(57)【要約】  複数のウェル５２を有する培養容器５０およびウェル５２内の観察対象の像を結像させる結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、培養容器５０内の観察位置を走査して観察対象を観察する。観察位置毎のオートフォーカス制御を行う際、観察位置の走査方向に隣接するウェル５２の境界部分Ｄに基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換える。
2019098018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象が収容される複数の容器内の前記観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系と、
前記結像光学系により結像された前記観察対象の画像を撮像する撮像素子を有する撮像系と、
前記結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、前記結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、前記撮像素子を前記光軸方向に移動させる第３の動作、および前記容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う動作部と、
前記容器および前記結像光学系の少なくとも一方を水平面内において移動させる水平方向駆動部と、
該水平方向駆動部を制御して、前記容器および前記結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、前記容器内の観察位置を走査する走査制御部と、
前記動作部を制御して、前記観察位置毎のオートフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部とを備え、
前記オートフォーカス制御部が、前記観察位置の走査方向に隣接する前記容器の境界部分に基づいて、前記観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換える観察装置。
【請求項２】
前記動作部は、前記第１の動作、前記第２の動作、前記第３の動作および前記第４の動作のうちの複数の動作を行う請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
観察対象が収容される複数の容器内の前記観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系と、
前記結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、前記結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および前記容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う動作部と、
前記容器および前記結像光学系の少なくとも一方を水平面内において移動させる水平方向駆動部と、
該水平方向駆動部を制御して、前記容器および前記結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、前記容器内の観察位置を走査する走査制御部と、
前記動作部を制御して、前記観察位置毎のオートフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部とを備え、
前記オートフォーカス制御部が、前記観察位置の走査方向に隣接する前記容器の境界部分に基づいて、前記観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換える観察装置。
【請求項４】
前記動作部は、前記第１の動作、前記第２の動作および前記第４の動作のうちの複数の動作を行う請求項３に記載の観察装置。
【請求項５】
前記結像光学系は、前記容器内の前記観察対象の像を結像させる対物レンズをさらに有し、
前記第１の動作は、前記結像レンズの焦点距離を変更する動作および前記対物レンズの焦点距離を変更する動作の少なくとも一方を含む請求項１から４のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項６】
前記結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更光学系をさらに備え、
前記結像光学系は、前記容器内の前記観察対象の像を結像させる対物レンズをさらに有し、
前記第１の動作は、前記結像レンズの焦点距離を変更する動作、前記対物レンズの焦点距離を変更する動作、および前記焦点距離変更光学系により、前記結像光学系の焦点距離を変更する動作の少なくとも１つを含む請求項１から４のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項７】
前記動作部は、さらに前記対物レンズを前記光軸方向に移動させる第５の動作を行う請求項５または６に記載の観察装置。
【請求項８】
前記結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更光学系をさらに備え、
前記第１の動作は、前記焦点距離変更光学系により、前記結像光学系の焦点距離を変更する動作を含む請求項１から４のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項９】
前記結像光学系は、前記容器内の前記観察対象の像を結像させる対物レンズをさらに有し、
前記動作部は、さらに前記対物レンズを前記光軸方向に移動させる第５の動作を行う請求項１から４および８のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１０】
前記オートフォーカス制御部が、前記境界部分の直後の観察位置のオートフォーカス制御を、前記境界部分の直前の観察位置のオートフォーカス制御の終了時点から前記境界部分の直後の観察位置に前記結像光学系が到達する前までの間に開始する請求項１から８のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１１】
前記オートフォーカス制御部が、前記境界部分の直後以外の観察位置については、該観察位置に前記結像光学系が到達した時点からオートフォーカス制御を開始する請求項１０に記載の観察装置。
【請求項１２】
前記境界部分の直後の観察位置のオートフォーカス制御のための時間が、前記境界部分の直後以外の観察位置のオートフォーカス制御のための時間よりも長い請求項１０または１１に記載の観察装置。
【請求項１３】
前記結像光学系が観察位置に到達する前に、先行して前記観察位置における前記容器の鉛直方向の位置を検出する検出部を備え、
前記オートフォーカス制御部が、前記検出部の検出信号に基づいて、前記各観察位置のオートフォーカス制御を行う請求項１から１２のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１４】
前記検出部が、前記結像光学系を挟んで前記走査方向について並べて設けられた少なくとも２つの変位センサを有し、前記走査方向の向きの変更に応じて、使用する前記変位センサを切り換える請求項１３に記載の観察装置。
【請求項１５】
前記検出部が、前記容器の境界部分を検出する請求項１３または１４に記載の観察装置。
【請求項１６】
前記オートフォーカス制御部が、前記検出部によって検出された検出信号が異常である場合には、前記異常な検出信号が検出された観察位置については、該観察位置の前記走査方向について前後の観察位置の前記検出部の検出信号に基づくオートフォーカス制御を行う請求項１３から１５のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１７】
前記容器の境界部分の位置情報を記憶する記憶部を備え、
前記オートフォーカス制御部が、前記記憶部に記憶された境界部分の位置情報に基づいて、前記オートフォーカス制御の開始タイミングを切り換える請求項１から１６のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１８】
前記容器が、ウェルプレートの各ウェルである請求項１から１７のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１９】
観察対象が収容される複数の容器および前記容器内の前記観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、前記容器内における各観察位置を前記結像光学系の観察領域で走査し、前記結像光学系により結像された前記観察対象の画像を撮像素子により撮像する観察方法であって、
前記結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、前記結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、前記撮像素子を前記光軸方向に移動させる第３の動作、および前記容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行うステップと、
前記観察位置の走査方向に隣接する前記容器の境界部分に基づいて、前記観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換えるステップとを有する観察方法。
