(57)【要約】【課題】より良好なオートフォーカスを実現する顕微鏡システム、観察体の観察方法を提供すること。【解決手段】対物レンズ２９と、ステージ２７と、ステージ２７上に設置された保持部と、保持部に保持され、観察体２５を載せる載置面２２を底部に有する容器状の観察試料と、対物レンズ２９と保持部との少なくとも一方を対物レンズ２９の光軸方向に駆動する焦準駆動部１４９と、焦準駆動部１４９を制御する制御部１５１と、観察試料の底部の載置面２２近傍に設けられ、対物レンズ２９の光軸方向で載置面２２と対峙する位置にオートフォーカス用の参照マーク１７が施された参照部材１５とを有し、制御部１５１は、焦準駆動部１４９を制御し、参照マーク１７に対してオートフォーカスを行って対物レンズ２９と保持部との少なくとも一方を基準位置に移動した後、対物レンズ２９と保持部との少なくとも一方を予め設定したオフセット量だけ移動する顕微鏡システム。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズと、ステージと、前記ステージ上に設置された保持部と、
前記保持部に保持され、観察体を載せる載置面を底部に有する容器状の観察試料と、
前記対物レンズと前記保持部との少なくとも一方を前記対物レンズの光軸方向に駆動する焦準駆動部と、
前記焦準駆動部を制御する制御部と、
前記観察試料の底部の載置面近傍に設けられ、前記対物レンズの光軸方向で前記載置面と対峙する位置にオートフォーカス用の参照マークが施された参照部材とを有し、
前記制御部は、前記焦準駆動部を制御し、前記参照マークに対してオートフォーカスを行って前記対物レンズと前記保持部との少なくとも一方を基準位置に移動した後、前記対物レンズと前記保持部との少なくとも一方を予め設定したオフセット量だけ移動することを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項２】
前記保持部は、前記ステージ上に固定された培養チャンバと、前記培養チャンバ内に設けられ、前記参照部材が固定される移動ブロックと、前記培養チャンバ内で前記移動ブロックを水平移動する移動手段とを含み、
前記観察試料は、複数のディッシュと、それぞれのディッシュごとの前記載置面とを有し、前記移動ブロックに保持され、
前記参照マークは、前記対物レンズの光軸方向でそれぞれのディッシュごとの前記載置面と対峙する位置に施されており、
前記制御部は、前記移動手段を制御して前記移動ブロックを水平方向に移動させ、観察するディッシュを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の顕微鏡システムによる観察体の観察方法において、
前記参照マークに対してオートフォーカスを行う度に前記基準位置を更新し、更新した基準位置から前記対物レンズと前記保持部との少なくとも一方を予め設定したオフセット量だけ移動することにより１つ以上の観察点での観察を行うことを特徴とする観察体の観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡システム、観察体の観察方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡を使用して長時間観察を行う場合、時間とともに標本に対するピントがずれてしまうことを防ぐ目的でオートフォーカス装置を搭載することがあった。
【０００３】
オートフォーカスの精度を上げる目的で、標本や容器からなる観察試料ではなく顕微鏡本体側に赤外線反射膜や高コントラストのマーキングを施すことがある。例えば、観察試料を保持するトレーに高コントラストのマーキングを施し、公知の山登り方式などによってオートフォーカスの精度を上げる方法が開示されている（特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００６−１８９４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば４連ディッシュのように広い範囲を移動する場合はオフセットが大きくなり、周囲温度が変化することで生じる誤差も大きくなるため、ピントずれが発生しやすくなる問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、より良好なオートフォーカスを実現する顕微鏡システム、観察体の観察方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の顕微鏡システムは、対物レンズと、ステージと、前記ステージ上に設置された保持部と、前記保持部に保持され、観察体を載せる載置面を底部に有する容器状の観察試料と、前