(57)【要約】  観察装置が、観察対象を支持する支持体の底面の位置を示す位置情報を取得する取得部と、支持体に支持された観察対象を示す光学像を像面上に形成する撮像光学系と、取得部により取得された位置情報に基づいて撮像光学系の焦点位置を調節する焦点調節部と、取得部により取得された位置情報に基づいて、光学像が形成された像面の傾きと撮像素子の撮像面の傾きとを一致させる制御を行う制御部と、を含む。
2019102723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象を支持する支持体の底面の位置を示す位置情報を取得する取得部と、
前記支持体に支持された前記観察対象を示す光学像を像面上に形成する撮像光学系と、
前記取得部により取得された前記位置情報に基づいて前記撮像光学系の焦点位置を調節する焦点調節部と、
前記取得部により取得された前記位置情報に基づいて、前記光学像が形成された像面の傾きと撮像素子の撮像面の傾きとを一致させる制御を行う制御部と、を含む観察装置。
【請求項２】
前記取得部は、前記位置情報を取得する変位センサを有する請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記支持体及び前記撮像光学系の少なくとも一方を、前記撮像光学系の光軸に交差する特定の交差面内において相対的に移動させる駆動部を含み、
前記制御部は、前記支持体と前記撮像光学系との相対的移動に応じて前記撮像光学系の観察領域が移動する方向に沿って、かつ前記撮像光学系よりも先行する位置に対応する前記支持体の底面の位置を示す位置情報を前記変位センサに取得させる制御を行う請求項２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記支持体の傾きを調整する制御を行う第１の制御、前記撮像光学系に含まれる少なくとも１つのレンズの動きを調整する制御を行う第２の制御、及び前記撮像面の傾きを調整する制御を行う第３の制御のうちの少なくとも１つの制御を行う請求項１から請求項３の何れか一項に記載の観察装置。
【請求項５】
前記撮像光学系は、光線を偏向する光線偏向光学系を更に含み、
前記制御部は、前記光線偏向光学系によって前記光線を偏向させる第４の制御を行う請求項１から請求項３の何れか一項に記載の観察装置。
【請求項６】
前記撮像光学系は、光線を偏向する光線偏向光学系を更に含み、
前記制御部は、前記支持体の傾きを調整する制御を行う第１の制御、前記撮像光学系に含まれる少なくとも１つのレンズの動きを調整する制御を行う第２の制御、前記撮像面の傾きを調整する制御を行う第３の制御、及び前記光線偏向光学系によって前記光線を偏向させる制御を行う第４の制御のうちの複数の制御を行う請求項１から請求項３の何れか一項に記載の観察装置。
【請求項７】
前記光線偏向光学系は、前記撮像光学系の光軸方向に沿って複数のウェッジプリズムを有し、
前記第４の制御は、前記複数のウェッジプリズムを独立して光軸周りに回転させる回転機構を制御することにより前記光線を偏向させる制御である請求項５又は請求項６に記載の観察装置。
【請求項８】
前記複数のウェッジプリズムは、第１のウェッジプリズム、第２のウェッジプリズム、及び第３のウェッジプリズムであり、
前記制御部は、前記第１のウェッジプリズムに対して全体的な前記像面の傾きを補正させる第１の補正制御を行い、前記第２のウェッジプリズム及び前記第３のウェッジプリズムに対して部分的に変化する前記像面の傾きを補正させる第２の補正制御を行う請求項７に記載の観察装置。
【請求項９】
前記撮像面で結像された前記観察対象を示す光学像に基づく画像に対して、前記撮像光学系を通過する光の光軸と前記撮像面の中心との位置ずれが与える影響を抑制する抑制部を更に含む請求項１〜８の何れか一項に記載の観察装置。
【請求項１０】
前記位置情報は、前記取得部によって事前に取得される請求項１から請求項９の何れか一項に記載の観察装置。
【請求項１１】
前記変位センサによって前記位置情報が取得される場合において、
前記制御部は、前記位置情報に基づく前記底面の位置の値が、前記像面の傾きと前記撮像面の傾きとを一致させる一致制御の実施を許可する範囲外に含まれる場合、及び／又は、前記位置情報に基づく前記底面の位置の規定時間当りの変位量が予め定められた閾値を超えた場合に、前記一致制御を禁止する制御を行う請求項２又は請求項３に記載の観察装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記像面の傾きが予め定められた閾値よりも小さい場合に、前記像面の傾きと前記撮像面の傾きとを一致させる一致制御を禁止する制御を行う請求項７又は請求項８に記載の観察装置。
【請求項１３】
取得部は、観察対象を支持する支持体の底面の位置を示す位置情報を取得し、
撮像光学系は、前記支持体に支持された前記観察対象を示す光学像を像面上に形成し、
焦点調節部は、前記取得部により取得された前記位置情報に基づいて前記撮像光学系の焦点位置を調節し、
制御部は、前記取得部により取得された前記位置情報に基づいて、前記光学像が形成された像面の傾きと撮像素子の撮像面の傾きとを一致させる制御を行うことを含む、観察装置の作動方法。
【請求項１４】
コンピュータを、
請求項１から請求項１２の何れか一項に記載の観察装置に含まれる前記取得部、前記焦点調節部、及び前記制御部として機能させるための観察制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の技術は、観察装置、観察装置の作動方法、及び観察制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＥＳ（Embryonic Stem）細胞及びｉＰＳ（Induced Pluripotent Stem）細胞等の多能性幹細胞及び／又は分化誘導された細胞などを顕微鏡装置などで撮像し、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。【０００３】
ＥＳ細胞及び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ており、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細胞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に使用される顕微鏡装置には、例えば位相差顕微鏡がある。位相差顕微鏡においては、ウェルプレート等の培養容器の底面が全域に亘って水平であれば、位相差リングを通過した照明光は、結像光学系内において位相差リングの物理的な位置と一致するが、培養容器の底面に湾曲及び／又は傾斜が生じている場合には、位相差リングを通過した照明光は、結像光学系内において位相差リングの物理的な位置からずれる。これにより培養容器を透過した観察光の光軸と撮像光学系の光軸との間にずれが生じる。【０００５】
特許第４９０９７３２号公報においては、上記光軸のずれを解消するために、容器を傾斜させたり、位相差顕微鏡自体を傾斜させたりすることにより、上記光軸のずれを解消し、位相差リングを通過した照明光を結像光学系内において位相差リングの物理的な位置と一致させる方法が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、上述したように顕微鏡装置が細胞を撮像する際、高倍率な広視野画像を取得するため、培養容器の範囲内を結像光学系の観察領域によって走査し、観察領域毎の画像を取得した後、観察領域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。【０００７】
ここで、上述したような観察領域毎の画像を取得する際、培養容器内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、培養容器の底面に湾曲及び／又は傾斜が生じている場合に、高倍率な撮影を行う際には、観察領域毎に焦点位置を合わせる必要がある。【０００８】
例えば図４０に示すように、培養容器として、６つのウェルＷを有するウェルプレートＰを用いる際に、製造誤差等によって、図４０の下図に示す様に、ウェルＷの底面の形状が平坦ではなく傾いている場合がある。観察領域内に存在するウェルＷの底面が傾いている場合には、観察領域の中心において焦点位置を合わせて撮像して取得した画像Ａは、図４１に示すように、観察領域の中心付近Ａ２は焦点位置が合ったクリアな画像であっても、観察領域内の周辺部Ａ１は焦点位置が合わずにボケた画像となってしまう。また、図４２に示すように底面の傾きが大きいほどよりボケた画像となってしまう。【０００９】
上記特許第４９０９７３２号公報に記載の技術では、培養容器の底面に湾曲及び／又は傾斜が生じている場合に、光軸のずれを解消し、位相差リングを通過した照明光を結像光学系内において位相差リングの物理的な位置と一致させることはできる。しかし、その後で、観察領域毎に焦点位置を合わせる際に、観察領域の中心において焦点位置を合わせて撮像しても、観察領域内の周辺部は焦点位置が合わずにボケた画像となってしまう。【００１０】
本開示の一つの実施形態は、観察対象を支持する支持体の底面が傾いている場合であっても、撮像光学系の観察領域内の周辺部の画像のボケを抑制することができる観察装置、観察装置の作動方法、及び観察制御プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の態様に係る観察装置は、観察対象を支持する支持体の底面の位置を示す位置情報を取得する取得部と、
支持体に支持された観察対象を示す光学像を像面上に形成する撮像光学系と、
取得部により取得された位置情報に基づいて撮像光学系の焦点位置を調節する焦点調節部と、
取得部により取得された位置情報に基づいて、光学像が形成された像面の傾きと撮像素子の撮像面の傾きとを一致させる制御を行う制御部と、を含む。【００１２】
第２の態様に係る観察装置は、第１の態様に係る観察装置において、取得部は、位置情報を取得する変位センサを有する、とされている。【００１３】
第３の態様に係る観察装置は、第２の態様に係る観察装置において、支持体及び撮像光学系の少なくとも一方を、撮像光学系の光軸に交差する特定の交差面内において相対的に移動させる駆動部を含み、
制御部は、支持体と撮像光学系との相対的移動に応じて撮像光学系の観察領域が移動する方向に沿って、かつ撮像光学系よりも先行する位置に対応する支持体の底面の位置を示す位置情報を変位センサに取得させる制御を行う、とされている。【００１４】
第４の態様に係る観察装置は、第１の態様から第３の態様の何れか一つに係る観察装置において、制御部は、支持体の傾きを調整する制御を行う第１の制御、撮像光学系に含まれる少なくとも１つのレンズの動きを調整する制御を行う第２の制御、及び撮像面の傾きを調整する制御を行う第３の制御のうちの少なくとも１つの制御を行う、とされている。【００１５】
第５の態様に係る観察装置は、第１の態様から第３の態様の何れか一つに係る観察装置において、撮像光学系は、光線を偏向する光線偏向光学系を更に含み、
制御部は、光線偏向光学系によって光線を偏向させる第４の制御を行う、とされている。【００１６】
第６の態様に係る観察装置は、第５の態様又は第３の態様の何れか一つに係る観察装置において、撮像光学系は、光線を偏向する光線偏向光学系を更に含み、
制御部は、支持体の傾きを調整する制御を行う第１の制御、撮像光学系に含まれる少なくとも１つのレンズの動きを調整する制御を行う第２の制御、撮像面の傾きを調整する制御を行う第３の制御、及び光線偏向光学系によって光線を偏向させる制御を行う第４の制御のうちの複数の制御を行う、とされている。【００１７】
第７の態様に係る観察装置は、第５の態様又は第６の態様に係る観察装置において、
光線偏向光学系は、撮像光学系の光軸方向に沿って複数のウェッジプリズムを有し、
第４の制御は、複数のウェッジプリズムを独立して光軸周りに回転させる回転機構を制御することにより光線を偏向させる制御である、とされている。【００１８】
第８の態様に係る観察装置は、第７の態様に係る観察装置において、複数のウェッジプリズムは、第１のウェッジプリズム、第２のウェッジプリズム、及び第３のウェッジプリズムであり、
制御部は、第１のウェッジプリズムに対して全体的な像面の傾きを補正させる第１の補正制御を行い、第２のウェッジプリズム及び第３のウェッジプリズムに対して部分的に変化する像面の傾きを補正させる第２の補正制御を行う、とされている。【００１９】
第９の態様に係る観察装置は、第１の態様から第８の態様の何れか一つに係る観察装置において、撮像面で結像された観察対象を示す光学像に基づく画像に対して、撮像光学系を通過する光の光軸と撮像面の中心との位置ずれが与える影響を抑制する抑制部を更に含む、とされている。【００２０】
第１０の態様に係る観察装置は、第１の態様から第９の態様の何れか一つに係る観察装置において、位置情報は、取得部によって事前に取得される、とされている。【００２１】
第１１の態様に係る観察装置は、第２の態様又は第３の態様に係る観察装置において、変位センサによって位置情報が取得される場合において、
制御部は、位置情報に基づく底面の位置が、像面の傾きと撮像面の傾きとを一致させる一致制御の実施を許可する範囲外に含まれる場合、及び／又は、位置情報に基づく底面の位置の規定時間当りの変位量が予め定められた閾値を超えた場合に、一致制御を禁止する制御を行う、とされている。【００２２】
第１２の態様に係る観察装置は、第７の態様又は第８の態様に係る観察装置において、制御部は、像面の傾きが予め定められた閾値よりも小さい場合に、像面の傾きと撮像面の傾きとを一致させる一致制御を禁止する制御を行う、とされている。【００２３】
第１３の態様に係る観察装置の作動方法は、
取得部は、観察対象を支持する支持体の底面の位置を示す位置情報を取得し、
撮像光学系は、支持体に支持された観察対象を示す光学像を像面上に形成し、
焦点調節部は、取得部により取得された位置情報に基づいて撮像光学系の焦点を調節し、
制御部は、取得部により取得された位置情報に基づいて、撮像光学系の観察領域内の底面の傾きと焦点調節部により調節された焦点に対応する焦点面の傾きとを一致させる制御を行うことを含む、とされている。【００２４】
第１４の態様に係る観察制御プログラムは、
コンピュータを、
第１の態様から第１２の態様の何れか１つに記載の観察装置に含まれる取得部、焦点調節部、及び制御部として機能させるための観察制御プログラムである。
【発明の効果】
【００２５】
本開示の観察装置、観察装置の作動方法、及び観察制御プログラムの一つの実施形態によれば、観察対象を支持する支持体の底面が傾いている場合であっても、撮像光学系の観察領域内の周辺部の画像のボケを抑制することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係る顕微鏡装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る顕微鏡装置の構成の一例を示す模式図である。
【図３】第１実施形態に係る顕微鏡装置本体に含まれる撮像光学系の構成の一例を示す模式図である。
【図４】第１実施形態に係る顕微鏡装置に含まれる抑制部の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態に係る顕微鏡装置本体に含まれるステージの構成の一例を示す斜視図である。
【図６】第１実施形態に係る顕微鏡装置に含まれる光線偏向光学系の構成の一例を示す模式図である。
【図７】第１実施形態に係る顕微鏡装置に含まれる撮像光学系の観察領域内の周辺部の画像のボケの発生を説明するための図である。
【図８】第１実施形態に係る顕微鏡装置の作用の一例を示すフローチャートである。
【図９】第１実施形態に係る顕微鏡装置の培養容器内における観察領域の走査位置の一例を示す図である。
【図１０】第１実施形態に係る顕微鏡装置の検出部の構成の一例を示す図である。
【図１１】第１実施形態に係る顕微鏡装置における第１の変位センサと第２の変位センサとの切り替えの一例を説明するための図である。
【図１２】第１実施形態に係る顕微鏡装置の傾き制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】第１実施形態に係る顕微鏡装置の培養容器の底面の傾きの一例を説明するための図である。
【図１４】第１実施形態に係る顕微鏡装置に含まれる光線偏向光学系の角度の定義の一例を説明するための図である。
【図１５】第１実施形態に係る顕微鏡装置に含まれる光線偏向光学系の偏向ベクトルの一例を説明するための図である。
【図１６】第１実施形態に係る顕微鏡装置の培養容器の底面の傾きと光線偏向光学系の偏向ベクトルとの関係の一例を示す図である。
【図１７】第１実施形態に係る顕微鏡装置に含まれる撮像光学系の観察領域内の周辺部の画像のボケの補正原理を説明するための図である。
【図１８Ａ】第１実施形態に係る顕微鏡装置における一致制御の一例を説明するための図である。
【図１８Ｂ】第１実施形態に係る顕微鏡装置における一致制御の他の一例を説明するための図である。
【図１９】第１実施形態に係る顕微鏡装置に含まれる制御部による回転制御方法の一例を説明するための図である。
【図２０】第１実施形態に係る顕微鏡装置に含まれる制御部によるオートフォーカス制御のタイミングの一例を説明するための図
【図２１】第２実施形態に係る顕微鏡装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２２】第３実施形態に係る顕微鏡装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２３】第３実施形態に係る顕微鏡装置の検出部の構成の一例を示す図である。
【図２４】第３実施形態に係る顕微鏡装置における変位センサの位置の切り替えの一例を説明するための図である。
