(57)【要約】【課題】シンプルな構成を有する観察装置を提供する。【解決手段】観察装置１００は、照明ユニット１５５と、受光ユニット１５１とを備える。照明ユニット１５５は、細胞を培養するための培地を収容した培養容器に向けて複数色の光を含む照明光を放射するように構成されている。受光ユニット１５１は、培地を透過した複数色の光を受光して撮影を行い、細胞の画像と、受光した光に含まれる各色についての培地のｐＨ値の算出に用いられる光量とを取得するように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数色の光を含む照明光を射出する光源を含み、細胞を培養するための培地を収容した培養容器に向けて前記複数色の光を含む照明光を放射するように構成された照明ユニットと、
撮像素子である受光素子を備え、前記培地を透過した前記複数色の光を受光して撮影を行い、前記細胞の画像と、受光した前記光に含まれる各色についての前記培地のｐＨ値の算出に用いられる光量とを取得するように構成された受光ユニットと
を備える観察装置。
【請求項２】
前記照明ユニットは、前記培地を挟んで第１の側と第２の側とが定義される前記培養容器に対して、前記第１の側から前記第２の側に向けて前記照明光を放射するように構成されており、
前記受光ユニットは、前記照明ユニットから放射されて前記培養容器の前記第１の側から入射して前記第２の側で反射して前記培地を透過した光を、前記第１の側において受光するように構成されている、
請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記照明ユニットは、前記培養容器を挟んで前記受光ユニットと対向する位置に配置されている、請求項１に記載の観察装置。
【請求項４】
複数色の光を含む照明光を射出する光源を含み、細胞を培養するための培地を収容するように構成されており前記培地を挟んで第１の側と第２の側とが定義される培養容器に対して、前記第１の側から前記第２の側に向けて前記複数色の光を含む照明光を放射するように構成された照明ユニットと、
光センサーである受光素子を備え、前記照明ユニットから放射されて前記培養容器の前記第１の側から入射して前記第２の側で反射して前記培地を透過した光を、前記第１の側において受光し、受光した前記光に含まれる各色についての前記培地のｐＨ値の算出に用いられる光量を取得するように構成された受光ユニットと
を備える観察装置。
【請求項５】
前記光源は、複数色の光を各々独立して放射するように構成された複数の単色光源を含み、
前記受光ユニットは、光学素子を備え、前記光学素子を用いて前記光を色分解することで、前記各色についての光量を取得する、
請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の観察装置。
【請求項６】
前記受光素子は、光を単色として受光する素子であり、
前記光源は、複数色の光を時分割によって各々独立して放射するように構成された複数の単色光源を含み、
前記受光ユニットは、時分割によって前記各色についての光量を取得する、
請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の観察装置。
【請求項７】
前記光源が、複数色の光を含む照明光を放射する１つの光源を含み、
前記受光ユニットは、光学素子を備え、前記光学素子を用いて前記光を色分解することで、前記各色についての光量を取得する、
請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の観察装置。
【請求項８】
前記受光ユニットの光学系の光軸に対して垂直な方向に、前記受光ユニットを移動させる移動機構をさらに備える、請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の観察装置。
【請求項９】
前記受光ユニットの光学系の光軸に対して垂直な方向に、前記培養容器を移動させる試料移動機構をさらに備える、請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１０】
前記受光ユニットの合焦位置を、前記受光ユニットの光学系の光軸の方向に移動させる、合焦位置移動機構をさらに備える、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１１】
前記受光ユニットの光学系の光軸の方向に、前記培養容器を移動させる試料移動機構をさらに備える、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１２】
前記細胞の画像を取得するための撮影では、合焦位置を前記細胞の面に調整し、前記培地のｐＨ値を算出するための撮影では、合焦位置を前記培地の面に調整する制御部をさらに備える、請求項１０又は１１に記載の観察装置。
【請求項１３】
前記細胞の画像に基づいて前記細胞の数を計測する細胞数計測部をさらに備える、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１４】
前記照明ユニット又は前記受光ユニットの光学系が単波長用の光学系である、請求項１乃至１３のうち何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１５】
前記照明ユニット又は前記受光ユニットの光学系がカラー画像検出用の光学系である、請求項１乃至１３のうち何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１６】
設置時の上面に水平であり光学的に透明な透明板を有する、密閉構造を有する筐体をさらに備え、
前記照明ユニットは、前記筐体の内部に、前記透明板の方向に前記光を放射するように配置されており、
前記受光ユニットは、前記筐体の内部に、前記透明板の方向を撮影するように配置されている、
請求項１、２又は４に記載の観察装置。
【請求項１７】
前記各色についての光量に基づいて前記培地のｐＨ値を算出するｐＨ算出部をさらに備える、請求項１乃至１６のうち何れか１項に記載の観察装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の観察装置を用いた観察方法であって、
前記細胞に前記受光ユニットの合焦位置を合わせ、前記細胞の画像を取得することと、
前記培地に前記受光ユニットの合焦位置を合わせ、前記培地の画像を取得することと、
前記培地の画像に基づいて、前記培地のｐＨ値を算出することと
を含む観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察装置及びそれを用いた観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インキュベータ内で細胞等を培養しているとき、培養中の細胞の状態を把握したいという要求がある。このため一般には、適宜に培養容器をインキュベータから取り出して、顕微鏡で観察することなどが行われる。また、培養細胞の状態として、培地のｐＨも関心が持たれる。例えば特許文献１は、細胞培養中に培地のｐＨを計測することができるｐＨ計測装置及び当該計測装置のための特殊な培養容器について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７０３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、シンプルな構成を有する観察装置及びそれを用いた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】
