(57)【要約】走査軌道がズレた場合でも、適切な撮像位置に近づけて画像が撮像できる観察装置、観察方法および観察プログラムを提供する。培養容器２０に収容された観察対象を撮像する撮像部３７と、予定軌道に従って、培養容器２０を撮像部３７に対して相対的に移動し、観察対象を走査する移動部１２と、観察領域による走査軌道に沿って培養容器２０を測定して培養容器２０の測定形状情報を取得する測定部３８と、培養容器２０の形状を測定する際の基準となる基準軌道に沿って、培養容器２０の形状を測定部３８により測定して得られる基準形状情報を記憶する記憶部４５と、基準形状情報と測定形状情報とに基づいて、基準軌道Ｋに対する走査軌道Ｍのズレを算出する算出部４６と、ズレに基づいて、予定軌道を補正し、補正した予定軌道により撮像部３７を走査する制御部４０と、を備える観察装置。
2019116807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に収容された観察対象を撮像する撮像部と、
予め定められた予定軌道に従って、前記容器および前記撮像部の少なくとも一方を他方に対して相対的に移動して、前記撮像部による観察領域により前記観察対象を走査する移動部と、
前記観察領域による前記観察対象の走査軌道に沿って、前記容器の形状を測定して該容器の測定形状情報を取得する測定部と、
前記予定軌道に従った、前記容器の形状を測定する際の基準となる基準軌道に沿って、前記容器の形状を前記測定部により測定することにより取得される基準形状情報を記憶する記憶部と、
前記基準形状情報と前記測定形状情報とに基づいて、前記基準軌道に対する前記走査軌道のズレを算出する算出部と、
前記ズレに基づいて、前記予定軌道を補正し、補正した前記予定軌道に基づいて、前記移動部を制御して、前記観察領域により前記観察対象を走査する制御部と、
を備える観察装置。
【請求項２】
前記容器には、前記観察対象を収容する収容部が形成されており、
前記測定部は、前記走査軌道に沿って、前記収容部の底面の形状を測定して前記測定形状情報を取得する請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記算出部は、前記基準形状情報と前記測定形状情報とに基づいて、前記基準軌道に対する前記走査軌道の傾きを前記ズレとして算出する請求項１または２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記撮像部により前記観察領域を撮像した画像に基づいて、前記基準軌道の進行方向に対して前記走査軌道が傾いている方向を判断し、該走査軌道が傾いている方向と前記算出部により算出した前記ズレとに基づいて前記予定軌道を補正する請求項３に記載の観察装置。
【請求項５】
容器に収容された観察対象を観察領域により撮像する撮像工程と、
予め定められた予定軌道に従った前記撮像工程における前記観察領域による前記観察対象の走査軌道に沿って、前記容器の形状を測定して該容器の測定形状情報を取得する測定工程と、
前記予定軌道に従った、前記容器の形状を測定する際の基準となる基準軌道に沿って、前記容器の形状を前記測定工程において測定することにより取得される基準形状情報を記憶する記憶工程と、
前記基準形状情報と前記測定形状情報とに基づいて、前記基準軌道に対する前記走査軌道のズレを算出する算出工程と、
前記ズレに基づいて、前記予定軌道を補正し、補正した前記予定軌道に基づいて、前記撮像工程において、前記基準軌道に近づけて撮像する制御工程と、
を備える観察方法。
【請求項６】
容器に収容された観察対象を観察領域により撮像する撮像工程と、
予め定められた予定軌道に従った前記撮像工程における前記観察領域による前記観察対象の走査軌道に沿って、前記容器の形状を測定して該容器の測定形状情報を取得する測定工程と、
前記予定軌道に従った、前記容器の形状を測定する際の基準となる基準軌道に沿って、前記容器の形状を前記測定工程において測定することにより取得される基準形状情報を記憶する記憶工程と、
前記基準形状情報と前記測定形状情報とに基づいて、前記基準軌道に対する前記走査軌道のズレを算出する算出工程と、
前記ズレに基づいて、前記予定軌道を補正し、補正した前記予定軌道に基づいて、前記撮像工程において、前記基準軌道に近づけて撮像する制御工程と、
をコンピュータに実行させる観察プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の技術は、観察対象が収容された容器および撮像部の少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させて、観察対象を観察する観察装置、観察方法および観察プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種細胞等の観察対象を撮像し、取得した画像を解析する技術が種々提案されている。たとえば、ＥＳ（Embryonic Stem）細胞およびｉＰＳ（Induced Pluripotent Stem）細胞などの多能性幹細胞または分化誘導された細胞などを顕微鏡などで撮像し、その画像の特徴を捉えることで細胞の分化状態などを判定する方法が提案されている。たとえば、特許文献１には、撮像条件等が変動しても、観察対象を好適に特定できる識別装置が開示されている。また、特許文献２には、細胞を培養する溶液の液面形状に起因する照明光の屈折を調整する顕微鏡が開示されている。また、特許文献３には、細胞を培養する培地量を把握可能な観察装置が開示されている。【０００３】
ＥＳ細胞およびｉＰＳ細胞などの多能性幹細胞は、種々の組織の細胞に分化する能力を備えたものであり、再生医療、薬の開発、病気の解明などにおいて応用が可能なものとして注目されている。【０００４】