【図２５】第４実施形態に係る顕微鏡装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２６】第５実施形態に係る顕微鏡装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２７】第６実施形態に係る顕微鏡装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２８】第７実施形態に係る顕微鏡装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２９】第７実施形態に係る顕微鏡装置本体に含まれる撮像光学系の構成の一例を示す模式図である。
【図３０】第８実施形態に係る顕微鏡装置の構成の一例を示す模式図である。
【図３１】第１，第２，第４，第５，第７，及び第８実施形態に係る顕微鏡装置の検出部の構成の一例を示す図である。
【図３２】第３及び第６実施形態に係る顕微鏡装置の検出部の構成の一例を示す図である。
【図３３】第１実施形態に係る顕微鏡装置の検出部の構成の変形例の一例を示す図である。
【図３４】第１実施形態に係る顕微鏡装置の検出部の構成の他の変形例の一例を示す図である。
【図３５】第１実施形態に係る顕微鏡装置の培養容器内における観察領域の走査位置の他の一例を示す図である。
【図３６】第３実施形態に係る顕微鏡装置の検出部の構成の変形例の一例を示す図である。
【図３７】第３実施形態に係る顕微鏡装置の検出部の構成の他の変形例の一例を示す図である。
【図３８】第９実施形態に係る顕微鏡装置の傾き制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図３９】第１〜第９実施形態に係る観察制御プログラムが記憶された記憶媒体から観察制御プログラムが顕微鏡制御装置にインストールされる態様の一例を示す概念図
【図４０】従来の培養容器の形状を示す模式図である。
【図４１】従来の顕微鏡装置において観察領域内の焦点位置の変化を説明するための図である。
【図４２】従来の顕微鏡装置における問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面に従って本開示の技術に係る観察装置の実施形態の一例について説明する。
【００２８】
なお、以下の説明において、「一致」とは、許容される範囲内の誤差を含めた意味合いでの一致を指す。また、以下の説明において、「特定の交差面」は光軸に交差する交差面を意味し、培養容器の傾き、及び／又は、光軸の傾きに合わせて交差面と光軸とのなす角度が変更される。また、以下の説明において、「像面」とは、観察対象に照射された照明光が観察対象を通過して観察光となり、観察光が撮像光学系により集光されて観察対象を示す光学像が結ばれる面を意味する。また、以下の説明において、「撮像面」とは、観察対象を示す光学像を受光する撮像素子の受光面、フィルム面及び／又はセンサ面等を意味する。
【００２９】
また、以下の説明において、「ＣＰＵ」とは、“Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ”の略称を指す。また、以下の説明において、「Ｉ／Ｆ」とは、“Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”（インタフェース）の略称を指す。また、以下の説明において、「ＡＳＩＣ」とは、“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ”（特定用途向け集積回路）の略称を指す。また、以下の説明において、「ＦＰＧＡ」とは、“Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ”の略称を指す。
【００３０】
また、以下の説明において、「ＲＡＭ」とは、“Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ”の略称を指す。また、以下の説明において、「ＥＥＰＲＯＭ」とは、“Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ”の略称を指す。また、以下の説明において、「ＳＳＤ」とは、“Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ”の略称を指す。また、以下の説明において、「ＰＬＤ」とは、“Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ”の略称を指す。
【００３１】
また、以下の説明において、「ＣＤ−ＲＯＭ」とは、“Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ”の略称を指す。また、以下の説明において、「ＵＳＢ」とは、“Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ”の略称を指す。また、以下の説明において、「ＤＶＤ−ＲＯＭ」とは、“Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ”の略称を指す。
【００３２】
また、以下の説明において、「ＣＣＤ」とは、“Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ”の略称を指す。また、以下の説明において、「ＣＭＯＳ」とは、“Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”の略称を指す。また、以下の説明において、「ＲＧＢ」とは“Ｒｅｄ  Ｇｒｅｅｎ  Ｂｌｕｅ”の略称を指す。
【００３３】
[第１実施形態]
本開示の技術に係る観察装置及び方法並びに観察制御プログラムの一例として、第１の実施形態に係る顕微鏡装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
一例として図１に示すように、顕微鏡装置１は、顕微鏡装置本体１０と顕微鏡制御装置２０とを含む。なお、顕微鏡装置１は本開示の技術に係る観察装置の一例である。
【００３５】
顕微鏡装置本体１０は、観察対象である培養された細胞を撮像して位相差画像を取得する。具体的には、顕微鏡装置本体１０は、一例として図２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、撮像光学系１４、動作部１５、撮像部１６、及び検出部１８を備える。
【００３６】
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、第７の動作部１５Ｇ及び第８の動作部１５Ｊを含む。第１〜第８の動作部１５Ａ〜１５Ｊの動作は後述する。
【００３７】
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。
【００３８】
撮像光学系１４は、培養容器５０内の観察対象を示す光学像を像面上に形成する。撮像光学系１４は、一例として図３に示すように、位相差レンズ１４ａ、結像レンズ１４ｄ及び光線偏向光学系７０を含む。なお光線偏向光学系７０については後で詳述する。
【００３９】
位相差レンズ１４ａは、対物レンズ１４ｂ及び位相板１４ｃを含む。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。
【００４０】
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、その位相及び明るさは変化しない。
【００４１】
対物レンズ１４ｂを含む位相差レンズ１４ａは、図２に示す動作部１５に含まれる第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。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、撮像部１６によって取得される位相差画像のコントラストが調整される。
【００４２】
また、第５の動作部１５は、位相差レンズ１４ａをＺ方向に移動させるものとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、対物レンズ１４ｂのみをＺ方向に移動させる構成としてもよい。
【００４３】
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又は撮像光学系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又は撮像光学系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。
【００４４】
また、本実施形態の対物レンズ１４ｂは、一例として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、液晶レンズ及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２に示す動作部１５に含まれる第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、撮像光学系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、撮像部１６によって取得される位相差画像のコントラストが調整される。
【００４５】
結像レンズ１４ｄは、位相差レンズ１４ａを通過した位相差画像を示す光が入射され、この光が撮像部１６の撮像面１６Ａ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、液晶レンズ及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２に示す動作部１５に含まれる第１の動作部１５Ａによって、印加する電圧が変更されて、焦点距離が変更される。これにより、撮像光学系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オートフォーカス制御が行われ、撮像部１６によって取得される位相差画像のコントラストが調整される。
【００４６】
また、結像レンズ１４ｄは、図２に示す動作部１５に含まれる第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。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、撮像部１６によって取得される位相差画像のコントラストが調整される。
【００４７】
撮像部１６は、結像レンズ１４ｄによって結像された観察対象の像を受光し、観察対象を撮像して位相差画像を観察画像として出力する撮像素子を備える。撮像素子としては、ＣＣＤイメージセンサ、及びＣＭＯＳイメージセンサ等を用いることができる。撮像素子としては、ＲＧＢ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。なお撮像素子の撮像光学系１４側に位置する面が撮像面１６Ａとなる。
【００４８】
また、撮像部１６は、図２に示す動作部１５に含まれる第３の動作部１５ＣによってＺ方向に移動される。なお、本実施形態においては、撮像部１６の撮像面に垂直な方向とＺ方向とは同じ方向である。撮像部１６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、撮像部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】
また、撮像部１６は、図２に示す動作部に含まれる第８の動作部１５Ｊによって、互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動する。Ｘ方向及び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。なお一例として図４に示すように、第８の動作部１５Ｊは、水平方向に移動させるための公知の移動機構８０ａと、例えばモータ等の駆動源８０ｂとを含む。第８の動作部１５Ｊは後述する制御部２２から出力された制御信号に基づいて駆動され、第８の動作部１５Ｊと制御部２２とによって後述する抑制部８０が構成される。
【００５０】
抑制部８０は、撮像部１６の撮像面で結像された観察対象光に基づく画像に対して、撮像光学系１４を通過する光の光軸と撮像面の中心との位置ずれが与える影響を抑制する。本実施形態においては、制御部２２が第８の動作部１５Ｊを駆動させることにより、撮像部１６を上記位置ずれを解消する方向に移動させる。なお移動機構８０ａ及び駆動源８０ｂは撮像部１６をＸ方向及びＹ方向に移動させることができれば特にその構成は限定されず、公知の構成を使用することができる。
【００５１】
検出部１８は、ステージ５１に設置された培養容器５０の底面のＺ方向（鉛直方向）の位置を検出する。検出部１８は、具体的には、第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ１８ｂを含む。第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ１８ｂは、位相差レンズ１４ａを挟んで、図２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１８ａ及び第２の変位センサ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、すなわち観察対象の設置面を意味する。つまり培養容器５０内の底面である。ここで、培養容器５０の底部とは、培養容器５０の底を形成する底壁を意味する。
【００５２】
本実施形態において培養容器５０の底面のＺ方向の位置は、一例として、検出部１８を基準面とし、検出部１８が検出した反射光の信号の値を培養容器５０の底面のＺ方向の位置を表す値とする。
【００５３】
なお、本実施形態において培養容器５０の底面のＺ方向の位置の値は、検出部１８が検出した反射光の信号の値としたが、これに限定されるものではなく、上記反射光の信号の値を距離に換算した値すなわち検出部１８から培養容器５０の底面までの距離を培養容器５０の底面のＺ方向の位置としてもよい。また検出部１８が培養容器５０の底部の下面で反射した反射光をさらに検出することによって、培養容器５０の底面で反射した反射光の信号の値から培養容器５０の底部の下面で反射した反射光の値を減算して培養容器５０の底部の厚さを表す値を算出し、この値を培養容器５０の底面のＺ方向の位置を表す値としてもよい。またこのＺ方向の位置を表す値を実際の距離の値に換算して使用してもよい。
【００５４】
なお、レーザ変位センサは、正反射光学系計測器を使用することができる。また検出部１８は、レーザ変位センサに限られず、例えば共焦点式センサを使用することもできる。
【００５５】
検出部１８によって検出された培養容器５０の底面のＺ方向の位置情報は、後述する取得部２３Ａに出力される。取得部２３Ａは、入力された位置情報を後述する焦点調節部２４に出力する。焦点調節部２４は、入力された位置情報に基づいて撮像光学系１４の焦点位置を調節してフォーカス制御量を取得し、後述する制御部２２が、焦点調節部２４によって取得されたフォーカス制御量に基づいて動作部１５を制御し、オートフォーカス制御を行う。なお、第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ１８ｂによる培養容器５０のＺ方向の位置の検出及び焦点調節部２４による焦点位置の調節については、後で詳述する。
【００５６】
スリット板１３と位相差レンズ１４ａ及び検出部１８との間には、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。なお本実施形態の培養容器５０は本開示の技術に係る観察装置において使用される支持体の一例である。支持体としては、培養容器５０に限られず、観察対象を支持可能な形状であればよく、例えばスライドグラス等のガラス板であってもよい。また観察対象は、培養されたものに限られるものではなく、例えば、血液、各種の粒子、又は繊維等のいずれであってもよい。
【００５７】
培養容器５０としては、シャーレ、ディッシュ、フラスコ、マイクロ流路チップ、又は複数のウェルが配列されたウェルプレート等を用いることができる。なお、本実施形態においては、一例として６つのウェルが配列されたウェルプレートを用いる。ただし、以下の説明においては、ウェルプレートを培養容器５０と総称して説明する場合もある。また、培養容器５０に収容される細胞としては、ｉＰＳ細胞及び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、心筋及び肝臓の細胞、並びに人体から取り出された皮膚、網膜、心筋、血球、神経及び臓器の細胞等がある。
【００５８】
ステージ５１は、後述する水平方向駆動部１７（図１参照）によって互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動する。Ｘ方向及びＹ方向は、撮像光学系１４の光軸に交差する特定の交差面内における方向であり、特定の交差面内において互いに直交する方向である。なお、本実施形態において、特定の交差面は、一例として水平面とする。よって、Ｘ方向及び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。
【００５９】
一例として図５に示すように、ステージ５１は、中央に矩形の開口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。
【００６０】
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。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、撮像部１６によって取得される位相差画像のコントラストが調整される。
【００６１】
第１の動作部１５Ａ及び第６の動作部１５Ｆは、例えば電圧可変回路を含む。第１の動作部１５Ａは、後述する制御部２２から出力された制御信号に基づいて、結像レンズ１４ｄに印加する電圧を変更する。第６の動作部１５Ｆは、後述する制御部２２から出力された制御信号に基づいて、対物レンズ１４ｂに印加する電圧を変更する。
【００６２】
