JP2014219623A - 観測システム、観測プログラム及び観測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】観測対象物を自動的に探索することが可能な観測システム、観測プログラム及び観測方法を提供すること
【解決手段】、本技術に係る観測システムは、顕微鏡光学系と、撮像部と、撮像制御部と、検出部と、観測制御部とを具備する。撮像部は、顕微鏡光学系の視野範囲を撮像する。撮像制御部は、撮像部に、視野範囲における観測試料を複数の焦点位置で撮像させ、検出用画像を生成させる。検出部は、検出用画像から、観測試料における観測対象物の三次元位置を検出する。観測制御部は、顕微鏡光学系の視野範囲を三次元位置に合わせる。
【選択図】図１

Description

本技術は、顕微鏡を利用して観測対象物を観測する観測システム、観測プログラム及び観測方法に関する。

細胞等を観測対象物として観測する際、顕微鏡の視野において観測対象物を捉えることが困難である場合がある。特に培養液中に浮遊する浮遊系細胞を観測する場合等には、細胞自身が培養液中で移動し、あるいはステージの移動に伴う振動等によって細胞が移動する。このような場合、ユーザは顕微鏡の視野を参照しながらステージや焦点位置を調整し、所望の観測対象物を探索する必要がある。特に、観測期間が長期にわたる場合には所定時間毎に観測対象物を探索する必要があり、ユーザの負担が大きい。

一方で、画像処理によって観測対象物の移動を追跡（トラッキング）する技術が開発されている。例えば特許文献１には、所定の時間間隔をあけて撮像された、複数の細胞を含む観察画像に対して画像処理を施し、特徴量解析によって得られる細胞の形態的特徴に基づいて、観察画像間の細胞を対応付ける細胞の追跡処理方法が開示されている。

特開２０１２−２００１５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のようなトラッキングにおいては、数分から数十分程度の間隔で観測対象物を観測する必要があり、観測対象物への光毒性によるダメージが懸念される。また、近年では、複数のウェルを備えるウェルプレートにおいて、各ウェルに一つの細胞を収容させるシングルセルソーティングの技術が確立している。各ウェルに複数の細胞が収容されている場合には、各細胞をトラッキングして見分ける必要があるものの、シングルセルソーティングの場合には細胞を見分ける必要はなく、細胞の存在位置さえ把握すれば観測が可能となる。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、観測対象物を自動的に探索することが可能な観測システム、観測プログラム及び観測方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る観測システムは、顕微鏡光学系と、撮像部と、撮像制御部と、検出部と、観測制御部とを具備する。
上記撮像部は、上記顕微鏡光学系の視野範囲を撮像する。
上記撮像制御部は、上記撮像部に、上記視野範囲における観測試料を複数の焦点位置で撮像させ、検出用画像を生成させる。
上記検出部は、上記検出用画像から、上記観測試料における観測対象物の三次元位置を検出する。
上記観測制御部は、上記顕微鏡光学系の視野範囲を上記三次元位置に合わせる。

この構成によれば、撮像制御部が撮像部に撮像させた検出用画像から、検出部が観測対象物の三次元位置を検出する。観測制御部が、検出された三次元位置に顕微鏡光学系の視野範囲を合わせることにより、当該視野範囲が観測対象物に一致する。即ち、観測システムによって、観測対象物が自動的に探索される。観測対象物に一致した視野範囲を利用して、後述のように観測制御部が詳細な観測を実施してもよく、ユーザが詳細な観測を実施してもよい。

上記撮像制御部は、上記顕微鏡光学系の拡大倍率を第１の拡大倍率に設定し、上記撮像部に上記顕微鏡光学系の視野範囲を撮像させ、
上記観測制御部は、上記顕微鏡光学系の拡大倍率を上記第１の拡大倍率より高い第２の拡大倍率に設定し、上記顕微鏡光学系の視野範囲を上記三次元位置に合わせてもよい。

この構成によれば、観測システムは低い拡大倍率（第１の拡大倍率）に設定された顕微鏡光学系を利用して観測試料の広い範囲から検出対象物を検出することができ、高い拡大倍率（第２の拡大倍率）に設定された顕微鏡光学系を利用して、ユーザあるいは観測制御部が観測対象物の詳細な観測を実施することが可能となる。

