(57)【要約】【課題】撮像時の撹拌翼又は撹拌子の写り込み、前記撹拌翼又は撹拌子による照明の反射光及び散乱光の写り込みによる画質劣化、及び観察対象物の運動による画像ボケを最小限に抑えることができる撹拌微小物体観察装置の提供。【解決手段】容器内で撹拌される液体に含まれる微小物体を、前記容器の底面から前記容器の内部方向へ撮像する撮像手段と、前記容器の内部を照明する照明手段と、前記液体の撹拌に用いられる回転運動する撹拌翼又は撹拌子の位置を検出する位置情報検出手段と、前記位置情報検出手段により検出した前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する手段と、を有する撹拌微小物体観察装置である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内で撹拌される液体に含まれる微小物体を、前記容器の底面から前記容器の内部方向へ撮像する撮像手段と、
前記容器の内部を照明する照明手段と、
前記液体の撹拌に用いられる回転運動する撹拌翼又は撹拌子の位置を検出する位置情報検出手段と、
前記位置情報検出手段により検出した前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する手段と、を有することを特徴とする撹拌微小物体観察装置。
【請求項２】
前記照明手段が、前記容器の側面から下底面側に向かって光を照射する請求項１に記載の撹拌微小物体観察装置。
【請求項３】
前記位置情報検出手段が、フォトセンサである請求項１から２のいずれかに記載の撹拌微小物体観察装置。
【請求項４】
容器内で撹拌される液体に含まれる微小物体を、前記容器の底面から前記容器の内部方向へ撮像する撮像工程と、
前記容器の内部を照明する照明工程と、
前記液体の撹拌に用いられる回転運動する撹拌翼又は撹拌子の位置を検出する位置情報検出工程と、
前記位置情報検出工程により検出した前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する工程と、を含むことを特徴とする撹拌微小物体観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撹拌微小物体観察装置、及び撹拌微小物体観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、撹拌機、撹拌羽、インペラ、撹拌子、及び回転子などと呼ばれる撹拌器具を用いて容器内の液体を撹拌する装置は様々な分野において用いられている。
【０００３】
また、撹拌容器に温度やｐＨなどのセンサ類、温度調節機器等の環境制御機器によって溶液の状態をモニターする装置が開発されている。
【０００４】
例えば、撹拌子で容器内の液体を撹拌しながら、前記容器の側面からレーザー光を照射し、蛍光材料で染色した微生物の蛍光強度を測定することにより、液体中の微生物の濃度を測定することが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００５】
また、撹拌容器内で細胞培養している場合に、培養液の状態を検出するための複数のセンサ、及び培養液への操作を行う複数のアクチュエータを有し、センサ群からの情報に基づきアクチュエータを制御することにより培養条件を最適化することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
さらに、マイクロキャリアーを用いた細胞培養を行う撹拌容器に関して、前記容器の周側面から突出した細胞観察用の薄型チャンバを設け、細胞観察時に容器を傾けることで培養液の一部を薄型チャンバに移動させ、培養液中の細胞をＣＣＤカメラにより撮影することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
このような装置は、近年では抗体医薬、再生医療などの発展に伴い、例えば、培養液中に細胞を分散させるために撹拌させながら大量培養する方法などに用いられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、撮像時の撹拌翼又は撹拌子の写り込み、前記撹拌翼又は撹拌子による照明の反射光及び散乱光の写り込みによる画質劣化、及び観察対象物の運動による画像ボケを最小限に抑えることができる撹拌微小物体観察装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段として、本発明の撹拌微小物体観察装置は、容器内で撹拌される液体に含まれる微小物体を、前記容器の底面から前記容器の内部方向へ撮像する撮像手段と、前記容器の内部を照明する照明手段と、前記液体の撹拌に用いられる回転運動する撹拌翼又は撹拌子の位置を検出する位置情報検出手段と、前記位置情報検出手段により検出した前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する手段とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、撮像時の撹拌翼又は撹拌子の写り込み、前記撹拌翼又は撹拌子による照明の反射光及び散乱光の写り込みによる画質劣化、及び観察対象物の運動による画像ボケを最小限に抑えることができる撹拌微小物体観察装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の撹拌微小物体観察装置の一例を示す概略模式図である。
