(57)【要約】【課題】容器底部に厚みのばらつきや底面の湾曲がある場合でも、容器内の窪部の底面位置を検出できる技術を提供する。【解決手段】この画像取得装置２は、底面位置検出装置１を備え、容器の窪部に配置された細胞の画像を取得する。底面位置検出装置１は、容器９を水平に保持する保持部１０と、容器９の底部に光を照射する光照射部２０と、容器９において反射した光を検出する検出部３０と、制御部７１とを有する。検出部３０は、容器９の底面である第１底面から反射した第１反射光および窪部の底面である第２底面から反射した第２反射光を検出する。制御部７１は、検出部において検出された第１反射光の第１ピーク位置および第２反射光の第２ピーク位置に基づいて、第２底面の位置を算出する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の容器の底面位置を検出する底面位置検出装置であって、
前記容器を水平に保持する保持部と、
前記容器の底部に光を照射する光照射部と、
前記光照射部から照射され、前記容器において反射した光を検出する検出部と、
制御部と、
を有し、
前記容器は、上下に凹む１つ以上の窪部を有し、
前記検出部は、前記容器の底面である第１底面から反射した第１反射光および前記窪部の底面である第２底面から反射した第２反射光を検出し、
前記制御部は、前記検出部において検出された第１反射光の第１ピーク位置および第２反射光の第２ピーク位置に基づいて、前記第２底面の位置を算出する底面位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の底面位置検出装置であって、
前記光照射部は、前記容器の底部に向けて、斜め上方に光を照射する底面位置検出装置。
【請求項３】
前記容器の前記窪部に配置された細胞の画像を取得する画像取得装置であって、
請求項１または請求項２に記載の底面位置検出装置と、
前記窪部内の細胞の画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された画像を処理する画像処理部と、
前記保持部を上下方向に移動させる上下方向移動機構と、
前記撮像部の前記細胞に対する焦点位置を調整するオートフォーカス機構と、
前記撮像部と、前記光照射部と、前記検出部と、を前記容器に対して水平方向に相対移動させる水平方向移動機構と、
を有し、
前記制御部は、前記検出部の検出結果を参照しつつ、前記上下方向移動機構を制御し、前記撮像部の焦点位置が前記第２底面に合った後に、前記オートフォーカス機構を制御する画像取得装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像取得装置であって、
前記制御部は、ある位置における前記第２底面の位置をオートフォーカス基準位置として記憶し、前記水平方向移動機構を制御後に、前記オートフォーカス基準位置と、前記検出部から検出された前記第２ピーク位置とに基づいて、前記オートフォーカス機構を制御する画像取得装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の画像取得装置であって、
前記制御部は、前記第１ピーク位置と前記第２ピーク位置との差分を代替補正値として記憶し、前記水平方向移動機構を制御後に、前記検出部から検出された第１ピーク位置および前記代替補正値に基づいて前記オートフォーカス機構を制御する画像取得装置。
【請求項６】
上下に凹む１つ以上の窪部を備える光透過性の容器の底面位置を検出する底面位置検出方法であって、
ａ）前記容器を水平に保持する工程と、
ｂ）光照射部から前記容器の底部に光を照射する工程と、
ｃ）前記容器の底部に照射され、前記容器において反射した光を検出部により検出する工程と、
ｄ）前記容器の底面位置を算出する工程と、
を有し、
前記工程ｃ）は、前記容器の底面である第１底面から反射した第１反射光および前記窪部の底面である第２底面から反射した第２反射光を検出し、
前記工程ｄ）は、前記工程ｃ）により検出された第１反射光の第１ピーク位置および第２反射光の第２ピーク位置に基づいて、前記第２底面の位置を算出する底面位置検出方法。
【請求項７】
請求項６に記載の底面位置検出方法であって、
前記工程ｃ）は、前記容器の底部に向けて、斜め上方に光を照射する底面位置検出方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の底面位置検出方法を含み、前記容器の前記窪部に配置された細胞の画像を取得する画像取得方法であって、
ｅ）前記窪部内の細胞の画像を撮像部により撮像する工程と、
ｆ）前記撮像部により撮像された画像を処理する工程と、
を有し、
前記工程ｄ）は、前記工程ｃ）の検出結果を参照しつつ、前記容器を上下方向に移動させ、前記撮像部の焦点位置が前記第２底面に合った後に、前記撮像部の前記細胞に対する焦点位置をオートフォーカス機構により調整する画像取得方法。
【請求項９】
請求項８に記載の画像取得方法であって、
前記工程ｄ）は、ある位置における前記第２底面の位置をオートフォーカス基準位置として記憶し、前記水平方向移動機構を制御後に、前記オートフォーカス基準位置と、前記検出部から検出された前記第２ピーク位置とに基づいて、前記オートフォーカス機構を制御する画像取得方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の画像取得方法であって、