第２の動作部１５Ｂ、第３の動作部１５Ｃ、第４の動作部１５Ｄ及び第５の動作部１５Ｅは、一例として圧電素子及び高電圧を印加させる駆動源を含み、後述する制御部２２から出力された制御信号に基づいて駆動する。なお、動作部１５は、位相差レンズ１４ａ及び結像レンズ１４ｄを通過した位相差画像をそのまま通過させる構成となっている。また、第２の動作部１５Ｂ、第３の動作部１５Ｃ、第４の動作部１５Ｄ及び第５の動作部１５Ｅの構成は圧電素子に限定されず、結像レンズ１４ｄ、撮像部１６、ステージ５１及び対物レンズ１４ｂ（位相差レンズ１４ａ）をＺ方向に移動可能なものであればよく、例えば各種モータ及び／又はソレノイド等を含むものであってもよいし、その他の公知な構成を用いることができる。
【００６３】
一例として、図６に示すように、光線偏向光学系７０は、円形の第１のウェッジプリズム７０Ａ及び円形の第２のウェッジプリズム７０Ｂを含む。第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂは、光の入射面及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７０Ａ，７０Ｂは、直角面に垂直に入射した光線を偏向させるプリズムであり、本実施形態においては、結像レンズ１４ｄから出射された光線を偏向させる。
【００６４】
第７の動作部１５Ｇは、一例として、第１のウェッジプリズム７０Ａ及び第２のウェッジプリズム７０Ｂを、直角面を平行に維持し、かつ互いに反対方向に移動させるための公知の移動機構７０ａと、例えばモータ等の駆動源７０ｃ−１とを含む。第７の動作部１５Ｇは、後述する制御部２２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７０Ａ及び第２のウェッジプリズム７０Ｂを、直角面を平行に維持し、かつ互いに反対方向に同期させて移動させる。第７の動作部１５Ｇは、第１のウェッジプリズム７０Ａを図６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７０Ｂを左方向に移動させる。逆に、第１のウェッジプリズム７０Ａを図６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７０Ｂを右方向に移動させる。このように、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂを移動させることにより、結像レンズ１４ｄから出射された光の光路長が変更され、これにより、撮像光学系１４の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、撮像部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。
【００６５】
また、第７の動作部１５Ｇはさらに、第１のウェッジプリズム７０Ａ及び第２のウェッジプリズム７０Ｂを、撮像光学系１４の光軸を中心にして各々回転させる回転機構７０ｂと、回転機構を回転させための例えばモータ等の駆動源７０ｃ−２とを含む。駆動源７０ｃ−１，７０ｃ−２は、後述する制御部２２から出力された制御信号に基づいて駆動される。制御部２２が、第１のウェッジプリズム７０Ａ及び第２のウェッジプリズム７０Ｂの少なくとも一方を回転させることにより、結像レンズ１４ｄから出射された光線を偏向させる。第１のウェッジプリズム７０Ａ及び第２のウェッジプリズム７０Ｂの回転方法については後で詳述する。
【００６６】
なお移動機構７０ａ及び駆動源７０ｃ−１は、第１のウェッジプリズム７０Ａ及び第２のウェッジプリズム７０Ｂを、直角面を平行に維持し、かつ互いに反対方向に移動させることができれば特にその構成は限定されず、公知の構成を使用することができる。また回転機構７０ｂ及び駆動源７０ｃ−２は、第１のウェッジプリズム７０Ａ及び第２のウェッジプリズム７０Ｂを光軸を中心にして独立して回転させることができれば特にその構成は限定されず、公知の構成を使用することができる。
【００６７】
次に、顕微鏡装置本体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。一例として図１は、本実施形態の顕微鏡装置１の構成を示すブロック図である。なお、顕微鏡装置本体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。
【００６８】
顕微鏡制御装置２０は、ＣＰＵ２１、一次記憶部２５Ａ、二次記憶部２５Ｂ及び外部Ｉ／Ｆ２８Ａ等を備えている。ＣＰＵ２１は、制御部２２、取得部２３Ａ、処理部２３Ｂ及び焦点調節部２４を備え、顕微鏡装置１の全体を制御する。一次記憶部２５Ａは、各種プログラムの実行時のワークエリア等として用いられる揮発性のメモリである。一次記憶部２５Ａの一例としては、ＲＡＭが挙げられる。二次記憶部２５Ｂは、各種プログラム及び各種パラメータ等を予め記憶した不揮発性のメモリであり、本開示の技術に係る観察制御プログラム２６の一例がインストールされている。ＣＰＵ２１は、二次記憶部２５Ｂから観察制御プログラム２６を読み出し、読み出した観察制御プログラム２６を一次記憶部２５Ａに展開する。ＣＰＵ２１は、一次記憶部２５Ａに展開した観察制御プログラム２６を実行することで制御部２２、取得部２３Ａ、処理部２３Ｂ、及び焦点調節部２４として動作する。
【００６９】
また、二次記憶部２５Ｂは、後述する位置情報２７を記憶している。二次記憶部２５Ｂの一例としては、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ等が挙げられる。外部Ｉ／Ｆ２８Ａは顕微鏡装置本体１０と顕微鏡制御装置２０との間の各種情報の送受信を司る。ＣＰＵ２１、一次記憶部２５Ａ、及び二次記憶部２５Ｂは、バスライン２８に接続されている。また、外部Ｉ／Ｆ２８Ａも、バスライン２８に接続されている。
【００７０】
観察制御プログラム２６は、ＤＶＤ及びＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。又は、観察制御プログラム２６は、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置もしくはネットワークストレージに対して、外部からアクセス可能な状態で記憶され、外部からの要求に応じてコンピュータにダウンロードされた後に、インストールされるようにしてもよい。
【００７１】
位置情報２７は、取得部２３Ａによって取得された培養容器５０の底面のＺ方向の位置情報である。
【００７２】
また、上記では、汎用コンピュータが顕微鏡制御装置２０として機能する場合について説明したが、専用コンピュータによって実施されてもよい。専用コンピュータは、内蔵されたＲＯＭ及び／又はフラッシュメモリなど、不揮発メモリに記録されたプログラムを実行するファームウェアであってもよい。さらに、この顕微鏡制御装置２０の少なくとも一部の機能を実行するためのプログラムを永久的に記憶するＡＳＩＣ及び／又はＦＰＧＡなどの専用回路を設けるようにしてもよい。あるいは、専用回路に記憶されたプログラム命令と、専用回路のプログラムを利用するようにプログラムされた汎用のＣＰＵによって実行されるプログラム命令と組み合わせるようにしてもよい。以上のように、コンピュータのハードウェア構成をどのように組み合わせてプログラム命令を実行してもよい。
【００７３】
取得部２３Ａは、培養容器５０の底面の位置を示す位置情報を取得する。具体的には、検出部１８によって検出された培養容器５０の底面のＺ方向の位置情報を取得する。なお本実施形態においては、取得部２３Ａは検出部１８を含む。
【００７４】
処理部２３Ｂは、撮像部１６によって取得された画像信号に対して、ガンマ補正、輝度・色差変換、及び圧縮処理等の各種処理を行う。また、処理部２３Ｂは、各種処理を行って得た画像信号を特定のフレームレートで１フレーム毎に後述する制御部２２に出力する。また、処理部２３Ｂは、顕微鏡装置本体１０によって撮影された各観察領域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する。
【００７５】
焦点調節部２４は、取得部２３Ａによって取得された培養容器５０の底面のＺ方向の位置情報に基づいて、撮像光学系１４の焦点位置を調節する。焦点調節部２４は、底面の位置情報に基づいて、第１の動作部１５Ａ〜第７の動作部１５Ｇのそれぞれに対して移動量すなわちフォーカス制御量を取得し、制御部２２に各々のフォーカス制御量を出力する。具体的には、培養容器５０の底面の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、撮像部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、及び光線偏向光学系７０の移動量との関係を示す一例であるテーブルを、予め二次記憶部２５Ｂに記憶しておく。
【００７６】
焦点調節部２４は、取得部２３Ａによって取得された培養容器５０のＺ方向の位置情報に基づいて、上記テーブルを参照して、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、撮像部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への印加電圧、及び光線偏向光学系７０の移動量をそれぞれ取得する。なお、以降の説明においては、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、撮像部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への印加電圧、及び光線偏向光学系７０の移動量をフォーカス制御量と称する。
【００７７】
なお培養容器５０の底面のＺ方向の位置情報と、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、撮像部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への印加電圧、及び光線偏向光学系７０の移動量との関係を示すものは、テーブルに限定されるものではなく、例えば式であってもよい。上記関係を示すものは、位置情報から結像レンズ１４ｄへの印加電圧、結像レンズ１４ｄの光軸方向の移動量、撮像部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への印加電圧、及び光線偏向光学系７０の移動量を導出できれば何れの方法を使用してもよい。
【００７８】
制御部２２は、焦点調節部２４が取得した第１の動作部１５Ａ〜第７の動作部１５Ｇのそれぞれフォーカス制御量に基づく制御信号を、第１の動作部１５Ａ〜第７の動作部１５Ｇのそれぞれに対して出力する。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撮像光学系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により撮像部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撮像光学系１４の焦点距離が変更される。さらに、第７の動作部１５Ｇにより撮像光学系１４の焦点位置が変更されて、撮像光学系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】
また、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方向及びＹ方向に移動させて、培養容器５０をＸ方向及びＹ方向に移動させる。なお水平方向駆動部１７は、水平方向に移動させるための公知の移動機構と、例えばモータ等の駆動源とを含み、一例として上述した第８の動作部１５Ｊと同様の構成とすることができる。
【００８０】
また、制御部２２は、顕微鏡装置本体１０によって撮影された各観察領域の位相差画像を結合することによって生成された１枚の合成位相差画像を表示装置３０に表示させる表示制御部としても機能する。
【００８１】
一方、一例として図７に示すように、例えばウェルプレートＰにおいては、図７の左図に示すように、ウェルプレートＰの中央付近の底面Ｓ１は一般的に平坦であることが多い。撮像光学系１４の観察領域内において底面Ｓ１が平坦である場合には、ウェルプレートＰに照射された照明光Ｌが底面Ｓ１を通過し、撮像光学系１４により集光されて観察対象すなわち底面Ｓ１を示す光学像が結ばれる像面Ｓ２も平坦となる。
【００８２】
しかしながら、図７の右図に示すように、ウェルプレートＰの中心から離れた位置の底面Ｓ１は傾いている場合がある。撮像光学系１４の観察領域内において底面Ｓ１が傾いている場合には、ウェルプレートＰに照射された照明光Ｌが底面Ｓ１を通過し、撮像光学系１４により集光されて観察対象すなわち底面Ｓ１を示す光学像が結ばれる像面Ｓ２も傾くことになる。このときシャインプルーフの原理により、ウェルプレートＰの底面Ｓ１の傾斜量φｏと像面Ｓ２の傾斜量φｉは下記式（１）の関係を示す。なお図７の右図に示すように、底面Ｓ１と像面Ｓ２とは逆方向に傾く。
【００８３】
φｉ＝β×φｏ…（１）
ただし、βは横倍率とする。なお横倍率βは、底面Ｓ１と像面Ｓ２との大きさの比であり、光軸に直角な長さに対する倍率である。横倍率βは結像レンズ１４ｄの焦点距離ｆｉを対物レンズ１４ｂの焦点距離ｆｏで除算することにより算出することができ、本実施形態においては、横倍率βは制御部２２により二次記憶部２５Ｂに記憶される。
【００８４】
像面Ｓ２が底面Ｓ１の傾きに応じた角度で傾くことにより、像面Ｓ２は撮像部１６の撮像素子の撮像面１６Ａに対して像面傾斜量φｉの角度で傾くことになる。このように像面Ｓ２と撮像面１６Ａとの傾きが異なる場合には、底面Ｓ１の全体において焦点位置を合わせることが困難であり、底面Ｓ１すなわち観察対象を撮像部１６が撮像して取得した画像において周辺部にボケが生じ、取得した画像において周辺部がボケた画像となってしまう。
【００８５】
そこで本開示の技術の一例として本実施形態においては、制御部２２は、取得部２３Ａにより取得された位置情報に基づいて、観察対象を示す光学像が形成された像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きを一致させる制御を行う。これにより撮像部１６が撮像して取得した画像において周辺部にボケが生じるのを抑制することができる。
【００８６】
具体的には、制御部２２は、第７の動作部１５Ｇの回転機構７０ｂを駆動源７０ｃ−２を介して制御することにより、光線偏向光学系７０の第１のウェッジプリズム７０Ａ及び第２のウェッジプリズム７０Ｂを各々回転させる。これらの回転によって、制御部２２は結像レンズ１４ｄから出射された光線を偏向させて、観察対象を示す光学像が形成された像面の傾きと撮像部１６の撮像素子の撮像面１６Ａの傾きを一致させる。なお、本実施形態における制御部２２の光線偏向光学系７０によって光線を偏向させる制御は、本開示の技術の観察装置における第４の制御の一例である。なお制御部２２による傾き制御の方法については後で詳述する。
【００８７】
また、顕微鏡制御装置２０には、入力装置４０と表示装置３０とがバスライン２８によって接続されている。
【００８８】
表示装置３０は、上述したように制御部２２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、一例として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と兼用してもよい。
【００８９】
入力装置４０は、一例としてマウス及びキーボード等を備えたものであり、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の倍率の変更指示及びステージの移動速度の変更指示等の設定入力を受け付ける。
【００９０】
次に、顕微鏡装置１の本開示の技術に係る部分の作用について説明する。
【００９１】
一例として図８に示すように、先ず、ステップＳ１で、制御部２２は、水平方向駆動部１７を駆動して、観察対象である細胞が収容された培養容器５０が載置されたステージ５１を移動させることにより、撮像光学系１４の観察領域を、一例として図９に示す走査開始点Ｓに位置させて、観察領域による培養容器５０の走査を開始させる。
【００９２】
本実施形態においては、制御部２２による制御によってステージ５１をＸ方向及びＹ方向に移動させ、撮像光学系１４の観察領域を培養容器５０内において２次元状に移動させて培養容器５０を走査し、各観察領域の位相差画像を取得する。なお図９において、実線Ｍは、培養容器５０内における観察領域による走査位置を示している。
【００９３】
図９に示すように、撮像光学系１４の観察領域は、ステージ５１の上記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に沿って移動する。すなわち、観察領域は、Ｘ方向の正方向（図９の右方向）に移動された後、Ｙ方向（図９の下方向）に移動し、逆の負方向（図９の左方向）に移動される。次いで、観察領域は、再びＹ方向に移動し、再び正方向に移動される。このように、観察領域の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、培養容器５０は２次元状に走査される。
【００９４】
次のステップＳ２で、制御部２２は、検出部１８に培養容器５０の底面の位置情報を検出させて、取得部２３Ａは、検出部１８により検出された位置情報を取得する。本実施形態においては、一例として図１０及び図１１に示すように、第１の変位センサ１８ａと第２の変位センサ１８ｂとが撮像光学系１４を挟んでＸ方向に並べて設けられている。そして、撮像光学系１４の観察領域Ｒは、上述したように培養容器５０内を２次元状に移動されるが、この際、制御部２２は、培養容器５０と撮像光学系１４との相対的移動に応じて観察領域Ｒが移動する方向に沿って、かつ撮像光学系１４よりも先行する位置に対応する培養容器５０の底面の位置を示す位置情報を変位センサ１８に取得させる制御を行う。
【００９５】