上記観測制御部は、上記撮像部に、上記三次元位置に合わせられた上記顕微鏡光学系の視野範囲を撮像させてもよい。

この構成によれば、撮像部によって観測対象物に一致した視野範囲が撮像される。顕微鏡光学系の拡大倍率は、撮像制御部が撮像部に検出用画像を撮像させた際の拡大倍率（第１の拡大倍率）より高い第２の拡大倍率に設定されているため、この撮像によって観測対象物の詳細な画像を生成させることが可能となる。

上記観測システムは、上記顕微鏡光学系から入射する紫外光、可視光又は赤外光を分光する紫外・可視・赤外分光部をさらに具備し、
上記観測制御部は、上記紫外・可視・赤外分光部に、上記三次元位置に合わせられた上記顕微鏡光学系の視野範囲をスキャンさせてもよい。

この構成によれば、紫外・可視・赤外分光部によって観測対象物に一致した視野範囲の紫外光分光、可視光分光又は赤外光分光が実行される。これらの分光にはスキャン（ラインスキャン等）が必要であるが、顕微鏡光学系の視野範囲が観測対象物に一致しているため、観測制御部は当該視野範囲をスキャンさせることによって、分光を実現させることが可能となる。

上記観測システムは、上記顕微鏡光学系から入射するラマン散乱光を分光するラマン散乱分光部をさらに具備し、
上記観測制御部は、ラマン散乱光部に、上記三次元位置に合わせられた上記顕微鏡光学系の視野範囲をスキャンさせてもよい。

この構成によれば、ラマン散乱分光部によって観測対象物に一致した視野範囲のラマン散乱分光が実行される。この分光にはスキャン（ラインスキャン等）が必要であるが、顕微鏡光学系の視野範囲が観測対象物に一致しているため、観測制御部は当該視野範囲をスキャンさせることによって、分光を実現させることが可能となる。

上記観測試料は、複数のウェルが設けられたウェルプレートの各ウェルに収容され、
上記観測対象物は、上記ウェルプレートの各ウェルに一つずつ播種された細胞であってもよい。

フローサイトメーターを利用するシングルセルソーティングによって、ウェルプレートの各ウェルに一つずつ細胞を播種することが可能である。各ウェルに細胞が一つずつ播種されている場合、トラッキングによって各細胞を追跡し続ける必要はなく、ウェル内において物質が検出されると、それを細胞とみなすことが可能である。したがって、本技術に係る観測システムは特に、ウェルに細胞が一つずつ播種されているウェルプレートを観測対象とする場合に適している。

上記撮像制御部は、上記検出部によって観測対象物が検出されたウェルを観測対象ウェルとして、観測対象物の三次元位置と共に登録し、上記検出部によって観測対象物が検出されなかったウェルを観測対象ウェルから除外してもよい。

この構成によれば、観測対象物が検出されたウェルが観測対象ウェルとして、三次元位置と共に登録されるため、以降の観測において登録されている三次元位置を検出用画像の撮像に利用することができる。また、観測対象物が検出されなかったウェルは観測対象ウェルから除外されるため、以降の観測を中止し、無駄な観測を防止することが可能となる。

上記撮像制御部は、上記観測対象ウェルについてタイムラプス撮像を行ってもよい。

所定の時間間隔で継続して撮像を行うタイムラプス撮像が行われる場合、前回の観測から得られた観測対象ウェル及び観測対象物の三次元位置を利用することにより、観測対象物の効率的な観測が可能となる。

上記観測システムは、
ウェルプレートに設けられた識別標識からウェルプレートの識別子を読み取る識別子読取部と、
上記識別子読取部から供給された識別子と、過去に観測されたウェルプレートの識別子とを照合し、供給された識別子に対応するウェルプレートの観測データを上記撮像制御部に供給する識別子管理部とをさらに具備してもよい。

