(57)【要約】【課題】偏斜照明の方向に関わらず、試料の安定した解析結果が得られる画像を取得する。【解決手段】培養容器７内に収容されている細胞を撮影する撮像素子２１と、撮像素子２１の光軸外の複数の照明方向から細胞を偏斜照明する偏斜照明装置２３と、培養容器７の位置と撮像素子２１の位置との関係を検出し、検出された培養容器７の位置と撮像素子２１の位置との関係に基づいて、偏斜照明装置２３の照明方向を切り替える制御部と、偏斜照明装置２３の照明方向に基づき、撮像素子２１により得られた細胞の画像に対して、偏斜照明により生じる細胞の陰影を軽減する処理を施す画像処理部とを備える観察装置１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に収容されている試料を撮影する撮像部と、
該撮像部の光軸外の複数の照明方向から前記試料を偏斜照明する偏斜照明部と、
前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係を検出する相対位置検出部と、
該相対位置検出部により検出された前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係に基づいて、前記偏斜照明部の前記照明方向を切り替える照明方向切替部と、
前記偏斜照明部の前記照明方向に基づき、前記撮像部により得られた前記試料の画像に対して、前記偏斜照明により生じる前記試料の陰影を軽減する処理を施す画像処理部とを備える観察装置。
【請求項２】
前記相対位置検出部が、前記容器が載置されるステージと、該ステージを少なくとも前記撮像部の光軸に交差する方向に移動させるステージ移動機構と、該ステージ移動機構による前記ステージの移動量に基づいて該ステージの位置を検出するステージ位置検出部とを備え、該ステージ位置検出部により検出された前記ステージの位置に基づいて、前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係を検出する請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記相対位置検出部が、前記容器に付されている所定のマークを検知するセンサを備え、該センサにより検知された前記所定のマークに基づいて、前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係を検出する請求項１に記載の観察装置。
【請求項４】
前記相対位置検出部が、前記容器を撮影するカメラと、該カメラにより得られた画像を解析する画像解析部とを備え、該画像解析部による前記画像の解析結果に基づいて、前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係を検出する請求項１に記載の観察装置。
【請求項５】
前記相対位置検出部が、前記容器を設置させる容器設置部と、該容器設置部において前記容器が接触した位置を感知するセンサとを備え、該センサにより感知された前記容器が接触した位置に基づいて、前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係を検出する請求項１に記載の観察装置。
【請求項６】
前記相対位置検出部が、前記撮像部を搭載して、少なくとも該撮像部の光軸に交差する方向に移動可能な撮像部移動機構と、該撮像部移動機構の位置情報に基づいて前記撮像部の位置を検出する撮像部位置検出部とを備え、該撮像部位置検出部により検出された前記撮像部の位置に基づいて、前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係を検出する請求項１または請求項３に記載の観察装置。
【請求項７】
前記偏斜照明部が、互いに独立して光量を変更可能な複数の光源と、これら複数の光源の光量を調整する光量調整部とを備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の観察装置。
【請求項８】
前記光量調整部が、複数の前記光源の点灯および消灯を切り替える請求項７に記載の観察装置。
【請求項９】
複数の前記光源が、前記撮像部の光軸回りに円環状に配列されている請求項７または請求項８に記載の観察装置。
【請求項１０】
複数の前記光源が、前記撮像部の周囲に該撮像部の光軸から径方向の互いに異なる位置に配置されている請求項７または請求項８に記載の観察装置。
【請求項１１】
前記偏斜照明部が、前記該撮像部の光軸に交差する方向に移動可能な光源と、該光源を移動させる光源移動機構とを備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の観察装置。
【請求項１２】
前記画像処理部が、前記試料に対する前記照明方向に沿って手前側ほど小さく奥側ほど大きいゲイン値からなるゲインマップに基づいて、前記試料の画像にゲイン値を乗算する請求項１から請求項１１のいずれかに記載の観察装置。
【請求項１３】
