(57)【要約】【課題】細胞等の試料の立体構造によって、コントラストカーブに２つ以上のピークが出現するような場合であっても、用途に応じて適切なフォーカス位置に調節可能な観察装置および焦点調節方法を提供する。【解決手段】試料に並行光を照射した場合に、試料を通過する際に、屈折して集光効果が現われ、フォーカスレンズ位置に応じてＡＦ評価値の変化を検出すると、ＡＦ評価値のピーク（極大値）が複数、生ずる。試料を観察する場合には、ＡＦ評価値の極小値となるベストピント位置Ｐｂとし、試料の画像解析を行う場合には、ＡＦ評価値のピーク（極大値）に対応するフォーカス位置Ｐｑ、Ｐｒのいずれかを選択する。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を撮像する撮像部を有する観察装置であって、
上記撮像部のフォーカス位置を変化させ、上記撮像部の出力する撮像面の所定範囲内の撮像データに基づきコントラスト評価値を算出して、コントラスト評価値に基づいてフォーカスを制御するフォーカス制御部と、
上記撮像部の出力する撮像データに基づいて、上記試料を解析する解析部と、
を具備し、
上記フォーカス制御部は、上記フォーカス位置の変化に対応するコントラスト評価値の変化にて複数の極大値が発生する場合に、上記複数の極大値に対応するフォーカス位置のいずれか一方にフォーカス位置を制御する、
ことを特徴とする観察装置。
【請求項２】
上記撮像部の出力する撮像データに基づいて観察を行うための観察用画像データを生成する観察用画像データ生成部をさらに具備し、
上記フォーカス制御部は、上記観察用画像データ生成部により観察用画像データを生成する時に、上記フォーカス位置の変化に対応する上記コントラスト評価値の変化に複数の極大値が現れる場合に、上記複数の極大値に対応するフォーカス位置の間に位置する上記コントラスト評価値の極値に対応するフォーカス位置に制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
上記フォーカス制御部は、上記複数の極大値に対応するフォーカス位置の間に位置する上記コントラスト評価値の極値のうちのいずれかに対応するフォーカス位置に制御することを特徴とする請求項２に記載の観察装置。
【請求項４】
上記フォーカス制御部は、上記フォーカス位置の変化に対応するコントラスト評価値の変化にて１個の極大値が発生する場合、上記１個の極大値に対応するフォーカス位置にフォーカス位置を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項５】
上記解析部は、上記試料に含まれる細胞の数をカウントすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項６】
上記解析部は、上記試料に含まれる細胞の形状を測定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項７】
上記解析部は、上記試料に含まれる細胞の密度を測定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項８】
試料を撮像する撮像部を有する観察装置の焦点調節方法であって、
上記撮像部のフォーカス位置を変化させ、上記撮像部の出力する撮像面の所定範囲内の撮像データに基づきコントラスト評価値を算出して、コントラスト評価値に基づいてフォーカスを制御し、上記フォーカス位置の変化に対応するコントラスト評価値の変化にて複数の極大値が発生する場合に、上記複数の極大値に対応するフォーカス位置のいずれか一方にフォーカス位置を制御することを特徴とする焦点調節方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像部によって試料の撮像を行い、取得した画像データに基づいて焦点調節を行う観察装置および焦点調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度等の環境を一定に維持する恒温槽やインキュベータ等の内部に観察装置を長期間配置し、培養容器内の細胞等の試料を撮像部によって観察することが知られている。この装置によれば、インキュベータ内部に長期期間の間、試料を配置し、外部からの操作によって観察することができる。装置の開閉や人手の介在を排し、効率的で質の高い細胞環境を実現することができる。また、観察に当たって、撮像部によって培養容器内の細胞等の試料の画像データを取得し、この画像データに基づいて焦点調節を行い、ピントの合った画像を表示することができる（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
また、観察に当たって、容器の種類、製造のバラツキ、観察位置により培養細胞のピント位置が変化するために、オートフォーカス（ＡＦ）機能を備えることが望ましい。このため、撮像部によって培養容器内の細胞等の試料の画像データを取得し、この画像データに基づいて焦点調節を行い、ピントの合った画像を表示するようにしている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１では、フォーカス位置を変化させて、観察できる細胞数が最大となった位置を最適なピント位置としている。特許文献２では、フォーカス位置によって変化する輝度情報を参照して、ピント位置を決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１９４５４４号公報
【特許文献２】特開２００８−１１６５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
細胞等の試料に対してコントラストＡＦで焦点調節を行う場合には、透過照明が一般的であり、コントラストカーブに２つのピークが出現する場合がある。これは、細胞が立体構造を有するため細胞内において光線が屈折され、集光効果が生ずるためである（後述する図７参照）。このような現象が生ずると、特許文献１、２に開示されるような焦点調節装置では、ピントがあった観察画像を得ることができない。また、特許文献１、２等に開示される焦点調節装置では、試料中の細胞数を正確にカウントすることも困難である。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、細胞等の試料の立体構造によって、コントラストカーブに２つ以上のピークが出現するような場合であっても、用途に応じて適切なフォーカス位置に調節可能な観察装置および焦点調節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】
【０００７】
上記目的を達成するため第１の発明に係る観察装置は、試料を撮像する撮像部を有する観察装置であって、上記撮像部のフォーカス位置を変化させ、上記撮像部の出力する撮像面の所定範囲内の撮像データに基づきコントラスト評価値を算出して、コントラスト評価値に基づいてフォーカスを制御するフォーカス制御部と、上記撮像部の出力する撮像データに基づいて、上記試料を解析する解析部と、を具備し、上記フォーカス制御部は、上記フォーカス位置の変化に対応するコントラスト評価値の変化にて複数の極大値が発生する場合に、上記複数の極大値に対応するフォーカス位置のいずれか一方にフォーカス位置を制御する。
【０００８】
第２の発明に係る観察装置は、上記第１の発明において、上記撮像部の出力する撮像データに基づいて観察を行うための観察用画像データを生成する観察用画像データ生成部をさらに具備し、上記フォーカス制御部は、上記観察用画像データ生成部により観察用画像データを生成する時に、上記フォーカス位置の変化に対応する上記コントラスト評価値の変化に複数の極大値が現れる場合に、上記複数の極大値に対応するフォーカス位置の間に位置する上記コントラスト評価値の極値に対応するフォーカス位置に制御する。
【０００９】
第３の発明に係る観察装置は、上記第２の発明において、上記フォーカス制御部は、上記複数の極大値に対応するフォーカス位置の間に位置する上記コントラスト評価値の極値のうちのいずれかに対応するフォーカス位置に制御する。
第４の発明に係る観察装置は、上記第１ないし第３の発明において、上記フォーカス制御部は、上記フォーカス位置の変化に対応するコントラスト評価値の変化にて１個の極大値が発生する場合、上記１個の極大値に対応するフォーカス位置にフォーカス位置を制御する。
【００１０】
第５の発明に係る観察装置は、上記第１ないし第４の発明において、上記解析部は、上記試料に含まれる細胞の数をカウントする。
第６の発明に係る観察装置は、上記第１ないし第４の発明において、上記解析部は、上記試料に含まれる細胞の形状を測定する。
第７の発明に係る観察装置は、上記第１ないし第４の発明において、上記解析部は、上記試料に含まれる細胞の密度を測定する。
【００１１】
第８の発明に係る焦点調節方法は、試料を撮像する撮像部を有する観察装置の焦点調節方法であって、上記撮像部のフォーカス位置を変化させ、上記撮像部の出力する撮像面の所定範囲内の撮像データに基づきコントラスト評価値を算出して、コントラスト評価値に基づいてフォーカスを制御し、上記フォーカス位置の変化に対応するコントラスト評価値の変化にて複数の極大値が発生する場合に、上記複数の極大値に対応するフォーカス位置のいずれか一方にフォーカス位置を制御する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、細胞等の試料の立体構造によって、コントラストカーブに２つ以上のピークが出現するような場合であっても、用途に応じて適切なフォーカス位置に調節可能な観察装置および焦点調節方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る細胞観察システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る細胞観察装置、容器、および操作部を示す外観斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る細胞観察装置の主として電気的構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る細胞観察システムにおいて、細胞を収納する容器の例を示す外観斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る細胞観察システムにおいて、ＡＦ評価値算出のためのブロック図、およびフィルタ処理部の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る細胞観察システムにおいて、撮像部のレンズ位置とＡＦ評価値の関係の例（ピークが１つの場合）を示すグラフである。
