(57)【要約】  生体細胞の位相コントラスト撮像に使用されることを意図する自動顕微鏡装置であって、該装置が、少なくとも、検査される試料を含む試料プレート（５）が装着可能な試料プレートステーション（１）と、顕微鏡とを備える。前記顕微鏡は、光学素子（２）と、撮像手段（６）と、前記試料に照明を当てるように構成可能な照明構成（３）とを有する。次に、前記照明構成（３）は、照明を提供するＬＥＤ型の照明手段（３１１）を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体細胞の位相コントラスト撮像で使用されることを企図する自動顕微鏡装置であって、少なくとも、
検査される試料を含む試料プレート（５）を装着可能な試料プレートステーション（１）と、
顕微鏡とを備え、
該顕微鏡が、
顕微鏡用光学素子（２）と、
撮像手段（６）と、
試料に照明を当てるために設けられる照明構成（３）とを含み、
該照明構成が、照明を提供するための照明手段（３１１）を有する自動顕微鏡装置において、
該照明手段（３１１）が、狭帯域ＬＥＤ（発光ダイオード）であることを特徴とする自動顕微鏡装置。
【請求項２】
前記照明手段（３１１）が、撮像中にのみ照明を当てるように配設されることを特徴とする請求項１記載の自動顕微鏡装置。
【請求項３】
前記顕微鏡が、チューブ顕微鏡であることを特徴とする請求項１または２記載の自動顕微鏡装置。
【請求項４】
前記試料プレートステーション（１）が、前記光学素子（２）および前記照明構成（３）に関して前記試料プレート（５）を移動させるように配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動顕微鏡装置。
【請求項５】
前記顕微鏡が、前記試料プレートステーション（１）に関して移動可能に配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動顕微鏡装置。
【請求項６】
生体細胞の位相コントラスト照明用自動顕微鏡撮像装置における狭帯域ＬＥＤ（発光ダイオード）の使用。
【請求項７】
撮像中にのみ細胞に照明が当てられることを特徴とする請求項６記載のＬＥＤの使用。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
分野
本発明は、添付請求項１の前提部分に従う顕微鏡装置に関する。さらに、本発明は、添付請求項６に従う照明部品の使用に関する。
【０００２】
背景
たとえば、様々な細胞の生物学的および生物医学的分析において、細胞培養が通常用いられる。一般に、分析される細胞物質の培養は、温度、雰囲気ガスおよび照明に関して適切な条件下に置かれたペトリ皿またはウェルプレート上で行われる。分析の様々な段階において、試料は、たとえば、顕微鏡検査を受けるが、従来技術の構成では、ウェルプレートは、カメラを取付けることが可能な顕微鏡を用いて検査されるように設けられる。多くの研究においては、細胞の成長を観察できるように、同一の細胞が一定の間隔で検査される。しかしながら、その研究のためには、暗状態で培養される細胞を、撮像中に光に当てる必要があることが問題となる。つまり、細胞は、露光時間、照射強度および波長に応じて、細胞の状態に対して良い影響または悪い影響を及ぼす可能性がある外部エネルギにさらされる。この問題を緩和するため様々な解決策が開発されてきた。
【０００３】
国際公開第０３／０４８７５号パンフレットには、細胞への露光時間が高速自動焦点合わせを使用することによって短縮された自動顕微鏡システムが開示されている。このシステムは、位相コントラスト撮像および蛍光撮像のいずれにも適している。前述の構成において、撮像は、高強度で広帯域なキセノンを光源として使用して行われる。撮像のため幾つかの光の波長をフィルタにかける必要がある場合、撮像は、撮像光学系と接続されたフィルタ構造を用いて行なわれる。細胞に照射される広帯域キセノン光のエネルギは、制御することが非常に困難であり、さらに、キセノン光の照明レベルが安定するまでに一定の時間がかかる。このため、キセノン光を使用する場合には、細胞が、光エネルギの総量か、最大強度かいずれかに関して、過剰な光にさらされる可能性がある。一方、フィルタが、広帯域な光から狭い波長帯を遮断するために使用される場合、光源の総出力を高くする必要がある。
【０００４】
要約
そこで、検査される生体細胞への照射に対する露光を、キセノン照射との比較において実質上削減できるように、被検物への短時間で正確な照射を可能にする解決策が考案された。
【０００５】