前記画像処理部が、前記試料の画像に対して、フーリエ変換を施し、該フーリエ変換後の前記画像における前記試料に対する前記照明方向に沿う周波数の内の前記陰影に関する周波数成分を含む領域に−１を乗算した後、逆フーリエ変換を施す請求項１から請求項１２のいずれかに記載の観察装置。
【請求項１４】
前記画像処理部が、前記フーリエ変換後の前記画像にハイパスフィルタを適用する請求項１３に記載の観察装置。
【請求項１５】
試料を収容する容器の位置と該容器内の前記試料を撮影する撮像部の位置との関係に基づいて、前記試料を偏射照明する照明方向を切り替える切替工程と、
該切替工程により切り替えられた前記照明方向から前記試料を前記偏射照明する照明工程と、
該照明工程により前記偏射照明された前記試料を前記撮像部により撮影する撮影工程と、
前記偏射照明の前記照明方向に基づき、前記撮像部により得られた前記試料の画像に対して、前記偏斜照明により生じる前記試料の陰影を軽減する処理を施す画像処理工程とを含む観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察装置および観察方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、培養中の細胞を偏斜照明して、その細胞の画像を取得する観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の観察装置は、容器の下方において対物レンズの周囲に複数のＬＥＤ光源を配置し、各ＬＥＤ光源から射出させた照明光を容器の上方に配されている天板で反射させて、細胞に対して斜め上方から照明するものであり、点灯するＬＥＤ光源を切り替えることにより、異なる方向から偏斜照明することができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２０１６／１５８７８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、培養細胞の画像を処理して細胞を抽出し、細胞の数や大きさ、密度を求める等の解析を行うことがあるが、特許文献１に記載の観察装置では、照明方向に応じて細胞における陰影の付き方が異なり、偏斜照明の方向を切り替えると画像上の細胞の形状が変化してしまう。そのため、細胞に対する照明方向に応じて、画像上の細胞の解析結果が安定しないという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、偏斜照明の方向に関わらず、試料の安定した解析結果が得られる画像を取得することができる観察装置および観察方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１態様は、容器内に収容されている試料を撮影する撮像部と、該撮像部の光軸外の複数の照明方向から前記試料を偏斜照明する偏斜照明部と、前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係を検出する相対位置検出部と、該相対位置検出部により検出された前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係に基づいて、前記偏斜照明部の前記照明方向を切り替える照明方向切替部と、前記偏斜照明部の前記照明方向に基づき、前記撮像部により得られた前記試料の画像に対して、前記偏斜照明により生じる前記試料の陰影を軽減する処理を施す画像処理部とを備える観察装置である。
【０００７】
本態様によれば、容器に収容されている試料が偏斜照明部により偏斜照明されて、撮像部により撮影される。また、相対位置検出部により検出される容器の位置と撮像部の位置との関係に基づいて、照明方向切替部により偏斜照明部の照明方向が切り替えられる。これにより、容器の位置や形状等に応じて試料への照明が遮られることを回避し、試料を効率よく偏斜照明することができる。
【０００８】
この場合において、照明方向に応じて試料における陰影の付き方が異なり、偏斜照明の方向を切り替えると画像上の試料の形状が変化してしまうが、画像処理部により、照明方向に基づいて、撮像部により得られた試料の画像に対して偏斜照明により生じる試料の陰影を軽減する処理を施すことで、照明方向が異なる画像間の試料の形状の変化を抑制することができる。したがって、偏斜照明の方向に関わらず、試料の安定した解析結果が得られる画像を取得することができる。
【０００９】
上記態様においては、前記相対位置検出部が、前記容器が載置されるステージと、該ステージを少なくとも前記撮像部の光軸に交差する方向に移動させるステージ移動機構と、該ステージ移動機構による前記ステージの移動量に基づいて該ステージの位置を検出するステージ位置検出部とを備え、該ステージ位置検出部により検出された前記ステージの位置に基づいて、前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係を検出することとしてもよい。
【００１０】
このように構成することで、ステージの位置は、ステージ移動機構による移動量に基づいて容易に分かる。また、容器はステージと一体的に移動する。したがって、ステージ位置検出部により検出されるステージの位置に基づいて、容器の位置を容易に検出することができる。これにより、撮像部の位置と容器の位置との関係の検出を容易かつ正確にすることができる。