すなわち培養容器５０に対する撮像光学系１４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５０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１０に示す矢印方向（図１０の右方向）に移動している場合には、第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ１８ｂのうち、観察領域Ｒの移動方向前側の第１の変位センサ１８ａによって培養容器５０のＺ方向の位置が検出される。
【００９６】
一方、観察領域Ｒが、図１１の矢印方向（図１１の左方向）に移動している場合には、第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ１８ｂのうち、観察領域Ｒの移動方向前側の第２の変位センサ１８ｂによって培養容器５０のＺ方向の位置が検出される。
【００９７】
このように、制御部２２は、第１の変位センサ１８ａを用いた検出と第２の変位センサ１８ｂを用いた検出とを観察領域Ｒの移動方向に応じて切り替える。
【００９８】
次にステップＳ３で、焦点調節部２４は、ステップＳ２において取得部２３Ａによって取得された位置情報に基づいてフォーカス制御量を取得する。焦点調節部２４は、上述したように、第二記憶部２５Ｂに記憶されたテーブルを参照して、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、撮像部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への印加電圧、及び光線偏向光学系７０の移動量をフォーカス制御量としてそれぞれ取得する。
【００９９】
次にステップＳ４で、制御部２２が、ステップＳ３において焦点調節部２４が取得したフォーカス制御量を培養容器５０の底面の位置情報の検出位置のＸ−Ｙ座標上の位置と対応づけて二次記憶部２５Ｂに記憶させる。
【０１００】
次にステップＳ５で、制御部２２が、取得部２３Ａによって取得された位置情報に基づいて、観察対象を示す光学像が形成された像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きを一致させる傾き制御を行う。なお、制御部２２によるステップＳ６の傾き制御処理はステップＳ３，Ｓ４のフォーカス制御量の取得及び記憶処理と並行して行われる。
【０１０１】
ここで本開示の技術に係る傾き制御処理の一例を説明する。一例として図１２に示すように、ステップＳ２１で、制御部２２が二次記憶部２５Ｂに記憶された底面の位置情報に基づいて像面Ｓ２の傾きを取得する。
【０１０２】
具体的には一例として図１３に示すように、先ずは、制御部２２は、図８のステップＳ２にて取得部２３Ａによって取得された位置情報に基づいて、培養容器５０の底面のＺ方向の位置情報から底面の傾きを取得する。すなわち培養容器５０の底面のＺ方向の位置は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて、検出部１８によって時系列に取得されている。
【０１０３】
従って、例えば観察領域Ｒが、一例として図１０に示す位置から第１の変位センサ１８ａによって培養容器５０のＺ方向の位置が検出された位置まで移動した場合に、図１０に示す第１の変位センサ１８ａの位置において前もって検出された培養容器５０のＺ方向の位置と、図１０に示す観察領域Ｒの位置において前もって検出された培養容器５０のＺ方向の位置との高低差から底面の傾きを取得する。なお、高低差と底面の傾きとの関係を示すテーブルを予め二次記憶部２５Ｂに記憶しておき、制御部２２は、このテーブルを参照して傾きを取得する。
【０１０４】
ここで、高低差と底面の傾きとの関係を示すものは、テーブルに限定されるものではなく、例えば式であってもよい。上記関係を示すものは、高低差から底面の傾きを導出できれば何れの方法を使用してもよい。
【０１０５】
なおＸ方向及びＹ方向において、最初に傾きを取得する際等、Ｚ方向の位置情報が１つしかない場合には、予め入力装置４０によりユーザが初期値を二次記憶部２５Ｂに記憶させておき、記憶された初期値と最初に取得したＺ方向の位置とに基づいて底面の傾きを取得する。
【０１０６】
そして、図１３の上図に示すように、底面Ｓ１の傾きは、制御部２２により取得されたＸ方向の底面の傾きとＹ方向の底面の傾きとを合成した傾きとし、この傾きをプレート面傾斜量φｏとする。ここで、プレート面傾斜量φｏ≧０とする。
【０１０７】
また、図１３の下図に、斜め下向きの矢印で示すｇは、矢印ｇの長さがプレート面傾斜量φｏの大きさを表し、矢印ｇの方向がプレートＰのＸ−Ｙ平面内における傾斜方向を表す。すなわち、プレート傾斜ベクトルｇは、下記式（２）で表せる。
｜ｇ｜＝φｏ・・・（２）
【０１０８】
そして、図１２のステップＳ２１にて、制御部２２は上記式（１），（２）から、導出される像面傾斜量φｉを像面Ｓ２の傾きとして取得し、ステップＳ２２にて、制御部２２は取得した像面Ｓ２の傾きを二次記憶部２５Ｂに記憶させる。
【０１０９】
次に、ステップＳ２３にて、制御部２２は、像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きを一致させる制御を行う。以下に傾き制御処理の一例としての具体例を説明する。
【０１１０】
まず、図１３の下図に示すように、プレートＰの傾斜方向すなわちプレート傾斜ベクトルｇが指し示す向きを、プレート面傾斜方位角ζｏとする。
【０１１１】
また、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの各々については、図１４の上図に示すように、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの直角面の傾きをウェッジプリズム方向とし、ウェッジプリズム方向を光線偏向方向とする。
【０１１２】
図１４の上図の位置から、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂを回転させて図１４の下図の位置した場合の、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの回転角をそれぞれξ１，ξ２とする。
【０１１３】
また、図１４の下図に、斜め下向きの矢印で示すベクトルｄ１，ｄ２は、ベクトルｄ１，ｄ２の長さがそれぞれ第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの偏向量θ１，θ２の大きさを表し、矢印で示すベクトルｄ１，ｄ２の方向がそれぞれ第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの偏向方向に対応するＸ−Ｙ平面内における方向を表す。すなわち、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの偏向ベクトルｄ１，ｄ２は、それぞれ下記式（３）で表せる。
｜ｄ１｜＝｜ｄ２｜＝θ１＝θ２＝θｗｐ・・・（３）
ここで、θｗｐはウェッジプリズムの偏向量である。
【０１１４】
なお、本実施形態では、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの偏向量θ１，θ２を同じ値にすることにより、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂを同じ仕様のプリズムとしてコストを低減させている。しかしながら本開示の技術はこれに限られず、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの偏向量θ１，θ２を異なる値としてもよい。
【０１１５】
一例として図１５に示すように、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの偏向ベクトルｄ１，ｄ２がそれぞれ図１５に示す方向及び大きさを示している場合に、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの偏向ベクトルｄ１，ｄ２を合成したウェッジプリズムペア偏向ベクトルｄ１２は下記式（４）で表せる。なおウェッジプリズムペアは、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂを含む。
ｄ１２＝ｄ１＋ｄ２・・・（４）
【０１１６】
また図７の右図で示したように、底面Ｓ１と像面Ｓ２とは逆方向に傾くことから、ウェッジプリズムペア偏向ベクトルｄ１２は下記式（５）で表せる。
ｄ１２＝−β×ｇ・・・（５）
【０１１７】
また、ウェッジプリズムペア偏向ベクトルｄ１２の長さは、ウェッジプリズムペア偏向量θ１２を示すので、下記式（６）で表せる。
｜ｄ１２｜＝θ１２・・・（６）
【０１１８】
そして、上記式（２），（５），（６）から、ウェッジプリズムペアの偏向量θ１２は下記式（７）で表せる。
θ１２＝β×φｏ・・・（７）
ただし、θ１２≧０とする。
【０１１９】
ここで、上記式（７）を使用して取得したウェッジプリズムペアの偏向量θ１２は、上記式（１）で示す像面Ｓ２の傾斜量φｉと同じ値であるから、制御部２２が、二次記憶部２５Ｂに記憶された像面Ｓ２の像面傾斜量φｉの値と横倍率βの値を取得することにより、ウェッジプリズムペアの偏向量θ１２の値を取得する。
【０１２０】
また、ウェッジプリズムペアの傾斜方向すなわちウェッジプリズムペア偏向ベクトルｄ１２が指し示す向きを、ウェッジプリズムペア偏向方位角ξ１２とすると、ウェッジプリズムペア偏向方位角ξ１２は下記式（８）で表せる。
ξ１２＝ζｏ＋π・・・（８）
ここで、πは円の周長の直径に対する比率として定義される円周率である。
【０１２１】
すなわち図７に示すように、シャインプルーフの原理により、ウェッジプリズムペア偏向方位角ξ１２はプレート面傾斜方位角ζｏとは光軸に対して反対方向に位置することを示している。
【０１２２】
また、上記式（３），（４），（６）から、ウェッジプリズムペアの偏向量θ１２は、下記式（９）で表せる。
θ１２＝２×θｗｐ×ｃｏｓ（γ／２）・・・（９）
ここでγは第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの偏向ベクトルｄ１，ｄ２のなす角とする。
【０１２３】
そして、上記式（９）から、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの偏向ベクトルｄ１，ｄ２のなす角γは下記式（１０）で表せる。
γ＝２×ａｃｏｓ（θ１２／（２／θｗｐ））・・・（１０）
ただし、γ≧０とする。
【０１２４】
第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの回転角ξ１，ξ２はそれぞれ下記式（１１），（１２）で表せる。
ξ１＝ξ１２−γ／２・・・（１１）
ξ２＝ξ１２＋γ／２・・・（１２）
【０１２５】
上記式（１）〜（１２）は、予め二次記憶部２５Ｂに記憶されており、制御部２２は、上記式（１）〜（１２）を用いて、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの回転角ξ１，ξ２を取得し、制御部２２は第７の動作部１５Ｇの駆動源７０ｃ−２を駆動させることにより回転機構７０ｂを動作させて、上記取得した第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの回転角ξ１，ξ２に基づいて第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂを回転させる。
【０１２６】
なお本実施形態においては上記式（１）〜（１２）を二次記憶部２５Ｂに記憶させたが、本開示の技術はこれに限られず、培養容器５０の底面の位置情報から第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの回転角ξ１，ξ２の値を導出できれば、例えば培養容器５０の底面の位置情報と第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの回転角ξ１，ξ２との対応テーブルを記憶させておいてもよいし、何れの方法を用いても良い。
【０１２７】
一例として図１６に示すように、６つのウェルＷを有するウェルプレートＰにおいて、あるＹ方向の位置におけるプレート傾斜ベクトルｇが、Ｘ方向の中心付近が大きく、外側に向かうほど小さい場合には、像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きを一致させるために必要なウェッジプリズムペア偏向ベクトルｄ１２もＸ方向の中心付近が大きく、外側に向かうほど小さくする必要がある。
【０１２８】
そして、上述のようにして制御部２２が、底面Ｓ１の傾きすなわちプレート傾斜ベクトルｇに対応したウェッジプリズムペア偏向ベクトルｄ１２を取得し、取得したウェッジプリズムペア偏向ベクトルｄ１２から第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの回転角ξ１，ξ２を取得して、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂを回転させる。これにより図１７に示すように、光線偏向光学系７０を通過した光線をウェッジプリズムペア偏向量θ１２だけ偏向させるので、偏向前の像面Ｓ２の傾き、すなわち撮像面１６Ａの傾きとは異なる傾きを、偏向後の像面Ｓ２の傾き、すなわち撮像面１６Ａの傾きと一致させることができる。
【０１２９】
なお、本実施形態においては、制御部２２は、位置情報に基づく底面の位置が、前像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きとを一致させる一致制御の実施を許可する範囲外に含まれる場合、及び／又は、位置情報に基づく底面の位置の規定時間当りの変位量が予め定められた閾値を超えた場合に、像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きとを一致させる一致制御を禁止する制御を行う。
【０１３０】
具体的には、一例として図１８Ａに示すように、制御部２２は、位置情報に基づく底面の位置の値において、例えばｚ１とｚ２との間の範囲、すなわち図１８Ａ中の斜線で示す範囲外を像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きとを一致させる一致制御の実施を許可する範囲とし、ｚ１以下及びｚ２以上の範囲、すなわち図１８Ａ中の斜線で示す範囲を像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きとを一致させる一致制御の実施を禁止する範囲として設定する。制御部２２は、検出部１８によって取得された培養容器５０の底面の位置の値が一致制御の実施を許可する範囲外つまり一致制御の実施を禁止する範囲に含まれる場合には、像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きとを一致させる一致制御を禁止する制御を行う。
【０１３１】
また、本実施形態においては、一例として図１８Ｂに示すように、制御部２２は、例えばｔ２からｔ３に変化した場合の位置情報に基づく底面の位置の値の変位量Δｚが、予め定められた閾値を超えた場合に像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きとを一致させる一致制御を禁止する制御を行う。なお本実施形態において、ｔ２からｔ３の時間の変化量Δｔは、検出部１８によるサンプリング周期に相当し、サンプリング周期が本開示の技術の規定時間の一例である。ただし本開示の技術はこれに限られず、規定時間すなわち変化量Δｔは、例えばサンプリング周期を２つ分等としてもよいし、ユーザによって適宜設定可能とする。
【０１３２】
なお、本実施形態において、制御部２２による「一致制御を禁止する制御」とは、制御部２２が一致制御を行わない場合、及び制御部２２が一致制御を行わずに直前に行った制御を維持する場合を含む。
【０１３３】
以上により、例えば培養容器５０の底面に傷等があった場合、及び／又は、検出部１８に予期せぬ不具合があった場合等、何らかの不具合で検出部１８により検出された値が通常取り得る範囲よりも大きかったり小さかったりした場合、及び／又は、検出部１８により検出された値が急激に変化した場合等に、制御部２２が光線偏向光学系７０を不要に回転させてしまうのを防止することができる。
【０１３４】
なお、本実施形態において、検出部１８によって取得された培養容器５０の底面の位置の値が一致制御の実施を許可する範囲外に含まれる場合には、制御部２２が上記一致制御を禁止する制御を行うが、本開示の技術はこれに限られず、制御部２２がさらに焦点調節部２４による撮像光学系１４の焦点位置の調節を禁止させる制御を行っても良い。
【０１３５】
また、一例として図１９に示すように、例えばウェルプレートＰの底面の中心付近において、底面Ｓ１が平坦である場合には、像面Ｓ２も平坦となる。像面Ｓ２が平坦な場合には、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂは図７に示すように、直角面とウェッジ面を互いに平行にすればよい。しかしながら、直角面とウェッジ面を互いに平行にするためには、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの回転角ξ１，ξ２をそれぞれ＋π／２，−π／２としたり、＋π，−πとしたりすることができて、１つの組み合わせとはならない。
【０１３６】
そこで、本実施形態においては、一例として、制御部２２は、像面Ｓ２の傾きが予め定められた閾値よりも小さい場合に、像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きとを一致させる制御を行わない。すなわち像面Ｓ２の傾き、つまり培養容器５０の傾きが平坦である場合には、像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きは一致しているので、光線偏向光学系７０によって光線を偏向させる必要はない。従って、上記一致させる制御を行わないことにより、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの回転角ξ１，ξ２が定まらずに、エラーが生じるのを防止することができる。