本目的を達成するため、本発明に従う顕微鏡装置は、主に、独立請求項１の特徴部分に示される内容を特徴とする。同様に、本発明に従う使用は、主に、独立請求項６に示される内容を特徴とする。その他の従属クレームは、本発明の幾つかの好適な実施形態を示す。
【０００６】
本発明の基本概念は、生体被検物が撮像される場合に限り、被検物の撮像に必要とされる光が該被検物に対して生成され、さらに、使用される光の帯域が狭く保持されるというものである。撮像装置と撮像される被検物との相対移動の間、光は被検物に照射されない。本発明の有利な実施形態に従えば、短時間で作動状態に達し、かつ放射範囲が非常に正確なことで知られるＬＥＤ（発光ダイオード）技術を用いて照明が提供される。
【０００７】
露光時間および照明に使用される光の帯域が可能な限り制限される場合、細胞への露光は最小限の照射となる。ＬＥＤは、たとえば、キセノンより大幅に短時間で安定した作動状態に達する。したがって、ＬＥＤによる照明は、撮像に必要な時間だけ正確に点灯可能であり、細胞は余分な光にさらされない。言い換えれば、細胞がさらされる照射エネルギの制御の容易化が可能となり、これは、検査の全般的な結果に好ましい効果をもたらす。
【０００８】
さらに、ＬＥＤによって放出される光は、ほとんど単色であり、その光は有意な色ひずみを引き起こさず、そのため広帯域光を使用する場合と比較すると、画質が大幅に改善される。本発明に従う照明システムを用いることによって、帯域通過フィルタを使用しないで高品質な画像を形成することが可能である。
【０００９】
本発明の一実施形態には、必要に応じて波長を選択可能であるという利点がある。一実施形態では、幾つかの異なる波長で作動可能なＬＥＤが使用される。幾つかの波長を使用することによって、被検物の鮮明な多層画像を容易に撮影できる。これは、異なる波長は異なる距離で合焦するためである。現在、高品質帯域通過フィルタは、高効率ＬＥＤの約１０倍の価格であり、１個の部品で分離可能なのは１波長帯だけである。上述のＬＥＤによって、フィルタを機械的に変更することなく、使用する光の波長を変更することが可能となり、そのため、一例として、異なる波長で短時間に撮像することが可能となる。
【００１０】
位相コントラスト法が用いられる場合、本発明は、非常に有利である。本発明の一実施形態では、照明は上方から被検物に向けられ、光は試料および顕微鏡に使用されるチューブ顕微鏡を通過してカメラに届く。
【００１１】
詳細説明
以下、添付概略図を参照して、本発明を詳細に説明する。
分かり易くするため、図面は、本発明の理解に必要な程度に簡略化して示す。本発明の理解に必要ではないが当業者にとって明白な構造および細部は、図面から省略することによって、本発明の特性を強調する。
【００１２】
図１は、たとえば、生体細胞の培養および検査に適した装置を示す。本装置は、たとえば、ウェルプレートステーション１、位相コントラストチューブ顕微鏡２、および照明装置３を備える。さらに、本図面は、ウェルプレート５に照度および温度が制御可能な空間を提供する遮蔽構造４を示す。一般に、生体細胞は、温度が３６〜３７℃の暗い場所に保持されるのが好ましい。さらに、遮蔽構造４は、たとえば、二酸化炭素および／または酸素の含有量を制御することによって、細胞周囲の雰囲気ガスの組成を制御するのに有利なことが多い。
【００１３】
本実施例に従うウェルプレートステーション１によって、顕微鏡２に対して水平面内（すなわち、Ｘ−Ｙ方向）でウェルプレート５の位置が変更可能になるような方法で、ウェルプレート５を装置内に配置することが可能となる。顕微鏡２に対してウェルプレート５を移動させることによって、ウェルプレート上のシングルウェルを撮像することが可能となる。
【００１４】
本実施例に従うチューブ顕微鏡２は、同様に、位相コントラスト撮像に非常に有利である。この構造によって、たとえば、被検物を、従来の顕微鏡の場合よりさらに幅広い経路（特に、Ｚ方向）で移動させることが可能となる。したがって、この構造によって、被検物を新しい位置まで一層容易に移動させることが可能となる。本実施例では、顕微鏡２は、ＣＣＤカメラなどのデジタルカメラ６に接続されている。チューブ顕微鏡２およびカメラ６は、垂直方向（つまり、Ｚ方向）に移動されるように設けられ、有利な実施形態では、本撮像システムは、顕微鏡およびカメラの組合せをＺ方向に移動させることによって合焦される。照明およびチューブ顕微鏡（２，３）の組合せを、被検物に対し他の角度で容易に位置合わせすることも可能である。
【００１５】