【０００５】
本発明の一態様によれば、観察装置は、細胞を培養するための培地を収容した培養容器に向けて複数色の光を含む照明光を放射するように構成された、光源を備える照明ユニットと、前記培地を透過した前記複数色の光を受光して前記細胞を撮影し、前記細胞の画像と、受光した前記光に含まれる各色についての前記培地のｐＨ値の算出に用いられる光量とを取得するように構成された、受光素子としての撮像素子を備える受光ユニットとを備える。
【０００６】
本発明の一態様によれば、観察装置は、細胞を培養するための培地を収容し、前記培地を挟んで第１の側と第２の側とを有する培養容器の、前記第１の側から前記第２の側に向けて複数色の光を含む照明光を放射するように構成された光源を備える照明ユニットと、前記光源から放射されて前記培養容器の前記第１の側から入射して前記第２の側で反射して前記培地を透過した光を、前記第１の側において受光し、受光した前記光に含まれる各色についての前記培地のｐＨ値の算出に用いられる光量を取得するように構成された受光素子としての光センサーを備える受光ユニットとを備える。
【０００７】
本発明の一態様によれば、上述の観察装置を用いた観察方法は、前記細胞に前記受光ユニットの焦点位置を合わせ、前記細胞の画像を取得することと、前記培地に前記受光ユニットの焦点位置を合わせ、前記培地の画像を取得することと、前記培地の画像に基づいて、前記培地のｐＨ値を算出することとを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、シンプルな構成を有する観察装置及びそれを用いた観察方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る観察システムの構成例の概略を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る観察システムの構成例の概略を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る画像取得ユニットと試料との構成例の概略を示す模式図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る照明ユニット及び撮像光学系の構成例を示す模式図であり、対物レンズの光軸を含む面を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る照明ユニット及び撮像光学系の構成例を示す模式図であり、対物レンズの光軸と垂直な面を示す図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る観察システムの機能の概略の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る観察システムの動作の概略の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、第１の実施形態の第１の変形例に係る観察システムの構成例の概略を示す模式図である。
【図９】図９は、第２の実施形態に係る観察システムの構成例の概略を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
第１の実施形態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システムは、培養中の細胞、細胞群、組織等を撮影し、細胞又は細胞群の個数、形態等を記録及び解析するためのシステムである。また、観察システムは、培養液の色に基づいて当該培養液のｐＨ（水素イオン指数）値を計測する機能を有する。また、観察システムは、細胞数とｐＨ値の変化とに基づいて、細胞等の増殖能を算出する機能を有する。
【００１１】
〈観察システムの構成〉
図１は、観察システム１の外観の概略を示す模式図である。また、図２は、観察システム１の構成例の概略を示すブロック図である。観察システム１は、観察装置１００とコントローラ３００とを備える。観察装置１００は、おおよそ平板形状をしている。観察装置１００の上面には観察対象である試料５００が配置される。観察装置１００と試料５００とは、例えばインキュベータ４００内に設置される。インキュベータ４００は、一般的な細胞培養用のインキュベータである。インキュベータ４００は、例えばＣＯ２インキュベータである。以降の説明のため、観察装置１００の試料５００が配置される面と平行な面内に互いに直交するＸ軸及びＹ軸を定義し、Ｘ軸及びＹ軸と直交するようにＺ軸を定義する。
【００１２】
観察装置１００は、筐体１０１と、画像取得ユニット１５０とを備える。筐体１０１の上面の少なくとも一部には、光学的に透明な特性を有する透明部材としての透明板１０２が配置されている。画像取得ユニット１５０は、筐体１０１の内部に設けられている。画像取得ユニット１５０は、撮像素子１５３を有する受光ユニット１５１と、光源１５７を有する照明ユニット１５５と、支持部１６５とを備える。図１に示すように、受光ユニット１５１と照明ユニット１５５とは、支持部１６５に設けられている。受光ユニット１５１と照明ユニット１５５とは、近接して設けられている。照明ユニット１５５は、透明板１０２を介して試料５００を照明し、受光ユニット１５１は、透明板１０２を介して試料５００の画像を取得する。
【００１３】
コントローラ３００は、例えばインキュベータ４００の外部に設置される。コントローラ３００は、観察装置１００と通信する。コントローラ３００は、観察装置１００へ各種指示を送信したり、観察装置１００から得られたデータを取得して解析したりする。
【００１４】
観察システム１は、観察動作において、画像取得ユニット１５０がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動しながら繰り返し撮影を行うことで、試料５００の広い範囲を撮影することができる。また、観察システム１は、所定のシーケンスに従ってインターバルを設けながらこのような観察動作を繰り返し行うことができる。
【００１５】
〈試料について〉
観察システム１の測定対象である試料５００は、例えば次のようなものである。試料５００は、例えば、培養容器に収容された培地内で細胞を培養しているものである。培養容器は、例えばシャーレ、培養フラスコ、マルチウェルプレート等であり得る。このように、培養容器の形状、大きさ等は限定されない。培養容器は、光学的に透明な材料、例えば樹脂等で形成されている。観察システム１の測定対象の一つは、例えば細胞を培養している培地である。培地は、例えばフェノールレッドが添加された液体培地である。培地は、その他の液体培地又は固体培地であってもよい。また、観察システム１の別の測定対象は、細胞である。測定対象の細胞は、例えば培養細胞であり、これは、接着性の細胞でもよいし、浮遊性の細胞でもよい。また、細胞は、スフェロイドや組織であってもよい。さらに、細胞は、どのような生物に由来してもよく、菌等であってもよい。このように、試料５００は、生物又は生物に由来する試料である生体試料を含む。
【００１６】
〈コントローラについて〉