【００１１】
上記態様においては、前記相対位置検出部が、前記容器に付されている所定のマークを検知するセンサを備え、該センサにより検知された前記所定のマークに基づいて、前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係を検出することとしてもよい。
【００１２】
このように構成することで、容器全体を検出する必要がなく、センサにより所定のマークを検知するだけで容器の位置を容易に検出することができる。これにより、撮像部の位置と容器の位置との関係の検出を容易かつ正確にすることができる。
【００１３】
上記態様においては、前記相対位置検出部が、前記容器を撮影するカメラと、該カメラにより得られた画像を解析する画像解析部とを備え、該画像解析部による前記画像の解析結果に基づいて、前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係を検出することとしてもよい。
【００１４】
このように構成することで、画像解析部により容器の画像を解析して得られる情報から容器の位置を容易かつ正確に検出することができる。これにより、撮像部の位置と容器の位置との関係の検出を容易かつ正確にすることができる。
【００１５】
上記態様においては、前記相対位置検出部が、前記容器を設置させる容器設置部と、該容器設置部において前記容器が接触した位置を感知するセンサとを備え、該センサにより感知された前記容器が接触した位置に基づいて、前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係を検出することとしてもよい。
【００１６】
このように構成することで、センサにより容器設置部上の容器が接触した位置を感知するだけで、容器の位置を容易かつ正確に検出することができる。これにより、撮像部の位置と容器の位置との関係の検出を容易かつ正確にすることができる。
【００１７】
上記態様においては、前記相対位置検出部が、前記撮像部を搭載して、少なくとも該撮像部の光軸に交差する方向に移動可能な撮像部移動機構と、該撮像部移動機構の位置情報に基づいて前記撮像部の位置を検出する撮像部位置検出部とを備え、該撮像部位置検出部により検出された前記撮像部の位置に基づいて、前記容器の位置と前記撮像部の位置との関係を検出ることとしてもよい。
【００１８】
このように構成することで、撮像部移動機構により、容器の位置や容器内の試料の位置に合わせて撮像部の位置を変更して、所望の試料を確実に撮影することができる。この場合において、撮像部を移動した場合であっても、撮像部位置検出部により移動後の撮像部の位置が容易に分かる。これにより、撮像部の位置と容器の位置との関係の検出を容易かつ正確にすることができる。
【００１９】
上記態様においては、前記偏斜照明部が、互いに独立して光量を変更可能な複数の光源と、これら複数の光源の光量を調整する光量調整部とを備えることとしてもよい。
このように構成することで、光量調整部により各光源の光量を個別に変更し、容器の位置や形状に合わせて所望の単一または複数の光源により試料を偏斜照明することができる。
【００２０】
上記態様においては、前記光量調整部が、複数の前記光源の点灯および消灯を切り替えることとしてもよい。
このように構成することで、所望しない方向からの偏斜照明を回避し、所望の方向からのみ試料を偏斜照明することができる。
【００２１】
上記態様においては、複数の前記光源が、前記撮像部の光軸回りに円環状に配列されていることとしてもよい。
このように構成することで、照明させる光源の周方向位置を切り替えることにより、周方向に異なる方向から照明された試料の像を撮影することができる。
【００２２】
上記態様においては、複数の前記光源が、前記撮像部の周囲に該撮像部の光軸から径方向の互いに異なる位置に配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、照明させる光源の径方向位置を切り替えることにより、撮像部の光軸に沿う方向に異なる角度で照明された試料の像を撮影することができる。すなわち、撮像部の光軸の径方向に近い位置に配された光源からは、撮像部の光軸に対して小さい角度で試料を偏斜照明する一方、撮像部の光軸の径方向に遠い位置に配された光源からは、撮像部の光軸に対して大きい角度で試料を偏斜照明することができる。
【００２３】
上記態様においては、前記偏斜照明部が、前記該撮像部の光軸に交差する方向に移動可能な光源と、該光源を移動させる光源移動機構とを備えることとしてもよい。
このように構成することで、光源移動機構により光源の位置を変更することによって、少ない数の光源で照明方向を切り替えて試料を偏斜照明することができる。
【００２４】
上記態様においては、前記画像処理部が、前記試料に対する前記照明方向に沿って手前側ほど小さく奥側ほど大きいゲイン値からなるゲインマップに基づいて、前記試料の画像にゲイン値を乗算することとしてもよい。
