖11所示地由物鏡6聚光后，通過成像透鏡7成像時(shí)，不會(huì)由小孔PH遮光。即來自從焦點(diǎn)位置沿前后方向距離L。以內(nèi)的光源的光，能夠不被小孔HP遮光而進(jìn)行測光。這樣，如果將能夠不受像面IM上的小孔PH等遮光而測光的標(biāo)本側(cè)的深度定義為測光深度(DDOL:DetectableDepthofLuminescence),則該測光深度Ld使用式(17)由下式(18)表示。Ld=2L0=d)d'{1/(Mg*NAo)}......(18)另外，通過小孔PH的實(shí)際受光量，由于來自測光深度Ld外的點(diǎn)光源的光也被部分取入，所以對應(yīng)于標(biāo)本側(cè)的深度，如圖12所示那樣變化。在圖12中，將標(biāo)本側(cè)的每個(gè)深度的受光強(qiáng)度作為圖表示出，實(shí)際的受光量是對該曲線進(jìn)行了積分的值。通過該圖12，在實(shí)用上考慮測光深度L產(chǎn)3L。左右，但這里并不考慮。在發(fā)光體(例如發(fā)光色素)在標(biāo)本的厚度方向也以密度P均勻分布的標(biāo)本中，標(biāo)本側(cè)的數(shù)值孔徑NA。、成像光學(xué)系統(tǒng)的倍率Mg、像面IM上的小孔直徑4)d的一組的受光量TQ，可以認(rèn)為是式(10)、(12)、(18)的積，所以用下式(19)表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage33</formula>......(19)式(19)的意思是，成為受光量TQ與小孔直徑d)d的立方和標(biāo)本側(cè)的數(shù)值孔徑NAo成正比、與倍率Mg的立方成反比的結(jié)果。艮P,在測光方面倍率Mg的貢獻(xiàn)非常高，所以作為這里的結(jié)論，優(yōu)選盡可能減小成像光學(xué)系統(tǒng)的倍率Mg。艾里斑直徑4)d已經(jīng)由與艾里斑直徑的關(guān)系決定。這里，使用規(guī)格為"20倍，f10mm，NA。0.8"的物鏡6，進(jìn)行成像透鏡7的焦距為200mm(綜合倍率20倍)和40mm(綜合倍率4倍)時(shí)的光量比較。首先，式(19)中的小孔直徑(td、數(shù)值孔徑NA。及密度P固定，綜合倍率20倍時(shí)的受光量TQ2o由下式(20)表不o<formula>formulaseeoriginaldocumentpage33</formula>......(20)此外，綜合倍率4倍時(shí)的受光量TQ4同樣由下式(21)表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage33</formula>......(21)它們的比TQ/TQ2o用下式(22)表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage33</formula>......(22)即，在綜合倍率4倍時(shí)，與綜合倍率20倍相比可得到125倍的亮度。此外，同樣，在綜合倍率2倍及8倍時(shí)，與綜合倍率20倍相比可得到1000倍及16倍的亮度。接著，對微弱光標(biāo)本攝像單元的分辨力和亮度進(jìn)行說明。成像光學(xué)系統(tǒng)的分辨力基本上依賴于物鏡6的標(biāo)本側(cè)的數(shù)值孔徑NA。，與成像透鏡7的焦距無關(guān)。但是，如果CCD3等的受光部具有一定面積，則因該面積的大小而分辨力(像的表現(xiàn)力)變差。由于對測光上最佳的CCD3的像素大小已經(jīng)敘述，所以這里不再敘述，但在本微弱光標(biāo)本攝像單元中使用的CCD3的像素的1邊大小是分辨力所需要的像素大小的4倍以上，所以，實(shí)際上實(shí)驗(yàn)了標(biāo)本以怎樣的分辨力和亮度表現(xiàn)在監(jiān)視器上。在實(shí)驗(yàn)中，作為成像透鏡7，使用規(guī)格為"f40mm，NA0.13"的顯微鏡物鏡，作為物鏡6，分別在綜合倍率8倍時(shí)使用規(guī)格為"Uapo40X，NA1.35，f5mm"的顯微鏡用物鏡，在綜合倍率4倍時(shí)使用規(guī)格為"Uapo20X，NA0.75，f10mm"的顯微鏡用物鏡，在綜合倍率2倍時(shí)使用規(guī)格為"UapolOX，NA0.40,f20mm"的顯微鏡用物鏡。在此，由于成像透鏡7的NA是0.13，所以物鏡6的有效NA在Uapo40X時(shí)是1.04(=0.13X8)、在Uapo20X時(shí)是0.52(=0.13X4)、在Uapo10X時(shí)是0.26(=0.13X2)。此外，作為攝像機(jī)Cl，使用了CCD像素的大小為6ym的"DP30BW(奧林巴斯公司制)"。由此，以曝光時(shí)間5分鐘拍攝了與在圖7—1圖7—4中表示了結(jié)果的實(shí)驗(yàn)同樣的標(biāo)本。將其結(jié)果在圖13—1圖13—3中表示?；谠摻Y(jié)果，將標(biāo)本中的細(xì)胞大小考慮為與25ym左右的圓內(nèi)切的程度，在綜合倍率為2倍、4倍、8倍的各種情況下對像質(zhì)的品質(zhì)和像的亮度進(jìn)行考察。將其結(jié)果匯總在圖14中表示。另外，在圖14中，將攝像中所需的CCD的像素?cái)?shù)作為參考一起記載。關(guān)于綜合倍率8倍、4倍、和2倍，如果利用式(19)與式(22)同樣計(jì)算像的亮度(CCD3的像素所接收的受光量)的比，則設(shè)CCD的大小相等，利用上述物鏡6的有效NA由下式(23)表示。TQ8:TQ4:TQ2:-1.04/83:0.52/43:0.26/23=1.04/512:0.52/64:0.26/8=4/64:2/8:1/1=1/16:1/4:1=1:4:16......(23)這里，TQ8、TQ4、TQ2分別表示綜合倍率為8倍、4倍、2倍時(shí)的受光量。如果在考慮該計(jì)算值的同時(shí)考慮符合目的的適當(dāng)倍率，則成為如下結(jié)果。即，綜合倍率2倍適合于在較大的視場中不關(guān)注細(xì)胞形狀地想要進(jìn)行細(xì)胞整體的測光的情況，綜合倍率8倍適合于雖然較暗、但還要觀察細(xì)胞的輪廓并測光的情況，綜合倍率4倍適合于在2倍與8倍的中間通常使用的情況。