(57)【要約】  細胞の画像及び蛍光画像を撮影し、精度よく両者の重ね合わせ画像を作成することができる細胞培養装置を提供する。  細胞の培養経過を観察する観察部７０を有した細胞培養装置１０において、前記観察部７０の撮影光学系７１の焦点位置を検出する焦点検出部１１０と、焦点検出部１１０により検出された焦点位置に基づいて、焦点位置から光軸方向に撮影光学系７１を微小移動量ずつステップ移動させて複数の画像を撮影し、それらの画像に基づいて、最適な合焦点位置を判別する最適焦点判別部１２０と、最適焦点判別部１２０により検出された最適な合焦点位置に、撮影光学系７１を移動して、細胞の蛍光画像を撮影する蛍光観察部１３０とを備える。
2007145091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞の培養経過を観察する観察部を有した細胞培養装置において、
前記観察部の撮影光学系の焦点位置を検出する焦点検出部と、
前記焦点検出部により検出された前記焦点位置に基づいて、前記焦点位置から光軸方向に前記撮影光学系を微小移動量ずつステップ移動させて複数の画像を撮影し、それらの画像に基づいて、最適な合焦点位置を判別する最適焦点判別部と、
前記最適焦点判別部により検出された前記最適な合焦点位置に、前記撮影光学系を移動して、前記細胞の蛍光画像を撮影する蛍光観察部と、
を備える細胞培養装置。
【請求項２】
請求項１に記載の細胞培養装置において、
前記焦点検出部は、
前記撮影光学系の光軸方向に広い範囲を焦点検出領域に設定し、この広い焦点検出領域を焦点検出する広域検出部と、
前記広域検出部の広い焦点検出領域より狭い限定された領域であって、前記広域検出部で検出された合焦点位置を含む領域を限定焦点検出領域に設定し、この限定焦点検出領域を焦点検出する限定検出部と、
前記限定検出部の限定焦点検出領域より狭い限定された領域であって、前記限定検出部で検出された合焦点位置を含む領域を詳細焦点検出領域に設定し、この詳細焦点検出領域を焦点検出する詳細検出部とを備えること、
を特徴とする細胞培養装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の細胞培養装置において、
前記焦点検出部は、前記撮影光学系をステップ状又は連続的に移動させて各焦点位置を検出し、
前記最適焦点判別部は、前記焦点検出部の前記ステップ状又は連続の移動量よりも小さい移動量で前記撮影光学系を移動させること、
を特徴とする細胞培養装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の細胞培養装置において、
前記最適な合焦点位置の前記画像と、前記蛍光観察部により撮影した前記蛍光画像とを重ね合わせて重ね合わせ画像を作成する画像処理部を備えること、
を特徴とする細胞培養装置。
【請求項５】
細胞の培養状態を観察する観察部を有する細胞培養装置において、
前記観察部の光軸方向に広い範囲を焦点検出領域に設定し、この広い焦点検出領域を焦点検出する広域検出部と、
前記広域検出部の広い焦点検出領域より狭い限定された領域であって、前記広域検出部で検出された合焦点位置を含む領域を限定焦点検出領域に設定し、この限定焦点検出領域を焦点検出する限定検出部と、
前記限定検出部の限定焦点検出領域より狭い限定された領域であって、前記限定検出部で検出された合焦点位置を含む領域を詳細焦点検出領域に設定し、この詳細焦点検出領域を焦点検出する詳細検出部と、
前記詳細検出部で検出された合焦点位置を含み、前記光軸方向に所定の焦点検出領域を設定し、この所定の焦点検出領域内を前記観察部の光学系を移動させながら複数枚の画像を取得する画像取得手段とを備えること、
を特徴とする細胞培養装置。
【請求項６】
細胞培養容器を載置するステージと、前記細胞培養容器内の細胞の培養状態を観察する観察部と、前記ステージ及び前記観察部を相対移動させる移動手段とを有する細胞培養装置において、