上述したように細胞を撮像する際、観察対象となる細胞を顕微鏡によって走査および計測し、得られた画像から判定することが知られている。再生医療の工業化または創薬研究における多水準実験を実現するには、高速に画像化し、高速に品質を判定することが重要である。【０００５】
ウェルプレート、シャーレ、フラスコといった培養容器を用いて培養された細胞を観察する場合、培養容器の形状および寸法に合わせて、走査計測する座標を決定する。決定された座標を通過する走査軌道に従って顕微鏡が移動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１４９９９８号公報
【特許文献２】特開２０１６−０９９５９２号公報
【特許文献３】国際公開第２００８／１４６４７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、決定した走査軌道に従って撮像すると、意図しない画像を撮像してしまうことがある。たとえば、培養容器が載置台に正しく載置されていない場合、正しい位置に培養容器があるものとして決定される座標を用いて撮像したのでは、培養容器に対する走査軌道がズレてしまい、収容された細胞を適切に撮像できない。【０００８】
開示の技術は、上記の点に鑑みてなされたものであり、走査軌道がズレた場合でも、適切な撮像位置に近づけて画像が撮像できる観察装置、観察方法および観察プログラム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】
【０００９】
開示の技術に係る観察装置は、容器に収容された観察対象を撮像する撮像部と、予め定められた予定軌道に従って、容器および撮像部の少なくとも一方を他方に対して相対的に移動して、撮像部による観察領域により観察対象を走査する移動部と、観察領域による観察対象の走査軌道に沿って、容器の形状を測定して容器の測定形状情報を取得する測定部と、予定軌道に従った、容器の形状を測定する際の基準となる基準軌道に沿って、容器の形状を測定部により測定することにより取得される基準形状情報を記憶する記憶部と、基準形状情報と測定形状情報とに基づいて、基準軌道に対する走査軌道のズレを算出する算出部と、ズレに基づいて、予定軌道を補正し、補正した予定軌道に基づいて、移動部を制御して、観察領域により観察対象を走査する制御部と、を備える。【００１０】
ここで、観察領域とは、撮像部が視野の範囲内において観察可能な領域である。予定軌道は、実際の走査の前に、予め定められる軌道であり、容器および撮像部の少なくとも一方を他方に対して相対的に動かす予定の軌道を表す。走査軌道は、予定軌道に従って容器および撮像部の少なくとも一方を他方に対して相対的に動かすことで、観察領域により観察対象を走査する場合に、実際に観察領域が容器に対して相対的に移動した軌道である。基準軌道は、想定通りの容器を、予定軌道に従って容器および撮像部の少なくとも一方を他方に対して相対的に動かすことで、観察領域により観察対象を走査する場合に、観察領域が容器に対して相対的に移動した軌道である。想定通りの容器とは、たとえば、傾いたりせずに、測定のための位置に適切に載置された状態の容器である。【００１１】
上記の観察装置において、容器には、観察対象を収容する収容部が形成されており、測定部は、走査軌道に沿って、収容部の底面の形状を測定して測定形状情報を取得する。【００１２】
上記の観察装置において、算出部は、基準形状情報と測定形状情報とに基づいて、基準軌道に対する走査軌道の傾きをズレとして算出しうる。【００１３】
上記の観察装置において、制御部は、撮像部により観察領域を撮像した画像に基づいて、基準軌道の進行方向に対して走査軌道が傾いている方向を判断し、走査軌道が傾いている方向と算出部により算出したズレとに基づいて予定軌道を補正しうる。【００１４】
開示の技術に係る観察方法は、容器に収容された観察対象を観察領域により撮像する撮像工程と、予め定められた予定軌道に従った撮像工程における観察領域による観察対象の走査軌道に沿って、容器の形状を測定して容器の測定形状情報を取得する測定工程と、予定軌道に従った、容器の形状を測定する際の基準となる基準軌道に沿って、容器の形状を測定工程において測定することにより取得される基準形状情報を記憶する記憶工程と、基準形状情報と測定形状情報とに基づいて、基準軌道に対する走査軌道のズレを算出する算出工程と、ズレに基づいて、予定軌道を補正し、補正した予定軌道に基づいて、撮像工程において、基準軌道に近づけて撮像する制御工程と、を備える。【００１５】
開示の技術に係る観察プログラムは、容器に収容された観察対象を観察領域により撮像する撮像工程と、予め定められた予定軌道に従った撮像工程における観察領域による観察対象の走査軌道に沿って、容器の形状を測定して容器の測定形状情報を取得する測定工程と、予定軌道に従った、容器の形状を測定する際の基準となる基準軌道に沿って、容器の形状を測定工程において測定することにより取得される基準形状情報を記憶する記憶工程と、基準形状情報と測定形状情報とに基づいて、基準軌道に対する走査軌道のズレを算出する算出工程と、ズレに基づいて、予定軌道を補正し、補正した予定軌道に基づいて、撮像工程において、基準軌道に近づけて撮像する制御工程と、をコンピュータに実行させる。【００１６】
