(57)【要約】【課題】  位相差顕微鏡の観察条件の調整をより容易に行うことのできる被検体容器を提供する。【解決手段】  被検体容器は、入射光を透過させる底面部と、側壁部とを備える。側壁部は、底面部に立設され、上面側が開口された容器を底面部とともに形成する。そして、底面部は、入射光の光路長を変化させる位相変調領域を有する。【選択図】  図１
2008299245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を透過させる底面部と、
前記底面部に立設され、上面側が開口された容器を前記底面部とともに形成する側壁部と、を備え、
前記底面部に、前記入射光の光路長を変化させる位相変調領域を有することを特徴とする被検体容器。
【請求項２】
請求項１に記載の被検体容器において、
前記位相変調領域は、凹凸による位相差基準が形成された位相標本を、前記底面部の容器内面側に接合して形成されることを特徴とする被検体容器。
【請求項３】
請求項１に記載の被検体容器において、
前記位相変調領域は、前記底面部の容器内面を凹凸状に加工して形成された位相差基準を有することを特徴とする被検体容器。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の被検体容器において、
前記位相差基準は、屈折率の異なる２つの材質が交互に噛み合うように積層された構造を有することを特徴とする被検体容器。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の被検体容器において、
前記位相変調領域には、前記凹凸の高さ、前記凹凸の幅、前記凹凸の配列方向の少なくとも１つが異なる複数種類の前記位相差基準が配置されることを特徴とする被検体容器。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の被検体容器において、
前記位相差基準は、各々の高さが異なる２つの凸部を間隔をあけて配置したパターンを有することを特徴とする被検体容器。
【請求項７】
請求項１に記載の被検体容器において、
前記位相変調領域を有する第１の容器部と、前記位相変調領域を有さずかつ前記第１の容器部と前記底面部の高さが揃えられた第２の容器部とを有することを特徴とする被検体容器。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の被検体容器を用いた位相差顕微鏡の調整方法であって、
前記位相差顕微鏡は、
前記被検体容器を照射する光源と、
被検体容器の位相変調領域を撮像して画像のデータを生成する撮像部と、
前記画像の焦点位置を調整する合焦位置調整部と、
前記位相変調領域を所望の撮像条件で撮像した第１画像と、前記第１画像から求めた第１位相差値との対応関係を予め記録したメモリと、
制御部と、を備え、
前記撮像部が、前記第１画像に対応する前記位相変調領域を撮像して第２画像を生成する第１のステップと、
前記制御部が、前記第２画像のデータに基づいて第２位相差値を求める第２のステップと、
前記制御部が、前記第１位相差値と前記第２位相差値との差に基づいて、前記光源の光量、前記焦点位置、前記撮像部の撮像感度の少なくとも１つのパラメータを変更し、前記第２位相差値を前記第１位相差値に近づける調整値を求める第３のステップと、
を含むことを特徴とする位相差顕微鏡の調整方法。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の被検体容器を用いた位相差顕微鏡であって、
前記位相差顕微鏡は、
前記被検体容器を照射する光源と、
被検体容器の位相変調領域を撮像して画像のデータを生成する撮像部と、
前記画像の焦点位置を調整する合焦位置調整部と、
前記位相変調領域を所望の撮像条件で撮像した第１画像と、前記第１画像から求めた第１位相差値との対応関係を予め記録したメモリと、
制御部と、を備え、
前記第１画像に対応する前記位相変調領域を前記撮像部に撮像させて第２画像を生成する第１のステップと、
前記第２画像のデータに基づいて第２位相差値を求める第２のステップと、
前記第１位相差値と前記第２位相差値との差に基づいて、前記光源の光量、前記焦点位置、前記撮像部の撮像感度の少なくとも１つのパラメータを変更し、前記第２位相差値を前記第１位相差値に近づける調整値を求める第３のステップと、