前記観察部の光軸方向に広い範囲を焦点検出領域に設定し、この広い焦点検出領域を焦点検出する広域検出部と、
前記広域検出部の広い焦点検出領域より狭い限定された領域であって、前記広域検出部で検出された合焦点位置を含む領域を限定焦点検出領域に設定し、この限定焦点検出領域を焦点検出する限定検出部と、
前記限定検出部の限定焦点検出領域より狭い限定された領域であって、前記限定検出部で検出された合焦点位置を含む領域を詳細焦点検出領域に設定し、この詳細焦点検出領域を焦点検出する詳細検出部と、
前記詳細検出部で検出された合焦点位置を含み、前記光軸方向に所定の焦点検出領域を設定し、この所定の焦点検出領域内を前記観察部の光学系を移動させながら複数枚の前記細胞の画像を取得する画像取得手段と、
前記移動手段を制御して前記細胞培養容器内において異なる観察ポイントに移動させ、移動後の前記観察ポイントにおいて前記画像取得手段により前記細胞の画像を取得させる際に、移動前の観察ポイントの前記広域検出部の合焦点位置、又は、移動前の観察ポイントの前記限定検出部の合焦点位置を用いて、次の処理を実行するよう前記限定検出部、前記詳細検出部及び前記画像取得手段を制御する制御手段とを備えること、
を特徴とする細胞培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞を培養し、観察することができる細胞培養装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の雰囲気に維持される恒温槽内に、細胞を培養させる収納部と、細胞の培養経過を観察する観察部を備えた細胞培養装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１の細胞培養装置は、細胞の核やミトコンドリアなどの微細な各器官の詳細を観察する場合には、最適な合焦点位置を検出するのに多大な時間を要していた。また、蛍光観察で撮影する蛍光画像が観察しようとする各器官に対応して鮮明に、精度よく観察することができない問題があった。さらに、従来の蛍光観察においては、励起光を照射し、細胞からの蛍光に基づき焦点調節を行っていたため、焦点調節中に蛍光の褪色や、励起光により細胞がダメージを受ける弊害があった。
【特許文献１】特開２００４−１８０６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、細胞の画像及び蛍光画像を迅速に撮影でき、両者の画像を対応付けて精度よく観察することができる細胞培養装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を括弧内に付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、細胞の培養経過を観察する観察部（７０）を有した細胞培養装置（１０）において、前記観察部（７０）の撮影光学系（７１）の焦点位置を検出する焦点検出部（１１０）と、前記焦点検出部（１１０）により検出された前記焦点位置に基づいて、前記焦点位置から光軸方向に前記撮影光学系（７１）を微小移動量ずつステップ移動させて複数の画像を撮影し、それらの画像に基づいて、最適な合焦点位置を判別する最適焦点判別部（１２０）と、前記最適焦点判別部（１２０）により検出された前記最適な合焦点位置に、前記撮影光学系（７１）を移動して、前記細胞の蛍光画像を撮影する蛍光観察部（１３０）とを備える細胞培養装置（１０）である。