開示の技術に係る他の観察装置は、コンピュータに実行させるための命令を記憶するメモリと、記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサとを備え、プロセッサは、容器に収容された観察対象を観察領域により撮像する撮像工程と、予め定められた予定軌道に従った撮像工程における観察領域による観察対象の走査軌道に沿って、容器の形状を測定して容器の測定形状情報を取得する測定工程と、予定軌道に従った、容器の形状を測定する際の基準となる基準軌道に沿って、容器の形状を測定工程において測定することにより取得される基準形状情報を記憶する記憶工程と、基準形状情報と測定形状情報とに基づいて、基準軌道に対する走査軌道のズレを算出する算出工程と、ズレに基づいて、予定軌道を補正し、補正した予定軌道に基づいて、撮像工程において、基準軌道に近づけて撮像する制御工程と、を実行する。
【発明の効果】
【００１７】
開示の技術によれば、予定軌道に従った基準軌道に沿って取得した容器の形状を示す基準形状情報と、実際に走査軌道に沿って容器を測定して得られた測定形状情報とから、基準軌道に対する走査軌道のズレを算出し、予定軌道を補正する。補正した予定軌道に基づいて、移動部および撮像部を制御して、基準軌道に近づけて撮像させる。したがって、走査軌道が基準軌道からズレた場合でも、予定軌道を補正して、撮像部の観察領域により適切に画像を撮像できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】開示の技術の実施形態に係る観察装置の概略構成を示す図である。
【図２】載置台の一例を示す図である。
【図３】開示の技術の実施形態に係る制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】培養容器内における走査軌道を実線Ｍで示した図である。
【図５】培養容器内の任意の位置に観察領域がある場合における、第１の変位センサおよび第２の変位センサと、培養容器との位置関係を示す図である。
【図６】培養容器内の任意の位置に観察領域がある場合における、第１の変位センサおよび第２の変位センサと、培養容器との位置関係を示す図である。
【図７】往路においてオートフォーカス検出部において検出される容器の２次元形状の例を示す図である。
【図８】培養容器に対して走査軌道が傾いている例を示す図である。
【図９】観察装置により実行される観察方法の流れを示すフローチャートである。
【図１０】基準軌道に対する走査軌道のズレを示す図である。
【図１１】図１０の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、開示の技術の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００２０】
図１は、開示の技術の実施形態に係る観察装置の概略構成を示す図である。図２は、載置台の一例を示す図である。
【００２１】
観察装置は、載置台１０に載置された培養容器２０に収容される観察対象を、顕微鏡装置３０により観察するための装置である。載置台１０および顕微鏡装置３０は、制御部４０により制御される。各構成について、順に説明する。
【００２２】
載置台１０は、培養容器２０を載置可能なステージである。図２に示すように、載置台１０の中央には、矩形の開口１１が形成されている。この開口１１を形成する部材の上に培養容器２０が設置され、顕微鏡装置３０により観察するための光が通過するように構成されている。
【００２３】
載置台１０には、移動部１２が取り付けられている。移動部１２は、載置台１０を互いに直交するＸ方向およびＹ方向に自由に移動可能である。Ｘ方向およびＹ方向は、Ｚ方向に直交する方向であり、水平面内において互いに直交する方向である。本実施形態においては、Ｘ方向を主走査方向とし、Ｙ方向を副走査方向とする。移動部１２は、圧電素子などを有するアクチュエータから構成される。載置台１０のＸ−Ｙ平面における移動は、制御部４０によって制御される。載置台１０がＸ−Ｙ平面を移動することによって、載置台１０上の培養容器２０が顕微鏡装置３０に対して移動する。
【００２４】
なお、本実施形態では、載置台１０を顕微鏡装置３０に対して移動することにより、顕微鏡装置３０により観察対象を観察する位置を変更する例を示すが、これに限定されない。顕微鏡装置３０を載置台１０に対して移動してもよいし、載置台１０および顕微鏡装置３０の両方を移動してもよい。載置台１０に載置された培養容器２０および顕微鏡装置３０の少なくとも一方が他方に対して相対的に移動すれば、いかなる態様を採用することもできる。なお、本開示において、たとえば、顕微鏡装置３０の位置が固定されており、培養容器２０だけが移動している場合でも、「顕微鏡装置３０が培養容器２０に対して相対的に移動している」と表現する。また、本開示では、顕微鏡装置３０および培養容器２０のいずれが実際に移動している場合でも、相対的な移動に伴う軌道を、「走査軌道」と表現する。
【００２５】
また、培養容器２０を載置台１０に載置して移動するのではなく、培養容器２０の少なくとも一ヶ所を把持する把持部を用い、把持部を動かして、培養容器２０をＸ−Ｙ平面において移動させてもよい。
【００２６】
培養容器２０は、平板状のプレート２１に複数の収容部２２が形成されてなる。培養容器２０は、たとえば、シャーレ、ディッシュまたはウェルプレートなどを用いることができる。収容部２２は、たとえば、平面視すると円形の凹部であり、ウェルとも呼ばれる。収容部２２には、培養液に漬かった各種の細胞等の観察対象が収容される。収容部２２に収容される細胞としては、ｉＰＳ細胞およびＥＳ細胞といった多能性幹細胞、幹細胞から分化誘導された神経、皮膚、心筋および肝臓の細胞、並びに人体から取り出された皮膚、網膜、心筋、血球、神経および臓器の細胞などがある。
【００２７】
顕微鏡装置３０は、観察対象の位相差画像を撮像するものである。顕微鏡装置３０は、高倍率の画像を得るために、培養容器２０の各収容部２２よりも小さい観察領域により、観察対象および培養容器２０の部分画像を撮像する。上述のように、培養容器２０が顕微鏡装置３０に対して移動することによって、顕微鏡装置３０が培養容器２０を走査し、一連の部分画像が得られる。