この構成によれば、撮像制御部は検出用画像を撮像する際、ウェルプレート毎に過去の観測データを参照することが可能となる。具体的には撮像制御部は、過去の観測において観測対象ウェルから除外されたウェルについては検出用画像の撮像を省略し、あるいは過去の観測において検出された観測対象物の三次元位置の近傍のみを撮像させることが可能となる。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る観測プログラムは、撮像制御部と、検出部と、観測制御部としてコンピュータを機能させる。
上記撮像制御部は、顕微鏡光学系の視野範囲を撮像する撮像部に、上記視野範囲における観測試料を複数の焦点位置で撮像させ、検出用画像を生成させる。
上記検出部は、上記検出用画像から、上記観測試料における観測対象物の三次元位置を検出する。
上記観測制御部は、上記顕微鏡光学系の視野範囲を上記三次元位置に合わせる。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る観測方法は、撮像制御部が、顕微鏡光学系の視野範囲を撮像する撮像部に、上記視野範囲における観測試料を複数の焦点位置で撮像させ、検出用画像を生成させる。
検出部が、上記検出用画像から、上記観測試料における観測対象物の三次元位置を検出する。
観測制御部が、上記顕微鏡光学系の視野範囲を上記三次元位置に合わせる。

以上のように、本技術によれば、観測対象物を自動的に探索することが可能な観測システム、観測プログラム及び観測方法を提供することが可能である。

本技術の実施形態に係る観測システムの構成を示す模式図である。 同観測システムの観測対象となるウェルプレートの模式図である。 同観測システムの動作を示すフローチャートである。 同観測システムの顕微鏡光学系の視野範囲のウェルに対する大きさを示す模式図である。 同観測システムの検出対象画像撮像時の顕微鏡光学系の視野範囲を示す模式図である。 同観測システムの観測時の顕微鏡光学系の視野範囲を示す模式図である。 本技術の実施形態に係る、ウェルプレート識別機能を有する観測システムの構成を示す模式図である。 同観測システムの動作を示すフローチャートである。

［観測システムの構成］
図１は、本実施形態に係る観測システムを示す模式図である。同図に示すように、観測システム１００は、顕微鏡ユニット１１０と制御ユニット１２０から構成されている。制御ユニット１２０は顕微鏡ユニット１１０と一体的に構成されていてもよく、顕微鏡ユニット１１０から独立した情報処理装置であってもよい。

顕微鏡ユニット１１０は、ステージ１１１、顕微鏡光学系１１２、自動焦準機構１１３、光路切替部１１４、撮像部１１５、紫外・可視・赤外分光部１１６、ラマン散乱分光部１１７、透過照明１１８を有する。また、ステージ１１１には、インキュベータＮが載置されている。

ステージ１１１は、インキュベータＮを支持し、インキュベータＮと顕微鏡光学系１１２の相対位置を規定する。ステージ１１１は、モータ等の駆動源によって、水平方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動可能なＸ−Ｙステージであるものとすることができる。またステージ１１１は水平方向に加え、鉛直方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されていてもよい。ステージ１１１は、制御ユニット１２０による制御を受けて、顕微鏡光学系１１２に対する相対位置を移動させるものとすることができる。

インキュベータＮは、観測対象物（細胞等）が収容されるウェルプレートが収納され、培養環境を維持したまま、各種観測が可能に構成されている。図２は、ウェルプレートをＰ示す模式図である。同図に示すように、ウェルプレートＰは複数のウェルＷを有する。各ウェルＷには、観測対象物Ｃを含む観測試料Ｌが収容されている。観測対象物Ｃは、シングルセルソーティングによって各ウェルＷに一つずつ播種された細胞であるものとすることができ、観測試料Ｌは細胞の培養液であるものとすることができる。

顕微鏡光学系１１２は、対物レンズ等の各種レンズや絞り等を備え、観測試料を透過した、あるいは観測試料において生じた光（紫外線及び赤外線を含む）を拡大し、光路切替部１１４に入射させる。顕微鏡光学系１１２は、後述する第１の拡大倍率や第２の拡大倍率等、複数の拡大倍率に変更できるものが好適である。

自動焦準機構１１３は、顕微鏡光学系１１２の焦点位置を調整する。具体的には自動焦準機構１１３は、制御ユニット１２０による制御を受けて対物レンズとステージ１１１の距離や各種レンズの間隔を調整し、顕微鏡光学系１１２の焦点をＺ方向に移動させる。自動焦準機構１１３は、Ｚ−Ｓｔａｃｋ画像（焦点をＺ方向に移動させながら撮像された画像）の撮像が可能となるように顕微鏡光学系１１２の焦点を移動可能なものが好適である。