【０１３７】
図１２に戻り、第８の動作部１５Ｊと制御部２２とによって構成される抑制部８０は、制御部２２が第８の動作部１５Ｊを駆動させることにより、図１７に示すように光線偏向光学系７０を通過する光の光軸と撮像面１６Ａの中心との位置ずれΔｘ及びΔｙの分だけ撮像部１６を位置ずれΔｘ及びΔｙを解消する方向に移動させる。これにより位置ずれが解消されるので、撮像面１６Ａで結像された観察対象光に基づく画像に対して位置ずれが与える影響を抑制することができる。なお、図１７において、Δｙの図示は省略しているが、実際にはＹ方向においても位置ずれΔｙが生じる場合がある。
【０１３８】
次に図８に戻り、ステップＳ６で、制御部２２は水平方向駆動部１７を駆動させて、第１の変位センサ１８ａによって培養容器５０の位置検出が行われた位置に向かって観察領域Ｒが移動する。
【０１３９】
そして、ステップＳ７で、制御部２２は、培養容器５０の位置検出が行われた位置に観察領域Ｒが到達する直前において二次記憶部２５Ｂに記憶されたフォーカス制御量を取得する。
【０１４０】
次に、ステップＳ８で、制御部２２は、取得した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。すなわち、制御部２２は、取得したフォーカス制御量に基づいて第１の動作部１５Ａ〜第７の動作部１５Ｇを制御することにより、結像レンズ１４ｄ、対物レンズ１４ｂ、及び光線偏向光学系７０の焦点距離が変更し、結像レンズ１４ｄ、撮像部１６、ステージ５１、及び対物レンズ１４ｂをＺ方向に移動させる。
【０１４１】
そして、オートフォーカス制御後、ステップＳ９で、培養容器５０の位置検出が行われた位置に観察領域Ｒが到達した時点において、撮像部１６が位相差画像の撮像を行う。観察領域Ｒの位相差画像は、撮像部１６から制御部２２に出力されて記憶される。なお、本実施形態においては、上述したように各観察領域Ｒについて、先行して培養容器５０の位置検出が行われ、その検出位置まで観察領域Ｒが到達した時点において、位相差画像の撮像が行われる。そして、この培養容器５０の位置検出と位相差画像の撮像は、観察領域Ｒを移動しながら行われ、ある位置の観察領域Ｒの位相差画像の撮像と、その位置よりも移動方向について前側の位置における培養容器５０の位置検出とが並行して行われる。
【０１４２】
すなわち、ステップＳ７〜Ｓ９にてフォーカス制御及び観察領域Ｒの位相差画像の撮像が行われている間、上記観察領域Ｒよりも移動方向について前側の位置において検出部１８による培養容器５０の位置検出、焦点調節部２４によるフォーカス制御量の取得及び記憶、及び制御部２２による傾き制御処理のうち第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの回転角ξ１，ξ２の取得が並行して行われる。なお制御部２２により傾き制御処理のうち第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの回転角ξ１，ξ２に基づく第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂの回転駆動については、ステップＳ９の撮像部１６による撮像が行われた後で行う。
【０１４３】
そして、ステップＳ１０で、制御部２２が、水平方向駆動部１７を駆動させることにより観察領域Ｒを図９に示す加減速域の範囲Ｒ２まで移動させていない場合には、判定が否定されて、図８に示すステップＳ２へ移行する。
【０１４４】
一方、ステップＳ１０で、制御部２２が、水平方向駆動部１７を駆動させることにより観察領域Ｒを図９に示す加減速域の範囲Ｒ２まで移動させ、Ｙ方向に移動させた後、Ｘ方向について逆方向に移動させる場合には、すなわち、制御部２２により観察領域Ｒの移動方向が、図１０の矢印方向から図１１の矢印方向に変更された場合には、判定が肯定されて、図８に示すステップＳ１１へ移行する。
【０１４５】
ステップＳ１１で、制御部２２は使用する変位センサを第１の変位センサ１８ａから第２の変位センサ１８ｂに切り替える。
【０１４６】
本実施形態においては、上述したように各観察領域Ｒについてそれぞれ前もって培養容器５０のＺ方向の位置が検出されるため、各観察領域Ｒの培養容器５０の位置の検出タイミングと、位相差画像の撮像タイミングとが時間的にずれる。したがって、オートフォーカス制御は、第１の変位センサ１８ａ又は第２の変位センサ１８ｂによって培養容器５０の位置の検出が行われた後、その検出位置に観察領域Ｒが到達するまでの間に行われる。
【０１４７】
ここで、オートフォーカス制御のタイミングが早すぎる場合には、オートフォーカス制御の後、観察領域Ｒが検出位置に到達するまでの間に、何らかの要因によって、培養容器５０のＺ方向の位置がずれてフォーカス位置がずれる可能性がある。
【０１４８】
したがって、オートフォーカス制御のタイミングは、観察領域Ｒが検出位置に到達する直前であって、かつその検出位置における位相差画像の撮像が間に合うタイミングであることが望ましい。なお、観察領域Ｒが検出位置に到達する直前とは、例えば図２０に示すように、観察領域ＲがＸ方向に順次移動し、検出部１８による検出位置が、斜線で示すＰｄの位置である場合には、観察領域Ｒが、検出位置Ｐｄに隣接する観察領域Ｒの位置Ｐｒを通過した時点から検出位置Ｐｄに到達するまでの間であることが望ましい。なお、観察領域Ｒが検出位置Ｐｄに到達した時点でオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。
【０１４９】
本実施形態においては、オートフォーカス制御のタイミングが、上述した望ましいタイミングとなるように、第１又は第２の変位センサ１８ａ，１８ｂによる検出タイミングからその検出位置の位置情報を用いたオートフォーカス制御のタイミングまでの時間が予め設定されている。
【０１５０】
なお、例えば位相差レンズ１４ａの倍率の変更等によってステージ５１の移動速度が変更された場合には、そのステージ５１の移動速度の変更に応じて上記の予め設定された時間を変更してもよい。又は、上記時間を変更する代わりに、ステージ５１の移動速度が変更された場合に、第１の変位センサ１８ａ又は第２の変位センサ１８ｂをＸ方向に移動させることによって、第１の変位センサ１８ａ又は第２の変位センサ１８ｂと撮像光学系１４との距離を変更してもよい。
【０１５１】
また、本実施形態のように、撮像光学系１４を挟んで第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ１８ｂをＸ方向に並べて設け、位相差画像の撮像に先行して培養容器５０の位置を検出する場合、培養容器５０の範囲の全域において培養容器５０の位置検出及び位相差画像の撮像を行うには、図９に示すように、培養容器５０の範囲よりもＸ方向について外側の範囲Ｒ１，Ｒ２まで撮像光学系１４、第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ１８ｂを相対的に移動させる必要がある。そして、範囲Ｒ１のＸ方向の幅として、少なくとも第１の変位センサ１８ａと撮像光学系１４とのＸ方向の間隔を確保する必要があり、範囲Ｒ２のＸ方向の幅として、少なくとも第２の変位センサ１８ｂと撮像光学系１４とのＸ方向の間隔を確保する必要がある。そして、観察領域Ｒの移動時間をできるだけ短縮するには、観察領域Ｒの移動範囲をできるだけ狭くすることが望ましい。したがって、範囲Ｒ１のＸ方向の幅は、第１の変位センサ１８ａと撮像光学系１４とのＸ方向の間隔とすることが望ましく、範囲Ｒ２のＸ方向の幅は、第２の変位センサ１８ｂと撮像光学系１４とのＸ方向の間隔とすることが望ましい。
【０１５２】
一方、ステージ５１をＸ方向に移動させることによって観察領域Ｒを培養容器５０の範囲内において移動する場合、培養容器５０の範囲における観察領域Ｒの移動速度は一定であることが望ましい。したがって、ステージ５１のＸ方向への移動開始時にはステージ５１が一定の速度になるまで加速する必要があり、ステージ５１のＸ方向への移動終了時には、ステージ５１を一定の速度から減速して停止させる必要がある。
【０１５３】
また、ステージ５１のＸ方向への移動速度を一定の速度にする場合、加速域をほとんど持たせることなく急速に一定の速度に制御することは可能であるが、このような制御を行った場合、培養容器５０に細胞とともに収容された培養液等の液面が揺れてしまい、位相差画像の画質の低下を招く可能性がある。また、ステージ５１を停止する際にも同様の問題が発生する可能性がある。
【０１５４】
そこで、本実施形態においては、図９に示す範囲Ｒ１及び範囲Ｒ２をステージ５１のＸ方向への移動の加減速域に設定する。このように培養容器５０の範囲のＸ方向の両側に加減速域を設定することによって、観察領域Ｒによる走査範囲を無駄に広げることなく、かつ培養容器５０の範囲において観察領域Ｒを一定の速度で移動することができる。さらに、上述したような培養液の液面の揺れも抑制することができる。
【０１５５】
そして、ステップＳ１２で、処理部２３Ｂが、全ての走査が終了したか否かを判定する。ステップＳ１２において、全ての走査が終了していない場合には、判定が否定されて、図８に示すステップＳ２へ移行する。そして制御部２２が観察領域Ｒを加減速域の範囲Ｒ１，Ｒ２まで移動させる度に、制御部２２は使用する変位センサを切り替えて、全ての走査が終了するまでステップＳ２〜ステップＳ１１までの処理が繰り返して行われる。
【０１５６】
そして、ステップＳ１２において、全ての走査が終了した場合には、すなわち制御部２２が観察領域Ｒを図９に示す走査終了点Ｅの位置に到達させた場合には、判定が肯定されて制御部２２は全ての走査を終了させる。
【０１５７】
制御部２２が全ての走査が終了させた後、ステップＳ１３で、処理部２３Ｂ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する。
【０１５８】
次に、ステップＳ１４で、制御部２２は、処理部２３Ｂが生成した合成位相差画像を表示装置３０に表示させる。
【０１５９】
このように、本実施形態においては、制御部２２が第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂを各々独立して回転させることにより、結像レンズ１４ｄを通過した光線を偏向させて、光学像が形成された像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きとを一致させる制御を行う。これにより、観察領域内の周辺部においても焦点調節部２４が焦点位置を合わせることができるので、培養容器５０の底面が傾いている場合であっても、撮像光学系１４の観察領域内の周辺部の画像のボケを抑制することができる。
【０１６０】
さらに、本実施形態においては、培養容器５０が設置されるステージ５１及び撮像光学系１４の少なくとも一方を主走査方向及び副走査方向に移動させ、かつ上記少なくとも一方を主走査方向について往復移動させるようにしたものである。これにより、一方向にのみステージ５１を移動させて観察領域Ｒによる走査を行う場合と比較すると、観察領域Ｒによる走査時間を短縮することができる。
【０１６１】
さらに、本実施形態においては、培養容器５０に対する撮像光学系１４の観察領域の位置よりも観察領域の移動方向前側の位置における培養容器５０の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサ１８ａ，１８ｂを用いて検出し、検出した培養容器５０の鉛直方向の位置に基づいて、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うようにした。このため、撮像された画像のコントラストに基づいてオートフォーカス制御を行う場合と比較すると、高速にオートフォーカス制御を行うことができる。
【０１６２】
さらに、本実施形態においては、観察領域Ｒの移動方向の変更に応じて、使用する変位センサを切り替えるようにしたので、観察領域を往復移動させる場合においても、常に、画像の撮像に先行して培養容器５０の位置の検出を行うことができる。
【０１６３】
また、第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇのうちの複数の動作部を使用することにより、１つの動作部のみでオートフォーカス制御を行う場合よりも、高速にオートフォーカスを行うことができる。
【０１６４】
なお、上記第１実施形態においては、光線偏向光学系７０として２つのウェッジプリズムを含むものを例示したが、本開示の技術はこれに限定されるものではなく、例えば３つのウェッジプリズムを含むものであってもよいし、複数のウェッジプリズムペアを含むものとしてもよい。光線偏向光学系７０が、第１のウェッジプリズム、第２のウェッジプリズム、及び第３のウェッジプリズムを含む場合には、制御部２２は、第１のウェッジプリズムに対して全体的な像面Ｓ２の傾きを補正させる第１の補正制御を行い、第２のウェッジプリズム及び第３のウェッジプリズムに対して部分的に変化する像面Ｓ２の傾きを補正させる第２の補正制御を行う。なお、第１の補正制御及び第２の補正制御は、例えば、第１の補正制御による補正が１つの培養容器５０に対して固定した１つ補正値による補正であるのに対して、第２の補正制御による補正は１つの培養容器５０において局所的に変化する傾きの各々に応じた複数の補正値による補正とする。
【０１６５】
具体的には、例えば培養容器５０をステージ５１上に設置した際に、ステージ５１が傾いていると培養容器５０は全体的に傾いてしまう。そこで、一例として制御部２２は、第１のウェッジプリズムを回転させることにより、培養容器５０の全体的な傾きに起因する像面Ｓ２の傾きを補正する第１の補正制御を行う。制御部２２は第１の補正制御を行った後で、さらに第２のウェッジプリズム及び第３のウェッジプリズムを回転させることにより、第１の補正制御による補正から外れた、例えばウェルＷの底面の凹凸及び／又は歪み、撓み等に起因する像面Ｓ２の傾きを補正させる第２の補正制御を行う。第１の補正制御による補正を先に行うことにより第２の補正制御における補正量を小さくすることができるので、２つのウェッジプリズムを含む光線偏向光学系７０よりも傾きの補正に要する時間を短縮することができる。なお、全体的な像面Ｓ２の傾きとしては、上述した培養容器５０の全体的な傾きに起因する傾きの他に、撮像面１６Ａ自体の全体的な傾きに起因する傾き及び／又は、撮像光学系１４に起因する傾き等がある。
【０１６６】
また、上記第１実施形態においては、抑制部８０により、図１７に示すように光線偏向光学系７０を通過する光の光軸と撮像面１６Ａの中心との位置ずれΔｘ及びΔｙの分だけ撮像部１６を位置ずれΔｘ及びΔｙを解消する方向に移動させるものを例示したが、本開示の技術はこれに限定されるものではない。例えば撮像部１６の撮像素子のみを移動させてもよいし、撮像素子を培養容器５０及び撮像光学系１４に対して相対的に移動することができれば、何れの構成を使用してもよい。
【０１６７】
また、上記第１実施形態においては、顕微鏡装置本体１０が撮像面１６Ａで結像された観察対象光に基づく画像に対して、光線偏向光学系７０を通過する光の光軸と撮像面１６Ａの中心との位置ずれが与える影響を抑制する抑制部８０を含む構成としたが、本開示の技術はこれに限定されるものではない。抑制部８０を含む方が撮像部１６により、より好適な画像を取得することが可能であるが、必ずしも抑制部８０を含む必要はない。
【０１６８】
また、上記第１実施形態においては、動作部１５はオートフォーカス制御に使用するための複数の第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇを含むものとしたが、本開示の技術はこれに限定されるものではなく、少なくとも第７の動作部１５Ｇを含んでいればよい。なお動作部１５が第７の動作部１５Ｇの他に第１〜第６の動作部１５Ａ〜１５Ｆの少なくとも１つを含んでいる場合には、第７の動作部１５Ｇは、図６に示す回転機構７０ｂ及び駆動源７０ｃ−２のみを含むものであってもよい。
【０１６９】
また、上記第１実施形態においては、動作部１５はオートフォーカス制御に使用するための複数の第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇを含み、その全てを使用してオートフォーカス制御を行うものとしたが、本開示の技術はこれに限定されるものではなく、第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇのうちの少なくとも１つを用いてオートフォーカスを行うようにしてもよい。
【０１７０】
また、上記第１実施形態においては、動作部１５はオートフォーカス制御に使用するための複数の第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇを含み、その全てを使用してオートフォーカス制御を行うものとしたが、本開示の技術はこれに限定されるものではなく、少なくとも第７の動作部１５Ｇの図６に示す回転機構７０ｂ及び駆動源７０ｃ−２を含み、かつ第１〜第６の動作部１５Ａ〜１５Ｆ及び第７の動作部１５Ｇの図６に示す移動機構７０ａ及び駆動源７０ｃ−１のうちの１つ以上を含んでいればよい。この場合、含まれた動作部の全てをオートフォーカス制御に使用しなくても、少なくとも１つの動作部を使用してオートフォーカスを行うようにしてもよい。
【０１７１】
また、上記第１実施形態においては、光線偏向光学系７０を、撮像光学系１４と撮像部１６との間に配置しているが、撮像光学系１４とステージ５１との間に配置してもよい。
【０１７２】
また、上記第１実施形態においては、液体レンズ、液晶レンズ及び形状変形レンズ等の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を、撮像光学系１４とステージ５１との間に配置してもよい。この場合、焦点距離変更光学系は、動作部１５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。
【０１７３】
また、上記第１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。