【００２８】
顕微鏡装置３０は、光源３１と、スリット３２と、コンデンサレンズ３３と、対物レンズ３４と、フォーカス調整機構３５と、結像レンズ３６と、撮像部３７と、測定部３８とを備えている。
【００２９】
光源３１は、白色光を射出する。スリット３２は、光源３１から射出された白色光を遮光する遮光板に対して白色光を透過するリング形状のスリットが設けられて形成されている。白色光がスリットを通過することによってリング状の照明光Ｌが形成される。コンデンサレンズ３３は、リング状の照明光Ｌを、観察対象に集光させる。
【００３０】
対物レンズ３４は、培養容器２０を介して、コンデンサレンズ３３に対向して配置される。対物レンズ３４は、培養容器２０内の観察対象の像を結像させる。フォーカス調整機構３５は、光軸方向（Ｚ方向）に移動可能な位相差レンズを含む。位相差レンズが光軸方向に移動することによって、オートフォーカス制御が行われ、撮像部３７によって撮像される位相差画像のコントラストが調整される。なお、位相差レンズの光軸方向の移動は、たとえば、制御部４０からの信号に基づく圧電素子のようなアクチュエータの駆動により実現できる。ただし、位相差レンズの駆動は、圧電素子に限らず、位相差レンズをＺ方向に移動可能なものであればよく、その他の公知な構成を用いることができる。また、位相差レンズの倍率を変更可能な構成としてもよい。具体的には、異なる倍率を有する位相差レンズまたはフォーカス調整機構３５を交換可能に構成するようにしてもよい。当該交換は、自動的に行うようにしてもよいし、ユーザが手動で行うようにしてもよい。
【００３１】
結像レンズ３６は、フォーカス調整機構３５を通過した位相差画像が入射され、これを撮像部３７に結像する。
【００３２】
撮像部３７は、結像レンズ３６によって結像された位相差画像を撮像するものである。撮像部３７は、たとえば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの撮像素子である。撮像素子としては、ＲＧＢ（Red Green Blue）のカラーフィルタが設けられた撮像素子を用いてもよいし、モノクロの撮像素子を用いてもよい。撮像部３７は、視野の範囲内において観察可能な領域を観察領域として撮像する。
【００３３】
以下では、上記の対物レンズ３４、フォーカス調整機構３５、結像レンズ３６および撮像部３７を合わせて、結像光学系Ｃとも呼ぶ。
【００３４】
測定部３８は、撮像部３７に対して固定的に取り付けられ、載置台１０に設置された培養容器２０のＺ方向の位置を検出する。さらに、測定部３８は、培養容器２０および撮像部３７の少なくとも一方を他方に対して相対的に移動することで、培養容器２０を撮像部３７および測定部３８で走査し、連続的に培養容器２０のＺ方向の位置を検出することにより、培養容器２０の形状も測定する。本実施形態では、測定部３８は、測定光（レーザー光）を培養容器２０に向けて投光し、培養容器２０と収容部２２に収容される培養液との屈折率の違いによる反射を検出する。このため、測定部３８は、培養容器２０の収容部２２の底面の形状を測定する。測定部３８は、予定軌道に従って撮像部３７の観察領域とともに培養容器２０に対して相対的に移動し、走査軌道に沿って培養容器２０の形状を測定することにより、測定形状情報を取得する。
【００３５】
測定部３８は、具体的には、第１の変位センサ３８ａおよび第２の変位センサ３８ｂを備える。第１の変位センサ３８ａおよび第２の変位センサ３８ｂは、結像光学系Ｃを挟んで、図１に示すＸ方向に並べて設けられている。本実施形態における第１の変位センサ３８ａおよび第２の変位センサ３８ｂはレーザー変位計であり、培養容器２０にレーザー光を照射し、その反射光を検出することによって、培養容器２０の底面のＺ方向の位置を検出するものである。なお、培養容器２０の底面とは、培養容器２０の底部と観察対象である細胞との境界面であり、すなわち観察対象設置面である。
【００３６】
測定部３８によって検出された培養容器２０のＺ方向の位置情報は、制御部４０に出力される。制御部４０は、入力された位置情報に基づいて、フォーカス調整機構３５を制御し、オートフォーカス制御を行う。なお、第１の変位センサ３８ａおよび第２の変位センサ３８ｂによる培養容器２０の位置の検出およびオートフォーカス制御については、後で詳述する。
【００３７】
次に、顕微鏡装置３０を制御する制御部４０の構成について説明する。図３は、開示の技術の実施形態に係る制御部の構成を示すブロック図である。
【００３８】
制御部４０は、上述のように顕微鏡装置３０の全体を制御し、かつ各種の処理を実行する。制御部４０は、顕微鏡装置制御部４１、走査制御部４２、表示制御部４３、抽出部４４、記憶部４５、算出部４６、入力部４７および表示部４８を有する。制御部４０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、および半導体メモリ等を備えたコンピュータから構成される。制御部４０は、記憶部４５に本発明の観察プログラムの一実施形態がインストールされている。そして、この観察プログラムがＣＰＵに実行されることによって、図３に示す顕微鏡装置制御部４１、走査制御部４２、および表示制御部４３が機能する。
【００３９】
顕微鏡装置制御部４１は、上述したように測定部３８によって検出された培養容器２０のＺ方向の位置情報に基づいて、フォーカス調整機構３５を制御する。そして、フォーカス調整機構３５の駆動によって位相差レンズが光軸方向に移動し、オートフォーカス制御が行われる。
【００４０】
また、顕微鏡装置制御部４１は、培養容器２０を走査する際に、撮像部３７による撮像を制御する。基本的には、予め記憶部４５に走査中の撮像のタイミングが記憶されており、顕微鏡装置制御部４１は、記憶されたタイミングに基づいて撮像を行う。
