(57)【要約】【課題】大量培養における細胞の観察を効率的に行うことができるインキュベーションシステムを提供する。【解決手段】インキュベーションシステム１０は、細胞２８が培養される透光性を有する培養容器２７が収容される空間の少なくとも底面を区画する透光性部材２１、及び上記空間を恒温恒湿に維持する恒温恒湿機３９を有する複数のインキュベータ２０と、インキュベータ２０の下方の空間において、透光性部材２１を通じて培養容器２７を光学的に撮像可能な撮像装置７０と、撮像装置７０を、複数のインキュベータ２０の下方において移動させる移動装置８０と、を具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞が培養される透光性を有する培養容器が収容される空間の少なくとも底面を区画する透光性部材、及び上記空間を恒温恒湿に維持する恒温恒湿機を有する複数のインキュベータと、
上記インキュベータの下方の空間に配置されており、上記透光性部材を通じて上記培養容器を光学的に撮像可能な撮像装置と、
上記インキュベータ又は上記撮像装置を移動させる移動装置と、を具備するインキュベーションシステム。
【請求項２】
上記インキュベータは、上記透光性部材を外部に対して露出する開位置と、上記透光性部材を外部に対して覆う閉位置と、に移動可能なカバーを有するものである請求項１に記載のインキュベーションシステム。
【請求項３】
上記複数のインキュベータを水平方向に並べて支持する支持台を更に具備しており、
上記移動装置は、上記支持台に支持された複数の上記インキュベータの下方の空間において、上記撮像装置を上記インキュベータに対して相対的に移動させる請求項１又は２に記載のインキュベーションシステム。
【請求項４】
上記撮像装置は、照明光源、上記照明光源からの照明光を観察対象物である上記培養容器の細胞に出射する照明光学系、上記照明光が上記観察対象物を通過して反射された反射光から上記観察対象物の光学像を形成する観察光学系を備え、
上記観察光学系は、上記反射光のうち反射面で反射された直接反射光の位相を変更する位相板を備え、
上記照明光学系及び上記観察光学系の双方が上記観察対象物の下方に配置されている落射式位相差顕微鏡と、
上記観察光学系によって得られた上記光学像を光電変換して、上記細胞の画像データを作成する撮像素子と、を備えており、
上記照明光学系から出射される上記照明光が平行光である請求項１から３のいずれかに記載のインキュベーションシステム。
【請求項５】
上記透光性部材を加温するヒーターを更に備える請求項１から４のいずれかに記載のインキュベーションシステム。
【請求項６】
透光性を有する容器が収容する空間の少なくとも一部の底面を区画する透光性部材と、
上記容器を上記透光性部材上に保持する保持手段と、
上記空間を恒温恒湿に維持する恒温恒湿機と、
上記空間を開閉する扉と、
上記透光性部材を外部に対して露出する開位置と、上記透光性部材を外部に対して覆う閉位置と、に移動可能なカバーを下方に有するインキュベータ。
【請求項７】
上記透光性部材を加温するヒーターを更に備える請求項６に記載のインキュベータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞を培養するための培養容器を恒温恒湿に維持しつつ、培養容器の細胞を観察可能なインキュベーションシステム及びインキュベータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、病気の治療或いは医薬品の生産や評価のために、細胞の培養が行われている。細胞の培養は、インキュベータ内において、温度及び湿度等を一定に保った状態で行われる。細胞の培養において、培養されている細胞の一部又は全部を、新しいシャーレやバッグなどの培養容器に植え継ぐ作業が行われる。このような作業は、一般に継代と称される。継代は、例えば、アイソレータと呼ばれる無菌環境の中で行われる。アイソレータには、作業者が外部から着用可能なハーフスーツ又はグローブが設けられている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４０３４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、病気の治療のために患者から採取した細胞を培養する場合には、培養している細胞を他の患者の細胞と混同しないことが求められる。したがって、１つのインキュベータ中には、一人の患者の細胞を培養する培養容器のみが収容されていることが好ましい。
【０００５】
また、継代においては、求められる量の細胞の継代を一度に作業することが求められる。継代のタイミングは、インキュベータ中の培養容器を光学系顕微鏡などによって撮像し、撮像された画像を解析すること等によって決定される。
【０００６】
しかし、インキュベータから培養容器を取り出して撮像するためには、そのためのクリーンルームを設けて、クリーンルーム内の環境を、細胞が汚染されないように整える必要がある。また、撮像のための作業者がクリーンルームに出入りする毎に、クリーンルーム内の環境が良好に保持されているかを確認する必要もある。他方、各インキュベータ毎に撮像装置を個別に設けることは、コストが多大となることから、多くの患者の細胞を培養する量産には不向きである。
【０００７】
本発明は、前述された事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大量培養における細胞の観察を効率的に行うことができるインキュベーションシステム及びインキュベータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