作為這里的結(jié)論，微弱光標(biāo)本攝像單元中的成像光學(xué)系統(tǒng)的成像倍率Mg根據(jù)像的可見程度和亮度而優(yōu)選為大致2倍大致8倍程度，從觀察像并且進(jìn)行測光的目的來看，從像的可見程度的觀點(diǎn)來看1倍以下不符合目的，10倍以上的情況下只要不是特別明亮的標(biāo)本，在測光時(shí)間等方面會(huì)出現(xiàn)不良情況。根據(jù)實(shí)驗(yàn)成為這樣的結(jié)論，但對于由式(18)計(jì)算出的測光深度也進(jìn)行了研究。首先，將成像光學(xué)系統(tǒng)的物鏡6和成像透鏡7使用了顯微鏡用物鏡時(shí)的各種組合中的綜合倍率、測光深度以及焦點(diǎn)深度(D*0*F:DepthofFocus)示于圖15。設(shè)波長入-0.6ym，焦點(diǎn)深度Fd由下式(24)表示。在圖15中將與光軸方向的前后的焦點(diǎn)深度Fd匹配的深度(2Fd)，作為焦點(diǎn)深度表示。Fd=入/(2NA。2)=0.3/NAo2......(24)這里，從測光深度及焦點(diǎn)深度的觀點(diǎn)來看，微弱光標(biāo)本攝像單元的成像光學(xué)系統(tǒng)可以說希望具有如下結(jié)構(gòu)。第l，如果測光深度相對于作為標(biāo)本的細(xì)胞的厚度過大，則會(huì)拾取位于對象細(xì)胞的光軸方向前后的細(xì)胞的光量，所以測光深度優(yōu)選為細(xì)胞厚度的1/5以下。在本發(fā)明中研究的Hela細(xì)胞直徑為25Pm左右，厚度在截片上為10um左右。第二，測光深度優(yōu)選為與焦點(diǎn)深度的2倍相等或其以上。這是因?yàn)椋词故翘幱诮裹c(diǎn)深度內(nèi)的點(diǎn)光源作為像被觀察，也會(huì)被拍攝得較暗。如果基于該考察來看圖15，則在"Dry，20倍"的物鏡中優(yōu)選綜合倍率為8倍以下、在"Oil，40倍"的物鏡中優(yōu)選綜合倍率為16倍以下。此外，式(18)中的倍率Mg是成像光學(xué)系統(tǒng)的綜合倍率，所以可以如以下那樣換種說法。即，從測光深度來看，成像光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選數(shù)值孔徑NA。為0.8以上、綜合倍率為8倍以下。其中，數(shù)值孔徑NA。并不需要拘泥于0.8以上，即使是例如0.6以上，在實(shí)際使用上也不會(huì)有較大的障礙。接著，存在想要實(shí)現(xiàn)盡可能寬的視場的希望。一般，顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)的視場比由顯微鏡規(guī)定的視場數(shù)大很多，但從保持光學(xué)像差和像面照度的均勻性的意義出發(fā)，在目鏡的前方放置光闌，由它來規(guī)定視場。對于本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元的成像光學(xué)系統(tǒng)，也使用同樣的思考方法進(jìn)行說明。一般的顯微鏡的視場數(shù)為24左右，物鏡的視場(實(shí)際視場)FNoB使用物鏡的倍率MoB由下式(25)表示。FNOB=24/MOB......(25)此時(shí)，如果根據(jù)上述討論而設(shè)定成像光學(xué)系統(tǒng)的綜合倍率Mg為4倍，則成像側(cè)的視場FNoB用下式(26)表示。FN0BI=(2崔。B)Mg=96/MOB......(26)本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元用CCD捕捉像，所以像面的大小(視場數(shù))要滿足2/3英寸(攝像面8.8X6.6mm，對角長llmm)，1/2英寸(攝像面6.4X4.8mm，對角長8mm)。相對于此，設(shè)物鏡6的倍率MoB為lO倍時(shí)的視場數(shù)FNo肌o，基于式(26)由下式(27)表示。FNOBI10=96/10=9.6......(27)該值在2/3英寸CCD中會(huì)在四角發(fā)生遮光，但滿足1/2英寸CCD。但是，10倍物鏡在使用顯微鏡用的物鏡的情況下，會(huì)出現(xiàn)以下的有關(guān)數(shù)值孔徑的問題。根據(jù)求CCD像素的受光量的式(19)，從在本微弱光標(biāo)本攝像單元中重視測光的觀點(diǎn)來看，想要增大物鏡6的數(shù)值孔徑NA。。但是，顯微鏡的一般物鏡的數(shù)值孔徑NAo除了物理上受到被夾在標(biāo)本與物鏡之間的物質(zhì)的折射率的限制，還由于需要使用方便性方面的WD(WorkingDistance),所以在Dry物鏡(所夾物質(zhì)是空氣，折射率na=1.0)的情況下數(shù)值孔徑NA。=0.9，在Oil物鏡(所夾物質(zhì)是油，折射率no二1.5)的情況下數(shù)值孔徑NAo二1.4，是最大的。此外，在限制顯微鏡的物鏡的數(shù)值孔徑的要素中，除了上述以外，還有將物鏡安裝到顯微鏡的轉(zhuǎn)換器上的安裝螺紋(20.32山36)、和物鏡的光瞳的大小。物鏡的光瞳配置在該安裝螺紋附近，其光瞳直徑dp使用數(shù)值孔徑NAo和焦點(diǎn)距離f，用下式(28)計(jì)算。dp=2NA0f......(28)由此，如果使用于加工安裝螺紋的鏡框的壁厚為2mm左右，則光瞳直徑dp需要抑制在最大16mm左右。有了該限制，各種物鏡的最大NAo如圖16所示那樣構(gòu)成。作為結(jié)論，在10倍與20倍的物鏡中，數(shù)值孔徑NAo較大的透鏡不能設(shè)計(jì)為顯微鏡用。所以，成像光學(xué)系統(tǒng)的物鏡6在Dry物鏡的情況下選擇數(shù)值孔徑NAo為最大的20倍物鏡，在Oil物鏡的情況下，即使倍率變大，數(shù)值孔徑NAo也被抑制在1.4，倍率會(huì)變高，相反視場會(huì)變小，所以可選擇視場數(shù)為最大的最低倍率的40倍物鏡。根據(jù)以上的結(jié)果，在本微弱光標(biāo)本攝像單元的成像光學(xué)系統(tǒng)中使用現(xiàn)有的顯微鏡用物鏡的情況下，作為使用Diy物鏡的情況，優(yōu)選使物鏡6為"20倍，NAo0.8，fl0mm"、使成像透鏡7為"NAj0.2，f40mm"，使綜合倍率為4倍、標(biāo)本上的實(shí)際視場直徑為1.2mm、CCD3上的視場數(shù)為4.8。此外，作為使用Oil物鏡的情況，優(yōu)選使物鏡6為"40倍，NA。1.4，f5mm"、使成像透鏡7為"NAj0.35，f20mm"，使綜合倍率為4倍、標(biāo)本上的實(shí)際視場直徑為0.6mm、CCD3上的視場數(shù)為2.4。