【図２】図２は、図１に示す撹拌微小物体観察装置に使用可能な撹拌翼の形状の一例を示す平面図である。
【図３】図３は、図１に示す撹拌微小物体観察装置に使用可能な撹拌翼の形状の他の一例を示す平面図である。
【図４】図４は、図１に示す撹拌微小物体観察装置に使用可能な撹拌翼の形状の他の一例を示す平面図である。
【図５】図５は、図１に示す撹拌微小物体観察装置の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、図１に示す撹拌微小物体観察装置の一例を示すＡ−Ａ線における断面図である。
【図７】図７は、図１に示す撹拌微小物体観察装置の他の一例を示すＡ−Ａ線における断面図である。
【図８】図８は、本発明の撹拌微小物体観察装置の他の一例を示す概略模式図である。
【図９】図９は、図８に示す撹拌微小物体観察装置に使用可能な撹拌子の形状の一例を示す平面図である。
【図１０】図１０は、図８に示す撹拌微小物体観察装置に使用可能な撹拌子の形状の他の一例を示す平面図である。
【図１１】図１１は、図８に示す撹拌微小物体観察装置に使用可能なローターの一例を示す平面図である。
【図１２】図１２は、図８に示す撹拌微小物体観察装置に使用可能なローターと位置情報検出手段との位置関係の一例を示すＣ−Ｃ線における断面図である。
【図１３】図１３は、図８に示す撹拌微小物体観察装置に使用可能な照明手段の一例を示す断面図である。
【図１４】図１４は、図８に示す撹拌微小物体観察装置の一例を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、図８に示す撹拌微小物体観察装置の一例を示すＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１６】図１６は、図８に示す撹拌微小物体観察装置の他の一例を示すＢ−Ｂ線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（撹拌微小物体観察装置、及び撹拌微小物体観察方法）
本発明の撹拌微小物体観察装置は、容器内で撹拌される液体に含まれる微小物体を、前記容器の底面から前記容器の内部方向へ撮像する撮像手段と、前記容器の内部を照明する照明手段と、前記液体の撹拌に用いられる回転運動する撹拌翼又は撹拌子の位置を検出する位置情報検出手段と、前記位置情報検出手段により検出した前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する手段とを有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の撹拌微小物体観察方法は、前記容器の底面から前記容器の内部方向へ撮像する撮像工程と、前記容器の内部を証明する照明工程と、前記液体の撹拌に用いられる回転運動する撹拌翼又は撹拌子の位置を検出する位置情報検出工程と、前記位置情報検出工程により検出した前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する工程とを含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
【００１３】
本発明の撹拌微小物体観察装置及び撹拌微小物体は、従来の観察方法では、容器の側面から光学顕微鏡を用いて微生物、細胞、微小物体を観察しようとする場合、円筒状の容器において、容器の厚みと側面が湾曲している影響によって撮影対象物が歪むため、画質が劣化するという問題があるという知見に基づくものである。
また、円筒容器の直径が大きい場合や撹拌速度が速い場合には、壁面付近の流速が早いため、従来の容器の側面から観察する方法では露光時間を極力短くしたとしても像がぶれてしまう。そのため、露光時間を短くし、適正露出で撮影対象物を撮影するために、撮影領域を強光度のストロボ撮影を導入する場合、短パルス化、及び高強度化の点からレーザー光を用いる必要がある。しかし、前記レーザー光を用いると、撮影対象物によっては損傷を与えてしまうため、一般的に用いることが困難であるという問題があるという知見に基づくものである。
さらに、従来の観察方法では、撹拌翼の画像への写り込み、撹拌翼による照明光の散乱による光強度の大きなばらつき及び白飛びを生じさせ、並びに撹拌状態における対象を観察することができないという問題があるという知見に基づくものである。
【００１４】
