CN107145024B - 一种拍摄装置及其拍摄方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种拍摄装置及其拍摄方法，在对与液体共同承载(Support)于试样容器中的活体试样进行拍摄中，能够抑制弯液面的影响而获得图像品质良好的图像。本发明的拍摄装置包括：拍摄部(13)，其具有物体侧超心(Hypercentric)特性的拍摄光学系统(131～135)；照明部(10)，其具有出射光瞳位置互不相同的多个照明光学系统；以及移动单元(15)，其使前述各部相对孔板(WP)相对移动，在拍摄部(13)位于规定的拍摄位置时进行频闪照明并进行拍摄，根据拍摄位置切换照明光学系统。

Description

一种拍摄装置及其拍摄方法

技术领域

本发明涉及一种拍摄装置及其拍摄方法，对以与液体共同承载于试样容器中的活体试样作为拍摄对象物进行拍摄，特别涉及拍摄照明。

背景技术

在医疗和生物科学进行着以下实验：在板状的试样容器(例如被称为微板、微量滴定板等)的各孔中注入液体或胶状的流体(例如培养液、培养基等)，以在此培养的细胞等为试样进行观察、测量，所述板状的试样容器排列设有多个例如被称为孔的凹部。近年来，开始利用CCD照相机等拍摄并进行数据化，采用各种图像处理技术对该图像数据进行处理以供观察和分析。

这种拍摄装置存在以下问题：因照明光在液面的弯液面折射而致使尤其在孔的周缘部图像亮度不足。为应对该问题，在本发明申请人之前公开的日本特开2015-118036号公报记载的技术中，通过将拍摄光学系统设为具有物体侧超心(Hypercentric)特性，能够对因折射而行进方向朝离开光轴的方向弯曲的光进行高效的集光。

为了观察更细微的结构，可以考虑提高拍摄光学系统的拍摄倍率。另外，使用的孔的尺寸也是多种多样的。这些情况下，尤其在拍摄视场比一个孔的尺寸小时，产生拍摄视场内包含受到弯液面的影响的区域的情况和不包含受到弯液面的影响的区域的情况。在利用上述的拍摄光学系统对不包含受到弯液面的影响的区域进行拍摄时，拍摄视场的周缘部发生光量下降，有可能导致有效的拍摄视场变窄。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，本发明的目的在于，提供一种拍摄装置及其拍摄方法，在对与液体共同承载于试样容器中的活体试样进行拍摄中，能够抑制弯液面的影响而获得良好图像品质的图像。

本发明的一实施方式提供一种拍摄装置，所述拍摄装置将活体试样作为拍摄对象物进行拍摄，所述活体试样与液体共同承载于底面具有透光性的试样容器中，为实现所述目的，其中，所述拍摄装置包括：保持单元，保持所述试样容器；拍摄光学系统，与由所述保持单元保持的所述试样容器相向配置，具有物体侧超心特性；二维拍摄元件，对由所述拍摄光学系统成像的所述拍摄对象物的像进行拍摄；移动单元，相对所述拍摄对象物将所述拍摄光学系统和所述二维拍摄元件沿着与所述拍摄光学系统的光轴正交的方向一体地相对移动；照明单元，从与所述拍摄光学系统相反的一侧隔着由所述保持单元保持的所述试样容器照明所述拍摄对象物；以及控制单元，控制所述二维拍摄元件、所述移动单元以及所述照明单元，所述照明单元具有多个照明光学系统，所述照明光学系统的出射光瞳位置互不相同，且朝向所述拍摄对象物的出射光互为同轴，所述控制单元在利用所述移动单元相对所述拍摄对象物将所述拍摄光学系统以及所述二维拍摄元件相对移动，且当所述拍摄光学系统相对所述拍摄对象物的相对位置成为预定的多个拍摄位置中的任一个时，从多个所述照明光学系统中的一个出射光并利用所述二维拍摄元件对所述拍摄对象物进行拍摄，并根据所述拍摄位置切换出射所述光的所述照明光学系统。

另外，本发明的其他实施方式提供一种拍摄方法，所述拍摄方法将活体试样作为拍摄对象物进行拍摄，所述活体试样与液体共同承载于底面具有透光性的试样容器中，为实现所述目的，其中，所述拍摄方法包括：配置工序，与所述试样容器相向配置具有物体侧远心特性的拍摄光学系统以及二维拍摄元件，在与所述拍摄光学系统相反的一侧隔着所述试样容器配置照明所述拍摄对象物的照明单元，所述二维拍摄元件对由所述拍摄光学系统成像的所述拍摄对象物的像进行拍摄；拍摄工序，相对所述拍摄对象物将所述拍摄光学系统以及所述二维拍摄元件进行相对移动，且当所述拍摄光学系统相对所述拍摄对象物的相对位置成为预定的多个拍摄位置中的任一个时，从所述照明单元出射光且利用所述二维拍摄元件对所述拍摄对象物进行拍摄，所述照明单元具有多个照明光学系统，所述照明光学系统的出射光瞳位置互不相同，且朝向所述拍摄对象物的出射光互为同轴，在所述拍摄工序中从多个所述照明光学系统中的一个有选择地出射光，并且根据所述拍摄位置切换出射所述光的所述照明光学系统。