這里，作為成像透鏡7的"NAi0.35,f20mm"不僅制造上較昂貴而且視場數(shù)也較小，也可以共用Dry物鏡"NAi0.2，f40mm"。在此情況下，綜合倍率為8倍，視場數(shù)為4.8，像稍稍變暗，但能夠進(jìn)行鮮明的觀察。另外，根據(jù)以上的理由，決定使用了圖26所示的本微弱光標(biāo)本攝像單元的顯微鏡物鏡時(shí)的最適合的光學(xué)結(jié)構(gòu)，但數(shù)值孔徑NA。也可以不取0.8以上，例如設(shè)為0.6以上也可以。有關(guān)圖26的詳細(xì)情況在后面敘述。在加大物鏡6向轉(zhuǎn)換器安裝的安裝螺紋而新制作透鏡的情況下，通過做成以下的規(guī)格，不僅能夠維持在顯微鏡用物鏡中討論的亮度、分辨力，而且能夠增大視場數(shù)，例如，能夠在1/2英寸的CCD中消除CCD攝像面的遮光。即，在使用Dry物鏡的情況下，使物鏡6為"10倍，NAo0.8，f20mm"、使成像透鏡7為"NAj0.2,傷0mm"，使綜合倍率為4倍、標(biāo)本上的實(shí)際視場直徑為2.4mm、CCD3上的視場數(shù)為9.6。而且，在使用Oil物鏡的情況下，使物鏡6為"20倍，NAo1.4，flOmm"、使成像透鏡7為"NAi0.2，f80mm"，綜合倍率為8倍，標(biāo)本上的實(shí)際視場直徑2.4mm，CCD3上的視場數(shù)為9.6。其中，成像透鏡7的實(shí)際數(shù)值孔徑為0.175。由此，透鏡變大而變得高價(jià)，但能夠做成最適合于本微弱光標(biāo)本攝像單元的光學(xué)系統(tǒng)。如以上說明，通過增大本微弱光標(biāo)本攝像單元的成像光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑、且減小綜合倍率，來增加像的亮度，同時(shí)加深測光深度，由此捕捉來自離開物鏡焦點(diǎn)位置的點(diǎn)光源的光，其結(jié)果，能夠大幅增加CCD像素的受光量。在該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置中，由于由物鏡6與成像透鏡7構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)為無限遠(yuǎn)修正系統(tǒng)，所以能夠?qū)⒏鞣N光學(xué)元件配置在物鏡6與成像透鏡7之間，通過各種方法觀察標(biāo)本。圖17是表示在該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像裝置中設(shè)置了反射熒光裝置時(shí)的主要部分結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖17所示，該反射熒光裝置具備作為熒光單元的熒光立方體24、熒光用投光管25及激勵(lì)光源26。熒光立方體24—體地具備激勵(lì)濾光器21，作為激勵(lì)光透射濾光器，使用于激勵(lì)標(biāo)本1的激勵(lì)光透射；吸收濾光器22，作為熒光透射濾光器，使從由激勵(lì)光激勵(lì)的標(biāo)本1發(fā)出的熒光有選擇地透射；和分色鏡23，反射激勵(lì)光而透射熒光。熒光用投光管25同軸地具備聚光透鏡25a、亮度光闌制作透鏡25b、投光透鏡25c、亮度光闌AS及視場光闌FS。激勵(lì)光源26是發(fā)出激勵(lì)光的光源，由水銀燈、氤氣燈、激光等實(shí)現(xiàn)。作為熒光照射機(jī)構(gòu)的激勵(lì)光源26及熒光用投光管25，通過分色鏡23反射激勵(lì)光并照射到標(biāo)本1上。激勵(lì)濾光器21是從由激勵(lì)光源26發(fā)出的光中提取激勵(lì)光的帶通濾光器，吸收濾光器22是具有規(guī)定的截止波長的長通濾光器。熒光立方體24可插入脫離地配置在物鏡6與成像透鏡7之間的光軸OA2上。另外，也可以具備熒光立方體切換裝置，將熒光立方體24和多個(gè)更換用熒光立方體一體地保持，將所保持的熒光立方體中的一個(gè)熒光立方體有選擇地配置在物鏡6與成像透鏡7之間，該多個(gè)更換用熒光立方體對于激勵(lì)光及熒光的至少一個(gè)的光學(xué)特性不同。如圖17所示，通過附加反射熒光裝置，在該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像裝置中，能夠拍攝標(biāo)本l的熒光像。此外，根據(jù)該微弱光標(biāo)本攝像單元，由于能夠觀測微弱的熒光，所以不需要像利用反射熒光激光掃描共焦顯微鏡的情況那樣對標(biāo)本照射強(qiáng)力的激勵(lì)光，能夠減輕標(biāo)本的損傷。再者，不需要強(qiáng)力的激勵(lì)光源用激光、電鏡等掃描裝置、共焦光學(xué)系統(tǒng)、光電倍增器、圖像制作用處理裝置等。作為對象的標(biāo)本，在熒光觀察時(shí)也在標(biāo)本的厚度方向分散存在生物細(xì)胞等的熒光發(fā)光體，作為觀察的目的，不是觀察來自細(xì)胞的細(xì)微部位的熒光發(fā)光，而是大體上確定從細(xì)胞的哪個(gè)部位發(fā)光并測量發(fā)光量。由此，適合于這樣目的的照明，優(yōu)選為對標(biāo)本的視場平面整體具有均等的光量分布、且沿光軸方向(標(biāo)本的厚度方向)也具有均等的照明。這是因?yàn)?，?15)、(17)意味著CCD的各像素接收來自處于標(biāo)本的圓筒狀體積內(nèi)的發(fā)光熒光體的光。圖18是表示在本第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像裝置中具備實(shí)現(xiàn)這樣照明的反射熒光照明裝置時(shí)的主要部分結(jié)構(gòu)的示意圖。該反射熒光照明裝置如圖18所示，具備平行光束光源27、擴(kuò)束器28、激勵(lì)小孔PS、投光透鏡29及波長選擇鏡30。平行光束光源27使用例如激光光源，將激勵(lì)光以平行光束射出。擴(kuò)束器28使從平行光束光源27射出的平行光束擴(kuò)大而透射。激勵(lì)小孔PS配置在投光透鏡29的前側(cè)焦點(diǎn)位置上，將從擴(kuò)束器28射出的平行光束限制為規(guī)定的光束直徑并使其通過。投光透鏡29將通過了激勵(lì)小孔PS的平行光束經(jīng)由波長選擇鏡30聚光在物鏡6的后側(cè)焦點(diǎn)PP上。該聚光的激勵(lì)光在物鏡6的作用下再次成為平行光束，照射在試料1上。