【請求項２０】
観察対象が収容される複数の容器および前記容器内の前記観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、前記容器内における各観察位置を前記結像光学系の観察領域で走査し、前記結像光学系により結像された前記観察対象の画像を撮像素子により撮像する観察方法をコンピュータに実行させる観察装置制御プログラムであって、
前記結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、前記結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、前記撮像素子を前記光軸方向に移動させる第３の動作、および前記容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う手順と、
前記観察位置の走査方向に隣接する前記容器の境界部分に基づいて、前記観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換える手順とをコンピュータに実行させる観察装置制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、観察対象が収容された容器を、観察対象の像を結像させる結像光学系に対して移動させることによって、観察対象全体の像を観察する観察装置および方法並びに観察装置制御プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＥＳ（Embryonic Stem）細胞およびｉＰＳ（Induced Pluripotent Stem）細胞等の多能性幹細胞や分化誘導された細胞等を顕微鏡等で撮像し、その画像の特徴を捉えることで細胞の分化状態等を判定する方法が提案されている。【０００３】
ＥＳ細胞およびｉＰＳ細胞等の多能性幹細胞は、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、および病気の解明等において応用が可能なものとして注目されている。【０００４】
一方、上述したように細胞を顕微鏡で撮像する際、高倍率な広視野画像を取得するため、いわゆるタイリング撮影を行うことが提案されている。具体的には、例えばウェルプレート等の培養容器の範囲内を結像光学系によって走査し、観察位置毎の画像を撮像した後、その観察位置毎の画像を結合する。【０００５】
そして、このようなタイリング撮影を行う場合には、培養容器内の各観察位置においてオートフォーカス制御を行うことによって、ボケの少ない高画質な画像を取得することが提案されている（特開２０１０−７２０１７号公報、特開２００８−２９２２１６号公報および特開２００９−２５３４９号公報等を参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上述したようにタイリング撮影においてオートフォーカス制御を行う場合、撮影時間の短縮の観点から、オートフォーカス制御を高速かつ高精度に行うことが重要である。【０００７】
しかしながら、例えば培養容器として複数のウェルを有するウェルプレートを使用し、そのウェルプレート全体を結像光学系によって走査し、各観察位置についてオートフォーカス制御を行いながらタイリング撮影をする場合、各ウェルの底部の厚さは、製造上の誤差等に起因してウェル毎に異なる。【０００８】
したがって、例えばウェルの底面（観察対象設置面）の位置を検出してオートフォーカス制御を行う場合、隣接するウェル間で底部の厚さが大きく異なる場合には、ウェルの底面の位置が大きく異なるため、オートフォーカス制御の時間が長くなり、撮影時間が長くなる問題がある。【０００９】
本開示は、上記の問題に鑑み、オートフォーカス制御をより効率的に行い、撮影時間の短縮を図ることができる観察装置および方法並びに観察装置制御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】
【００１０】
本開示による第１の観察装置は、観察対象が収容される複数の容器内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系と、
結像光学系により結像された観察対象の画像を撮像する撮像素子を有する撮像系と、
結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、撮像素子を光軸方向に移動させる第３の動作、および容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う動作部と、
容器および結像光学系の少なくとも一方を水平面内において移動させる水平方向駆動部と、
水平方向駆動部を制御して、容器および結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、容器内の観察位置を走査する走査制御部と、
動作部を制御して、観察位置毎のオートフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部とを備え、
オートフォーカス制御部が、観察位置の走査方向に隣接する容器の境界部分に基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換える。【００１１】
なお、本開示による第１の観察装置においては、動作部は、第１の動作、第２の動作、第３の動作および第４の動作のうちの複数の動作を行うものであってもよい。【００１２】
本開示による第２の観察装置は、観察対象が収容される複数の容器内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系と、
結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う動作部と、
容器および結像光学系の少なくとも一方を水平面内において移動させる水平方向駆動部と、
水平方向駆動部を制御して、容器および結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、容器内の観察位置を走査する走査制御部と、
動作部を制御して、観察位置毎のオートフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部とを備え、
オートフォーカス制御部が、観察位置の走査方向に隣接する容器の境界部分に基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換える。【００１３】
なお、本開示による第２の観察装置においては、動作部は、第１の動作、第２の動作および第４の動作のうちの複数の動作を行うものであってもよい。【００１４】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、結像光学系は、容器内の観察対象の像を結像させる対物レンズをさらに有し、
第１の動作は、結像レンズの焦点距離を変更する動作および対物レンズの焦点距離を変更する動作の少なくとも一方を含むものであってもよい。【００１５】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更光学系をさらに備え、
結像光学系は、容器内の観察対象の像を結像させる対物レンズをさらに有し、
第１の動作は、結像レンズの焦点距離を変更する動作、対物レンズの焦点距離を変更する動作、および焦点距離変更光学系により、結像光学系の焦点距離を変更する動作の少なくとも１つを含むものであってもよい。【００１６】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、動作部は、さらに対物レンズを光軸方向に移動させる第５の動作を行うものであってもよい。【００１７】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更光学系をさらに備え、
第１の動作は、焦点距離変更光学系により、結像光学系の焦点距離を変更する動作を含むものであってもよい。【００１８】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、結像光学系は、容器内の観察対象の像を結像させる対物レンズをさらに有し、
動作部は、さらに対物レンズを光軸方向に移動させる第５の動作を行うものであってもよい。【００１９】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、オートフォーカス制御部が、境界部分の直後の観察位置のオートフォーカス制御を、境界部分の直前の観察位置のオートフォーカス制御の終了時点から境界部分の直後の観察位置に結像光学系が到達する前までの間に開始するものであってもよい。【００２０】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、オートフォーカス制御部が、境界部分の直後以外の観察位置については、観察位置に結像光学系が到達した時点からオートフォーカス制御を開始するものであってもよい。【００２１】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、境界部分の直後の観察位置のオートフォーカス制御のための時間が、境界部分の直後以外の観察位置のオートフォーカス制御のための時間よりも長いものであってもよい。【００２２】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、結像光学系が観察位置に到達する前に、先行して観察位置における容器の鉛直方向の位置を検出する検出部を備え、