(1)  本発明に係るインキュベーションシステムは、細胞が培養される透光性を有する培養容器が収容される空間の少なくとも底面を区画する透光性部材、及び上記空間を恒温恒湿に維持する恒温恒湿機を有する複数のインキュベータと、上記インキュベータの下方の空間に配置されており、上記透光性部材を通じて上記培養容器を光学的に撮像可能な撮像装置と、上記インキュベータ又は上記撮像装置を移動させる移動装置と、を具備する。
【０００９】
複数のインキュベータの下方の空間において、インキュベータ又は撮像装置が移動装置により移動されれことにより、各インキュベータ毎に撮像装置を配置する必要がない。また、インキュベータ内から培養容器を取り出すことなく、インキュベータ内の培養容器内の細胞が撮像装置により撮像される。
【００１０】
(2)  好ましくは、上記インキュベータは、上記透光性部材を外部に対して露出する開位置と、上記透光性部材を外部に対して覆う閉位置と、に移動可能なカバーを有する。
【００１１】
上記構成によれば、撮像装置により培養容器を撮像する必要がないときは、透光性部材をカバーで覆うことにより、透光性部材を通じた熱伝導を抑制したり、透光性部材を通じた外光の侵入を抑制したりすることができる。
【００１２】
(3)  好ましくは、上記インキュベーションシステムは、上記複数のインキュベータを水平方向に並べて支持する支持台を更に具備しており、上記移動装置は、上記支持台に支持された複数の上記インキュベータの下方の空間において、上記撮像装置を上記インキュベータに対して相対的に移動させる。
【００１３】
重量が比較的重いインキュベータではなく、重量が比較的軽い撮像装置を移動装置が移動するので、移動装置に要するトルクやエネルギーが小さい。これにより、移動装置を小型化できる。また、インキュベータが移動されないので、インキュベータ内の細胞に振動などが伝達され難い。
【００１４】
(4)  好ましくは、上記撮像装置は、照明光源、上記照明光源からの照明光を観測対象物である上記培養容器の細胞に出射する照明光学系、上記照明光が上記観測対象物を通過して反射された反射光から上記観測対象物の光学像を形成する観察光学系を備え、上記観察光学系は、上記反射光のうち、反射面で反射された直接反射光の位相を変更する位相板を備え、上記照明光学系及び上記観察光学系の双方が上記観察対象物の下方に配置されている落射式位相差顕微鏡と、上記観察光学系によって得られた上記光学像を光電変換して、上記細胞の画像データを作成する撮像素子と、を備えており、上記照明光学系から出射される上記照明光が平行光である。
【００１５】
上記構成によれば、照明光学系から平行な照明光が出射され、観察光学系に平行な反射光が入射するため、反射光が光軸に対して平行となり、位相板から反射面までの距離が変動しても、直接反射光の位相板における収束点が変動しない。これにより、位相板から反射面までの距離が変動しても、画像データのコントラストを一定に保つことができ、良好な光学像を安定的に得ることができる。
【００１６】
(5)  好ましくは、本インキュベーションシステムは、上記透光性部材を加温するヒーターを更に備える。
【００１７】
上記構成によれば、ヒーターにより外部に露出され得る透光性部材が加温されることによって、透光性部材に結露を発生し難く、インキュベータの内部が外部環境の影響を受けることを小さくできる。
【００１８】
(6)  本発明は、透光性を有する容器が収容する空間の少なくとも一部の底面を区画する透光性部材と、上記容器を上記透光性部材上に保持する保持手段と、上記空間を恒温恒湿に維持する恒温恒湿機と、上記空間を開閉する扉と、上記透光性部材を外部に対して露出する開位置と、上記透光性部材を外部に対して覆う閉位置と、に移動可能なカバーを下方に有するインキュベータとして捉えられてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るインキュベーションシステムによれば、細胞の大量培養を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本実施形態に係るインキュベーションシステム１０の外観図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るインキュベーションシステム１０の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るインキュベータ２０の外観図である。
【図４】図４は、本実施形態に係るインキュベータ２０の内部構造を示す図であり、図４（ａ）はカバーが開位置の時のインキュベータ２０の内部構造を示す斜視図であり、図４（ｂ）はカバーが閉位置の時のインキュベータ２０の内部構造を示す斜視図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る培養容器キャリア５０の外観図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る培養容器ストッカ５１の外観図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る撮像装置７０及び移動装置８０の外観図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る撮像装置７０の光学系の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、適宜図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明される実施形態は本発明が具体化された一例にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で実施形態を適宜変更できることは言うまでもない。