照明装置３は、図２から分かるように、顕微鏡の光学素子２に対向する側から、ウェルプレート５内の被検物に照明を当てるように設けられる。本実施例では、照明装置３は、ウェルプレート５の上方にあり、顕微鏡の光学素子２は、ウェルプレート５の下方にある。照明に使用される光は、その用途に応じて、人間の目に対して可視光または不可視光（たとえば、赤外線放射または紫外線放射）のいずれかにすることが可能である。照明装置３の構造の一実施形態について、以下にさらに詳しく説明する。
【００１６】
さらに、本装置は、制御部７と、データ処理部８とを備える。制御部７は、所望の撮像が一定間隔で任意の点において行われる自動撮像を制御する。様々な制御パラメータに基づいて、制御部は、たとえば、ウェルプレート５のウェルを撮像領域内に誘導し、光学素子を正確な距離に移動させ、正しい回数だけ照明を点滅させる。適切な出力信号でカメラを使用する場合、カメラ６の露光時間に対して正確に照明を点灯させることが可能である。
【００１７】
カメラ６によって得られる画像情報は、必要に応じて、画像材料を処理可能なデータ処理部８に転送される。たとえば、被検物の異なる部分から得られた画像データまたは異なる波長で取られた画像を使用することによって、画像材料から３次元モデルを作成することが可能である。さらに、一実施形態では、データ処理部８は、画像材料を解析する。
【００１８】
図３は、ＬＥＤ照明が位相コントラスト撮像に使用される照明構造３の一実施形態を示す。本実施例に従う照明構造３は、ＬＥＤ照明器３１、コリメータ３２、拡散用プレート３３、および集光構造３４を備える。さらに、同図は、直接光のほとんどをフィルタ除去するための、顕微鏡２の位相コントラスト対象に関する位相リング２１（図５では、垂直方向から見た位相リング２１を示す）を示す。
【００１９】
ＬＥＤ照明器３１は、たとえば、狭帯域ＬＥＤランプ３１１、およびそれに必要な電力入力および冷却構造３１２を備える。ＬＥＤランプ３１１は、単一波長範囲で発光するランプであってもよく、または幾つかの異なる波長範囲で機能するＬＥＤを使用することも可能である。
【００２０】
集光構造３４は、集光リング３４１と、集光レンズ３４２とを備える。図４に垂直方向に示される集光リング３４１の機能は、試料５に照射される光線Ｌ１の任意の部分を遮断することである。図６には、図３の実施形態に従う装置の光の主経路が、ハッチングによって示される。一般に、輪状部は、集光リング３４１によって光線Ｌ１から除去される。集光レンズ３４２は、集光リング３４１からの光線を、試料５の場所などの任意の点で捕えるように屈折させる。次に、試料５が、光線の方向が少なくとも部分的に変更されるように光を屈折させてもよい。たとえば、位相リング２１を用いて、直接光をフィルタ除去することによって、試料から屈折された光Ｌ２が残され、画像のコントラストが、直接背景光を使用する場合より大幅に改善される。
【００２１】
ＬＥＤは、たとえば、キセノンより安定した機能モードに非常に短時間で達する。その結果、ＬＥＤ照明を撮像時間に対して正確に点灯することが可能となり、細胞が余分な光にさらされることがない。言い換えれば、細胞がさらされる放射エネルギを、より適切に制御することが可能である。１つの試料を撮像するのに必要な時間は、通常１５〜３０ｍｓであるが、たとえば、カメラ、試料、照明器の電力、および光学素子に依存する。同様に、ＬＥＤの点滅は、マイクロ秒で行われ、照明の点滅は、撮像時間を実質上増加させない。一実施形態では、顕微鏡およびカメラが新しい合焦位置まで移動するのに（たとえば、機械的構成に依存して）５０〜１００ｍｓかかる。したがって、その移動時間中、光を消すことによって、光への露光を実質上低減させることが可能である。
【００２２】
ＬＥＤから放出された光は、ほとんど単色であり、その光は、有意な色ひずみを引き起こさない。本発明に従う照明システムを用いることによって、帯域通過フィルタを使用しないで鮮明な画像を得ることが可能である。しかしながら、必要に応じて、本発明は、様々なフィルタの使用を可能にする。
【００２３】
一実施形態では、様々なＬＥＤを使用可能であり、これによって、細胞に対する異なる光の波長の影響を検査することが可能である。照明用ＬＥＤの交換は、多くの方法で、たとえば、部品または照明器を交換することによって実施可能である。しかしながら、幾つかの実施形態では、部品を交換するのではなく、光源の波長を変更する方がより使い易い。一実施形態では、幾つかの波長で発光するように設定可能なＬＥＤ部品を使用する。
【００２４】