オートフォーカス制御部が、検出部の検出信号に基づいて、各観察位置のオートフォーカス制御を行うものであってもよい。【００２３】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、検出部が、結像光学系を挟んで走査方向について並べて設けられた少なくとも２つの変位センサを有し、走査方向の向きの変更に応じて、使用する変位センサを切り換えるものであってもよい。【００２４】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、検出部が、容器の境界部分を検出するものであってもよい。【００２５】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、オートフォーカス制御部が、検出部によって検出された検出信号が異常である場合には、異常な検出信号が検出された観察位置については、観察位置の走査方向について前後の観察位置の検出部の検出信号に基づくオートフォーカス制御を行うものであってもよい。【００２６】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、容器の境界部分の位置情報を記憶する記憶部を備え、
オートフォーカス制御部が、記憶部に記憶された境界部分の位置情報に基づいて、オートフォーカス制御の開始タイミングを切り換えるものであってもよい。【００２７】
また、本開示による第１および第２の観察装置においては、容器が、ウェルプレートの各ウェルであってもよい。【００２８】
本開示による第１の観察方法は、観察対象が収容される複数の容器および容器内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、容器内における各観察位置を結像光学系の観察領域で走査し、結像光学系により結像された観察対象の画像を撮像素子により撮像する観察方法であって、
結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、撮像素子を光軸方向に移動させる第３の動作、および容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行うステップと、
観察位置の走査方向に隣接する容器の境界部分に基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換えるステップとを有する。【００２９】
本開示による第２の観察方法は、観察対象が収容される複数の容器および容器内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、容器内における各観察位置を結像光学系の観察領域で走査する観察方法であって、
結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行うステップと、
観察位置の走査方向に隣接する容器の境界部分に基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換えるステップとを有する。【００３０】
本開示による第１の観察装置制御プログラムは、観察対象が収容される複数の容器および容器内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、容器内における各観察位置を結像光学系の観察領域で走査し、結像光学系により結像された観察対象の画像を撮像素子により撮像する観察方法をコンピュータに実行させる観察装置制御プログラムであって、
結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、撮像素子を光軸方向に移動させる第３の動作、および容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う手順と、
観察位置の走査方向に隣接する容器の境界部分に基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換える手順とをコンピュータに実行させる。【００３１】
本開示による第２の観察装置制御プログラムは、観察対象が収容される複数の容器および容器内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、容器内における各観察位置を結像光学系の観察領域で走査する観察方法をコンピュータに実行させる観察装置制御プログラムであって、
結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う手順と、
観察位置の走査方向に隣接する容器の境界部分に基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換える手順とをコンピュータに実行させる。【００３２】
本開示による第３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、および
記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサを備え、プロセッサは、
観察対象が収容される複数の容器および容器内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、容器内における各観察位置を結像光学系の観察領域で走査し、結像光学系により結像された観察対象の画像を撮像素子により撮像する処理であって、
結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、撮像素子を光軸方向に移動させる第３の動作、および容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行い、
観察位置の走査方向に隣接する容器の境界部分に基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換える処理を実行する。【００３３】
本開示による第４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、および
記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサを備え、プロセッサは、
観察対象が収容される複数の容器および容器内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、容器内における各観察位置を結像光学系の観察領域で走査する処理であって、
結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行い、
観察位置の走査方向に隣接する容器の境界部分に基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換える処理を実行する。
【発明の効果】
【００３４】
本開示の第１の観察装置および方法並びに観察装置制御プログラムによれば、観察対象が収容される複数の容器および容器内の観察対象の像を結像させる対物レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、容器内の観察位置を走査して観察対象を観察する。そして、結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、撮像素子を光軸方向に移動させる第３の動作、および容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行うことによって、観察位置毎のオートフォーカス制御を行う際、観察位置の走査方向に隣接する容器の境界部分に基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換えるようにした。このため、オートフォーカス制御をより効率的に行い、撮影時間の短縮を図ることができる。【００３５】
本開示の第２の観察装置および方法並びに観察装置制御プログラムによれば、観察対象が収容される複数の容器および容器内の観察対象の像を結像させる対物レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を移動させることによって、容器内の観察位置を走査して観察対象を観察する。そして、結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および容器を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行うことによって、観察位置毎のオートフォーカス制御を行う際、観察位置の走査方向に隣接する容器の境界部分に基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換えるようにした。このため、オートフォーカス制御をより効率的に行い、撮影時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本開示の観察装置の一実施形態を用いた顕微鏡観察システムにおける顕微鏡装置の概略構成を示す図
【図２】ステージの構成を示す斜視図
【図３】結像光学系の構成を示す模式図
【図４】焦点距離変更光学系の構成を示す模式図
【図５】ウェルプレートの各ウェルの境界部分を説明するための図