を前記制御部に実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差顕微鏡の観察条件の調整に使用できる被検体容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、透明な生物標本を染色することなく透過観察するために位相差顕微鏡が使われている。かかる位相差顕微鏡では、位相差の検出限界や分解能などの性能評価や、透過観察時における生物標本の微細構造の大きさを測定するために、位相標本を基準として用いている。なお、特許文献１には、上記の位相標本の一例が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２７５５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来は、生物標本を収容する被検体容器と上記の位相標本とがそれぞれ独立していた。そのため、位相差顕微鏡を好ましい観察条件に調整するときには、被検体容器と位相標本とを入れ替えて観察を行う必要が生じ、その調整作業が煩雑となる点で改善の余地があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、位相差顕微鏡の観察条件の調整をより容易に行うことのできる被検体容器と、この被検体容器を使用した位相差顕微鏡の調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明に係る被検体容器は、入射光を透過させる底面部と、側壁部とを備える。側壁部は、底面部に立設され、上面側が開口された容器を底面部とともに形成する。そして、底面部は、入射光の光路長を変化させる位相変調領域を有する。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明の被検体容器を用いた位相差顕微鏡の調整方法であって、位相差顕微鏡が、被検体容器を照射する光源と、被検体容器の位相変調領域を撮像して画像のデータを生成する撮像部と、画像の焦点位置を調整する合焦位置調整部と、位相変調領域を所望の撮像条件で撮像した第１画像と、第１画像から求めた第１位相差値との対応関係を予め記録したメモリと、制御部とを備えるときに、以下のステップを実行するものである。
【０００７】
第１のステップでは、撮像部が、第１画像に対応する前記位相変調領域を撮像して第２画像を生成する。第２のステップでは、制御部が、第２画像のデータに基づいて第２位相差値を求める。第３のステップでは、制御部が、第１位相差値と第２位相差値との差に基づいて、光源の光量、焦点位置、撮像部の撮像感度の少なくとも１つのパラメータを変更し、第２位相差値を第１位相差値に近づける調整値を求める。
【０００８】
なお、上記第２の発明を、コンピュータプログラムや位相差顕微鏡の構成などに変換して表現したものも本発明の具体的態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の被検体容器によれば、容器の底面部にある位相変調領域を用いて位相差顕微鏡の観察条件を容易に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（被検体容器の構成の説明）
図１は、本実施形態の被検体容器の一例を示す平面図である。図２は、本実施形態の被検体容器の断面図である。
【００１１】
被検体容器１は、容器本体２と、蓋体３とで構成される。なお、容器本体２および蓋体３は、いずれもプラスチックまたはガラスなどの透光性材料で形成されている。そのため、被検体容器１の内部にある標本は、位相差顕微鏡で観察することができる。
【００１２】
容器本体２は、底面部２ａと、側壁部２ｂと、隔壁部２ｃとを有している。底面部２ａは長方形状の平板であって、その外周を囲むように側壁部２ｂが立設されている。そのため、容器本体２の全体形状は、上面が開口された矩形の薄箱状をなしている。また、隔壁部２ｃは上面からみて底面部２ａに十字状に配置されており、容器本体２の内部空間を４つの領域に区切っている。この隔壁部２ｃで区切られた各領域は、それぞれが独立した小容器４を構成する。そして、小容器４のうちの１つには、後述の位相変調領域５が底面部２ａに設けられる。また、他の３つの小容器４は、位相差顕微鏡の観察対象となる生物標本６（生体細胞や細菌など）の培養に用いられる。また、容器本体２内の各々の小容器４は底面部２ａが共通するため、その底面部２ａの位置は一定の高さに揃えられている。