前記微小物体とは、例えば、直径１μｍ以上１，０００μｍ以下の粒子を意味し、例えば、生物（微生物）、動物細胞、植物細胞、微粒子などが挙げられる。
【００１５】
前記微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、無機又は有機化合物の粒子などが挙げられる。前記無機又は有機化合物の粒子としては、例えば、トナーなどが挙げられる。
【００１６】
＜撮像手段、及び撮像工程＞
前記撮像手段は、容器内で撹拌される液体に含まれる微小物体を、前記容器の底面から前記容器の内部方向へ撮像する手段である。
前記撮像工程は、容器内で撹拌される液体に含まれる微小物体を、前記容器の底面から前記容器の内部方向へ撮像する工程である。前記撮像工程は、前記撮像手段により好適に実施することができる。
前記撮像手段としては、顕微鏡ユニットなどが挙げられる。
【００１７】
前記顕微鏡ユニットは、対物レンズ、鏡筒、カメラを有し、更に必要に応じてその他の部材を有していてもよい。
【００１８】
前記対物レンズとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、結像レンズを備えた鏡筒を利用した構成においては、無限系の対物レンズ、結像レンズを備えていない鏡筒を利用した構成においては、有限系の対物レンズなどが挙げられる。
前記対物レンズの種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、観察対象物の撹拌溶液の入った容器、及び撹拌溶液による収差を補正したレンズが好ましい。前記収差を補正したレンズを使用しない場合においては、収差による画質の劣化を最小限に抑えるために、容器の底に近い領域で撮像することが好ましい。
【００１９】
前記カメラとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、撮像素子にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などを備えたカメラを用いることができる。また、前記撮像素子としてＣＭＯＳを用いる場合には、グローバルシャッター方式のカメラを使用することが好ましい。
前記前記グローバルシャッター方式のカメラとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＧＯ−５０００Ｃ−ＵＳＢ（株式会社ジェイエイアイコーポーレーション製）などが挙げられる。
前記撮像素子の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記撮像素子の画素数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記カメラとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜形状、大きさ、構造、材質などを選択することができる。
前記カメラの大きさとしては、筐体１０に収まる大きさであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記撮像手段の光学倍率としては、特に制限はないが、カメラの撮像素子の面積と撮像する領域の比率から設定することが好ましく、例えば、縦横４ｍｍのサイズの撮像素子で縦横１ｍｍ程度の領域を観察するような場合には、光学倍率が４倍になるように対物レンズ及び結像レンズを選定して構成する。
【００２０】
＜照明手段、及び照明工程＞
前記照明手段は、特に制限はなく、撮像対象物の撹拌微小物体への影響がなく、カメラの感度が確保でき、透過光の画像に十分なコントラストを得ることができるものであればよく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ハロゲンランプ、ＬＥＤランプなどが挙げられる。
前記照明工程は、容器の内部を照明する工程である。前記照明工程は、前記照明手段により好適に実施することができる。
前記照明手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜形状、大きさ、構造、材質などを選択することができる。
前記照明手段の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円形、正方形、長方形などが挙げられる。
【００２１】
＜位置情報検出手段、及び位置検出工程＞
前記位置情報検出手段は、撹拌に用いられる回転運動する撹拌翼又は撹拌子の位置を検出する手段である。
前記位置情報検出工程は、撹拌に用いられる回転運動する撹拌翼又は撹拌子の位置を検出する工程である。前記位置情報検出工程は、前記位置情報検出手段により好適に実施することができる。