这样构成的发明与日本特开2015-118036号公报记载的技术相同，通过利用具有物体侧超心特性的拍摄光学系统，能够以良好的图像品质对拍摄对象物的区域的图像进行拍摄，所述区域包括受到弯液面的影响的区域。进一步微观上看，虽然例如试样容器的周缘部附近在弯液面出现强烈的折射，但是例如试样容器的中央部基本不受其影响。这样，根据位置弯液面的影响出现的方式不同。通过设置出射光瞳位置不同的多个照明光学系统并对其进行切换，能够变更入射拍摄对象物的照明光的主光线方向。因此，通过根据拍摄位置切换照明光学系统，能够按照弯液面的折射大小的差异抑制其影响进行拍摄。

如上所述，根据本发明，通过根据拍摄位置切换多个照明系统进行拍摄，能够抑制弯液面的影响而获得良好图像品质的图像，所述多个照明系统中因出射光瞳位置互不相同而入射拍摄对象物的照明光的主光线的方向也互不相同。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式的拍摄装置的示意结构的图。

图2是示出照明光学系统的详细结构以及光线图的图。

图3A-3B是示出从第一以及第二照明光学系统出射的照明光的图。

图4A-4B是示出孔拍摄时的情形的图。

图5是示出对比拍摄视场大的孔进行拍摄的情形的第一图。

图6是示出对比拍摄视场大的孔进行拍摄的情形的第二图。

图7是示出利用第二照明光学系统进行拍摄的图。

图8A-8B是示例将一个孔分割为多个图像的方法的图。

图9是示出本实施方式的拍摄处理的流程图。

附图标记说明

1：拍摄装置

10：照明部(照明单元)

12：支架(保持单元)

13：拍摄部

14：控制部(控制单元)

15：驱动机构(移动单元)

101、111：光源

102、105：反射镜(照明光学系统)

103、112：集光透镜(照明光学系统)

104：分束镜(照明光学系统)

106：聚光镜(照明光学系统)

131：物镜(拍摄光学系统)

132：低倍率用远焦系统(拍摄光学系统)

133：高倍率用远焦系统(拍摄光学系统)

134：反射镜(拍摄光学系统)

135：成像透镜(拍摄光学系统)

136：拍摄元件(二维拍摄元件)

W：孔

WP：孔板(试样容器)

具体实施方式

图1是示出本发明的一实施方式的拍摄装置的示意结构的图。该拍摄装置1是对注入形成于孔板WP的上方面的被称为孔W的凹部的液体中培养的细胞、细胞集落、细菌等(以下称为“细胞等”)的活体试样进行拍摄的装置。

孔板WP通常使用于制药和生物科学领域。孔板WP具有平板形状的板形状，在孔板WP上排列有多个该板的上方面开口的筒状孔W。各个孔W例如具有大致圆形截面，底面透明且平坦，具有透光性。孔W的截面和底面形状不限于此。例如截面也可以为矩形，底面也可以是弯曲的。

一个孔板WP的孔W的数量可以是任意的，可以使用例如96个(12×8的矩阵排列)的孔板WP。各个孔W的直径和深度典型的有数mm左右。该拍摄装置1将成为拍摄对象的孔板的尺寸和孔的数量不限于上述数值，可以是任意的，通常使用例如6至384孔的孔板。并且，不限于具有多个孔的孔板，例如该拍摄装置1也可对例如在被称为碟子的平坦型容器中培养的细胞等进行拍摄。

孔板WP的各个孔W被注入规定量的液体作为培养基M，在规定的培养条件下培养的该液体中的细胞等成为该拍摄装置1的拍摄对象物。培养基M可以是添加了适当试剂的培养基，也可以是以液状投入孔W后进行胶化了的培养基。如下所述，该拍摄装置1可以将例如在孔W的内底面培养的细胞等作为拍摄对象物。通常使用的液量为50至200ml左右。

拍摄装置1包括照明部10、支架12、拍摄部13及控制部14，所述照明部10配置于装置1的上部，所述支架12在照明部10的下方保持孔板WP，所述拍摄部13配置于支架12的下方，所述控制部14具有控制这些各个部的动作的CPU141。支架12与孔板WP的下方面周缘部抵接以保持孔板WP大致呈水平姿态，所述孔板WP将培养基M和试样共同承载于各个孔W。

照明部10包括两个光源101、111。作为光源101、111，可以使用例如白色LED(LightEmitting Diode)。从光源111出射的光经由集光透镜(collector lens)112入射分束镜104。另一方面，从光源101出射的光经由反射镜102折返光程，经由集光透镜103入射分束镜104。从分束镜104出射的光线经由反射镜105行进方向变更为(-Z)方向，即铅直向下方向，经由聚光镜106向下出射。出射的光从被支架12支撑的孔板WP的上方入射至少一个孔W，照明孔W内的拍摄对象物。