【００１３】
蓋体３は、容器本体２よりも若干大きな長方形状に形成されている。この蓋体３は、容器本体２の上面を閉塞し、細胞培養時に容器内と外部とのコンタミネーションを防止する。
【００１４】
また、図１における容器本体２の右下の小領域には位相変調領域５が設けられている。この位相変調領域５には、複数の突起部が凹凸をなすように所定のパターンで配置されている。そして、上記の凹凸状の構造によるパターンは、入射光のうちの透過光と回折光との光路長を変化させて、光の位相に変化を生じさせる位相差基準７をなしている。なお、位相差基準７の入射光の波長がλで、位相差基準７の高さがｈ、Δｎの屈折率差を有する場合、位相差基準７により生じる位相差δは（２π／λ）・ｈ・Δｎで求めることができる。
【００１５】
上記の位相差基準７は、例えば、図２（ａ）に示すように、容器本体２の底面部２ａの容器内面側に、容器本体２とは別に設けられた位相標本のパーツを接合して形成される。あるいは、図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、容器本体２の底面部２ａの容器内面側に凹凸加工を施すことで、容器本体２に位相差基準７を形成してもよい。なお、位相差基準７における凹凸構造は、例えば、型材を用いた樹脂の成形や、リソグラフィなどによる公知の微細加工手段で形成することができる。
【００１６】
また、位相差基準７は、図２（ｂ）に示すように凹凸状に加工された１つの材質のみで形成することもできるが、図２（ａ）および図２（ｃ）に示すように屈折率の異なる２つの材質を交互に凹凸がかみ合うように積層させて形成してもよい。特に、所望の位相差δの値が小さいケースでは、２つの材質の屈折率差Δｎを小さくするように調整すると、位相差基準７の高さｈを調整する場合よりも所望の位相差δの値を容易に得ることができる。
【００１７】
また、図３と図４とは、位相差基準７のパターンの例を示す図である。図３では、ラインアンドスペースのパターンで位相差基準７を形成している。これらの位相差基準７において、凹凸の高さ、凹凸の幅、凹凸の配列方向は任意に設定することができる。位相差顕微鏡の観察条件を精度よく調整する観点からは、一つの位相変調領域５には、各々のパターンの種類（凹凸の高さ、凹凸の幅、凹凸の配列方向）が異なる複数の位相差基準７を設けておくことが好ましい。例えば、図３（ａ）は、ラインアンドスペースのパターンにおいて、各々の凹凸の幅を変化させた例を示す。図３（ａ）のパターンでは、Ｌ１＜Ｌ２になるように凹凸の幅を変化させている。図３（ｂ）は、垂直方向および水平方向のラインアンドスペースのパターンを組み合わせた例を示す。図３（ｃ）は、ラインアンドスペースのパターンで凹凸の高さを変化させた例を示している。図３（ｃ）のパターンでは、ｈ１＞ｈ２になるように凹凸の高さを変化させている。また、図４は、位相差基準７を階段状に形成した例を示している。
【００１８】
（位相差顕微鏡の構成の説明）
図５は、本実施形態の位相差顕微鏡システムのブロック図である。
【００１９】
位相差顕微鏡システムは、顕微観察系８と、撮像部９と、制御部１０と、メモリ１１と、モニタ１２と、光源駆動部１３およびステージ駆動部１４とを備えている。ここで、撮像部９、メモリ１１、モニタ１２、光源駆動部１３およびステージ駆動部１４は、それぞれ制御部１０と接続されている。
【００２０】
顕微観察系８は、図５の上側から下側に向けて配置順に、照明光を照射する光源１５と、リング絞り（開口絞り）１６と、コンデンサレンズ１７と、ステージ１８と、対物レンズ１９と、位相板２０と、結像レンズ２１とを有している。なお、光源１５の光量は、光源駆動部１３を介して制御部１０により制御される。
【００２１】
リング絞り１６は、リング状の開口を有する円板であって、光源１５からの照明光をリング状の絞り光とする。このリング絞り１６はコンデンサレンズ１７の前側焦点位置に配置されている。また、コンデンサレンズ１７はリング絞り１６を通過した光束を集光し、ステージ１８上の被検体容器１を照射する。
【００２２】
ステージ１８には、上記の被検体容器１が載置される。このステージ１８は、ステージ駆動部１４の動作によって図中のＸＹ方向およびＺ方向に移動する。なお、位相差顕微鏡システムでは、ステージ１８のＺ方向位置を調整することで焦点位置を調整できる。
