(57)【要約】【課題】細胞観察装置において、明視野下で高いコントラストの細胞画像を取得する技術を提供する。【解決手段】この細胞観察装置１は、撮影位置Ｐに配置された細胞の画像を撮像する撮像装置である。細胞観察装置１は、照明部２０と、撮像光学系３０と、撮像部４０とを有する。照明部２０は、光源２１と照明光学系２２とを有し、撮影位置Ｐに配置された細胞９２に照明光を照射する。撮像光学系３０は、撮影位置Ｐと撮像部４０との間に配置される。撮像部４０は、撮影位置Ｐに配置された細胞を撮像する。照明光学系２２の開口数ＮＡと撮像光学系３０の開口数ＮＡとの比であるコヒーレンスファクターσは、０．５以下である。撮像部４０は、白色光よりも波長帯域が小さい狭波長帯における細胞９２の像を撮像する。これにより、撮像部４０が細胞９２により分散した光を撮像しない。したがって、コントラストの高い細胞画像を取得できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影位置に配置された細胞の画像を撮像する撮像装置であって、
光源と照明光学系とを有し、前記細胞に照明光を照射する照明部と、
前記撮影位置に配置された前記細胞を撮像する撮像部と、
前記撮影位置と前記撮像部との間に配置される撮像光学系と、
を備え、
前記照明光学系の開口数ＮＡと前記撮像光学系の開口数ＮＡとの比であるコヒーレンスファクターσが０．６以下であり、
白色光よりも波長帯域が小さい狭波長帯における前記細胞の像を撮像する、撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記コヒーレンスファクターσが０．４以下である、撮像装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、
前記照明部は、前記細胞に対して、前記狭波長帯の前記照明光を照射する、撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置であって、
前記照明光学系は、前記狭波長帯を通過帯域とするバンドパスフィルタを含む、撮像装置。
【請求項５】
請求項３に記載の撮像装置であって、
前記光源は、前記狭波長帯の光を出射するレーザ光源である、撮像装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、
前記撮像光学系は、前記狭波長帯を通過帯域とするバンドパスフィルタを含む、撮像装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の撮像装置であって、
前記狭波長帯は、その半値幅が１５０ナノメートル以下である、撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像装置であって、
前記狭波長帯は、その半値幅が１００ナノメートル以下である、撮像装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の撮像装置であって、
前記撮像光学系は、前記撮像部による前記細胞の撮像時に、合焦点位置から光軸に沿って所定の距離ずれた位置を焦点位置とする、撮像装置。
【請求項１０】
撮影位置に配置された細胞の画像を撮像する撮像方法であって、
ａ）前記細胞に照明光を照射する工程と、
ｂ）白色光よりも波長帯域が小さい狭波長帯において、前記工程ａ）により前記照明光が照射された前記細胞の像を撮像部が撮影する工程と、
を備え、
前記工程ｂ）において、光源と前記細胞との間に介在する照明光学系の開口数ＮＡと前記細胞と前記撮像部との間に介在する撮像光学系の開口数ＮＡとの比であるコヒーレンスファクターσが０．６以下である、撮像方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の撮像方法であって、
前記コヒーレンスファクターσが０．４以下である、撮像方法。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の撮像方法であって、
前記工程ａ）において、前記細胞に対して、前記狭波長帯の前記照明光を照射する、撮像方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の撮像方法であって、
前記光源は、前記狭波長帯よりも広い波長帯域の光を出射し、
