(57)【要約】結像光学系に対して収容体を相対的に移動させて観察対象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おいて、収容体の移動に伴う鉛直方向の位置変動の影響を低減し、高精度にオートフォーカス制御を行う。結像光学系１４の観察領域が培養容器５０内の観察位置に到達する前に、先行して観察位置における培養容器５０の鉛直方向の位置をオートフォーカス用変位センサにより検出し、その位置に基づいてオートフォーカス制御を行う場合において、先行して検出される観察位置における容器５０の鉛直方向の位置と、上記観察位置まで結像光学系１４の観察領域が走査された時点における容器５０の鉛直方向の位置との誤差を取得し、その誤差に基づいて、対物レンズを光軸方向に移動させる。
2019098150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象が収容された収容体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、および前記収容体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、
前記収容体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収容体および前記結像光学系の少なくとも一方を前記水平面内において移動させることによって、前記収容体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する走査制御部と、
前記結像光学系の観察領域の走査によって、該観察領域が前記収容体内の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収容体の鉛直方向の位置を検出するオートフォーカス用変位センサを有する検出部と、
前記検出部によって検出された前記収容体の鉛直方向の位置に基づいて、前記動作部を制御する動作制御部と、
前記オートフォーカス用変位センサによって前記観察位置における前記収容体の鉛直方向の位置が先行して検出される時点における前記収容体の鉛直方向の位置と、前記観察位置まで前記結像光学系の観察領域が走査された時点における前記収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得する鉛直方向誤差取得部とを備え、
前記動作制御部が、前記結像光学系の観察領域によって前記観察位置を走査する際、前記オートフォーカス用変位センサによって先行して検出された前記観察位置における前記収容体の鉛直方向の位置と、前記鉛直方向誤差取得部によって取得された誤差とに基づいて、前記動作部を制御する観察装置。
【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】
前記動作部が圧電素子を備え、該圧電素子により前記第２の動作および前記第３の動作を行う請求項１又は２に記載の観察装置。
【請求項４】
観察対象が収容された収容体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、および前記収容体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、
前記収容体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収容体および前記結像光学系の少なくとも一方を前記水平面内において移動させることによって、前記収容体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する走査制御部と、
前記結像光学系の観察領域の走査によって、該観察領域が前記収容体内の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収容体の鉛直方向の位置を検出するオートフォーカス用変位センサを有する検出部と、
前記検出部によって検出された前記収容体の鉛直方向の位置に基づいて、前記動作部を制御する動作制御部と、
前記オートフォーカス用変位センサによって前記観察位置における前記収容体の鉛直方向の位置が先行して検出される時点における前記収容体の鉛直方向の位置と、前記観察位置まで前記結像光学系の観察領域が走査された時点における前記収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得する鉛直方向誤差取得部とを備え、
前記動作制御部が、前記結像光学系の観察領域によって前記観察位置を走査する際、前記オートフォーカス用変位センサによって先行して検出された前記観察位置における前記収容体の鉛直方向の位置と、前記鉛直方向誤差取得部によって取得された誤差とに基づいて、前記動作部を制御する観察装置。
【請求項５】
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４に記載の観察装置。
【請求項６】
前記動作部が圧電素子を備え、該圧電素子により前記第２の動作を行う請求項４又は５に記載の観察装置。
【請求項７】
前記結像光学系は、前記収容体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６のいずれか１項に記載の観察装置。
【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、
前記結像光学系は、前記収容体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６のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項９】
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７または８に記載の観察装置。
【請求項１０】
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６のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１１】
前記結像光学系は、前記収容体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６および１０のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１２】
前記水平方向駆動部が、前記収容体を前記結像光学系に対して相対的に主走査方向に往復移動させながら、かつ前記主走査方向に直交する副走査方向に移動させ、
前記鉛直方向誤差取得部が、前記収容体が前記結像光学系に対して相対的に往路移動している場合と前記収容体が前記結像光学系に対して相対的に復路移動している場合とで、それぞれ別々の前記誤差を取得する請求項１から１１のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１３】
前記検出部が、前記結像光学系を挟んで前記主走査方向について並べて設けられた少なくとも２つの前記オートフォーカス用変位センサを有し、
前記鉛直方向誤差取得部が、前記２つのオートフォーカス用変位センサによって検出された前記収容体の鉛直方向の位置に基づいて、前記結像光学系の観察領域の走査位置における前記収容体の鉛直方向の位置を取得する請求項１２に記載の観察装置。
【請求項１４】
前記主走査方向について前記オートフォーカス用変位センサと同じ位置であって、前記オートフォーカス用変位センサを挟んで前記副走査方向について並べて設けられた２つの第１の位置測定用変位センサを有し、
前記鉛直方向誤差取得部が、前記２つの第１の位置測定用変位センサによって検出された前記収容体の鉛直方向の位置に基づいて、前記オートフォーカス用変位センサの位置における前記収容体の鉛直方向の位置を取得する請求項１２に項記載の観察装置。
【請求項１５】
前記主走査方向について前記結像光学系と同じ位置であって、前記結像光学系を挟んで前記副走査方向について並べて設けられた２つの第２の位置測定用変位センサを有し、