光路切替部１１４は、顕微鏡光学系１１２からの出射光を撮像部１１５、紫外・可視・赤外分光部１１６及びラマン散乱分光部１１７のそれぞれの方向に、所定の割合で振り分ける。また、光路切替部１１４は、撮像部１１５、紫外・可視・赤外分光部１１６及びラマン散乱分光部１１７のうち観測対象物の観測に用いられるいずれか一つあるいは二つ以上の方向に所定の割合で入射光を振り分けるものとすることもできる。また、光路切替部１１４は、ラマン散乱分光部１１７から出射されたラマン散乱観測用の励起光を顕微鏡光学系１１２に入射させる。

撮像部１１５は、顕微鏡光学系１１２による観測試料の顕微鏡像を撮像する。撮像部１１５は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の撮像素子を備え、観測試料の画像を撮像可能に構成されている。撮像部１１５は、顕微鏡光学系１１２や透過照明１１８等の構成に応じて、観測試料の明視野像、暗視野像、位相差像、蛍光像、偏光顕微鏡像等の全部または少なくともいずれかを撮像するものとすることができる。

紫外・可視・赤外分光部１１６は、観測試料を透過した紫外光、可視光、又は赤外光を分光する。透過照明１１８から出射された紫外、可視または赤外光は、観測試料を透過し、顕微鏡光学系１１２によって所定倍率に拡大され、光路切替部１１４によって紫外・可視・赤外分光部１１６に導かれる。紫外・可視・赤外分光部１１６は入射した紫外光、可視光または赤外光から、観測試料の紫外、可視または赤外領域における２次元分光画像を生成し、その２次元分光画像から紫外光、可視光又は赤外光の吸収スペクトル（紫外・可視・赤外分光スペクトル）を生成するものとすることができる。紫外・可視・赤外分光スペクトルは、観測試料を透過した紫外光、可視光または赤外光の波長に対する吸光度のプロットであり、観測試料の特性（分子構造や化学的状態）の情報を含んでいる。

なお、紫外・可視・赤外分光部１１６は、紫外、可視または赤外領域の少なくともいずれかにおいて吸収スペクトルが取得できるものであればよく、紫外、可視または赤外領域の全領域にておいて吸収スペクトルが取得できるものであってもよい。また、紫外・可視・赤外分光部１１６は、観測試料に予め蛍光標識を施しておくことにより、蛍光の紫外・可視・赤外分光スペクトルを取得するものとすることも可能である。

ラマン散乱分光部１１７は、観測試料において生じたラマン散乱を分光する。具体的にはラマン散乱分光部１１７は、特定の波長を有する励起光（レーザ光）を顕微鏡光学系１１２を介して観測試料に照射する。それによって観測試料から放出されたラマン散乱光は顕微鏡光学系１１２を介してラマン散乱分光部１１７に導かれる。

ラマン散乱分光部１１７は、入射したラマン散乱光から、観測試料によるラマン散乱の２次元分光画像を生成し、その２次元分光画像からラマン散乱のスペクトル（ラマンスペクトル）を生成するものとすることができる。ラマン散乱光の波長遷移（ラマンシフト）は、観測試料の特性（分子構造や結晶構造）によって異なり、即ち、ラマンスペクトルは観測試料の特性の情報を含んでいる。

透過照明１１８は、観測試料に対して照明光を照射する。上述のように、撮像部１１５は、明視野像、暗視野像、位相差像、蛍光像、偏光顕微鏡像等の全部または少なくともいずれかを撮像可能に構成されており、透過照明１１８はそれに応じた照明を観測試料に照射できるように構成されている。また、透過照明１１８は上述のように紫外光、可視光、赤外光等を観測試料に照射できるように構成されている。

［制御ユニットの構成及び動作］
制御ユニット１２０は、顕微鏡ユニット１１０の各部を制御する。図３は制御ユニット１２０の動作を示すフローチャートである。図１に示すように制御ユニット１２０は、撮像制御部１２１、検出部１２２及び観測制御部１２３を有する。

撮像制御部１２１は、撮像部１１５に観測試料を複数の焦点位置で撮像させ、検出用画像を生成させる（Ｓｔ１０１）。具体的には、撮像制御部１２１は、撮像部１１５、自動焦準機構１１３及びステージ１１１等を制御し、顕微鏡光学系１１２の視野範囲を特定のウェル内に合わせ、顕微鏡光学系１１２の拡大倍率を所定の倍率（第１の拡大倍率とする）に設定する。