前記照明光学系は、前記狭波長帯を通過帯域とするバンドパスフィルタを含む、撮像方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の撮像方法であって、
前記光源は、前記狭波長帯の光を出射するレーザ光源である、撮像方法。
【請求項１５】
請求項１０または請求項１１に記載の撮像方法であって、
前記撮像光学系は、前記狭波長帯を通過帯域とするバンドパスフィルタを含み、
前記工程ｂ）において、前記撮像部は、前記バンドパスフィルタを介して前記細胞の像を撮影する、撮像方法。
【請求項１６】
請求項１０ないし請求項１５のいずれかに記載の撮像方法であって、
前記狭波長帯は、その半値幅が１５０ナノメートル以下である、撮像方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の撮像方法であって、
前記狭波長帯は、その半値幅が１００ナノメートル以下である、撮像方法。
【請求項１８】
請求項１０ないし請求項１７のいずれかに記載の撮像方法であって、
前記工程ｂ）において、前記撮像部は、合焦点位置から光軸に沿って所定の距離ずれた位置を焦点位置として前記細胞の像を撮影する、撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞観察装置および細胞観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療や生物化学の分野では、観察対象である細胞の撮像を行う。観察用の容器内に収容された細胞を観察する際、透明な細胞はその特徴を観察するのが困難な場合がある。そこで、従来、細胞の視認性を高めるため、染料を用いた細胞の染色が行われている。しかしながら、染色を行うと細胞がダメージを負うという問題がある。このため、無染色で細胞の視認性を高める必要がある。従来の明視野における細胞の撮像方法は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の撮像方法では、撮像系の焦点距離を合焦点からずらすことにより、コントラストの向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の撮像方法では、視野内に形状の異なる複数種類の細胞がある場合、細胞同士が重なり合っている場合、または細胞が密集して配置される場合などでは、観察に十分なコントラストを得ることが難しい場合がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、明視野において高いコントラストの細胞画像を取得する技術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、本願の第１発明は、撮影位置に配置された細胞の画像を撮像する撮像装置であって、光源と照明光学系とを有し、前記細胞に照明光を照射する照明部と、前記撮影位置に配置された前記細胞を撮像する撮像部と、前記撮影位置と前記撮像部との間に配置される撮像光学系と、を備え、前記照明光学系の開口数ＮＡと前記撮像光学系の開口数ＮＡとの比であるコヒーレンスファクターσが０．６以下であり、白色光よりも波長帯域が小さい狭波長帯における前記細胞の像を撮像する。
【０００７】
本願の第２発明は、第１発明の撮像装置であって、前記コヒーレンスファクターσが０．４以下である。
【０００８】
本願の第３発明は、第１発明または第２発明の撮像装置であって、前記照明部は、前記細胞に対して、前記狭波長帯の前記照明光を照射する。
【０００９】
本願の第４発明は、第３発明の撮像装置であって、前記照明光学系は、前記狭波長帯を通過帯域とするバンドパスフィルタを含む。
【００１０】
本願の第５発明は、第３発明の撮像装置であって、前記光源は、前記狭波長帯の光を出射するレーザ光源である。
【００１１】
本願の第６発明は、第１発明または第２発明の撮像装置であって、前記撮像光学系は、前記狭波長帯を通過帯域とするバンドパスフィルタを含む。
【００１２】
本願の第７発明は、第１発明ないし第６発明のいずれか撮像装置であって、前記狭波長帯は、その半値幅が１５０ナノメートル以下である。
【００１３】
本願の第８発明は、第７発明の撮像装置であって、前記狭波長帯は、その半値幅が１００ナノメートル以下である。
【００１４】
本願の第９発明は、第１発明ないし第８発明のいずれかの撮像装置であって、前記撮像光学系は、前記撮像部による前記細胞の撮像時に、合焦点位置から光軸に沿って所定の距離ずれた位置を焦点位置とする。