【０００５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の細胞培養装置（１０）において、前記焦点検出部（１１０）は、前記撮影光学系（７１）の光軸方向に広い範囲を焦点検出領域に設定し、この広い焦点検出領域を焦点検出する広域検出部（１１１）と、前記広域検出部（１１１）の広い焦点検出領域より狭い限定された領域であって、前記広域検出部（１１１）で検出された合焦点位置を含む領域を限定焦点検出領域に設定し、この限定焦点検出領域を焦点検出する限定検出部（１１２）と、前記限定検出部（１１２）の限定焦点検出領域より狭い限定された領域であって、前記限定検出部（１１２）で検出された合焦点位置を含む領域を詳細焦点検出領域に設定し、この詳細焦点検出領域を焦点検出する詳細検出部（１１３）とを備えることを特徴とする細胞培養装置（１０）である。【０００６】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の細胞培養装置（１０）において、前記焦点検出部（１１０）は、前記撮影光学系（７１）をステップ状又は連続的に移動させて焦点位置を検出し、前記最適焦点判別部（１２０）は、前記焦点検出部（１１０）の前記ステップ状又は連続の移動量よりも小さい移動量で前記撮影光学系（７１）を移動させることを特徴とする細胞培養装置（１０）である。【０００７】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の細胞培養装置（１０）において、前記最適な合焦点位置の前記画像と、前記蛍光観察部（１３０）により撮影した前記蛍光画像とを重ね合わせて重ね合わせ画像を作成する画像処理部（１４０）を備えることを特徴とする細胞培養装置（１０）である。【０００８】
請求項５の発明は、細胞の培養状態を観察する観察部（７０）を有する細胞培養装置（１０）において、前記観察部（７０）の光軸方向に広い範囲を焦点検出領域に設定し、この広い焦点検出領域を焦点検出する広域検出部（１１１）と、前記広域検出部（１１１）の広い焦点検出領域より狭い限定された領域であって、前記広域検出部（１１１）で検出された合焦点位置を含む領域を限定焦点検出領域に設定し、この限定焦点検出領域を焦点検出する限定検出部（１１２）と、前記限定検出部（１１２）の限定焦点検出領域より狭い限定された領域であって、前記限定検出部（１１２）で検出された合焦点位置を含む領域を詳細焦点検出領域に設定し、この詳細焦点検出領域を焦点検出する詳細検出部（１１３）と、前記詳細検出部（１１３）で検出された合焦点位置を含み、前記光軸方向に所定の焦点検出領域を設定し、この所定の焦点検出領域内を前記観察部（７０）の光学系（７１）を移動させながら複数枚の画像を取得する画像取得手段（１２０）とを備えることを特徴とする細胞培養装置（１０）である。【０００９】
請求項６の発明は、細胞培養容器（１５）を載置するステージと、前記細胞培養容器（１５）内の細胞の培養状態を観察する観察部（７０）と、前記ステージ及び前記観察部（７０）を相対移動させる移動手段（７８）とを有する細胞培養装置（１０）において、前記観察部（７０）の光軸方向に広い範囲を焦点検出領域に設定し、この広い焦点検出領域を焦点検出する広域検出部（１１１）と、前記広域検出部（１１１）の広い焦点検出領域より狭い限定された領域であって、前記広域検出部（１１１）で検出された合焦点位置を含む領域を限定焦点検出領域に設定し、この限定焦点検出領域を焦点検出する限定検出部（１１２）と、前記限定検出部（１１２）の限定焦点検出領域より狭い限定された領域であって、前記限定検出部（１１２）で検出された合焦点位置を含む領域を詳細焦点検出領域に設定し、この詳細焦点検出領域を焦点検出する詳細検出部（１１３）と、前記詳細検出部（１１３）で検出された合焦点位置を含み、前記光軸方向に所定の焦点検出領域を設定し、この所定の焦点検出領域内を前記観察部（７０）の光学系（７１）を移動させながら複数枚の前記細胞の画像を取得する画像取得手段（１２０）と、前記移動手段（７８）を制御して前記細胞培養容器（１５）内において異なる観察ポイントに移動させ、移動後の前記観察ポイントにおいて前記画像取得手段（１２０）により前記細胞の画像を取得させる際に、移動前の観察ポイントの前記広域検出部（１１１）の合焦点位置、又は、移動前の観察ポイントの前記限定検出部（１１２）の合焦点位置を用いて、次の処理を実行するよう前記限定検出部（１１２）、前記詳細検出部（１１３）及び前記画像取得手段（１２０）を制御する制御手段（１００）とを備えることを特徴とする細胞培養装置（１０）である。