【図７】本発明に一実施形態に係る細胞観察システムにおいて、撮像部の結像光学系によって生成される光線を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る細胞観察システムにおいて、撮像部のレンズ位置とＡＦ評価値の関係の例（ピークが２つの場合）を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係る細胞観察システムにおいて、撮影画像の例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る細胞観察装置内の撮像部の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態に係る情報端末の動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態に係る細胞観察装置内の撮像部のＡＦ処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の一実施形態に係る細胞観察装置内の撮像部のフォーカス検出処理を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の一実施形態に係る細胞観察装置における細胞数カウントおよび細胞密度の検出を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態の変形例に係る細胞観察システムにおいて、撮像部のレンズ位置とＡＦ評価値の関係の例（ピークが３つの場合）を示すグラフである。
【図１６】本発明の一実施形態の変形例に係る細胞観察装置内の撮像部のフォーカス検出処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図を用いて、本発明の一実施形態として細胞観察システムに適用した例について説明する。本実施形態においては、試料を撮像する撮像部を有し、撮像部のフォーカス位置を変化させて、撮像部からの撮像データに基づきＡＦ評価値（コントラスト評価値）を算出してフォーカスレンズのフォーカス位置を制御する（例えば、後述する図１２参照）。ＡＦ評価値の変化にて複数のピーク（極大値）が発生する場合がある（例えば、図８、図１５参照）。複数のピークが発生した場合には、画像の解析用に複数のピークのいずれか一方にフォーカス位置を制御する（例えば、図８のＱ、Ｒ、図１３のＳ９３、図１５のＱ’Ｒ’、図１６のＳ１０７参照）。また画像の観察用に複数のピークの間の位置する極値にフォーカス位置を制御する。複数のピークの間に位置する極小値にフォーカス位置を制御する（例えば、図８のＰ、図１３のＳ９１参照）場合と、複数のピークの間に位置する極大値（ピーク）にフォーカス位置を制御する（例えば、図１５のＰ’、図１６のＳ１０５参照）場合がある。
【００１５】
図１は、細胞観察システムの全体的構成を示すブロック図である。この細胞観察システムは、インキュベータ１００、細胞培養容器８０、細胞観察装置１、細胞観察主制御装置２１０、細胞観察副制御装置２２０、表示装置２３０、および入力装置２４０を有する。
【００１６】
インキュベータ１００は、密閉構造となっており、その内部は一定温度（例えば、３７．０度Ｃ）が維持されるように温度調節がなされる。また、湿度、酸素濃度、二酸化炭素濃度（例えば、５．０％）が一定に保たれるようにしてもよい。細胞培養容器８０は、細胞を培養するための瓶、シャーレ等種々の大きさ・形状・材質等を有する。インキュベータ１００において温度等が一定に維持された環境内で、細胞培養容器８０内の細胞が培養される。細胞培養容器８０の形状等について、図４を用いて後述する。
【００１７】
細胞観察装置１は、インキュベータ内に配置され、カメラ部（撮像部）１０を有し、細胞培養容器８０内の細胞を観察する。また、カメラ部１０は後述するようにＸ軸、Ｙ軸方向に移動可能であり、予め設定されているパターンに沿って自動的にカメラ部１０の位置を変更し、変更した位置で細部培養容器８０内の細胞の画像を取得することができる。なお、設定されているパターン以外にも、ユーザが任意に手動でカメラ部１０の位置を移動させ、細胞の画像を取得することも勿論可能である。この細胞観察装置１の詳しい外観および電気的構成については図２および図３を用いて後述する。
【００１８】
細胞観察主制御装置２１０は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等であり、細胞観察装置１と無線通信または有線通信によって通信可能であり、細胞観察装置１の全体制御を行う。なお、細胞観察主制御装置２１０はＰＣ以外にも、イントラネットで接続されたサーバー等に接続する制御装置であってもよい。
【００１９】
細胞観察主制御装置２１０には、表示装置２３０と入力装置２４０が接続されている。この接続は、有線であってもよく、また無線であってもよい。表示装置２３０は、モニタ等の表示部を有しており、細胞観察装置１の撮像部によって取得されたライブ画像および／または細胞観察主制御装置２１０によって記録された画像の再生画像を表示する。またこの表示部には、メニュー画面等、モード設定等種々の設定のための画面を表示する。
【００２０】
入力装置２４０は、キーボード等の入力インターフェースを有する。ユーザは入力装置２４０によって、種々のモード、細胞培養容器８０等の情報入力等を行う。入力装置２４０、または細胞観察副制御装置２２０の表示部２２９（図２参照）は、試料を配置する容器の情報を入力する入力部として機能する（例えば、後述する図１０のＳ６５参照）。この入力部は、複数の異なる形状の容器に関する情報を入力する（例えば、後述する図４、図１０のＳ６５参照）。
【００２１】
細胞観察副制御装置２２０は、例えば、スマートフォン、タブレットＰＣ等、携帯性があり、かつ無線通信によって細胞観察主制御装置２１０および／または細胞観察装置１と通信を行うことでき（なお、後述する図２においては、細胞観察装置１と通信を行う場合を示す）、細胞観察システムの制御を行うことができる。無線通信としては、ＷｉＦｉ通信等の無線通信の他、赤外線通信等であってもよい。細胞観察副制御装置２２０に表示部を設けておけば、細胞観察装置１によって取得したライブ画像の表示や記録画像の再生表示等を行うことができる。細胞観察主制御装置２１０、細胞観察副制御装置２２０の少なくとも１つは、観察装置と通信可能な外部制御装置として機能する。
【００２２】
このように本実施形態に係る細胞観察システムは、インキュベータ１００内に、細胞培養容器８０を配置し、この細胞培養容器８０内で培養される細胞を、細胞観察装置１内の撮像部によって撮像して画像データを取得する。この取得された画像データは細胞観察主制御装置２１０および／または細胞観察副制御装置２２０に出力され、この出力された画像データが表示装置２３０に表示される。細胞を観察する際に、細胞培養容器８０は、インキュベータ外に持ち出されることがなく、常に一定の温度等の環境の下で培養が可能となる。
【００２３】
次に、図２に示す外観斜視図を用いて、主として細胞観察装置１の構成について説明する。図２には、細胞観察システムの内、細胞観察装置１、細胞培養容器８０、および細胞観察副制御装置２２０を示す。前述したように、この細胞観察システムの内、細胞観察装置１および細胞培養容器８０は、インキュベータ内に配置され、細胞観察副制御装置２２０はインキュベータの外に配置されている。なお、細胞観察副制御装置２２０に代えて、細胞観察主制御装置２１０としてもよい。
【００２４】
細胞観察装置１の透明な天板４０の上には細胞培養容器８０を載置でき、細胞培養容器８０で培養される試料８１を透明な天板４０を透して撮像し、撮像画像データを取得することができる。このため、細胞をインキュベータ１００等内で環境を維持したまま培養し、インキュベータ１００外の細胞観察副制御装置２２０や細胞観察主制御装置２１０等において、試料８１等の計測や観察を行うことができる。インキュベータ１００内で培養された細胞の観察や計測を遠隔で行うので、細胞観察装置１は省エネ性や信頼性の高い設計を行うことが望ましい。
【００２５】
細胞観察装置１は、カメラ部１０、Ｙアクチュエータ３１ａ、Ｘアクチュエータ３１ｂ、Ｙ送りネジ３２ａ、Ｘ送りネジ３２ｂ、移動制御部３３、透明な天板４０、外装体４２を有する。カメラ部１０はレンズ１１ａを有し、撮像センサ１２ａ（図３参照）がレンズ１１ａによって形成された像を光電変換し、画像データを取得する。
【００２６】
カメラ部１０には、照明用のＬＥＤ１３が配置されている。ＬＥＤ１３の照明光は、天板４０および細胞培養容器８０の方向に照射され、細胞培養容器８０の蓋によって反射され、この反射光によって試料８１を透過光で照明する。なお、ＬＥＤ１３は、細胞培養容器８０の上方に配置し、試料８１を透過光で照明するようにしてもよい。なお、照明光源は、ＬＥＤ以外の光源を使用しても勿論かまわない。
【００２７】
また、細胞観察装置１内には無線通信装置１８が配置されており、細胞観察装置１の外部に配置される細胞観察副制御装置２２０内の通信部２２８と無線通信が可能である。カメラ部１０の詳しい構成については、図３を用いて後述する。
【００２８】
カメラ部１０は、Ｘ送りネジ３２ｂに保持され、Ｘ送りネジ３２ｂが回転することによって、Ｘ軸方向に移動可能である。Ｘ送りネジ３２ｂは、Ｘアクチュエータ３１ｂによって回転駆動される。Ｘアクチュエータ３１ｂは、Ｙ送りネジ３２ａに保持され、Ｙ送りネジ３２ａが回転することによって、Ｙ軸方向に移動可能である。Ｙ送りネジ３２ａは、Ｙアクチュエータ３１ａによって回転駆動される。
【００２９】
移動制御部３３は、Ｙアクチュエータ３１ａおよびＸアクチュエータ３１ｂの駆動制御を行い、カメラ部１０を、予めプログラムされた手順に従って、Ｘ軸およびＹ軸方向に駆動制御する。また、ユーザがカメラ部１０を特定の位置に移動させることも可能であり、この場合には、細胞観察副制御装置２２０によって手動で指示するので、移動制御部３３は、ユーザの指示に従ってカメラ部１０を移動させる。移動制御部３３、Ｙアクチュエータ３１ａおよびＸアクチュエータ３１ｂ等は、撮像部の撮像位置を変更する撮像位置変更部として機能する。
【００３０】
なお、後述するように、細胞観察装置１内には、内蔵の電源電池７３が備えられ、移動制御部３３、Ｙアクチュエータ３１ａ、Ｘアクチュエータ３１ｂ、カメラ部１０に電源が供給され、また各部の間で制御信号を双方向で通信するための通信ラインが設けられている。本実施形態では、細胞観察装置１をインキュベータ内に配置し易くするために、電源として電源電池を使用することを想定しているが、これに限らず、ＡＣ電源によって電源供給するようにしてもよい。また各部の間の制御信号は有線通信で行うことを想定しているが、無線通信によって行うようにしてもよい。
【００３１】
上述のカメラ部１０、Ｙアクチュエータ３１ａ、Ｘアクチュエータ３１ｂ、Ｙ送りネジ３２ａ、Ｘ送りネジ３２ｂ、および移動制御部３３は、天板４０および外装体４２で構成される筐体内に配置されている。天板４０および外装体４２は、その内部に外部からの湿気が入り込まないような気密構造となっている。このため、インキュベータ内が高湿であっても、天板４０および外装体４２により構成される筐体の内部は、高湿となることがない。