前記工程ｄ）は、前記第１ピーク位置と前記第２ピーク位置との差分を代替補正値として記憶し、前記工程ｃ）において検出された第１ピーク位置および前記代替補正値に基づいて前記オートフォーカス機構を制御する工程を含む画像取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過性の容器の底面位置を検出する底面位置検出装置、当該底面位置検出装置を備えた画像取得装置、光透過性の容器の底面位置を検出する底面位置検出方法、および当該底面位置検出方法を含む画像取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像取得装置により、培養容器内で培養された細胞の画像を取得する際には、細胞の観察に適した焦点位置を見つける必要がある。このような被検物体に対物レンズの焦点を合わせる技術は、例えば、特許文献１に記載されている。当該文献に記載のオートフォーカス装置は、光源と、当該光源から発せられ対物レンズを介して透明板部材の表面および境界面において反射して戻る反射光を検出する検出器とを有する検出手段と、対物レンズの焦点面と被検物体とを光軸方向に沿って相対移動させる焦点面移動手段と、検出器からの出力に基づいて、焦点面移動手段を制御する制御手段とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４６４２７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、細胞の培養容器には、複数の窪部であるウェルが配列されたプラスチック成形品のウェルプレートが使用される。このようなウェルプレートでは、プラスチック成形上の問題から、底部の厚みがばらついたり、底面が湾曲したりすることがある。このため、あるウェルで取得した合焦点位置を用いて、他のウェル内の細胞を観察しようとすると、焦点が合わず画像がぼけるという問題がある。したがって、複数のウェル毎に、ウェルプレートの底部の厚みのばらつきや底面の湾曲を考慮した合焦点位置を検出する技術が、求められている。そのためには、各ウェルの底面（底板部の上面）の位置を検出することが必要となる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、容器の底部の厚みにばらつきがある場合や、容器の底面が湾曲している場合であっても、窪部の底面位置を検出することができる技術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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、光透過性の容器の底面位置を検出する底面位置検出装置であって、前記容器を水平に保持する保持部と、前記容器の底部に光を照射する光照射部と、前記光照射部から照射され、前記容器において反射した光を検出する検出部と、制御部と、を有し、前記容器は、上下に凹む１つ以上の窪部を有し、前記検出部は、前記容器の底面である第１底面から反射した第１反射光および前記窪部の底面である第２底面から反射した第２反射光を検出し、前記制御部は、前記検出部において検出された第１反射光の第１ピーク位置および第２反射光の第２ピーク位置に基づいて、前記第２底面の位置を算出する。
【０００７】
本願の第２発明は、第１発明の底面位置検出装置であって、前記光照射部は、前記容器の底部に向けて、斜め上方に光を照射する。
【０００８】
本願の第３発明は、前記容器の前記窪部に配置された細胞の画像を取得する画像取得装置であって、請求項１または請求項２に記載の底面位置検出装置と、前記窪部内の細胞の画像を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された画像を処理する画像処理部と、前記保持部を上下方向に移動させる上下方向移動機構と、前記撮像部の前記細胞に対する焦点位置を調整するオートフォーカス機構と、前記撮像部と、前記光照射部と、前記検出部と、を前記容器に対して水平方向に相対移動させる水平方向移動機構と、を有し、前記制御部は、前記検出部の検出結果を参照しつつ、前記上下方向移動機構を制御し、前記撮像部の焦点位置が前記第２底面に合った後に、前記オートフォーカス機構を制御する。
【０００９】
本願の第４発明は、第３発明の画像取得装置であって、前記制御部は、ある位置における前記第２底面の位置をオートフォーカス基準位置として記憶し、前記水平方向移動機構を制御後に、前記オートフォーカス基準位置と、前記検出部から検出された前記第２ピーク位置とに基づいて、前記オートフォーカス機構を制御する。
【００１０】
本願の第５発明は、第３発明または第４発明の画像取得装置であって、前記制御部は、前記第１ピーク位置と前記第２ピーク位置との差分を代替補正値として記憶し、前記水平方向移動機構を制御後に、前記検出部から検出された第１ピーク位置および前記代替補正値に基づいて前記オートフォーカス機構を制御する。
【００１１】
本願の第６発明は、上下に凹む１つ以上の窪部を備える光透過性の容器の底面位置を検出する底面位置検出方法であって、ａ）前記容器を水平に保持する工程と、ｂ）光照射部から前記容器の底部に光を照射する工程と、ｃ）前記容器の底部に照射され、前記容器において反射した光を検出部により検出する工程と、ｄ）前記容器の底面位置を算出する工程と、を有し、前記工程ｃ）は、前記容器の底面である第１底面から反射した第１反射光および前記窪部の底面である第２底面から反射した第２反射光を検出し、前記工程ｄ）は、前記工程ｃ）により検出された第１反射光の第１ピーク位置および第２反射光の第２ピーク位置に基づいて、前記第２底面の位置を算出する。
【００１２】
本願の第７発明は、第６発明の底面位置検出方法であって、前記工程ｃ）は、前記容器の底部に向けて、斜め上方に光を照射する。
【００１３】