【図６】本開示の観察装置の一実施形態を用いた顕微鏡観察システムにおけるオートフォーカス制御を説明するための図
【図７】本開示のオートフォーカス制御の開始タイミングの一例を説明するための図
【図８】本開示の観察装置の一実施形態を用いた顕微鏡観察システムの概略構成を示すブロック図
【図９】培養容器内における観察位置の走査位置を示す図
【図１０】本開示の観察装置の一実施形態を用いた顕微鏡観察システムの作用を説明するためのフローチャート
【図１１】ステージが往路移動している場合における顕微鏡観察システムの作用を説明するための模式図
【図１２】ステージが往路移動している場合における顕微鏡観察システムの作用を説明するための模式図
【図１３】本開示の観察装置のその他の実施形態を用いた顕微鏡観察システムの概略構成を示すブロック図
【図１４】ウェルの底面にキズ等がある場合において、検出部によって検出された検出信号に基づくＺ方向の位置を示す図
【図１５】本開示の観察装置の一実施形態を用いた顕微鏡観察システムの変形例の概略構成を示す図
【図１６】本開示の観察装置の実施形態において、４つの変位センサを設けた変形例を示す図
【図１７】培養容器内における観察域による走査位置の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本開示の観察装置および方法の一実施形態を用いた顕微鏡観察システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の顕微鏡観察システムにおける顕微鏡装置１０の概略構成を示す図である。
【００３８】
顕微鏡装置１０は、観察対象である培養された細胞の位相差画像を撮像するものである。具体的には、顕微鏡装置１０は、図１に示すように、白色光を出射する白色光源１１、コンデンサレンズ１２、スリット板１３、結像光学系１４、動作部１５、撮像素子１６、および検出部１８を備える。また、顕微鏡装置１０は、焦点距離変更光学系７０を備える。
【００３９】
動作部１５は、第１の動作部１５Ａ、第２の動作部１５Ｂ、第３の動作部１５Ｃ、第４の動作部１５Ｄ、第５の動作部１５Ｅ、第６の動作部１５Ｆおよび第７の動作部１５Ｇを備える。第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇの動作は後述する。
【００４０】
また、スリット板１３と結像光学系１４および検出部１８との間に、ステージ５１が設けられている。ステージ５１上には、観察対象である細胞が収容された培養容器５０が設置される。図２は、ステージ５１の一例を示す図である。ステージ５１の中央には、矩形の開口５１ａが形成されている。この開口５１ａを形成する部材の上に培養容器５０が設置され、培養容器５０内の細胞の位相差画像が開口５１ａを通過するように構成されている。
【００４１】
本実施形態においては、培養容器５０として、細胞が収容される複数のウェル（１つのウェルが、本開示の容器に相当する）を備えたウェルプレートを用いる。また、培養容器５０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等がある。
【００４２】
ステージ５１は、水平方向駆動部１７（図８参照）によって互いに直交するＸ方向およびＹ方向に移動するものである。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。
【００４３】
スリット板１３は、白色光源１１から出射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たものであり、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。
【００４４】
図３は、結像光学系１４の詳細な構成を示す図である。結像光学系１４は、図３に示すように、位相差レンズ１４ａおよび結像レンズ１４ｄを備える。そして、位相差レンズ１４ａは、対物レンズ１４ｂおよび位相板１４ｃを備える。位相板１４ｃは、照明光Ｌの波長に対して透明な透明板に対して位相リングを形成したものである。なお、上述したスリット板１３のスリットの大きさは、位相板１４ｃの位相リングと共役な関係にある。
【００４５】
位相リングは、入射された光の位相を１／４波長ずらす位相膜と、入射された光を減光する減光フィルタとがリング状に形成されたものである。位相リングに入射された直接光は、位相リングを通過することによって位相が１／４波長ずれ、かつその明るさが弱められる。一方、観察対象によって回折された回折光は大部分が位相板１４ｃの透明板を通過し、その位相および明るさは変化しない。
【００４６】
対物レンズ１４ｂを有する位相差レンズ１４ａは、図１に示す動作部１５の第５の動作部１５Ｅによって、対物レンズ１４ｂの光軸方向に移動される。第５の動作部１５Ｅは、例えば圧電素子等のアクチュエータを備える。なお、本実施形態においては、対物レンズ１４ｂの光軸方向とＺ方向（鉛直方向）とは同じ方向である。対物レンズ１４ｂのＺ方向への移動によってオートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６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。
【００４７】
また、位相差レンズ１４ａ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１４ａまたは結像光学系１４を交換可能に構成するようにしてもよい。位相差レンズ１４ａまたは結像光学系１４の交換は、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。
【００４８】
また、対物レンズ１４ｂは、焦点距離を変更可能な液体レンズからなる。なお、焦点距離を変更可能であれば、液体レンズに限定されるものではなく、液晶レンズおよび形状変形レンズ等、任意のレンズを用いることができる。対物レンズ１４ｂは、図１に示す動作部１５における第６の動作部１５Ｆによって、印加される電圧が変更されて、焦点距離が変更される。これにより、結像光学系１４の焦点距離が変更される。対物レンズ１４ｂの焦点距離の変更によってもオートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６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。
【００４９】
結像レンズ１４ｄは、位相差レンズ１４ａを通過した位相差画像が入射され、これを撮像素子１６に結像する。本実施形態において、結像レンズ１４ｄは、焦点距離を変更可能な液体レンズからなる。なお、焦点距離を変更可能であれば、液体レンズに限定されるものではなく、液晶レンズおよび形状変形レンズ等、任意のレンズを用いることができる。結像レンズ１４ｄは、図１に示す動作部１５における第１の動作部１５Ａによって、印加される電圧が変更されて、焦点距離が変更される。これにより、結像光学系１４の焦点距離が変更される。結像レンズ１４ｄの焦点距離の変更によってもオートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６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。
【００５０】
また、結像レンズ１４ｄは、図１に示す動作部１５における第２の動作部１５Ｂによって結像レンズ１４ｄの光軸方向に移動される。第２の動作部１５Ｂは、例えば圧電素子等のアクチュエータを備える。なお、本実施形態においては、結像レンズ１４ｄの光軸方向とＺ方向（鉛直方向）とは同じ方向である。結像レンズ１４ｄのＺ方向への移動によってオートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６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。
【００５１】
撮像素子１６は、結像レンズ１４ｄによって結像された位相差画像を撮像する。撮像素子１６としては、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等が用いられる。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るようにしてもよい。
【００５２】
また、撮像素子１６は、図１に示す動作部１５における第３の動作部１５ＣによってＺ方向に移動される。第３の動作部１５Ｃは、例えば圧電素子等のアクチュエータを備える。なお、本実施形態においては、撮像素子１６の撮像面に垂直な方向とＺ方向とは同じ方向である。撮像素子１６のＺ方向への移動によってもオートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６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。
【００５３】
また、ステージ５１は、第４の動作部１５ＤによってＺ方向に移動され、これにより、培養容器５０がＺ方向に移動される。第４の動作部１５Ｄは、例えば圧電素子等のアクチュエータを備える。本実施形態においては、ステージ５１における培養容器５０が設置される面に垂直な方向とＺ方向とは同じ方向である。ステージ５１のＺ方向への移動によってもオートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６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。