コントローラ３００は、観察システム１の全体の制御を行う。コントローラ３００は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型の情報端末等である。図１には、タブレット型の情報端末が図示されている。
【００１７】
コントローラ３００には入出力装置３７０が設けられている。入出力装置３７０は、図２に示すように、例えば液晶ディスプレイといった表示装置３７２とタッチパネルといった入力装置３７４とを備える。入力装置３７４は、タッチパネルの他に、スイッチ、ダイヤル、キーボード、マウス等を含んでいてもよい。
【００１８】
また、コントローラ３００には、第１の通信装置３４０が設けられている。第１の通信装置３４０は、観察装置１００と通信を行うための装置である。この通信には、各種有線通信が用いられてもよい。また、この通信には、例えばＷｉ−Ｆｉ（登録商標）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等を利用した無線通信が用いられてもよい。また、コントローラ３００と観察装置１００とは、それぞれインターネット等の通信網に接続されて、当該通信網を介して互いに通信が行われてもよい。
【００１９】
また、コントローラ３００は、第１の制御回路３１０と、第１の記録回路３３０とを備える。第１の制御回路３１０は、コントローラ３００の各部の動作を制御する。第１の制御回路３１０は、試料５００の測定のための制御に係る各種演算を行ったり、表示装置３７２の動作を制御したり、第１の記録回路３３０への情報の記録を制御したり、第１の通信装置３４０を介した観察装置１００との通信を制御したりする。また、第１の制御回路３１０は、観察装置１００から取得した画像に基づく各種解析を行ってもよい。例えば第１の制御回路３１０は、得られた画像に基づいて、試料５００に含まれる細胞又は細胞群の画像を抽出すること、細胞又は細胞群の数を算出すること、培地のｐＨ値を特定すること、細胞数とｐＨ値とに基づいて増殖能を算出すること等を行ってもよい。
【００２０】
第１の記録回路３３０は、例えば第１の制御回路３１０で用いられるプログラムや各種パラメータを記録している。また、第１の記録回路３３０は、観察装置１００で得られ、観察装置１００から受信したデータを記録する。
【００２１】
〈観察装置について〉
図１に示すように、観察装置１００の筐体１０１の上面の少なくとも一部に配置されている透明板１０２は、例えばガラス等光学的に透明な特性を有する透明部材で形成されている。透明板１０２は、観察装置１００の設置時に水平となるように設けられている。試料５００は、この透明板１０２上に静置される。このように、筐体１０１の上面は、試料５００が配置されるように構成された配置面である。透明板１０２を含む筐体１０１は密閉構造を有しており、観察装置１００は密閉された内部空間を有する。観察装置１００は、インキュベータ内といった高温多湿の環境に設置されるが、筐体１０１の内部の環境は、例えば電子機器や光学素子にとって適切な環境に維持され得る。
【００２２】
筐体１０１の内部に設けられた画像取得ユニット１５０は、受光ユニット１５１と照明ユニット１５５とを備える。受光ユニット１５１と照明ユニット１５５とは、支持部１６５に固定されており、後述するように一体として移動する。
【００２３】
図２に示すように、照明ユニット１５５は、照明光学系１５６と光源１５７とを備える。光源１５７から放射された照明光は、照明光学系１５６を介して透明板１０２の方向へ、すなわち試料５００へと照射される。光源１５７は、これに限らないが例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。
【００２４】
受光ユニット１５１は、撮像光学系１５２と受光素子としての撮像素子１５３とを含む。受光ユニット１５１は、撮像光学系１５２を介して撮像素子１５３の撮像面に結像した像に基づいて、画像データを生成する。撮像光学系１５２は、フォーカスレンズを有しており、Ｚ軸方向の合焦位置を変更することが可能である。また、撮像光学系１５２は、焦点距離を変更できるズーム光学系であることが好ましい。受光ユニット１５１は、透明板１０２の方向、すなわち試料５００の方向を撮像し、試料５００の画像を取得する。
【００２５】
図３は、画像取得ユニット１５０と試料との構成例の概略を示す模式図である。図３は、試料５００について、培養容器５１０内に液体の培地５２２が入れられ、液体の培地５２２中で細胞５２４が培養されている様子を模式的に示している。光源１５７は、例えば赤色光、緑色光、青色光の各々を個別に放射することができるように、複数のＬＥＤを含む。すなわち、光源１５７は、赤色光を放射する赤色光源１５７Ｒと、緑色光を放射する緑色光源１５７Ｇと、青色光を放射する青色光源１５７Ｂとを含む。赤色光源１５７Ｒ、緑色光源１５７Ｇ、青色光源１５７Ｂの各々の数は、いくつであってもよい。
【００２６】
図３に示すように、光源１５７から放射された照明光は、照明光学系１５６を介して透明板１０２上の試料５００に照射される。照明光は、培養容器５１０の容器底部５１２及びその中の培地５２２等を透過して、培養容器５１０の容器上部５１１にあたり、容器上部５１１で反射する。容器上部５１１は、培養容器５１０がフラスコであるときはフラスコの上面の壁であるし、培養容器５１０がシャーレであるときはシャーレの蓋となる。反射光は、培地５２２内の細胞５２４等を照明して撮像光学系１５２に入射する。受光ユニット１５１は、撮像光学系１５２へ入射した光について撮影動作を行う。
【００２７】
撮像素子１５３は、例えば単色の撮像素子である。光源１５７から赤色光、緑色光、青色光の各々が時分割的に順に放射され、単色の撮像素子１５３が照明光の色に応じて順に受光して画像を取得することで、観察装置１００は、カラー画像を取得することができる。すなわち、ここで得られる画像に基づけば、ユーザは、試料５００の色を把握することができる。また、この画像に基づけば、試料５００の色毎の透過率が算出され得る。例えば試料５００に含まれる培地５２２が例えばフェノールレッドといったｐＨによって色が変化する色素を含んでいるとき、色毎の光の透過率に基づいて、ｐＨ値の算出が行われ得る。
【００２８】
撮像素子１５３として単色の撮像素子が用いられるのと同様に、撮像光学系１５２も単波長用の光学系であってもよい。撮像素子１５３及び撮像光学系１５２が単色用であるため、色収差などが考慮されたカラー用の光学系と比較して、撮像素子１５３及び撮像光学系１５２は比較的安価となる。ｐＨ値の計測には色収差は影響を与えない。また、細胞の形状や数などを画像から取得する場合には、カラー画像を必要としないこともしばしばある。したがって、画像を取得する際に単色の照明のみを用いても十分な情報量を有する画像が得られる。この場合、撮像光学系１５２が単波長用の光学系であっても問題ない。また、時分割で各色の画像を取得することで、カラー画像を作成する際に画像処理による色収差の補正を行うことによっても、画質のよいカラー画像が取得され得る。もちろん、撮像光学系１５２にカラー画像検出用の光学系が用いられることで、画像処理などによらず色収差が低減された高品質なカラー画像が取得され得る。
【００２９】
また、撮像光学系１５２に、適切なフィルターを挿入及び抜去できる構成とすることで、観察装置１００は、例えば蛍光画像等を取得することができる構成を取り得る。
【００３０】
照明ユニット１５５及び撮像光学系１５２の構成の一例を図４及び図５を参照して説明する。図４は、撮像光学系１５２に含まれる対物レンズ１９１の光軸を含む面を示す模式図である。図５は、対物レンズ１９１の光軸に垂直な面を示す模式図である。