前記位置情報検出手段としては、撹拌容器内で回転運動する撹拌翼又は撹拌子の位置情報を検出することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、反射型フォトセンサ、透過型フォトセンサを用いて光学的に検知する方法や、回転運動させるための機構からメカニカルスイッチを用いて回転角の情報を得る方法、更には、カメラを用いて撹拌翼又は撹拌子の動きを撮像して画像から撹拌翼又は撹拌子の位置を検出する手段などが挙げられる。
【００２２】
前記反射型フォトセンサとしては、特に制限はなく、目的に応じて、適宜選択することができ、例えば、反射型フォトインタラプタＳＧ−２ＢＣ（コーデンシ株式会社製）などが挙げられる。
【００２３】
前記透過型フォトセンサとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、透過型フォトインタラプタＳＧ２０６（コーデンシ株式会社製）などが挙げられる。
【００２４】
＜撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する手段、及び撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する工程＞
前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する手段は、撹拌翼又は撹拌子の位置情報を撮像手段が画像を取得するための信号を出力する手段である。
前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する工程は、撹拌翼又は撹拌子の位置情報を撮像手段が画像を取得するための信号を出力する工程である。
前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する工程は、前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する手段により好適に実施することができる。
前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する手段としては、例えば、パルスジェネレータ、マイクロコントローラなどが挙げられる。
【００２５】
以下、本発明の撹拌微小物体観察装置の具体的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明することにより、本発明の撹拌微小物体観察方法について説明する。
【００２６】
＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の撹拌微小物体観察装置の一例の概略模式図であり、図２〜図４は、図１に示す撹拌微小物体観察装置に使用可能な撹拌翼の形状を示す平面図であり、図５は、図１に示す撹拌微小物体観察装置の一例を示すブロック図であり、図６及び図７は、図１に示す撹拌微小物体撹拌装置の使用時における撹拌翼、位置情報検出手段、及び開口部の位置関係の一例を示すＡ−Ａ線における断面図である。これらの図を用いて、図１の撹拌微小物体観察装置を用いた撹拌微小物体観察方法について説明する。
【００２７】
撹拌微小物体観察装置１は、筐体１０と透明容器２０とを有し、前記筐体１０の内部に
撮像手段である顕微鏡ユニット５０を備え、前記透明容器２０は前記筐体１０の上側底面に設置され、前記透明容器２０内部を照明するための照明用光源２００は、透明容器２０の上部、かつ顕微鏡ユニット５０の真上に位置している。
【００２８】
前記筐体１０としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜形状、構造、大きさ、及び材質を選択することができる。
前記筐体１０の形状としては、その内部に収容する顕微鏡ユニット５０、及び筐体１０の上側に積載する透明容器２０を安定して設置することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、立方体形状、直方体形状が好ましい。
前記筐体１０の構造としては、内部に顕微鏡ユニット５０を収容するための空洞、上部に積載する透明容器２０の内部を顕微鏡ユニット５０により撮像するための開口部１１、及び撹拌翼２１の位置情報を検出するための位置情報検出手段として反射型フォトセンサ３００を有している。前記反射型フォトセンサ３００は、発光素子３０２と受光素子３０３を備えたセンサであり、図１に示すように、筐体１０の上側底面に貫通して取り付けられている。また、図５に示すような周辺回路を構成することにより発光素子３０２から発せられた光が反射され、受光素子３０３が反射した光を受光し、その光を電圧信号４０１として出力することができる。
前記筐体１０の大きさとしては、内部に撮像手段及び位置情報検出手段を収容できることができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記筐体１０の材質としては、筐体１０に加わる荷重に耐えることができる材質であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２９】