本願の第８発明は、請求項６または請求項７に記載の底面位置検出方法を含み、前記容器の前記窪部に配置された細胞の画像を取得する画像取得方法であって、ｅ）前記窪部内の細胞の画像を撮像部により撮像する工程と、ｆ）前記撮像部により撮像された画像を処理する工程と、を有し、前記工程ｄ）は、前記工程ｃ）の検出結果を参照しつつ、前記容器を上下方向に移動させ、前記撮像部の焦点位置が前記第２底面に合った後に、前記撮像部の前記細胞に対する焦点位置をオートフォーカス機構により調整する。
【００１４】
本願の第９発明は、第８発明の画像取得方法であって、前記工程ｄ）は、ある位置における前記第２底面の位置をオートフォーカス基準位置として記憶し、前記水平方向移動機構を制御後に、前記オートフォーカス基準位置と、前記検出部から検出された前記第２ピーク位置とに基づいて、前記オートフォーカス機構を制御する。
【００１５】
本願の第１０発明は、第８発明または第９発明の画像取得方法であって、
前記工程ｄ）は、前記第１ピーク位置と前記第２ピーク位置との差分を代替補正値として記憶し、前記工程ｃ）において検出された第１ピーク位置および前記代替補正値に基づいて前記オートフォーカス機構を制御する工程を含む画像取得方法。
【発明の効果】
【００１６】
本願の第１発明から第１０発明によれば、容器の底部の厚みにばらつきがある場合や、容器の底面が湾曲している場合であっても、窪部の底面位置を検出することができる。
【００１７】
特に、第２発明および第７発明によれば、第１ピーク位置と第２ピーク位置との差分が大きくなる。このため、第２底面位置をより正確に算出できる。
【００１８】
特に、第３発明および第８発明によれば、容器の底板の厚みにばらつきがある場合や、容器の底面が湾曲している場合であっても、窪部内に配置された細胞に撮像部の焦点を合わせることができる。したがって、窪部内の細胞の鮮明な画像を取得できる。
【００１９】
特に、本願の第４発明および第９発明によれば、ある位置における第２底面の位置をオートフォーカス基準位置として、オートフォーカス機構を制御することで、容易に他の位置の細胞に撮像部の焦点を合わせることができる。
【００２０】
特に、本願の第５発明および第１０発明によれば、第２反射光が得られない場合であっても、オートフォーカス処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ウェルプレートの斜視図である。
【図２】ウェルプレートの部分断面図である。
【図３】底面位置検出装置の概略図である。
【図４】ＣＭＯＳセンサに入射した反射光の光量分布を示す図である。
【図５】画像取得装置の構成を概念的に示した図である
【図６】画像取得装置のウェルプレート付近を示す図である。
【図７】画像取得装置によるスキャン処理の軌道を示す図である。
【図８】画像取得処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】ＡＦ基準位置設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】ＣＭＯＳセンサに入射した反射光の光量分布を示す図である。
【図１１】ＣＭＯＳセンサに入射した反射光の光量分布を示す図である。
【図１２】ＣＭＯＳセンサに入射した反射光の光量分布を示す図である。
【図１３】ＣＭＯＳセンサに入射した反射光の光量分布を示す図である。
【図１４】スキャン処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】オートフォーカス処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１６】変形例に係る、ＣＭＯＳセンサに入射した反射光の光量布を示す図である。
【図１７】変形例に係る、ＣＭＯＳセンサに入射した反射光の光量分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
＜１．ウェルプレートについて＞
図１は、本実施形態に係る底面位置検出装置１にセットされるウェルプレート９の斜視図である。図１に示すように、ウェルプレート９は、略板状の試料容器である。ウェルプレート９の材料には、例えば、光を透過する透明なプラスチックが使用される。ウェルプレート９は、上面から下向きに凹む複数の窪部Ｗを有する。
【００２４】
図１に示すように、複数の窪部Ｗは、水平方向に規則的に配列されている。各窪部Ｗ内には、培養液９４とともに、観察対象となる細胞９５が保持される。なお、各窪部Ｗ内の培養液９４は、それぞれ同じ種類の培養液であってもよく、濃度や組成の異なる化合物がそれぞれ添加された、異なる培養液であってもよい。また、ウェルプレート９に含まれる窪部Ｗの数は、図１の例と相違していてもよい。また、各窪部Ｗの形状は、図１のように上面視において円形であってもよく、矩形等の他の形状であってもよい。
【００２５】
図２は、ウェルプレート９の部分断面図である。図２に示すように、ウェルプレート９の底部は、ウェルプレート９の底面である第１底面９１および窪部Ｗの底面である第２底面９２を有する。第１底面９１は、ウェルプレート９の底板部９０の下面である。第２底面９２は、ウェルプレート９の底板部９０の上面である。したがって、第１底面９１と第２底面９２との間の上下方向の幅が、底板部９０の厚み９３となる。図２に示すように、ウェルプレート９は、プラスチック成形上の問題から、第１底面９１がわずかに湾曲する。また、各窪部Ｗの底板部９０の厚み９３は、ばらつきを有する。厚み９３のばらつきの範囲は、例えば、数十μｍ〜百数十μｍとなる。
【００２６】
＜２．底面位置取得装置の構成＞