ここで、顕微鏡光学系１１２の視野範囲は、撮像部１１５のイメージャのサイズと顕微鏡光学系１１２の拡大倍率（第１の拡大倍率）によって決定される。図４は、ウェルＷと顕微鏡光学系１１２の視野範囲Ｓの大きさの一例を示す模式図である。例えば、撮像部１１５に２／３インチ(８．８ｍｍ×６．６ｍｍ）のＣＣＤイメージジセンサが搭載され、顕微鏡光学系１１２の拡大倍率が４倍だった場合、視野範囲Ｓは２．２ｍｍ×１．６５ｍｍとなる。ここで、ウェルプレートＰが９６ウェルマイクロプレートの場合には、底面の内径がφ６．４ｍｍ程度であるため、視野範囲ＳはウェルＷの広さに対して小さいものとなる。図５は、このときの視野範囲Ｓにおける観測対象物Ｒ（細胞等）を示す模式図である。

撮像制御部１２１は、自動焦準機構１１３によって顕微鏡光学系１１２の焦点位置をＺ方向に移動させながら、撮像部１１５に観測試料を撮像させ、視野範囲の観測試料のＺ−Ｓｔａｃｋ画像を生成させる。なお、撮像制御部１２１は、ステージ１１１を移動させることによって観測試料を複数の焦点位置で撮撮像させてもよい。以下、Ｚ−Ｓｔａｃｋ画像等の観測試料が複数の焦点位置で撮像された画像を検出用画像とする。

撮像制御部１２１は、顕微鏡光学系１１２の視野範囲がウェルの広さより小さい場合、一つの視野範囲について検出用画像を撮像した後、ウェルＷにおいて未だ撮像されていない領域に視野範囲Ｓを移動させ、検出用画像を撮像させるものとすることができる。このようにして、撮像制御部１２１は、ウェルの全領域について検出用画像を撮像させるものとすることができる。

なお、フローサイトメーターのソーティングの精度が高い場合等、観測対象物の位置がばらつかない場合、必ずしもウェルの全領域が撮像される必要はなく、ウェルの中心の１視野のみの撮像で十分であることもある。このような場合、撮像制御部１２１は、ウェルの中心の１視野のみを撮像させ、検出用画像を生成させる。

このように、撮像制御部１２１は、ウェルの広さに対して検出用画像を取得した視野範囲が十分ではない場合（Ｓｔ１０２：Ｎｏ）、視野範囲を未だ撮像がなされていない領域に移動させ、撮像部１１５に再度、検出用画像を撮像させる（Ｓｔ１０１）。一方、撮像制御部１２１は、ウェルの広さに対して検出用画像を取得した視野範囲が十分である場合（Ｓｔ１０２：Ｙｅｓ）、撮像部１１５から取得した検出用画像を、検出部１２２に供給する。

検出部１２２は、検出用画像を解析する（Ｓｔ１０３）。具体的には、検出部１２２は、エッジフィルタによる輪郭抽出やパターンマッチングを利用して検出対象画像を解析し、観測対象物を検出する。なお、検出部１２２は、ひとつのウェルにおいて複数の視野範囲に対して検出用画像が撮像されている場合、各検出用画像を解析する。

上述のようにシングルセルソーティング等によって、各ウェルに一つの観測対象物のみが収容されている場合、検出部１２２は、各ウェルについて一つの観測対象物を検出するか、又は観測対象物を検出しないかのいずれかである。検出部１２２は、検出用画像から観測対象物を検出する（Ｓｔ１０４：Ｙｅｓ）と、検出した観測対象物の三次元位置（以下、観測対象位置）を観測制御部１２３に供給する。

また、検出部１２２は、観測対象位置を撮像制御部１２１に通知し、撮像制御部１２１は、観測対象位置を、検出されたウェル（以下、観測対象ウェル）と共に登録する（Ｓｔ１０５）。一方で検出部１２２は、検出用画像から観測対象物を検出しなかった場合（Ｓｔ１０４：Ｎｏ）、当該検出用画像が撮像されたウェルを撮像制御部１２１に通知する。撮像制御部１２１は、これにより当該ウェルを観測対象ウェルから除外する。（Ｓｔ１０６）