前記透明容器２０には、微生物を含んだ培養液２５が入っており、前記培養液２５を撹拌するための撹拌翼２１、撹拌翼２１を回転させるモーター２４、及びその動力を伝えるシャフト２３が備えられており、回転運動する撹拌翼２１により前記培養液２５を撹拌することにより、前記培養液２５中の微生物を沈殿させることなく培養させることができる。
【００３０】
前記透明容器２０としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜形状、構造、大きさ、及び材質を選択することができる。
前記透明容器２０の形状としては、撹拌翼２１に動力を伝えるためのシャフト２３の設置を妨げるものでなければ特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、円筒形の形状などが挙げられる。
前記透明容器２０の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、全体として透明である必要はなく、部分的に透明な部分を有する構造とすることができる。
前記透明容器２０の材質としては、特に制限はなく、照明光のうち観察に必要な成分の波長が透過することのできる材料を用いることができ、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、ガラス、石英などが挙げられる。
【００３１】
前記透明容器２０としては、例えば、円筒形の形状のビーカーが好ましい。
【００３２】
前記撹拌翼２１としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜形状、構造、大きさ、及び材質を選択することができる。
前記撹拌翼２１の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、図２のような分岐のない直線形状のものや、図３及び図４のようにシャフトを中心に三叉、又は四叉に分岐している形状のものが挙げられる。
前記撹拌翼２１の材質としては、耐食性を有し、かつ位置情報検出手段による検出を行う点から、金属光沢を有することが好ましい。前記材質としては、例えば、ステンレスなどが挙げられる。
【００３３】
前記顕微鏡ユニット５０は、対物レンズ５１、鏡筒５２、カメラ５３を少なくとも有し、前記顕微鏡ユニット５０の真上に空いた開口部１１から透明容器２０に向けて対物レンズ５１を設置している。
【００３４】
前記対物レンズ５１としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、結像レンズを備えた鏡筒を利用した構成においては、無限系の対物レンズ、結像レンズを備えていない鏡筒を利用した構成においては有限系の対物レンズなどが挙げられる。
前記結像レンズを備えた鏡筒としては、市販品を用いることができ、前記市販品としては、例えば、株式会社ニコン製小型落射顕微鏡ＣＭシリーズなどが挙げられる。
前記無限系の対物レンズとしては、市販品を用いることができ、前記市販品としては、例えば、株式会社ニコン製、明視野用対物レンズ  ＣＦ  ＩＣ  ＥＰＩ  Ｐｌａｎシリーズなどが挙げられる。
前記有限系レンズとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＤＩＮ規格に準拠した対物レンズなどが挙げられる。
【００３５】
次に、本発明の撹拌微小物体観察方法の第一の実施形態について、図５〜図７を用いて説明する。図５に示ように、前記反射型フォトセンサ３００は電源電圧３０４（＋５Ｖ等）、抵抗３０５、及び抵抗３０６に接続され、前記抵抗３０５及び前記抵抗３０６はそれぞれ発光素子３０２の光量調節、及び受光素子３０３受光信号レベルの調節に必要な抵抗を表している。図６において、位置情報検出手段である反射型フォトセンサ３００は、透明容器２０の下側底面と対向しており、回転運動している撹拌翼２１が反射型フォトセンサ３００の上部に位置する瞬間に、発光素子３０２から発光された光が撹拌翼２１により反射され、その反射された光を受光素子３０３によって検出する。前記受光素子３０３が光を検出すると、電圧信号４０１が出力され、前記電圧信号４０１はパルスジェネレータ４０に入力される。即ち、撹拌翼２１が反射型フォトセンサ３００の上部に位置すると、電圧信号４０１が所定の値以上（閾値以上）出力され、パルスジェネレータ４０から撮像する時期を決定するトリガ信号Ａ１４０２をカメラ５３に出力することによって、カメラ５３が撮像動作を行い、画像データ４０３を取得する。カメラ５３が画像データ４０３を取得すると、前記画像データ４０３をＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ケーブル又はＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブルなどの伝送路を用いてコンピュータ６０へ送信し、保存する。