【００１５】
本願の第１０発明は、撮影位置に配置された細胞の画像を撮像する撮像方法であって、ａ）前記細胞に照明光を照射する工程と、ｂ）白色光よりも波長帯域が小さい狭波長帯において、前記工程ａ）により前記照明光が照射された前記細胞の像を撮像部が撮影する工程と、を備え、前記工程ｂ）において、光源と前記細胞との間に介在する照明光学系の開口数ＮＡと前記細胞と前記撮像部との間に介在する撮像光学系の開口数ＮＡとの比であるコヒーレンスファクターσが０．６以下である。
【００１６】
本願の第１１発明は、請求項１０に記載の撮像方法であって、前記コヒーレンスファクターσが０．４以下である。
【００１７】
本願の第１２発明は、第１０発明または第１１発明の撮像方法であって、前記工程ａ）において、前記細胞に対して、前記狭波長帯の前記照明光を照射する。
【００１８】
本願の第１３発明は、第１２発明の撮像方法であって、前記光源は、前記狭波長帯よりも広い波長帯域の光を出射し、前記照明光学系は、前記狭波長帯を通過帯域とするバンドパスフィルタを含む。
【００１９】
本願の第１４発明は、第１２発明の撮像方法であって、前記光源は、前記狭波長帯の光を出射するレーザ光源である。
【００２０】
本願の第１５発明は、第１０発明または第１１発明の撮像方法であって、前記撮像光学系は、前記狭波長帯を通過帯域とするバンドパスフィルタを含み、前記工程ｂ）において、前記撮像部は、前記バンドパスフィルタを介して前記細胞の像を撮影する。
【００２１】
本願の第１６発明は、第１０発明ないし第１５発明のいずれかの撮像方法であって、前記狭波長帯は、その半値幅が１５０ナノメートル以下である。
【００２２】
本願の第１７発明は、第１６発明の撮像方法であって、前記狭波長帯は、その半値幅が１００ナノメートル以下である。
【００２３】
本願の第１８発明は、第１０発明ないし第１７発明のいずれかの撮像方法であって、前記工程ｂ）において、前記撮像部は、合焦点位置から光軸に沿って所定の距離ずれた位置を焦点位置として前記細胞の像を撮影する。
【発明の効果】
【００２４】
本願の第１発明から第１８発明によれば、細胞による分散が生じにくい狭波長帯の光のみを撮像部が撮像する。したがって、コントラストの高い細胞画像を取得できる。
【００２５】
本願の第２発明および第１０発明によれば、コントラストがより向上する。
【００２６】
本願の第３発明ないし第５発明、および第１１発明および第１４発明によれば、狭波長帯の照明光を細胞に照射することにより、撮像部での画像の取得に必要ない光が細胞に照射されない。細胞に必要最低限の照明光のみが照射されることにより、照明光に起因する細胞へのダメージを必要最低限とできる。
【００２７】
本願の第６発明および第１５発明によれば、照明部側の設計変更を行うことなく、狭波長帯における細胞の画像を撮像できる。
【００２８】
本願の第７発明、第８発明、第１６発明および第１７発明によれば、よりコントラストの高い細胞画像を取得できる。
【００２９】
本願の第９発明および第１８発明によれば、よりコントラストの高い細胞画像を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係る細胞観察装置の概略図である。
【図２】第１実施形態に係る培養容器の斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る細胞観察装置における観察画像の例を示した図である。
【図４】細胞における白色光の屈折の様子を示した概念図である。
【図５】細胞における狭帯域光の屈折の様子を示した概念図である。
【図６】第１実施形態に係る細胞観察装置における観察画像の例を示した図である。
【図７】第１実施形態に係る細胞観察装置における観察画像の例を示した図である。
【図８】焦点位置と細胞の見え方との関係を模式的に示した図である。
【図９】第２実施形態に係る細胞観察装置の概略図である。
【図１０】第３実施形態に係る細胞観察装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３２】
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．細胞観察装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る細胞観察装置１の構成を示した概略図である。本実施形態の細胞観察装置１は、撮影位置Ｐに配置された培養容器９内に保持された細胞の画像を取得する装置である。図２は、培養容器９の斜視図である。