【００３２】
天板４０、外装体４２で構成される筐体内には、内蔵センサとして装置内温度センサ４３ａが配置されている。内蔵センサとしては、本実施形態においては、細胞観察装置内の温度を検出するための温度センサを有しているが、これに限らず、圧力を検出するための圧力センサ、湿度を検出するための湿度センサ等を有していてもよい。温度センサ以外の２つのセンサのいずれか１つを有するだけでもよく、また他の項目を検出するためのセンサを配置してもよい。また、配置位置は、１か所にまとめる必要はなく、適宜分散して配置するようにしてもよい。
【００３３】
なお、天板４０、外装体４２で構成される筐体の外には、外部センサを配置するようにしてもよい。外部センサとしては、細胞観察装置外の温度を検出するための温度センサ、圧力を検出するための圧力センサ、湿度を検出するための湿度センサ、酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ、窒素濃度を検出するための窒素濃度センサ、二酸化炭素濃度を検出するための二酸化濃度センサ等がある。これらのセンサのいずれか１つまたは複数であってもよく、また他の項目を検出するためのセンサを配置してもよい。また、配置位置は、１か所にまとめる必要はなく、適宜分散して配置するようにしてもよい。
【００３４】
透明な天板４０の上側には、細胞培養容器８０を載置することが可能であり、細胞培養容器８０内には培地を充填し、試料８１（細胞）を培養することができる。カメラ部１０のレンズ１１ａは、透明な天板４０を透して細胞培養容器８０内の培地を撮像し、画像を観察することができる。この撮像にあたっては、前述したように、ＬＥＤ１３によって試料８１が照明される。細胞培養容器８０内の細胞は、カメラ１０によって撮像されることから、細胞培養容器８０の底面（天板４０と接する側）は透明であることが望ましい。
【００３５】
細胞観察副制御装置２２０は、通信部２２８を有し、細胞観察装置１内の無線通信装置１８と無線通信が可能である。このため、細胞観察副制御装置２２０は、細胞観察装置１と離れた位置から、カメラ部１０と通信を行い、カメラ部１０を移動させ、またカメラ部１０が取得した画像データを受信することができる。なお、細胞観察副制御装置２２０は、専用機器であってもよいが、スマートフォン等の情報端末機器を操作部として兼用するようにしてもよい。さらに、細胞観察副制御装置２２０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、サーバー等のコンピュータの付属の操作部を兼用するようにしてもよい。
【００３６】
また、細胞観察副制御装置２２０は、撮像された画像を解析することにより、試料８１の細胞数のカウントや細胞密度を検出することができる。すなわち、カメラ部１０は、Ｘアクチュエータ３１ａおよびＹアクチュエータ３１ｂによって移動しながら、細胞培養容器８０内の試料８１を撮像する。細胞観察副制御装置２２０は、撮像された画像に基づいて、細胞の数のカウントや細胞密度を検出することができる。なお、細胞等のカウントや細胞密度の検出は、細胞観察主制御装置２１０が行ってもよいことは勿論である。また、細胞観察装置１内の画像処理部６３が、細胞等のカウントや細胞密度の検出を行ってもよい。画像処理部６３の細胞等のカウントや細胞密度の検出の結果は、細胞観察主制御装置２１０や細胞観察副制御装置２２０へ送信される。細胞の数のカウントや細胞密度の検出の仕方については、図１４を用いて後述する。
【００３７】
また、細胞観察副制御装置２２０は表示部２２９を有してもよく、この場合には表示部２２９は細胞観察副制御装置２２０の各種モード、各種設定用のアイコン等の表示を行う。タッチパネルを設けておけば、タッチ操作により、各種入力を行うことができる。また、表示部２２９は、カメラ部１０によって取得され、送信されてきた画像を表示する。
【００３８】
次に、図３を用いて、本実施形態に係る細胞観察装置１の主として電気的構成について説明する。細胞観察装置１は、カメラ部１０、Ｘ／Ｙステージ部５０、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０、装置内温度センサ４３ａ、その他の周辺回路等を有する。
【００３９】
カメラ部１０内は、フォーカスレンズ１１ａを含む撮影レンズを有する。このフォーカスレンズ１１ａを含む撮影レンズは、単焦点レンズまたはズームレンズであり、細胞等の試料８１の画像を撮像センサ１２ａ上に結像させる。また、撮影レンズは、フォーカスのために構成する全群を一体的に光軸方向に移動させる全体繰り出しタイプであってもよい。図２には、フォーカスレンズ１１ａの光軸上に絞りおよび機械式シャッタが示されていないが、これらを設けてもよく、また省略してもよい。
【００４０】
撮像センサ１２ａは、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等のイメージセンサであり、フォーカスレンズ１１ａによって形成された像を光電変換することによって、画像信号を生成する。この画像信号は撮像回路にてＡＤ変換等の処理が行われ画像データが生成され、この画像データは画像処理部６３に出力される。撮像センサ１２ａは、試料を撮像する撮像部として機能する。撮像部は、静止画に対応する撮像とライブビューに対応する撮像、動画に対応する撮像が可能である。
【００４１】
フォーカスレンズ１１ａは、レンズ駆動（ＬＤ）モータ（ＬＤＭＴ）１２ｂによって、フォーカスレンズ１１ａの光軸方向に移動される。ＬＤモータ１２ｂは、本実施形態においては、ステッピングモータであるが、これ以外のモータでもよい。
【００４２】
フォーカスレンズ基準位置検出部（ＬＤＰＩ）１２ｃは、フォトインタラプタ等を有し、フォーカスレンズ１１ａが基準位置に達した際に、基準位置信号をＣＰＵ６０に出力する。この基準位置信号を基点として、ステッピングモータに印加したパルス数に基づいて、フォーカスレンズ１１ａの位置を検出することができる。この位置検出に基づいて、ＬＤモータ制御部６１は、目標とするフォーカス位置にフォーカスレンズ１１ａを移動させることができる。なお、ステッピングモータ以外のモータの場合には、フォーカスレンズ１１ａの相対的または絶対的位置を検出するためのセンサを設ければよい。
【００４３】
ＬＥＤ（Light Emitted Diode）１３は、前述したように、細胞培養容器８０内の細胞（試料８１）を照明するための光源である。ＬＥＤの発光波長は、細胞（試料）にダメージを与えない赤色光、より具体的には波長６６０ｎｍの赤色光に設定してもよい。なお、ＬＥＤ以外の照明用光源であってもよい。
【００４４】
Ｘ／Ｙステージ部５０は、カメラ部１０の位置をＸ方向およびＹ方向に移動させるための機構であり、図１のＹアクチュエータ３１ａ、Ｘアクチュエータ３１ｂ、移動制御部３３等に相当する。
【００４５】
ＬＤモータドライバ５１は、ＬＤモータ１２ｂの駆動回路であり、ＣＰＵ６０内のＬＤモータ制御部６１からの制御信号に応じて、ＬＤモータ１２ｂの駆動用パルスを出力する。上述のＬＤモータ１２ｂ、およびＬＤモータドライバ５１、および後述するＬＤモータ制御部６１は、撮像部のフォーカスを制御するフォーカス部として機能する。また、ＬＤモータ１２ｂ、ＬＤモータドライバ５１、およびＬＤモータ制御部６１は、撮像部のフォーカスを制御するフォーカス制御回路として機能する。フォーカス制御部は、撮像部により撮像された画像情報に基づくコントラストがピークとなるようにフォーカスを調節することが可能である。
【００４６】
Ｘステージ駆動機構５２は、カメラ部１０をＸ軸方向に駆動させるための機構であり、図２においてはＸ送りネジ３２ｂ等が相当する。なお、Ｘステージ駆動機構５２は、送りねじ機構以外にも歯車機構、ベルト機構等、Ｘ軸方向に空間的に移動させるための機構であればよい。
【００４７】
Ｘステージモータ（ＸＭＴ）５３は、Ｘ送りネジ３２ｂを回転させるためのモータであり、本実施形態においてはステッピングモータが採用される。Ｘステージモータ５３は、図２においてはＸアクチュエータ３１ｂが相当する。Ｘステージモータ５３はＸステージモータドライバ５４によってパルス駆動される。Ｘステージモータドライバ５４は、ＣＰＵ６０内のＸＭＴ制御部６２からの制御信号に応じてＸステージモータ５３の駆動制御を行う。
【００４８】
Ｘステージ基準位置検出部５５はＰＩ（フォトインタラプタ）、ＰＲ（フォトリフレクタ）等の検知センサを有し、カメラ部１０がＸ軸方向の基準位置に達した場合に、基準信号をＣＰＵ６０に出力する。ＸＭＴ制御部６２は、この基準位置を基に、Ｘステージモータ５３にパルスを印加することにより、カメラ部１０のＸ軸方向の目標位置に移動させることができる。
【００４９】
Ｙステージ駆動機構５９は、カメラ部１０をＹ軸方向に駆動させるための機構であり、図２においてはＹ送りネジ３２ａ等が相当する。なお、Ｙステージ駆動機構５９は、送りねじ機構以外にも歯車機構、ベルト機構等、Ｙ軸方向に空間的に移動させるための機構であればよい。
【００５０】
Ｙステージモータ（ＹＭＴ）５８は、Ｙ送りネジ３２ａを回転させるためのモータであり、本実施形態においてはステッピングモータが採用される。Ｙステージモータ５８は、図２においてはＹアクチュエータ３２ａが相当する。Ｙステージモータ５８はＹステージモータドライバ５７によってパルス駆動される。Ｙステージモータドライバ５７は、ＣＰＵ６０内のＹＭＴ制御部６４からの制御信号に応じてＹステージモータ５８の駆動制御を行う。
【００５１】
Ｙステージ基準位置検出部５６は、ＰＩ（フォトインタラプタ）、ＰＲ（フォトリフレクタ）等の検知センサを有し、カメラ部１０がＹ軸方向の基準位置に達した場合に、基準信号をＣＰＵ６０に出力する。ＹＭＴ制御部６４は、この基準位置を基に、Ｙステージモータ５８にパルスを印加することにより、カメラ部１０のＹ軸方向の目標位置に移動させることができる。
【００５２】
ＬＥＤ駆動回路５９ａは、ＣＰＵ６０内のＬＥＤ制御部６５からの制御信号に従って、ＬＥＤ１３の照明制御を行う。
【００５３】
ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０は、記憶部７１に記憶されているプログラムに従って、細胞観察装置１内の各部の制御を行う。ＣＰＵ６０は、コントローラとして機能し、ＣＰＵ６０は、いわゆるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）の一部として配置される。このＡＳＩＣ内には、ＣＰＵの他、周辺回路を有し、ＡＳＩＣ内には、ＣＰＵと周辺回路によって、レンズ駆動（ＬＤ）モータ制御部６１、Ｘモータ（ＸＭＴ）制御部６２、画像処理部６３、Ｙモータ（Ｙモータ）制御部６４、ＬＥＤ制御部６５の機能を実現する。これらの各部はプログラムによってソフトウエア的に実行するが、各制御部６１、６２、６４、６５および／または画像処理部６３等の一部の機能は周辺回路によって実現される。