【００３１】
図４に示すように、透明板１０２上には、細胞５２４を含む試料５００が配置される。照明ユニット１５５は、対物レンズ１９１の周囲に、周方向および径方向に間隔をあけて複数配置された光源１５７としてのＬＥＤ光源１８１を備える。また、照明光学系１５６として、照明ユニット１５５は、各ＬＥＤ光源１８１に対応して配置されている、各ＬＥＤ光源１８１において発生した照明光を集光する複数の集光レンズ１８２と、集光レンズ１８２により集光された照明光を拡散させる複数の拡散板１８３とを備える。
【００３２】
照明ユニット１５５は、特定のＬＥＤ光源１８１を独立して点灯させることができるようになっている。例えば、図４において、ハッチングによって示したＬＥＤ光源１８１のみを点灯させることなどが可能である。この場合、ＬＥＤ光源１８１から射出された光は、図４に実線で示すような光路を取る。すなわち、ＬＥＤ光源１８１において発生した照明光は、ＬＥＤ光源１８１に対応して配置されている集光レンズ１８２によって集光され、拡散板１８３によって拡散された状態で、透明板１０２および培養容器５１０の容器底部５１２を下から上に向かって透過する。照明光は、培養容器５１０の容器上部５１１の内面において反射して細胞５２４に対して斜め上方から照射される。細胞５２４に照射された照明光のうち、細胞５２４を透過した透過光が培養容器５１０の容器底部５１２及び透明板１０２を上から下に向かって透過して、対物レンズ１９１に入射する。この際、光は、細胞５２４の形状や屈折率によって屈折したり、散乱されたり、細胞５２４の透過率に応じて減光されたりする。細胞５２４に応じた透過光は、対物レンズ１９１により集光され、撮像素子１５３によって撮影される。
【００３３】
この照明ユニット１５５では、照明光を射出するＬＥＤ光源１８１を変更することで、破線で示すように照明光の角度を切り替えることができる。対物レンズ１９１の周方向に特定位置のＬＥＤ光源１８１のみを点灯させることにより、細胞５２４に対して周方向の特定の方向からのみ照明することができるようになっている。また、対物レンズ１９１の光軸に対して軸対称に配置された複数のＬＥＤ光源１８１を点灯させることにより、照明むらを低減した照明光を細胞５２４に対して照射することができる。
【００３４】
照明ユニット１５５からの照明光は、対物レンズ１９１の径方向外方から射出され培養容器５１０の容器上部５１１の内面において反射することにより、細胞５２４に対して斜め上方から照射されて対物レンズ１９１により集光される。したがって、細胞５２４への入射角を適切に設定することにより、細胞５２４の像に明暗が形成され得る。その結果、細胞等の透明な被写体についても見やすい像が取得され得る。
【００３５】
入射角度が対物レンズ１９１の取り込み角より小さい場合、照明は、照明むらの少ない明視野照明となる。また、入射角度が対物レンズ１９１の取り込み角より大きい場合、照明は、微細構造が強調される暗視野照明となる。さらに入射角度が対物レンズ１９１の取り込み角と同等の場合、照明は、細胞５２４が立体的に見える偏斜照明となる。
【００３６】
なお、図５には、赤色光源１８１Ｒと緑色光源１８１Ｇと青色光源１８１Ｂとが混在して配置される例が示されているが、これらの配置は一例であり、どのような配置でもよい。
【００３７】
図１及び図２に戻って観察システム１の構成について説明を続ける。観察装置１００は、移動機構１６０を備える。移動機構１６０は、支持部１６５をＸ軸方向に移動させるための、例えば送りねじとアクチュエータとを備えるＸ軸移動機構１６２と、支持部１６５をＹ軸方向に移動させるための、例えば送りねじとアクチュエータとを備えるＹ軸移動機構１６４とを備える。このように、Ｘ軸移動機構１６２及びＹ軸移動機構１６４は、撮像光学系１５２の光軸に対して垂直な方向に受光ユニット１５１を移動させる移動機構として機能する。撮像光学系１５２の光軸の方向（Ｚ軸方向）の撮影位置は、上述のとおり、撮像光学系１５２のフォーカスレンズの位置を変更することで変更される。なお、フォーカスレンズに代えて、又はこれと共に、移動機構１６０は、支持部１６５をＺ軸方向に移動させるためのＺ送りねじ及びＺアクチュエータ等を含む合焦位置移動機構を備えてもよい。
【００３８】
なお、観察装置１００は、Ｘ軸移動機構１６２及びＹ軸移動機構１６４に代えて、又はそれらと共に、試料５００をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるための試料移動機構を備えてもよい。また、観察装置１００はフォーカスレンズ又は合焦位置移動機構に代えて、又はそれらと共に、試料５００をＺ軸方向に移動させるための試料移動機構を備えてもよい。
【００３９】
観察装置１００は、移動機構１６０を用いて画像取得ユニット１５０の位置をＸ方向及びＹ方向に変化させながら、受光ユニット１５１を用いて繰り返し撮影を行い、異なる位置に係る複数の画像を取得する。観察装置１００は、これらの画像を合成して１つの広い範囲を表す画像を生成してもよい。
【００４０】
さらに、観察装置１００は、Ｚ軸方向に撮影位置を変化させながら、同様に、Ｘ方向及びＹ方向に位置を変更させながら繰り返し撮影を行い、それらを合成して、各々のＺ方向位置における画像を順次取得してもよい。このようにして、３次元の各部における画像が取得されてもよい。
【００４１】
観察装置１００は、さらに、第２の制御回路１１０と、画像処理回路１２０と、第２の記録回路１３０と、第２の通信装置１４０とを備える。第２の通信装置１４０は、コントローラ３００との通信を行うための通信装置である。
【００４２】
第２の記録回路１３０は、例えば観察装置１００の各部で用いられるプログラムや各種制御パラメータ、画像取得ユニット１５０の移動パターン等を記録している。また、第２の記録回路１３０は、観察装置１００で得られたデータ等を記録する。
【００４３】
画像処理回路１２０は、受光ユニット１５１で得られた画像データに対して、各種画像処理を施す。画像処理回路１２０による画像処理後のデータは、例えば第２の記録回路１３０に記録されたり、コントローラ３００に送信されたりする。また、画像処理回路１２０は、得られた画像に基づく各種解析を行ってもよい。例えば画像処理回路１２０は、得られた画像に基づいて、試料５００に含まれる細胞又は細胞群の画像を抽出すること、細胞又は細胞群の数を算出すること、培地５２２のｐＨ値を特定すること、細胞数とｐＨ値の変化とに基づいて細胞の増殖能を算出すること等を行ってもよい。このようにして得られた解析結果も、例えば第２の記録回路１３０に記録されたり、コントローラ３００に送信されたりする。
【００４４】
第２の制御回路１１０は、観察装置１００が備える各部の動作を制御する。第２の制御回路１１０は、移動機構１６０の動作を制御して画像取得ユニット１５０の位置を制御したり、受光ユニット１５１の撮影動作を制御したり、照明ユニット１５５の動作を制御したり、第２の通信装置１４０を介したコントローラ３００との通信を管理したり、観察装置１００で得られたデータの記録について制御したりする。
【００４５】