【００３６】
前記撮像する時期とは、位置情報検出手段が撹拌翼又は撹拌子が特定の場所に位置したことを検出する時期を意味する。第一の実施形態における前記位置情報検出手段が撹拌翼又は撹拌子が特定の場所に位置したことを検出する時期とは、位置情報検出手段が撹拌翼又は撹拌子により光源からの光が遮られ、かつ撮像手段は光源からの光が遮られない時期を意味する。前記撮像する時期は、前記撹拌翼の種類、及び位置情報検出手段の取り付け位置により変化する。前記撮像する時期としては、例えば、図２の形状の撹拌翼２１を使用した場合には、図６及び図７に示すように筐体１０の上側底面の開口部１１の位置と反射型フォトセンサ３００との位置は、開口部１１、透明容器の底面の中心、及び前記反射型フォトセンサ３００からなる扇形の中心角が９０°となる位置に配置する構成とすることができる。
【００３７】
このような構成にすることにより、図７に示すように、撹拌翼２１が反射型フォトセンサ３００の上部に位置すると、前記反射型フォトセンサ３００が撹拌翼２１を検出し、パルスジェネレータ４０を通してカメラ５３に信号を出力する。このため、撮像する時期において、撹拌翼２１は反射型フォトセンサ３００の上部に位置するため、前記撹拌翼２１が照明光を遮ってしまうこと、前記撹拌翼２１の撮像画像への写り込み、並びに撹拌翼２１の反射光及び散乱光の写り込みによる画質劣化を引き起こすことを抑制することができる。また、撮像を行う時期を撹拌翼２１によって決定することができるため、画像データ４０３取得時の条件を容易に制御でき、安定したデータを取得することができる。
【００３８】
＜第二の実施形態＞
図８は、本発明の撹拌微小物体観察装置の他の一例を示す概略模式図であり、図９〜図１０は、図８に示す撹拌微小物体観察装置に使用可能な撹拌子の形状の一例を示す平面図であり、図１１は、図８に示す撹拌微小物体観察装置に使用可能なローターの一例を示す平面図であり、図１２は、図１１に示すローターと位置情報検出手段である透過型フォトセンサとの位置関係を示すＣ−Ｃ線における断面図を示し、図１３は、図８に示す撹拌微小物体観察装置に使用可能な照明手段の一例を示す平面図であり、図１４は、図８に示す撹拌微小物体観察装置の一例を示すブロック図であり、図１５〜図１６は、図８に示す撹拌微小物体観察装置の使用時における撹拌翼、位置情報検出手段、及び開口部の位置関係の一例を示すＢ−Ｂ線における断面図である。これらの図を用いて、図８の撹拌微小物体観察装置を用いた撹拌微小物体観察方法について説明する。なお、実施形態２において、実施形態１と同様の符号については、特に説明のない限り、同様のものを用いることができる。
【００３９】
撹拌微小物体観察装置１は、筐体１０と透明容器２０とを有し、図８、及び１３に示すように、前記筐体１０の周側面に透明容器内を照明するための照明手段２０１としてＬＥＤ光源２０４を備えたリング型ＬＥＤ光源２０３を有している。
【００４０】
前記リング型ＬＥＤ光源２０３としては、市販品を用いることができ、前記市販品としては、例えば、ＬＥＤ照明ＤＲ−ＬＡシリーズ（日進電子工業株式会社製）などが挙げられる。
【００４１】
前記筐体１０としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜形状、構造、大きさ、及び材質については選択することができる。
前記筐体１０の構造としては、開口部１１と同一底面に回転軸７３により筐体１０と接続しているローター７０、及び撹拌子２２の位置情報を検出するための位置情報検出手段として透過型フォトセンサ３０１を有している。
【００４２】
前記透明容器２０には、細胞を含む培養液２６が入っており、前記培養液２６を撹拌するための撹拌子２２が前記培養液２６中に入れている。前記透明容器２０は、落下細菌等の容器外の要因による前記培養液２６の汚染を防ぐ目的で蓋２７を設置することが好ましい。
前記蓋２７の形状、構造、大きさ、材質については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、撹拌微小物体観察装置１の上部に設置された照明器具等による撮像画像への影響を防ぐ目的から、蓋２７の材質としては、不透明なものを使用するか、蓋２７に不透明なシールを添付することが好ましい。
本実施例では、前記透明容器２０、前記撹拌子２２、及び前記蓋２７を個別に用意して組み合わせる例を示したが、透明容器、撹拌子、及び蓋が一体化されたものを用いた構成の容器を使用しても構わない。
前記透明容器、撹拌子、及び蓋が一体化されたものを用いた構成の容器としては、市販品を用いることができ、前記市販品としては、例えば、ｉＰＳ細胞培養用シングルユースバイオリアクター（エイブル株式会社製）などが挙げられる。
【００４３】