図３は、本実施形態に係る底面位置検出装置１の概略図である。この底面位置検出装置１は、ウェルプレート９の底面位置を検出する装置である。図３に示すように、底面位置検出装置１は、保持部１０、光照射部２０、検出部３０および制御部７１を有する。
【００２７】
保持部１０は、ウェルプレート９を保持する載置台である。ウェルプレート９は、第１底面９１が下側となる水平姿勢で、保持部１０にセットされる。保持部１０は、ウェルプレート９の周縁部を保持する。このため、ウェルプレート９の底部は、保持部１０に覆われることなく露出する。
【００２８】
光照射部２０は、ウェルプレート９の底部に向けて光を照射する機構である。本実施形態の光照射部２０は、レーザダイオード２１およびレンズ２２により構成される。図３に示すように、本実施形態の光照射部２０は、ウェルプレート９の下方からウェルプレート９の底部に向けて、斜め上方にレーザ光を照射する。そして、図１の矢印で示すように、レーザダイオード２１により照射されたレーザ光は、レンズ２２により集光され、第１底面９１に向かう。第１底面９１に到達したレーザ光は、第１底面９１により反射される第１反射光８１と、第１底面９１から底板部９０内に屈折して進行し第２底面９２により反射される第２反射光８２とに分かれる。
【００２９】
検出部３０は、光照射部２０から照射され、ウェルプレート９の底部において反射したレーザ光を検出する機構である。本実施形態の検出部３０は、ＣＭＯＳセンサ３１および一対のレンズ３２により構成される。第１底面９１において反射した第１反射光８１と、第２底面９２において反射した第２反射光８２とは、一対のレンズ３２により集光され、ＣＭＯＳセンサ３１に入射する。
【００３０】
図４は、ＣＭＯＳセンサ３１に入射した反射光の光量分布を示す図である。図４の横軸は、ＣＭＯＳセンサ３１における反射光の入射位置を示す。図４の縦軸は、光量を示す。図４に示すように、ＣＭＯＳセンサ３１は、第１反射光８１および第２反射光８２の各位値における光量を検出する。これにより、第１反射光８１の光量が最も大きくなる第１ピーク位置８１１と、第２反射光８２の光量が最も大きくなる第２ピーク位置８２１とが検出される。
【００３１】
制御部７１は、後述するコンピュータ７０により実現される。制御部７１は、光照射部２０および検出部３０の動作を制御する。また、制御部７１は、検出部３０から検出された第１反射光８１の第１ピーク位置８１１および第２反射光８２の第２ピーク位置８２１から、第２底面９２の位置を算出する。
【００３２】
＜３．画像取得装置の構成＞
次に、上述した底面位置検出装置１を含む画像取得装置２について説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る画像取得装置２の構成を、概念的に示した図である。図６は、画像取得装置２のウェルプレート９付近の構成を示す図である。
【００３３】
この画像取得装置２は、ウェルプレート９を撮影し、得られた画像データを処理する装置である。画像取得装置２は、例えば、医薬品の研究開発分野において、医薬品の候補となる化合物を絞り込むスクリーニング工程に使用される。スクリーニング工程の担当者は、この画像取得装置２により取得された画像を用いて、各ウェルプレート９の画像データを比較・分析することにより、培養液９４に添加された化合物の効用を検証する。ただし、画像取得装置２は、多能性幹細胞などの細胞自体の開発に用いられるものであってもよい。
【００３４】
図５および図６に示すように、本実施形態の画像取得装置２は、上述した底面位置検出装置１、透過照明部１１、撮像部１２、上下方向移動機構４０、水平方向移動機構５０、オートフォーカス機構６０、表示デバイス７８、入力デバイス７９およびコンピュータ７０を備えている。底面位置検出装置１、透過照明部１１、撮像部１２、表示デバイス７８、および入力デバイス７９は、それぞれ、コンピュータ７０と電気的に接続されている。
【００３５】
透過照明部１１は、保持部１０に保持されたウェルプレート９の上方に配置される。撮像部１２は、ウェルプレート９の下方に配置される。撮像部１２は、例えば、結像レンズおよびＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を有するカメラにより構成される。ウェルプレート９を撮像するときには、透過照明部１１からウェルプレート９の一部分へ向けて白色光を照射する。そして、当該白色光は、ウェルプレート９を透過してウェルプレート９の下方へと向かう。撮像部１２は、後述する対物レンズ６１を介してウェルプレート９の当該一部分を撮像する。
【００３６】
なお、透過照明部１１は、ウェルプレート９に対して光を照射するものであればよい。したがって、透過照明部１１の光源自体は、ウェルプレート９の上方から外れた位置に配置され、ミラー等の光学系を介して、ウェルプレート９に光が照射される構成であってもよい。また、透過照明部１１がウェルプレート９の下方に配置され、撮像部１２が、ウェルプレート９の上方に配置されていてもよい。また、ウェルプレート９において反射された光が、撮像部１２に入射する構成となっていてもよい。
【００３７】
上下方向移動機構４０は、保持部１０を上下方向に移動させる機構である。上下方向移動機構４０は、駆動源であるモータ４１およびモータ４１の駆動力を伝達するボールねじ４２により構成される。ボールねじ４２は、その一端がモータ４１に接続されている。保持部１０は、ボールねじ４２の外周面に設けられた螺旋状のねじ溝と噛み合うように、ボールねじ４２に取り付けられている。モータ４１を駆動させると、ボールねじ４２がその軸心周りに回転する。これにより、保持部１０およびウェルプレート９が、ボールねじ４２に沿って上下方向に移動する。すなわち、モータ４１の回転運動が、ボールねじ４２を介して保持部１０の上下方向の直進運動に変換される。