如上所述，在该实施方式的照明部10中，两个照明光学系统即第一照明光学系统100和第二照明光学系统110以将一部分结构共有的状态并存，所述第一照明光学系统100以光源101为其光源，由反射镜102、集光透镜103、分束镜104、反射镜105及聚光镜106等构成，所述第二照明光学系统110以光源111为其光源，由集光透镜112、分束镜104、反射镜105及聚光镜106等构成。

光源101、111利用设置于控制部14的光源控制部146控制点亮，按照光源控制部146的控制信号有选择地点亮。因此，照明部10可以将第一照明光和第二照明光有选择地入射孔W，所述第一照明光从具有光源101的第一照明光学系统100出射，所述第二照明光从具有光源111的第二照明光学系统110出射。第一照明光和第二照明光经由分束镜104合成，能够以同轴出射。即，从聚光镜106出射的第一照明光的中心轴与第二照明光的中心轴一致。

图2是示出照明光学系统的详细结构和光线图的图。在图2中，为清楚地示出光程，对所述共有一部分结构的第一照明光学系统100和第二照明光学系统110分开进行记载。并且，出于相同目的，将被反射镜和分束镜弯折的光轴图示为直线。因此，省略了具有弯折光轴作用的反射镜102、105和分束镜104的记载。

在第一照明光学系统100中，从光源101出射的光由集光透镜103集光，经由聚光镜(condenser lens)106朝向存在拍摄对象物的细胞等的试样面出射。通常使用的试样面为孔底面Wb(参照图3A、图3B等)。集光透镜103使光源101的像成像在集光透镜103和聚光镜106之间。即，光源像C1形成在集光透镜103和聚光镜106之间。并且，通过配置集光透镜103和聚光镜106，使光源像C1位于聚光镜106的前侧(光源侧)焦点位置，并使来自聚光镜106朝向试样面的主光线与点划线表示的光轴平行。即，第一照明光学系统100构成远心(telecentric)照明。

根据需要，在光源101的光出射面配置孔径光阑107，规定由集光透镜103形成的光源像C1的大小。利用孔径光阑107，能够调整照明NA(数值孔径)。并且，根据需要，在集光透镜103的后侧且比共轭点靠前侧配置视场光阑108。由此，仅对需要拍摄的范围进行照明，能够防止拍摄光学系统发生光晕。

在第二照明光学系统110中，从光源111出射的光由集光透镜112集光，经由聚光镜106朝向试样面出射。集光透镜112具有折射特性，使光源111的光源像C2位于聚光镜106的后侧，比试样面靠前侧。

根据需要，在光源111的光出射面配置孔径光阑113，规定由集光透镜112和聚光镜106形成的光源像C2的大小。利用孔径光阑113，能够调整照明光NA。并且，根据需要，在集光透镜112和聚光镜106之间配置视场光阑114。由此，仅对需要拍摄的范围进行照明，能够防止拍摄光学系统发生光晕。

两个照明光学系统100、110共用聚光镜106。为使共用成为可能，分束镜104设置在各自的集光透镜和聚光镜之间。更具体地，分束镜104在第一照明光学系统100中配置在满足比集光透镜103(设有视场光阑108时为视场光阑108)靠后侧且比聚光镜106靠前侧的条件的位置，并且在第二照明光学系统110中配置在满足比集光透镜112(设有视场光阑114时为视场光阑114)靠后侧且比聚光镜106靠前侧的条件的位置。

返回图1继续对拍摄装置1进行说明。在由支架12保持的孔板WP的下方，设有对孔W内的细胞等的拍摄对象物进行拍摄的拍摄部13。在拍摄部13中，在孔板WP的正下方位置配置有物镜131。物镜131的光轴朝向铅直方向，与第一、第二照明光学系统100、110的光轴成为同轴。从照明部10出射从孔W的上方入射液体的光照明拍摄对象物，从孔W底面向下方透过的光入射物镜131。物镜131的下方以能够切换的方式设有低倍率用远焦系统132和高倍率用远焦系统133。

即，利用未图示的驱动机构能够将低倍率用远焦系统132和高倍率用远焦系统133沿水平方向一体地移动，选择其中一个定位于物镜131的正下方位置。如图1的实线所示，在高倍率用远焦系统133定位于物镜131的正下方位置的状态下，构成为包括物镜131和高倍率用远焦系统133的高倍率拍摄光学系统。此时，能够以高倍率对拍摄对象物的比较窄的范围进行拍摄。另一方面，如图1的虚线所示，在低倍率用远焦系统132定位于物镜131的正下方位置的状态下，构成为包括物镜131和低倍率用远焦系统132的低倍率拍摄光学系统。此时，能够以低倍率对拍摄对象物的比较广的范围进行拍摄。

从低倍率用远焦系统132或者高倍率用远焦系统133出射的光经由反射镜134折返，经由成像透镜135入射拍摄元件136。如下所述，由物镜131、低倍率用远焦系统132及成像透镜135等构成的拍摄光学系统，具有物体侧超心的光学特性。另一方面，由物镜131、高倍率用远焦系统133及成像透镜135等构成的拍摄光学系统，具有物体侧远心的光学特性。