前記鉛直方向誤差取得部が、前記２つの第２の位置測定用変位センサによって検出された前記収容体の鉛直方向の位置に基づいて、前記結像光学系の観察領域の走査位置における前記収容体の鉛直方向の位置を取得する請求項１２または１４に記載の観察装置。
【請求項１６】
前記鉛直方向誤差取得部が、前記収容体内の各観察位置と該各観察位置における前記誤差とを対応付けたテーブルを有する請求項１から１５のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１７】
前記テーブルが、予め設定された時期毎に更新されるものである請求項１６に記載の観察装置。
【請求項１８】
前記オートフォーカス用変位センサが、レーザ変位センサである請求項１から１７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た収容体および前記収容体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水平面内において移動させることによって、前記収容体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、
前記結像光学系の観察領域の走査によって、該観察領域が前記収容体内の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収容体の鉛直方向の位置を検出するステップと、
前記観察位置における前記収容体の鉛直方向の位置が先行して検出される時点における前記収容体の鉛直方向の位置と、前記観察位置まで前記結像光学系の観察領域が走査された時点における前記収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得するステップと、
前記結像光学系の観察領域によって前記観察位置を走査する際、前記先行して検出された前記観察位置における前記収容体の鉛直方向の位置と前記誤差とに基づいて、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、および前記収容体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を有する観察方法。
【請求項２０】
観察対象が収容された収容体および前記収容体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水平面内において移動させることによって、前記収容体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、
前記結像光学系の観察領域の走査によって、該観察領域が前記収容体内の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収容体の鉛直方向の位置を検出する手順と、
前記観察位置における前記収容体の鉛直方向の位置が先行して検出される時点における前記収容体の鉛直方向の位置と、前記観察位置まで前記結像光学系の観察領域が走査された時点における前記収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得する手順と、
前記結像光学系の観察領域によって前記観察位置を走査する際、前記先行して検出された前記観察位置における前記収容体の鉛直方向の位置と前記誤差とに基づいて、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、および前記収容体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】
本発明は、観察対象が収容された収容体を、観察対象の像を結像させる結像光学系に対して相対的に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、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、いわゆるタイリング撮影を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−７２０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上述したような観察位置毎の画像を撮像する際、培養容器の底面に結像光学系の焦点位置を合わせることが多いが、培養容器の底部の厚さには、ミリオーダーでの製造公差があり、高倍率な撮影を行う場合には、観察位置毎に焦点位置を合わせる必要がある。一方、細胞の撮影時間は短い方が望ましく、高速撮影可能な装置が望まれている。【０００７】
しかしながら、従来のオートフォーカス制御方法では、観察位置毎に２秒程度の時間を要し、例えば観察位置の数が３００である場合には、オートフォーカス制御に要する時間だけで１０分かかることになり、高速撮影が不可能であった。【０００８】
特許文献１においては、撮影時間を短縮するため、結像光学系の観察領域が観察位置に到達する前に、先行して変位計によってウェルプレートの位置を検出しておき、観察領域が観察位置に到達する前に対物レンズを光軸方向に移動させてオートフォーカス制御を行う方法が提案されている。【０００９】
しかしながら、特許文献１のように、ＸＹステージを移動させながら、ＸＹステージに設置されたウェルプレート内の観察対象の像を観察する場合、ＸＹステージのＺ方向の位置は常に一定ではなく、ＸＹステージを移動させる機構の機械的な精度に起因して、ＸＹステージの位置によってＺ方向の位置が異なる。すなわち、ＸＹステージの移動に、いわゆる「うねり」が生じる。【００１０】
したがって、特許文献１のように、先行してウェルプレートのＺ方向の位置を検出し、その位置に基づいて、対物レンズの光軸方向の移動を制御するようにした場合、変位計と対物レンズとはＸ方向の位置が異なるため、ウェルプレートの所定位置について、変位計によるＺ方向の位置の検出タイミングと対物レンズによる観察タイミングとが異なる。【００１１】
よって、変位計によってウェルプレートのＺ方向の位置を検出した時点におけるＸＹステージのＺ方向の位置と、その後、変位計による検出位置が対物レンズの位置まで移動した時点におけるＸＹステージのＺ方向の位置とが異なる場合には、このＸＹステージのＺ方向の位置の誤差によってウェルプレートのＺ方向の位置に誤差が生じる。このため、適切なオートフォーカス制御を行うことができず、ピンボケした画像となってしまう。【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑み、容器のような収容体の移動に伴う鉛直方向の位置変動に影響されることなく、高精度にオートフォーカス制御を行う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】
【００１３】
本発明の第１の観察装置は、観察対象が収容された収容体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、および収容体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、
収容体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収容体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ことによって、収容体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走査制御部と、
結像光学系の観察領域の走査によって、観察領域が収容体内の観察位置に到達する前に、先行して観察位置における収容体の鉛直方向の位置を検出するオートフォーカス用変位センサを有する検出部と、
検出部によって検出された収容体の鉛直方向の位置に基づいて、動作部を制御する動作制御部と、
オートフォーカス用変位センサによって観察位置における収容体の鉛直方向の位置が先行して検出される時点における収容体の鉛直方向の位置と、観察位置まで結像光学系の観察領域が走査された時点における収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得する鉛直方向誤差取得部とを備え、