【０１７４】
[第２実施形態]
上記第１実施形態では、抑制部８０が第８の動作部１５Ｊと制御部２２とで構成されるものとしたが、本第２実施形態では抑制部８０の一例として画像処理部２９を含む顕微鏡制御装置２０−２を有する顕微鏡装置１−２について説明する。なお、本第２実施形態では、上記第１実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１７５】
一例として図２１に示すように、本第２実施形態に係る顕微鏡装置１−２は、バスライン２８に、画像処理部２９が接続されている。
【０１７６】
画像処理部２９は、撮像面１６Ａで結像された観察対象光に基づく画像に対して、画像を形成する撮像素子の有効画素の範囲を、図１７に示すように光線偏向光学系７０を通過する光の光軸と撮像面１６Ａの中心との位置ずれΔｘ及びΔｙの分だけずらして設定する。これにより位置ずれが解消されるので、撮像面１６Ａで結像された観察対象光に基づく画像に対して位置ずれが与える影響を抑制することができる。
【０１７７】
[第３実施形態]
上記第１実施形態では、検出部１８は、２つの変位センサ１８ａ，１８ｂを備え、観察領域Ｒの移動方向の変更に応じて使用する変位センサ１８ａ，１８ｂを切り替えるようにしたが、本第２実施形態では、一例として図２２に示すように顕微鏡装置本体１０−３の検出部１９が１つの変位センサ１９ａを有し、観察領域Ｒの移動方向の変更に応じて、その変位センサの位置を切り替える場合について説明する。なお、本第２実施形態では、上記第１実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１７８】
検出部１９は、図２３および図２４に示すように、変位センサ１９ａ、および変位センサ１９ａを案内してその位置を移動させるガイド機構１９ｂを備えている。
【０１７９】
変位センサ１９ａは、上記第１実施形態の第１および第２の変位センサ１８ａ，１８ｂと同様に、レーザ変位センサから構成される。
【０１８０】
ガイド機構１９ｂは、半円弧状のガイド部材を備え、このガイド部材に沿って変位センサ１９ａを移動させる。ガイド部材は、撮像光学系１４を挟んでＸ方向について一方の側から他方の側に変位センサ１９ａを移動させる。
【０１８１】
図２３は、観察領域Ｒの移動方向が、図２３の矢印方向（図２３の右方向）である場合における変位センサ１９ａの位置を示す図である。一方、図２４は、観察領域Ｒの移動方向が、図２４の矢印方向（図２４の左方向）である場合における変位センサ１９ａの位置を示す図である。観察領域Ｒの移動方向が図２３の矢印方向から図２４に矢印方向に変更された場合には、変位センサ１９ａは図２３に示す位置からガイド機構１９ｂのガイド部材に沿って移動し、図２４に示す位置に切り替えられる。
【０１８２】
なお、本実施形態においては、変位センサ１９ａの位置を移動させる変位センサ移動機構として上述したガイド機構１９ｂを設けるようにしたが、変位センサ移動機構の構成としてはこれに限らず、変位センサ１９ａの位置を同様に変更可能な構成であれば、その他の構成を用いてもよい。
【０１８３】
第２実施形態の顕微鏡装置のその他の構成および作用については、第１実施形態の顕微鏡装置と同様である。
【０１８４】
[第４実施形態]
上記第１から第３実施形態においては、光線を偏向するための光線偏向光学系７０として、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂを用いている。しかしながら、液体レンズ、液晶レンズ及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、光線偏向光学系として用いてもよい。例えば、第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０Ｂを移動させる光線偏向光学系７０に代えて、図２５に示すように、撮像光学系１４と撮像部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、制御部２２がフォーカス制御量に基づいて第９の動作部１５Ｈを駆動させることにより、印加される電圧を変更して、焦点距離を変更する。第９の動作部１５Ｈは、一例として圧電素子及び高電圧を印加させる駆動源を含み、制御部２２から出力された制御信号に基づいて駆動する。なお第９の動作部１５Ｈの構成は圧電素子に限定されず、焦点距離変更光学系７５の焦点距離を変更可能なものであればよく、例えば各種モータ及び／又はソレノイド等を含むものであってもよいし、その他の公知な構成を用いることができる。
【０１８５】
また制御部２２が第１０の動作部１５Ｌを駆動させることにより焦点距離変更光学系７５を構成するレンズの動きを調整して光線を偏向させる。ここでレンズの動きは、レンズの傾き及び／又は位置等、光線を偏向させることが可能な動きであればよい。第１０の動作部１５Ｌは、一例として圧電素子及び高電圧を印加させる駆動源を含み、像面Ｓ２の傾きに基づいて制御部２２から出力された制御信号に基づいて駆動する。ここで制御部２２による上記レンズの動きの調整が本開示の技術の第２の制御の一例である。
【０１８６】
なお、像面Ｓ２の傾きとレンズの動きの調整量との関係を示すテーブルを、予め二次記憶部２５Ｂに記憶しておき、制御部２２は、上記テーブルを参照して、像面Ｓ２の傾きに基づくレンズの動きの調整量を取得し、制御部２２が取得したレンズの動きの調整量に対応する電圧を第１０の動作部１５Ｌに印加させる。なお本開示の技術は上記テーブルに限られず、像面Ｓ２の傾きからレンズの動きの調整量又は電圧の印加量を導出できるものであれば、何れの方法を用いても良い。
【０１８７】
また、第９及び第１０の動作部１５Ｈ，１５Ｌは、位相差レンズ１４ａ及び結像レンズ１４ｄを通過した位相差画像をそのまま通過させる構成となっている。また、第１０の動作部１５Ｌの構成は圧電素子に限定されず、焦点距離変更光学系７５を構成するレンズの動きを調整可能なものであればよく、例えば各種モータ及び／又はソレノイド等を含むものであってもよいし、その他の公知な構成を用いることができる。
【０１８８】
なお、焦点距離変更光学系７５は、撮像光学系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、上記第１実施形態の顕微鏡装置１において光線偏向光学系７０に加えて配置してもよい。ただし、光線偏向光学系７０と焦点距離変更光学系７５の両方を含む場合には、像面Ｓ２の傾きに基づいて偏向させるべき光線の偏向量に対して光線偏向光学系７０が偏向すべき偏向量と焦点距離変更光学系７５が偏向すべき偏向量を制御部２２が予め設定しておく。
【０１８９】
[第５実施形態]
上記第１及び第２実施形態の顕微鏡装置においては、検出部１８，１９によって培養容器５０のＺ方向の位置を検出し、その検出情報を用いてオートフォーカス制御を行うようにしたが、例えば培養容器５０の底部がステージ５１の設置面から浮いて設置されている場合又は培養容器５０の底部が厚い場合等には、撮像光学系１４と培養容器５０の底面との距離が大きくなる。このため、動作部１５により対物レンズ１４ｂ及び結像レンズ１４ｄの焦点距離を最大限に調整し、結像レンズ１４ｄ、撮像部１６、ステージ５１及び対物レンズ１４ｂをＺ方向に最大限に移動させたとしても、撮像光学系１４の被写界深度の範囲内に培養容器５０の底面の位置が収まらない場合がある。
【０１９０】
そこで、上述したオートフォーカス制御によって培養容器５０の底面の位置が、撮像光学系１４の被写界深度の範囲内に必ず収まるように、予めキャリブレーションを行うことが望ましい。
【０１９１】
具体的には、例えば第１の実施形態の顕微鏡装置において、撮像光学系１４、動作部１５（すなわち、第１〜第８の動作部１５Ａ〜１５Ｊ）、撮像部１６、ステージ５１、第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ１８ｂを一体的にＺ方向に移動させる鉛直方向移動機構を設けることが望ましい。
【０１９２】
本第５実施形態の顕微鏡装置においては、一例として図２６に示すように、顕微鏡装置本体１０−５は、鉛直方向移動機構６０が、撮像光学系１４、動作部１５、撮像部１６、ステージ５１、第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ１８ｂを一体的に保持する保持部６０ａと、保持部６０ａをＺ方向に移動させるＺ方向駆動部６０ｂとを備える。
【０１９３】
保持部６０ａは、撮像光学系１４、動作部１５、撮像部１６、ステージ５１、第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ１８ｂの相対的な位置関係を維持した状態でこれらを保持する。Ｚ方向駆動部６０ｂは、例えば圧電素子等のアクチュエータを備える。なお、鉛直方向移動機構６０は、撮像光学系１４によって結像された位相差画像をそのまま通過させる構成となっている。
【０１９４】
そして、上述した位相差画像の撮像の前に、鉛直方向移動機構６０を用いて、撮像光学系１４、動作部１５、撮像部１６、ステージ５１、第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ１８ｂを一体的にＺ方向に移動させることによって、オートフォーカス制御のキャリブレーションが行われる。
【０１９５】
キャリブレーションは、具体的には、まず、動作部１５を駆動することによって、対物レンズ１４ｂ及び結像レンズ１４ｄの焦点距離を基準焦点距離に設定し、結像レンズ１４ｄ、撮像部１６、ステージ５１及び対物レンズ１４ｂのＺ方向の位置を基準位置に設定する。基準焦点距離とは、上述したオートフォーカス制御において基準となる焦点距離であり、対物レンズ１４ｂ及び結像レンズ１４ｄの最大焦点距離と最小焦点距離との中央値となる焦点距離である。また、Ｚ方向の基準位置とは、上述したオートフォーカス制御において基準となる位置であり、結像レンズ１４ｄ、撮像部１６、ステージ５１及び対物レンズ１４ｂのＺ方向の移動範囲の中心位置である。なお、キャリブレーションに際しては、光線偏向光学系７０のＺ方向に直交する方向の位置を基準位置に設定しておく。Ｚ方向に直交する方向の基準位置とは、光線偏向光学系７０を構成する第１及び第２のウェッジプリズム７０Ａ，７０ＢのＺ方向に直交する方向の移動範囲の中心位置である。
【０１９６】
次いで、Ｚ方向駆動部６０ｂにより保持部６０ａをＺ方向に段階的に予め定められた間隔で移動させながら、移動の各位置において撮像光学系１４によって結像された像を撮像部１６により検出し、各位置の位相差画像を取得する。そして、位相差画像のコントラストが最大となる位置を検出する。位相差画像のコントラストが最大となる位置については、例えば保持部６０ａを鉛直方向上方に順次移動させた場合に位相差画像のピントが合わなくなった位置と、保持部６０ａを鉛直方向下方に順次移動させた場合に位相差画像のピントが合わなくなった位置とを検出し、これらの検出位置の中心位置を位相差画像のコントラストが最大となる位置として検出するようにすればよい。なお、この際、対物レンズ１４ｂ及び結像レンズ１４ｄの焦点距離を変更してもよいが、本実施形態においては、対物レンズ１４ｂ及び結像レンズ１４ｄの焦点距離は基準焦点距離に固定した状態でキャリブレーションを行うものとする。
【０１９７】
そして、位相差画像のコントラストが最大となる位置を鉛直方向移動機構６０の基準位置として設定してキャリブレーションを終了する。キャリブレーションは、例えば培養容器５０の底部の重心位置において行うようにすればよいが、培養容器５０の底部の複数箇所で行うようにしてもよい。その場合、その複数箇所でそれぞれ検出された基準位置の平均を最終的な基準位置として設定すればよい。
【０１９８】
[第６実施形態]
本第６実施形態の顕微鏡装置においては、一例として図２７に示すように、顕微鏡装置本体１０−６は、鉛直方向移動機構６１が、撮像光学系１４、動作部１５、撮像部１６、ステージ５１及び検出部１９を一体的に保持する保持部６１ａと、保持部６１ａをＺ方向に移動させるＺ方向駆動部６１ｂとを備える。
【０１９９】
保持部６１ａは、撮像光学系１４、動作部１５、撮像部１６、ステージ５１及び検出部１９の変位センサ１９ａの相対的な位置関係を維持した状態でこれらを保持する。Ｚ方向駆動部６１ｂは、上述したＺ方向駆動部６０ｂと同様に、例えば圧電素子等のアクチュエータを備える。
【０２００】
第６実施形態の顕微鏡装置におけるキャリブレーションの方法については、上述した第５実施形態の顕微鏡装置の場合と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【０２０１】
[第７実施形態]
本第７実施形態の顕微鏡装置においては、第１実施形態の顕微鏡装置１に対して、撮像光学系１４とステージ５１との間に焦点距離変更光学系７５が配置される。この場合、焦点距離変更光学系７５は、制御部２２がフォーカス制御量に基づいて第９の動作部１５Ｈを駆動させることにより、印加される電圧を変更して、焦点距離を変更する。また制御部２２が、像面Ｓ２の傾きに基づいて制御部２２から出力された制御信号に基づいて第１０の動作部１５Ｌを駆動させることにより焦点距離変更光学系７５を構成するレンズの動きを調整して光線を偏向させる。ここでレンズの動きは、レンズの傾き及び／又は位置等、光線を偏向させることが可能なレンズの動きであればよい。なお、上記レンズの動きの調整が、本開示の技術における第２の制御の一例である。また、第９及び第１０の動作部１５Ｈ，１５Ｌは、上記第４実施形態の顕微鏡装置と同様の構成とすることができる。
【０２０２】
また、本第７実施形態の顕微鏡装置においては、一例として図３０に示すように、動作部１５は、対物レンズ１４ｂの動きを調整する第１１の動作部１５Ｎ及び結像レンズ１４ｄの動きを調整する第１２の動作部１５Ｐを含む。制御部２２が、像面Ｓ２の傾きに基づいて制御部２２から出力された制御信号に基づいて第１１の動作部１５Ｎを駆動させることにより対物レンズ１４ｂの動きを調整して光線を偏向させる。制御部２２が、像面Ｓ２の傾きに基づいて制御部２２から出力された制御信号に基づいて第１２の動作部１５Ｐを駆動させることにより結像レンズ１４ｄの動きを調整して光線を偏向させる。ここで各レンズの動きは、レンズの傾き及び／又は位置等、光線を偏向させることが可能なレンズの動きであればよい。
【０２０３】
また、本第７実施形態の顕微鏡装置においては、動作部１５は、ステージ５１の傾きを調整する第１３の動作部１５Ｍを含む。第１３の動作部１５Ｍは、一例として圧電素子及び高電圧を印加させる駆動源を含み、制御部２２が像面Ｓ２の傾きに基づいて出力した制御信号に基づいて駆動する。ここで、制御部２２によるステージ５１の傾きの調整が、本開示の技術における第１の制御の一例である。なお第１３の動作部１５Ｍの構成は圧電素子に限定されず、ステージ５１を傾けることが可能なものであればよく、例えば各種モータ及び／又はソレノイド等を含むものであってもよいし、その他の公知な構成を用いることができる。また、本第７実施形態の顕微鏡装置においては、第１３の動作部１５Ｍによりステージ５１を傾けるものとしたが、本開示の技術はこれに限られず、培養容器５０を傾ける機構を設け、培養容器５０のみを傾けるようにしてもよい。
【０２０４】
また、本第７実施形態の顕微鏡装置においては、動作部１５は、撮像部１６の傾きを調整する第１４の動作部１５Ｑを含む。第１４の動作部１５Ｑは、一例として圧電素子及び高電圧を印加させる駆動源を含み、制御部２２が像面Ｓ２の傾きに基づいてから出力した制御信号に基づいて駆動する。ここで、制御部２２による撮像部１６の傾きの調整が、本開示の技術における第３の制御の一例である。なお第１４の動作部１５Ｑの構成は圧電素子に限定されず、撮像部１６を傾けることが可能なものであればよく、例えば各種モータ及び／又はソレノイド等を含むものであってもよいし、その他の公知な構成を用いることができる。また、本第７実施形態の顕微鏡装置においては、第１４の動作部１５Ｑにより撮像部１６を傾けるものとしたが、本開示の技術はこれに限られず、撮像素子を傾ける機構を設け、撮像素子のみを傾けるようにしてもよい。
【０２０５】
本第７実施形態の顕微鏡装置においては、光線を偏向するために、第７の動作部１５Ｇ、第１０の動作部１５Ｌ、第１１の動作部１５Ｎ、第１２の動作部１５Ｐ、第１３の動作部１５Ｍ、及び第１４の動作部１５Ｑを備えている。制御部２２は、像面Ｓ２の傾きと、焦点距離変更光学系７５を構成するレンズへの印加電圧、対物レンズ１４ｂへの印加電圧、結像レンズ１４ｄへの印加電圧、ステージ５１の傾きの駆動量、撮像部１６の傾きの駆動量、及び光線偏向光学系７０の回転量との関係を示すテーブルを予め二次記憶部２５Ｂに記憶しておき、制御部２２は、このテーブルに基づいて、各動作部の制御量を取得し、取得した制御量に基づいて各動作部を駆動させる。
【０２０６】
このように制御部２２が複数の動作部を駆動させることにより、１つの動作部を駆動させるよりも偏向させることができる光線の偏向量をより多くすることができる。
【０２０７】
なお、本開示の技術においては、上記テーブルに限定されるものではなく、例えば式であってもよい。上記関係を示すものは、像面Ｓ２の傾きから焦点距離変更光学系７５を構成するレンズへの印加電圧、対物レンズ１４ｂへの印加電圧、結像レンズ１４ｄへの印加電圧、ステージ５１の傾きの駆動量、撮像部１６の傾きの駆動量、及び光線偏向光学系７０の回転量を導出できれば何れの方法を使用してもよい。
【０２０８】
なお、本第７実施形態の顕微鏡装置においては、第７の動作部１５Ｇ、第１０の動作部１５Ｌ、第１１の動作部１５Ｎ、第１２の動作部１５Ｐ、第１３の動作部１５Ｍ、及び第１４の動作部１５Ｑの全てを駆動して光線を偏向させたが、本開示の技術はこれに限られず、少なくとも１つの動作部を駆動させればよい。また複数の動作部を駆動させる場合には、その組み合わせは特に限定されるものではない。
【０２０９】
また、本第７実施形態の顕微鏡装置においては、動作部１５が、第７の動作部１５Ｇ、第１０の動作部１５Ｌ、第１１の動作部１５Ｎ、第１２の動作部１５Ｐ、第１３の動作部１５Ｍ、及び第１４の動作部１５Ｑを含むものとしたが、本開示の技術はこれに限られず、少なくとも１つの動作部を備えていればよい。