【００４１】
走査制御部４２は、移動部１２を駆動制御し、載置台１０をＸ方向およびＹ方向に移動させる。
【００４２】
表示制御部４３は、顕微鏡装置３０によって撮像された一連の部分画像を結合することによって、１枚の合成画像を生成し、合成画像を表示部４８に表示させる。
【００４３】
抽出部４４は、撮像部３７により撮像して得られた画像に含まれる培養容器２０の形状を抽出する。本実施形態では、抽出部４４は、特に、画像に含まれる培養容器２０の収容部２２の縁の形状を抽出する。
【００４４】
記憶部４５は、各機能部を実現させる観察プログラムを記憶している。また、記憶部４５は、培養容器２０に関する容器情報について記憶している。培養容器２０の容器情報は、たとえば、培養容器の仕様（収容部２２の位置および収容部２２の大きさ等）、培養容器の型番、およびメーカーなどである。容器情報から、今回使用される培養容器２０の収容部２２の数（６個、２４個、９６個）、収容部２２の間隔、および収容部２２の径、収容部２２の厚み等の情報が得られる。なお、記憶部４５は、レーザー測長器などの形状測定装置により予め測定して得られた培養容器２０の立体形状を示す情報を記憶していてもよい。ここで、培養容器２０の立体形状を示す情報とは、培養容器２０の底面の形状および培養容器２０における収容部２２の位置等が含まれる。
【００４５】
容器情報または培養容器２０の立体形状を示す情報に基づいて、顕微鏡装置３０の予定軌道および予定軌道上での一連の撮像位置（座標）を示す情報が走査制御部４２によって決定され、記憶部４５に記憶される。さらに、記憶部４５は、培養容器２０が想定通りに適切に載置台１０に載置された場合に、予定軌道に従って培養容器２０および撮像部３７の少なくとも一方を他方に対して相対的に移動した場合に、培養容器２０を測定部３８により測定したときの培養容器２０の形状を示す基準形状情報を記憶している。上述のように、予定軌道に従って、想定通りに載置された培養容器２０および撮像部３７の少なくとも一方を他方に対して相対的に移動した場合に、撮像部３７が培養容器２０に対して相対的に移動した軌道を基準軌道と呼ぶ。
【００４６】
算出部４６は、記憶部４５に記憶されている培養容器２０の基準形状情報と、測定部３８が測定した得た測定結果である測定形状情報とに基づいて、基準軌道に対して、実際に顕微鏡装置３０の観察領域が培養容器２０を走査した軌道（走査軌道）のズレを算出する。詳細については、後述する。
【００４７】
入力部４７は、マウスおよびキーボードなどを備えたものであり、各種の必要なデータおよびユーザによる種々の設定入力を受け付ける。本実施形態の入力部４７は、たとえば、上述の培養容器２０の基準形状情報、撮像位置に関するデータの入力を受け付ける。
【００４８】
表示部４８は、たとえば液晶ディスプレイなどを備え、上述したように表示制御部４３によって生成された合成位相差画像を表示する。また、表示部４８をタッチパネルによって構成し、入力部４７と兼用するようにしてもよい。
【００４９】
次に、走査制御部４２による載置台１０の移動制御および顕微鏡装置制御部４１による顕微鏡装置３０の制御について、詳細に説明する。
【００５０】
図４は、培養容器内における走査軌道を実線Ｍで示した図である。図５および図６は、培養容器内の任意の位置に観察領域がある場合における、第１の変位センサおよび第２の変位センサと、培養容器との位置関係を示す図である。図７は、往路においてオートフォーカス検出部において検出される容器の２次元形状の例を示す図である。
【００５１】
本実施形態においては、走査制御部４２による制御によって載置台１０をＸ方向およびＹ方向に移動させ、顕微鏡装置３０を培養容器２０内において２次元状に走査する。走査の課程で、顕微鏡装置３０の各観察領域内において、培養容器２０および観察対象の部分画像を撮像する。なお、本実施形態においては、培養容器２０として６つの収容部２２を有するウェルプレートを用いる。
【００５２】
図４に示すように、顕微鏡装置３０の観察領域は、走査開始点Ｓから走査終了点Ｅまで実線Ｍに沿って移動する。すなわち、観察領域Ｒは、Ｘ方向の正方向（図４の右方向）に走査された後、Ｙ方向（図４の下方向）に移動し、逆の負方向（図４の左方向）に走査される。次いで、観察領域は、再びＹ方向に移動し、再び正方向に走査される。このように、観察領域は、Ｘ方向についての往復移動とＹ方向への移動を繰り返し行うことによって、培養容器２０内を２次元状に走査される。
【００５３】
本実施形態においては、図５および図６に示すように、第１の変位センサ３８ａと第２の変位センサ３８ｂが結像光学系Ｃを挟んでＸ方向に並べて設けられている。そして、結像光学系Ｃの観察領域Ｒは、上述したように培養容器２０内を２次元状に走査される。この際、培養容器２０に対する結像光学系Ｃの観察領域Ｒの位置よりも観察領域Ｒの移動方向前側の位置において培養容器２０のＺ方向の位置が検出される。具体的には、観察領域Ｒが、図５に示す矢印方向（図５の右方向）に移動している場合には、第１の変位センサ３８ａおよび第２の変位センサ３８ｂのうち、観察領域Ｒの移動方向前側の第１の変位センサ３８ａによって培養容器２０のＺ方向の位置が検出される。そして、観察領域Ｒが、図５に示す位置から第１の変位センサ３８ａの位置まで移動した場合に、前もって検出された培養容器２０のＺ方向の位置情報が用いられてオートフォーカス制御が行われ、部分画像の撮像が行われる。
【００５４】
一方、観察領域Ｒが、図６の矢印方向（図６の左方向）に移動している場合には、第１の変位センサ３８ａおよび第２の変位センサ３８ｂのうち、観察領域Ｒの移動方向前側の第２の変位センサ３８ｂによって培養容器２０のＺ方向の位置が検出される。そして、観察領域Ｒが、図６に示す位置から第２の変位センサ３８ｂの位置まで移動した場合に、前もって検出された培養容器２０のＺ方向の位置情報が用いられてオートフォーカス制御が行われ、位相差画像の撮像が行われる。