【００３３】
培養容器９は、複数の窪部９００を有するウェルプレートである。複数の窪部９００は、二次元的に規則的に配列されている。また、各窪部９００は、光透過性の底部を有する。培養容器９は、各窪部９００内に、培養液９１を収容するとともに、観察対象である細胞９２を培養液９１内に保持する。各窪部９００の内部において細胞９２を培養することにより、窪部９００の底部に沿って細胞９２が培養される。以下では、培養容器９と、培養容器９内の培養液９１および細胞９２を併せて試料９０と称する。なお、培養容器９は、ウェルプレートに代えて、ガラスや樹脂等で形成された光透過性のシャーレであってもよい。
【００３４】
図１に示すように、細胞観察装置１は、照明部２０と、撮像光学系３０と、撮像部４０とを有する。照明部２０、撮像光学系３０および撮像部４０は、装置本体（図示せず）に支持される。
【００３５】
照明部２０は、光源２１と、照明光学系２２とを含む。照明部２０は、撮影位置Ｐの上方に配置される。照明部２０は、細胞９２の撮影時に、撮影対象となる試料９０に対して上側から照明光を照射する。
【００３６】
本実施形態の光源２１は、ハロゲンランプである。このため、光源２１は、白色光を出射する。
【００３７】
照明光学系２２は、バンドパスフィルタ５０と、コレクタレンズ２２１、視野絞り２２２、開口絞り２２３、およびコンデンサレンズ２２４とを有する。光源２１から出射された照明光は、コレクタレンズ２２１、視野絞り２２２、バンドパスフィルタ５０、開口絞り２２３およびコンデンサレンズ２２４を順に通過した後、試料９０に照射される。
【００３８】
バンドパスフィルタ５０は、所定の狭波長帯を通過帯域とするバンドパスフィルタである。バンドパスフィルタ５０は、広い波長帯を有する光源２１からの白色光のうち、所定の狭波長帯の照明光のみを通過させる。照明光学系２２がバンドパスフィルタ５０を含むことにより、照明部２０は、試料９０に対して、狭波長帯の照明光を照射する。バンドパスフィルタ５０には、例えば、誘電体多層膜フィルタ、フィルタガラス、または、液晶チューナブルフィルタなどが用いられる。
【００３９】
コレクタレンズ２２１は、光源２１から出射された照明光の向きを調整するレンズである。視野絞り２２２は、撮影位置Ｐにおける照明領域を調節する。開口絞り２２３は、照明光学系２２の開口数ＮＡを調整する。コンデンサレンズ２２４は、照明光を集光させる。
【００４０】
撮像光学系３０は、撮影位置Ｐと撮像部４０との間に配置される。撮像光学系３０は、対物レンズ３１、開口絞り３２、結像レンズ３３、ビームスプリッター３４および接眼レンズ３５を有する。対物レンズ３１は、観察対象を拡大して像を映し出すためのレンズである。開口絞り３２は、撮像光学系３０の開口数ＮＡを調整する。結像レンズ３３は、撮像部４０の受光面および接眼レンズ３５に撮像対象物の像を結像させる。ビームスプリッター３４は、結像レンズ３３を通過した光を撮像部４０側と接眼レンズ３５側とに分岐させる。
【００４１】
照明部２０により照射され、試料９０を透過した光は、対物レンズ３１、開口絞り３２および結像レンズ３３を介して進む。そして、ビームスプリッター３４において接眼レンズ３５へと向かう光と、撮像部４０へと向かう光とに分かれる。ビームスプリッター３４は、接眼レンズ３５へ向かう光と撮像部４０へ向かう光との比率を、切り替え可能であってもよい。接眼レンズ３５は、結像位置３５０よりもビームスプリッター３４から離れた位置に配置される。接眼レンズ３５は、観察者が観察を行う際に覗くレンズである。対物レンズ３１で拡大した像を接眼レンズ３５でさらに拡大して観察できる。
【００４２】
なお、図１において、照明光学系２２および撮像光学系３０を構成する各部は、光軸に沿って一列に配列されている。しかしながら、照明光学系２２および撮像光学系３０における光路は、反射鏡等によって折り返されても良い。
【００４３】
撮像部４０は、受光面に結像した試料９０の二次元画像を、デジタル画像データとして取得する。すなわち、撮像部４０は、撮影位置Ｐに配置された細胞９２を撮像する。撮像部４０には、例えば、ＣＣＤカメラや、ＣＭＯＳカメラが用いられる。撮像部４０で細胞９２の画像を撮像する場合には、まず、照明部２０を駆動させて、細胞９２を含む試料９０に照明光を照射する。そして、照明光が照射された細胞９２の像を撮像部が撮影する。