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明による細胞培養装置は、撮影光学系の合焦点位置を検出する焦点検出部と、合焦点位置に基づいて最適な合焦点位置を判別する最適焦点判別部と、撮影光学系を最適な合焦点位置に移動させて蛍光観察を行う蛍光観察部とを備えているので、最適な合焦点位置を迅速に検出して、細胞の蛍光画像を鮮明に、精度よく観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による実施形態の細胞培養装置を示す図である。
【図２】本発明による実施形態の観察部の詳細を示す図である。
【図３】本発明による実施形態の観察部により撮影された観察画像の一例を示す図である。
【図４】本発明による実施形態の細胞培養装置の使用方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明による実施形態の対物レンズ部の検出開始位置を説明する図である。
【符号の説明】
【００１２】
１０：細胞培養装置、７０：観察部、７１：対物レンズ部、７５：蛍光照明部、７６：蛍光フィルタ部、１１０：焦点検出部、１２０：最適焦点判別部、１３０：蛍光観察部
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、細胞の画像及び蛍光画像を迅速に撮影でき、両者の画像を対応付けて精度よく観察することができる細胞培養装置を提供するという目的を、位相差観察で細胞を観察し、その観察像に基づき焦点検出を行い、合焦点位置を求め、その後、より狭い範囲をスキャンして画像情報を取得し、最適な合焦点位置を得て、その最適な合焦点位置おいて蛍光画像を取得することにより実現する。
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態をあげて、さらに詳しく説明する。
図１は、本発明による実施形態の細胞培養装置を示す図である。なお、図１（Ａ）は、細胞培養装置の外観図であり、図１（Ｂ）は、恒温槽内の詳細及び制御部の接続を示す図である。図２は、細胞培養装置の観察部の詳細を示す図である。図３は、観察部により撮影された観察画像の一例を示す図である。なお、図３（Ａ）は、位相差画像を示す図であり、図３（Ｂ）は、蛍光画像を示す図であり、図３（Ｃ）は、位相差画像及び蛍光画像の重ね合わせ画像を示す図である。
【００１４】
細胞培養装置１０は、図１に示すように、恒温槽１１、開閉扉１２、搬出入部１３、情報記憶部２０、情報表示部３０、操作入力部４０、制御部５０を備え、恒温槽１１の内部に収納部６０、観察部７０及び搬送部８０を備えた、複数の細胞を培養させて、その経過を自動的に観察することができる装置である。
恒温槽１１は、温度３７℃、湿度９７％、ＣＯ2濃度５％の雰囲気に一定に保たれたチ
ャンバーである。
開閉扉１２は、恒温槽１１の正面の全面に設けられた扉であり、恒温槽１１内に配置される収納部６０、観察部７０及び搬送部８０のメンテナンスを実施するときなどに開閉される。また、開閉扉１２上には、搬出入部１３、情報表示部３０及び操作入力部４０が配置されており、使用者の操作性を向上させている。
【００１５】
搬出入部１３は、細胞を恒温槽１１に搬出及び搬入させるための搬出入口である。細胞の搬出入がないときは、恒温槽１１内の雰囲気を維持するために搬出入扉１４により閉じられている。
搬出入扉１４は、恒温槽１１の内側に開閉を制限するロック機構を有した扉である。