【００５４】
上述のコントローラは、撮像部のフォーカス位置を変化させ、撮像部の出力する撮像面の所定範囲内の撮像データに基づきコントラスト評価値を算出して、コントラスト評価値に基づいてフォーカスを制御するフォーカス制御部として機能する（例えば、図１２参照）。このフォーカス制御部は、フォーカス位置の変化に対応するコントラスト評価値の変化にて複数の極大値が発生する場合に、複数の極大値に対応するフォーカス位置のいずれか一方にフォーカス位置を制御する（例えば、図１３のＳ８７、Ｓ８９、Ｓ９３参照）。
【００５５】
また、上述のフォーカス制御部は、観察用画像データ生成部により観察用画像データを生成する時に、フォーカス位置の変化に対応するコントラスト評価値の変化に複数の極大値が現れる場合に、複数の極大値に対応するフォーカス位置の間に位置するコントラスト評価値の極値に対応するフォーカス位置に制御する（例えば、図１３のＳ８７、Ｓ８９、Ｓ９３、図１６のＳ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０７等参照）。また、上述のフォーカス制御部は、複数の極大値に対応するフォーカス位置の間に位置するコントラスト評価値の極値のうちのいずれかに対応するフォーカス位置に制御するようにしてもよい。
【００５６】
また、上述のフォーカス制御部は、フォーカス位置の変化に対応するコントラスト評価値の変化にて１個の極大値が発生する場合、１個の極大値に対応するフォーカス位置にフォーカス位置を制御する（例えば、図１３のＳ８３Ｙｅｓ、Ｓ８５等参照）。
【００５７】
ＬＤモータ制御部６１は、レンズ駆動（ＬＤ）モータ１２ｂの駆動制御を行うことにより、フォーカスレンズ１１ａのピント合わせを制御する（後述する図１０のＳ２５、図１２参照）。ＸＭＴ制御部６２はＸステージモータ５３の駆動制御を行うことにより、カメラ部１０のＸ軸方向の位置制御を行う。ＹＭＴ制御部６４はＹステージモータ５８の駆動制御を行うことにより、カメラ部１０のＹ軸方向の位置制御を行う（後述する図１０のＳ１３、等参照）。
【００５８】
画像処理部６３は、撮像センサ１２ａからの画像データを処理し、表示部７５に画像表示を行い、またケーブル７２中の通信ケーブルを介して外部の表示部（例えば、細胞観察副制御部２２０の表示部２２９）に、試料８１等の画像を表示する。また、画像処理部６３は、試料８１中の特定の細胞の数をカウントしたり、細胞の密度を検出したり、細胞の形状を測定する等の画像解析を行うようにしてもよい。さらに、画像処理部６３は、画像データに基づいてＡＦ（Auto Focus）評価値を算出する。
【００５９】
画像処理部６３は、撮像部の出力する撮像データに基づいて観察を行うための観察用画像データを生成する観察用画像データ生成部として機能する。画像処理部６３は、撮像部の出力する撮像データに基づいて、試料を解析する解析部として機能する。この解析部は、試料に含まれる細胞の数をカウントする（例えば、図１４（ａ）参照）。この解析部は、試料に含まれる細胞の形状を測定する。この解析部は、試料に含まれる細胞の密度を測定する（例えば、図１４（ｂ）参照）。
【００６０】
ＬＥＤ制御部６５は、ＬＥＤ駆動回路５９ａによるＬＥＤ１３の発光制御を行う。この発光制御は、試料８１の撮像の際に、試料８１の照明が適正露光となるように行う。
【００６１】
記憶部７１は、電気的に書き換え可能な揮発性メモリおよび／または電気的に書き換え可能な不揮発性メモリを有する。記憶部７１は前述のプログラムの他に、また細胞観察装置１の各種調整値等を記憶し、また細胞観察の際に行う予め設定したカメラ部１０の移動経路（移動パターン）を記憶しておいてもよい。すなわち、記憶部７１に、静止画撮影を行う指定位置と、この指定位置における撮影条件をセットにして記憶しておいてもよい。
【００６２】
ケーブル７２は、細胞観察装置１と細胞観察副制御部２２０との間を有線で結ぶ場合の通信ケーブルである。この通信ケーブルを介して、撮像センサ１２ａによって取得した画像データを外部に送信する。無線通信の場合には、この通信ケーブルを省略してもよい。また、ケーブル７２は細胞観察装置１に外部より電源を供給する場合の電源供給ケーブルである。細胞観察装置１内に電源電池を内蔵する場合には省略してもよい。電源部７３は、外部よりケーブル７２を介して、または内蔵電池より、電源供給を受け、細胞観察装置１用の電源電圧に変換する。
【００６３】
操作部７４は、電源のオンオフや細胞観察副制御部２２０との無線通信等による通信のオンオフを行うスイッチ等を有する。その他、細胞観察副制御部２２０による操作の一部を行うためのスイッチ、ダイヤル、タッチパネル等を含むようにしてもよい。表示部７５は、ディスプレイを有し、ＣＰＵ６０の画像処理部６３によって処理された試料８１等の画像を表示する。なお、画像は外部機器のみで表示するようにし、表示部７５を省略してもよい。
【００６４】
前述の装置内温度センサ４３ａは、細胞観察装置１の天板４０、外装体４２から構成される筐体内の温度を検出し、ＣＰＵ６０に出力する。装置内温度センサ４３ａは、観察装置の内部の温度を計測する温度計測部として機能する。また、装置内温度センサ４３ａは、図２には１か所のみに配置されているが、天板４０、外装体４２から構成される筐体の内部の異なる位置に複数のセンサを配置してもよい。この場合、制御部は、複数の温度センサの出力に基づいて、試料の温度を推定して計測される温度を決定すればよい。
【００６５】
本実施形態における細胞観察装置１は、Ｘステージ駆動機構５２およびＹステージ駆動機構５９を有し、これによって撮像センサ１２ａを含むカメラ部１０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることができる。
【００６６】
また、本実施形態における細胞観察装置１は、撮像センサ１２ａを有し、所望の位置で細胞（試料８１）の所望の位置での画像を取得することできる。この取得した画像を用いてライブビュー表示することができ、また静止画または動画として記録しておき、後から再生することも可能である。また、取得した画像を解析することにより、細胞数をカウントする等、種々の解析を行うことも可能である。
【００６７】
また、本実施形態における細胞観察装置１の画像処理部６３は、撮像センサ１２ａによって取得した画像データのＡＦ評価値を算出し、この算出したＡＦ評価値に基づいて、ＬＤモータ１２ｂによってフォーカスレンズ１１ａを合焦位置に移動させるようにしている。合焦位置への駆動の詳細については、図５ないし図８を用いて後述する。
【００６８】
次に、図４を用いて、細胞培養容器８０の例について説明する。図４（ａ）は、特開２０１３−１１６０７３に開示されているフラスコ型形状の容器８２の例を示す。この例では、容器本体部８２ａ内は空洞であり、この空洞に続く首部８２ｂには蓋８２ｃを係止する係止部８２ｄが形成されている。容器本体部８２ａ内に培地を収納し、細胞を培養することができる。
【００６９】
図４（ｂ）に、ディッシュ（皿）型形状の容器８３の例を示す。この容器８３は底部の周囲に壁部が形成され、上方は開放された形状している。この直径は１００ｍｍが標準サイズであるが、種々のサイズが用意されている。
【００７０】
図４（ｃ）に、特開２０１４−５０６７９９に開示されているウエル（マイクロ）プレート型形状の容器８４の例を示す。この例では、４×６＝２４個の小さな凹部８４ａが設けてあり、各凹部８４ａにそれぞれ培地を配置し、細胞を培養する。図４（ｃ）に示した例では、２４ウエルのタイプであるが、これ以外にも、６ウエル、１２ウエル等、種々のウエル数の容器がある。
【００７１】
次に、図５を用いて、ＡＦ評価値の算出について説明する。図５（ａ）は、画像処理部６３内に設けられたＡＦ評価値を算出するための構成を示す。
【００７２】
Ｙ生成部６６は、輝度信号（Ｙ信号）の輝度生成回路を含み、撮像センサ１２ａからの撮像データ（ＲＧＢデータ）を入力し、輝度データを生成し、フィルタ処理部６７に出力する。フィルタ処理部６７は、フィルタ回路を含み、輝度データの内、高周波成分を抽出し、エリア積算部６８に出力する。フィルタ処理部６７の詳細な回路については、図５（ｂ）を用いて後述する。
【００７３】
エリア積算部６８は、加算回路を含み、またはＣＰＵ６０によるソフトウエア的な加算処理を含み、フィルタ処理部６７から出力された１フレーム分の撮像データの高周波成分を積算する。エリア積算部６８によって積算された高周波成分が、ＡＦ評価値データ（コントラスト評価データ）として生成される。なお、エリア積算部６８は、撮像センサ１２ａの撮像データの１フレーム全体の積算を行ってもよいし、自動、手動により予め設定された所定の焦点調節領域の撮像データの積算を行ってもよい。
【００７４】
図５（ｂ）は、フィルタ処理部６７におけるフィルタ処理回路の一例を示す。図５（ｂ）に示すフィルタ処理回路は、加算器６９、アンプａ０、ａ１、ａ２、−ｂ１、−ｂ２、および遅延回路Ｚ−１を有し、このフィルタ処理回路は、入力した輝度データに対して高周波成分を抽出し、フィルタ出力データを生成する。
【００７５】
図６は、横軸にフォーカスレンズ位置、縦軸にＡＦ評価値（コントラスト値）をとり、フォーカスレンズ位置を移動させた際のＡＦ評価値の変化の一例を示す。すなわち、ＬＤモータ１２ｂによってフォーカスレンズ１１ａを光軸方向に移動させた場合、各レンズ位置におけるＡＦ評価値を示す。レンズ位置Ｐｂは、ＡＦ評価値が最大となる位置、すなわちベストピント位置であり、試料８１にピントが合う位置である。
【００７６】
次に、図７を用いて、ＡＦ評価値がダブルピークとなる場合について説明する。破線は、照明光Ｌを示し、前述したように、照明光Ｌは、ＬＥＤ１３の照射光が細胞培養容器８０の蓋によって反射され、試料である細胞８１ａにほぼ平行光として照射される。この照射された照明光Ｌは、細胞８１ａおよび細胞培養容器８０の底面８０ａを透過する。照明光Ｌは細胞８１ａを透過する際に、細胞８１ａの形状が凸面形状となっているため、光線が屈折し集光効果が現われる。このため、細胞８１ａを透過した照明光Ｌが結像光学系１１ａ（撮影レンズ１１ａ）により撮像面に結像する際に、ピント位置から外れると、光線に粗密（光線の不均等）が生じ、試料の像に粗の部分（暗い部分）と、密の部分（明るい部分）が生じてしまう。
【００７７】
細胞８１ａおよび結像光学系としてのフォーカスレンズ１１ａを透過した光線は、撮像面位置（ｒ）において、細胞境界付近の光線が密になり、このため細胞の境界付近は明るくなる。撮像面位置（ｐ）において光線密度は均等になり、このため細胞の観察画像は鮮明でかつ視認し易くなる。撮像面位置（ｑ）において、細胞境界の光線が疎となり、このため、細胞の境界付近は暗くなる。
【００７８】