【００３８】
水平方向移動機構５０は、光照射部２０、検出部３０およびオートフォーカス機構６０を水平方向に移動させる機構である。水平方向移動機構５０は、駆動源であるモータ５１、モータ５１の駆動力を伝達するボールねじ５２および連結部材５３により構成される。ボールねじ５２は、その一端がモータ５１に接続されている。光照射部２０、検出部３０、撮像部１２およびオートフォーカス機構６０は、連結部材５３により互いに接続される。連結部材５３は、ボールねじ５２の外周面に設けられた螺旋状のねじ溝と噛み合うように、ボールねじ５２に取り付けられている。モータ５１を駆動させると、ボールねじ５２がその軸心周りに回転する。これにより、連結部材５３により接続された光照射部２０、検出部３０、撮像部１２およびオートフォーカス機構６０が、相互の相対的な位置関係を維持しながら、ボールねじ５２に沿って水平方向に移動する。すなわち、モータ５１の回転運動が、ボールねじ５２を介して保持部１０の水平方向の直進運動に変換される。
【００３９】
オートフォーカス機構６０は、撮像部１２の焦点を、窪部Ｗ内の細胞９５に合わせるための機構である。本実施形態のオートフォーカス機構６０は、対物レンズ６１およびＡＦ軸移動機構６２により構成される可動部を有する。対物レンズ６１は、撮像部１２の焦点をウェルプレート９の窪部Ｗ内の細胞９５に合わせるための光学系である。なお、対物レンズ６１を含むオートフォーカス機構６０は、撮像部１２の一部であってもよい。
【００４０】
ＡＦ軸移動機構６２は、連結部材５３に対して対物レンズ６１を上下方向に移動させる機構である。ＡＦ軸移動機構６２は、駆動源であるモータ６２１、ボールねじ６２２および支持台６２３により構成される。対物レンズ６１は、支持台６２３に固定される。ボールねじ６２２は、上下方向に延び、その一端がモータ６２１に接続されている。支持台６２３は、ボールねじ６２２の外周面に設けられた螺旋状のねじ溝と噛み合うように、ボールねじ６２２に取り付けられている。モータ６２１を駆動させると、ボールねじ６２２がその軸心周りに回転する。これにより、支持台６２３が、ボールねじ６２２に沿って移動する。すなわち、モータ６２１の回転運動が、ボールねじ６２２を介して支持台６２３に固定された対物レンズ６１の上下方向の直進運動に変換される。なお、ＡＦ軸移動機構６２は、上下方向移動機構４０よりも細かいピッチで支持台６２３を移動させることができる。ただし、ＡＦ軸移動機構６２の可動範囲は、上下方向移動機構４０の可動範囲よりも狭くなっている。
【００４１】
表示デバイス７８は、画像取得装置２により取得および処理された画像を表示するための部位である。表示デバイス７８には、例えば、液晶ディスプレイが使用される。入力デバイス７９は、コンピュータ７０に対して種々のコマンドを入力するための部位である。入力デバイス７９には、例えば、キーボードやマウスが使用される。画像取得装置２のユーザは、表示デバイス７８を確認しながら、入力デバイス７９を操作して、種々のコマンドをコンピュータ７０に入力できる。
【００４２】
なお、表示デバイス７８の機能と、入力デバイス７９の機能との双方が、タッチパネル式のディスプレイなどの単一のデバイスにより、実現されていてもよい。
【００４３】
コンピュータ７０は、ＣＰＵやメモリを有する情報処理装置である。図５中に示すように、コンピュータ７０は、上述した制御部７１、画像処理部７４および記憶部７５を有する。コンピュータ７０は、予め設定されたコンピュータプログラム、入力信号、および種々のデータに従って動作することにより、制御部７１および画像処理部７４の機能を実現する。制御部７１は、上述した透過照明部１１、撮像部１２、レーザダイオード２１、ＣＭＯＳセンサ３１、およびモータ４１，５１，６２１を動作制御する。これにより、後述する画像取得処理が実行される。
【００４４】
本実施形態の制御部７１は、モータコントローラ７２およびＡＦ基板７３を有する。後述するＡＦ基準位置を設定する際には、制御部７１は、上下方向移動機構４０をモータコントローラ７２を介して制御する。これにより、保持部１０を上下方向に移動させる。また、後述するオートフォーカス処理の際には、制御部７１は、ＡＦ基板７３を介してＡＦ軸移動機構６２を制御する。これにより、対物レンズ６１を上下方向に移動させる。また、検出部３０からの検出信号は、ＡＦ基板７３を介してコンピュータ７０に読み取られる。このように、本実施形態では、１つのＡＦ基板７３が、検出部３０からの検出信号の読み取りと、ＡＦ軸移動機構６２の制御と、の双方を行う。これにより、短時間で各窪部Ｗに対してオートフォーカス処理を実行できる。
【００４５】
画像処理部７４は、取得された画像データに基づいて窪部Ｗ内の各細胞９５の画像を加工処理する。そして、加工処理された画像は、表示デバイス７８に表示される。なお、画像処理部７４は、入力デバイス７９により入力されたコマンドに基づいて画像処理を行う機能や、取得された画像に基づいて自動的にスクリーニング処理を行う機能を有していてもよい。
【００４６】
記憶部７５は、画像取得装置２において取り扱われる種々のデータを記憶する部位である。記憶部７５は、例えば、ハードディスクドライブやＲＡＭ等の記憶装置により実現される。記憶部７５は、コンピュータ７０を構成するハードウエアの一部であってもよく、あるいは、コンピュータ７０に接続された外付けの記憶装置であってもよい。
【００４７】
＜４．画像取得処理について＞