観測制御部１２３は、撮像部１１５、紫外・可視・赤外分光部１１６又はラマン散乱分光部１１７に、検出部１２２から供給された観測対象位置に基づいて観測試料を観測させる（Ｓｔ１０７）。具体的には観測制御部１２３は、顕微鏡光学系１１２の拡大倍率を、検出用画像を撮像した際の第１の拡大倍率よりも高い第２の拡大倍率に設定し、観測対象位置が顕微鏡光学系１１２の視野範囲の中心となるように顕微鏡光学系１１２を調整する。これにより、高倍率で拡大された顕微鏡光学系１１２の視野範囲が観測対象物に合わせられる。図６は、このときの視野範囲Ｓにおける観測対象物Ｒを示す模式図である。

撮像部１１５を利用して観測対象物を観測する場合には、観測制御部１２３は、光路切替部１１４を制御して光路を撮像部１１５に向けて切り替える。観測制御部１２３は顕微鏡光学系１１２の拡大倍率を上げて被写界深度を浅くし、高倍率で顕微鏡画像を撮像させることができる。また、観測制御部１２３は、コントラスト検出方式によるオートフォーカスを行う等して、より精度の高いＺ位置を解析した後、高倍率で詳しく観測対象物の形態観測を実行してもよい。

また、観測制御部１２３は、光路切替部１１４を制御して光路を紫外・可視・赤外分光部１１６に向けて切り替え、紫外・可視・赤外分光部１１６を制御して視野範囲をスキャンさせ、赤外吸収スペクトルを生成させることができる。さらに観測制御部１２３は、光路切替部１１４を制御して光路をラマン散乱分光部１１７に向けて切り替え、ラマン散乱分光部１１７を制御して視野範囲をスキャンさせ、ラマン散乱スペクトルを生成させることができる。

なお、観測制御部１２３は、第２の拡大倍率に設定した顕微鏡光学系１１２の視野範囲を観測対象物に合わせるのみであってもよい。これによりユーザは、観測対象物に合わせられた視野範囲を利用して、撮像部１１５、紫外・可視・赤外分光部１１６又はラマン散乱分光部１１７による観測対象物の観測が可能となる。

撮像制御部１２１は、ウェルプレートＰにおいて探索（検出用画像の撮像以降のステップ）を実施していないウェルが存在する場合（Ｓｔ１０８：Ｙｅｓ）、顕微鏡光学系１１２の視野範囲を当該ウェルに移動させ（Ｓｔ１０９）、上記各ステップを実行する。一方、撮像制御部１２１は、観測を実施してないウェルが存在しない場合（Ｓｔ１０８：Ｎｏ）、動作を終了する。

所定時間間隔で観測対象物を観測（タイムラプス観測）を行う場合、撮像制御部１２１が再び各ウェルについて検出用画像を撮像させ、検出部１２２による観測対象物の検出と観測制御部１２３による観測が実行される。ここで、上述のように観測対象物が検出されなかったウェルは観測対象ウェルから除外されているため、撮像制御部１２１が観測対象物が存在しないウェルを無駄に撮像することが防止される。

さらに撮像制御部１２１は、ウェルの広さに対して顕微鏡光学系１１２の視野が狭い場合や、自動焦準機構１１３のストロークが短い場合には、２回目以降の撮像において、以前登録された観測対象位置（Ｓｔ１０５参照）を中心に検出用画像を撮像させることにより、１ウェルに対して行う撮像回数を削減することが可能である。

以上のように、観測システムにおいては、撮像制御部１２１が検出用画像を撮像し、検出部１２２が検出用画像から観測対象物を検出することによって、観測制御部１２３による観測対象物の観測が可能となる。これにより、ユーザが観測試料における観測対象物を探索する必要がなく、効率的な観測が可能となる。加えて観測システムにおいては、従来のトラッキング技術のような長時間の光照射が必要ではなく、観測対象物に対する光毒性を防止することが可能である。

［ウェルプレートの自動識別について］
上述のように、インキュベータＮ（図１参照）にはウェルプレートが収容されており、観測対象物（細胞等）を培養しながら観測することができる。しかしながら、タイムラプス観察の場合等、観測時間が長時間に及ぶ場合にはひとつのウェルプレートが観測システムを占有していまい、観測システムを他の観測に利用することができない。このため、タイムラプス観測の１回の観測が終了した段階で、ウェルプレートを他のインキュベータに移してもよい。