第１の制御回路３１０、第２の制御回路１１０及び画像処理回路１２０は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）、Field Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）、又はGraphics Processing Unit（ＧＰＵ）等の集積回路等を含む。第１の制御回路３１０、第２の制御回路１１０及び画像処理回路１２０は、それぞれ１つの集積回路等で構成されてもよいし、複数の集積回路等が組み合わされて構成されてもよい。また、第２の制御回路１１０及び画像処理回路１２０は、１つの集積回路等で構成されてもよい。これら集積回路の動作は、例えば第１の記録回路３３０又は第２の記録回路１３０や集積回路内等に記録されたプログラムに従って行われ得る。第１の記録回路３３０及び第２の記録回路１３０は、１つ又は複数の例えばフラッシュメモリのような不揮発性メモリ、Static Random Access Memory（ＳＲＡＭ）又はDynamic Random Access Memory（ＤＲＡＭ）のような揮発性メモリを含み得る。
【００４６】
〈観察システムの機能構成〉
観察装置１００の動作の制御は、コントローラ３００の第１の制御回路３１０が行ってもよいし、コントローラ３００は指示をするのみで観察装置１００の第２の制御回路１１０が行ってもよい。また、画像処理は、観察装置１００の画像処理回路１２０が行ってもよいし、コントローラ３００の第１の制御回路３１０及び／又は観察装置１００の第２の制御回路１１０が行ってもよい。また、例えば細胞数を算出する、ｐＨ値を算出する、細胞の増殖能を算出するといった解析についても、コントローラ３００の第１の制御回路３１０が行ってもよいし、観察装置１００の第２の制御回路１１０が行ってもよい。また、解析のための専用の解析回路が、コントローラ３００又は観察装置１００に設けられてもよい。
【００４７】
以上のように、各種制御及び各種解析は、コントローラ３００及び観察装置１００の何れで行ってもよいので、観察システム１の全体の機能構成としては、図６に示すようになる。すなわち、観察システム１は、照明ユニット１５５及び受光ユニット１５１を含む画像取得ユニット１５０、移動機構１６０等の動作を制御する制御部１０を備える。制御部１０は、ユーザに対する各種情報の提示のため、例えば表示装置３７２の表示を制御し、ユーザによる観察システム１の操作に係る入力を、例えば入力装置３７４から取得する。制御部１０は、受光ユニット１５１で取得した画像等を解析部３０に解析させ、取得した画像、解析結果等を記録部２０に記録させる。記録部２０は、コントローラ３００の第１の記録回路３３０が担ってもよいし、観察装置１００の第２の記録回路１３０が担ってもよい。
【００４８】
解析部３０は、例えば、細胞数を計測する細胞数計測部３１としての機能と、培地のｐＨ値を算出するｐＨ算出部３２としての機能と、細胞数とｐＨ値とに基づいて細胞の増殖能を算出する増殖能算出部３３としての機能とを備える。
【００４９】
［観察システムの動作］
観察システム１の動作の一例について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。この処理は、例えばインキュベータ４００の中に、観察装置１００が設置され、観察装置１００の透明板１０２上に試料５００が設置されてから開始される。
【００５０】
ここでは、観察システム１が、動作モードとして、観察モードとｐＨ測定モードと測定モードとを備えている場合を例に挙げて説明する。観察モードは、ユーザが入力装置３７４を用いて、移動機構１６０及び画像取得ユニット１５０を操作して、試料５００の任意の位置の画像を表示装置３７２に表示させるモードである。ｐＨ測定モードは、観察システム１が試料５００の培地５２２のカラー画像を取得し、培地５２２の色に基づいて培地５２２のｐＨ値を取得するモードである。測定モードは、観察システム１が予め設定されたタイミングで予め決められた位置の画像を取得して解析するモードである。測定モードでは、細胞の画像が取得されたり、画像に基づいて、細胞数、培地のｐＨ値、細胞の増殖能等が算出されたりする。観察システム１は、これらのモードの一部のみを有していてもよいし、他のモードをさらに有していてもよい。なお、ユーザによるモードの選択は、例えば入力装置３７４を用いて、任意のタイミングで行われ得る。
【００５１】
ステップＳ１０１において、制御部１０は、観察モードが選択されているか否かを判定する。観察モードが選択されているとき、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２において、制御部１０は、入力装置３７４から、ユーザによって入力された動作の指示に係る情報を取得する。ステップＳ１０３において、制御部１０は、取得したユーザの指示に基づいて、移動機構１６０及び照明ユニット１５５の動作を制御する。すなわち、制御部１０は、ユーザの指示に従って、移動機構１６０に画像取得ユニット１５０の位置を移動させる。また、観察モードでは、照明ユニット１５５が試料５００を照明し、受光ユニット１５１が試料５００の画像を取得する。そこで、制御部１０は、ユーザの指示に従って照明ユニット１５５の点灯／消灯、明るさ等を制御する。
【００５２】
ステップＳ１０４において、制御部１０は、受光ユニット１５１に撮影動作を行わせ、受光ユニット１５１から得られた画像データを取得する。ステップＳ１０５において、制御部１０は、得られた画像データに基づく画像をライブビュー画像として、表示装置３７２に表示させる。ユーザは、表示装置３７２に表示された画像を見ながら、画像取得ユニット１５０の位置を調整することで、所望の位置の試料５００の状態を観察することができる。ユーザは、表示装置３７２に表示された画像を見ながら、試料５００内の細胞５２４に焦点が合うように、撮像光学系１５２のフォーカス位置を変更したり、移動機構１６０のＺ軸方向の位置を変更したりすることができる。細胞５２４への合焦については、画像に基づいて制御部１０が行う、いわゆるオートフォーカス機能が用いられてもよい。
【００５３】
本実施形態に係る観察モードでは、観察システム１は、ユーザが希望したときに、高品質な画像を取得して記録部２０に記録することができる。ステップＳ１０６において、制御部１０は、ユーザから撮影の指示を受けたか否かを判定する。撮影の指示を受けていないとき、処理はステップＳ１０８に進む。一方、撮影の指示を受けたとき、処理はステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７において、制御部１０は、受光ユニット１５１に高品質な画像が得られる撮影を行わせ、得られた画像を記録部２０に記録する。その後、処理はステップＳ１０８に進む。
【００５４】
ステップＳ１０８において、制御部１０は、観察モードを終了するか否かを判定する。例えばユーザの指示に基づいて観察モードは終了する。観察モードを終了しないとき、処理はステップＳ１０２に戻り、上述のステップＳ１０２乃至ステップＳ１０７の処理を繰り返す。一方、観察モードを終了するとき、処理はステップＳ１０１に戻る。
【００５５】
ステップＳ１０１において観察モードが選択されていないと判定されたとき、処理はステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９において、制御部１０は、ｐＨ測定モードが選択されているか否かを判定する。ｐＨ測定モードが選択されているとき、処理はステップＳ１１０に進む。
【００５６】