【００２２】
また、以下、図面の説明において、水平方向に沿った前方向１４及び後方向１５は、前後方向と定義される。鉛直方向に沿った上方向１６及び下方向１７は、上下方向と定義される。水平方向に沿った前後方向と直交する右方向１８及び左方向１９は、左右方向と定義される。
【００２３】
また、前方向１４及び右方向１８と直交する方向が下方向１７と定義され、下方向１７の反対となる方向が上方向１６と定義される。前方向１４及び下方向１７と直交する方向が右方向１８と定義され、右方向１８と反対方向が左方向１９と定義される。右方向１８及び下方向１７と直交する方向が前方向１４と定義され、前方向１４と反対方向が後方向１５と定義される。
【００２４】
また、以下、図面の説明において、「前方向を向く」とは、前方向１４の成分を含む方向を向くことを含み、「後方向を向く」とは、後方向１５の成分を含む方向を向くことを含む。また、「下方向を向く」とは、下方向１７の成分を含む方向を向くことを含み、「上方向を向く」とは、上方向１６の成分を含む方向を向くことを含む。また、「右方向を向く」とは、右方向１８の成分を含む方向を向くことを含み、「左方向を向く」とは、左方向１９の成分を含む方向を向くことを含む。例えば、「前面が前方向を向く」とは、前面が前方向１４に沿った方向を向いていてもよいし、前面が前方向１４に対して傾斜した方向を向いていてもよい。
【００２５】
［インキュベーションシステム１０］
図１及び図２に示されるように、本実施形態に係るインキュベーションシステム１０は、複数のインキュベータ２０と、インキュベータ２０を支持する支持台９１と、インキュベータを搭載して移動する搬送台９７と、インキュベータ２０に収容された培養容器２７を撮像する撮像装置７０と、撮像装置７０を移動する移動装置８０と、を備えている。インキュベーションシステム１０は、各インキュベータ２０に対して撮像装置７０が移動して、各インキュベータ２０の培養室２５にそれぞれ収容された培養容器２７を撮像するシステムである。
【００２６】
［インキュベータ２０］
図３、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、インキュベータ２０は、内部空間を培養室２５とする概ね直方体であり、蓋体３０と、透光性部材２１と、カバー２３と、区画壁２６と、恒温恒湿機３９と、培養容器キャリア５０と、培養容器ストッカ５１と、を備えている。
【００２７】
インキュベータ２０の外面は、区画壁２６、蓋体３０、カバー２３により構成されている。インキュベータ２０の上、右、左、前、後を向く各側面は、区画壁２６により構成されている。インキュベータ２０において左方向１９を向く側面には蓋体３０により構成されている。蓋体３０は区画壁２６に形成された開口を開閉するものであり、区画壁２６に回動可能に連結されている。
【００２８】
蓋体３０が区画壁２６の開口を開放することにより、外部より培養室２５へアクセス可能となる。蓋体３０が区画壁２６の開口を閉止することにより、培養室２５が気密に保持される。作業者が、培養室２５内に培養容器２７を収容するときは、蓋体３０が開状態に移動される。収容作業が完了すると、作業者が蓋体３０を閉状態に移動することによって、培養室２５が外部に対して気密に保持される。蓋体３０は、確認窓３１を有してもよい。確認窓３１にはガラスなどの透光性部材が嵌め込まれており、蓋体３０が閉状態であるときに、確認窓３１を通じて培養室２５内を視認することができる。
【００２９】
インキュベータ２０の下面の一部は、透光性部材２１により構成されている。透光性部材２１は培養室２５を区画している。透光性部材２１は、光を透過する材料で構成されており、例えばアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子化合物又はガラス等のケイ酸化合物などからなる。透光性部材２１を通じて、インキュベータ２０の下方と培養室２５との間を光が通過する。透光性部材２１の下方には、カバー２３が設けられている。カバー２３は一対をなしており、それぞれが区画壁２６に回動可能に連結されている。
【００３０】
図４（ａ）に示されるように、カバー２３は、回動することによって、透光性部材２１を下方から覆う閉位置と、透光性部材２１を外部へ露出する開位置に移動する。開位置のカバー２３は、透光性部材２１と上下方向において重ならない。図４（ｂ）に示されるように、カバー２３が閉位置となることによって、外部から透光性部材２１を通じて培養室２５へ光が進入することがない。カバー２３が開位置となることによって、外部から透光性部材２１を通じて培養室２５へ光が進入可能となる。
【００３１】
図２に示されるように、カバー２３は、モータやギア列又はベルトなどの駆動伝達機構を有するカバー駆動部１０７によって回動される。カバー駆動部１０７は、カバー制御部１０６によって制御される。カバー制御部１０６は、培養用コンピュータ３６からの制御信号を受信して、カバー駆動部１０７に駆動信号を送信する。つまり、カバー２３の開閉は、培養用コンピュータ３６を通じて制御される。
【００３２】
［恒温恒湿機３９］
図２、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、インキュベータ２０は、恒温恒湿機３９を備えている。恒温恒湿機３９は、培養室２５の雰囲気（温度及び湿度）を制御する機構である。具体的には、恒温恒湿機３９は、加熱装置３２と、温度センサ３３と、加湿装置３４と、湿度センサ３５と、培養用コンピュータ３６と、操作装置３７と、表示装置３８と、ヒーター温度センサ１０１と、ヒーター制御部１０２と、カバー制御部１０６、カバー駆動部１０７と、を備える。