このようなウェルプレートが複数存在する場合、ウェルプレートを識別する必要があるが、次のようにして観測システムが自動的にウェルプレートを識別できると好適である。なお、各ウェルプレートには予めバーコードやユーザの手書きによるマーカー等のウェルプレートの識別子を含む識別標識が設けられているものとする。

図７は、ウェルプレートの識別機能を有する観測システムの模式図である。この観測システム１００においては、顕微鏡ユニット１１０はさらに識別子読取部１１９を備え、制御ユニット１２０はさらに識別子管理部１２４を有する。

識別子読取部１１９は、ウェルプレートに設けられた識別標識から識別子を読み取る。識別子読取部１１９はカメラやバーコードリーダであり、識別子を読み取ることが可能なものであれば特に限定されない。識別子読取部１１９は、読み取った識別子を識別子管理部１２４に供給する。

図９は、ウェルプレートの識別機能を有する観測システムの動作を示すフローチャートである。インキュベータにウェルプレートがセットされる（Ｓｔ２０１）と、ステージ１１１が駆動され、ウェルプレートがインキュベータと共に識別子読み取りエリアに移動される。識別子読取部１１９は、ウェルプレートの識別子を読み取り（Ｓｔ２０２）、識別子管理部１２４に供給する。

識別子管理部１２４は、識別子読取部１１９から供給された識別子を過去に観測したウェルプレートの識別子と照合する（Ｓｔ２０３）。識別子管理部１２４は、供給された識別子が、過去に観測したウェルプレートの識別子と一致する場合（Ｓｔ２０４：Ｙｅｓ）には、過去に観測したウェルプレートの観測データを読み出す（Ｓｔ２０５）。過去に観測したウェルプレートの観測データは、過去の観測において、検出部１２２によって観測対象物が検出された観測対象ウェルや観測対象位置（Ｓｔ１０５参照）である。識別子管理部１２４は、読み出した観測データを撮像制御部１２１に供給する。

これにより、撮像制御部１２１は、撮像部１１５に検出用画像を撮像させる（Ｓｔ１０１）際、観測対象物が存在しないウェルを撮像対象から除外することができ、さらに、以前の観測で検出された観測対象位置を中心に検出用画像を撮像させることができる。

識別子管理部１２４は、識別子読取部１１９から供給された識別子が過去に観測したウェルプレートの識別子と一致しない場合（Ｓｔ２０４：Ｎｏ）には、抽出した識別子を新たなウェルプレートとして登録する（Ｓｔ２０６）。これにより、以降の観測において当該ウェルプレートを観測する際、撮像制御部１２１は今回の観測データを利用することが可能となる。

このように、観測システムがウェルプレートの識別機能を有する場合、観測システムはウェルプレート毎に過去の観測データを観測に利用することが可能となる。これにより観測システムは、観測が必要ではないウェルを観測対象から除外したり、以前の観測において検出された観測対象物の三次元位置に基づいて撮像範囲を設定することができ、効率的な観測が可能となる。

なお、識別子の読み取りは、必ずしも識別子読取部１１９によってなされるものでなくてもよい。撮像部１１５が顕微鏡光学系１１２を介して撮像した顕微鏡撮像画像から識別子を読み取ることも可能である。例えば、顕微鏡光学系１１２の拡大倍率が４倍だった場合、視野範囲Ｓは２．２ｍｍ×１．６５ｍｍの大きさとなるので、この大きさ以下の識別標識であれば、顕微鏡撮像画像から読み取ることが可能である。また、顕微鏡光学系１１２の拡大倍率が２倍であれば、４．４ｍｍ×３．３ｍｍ以下の識別標識を読み取ることが可能である。即ち、識別標識の大きさによっては、識別子管理部１１９が設けられない構成（図１に示す構成）であっても、識別子の読み取りが可能である。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。

（１）
顕微鏡光学系と、
上記顕微鏡光学系の視野範囲を撮像する撮像部と、
上記撮像部に、上記視野範囲における観測試料を複数の焦点位置で撮像させ、検出用画像を生成させる撮像制御部と、
上記検出用画像から、上記観測試料における観測対象物の三次元位置を検出する検出部と、
上記顕微鏡光学系の視野範囲を上記三次元位置に合わせる観測制御部と
を具備する観測システム。