然后，從標(biāo)本1發(fā)出的熒光通過物鏡6及成像透鏡7成像在CCD3上，被檢測出。通過這樣附加反射熒光照明裝置，在本第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像裝置中，能夠?qū)?biāo)本1在視場平面內(nèi)及厚度方向上均勻地照射激勵(lì)光，并且能夠觀測與該激勵(lì)光一起發(fā)出的微弱的熒光。另外，在作為激勵(lì)光源使用水銀燈來代替激光光源的情況下，激勵(lì)光量下降，但能夠通過調(diào)節(jié)亮度光闌(未圖示)而制作平行光束，然而，通常用克勒法使面光源對標(biāo)本照明，所以不需要無理地調(diào)節(jié)亮度光闌。這樣，圖17及圖18所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置，可以作為DNA芯片讀取器使用。所謂DNA芯片，是在玻璃和聚苯乙烯等樹脂基板上以約0.3mm的直徑、約0.6mm間隔涂布幾百個(gè)多種類的DNA片段及合成寡核苷酸的芯片，是為了調(diào)査基因的表達(dá)、特定基因的存在等使用的。通常，從該DNA芯片發(fā)出的熒光是微弱的。一般的DNA芯片讀取器是激光照射的共焦光學(xué)系統(tǒng)與高速移動(dòng)掃描臺的組合，該裝置的測光是光斑激勵(lì)光照射點(diǎn)的發(fā)光量之和，所以，如果掃描幅度變化，則每次測光量也變化，不能測量絕對光量。例如，即使是專利文獻(xiàn)3公開的作為DNA芯片讀取器的熒光讀取裝置中，由于標(biāo)本上的照明視場直徑為0.2mm較小、涂布在DNA芯片上的各個(gè)合成寡核苷酸(以下稱作DNA個(gè)體)的直徑為0.3mm，所以雖然改良了共焦光學(xué)系統(tǒng)的弱點(diǎn)，但掃描臺方式?jīng)]有變化。相對于此，如果使用圖17或圖18所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置，則通過例如相對于具有0.5mm直徑的視場的物鏡、以0.6mm的步幅移動(dòng)保持DNA芯片的工作臺，每當(dāng)停止時(shí)測光，就能夠測量絕對光量。此外，通過使用IO倍物鏡(實(shí)際視場2.4mm)作為物鏡6、使成像光學(xué)系統(tǒng)的綜合倍率為4倍、并使用2/3英寸CCD(攝像面OX6.6mm)作為CCD3，例如如圖19所示，能夠不移動(dòng)工作臺就同時(shí)進(jìn)行6個(gè)DNA個(gè)體的測光。這里，圖19是表示成像在CCD3的攝像面3a上的6個(gè)DNA個(gè)體像DI、和對應(yīng)于實(shí)際視場的視場像FI的圖。另外，并不限于現(xiàn)有的顯微鏡用物鏡，通過設(shè)計(jì)視場較大的透鏡，例如使物鏡的視場為2倍、使綜合倍率為2倍，能夠同時(shí)進(jìn)行30個(gè)DNA個(gè)體的測光。圖20是表示在該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像裝置中設(shè)置了分光測光用的濾光單元時(shí)的主要部分結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖20所示，分光測光用的濾光單元31在孔部31a、31b分別具有波長提取濾光器32、33，并且被配置在物鏡6與成像透鏡7之間。濾光單元31在大致與光軸OA2正交的面內(nèi)配置成能夠以滑動(dòng)方式移動(dòng)，將波長提取濾光器32、33和空穴31c的一個(gè)有選擇地配置在光軸0A2上。另夕卜，濾光單元31也可以做成能夠以轉(zhuǎn)臺方式移動(dòng)，還可以保持更多的波長提取濾光器。在使用濾光單元31將例如發(fā)出雙色的光的多色熒光素酶作為標(biāo)本1進(jìn)行分光測光的情況下，可以使波長提取濾光器32為使650nm以上的長波長的光透射的長波通濾光器、使波長提取濾光器33為使550rnn以下的短波長的光透射的短通濾光器。這里，多色熒光素酶的發(fā)光特性用圖21所示的分光特性曲線35G、35R表示，波長提取濾光器32、33的透射率特性分別用圖21所示的透射率曲線32LP、33SP表不o在此情況下，通過利用濾光單元31將波長提取濾光器32配設(shè)在光軸0A2上，能夠?qū)亩嗌珶晒馑孛赴l(fā)出的紅色光進(jìn)行測光，通過將波長提取濾光器33配設(shè)在光軸OA2上，能夠?qū)亩嗌珶晒馑孛赴l(fā)出的綠色光進(jìn)行測光。此外，通過將空穴31c配置在光軸OA2上，能夠觀察標(biāo)本1的明視場像。另外，在配設(shè)了波長提取濾光器32的情況下，對分光特性曲線35G、35R交叉的波長區(qū)域的一部分進(jìn)行測光，但該光量由于是微量的，所以可以忽略。此外，如圖20所示，也可以通過滑塊等切換用于檢測從標(biāo)本1發(fā)出的微弱光的攝像機(jī)C1、和用于將標(biāo)本1的明視場像攝像的攝像機(jī)C2，能夠?qū)?biāo)本1的明視場像進(jìn)行彩色攝像。攝像機(jī)C2是例如具有CCD34a34c的三片式彩色CCD攝像機(jī)，各CCD34a34c可以做成比CCD3像素小而高精度的CCD。此夕卜，攝像機(jī)C2也可以做成具備高精度的黑白CCD的黑白CCD攝像機(jī)。圖22是表示在該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像裝置中具有攝像機(jī)Cl和分光測光用的攝像機(jī)C3時(shí)的主要部分結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖22所示，該微弱光標(biāo)本攝像裝置在物鏡6與成像透鏡7之間設(shè)有一體地具有波長提取濾光器32、33及分色鏡35的分光立方體36，并且具備將從標(biāo)本1發(fā)出并由分色鏡35反射的微弱光以數(shù)值孔徑NAi遠(yuǎn)心地成像的成像透鏡37、和具有與攝像機(jī)C1同樣特性的攝像機(jī)C3。這里，分色鏡35將與圖21所示的特性曲線35G、35R的交點(diǎn)對應(yīng)的約600nm波長設(shè)為透射及反射的反轉(zhuǎn)波長，使該反轉(zhuǎn)波長以上的波長透射并反射比反轉(zhuǎn)波長短的波長。