このように構成することで、照明方向に応じて画像上に生じるシェーディングを抑制することができる。
【００２５】
上記態様においては、前記画像処理部が、前記試料の画像に対して、フーリエ変換を施し、該フーリエ変換後の前記画像における前記試料に対する前記照明方向に沿う周波数の内の前記陰影に関する周波数成分を含む領域に−１を乗算した後、逆フーリエ変換を施すこととしてもよい。
このように構成することで、試料の画像における照明方向に沿う周波数の位相をずらすことができる。この場合において、試料の縁などの高周波成分は見た目上の変化が小さいのでそのまま残り、試料の陰影などの中周波成分は見た目上の変化が大きいので減少する。したがって、偏斜照明により生じる試料の陰影を効率的に軽減することができる。
【００２６】
上記態様においては、前記画像処理部が、前記フーリエ変換後の前記画像にハイパスフィルタを適用することとしてもよい。
このように構成することで、フーリエ変換後の画像における試料の縁や陰影以外であって色の変化が少ない部分である低周波成分を除去することができる。これにより、フーリエ変換後の画像の一部の領域に−１が乗算されることによって低周波成分において発生する縞模様を削減し、画質を向上することができる。
【００２７】
本発明の第２態様は、試料を収容する容器の位置と該容器内の前記試料を撮影する撮像部の位置との関係に基づいて、前記試料を偏射照明する照明方向を切り替える切替工程と、該切替工程により切り替えられた前記照明方向から前記試料を前記偏射照明する照明工程と、該照明工程により前記偏射照明された前記試料を前記撮像部により撮影する撮影工程と、前記偏射照明の前記照明方向に基づき、前記撮像部により得られた前記試料の画像に対して、前記偏斜照明により生じる前記試料の陰影を軽減する処理を施す画像処理工程とを含む観察方法である。
【００２８】
本態様によれば、切替工程により容器の位置と撮像部の位置との関係に基づいて切り替えられる偏斜照明の照明方向から照明工程により試料が偏射照明され、撮影工程によりその試料が撮影される。これにより、容器の位置や形状等に応じて試料への照明が遮られることを回避し、試料を効率よく偏斜照明することができる。
【００２９】
この場合において、画像処理工程により、照明方向に基づいて、撮影工程により得られた試料の画像に対して偏斜照明により生じる試料の陰影を軽減する処理が施されることで、照明方向が異なる画像間の試料の形状の変化を抑制することができる。したがって、偏斜照明の方向に関わらず、試料の安定した解析結果が得られる画像を取得することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、偏斜照明の方向に関わらず、試料の安定した解析結果が得られる画像を取得することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る観察装置の概略構成図である。
【図２】図１の観察装置を示すブロック図である。
【図３】ＬＥＤ光源の配置の一例を撮像光軸に沿う方向に見た平面図である。
【図４】培養容器の中央を観察する場合の照明方向の一例を示す図である。
【図５】培養容器の左端を観察する場合の照明方向の一例を示す図である。
【図６】培養容器の右端を観察する場合の照明方向の一例を示す図である。
【図７】ゲインマップの一例を示す図である。
【図８】フーリエ変換後の画像に−1を乗算する処理を説明する図である。
【図９】フーリエ変換後の画像にハイパスフィルタを適用する処理を説明する図である。
【図１０】発明の一実施形態に係る観察方法を説明するフローチャートである。
【図１１】複数のＬＥＤ光源を培養容器の斜め上方に配置した変形例の構成を示す斜視図である。
【図１２】複数のＬＥＤ光源を円環状に配列させた変形例の構成を撮像光軸に沿う方向に見た平面図である。
【図１３】ＬＥＤ光源と撮像素子を所定の回転軸回りに移動可能に配置した変形例の構成を撮像光軸に沿う方向に見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の一実施形態に係る観察装置および観察方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る観察装置１は、図１および図２に示すように、細胞（試料、図示略）の画像を取得する撮像装置３と、撮像装置３の制御、画像情報の記憶・処理等を行うＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ）５とを備えている。
【００３３】
撮像装置３は、細胞を収容した培養容器（容器）７を載置する光学的に透明なガラス板１１を有する筐体１３と、ガラス板１１上で培養容器７を突き当てて位置決めする位置決め部１５と、筐体１３内のガラス板１１の下方に配置され、培養容器７内の細胞を撮影する撮像ユニット１７とを備えている。
【００３４】
培養容器７は、例えば、天板を有する細胞培養フラスコであり、全体的に光学的に透明な樹脂により形成されている。細胞は、培養容器７に収容されてインキュベータ（Ｉｎｃｕｂａｔｏｒ）９に投入され、インキュベータ９において培養される。