拍摄元件136是具有二维的受光面的面图像传感器，可以使用例如CCD传感器或者CMOS传感器。利用成像元件对由成像透镜135在拍摄元件136的受光面成像的拍摄对象物的像进行拍摄。拍摄元件136将受光的光学像转换成电信号以图像信号输出。这样的拍摄方法能够以非接触、非破坏且非侵袭的方式对拍摄对象即细胞等进行拍摄，能够抑制拍摄给细胞等带来的损害。拍摄部13各个部的动作由设置在控制部14的拍摄控制部143控制。

从拍摄元件136输出的图像信号发送控制部14。即，图像信号输入到设置在控制部14的AD转换器(A/D)144被转换成数字图像数据。CPU141基于接收的图像数据执行适当的图像处理。控制部14进一步包括图像存储器147和存储器148，但是这些也可以构成为一体，所述图像存储器147用于记忆保存图像数据，所述存储器148用于记忆保存CPU141需要执行的程序和由CPU141生成的数据。并且，也可以通过大容量存储器和半导体存储器的适当组合来实现图像存储器147和存储器148。CPU141通过执行存储在存储器148的控制程序使装置各个部动作，进行各种拍摄处理和运算处理。

拍摄部13构成为，利用设置在控制部14的机械控制部145能够沿水平方向和铅直方向移动。具体地，通过机械控制部145按照CPU141的控制指令使驱动机构15动作，使拍摄部13沿水平方向移动，从而拍摄部13相对孔W沿水平方向移动。并且，通过向铅直方向移动来进行焦距调整。在拍摄视场内容纳有整个一个孔W的状态下进行拍摄时，机械控制部145使拍摄部13沿水平方向定位，使得物镜131的光轴与该孔W的中心一致。

另外，如图1的虚线箭头所示，驱动机构15在使拍摄部13沿水平方向移动时，使照明部10和拍摄部一体地相对移动。即，照明部10配置成出射光的中心与物镜131的光轴大致一致，当拍摄部13沿水平方向移动时，与其联动地移动。由此，不管是哪个孔W被拍摄时，使来自照明部10的光线束的中心时常位于物镜131的光轴上，针对各个孔W的照明条件成为恒定，能够良好地维持拍摄条件。

此外，控制部14设有接口(IF)部142。接口部142除具有接收用户的操作输入和向用户进行处理结果等信息提示的用户接口功能外，还具有与经由通信线路连接的外部装置之间进行数据交换的功能。虽然省略了示图，但是为实现用户接口功能，接口部142连接有接收用户的操作输入的输入接收部和向用户显示输出消息和处理结果等的显示部。

需要说明的是，所述的控制部14的结构与普通的计算机装置的结构基本上相同。因此，拍摄装置1包括的控制部14可以使用所述的包括硬件的专用装置，另外也可以使用在个人计算机和工作站等的通用处理装置中安装用于实现下述处理功能的控制程序的结构。即，可以利用通用的计算机装置作为该拍摄装置1的控制部14。利用通用处理装置时，只要该拍摄装置1具备用于使拍摄部13等各个部动作所需的最小限度的控制功能即可。

图3A和3B是示出从第一以及第二照明光学系统出射的照明光的图。更具体地，图3A示出从第一照明光学系统100出射的第一照明光L1，图3B示出从第二照明光学系统110出射的第二照明光L2。如图3A所示，从以光源101作为光源的第一照明光学系统100的聚光镜106出射的第一照明光L1，主光线以平行的状态入射分布拍摄对象物的试样面即孔W的底面Wb。即，第一照明光学系统100构成出射光瞳位置位于无限远的远心照明。

另一方面，如图3B所示，从以光源111为光源的第二照明光学系统110的聚光镜106出射的第二照明光L2，朝向第二照明光学系统110的光轴方向行进，在比孔底面Wb靠上方，即从照明光学系统看在靠近侧与光轴交叉。即，从第二照明光学系统110看，第二照明光L2的光程的光源111(更严格指孔径光阑113)的像成像的出射光瞳位置Pp，位于比分布拍摄对象物的试样面即孔底面Wb更近的位置。

更详细地，在利用第二照明光学系统110照明时，光源111的像成像于出射照明光L2的聚光镜106的输出端和拍摄光学系统的物镜131之间。即，在该位置有对于光源111的共轭点。并且，支架12保持孔板WP，使得使拍摄对象物分布的试样面即孔底面Wb位于该共轭点和物镜131之间。因此，入射孔底面Wb的照明光的主光线具有离开第二照明光学系统110和物镜131的光轴方向的方向分量。第二照明光学系统110的出射光瞳位置、光源111的像的位置及对于光源111的共轭点的位置一致。

如上所述，两个照明光学系统100、110的出射光瞳位置互不相同，如下所述，在对孔W的拍摄中根据需要对其区分使用。需要说明的是，拍摄中使用了频闪照明。即，利用拍摄部13进行拍摄时仅在短时间出射照明光。因此，光源控制部146能够通过选择点亮两个光源101、111中的任一个来实现照明光的切换。以下，对区分使用这些照明光学系统100、110的具体的实施方式进行说明。