ステップＳ１１０において、制御部１０は、移動機構１６０、照明ユニット１５５及び受光ユニット１５１の動作を制御する。すなわち、移動機構１６０は、試料５００の培地５２２を撮影できる位置に画像取得ユニット１５０を移動させる。撮像光学系１５２のフォーカス位置は、細胞５２４ではなく、培地５２２の領域に合わせられる。制御部１０は、照明ユニット１５５による照明と受光ユニット１５１による撮影とを同期させて、カラー画像を取得する。すなわち、照明ユニット１５５が３色の照明光を順次放射でき、受光ユニット１５１が単色の画像を取得できる構成であるので、次のような動作が行われる。制御部１０は、照明ユニット１５５に３色の照明光を順に放射させ、各々の照明光が放射されているときに受光ユニット１５１に培地５２２を撮影させる。このようにして、制御部１０は、培地５２２について、各色の画像を取得することができる。
【００５７】
上記説明では、培地を撮影するため、移動機構１６０で画像取得ユニット１５０を移動させ、撮像光学系１５２のフォーカス位置が細胞５２４ではなく、培地５２２の領域に合わせられることを記載したが、細胞が存在しない位置の撮影が可能であればよい。このため、フォーカス位置は移動させられずに、移動機構１６０を用いて画像取得ユニット１５０が細胞が存在しない位置に移動させられるだけでもよい。また、移動機構１６０を用いた画像取得ユニット１５０の移動が行われずに、フォーカス位置のみが変更されてもよい。
【００５８】
ステップＳ１１１において、制御部１０は、得られた培地５２２に係る各色の画像又はカラー画像に基づいて、培地５２２のｐＨ値を特定する解析を行う。例えばフェノールレッドが添加されている培地の色は、ｐＨ値に応じて色が変化する。この色に基づいて、培地のｐＨ値が特定され得る。
【００５９】
例えば特開昭６２−１１５２９７号公報には、次の関係が成り立つことが示されている。すなわち、波長が430 nm、558 nm、630 nmについての吸光度をそれぞれA430、A558、A630としたとき、0.001%フェノールレッドを含むダルベッコＭＥＭ培地であって、牛胎児血清の濃度がそれぞれ0%、10%、20%である培地のｐＨ値であるpH0、pH10、pH20は、それぞれ下記式で表される。
【００６０】
【数１】
2019106944.tif 000003
【００６１】
同様に、波長が441 nm、578 nm、634 nmについての吸光度をそれぞれA441、A578、A634としたとき、0.001%フェノールレッド、10%牛胎児血清を含むダルベッコＭＥＭ培地のｐＨ値は、下記式で表される。
【００６２】
【数２】
2019106944.tif 000004
【００６３】
また、このような関係は、半値幅を有するフィルターを用いて計測を行っても、単一波長の光を用いて計測を行っても同様に得られることが示されている。
【００６４】
本実施形態のステップＳ１１１の解析においても、例えば得られる画像に係る波長といった観察システム１の構成、試料５００の条件等といった各種条件に応じて決定された上述のような関係を用いて、取得した画像を用いて培地５２２のｐＨ値が特定され得る。
【００６５】
なお、ここでは３種類の波長について吸光度を計測しｐＨ値を求める例を示したが、２種類以上の波長について吸光度を計測すれば、ｐＨは算出され得る。
【００６６】
各色の画像に基づいて、各色の光についての培地５２２の透過率が得られる。ここで、透過率を求める際の基準となる試料５００を透過していない光の色毎の強度は、例えば培地が入っていない空の培養容器が配置された状態で基準強度として、一連の観察の前に予め取得されればよい。観察がインキュベータ４００内で行われる場合には、基準強度の取得もインキュベータ４００内で行われることが好ましい。予め取得された基準強度は、例えば記録部２０に保存される。このような基準強度と、試料５００を撮影することで得られる画像とを比較することで、各色の透過率が求められ得る。
【００６７】
また、上述の基準強度は、ｐＨ値を計測する際の透過率を求めることに限らず、例えば、画像解析において、予め用意されている透過率と色に係るデータと比較して、得られた画像の色情報を補正する際にも用いられ得る。
【００６８】
ステップＳ１１２において、制御部１０は、得られたｐＨの値を表示装置３７２に表示させる。以上のようなｐＨ測定モードを活用することで、ユーザは、試料５００の培地５２２のｐＨ値を知ることができる。その後、処理はステップＳ１０１に戻り、上述の処理が繰り返される。
【００６９】
なお、ｐＨ測定モードは、ユーザの指示に基づいて実行されてもよいし、予め決められたスケジュールに従って、経時的に繰り返し実行されてもよい。経時的に実行されることで、経時的なｐＨ値の変化がモニタされ得る。得られたｐＨ値のデータは、記録部２０に保存され得る。
【００７０】
ステップＳ１０９において、ｐＨ測定モードが選択されていないと判定されたとき、処理はステップＳ１１３に進む。ステップＳ１１３において、制御部１０は、測定モードが選択されているか否かを判定する。測定モードが選択されているとき、処理はステップＳ１１４に進む。
【００７１】
ステップＳ１１４において、制御部１０は、測定を行うタイミングであるか否かを判定する。本実施形態では、観察システム１は、例えば１時間毎など、所定の時間間隔で又は所定のタイミングで繰り返し画像を取得し、当該画像に基づく解析を行うことができる。このようにして、観察システム１は、例えば試料５００の所定の範囲のタイムラプス画像を得ることができる。測定を行うタイミングでないとき、処理はステップＳ１１４を繰り返し、待機状態となる。一方、測定を行うタイミングであるとき、処理はステップＳ１１５に進む。
【００７２】
ステップＳ１１５において、制御部１０は、移動機構１６０、照明ユニット１５５及び受光ユニット１５１の動作を制御して、試料５００の所定の位置を所定の条件で撮影する。例えば、試料５００のある領域の画像を取得すべき旨が設定されているとき、制御部１０は、移動機構１６０に画像取得ユニット１５０の位置を当該領域内で移動させながら、受光ユニット１５１に当該領域内の画像を次々と撮影させる。この際、細胞５２４に合焦するように、撮像光学系１５２の合焦位置は調整される。また、細胞の撮影と共に又は細胞の撮影に代えて培地のｐＨ値を計測するときは、細胞５２４がない高さの培地５２２に合焦するように撮像光学系１５２の合焦位置は調整され、撮影が行われる。ｐＨ値を計測する際には、細胞５２４がない高さの培地５２２に合焦するようにフォーカス位置が調整されることで、細胞５２４の状態、数等の違いによって、計測される透過光強度に誤差が生じることを防止できる。
【００７３】
ステップＳ１１６において、制御部１０は、解析部３０に、撮影により得られた画像に基づいて所定の解析等を行わせる。解析部３０は、例えば得られた細胞が写った複数の画像を合成して、所定の領域の状態を示す、１つの合成画像を作成する。また、解析部３０は、例えば得られた画像に基づいて、細胞数等をカウントしたり、コロニーの大きさを特定したりする。また、解析部３０は、例えば得られた培地の画像に基づいて、培地のｐＨ値を算出する。また、解析部３０は、培養中の細胞の増殖能を算出することができる。この増殖能は、例えば、時間経過に伴うｐＨ値の変化量ΔｐＨと算出された細胞数ＣＮを用いて、ΔｐＨ／ＣＮで表現されてもよい。培地のｐＨ値は、細胞の代謝によって変化する。したがって、単位細胞あたりのΔｐＨは、細胞の活発度を表す指標として用いられ得る。ステップＳ１１３において、制御部１０は、得られた画像及び解析結果を、記録部２０に記録する。