在圖22所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置中，如果將例如具有圖21的特性曲線35G、35R所示發(fā)光特性的多色熒光素酶作為標(biāo)本1觀察，則能夠通過攝像機(jī)C1對從多色熒光素酶發(fā)出的紅色光進(jìn)行測光，并且能夠通過攝像機(jī)C3同時(shí)對從多色熒光素酶發(fā)出的綠色光進(jìn)行測光。另外，由攝像機(jī)C1、C3及成像透鏡7、37的特性的個(gè)體差引起的攝像倍率等的差，希望預(yù)先進(jìn)行校準(zhǔn)來除去。另外，分光立方體36也可以插入脫離地配置在物鏡6與成像透鏡7之間的光軸OA2上。此外，也可以與分光立方體36—起具備一體地保持分光特性等光學(xué)特性不同的多個(gè)更換用分光立方體、并有選擇地將其中1個(gè)分光立方體配置在物鏡6與成像透鏡7之間的分光立方體切換裝置。進(jìn)而，分光立方體切換裝置也可以分別地交換分色鏡及波長提取濾光器。圖23是表示在該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像裝置中，具有攝像機(jī)C1和明視場觀察用的攝像機(jī)C4時(shí)的主要部分結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖23所示，該微弱光標(biāo)本攝像裝置具備反射鏡38、成像透鏡37。攝像機(jī)C4及吸收濾光器22。吸收濾光器22通過滑塊等的切換裝置39可插入脫離地配置在反射鏡38與成像透鏡7之間的光軸OA2上。反射鏡38通過未圖示的插入脫離機(jī)構(gòu)可插入脫離地配置在物鏡6與成像透鏡7之間的光軸OA2上，在配置于光軸OA2上的情況下，將來自標(biāo)本l的光朝著成像透鏡37反射。另外，在反射鏡被配置在光軸OA2上的情況下，由照明光纖15對標(biāo)本1進(jìn)行明視場照明。攝像機(jī)C4例如是具有像素比CCD3小但高精度CCD的黑白CCD攝像機(jī)，在反射鏡38被配置在光軸OA2上的情況下，拍攝標(biāo)本1的明視場像。另一方面，在反射鏡38沒有配置在光軸OA2上的情況下，攝像機(jī)C1拍攝標(biāo)本1的自發(fā)光的像。此時(shí)，也可以將吸收濾光器22及切換裝置39代替為圖20所示的濾光單元31，對來自標(biāo)本1的微弱光進(jìn)行分光測光。另外，攝像機(jī)C4也可以是三片式的彩色CCD。一般，在攝像機(jī)Cl中使用的高靈敏度的冷卻CCD攝像機(jī)的殼體較大，例如圖20所示那樣的攝像機(jī)的更換較困難，但在圖23所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置中，通過將反射鏡38插入脫離于光軸OA2上，能夠容易地切換使用的攝像機(jī)，能夠容易地切換標(biāo)本1的明視場像及自發(fā)光的像的攝像。另外，在圖22及圖23所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置中，為了進(jìn)行攝像機(jī)Cl和攝像機(jī)C3或攝像機(jī)C4的位置對準(zhǔn)，即進(jìn)行使由各攝像機(jī)攝像的圖像中心一致的定心，優(yōu)選具備使成像透鏡7或攝像機(jī)Cl沿大致正交于光軸OA2的方向移動(dòng)的位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)?；蛘?，在圖22所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置中，也可以使成像透鏡37或攝像機(jī)C3沿大致垂直于其光軸的方向移動(dòng)，在圖23所示的微弱光標(biāo)本攝像裝置中，也可以使成像透鏡37或攝像機(jī)C4沿大致垂直于其光軸的方向移動(dòng)。這樣，在該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置中，由于使由物鏡6與成像透鏡7構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)為無限遠(yuǎn)校正系統(tǒng)，所以能夠在物鏡6與成像透鏡7之間配置各種光學(xué)元件而使該微弱光標(biāo)本攝像裝置多功能化。另一方面，該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像裝置例如如圖24所示，通過配置在遮斷來自外部的光的腔室等的遮光裝置內(nèi)，能夠不受外部的光的影響而高精度、穩(wěn)定地檢測微弱光，能夠鮮明地拍攝標(biāo)本l的自發(fā)光的像。這里，圖24所示的遮光裝置通過基座41、包圍部42及蓋43形成暗室，在該暗室內(nèi)在基座41上具備微弱光標(biāo)本攝像裝置。在該遮光裝置中，通過將把手45提起，能夠以鉸鏈部44為中心將蓋43打開，來更換標(biāo)本l。此外，如圖24所示，在將該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像裝置配設(shè)在遮光裝置內(nèi)的情況下，可以通過具有鍵盤、鼠標(biāo)等輸入裝置47的計(jì)算機(jī)等控制裝置46從遮光裝置的外部對該微弱光標(biāo)本攝像裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程操作及自動(dòng)控制，特別地，也可以是，能夠自動(dòng)控制對標(biāo)本1的對焦及位置對準(zhǔn)動(dòng)作、攝像機(jī)C1等的攝像動(dòng)作、照明光纖15的照明光的調(diào)光等。這里，所謂對標(biāo)本1的位置對準(zhǔn)是，使由物鏡6及成像透鏡7構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)、保持?jǐn)z像機(jī)Cl及標(biāo)本1的試料臺13的至少1個(gè)，沿大致正交于光軸OA2的方向移動(dòng)，將標(biāo)本1配設(shè)在物鏡6的視場內(nèi)的處理。此外，控制裝置46如圖24所示，可以具備顯示裝置48，將標(biāo)本1的明視場像與對應(yīng)于自發(fā)光的像的圖像重疊顯示。進(jìn)而，控制裝置可以具備保存這些圖像的存儲器等存儲部。另一方面，該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像裝置也可以代替試料13而如圖25所示那樣具備由玻璃皿51、分隔部52及透明板53構(gòu)成的作為收容機(jī)構(gòu)的密閉容器，將標(biāo)本1保持在玻璃皿51上。