動作制御部が、結像光学系の観察領域によって観察位置を走査する際、オートフォーカス用変位センサによって先行して検出された観察位置における収容体の鉛直方向の位置と、鉛直方向誤差取得部によって取得された誤差とに基づいて、動作部を制御する。【００１４】
「鉛直方向誤差取得部」は、収容体の鉛直方向の位置の誤差を取得するが、収容体はステージ等により移動される。このため、ステージ等の鉛直方向の誤差は収容体の鉛直方向の誤差と実質的に一致する。したがって、本発明においては、収容体の鉛直方向の誤差を取得することと、ステージの鉛直方向の誤差を取得することとは実質的に同一の誤差を取得することとなる。【００１５】
なお、本発明による第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。【００１６】
本発明による第２の観察装置は、観察対象が収容された収容体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、および収容体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、
収容体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収容体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ことによって、収容体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走査制御部と、
結像光学系の観察領域の走査によって、観察領域が収容体内の観察位置に到達する前に、先行して観察位置における収容体の鉛直方向の位置を検出するオートフォーカス用変位センサを有する検出部と、
検出部によって検出された収容体の鉛直方向の位置に基づいて、動作部を制御する動作制御部と、
オートフォーカス用変位センサによって観察位置における収容体の鉛直方向の位置が先行して検出される時点における収容体の鉛直方向の位置と、観察位置まで結像光学系の観察領域が走査された時点における収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得する鉛直方向誤差取得部とを備え、
動作制御部が、結像光学系の観察領域によって観察位置を走査する際、オートフォーカス用変位センサによって先行して検出された観察位置における収容体の鉛直方向の位置と、鉛直方向誤差取得部によって取得された誤差とに基づいて、動作部を制御する。【００１７】
なお、本発明による第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。【００１８】
また、本発明による第１および第２の観察装置においては、結像光学系は、収容体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。【００１９】
また、本発明による第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、収容体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。【００２０】
また、本発明による第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。【００２１】
また、本発明による第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。【００２２】
また、本発明による第１および第２の観察装置においては、結像光学系は、収容体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。【００２３】
また、本発明による第１および第２の観察装置においては、水平方向駆動部が、収容体を結像光学系に対して相対的に主走査方向に往復移動させながら、かつ主走査方向に直交する副走査方向に移動させ、
鉛直方向誤差取得部が、収容体が結像光学系に対して相対的に往路移動している場合と収容体が結像光学系に対して相対的に復路移動している場合とで、それぞれ別々の誤差を取得するものであってもよい。【００２４】
また、本発明による第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主走査方向について並べて設けられた少なくとも２つのオートフォーカス用変位センサを有し、
鉛直方向誤差取得部が、２つのオートフォーカス用変位センサによって検出された収容体の鉛直方向の位置に基づいて、結像光学系の観察領域の走査位置における収容体の鉛直方向の位置を取得するものであってもよい。【００２５】
また、本発明による第１および第２の観察装置においては、主走査方向についてオートフォーカス用変位センサと同じ位置であって、オートフォーカス用変位センサを挟んで副走査方向について並べて設けられた２つの第１の位置測定用変位センサを有し、
鉛直方向誤差取得部が、２つの第１の位置測定用変位センサによって検出された収容体の鉛直方向の位置に基づいて、オートフォーカス用変位センサの位置における収容体の鉛直方向の位置を取得するものであってもよい。【００２６】
また、本発明による第１および第２の観察装置においては、主走査方向について結像光学系と同じ位置であって、結像光学系を挟んで副走査方向について並べて設けられた２つの第２の位置測定用変位センサを有し、
鉛直方向誤差取得部が、２つの第２の位置測定用変位センサによって検出された収容体の鉛直方向の位置に基づいて、結像光学系の観察領域の走査位置における収容体の鉛直方向の位置を取得するものであってもよい。【００２７】
また、本発明による第１および第２の観察装置においては、鉛直方向誤差取得部が、収容体内の各観察位置と各観察位置における誤差とを対応付けたテーブルを有するものであってもよい。【００２８】
また、本発明による第１および第２の観察装置においては、テーブルが、予め設定された時期毎に更新されるものであってもよい。【００２９】
また、本発明による第１および第２の観察装置においては、動作部が圧電素子を備え、圧電素子により第２の動作および第３の動作を行うものであってもよい。【００３０】
また、本発明による観察装置においては、オートフォーカス用変位センサが、レーザ変位センサであってもよい。【００３１】
本発明による第１の観察方法は、観察対象が収容された収容体および収容体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水平面内において移動させることによって、収容体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、
結像光学系の観察領域の走査によって、観察領域が収容体内の観察位置に到達する前に、先行して観察位置における収容体の鉛直方向の位置を検出するステップと、
観察位置における収容体の鉛直方向の位置が先行して検出される時点における収容体の鉛直方向の位置と、観察位置まで結像光学系の観察領域が走査された時点における収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得するステップと、
結像光学系の観察領域によって観察位置を走査する際、先行して検出された観察位置における収容体の鉛直方向の位置と誤差とに基づいて、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、および収容体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を有する。【００３２】
本発明による第２の観察方法は、観察対象が収容された収容体および収容体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水平面内において移動させることによって、収容体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、
結像光学系の観察領域の走査によって、観察領域が収容体内の観察位置に到達する前に、先行して観察位置における収容体の鉛直方向の位置を検出するステップと、