【００７４】
ステップＳ１１８において、制御部１０は、測定モードを終了するか否かを判定する。例えば予め設定された一連の画像取得及び解析が完了したとき、測定を終了する判断される。測定モードを終了しないとき、処理はステップＳ１１４に戻り、上述のステップＳ１１４乃至ステップＳ１１７の処理を繰り返す。一方、測定モードを終了するとき、処理はステップＳ１０１に戻る。
【００７５】
ステップＳ１１３において、測定モードが選択されていないと判定されたとき、処理はステップＳ１１９に進む。ステップＳ１１９において、制御部１０は、処理を終了するか否かを判定する。例えば、ユーザによって観察システム１の使用の終了が入力されたとき、終了すると判定される。終了しないと判定されたとき、処理はステップＳ１０１に戻り、上述の処理が繰り返される。終了すると判定されたとき、一連の処理は終了する。
【００７６】
以上のような本実施形態に係る観察システム１によれば、インキュベータ４００内に静置された試料５００をそのままの状態で観察したり、記録したり、各種解析を行ったり、培地のｐＨ値を計測したりできる。観察装置１００は、培地に触れることなくｐＨ値の計測を行うことができる。このように、観察システム１は、コンタミネーションを防止しながら培地のｐＨ値の計測等を行うことができる。また、観察システム１を用いれば、各種情報が数値によって得られるので、ユーザは、目視によって各種判断を行う場合等に比較して、客観的な判断を行うことができる。
【００７７】
また、観察システム１の観察装置１００では、筐体１０１内の画像取得ユニット１５０に設けられた照明ユニット１５５から照明光を放射し、試料５００の培養容器５１０の容器上部５１１で反射する光で培地５２２又は細胞５２４が照明される。このような構成とすることで、観察装置１００の構成は単純化される。また、試料５００において特殊な容器を必要とせず、培養容器５１０がどのような形状であっても、観察装置１００は用いられ得る。
【００７８】
本実施形態に係る観察装置１００では、細胞５２４の下方に照明光学系１５６を含む照明ユニット１５５及び対物レンズ１９１を含む撮像光学系１５２が配置されている。このため、試料５００を挟んで照明光学系１５６と撮像光学系１５２とが配置された従来の透過光を用いた観察装置と比較すると、細胞５２４の片側のみに照明ユニット１５５及び受光ユニット１５１が集約され得る。その結果、観察装置１００は薄型化され得る。薄型化した観察装置１００を用いても、透過光を用いた撮影により細胞等の被写体を標識することなく、ユーザは細胞等を観察することができる。
【００７９】
観察システム１は、このような単純な構成を有する観察装置１００を用いても、細胞の画像、細胞数及び培地のｐＨ値を含む種々の情報を得ることができる。この際、細胞の観察と培地のｐＨ値の計測とのいずれをも、受光ユニット１５１及び照明ユニット１５５を用いて行うことができるので、観察用とｐＨ計測用とで別個の構成を有する場合に比較して、観察装置１００の構成は単純化され得る。
【００８０】
観察装置１００の外形は、例えば直方体にすることができる。直方体のような凹凸が少ないシンプルな形状を有する観察装置１００は、汚染などが問題となる細胞培養の場面で用いられる際に、除菌等を含む清掃が容易になるという利点を有する。また、このような形状を有する観察装置１００は、インキュベータ４００への出し入れにおいても便利である。また、透明板１０２の上側に構造物がない観察装置１００の形状は省スペースを実現し、比較的空間が限られているインキュベータ４００への設置においても有利である。また、観察装置１００は、インキュベータ４００に限らず、例えばクリーンベンチ内に設置することもでき、このような場合にも観察装置１００のシンプルな形状は、透明板１０２の上側の空間に広い作業空間を確保するために効を奏する。
【００８１】
本実施形態に係る観察装置１００では、照明ユニット１５５及び受光ユニット１５１を含む画像取得ユニット１５０が、移動機構１６０によって移動する。一般に、培養中の細胞には不要な衝撃を加えないことが好ましい。例えば、一般の顕微鏡で細胞の様子を確認する際には、試料をインキュベータから取り出して顕微鏡に設置したり、顕微鏡のステージ上で試料を移動させたりすることが行われる。これに対して、観察装置１００によれば、培養中の試料５００を静置した状態で、試料５００の広い範囲の観察を行うことができる。したがって、観察システム１によれば、細胞に負荷をかけることなく各種の観察又は測定が行われ得る。
【００８２】
［第１の実施形態の第１の変形例］
第１の実施形態の第１の変形例について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、その説明を省略する。この変形例では、照明ユニット１５５と受光ユニット１５１との構成が異なる。第１の実施形態では、撮像素子１５３は単色のセンサーであり、光源１５７は、赤色光、緑色光、青色光を個別に放射する。第１の実施形態では、受光ユニット１５１による撮影と、照明ユニット１５５による照明とを同期させることで、時分割的にカラー画像が取得される。
【００８３】
これに対して、本変形例では、光源１５７は複数色の光を含む照明光を放射する例えば１つの光源を含む。この光源は、例えば、図８に示すように、白色の照明光を放射する白色光源１５７Ｗであってもよい。また、本変形例では、撮像素子１５３をカラーセンサー１５３Ｃとする。カラーセンサー１５３Ｃは、例えば撮像素子上に、光学素子としての例えば赤色フィルター、緑色フィルター、青色フィルターが設けられたセンサーである。カラーセンサー１５３Ｃは、白色光に含まれる光を色分解することで、各色についての光量を検出することができる。白色光源１５７Ｗとカラーセンサー１５３Ｃとの組み合わせによっても、カラー画像が取得され得る。また、このカラー画像に基づいて、培地のｐＨ値の解析などが行われ得る。
【００８４】
なお、光源１５７の構成が上述の第１の実施形態と同様に複数種類の単色光源を含む構成であって、撮像素子の構成がカラーセンサー１５３Ｃであってもよい。この場合、光源１５７に含まれる赤色光源１５７Ｒ、緑色光源１５７Ｇ、青色光源１５７Ｂの各々が同時に照明光を照射しても、カラーセンサー１５３Ｃで色分解することで、カラー画像が取得され得る。
【００８５】
［第１の実施形態の第２の変形例］
第１の実施形態の第２の変形例について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、その説明を省略する。上述の第１の実施形態では、観察装置１００は、試料５００の画像と、試料５００の培地５２２のｐＨ値とを取得できるように構成されている。これに対して本変形例では、観察装置１００は、画像を取得できず、ｐＨ値を取得できるように構成されている。この場合、受光ユニット１５１は、撮像素子１５３に代えて、受光素子として光強度を検出するための光センサーを備える。観察装置１００のその他の構成は、第１の実施形態の場合と同様である。
【００８６】
例えば、筐体１０１内に設けられた照明ユニット１５５から、透明板１０２上の試料５００に照明光が照射される。この照明光は、培養容器５１０の下側から入射し、上面で反射して、筐体１０１内に設けられた受光ユニット１５１に入射する。受光ユニット１５１内の光センサーは、光の色毎に、入射した光が透過してきた培地５２２の色に応じた光強度を検出する。検出された各色の光の強度に基づいて、観察システム１は、培地５２２のｐＨ値を取得できる。