這里，該密閉容器具備將由未圖示的空調(diào)裝置生成的低溫低濕的C02向容器內(nèi)供氣的供氣管54、和將容器內(nèi)的C02排氣的排氣管55，能夠調(diào)節(jié)容器內(nèi)的溫度、濕度、氣壓及C02濃度中的至少1個(gè)。另外，也可以代替C02的供排氣，而是在該密閉容器的內(nèi)部設(shè)置熱密封等，通過電氣方式進(jìn)行容器內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)等。這里，將適合應(yīng)用在該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置的各部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地示于圖26。如圖26所示，在物鏡6中，以規(guī)格為"Oil,40倍，NAL4，f5mm"的物鏡6—1為代表，可以使用規(guī)格為"20倍，NA0.8，fl0mm"的物鏡6—2、能夠觀察標(biāo)本1整體的規(guī)格為"5倍，NA0.15，f40mm"的物鏡6—3。在這些物鏡6—16—3中，可以使用一般市場銷售的光瞳位置相互大致相等的以視場數(shù)24左右設(shè)計(jì)的顯微鏡用物鏡。此外，也可以使用將觀察視場取得較大的規(guī)格為"Oil，20倍，NA1.4，fl0mm"的物鏡6。但是，在此情況下，物鏡6的射出光瞳直徑擴(kuò)大為28mm，同物鏡6—起配置在成像透鏡7及這些透鏡間的光學(xué)元件的直徑擴(kuò)大，在一般的顯微鏡中使用的光學(xué)單元、光學(xué)元件等變得不能使用。另外，也可以在物鏡6中具備開口孔徑可變的可變亮度光闌，能夠調(diào)節(jié)成像透鏡7的數(shù)值孔徑NAj，在透射明視場觀察中使用。在成像透鏡7中，如圖26所示，可以使用規(guī)格為"NA0.35，f20mm(使用40倍物鏡時(shí)的綜合倍率4倍、實(shí)際視場0.6mm、視場數(shù)2.4)"的成像透鏡7—1、規(guī)格為"NA0.2，f40mm(使用40倍物鏡時(shí)的綜合倍率8倍、實(shí)際視場0.6mm、視場數(shù)4.8)"的成像透鏡7—2等。此外，在明視場觀察用中使用規(guī)格為"NA0.03，flOOmm(使用5倍物鏡時(shí)的綜合倍率2.5倍、實(shí)際視場6mm、視場數(shù)15)"的的成像透鏡7—3。這里，將以上說明的物鏡6與成像透鏡7的組合結(jié)構(gòu)的光學(xué)規(guī)格和其特長匯總示于圖27。另外，圖27中所示的"亮度"是以使用Dry20倍的物鏡、綜合倍率為4倍時(shí)的亮度為基準(zhǔn)的指標(biāo)值。在配置于物鏡6與成像透鏡7之間的中間鏡筒中，可以分別使用具備圖17所示的熒光立體24等的反射熒光裝置、具備圖20所示的濾光單元31、圖22所示的分光立方體36等的分光單元、以及圖23所示的反射鏡38等的反射鏡切換明視場攝像單元。在拍攝標(biāo)本1的像的攝像機(jī)中，拍攝作為微弱光的標(biāo)本1的自發(fā)光所產(chǎn)生的像的攝像機(jī)，可以使用作為高靈敏度的冷卻黑白CCD攝像機(jī)的攝像機(jī)C1、C3，拍攝標(biāo)本1的明視場像的攝像機(jī)，可以使用作為3板式的彩色CCD攝像機(jī)的攝像機(jī)C2或作為高精度的黑白CCD攝像機(jī)的攝像機(jī)C4。另外，攝像機(jī)C1、C3的像素大小可以做成69Um邊長左右，配合由成像透鏡7形成的艾里斑的大小來選擇。在將標(biāo)本1照明的照明機(jī)構(gòu)中，除了從白色光源等對照明光進(jìn)行導(dǎo)光的照明光纖15以外，如圖26所示，也可以使用將白色LED與單透鏡組合來實(shí)現(xiàn)臨界照明的照明裝置、或作為使用了聚光透鏡的克勒照明裝置的顯微鏡用UCD等。此外，也可以具備進(jìn)行微分干涉觀察及相位觀察的照明裝置。但是，在此情況下，需要專用的環(huán)擋塊、棱鏡、物鏡等。另外，關(guān)于該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置，至今說明了倒立式，但也可以是正立式。另外，該第二實(shí)施方式的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置使用CCD作為攝像機(jī)構(gòu)，但并不限于此，也可以是CMOS等的攝像元件、具有與0'C左右的冷卻CCD同等的攝像靈敏度的攝像元件。以上，本發(fā)明的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置，在拍攝發(fā)出微弱光的標(biāo)本的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置中是有實(shí)用性的，適合于對發(fā)出微弱熒光的標(biāo)本、進(jìn)行生物體發(fā)光的標(biāo)本等具有微小發(fā)光源的標(biāo)本進(jìn)行攝像的微弱光標(biāo)本攝像單元及微弱光標(biāo)本攝像裝置。權(quán)利要求1、一種微弱光標(biāo)本攝像單元，具備成像光學(xué)系統(tǒng)，將具有發(fā)出微弱光的點(diǎn)光源的標(biāo)本的標(biāo)本像成像；攝像機(jī)構(gòu)，具有對入射的光進(jìn)行受光的多個(gè)像素，拍攝對應(yīng)于上述標(biāo)本像的圖像；其特征在于，上述成像光學(xué)系統(tǒng)在該成像光學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)本像側(cè)是遠(yuǎn)心的，并且將來自上述點(diǎn)光源的微弱光聚光，形成與上述像素大致相同的大小、或者比上述像素小的艾里斑。2、如權(quán)利要求1所述的微弱光標(biāo)本攝像單元，其特征在于，上述成像光學(xué)系統(tǒng)具備物鏡，在該成像光學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)本側(cè)是遠(yuǎn)心的，并且將來自上述點(diǎn)光源的微弱光變換為平行光束；成像透鏡，將由上述物鏡變換的平行光束聚光，形成上述艾里斑。