【００２３】
対物レンズ１９は、被検体容器１を透過した直接光（０次光）と、上記の被検体容器１内の位相物体に応じて発生した回折光とを透過させる。なお、図５では１本の対物レンズ１９のみを示したが、本実施形態の位相差顕微鏡システムでは、倍率が異なる複数の対物レンズ１９によって観察可能である。
【００２４】
位相板２０は、リング絞り１６の開口と同形状のリング状の位相変換部２０ａを有する透明な円板である。位相変換部２０ａは、位相標本または生物標本６で生じた回折光の一部を透過して、この透過光の位相に遅れ（または進み）を生じさせるとともに、透過光量を低下させる。なお、位相板２０は、対物レンズ１９の後側焦点面位置であって、リング絞り１６と共役な位置に配置されている。
【００２５】
結像レンズ２１は、上記の直接光と回折光とに基づいて、観察対象の拡大像を撮像部９に結像させる。なお、図５では結像レンズ２１を便宜上１枚のレンズとして図示する。
【００２６】
撮像部９は、顕微観察系８による結像を撮像して画像のデータを出力する。この撮像部９は、撮像素子と、撮像素子の出力のゲイン調整およびＡ／Ｄ変換を行うアナログフロントエンドと、各種の画像処理を行う画像処理部とを有している。なお、図５では、撮像部９の個々の構成要素の図示は省略する。
【００２７】
制御部１０は、所定のシーケンスプログラムにしたがって、位相差顕微鏡システムの統括的な制御を行うコンピュータである。例えば、制御部１０は、ステージ駆動部１４を駆動させてステージ１８と対物レンズ１９との位置関係を調整する。また、制御部１０は、撮像部９のゲインを制御して撮像感度の調整を行う。
【００２８】
メモリ１１には、撮像部９で生成された画像のデータを記録することができる。メモリ１１には、被検体容器１の位相差基準７を撮像して得た基準画像と、この基準画像の位相差値（基準画像における階調値の度数分布）との対応関係が記録されている。なお、上記の基準画像には、位相差基準７を好ましい状態で撮像した画像が一般に用いられる。また、モニタ１２は、制御部１０の指示に応じて画像を表示する。
【００２９】
以下、図６を参照しつつ、本実施形態の位相差顕微鏡システムでの調整処理を説明する。
【００３０】
ステップＳ１で、制御部１０は撮像部９を駆動させて、被検体容器１の位相差基準７を撮像する。
【００３１】
ステップＳ２で、制御部１０は、現在の観察対象（Ｓ１で撮像した位相差基準７）に対応する基準画像のデータがメモリ１１に登録されているか否かを判定する。具体的には、制御部１０は、Ｓ１で撮像した画像とメモリ１１に記録された基準画像とのマッチングを行い、この結果に基づいて上記の判定を実行する。基準画像のデータがメモリ１１に記録されている場合（Ｙ）には、Ｓ３に移行する。一方、基準画像のデータがメモリ１１に記録されていない場合（Ｎ）には、制御部１０は図６の処理を終了する。
【００３２】
ステップＳ３で、制御部１０は、現在の観察対象に対応する基準画像の位相差値のデータをメモリ１１から読み出す。
【００３３】
ステップＳ４で、制御部１０は、Ｓ３で取得した基準画像の位相差値に近づくように、位相差顕微鏡システムの撮像条件（光源１５の光量、撮像部９の撮像感度、焦点位置）を調整する。例えば、制御部１０はＳ１で撮像された画像から階調値の度数分布を求める。そして、制御部１０は、Ｓ１の画像に基づく階調値の度数分布と、基準画像の階調値の度数分布との差異が許容範囲内であるか否かを判定する。上記要件を満たす場合には、制御部１０は現在の撮像条件が良好な状態にあるものと判定してＳ５に移行する。
【００３４】
一方、上記要件を満たさない場合には、制御部１０は、Ｓ１の画像に基づく階調値の度数分布が、基準画像の階調値の度数分布に近づくように撮像条件を変更する。その後、制御部１０は変更後の撮像条件で再び位相差基準７の画像を撮像し、この画像の階調値の度数分布の形状を判定して上記の動作を繰り返す。なお、基準画像を撮像したときの撮像条件が予めメモリ１１に記録されている場合、Ｓ４での制御部１０は、基準画像の撮像条件と現在の撮像条件との差を第１回目の調整量としてもよい。
【００３５】
ステップＳ５で、制御部１０は、Ｓ４の調整後における撮像条件の設定値（オフセット値）をメモリ１１に記録する。その後、制御部１０は、撮像条件をＳ１の初期状態に戻してＳ６に移行する。
【００３６】