上述したように、撮像面位置によって、細胞境界付近の光線は粗密が異なっている。このため、撮像面位置（ｒ）における細胞８１ａの像は、図９（ｃ）に示すように、細胞８１ａの境界が白く、内部が黒くなる。また、撮像面位置（ｐ）における細胞８１ａの像は、図９（ａ）に示すように、ピントの合った像となる。また、撮像面位置（ｑ）における細胞８１ａの像は、図９（ｂ）に示すように、細胞８１ａの境界が黒く、内部が白くなる。なお、８１ｂは、撮像面位置（ｐ）における細胞８１ａの像を示す。なお、細胞８１ａ中の交差斜線を施した部分は、細胞の核を示す。
【００７９】
図８は、図７に示すように、細胞８１ａの凸形状による集光効果によって、透過光束に粗密が発生する場合における、ＡＦ評価値の変化を示す。図８において、破線で示すラインは、集光効果がない場合のＡＦ評価値の変化を示し、これは図６に示したＡＦ評価値の変化と同じである。
【００８０】
図８において、実線で示すラインは、集光効果がある場合のＡＦ評価値の変化を示す。フォーカスレンズ１１ａのレンズ位置Ｐｑと、レンズ位置Ｐｒにおいて、ＡＦ評価値は極大値となり、またベストピント位置ＰｂでＡＦ評価値は極小値となる。
【００８１】
図９に各撮像面における撮影画像の例を示す。ベストピント位置Ｐｂ（図７の位置ｐに相当）での撮影画像は、前述の図９（ａ）に示す画像であり、ピントが合った細胞８１ａを観察するに適している。
【００８２】
レンズ位置Ｐｑ（図７の位置ｑに相当）での撮影画像は、前述の図９（ｂ）に示す画像であり、細胞８１ａの境界が黒色で内部が白色である。例えば、細胞の数をカウントする手法として、画像から細胞の外周部を検出して細胞の存在を判断し、カウントする方法がある。図９（ｂ）に示す画像は、この手法を採用する場合、細胞の数をカウントするに適した画像である。また、細胞の密度を計測する手法として、画像から細胞の外周部を検出して細胞の存在を判定し、外周の内部の面積を計測して細胞の密度を計測する手法もある。この場合も、図９（ｂ）に示す画像は適した画像である。
【００８３】
レンズ位置Ｐｒ（図７の位置ｒに相当）での撮影画像は、前述の図９（ｃ）に示す画像であり、細胞８１ａの境界が白色で内部が黒色である。例えば、細胞の密度を計測する手法として、画像から境界が白色で内部が黒色の部分を細胞と判定し、内部の黒色の部分の面積に基づいて細胞の密度を計測する手法がある。図９（ｃ）の画像は、この手法を採用する場合に適した画像である。また、細胞数をカウントする手法として、画像から境界が白色で内部が黒色の部分を細胞と判定し細胞の存在を検出する手法もある。この手法を採用する場合、図９（ｃ）の画像は細胞数をカウントすることに適した画像である。
【００８４】
次に、図１０に示すフローチャートを用いて、細胞観察装置１における動作について説明する。このフローチャート（後述する図１２、図１３、および図１６も同様）は、ＣＰＵ６０が記憶部７１内に記憶されたプログラムコードに従って、細胞観察装置１内の各部を制御することにより実行する。本フローチャートにおいては、ユーザが細胞観察副制御装置２２０によって細胞観察装置１を制御する場合について説明する。しかし、細胞観察主制御装置２１０によって制御するようにしてもよい。
【００８５】
図１０に示す撮像部通信のフローチャートが電源オン等により開始すると、まず通信待ちの状態となる（Ｓ１）。ここでは、細胞観察副制御部２２０から通信が開始されるのを待つ。すなわち、インキュベータ等の、細胞観察副制御部２２０から隔離された室内に配置された細胞観察装置１に対して、ユーザが指示を与える場合には、細胞観察副制御部２２０を操作する。このステップは、この操作に基づく制御信号が無線通信によって受信するのを待つ状態である。
【００８６】
次に、電源オフ／オフ通信がなされたか否かを判定する（Ｓ３）。前述したように、本実施形態においては、細胞観察装置１の電源は電池によって供給されるので、電源電池の消耗を防止するために、ユーザは細胞観察副制御部２２０から電源オンまたは電源オフの指示を行うことができる。なお、細胞観察装置１が内蔵電源電池以外に、外部から電源供給される場合には、このステップＳ３およびＳ５の処理を省略してもよい。
【００８７】
ステップＳ３における判定の結果、電源オン／オフ通信があった場合には、撮像オン／オフ処理を行う（Ｓ５）。ここでは、電源オンであった場合には、ＣＰＵ６０の各部やカメラ部１０やＸＹステージ部５０の電源をオンとし、一方、電源オフであった場合には、ＣＰＵ６０カメラ部１０やＸＹステージ部５０の電源をオフとする。またカメラ部１０等の電源オン／オフに連動して他の各部の電源オン／オフも行う。但し、電源オフの場合であっても、細胞観察副制御部２２０からの指示を判定するための機能を実行するための最低限の電源は供給されるようにする。例えば、ＣＰＵ６０の基本部分と無線通信装置１８の電源は供給されるようにする。この電源制御により、無駄なエネルギ消費が削減可能となる。
【００８８】
ステップＳ３における判定の結果、電源オン／オフ通信でなかった場合には、各種無線通信情報を取得したか否かを判定する（Ｓ７）。ユーザが細胞観察副制御部２２０を操作して種々の設定を行うと、この設定情報が、細胞観察副制御部２２０の通信部２２８から無線通信で送信されてくる。また撮像にあたって必要となる情報も通信部２２８から無線通信で送信されてくる。例えば、ここで送信されてくる情報としては、画像データの送信先に関する情報、撮影にあたっての条件、各種パラメータ、試料８１を測定するにあたっての測定条件等がある。このステップでは、これらの情報や設定を、細胞観察装置１内の無線通信装置１８で受信したか否かを判定する。
【００８９】
ステップ７における判定の結果、各種無線通信情報を取得した場合には、情報取得、各種設定、通信等を行う（Ｓ９）。このステップでは、無線通信装置１８で取得した各種情報や設定に基づいて、細胞観察装置１内の各種設定を行う。
【００９０】
ステップＳ９において、情報取得、各種設定、通信等を行うと、またはステップＳ７における判定の結果、各種情報を取得していない場合には、次に、マニュアル位置指定を受信したか否かを判定する（Ｓ１１）。ユーザは、細胞培養容器８０内の試料８１を測定するに先立って又は測定中に、位置を指定し、またその位置で画像を観察したい場合がある。この場合には、ユーザは細胞観察副制御部２２０を操作して撮像位置を指定することができる。このステップでは、このマニュアル位置指定を行うための無線通信を受信したか否かを判定する。
【００９１】
ステップＳ１１における判定の結果、マニュアル位置指定を受信した場合には、位置合わせ設定を行う（Ｓ１３）。ここでは、図２に示す例で説明すると、移動制御部３３は、無線通信で受信したマニュアル位置に、Ｙアクチュエータ３１ａとＸアクチュエータ３１ｂの駆動制御を行い、カメラ部１０を指定されたマニュアル位置に移動させる。また図３に示す例で説明すると、ＣＰＵ６０は、ＸＹステージ部５０に対して、カメラ部１０を移動させるように指示する。
【００９２】
ステップＳ１３において、位置合わせ設定を行うと、またはマニュアル位置指定の受信がないと判定された場合には、次に、フォーカス選択モード指定を受信したか否かについて判定する（Ｓ１５）。
【００９３】
図７ないし図９を用いて説明したように、ユーザが細胞８１を視認するには、フォーカスレンズ１１ａを合焦位置（ベストピント位置）に移動させるのが望ましい（図７の撮像面位置ｐ、図８のベストピント位置Ｐｂ、図９（ａ）参照）。また、細胞の数をカウントするには、例えば、細胞境界が黒色となる撮像面位置にフォーカスレンズ１１ａを移動させるのが望ましい（図７の撮像面位置ｑ、図８のピント位置Ｐｑ、図９（ｂ）参照）。また、細胞の密度を計測する場合に、細胞境界が黒色となる撮像面位置にフォーカスレンズ１１ａを移動させてもよい。さらに、細胞の密度を計測するには、例えば、細胞の内部が黒色となる撮像面位置にフォーカスレンズ１１ａを移動させるのが望ましい（図７の撮像面位置ｒ、図８のピント位置Ｐｒ、図９（ｃ）参照）。細胞の数をカウントする場合に、細胞の内部が黒色となる撮像面位置にフォーカスレンズ１１ａを移動させてもよい。
【００９４】
ユーザは、それぞれの意図に応じて、フォーカス選択モード（観察用、細胞数カウント用、細胞密度計測用）を指定するので、このステップＳ１５においては、ユーザがフォーカス選択モードで指定した用途があるか否かを判定する。
【００９５】
ステップＳ１５における判定の結果、フォーカス選択モードを指定していた場合には、フォーカス選択モードの設定を行う（Ｓ１７）。ここでは、ユーザが指定したフォーカス選択モードの設定を行う。
【００９６】
ステップＳ１７において、フォーカス選択モードを設定すると、またはステップＳ１５における判定の結果、フォーカス選択モードを受信していない場合には、次に、ＡＦ動作指示を受信したか否かについて判定する（Ｓ１９）。ＡＦ動作は、細胞観察副制御部２２０から自動的に、またはユーザが細胞観察副制御部２２０を操作することによって、細胞観察装置１に指示する。このステップＳ１９においては、細胞観察副制御部２２０からＡＦ動作が指示されたか否かについて判定する。
【００９７】
ステップＳ１９における判定の結果、ＡＦ動作指示を受信していた場合には、ＡＦ処理を行う（Ｓ２１）。ここでは、ステップＳ１７において設定されたフォーカス選択モードに従って、フォーカスレンズ１１ａの焦点調節を行う。このＡＦ処理の詳しい動作については、図１２を用いて後述する。
【００９８】
ステップＳ２１において、ＡＦ処理を行うと、またはステップＳ１９における判定の結果、ＡＦ動作指示を受信していない場合には、画像要求を受信したか否かを判定する（Ｓ２３）。ユーザは、測定に先立って、または測定中に、指定したマニュアル位置での画像を観察したい場合がある。その場合には、細胞観察副制御部２２０を操作して画像要求を送信する。また、ユーザは、測定中にそれまで撮像した画像を確認したい場合があり、この場合にも、細胞観察副制御部２２０を操作して画像要求を送信してくる。そこで、このステップでは、細胞観察副制御部２２０から画像要求信号を受信したか否かを判定する。
【００９９】
ステップＳ２３における判定の結果、画像要求信号がある場合には、画像データを取得し、無線送信を行う（Ｓ２５）。この場合には、ステップＳ１３において位置合わせを行った地点で撮像し、その画像データを細胞観察副制御部２２０に送信する。また測定中に、それまでの撮像した画像データの送信要求があった場合には、記憶部７１に記憶された画像データを読み出し、細胞観察副制御部２２０に送信する。
【０１００】
ステップＳ２５において画像データを取得し、無線送信を行うと、またはステップＳ２３における判定の結果、画像要求を受信していない場合には、ステップＳ１に戻り、前述の処理を実行する。
【０１０１】
このように、撮像部通信のフローにおいては、細胞観察装置１において、細胞観察副制御部２２０（または細胞観察主制御装置２１０）からの指示に従って細胞を撮像し、取得した画像を、細胞観察副制御部２２０（または細胞観察主制御装置２１０）に送信する（Ｓ２５参照）。また、細胞の画像を取得するにあたって、細胞観察副制御部２２０（または細胞観察主制御装置２１０）から指示されたフォーカス選択モードに従ってフォーカスレンズ１１ａの焦点調節を行う（Ｓ１７、Ｓ２１参照）。このため、ユーザが細胞を観察する場合、細胞数をカウントする場合、細胞密度を計測する場合等、その用途に応じた画像を取得することができる。