細胞培養容器１５は、細胞を培養させる容器であり、例えば、ディッシュ、ウェルプレート、フラスコなどである。
ホルダ１６は、細胞培養装置１０内の収納部６０、観察部７０及び搬送部８０の各部に、細胞培養容器１５を適正に配置させるための保持部材である。
【００１６】
情報記憶部２０は、図１（Ｂ）に示すように、細胞の情報や、観察部７０で観察した細胞の観察結果などの情報を保存するメモリである。なお、細胞の情報は、主に、細胞の細胞種、培地組成情報、初期細胞数、培地交換頻度及び継代期間などの細胞固有情報であり、また、それと関連した細胞培養容器１５の種類、細胞を管理する細胞管理者情報、細胞培養の実験情報（実験名）及び細胞の培養履歴の情報なども含んでいる。
情報表示部３０は、情報記憶部２０に記憶された情報や、細胞培養装置１０の操作関連の情報などを表示するディスプレイであり、使用者の視認性をよくするために、図１（Ａ）に示すように、傾斜機構３２により情報表示部３０を傾斜させることができる（矢印Ａ）。
【００１７】
表示形態変化部３１は、細胞個々の情報の時間経過を、色の変化で簡易的に表現する表示制御部である。
操作入力部４０は、細胞の情報を入力したり、情報表示部３０に表示された内容に応じて、細胞培養装置１０の操作内容を決定し、制御部５０に操作指示を入力したりする入力装置であり、複数のボタンから構成される。
制御部５０は、恒温槽１１内の雰囲気を一定環境に制御し、操作入力部４０の操作内容に応じて、観察制御部１００と、恒温槽１１内の観察部７０及び搬送部８０とを統合して制御する制御回路である。
【００１８】
使用者特定部５１は、制御部５０に設けられ、使用者にユーザＩＤを入力させることにより、細胞培養装置１０のログインの可否を判断する確認回路である。使用者が予め設定したパスワードを適正に入力しない限り、細胞培養装置１０は操作できないように管理されており、第三者による勝手な操作を防止している。また、ユーザＩＤは、収納された細胞の細胞管理者情報との関連付けがされており、複数人の使用者が登録されている場合に、登録された他人の細胞を誤って操作しないように、情報記憶部２０の細胞を管理している細胞管理者情報とユーザＩＤとが一致した細胞に対してのみ、操作が行なえるように制限している。
収納部６０は、その内部が複数の収納区画６１に分割され、個々の収納区画６１に、細胞の入った細胞培養容器１５を、ホルダ１６を介して収納し、培養させる領域である。本実施形態では、鉛直方向に９段、水平方向に３列、合計２７の収納区画６１が設けられている。
【００１９】
観察部７０は、図２に示すように、対物レンズ部７１、Ｚ軸機構部７２、ＣＣＤカメラ部７３、ＬＥＤ照明部７４、蛍光照明部７５、蛍光フィルタ部７６、レンズ群７７及びＸＹステージ部７８を備えた細胞を観察（撮影）する顕微鏡であり、細胞の位相差観察だけでなく、核やミトコンドリアなどの細胞の各器官の状態を観察する蛍光観察（分子観察）も行うことができる。
対物レンズ部７１は、細胞の種類や観察範囲の広さなどにより、選択的に使い分ける複数の対物レンズから構成されている。
Ｚ軸機構部７２は、ガイド機構７２−１及び駆動モータ７２−２を備え、対物レンズ部７１を鉛直方向（Ｚ軸方向）に微細に移動させて、焦点を調節する駆動機構である。
【００２０】
ＣＣＤカメラ部７３は、細胞培養容器１５にある細胞の、通常の観察画像（位相差画像）及び蛍光観察の画像（蛍光画像）を撮影するカメラである。
ＬＥＤ照明部７４は、細胞培養容器１５の細胞を照明するＬＥＤを用いた照明であり、ＣＣＤカメラ部７３の露光時間に同期させて画像撮影用の照明を発光し、また、焦点検出時におけるＺ軸機構部７２の移動に伴い、断続的に発光する。
蛍光照明部７５は、細胞の器官を観察するために、細胞の蛍光性たんぱくを発現させる励起光を発する照明である。
蛍光フィルタ部７６は、蛍光照明部７５の励起光を光軸方向全体に照射して、励起光により発現した細胞の蛍光性たんぱくの像を、ＣＣＤカメラ部７３に撮影させる波長選択式のダイクロイックミラー及びバンドパスフィルターで構成される。