【００４４】
この細胞観察装置１では、照明部２０が、上述したバンドパスフィルタ５０によって、白色光よりも波長帯域が小さい狭波長帯の照明光を試料９０へ照射する。このため、撮像部４０は、狭波長帯における細胞９２の像を撮像する。狭波長帯域の具体的な値や、その効果については、後述する。
【００４５】
また、本実施形態では、照明部２０が試料９０の上方から照明光を照射し、撮像部４０が試料９０の下方からの映像を撮像する。しかしながら、本発明の細胞観察装置は、このような構造に限られない。照明部２０が試料９０の下方から照明光を照射し、撮像部４０が試料の上方からの映像を撮像してもよい。
【００４６】
＜１−２．観察条件について＞
次に、細胞観察装置１における細胞９２の観察時における各条件について説明する。この細胞観察装置１では、無染色の細胞９２を観察することを想定している。一般的に細胞は無色透明に近いため、無染色状態の細胞を明視野下で観察しようとすると、その構成要素の輪郭を特定しにくい。しかしながら、染色を行うと細胞にダメージを与えるため、細胞を生きたまま観察したり、細胞の経時変化を中長期的に観察したりすることが困難である。このため、本発明では、細胞観察装置１におけるコヒーレンスファクターσおよび観察波長帯域の条件を特定することにより、透明に近い細胞を高コントラストで観察できる。
【００４７】
初めに、コヒーレンスファクターσの条件について、図３を参照しつつ説明する。図３は、コヒーレンスファクターσの値を変化させて撮像部４０が取得した画像を示した図である。
【００４８】
コヒーレンスファクターσは、照明光学系２２の開口数ＮＡと、撮像光学系３０の開口数ＮＡとの比である。具体的には、コヒーレンスファクターσは、照明光学系２２の開口数ＮＡを撮像光学系３０の開口数ＮＡで割った値である。コヒーレンスファクターσを小さくすることにより、撮像部４０で取得できる画像のコントラストを向上できる。
【００４９】
図３には、コヒーレンスファクターσの値をσ＝１．００、σ＝０．８３、σ＝０．５８、σ＝０．３６、σ＝０．２６、およびσ＝０．１４とした場合の細胞９２の画像の例が示されている。図３の例の細胞９２は、細胞体９２１と、細胞体９２１から突出した突起９２２と、細胞体９２１の内部の微細構造９２３とを有する。なお、このときのバンドパスフィルタ５０の中心波長は５５０ｎｍであり、半値幅は３９ｎｍである。したがって、細胞９２に照射される狭波長帯の照明光の中心波長は５５０ｎｍ、半値幅は３９ｎｍである。
【００５０】
図３に示すように、コヒーレンスファクターσの値が小さくなるにつれ、細胞９２の画像のコントラストが向上する。特に、σ＝０．８３の場合にはぼやけていた細胞体９２１の輪郭が、σ＝０．５８の場合にははっきりと視認できる。また、σ＝０．８３の場合には視認が困難な突起９２２の輪郭や、細胞体９２１の微細構造９２３の輪郭の存在を、σ＝０．５８の場合には視認できる。このように、コヒーレンスファクターσの値をσ＝０．６以下とすることにより、明視野において透明な細胞９２の各部を視認できる程度まで、画像のコントラストを向上できる。
【００５１】
また、σ＝０．５８の場合にはぼやけていた突起９２２の輪郭や、細胞体９２１の微細構造９２３の輪郭を、σ＝０．３６の場合には視認できる。このように、コヒーレンスファクターσの値をσ＝０．４以下とすることにより、明視野において透明な細胞９２の各部をより鮮明に視認できる程度まで、画像のコントラストをより向上できる。
【００５２】
σ＝０．２６の場合には、σ＝０．３６の場合と同様、細胞体９２１の輪郭を鮮明に視認できる。また、σ＝０．２６の場合には、σ＝０．３６の場合よりもさらに画像のコントラストが向上する。一方、σ＝０．１４の場合では、σ＝０．２６の場合と比べて明らかな視認性およびコントラストの向上は見られなかった。
【００５３】
次に、観察波長帯域の条件について、図４ないし図６を参照しつつ説明する。図４は、細胞９２における白色光の屈折の様子を示した概念図である。図５は、細胞９２における狭帯域光の屈折の様子を示した概念図である。図６は、照明光の波長帯域の半値幅を変化させて撮像部４０が取得した画像を示した図である。図６の例の細胞９２は、細胞体９２１と、細胞体９２１から突出した突起９２２とを有する。
【００５４】