【００３３】
加熱装置３２は、培養室２５の室温を上げるためのものである。加熱装置３２は、例えば、通電により発熱する発熱体を有する。温度センサ３３は、培養室２５の室温に応じた電気信号を出力する。加湿装置３４は、培養室２５の湿度を上げるためのものである。加湿装置３４は、例えば、加熱や振動によって微細な水滴を生成する。湿度センサ３５は、培養室２５の湿度に応じた電気信号を出力する。
【００３４】
培養用コンピュータ３６は、所謂演算装置であり、加熱装置３２、加湿装置３４、カバー制御部１０６、ヒーター制御部１０２の動作を制御するプログラムを有する。操作装置３７は、培養室２５の温度及び湿度の目標値や、カバー２３を開閉するタイミングなどを培養用コンピュータ３６へ入力するための入力装置である。表示装置３８は、温度センサ３３によって検出された温度、湿度センサ３５によって検出された湿度、操作装置３７によって設定された設定値などを表示するディスプレイである。培養用コンピュータ３６は、温度センサ３３及び湿度センサ３５によって得られた温度及び湿度の検出値が、設定された温度及び湿度の設定値に一致するように、加熱装置３２の作動及び加湿装置３４の作動を制御する。このようにして、培養室２５の雰囲気が所望の温度及び湿度に制御される。
【００３５】
［ヒーター２２］
図２、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、インキュベータ２０は、ヒーター２２を備えている。ヒーター２２は、透光性部材２１を加熱するものであり、例えば、酸化インジウム膜（ＩＴＯ膜）を蒸着した透明電極膜を有するガラスヒータである。ヒーター２２の動作は、ヒーター制御部１０２によって制御される。ヒーター制御部１０２は、透光性部材２１に設けられたヒーター温度センサ１０１が出力する透光性部材２１の温度に応じた電気信号に基づいて、透光性部材２１が所定の温度になるように、ヒーター制御部１０２によって制御される。
【００３６】
［培養容器キャリア５０］
図５に示されるように、培養容器キャリア５０（保持手段の一例）は、培養容器２７が積載される培養容器ストッカ５１と、固定用アングル５２と、蒸発パッド５３と、を備えている。
【００３７】
図６に示されるように、培養容器ストッカ５１は、一対の固定用プレート５５と、複数の柱体５６と、を備えている。一対の固定用プレート５５の各々は、複数の開口部５４を有する平板形状である。本実施形態では、各固定用プレート５５に、４つの開口部５４が一列に並んで形成されている。各開口部５４は円形であり、その直径は、薄い円柱形状の培養容器２７の底面の直径より若干小さい。
【００３８】
一対の固定用プレート５５は、上下方向に離間されており、上下方向に延びる複数の柱体５６により連結されている。下方に位置する固定用プレート５５の上面には、各開口部５４の周縁に沿うように円形に延びるガイド５７が突出する。ガイド５７は、培養容器２７の外径より若干大きな円形に沿って延びている。ガイド５７の内側には、培養容器２７が装填される。ガイド５７の内側に装填された培養容器２７の底面は、開口部５４を通じて下方に露出される。
【００３９】
培養容器ストッカ５１には、上下方向に積まれた複数の培養容器２７を一群として、４つの群が固定用プレート５５の間に位置される。固定用プレート５５には、４つの開口部５４が形成されており、その直上に、４つの群の培養容器２７がそれぞれ搭載可能である。培養容器ストッカ５１に、複数の培養容器２７が搭載されることによって、インキュベータ２０の培養室２５に培養容器２７を出し入れする作業において、複数の培養容器２７を一体に取り扱うことができる。
【００４０】
図５に示されるように、固定用アングル５２は、複数の培養容器ストッカ５１を一体に固定するものである。本実施形態では、３つの培養容器ストッカ５１が固定用アングル５２に固定可能である。固定用アングル５２は、複数の培養容器ストッカ５１を載置可能な載置板と、載置板において、複数の培養容器ストッカ５１の前後方向及び左右方向の位置を保持するガイドとを有する。同図には示されていないが、固定用アングル５２の載置板には、載置された培養容器ストッカ５１の各開口部５４を下方へ露出する開口が形成されている。なお、固定用アングル５２の構成は本実施形態に示されたものに限定されない。
【００４１】
固定用アングル５２は、培養室２５に設けられている。作業者は、培養室２５に培養容器ストッカ５１を入れるときに、固定用アングル５２の載置板に培養容器ストッカ５１を載置する。これにより、培養室２５において、培養容器２７の前後方向及び左右方向の位置決めがなされる。固定用アングル５２に側方には、蒸発パッド５３が設けられている。蒸発パッド５３は、水を貯留する容器である。
【００４２】
［培養容器２７］
図２、図５及び図６に示されるように、培養容器２７は所謂シャーレであり、入れ子となる下皿２７Ｄと、上皿２７Ｕと、を有する。下皿２７Ｄと、上皿２７Ｕと、浅い円筒形状であり、軸線方向の一端が開口している。上皿２７Ｕの開口の内径が、下皿２７Ｄの開口の外径よりも若干大きい。上方に開口する下皿２７Ｄに対して、下方に開口する上皿２７Ｕが被せられることによって、一つの培養容器２７となる。下皿２７Ｄ及び上皿２７Ｕは、共に光を透過する材料、例えばアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子化合物又はガラス等のケイ酸化合物からなる。
【００４３】
［反射鏡７９］