次に、画像取得装置２による、画像取得処理について説明する。図７は、本実施形態の画像取得装置２によるウェルプレート９に対するスキャン処理の軌道を示す図である。画像取得装置２は、光照射部２０、検出部３０、撮像部１２およびオートフォーカス機構６０を水平方向に移動させる。そして、画像取得装置２は、図７の矢印で示すように、ウェルプレート９の各窪部Ｗ（Ｗ１〜Ｗｎ）を、Ｗ１からＷ２，Ｗ３，…，Ｗｎの順にオートフォーカス処理しつつ、各窪部Ｗ内の細胞９５の画像を撮像部１２により撮像するスキャン処理を実行する。ただし、画像取得装置２によるスキャン処理は、図７以外の軌道および順序によるものであってもよい。
【００４８】
制御部７１は、ＣＭＯＳセンサ３１に入射した第１反射光８１および第２反射光８２から、第２底面９２の位置を検出する。図４に示すように、ＣＭＯＳセンサ３１に入射した第２反射光８２の光量は、第１反射光８１の光量よりも小さい。これにより、制御部７１は、第２反射光８２および第２ピーク位置８２１を特定する。また、第１ピーク位置８１１および第２ピーク位置８２１の差分ΔＺは、ウェルプレート９の底板部９０の厚み９３により変動する。すなわち、底板部９０の厚み９３が大きくなるほどΔＺは大きくなり、底板部９０の厚み９３が小さくなるほどΔＺは小さくなる。制御部７１は、第２ピーク位置８２１および差分ΔＺから、第２底面９２の位置を検出する。
【００４９】
オートフォーカス処理は、窪部Ｗ毎に、自動で撮像部１２の焦点を窪部Ｗ内の細胞９５に合わせる処理である。制御部７１は、検出した第２底面９２の位置を基に、オートフォーカス機構６０のＡＦ軸移動機構６２を制御することでオートフォーカス処理を実行する。
【００５０】
図８は、画像取得装置２による画像取得処理の大筋の流れを示したフローチャートである。スキャン処理を実行するときは、先ず、ユーザが、複数の窪部Ｗのうちの１つを選択する。制御部７１は、選択された窪部（以下、指定窪部Ｗ１と称する）の上下に、光照射部２０、検出部３０、撮像部１２およびオートフォーカス機構６０を移動させる（Ｓ１）。次に、制御部７１は、後述するＡＦ基準位置を設定する（Ｓ２）。続いて、制御部７１は、ＡＦ軸移動機構６２を制御して、窪部Ｗ内の細胞９５に焦点を合わせる細胞フォーカス処理を実行する（Ｓ３）。その後、制御部７１は、水平方向移動機構５０を制御しつつ、撮像対象の窪部Ｗ内の細胞９５に対してオートフォーカス処理を実行しながら、複数の窪部Ｗ内の細胞９５を撮像部１２により順次撮像するスキャン処理を実行する（Ｓ４）。
【００５１】
図９は、ＡＦ基準位置設定処理の詳細を示すフローチャートである。図１０〜図１３は、ＡＦ基準位置設定処理において、ＣＭＯＳセンサ３１により検出される光量分布の例を示した図である。
【００５２】
ＡＦ（オートフォーカス）基準位置は、撮像部１２の焦点が、ユーザが選択した指定窪部Ｗ１の第２底面９２に合ったときの、対物レンズ６１に対する第２底面９２の相対位置である。ＡＦ基準位置設定処理は、撮像部１２の焦点を、指定窪部Ｗ１の第２底面９２に合わせるために、保持部１０の上下位置を調整する処理である。ＡＦ基準位置は、他の窪部Ｗにおいてオートフォーカス処理を行うための基準位置となる。
【００５３】
図９に示すように、ＡＦ基準位置設定処理（Ｓ２）では、先ず、制御部７１は、上下方向移動機構４０を制御し、保持部１０を原点位置に移動させる（Ｓ２１）。原点位置は、ＡＦ基準位置における保持部１０の位置よりも、十分に上方へ離れた位置とされる。次に、制御部７１は、レーザダイオード２１を起動してウェルプレート９の底部に向けてレーザ光を照射させ（Ｓ２２）、ＣＭＯＳセンサ３１により反射光の入射位置を計測させる（Ｓ２３）。図１０に示すように、第１反射光８１および第２反射光８２がＣＭＯＳセンサ３１に入射しないときは、制御部７１は、保持部１０および対物レンズ６１の相対位置が、ＡＦ基準位置に到達していないと判断する（Ｓ２４）。このとき、制御部７１は、保持部１０の次の移動位置を決定する（Ｓ２５）。次の移動位置は、保持部１０の現在位置から下方へ、所定の移動距離（例えば、ＣＭＯＳセンサ３１の検出範囲の半分）だけ離れた位置とされる。そして、制御部７１は、決定した移動位置が上下方向移動機構４０の可動範囲内である場合（Ｓ２６）、保持部１０を下方に移動させる（Ｓ２７）。一方、制御部７１は、決定した移動位置が上下方向移動機構４０の可動範囲外である場合は、異常と判断して、ＡＦ基準位置設定処理を終了させる。
【００５４】
ステップＳ２３からステップＳ２７を繰り返すと、やがて、図１１に示すように、ＣＭＯＳセンサ３１は第１反射光８１を検出する。そして、さらにステップＳ２３からステップＳ２７を繰り返すと、図１２に示すように、ＣＭＯＳセンサ３１は、さらに第２反射光８２を検出する。ＣＭＯＳセンサ３１が第１反射光８１および第２反射光８２の双方を検出する状態になると、制御部７１は、第２反射光８２の第２ピーク位置８２１と、ＣＭＯＳセンサ３１の中央位置との間隔を求める。そして、この間隔分の距離だけ下方に離れた位置を、保持部１０の次の移動位置として（Ｓ２５）、保持部１０を移動させる（Ｓ２７）。具体的には、第２反射光８２の第２ピーク位置８２１がＣＭＯＳセンサ３１の中央位置となるように、保持部１０を移動させる。そして、図１３に示すように、第２反射光８２の第２ピーク位置８２１がＣＭＯＳセンサ３１の中央位置に到達すると、制御部７１は、ＡＦ基準位置に到達したと判断する（Ｓ２４）。ＡＦ基準位置に到達すると、制御部７１は、後述する代替補正値を決定する（Ｓ２８）。その後、制御部７１は、レーザダイオード２１を停止し（Ｓ２９）、ＡＦ基準位置設定処理（Ｓ２）を完了する。
【００５５】