【００５４】
図４は焦点距離変更光学系の構成を示す概略図である。図４に示すように、焦点距離変更光学系７０は、円形の第１のウェッジプリズム７１および円形の第２のウェッジプリズム７２を備える。第７の動作部１５Ｇは、第１のウェッジプリズム７１および第２のウェッジプリズム７２を、互いに反対方向に同期させて移動させる。これにより、結像光学系１４の焦点位置が変更される。焦点位置が変更されることは、焦点距離が長くなったり短くなったりすることと同義である。このため、結像光学系１４の焦点位置が変更されることにより、結像光学系の１４の焦点距離が変更される。本実施形態においては、結像光学系１４の焦点距離を変更することは、第１の動作部１５Ａにより結像レンズ１４ｄの焦点距離を変更すること、および第６の動作部１５Ｆにより対物レンズ１４ｂの焦点距離を変更することのみならず、第７の動作部１５Ｇにより結像光学系１４の焦点位置を変更することにより、結像光学系１４の焦点距離を変更することも含む。
【００５５】
第１および第２のウェッジプリズム７１，７２は、光の入射面および出射面となり得る２つの面が平行でない、すなわち一方の面に対して他方の面が傾斜しているプリズムである。なお、以降の説明においては、光軸に対して垂直に配置される面を直角面、光軸に対して傾斜して配置される面をウェッジ面と称する。ウェッジプリズム７１，７２は、直角面に垂直に入射した光を偏向させるプリズムである。第７の動作部１５Ｇは、例えば圧電素子等のアクチュエータを備え、後述する動作制御部２１から出力された制御信号に基づいて、第１のウェッジプリズム７１および第２のウェッジプリズム７２を、直角面を平行に維持しつつ、互いに反対方向に同期させて移動させる。すなわち、第１のウェッジプリズム７１を図４における右方向に移動させる場合には、第２のウェッジプリズム７２を左方向に移動させる。逆に、第１のウェッジプリズム７１を図４における左方向に移動させる場合には、第２のウェッジプリズム７２を右方向に移動させる。このように、第１および第２のウェッジプリズム７１，７２を移動させることにより、結像光学系１４から出射された光の光路長が変更され、これにより、結像光学系１４の焦点位置を変更して焦点距離を変更することができる。これにより、オートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６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。
【００５６】
検出部１８は、ステージ５１に設置された培養容器５０のＺ方向（鉛直方向）の位置を検出するものである。検出部１８は、具体的には、第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａおよび第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂを備える。なお、第１および第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ、１８ｂは、本開示の変位センサに相当するものである。
【００５７】
第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａおよび第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂは、結像光学系１４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のオートフォーカス用変位センサ１８ａおよび第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂはレーザ変位計であり、培養容器５０にレーザ光を照射し、その反射光を検出することによって、培養容器５０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５０の底面とは、培養容器５０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。
【００５８】
検出部１８によって検出された培養容器５０のＺ方向の位置情報は、オートフォーカス制御部２１に出力され、オートフォーカス制御部２１は、入力された位置情報に基づいて、動作部１５を制御し、オートフォーカス制御を行う。
【００５９】
より具体的には、本実施形態の顕微鏡装置１０においては、結像光学系１４がステージ５１上の培養容器５０の所定の観察位置に到達する前に、先行してその観察位置における培養容器５０のＺ方向の位置情報を第１または第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂによって検出し、結像光学系１４が、上記観察位置に到達した際に、第１または第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂによって検出された位置情報に基づいて動作部１５を制御し、オートフォーカス制御を行う。
【００６０】
ここで、本実施形態のように、培養容器５０として複数のウェルを備えたウェルプレートを用いた場合、ウェルプレートにおける全ての観察位置について、従来のように、結像光学系１４が各観察位置に到達した時点からオートフォーカス制御を行ったのでは、観察位置の走査方向に隣接するウェルの境界部分の直後の観察位置、すなわち隣接するウェルのうち走査方向前側のウェルの最初の観察位置のオートフォーカス制御を行う際、ウェル毎の底部の厚さの違いから、オートフォーカス制御に長い時間がかかってしまう。なお、上述した観察位置の走査方向とは、ステージ５１の移動方向とは逆の方向である。
【００６１】
図５は、複数のウェル５２を備えた培養容器５０（ウェルプレート）の一例の断面模式図である。図５に示す「Ｄ」が隣接するウェルの境界部分であり、「５２ａ」がウェル５２の底部である。なお、図４に示すように、各ウェル５２の底部５２ａの厚さは、製造上のばらつきによって異なっている。
【００６２】
そして、ステージ５１をＸ方向に往復移動させ、かつＹ方向に移動させながら２次元状に走査を行う場合には、結像光学系１４は何度もウェル５２の境界を通過するため、上述したようなウェル５２の境界部分Ｄを跨ぐ際のオートフォーカス制御の時間のロスが大きいものとなる。
【００６３】
そこで、本実施形態においては、図６に示すように、隣接するウェル５２の境界部分Ｄの直後の観察位置Ｒ２と境界部分Ｄの直後の観察位置Ｒ２以外の観察位置とで、オートフフォーカス制御を開始するタイミングを切り換える。具体的には、本実施形態においては、境界部分Ｄの直後の観察位置Ｒ２のオートフォーカス制御を、境界部分Ｄの直前の観察位置Ｒ１のオートフォーカス制御の終了時点から開始する。なお、図６における点線で示す矩形の範囲が各観察位置Ｒを示している。
【００６４】
すなわち、本実施形態においては、隣接するウェル５２の境界部分Ｄに含まれる観察位置については、オートフォーカス制御による撮像を行う必要がないので、この境界部分Ｄに含まれる観察位置についてはオートフォーカス制御を行わず、境界部分Ｄに含まれる観察位置の走査時間を利用して、境界部分Ｄの直後の観察位置Ｒ２のオートフォーカス制御を行う。図６は、ウェル５２の境界部分Ｄの近傍の観察位置Ｒ０〜Ｒ３のオートフォーカス制御の開始タイミングと終了タイミングの一例を示す図である。図７に示すｆ０〜ｆ３が、各観察位置Ｒ０〜Ｒ３のフォートフォーカス制御を行っている時間であり、Ｔｘは、隣接する観察位置の間の走査時間（結像光学系１４がステージ５１に対して相対的に移動する時間）であり、Ｔｄは、観察位置Ｒ２から観察位置Ｒ３までの走査時間である。
【００６５】
図７に示すように、観察位置Ｒ０については、時刻ｔ０からオートフォーカス制御が開始され、時刻ｔ１の時点でオートフォーカス制御を終了する。そして、観察位置Ｒ０から観察位置Ｒ１まで走査された後、時刻ｔ２から観察位置Ｒ１のオートフォーカス制御が開始され、時刻ｔ３の時点でオートフォーカス制御を終了する。そして、観察位置Ｒ１のオートフォーカス制御を終了した時刻ｔ３から観察位置Ｒ２のオートフォーカス制御を開始し、結像光学系１４が観察位置Ｒ２に到達する時刻ｔ５までの間の時刻ｔ４において、観察位置Ｒ２のオートフォーカス制御を終了する。すなわち、観察位置Ｒ１から観察位置Ｒ２までの走査時間Ｔｄの間に、観察位置Ｒ２のオートフォーカス制御を終了する。
【００６６】
そして、結像光学系１４が観察位置Ｒ２に到達した時刻ｔ５では、既に観察位置Ｒ２のオートフォーカス制御が終了しているので、即座に観察位置Ｒ２の位相差画像の撮像が行われ、次の観察位置Ｒ３に向かって走査される。そして、観察位置Ｒ２から観察位置Ｒ３まで走査された後、時刻ｔ６から観察位置Ｒ３のオートフォーカス制御が開始され、時刻ｔ７の時点でオートフォーカス制御を終了する。
【００６７】
従来のオートフォーカス制御の場合、結像光学系１４が、観察位置Ｒ２に到達した時点（図７の時刻ｔ５）から観察位置Ｒ２のオートフォーカス制御が開始されるので、その分撮影時間が長くなり、特に、ウェル５２の底部の厚さが異なる場合には、その時間のロスが大きくなる。
【００６８】
本実施形態では、上述したように境界部分Ｄの直後の観察位置Ｒ２のオートフォーカス制御の開始タイミングを早くすることによって、撮影時間の短縮を図ることができる。
【００６９】