【０１０２】
次に、図１１示す情報端末通信のフローチャートを用いて、細胞観察副制御装置２２０における動作について説明する。このフローチャートは、細胞観察副制御装置２２０内の制御部（ＣＰＵ等）が記録部内に記憶されたプログラムコードに従って、細胞観察副制御装置２２０内の各部を制御することにより実行する。なお、本フローチャートにおいては、ユーザが細胞観察副制御装置２２０によって細胞観察装置１を制御する場合について説明するが、細胞観察主制御装置２１０によって制御するようにしてもよい。
【０１０３】
情報端末通信のフローに入ると、まず、モード表示を行う（Ｓ３１）。ここでは、細胞観察副制御装置２２０におけるモードを表示部２２９に表示する。例えば、スマートフォンを細胞観察副制御装置２２０に兼用する場合には、携帯電話モード、メールモード等がある。
【０１０４】
モード表示を行うと、次に、検査アプリ起動か否かを判定する（Ｓ３３）。ここでは、試料８１の細胞８１ａの個数をカウントし、細胞密度を計測する等の検査を行う検査（測定）用のアプリケーションソフト（以下、「検査アプリ」と略称する）を起動するか否かを判定する。例えば、検査アプリのアイコンを表示し、これがタッチ操作されれば、検査アプリを起動すると判定する。検査アプリ以外にも、細胞の画像を解析するようなアプリであってもよい。またアプリの選択方法としては、タッチ操作以外にも、カーソルを移動させ選択されれば起動すると判定してもよく、また専用釦が操作されれば起動すると判定してもよい。この判定の結果、検査アプリ等の起動でなれば、他の動作、例えば、スマートフォンならば、携帯電話動作やメール動作等を行う。
【０１０５】
ステップＳ３３における判定の結果、検査アプリ起動であった場合には、指定カメラにアクセスする（Ｓ３５）。ここでは、細胞観察副制御装置２２０によって指定されたカメラ（図１及び図２の例では、細胞観察装置１）に対してアクセスする。すなわち、細胞観察副制御装置２２０の通信部２２８から、細胞観察装置１の無線通信装置１８に通信を行う。
【０１０６】
次に、電源オン／オフ操作を行ったか否かを判定する（Ｓ３７）。細胞観察装置１は、インキュベータ等の密室に載置して細胞培養容器８０内の試料８１を検査し、また電源電池から給電している。電源浪費を防止するために、細胞観察装置１の電源のオン／オフを細胞観察副制御装置２２０から指示することができる。ここでは、細胞観察副制御装置２２０において、電源のオン／オフの操作を行ったか否かを判定する。
【０１０７】
ステップＳ３７における判定の結果、電源オン／オフ操作を行った場合には、オン／オフ信号を送信する（Ｓ３９）。ここでは、細胞観察副制御装置２２０の通信部２２８から、細胞観察装置１の無線通信装置１８に電源オン／オフ信号を送信する。細胞観察装置１は、この信号を受信すると（図１０のＳ３参照）、電源オン／オフを実行する（図１０のＳ５参照）。
【０１０８】
ステップＳ３９においてオン／オフ信号を送信すると、またはステップＳ３７における判定の結果、電源オン／オフ操作を行っていない場合には、次に、画像送信相手や撮影条件、パラメータ、測定条件等の各種設定を行うか否かの判定を行う（Ｓ４１）。細胞観察装置１によって撮像された画像データと、これにタグ付けされた各種情報（日時情報、位置情報、測定（検査）結果情報）を送信する先を指定することができる。送信先としては、細胞観察主制御装置２１０または細胞観察副制御装置２２０に限らず、他の情報端末等であってもよい。
【０１０９】
また、細胞観察装置１が撮像する際の撮影条件（ピント位置、絞り値、シャッタ速度値、ＩＳＯ感度値、エッジやコントラストや色などの強調を含む画像処理の切換、照明の明るさやパターンや波長）、同様にパラメータ、測定条件等、を設定してもよい。また、移動パターンについても、デフォルトとして細胞観察装置１の記憶部７１や細胞観察副制御装置の記録部に記録されているパターン以外に設定するようにしてもよい。このステップＳ４１においては、これらの各種設定を行うための操作が行われたか否かを判定する。
【０１１０】
ステップＳ４１における判定の結果、各種設定のための操作が行われた場合には、各種無線通信情報を送信する（Ｓ４３）。ここでは、ステップＳ４１における判定に基づいて、操作された情報を、通信部２２８から細胞観察装置１の無線通信装置１８に送信する（図１０のＳ７、Ｓ９参照）。
【０１１１】
ステップＳ４３において各種無線通信情報を送信すると、またはステップＳ４１における判定の結果、各種設定の操作がなされなかった場合には、次に、フォーカス選択モード指定、ＡＦ動作指示か否かを判定する（Ｓ４５）。前述したように、本実施形態においては、ユーザが細胞を観察する場合、細胞数をカウントする場合、細胞密度を計測する場合等、その用途に応じた画像の取得に適したフォーカスモードを選択することができる（図１０のＳ１５参照）。この選択は、細胞観察副制御装置２２０（細胞観察主制御装置２１０でもよい）の表示部および入力部を利用して行う。また、ユーザがＡＦ動作を指示することもできる（図１０のＳ１９参照）。
【０１１２】
このステップＳ４５では、ユーザがフォーカス選択モードを指定したか否か、またＡＦ動作を指示したか否かに基づいて判定する。なお、これらの指定・指示は、細胞観察副制御装置２２０（細胞観察主制御装置２１０でもよい）が自動的に行えるようにしてもよい。
【０１１３】
ステップＳ４５における判定の結果、フォーカス選択モードが指定され、またＡＦ動作が指示された場合には、指定信号を細胞観察装置１に送信する（Ｓ４７）。ここでは、細胞観察副制御装置２２０の通信部２２８から細胞観察装置１の無線通信装置１８に指定信号を送信する。
【０１１４】
ステップＳ４７において指定信号を送信すると、またはステップＳ４５における判定の結果、フォーカス選択モードの指定がなく、またＡＦ動作の指示が無い場合には、次に、マニュアル位置設定、画像要求が入力されたか否かを判定する（Ｓ４９）。前述したように、ユーザは、測定に先立って、または測定中に、カメラ部１０の位置を指定し、またカメラ部１０で取得した画像を観察したい場合には、細胞観察副制御装置２２０から指示を行うことができる。このステップでは、これらの操作がなされたか否かを判定する。
【０１１５】
なお、カメラ部１０の位置指定は、（ｘ、ｙ）座標等の絶対位置で指示してもよく、また、画像を観察しながら、水平方向、垂直方向へ相対的な位置指定で移動を指示するようにしてもよい。その他、操作部の有するタッチパネルやスイッチやダイヤルの操作量に従って、移動制御してもよく、また代表的な観察ポイントを判定しておき、その場所に移動させるような指示でもよい。
【０１１６】
ステップＳ４９における判定の結果、マニュアル位置設定、画像要求入力があった場合には、指定信号を送信する（Ｓ５１）。ここでは、ステップＳ４９における操作に応じた信号を、通信部２２８から細胞観察装置１の無線通信装置１８に送信する（図１０のＳ１１〜Ｓ１７参照）。
【０１１７】
ステップＳ５１において指定信号を送信すると、またはステップＳ４９における判定の結果、マニュアル位置設定、画像要求入力がない場合には、次に、アプリ終了か否かを判定する（Ｓ５３）。ここでは、ステップＳ３３において起動された検査アプリの動作を終了する指示がなされたか否かを判定する。この判定の結果、検査アプリが終了していなければ、ステップＳ３５に戻り、一方、検査アプリが終了の場合には、ステップＳ３１に戻る。
【０１１８】
このように、情報端末通信のフローにおいては、細胞観察副制御装置２２０においてカメラ部１０を動作させるための各種設定操作を行うと、通信部２２８を介して、細胞観察装置１の無線通信装置１８に設定に基づく信号を送信する（例えば、Ｓ３９、Ｓ４３、Ｓ４７、Ｓ５１）。なお、フローチャートには記載されてないが、カメラ部１０で取得した画像データが、細胞の観察、細胞数のカウント、細胞の密度の計測等のために、細胞観察装置１の無線通信装置１８から細胞観察副制御装置２２０の通信部２２８に送信される。
【０１１９】
また、情報端末通信のフローにおいては、撮像観察副制御装置２２０において、フォーカス選択モードの設定を行うと、このモードが細胞観察装置１に送信される（例えば、Ｓ４５、Ｓ４７参照）。このため、ユーザが細胞を観察したいのか、細胞数をカウントしたいのか、細胞密度を計測したいのかに応じて、この用途に適した画像を取得することができる。
【０１２０】
次に、図１２に示すフローチャートを用いて、ＡＦ処理（図１０のＳ２１参照）の動作について説明する。ＡＦ処理のフローに入ると、まず、初期レンズ駆動を行う（Ｓ６１）。ピント合わせの対象となる試料８１（細胞８１ａ）は、フォーカスレンズ１１ａの移動範囲の内の所定範囲の位置にある。このためステップＳ６１では該所定範囲付近からレンズ駆動を開始できるように、フォーカスレンズ１１ａを初期位置へ移動させる。なお、初期位置は、フォーカスレンズ基準位置検出部１２ｃによって基準位置が検出されてから、ＬＤモータ１２ｂに印加されたパルス数に基づいて検出する。この検出方法以外にも、フォーカスレンズ１１ａの位置を検出するセンサを設けて、検出するようにしてもよい。
【０１２１】
フォーカスレンズ１１ａを初期位置に移動させると、レンズスキャンを開始する（Ｓ６３）。ここでは、フォーカスレンズ１１ａを、ＬＤモータ１２ｂによって、光軸方向に沿って移動させる。
【０１２２】
レンズスキャンを開始させると、次に、ＡＦ評価値を取得する（Ｓ６５）。ここでは、撮像センサ１２ａによって１フレーム分の撮像データを取得するたびに、画像処理部６３によってＡＦ評価値を算出する（図５参照）。
【０１２３】
ＡＦ評価値を取得すると、次に指定範囲端に到達したか否かを判定する（Ｓ６７）。前述したように、ピント合わせの対象となる試料８１（細胞８１ａ）の合焦となるフォーカスレンズ位置は、フォーカスレンズ１１ａの移動範囲の内の所定範囲にあり、ここでは、この所定範囲の端部に到達したか否かを判定する。この判定の結果、指定範囲端に到達していない場合には、ステップＳ６５に戻り、１フレーム分の撮像データを取得するたびにＡＦ評価値を算出する。
【０１２４】
ステップＳ６７における判定の結果、指定範囲端に到達すると、フォーカス検出処理を行う（Ｓ６９）。ここでは、ステップＳ１７（図１０参照）において設定されたフォーカス選択モードに応じて焦点調節を行う。このフォーカス検出処理の詳しい動作については、図１３を用いて後述する。
【０１２５】
フォーカス検出処理を行うと、次に、ＡＦがＯＫか否かを判定する（Ｓ７１）。フォーカス検出処理において、フォーカス位置を検出した場合にはＡＦ結果がＯＫのフラグが設定される（図１３のＳ９５参照）。このステップでは、ＡＦＯＫのフラグが設定されたか否かに基づいて判定する。
【０１２６】