図２及び図８に示されるように、反射鏡７９は、培養容器２７の上皿２７Ｕの蓋の上面に設けられている。本実施形態では、反射鏡７９は、下皿２７Ｄの底面とほぼ同じ円形状である。反射鏡７９の下面７９ａは、光を反射する反射面である。本実施形態では、反射鏡７９は防錆性、光沢性に優れたステンレス等で形成されており、下方向１７を向く面は、光を反射可能に鏡面加工がなされている。なお、反射鏡７９は、培養容器２７の下皿２７Ｄの下面として構成されてもよい。すなわち、上下方向に積み重ねられた培養容器２７において、上方に位置する培養容器２７の下皿２７Ｄの下面が、反射鏡７９として機能するように構成されてもよい。
【００４４】
［支持台９１］
図１及び図２に示されるように、支持台９１は、直方体形状に形成されたフレームであり、その内部空間９５に移動装置８０が支持され、フレームの上面である載置面９２に複数のインキュベータ２０が支持される。載置面９２にインキュベータ２０が載置されることにより、インキュベータ２０の蓋体３０が面する方向が同一方向を向くように２台のインキュベータ２０が水平方向において整列される。移動装置８０には、撮像装置７０が搭載されている。すなわち、支持台９１に複数のインキュベータ２０，移動装置８０、撮像装置７０が支持されることによって、複数のインキュベータ２０の下方の空間を撮像装置７０が移動可能となる。なお、本実施形態では、１つの支持台９１に２台のインキュベータ２０が支持可能であるが、１つの支持台９１に支持可能なインキュベータ２０の台数は２台以上であってもよい。
【００４５】
搬送台９７は、インキュベータ２０を支持台９１に載置させるために移動するときに用いられる。搬送台９７は、直方体形状に形成されたフレームであり、そのフレームの上面である載置面９８に１台のインキュベータ２０が支持可能である。載置面９８の高さは、支持台９１の載置面９２の高さと同等である。フレームの下面には複数のキャスター９９が設けられており、キャスター９９の回転によって、搬送台９７が床面上を円滑に移動可能である。
【００４６】
［移動装置８０］
図１、図２及び図７に示されるように、移動装置８０は、支持フレーム８１と、昇降台８２と、台車機構部８６と、を備えている。
【００４７】
支持フレーム８１は、矩形のフレームであり、支持台９１の内部空間９５に位置して、搬送機構部８７により内部空間９５を移動可能である。昇降台８２は、昇降機構部８４によって、支持フレーム８１に対して上下方向に移動可能である。昇降機構部８４は、支持フレーム８１と昇降台８２を連結するリンク機構がアクチュエータ８５によって移動されるものである。昇降台８２は、支持フレーム８１と同等の矩形の皿形状である。昇降台８２の上面には、直交ロボット８３が支持されている。直交ロボット８３は、撮像装置７０を支持しており、撮像装置７０を前後方向及び左右方向へ移動させる。アクチュエータ８５及び直交ロボット８３は、移動制御部４６によって動作が制御される。
【００４８】
支持台９１の内部空間９５には、台車機構部８６が設けられている。台車機構部８６は、支持フレーム８１を水平方向に移動させるものであり、例えば、水平方向に延びるレールと、レール上を移動可能な台車と、台車を駆動する駆動機構と、を有する。台車機構部８６の駆動機構は、例えばモータとギヤやベルトなどの駆動伝達機構とを有しており、移動制御部４６によってモータの回転が制御されることによって、台車機構部８６の動作が制御される。
【００４９】
［顕微鏡６０］
図２及び図８に示されるように、顕微鏡６０は、照明光源６３と、照明光学系７１と、観察光学系７２と、撮像素子７３と、を備えている。照明光学系７１は、照明光源６３からの照明光６１を観察対象物である細胞に出射する。観察光学系７２は、照明光６１が細胞を通過して反射面７９ａによって反射された反射光６２から、細胞の光学像を形成する。撮像素子７３は、細胞の光学像を光電変換して、細胞の画像データを作成する。
【００５０】
照明光源６３は、照明光６１を出射する光源である。照明光源６３は、波長可変光源であり、照明光６１の波長を変更できる。波長の切換は、使用者が操作装置４７を操作することにより行われる。操作装置４７の操作により波長の目標値が指定されると、光源制御部４４は、当該目標値の波長の照明光６１が出射されるように、照明光６１を制御する。
【００５１】
顕微鏡６０は、落射式の顕微鏡であり、照明光学系７１及び観察光学系７２が細胞に対して上下方向において同じ側に、本実施形態では細胞に対して下方向１７に配置されている。これに伴って、照明光源６３も、照明光学系７１及び観察光学系７２と同じ側、つまり細胞に対して下方向１７に配置されている。照明光学系７１及び観察光学系７２が細胞の両側にそれぞれ配置されることがないので、顕微鏡６０をコンパクトに構成することができる。
【００５２】
照明光学系７１は、ハーフミラー７４と、第１対物レンズ７５と、第２対物レンズ７６と、を備えている。ハーフミラー７４は、照明光源６３からの照明光６１を反射して、細胞が配置された位置に向けて出射する。本実施形態では、上方向１６に向けて出射する。ハーフミラー７４と細胞との間には、第１対物レンズ７５及び第２対物レンズ７６が配置されている。第１対物レンズ７５がハーフミラー７４に近い側に配置され、第２対物レンズ７６は細胞に近い側に配置されている。ハーフミラー７４からの照明光６１は、第１対物レンズ７５及び第２対物レンズ７６において屈折された後に、透光性部材２１及び下皿２７Ｄを透過して、細胞を通過して反射面７９ａに到達する。光軸６９とは、上下方向に沿った軸であり、ハーフミラー７４から出射される照明光６１の光束の中心軸であり、第１対物レンズ７５及び第２対物レンズ７６の中心軸でもある。
【００５３】