観察位置における収容体の鉛直方向の位置が先行して検出される時点における収容体の鉛直方向の位置と、観察位置まで結像光学系の観察領域が走査された時点における収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得するステップと、
結像光学系の観察領域によって観察位置を走査する際、先行して検出された観察位置における収容体の鉛直方向の位置と誤差とに基づいて、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、および収容体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を有する。【００３３】
本発明による第１の観察装置制御プログラムは、観察対象が収容された収容体および収容体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水平面内において移動させることによって、収容体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、
結像光学系の観察領域の走査によって、観察領域が収容体内の観察位置に到達する前に、先行して観察位置における収容体の鉛直方向の位置を検出する手順と、
観察位置における収容体の鉛直方向の位置が先行して検出される時点における収容体の鉛直方向の位置と、観察位置まで結像光学系の観察領域が走査された時点における収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得する手順と、
結像光学系の観察領域によって観察位置を走査する際、先行して検出された観察位置における収容体の鉛直方向の位置と誤差とに基づいて、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、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う手順とをコンピュータに実行させる。【００３４】
本発明による第２の観察装置制御プログラムは、観察対象が収容された収容体および収容体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水平面内において移動させることによって、収容体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、
結像光学系の観察領域の走査によって、観察領域が収容体内の観察位置に到達する前に、先行して観察位置における収容体の鉛直方向の位置を検出する手順と、
観察位置における収容体の鉛直方向の位置が先行して検出される時点における収容体の鉛直方向の位置と、観察位置まで結像光学系の観察領域が走査された時点における収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得する手順と、
結像光学系の観察領域によって観察位置を走査する際、先行して検出された観察位置における収容体の鉛直方向の位置と誤差とに基づいて、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、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う手順とをコンピュータに実行させる。【００３５】
本発明による第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た収容体および収容体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水平面内において移動させることによって、収容体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、
結像光学系の観察領域の走査によって、観察領域が収容体内の観察位置に到達する前に、先行して観察位置における収容体の鉛直方向の位置を検出し、
観察位置における収容体の鉛直方向の位置が先行して検出される時点における収容体の鉛直方向の位置と、観察位置まで結像光学系の観察領域が走査された時点における収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得し、
結像光学系の観察領域によって観察位置を走査する際、先行して検出された観察位置における収容体の鉛直方向の位置と誤差とに基づいて、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、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う処理を実行する。【００３６】
本発明による第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た収容体および収容体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水平面内において移動させることによって、収容体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、
結像光学系の観察領域の走査によって、観察領域が収容体内の観察位置に到達する前に、先行して観察位置における収容体の鉛直方向の位置を検出し、
観察位置における収容体の鉛直方向の位置が先行して検出される時点における収容体の鉛直方向の位置と、観察位置まで結像光学系の観察領域が走査された時点における収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得し、
結像光学系の観察領域によって観察位置を走査する際、先行して検出された観察位置における収容体の鉛直方向の位置と誤差とに基づいて、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、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う処理を実行する。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の第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、結像光学系の観察領域が収容体内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収容体の鉛直方向の位置をオートフォーカス用変位センサを用いて検出し、その検出された収容体の鉛直方向の位置に基づいて、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、および収容体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。その際に、オートフォーカス用変位センサによって先行して検出される観察位置における収容体の鉛直方向の位置と、その観察位置まで結像光学系の観察領域が走査された時点における収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得し、結像光学系の観察領域によって観察位置を走査する際、予め取得した誤差と、オートフォーカス用変位センサによって先行して検出された観察位置における収容体の鉛直方向の位置とに基づいて、動作部を制御して第１の動作から第４の動作の少なくとも１つを行うようにした。このため、収容体の移動に伴う鉛直方向の位置変動に影響されることなく、高精度にオートフォーカス制御を行うことができる。【００３８】