3、如權(quán)利要求2所述的微弱光標(biāo)本攝像單元，其特征在于，上述物鏡配置成，能夠同焦距和標(biāo)本側(cè)數(shù)值孔徑中的至少一個(gè)與該物鏡不同的更換物鏡進(jìn)行更換。4、如權(quán)利要求3所述的微弱光標(biāo)本攝像單元，其特征在于，上述物鏡具有作為配置該物鏡時(shí)的基準(zhǔn)的物方配置基準(zhǔn)面，并且該物鏡配置成，能夠同從該物方配置基準(zhǔn)面到標(biāo)本側(cè)焦點(diǎn)及射出光瞳的各距離與該物鏡大致相等的上述更換物鏡進(jìn)行更換。5、如權(quán)利要求24中任一項(xiàng)所述的微弱光標(biāo)本攝像單元，其特征在于，上述物鏡具備開口孔徑可變的可變亮度光闌。6、如權(quán)利要求25中任一項(xiàng)所述的微弱光標(biāo)本攝像單元，其特征在于，上述成像透鏡配置成，能夠同焦點(diǎn)距離及標(biāo)本像側(cè)數(shù)值孔徑中的至少一個(gè)與該成像透鏡不同的更換成像透鏡進(jìn)行更換。7、如權(quán)利要求6所述的微弱光標(biāo)本攝像單元，其特征在于，上述成像透鏡具有作為配置該成像透鏡時(shí)的基準(zhǔn)的成像配置基準(zhǔn)面，并且該成像透鏡配置成，能夠同從該成像配置基準(zhǔn)面到標(biāo)本像側(cè)焦點(diǎn)及射出光瞳的各距離與該成像透鏡大致相等的上述更換成像透鏡進(jìn)行更換。8、如權(quán)利要求27中任一項(xiàng)所述的微弱光標(biāo)本攝像單元，其特征在于，上述成像透鏡具有與上述物鏡的射出光瞳直徑同等或其以上的大小的入射瞳直徑。9、如權(quán)利要求28中任一項(xiàng)所述的微弱光標(biāo)本攝像單元，其特征在于，上述攝像機(jī)構(gòu)配置成，能夠同規(guī)定的攝像特性與該攝像機(jī)構(gòu)不同的更換攝像機(jī)構(gòu)進(jìn)行更換。10、如權(quán)利要求19中任一項(xiàng)所述的微弱光標(biāo)本攝像單元，其特征在于，上述成像光學(xué)系統(tǒng)的成像倍率為大致2倍以上、大致8倍以下。11、一種微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求1所述的微弱光標(biāo)本攝像單元；標(biāo)本保持機(jī)構(gòu)，保持上述標(biāo)本；照明機(jī)構(gòu)，對上述標(biāo)本進(jìn)行照明；以及焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使上述成像光學(xué)系統(tǒng)、上述攝像機(jī)構(gòu)及上述標(biāo)本保持機(jī)構(gòu)的至少1個(gè)沿上述微弱光標(biāo)本攝像單元的光軸方向移動(dòng)，進(jìn)行上述微弱光標(biāo)本攝像單元對于上述標(biāo)本的對焦；上述成像光學(xué)系統(tǒng)將由上述照明機(jī)構(gòu)照射的照射光、即透射或反射了上述標(biāo)本的照射光進(jìn)行聚光，使上述標(biāo)本的明視場標(biāo)本像成像；上述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行對焦，使上述明視場標(biāo)本像被鮮明地成12、一種微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求29中任一項(xiàng)所述的微弱光標(biāo)本攝像單元；標(biāo)本保持機(jī)構(gòu)，保持上述標(biāo)本；照明機(jī)構(gòu)，對上述標(biāo)本進(jìn)行照明；以及焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使上述物鏡、上述成像透鏡、上述攝像機(jī)構(gòu)及上述標(biāo)本保持機(jī)構(gòu)的至少1個(gè)沿上述微弱光標(biāo)本攝像單元的光軸方向移動(dòng)，進(jìn)行上述微弱光標(biāo)本攝像單元對于上述標(biāo)本的對焦；上述成像光學(xué)系統(tǒng)將由上述照明機(jī)構(gòu)照射的照射光、即透射或反射了上述標(biāo)本的照射光進(jìn)行聚光，使上述標(biāo)本的明視場標(biāo)本像成像；上述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行對焦，使上述明視場標(biāo)本像被鮮明地成13、如權(quán)利要求12所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備熒光單元，具有使激勵(lì)上述標(biāo)本的激勵(lì)光有選擇地透射的激勵(lì)光透射濾光器、使從由上述激勵(lì)光激勵(lì)的標(biāo)本發(fā)出的熒光有選擇地透射的熒光透射濾光器、以及反射上述激勵(lì)光而使上述熒光透射的分色鏡，該熒光單元在上述物鏡與上述成像透鏡之間可插入脫離地配置；熒光照射機(jī)構(gòu)，具有發(fā)出上述激勵(lì)光的激勵(lì)光源，通過上述分色鏡反射從該激勵(lì)光源發(fā)出的激勵(lì)光并照射在上述標(biāo)本上；上述成像光學(xué)系統(tǒng)將上述熒光作為上述微弱光進(jìn)行聚光，形成上述艾里斑。14、如權(quán)利要求13所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備熒光切換機(jī)構(gòu)，該熒光切換機(jī)構(gòu)保持對于上述激勵(lì)光及上述熒光的至少一方的光學(xué)特性相互不同的多個(gè)上述熒光單元，有選擇地將該保持的多個(gè)熒光單元中的1個(gè)熒光單元配置到上述物鏡與上述成像透鏡之間。15、如權(quán)利要求13或14所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，上述熒光照射機(jī)構(gòu)使上述激勵(lì)光成為大致平行光束而照射在上述標(biāo)本上。16、如權(quán)利要求12所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備可插入脫離地配置在上述物鏡與上述成像透鏡之間、從上述微弱光中提取規(guī)定波長區(qū)域的光的波長提取濾光器。