図４に示すように、細胞９２に対して白色光Ｌ１を照射すると、細胞体９２１の表面や、核９２４の表面などの箇所で屈折が生じる。白色光Ｌ１は屈折箇所において、その波長成分によって屈折角が異なる。このため、図４中に概念的に示した様に、白色光Ｌ１の短波長成分Ｌ１１、中波長成分Ｌ１２、および長波長成分Ｌ１３は、それぞれ、異なる方向へと偏向して進行する。このように、細胞９２の各部で発生する色収差が原因となって、細胞９２の画像の視認性が低下するおそれがある。
【００５５】
このため、図５に示すように、細胞９２に対して白色光よりも波長帯域が小さい狭波長帯の狭帯域光Ｌ２を照射した場合、白色光Ｌ１を照射した場合と比べて、屈折箇所における偏向角度が小さい。したがって、屈折箇所において、狭帯域光Ｌ２はほぼ同一方向へと進行する。すなわち、細胞９２における照明光の拡がりが抑制される。その結果、細胞９２の画像の視認性が低下するのが抑制される。
【００５６】
図６には、バンドパスフィルタ５０を使用しない場合と、バンドパスフィルタ５０の半値幅を１５３ｎｍ、１２４ｎｍ、および１０ｎｍとした場合との細胞９２の画像の例が示されている。バンドパスフィルタ５０の半値幅が小さいほど、バンドパスフィルタ５０を通過した照明光の波長帯域は小さくなる。図６の例の細胞９２は、細胞体９２１と、細胞体９２１から突出した突起９２２とを有する。なお、この時のコヒーレンスファクターσの値はσ＝０．２６であり、バンドパスフィルタ５０の中心波長は５５０ｎｍである。
【００５７】
図６に示すように、バンドパスフィルタ５０を使用しない白色光における画像と比べて、バンドパスフィルタ５０を使用した狭波長帯における３つの画像では、細胞９２の各部を視認しやすい。特に、白色光における画像では、細胞体９２１から延びる突起９２２を視認するのが困難であるのに対し、狭波長帯における３つの画像では、突起９２２を視認できる。このように、狭波長帯における細胞９２の像を撮像することにより、コントラストが高い画像を得ることができる。このように、バンドパスフィルタ５０が介在することにより、細胞９２による拡がりが生じにくい狭波長帯の光のみを撮像部４０が撮像する。したがって、コントラストの高い細胞画像を取得できる。
【００５８】
また、図６に示すように、狭波長帯における３つの画像を比較すると、狭波長帯の半値幅が小さくなるにつれ、画像のコントラストが向上する。特に、半値幅が１２４ｎｍの場合には、半値幅が１５３ｎｍの場合と比べて、突起９２２の輪郭の視認性が大きく向上している。このように、狭波長帯の半値幅は、１５０ｎｍ以下であることが好ましい。一方、半値幅が１０ｎｍの場合には、半値幅１２４ｎｍの場合と比べて、突起９２２の輪郭の視認性がさらに向上する。したがって、狭波長帯の半値幅は、１００ｎｍ以下であることがより好ましい。すなわち、狭波長帯の半値幅を１５０ｎｍ以下や、１００ｎｍ以下とすることにより、よりコントラストの高い細胞画像を取得できる。
【００５９】
この細胞観察装置１では、上記のように、撮像部４０が狭波長帯における細胞９２の画像を取得できる。撮像部４０が狭波長帯における細胞９２の画像を取得するためには、大きく分けて２つの方法がある。１つは、本実施形態のように、細胞９２に照射する照明光の波長帯域を狭波長帯にする方法である。もう１つは、狭波長帯よりも広い波長帯域を有する照明光を細胞９２に照射し、細胞９２と撮像部４０との間にバンドパスフィルタを配置することで、撮像部４０の撮像素子に到達する光を狭波長帯の光に限定する方法である。本実施形態では、狭波長帯の照明光を細胞９２に照射することにより、撮像部４０での画像の取得に必要ない光が細胞９２に照射されない。細胞９２に必要最低限の照明光のみが照射されることにより、照明光に起因する細胞９２へのダメージを必要最低限とすることができる。したがって、光によるダメージを受けやすい種類の細胞９２を観察する場合、当該方法が有用である。
【００６０】
また、本実施形態のように、照明部２０、撮像光学系３０および撮像部４０を含む光路上にバンドパスフィルタ５０を配置する方法では、バンドパスフィルタ５０を変更することにより、狭波長帯の中心波長や半値幅等の条件を容易に変更できる。このため、細胞９２の種類に応じてバンドパスフィルタ５０を変更することで、細胞９２の種類毎に最適な条件で画像を取得できる。
【００６１】