【００３５】
ガラス板１１は、例えば、矩形状に形成されており、筐体１３の上面に配置されている。例えば、ガラス板１１の短手方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、ガラス板１１の厚さ方向をＺ方向とする。
【００３６】
位置決め部１５は、例えば、ガラス板１１の角部の１つに設けられており、Ｚ方向に立ち上がり、Ｘ方向およびＹ方向に延びる突き当て面１５ａを有している。この位置決め部１５は、ガラス板１１に載置された培養容器７が突き当て面１５ａに突き当てられることにより、培養容器７をＸ方向およびＹ方向に位置決めすることができるようになっている。したがって、培養容器７の位置は、位置決め部１５により一定である。
【００３７】
撮像ユニット１７は、細胞からガラス板１１を透過してくる光を受光して細胞を撮影する撮像素子（撮像部）２１と、ガラス板１１を透過して上方に照明光を射出する偏斜照明装置（偏斜照明部）２３と、撮像素子２１と偏斜照明装置２３をガラス板１１の下方で撮像光軸に交差する方向に一体的に移動させる移動機構２５とを備えている。
【００３８】
撮像素子２１は、Ｚ方向に沿って延びる撮像光軸を有し、ガラス板１１に対向して配置されている。撮像素子２１により取得された細胞の画像情報はＰＣ５に送られるようになっている。
【００３９】
偏斜照明装置２３は、図３に示すように、撮像素子２１の周囲に周方向に等間隔をあけて配置された複数（本実施形態においては４個。）のＬＥＤ光源２７（以下、個別にＬＥＤ光源２７Ａ、ＥＤ光源２７Ｂ、ＬＥＤ光源２７Ｃ、ＬＥＤ光源２７Ｄともいう。）を備えている。これら４つのＬＥＤ光源２７の内の２つは撮像素子２１を間に挟んでＸ方向に間隔を空けて配置され、残りの２つは撮像素子２１を間に挟んでＹ方向に間隔を空けて配置されている。
【００４０】
各ＬＥＤ光源２７は、ガラス板１１の下方から斜め上方に向かって照明光を射出してガラス板１１および培養容器７の底面を透過させた後、培養容器７の天板において照明光を反射させて、斜め上方から細胞に照明光を照射するようになっている。この偏斜照明装置２３は、各ＬＥＤ光源２７を独立して点灯させることができるようになっている。
【００４１】
ＰＣ５は、図２に示すように、ユーザからの入力に従い各種設定を行ったり撮像ユニット１７を制御したりする制御部（相対位置検出部、照明方向切替部、光量調整部）３１と、容器情報と画像情報を記憶する記憶部３３と、撮像装置３により得られた細胞の画像を処理する画像処理部３５とを備えている。
【００４２】
制御部３１は、移動機構２５から撮像素子２１の位置情報を読み出すようになっている。また、制御部３１は、移動機構２５の位置情報に基づいて、撮像素子２１の位置と位置決め部１５により位置決めされた培養容器７の位置との関係（相対位置）を検出するようになっている。
【００４３】
また、制御部３１は、例えば、照明光が培養容器７の周縁部７ａ（図４，５，６参照。）を通過しないように、検出した培養容器７の位置と撮像素子２１の位置との関係と、記憶部３３に記憶されている培養容器７の形状とに基づいて、偏斜照明装置２３の照明方向を切り替えるようになっている。例えば、制御部３１は、撮像素子２１の撮像光軸（図４において鎖線で示す。）から各ＬＥＤ光源２７に向けて直線を延ばした場合に、それぞれの直線の延長にある培養容器７の周縁部７ａまでの距離が最も遠いＬＥＤ光源２７を選択して点灯させるようになっている。
【００４４】
より具体的には、図４に示すように、培養容器７の中央を観察する場合は、ＬＥＤ光源２７Ａ、２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄのいずれを点灯しても照明光は遮られない（どのＬＥＤ光源２７を点灯してもよい。）。移動機構２５により撮像素子２１および４つのＬＥＤ光源２７を移動させ、培養容器７の左端（図５において紙面に対して培養容器７の中央よりも左側）または培養容器７の右端（図６において紙面に対して培養容器７の中央よりも右側）を観察する場合は、培養容器７の周縁部７ａ寄りのＬＥＤ光源２７から発せられる照明光は培養容器７のその周縁部７ａで遮られてしまう。図４，５，６において、符号Ｓは観察位置を示している。
【００４５】
本実施形態では、制御部３１が、培養容器７の左端を観察する図５の場合は紙面に対して右側のＬＥＤ光源２７Ｂを点灯させ、培養容器７の右端を観察する図６の場合は紙面に対して左側のＬＥＤ光源２７Ａを点灯させるようになっている。また、制御部３１は、同様に、培養容器７の図４における紙面奥側を観察する場合は、図３に示すＬＥＤ光源２７Ｄを点灯させ、培養容器７の図４における紙面手前側を観察する場合は、図３に示すＬＥＤ光源２７Ｃを点灯させるようになっている。このようにすることで、培養容器７の周縁部７ａで照明光が遮られることなく適切な偏射照明が可能となる。制御部３１により点灯されているＬＥＤ光源２７の位置情報は、偏斜照明装置２３の照明方向に関する情報として画像処理部３５に送られるようになっている。