ステップＳ７１における判定の結果、ＡＦ結果がＯＫであった場合には、フォーカス駆動を行う（Ｓ７３）。フォーカス検出処理において検出されたフォーカス位置（図１３のＳ８５、Ｓ９１、Ｓ９３）に、ＬＤモータ１２ｂの駆動によりフォーカスレンズ１１ａを駆動する。
【０１２７】
一方、ステップＳ７１における判定の結果、ＡＦ結果がＯＫでない場合には、指定レンズ位置に駆動する（Ｓ７５）。この場合には、予め決められたフォーカス位置（指定レンズ位置）にＬＤモータ１２ｂによりフォーカスレンズ１１ａを駆動する。予め決められたフォーカス位置としては、細胞８１ａが存在する可能性の高い位置等、適宜、決めておく。
【０１２８】
ステップＳ７３またはＳ７５においてフォーカスレンズ１１ａを駆動すると、元のフローに戻る。
【０１２９】
このように、ＡＦ処理においては、フォーカスレンズ１１ａを移動させながら、撮像データのＡＦ評価値を取得し（Ｓ６５）、この撮像データに基づいてフォーカス位置を検出している。
【０１３０】
次に、図１３に示すフローチャートを用いて、フォーカス検出処理（図１２のＳ６９参照）の動作について説明する。フォーカス検出処理のフローに入ると、まず、ピークがあるか否かについて判定する（Ｓ８１）。フォーカスレンズを移動させながら、またはフォーカスレンズを所定量ずつ移動させて、離散的にステップＳ６５において算出したＡＦ評価値が増加から減少に転じたフォーカスレンズ位置がピークとなる。そして、減少に転じた後、フォーカスレンズ位置に応じてＡＦ評価値が所定量を越えて減少することを確認しピークと判断する。このステップでは、１つ以上のピークが存在するか否かについて判定する。
【０１３１】
ステップＳ８１における判定の結果、ピークがない場合には、ＡＦ結果にＮＧを設定する（Ｓ９７）。ＡＦ評価値のピークを検出できないことから、コントラスト法による合焦位置を検出できず、ＡＦ結果としてＮＧフラグを設定する。
【０１３２】
一方、ステップＳ８１における判定の結果、ピークがあった場合には、シングルピークか否かについて判定する（Ｓ８３）。シングルピークは、図６に示したように（図８の破線も同様）、ＡＦ評価値のピークが１つだけ現われる場合である。この時、所定範囲内においてピークが１つだけ現れるか判定する。所定範囲は、レンズスキャン範囲の全体としてもよいし、端部を除いた中央部分の一部分としてもよいし、複数の範囲に分割してそれぞれの範囲で判定してもよい。
【０１３３】
ステップＳ８３における判定の結果、シングルピークの場合には、ピーク位置をフォーカス位置に設定する（Ｓ８５）。この場合には、ＡＦ評価値のピークに対応するフォーカスレンズの位置をフォーカス位置として記憶する。この記憶された位置にフォーカスレンズ１１ａ駆動される（図１２のＳ７３参照）。
【０１３４】
一方、ステップＳ８３における判定の結果、シングルピークでない場合には、ピークがダブルピークか否かについて判定する（Ｓ８７）。ダブルピークは、図８の実線に示したように、ＡＦ評価値のピークが２つ現われる場合である。この判定の結果、ダブルピークでない場合には、フォーカス位置を検出できないことから、ステップＳ９７と同様に、ＡＦ結果としてＮＧフラグを設定する（Ｓ９８）。なお、ダブルピークの判定においては、ピーク間の距離であるフォーカスレンズ位置の間隔（Ｐｒ−Ｐｑ）が所定範囲内であることを条件とする。細胞のような試料の場合は、その構造から物理的に厚さが限られるので、ピーク間の距離が所定値より大きい場合は複数のピークの一方を排除する。
【０１３５】
ステップＳ８７における判定の結果、ダブルピークの場合には、フォーカス選択モードが観察モードか解析モードを判定する（Ｓ８９）。観察モードは、ユーザが細胞８１ａを表示部７５において観察するのに適したフォーカスを行う（図９（ａ）参照）。また解析モードは、細胞８１ａの細胞数または細胞密度を計測するのに適したフォーカスを行う（図９（ｂ）（ｃ）参照）。観察モードか解析モードの判定は、ステップＳ１７（図１０参照）において設定したフォーカス選択モードに基づいて判定する。
【０１３６】
ステップＳ８９における判定の結果、観察モードが設定されていた場合には、２つのピークの間に位置するＡＦ評価値が極小となる極小位置をフォーカス位置に設定する（Ｓ９１）。この場合には、ＡＦ評価値の極小位置（図８のベストピント位置Ｐｂ）を、フォーカスレンズ１１ａのフォーカス位置として記憶する。この記憶された位置にフォーカスレンズ１１ａ駆動される（図１２のＳ７３参照）。
【０１３７】
一方、ステップＳ８９における判定の結果、解析モードが設定されていた場合には、２つのピークのいずれかのピーク位置（ピークに対応するフォーカスレンズ位置）をフォーカス位置に設定する（Ｓ９３）。図８に示すように、ダブルピークの場合には、ＡＦ評価値の極小値の両側にピークが現われる。このステップでは、いずれかのピーク位置に対応するフォーカスレンズ１１ａの位置をフォーカス位置として記憶する。この記憶された位置にフォーカスレンズ１１ａ駆動される（図１２のＳ７３参照）。なお、前述したように、細胞数をカウントするか、細胞密度を計測するかに応じて、両側のいずれか一方のピークを選択するようにしてもよい。細胞数カウントおよび細胞密度の検出の仕方については図１４を用いて後述する。
【０１３８】
ステップＳ８５、Ｓ９１、またはＳ９３において、フォーカス位置を記憶すると、ＡＦ結果としてＯＫフラグを設定する（Ｓ９５）。上述のステップにおいて、フォーカス位置を設定することができたことから、ＯＫフラグを設定する。
【０１３９】
ステップＳ９５においてＯＫフラグを設定すると、またはステップＳ９７においてＮＧフラグを設定すると、元のフローに戻る。
【０１４０】
このように、フォーカス検出処理のフローにおいては、ＡＦ評価値がシングルピークを有するか、ダブルピークを有するかに応じて、フォーカスレンズ１１ａのフォーカス位置の設定を異ならせている（Ｓ８５、Ｓ９１、Ｓ９３参照）。このため、フォーカスレンズ位置に対応するＡＦ評価値の変化がピークを２つ有するような場合であっても、正確な焦点調節を行うことができる。
【０１４１】
また、フォーカス選択モードを設定することにより、細胞の観察に適した焦点調節と、細胞の数等、細胞の解析に適した焦点調節を行うことができる。なお、解析モードとしては、細胞数のカウントや細胞密度の計測以外の解析を行うように、適宜、フォーカス位置の設定を異ならせてもよい。例えば、画像データから細胞の形状を検出し、形状を解析して細胞の生死判断を行う等の解析モードを有していてもよい。
【０１４２】
次に、図１４を用いて、解析モードにおける細胞数カウントと、細胞密度（コンフルエンシー）の検出について説明する。図１４（ａ）は、細胞数カウントの例を示す。細胞数をカウントする場合には、図９（ｂ）に示したように、細胞の境界が黒色、内部が白色となるようなフォーカス位置で撮像される。このため、このような条件を満たしている細胞の数をカウントすればよい。図１４（ａ）は、この条件を満たしている部分を画像解析によって検出し（×印をつけている）、この×印をカウントしている。また、図９（ｃ）に示したように、境界線が白色、内部が黒色となるようなフォーカス位置で撮像し、境界線が白色、内部が黒色となる部分を細胞と認識してカウントしてもよい。
【０１４３】
図１４（ｂ）は、細胞密度を検出する例を示す。細胞密度を検出する場合には、図９（ｃ）に示したように、境界線が白色、内部が黒色となるようなフォーカス位置で撮像される。このため設定領域（図１４（ｂ）においては破線の内部）において、内部が黒色となっている部分の面積を算出することにより、密度を算出することができる。図９（ｂ）に示すように、細胞の境界が黒色、内部が白色となるようなフォーカス位置で撮像し、境界が黒色、内部が白色となる部分を細胞と認識し、内部の白色部分の面積を算出して密度を算出してもよい。
【０１４４】
次に、図１５および図１６を用いて、本発明の一実施形態の変形例について説明する。本発明の一実施形態においては、ＡＦ評価値のピークは１つ又は２つであった。本変形例においてはＡＦ評価値のピークが１〜３の場合であってもフォーカス位置を検出することができる。
【０１４５】
図１５を用いてＡＦ評価値のピークが３つある場合について説明する。図１５において、破線は、細胞８１ａによる集光効果がない場合のフォーカスレンズ位置とＡＦ評価値の関係を示す。また、図１５の実線は、細胞８１ａによる集光効果がある場合を示す。位置Ｐｂは、ベストピント位置である。
【０１４６】
図８に示した例では、ＡＦ評価値の極大値のピークＱ（Ｐｑ位置）とピークＲ（Ｐｒ位置）の２つあり、極小値がＰ（Ｐｂの位置）の１つであった。極小値Ｐは、元々、破線で示すＡＦ評価値ではピークであったものであり、ピークＱとピークＲの値が大きくなり、Ｐは極小値となったものである。図１５の実線に示す例は、図８に示す例よりも細胞８１ａの集光効果が弱い場合である。そのため、ＡＦ評価値のピークＱとピークＲが、図８に示した例ほど大きくならなかった為に、ＡＦ評価値のピークＰが残り、ピークＱ’、Ｐ’、Ｒ’と３つのピークが生じている。図１５の実線で示す状況において、例えばピークＱ´とＰ´をダブルピークと検出し、かつ観察モードである場合、ピークＱ´とＰ´の間の極小値に対応するフォーカス位置にフォーカスを行うこととなる。その場合、観察のために適切なフォーカスに設定することができないという問題が生ずる。
【０１４７】
次に、図１６に示すフローチャートを用いて、本変形例のフォーカス検出処理について説明する。本変形例におけるフォーカス検出処理は、図１３に示した本実施形態におけるフォーカス検出処理のステップＳ８１〜Ｓ９７は同一であることから、重複するステップを省略し、またステップＳ９８を省略し、ステップＳ９９〜Ｓ１０７を追加しているだけである。そこで、この相違するステップを中心に説明する。
【０１４８】
フォーカス検出処理のフローに入り、ステップＳ８７においてダブルピークか否かの判定を行い、この判定の結果、ダブルピークでない場合には、トリプルピークか否かの判定を行う（Ｓ１０１）。トリプルピークは、図１５の実線に示したように、ＡＦ評価値のピークが３つ現われる場合である。この判定の結果、トリプルピークでない場合には、シングルピークでもなく、ダブルピークでもないことからピークが存在せず、フォーカス位置を検出できないと判定し、ステップＳ９７、Ｓ９８と同様に、ＡＦ結果としてＮＧフラグを設定する（Ｓ９９）。
【０１４９】
ステップＳ１０１における判定の結果、トリプルピークの場合には、ステップＳ８９と同様に、フォーカス選択モードが観察モードか解析モードを判定する（Ｓ１０３）。前述したように、観察モードは、ユーザが細胞８１ａを表示部７５において観察するのに適したフォーカスを行う（図９（ａ）参照）。また解析モードは、細胞８１ａの細胞数または細胞密度を計測するのに適したフォーカスを行う（図９（ｂ）（ｃ）参照）。観察モードか解析モードの判定は、ステップＳ１７（図１０参照）において設定したフォーカス選択モードに基づいて判定する。