記対物レンズと前記保持部との少なくとも一方を前記対物レンズの光軸方向に駆動する焦準駆動部と、前記焦準駆動部を制御する制御部と、前記観察試料の底部の載置面近傍に設けられ、前記対物レンズの光軸方向で前記載置面と対峙する位置にオートフォーカス用の参照マークが施された参照部材とを有し、前記制御部は、前記焦準駆動部を制御し、前記参照マークに対してオートフォーカスを行って前記対物レンズと前記保持部との少なくとも一方を基準位置に移動した後、前記対物レンズと前記保持部との少なくとも一方を予め設定したオフセット量だけ移動することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の観察体の観察方法は、前記顕微鏡システムによる観察体の観察方法において、前記参照マークに対してオートフォーカスを行う度に前記基準位置を更新し、更新した基準位置から前記対物レンズと前記保持部との少なくとも一方を予め設定したオフセット量だけ移動することにより１つ以上の観察点での観察を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、より良好なオートフォーカスを実現する顕微鏡システム、観察体の観察方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本願の一実施形態に係る顕微鏡システム及び観察体の観察方法について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本願の一実施形態に係る顕微鏡システムの構成を示す図である。
【００１１】
図２は、図１の顕微鏡システムの一部を拡大して示す図である。
【００１２】
本願の一実施形態に係る顕微鏡システムは、実質的に、顕微鏡と、培養細胞等の標本を培養するための培養装置とを組み合わせて構成されている。図１に示すように、顕微鏡システム１００は、培養チャンバ１を載置して固定するステージ２７と、培養チャンバ１の内部にあり水平方向の１方向に移動できる移動ブロック９と、移動ブロック９に搭載された４連ディッシュ１９と、標本を保持する４連ディッシュ１９に対峙するように下方に配置される対物レンズ２９を備えている。
【００１３】
顕微鏡システム１００は、培養チャンバ１内に調整空気を送り込む加湿装置１０１、顕微鏡システム１００と外気を遮断する筐体１０３内の温度を制御するための温度制御装置１０５、撮像装置１０７を備える。
【００１４】
加湿装置１０１は、ヒータ１０９と温度センサ１１１とを備え、これらにより培養に適した温度（例えば３７℃）に保たれる蒸留水の満たされた容器１１３に、ＣＯ２５％空気をチューブ１１５から減菌フィルタを通して導入し、バブリングによって９５％程度の高湿度のＣＯ２５％空気を得る。高湿度のＣＯ２５％空気は、給気チューブ１１７によって培養チャンバ１内に供給され、排気チューブ１１９によって外部に排出される。このようにして、標本の培養条件に合わせた環境を培養チャンバ１内に実現することができる。
【００１５】
温度制御装置１０５は、筐体１０３内の温度調整用のヒータ１２１、送風用のファン１２３、不図示の温度センサを備える。ファン１２３によって、ダクト１２５を通して温風を顕微鏡システム１の上部へ送り、筐体１０３内で温風を循環させる。また、不図示の温度センサにより、筐体１０３内の温度を検出して、一定の温度、例えば３７℃を保つようにヒータ１２１を制御する。このようにして、筐体１０３内の温度を調整することができる。
【００１６】
撮像装置１０７は、断熱部材１２７を介して筐体１０３と連結されており、対物レンズ２９、ミラー１２９、結像レンズ１３１等を介して、標本の画像データを取得する。
【００１７】
顕微鏡システム１００は、透過照明装置１３３と落射照明装置１３５を備えている。培養チャンバ１の上方に設けられた透過照明装置１３３の光源１３７は、筐体１０３内の温度が上昇し難いＬＥＤ光源とすることが好ましい。一部を図示する落射照明装置１３５の照明光は、筐体１０３の外部から光ファイバ１３９によって導入され、フィルタブロック１４１、対物レンズ２９等からなる光学系を介して、標本に照射される。また、顕微鏡システム１００は、電源装置１４３、湿度制御装置１４５も備えている。
【００１８】
顕微鏡システム１００は、対物レンズ２９のＸＹ方向の位置を制御する図示しないＸＹ駆動部と、対物レンズ２９のＺ方向の位置を制御するＺ駆動部１４７とからなる焦準駆動部１４９を備えている。制御部である駆動系制御装置１５１により焦準駆動部１４９を制御することで、対物レンズ２９のＺ方向の位置を焦準のために電動制御することが可能である。
【００１９】