【００４６】
画像処理部３５は、制御部３１から送られてくる偏斜照明装置２３の照明方向に関する情報に基づいて、撮像素子２１により得られた細胞の画像に対して、偏斜照明により生じる細胞の陰影を軽減する処理を施すようになっている。
【００４７】
具体的には、画像処理部３５は、細胞に対する照明方向に沿って手前側ほど小さく奥側ほど大きいゲイン値からなる図７に示すようなゲインマップを作成し、作成したゲインマップに基づいて、細胞の画像にゲイン値を乗算するようになっている。また、画像処理部３５は、細胞の画像に対してフーリエ変換を施し、図８に示すように、フーリエ変換後の画像における細胞に対する照明方向に沿う周波数の内の陰影に関する周波数成分を含む領域（図８においてハッチングされた領域。）に−１を乗算するようになっている。続いて、画像処理部３５は、図９に示すように、フーリエ変換後の画像にハイパスフィルタを適用し、その後、細胞の画像に逆フーリエ変換を施すようになっている。
【００４８】
また、本実施形態に係る観察方法は、図１０のフローチャートに示すように、細胞を収容する培養容器７の位置と培養容器７内の細胞を撮影する撮像素子２１の位置との関係に基づいて、細胞を偏射照明する照明方向を切り替える切替工程Ｓ１と、切替工程Ｓ１により切り替えられた照明方向から細胞Ｓを偏射照明する照明工程Ｓ２と、照明工程Ｓ２により偏射照明された細胞を撮像素子２１により撮影する撮影工程Ｓ３と、偏射照明の照明方向に基づき、撮像素子２１により得られた細胞の画像に対して、偏斜照明により生じる細胞の陰影を軽減する処理を施す画像処理工程Ｓ４とを含んでいる。
【００４９】
このように構成された観察装置１および観察方法の作用について説明する。
本実施形態に係る観察装置１により細胞を観察するには、まず、ユーザは、細胞を収容した培養容器７を撮像装置３のガラス板１１上に載置し、培養容器７を位置決め部１５に突き当てて位置決めする。これにより、培養容器７は予め決められた一定の位置となる。そして、ユーザは、ＰＣ５により培養容器７内の複数の撮影位置を設定する。また、移動機構２５により撮像素子２１および偏斜照明装置２３の位置を調整する。
【００５０】
ユーザが撮影位置を設定すると、制御部３１により、移動機構２５から撮像素子２１の位置情報が読み出され、培養容器７の位置と撮像素子２１の位置との関係が検出される。そして、制御部３１により、検出された培養容器７の位置と撮像素子２１の位置との関係と培養容器７の形状とに基づいて、例えば、撮像素子２１の撮像光軸から各のＬＥＤ光源２７に向けて直線を伸ばした場合に、それぞれの直線の延長にある培養容器７の縁までの距離が１番遠いＬＥＤ光源２７が選択されて点灯される（切替工程Ｓ１）。
【００５１】
制御部３１により選択されたＬＥＤ光源２７から斜め上方に向かって射出された照明光は、ガラス板１１および培養容器７の底面を下から上に向かって透過し、培養容器７の天板において反射されて斜め上方から細胞に照射される（照明工程Ｓ２）。
【００５２】
細胞に照射された照明光の内、細胞を透過した照明光の透過光は、培養容器７の底面およびガラス板１１を上から下に向かって透過して、撮像素子２１により受光される。この際、照明光は細胞の形状や屈折率によって屈折、散乱され、あるいは、細胞の透過率によって減光されることで、細胞の情報を載せた透過光となって撮像素子２１により撮影される（撮影工程Ｓ３）。
【００５３】
撮像素子２１により取得された細胞の画像情報は、制御部３１から送られる偏斜照明装置２３の照明方向に関する情報と対応付けられて、画像処理部３５に送られる。
【００５４】
続いて、画像処理部３５により、制御部３１から送られてきた偏斜照明装置２３の照明方向に関する情報に基づいて、細胞に対する照明方向に沿って手前側ほど小さく奥側ほど大きいゲイン値からなる図７に示すようなシェーディング補正用のゲインマップが作成される。そして、画像処理部３５により、作成されたシェーディング補正用のゲインマップに基づいて、細胞の画像にゲイン値が乗算される（画像処理工程Ｓ４）。これにより、照明方向に応じて画像上に生じるシェーディングを抑制することができる。
【００５５】
次いで、画像処理部３５により、細胞の画像に対してフーリエ変換が施され、図８に示すように、フーリエ変換後の画像における細胞に対する照明方向に沿う周波数の内の陰影に関する周波数成分を含む領域に−１が乗算される（画像処理工程Ｓ４）。これにより、細胞の画像における照明方向に沿う周波数の位相をずらすことができる。この場合において、細胞の縁などの高周波成分は見た目上の変化が小さいのでそのまま残り、細胞の陰影などの中周波成分は見た目上の変化が大きいので減少する。したがって、偏斜照明により生じる細胞の陰影を効率的に軽減することができる。
【００５６】
続いて、画像処理部３５により、図９に示すように、フーリエ変換後の細胞の画像にハイパスフィルタが適用され、その後、逆フーリエ変換が施される（画像処理工程Ｓ４）。これにより、フーリエ変換後の画像における細胞の縁や陰影以外であって色の変化が少ない部分である低周波成分を除去することができる。したがって、フーリエ変換後の画像の一部の領域に−１が乗算される処理によって低周波成分において発生する縞模様を削減し、画質を向上することができる。