图4A和4B是示出孔拍摄时的情形的图。更具体地，图4A是示出孔拍摄时的光的路线的图，图4B是示出孔和拍摄视场之间关系的图。拍摄对象物即承载细胞等的孔W装有以液状注入的培养基M。因此，从孔W的上方入射的照明光L经由培养基M的液面入射有拍摄对象物的孔底面Wb(试样面)。液面通常形成有凹陷的弯液面，照明光L由此发生折射并从孔W的中心向外弯曲。在孔W的中心附近折射小，越靠近孔W的周缘部折射就越大。

包括物镜131的拍摄光学系统构成物体侧超心光学系统，具有将所述向外弯曲的光高效集光并导向拍摄元件136的功能。即，能够将离开透镜的光轴位置的倾斜向外入射的光成像于拍摄元件136。因此，如图4B所示，该拍摄光学系统适用于在拍摄视场V中容纳整个一个孔W进行拍摄的情形。这一点也被日本特开2015-118036号公报所公开。

如图4B所示，以低倍率对口径比较小的孔W进行拍摄的情形下，拍摄视场V能够包含整个一个孔W。另一方面，在对承载于例如口径大的孔(例如6孔板的孔)的拍摄对象物进行拍摄的情形等下，因为作为拍摄对象的区域的尺寸比拍摄视场的尺寸相对的大，有时拍摄视场V不能包含整个孔W。

图5和图6是示出孔尺寸比拍摄视场的尺寸大时的拍摄情形的图。更具体地，图5示出拍摄视场中不包含孔周缘部时的拍摄，图6示出拍摄视场中包含孔周缘部时的拍摄。在此，对以低倍率对比所述说明的口径大的孔W进行拍摄的情形进行说明。对作为拍摄对象的区域的尺寸比拍摄视场V的尺寸大的情形可以适用相同的想法，例如承载于称为碟子的大口径的浅型容器的拍摄对象物进行拍摄的情形。

当需要拍摄的区域比拍摄视场广时，可以考虑通过将该区域分割成多个图像进行拍摄并利用图像处理合成这些图像，来制作表示需要拍摄的整个区域的图像。此时，为使作成的图像确保预期的图像品质，有必要将合成前的每幅图像的品质作成更好的品质。因此下面对应留意的事项进行说明。

如图5所示，拍摄视场V仅包含离开孔W的周缘部Wp的中央部的区域时，培养基M表面的弯液面给光程带来的影响非常小。因此，在远心照明中，入射到物镜131的光轴附近的光被集光入射拍摄元件136，但在离开光轴的位置发生由入射光和光学系统之间的主光线的倾斜的差异引起的偏移。

即，物镜131侧以在液面折射为前提，在离开光轴位置成为如图5的点线所示的接收主光线向外倾斜的光的结构，但由于通过孔W的光在弯液面不发生折射直行，因此入射光的主光线的倾斜与受光侧的主光线的倾斜不一致。由此有时尤其在拍摄视场V的周缘部画质劣化，具体来讲图像变暗或者由于照明光仅从物镜的集光范围的一部分方向入射导致像的看法发生变化。

另一方面，如图6所示，当拍摄视场V包含孔W的周缘部Wp或者被设定为与其非常近的区域时，因在孔周缘部Wp的附近由弯液面折射的光的主光线的倾斜与受光侧的主光线的倾斜基本一致，能够高效集光。与其相对，隔着物镜131的光轴在与孔周缘部Wp相反的一侧的靠近孔中央部的部分，如图5的情况同样，因直行的光入射具有与假设在弯液面折射的主光线相同倾斜的物镜131，仍然发生画质劣化。

将拍摄部13的物理性拍摄视场V中的能够确保图像品质的区域考虑为有效的拍摄视场时，在远心照明和超心拍摄光学系统的组合中，当拍摄视场V内的区域如上所述不受弯液面的影响时，有效的拍摄视场变得更窄。因此，在该实施方式中除构成远心照明的第一照明光学系统100之外设置了第二照明光学系统110，所述第二照明光学系统110能够在不受弯液面影响时获得良好的图像品质。

图7是示出利用第二照明光学系统进行拍摄的图。如上所述，第二照明光学系统110的从聚光镜106出射的照明光L2，主光线具有朝向光轴方向的倾斜。因此，在没有弯液面的影响时，入射孔W的底面Wb的照明光的主光线不能互相平行。在该实施方式中从第二照明光学系统110看第二照明光学系统110的出射光瞳位置Pp位于比孔底面Wb更近侧，因此入射孔底面Wb的照明光L2其主光线从物镜131的光轴向外扩大。

如图7所示，如果此时使主光线的倾斜与物镜131侧的主光线的倾斜一致，透过孔底面Wb的光由物镜131集光，最终被导向拍摄元件136。因此，能够以良好的图像品质对整个拍摄视场V进行拍摄，能够将整个物理性的拍摄视场V用作有效的拍摄视场。

从根据拍摄光学系统的特性调整照明光的入射方向的观点上，也可以通过例如在物镜131的入射光瞳位置配置点光源，理论上也能获得同样的效果。但是，从将点光源配置于试样面的正上方位置的必要性出发，有可能发生光源和孔板WP之间的干涉或，因光源发热使试样变质等问题，因此不现实。