図１１に示すように、前記ローター７０は、扁平円板形状であり、その周側面に歯型を有する歯車の形状である。前記ローター７０は、前記筐体１０の内部に備えられたモーター７１の動力がピニオンギア７２から伝達され回転する。図８に示すように、前記ローター７０は、筐体１０の上側底面と顕微鏡ユニット５０との間に位置している。
【００４４】
図１１に示すように、前記ローター７０の構造としては、回転軸７３を中心として開口部７５、スリット７４、及び磁石７６をそれぞれ点対称に２箇所ずつ有している。前記開口部７５は、ローター７０を貫通する円形の孔であり、筐体１０内に設置された顕微鏡ユニット５０が透明容器２０内部を撮像するために開口している。
前記ローター７０の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ローター７０の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００４５】
前記スリット７４は、透過型フォトセンサ３０１により位置情報を検出するために開けられており、図１１に示すように、前記開口部７５の中心が筐体１０に開けられた開口部１１の中心と重なる位置を検出でき、撹拌子２２の撮像への影響が最も小さくなるようにスリット７４及び透過型フォトセンサ３０１の取り付け位置を調節することができる。
【００４６】
前記透明容器２０内の撹拌子２２は、ローター７０の磁石７６により回転する動力が伝えられる。よって、撹拌子２２は常にローター７０の磁石７６の位置に従って回転することになるため、スリット７４及び開口部７５と撹拌子２２が重なることを防ぐことができるため、撮像する時期において、撹拌子２２が対物レンズ５１上に位置することを防ぐことができ、撮像した画像への撹拌子２２の写り込みを防ぐことができる。
前記撹拌子２２の形状、構造、大きさ、材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、磁気を帯びていることが好ましい。
【００４７】
図１２に示すように、前記透過型フォトセンサ３０１は、発光素子３０２と受光素子３０３が対向しており、ローター７０は前記透過型フォトセンサ３０１のコの字型の溝部に一部が収容されるように配置されている。通常は、ローター７０により、発光素子３０２からの光は受光素子３０３に受光されないが、ローター７０が回転し、発光素子３０２の光軸上にスリット７４が位置すると、受光素子３０３が発光素子３０２の光を電圧信号４０１として検出する。
【００４８】
次に、本発明の撹拌微小物体観察方法の第二の実施形態について、図１４〜図１６を用いて説明する。図１４に示すように、前記透過型フォトセンサ３０１は電源電圧３０４（＋５Ｖ等）、抵抗３０５、及び抵抗３０６に接続され、前記抵抗３０５及び前記抵抗３０６はそれぞれ発光素子３０２の光量調節、及び受光素子３０３受光信号レベルの調節に必要な抵抗を表している。図１５及び図１６において、位置情報検出手段である透過型フォトセンサ３０１は、透過型フォトセンサ３０１の溝部に配置されている発光素子３０２及び受光素子３０３の光軸上にスリット７４が位置する瞬間に、位置情報を検出する。前記受光素子３０３が光を検出すると、電圧信号４０１が出力され、前記電圧信号４０１はパルスジェネレータ４０に入力される。即ち、前記透過型フォトセンサ３０１の光軸上にスリット７４が位置すると、電圧信号４０１が所定の値以上（閾値以上）出力され、パルスジェネレータ４０から撮像の時期を決定するトリガ信号Ａ１４０２をカメラ５３へ、撮像する瞬間に照明を発光させるためのトリガ信号Ａ２４０４を発生させ、照明用制御装置２０２によりトリガ信号Ｂ４０５をリング型ＬＥＤ光源２０３に出力することによりストロボ発光させる。ここで、前記トリガ信号Ａ１４０２及びトリガ信号Ａ２４０４が発せられる時期は同一ではなく、カメラ５３がトリガ信号Ａ１４０２を受けてから実際に撮像するまでの時間間隔と、トリガ信号Ａ２４０４を受けた照明用制御装置２０２がリング型ＬＥＤ光源２０３を点灯させるまでの時間間隔との差を考慮し予め調整することができる。
顕微鏡ユニット５０のカメラ５３は、トリガ信号Ａ１４０２を入力されることにより、撮像動作を行い、前記画像データ４０３をＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ケーブル又はＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブルなどの伝送路を用いてコンピュータ６０へ送信し、保存する。
【００４９】
前記撮像する時期とは、位置情報検出手段が撹拌翼又は撹拌子が特定の場所に位置したことを検出する時期を意味する。第二の実施形態における前記位置情報検出手段が撹拌翼又は撹拌子が特定の場所に位置したことを検出する時期とは、ローター７０のスリット７４が位置情報検出手段である透過型フォトセンサ３０１の場所に位置する時期を意味する。前記撮像する時期は、前記撹拌子の種類、及び位置情報検出手段の取り付け位置により変化する。前記撮像する時期としては、例えば、図９の形状の撹拌子２２を使用した場合には、図１５及び図１６に示すように筐体１０の上側底面の開口部１１の位置と撹拌子２２の端点との位置は、開口部１１、透明容器の底面の中心、及び前記撹拌子２２の端点からなる扇形の中心角が９０°となる位置に配置する構成とすることができる。