第２対物レンズ７６から出射される照明光６１は、光軸６９と平行であり上下方向に沿った平行光を形成する。このような平行光が細胞に出射されるように、顕微鏡６０の照明光源６３、ハーフミラー７４、第１対物レンズ７５並びに第２対物レンズ７６の光学的特性、及び第１対物レンズ７５及び第２対物レンズ７６の光学的屈折率が事前に設定され、各構成部品が事前に配置されている。
【００５４】
照明光６１は、細胞を通過して反射面７９ａにおいて反射されて反射光６２になる。反射光６２は、細胞を通過する際に細胞の内部で回折せず反射面（下面７９ａ）で反射された直接反射光６２Ａと、細胞を通過する際に細胞の内部で回折された後に位相が１／４波長だけ遅れて反射面７９ａで反射された回折反射光６２Ｂと、からなる。図８において、照明光６１は実線で示され、直接反射光６２Ａは破線で示され、回折反射光６２Ｂは一点鎖線で示されている。反射光６２は、直接反射光６２Ａ及び回折反射光６２Ｂを総称する。
【００５５】
本実施形態では、細胞の上方に反射鏡７９が配置されているので、反射鏡７９の反射面７９ａにおいて、より多くの光が反射されることで反射光６２の光量が増大する。直接反射光６２Ａは、反射鏡７９の反射面７９ａで反射された光のうち、反射の前後において細胞を２回通過し、細胞内で回折されなかった光である。回折反射光６２Ｂは、反射鏡７９の反射面７９ａで反射された光のうち、反射の前後において細胞を２回通過し、細胞内で回折された光である。
【００５６】
観察光学系７２は、第１対物レンズ７５と、第２対物レンズ７６と、ハーフミラー７４と、位相板７７と、結像面７８と、を備えている。結像面７８は、本実施形態では、撮像素子７３の表面に形成された受光面である。ここで、第１対物レンズ７５及び第２対物レンズ７６と、ハーフミラー７４は、照明光学系７１及び観察光学系７２において共用されている。反射面７９ａの表面からの反射光６２は、透光性部材２１及び下皿２７Ｄを経由して、第１対物レンズ７５及び第２対物レンズ７６において屈折された後に、ハーフミラー７４及び位相板７７を透過して、結像面７８に到達する。
【００５７】
位相板７７は、位相をずらす位相膜領域７７Ａと、位相をずらさない透過領域７７Ｂとを有する。位相膜領域７７Ａは、位相板７７において光軸６９を中心とする円形状の領域である。透過領域７７Ｂは、位相板７７において光軸６９を中心とする円環状の領域であって、水平方向において位相膜領域７７Ａの外周の外側にある。位相膜領域７７Ａ及び透過領域７７Ｂは、光を透過する材料で構成されている。光が位相膜領域７７Ａを通過すると、その光の位相は１／４波長だけずらされる。本実施形態では、１／４波長だけ位相が遅らされるが、逆に１／４波長だけ位相が進まされてもよい。一方、透過領域７７Ｂは、当該透過領域７７Ｂを通過する光の位相をずらさない。
【００５８】
反射光６２のうち、直接反射光６２Ａが位相膜領域７７Ａを通過できるように、第１対物レンズ７５及び第２対物レンズ７６の屈折率及び配置、位相膜領域７７Ａの大きさ（半径）が事前に設定されている。そのため、直接反射光６２Ａが位相差膜領域７７Ａを通過することで、直接反射光６２Ａの位相は位相膜領域７７Ａにおいてずらされる。一方、回折反射光６２Ｂは透過領域７７Ｂを通過するので、回折反射光６２Ｂの位相は変更されない。直接反射光６２Ａの位相が１／４波長だけ遅らされた場合は、位相板７７の通過後に、直接反射光６２Ａと回折反射光６２Ｂとの位相差が０となる。直接反射光６２Ａの位相が１／４波長だけ進められた場合は、位相板７７の通過後に、直接反射光６２Ａと回折反射光６２Ｂとの位相差は１／２波長となる。
【００５９】
細胞の各位置を通過して反射された反射光６２の光束は、結像面７８において収束する。直接反射光６２Ａの位相が１／４波長だけ遅らされた場合は、結像面７８において、直接反射光６２Ａと回折反射光６２Ｂとが強め合うので、細胞が明るく背景が暗いブライトコントラストの光学像が得られる。直接反射光６２Ａの位相が１／４波長だけ進められた場合は、逆に、細胞が暗く背景が明るいダークコントラストの光学像が得られる。
【００６０】
結像面７８に形成された光学像は、撮像素子７３により光電変換され、画像データが作成される。画像データは、画像処理部４５で処理された後、表示装置４８に表示される。
【００６１】
［画像処理部４５］
図２に示されるように、画像処理部４５は、撮像素子７３により得られた画像データに対してノイズ情報を除去するフィルタ機能を有している。このフィルタ機能は、２つの異なる波長の照明光６１によって得られた２つの画像データに基づいて、画像データから第２対物レンズ７６に付着したゴミ等によるノイズ情報を除去する機能である。
【００６２】
照明光６１の波長の変更は、細胞から結像面７８までの光路長を変更することに等しい。この変更により、反射光６２が収束する位置が変動する。反射光６２が結像面７８において収束する場合、光学像のピントは合っているが、反射光６２が結像面７８において収束しない場合、光学像のピントがずれている。つまり、２つの異なる波長の照明光６１によって、ピントの合った画像データと、ピントの外れた画像データとが作成される。ここで、第２対物レンズ７６に付着したゴミ等による光学像は、光路長の変動の影響を受けないので、輝度の変動がない。そこで、波長の変更によって得られた２つの画像データにおいて、輝度の変動が比較的小さな部分の画素を特定することで、画像データに含まれるノイズ情報を特定できる。さらに、ノイズ情報を含む画素の情報を削除することで、ノイズ情報の削除された画像データを作成できる。
【００６３】
画像処理部４５にフィルタ機能を発揮させるのに先立って、光源制御部４４が照明光源６３を制御して、照明光６１の波長が変更される。このようにして、第１の波長の照明光６１で得られた画像データと、第２の波長の照明光で得られた画像データとが得られる。ここで、画像データは、２次元座標で配列された画素の集合体である。各画素は、色情報として輝度値の情報を有している。