如所述实施方式所述，如果由利用多个透镜传递从光源111出射的光的照明光学系统构成所述照明，通过适当组合透镜、光阑等，能够实现根据拍摄光学系统的特性最优化的照明光学系统。例如，如果使照明光学系统110的光源111的共轭点与物镜131的入射光瞳位置一致，能够利用物镜131将超过共轭点离开光轴的方向行进的照明光高效的导向拍摄元件136。

如上所述，在该实施方式的拍摄装置1中，作为与具有超心特性的拍摄光学系统组合的照明光学系统装备有第一照明光学系统100和第二照明光学系统110，所述第一照明光学系统100适合对受到弯液面影响的区域进行拍摄，所述第二照明光学系统110适合对不受弯液面影响的区域进行拍摄。在需要对比拍摄部13的拍摄视场V广的区域进行拍摄时，通过在受到弯液面影响的区域和不受弯液面影响的区域区分使用照明光学系统对多个图像进行拍摄，能够使将其合成的图像具有良好的品质。

图8A和8B是示例将一个孔分割成多个图像的方法的图。更具体地，图8A示出将孔W分割为多个图像时的图像分配的一例，图8B示出为获得所述图像拍摄部13的移动路径的图。图8A分别用实线矩形示出通过部分重合覆盖整个孔W的多个图像，为易于识别多个矩形，在将各矩形的对角线用点线表示，并用黑圆点表示其重心。矩形的重心位置相当于拍摄时物镜131的光轴与孔底面Wb相交的位置。

在图8A示出的分配例中，整个孔W被分割为11张图像。在孔W的中央部，以在拍摄视场内不包含孔周缘部Wp的方式设定图像的配置。如上所述应使用第二照明图像系统110对不包含孔周缘部Wp的图像进行拍摄。另一方面，在拍摄视场内包含孔周缘部进行拍摄的图像中，图像配置成至少图像的重心位于孔W的内部。而且，应使用第一照明图像系统100进行拍摄。由此，能够在比重心位置靠外侧(靠近孔周缘部Wp的一侧)减小照明侧和受光侧之间的主光线的倾斜的差距，能够抑制画质劣化。

图8B示出将孔W分割成多个图像时拍摄部13的移动路径的一例。在该实施方式的拍摄装置1中，拍摄部13和照明部10相对被搭载于支架12上的孔板WP一体地水平移动。通过将拍摄部13沿孔板WP的底面向X方向和Y方向移动，并在适当的相对位置进行拍摄，能够取得图8A所示的多个图像。图8B示出此时的拍摄部13的行进移动路径，更准确地是被设置于拍摄部13的物镜131的光轴与孔底面Wb的交点的轨迹。

以黑圆点表示的点P1～P11，分别对应图8(a)所示的多个图像的重心位置。并且，由于各图像的重心位置也是该图像被拍摄时物镜131的光轴的位置，当以物镜131的光轴依次通过这些点P1～P11的方式作成拍摄部13(和照明部10)的行进移动匹配，在物镜131的光轴位置到达这些点P1～P11时利用拍摄部13进行拍摄，能够通过一系列的行进移动取得必要的图像。从这个意义上，将与P1～P11对应的拍摄部13的位置称为“拍摄位置”。如果图像的分配确定，可以与其对应的设定拍摄位置。并且，将拍摄部13的行进移动的物镜131的光轴位置的始点表示为符号Ps，终点表示为符号Pe。

图9是示出该实施方式的拍摄处理的流程图。CPU141基于事先作成的控制程序使装置各部进行规定的动作，通过执行图9所示的拍摄处理，能够取得例如图8A所示的多个图像。最初利用按照机械控制部145的控制指令动作的驱动机构15，将拍摄部13定位于规定的开始位置(步骤S101)。图8B所示的始点Ps对应此时的物镜131的光轴位置。需要说明的是，在此虽然仅对拍摄部13的行进移动进行说明，但是如上所述伴随拍摄部13的移动照明部10也在移动，使照明光的光中心与物镜131的光轴时常一致。

接着，基于事先设定的行进移动匹配，拍摄部相对孔W开始行进移动(步骤S102)。当拍摄部13到达与终点Ps对应的结束位置时，处理结束(步骤S103)。在到达结束位置为止的期间，每当拍摄部13到达与点P1～P11对应的任一拍摄位置时(步骤S104)，执行步骤S105～107进行拍摄。对于拍摄部13位于哪个位置，可以基于例如安装在拍摄部13的位置传感器(未图示)的输出信号进行检测。

即，按照当前拍摄部13所处的拍摄位置选择照明光学系统(步骤S105)。具体地，在当前的拍摄部13位置的拍摄视场V中包含孔周缘部Wp时选择第一照明光学系统100，不包含孔周缘部Wp时选择第二照明光学系统110。在图8A和图8B的示例中，在与P5～P7对应的拍摄位置选择第二照明光学系统110，在与之外的点P1～P4、P8～P11对应的拍摄位置选择第一照明光学系统100。如上所述照明光学系统100、110的选择配置相当于本发明的“配置工序”的一例。