なお、境界部分Ｄの直後の観察位置Ｒ２以外の観察位置については、上述したように、各観察位置に到達した時点からオートフォーカス制御を開始する。また、本実施形態においては、境界部分Ｄの直後の観察位置Ｒ２のオートフォーカス制御を、境界部分Ｄの直前の観察位置Ｒ１のオートフォーカス制御の終了時点ｔ３から開始するようにしたが、これに限らず、観察位置Ｒのオートフォーカス制御の終了時点ｔ３から結像光学系１４が観察位置Ｒ２に到達する時刻ｔ５の前であれば、その他の時点でもよい。すなわち、図７に示すＴｄの間であればその他の時点でもよい。
【００７０】
また、本実施形態においては、境界部分Ｄの直後の観察位置Ｒ２以外の観察位置のオートフォーカス制御のための時間（例えば図７に示す時刻ｔ０〜時刻ｔ２までの時間であり、結像光学系１４が観察位置Ｒ０に到達した時点から観察位置Ｒ１に到達するまでの時間）よりも、境界部分Ｄの直後の観察位置Ｒ２のオートフォーカス制御のための時間（例えば図７に示すＴｄの時間であり、結像光学系１４が観察位置Ｒ１から観察位置Ｒ２に到達するまでの時間）の方が長くなるように設定されている。
【００７１】
また、上述したような境界部分Ｄの直後の観察位置Ｒ２のオートフォーカス制御を行う場合、境界部分Ｄの直前の観察位置Ｒ１と境界部分Ｄの直後の観察位置Ｒ２のＸ−Ｙ平面内における座標位置を特定する必要がある。すなわち、境界部分Ｄを特定する必要がある。そこで、本実施形態においては、上述した第１または第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂによって隣接するウェル５２の境界部分Ｄを検出する。具体的には、境界部分Ｄには、ウェル５２の底面が存在しないので、明らかに第１または第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂによって検出される検出信号が異なるものとなる。したがって、例えば第１または第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂによって検出された検出信号が、予め設定された閾値の範囲内であるかを判定することによって、境界部分Ｄを検出することができる。
【００７２】
次に、顕微鏡装置１０を制御する顕微鏡制御装置２０の構成について説明する。図８は、本実施形態の顕微鏡観察システムの構成を示すブロック図である。なお、顕微鏡装置１０については、顕微鏡制御装置２０の各部により制御される一部の構成のブロック図を示している。
【００７３】
顕微鏡制御装置２０は、顕微鏡装置１０全体を制御するものであり、特に、オートフォーカス制御部２１、走査制御部２２および表示制御部２３を備える。
【００７４】
顕微鏡制御装置２０は、中央処理装置、半導体メモリおよびハードディスク等を備えたコンピュータから構成されるものであり、ハードディスクに本開示の観察装置制御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、この観察装置制御プログラムが中央処理装置によって実行されることによって、図８に示すオートフォーカス制御部２１、走査制御部２２および表示制御部２３が機能する。
【００７５】
オートフォーカス制御部２１は、上述したように検出部１８によって検出された培養容器５０のＺ方向の位置情報に基づいて、動作部１５を動作させてオートフォーカス制御を行う。また、本実施形態のオートフォーカス制御部２１は、上述したように、隣接するウェルの境界部分の直後の観察位置と境界部分の直後の観察位置以外の観察位置とで、オートフォーカス制御を開始するタイミングを切り換える。
【００７６】
ここで、オートフォーカス制御部２１には、培養容器５０のＺ方向の位置情報と、結像レンズ１４ｄの焦点距離を変更するための結像レンズ１４ｄへの印加電圧、結像レンズ１４ｄの光軸方向の移動量、撮像素子１６の光軸方向の移動量、ステージ５１の光軸方向の移動量、対物レンズ１４ｂの光軸方向の移動量、対物レンズ１４ｂの焦点距離を変更するための対物レンズ１４ｂへの印加電圧、および焦点距離変更光学系７０の移動量との関係が、予めテーブルとして記憶されている。このテーブルを第１のテーブルと称する。
【００７７】
オートフォーカス制御部２１は、入力された培養容器５０のＺ方向の位置情報に基づいて、第１のテーブルを参照して、結像レンズ１４ｄの焦点距離を変更するための結像レンズ１４ｄへの印加電圧、結像レンズ１４ｄの光軸方向の移動量、撮像素子１６の光軸方向の移動量、ステージ５１の光軸方向の移動量、対物レンズ１４ｂの光軸方向の移動量、対物レンズ１４ｂの焦点距離を変更するための対物レンズ１４ｂへの印加電圧、および焦点距離変更光学系７０の移動量をそれぞれ求める。なお、以降の説明においては、結像レンズ１４ｄの焦点距離を変更するための結像レンズ１４ｄへの印加電圧、結像レンズ１４ｄの光軸方向の移動量、撮像素子１６の光軸方向の移動量、ステージ５１の光軸方向の移動量、対物レンズ１４ｂの光軸方向の移動量、対物レンズ１４ｂの焦点距離を変更するための対物レンズ１４ｂへの印加電圧、および焦点距離変更光学系７０の移動量をフォーカス制御量と称する。
【００７８】
オートフォーカス制御部２１は、動作部１５を制御するために、フォーカス制御量に応じた制御信号を、第１の動作部１５Ａ〜第７の動作部１５Ｇに出力する。具体的には、後述するように取得されたステージ５１の位置情報に基づいて第１のテーブルが参照されて、フォーカス制御量が取得される。これにより、第１の動作部１５Ａにより結像レンズ１４ｄの焦点距離が変更されて結像光学系１４の焦点距離が変更される。また、第２の動作部１５Ｂにより結像レンズ１４ｄが光軸方向に移動する。また、第３の動作部１５Ｃにより撮像素子１６が光軸方向に移動する。また、第４の動作部１５Ｄによりステージ５１が光軸方向に移動する。また、第５の動作部１５Ｅにより対物レンズ１４ｂが光軸方向に移動する。第６の動作部１５Ｆにより対物レンズ１４ｂの焦点距離が変更されて結像光学系１４の焦点距離が変更される。さらに、第７の動作部１５Ｇにより結像光学系１４の焦点位置が変更されて、結像光学系１４の焦点距離が変更される。これらの７つの動作により、オートフォーカス制御が行われる。
【００７９】
なお、第１の動作部１５Ａによる結像レンズ１４ｄの焦点距離の変更、第６の動作部１５Ｆによる対物レンズ１４ｂの焦点距離の変更、および第７の動作部１５Ｇによる焦点距離変更光学系７０による焦点距離の変更が、第１の動作に対応する。また、第２の動作部１５Ｂによる結像レンズ１４ｄの光軸方向への移動が第２の動作に対応する。また、第３の動作部１５Ｃによる撮像素子１６の光軸方向への移動が第３の動作に対応する。また、第４の動作部１５Ｄによるステージ５１の光軸方向への移動が第４の動作に対応する。また、第５の動作部１５Ｅによる対物レンズ１４ｂの光軸方向への移動が第５の動作に対応する。
【００８０】
走査制御部２２は、水平方向駆動部１７を駆動制御し、これによりステージ５１をＸ方向およびＹ方向に移動させて、培養容器５０をＸ方向およびＹ方向に移動させる。水平方向駆動部１７は、圧電素子等のアクチュエータから構成される。
【００８１】
本実施形態においては、上述したように走査制御部２２による制御によってステージ５１をＸ方向およびＹ方向に移動させ、培養容器５０内における観察位置を２次元状に走査し、各観察位置の位相差画像を撮像する。図９は、培養容器５０内における観察位置の走査位置を実線Ｍで示した図である。なお、本実施形態においては、培養容器５０として６つのウェル５２を有するウェルプレートを用いる。
【００８２】
図９に示すように、培養容器５０において、観察位置は、ステージ５１のＸ方向およびＹ方向の移動によって走査開始点Ｓから走査終了点Ｅまで実線Ｍに沿って走査される。すなわち、観察位置は、Ｘ方向の正方向（図９の右方向）に走査された後、Ｙ方向（図９の下方向）に走査され、逆の負方向（図９の左方向）に走査される。次いで、観察位置は、再びＹ方向に走査され、再びＸ方向の正方向に走査される。このように、ステージ５１の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、観察位置は、培養容器５０内を２次元状に走査される。
【００８３】
次に、図８に戻り、表示制御部２３は、顕微鏡装置１０によって撮像された各観察位置の位相差画像を結合することによって、１枚の合成位相差画像を生成し、その合成位相差画像を表示装置３０に表示させるものである。
【００８４】
表示装置３０は、上述したように表示制御部２３によって生成された合成位相差画像を表示するものであり、例えば液晶ディスプレイ等を備える。また、表示装置３０をタッチパネルによって構成し、入力装置４０と兼用するようにしてもよい。
【００８５】
入力装置４０は、マウスおよびキーボード等を備え、ユーザによる種々の設定入力を受け付ける。本実施形態の入力装置４０は、例えば位相差レンズ１４ａの倍率の変更指示およびステージ５１の移動速度の変更指示等の設定入力を受け付ける。
【００８６】
次に、本実施形態の顕微鏡観察システムの作用について、図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、観察対象である細胞が収容された培養容器５０が、ステージ５１上に設置される（ステップＳＴ１０）。次に、ステージ５１が移動して結像光学系１４の観察位置が、図９に示す走査開始点Ｓの位置に設定され、ステージ５１の移動が開始される（ステップＳＴ１２）。
【００８７】