本発明の第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、結像光学系の観察領域が収容体内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収容体の鉛直方向の位置をオートフォーカス用変位センサを用いて検出し、その検出された収容体の鉛直方向の位置に基づいて、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、および収容体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。その際に、オートフォーカス用変位センサによって先行して検出される観察位置における収容体の鉛直方向の位置と、その観察位置まで結像光学系の観察領域が走査された時点における収容体の鉛直方向の位置との誤差を取得し、結像光学系の観察領域によって観察位置を走査する際、予め取得した誤差と、オートフォーカス用変位センサによって先行して検出された観察位置における収容体の鉛直方向の位置とに基づいて、動作部を制御して第１の動作、第２の動作および第４の動作の少なくとも１つを行うようにした。このため、収容体の移動に伴う鉛直方向の位置変動に影響されることなく、高精度にオートフォーカス制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明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】ステージの移動に伴うＺ方向の位置変動を説明するための図
【図６】本発明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７】培養容器内における結像光学系の観察領域の走査位置を示す図
【図８】ステージのＺ方向の位置の誤差が設定されたテーブルの取得方法を説明するためのフローチャート
【図９】ステージのＺ方向の位置の誤差が設定されたテーブルの取得方法を説明するための模式図
【図１０】ステージのＺ方向の位置の誤差が設定されたテーブルの取得方法を説明するための模式図
【図１１】本発明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】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１４】本発明の観察装置のその他の実施形態を示す模式図
【図１５】本発明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
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の観察装置および方法並びに観察装置制御プログラム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の概略構成を示すブロック図である。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
培養容器５０は本発明の収容体に対応する。培養容器５０としては、シャーレ、ディッシュ、フラスコまたはウェルプレート等を用いることができる。また、これらの他、収容体としては、スライドガラスまたは微細な流路が加工されてなるマイクロ流路デバイス等を用いることができる。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。
【００４５】
ステージ５１は、水平方向駆動部１７（図６参照）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。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。また、ステージ５１は、第４の動作部１５Ｄにより、後述するようにＺ方向に移動される。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
検出部１８は、ステージ５１に設置された培養容器５０内の各観察位置における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。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方向に並べられて設けられている。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。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。
【００６０】
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、動作制御部２１に出力され、動作制御部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。
【００６１】
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の観察領域がステージ５１上の培養容器５０内の各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、その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。
【００６２】
ここで、本実施形態のように、ステージ５１をＸ方向およびＹ方向に移動させながら、ステージ５１上に設置された培養容器５０内の観察対象の像を観察する場合、ステージ５１のＺ方向の位置は常に一定ではなく、ステージ５１を移動させる後述する水平方向駆動部１７の機械的な精度に起因して、ステージ５１のＸ方向の位置によってＺ方向の位置が異なる。すなわち、ステージ５１の移動に、いわゆる「うねり」が生じる。
【００６３】
したがって、本実施形態のように、第１または第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂによって先行して培養容器５０の観察位置におけるＺ方向の位置情報を検出し、その位置情報に基づいて、動作部１５を制御するようにした場合、第１または第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂと対物レンズ１４ｂとはＸ方向の位置が異なるため、培養容器５０内の所定の観察位置について、第１または第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂによるＺ方向の位置の検出タイミングと対物レンズ１４ｂによる観察タイミングとが異なる。
【００６４】
このため、例えば図５に示すように培養容器５０内の観察位置Ａについて、第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂによってＺ方向の位置を検出した時点におけるステージ５１のＺ方向の位置（offset(x2,y2)）と、その後、観察位置Ａが結像光学系１４の観察領域の位置まで移動した時点におけるステージ５１のＺ方向の位置（offset(x1,y1)）とが異なる場合には、適切なオートフォーカス制御を行うことができない。
【００６５】
そこで、本実施形態においては、図５に示す第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂによって観察位置ＡのＺ方向の位置が検出される時点におけるステージ５１のＺ方向の位置（offset(x2,y2)）とその観察位置Ａまで結像光学系１４の観察領域が移動した時点におけるステージ５１のＺ方向の位置（offset(x1,y1)）との誤差（offset(x2,y2)-offset(x1,y1)）を取得し、その誤差を考慮してオートフォーカス制御を行う。このステージ移動の「うねり」による誤差を考慮したオートフォーカス制御については、後で詳述する。
【００６６】
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６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。
【００６７】
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、動作制御部２１、走査制御部２２、表示制御部２３および鉛直方向誤差取得部２４を備える。
【００６８】
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発明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６に示す動作制御部２１、走査制御部２２、表示制御部２３および鉛直方向誤差取得部２４が機能する。
【００６９】
動作制御部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。動作制御部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。