続いて、観察波長帯域の他の条件について、図７を参照しつつ説明する。図７は、照明光の波長帯域の中心値を変化させて撮像部４０が取得した画像を示した図である。図７の例の細胞９２は、細胞体９２１と、細胞体９２１から突出した突起９２２と、細胞体９２１の内部の微細構造９２３とを有する。図７には、バンドパスフィルタ５０の中心波長を６１３ｎｍ、半値幅を１４ｎｍとした場合と、バンドパスフィルタ５０の中心波長を５５２ｎｍ、半値幅を１８ｎｍとした場合と、バンドパスフィルタ５０の中心波長を４４８ｎｍ、半値幅を１４ｎｍとした場合とが示されている。なお、この時のコヒーレンスファクターσの値はσ＝０．２６である。
【００６２】
図７に示すように、中心波長が短くなるにつれ、画像のコントラストが高く、細胞９２の輪郭の視認性が向上する。中心波長が５５２ｎｍの場合には、中心波長が６１３ｎｍの場合と比べて、細胞体９２１および突起９２２の輪郭や微細構造９２３を視認しやすい。このように、狭波長帯の中心波長は、６００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６３】
また、中心波長が４４８ｎｍの場合、中心波長が５５２ｎｍの場合と比べて、突起９２２の輪郭や微細構造９２３をさらに視認しやすい。しかしながら、中心波長が４４８ｎｍの場合、細胞体９２１の輪郭が強調されすぎているようにも見える。このように、細胞体９２１のような大きさの構造を観察する場合、狭波長帯の中心波長を５５２ｎｍとするのが好ましい。一方、突起９２２や微細構造９２３のような微細な構造を観察する場合、狭波長帯の中心波長を４４８ｎｍとするのが好ましい。したがって、観察目的に応じて狭波長帯の中心波長を選択することにより、より適切な観察画像を取得できる。
【００６４】
最後に、焦点位置の条件について、図８を参照しつつ説明する。図８は、白色光での明視野観察における焦点位置と細胞９２の見え方との関係を模式的に示した図である。図８中に模式的に示したように、細胞９２は透明であるため、撮像光学系３０の焦点位置を細胞９２に合わせた合焦点位置とすると、撮像部４０により取得された画像において、細胞内部と細胞外部との輝度は近似する。このため、合焦点位置では、細胞９２が視認しにくくなる。
【００６５】
撮像光学系３０の焦点位置を合焦点位置から近距離方向（撮像部４０側）へとずらすと、細胞内部が細胞外部よりも白く見える。そして、撮像光学系３０の焦点位置を合焦点位置から一定距離近距離方向へずらした第１位置において、エッジの強さが極大値をとる。このため、第１位置において、細胞９２および細胞９２の各部の視認性が高くなる。撮像光学系３０の焦点位置を第１位置よりもさらに近距離方向へずらすと、画像がぼけて、エッジが弱くなり、細胞９２の視認性が低下する。
【００６６】
一方、撮像光学系３０の焦点距離を合焦点位置から遠距離方向（照明部２０側）へとずらすと、細胞内部が細胞外部よりも黒く見える。そして、撮像光学系３０の焦点位置を合焦点位置から一定距離遠距離方向へずらした第２位置において、エッジの強さが極大値をとる。このため、第２位置において、細胞９２および細胞９２の各部の視認性が高くなる。撮像光学系３０の焦点位置を第２位置よりもさらに遠距離方向へずらすと、画像がぼけて、エッジが弱くなり、細胞９２の視認性が低下する。
【００６７】
このように、白色光での明視野観察においては、撮像光学系３０の焦点位置は、合焦点位置から一定距離ずらした第１位置または第２位置とすることが好ましい。これにより、より高いコントラストの画像を取得できる。狭波長帯における観察においても、狭波長帯の中心波長および半値幅、光学系のコヒーレンスファクターσ等の条件によっては、白色光での明視野観察と同様である場合がある。すなわち、狭波長帯における観察においても、条件によっては、撮像光学系３０の焦点位置を合焦点位置から一定距離ずらした位置とすることが好ましい場合がある。なお、合焦点位置から第１位置または第２位置までの距離は、細胞９２の種類毎に予め決めた所定の距離であってもよい。また、合焦点位置から第１位置または第２位置までの距離は、観察しながら調整して決定してもよい。
【００６８】
＜２．第２実施形態＞
図９は、本発明の第２実施形態に係る細胞観察装置１Ａの構成を示した概略図である。図９に示すように、細胞観察装置１Ａは、照明部２０Ａと、撮像光学系３０Ａと、撮像部４０Ａとを有する。
【００６９】
照明部２０Ａは、光源２１Ａと、照明光学系２２Ａとを含む。本実施形態の光源２１Ａは、白色光よりも波長帯域が狭い狭波長帯の光を出射するレーザ光源またはＬＥＤ光源である。照明光学系２２Ａは、コレクタレンズ２２１Ａ、視野絞り２２２Ａ、開口絞り２２３Ａ、およびコンデンサレンズ２２４Ａを有する。光源２１Ａから出射された照明光は、コレクタレンズ２２１Ａ、視野絞り２２２Ａ、開口絞り２２３Ａおよびコンデンサレンズ２２４Ａを順に通過した後、撮影位置Ｐに配置された試料９０Ａに照射される。試料９０Ａには、細胞が含まれる。