接着，通过将被选择的照明光学系统的光源点亮规定时间频闪照明拍摄对象物，拍摄元件136与其同步进行拍摄，取得1张图像(步骤S106：拍摄工序)。利用AD转换器144对从拍摄元件136输出的图像信号进行数字化获得的图像数据被存储于图像存储器147(步骤S107)。通过在拍摄部13到达结束位置为止重复所述处理，在与各个点P1～P11对应的拍摄位置进行拍摄，取得11张图像。

因为在频闪照明下进行拍摄，所以不需要为了拍摄暂时停止拍摄部13的行进移动，驱动机构15按照行进移动匹配以恒定速度行进移动拍摄部13即可。通过以连接各个点P1～P11的路径的长度成为最小的方式将行进移动匹配最佳化，能够缩短拍摄所需的时间。

这样获得的多个图像中，包含孔周缘部Wp的图像是在第一照明光学系统100的照明下拍摄的，不包含孔周缘部Wp的图像是在第二照明光学系统110的照明下拍摄的。因此，对于各个图像能够抑制因有无弯液面和照明光学系统的偏移引起的图像品质的下降。并且，通过从各个图像挑选图像品质良好的部分进行合成，能够以良好的品质作成整个孔W的图像。在多个图像重复的区域，鉴于相对孔W该区域所占的位置和被使用的照明光学系统，采用图像品质优异一方的图像即可。

如上所述，在该实施方式中分别对应拍摄部13的拍摄视场V内显现弯液面的影响的情况、和不受弯液面影响的情况设置两个照明光学系统100、110，根据拍摄位置对其进行切换并进行拍摄。由此，对成为拍摄对象区域中的受到弯液面影响的区域、不受弯液面影响的区域的任一个，都能取得良好品质的图像。

如上所述，在该实施方式的拍摄装置1中，照明部10作为本发明的“照明单元”，支架12作为本发明的“保持单元”、控制部14作为本发明的“控制单元”、驱动机构15作为本发明的“驱动单元”各自发挥作用。并且，反射镜102、集光透镜103、分束镜104、反射镜105及聚光镜106作为一体起到本发明的一个“照明光学系统”的作用。并且，集光透镜112、分束镜104、反射镜105及聚光镜106作为一体起到本发明的另外一个“照明光学系统”的作用。

另外，物镜131、低倍率用远焦系统132、高倍率用远焦系统133、反射镜134、成像透镜135作为一体起到本发明的“拍摄光学系统”的作用，拍摄元件136作为本发明的“二维拍摄元件”发挥作用。并且，在上述实施方式中，孔板WP相当于本发明的“试样容器”。

需要说明的是，本发明并不限定于所述的实施方式，在不脱离发明宗旨的范围内可以进行除所述以外的各种变更。例如，所述实施方式的照明部10包括第一照明光学系统100和第二照明光学系统110的2组照明光学系统，所述第一照明光学系统100构成远心照明且出射光瞳位置无限远，所述第二照明光学系统110的出射光瞳位置Pp位于比孔底面Wb更近侧。但是，照明光学系统的出射光瞳位置不限于此，也可以设置两组以上的出射光瞳位置不同的照明光学系统。出射光瞳位置的差距越大效果越显著。另外也可以包括三组以上的照明光学系统。例如，为用于高倍率拍摄，可以进一步包括照射范围进一步被限定的照明光学系统。

另外，虽然所述实施方式中对应两组的照明光学系统100、110设有两个光源101，111，但是也可以由单一的光源和两组的光学系统构成两组的照明光学系统。另外，虽然在所述实施方式中构成两个照明光学系统的构件一部分共用，但是也可以设置完全独立的两组照明光学系统。

另外，所述的拍摄处理的图像分配只是用于说明的，实际的配置不限于此。另外，虽然在所述分配例中仅对一个孔进行拍摄的情况进行了说明，但是也可将行进移动匹配构成为，通过一系列的行进移动统一对多个孔进行拍摄。

如上所述，示例具体的实施方式进行说明的那样，本发明的一个照明光学系统也可以构成为远心照明，所述远心照明将主光线与拍摄光学系统的光轴平行的光入射拍摄对象物。这样的照明光学系统，因为在液体表面折射向外弯曲，主光线的倾斜接近具有超心特性的拍摄光学系统的主光线的倾斜，所以在拍摄视场内出现弯液面的影响时能够获得良好的图像品质。

此时多个照明光学系统可以进一步包括从该照明光学系统看出射光瞳位置比拍摄对象物位于更近侧的照明光学系统。这样的照明光学系统在不受弯液面的影响时，能够将具有与具有超心特性的拍摄光学系统的主光线的倾斜同等倾斜的照明光入射拍摄对象物。

另外，从多个照明光学系统的出射光也可以与拍摄光学系统的光轴构成同轴。如果使出射光的光轴与拍摄光学系统的光轴构成同轴，在光轴及其周围的各个位置，能够在照明光学系统和拍摄光学系统之间容易对齐主光线的倾斜。