17、如權(quán)利要求16所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備濾光器切換機(jī)構(gòu)，該濾光器切換機(jī)構(gòu)保持提取的波長區(qū)域相互不同的多個(gè)上述波長提取濾光器，有選擇地將該保持的多個(gè)波長提取濾光器中的至少1個(gè)波長提取濾光器配置在上述物鏡與上述成像透鏡之間，其中包括不配置濾光器。18、如權(quán)利要求12所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備分色鏡，可插入脫離地配置在上述物鏡與上述成像透鏡之間，使上述微弱光中的規(guī)定的第1波長區(qū)域的光透射，并且將與該第1波長區(qū)域不同的第2波長區(qū)域的光反射；反射側(cè)成像透鏡，將由上述分色鏡反射的上述第2波長區(qū)域的光聚光；以及反射側(cè)攝像機(jī)構(gòu)，具有多個(gè)像素，對由上述反射側(cè)成像透鏡聚光的上述第2波長區(qū)域的光進(jìn)行受光；上述反射側(cè)成像透鏡形成與上述反射側(cè)攝像機(jī)構(gòu)所具有的像素內(nèi)的受光區(qū)域大致內(nèi)切的大小的艾里斑。19、如權(quán)利要求18所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備分色鏡切換機(jī)構(gòu)，該分色鏡切換機(jī)構(gòu)保持上述第1波長區(qū)域及上述第2波長區(qū)域的至少一個(gè)相互不同的多個(gè)上述分色鏡，有選擇地將該保持的多個(gè)分色鏡中的1個(gè)分色鏡配置在上述物鏡與上述成像透鏡之間。20、如權(quán)利要求18或19所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備透射側(cè)波長提取濾光器，可插入脫離地配置在上述分色鏡與上述成像透鏡之間，從上述第1波長區(qū)域的光中提取規(guī)定的第3波長區(qū)域的光；以及反射側(cè)波長提取濾光器，可插入脫離地配置在上述分色鏡與上述反射側(cè)成像透鏡之間，從上述第2波長區(qū)域的光中提取規(guī)定的第4波長區(qū)域的光。21、如權(quán)利要求1220中任一項(xiàng)所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備-反射鏡，可插入脫離地配置在上述物鏡與上述成像透鏡之間，將透射上述標(biāo)本或反射的上述照明光反射；明視場成像透鏡，將由上述反射鏡反射的照射光進(jìn)行聚光，使上述標(biāo)本的明視場像成像；明視場攝像機(jī)構(gòu)，拍攝與由上述明視場成像透鏡成像的明視場像對應(yīng)的明視場圖像。22、如權(quán)利要求1821中任一項(xiàng)所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使上述成像光學(xué)系統(tǒng)或上述攝像機(jī)構(gòu)沿與上述微弱光標(biāo)本攝像單元的光軸大致正交的方向移動(dòng)，進(jìn)行上述攝像機(jī)構(gòu)與上述反射側(cè)攝像機(jī)構(gòu)或上述明視場攝像機(jī)構(gòu)的位置對準(zhǔn)。23、如權(quán)利要求22所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備進(jìn)行上述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的對焦及上述位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位置對準(zhǔn)中的至少一個(gè)的自動(dòng)控制的調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)。24、如權(quán)利要求1123中任一項(xiàng)所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，上述標(biāo)本保持機(jī)構(gòu)具備收容機(jī)構(gòu)，將上述標(biāo)本保持在內(nèi)部；環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)上述收容機(jī)構(gòu)內(nèi)部的環(huán)境條件。25、如權(quán)利要求24所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，上述環(huán)境條件是與上述收容機(jī)構(gòu)內(nèi)部的溫度、濕度、氣壓及成分濃度中的至少l個(gè)相對應(yīng)的條件。26、如權(quán)利要求1125中任一項(xiàng)所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，該微弱光標(biāo)本攝像裝置配置在遮斷來自外部的光的遮光機(jī)構(gòu)內(nèi)。27、如權(quán)利要求1126中任一項(xiàng)所述的微弱光標(biāo)本攝像裝置，其特征在于，具備將上述攝像機(jī)構(gòu)拍攝的圖像、即與上述明視場標(biāo)本像和通過上述微弱光形成的上述標(biāo)本像分別對應(yīng)的圖像重合顯示的顯示機(jī)構(gòu)。全文摘要為了能夠利用0℃左右的冷卻CCD以較短的曝光時(shí)間拍攝發(fā)出微弱光的標(biāo)本，提供一種微弱光標(biāo)本攝像單元，其具備成像光學(xué)系統(tǒng)，使具有發(fā)出微弱光的點(diǎn)光源的標(biāo)本的標(biāo)本像成像；攝像機(jī)構(gòu)，具有對入射的光進(jìn)行受光的多個(gè)像素，拍攝對應(yīng)于上述標(biāo)本像的圖像；上述成像光學(xué)系統(tǒng)在該成像光學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)本像側(cè)是遠(yuǎn)心的，并且將來自上述點(diǎn)光源的微弱光進(jìn)行聚光，形成與上述像素大致相同的大小、或者比上述像素小的艾里斑。文檔編號H04N5/225GK101124505SQ20068000542公開日2008年2月13日申請日期2006年2月16日優(yōu)先權(quán)日2005年2月21日發(fā)明者土坂新一,鈴木浩文申請人:奧林巴斯株式會(huì)社