【００７０】
動作制御部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。
【００７１】
動作制御部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。なお、本実施形態においては、実際には後述するように取得されたステージ５１の誤差が位置情報から減算され、減算値に基づいて第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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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、結像光学系１４の観察領域を培養容器５０内において２次元状に移動して培養容器５０を走査し、培養容器５０内の各観察位置の位相差画像を撮像する。図７は、培養容器５０内における観察領域による走査位置を実線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Ｗを有するウェルプレートを用いる。
【００７５】
図７に示すように、結像光学系１４の観察領域は、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に沿って移動される。すなわち、結像光学系１４の観察領域は、Ｘ方向の正方向（図７の右方向）に移動された後、Ｙ方向（図７の下方向）に移動され、逆の負方向（図７の左方向）に移動される。次いで、結像光学系１４の観察領域は、再びＹ方向に移動され、再びＸ方向の正方向に走査される。このように、結像光学系１４の観察領域は、ステージ５１の移動によって、Ｘ方向についての往復移動とＹ方向への移動とを繰り返し行うことによって、培養容器５０内を２次元状に走査する。
【００７６】
鉛直方向誤差取得部２４は、上述したステージ５１の移動の「うねり」によって生じるＺ方向の位置の誤差を取得する。具体的には、鉛直方向誤差取得部２４には、ステージ５１上に設置された培養容器５０内における各観察位置について、それぞれステージ５１のＺ方向の位置の誤差が予め設定されたテーブルが記憶されている。以下このテーブルを第２のテーブルと称する。鉛直方向誤差取得部２４は、この第２のテーブルを参照しながら培養容器５０内の各観察位置におけるステージ５１のＺ方向の位置の誤差を取得する。なお、ステージ５１のＺ方向の位置の誤差は、培養容器５０のＺ方向の位置の誤差と一致する。以下、図８に示すフローチャート、図９および図１０を参照しながら、第２のテーブルの設定方法について説明する。
【００７７】
まず、ステージ５１の往路移動を開始し（ステップＳＴ１０）、図９に示すように、ステージ５１の所定位置ＢのＺ方向の位置を第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａによって検出する（ステップＳＴ１２）。なお、ステージ５１のＺ方向の位置とは、本実施形態においては、ステージ５１の底面の位置とする。
【００７８】
次に、図９に示すように、さらにステージ５１を往路移動させ（ステップＳＴ１４）、ステージ５１の所定位置Ｂが第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂの位置まで移動した時点において、その所定位置ＢのＺ方向の位置を検出する（ステップＳＴ１６）。
【００７９】
そして、第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａによって検出された所定位置ＢのＺ方向の位置ｚ１と、第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂによって検出された所定位置ＢのＺ方向の位置ｚ２とに基づいて、結像光学系１４の観察領域の走査位置におけるステージ５１のＺ方向の位置を算出する（ステップＳＴ１８）。具体的には、本実施形態においては、結像光学系１４が、Ｘ方向について、第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａと第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂとの中間位置に配置されているので、Ｚ方向の位置ｚ１とＺ方向の位置ｚ２との平均値を、結像光学系１４の観察領域の走査位置におけるステージ５１のＺ方向の位置ｚ３として算出する。
【００８０】
そして、ステージ５１の１往路の移動が終了するまでは（ステップＳＴ２０；ＮＯ）、ステップＳＴ１０〜ＳＴ１８までの処理が繰り返され、往路について、結像光学系１４の観察領域の各走査位置におけるステージ５１のＺ方向の位置ｚ３が取得される。
【００８１】
次いで、ステージ５１の１往路の移動が終了し、ステージ５１の移動が復路移動に切り換えられた場合には（ステップＳＴ２０；ＹＥＳ、ステップＳＴ２２）、図１０に示すように、ステージ５１の所定位置ＣのＺ方向の位置を第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂによって検出する（ステップＳＴ２４）。
【００８２】
次に、図１０に示すように、さらにステージ５１を復路移動させ（ステップＳＴ２６）、ステージ５１の所定位置Ｃが第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａの位置まで移動した時点において、その所定位置ＣのＺ方向の位置を検出する（ステップＳＴ２８）。
【００８３】
そして、第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂによって検出された所定位置ＢのＺ方向の位置ｚ４と、第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａによって検出された所定位置ＢのＺ方向の位置ｚ５とに基づいて、結像光学系１４の観察領域の走査位置におけるステージ５１のＺ方向の位置ｚ６を算出する（ステップＳＴ３０）。具体的には、往路移動の場合と同様に、Ｚ方向の位置ｚ４とＺ方向の位置ｚ５との平均値を、結像光学系１４の観察領域の走査位置におけるステージ５１のＺ方向の位置ｚ６として算出する。
【００８４】
そして、ステージ５１の１復路の移動が終了するまでは（ステップＳＴ３２；ＮＯ）、ステップＳＴ２２〜ＳＴ３０までの処理が繰り返され、復路について、結像光学系１４の観察領域の各走査位置におけるステージ５１のＺ方向の位置ｚ６が取得される。
【００８５】
次いで、ステージ５１の１復路の移動が終了した時点において、全ての観察領域の走査位置におけるステージ５１のＺ方向の位置が算出されていない場合には（ステップＳＴ３２；ＹＥＳ、ステップＳＴ３４；ＮＯ）、再び、ステージ５１の移動が往路移動に切り換えられ、ステップＳＴ１０〜ＳＴ３２までの処理が繰り返して行われる。一方、ステージ５１の１復路の移動が終了した時点において、全ての観察領域の走査位置におけるステージ５１のＺ方向の位置が算出されている場合には（ステップＳＴ３４；ＹＥＳ）、そのまま処理を終了する。
【００８６】
そして、往路移動については、第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａによって検出されたステージ５１のＺ方向の位置ｚ１から、そのＺ方向の位置ｚ１を用いて算出されたステージ５１のＺ方向の位置ｚ３が減算されてステージ５１のＺ方向の位置の誤差が算出される。同様にして、培養容器５０内の各観察位置について、ステージ５１のＺ方向の位置の誤差が算出され、第２のテーブルとして鉛直方向誤差取得部２４に設定される。
【００８７】
また、復路移動については、第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂによって検出されたステージ５１のＺ方向の位置ｚ４から、そのＺ方向の位置ｚ４を用いて算出されたステージ５１のＺ方向の位置ｚ６が減算されてステージ５１のＺ方向の位置の誤差が算出される。同様にして、培養容器５０内の各観察位置について、ステージ５１のＺ方向の位置の誤差が算出される。そして、培養容器５０内の各観察位置と各観察位置におけるステージ５１のＺ方向の位置の誤差とを対応付けた第２のテーブルが鉛直方向誤差取得部２４に設定される。