【００８７】
培地のｐＨ値のみが求められている場合には、本変形例のように培地のみを観察する装置構成とすることで、装置は簡略化され得る。
【００８８】
［第２の実施形態］
第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。第１の実施形態では、照明ユニット１５５が観察装置１００の筐体１０１内に設けられた画像取得ユニット１５０に配置されている。これに対して、第２の実施形態では、画像取得ユニット１５０には照明ユニット１５５が設けられておらず、代わりに、筐体１０１の外部であって試料５００を挟んで画像取得ユニット１５０と対向する位置に、外部照明部２５５が設けられている。
【００８９】
本実施形態に係る観察システム１の構成例の概略を図９に示す。図９は、図３と同様に移動機構１６０等の図示は省略している。図９に示すように、観察装置１００の筐体１０１内には、撮像光学系１５２及び撮像素子１５３を含む受光ユニット１５１が設けられている。一方、照明光を射出する外部照明部２５５は、筐体１０１の外部の透明板１０２を挟んで受光ユニット１５１と反対側に配置されている。
【００９０】
外部照明部２５５は、照明支持部２５０に設けられた外部光源２５７と外部照明光学系２５６とを備える。外部光源２５７は、第１の実施形態に係る光源１５７と同様に、照明光である赤色光、緑色光、及び青色光を別々に放射することができる。外部光源２５７は、例えばＬＥＤ等を含む。外部光源２５７から放射された照明光は、外部照明光学系２５６を介して、外部照明部２５５から放射され、試料５００を照明する。
【００９１】
外部照明部２５５は、試料５００を挟んで受光ユニット１５１と対向する位置に配置されているので、外部照明部２５５から放射された照明光は、試料５００を透過して、受光ユニット１５１に達する。すなわち、受光ユニット１５１は、透過光によって照明された試料５００を撮影する。
【００９２】
外部照明部２５５設けられた照明支持部２５０は、図９に示すように、例えば支柱２７０によって支持されている。支柱２７０は、筐体１０１に対して固定されていてもよい。また、支柱２７０は、筐体１０１から独立してインキュベータ４００内に設置されてもよい。また、照明支持部２５０は、支柱２７０に固定されておらず、例えばインキュベータ４００の天井又は壁などに配置されてもよい。また、照明支持部２５０は、試料５００の培養容器５１０の上に置かれるように構成されていてもよい。
【００９３】
外部照明部２５５は、受光ユニット１５１が移動機構１６０によってその位置を変えても外部照明部２５５による照明条件が変化しないように構成されている。例えば、外部照明部２５５は、透明板１０２上に配置される試料５００の何れの位置をも均一に照明できるように、透明板１０２から十分に遠い位置に配置されてもよい。また、外部照明部２５５は、広範囲を均一に照明できるように、シート状の照明装置として構成されてもよい。
【００９４】
また、外部照明部２５５は、受光ユニット１５１の移動に応じて移動してもよい。すなわち、照明支持部２５０には、外部照明部２５５をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる移動機構が設けられてもよい。この移動機構は、受光ユニット１５１を移動させる筐体１０１内の移動機構１６０と同期して動作し、常に外部照明部２５５と受光ユニット１５１とが対向するように動作してもよい。
【００９５】
また、観察装置１００は、受光ユニット１５１を移動させる筐体１０１内の移動機構１６０も有しておらず、観察装置１００において受光ユニット１５１と照明ユニット１５５とが対向する位置に固定されていてもよい。この場合、試料５００の広い範囲を撮影するために、観察装置１００は、試料５００をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる試料移動機構を備えていてもよい。
【００９６】
第２の実施形態に係る観察システム１によれば、インキュベータ４００内に静置された試料５００をそのままの状態で観察したり、記録したり、各種解析を行ったり、培地のｐＨ値を計測したりできる。本実施形態によっても、試料５００において特殊な容器を必要とせず、培養容器５１０がどのような形状であっても、観察システム１は用いられ得る。観察装置１００は、細胞の観察と培地のｐＨ値の計測とのいずれをも、受光ユニット１５１及び外部照明部２５５を用いて行うことができるので、観察用とｐＨ計測用とで別個の構成を有する場合に比較して、観察装置１００の構成は単純化され得る。
【００９７】
以上説明した各実施形態及びその変形例等は、適宜に組み合わせられ得る。例えば、第２の実施形態においても、第１の実施形態の第１の変形例のように、白色光源が用いられ得るし、カラーセンサーが用いられ得る。また、第１の実施形態の第２の変形例においても、第１の実施形態の第１の変形例のように、白色光源が用いられ得るし、カラーセンサーが用いられ得る。
【００９８】
以上、各実施形態で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、プログラムを用いて実現され得る。このプログラムは、記録媒体や記録部に収められ得る。この記録媒体又は記録部への記録の方法は様々であり、製品出荷時に記録されてもよく、配布された記録媒体が利用されて記録されてもよく、インターネットを介したダウンロードが利用されて記録されてもよい。また、上述の処理の全て又は一部等は、例えばディープラーニングを利用して構築した人工知能等を用いて行われてもよい。
【００９９】
光源１５７として単色光源及びＬＥＤを記載したが、３色の光を照射可能であればよく、複数色光源と単色光源とを含んでいてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１…観察システム、１０…制御部、２０…記録部、３０…解析部、３１…細胞数計測部、３２…ｐＨ算出部、１００…観察装置、１０１…筐体、１０２…透明板、１１０…第２の制御回路、１２０…画像処理回路、１３０…第２の記録回路、１４０…第２の通信装置、１５０…画像取得ユニット、１５１…受光ユニット、１５２…撮像光学系、１５３…撮像素子、１５３Ｃ…カラーセンサー、１５５…照明ユニット、１５６…照明光学系、１５７…光源、１５７Ｂ…青色光源、１５７Ｇ…緑色光源、１５７Ｒ…赤色光源、１５７Ｗ…白色光源、１６０…移動機構、１６２…Ｘ軸移動機構、１６４…Ｙ軸移動機構、１６５…支持部、１８１…光源、１８１Ｒ…赤色光源、１８１Ｇ…緑色光源、１８１Ｂ…青色光源、１８２…集光レンズ、１８３…拡散板、１９１…対物レンズ、２５０…照明支持部、２５５…外部照明部、２５６…外部照明光学系、２５７…外部光源、２７０…支柱、３００…コントローラ、３１０…第１の制御回路、３３０…第１の記録回路、３４０…第１の通信装置、３７０…入出力装置、３７２…表示装置、３７４…入力装置、４００…インキュベータ、５００…試料、５１０…培養容器、５１１…容器上部、５１２…容器底部、５２２…培地、５２４…細胞。
【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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