ＸＹステージ部７８は、搬送部８０から搬送された細胞培養容器１５を、観察部７０の観察位置に移動させる水平方向（ＸＹ方向）に自在に移動することができる精密ステージである。
【００２１】
搬送部８０は、搬送アーム８１、移動部材８２、スクリューシャフト８３、アームモータ８４及び移動モータ８５を備え、恒温槽１１内の搬出入部１２、収納部６０又は観察部７０に細胞培養容器１５をホルダ１６とともに搬送する搬送機構である。搬送部８０は、表面に螺旋状の溝を設けたスクリューシャフト８３に螺合された移動部材８２が、移動モータ８５により駆動され、鉛直方向に移動し（矢印Ｂ）、移動部材８２に支持される搬送アーム８１が、アームモータ８４により水平方向に移動して（矢印Ｃ）、搬出入部１３、収納部６０又は観察部７０に対して細胞培養容器１５の受け渡しをする。また、スクリューシャフト８３は、図１の紙面と垂直方向（水平方向）にも移動する機構（不図示）を備えている。
【００２２】
観察制御部１００は、焦点検出部１１０、最適焦点判別部１２０、蛍光観察部１３０及び画像処理部１４０を備え、操作入力部４０及び制御部５０の指令信号に基づいて、観察部７０を統合制御する制御器である。
焦点検出部１１０は、広域検出部１１１、限定検出部１１２及び詳細検出部１１３を備え、対物レンズ部７１をＺ軸機構部７２により上下動させて、ＣＣＤカメラ部７３の画像により合焦点の位置を自動的に検出（オートフォーカス）する回路である。焦点検出の時間を短縮させるために、情報記憶部２０から細胞の情報及び細胞培養容器１５の種類の情報などを読み出して、読み出した内容に基づいて、細胞の種類や細胞培養容器１５の底面の厚みなどを考慮した焦点検出のための最適な対物レンズ部７１の初期位置を演算し、対物レンズ部７１をその初期位置に移動させることができる。なお、合焦点の位置は、画像中の画素のコントラストの最大及び最小値を画像内に取得し、その軌跡から算出された最大値となる位置（ＭａｘＭｉｎ法）か、又は、取得した画像のコントラストの各ラインにおける隣同士の画素データの差を計算し、その絶対値の和を、取得した画像毎に算出して、その最大値となる位置（Σ｜Δ｜法）にすることにより決定される。
【００２３】
広域検出部１１１は、Ｚ軸方向すなわち対物レンズ部７１の光軸方向に広い範囲に渡って対物レンズ部７１を駆動させながら焦点検出動作を実行するものである（広域スキャン動作）。具体的には、対物レンズ部７１の焦点深度に対して荒いステップ移動量でステップ駆動させて焦点検出を行うか、或いは対物レンズ部７１を連続的に駆動させながら焦点検出を行う。
限定検出部１１２は、広域検出部１１１より狭く限定された範囲において対物レンズ部７１を駆動させながら焦点検出動作を実行するものである（限定スキャン動作）。具体的には、広域検出部１１１により求められた対物レンズ部７１の合焦点位置を含む限定された範囲を焦点検出領域に設定し、対物レンズ部７１の焦点深度に対して中程度に荒いステップ移動量でステップ駆動させて焦点検出を行うか、或いは対物レンズ部７１を連続的に駆動させながら焦点検出を行う。
【００２４】
詳細検出部１１３は、限定検出部１１２より狭く限定された範囲において対物レンズ部７１を駆動させながら焦点検出動作を実行するものである（詳細スキャン動作）。具体的には、限定検出部１１２により求められた対物レンズ部７１の合焦点位置を含む限定された範囲を焦点検出領域に設定し、対物レンズ部７１の焦点深度に対して微細なステップ移動量でステップ駆動させて焦点検出を行うか、或いは対物レンズ部７１を連続的に駆動させながら焦点検出を行う。
上述したように、広域検出部１１１、限定検出部１１２及び詳細検出部１１３の三段階の焦点検出部１１０を設けることにより、合焦点を精度良く検出できる。
【００２５】