【０２１０】
[第８実施形態]
本第８実施形態の顕微鏡装置においては、上記第７実施形態の顕微鏡装置１に対して、焦点距離変更光学系７５、第１０の動作部１５Ｌ、光線偏向光学系７０、及び第７の動作部１５Ｇを備えていないものである。本第８実施形態の顕微鏡装置においては新たに焦点距離変更光学系７５及び光線偏向光学系７０を設けなくとも、光線を偏向させることができるので、焦点距離変更光学系７５、光線偏向光学系７０、及び各光学系を駆動させるための動作部に要するコストを低減することができる。
【０２１１】
なお、上記第１，第２，第４，第５，第７，及び第８実施形態の顕微鏡装置においては、第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ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３１に示すように、第３の変位センサ１８ａ−２及び第４の変位センサ１８ａ−３を第１の変位センサ１８ａを挟んでＹ方向に並べて設け、第５の変位センサ１８ｂ−２及び第６の変位センサ１８ｂ−３を第２の変位センサ１８ｂを挟んでＹ方向に並べて設けてもよい。この場合、制御部２２は第１，第３，第４の変位センサ１８ａ,１８ａ−２，１８ａ−３を同時に検出させ、第２，第５，第６の変位センサ１８ｂ,１８ｂ−２，１８ｂ−３を同時に検出させる。
【０２１２】
これにより、観察領域Ｒを往復移動する場合に、取得部２３Ａは、培養容器５０の底面のＹ方向における複数のＺ方向の位置情報を取得することができるので、培養容器５０の底面のＹ方向の傾きを同時に取得した位置情報に基づいて取得することができる。
【０２１３】
また、上記第３及び第６実施形態の顕微鏡装置においては、検出部１９が１つの変位センサ１９ａを有し、観察領域Ｒの移動方向の変更に応じて、その変位センサの位置を切り替えている。検出部１９は、変位センサ１９ａ、および変位センサ１９ａを案内してその位置を移動させるガイド機構１９ｂを備えているが、このガイド機構１９ｂにさらに図３２に示すように、第２の変位センサ１９ａ−２及び第３の変位センサ１９ａ−３を変位センサ１９ａが観察領域Ｒの右隣に位置する場合に、観察領域Ｒを挟んでＹ方向に並べて設けてもよい。なおガイド機構１９ｂはガイド部材に沿って変位センサ１９ａと共に第２の変位センサ１９ａ−２及び第３の変位センサ１９ａ−３を移動させる。ガイド部材は、撮像光学系１４を挟んでＸ方向について一方の側から他方の側に変位センサ１９ａ、変位センサ１９ａ−２、及び第３の変位センサ１９ａ−３を移動させる。なお、この場合、制御部２２は変位センサ１９ａ及び第２，第３の変位センサ１９ａ−２，１９ａ−３を同時に検出させる。
【０２１４】
これにより、観察領域Ｒを往復移動する場合に、取得部２３Ａは、培養容器５０の底面のＹ方向における複数のＺ方向の位置情報を取得することができるので、培養容器５０の底面のＹ方向の傾きを同時に取得した位置情報に基づいて取得することができる。
【０２１５】
また、上記第１，第２，第４，第５，第７，及び第８実施形態の顕微鏡装置においては、第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ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３３に示すように、第３の変位センサ１８ｃ及び第４の変位センサ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。
【０２１６】
さらに図３４に示すように、第５の変位センサ１８ａ−２及び第６の変位センサ１８ａ−３を第１の変位センサ１８ａを挟んでＹ方向に並べて設け、第７の変位センサ１８ｂ−２及び第８の変位センサ１８ｂ−３を第２の変位センサ１８ｂを挟んでＹ方向に並べて設けてもよい。
【０２１７】
これにより、観察領域Ｒを往復移動するのみならず、図３５に示すように渦巻き状に移動させることができる。すなわち、図３５においては、観察領域Ｒは走査開始点ＳからＸ方向の正方向（図３５の右方向）に移動された後、Ｙ方向の正方向（図３５の下方向）に移動され、次いで、Ｘ方向の負方向（図３５の左方向）に移動され、さらにＹ方向の負方向（図３５の上方向）に移動される。このように、観察領域ＲのＸ方向及び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。
【０２１８】
なお、図３４に示す構成を使用する場合、制御部２２が図３５において、観察領域Ｒを走査開始点ＳからＸ方向の正方向（図３５の右方向）に移動させた場合には、第１，第５，第６の変位センサ１８ａ,１８ａ−２，１８ａ−３を同時に検出させる。また、制御部２２が図３５において、観察領域ＲをＸ方向の負方向（図３５の左方向）に移動させた場合には、第４，第６，第８の変位センサ１８ｄ, １８ａ−３，１８ｂ−３を同時に検出させる。また、制御部２２が図３５において、観察領域ＲをＹ方向の正方向（図３５の下方向）に移動させた場合には、第２，第７，第８の変位センサ１８ｂ, １８ｂ−２，１８ｂ−３を同時に検出させる。また、制御部２２が図３５において、観察領域ＲをＹ方向の負方向（図３５の上方向）に移動させた場合には、第３，第５，第７の変位センサ１８ｃ, １８ａ−２，１８ｂ−２を同時に検出させる。
【０２１９】
これにより、観察領域Ｒを図３５に示すように渦巻き状に移動させる場合に、取得部２３Ａは、観察領域Ｒの進行方向と直交する方向における培養容器５０の底面の複数のＺ方向の位置情報を取得することができる。
【０２２０】
また、図３６に示すように、第３実施形態における検出部１９のガイド機構１９ｂを円形状に形成し、円形状のガイド機構１９ｂに沿って変位センサ１９ａを移動させるようにしてもよい。これにより、第３実施形態においても、図３５に示すように、制御部２２は観察領域Ｒを２次元状に移動させることができる。この場合において、観察領域ＲがＸ方向の正方向に移動される場合は、変位センサ１９ａは図２３に示す位置に移動され、観察領域ＲがＹ方向の正方向に移動される場合は、変位センサ１９ａは図３６の実線で示す位置に移動される。また、観察領域ＲがＸ方向の負方向に移動される場合は、変位センサ１９ａは図２４に示す位置に移動され、観察領域ＲがＹ方向の負方向に移動される場合は、変位センサ１９ａは図３６の破線で示す位置に移動される。
【０２２１】
また図３６に示す構成において、ガイド機構１９ｂにさらに図３７に示すように、第２の変位センサ１９ａ−２及び第３の変位センサ１９ａ−３を変位センサ１９ａが観察領域Ｒの下隣に位置する場合に、観察領域Ｒを挟んでＸ方向に並べて設けてもよい。
【０２２２】
これにより、観察領域Ｒを図３５に示すように渦巻き状に移動させる場合に、取得部２３Ａは、観察領域Ｒの進行方向と直交する方向における培養容器５０の底面の複数のＺ方向の位置情報を取得することができる。
【０２２３】
なお、上記各実施形態においては、取得部２３Ａは、検出部１８が検出した培養容器５０の底面のＺ方向の位置情報を取得するものとしたが、本開示の技術はこれに限られるものではない。取得部２３Ａが培養容器５０の底面のＺ方向の位置情報を事前に取得してもよい。なお、ここで事前とは、制御部２２が観察領域Ｒによる培養容器５０の走査を開始させる前を意味する。
【０２２４】
[第９実施形態]
【０２２５】
本第９実施形態は、取得部２３Ａが培養容器５０の底面のＺ方向の位置情報を事前に取得する。なお本第９実施形態は、上記第１から第８実施形態のいずれの構成も使用することができるものとし、ここでの説明は省略する。
【０２２６】
顕微鏡観察において用いられる培養容器５０においては、一般的に、培養容器５０は使い捨てタイプのものが多く、製造精度があまり良くない。培養容器５０の底面に形成される撓み及び／又は歪み等（凹凸）についても、例えば製造メーカの違い等、培養容器５０の種類によって異なり、製造誤差の範囲も異なる場合がある。
【０２２７】
そこで、二次記憶部２５に位置情報２７として培養容器５０の底面のＺ方向の位置情報を記憶しておく。具体的には、培養容器５０の底面の位置情報は、ステージ５１上に培養容器５０を設置して、顕微鏡装置１に設けられた検出部１８によって計測されるようにしてもよいし、培養容器５０の識別情報と予め計測された位置情報とを対応づけたテーブルを二次記憶部２５に記憶しておいてもよい。そして、ユーザが、入力装置４０を用いて培養容器５０の識別情報を設定入力し、その識別情報を有する培養容器５０の位置情報を二次記憶部２５から読み出すようにしてもよい。
【０２２８】
また、培養容器５０の識別情報については、ユーザが設定入力するのではなく、培養容器５０にバーコード及び／又はＱＲ（Ｑｕｉｃｋ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）コード（登録商標）などを付与し、そのバーコード及び／又はＱＲコード（登録商標）を読み取ることによって識別情報を取得するようにしてもよい。なお、培養容器５０の識別情報は、例えば製造メーカの型式番号であってもよいし、製造番号であってもよい。なお、必ずしも上記テーブルを二次記憶部２５に記憶しておかなくても、培養容器５０の識別情報から予め計測された位置情報を取得部２３Ａに取得させてもよい。
【０２２９】
また、培養容器５０の底面の位置情報は、たとえば検出部１８とは別のレーザ変位計などを用いて事前に計測してもよい。また、培養容器５０の底面の位置情報の計測方法としては、レーザ変位計による計測に限らず、共焦点方式および分光干渉方式などその他の方式を用いて計測するようにしてもよい。
【０２３０】
このように顕微鏡装置において、予め取得された位置情報を使用した場合の本開示の技術に係る部分の作用について説明する。なお図３８のステップＳ４２からＳ５５の処理は、図８のステップＳ１からＳ１４の処理と概略同様の処理であるため、異なる箇所についてのみ説明する。
【０２３１】
一例として図３８に示すように、ステップＳ４１にて、上述したようにして取得部２３Ａが事前に培養容器５０の底面の位置情報を取得する。ステップＳ４１にて取得された位置情報は、ステップＳ４６の制御部２２による傾き制御処理において使用される。すなわち図１２に示すステップＳ２１の処理において使用される。なおステップＳ４６の制御部２２による傾き制御処理は、ステップＳ４１とステップＳ４２の処理との間に行ってもよい。
【０２３２】
このように事前に取得部２３Ａが位置情報を取得することにより、培養容器５０の底面のＺ方向の位置情報を所望する分解能で取得することができる。また、顕微鏡装置において、底面の傾きを取得する処理も事前に行うことができるので、底面の傾きを取得する処理に要する時間及び／又はＣＰＵ２１が行う処理を低減することができる。
【０２３３】
なお、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観察領域Ｒを移動するようにしたが、これに限らず、ステージ５１を固定とし、撮像光学系１４及びその他の位相差画像の撮像に係る構成を移動させることによって観察領域Ｒを移動して、培養容器５０の観察領域Ｒによる走査を行うようにしてもよいし、ステージ５１と撮像光学系１４及びその他の位相差画像の撮像に係る構成との双方を移動させることによって観察領域Ｒによる走査を行うようにしてもよい。
【０２３４】
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、微分干渉顕微鏡及び明視野顕微鏡等のその他の顕微鏡に適用してもよい。
【０２３５】
また、上記各実施形態においては、撮像光学系１４によって結像された位相差画像を撮像部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、撮像光学系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。
【０２３６】
また、上記各実施形態では、観察制御プログラム２６を二次記憶部２５Ｂから読み出す場合を例示したが、必ずしも最初から二次記憶部２５Ｂに記憶させておく必要はない。例えば、図３９に示すように、ＳＳＤ、ＵＳＢメモリ、又はＤＶＤ−ＲＯＭ等の任意の可搬型の記憶媒体２５０に先ずは観察制御プログラム２６を記憶させておいてもよい。この場合、記憶媒体２５０の観察制御プログラム２６が顕微鏡制御装置２０にインストールされ、インストールされた観察制御プログラム２６がＣＰＵ２１によって実行される。
【０２３７】
また、通信網（図示省略）を介して顕微鏡制御装置２０に接続される他のコンピュータ又はサーバ装置等の記憶部に観察制御プログラム２６を記憶させておき、観察制御プログラム２６が顕微鏡制御装置２０の要求に応じてダウンロードされるようにしてもよい。この場合、ダウンロードされた観察制御プログラム２６はＣＰＵ２１によって実行される。
【０２３８】
また、上記各実施形態で説明した観察制御処理はあくまでも一例である。従って、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよいことは言うまでもない。
【０２３９】
また、上記各実施形態では、コンピュータを利用したソフトウェア構成により観察制御処理が実現される場合を例示したが、本開示の技術はこれに限定されるものではない。例えば、コンピュータを利用したソフトウェア構成に代えて、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣ等のハードウェア構成のみによって、撮影制御処理が実行されるようにしてもよい。撮影制御処理がソフトウェア構成とハードウェア構成との組み合わせた構成によって実行されるようにしてもよい。
【０２４０】
上記各実施形態で説明した観察制御処理を実行するハードウェア資源としては、次に示す各種のプロセッサを用いることができる。プロセッサとしては、例えば、上述したように、ソフトウェア、すなわち、プログラムを実行することで、観察制御処理を実行するハードウェア資源として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵが挙げられる。また、プロセッサとしては、例えば、ＦＰＧＡ、ＰＬＤ、又はＡＳＩＣなど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が挙げられる。
【０２４１】
観察制御処理を実行するハードウェア資源は、上述した各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせ、又はＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。また、本開示の技術に係る観察制御処理を実行するハードウェア資源は１つのプロセッサであってもよい。
【０２４２】
１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアント及びサーバなどのコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが、観察制御処理を実行するハードウェア資源として機能する形態がある。第２に、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）などに代表されるように、観察制御処理を実行する複数のハードウェア資源を含むシステム全体の機能を１つのＩＣチップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、観察制御処理は、ハードウェア資源として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて実現される。
【０２４３】
更に、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた電気回路を用いることができる。
【０２４４】
以下、本実施形態の効果を示す。
【０２４５】
像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きを一致させることにより、培養容器の底面が傾いている場合であっても、撮像光学系の観察領域内の周辺部の画像のボケを抑制することができる。
【０２４６】
複数の動作部により、像面Ｓ２の傾き又は撮像面１６Ａの傾きを調整する傾き制御を行うことにより、１つの動作部のみで傾き制御を行う場合よりも調整可能な傾きの範囲を広げることができる。
【０２４７】
複数の動作部によりオートフォーカス制御を行うことにより、１つの動作部のみでオートフォーカス制御を行う場合よりも、高速にオートフォーカスを行うことができる。
【０２４８】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０２４９】
（付記１）
プロセッサと、撮像光学系と、焦点調節部とを含む観察装置であって、
前記プロセッサは、観察対象を支持する支持体の底面の位置を示す位置情報を取得し、
前記撮像光学系は、前記支持体に支持された前記観察対象を示す光学像を像面上に形成し、
前記焦点調節部は、前記プロセッサにより取得された前記位置情報に基づいて
前記撮像光学系の焦点位置を調節し、
前記プロセッサは、取得した前記位置情報に基づいて、前記光学像が形成された像面の
傾きと撮像素子の撮像面の傾きとを一致させる制御を行う。
【０２５０】
（付記２）
前記プロセッサは、電気回路である付記１に記載の観察装置。
【０２５１】
本明細書において、「Ａ及び／又はＢ」は、「Ａ及びＢのうちの少なくとも１つ」と同義である。つまり、「Ａ及び／又はＢ」は、Ａだけであってもよいし、Ｂだけであってもよいし、Ａ及びＢの組み合わせであってもよい、という意味である。また、本明細書において、３つ以上の事柄を「及び／又は」で結び付けて表現する場合も、「Ａ及び／又はＢ」と同様の考え方が適用される。
【０２５２】
本出願は、２０１７年１１月２２日出願の日本出願である特願２０１７−２２５１０４の優先権を主張するものであり、この出願の全内容は参照により本明細書に取り込まれる。また本明細書に記載された全ての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【図１】