ここで、本実施形態においては、上述したように各観察位置について、先行して培養容器５０のＺ方向の位置検出が行われ、その観察位置まで結像光学系１４が移動した時点において、位相差画像の撮像が行われる。そして、この培養容器５０のＺ方向の位置検出と位相差画像の撮像は、観察位置を走査しながら行われ、ある観察位置の位相差画像の撮像と、その観察位置よりも走査方向について前側の位置における培養容器５０のＺ方向の位置検出とが並行して行わる。
【００８８】
具体的には、図１１の矢印方向にステージ５１が往路移動している場合には、第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａによって培養容器５０のＺ方向の位置が検出され（ステップＳＴ１４）、その検出された位置情報が、オートフォーカス制御部２１によって取得される。オートフォーカス制御部２１は、取得した培養容器５０のＺ方向の位置情報を、培養容器５０の観察位置のＸ−Ｙ座標とともに記憶する。
【００８９】
さらに、第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａは、各観察位置の培養容器５０のＺ方向の位置検出と並行して、ウェルの境界部分の検出処理を行う（ステップＳＴ１６）。そして、ウェルの境界部分が検出された場合には、そのＸ−Ｙ座標を記憶する。
【００９０】
次いで、ステップＳＴ１４において第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａによって培養容器５０の位置検出が行われた観察位置に向かって結像光学系１４が移動し、その観察位置のオートフォーカス制御が行われるが、上述したように観察位置によってオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換える。
【００９１】
具体的には、観察位置が、隣接するウェルの境界部分に到達していない場合には（ステップＳＴ１８；ＮＯ）、各観察位置に到達した時点からオートフォーカス制御を開始する（ステップＳＴ２０）。具体的には、各観察位置における培養容器５０のＺ方向の位置情報に基づいて、フォーカス制御量を取得し、フォーカス制御量に基づいてオートフォーカス制御を行う。
【００９２】
一方、隣接するウェルの境界部分の直前の観察位置に到達した場合には、その観察位置のオートフォーカス制御が終了した時点から、次のウェルの境界部分の直後の観察位置（次のウェルの最初の観察位置）のオートフォーカス制御を開始する（ステップＳＴ２２）。すなわち、境界部分の直後の観察位置における培養容器５０のＺ方向の位置情報に基づいて、フォーカス制御量を取得し、フォーカス制御量に基づいてオートフォーカス制御を行う。
【００９３】
そして、各観察位置についてオートフォーカス制御が終了した後（ステップＳＴ２４）、位相差画像の撮像を行う（ステップＳＴ２６）。各観察位置の位相差画像は、撮像素子１６から表示制御部２３に出力されて記憶される。
【００９４】
そして、往路移動が終了し、図１２に示すように復路移動に切り換えられた場合には、使用する変位センサが第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａから第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂに切り換えられる。
【００９５】
そして、この時点において、全ての走査が終了していない場合には（ステップＳＴ２８；ＮＯ）、ステージ５１が復路移動し、ステップＳＴ１４〜ＳＴ２８の処理が行われる。
【００９６】
ステージ５１の移動方向が切り換えられる度に使用する変位センサが切り換えられ、全ての走査が終了するまでステップＳＴ１４〜ＳＴ２６までの処理が繰り返して行われる。そして、観察位置が、図９に示す走査終了点Ｅの位置に到達した時点において全ての走査が終了する（ステップＳＴ２８；ＹＥＳ）。
【００９７】
全ての走査が終了した後、表示制御部２３は、各観察位置Ｒの位相差画像を結合して合成位相差画像を生成し（ステップＳＴ３０）、生成した合成位相差画像を表示装置３０に表示させる（ステップＳＴ３２）。
【００９８】
上記実施形態の顕微鏡観察システムによれば、培養容器５０内の観察位置毎のオートフォーカス制御を行う際、観察位置の走査方向に隣接するウェル５２の境界部分Ｄに基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換えるようにしたので、オートフォーカス制御をより効率的に行い、撮影時間の短縮を図ることができる。
【００９９】
また、第１から第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇによりオートフォーカス制御を行っているため、１つの動作のみでオートフォーカス制御を行う場合よりも、オートフォーカス制御を高速に行うことができる。
【０１００】
なお、上記実施形態においては、ウェルの境界部分を第１または第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂによって検出するようにしたが、これに限らず、ウェルの境界部分を予め取得して記憶しておいてもよい。具体的には、図１３に示すように、ウェルの境界部分の位置情報を記憶する記憶部２４を設け、オートフォーカス制御部２１が、記憶部２４に記憶された境界部分の位置情報に基づいて、オートフォーカス制御の開始タイミングを切り換えるようにしてもよい。
【０１０１】
また、このようにウェルの境界部分の位置情報を記憶する場合には、培養容器５０毎に識別情報を付与し、その識別情報とウェルの境界部分の位置情報を対応付けたテーブル(以下第２のテーブルとする)を予め設定しておいてもよい。このような第２のテーブルを設けることによって、例えばウェルの数が異なる培養容器５０が設置された場合でも、上述したようなオートフォーカス制御の開始タイミングの切り換えを適切に行うことができる。なお、培養容器５０の識別情報については、ユーザが入力装置４０を用いて設定入力するようにしてもよいし、培養容器５０に対し、識別情報が記憶されたバーコードまたはＲＦＩＤ（Radio  frequency  identification）タグを設け、これらから識別情報を読み出すようにしてもよい。
【０１０２】
また、上記実施形態の顕微鏡観察システムにおいては、第１および第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂを用いてウェルの境界部分を検出するようにしたが、これに限らず、第１および第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂの他にウェル境界検出用のセンサを設けるようにしてもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態の顕微鏡観察システムにおいては、培養容器５０として複数のウェル５２を有するウェルプレートを用いるようにしたが、本開示の容器としてシャーレを用い、複数のシャーレをステージ５１上に設置するようにしてもよい。上記実施形態においては、観察位置の走査方向に隣接するウェル５２の境界部分に基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換えるようにしたが、複数のシャーレをステージ５１上に設置する場合には、観察位置の走査方向に隣接するシャーレの境界部分に基づいて、観察位置毎のオートフォーカス制御の開始タイミングを切り換えるようにすればよい。
【０１０４】
具体的には、上述したウェル５２をシャーレに置き換えればよく、シャーレの境界部分の直後の観察位置のオートフォーカス制御を、例えば境界部分の直前の観察位置のオートフォーカス制御の終了時点から開始するようにすればよい。そして、境界部分の直後以外の観察位置については、その観察位置に結像光学系１４が到達した時点からオートフォーカス制御を開始するようにすればよい。
【０１０５】
また、上記実施形態においては、培養容器５０の底面のＺ方向の位置を検出するようにしたが、例えば、培養容器５０の底面にキズまたは汚れの付着等があり、検出部１８によって検出される検出信号が異常である場合には、適切なオートフォーカス制御を行うことができない。図１４は、培養容器５０の底面にキズまたは汚れの付着等がある場合において、検出部１８によって検出された検出信号に基づくＺ方向の位置を示す図である。図１４に示すＳ１の範囲は、各ウェル５２の底面の範囲であり、Ｓ３の範囲は、ウェル５２の境界部分Ｄの範囲である。そして、図１４に示すＳ２の範囲が、培養容器５０の底面におけるキズまたは汚れの付着の範囲である。
【０１０６】
そこで、オートフォーカス制御部２１が、検出部１８によって検出された検出信号が異常である場合には、その異常な検出信号が検出された観察位置については、その観察位置の走査方向について前後の観察位置の検出部１８の検出信号に基づくオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。図１４に示すような検出信号の場合には、Ｓ２の範囲については検出部１８によって検出された検出信号を用いず、Ｓ２の範囲の直前および／または直後の観察位置の検出信号を用いてオートフォーカス制御を行う。
【０１０７】