最適焦点判別部１２０は、焦点検出部１１０の各検出部１１１〜１１３においてそれぞれ最適な合焦点位置を識別するものである。例えば、最適焦点判別部１２０は、広域検出部１１１の広域スキャン動作により複数の焦点検出信号が得られるが、各焦点検出信号を相対評価して最適な焦点検出信号を抽出し、その焦点検出信号に基づいて求められた焦点位置を最適な合焦点位置と決定する。同様に、限定検出部１１２や詳細検出部１１３においての最適な合焦点位置を決定する。この最適な合焦点位置が、上述した各検出部１１１〜１１３のスキャン駆動する焦点検出領域を決める基準となっている。
この最適焦点判別部１２０により、最終的に得られた詳細検出部１１３の最適合焦点位置に基づいて、ＣＣＤカメラ部７３により位相差画像の取得が実行される。図３（Ａ）に示すような位相差画像が、ＣＣＤカメラ部７３により取得される。
【００２６】
具体的には、詳細検出部１１３の最適合焦点位置が求まると、対物レンズ部７１は、その最適合焦点位置を基準点にしてＺ軸方向にステップ駆動制御され、ＣＣＤカメラ部７３は、ステップ駆動毎に位相差画像を取得し、情報記憶部２０に記憶させる。このステップ駆動のステップ移動量は、詳細検出部１１３よりも微細な移動量に設定される。また、最適な合焦点位置は、上述した焦点検出部１１０と同様に、画像のコントラスト値により決定される。
蛍光観察部１３０は、細胞の蛍光性たんぱくを蛍光照明部７５により発現させて、蛍光フィルタ部７６を介してＣＣＤカメラ部７３に蛍光画像を撮影させる回路である。なお、蛍光画像は、最適焦点判別部１２０により判別された最適な合焦点位置に、対物レンズ部７１を移動させて撮影される。
【００２７】
画像処理部１４０は、蛍光観察部１３０により撮影された蛍光画像と、最適焦点判別部１２０により判別されて撮影された最適な合焦点位置の位相差画像とを重ね合わせて、重ね合わせ画像を作成する画像処理回路である。蛍光画像は、図３（Ｂ）に示すように、蛍光照明により発光した点のみが画像として現れるので、図３（Ａ）に示す位相差画像と重ね合わせることにより、図３（Ｃ）に示すような重ね合わせ画像が作成され、どの細胞の、どの器官が発光しているのかを、容易に確認することができる。
【００２８】
次に、細胞培養装置１０の使用方法について説明する。
図４は、細胞培養装置の使用方法を示すフローチャートである。図５は、細胞培養装置の対物レンズ部の検出開始位置を説明する図である。
細胞培養装置１０は、細胞の観察作業を開始するときに（Ｓ２００）、細胞培養容器１５を、収納部６０又は搬出入部１３から観察部７０のＸＹステージ部７８へ搬送部８０により搬送し（Ｓ２０１）、細胞及び細胞培養容器１５の情報を情報記憶部２０から読み出して確認し、また、読み出した情報に基づいて、観察部７０の対物レンズ部７１の焦点検出の初期位置を演算する（Ｓ２０２）。続いて、ＸＹステージ部７８が、図２に示すように、細胞培養容器１５を観察部７０の撮影光路上に移動し（Ｓ２０３、矢印Ｄ）、Ｚ軸機構部７２が、対物レンズ部７１を演算した初期位置へ移動させる（Ｓ２０４、矢印Ｅ）。
【００２９】
対物レンズ部７１が初期位置へ移動したら、広域検出部１１１により、対物レンズ部７１の焦点位置を、焦点検出領域の広い範囲から検出する（Ｓ２０５）。ここで、対物レンズ部７１の初期位置は、ＸＹステージ部７８に載置された細胞培養容器１５の底面の厚みが考慮され、例えば、図５に示すように、底面から７ｍｍ上方のスキャン開始点Ａから下方に向かって広域検出部１１１による焦点の調節が行われる。
続いて、限定検出部１１２により、広域検出部１１１で検出された焦点位置を、限定した限定領域に対して検出し（Ｓ２０６）、更に、詳細検出部１１３により、限定検出部１１２で検出された焦点位置を、限定領域よりも更に限定した詳細領域に対して検出して、焦点検出部１１０の合焦点位置とする（Ｓ２０７）。ここで、限定検出部１１２及び詳細検出部１１３の検出開始位置は、前述の広域検出部１１１の検出開始位置（初期位置）よりも段階的に低く設定され、スキャン範囲が狭くなるように設定されている。例えば、限定検出部１１２の検出開始位置は、図５に示すように、スキャン開始点Ｂに設定され、広域検出部１１１の検出開始位置より下方に設定される。