2019102723.tif 000003
【図２】
2019102723.tif 000004
【図３】
2019102723.tif 000005
【図４】
2019102723.tif 000006
【図５】
2019102723.tif 000007
【図６】
2019102723.tif 000008
【図７】
2019102723.tif 000009
【図８】
2019102723.tif 000010
【図９】
2019102723.tif 000011
【図１０】
2019102723.tif 000012
【図１１】
2019102723.tif 000013
【図１２】
2019102723.tif 000014
【図１３】
2019102723.tif 000015
【図１４】
2019102723.tif 000016
【図１５】
2019102723.tif 000017
【図１６】
2019102723.tif 000018
【図１７】
2019102723.tif 000019
【図１８Ａ】
2019102723.tif 000020
【図１８Ｂ】
2019102723.tif 000021
【図１９】
2019102723.tif 000022
【図２０】
2019102723.tif 000023
【図２１】
2019102723.tif 000024
【図２２】
2019102723.tif 000025
【図２３】
2019102723.tif 000026
【図２４】
2019102723.tif 000027
【図２５】
2019102723.tif 000028
【図２６】
2019102723.tif 000029
【図２７】
2019102723.tif 000030
【図２８】
2019102723.tif 000031
【図２９】
2019102723.tif 000032
【図３０】
2019102723.tif 000033
【図３１】
2019102723.tif 000034
【図３２】
2019102723.tif 000035
【図３３】
2019102723.tif 000036
【図３４】
2019102723.tif 000037
【図３５】
2019102723.tif 000038
【図３６】
2019102723.tif 000039
【図３７】
2019102723.tif 000040
【図３８】
2019102723.tif 000041
【図３９】
2019102723.tif 000042
【図４０】
2019102723.tif 000043
【図４１】
2019102723.tif 000044
【図４２】
2019102723.tif 000045
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月20日(2020.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
第６の態様に係る観察装置は、第１の態様から第３の態様の何れか一つに係る観察装置において、撮像光学系は、光線を偏向する光線偏向光学系を更に含み、
制御部は、支持体の傾きを調整する制御を行う第１の制御、撮像光学系に含まれる少なくとも１つのレンズの動きを調整する制御を行う第２の制御、撮像面の傾きを調整する制御を行う第３の制御、及び光線偏向光学系によって光線を偏向させる制御を行う第４の制御のうちの複数の制御を行う、とされている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
対物レンズ１４ｂを含む位相差レンズ１４ａは、図２に示す動作部１５に含まれる第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。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。位相差レンズ１４ａ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、撮像部１６によって取得される位相差画像のコントラストが調整される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
また、第５の動作部１５Ｅは、位相差レンズ１４ａをＺ方向に移動させるものとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、対物レンズ１４ｂのみをＺ方向に移動させる構成としてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
また、撮像部１６は、図２に示す動作部１５に含まれる第３の動作部１５ＣによってＺ方向に移動される。なお、本実施形態においては、撮像部１６の撮像面１６Ａに垂直な方向とＺ方向とは同じ方向である。撮像部１６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、撮像部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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
また、撮像部１６は、図２に示す動作部１５に含まれる第８の動作部１５Ｊによって、互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動する。Ｘ方向及び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。なお一例として図４に示すように、第８の動作部１５Ｊは、水平方向に移動させるための公知の移動機構８０ａと、例えばモータ等の駆動源８０ｂとを含む。第８の動作部１５Ｊは後述する制御部２２から出力された制御信号に基づいて駆動され、第８の動作部１５Ｊと制御部２２とによって後述する抑制部８０が構成される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
また、第７の動作部１５Ｇはさらに、第１のウェッジプリズム７０Ａ及び第２のウェッジプリズム７０Ｂを、撮像光学系１４の光軸を中心にして各々回転させる回転機構７０ｂと、回転機構７０ｂを回転させるための例えばモータ等の駆動源７０ｃ−２とを含む。駆動源７０ｃ−１，７０ｃ−２は、後述する制御部２２から出力された制御信号に基づいて駆動される。制御部２２が、第１のウェッジプリズム７０Ａ及び第２のウェッジプリズム７０Ｂの少なくとも一方を回転させることにより、結像レンズ１４ｄから出射された光線を偏向させる。第１のウェッジプリズム７０Ａ及び第２のウェッジプリズム７０Ｂの回転方法については後で詳述する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
次にステップＳ３で、焦点調節部２４は、ステップＳ２において取得部２３Ａによって取得された位置情報に基づいてフォーカス制御量を取得する。焦点調節部２４は、上述したように、二次記憶部２５Ｂに記憶されたテーブルを参照して、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、撮像部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への印加電圧、及び光線偏向光学系７０の移動量をフォーカス制御量としてそれぞれ取得する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２９】
なお、本実施形態においては、制御部２２は、位置情報に基づく底面の位置が、像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きとを一致させる一致制御の実施を許可する範囲外に含まれる場合、及び／又は、位置情報に基づく底面の位置の規定時間当りの変位量が予め定められた閾値を超えた場合に、像面Ｓ２の傾きと撮像面１６Ａの傾きとを一致させる一致制御を禁止する制御を行う。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３８】
次に図８に戻り、ステップＳ６で、制御部２２は水平方向駆動部１７を駆動させて、第１の変位センサ１８ａによって培養容器５０の位置検出が行われた位置に向かって観察領域Ｒを移動させる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４０】
次に、ステップＳ８で、制御部２２は、取得した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。すなわち、制御部２２は、取得したフォーカス制御量に基づいて第１の動作部１５Ａ〜第７の動作部１５Ｇを制御することにより、結像レンズ１４ｄ、対物レンズ１４ｂ、及び光線偏向光学系７０の焦点距離を変更させ、結像レンズ１４ｄ、撮像部１６、ステージ５１、及び対物レンズ１４ｂをＺ方向に移動させる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６３】
また、第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇのうちの複数の動作部を使用することにより、１つの動作部のみでオートフォーカス制御を行う場合よりも、高速にオートフォーカス制御を行うことができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６９】
また、上記第１実施形態においては、動作部１５はオートフォーカス制御に使用するための複数の第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇを含み、その全てを使用してオートフォーカス制御を行うものとしたが、本開示の技術はこれに限定されるものではなく、第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇのうちの少なくとも１つ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。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７０】
また、上記第１実施形態においては、動作部１５はオートフォーカス制御に使用するための複数の第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇを含み、その全てを使用してオートフォーカス制御を行うものとしたが、本開示の技術はこれに限定されるものではなく、少なくとも第７の動作部１５Ｇの図６に示す回転機構７０ｂ及び駆動源７０ｃ−２を含み、かつ第１〜第６の動作部１５Ａ〜１５Ｆ及び第７の動作部１５Ｇの図６に示す移動機構７０ａ及び駆動源７０ｃ−１のうちの１つ以上を含んでいればよい。この場合、含まれた動作部の全てをオートフォーカス制御に使用しなくても、少なくとも１つの動作部を使用してオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７７】
[第３実施形態]
上記第１実施形態では、検出部１８は、２つの変位センサ１８ａ，１８ｂを備え、観察領域Ｒの移動方向の変更に応じて使用する変位センサ１８ａ，１８ｂを切り替えるようにしたが、本第３実施形態では、一例として図２２に示すように顕微鏡装置本体１０−３の検出部１９が１つの変位センサ１９ａを有し、観察領域Ｒの移動方向の変更に応じて、その変位センサの位置を切り替える場合について説明する。なお、本第３実施形態では、上記第１実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８１】
図２３は、観察領域Ｒの移動方向が、図２３の矢印方向（図２３の右方向）である場合における変位センサ１９ａの位置を示す図である。一方、図２４は、観察領域Ｒの移動方向が、図２４の矢印方向（図２４の左方向）である場合における変位センサ１９ａの位置を示す図である。観察領域Ｒの移動方向が図２３の矢印方向から図２４の矢印方向に変更された場合には、変位センサ１９ａは図２３に示す位置からガイド機構１９ｂのガイド部材に沿って移動し、図２４に示す位置に切り替えられる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８３】
第３実施形態の顕微鏡装置のその他の構成および作用については、第１実施形態の顕微鏡装置と同様である。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０４】
また、本第７実施形態の顕微鏡装置においては、動作部１５は、撮像部１６の傾きを調整する第１４の動作部１５Ｑを含む。第１４の動作部１５Ｑは、一例として圧電素子及び高電圧を印加させる駆動源を含み、制御部２２が像面Ｓ２の傾きに基づいて出力した制御信号に基づいて駆動する。ここで、制御部２２による撮像部１６の傾きの調整が、本開示の技術における第３の制御の一例である。なお第１４の動作部１５Ｑの構成は圧電素子に限定されず、撮像部１６を傾けることが可能なものであればよく、例えば各種モータ及び／又はソレノイド等を含むものであってもよいし、その他の公知な構成を用いることができる。また、本第７実施形態の顕微鏡装置においては、第１４の動作部１５Ｑにより撮像部１６を傾けるものとしたが、本開示の技術はこれに限られず、撮像素子を傾ける機構を設け、撮像素子のみを傾けるようにしてもよい。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１１】
なお、上記第１，第２，第４，第５，第７，及び第８実施形態の顕微鏡装置においては、第１の変位センサ１８ａ及び第２の変位センサ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３１に示すように、第５の変位センサ１８ａ−２及び第６の変位センサ１８ａ−３を第１の変位センサ１８ａを挟んでＹ方向に並べて設け、第７の変位センサ１８ｂ−２及び第８の変位センサ１８ｂ−３を第２の変位センサ１８ｂを挟んでＹ方向に並べて設けてもよい。この場合、制御部２２は第１，第５，第６の変位センサ１８ａ,１８ａ−２，１８ａ−３を同時に検出させ、第２，第７，第８の変位センサ１８ｂ,１８ｂ−２，１８ｂ−３を同時に検出させる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１３】
また、上記第３及び第６実施形態の顕微鏡装置においては、検出部１９が１つの変位センサ１９ａを有し、観察領域Ｒの移動方向の変更に応じて、その変位センサの位置を切り替えている。検出部１９は、変位センサ１９ａ、および変位センサ１９ａを案内してその位置を移動させるガイド機構１９ｂを備えているが、このガイド機構１９ｂにさらに図３２に示すように、第２の変位センサ１９ａ−２及び第３の変位センサ１９ａ−３を変位センサ１９ａが観察領域Ｒの右隣に位置する場合に、観察領域Ｒを挟んでＹ方向に並べて設けてもよい。なおガイド機構１９ｂはガイド部材に沿って変位センサ１９ａと共に第２の変位センサ１９ａ−２及び第３の変位センサ１９ａ−３を移動させる。ガイド部材は、撮像光学系１４を挟んでＸ方向について一方の側から他方の側に変位センサ１９ａ、第２の変位センサ１９ａ−２、及び第３の変位センサ１９ａ−３を移動させる。なお、この場合、制御部２２は変位センサ１９ａ及び第２，第３の変位センサ１９ａ−２，１９ａ−３を同時に検出させる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２２７】
そこで、二次記憶部２５Ｂに位置情報２７として培養容器５０の底面のＺ方向の位置情報を記憶しておく。具体的には、培養容器５０の底面の位置情報は、ステージ５１上に培養容器５０を設置して、顕微鏡装置１に設けられた検出部１８によって計測されるようにしてもよいし、培養容器５０の識別情報と予め計測された位置情報とを対応づけたテーブルを二次記憶部２５Ｂに記憶しておいてもよい。そして、ユーザが、入力装置４０を用いて培養容器５０の識別情報を設定入力し、その識別情報を有する培養容器５０の位置情報を二次記憶部２５Ｂから読み出すようにしてもよい。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２２８】
また、培養容器５０の識別情報については、ユーザが設定入力するのではなく、培養容器５０にバーコード及び／又はＱＲ（Ｑｕｉｃｋ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）コード（登録商標）などを付与し、そのバーコード及び／又はＱＲコード（登録商標）を読み取ることによって識別情報を取得するようにしてもよい。なお、培養容器５０の識別情報は、例えば製造メーカの型式番号であってもよいし、製造番号であってもよい。なお、必ずしも上記テーブルを二次記憶部２５Ｂに記憶しておかなくても、培養容器５０の識別情報から予め計測された位置情報を取得部２３Ａに取得させてもよい。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２３９】
また、上記各実施形態では、コンピュータを利用したソフトウェア構成により観察制御処理が実現される場合を例示したが、本開示の技術はこれに限定されるものではない。例えば、コンピュータを利用したソフトウェア構成に代えて、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣ等のハードウェア構成のみによって、観察制御処理が実行されるようにしてもよい。観察制御処理がソフトウェア構成とハードウェア構成との組み合わせた構成によって実行されるようにしてもよい。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２４７】
複数の動作部によりオートフォーカス制御を行うことにより、１つの動作部のみでオートフォーカス制御を行う場合よりも、高速にオートフォーカス制御を行うことができる。
【国際調査報告】
2019102723.tif 000046
2019102723.tif 000047