另外，例如试样容器的底面的拍摄视场可以比试样容器的底面小。即使在拍摄视场比试样容器的底面小，拍摄视场中不能容纳整个试样容器的底面的情况下，也可以通过分割为多个图像来对试样容器内的整体进行拍摄。此时，根据拍摄位置有可能存在受到弯液面影响的情况和不受弯液面影响的情况。本发明中通过切换使用多个照明光学系统，能够在受到弯液面影响、不受弯液面影响的任何情况下，都能取得画质良好的图像。因此，如上所述在将需要拍摄的区域分割为多个图像进行拍摄时，带来特别显著的效果。

并且，例如也可以构成为以下结构，保持单元保持试样容器大致呈水平姿态，照明单元被配置于由保持单元保持的试样容器的上方，从上方对拍摄对象物进行照明，二维拍摄元件被配置于由保持单元保持的试样容器的下方，向所述拍摄光学系统入射光进行拍摄，所述光来自照明单元经由液体的液面入射并从试样容器的底面出射。根据这样的结构，能够对大致呈水平的液面设定铅直方向的光轴，使得装置各部的支撑和对位变得容易。

本发明能够很好地适用于对细胞、细胞集落、细胞球体(spheroid)、细菌、病变组织、微生物等各种活体试样进行拍摄的拍摄装置。

Claims (7)

1.一种拍摄装置，将活体试样作为拍摄对象物进行拍摄，所述活体试样与液体共同承载于底面具有透光性的试样容器，其中，

所述拍摄装置包括：

保持单元，保持所述试样容器；

拍摄光学系统，与由所述保持单元保持的所述试样容器相向配置，具有物体侧超心特性；

二维拍摄元件，对由所述拍摄光学系统成像的所述拍摄对象物的像进行拍摄；

移动单元，使所述拍摄光学系统和所述二维拍摄元件，相对所述拍摄对象物沿着与所述拍摄光学系统的光轴正交的方向一体地相对移动；

照明单元，从隔着由所述保持单元保持的所述试样容器与所述拍摄光学系统相反的一侧对所述拍摄对象物进行照明；以及

控制单元，控制所述二维拍摄元件、所述移动单元及所述照明单元；

所述照明单元具有多个照明光学系统，多个所述照明光学系统的出射光瞳位置互不相同但朝向所述拍摄对象物的出射光互为同轴；

所述控制单元在利用所述移动单元使所述拍摄光学系统和所述二维拍摄元件相对所述拍摄对象物进行相对移动时，所述拍摄光学系统相对所述拍摄对象物的相对位置成为预定的多个拍摄位置中的任一拍摄位置时，从多个所述照明光学系统中选择与所述拍摄位置对应的一个照明光学系统，使光从所选择的所述照明光学系统出射并利用所述二维拍摄元件对所述拍摄对象物进行拍摄。

2.根据权利要求1所述的拍摄装置，其中，

多个所述照明光学系统中的一个照明光学系统构成远心照明，所述远心照明向所述拍摄对象物入射主光线与所述拍摄光学系统的光轴平行的光。

3.根据权利要求2所述的拍摄装置，其中，

多个所述照明光学系统包括从所述照明光学系统看所述出射光瞳位置比所述拍摄对象物位于更近侧的照明光学系统。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的拍摄装置，其中，

从多个所述照明光学系统的出射光与所述拍摄光学系统的光轴构成同轴。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的拍摄装置，其中，

所述试样容器的底面中的拍摄视场比所述试样容器的底面小。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的拍摄装置，其中，

所述保持单元保持所述试样容器大致呈水平姿态，

所述照明单元被配置在由所述保持单元保持的所述试样容器的上方，从上方对所述拍摄对象物进行照明，

所述二维拍摄元件被配置在由所述保持单元保持的所述试样容器的下方，向所述拍摄光学系统入射光进行拍摄，所述光从所述照明单元经由所述液体的液面入射并从所述试样容器的底面出射。

7.一种拍摄方法，将活体试样作为拍摄对象物进行拍摄，所述活体试样与液体共同承载于底面具有透光性的试样容器，其中，

所述拍摄方法包括：

配置工序，配置与所述试样容器相向配置的具有物体侧超心特性的拍摄光学系统和二维拍摄元件，并且在隔着所述试样容器与所述拍摄光学系统相反的一侧配置对所述拍摄对象物进行照明的照明单元，所述二维拍摄元件对由所述拍摄光学系统成像的所述拍摄对象物的像进行拍摄；以及

拍摄工序，使所述拍摄光学系统和所述二维拍摄元件相对所述拍摄对象物进行相对移动，当所述拍摄光学系统相对所述拍摄对象物的相对位置成为预定的多个拍摄位置中的任一拍摄位置时，从所述照明单元出射光并利用所述二维拍摄元件对所述拍摄对象物进行拍摄；

所述照明单元具有多个照明光学系统，多个所述照明光学系统的出射光瞳位置互不相同但朝向所述拍摄对象物的出射光互为同轴；

在所述拍摄工序中，从多个所述照明光学系统中选择与所述拍摄位置对应的一个照明光学系统，使光从所选择的所述照明光学系统出射。