焦点検出部１１０により合焦点位置が検出されたら、その点を基準点として、最適焦点判別部１２０により、対物レンズ部７１を、その基準点から上下（焦点）方向に複数点、微細にステップ移動させて、ステップ移動毎の位相差画像（図３（Ａ））を撮影するとともに、最適な合焦点位置を判別する（Ｓ２０８）。撮影した位相差画像は、情報表示部３０に表示するのとともに、情報記憶部２０に観察情報として記憶させる（Ｓ２０９）。
【００３０】
次に、蛍光観察の実施をするか否か確認し（Ｓ２１０）、蛍光観察を実施するときは（Ｓ２１０、Ｙｅｓ）、情報記憶部２０の細胞の情報を再確認し、必要に応じて、蛍光観察に必要な追加情報を操作入力部４０により入力する（Ｓ２１１）。再確認及び入力を終えたら、対物レンズ部７１をＺ軸機構部７２により最適な合焦点位置に移動し（Ｓ２１２）、蛍光観察部１３０により、蛍光画像（図３（Ｂ））を撮影して、情報表示部３０に表示するとともに、情報記憶部２０に保存する（Ｓ２１３）。次に、重ね合わせ画像（図３（Ｃ））を作成する重ね合わせ処理を、実施するか否か確認する（Ｓ２１４）。
重ね合わせ処理を実施するときは（Ｓ２１４、Ｙｅｓ）、画像処理部１４０により、位相差画像と蛍光画像とを重ね合わせる画像処理を行い（Ｓ２１５）、重ね合わせた画像（図３（Ｃ））を情報表示部３０に表示するとともに、情報記憶部２０に保存させて（Ｓ２１６）、保存が完了したら作業終了となる（Ｓ２１７）。
また、蛍光観察を実施しないとき（Ｓ２１０、Ｎｏ）、及び、重ね合わせ処理を実施しないときは（Ｓ２１４、Ｎｏ）、そのまま作業終了となる（Ｓ２１７）。
ここで、収納部６０に収納される複数の細胞培養容器１５のそれぞれに個別の識別番号（ＩＤ）を付して、最初に観察したときの最適な合焦点位置を情報記憶部２０に記憶させることによって、次回の観察時にその記憶した合焦点位置を用いて、最適な合焦点位置をすばやく検出することが可能となる。特に、定期的な観察を必要とする場合などに、効率よく、迅速に細胞の観察を実施することができる。
【００３１】
次に、細胞培養容器１５の細胞観察において、複数の観察ポイントを観察する場合について説明する。
第一番目の観察ポイントに対しては、上述した図４の制御に従い最適合焦点位置が求められ、そこでの複数の位相差画像や蛍光画像を取得し、情報記憶部２０に保存する。
第一番目の観察ポイントから別の第二番目の観察ポイントに移動した場合には、最適合焦点位置を次のように求めることで、操作効率を向上できる。すなわち、第一番目の観察ポイントで得られた広域検出部１１１の最適合焦点位置、あるいは限定検出部１１２の最適合焦点位置に基づいて、次の焦点検出部（限定検出部１１２あるいは詳細検出部１１３）を実行すれば処理効率を向上できる。この処理は、図４のステップＳ２０６或いはステップＳ２０７以降の処理を実行することになる。
以上より、実施形態の細胞培養装置１０は、対物レンズ部７１の合焦点位置を検出する焦点検出部１１０と、合焦点位置に基づいて最適な合焦点位置を判別する最適焦点判別部１２０と、対物レンズ部７１を最適な合焦点位置に移動させて蛍光観察を行う蛍光観察部１３０とを備えているので、最適な合焦点位置を迅速に検出して、細胞の蛍光画像を鮮明に、精度よく観察することができる。
【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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【国際調査報告】
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