ステップＳ２が完了すると、ユーザが選択した指定窪部Ｗ１の第２底面９２に撮像部１２の焦点が合う。続いて、制御部７１は、ステップＳ３の細胞フォーカス処理を実行する。細胞フォーカス処理では、撮像部１２の焦点位置を、第２底面９２から第２底面９２上の細胞９５に移動させる。具体的には、例えば、対物レンズ６１の位置を上下に微小変位させながら、指定窪部Ｗ１の画像を複数回ブラケット撮影する。そして、得られた複数の画像に基づいて、最も撮影に適した対物レンズ６１の位置を決定する。そして、当該位置に対物レンズ６１を位置決めする。
【００５６】
次に、上述した代替補正値について説明する。代替補正値は、ＡＦ基準位置設定処理で取得された第１ピーク位置８１１および第２ピーク位置８２１の差分である。複数の窪部Ｗに対するオートフォーカス処理は、光照射部２０、検出部３０および撮像部１２を水平方向に移動させつつ実行する。このため、レーザ光が隣接する窪部Ｗと窪部Ｗの間に入射した場合等、ＣＭＯＳセンサ３１に第２反射光８２が入射しない場合がある。そこで、代替補正値をステップＳ２により予め記憶しておく。そして、第２反射光８２が入射しない場合は、予め記憶された代替補正値に基づいて、ＣＭＯＳセンサ３１に入射した第１ピーク位置８１１から第２ピーク位置８２１を推測する。これにより、第２反射光８２が入射しない場合であっても、推測された第２ピーク位置８２１に基づいて、ＡＦ軸移動機構６２を制御して撮像部１２の焦点を細胞９５に対して合わせることができる。
【００５７】
次に、ステップＳ４のスキャン処理について説明する。図１４は、スキャン処理の流れを示すフローチャートである。スキャン処理を実行するときは、先ず、制御部７１は、レーザダイオード２１を起動する（Ｓ３１）。次に、制御部７１は、ＡＦ基板７３に対して、オートフォーカス処理の開始指示を行う（Ｓ３２）。制御部７１は、水平方向移動機構５０を制御して、例えば図７に示す軌道で、光照射部２０、検出部３０および撮像部１２を水平方向に移動させる。そして、制御部７１は、窪部Ｗ毎にオートフォーカス処理を実行しつつ、撮像部１２により窪部Ｗ内の細胞９５を撮像するスキャン処理を実行させる（Ｓ３３）。そして、制御部７１は、観察対象となる全ての窪部Ｗのスキャン処理が完了すると、オートフォーカス処理を終了させる（Ｓ３４）。その後、制御部７１はレーザダイオード２１を停止する（Ｓ３５）。これにより、画像取得装置２によるスキャン処理が完了する。
【００５８】
図１５は、ステップＳ３３のスキャン処理において実行されるオートフォーカス処理の詳細を示すフローチャートである。オートフォーカス処理を実行するときは、先ず、制御部７１はＣＭＯＳセンサ３１を制御し、ＣＭＯＳセンサ３１に入射する反射光の位置を読み取る（Ｓ４１）。次に、ＣＭＯＳセンサ３１に入射したレーザ光の光量分布から、第２反射光８２の第２ピーク位置８２１を探索する（Ｓ４２）。そして、第２ピーク位置８２１を検出できた場合には（Ｓ４３）、その第２ピーク位置８２１の、ＣＭＯＳセンサ３１の中央位置からの差分を算出する（Ｓ４４）。そして、当該差分に基づいて、第２底面９２のＡＦ基準位置からの変位量を算出する。
【００５９】
一方、ステップＳ４３において、第２ピーク位置８２１を検出できない場合には、制御部７１は、ＣＭＯＳセンサ３１に入射した第１反射光８１の第１ピーク位置８１１を探索する（Ｓ４５）。そして、第１ピーク位置８１１を検出できた場合には（Ｓ４６）、その第１ピーク位置８１１に、上述した代替補正値を加えることによって、第２ピーク位置８２１を推定する（Ｓ４７）。そして、推定された第２ピーク位置８２１の、ＣＭＯＳセンサ３１の中央位置からの差分に基づいて、第２底面９２のＡＦ基準位置からの変位量を算出する。
【００６０】
ステップＳ４４またはステップＳ４７により算出された差分は、観察対象の窪部Ｗとユーザが選択した指定窪部Ｗ１との間の第２底面９２位置の変位に相当する。制御部７１は、当該変位に追従させるためのＡＦ軸移動機構６２による対物レンズ６１の移動距離を算出する（Ｓ４８）。そして、制御部７１は、ステップＳ４８により算出された対物レンズ６１の移動距離がＡＦ軸移動機構６２の可動範囲内であるかどうかを判断する（Ｓ４９）。算出された移動距離が可動範囲内である場合には、ＡＦ軸移動機構６２を制御して、当該移動距離だけ対物レンズ６１を移動させる（Ｓ５０）。これにより、観察対象の窪部Ｗ内の細胞９５に、撮像部１２の焦点が合う。
【００６１】
その後、制御部７１は、画像取得装置２を、微小時間（例えば、数十msec）待機させ（Ｓ５１）、終了指示が入力されているかどうかを判断する（Ｓ５２）。終了指示がない場合には、ステップＳ４１に戻り、上述したステップＳ４１〜Ｓ５２の処理を繰り返す。一方、終了指示があれば、オートフォーカス処理を終了させる。
【００６２】
このように、本実施形態の画像取得装置２では、第２底面９２の位置および各窪部Ｗ間の第２底面９２の位置の変位を検出しつつ、スキャン処理を実行できる。このため、ウェルプレート９の底面が湾曲したり、ウェルプレート９の底板部９０の厚み９３にばらつきを有する場合であっても、ウェルプレート９の各窪部Ｗ内の細胞９５に撮像部１２の焦点を合わせることができる。したがって、各窪部Ｗにおいて鮮明な画像を取得できる。
【００６３】
特に、本実施形態では、光照射部２０は、ウェルプレート９の底部に向けて斜め上方にレーザ光を照射する。また、検出部３０は、ウェルプレート９の底部から斜め下方に向かい反射するレーザ光を検出する。このようにすれば、第１ピーク位置８１１と第２ピーク位置８２１との差分ΔＺが大きくなる。このため、第２底面９２の位置をより正確に算出できる。
＜５．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
【００６４】