【００５５】
このように第１の変位センサ３８ａを用いた培養容器２０の検出と第２の変位センサ３８ｂを用いた培養容器２０の検出とを観察領域Ｒの移動方向に応じて切り替える。これによって、常に、観察領域Ｒの位相差画像の撮像に先行して、その観察領域Ｒの位置における培養容器２０のＺ方向の位置情報を取得できる。
【００５６】
そして、顕微鏡装置制御部４１は、上述したように先行して検出された培養容器２０のＺ方向の位置情報に基づいて、フォーカス調整機構３５を駆動制御することによって、オートフォーカス制御を行う。具体的には、顕微鏡装置制御部４１には、培養容器２０のＺ方向の位置情報と結像光学系Ｃの光軸方向の移動量との関係が予め設定されている。顕微鏡装置制御部４１は、入力された培養容器２０のＺ方向の位置情報に基づいて、結像光学系Ｃの光軸方向の移動量を求め、その移動量に応じた制御信号をフォーカス調整機構３５に出力する。フォーカス調整機構３５は、入力された制御信号に基づいて駆動し、これにより位相差レンズが光軸方向に移動し、培養容器２０のＺ方向の位置に応じたフォーカス調整が行われる。
【００５７】
測定部３８による測定は、フォーカス調整以外にも利用される。測定部３８が走査軌道Ｍに従って走査し、培養容器２０のＺ方向の位置を測定することにより、図７の下段に示すような培養容器２０の２次元形状が得られる。図７中、上段では、平面視した培養容器２０の一部を示し、３個並んだ収容部２２を測定部３８が走査する際の走査軌道Ｍを示す。図７中、下段では、走査軌道Ｍに沿った培養容器２０の形状を、測定部３８が受信した信号の強度により示す。図７に示すように、培養容器２０の収容部２２がある位置では、測定光が収容部２２に反射するため、信号強度が高い。一方、収容部２２がない位置では、測定光の反射が少なく、信号強度が弱い。つまり、収容部２２に対応する部分で信号強度が高く、他の部分で信号強度が弱い波形として、培養容器２０の形状が測定される。測定部３８による測定結果は、順次、記憶部４５に記憶される。
【００５８】
図７に示すように、培養容器２０の収容部２２の配列方向と、走査軌道Ｍの方向とが合致する場合、凹凸の繰り返しが規則正しい波形となって測定される。一方で、培養容器２０の収容部２２の配列方向と、走査軌道Ｍの方向とが合致しない場合がある。たとえば、培養容器２０が載置台１０に対して傾いて配置され、走査軌道Ｍが収容部２２の配列方向に対して傾いている場合がある。
【００５９】
図８は、培養容器２０の収容部２２の配列方向に対して走査軌道が傾いている例を示す図である。図８に示す場合、走査軌道に従って結像光学系Ｃにより撮像しても、収容部２２の予定した部分を撮像できず、観察対象も適切に撮像できない。本開示の観察装置は、走査軌道Ｍが培養容器２０の収容部の配列方向２２に対して傾いている場合でも、測定部３８により測定した培養容器２０の形状を用いて走査軌道Ｍを補正するように、以下の制御を行う。以下に示すアルゴリズムは、記憶部４５に記憶されたプログラムを、ＣＰＵが実行することにより実現される。
【００６０】
図９は、観察装置により実行される観察方法の流れを示すフローチャートである。各工程は、特に制御部４０により実行される。
【００６１】
まず、制御部４０は、入力部４７において、培養容器２０に関する容器情報について入力を受け付ける（ステップＳ１０１）。培養容器２０の容器情報は、たとえば、培養容器の仕様（収容部２２の大きさ、収容部２２の数等）、培養容器の型番、およびメーカー等である。容器情報から、今回使用される培養容器２０の収容部２２の数、収容部２２の間隔、および収容部２２の径等の情報が得られる。また、同じ仕様でもメーカーによっては、収容部２２の配列の位置等が違う場合があるので、メーカーの情報も、培養容器２０の形状を特定する上では、有用である。
【００６２】
次に、制御部４０は、ステップＳ１０１で得た容器情報から、撮像位置および予定軌道を特定する（ステップＳ１０２）。撮像位置は、培養容器２０に収容された観察対象が観察できる座標位置として特定される。たとえば、制御部４０は、ステップＳ１０１で形状が特定された培養容器２０が載置台１０に適切に載置された状態を想定して、収容部２２内の観察対象を観察できる結像光学系Ｃの座標を撮像位置として特定する。加えて、制御部４０は、撮像位置を結ぶ軌道を、撮像部３７を培養容器２０に対して相対的に動かす予定の軌道を表す予定軌道として特定する。制御部４０は、容器情報に基づいて、先に予定軌道を決定し、予定軌道上において、撮像位置の座標を特定してもよい。予定軌道は、方向転換時以外はできるだけ直線により構成されることが好ましい。
【００６３】
想定通りの培養容器２０上を予定軌道に従って走査した場合が、収容部２２の配列に沿った基準となる走査になる。このような培養容器２０に対する基準の軌道が、基準軌道である。なお、想定通りの培養容器とは、たとえば、傾いたりせずに、測定のための位置に適切に載置された状態の容器である。また、予定軌道に従って撮像部３７および測定部３８が実際に培養容器２０に対して相対的に移動した軌道を、以下では、走査軌道という。
【００６４】
予定軌道に従って培養容器２０を走査したとしても、培養容器２０が載置台１０に傾いて載置されている場合、実際の測定部３８の走査軌道は、培養容器２０に対して基準軌道とは合致しない。一方、培養容器２０が載置台１０に傾かず適切に載置されている場合、予定軌道に従って培養容器２０を走査すれば、実際の走査軌道は基準軌道に合致する。よって、基準軌道は、実際の走査軌道である走査軌道に対する基準になりうる。基準軌道は、培養容器２０の収容部２２の配列方向と平行な部分を含む。