具体的には、例えばＳ２の範囲の直前の観察位置の検出信号と直後の観察位置の検出信号の平均値を用いて、Ｓ２の範囲の観察位置のオートフォーカス制御を行うようにすればよい。また、平均値に限らず、Ｓ２の範囲の直前の観察位置の検出信号または直後の観察位置の検出信号を用いるようにしてもよいし、Ｓ２の範囲の直前の観察位置の検出信号と直後の観察位置の検出信号とを用いて線形補間を行って、Ｓ２の範囲の観察位置の検出信号を取得するようにしてもよい。また、Ｓ２の範囲の直前および直後の観察位置だけでなく、Ｓ２の範囲の前の２以上の観察位置の検出信号と、Ｓ２の範囲の後の２以上の観察位置の検出信号とを用いて線形補間を行うことによって、Ｓ２の範囲の検出信号を取得するようにしてもよい。
【０１０８】
なお、上記実施形態においては、ステージ５１を移動させることによって、培養容器５０内の観察位置を走査するようにしたが、これに限らず、結像光学系１４、検出部１８および撮像素子１６からなる撮影系を移動させるようにしてもよい。また、ステージ５１と撮影系との両方を移動させるようにしてもよい。
【０１０９】
また、上記実施形態においては、動作部１５が第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇによりオートフォーカス制御を行っているが、第１〜第４の動作部１５Ａ〜１５Ｄおよび第６〜第７の動作部１５Ｆ，１５Ｇのみを備えるものとしてもよい。また、第１〜第４の動作部１５Ａ〜１５Ｄおよび第６〜第７の動作部１５Ｆ，１５Ｇのうちのいずれか１つのみを用いてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。この場合、さらに第５の動作部１５Ｅを用いてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。また、第１〜第４の動作部１５Ａ〜１５Ｄおよび第６〜第７の動作部１５Ｆ，１５Ｇのうちのいずれか１つのみを備えるものとしてもよい。この場合においても、さらに第５の動作部１５Ｅを備えるものとし、第５の動作部１５Ｅをさらに用いてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。また、第１〜第４の動作部１５Ａ〜１５Ｄおよび第６〜第７の動作部１５Ｆ，１５Ｇのうちの、複数の動作部を用いてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。この場合も、さらに第５の動作部１５Ｅを用いてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。
【０１１０】
また、上記実施形態においては、焦点距離変更光学系７０を、結像光学系１４と撮像素子１６との間に配置しているが、結像光学系１４とステージ５１との間に配置してもよい。
【０１１１】
また、上記実施形態においては、第１の動作部１５Ａ、第６の動作部１５Ｆおよび第７の動作部１５Ｇにより、結像光学系１４の焦点距離を変更しているが、第１の動作部１５Ａ、第６の動作部１５Ｆおよび第７の動作部１５Ｇのうちのいずれか１つまたはいずれか２つのみにより、結像光学系１４の焦点距離を変更してもよい。
【０１１２】
また、上記実施形態においては、第４の動作部１５Ｄによりステージ５１を光軸方向に移動させることにより、培養容器５０を光軸方向に移動させている。しかしながら、ステージ５１を光軸方向に移動させることに代えて、培養容器５０を光軸方向に移動させる機構を設け、培養容器５０のみを光軸方向に移動させるようにしてもよい。
【０１１３】
また、上記実施形態においては、結像光学系１４の焦点距離を変更するための焦点距離変更光学系７０として、第１および第２のウェッジプリズム７１，７２を移動させる光学系を用いている。しかしながら、液体レンズ、液晶レンズおよび形状変形レンズ等の焦点距離を変更可能な光学素子を、焦点距離変更光学系として用いてもよい。例えば、第１および第２のウェッジプリズム７１，７２を移動させる焦点距離変更光学系７０に代えて、図１５に示すように、結像光学系１４と撮像素子１６との間に、焦点距離を変更可能な光学素子からなる焦点距離変更光学系７５を配置してもよい。この場合、焦点距離変更光学系７５は、第８の動作部１５Ｈにより、印加される電圧が変更されて、焦点距離が変更されることとなる。なお、焦点距離変更光学系７５は、結像光学系１４とステージ５１との間に配置してもよい。また、焦点距離変更光学系７５は、焦点距離変更光学系７０に加えて配置してもよい。
【０１１４】
また、上記実施形態においては、第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａおよび第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂを位相差レンズ１４ａを挟んでＸ方向に並べて設けているが、さらに図１６に示すように、第３のオートフォーカス用変位センサ１８ｃおよび第４のオートフォーカス用変位センサ１８ｄを、位相差レンズ１４ａを挟んでＹ方向に並べて設けるようにしてもよい。
【０１１５】
これにより、観察域Ｒを往復移動するのみならず、図１７に示すように移動することができる。すなわち、図１７においては、観察域Ｒは走査開始点ＳからＸ方向の正方向（図１７の右方向）に移動された後、Ｙ方向の正方向（図１７の下方向）に移動され、次いで、Ｘ方向の負方向（図１７の左方向）に移動され、さらにＹ方向の負方向（図１７の上方向）に移動される。このように、観察域ＲのＸ方向およびＹ方向の移動を繰り返し行うことによっても、培養容器５０内を２次元状に走査することができる。この場合に、ウェルの境界部分を第１および第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂに加えて、第３および第４のオートフォーカス用変位センサ１８ｃ，１８ｄによって検出することができる。
【０１１６】
また、上記実施形態は、本開示を位相差顕微鏡に適用したものであるが、本開示は、位相差顕微鏡に限らず、微分干渉顕微鏡および明視野顕微鏡等のその他の顕微鏡に適用するようにしてもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態においては、結像光学系１４によって結像された位相差画像を撮像素子１６によって撮像するようにしたが、撮像素子を設けることなく、結像光学系１４によって結像された観察対象の位相差像をユーザが直接観察できるように観察光学系等を設けるようにしてもよい。この場合、観察装置には、第１の動作部１５Ａ、第２の動作部１５Ｂ、第４の動作部１５Ｄ、および第６〜第７の動作部１５Ｆ，１５Ｇのうちの少なくとも１つを設けてオートフォーカス制御を行えばよい。また、この場合、さらに第５の動作部１５Ｅを設けてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。また、焦点距離変更光学系７０および第７の動作部１５Ｇに代えて、焦点距離変更光学系７５および第８の動作部１５Ｈを設けてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１０    顕微鏡装置
１１    白色光源
１２    コンデンサレンズ
１３    スリット板
１４    結像光学系
１４ａ  位相差レンズ
１４ｂ  対物レンズ
１４ｃ  位相板
１４ｄ  結像レンズ
１５    動作部
１５Ａ  第１の動作部
１５Ｂ  第２の動作部
１５Ｃ  第３の動作部
１５Ｄ  第４の動作部
１５Ｅ  第５の動作部
１５Ｆ  第６の動作部
１５Ｇ  第７の動作部
１５Ｈ  第８の動作部
１６    撮像素子
１７    水平方向駆動部
１８    検出部
１８ａ  第１のオートフォーカス用変位センサ
１８ｂ  第２のオートフォーカス用変位センサ
１８ｃ  第３のオートフォーカス用変位センサ
１８ｄ  第４のオートフォーカス用変位センサ
２０    顕微鏡制御装置
２１    オートフォーカス制御部
２２    走査制御部
２３    表示制御部
２４    記憶部
３０    表示装置
４０    入力装置
５０    培養容器
５１    ステージ
５１ａ  開口
５２    ウェル
５２ａ  底部
７０，７５    焦点距離変更光学系
７１    第１のウェッジプリズム
７２    第２のウェッジプリズム
Ｄ      境界部分
Ｅ      走査終了点
Ｌ      照明光
Ｍ      走査位置を示す実線
Ｒ      観察位置
Ｒ１    観察位置
Ｒ２    観察位置
Ｓ      走査開始点
【図１】
2019098018.tif 000003
【図２】
2019098018.tif 000004
【図３】
2019098018.tif 000005
【図４】
2019098018.tif 000006
【図５】
2019098018.tif 000007
【図６】
2019098018.tif 000008
【図７】
2019098018.tif 000009
【図８】
2019098018.tif 000010
【図９】
2019098018.tif 000011
【図１０】
2019098018.tif 000012
【図１１】
2019098018.tif 000013
【図１２】
2019098018.tif 000014
【図１３】
2019098018.tif 000015
【図１４】
2019098018.tif 000016
【図１５】
2019098018.tif 000017
【図１６】
2019098018.tif 000018
【図１７】
2019098018.tif 000019
【国際調査報告】
2019098018.tif 000020
2019098018.tif 000021