【００７０】
撮像光学系３０Ａは、対物レンズ３１Ａ、開口絞り３２Ａ、および結像レンズ３３Ａを有する。照明部２０Ａにより照射され、試料９０Ａを通過した光は、対物レンズ３１Ａ、開口絞り３２Ａおよび結像レンズ３３を介して撮像部４０Ａの受光面へ到達する。そして、撮像部４０Ａは、受光面に結像した試料９０Ａの二次元画像を、デジタル画像データとして取得する。
【００７１】
この細胞観察装置１Ａでは、光源２１Ａが狭波長帯の光を出射する。このため、照明部２０Ａが波長帯域を調整するためのバンドパスフィルタを有することなく、照明部２０Ａが、白色光よりも波長帯域が小さい狭波長帯の照明光を試料９０Ａへ照射できる。これにより、撮像部４０Ａは、狭波長帯における細胞の画像を撮像する。
【００７２】
また、この観察装置１Ａは、観察者が直接観察を行うための接眼レンズを有していない。このように、観察者は、撮像部４０Ａの取得した画像のみにより試料９０Ａの観察を行うものであってもよい。
【００７３】
＜３．第３実施形態＞
図１０は、本発明の第３実施形態に係る細胞観察装置１Ｂの構成を示した概略図である。図１０に示すように、細胞観察装置１Ｂは、照明部２０Ｂと、撮像光学系３０Ｂと、撮像部４０Ｂとを有する。
【００７４】
照明部２０Ｂは、光源２１Ｂと、照明光学系２２Ｂとを含む。本実施形態の光源２１Ｂは、白色光を出射するハロゲンランプである。照明光学系２２Ｂは、コレクタレンズ２２１Ｂ、視野絞り２２２Ｂ、開口絞り２２３Ｂ、およびコンデンサレンズ２２４Ｂを有する。光源２１Ｂから出射された照明光は、コレクタレンズ２２１Ｂ、視野絞り２２２Ｂ、開口絞り２２３Ｂおよびコンデンサレンズ２２４Ｂを順に通過した後、撮影位置Ｐに配置された試料９０Ｂに照射される。このため、試料９０Ｂには、白色光が照射される。試料９０Ｂには、細胞が含まれる。
【００７５】
撮像光学系３０Ｂは、バンドパスフィルタ５０Ｂ、対物レンズ３１Ｂ、開口絞り３２Ｂ、および結像レンズ３３Ｂを有する。照明部２０Ｂにより照射され、試料９０Ｂを通過した光は、対物レンズ３１Ｂ、開口絞り３２Ｂ、バンドパスフィルタ５０Ｂおよび結像レンズ３３Ｂを介して撮像部４０Ｂの受光面へ到達する。
【００７６】
バンドパスフィルタ５０Ｂは、所定の狭波長帯を通過帯域とするバンドパスフィルタである。バンドパスフィルタ５０Ｂは、広い波長帯を有する試料９０Ｂを通過した白色光のうち、所定の狭波長帯の光のみを通過させる。撮像光学系３０Ｂがバンドパスフィルタ５０Ｂを含むことにより、撮像部４０Ｂには、狭波長帯の光のみが到達する。そして、撮像部４０Ｂは、受光面に結像した試料９０Ｂの二次元画像を、デジタル画像データとして取得する。
【００７７】
この細胞観察装置１Ｂでは、照明部２０Ｂではなく、撮像光学系３０Ｂがバンドパスフィルタ５０Ｂを有する。これにより、照明部２０Ｂ側の設計変更を行うことなく、狭波長帯における細胞の画像を撮像できる。
【００７８】
＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
【００７９】
照明光学系および撮像光学系の構成は、上記の実施形態と異なっていてもよい。例えば、照明光学系および撮像光学系が、他の要素を有していてもよいし、上記の実施形態に含まれる要素が省略されていてもよい。また、照明光学系または撮像光学系におけるバンドパスフィルタの位置は、上記の実施形態と異なっていてもよい。
【００８０】
また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１，１Ａ，１Ｂ  細胞観察装置
９  培養容器
２０，２０Ａ，２０Ｂ  照明部
２１，２１Ａ，２１Ｂ  光源
２２，２２Ａ，２２Ｂ  照明光学系
３０，３０Ａ，３０Ｂ  撮像光学系
４０，４０Ａ，４０Ｂ  撮像部
５０，５０Ｂ  バンドパスフィルタ
９０，９０Ａ，９０Ｂ  試料
９２  細胞
【図１】
2018161081.tif 000003
【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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