【００６５】
続けて、制御部４０は、ステップＳ１０１で得た容器情報に基づく培養容器２０を適切に載置して、ステップＳ１０２で決定した基準軌道に沿って測定部３８により培養容器２０の形状を測定したと想定した場合に得られる培養容器２０の形状情報を基準形状情報として作成する（ステップＳ１０３）。この工程では、実際に、正しく載置した培養容器２０をレーザー測長器または測定部３８により測定して、基準形状情報を得てもよいし、実際に測定せずに、容器情報と基準軌道に基づいて基準形状情報を算出してもよい。上記のステップＳ１０１〜ステップＳ１０３は、観察装置による観察の前処理である。したがって、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３は、ステップＳ１０４以降とは別に、事前に実行されていてもよい。
【００６６】
制御部４０は、ステップＳ１０２で予め定められた予定軌道に従って走査制御部４２により載置台１０を移動させつつ、顕微鏡装置３０による撮像を開始することによって、培養容器２０の走査を開始する（ステップＳ１０４）。顕微鏡装置３０による撮像には、上述の通り、測定部３８による培養容器２０の形状測定も伴う。
【００６７】
制御部４０は、測定部３８により培養容器２０の形状を測定しつつ（ステップＳ１０５）、撮像位置において結像光学系Ｃにより観察対象を撮像する（ステップＳ１０６）。
【００６８】
制御部４０は、基準軌道に対する実際の走査軌道のズレとして、基準軌道に対する走査軌道の傾きを算出する（ステップＳ１０７）。走査軌道の傾きの算出の具体的な方法については、図１０を参照して、後述する。
【００６９】
制御部４０は、基準軌道の進行方向に対して走査軌道が傾いている方向を判断する（ステップＳ１０８）。たとえば、図８に示す例では、点線で示す基準軌道Ｋの進行方向から見て、走査軌道Ｍが右側に傾いている。傾き側を判断するために、制御部４０は、たとえば、撮像部３７により観察領域を撮像した画像を確認する。図８に示すように走査軌道Ｍが走査方向の右方向（右側）に傾いている場合、撮像部３７により撮像される画像は、プラスＹ方向（図中下側）にズレる。このようなズレは、画像内の収容部２２の縁の形状を確認すれば判断できる。したがって、抽出部４４により撮像部３７で撮像した画像内の収容部２２の縁の形状を抽出することで、走査軌道Ｍの傾き方向は判断可能である。
【００７０】
制御部４０は、ステップＳ１０７およびステップＳ１０８において得た走査軌道Ｍの傾きおよび傾き方向に基づいて、予定軌道および撮像位置を補正する（ステップＳ１０９）。
【００７１】
制御部４０は、補正した予定軌道および撮像位置に基づいて、移動部１２を制御して、補正した撮像位置に撮像部３７を相対的に移動し、撮像部３７により撮像する（ステップＳ１１０）。
【００７２】
続けて、制御部４０は、走査が最後まで完了したか判断し（ステップＳ１１１）、まだ完了していない場合（ステップＳ１１１：ＮＯ）は、ステップＳ１０５の処理に戻る。一方、走査が最後まで完了した場合（ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、制御部４０は、観察処理を終了する。
【００７３】
次に、図１０および図１１を参照して、走査軌道の傾きの算出について、具体的に説明する。
【００７４】
図１０は、基準軌道に対する走査軌道のズレを示す図である。図１１は、図１０の部分拡大図である。
【００７５】
図１０中、上段では、平面視した培養容器２０の一部を示し、測定部３８が実際に走査した際の走査軌道Ｍを実線の矢印で示し、基準軌道Ｋを点線の矢印で示す。図１０中、下段では、走査軌道Ｍに沿った培養容器２０の形状情報（測定形状情報）を実線で示し、基準軌道Ｋに沿った培養容器２０の形状情報（基準形状情報）を点線で示す。
【００７６】
図１０上段に示すように、基準軌道Ｋは、収容部２２の配列方向に沿い、収容部２２の縁と位置Ａ１〜Ａ６と交差する。一方、走査軌道Ｍが基準軌道Ｋから傾いている場合、走査軌道Ｍは、収容部２２の配列方向からも傾き、収容部２２の縁と位置Ｂ１〜Ｂ６で交差する。
【００７７】
この結果、図１０下段に示すように、基準軌道Ｋに沿って測定部３８により測定される培養容器２０の基準形状情報は、収容部２２が存在する部分と、収容部２２が存在しない部分とが規則正しく表れる。すなわち、基準形状情報は、信号強度が強い時間が均等に表れる波形である。一方、走査軌道Ｍに沿って実際に測定される培養容器２０の測定形状情報は、収容部２２が存在する部分と、収容部２２が存在しない部分とが規則正しく表れない。走査軌道Ｍに沿った測定形状情報では、走査が進むほど、基準軌道Ｋに沿った培養容器形状情報よりも、信号強度が高い範囲が狭い波形となる。
【００７８】
ここで、たとえば、基準軌道Ｋ上の走査開始点ＳからＡ１までの時間をＴＡ１、走査軌道Ｍ上の走査開始点ＳからＢ２までの時間をＴＢ２、載置台１０の撮像部３７に対する相対的な移動速度をＶとする。また、図１１に示すように、収容部２２の径をＲ、基準軌道Ｋに対する走査軌道Ｍの傾き角度をθとする。そして、走査開始点Ｓを原点とするｘｙ座標系で考える。
【００７９】
この場合、収容部２２の円形の縁は、
｛ｘ−（Ｖ×ＴＡ１＋Ｒ）｝２＋ｙ２＝Ｒ  …  （１）
として表される。
【００８０】
また、走査軌道Ｍの直線は、
ｙ＝ｘ×ｔａｎθ  …  （２）
として表される。
【００８１】
上記の式（１）のｙに、式（２）のｘ×ｔａｎθを代入すると、
｛ｘ−（Ｖ×ＴＡ１＋Ｒ）｝２＋（ｘ×ｔａｎθ）２＝Ｒ  …  （３）
となる。
【００８２】
また、点Ｂ２のｘ座標は、
ｘ＝Ｖ×ＴＢ２×ｃｏｓθ  …  （４）
となる。
【００８３】