ステップＳ６で、制御部１０は、ステージ１８を水平にシフトさせて、顕微観察系８の観察視野を被検体容器１内の所望の観察対象（他の小容器４の生物標本６）に合わせる。
【００３７】
ステップＳ７で、制御部１０は、さらに、Ｓ５で記録したオフセット値をメモリ１１から読み出す。そして、制御部１０は、読み出したオフセット値に基づいて、位相差顕微鏡システムの撮像条件を再調整する。これにより、被検体容器１内の他の小容器４でも、基準画像を撮像したときの合焦位置やコントラストの状態が精度良く再現される。その後、制御部１０は、ユーザーの指示に応じてフォーカスの位置や照明光量などを変更し、生物標本６の観察に適した状態に観察視野を微調整する。
【００３８】
ステップＳ８で、制御部１０は、ユーザーの撮像指示に応じて撮像部９を駆動させて、生物標本６の記録画像を撮像する。その後、制御部１０は、記録画像のデータをメモリ１１に記録して一連の処理を終了する。以上で図６の説明を終了する。
【００３９】
以下、本実施形態の作用効果を説明する。
【００４０】
本実施形態の被検体容器１では、容器内に設けられた位相差基準７に基づいて位相差顕微鏡の観察条件が調整できる。そのため、容器等の入れ替えを伴うことなく位相差顕微鏡の観察条件を迅速に調整できる。
【００４１】
また、本実施形態の被検体容器１では、位相差基準７を配置した領域と、生物標本６を培養する領域とが隔壁で仕切られている。そのため、位相差基準７に生物標本６が付着して調整作業の妨げとなることはない。さらに、位相差基準７を配置した領域と、生物標本６を培養する領域とは、いずれも底面部２ａの高さが一定に揃えられている。そのため、位相差基準７を配置した領域における撮像条件を、生物標本６を培養する他の領域でも適用することが可能となる。
【００４２】
さらに、本実施形態の位相差顕微鏡システムの調整方法によれば、基準画像の位相差データに基づいて、基準画像を撮像したときの合焦位置やコントラストの状態を精度良く再現することが可能となる。
【００４３】
（実施形態の補足）
（１）上記実施形態において、容器本体２の位相変調領域５に、位相差基準７とともにアライメントマークを形成してもよい（図７参照）。この場合には、着目する生物標本６とアライメントマークとの位置関係をメモリ１１に記録しておけば、着目する生物標本６のタイムラプス観察を容易に行うことができる。なお、特に限定するものではないが、アライメントマークとしては、図７（ｂ）に示すような十字形状やＦ字形状が好ましい。
【００４４】
（２）上記実施形態では、屈折率の異なる２つの材質で位相差基準７を構成する例を説明したが、例えば、図８に示すように、各々の屈折率の異なる３つの材質（Ａ、Ｂ、Ｃ）を組み合わせて位相差基準７を構成してもよい。
【００４５】
（３）上記実施形態のステップＳ６において、被検体容器１を移動させることなく、顕微観察系８をシフトさせて観察視野を移動させてもよい。
【００４６】
なお、本発明は、その精神またはその主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明は、特許請求の範囲によって示されるものであって、本発明は明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施形態の被検体容器１の一例を示す平面図
【図２】本実施形態の被検体容器１の断面図
【図３】位相差基準のパターンの例を示す図
【図４】位相差基準を階段状に形成した例を示す図
【図５】本実施形態の位相差顕微鏡システムのブロック図
【図６】本実施形態の位相差顕微鏡システムでの調整処理を説明する流れ図
【図７】アライメントマークの一例を示す図
【図８】各々の屈折率の異なる３つの材質を組み合わせて位相差基準を構成した例を示す図
【符号の説明】
【００４８】
１：被検体容器、２ａ：底面部、２ｂ：側壁部、５：位相変調領域、７：位相差基準、９：撮像部、１０：制御部、１１：メモリ、１５：光源
【図１】
2008299245.tif 000003
【図２】
2008299245.tif 000004
【図３】
2008299245.tif 000005
【図４】
2008299245.tif 000006
【図５】
2008299245.tif 000007
【図６】
2008299245.tif 000008
【図７】
2008299245.tif 000009
【図８】
2008299245.tif 000010