図２に示すように、チャンバ蓋３、シールドガラス５、７等を有する培養チャンバ１内部に設けられた移動ブロック９は、図示しないガイド機構、ボールねじ１１、モータ１３等の移動手段により、培養チャンバ１内でステージ２７に添った１方向に移動可能である。駆動系制御装置１５１により移動手段を制御することで、移動ブロック９の一方向の位置を電動制御することが可能である。移動ブロック９を移動させ、移動ブロック９に保持されている４連ディッシュ１９中の任意のディッシュを対物レンズ２９に対峙する位置に移動することで、観察するディッシュを切り替えることができる。また、移動ブロック９の底部には、底部に形成された開口を塞ぐ形で、オートフォーカスの精度を上げる目的で４つの参照マーク１７が施された参照ガラス１５が固定されている。
【００２０】
観察試料は、４連ディッシュ１９と、４連ディッシュ１９の底部に固定されたカバーガラス２１と、それらにより形成された箱状部の底面２２（以下載置面と呼ぶ）に配置された観察体２５と、４連ディッシュ１９の上部を覆うディッシュ蓋２３とからなる。載置面２２に載せられる観察体２５は、例えば標本と培養液からなる。従って、観察体２５はカバーガラス２１の上方に位置し、対物レンズ２９はカバーガラス２１の下方に位置している。
【００２１】
４連ディッシュ１９の４つのディッシュにそれぞれ対応する４つの載置面２２に観察体２５を載せることができる。また、参照ガラス１５上の４つの参照マーク１７は、対物レンズ２９の光軸方向で４つの載置面２２とそれぞれ対峙する位置に施されている。
【００２２】
顕微鏡システム１００の駆動系制御装置１５１は、公知のパッシブ型のオートフォーカスユニットを含んでおり、Ｚ駆動部１４７を制御する。つまり、オートフォーカスユニットは、公知の技術により、観察光学系のピント位置を、対物レンズ２９および撮像装置１０７から光学的に検出し、その情報をＺ駆動部１４７に送る。Ｚ駆動部１４７はオートフォーカスユニットからの情報に従い、対物レンズ２９を観察試料のピント位置へ移動させる。
【００２３】
撮像条件を設定する手順は、まず、移動ブロック９を移動して、４連ディッシュ１９を第１番目のディッシュを観察する位置に切り替える。切り替えた後、対物レンズ２９のＸＹ移動範囲内に、参照ガラス１５上に施された参照マーク１７があり、参照マーク１７に対物レンズ２９の光軸を一致させ、参照マーク１７に対してオートフォーカスを行う。この参照マーク１７に対してピントが合った対物レンズ２９の位置が基準位置になる。オートフォーカスを行うたびに、基準位置のＺ座標は更新される。
【００２４】
次に、観察者は所望の標本にピントを合わせるため、駆動系制御装置１５１により、まず対物レンズ２９をＹＸ方向に移動させて、観察位置を決定し、次に対物レンズ２９をＺ方向に移動し、観察位置にピントを合わせる。標本にピントを合わせた後、この対物レンズ２９のＺ方向の位置を登録する。前記基準位置とこの登録位置の距離がオフセットとなる。同一のディッシュ内では基準は１つであり、複数の観察点に対しても共通の基準となる。このようにして、第１番目のディッシュにおける、１つまたは複数の観察点に対するオフセットが設定される。
【００２５】
なお、特にＺ方向のオフセットは変化しないことが重要であるが、上述のように、本実施形態では、４連ディッシュ１９の各ディッシュの載置面２２に対峙する部分に参照マーク１７があるため、オフセットの値を小さくすることができる。その上で、４連ディッシュ１９を移動ブロック９へ適切な方法で固定することにより、温度変化や時間経過に対してオフセットが変化しないようにすることは、容易に可能である。
【００２６】
次に、移動ブロック９を第２番目のディッシュの位置に切り替える。切り替えた後、対物レンズ２９のＸＹ移動範囲内に、参照ガラス１５上に施された参照マーク１７があり、参照マーク１７に対物レンズ２９の光軸を一致させ、参照マーク１７に対してオートフォーカスを行う。以下、第１番目のディッシュと同様である。また、第３番目、第４番目のディッシュに対しても同様である。
【００２７】
例えば、第１番目のディッシュで１つ目の観察点を登録した後、他のディッシュへ移動し、再び第１番目のディッシュへ戻って２つ目の観察点を登録する場合は、第１番目のディッシュに移動した直後に参照マーク１７をオートフォーカスして、基準位置を更新する。つまり、ディッシュを移動した後は、観察点を登録する前に、参照マーク１７に対してオートフォーカスを行う必要がある。
【００２８】
タイムラプス観察を行う時は、まず移動ブロック９が、第１番目のディッシュが対物レンズ２９に対応するように移動する。対物レンズ２９は基準位置へ移動してオートフォーカスを行った後、予め設定したオフセット量だけ、観察点まで移動して撮影する。第１番目のディッシュ内に他の観察点がある場合は、同様にオフセット分だけ移動して撮影する。