上述の実施例は、本発明の一実施形態を示した。本装置は、本発明の精神に従い、様々な方法で設計することが可能である。たとえば、使用目的によっては、顕微鏡の光学素子２およびカメラ６を、ウェルプレート５の上方に配置し、照明３をウェルプレート５の下方に配置することが必要とされてもよい。ウェルプレート５および顕微鏡２の相対移動は、ウェルプレートを移動可能に設けることによってもたらされる。本発明の別の実施形態では、ウェルプレート５および顕微鏡２の相対移動は、顕微鏡を移動させることによってもたらされる。さらに別の実施形態では、顕微鏡２および照明システム３は、移動を可能にするポータル構造に配置される。
【００２５】
実施例では、照明システム３の光生成部３１および撮像装置６は、撮像される被検物５に実質上隣接して配置される。本発明の一実施形態では、発光部３１、つまりＬＥＤを含むユニットは、被検物からより遠くに配置され、光は、光学ファイバ構造などの適切な構造を用いて、被検物に伝送される。別の実施形態では、今度は、カメラ６が被検物６からより遠くに配置され、この場合でも、光は、被検物からカメラに、光学ファイバ構造などの適切な構造による類似の方法を用いて伝送される。
【００２６】
上述される発明の異なる実施形態に関連して開示される方式および構造を様々な方法で組合せることによって、本発明の精神に従って、本発明の様々な実施形態を実現することが可能である。したがって、上述される実施例は、本発明に拘束されると解釈されてはならず、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示される発明の特徴の範囲内で自由に変更されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に従う顕微鏡装置を示す図である。
【図２】前記顕微鏡装置を詳細に示す図である。
【図３】照明構成の一実施形態を示す図である。
【図４】前記照明構成の詳細を示す図である。
【図５】前記照明構成の詳細を示す図である。
【図６】前記照明構成の一実施形態に従う光の経路を示す図である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成18年5月5日(2006.5.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体細胞の位相コントラスト撮像で使用されることを企図する自動顕微鏡装置であって、少なくとも、
検査される試料を含む試料プレート（５）を装着可能な試料プレートステーション（１）と、
顕微鏡とを備え、該顕微鏡が、
顕微鏡用光学素子（２）と、
撮像手段（６）と、
試料に照明を当てるために設けられる照明構成（３）とを含み、
該照明構成が、照明を提供するための照明手段（３１１）を有し、該照明手段（３１１）が、狭帯域のＬＥＤ（発光ダイオード）である自動顕微鏡装置において、
前記顕微鏡が、前記光学素子（２）および前記撮像手段（６）の組合わせをＺ方向に移動させることによって合焦されるように調整されるチューブ顕微鏡であることを特徴とする自動顕微鏡装置。
【請求項２】
前記照明手段（３１１）が、撮像中にのみ照明を当てるように配設されることを特徴とする請求項１記載の自動顕微鏡装置。
【請求項３】
前記試料プレートステーション（１）が、前記光学素子（２）および前記照明構成（３）に関して前記試料プレート（５）を移動させるように配設されることを特徴とする請求項１または２記載の自動顕微鏡装置。
【請求項４】
前記顕微鏡が、前記試料プレートステーション（１）に関して移動可能に配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動顕微鏡装置。
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月4日(2006.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
分野
本発明は、添付請求項１の前提部分に従う生体細胞の位相コントラスト撮像に使用されることを企図する自動顕微鏡装置に関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本目的を達成するため、本発明に従う顕微鏡装置は、主に、独立請求項１の特徴部分に示される内容を特徴とする。その他の従属クレームは、本発明の幾つかの好適な実施形態を示す。
【国際調査報告】
2008506144.tif 000009
2008506144.tif 000010