上記式（３）のｘに、式（４）のＶ×ＴＢ２×ｃｏｓθを代入すると、変数がθだけの式となり、θの値が算出できる。
【００８４】
傾きθが求まり、θの傾き側がステップＳ１０８において分かれば、走査軌道Ｍの位置Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６まで実際に走査しなくても、位置Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６を算出できる。したがって、制御部４０は、位置Ｂ３を位置Ａ３に、位置Ｂ４を位置Ａ４に、位置Ｂ５を位置Ａ５に、位置Ｂ６を位置Ａ６にそれぞれ補正するための補正量Δｘ、Δｙを算出し、算出した補正量に基づいて、撮像位置を補正できる。制御部４０は、撮像位置の補正に合わせて、予定軌道も補正できる。なお、制御部４０は、後続の撮像位置についても算出した補正量通りに補正することが好ましい。しかし、ズレが大きく、ズレが全くないように撮像位置を補正すると移動部１２を停止あるいは無理に駆動する必要があったり、撮像部３７の撮像タイミングに無理が生じたりする場合は、必ずしも算出した補正量通りに補正しなくてもよい。この場合、制御部４０は、移動部１２の駆動および撮像部３７の撮像タイミングに無理がない範囲で、予定軌道が基準軌道Ｋにできるだけ近づくように補正する。
【００８５】
なお、上記の傾きθの算出方法は一例であり、いかなる方法によりθを算出してもよい。たとえば、上記算出方法では、位置Ｂ２まで実際に測定して、θを算出しているが、位置Ｂ３および位置Ｂ４などより多くの位置まで測定した上で、傾きθを算出することもできる。
【００８６】
また、基準軌道Ｋに対する実際の走査軌道Ｍのズレの算出は、一つの培養容器２０に対して撮像を開始した直後に１回だけ実施してもよいし、撮像中に複数回実施してもよい。
【００８７】
以上のように、本開示の実施形態によれば、観察装置は、基準軌道Ｋに沿う培養容器２０の形状を示す基準形状情報と、測定部３８により測定して得られた測定形状情報とから、基準軌道Ｋに対する実際の走査軌道Ｍのズレを算出する。そして、観察装置は、走査軌道Ｍが基準軌道Ｋに近づくように、撮像位置および移動部１２による移動方向を制御する。したがって、仮に培養容器２０が載置台１０に正しい姿勢で設置されておらず、走査軌道Ｍが基準軌道Ｋからズレた場合でも、観察装置は、適切な撮像位置に近づけて画像を撮像できる。
【００８８】
また、測定部３８は、収容部２２が存在する部分と収容部２２が存在しない部分を示す波形として、培養容器２０の形状を測定する。したがって、波形の傾向により、容易に走査軌道の誤差を算出できる。
【００８９】
制御部４０は、撮像部３７により観察領域を撮像した画像に基づいて、基準軌道Ｋの進行方向に対する走査軌道が傾いている方向を判断する。したがって、図１０に示すように、基準軌道Ｋがちょうど収容部２２の直径を通る場合でも、求めた傾きθが基準軌道Ｋに対してどちら側か（図１０の例だと、上側か下側か）を判断できる。なお、基準軌道Ｋが収容部２２の直径を通らない場合であれば、撮像部３７により撮像した画像を用いなくても、図１０の波形だけで、傾きθの傾き方向は判断できる。
【００９０】
なお、上記実施形態では、走査軌道Ｍが基準軌道Ｋからズレる場合として、培養容器２０が載置台１０に適切に載置されない場合を説明した。しかし、他のいかなる原因により、走査軌道Ｍが基準軌道Ｋからズレる場合でも、本開示の技術は適用できる。たとえば、培養容器２０内において、製造誤差等により収容部２２の配列が不規則になっている場合でも、収容部２２の配列方向に合わせて予定軌道を補正し、配列方向に沿って撮像部３７に走査させることができる。
【００９１】
なお、上記各実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した観察処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、観察処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
【００９２】
また、上記各実施形態では、観察処理のプログラムが記憶部４５に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 載置台
１１ 開口
１２ 移動部
２０ 培養容器
２１ プレート
２２ 収容部
３０ 顕微鏡装置
３１ 光源
３２ スリット
３３ コンデンサレンズ
３４ 対物レンズ
３５ フォーカス調整機構
３６ 結像レンズ
３７ 撮像部
３８ 測定部
３８ａ 第１の変位センサ
３８ｂ 第２の変位センサ
４０ 制御部
４１ 顕微鏡装置制御部
４２ 走査制御部
４３ 表示制御部
４４ 抽出部
４５ 記憶部
４６ 算出部
４７ 入力部
４８ 表示部
Ａ１〜Ａ６、Ｂ１〜Ｂ６ 位置
Ｃ 結像光学系
Ｅ 走査終了点
Ｋ 基準軌道
Ｌ 照明光
Ｍ 走査軌道
Ｒ 観察領域
Ｓ 走査開始点
【図１】
2019116807.tif 000003
【図２】
2019116807.tif 000004
【図３】
2019116807.tif 000005
【図４】
2019116807.tif 000006
【図５】
2019116807.tif 000007
【図６】
2019116807.tif 000008
【図７】
2019116807.tif 000009
【図８】
2019116807.tif 000010
【図９】
2019116807.tif 000011
【図１０】
2019116807.tif 000012
【図１１】
2019116807.tif 000013
【国際調査報告】
2019116807.tif 000014
2019116807.tif 000015