【０１５０】
ステップＳ１０３における判定の結果、観察モードが設定されていた場合には、中央のピーク位置をフォーカス位置に設定する（Ｓ１０５）。この場合には、３つのピークの内、中央にあるピーク位置（図１５のベストピント位置Ｐｂ）を、フォーカスレンズ１１ａのフォーカス位置として記憶する。この記憶されたフォーカス位置にフォーカスレンズ１１ａ駆動される（図１２のＳ７３参照）。
【０１５１】
一方、ステップＳ１０３における判定の結果、解析モードが設定されていた場合には、左右いずれかのピーク位置をフォーカス位置に設定する（Ｓ１０７）。図１５に示すように、トリプルピークの場合には、ＡＦ評価値の中央のピークの両側にもピークが現われる。このステップでは、左右のいずれかのピーク位置に対応するフォーカスレンズ１１ａの位置をフォーカス位置として記憶する。この記憶されたフォーカス位置にフォーカスレンズ１１ａ駆動される（図１２のＳ７３参照）。なお、前述したように、細胞数をカウントするか、細胞密度を計測するかに応じて、両側のいずれか一方のピークを選択するようにしてもよい（図１４参照）。
【０１５２】
ステップＳ８５、Ｓ９１、Ｓ９３、Ｓ１０５、Ｓ１０７において、フォーカス位置を記憶すると、ＡＦ結果としてＯＫフラグを設定する（Ｓ９５）。上述のステップにおいて、フォーカス位置を設定することができたことから、ＯＫフラグを設定する。
【０１５３】
ステップＳ９５においてＯＫフラグを設定すると、またはステップＳ９７、Ｓ９９においてＮＧフラグを設定すると、元のフローに戻る。
【０１５４】
このように、本変形例に係るフォーカス検出処理においては、シングルピークの場合（図１３のＳ８１）、ダブルピークの場合（Ｓ８７）、またはトリプルピークの場合（Ｓ１０１）の何れの場合においても、フォーカスレンズ１１ａのフォーカス位置を適切に調節することができる。
【０１５５】
また、ＡＦ評価値がトリプルピークを有する場合に、フォーカス選択モードとして観察モードが設定されると、細胞８１ａ等の試料８１の観察に適したピント位置にフォーカスレンズを移動させることができ、細胞等の観察に適した焦点調節ができる。また、フォーカス選択モードとして解析モードが設定されると、細胞８１ａ等の試料８１の解析に適したピント位置にフォーカスレンズを移動させることができ、精度の高い画像解析ができる。
【０１５６】
以上説明したように、本発明の一実施形態や変形例においては、フォーカス位置の変化に対応するＡＦ評価値（コントラスト評価値）の変化にて複数の極大値（ピーク）が発生する場合に、複数の極大値に対応するフォーカス位置のいずれか一方にフォーカス位置を制御するようにしている（例えば、図８のＱ、Ｒ、図１３のＳ９３、図１５のＱ’、Ｒ’、図１６のＳ１０７等参照）。このため、細胞の立体構造によって、コントラストカーブに２つ以上のピークが出現するような場合であっても、用途に応じて適切なフォーカス位置に調節することができる。特に、細胞の解析に適した画像を提供することができる。
【０１５７】
また、本発明の一実施形態や変形例においては、観察用画像データ生成部により観察用画像データを生成する時に、フォーカス位置の変化に対応するＡＦ評価値（コントラスト評価値）の変化に複数の極大値が現れる場合に、複数の極大値に対応するフォーカス位置の間に位置するコントラスト評価値の極値に対応するフォーカス位置に制御するようにしている（例えば、図８のＰ、図１３のＳ９１、図１５のＰ’、図１６のＳ１０５等参照）。このため、細胞の立体構造によって、コントラストカーブに２つ以上のピークが出現するような場合であっても、用途に応じて適切なフォーカス位置に調節することができる。特に、細胞の観察に適した画像を提供することができる。
【０１５８】
また、本発明の一実施形態や変形例において、複数の極大値に対応するフォーカス位置の間に位置するコントラスト評価値の極小値のうちの最小値に対応するフォーカス位置に制御するようにしてもよい。すなわち、コントラスト評価値の極小値が複数ある場合には、この極小値の中の最小値に対応するフォーカス値に制御する。この場合には、極小値が複数ある場合でも、細胞を表示する場合でも最も細胞の観察に適した画像を提供することができる。
【０１５９】
また、本発明の一実施形態や変形例においては、撮像部のフォーカス位置を変化させ（例えば、図１２のＳ６３参照）、撮像部の出力する撮像面の所定範囲内の撮像データに基づきコントラスト評価値を算出して（例えば、図１２のＳ６５参照）、コントラスト評価値に基づいてフォーカスを制御し（例えば、図１２のＳ７３参照）、フォーカス位置の変化に対応するコントラスト評価値の変化にて複数の極大値が発生する場合に（例えば、図１２のＳ８７、図１６のＳ１０１）、複数の極大値に対応するフォーカス位置のいずれか一方にフォーカス位置を制御している（例えば、図１２のＳ９３、図１６のＳ１０７）。このため、細胞の立体構造によって、コントラストカーブに２つ以上のピークが出現するような場合であっても、用途に応じて適切なフォーカス位置に調節することができる。特に、細胞の解析に適した画像を提供することができる。
【０１６０】
なお、本発明の一実施形態や変形例においては、高周波成分が多くなるとＡＦ評価値が大きくなるようにした例について説明したので、ＡＦ評価値の極大値が合焦位置となっていた。しかし、逆に、高周波成分が多くなるとＡＦ評価値が小さくなるようなＡＦ評価値の算出を行うことができ、この場合でも本実施形態を適用することができる。
【０１６１】
また、本発明の一実施形態や変形例においては、細胞等の試料の画像解析として、細胞の数のカウント、細胞の密度の測定を例に挙げて説明した。しかし、画像解析は、この例に限らず、細胞の形状の測定等、他の画像解析を行うようにしてもよい。この場合には、画像解析に応じて、ＡＦ評価値のピークを選択すればよく、またピーク位置に限らず、ピーク位置と所定の関係にある位置にフォーカス制御するようにしてもよい。
【０１６２】
また、本発明の一実施形態や変形例においては、ＬＤモータ制御部６１、ＬＤモータドライバ５１の制御によりＬＤモータ１２ｂを駆動してフォーカスレンズ１１ａを移動させフォーカスの調節を行っている。しかし、これに限らず、撮像部（カメラ部１０）や撮像部１０の内部の撮像センサ１２ａを撮影レンズ１１の光軸方向に移動させてフォーカスを調節してもよい。また、天板４０を撮影レンズ１１の光軸方向に移動させて細胞８１ａを含む細胞培養容器８０を光軸方向に移動させ、フォーカスの調節を行ってもよい。
【０１６３】
また、本発明の一実施形態や変形例においては、ＣＰＵ６０の内部のＬＤモータ制御部６１等の一部は、プログラムによってソフトウエア的に実現したが、これらの全部または一部をＣＰＵ６０とは別体のハードウエア回路で構成してもよく、また別体のＣＰＵによって実現するようにしてもよい。また、これらをヴェリログ（Verilog）によって記述されたプログラム言語に基づいて生成されたゲート回路等のハードウエア構成でもよく、またＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のソフトを利用したハードウエア構成を利用してもよい。これらは適宜組み合わせてもよいことは勿論である。
【０１６４】
また、本発明の一実施形態や変形例においては、測定対象として、容器８０内の培地で培養された試料８１（細胞）を例に挙げて説明したが、ＡＦ評価値に複数のピークが生ずるような試料であれば、これに限られない。通信方法も無線通信に限る必要はなく、有線通信でもよい。この他、製品の出来栄え検査、部品や実装の出来栄え検査、移動制御と撮影制御を組み合わせて行う遠隔撮影、検査システムや装置や方法であれば、本実施形態の応用が可能である。
【０１６５】
また、本明細書において説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御に関しては、プログラムで設定可能であることが多く、記録媒体や記録部に収められる場合もある。この記録媒体、記録部への記録の仕方は、製品出荷時に記録してもよく、配布された記録媒体を利用してもよく、インターネットを介してダウンロードしたものでもよい。
【０１６６】
また、本発明の一実施形態においては、フローチャートを用いて、本実施形態における動作を説明したが、処理手順は、順番を変えてもよく、また、いずれかのステップを省略してもよく、ステップを追加してもよく、さらに各ステップ内における具体的な処理内容を変更してもよい。
【０１６７】
また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【０１６８】
本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１６９】
１・・・細胞観察装置、１０・・・カメラ部、１１ａ・・・フォーカスレンズ、１２ａ・・・撮像センサ、１２ｂ・・・ＬＤモータ、１２ｃ・・・フォーカスレンズ基準値検出部、１３・・・ＬＥＤ、１８・・・無線通信装置、２９・・・表示部、３１・・・アクチュエータ、３１ａ・・・Ｙアクチュエータ、３１ｂ・・・Ｘアクチュエータ、３２ａ・・・Ｙ送りネジ、３２ｂ・・・Ｘ送りネジ、３３・・・移動制御部、４０・・・天板、４２・・・外装体、４３・・・内蔵センサ、４３ａ・・・装置内温度センサ、５０・・・ＸＹステージ部、５１・・・ＬＤモータドライバ、５２・・・Ｘステージ駆動機構、５３・・・Ｘステージモータ、５４・・・Ｘステージモータドライバ、５５・・・Ｘステージ基準位置検出部、５６・・・Ｙステージ基準位置検出部、５７・・・Ｙステージモータドライバ、５８・・・Ｙステージモータ、５９・・・Ｙステージ駆動機構、５９ａ・・・ＬＥＤ駆動回路、６０・・・ＣＰＵ、６１・・・ＬＤモータ制御部、６２・・・ＸＭＴ制御部、６３・・・画像処理部、６４・・・ＹＭＴ制御部、６５・・・ＬＥＤ制御回路、６６・・・Ｙ生成部、６７・・・フィルタ処理部、６８・・・エリア積算部、７１・・・記憶部、７２・・・ケーブル、７３・・・電源、７４・・・操作部、７５・・・表示部、８０・・・細胞培養容器、８０ａ・・・容器底面、８１・・・試料、８１ａ・・・細胞、８２・・・容器、８２ａ・・・容器本体部、８２ｂ・・・首部、８２ｃ・・・蓋、８２ｄ・・・係止部、８３・・・容器、８４・・・容器、８４ａ・・・凹部、１００・・・インキュベータ、２１０・・・細胞観察主制御装置、２２０・・・細胞観察副制御装置、２２０・・・操作部、２２８・・・通信部、２３０・・・表示装置、２４０・・・入力装置
【図１】
2019070751.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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【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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