【００８８】
なお、鉛直方向誤差取得部２４に設定される第２のテーブルは、予め設定された時期毎に更新されることが望ましい。具体的には、例えばタイムラプス撮影等経時的に複数回の撮影を行う場合には、その撮影毎に第２のテーブルを更新することが望ましい。なお、これに限らず、１日毎および１か月毎等定期的に第２のテーブルを更新するようにしてもよい。このように第２のテーブルを更新することによって、経時によるステージの移動機構の劣化等に起因する変化にも対応することができる。
【００８９】
また、本実施形態においては、第２のテーブルを取得する際、ステージ５１が往路移動している場合とステージ５１が復路移動している場合とで、それぞれ別々の誤差を取得するようにしている。ステージ５１は、往路移動と復路移動とでＺ方向の位置変動が異なる場合があるので、上述したように往路移動と復路移動とで別々の誤差を取得することによって、より高精度な誤差の計測が可能である。
【００９０】
次に、図６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、合成位相差画像を表示装置３０に表示させる。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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１１に示すフローチャートを参照して説明する。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ＳＴ４０）。次に、ステージ５１が移動して結像光学系１４の観察領域が、図７に示す走査開始点Ｓの位置に設定され、ステージ５１の移動すなわち培養容器５０の移動が開始される（ステップＳＴ４２）。
【００９４】
ここで、本実施形態においては、上述したように培養容器５０内の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の観察領域が移動された時点において、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方向の位置検出および位相差画像の撮像は、結像光学系１４の観察領域を移動しながら行われ、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主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れる。
【００９５】
具体的には、図１２の矢印方向にステージ５１が往路移動している場合には、結像光学系１４よりも主走査方向について前側に位置するオートフォーカス用変位センサ、ここでは第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ＳＴ４４）、検出された位置情報が、動作制御部２１によって取得される。動作制御部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の検出位置のＸ−Ｙ座標とともに記憶する（ステップＳＴ４６）。
【００９６】
次いで、ステップＳＴ４４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の観察領域Ｒが移動する（ステップＳＴ４８）。そして、動作制御部２１は、培養容器５０の位置検出が行われた観察位置に観察領域Ｒが到達する直前において、第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａによって先行して検出された培養容器５０のＺ方向の位置情報を読み出す（ステップＳＴ５０）。また、動作制御部２１は、鉛直方向誤差取得部２４に設定された第２のテーブルを参照し、培養容器５０の位置検出が行われた観察位置まで観察領域が移動された時点におけるその観察位置のステージ５１のＺ方向の位置の誤差、すなわち培養容器５０のＺ方向の位置の誤差を取得する（ステップＳＴ５２）。
【００９７】
そして、第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａによって検出された培養容器５０のＺ方向の位置情報から上記誤差を減算し、その減算値に基づいて、フォーカス制御量を取得し（ステップＳＴ５４）、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（ステップＳＴ５６）。
【００９８】
そして、オートフォーカス制御後、培養容器５０の位置検出が行われた観察位置に観察領域Ｒが到達した時点において、位相差画像の撮像を行う（ステップＳＴ５８）。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。なお、上述したように、ステップＳＴ５８における各観察位置の位相差画像の撮像が行われている間、その観察位置よりも走査方向について前側の位置において培養容器５０のＺ方向の位置検出が並行して行われる。
【００９９】
往路移動が継続している間は（ステップＳＴ６０；ＮＯ）、ステップＳＴ４４〜ＳＴ５８の処理が繰り返し行われる。そして、往路移動が終了し、図１３に示すように復路移動に切り換えられた場合には（ステップＳＴ６０；ＹＥＳ）、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（ステップＳＴ６２）。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ＳＴ６４；ＮＯ）、再び、ステージ５１が復路移動し、ステップＳＴ４４〜ＳＴ５８の処理が行われる。
【０１００】
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ＳＴ４４〜ＳＴ６２までの処理が繰り返して行われる。そして、観察領域Ｒが、図７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ＳＴ６４；ＹＥＳ）。
【０１０１】
全ての走査が終了した後、表示制御部２３は、各観察領域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ＳＴ６６）、その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ＳＴ６８）。
【０１０２】
上記実施形態の顕微鏡観察システムによれば、第１または第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂによって各観察位置における培養容器５０の鉛直方向の位置が先行して検出された時点におけるステージ５１すなわち培養容器５０の鉛直方向の位置と、各観察位置まで結像光学系１４の観察領域が走査された時点におけるステージ５１すなわち培養容器５０の鉛直方向の位置との誤差を取得し、その取得した誤差と、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培養容器５０の鉛直方向の位置とに基づいて、第１の動作から第４の動作の少なくとも１つを行うようにした。このため、培養容器５０の移動に伴う鉛直方向の位置変動に影響されることなく、高精度にオートフォーカス制御を行うことができる。
【０１０３】
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。
【０１０４】
なお、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を用いてステージ５１のＺ方向の位置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の他にステージ５１のＺ方向の位置、すなわち培養容器５０のＺ方向の位置を測定する位置測定用変位センサを設けるようにしてもよい。
【０１０５】