画像処理部３５により画像処理された細胞の画像は記憶部３３に記憶される。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態に係る観察装置１によれば、培養容器７の位置と撮像素子２１の位置との関係に基づいて照明方向が切り替えられて、培養容器７内の細胞が偏斜照明されることで、培養容器７の位置や形状等に応じて細胞への照明が遮られることを回避し、細胞を効率よく偏斜照明することができる。
【００５８】
この場合において、照明方向に応じて細胞における陰影の付き方が異なり、偏斜照明の方向を切り替えると画像上の細胞の形状が変化してしまうが、画像処理部３５により、照明方向に基づいて、細胞の画像に対して偏斜照明により生じる細胞の陰影を軽減する処理が施されることで、照明方向が異なる画像間の細胞の形状の変化を抑制することができる。したがって、偏斜照明の方向に関わらず、細胞の安定した解析結果が得られる画像を取得することができる。
【００５９】
本実施形態においては、制御部３１が、点灯させるＬＥＤ光源２７を切り替えることで偏斜照明装置２３の照明方向を切り替えることとしたが、複数のＬＥＤ光源２７を点灯させたまま、それらの光量の低減と増大とを切り替えることで、偏斜照明装置２３の照明方向を切り替えることとしてもよい。
【００６０】
また、本実施形態は、以下のように変形することができる。
第１変形例は、ユーザにより培養容器７の位置情報が入力される位置情報入力部を採用することしてもよい。
【００６１】
この場合、例えば、ＰＣ５がマウスやキーボード等の位置情報入力部を備え、ユーザが撮像装置３のガラス板１１上の培養容器７の位置情報をＰＣ５の位置情報入力部により入力することとしてもよい。
このようにすることで、ユーザが入力した培養容器７の位置情報をそのまま培養容器７の位置として用いることができる。
【００６２】
第２変形例は、撮像装置３が、ガラス板１１に代えて、相対位置検出部として、培養容器７を載置するステージと、ステージを少なくとも撮像素子２１の撮像光軸に交差する方向に移動させるステージ移動機構と、ステージ移動機構によるステージの移動量に基づいてステージの位置を検出するステージ位置検出部（いずれも図示略）とを備えることとしてもよい。この場合、位置決め部１５は、ステージ上で培養容器７を位置決めすることとすればよい。
【００６３】
このようにすることで、ステージ移動機構による移動量に基づいてステージの位置が容易に分かり、また、位置決め部１５によりステージ上で位置決めされた培養容器７はステージと一体的に移動する。したがって、ステージ位置検出部により検出されるステージの位置に基づいて、制御部３１により、撮像素子（撮像部）２１の位置と培養容器７の位置との関係（相対位置）を容易に検出することができる。
【００６４】
第３変形例は、培養容器７に所定のマークを付しておき、撮像装置３が、相対位置検出部として、培養容器７に付されている所定のマークを読み取ってマークの位置を検知するセンサ（図示略）を備えることとしてもよい。
【００６５】
このようにすることで、培養容器７全体を検出する必要がなく、センサにより所定のマークを検知するだけで培養容器７の位置を容易に検出することができる。したがって、センサにより検知される所定のマークの位置に基づいて、制御部３１により、撮像素子（撮像部）２１の位置と培養容器７の位置との関係（相対位置）を容易に検出することができる。
【００６６】
第４変形例は、撮像装置３が、相対位置検出部として、培養容器７全体を撮影するカメラと、カメラにより得られた培養容器７の画像を解析する画像解析部（いずれも図示略）とを備えることとしてもよい。
【００６７】
このようにすることで、画像解析部により培養容器７全体の画像を解析して得られる情報から培養容器７の位置を容易かつ正確に検出することができる。したがって、画像解析部による培養容器７の画像の解析結果に基づいて、制御部３１により、撮像素子（撮像部）２１の位置と培養容器７の位置との関係（相対位置）を容易に検出することができる。
【００６８】
第５変形例は、撮像装置３が、ガラス板１１に代えて、相対位置検出部として、培養容器７を設置させるタッチパネル（容器設置部）と、タッチパネルにおいて培養容器７が接触した位置を重さ等で感知するセンサ（いずれも図示略）とを備えることとしてもよい。
【００６９】
このようにすることで、センサによりタッチパネル上の培養容器７が接触した位置を感知するだけで、培養容器７の位置を容易かつ正確に検出することができる。したがって、センサにより感知された培養容器７が接触した位置に基づいて、制御部３１により、撮像素子（撮像部）２１の位置と培養容器７の位置との関係（相対位置）を容易に検出することができる。
【００７０】
また、上記実施形態においては、４つのＬＥＤ光源２７を撮像素子２１の周囲に配置することとしたが、これに代えて、以下のように変形することができる。