【００５０】
このような構成にすることにより、撹拌子が照明光を遮ってしまうこと、撹拌子の撮像画像への写り込み、及び撹拌子の反射光及び散乱光の写り込みによる画質劣化を引き起こすことを抑制することができる。また、撹拌子の位置情報により、照明手段が制御されているため、溶媒中の撹拌微小物体の動態が激しい場合において露光時間を短くしても適正露出で撹拌微小物体を撮像することができ、撹拌子の写り込み、及び画像ボケを抑制し、安定した画像データを取得することができる。
【００５１】
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  容器内で撹拌される液体に含まれる微小物体を、前記容器の底面から前記容器の内部方向へ撮像する撮像手段と、
前記容器の内部を照明する照明手段と、
前記液体の撹拌に用いられる回転運動する撹拌翼又は撹拌子の位置を検出する位置情報検出手段と、
前記位置情報検出手段により検出した前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する手段と、を有することを特徴とする撹拌微小物体観察装置である。
＜２＞  前記撮像手段が、顕微鏡ユニットである前記＜１＞に記載の撹拌微小物体観察装置である。
＜３＞  前記顕微鏡ユニットが、対物レンズ、鏡筒、及びカメラからなる前記＜２＞に記載の撹拌微小物体観察装置である。
＜４＞  前記対物レンズが、有限系レンズ、及び有限系レンズと無限系レンズと結像レンズとからなる対物レンズの少なくともいずれかである前記＜３＞に記載の撹拌微小物体観察装置である。
＜５＞  前記カメラに備えられる撮像素子が、ＣＣＤ及びＣＭＯＳの少なくともいずれかである前記＜３＞から＜４＞のいずれかに記載の撹拌微小物体観察装置である。
＜６＞  前記照明手段が、前記容器の側面から下底面側に向かって光を照射する前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の撹拌微小物体観察装置である。
＜７＞  前記照明手段が、ハロゲンランプ、及びＬＥＤランプの少なくともいずれかである前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の撹拌微小物体観察装置である。
＜８＞  前記位置情報検出手段が、フォトセンサである前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の撹拌微小物体観察装置である。
＜９＞  前記位置情報検出手段が、反射型フォトセンサ、透過型フォトセンサ、メカニカルスイッチ、及びカメラを用いて撹拌翼又は撹拌子の動きを撮像して画像から撹拌翼又は撹拌子の位置を検出する方法から選択される少なくとも１種である前記＜１＞から＜８＞に記載の撹拌微小物体観察装置である。
＜１０＞  容器内で撹拌される液体に含まれる微小物体を、前記容器の底面から前記容器の内部方向へ撮像する撮像工程と、
前記容器の内部を照明する照明工程と、
前記液体の撹拌に用いられる回転運動する撹拌翼又は撹拌子の位置を検出する位置情報検出工程と、
前記位置情報検出工程により検出した前記撹拌翼又は撹拌子の位置情報に基づき撮像する時期を決定する工程と、を含むことを特徴とする撹拌微小物体観察方法である。
【００５２】
前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の撹拌微小物体観察装置、及び前記＜１０＞に記載の撹拌微小物体観察方法によると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５３】
【特許文献１】特開２０１４−４２４６３号公報
【特許文献２】特開２０１４−５５７９６号公報
【特許文献３】特表２００８−５２６２０３号公報
【特許文献４】特開２０１４−２００２４１号公報
【符号の説明】
【００５４】
１      撹拌微小物体観察装置
１０    筐体
２１    撹拌翼
２２    撹拌子
２５    微生物を含んだ培養液
２６    細胞を含んだ培養液
２００  照明用光源
２０２  照明用制御装置
２０３  リング型ＬＥＤ光源
３００  反射型フォトセンサ
３０１  透過型フォトセンサ
３０２  発光素子
３０３  受光素子
４０    パルスジェネレータ
５０    顕微鏡ユニット
５１    対物レンズ
５２    鏡筒
５３    カメラ
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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