図１４は、位置測定用変位センサ６０〜６５を設けた、本発明の他の実施形態の概略構成図である。なお、位置測定用変位センサ６０〜６３が、本発明の第１の位置測定用変位センサに相当し、位置測定用変位センサ６４，６５が、本発明の第２の位置測定用変位センサに相当するものである。具体的には、位置測定用変位センサ６０，６１は、Ｘ方向について、第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａと同じ位置に配置され、第１のオートフォーカス用変位センサを挟んでＹ方向について並べて設けられている。また、位置測定用変位センサ６２，６３は、Ｘ方向について、第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂと同じ位置に配置され、第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂを挟んでＹ方向について並べて設けられている。また、位置測定用変位センサ６４，６５は、Ｘ方向について、結像光学系１４と同じ位置に配置され、結像光学系１４を挟んでＹ方向について並べて設けられている。なお、位置測定用変位センサ６０〜６５は、レーザ変位センサであることが好ましい。
【０１０６】
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によって検出されたステージ５１のＺ方向の位置と第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂによって検出されたステージ５１のＺ方向の位置とに基づいて、結像光学系１４の観察領域の走査位置におけるステージ５１のＺ方向の位置、すなわち培養容器５０のＺ方向の位置を算出している。しかしながら、第１および第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂと結像光学系１４とはＸ方向の位置が異なるので、結像光学系１４の観察領域の走査位置におけるステージ５１のＺ方向の位置は必ずしも正確ではない。
【０１０７】
これに対し、図１４に示す他の実施形態においては、位置測定用変位センサ６４，６５が、Ｘ方向について結像光学系１４と同じ位置に配置されている。このため、ステージ５
１のＸ方向の移動に起因するＺ方向の位置の変動については、上記実施形態よりも高精度に算出することができる。但し、コスト削減の観点からは、上記実施形態の構成の方が好ましい。
【０１０８】
他の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によってステージ５１のＺ方向の位置を検出する代わりに、位置測定用変位センサ６０，６１を用いて第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａの位置におけるステージ５１のＺ方向の位置を取得する。具体的には、位置測定用変位センサ６０によって検出されたステージ５１のＺ方向の位置Ｚ６０と位置測定用変位センサ６１によって検出されたステージ５１のＺ方向の位置Ｚ６１との平均値を算出することによって、第１のオートフォーカス用変位センサ１８ａの位置におけるステージ５１のＺ方向の位置Ｚ７０を算出する。
【０１０９】
また、第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂによってステージ５１のＺ方向の位置を検出する代わりに、位置測定用変位センサ６２，６３を用いて第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂの位置におけるステージ５１のＺ方向の位置を取得する。具体的には、位置測定用変位センサ６２によって検出されたステージ５１のＺ方向の位置Ｚ６２と位置測定用変位センサ６３によって検出されたステージ５１のＺ方向の位置Ｚ６３との平均値を算出することによって、第２のオートフォーカス用変位センサ１８ｂの位置におけるステージ５１のＺ方向の位置Ｚ８０を算出する。
【０１１０】
また、他の実施形態においては、位置測定用変位センサ６４，６５を用いて結像光学系１４の観察領域の走査位置におけるステージ５１のＺ方向の位置を取得する。具体的には、位置測定用変位センサ６４によって検出されたステージ５１のＺ方向の位置Ｚ６４と位置測定用変位センサ６５によって検出されたステージ５１のＺ方向の位置Ｚ６５との平均値を算出することによって、結像光学系１４の観察領域の走査位置におけるステージ５１のＺ方向の位置Ｚ９０を算出する。
【０１１１】
そして、他の実施形態においては、往路移動の場合には、ステージ５１のＺ方向の位置Ｚ７０から位置Ｚ９０を減算することによって、上述したステージ５１のＺ方向の位置の誤差、すなわち培養容器５０のＺ方向の位置の誤差が算出される。また、復路移動の場合には、ステージ５１のＺ方向の位置Ｚ８０から位置Ｚ９０を減算することによって、上述したステージ５１のＺ方向の位置の誤差、すなわち培養容器５０のＺ方向の位置の誤差が算出される。
【０１１２】
なお、他の実施形態においては、６つの位置測定用変位センサ６０〜６５を設けるようにしたが、必ずしもこれらの全てを設けなくてもよく、例えば６つの変位センサのうちの位置測定用変位センサ６４，６５のみを設けるようにしてもよい。この場合、第１および第２のオートフォーカス用変位センサ１８ａ，１８ｂの位置におけるステージ５１のＺ方向の位置については、これらの変位センサ自身を用いて検出される。
【０１１３】
また、他の実施形態においては、位置測定用変位センサ６０〜６５を用いてステージ５１のＺ方向の位置の誤差を培養容器５０のＺ方向の位置の誤差として取得しているが、位置測定用変位センサ６０〜６５により培養容器５０のＺ方向の位置を直接測定して、培養容器５０のＺ方向の位置の誤差を取得してもよい。
【０１１４】
また、上記各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。
【０１１５】
また、上記各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。
【０１１６】
また、上記各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。
【０１１７】
また、上記各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。
【０１１８】
また、上記各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。
【０１１９】
また、上記各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。
【０１２０】
また、上記各実施形態は、本発明を位相差顕微鏡に適用したものであるが、本発明は、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。
【０１２１】
また、上記各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】
【０１２２】
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
２０    顕微鏡制御装置
２１    結像光学系制御部
２２    走査制御部
２３    表示制御部
２４    鉛直方向誤差取得部
３０    表示装置
４０    入力装置
５０    培養容器
５１    ステージ
５１ａ  開口
６０〜６５    位置測定用変位センサ
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
Ｌ      照明光
Ｒ      観察領域
Ｗ      ウェル
【図１】
2019098150.tif 000003
【図２】
2019098150.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019098150.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2019098150.tif 000017
【国際調査報告】
2019098150.tif 000018
2019098150.tif 000019
2019098150.tif 000020
2019098150.tif 000021