第６変形例としては、例えば、図１１に示すように、撮像素子２１はガラス板１１の下方に配置したまま、複数（図１１に示す例では４個。）のＬＥＤ光源２７をガラス板１１の斜め上方に周方向に間隔を空けて配置することとしてもよい。
【００７１】
この場合、図１１に示すように、鉛直方向に延びる支柱３７をガラス板１１の周囲に複数配置し、これらの支柱３７により培養容器７の斜め上方にて各ＬＥＤ光源２７を支持することとしてもよい。
このように構成することで、ガラス板１１を透過させることなく、培養容器７内の細胞に対して斜め上方から照明光を照射することができる。これにより、ガラス板１１を透過することによる照明光の光量ロスを回避することができる。
【００７２】
第７変形例としては、例えば、図１２に示すように、複数（図１２に示す例では１６個。）のＬＥＤ光源２７を撮像素子２１の周囲に円環状に配列することとしてもよい。この場合、撮像素子２１とともに各ＬＥＤ光源２７もガラス板１１の下方に配置することとしてもよいし、撮像素子２１はガラス板１１の下方に配置し、各ＬＥＤ光源２７はガラス板１１の斜め上方に配置することとしてもよい。
このようにすることで、照明させるＬＥＤ光源２７の周方向位置を切り替えることにより、周方向に異なる方向から照明された細胞の像を撮影することができる。
【００７３】
第８変形例としては、複数のＬＥＤ光源２７を撮像素子２１の周囲に撮像光軸から径方向の互いに異なる位置に配置することとしてもよい。
このようにすることで、照明させるＬＥＤ光源２７の径方向位置を切り替えることにより、撮像素子２１の撮像光軸に沿う方向に異なる角度で照明された細胞の像を撮影することができる。すなわち、撮像光軸の径方向に近い位置に配されたＬＥＤ光源２７からは、撮像光軸に対して小さい角度で細胞を偏斜照明する一方、撮像光軸の径方向に遠い位置に配されたＬＥＤ光源２７からは、撮像光軸に対して大きい角度で細胞を偏斜照明することができる。
【００７４】
第９変形例としては、例えば、図１３に示すように、偏斜照明装置２３が、撮像素子２１の撮像光軸に交差する方向に移動可能なＬＥＤ光源２７と、ＬＥＤ光源２７を移動させる光源移動機構とを備えることとしてもよい。
【００７５】
この場合、光源移動機構として、図１３に示すような撮像素子２１の撮像光軸に沿う所定の回転軸回りに回転可能なターレット３９を採用することとしてもよい。そして、ターレット３９上にＬＥＤ光源２７を取り付けて、ターレット３９を回転させることで、ＬＥＤ光源２７を撮像素子２１を中心として周方向に移動させることとしてもよい。
このようにすることで、ターレット３９によりＬＥＤ光源２７の位置を変更することによって、少ない数のＬＥＤ光源２７で照明方向を切り替えて細胞を偏斜照明することができる。
【００７６】
また、第１０変形例としては、観察装置１が、相対位置検出部として、撮像素子２１を搭載して、少なくとも撮像素子２１の撮像光軸に交差する方向に移動可能な撮像部移動機構と、撮像部移動機構の位置情報に基づいて撮像素子２１の位置を検出する撮像部位置検出部（いずれも図示略）とを備えることとしてもよい。
【００７７】
このようにすることで、撮像部移動機構により、培養容器７の位置や形状、培養容器７内の細胞の位置に合わせて撮像素子２１の位置を変更して、所望の細胞を確実に撮影することができる。この場合において、撮像素子２１を移動した場合であっても、撮像部位置検出部により移動後の撮像素子２１の位置が容易に分かる。したがって、撮像部位置検出部により検出された撮像素子２１の位置に基づいて、制御部３１により、撮像素子（撮像部）２１の位置と培養容器７の位置との関係（相対位置）を容易に検出することができる。
【００７８】
また、第１１変形例としては、移動機構２５を備えず、撮像装置３は固定にするとともに培養容器７を搭載するガラス板１１も固定とし、ユーザが撮像素子２１による画像観察を行いながらガラス板１１上の培養容器７の位置を手動で動かすこととしてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１      観察装置
７      培養容器（容器）
２１    撮像素子（撮像部）
２３    偏斜照明装置（偏斜照明部）
３１    制御部（相対位置検出部、照明方向切替部、光量調整部）
３５    画像処理部
Ｓ１    切替工程
Ｓ２    照明工程
Ｓ３    撮影工程
Ｓ４    画像処理工程
【図１】
2018185454.tif 000003
【図２】
2018185454.tif 000004
【図３】
2018185454.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018185454.tif 000007
【図６】
2018185454.tif 000008
【図７】
2018185454.tif 000009
【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】
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