【００６４】
画像処理部４５は、算出部４１と、認識部４２と、作成部４３と、を備えている。算出部４１は、２つの異なる波長の照明光６１によって得られた２つの画像データについて、同一座標の画素毎に、輝度値の差分を算出する。認識部４２は、この差分が所定値よりも小さい画素を、誤情報を含むノイズ画素として認識する。作成部４３は、２つの画像データからそれぞれノイズ画素を削除して２つの修正画像データを作成する。このようにして、画像データに含まれるノイズ情報の有無が認識され、さらにノイズ情報が削除された画像データが作成される。
【００６５】
［インキュベーションシステムの動作］
インキュベーションシステム１０は、以下のように動作する。細胞培養のための継代作業は、図には示されていないアイソレータの中などで行われる。培地２８に細胞が播種された複数の培養容器２７は、培養容器ストッカ５１に積載され、複数の培養容器ストッカ５１が培養容器キャリア５０に搭載されて、インキュベータ２０の培養室２５に収容される。培養用コンピュータ３６は、培養容器２７が収容されたインキュベータ２０の培養室２５を、恒温恒湿機３９によって恒温恒湿に維持する。また、培養用コンピュータ３６は、細胞培養中において、インキュベータ２０のカバー２３を閉位置とする。なお、カバー２３は、作業者の手動によって閉位置又は開位置にされてもよい。
【００６６】
細胞培養中において、インキュベータ２０の培養室２５に収容された培養容器２７は、顕微鏡６０を用いて観察される。具体的には、操作装置４７がユーザの入力を受け付けて、移動装置８０を、観察対象である培養容器２７を収容するインキュベータ２０の直下となる位置に移動する。続いて、培養用コンピュータ３６は、移動装置８０の直上のインキュベータ２０のカバー２３を開位置とする。これにより、インキュベータ２０の透光性部材２１が外部に対して露出される。また、培養用コンピュータ３６は、ヒーター２２を通電して、透光性部材２１を加温する。
【００６７】
続いて、操作装置４７は、直交ロボット８３を動作して、顕微鏡６０を、インキュベータ２０の培養室２５において、観察対象である培養容器２７の直下に移動する。また、昇降機構部８４が動作されて、顕微鏡６０が、観察対象である培養容器２７の直下において、透光性部材２１に近づくように上昇する。なお、顕微鏡６０と観察対象である培養容器２７の上下方向における相対的な位置は、観察対象である細胞の良好な画像データが得られる位置となるように事前に設定される。
【００６８】
操作装置４７によって動作される顕微鏡６０は、以下のように動作する。光源制御部４４により、照明光源６３が観察対象である培養容器２７を下方から照明し、顕微鏡６０が培養容器２７の光学像を撮像する。撮像素子７３は、顕微鏡６０によって撮像された光学像を光電変換して画像データを作成する。画像処理部４５は、撮像素子７３が出力する画像データを受け付けて記憶し、表示などに必要なデータ処理を行う。画像処理部４５によって処理された画像データは、表示装置４８に表示される。ユーザは、表示装置４８に表示された画像を観察することによって、継代のタイミングを判断する。
【００６９】
観察が終了すると、操作装置４７は、昇降機構部８４を動作して、顕微鏡６０をインキュベータ２０の透光性部材２１から離間させる。また、培養用コンピュータ３６は、カバー２３を閉位置とし、また、ヒーター２２の通電を停止する。
【００７０】
観察対象であるインキュベータ２０に収容された培養容器２７の観察が完了すると、ユーザは、別のインキュベータ２０に収容された培養容器２７の観察を、同様にして行うことができる。
【００７１】
［本実施形態の作用効果］
インキュベーションシステム１０によれば、複数のインキュベータ２０の下方向１７において、インキュベータ２０に対して撮像装置７０を相対的に移動させる移動装置８０を設けることにより、インキュベータ２０の培養室２５に収容された培養容器２７を培養室２５から取り出すことなく、培養容器２７内の培養された細胞を顕微鏡６０により観察することができる。さらに、同じ撮像装置７０を用いて別のインキュベータ２０の培養室２５に収容された培養容器２７を、培養室２５から取り出すことなく、培養容器２７内の培養された細胞を顕微鏡６０により観察することができるため、複数のインキュベータ２０内の培養容器２７内の細胞を一台の撮像装置７０によって観察することができる。したがって、継代において、細胞汚染の防止、設備コストの削減を図ることができる。また、作業の効率が良くなるため多くの患者の細胞を大量に培養することができる。
【００７２】
また、インキュベーションシステム１０によれば、カバー２３を設けることにより、培養容器２７内の細胞を観察する時以外は、透光性部材２１をカバー２３で覆い閉じることができる。これにより、透光性部材２１から培養室２５へ外光が進入することを防ぐことができる。
【００７３】
また、インキュベーションシステム１０によれば、撮像装置７０の顕微鏡６０の照明光学系から出射される照明光を平行光とすることにより、観察光学系に平行な反射光が入射するため、反射光が光軸に対して平行となり、位相板から反射面までの距離が変動しても、直接反射光の位相板における収束点が変動しない。このため、位相板から反射面までの距離が変動しても、画像データのコントラストを一定に保つことができ、細胞の数量を効率良く数えることができる。
【００７４】
また、インキュベーションシステム１０によれば、ヒーター２２により透光性部材２１を加温することができ、透光性部材２１のインキュベータ２０の内側の面に結露を発生し難くすることができる。また、インキュベータ２０の内部が外部環境の影響を受けることを小さくできる。