図１６は、ウェルプレート９の底板部９０の厚みが大きい場合の、第１反射光８１Ｂおよび第２反射光８２Ｂの光量分布と、ＣＭＯＳセンサの位置との関係を示す図である。ウェルプレート９の底板部９０の厚みが大きい場合、第２反射光８２Ｂの第２ピーク位置をＣＭＯＳセンサの中央位置に合わせると、第１反射光８１ＢがＣＭＯＳセンサに入射しなくなる。このような場合には、図１７のように、第１ピーク位置および第２ピーク位置の中央位置を、ＣＭＯＳセンサの中央位置に合わせてもよい。そして、オートフォーカス処理においては、図１７における第２ピーク位置を標準位置として、当該標準位置からの第２ピーク位置の差分を算出してもよい。これにより、ウェルプレート９の底板部９０の厚みが大きい場合であっても、第２底面の変位を検出しつつ、複数の窪部に対するオートフォーカス処理を実行できる。
【００６５】
また、上記の実施形態では、光照射部は、ウェルプレートの底部に向けて斜め上方にレーザ光を照射していた。また、検出部は、ウェルプレート底部から斜め下方に向かい反射するレーザ光を検出していた。しかしながら、光照射部は、対物レンズと同一の鏡筒の中で、ウェルプレート底部に向けて略上方にレーザ光を照射してもよい。また、検出部は、対物レンズと同一の鏡筒の中で、ウェルプレート底部から略下方に向かい反射するレーザ光を検出してもよい。
【００６６】
上記の実施形態の容器は、プラスチック成形されたウェルプレートであった。しかしながら、容器は、ガラスや樹脂等で形成された、単一の窪部を有するシャーレであってもよく、他の様々な種類の容器であってもよい。
【００６７】
上記の実施形態では、上下方向移動機構、水平方向移動機構およびＡＦ軸移動機構の移動機構は、ボールねじ機構により構成されていた。しかしながら、上下方向移動機構、水平方向移動機構およびＡＦ軸移動機構の移動機構は、ボールねじ以外の機構（例えば、リニアモータ）により構成されてもよい。
【００６８】
上記の実施形態では、上下方向移動機構により撮像部の焦点を第２底面に合わせた後に、オートフォーカス機構により撮像部の焦点を窪部内の細胞に合わせていた。しかしながら、オートフォーカス機構の可動範囲を大きくすることで、オートフォーカス機構が上下方向移動機構を兼ねることができるのであれば、上下方向移動機構を省略してもよい。すなわち、本発明における上下方向移動機構およびオートフォーカス機構は、同一の機構により実現されていてもよい。
【００６９】
上記の実施形態では、ウェルプレートの水平方向の位置が固定され、それに対して、光照射部、検出部、撮像部およびオートフォーカス機構を水平に移動させていた。しかしながら、光照射部、検出部、撮像部およびオートフォーカス機構の水平方向の位置を固定して、ウェルプレートを水平方向に移動させてもよい。ただし、ウェル内の培養液が揺動することを抑えるためには、上記の実施形態のように、ウェルプレートの水平方向の位置を固定する方がよい。
【００７０】
上記の実施形態では、光照射部の光源はレーザダイオードにより構成されていた。しかしながら、光照射部の光源は、ＬＥＤ等の他の発光デバイスにより構成されてもよい。
【００７１】
また、上記の実施形態では、検出部はＣＭＯＳセンサにより構成されていた。しかしながら、検出部は、ＣＣＤセンサ等の他の受光デバイスにより構成されてもよい。
【００７２】
また、底面位置取得装置および画像取得装置の細部の構成については、本願の各図に示された構成と、相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１  底面位置検出装置
２  画像取得装置
９  ウェルプレート
１０  保持部
１１  透過照明部
１２  撮像部
２０  光照射部
２１  レーザダイオード
２２  レンズ
３０  検出部
３１  ＣＭＯＳセンサ
３２  レンズ
４０  上下方向移動機構
４１  モータ
４２  ボールねじ
５０  水平方向移動機構
５１  モータ
５２  ボールねじ
５３  連結部材
６０  オートフォーカス機構
６１  対物レンズ
６２  ＡＦ軸移動機構
７０  コンピュータ
７１  制御部
７２  モータコントローラ
７３  ＡＦ基板
７４  画像処理部
７５  記憶部
７８  表示デバイス
７９  入力デバイス
８１  第１反射光
８２  第２反射光
９０  底板部
９１  第１底面
９２  第２底面
９３  底板部の厚み
９４  培養液
９５  細胞
６２１  モータ
６２２  ボールねじ
６２３  支持台
８１１  第１ピーク位置
８２１  第２ピーク位置
Ｗ  窪部
Ｗ１  指定窪部
ΔＺ  差分
【図１】
2017187436.tif 000003
【図２】
2017187436.tif 000004
【図３】
2017187436.tif 000005
【図４】
2017187436.tif 000006
【図５】
2017187436.tif 000007
【図６】
2017187436.tif 000008
【図７】
2017187436.tif 000009
【図８】
2017187436.tif 000010
【図９】
2017187436.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2017187436.tif 000014
【図１３】
2017187436.tif 000015
【図１４】
2017187436.tif 000016
【図１５】
2017187436.tif 000017
【図１６】
2017187436.tif 000018
【図１７】
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