【００２９】
次に、移動ブロック９が、第２番目のディッシュが対物レンズ２９に対応するように移動する。同様にオートフォーカスを行い、各観察点まで予め設定したオフセット量だけ移動して撮影する。第３番目、第４番目のディッシュに対しても同様である。このようにして、移動ブロック９が移動したときに生じる位置決め再現性の誤差を打ち消すことが可能である。
【００３０】
移動ブロック９を可動とし、参照マーク１７を４連ディッシュ１９の各ディッシュの載置面２２に対峙する位置に施しているため、参照マーク１７と観察体２５との距離を小さくすることができる。従って、オフセット駆動の際に対物レンズ２９の移動範囲は必要最小限になり、例えば周囲温度が変化した場合のオフセットの変化への影響を小さくすることができる。
【００３１】
さらに、対物レンズ２９の移動範囲が小さいことは、移動時間が短いことになり、タイムラプス時におけるスループットを向上させることができる。
【００３２】
次に、本実施形態に係る顕微鏡システムの変形例について説明する。
【００３３】
図３は、本実施形態に係る顕微鏡システムの変形例の一部を拡大して示す図である。
【００３４】
本変形例は、オフセット駆動に関する上記特徴的構成を、培養チャンバや移動ブロックを備えていない一般型の顕微鏡に適用した例である。上述の実施形態と同様の部材は同一符号で示し、重複する説明は省略する。上述の実施形態は、ステージ２７、培養チャンバ１、移動ブロック９、移動手段などからなる保持部に観察試料が保持されている構成であるが、本変形例では、プレート押さえ３１を用いて、４連のウェルプレート３３をステージ２７に直接保持している。
【００３５】
観察試料は、ウェルプレート３３と、ウェルプレート３３の底部に固定されたカバーガラス２１と、それらにより形成された載置面２２に配置された観察体２５と、ウェルプレート３３の上部を覆うウェルプレート蓋３５とからなる。また、４つの参照マーク１７が施された参照ガラス１５は、ステージ２７に形成された開口を塞ぐ形で、ステージ２７に固定されている。その他の構成は、上述の実施形態と同様であり、観察体の観察方法も同様である。
【００３６】
本変形例によっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
以上のように、本実施形態によれば、オートフォーカスの精度を高め、長時間観察において、高いスループットを保ちながら、例えば周囲温度の変化によるピントずれを抑えて標本の状態を鮮明な画像で得ることが可能な顕微鏡システム１００、及び顕微鏡システム１００による観察体の観察方法を提供することができる。
【００３８】
なお、本実施形態の顕微鏡システム１００は、対物レンズ２９をＸＹＺ方向に移動させる構成となっているが、ステージ２７を移動させる構成であってもよく、或いは両方を移動させる構成であってもよい。いずれの場合でも同様の効果を得ることが可能である。
【００３９】
さらにまた、この実施形態は例に過ぎず、この構成や形状に限定されるものではない。本発明の範囲内において適時修正、変更が可能である。例えば、観察試料は観察体を載せる載置面を底部に有する容器状であれば、形状や載置面の数は上記の形態に限定されない。例えば８連ディッシュも可能であり、この場合、移動ブロックをＸＹの２方向に移動できる構成とすることが可能である。また、参照マークを１つのディッシュに対して複数にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本願の一実施形態に係る顕微鏡システムの構成を示す図である。
【図２】図１の顕微鏡システムの一部を拡大して示す図である。
【図３】本実施形態に係る顕微鏡システムの変形例の一部を拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１      培養チャンバ
３      チャンバ蓋
５      シールドガラス
７      シールドガラス
９      移動ブロック
１１    ボールねじ
１３    モータ
１５    参照ガラス
１７    参照マーク
１９    ４連ディッシュ
２１    カバーガラス
２２    載置面
２３    ディッシュ蓋
２５    観察体
２７    ステージ
２９    対物レンズ
１００  顕微鏡システム
１５１  駆動系制御装置（ＡＦ含む）
１０７  撮像装置
１４７  Ｚ駆動部
１４９  焦準駆動部
【図１】
2010072230.tif 000003
【図２】
2010072230.tif 000004
【図３】
2010072230.tif 000005