【００７５】
［変形例］
本実施形態では、インキュベータシステム１０は、顕微鏡６０を移動させる装置であるが、この構成に限定されない。移動装置８０は、インキュベータ２０と顕微鏡６０とを相対的に移動させる装置であればよい。移動装置８０は、顕微鏡６０を移動させる代わりに、インキュベータ２０を移動させる装置であってもよい。また、本実施形態では、顕微鏡６０を移動させるために移動制御部４６によって制御された移動装置８０が設けられている。移動制御部４６は必須の構成要素ではなく、顕微鏡６０又はインキュベータ２０を手動で移動させる移動装置８０でもよい。
【００７６】
本実施形態では、インキュベータシステム１０は、インキュベータ２０が１つの支持台９１の載置面９２に整列された方向と同一の方向に移動装置８０が移動する。移動装置８０の移動する方向は支持台９１の載置面９２の方向に限定されない。例えば、図１に示されるようにインキュベータ２０を左右方向１８、１９に載置された支持台９１が前後方向１４、１５に平行に並べられた場合、前後方向１４、１５に移動装置８０が移動してもよい。また、支持台９１は、複数のインキュベータ２０を支持するものに限定されない。例えば、各インキュベータ２０毎に、下方に撮像装置７０が配置可能な空間を確保するように、支持台や支持脚などが設けられていてもよい。
【００７７】
本実施形態では、インキュベータ２０のカバー２３は、開位置と閉位置に移動させる機構であればよい。本実施形態では、カバー駆動部１０７によってカバー２３が回動することによって開位置と閉位置に移動させる。カバー駆動部１０７は必須の構成要素ではなく、カバー２３を手動で開位置と閉位置に移動させる機構でもよい。
【００７８】
本実施形態では、インキュベータ２０のカバー２３は、回動することによって開位置と閉位置に移動させる。カバー２３が回動する動きは必須の構成要素ではなく、カバー２３が水平方向に沿った向きにスライドして開位置と閉位置に移動させる機構でもよい。
【００７９】
本実施形態では、インキュベータ２０のカバー２３は、図４（ａ）に示されるよう前方向１４に向いて回動する部材と、後方向１５に向いて回動する部材とを有している。カバー２３の部材は２つに分かれている必要はなく、前方向１４または後方向１５のいずれか一方に回動する部材のみでもよい。
【００８０】
本実施形態では、反射面７９ａを下面に設けた反射鏡７９が設けられている。反射鏡７９は必須の構成要素ではなく、反射鏡７９が設けられなくてもよい。この場合、細胞を通過して別の反射面の表面において反射された反射光６２に基づいて、顕微鏡６０に細胞の光学像が形成される。例えば、図２における上皿２７Ｕの下面、または上皿２７Ｕの上方向１６にさらに下皿２７Ｄを載せた場合における下皿２７Ｄの下面なども反射面７９ａと同様に反射面として利用することが可能である。
【００８１】
本実施形態では、反射鏡７９は、培養容器２７の上皿２７Ｕに固定された板材であるが、この構成に限定されない。反射鏡７９は、細胞の上方向１６に配置されて照明光６１を反射可能であれば良く、反射鏡７９が配置される位置や反射鏡７９が固定される対象物は限定されない。反射鏡７９は、培養室２５内に配置されて、インキュベータ２０の区画壁２６の一部に固定されてもよい。
【００８２】
本実施形態では、照明光６１の波長を複数の異なる波長の間で切り換えることにより、
得られる画像をぼかすことができ、ゴミ等の異物の画像データの抽出ができるが、これに限らず、照明光６１の波長を異なる波長に切り換えることにより、位相板７７と反射面７９ａの距離を調整することもでき、直接反射光６２Ａが位相板７７において収束する位置（収束点）を変化させることもでき、結像面のピントを合わせたりすることもできる。
【符号の説明】
【００８３】
１０・・・インキュベーションシステム
２０・・・インキュベータ
２１・・・透光性部材
２２・・・ヒーター
２３・・・カバー
２７・・・培養容器
２８・・・細胞
３９・・・恒温恒湿機
６０・・・顕微鏡、落射式位相差顕微鏡
６１・・・照明光
６２・・・反射光
６２Ａ・・直接反射光
６３・・・照明光源
７０・・・撮像装置
７１・・・照明光学系
７２・・・観察光学系
７３・・・撮像素子
７７・・・位相板
７９ａ・・反射面
８０・・・移動装置
９１・・・支持台
【図１】
2020005553.tif 000003
【図２】
2020005553.tif 000004
【図３】
2020005553.tif 000005
【図４】
2020005553.tif 000006
【図５】
2020005553.tif 000007
【図６】
2020005553.tif 000008
【図７】
2020005553.tif 000009
【図８】
2020005553.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月13日(2018.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
照明光６１は、細胞を通過して反射面７９ａにおいて反射されて反射光６２になる。反射光６２は、細胞を通過する際に細胞の内部で回折しない直接反射光６２Ａと、細胞を通過する際に細胞の内部で回折されて位相が１／４波長だけ遅れた回折反射光６２Ｂと、からなる。図８において、直接反射光６２Ａは実線で示され、回折反射光６２Ｂは破線で示されている。反射光６２は、直接反射光６２Ａ及び回折反射光６２Ｂを総称する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2020005553.tif 000011