（２）
上記（１）に記載の観測システムであって、
上記撮像制御部は、上記顕微鏡光学系の拡大倍率を第１の拡大倍率に設定し、上記撮像部に上記顕微鏡光学系の視野範囲を撮像させ、
上記観測制御部は、上記顕微鏡光学系の拡大倍率を上記第１の拡大倍率より高い第２の拡大倍率に設定し、上記顕微鏡光学系の視野範囲を上記三次元位置に合わせる
観測システム。

（３）
上記（１）又は（２）に記載の観測システムであって、
上記観測制御部は、上記撮像部に、上記三次元位置に合わせられた上記顕微鏡光学系の視野範囲を撮像させる
観測システム。

（４）
上記（１）から（３）のいずれか一つに記載の観測システムであって、
上記顕微鏡光学系から入射する紫外光、可視光又は赤外光を分光する紫外・可視・赤外分光部をさらに具備し、
上記観測制御部は、上記紫外・可視・赤外分光部に、上記三次元位置に合わせられた上記顕微鏡光学系の視野範囲をスキャンさせる
観測システム。

（５）
上記（１）から（４）のいずれか一つに記載の観測システムであって、
上記顕微鏡光学系から入射するラマン散乱光を分光するラマン散乱分光部をさらに具備し、
上記観測制御部は、ラマン散乱光部に、上記三次元位置に合わせられた上記顕微鏡光学系の視野範囲をスキャンさせる
観測システム。

（６）
上記（１）から（５）のいずれか一つに記載の観測システムであって、
上記観測試料は、複数のウェルが設けられたウェルプレートの各ウェルに収容され、
上記観測対象物は、上記ウェルプレートの各ウェルに一つずつ播種された細胞である
観測システム。

（７）
上記（１）から（６）のいずれか一つに記載の観測システムであって、
上記撮像制御部は、上記検出部によって観測対象物が検出されたウェルを観測対象ウェルとして、観測対象物の三次元位置と共に登録し、上記検出部によって観測対象物が検出されなかったウェルを観測対象ウェルから除外する
観測システム。

（８）
上記（１）から（７）のいずれか一つに記載の観測システムであって、
上記撮像制御部は、上記観測対象ウェルについてタイムラプス撮像を行う
観測システム。

（９）
上記（１）から（８）のいずれか一つに記載の観測システムであって、
ウェルプレートに設けられた識別標識からウェルプレートの識別子を読み取る識別子読取部と、
上記識別子読取部から供給された識別子と、過去に観測されたウェルプレートの識別子とを照合し、供給された識別子に対応するウェルプレートの観測データを上記撮像制御部に供給する識別子管理部と
をさらに具備する観測システム。

（１０）
顕微鏡光学系の視野範囲を撮像する撮像部に、上記視野範囲における観測試料を複数の焦点位置で撮像させ、検出用画像を生成させる撮像制御部と、
上記検出用画像から、上記観測試料における観測対象物の三次元位置を検出する検出部と、
上記顕微鏡光学系の視野範囲を上記三次元位置に合わせる観測制御部と
としてコンピュータを機能させる観測プログラム。

（１１）
撮像制御部が、顕微鏡光学系の視野範囲を撮像する撮像部に、上記視野範囲における観測試料を複数の焦点位置で撮像させ、検出用画像を生成させ、
検出部が、上記検出用画像から、上記観測試料における観測対象物の三次元位置を検出し、
観測制御部が、上記顕微鏡光学系の視野範囲を上記三次元位置に合わせる
観測方法。

１１２…顕微鏡光学系
１１５…撮像部
１１６…紫外・可視・赤外分光部
１１７…ラマン散乱分光部
１１９…識別子読取部
１２１…撮像制御部
１２２…検出部
１２３…観測制御部
１２４…識別子管理部

Claims (11)

1. 顕微鏡光学系と、
   前記顕微鏡光学系の視野範囲を撮像する撮像部と、
   前記撮像部に、前記視野範囲における観測試料を複数の焦点位置で撮像させ、検出用画像を生成させる撮像制御部と、
   前記検出用画像から、前記観測試料における観測対象物の三次元位置を検出する検出部と、
   前記顕微鏡光学系の視野範囲を前記三次元位置に合わせる観測制御部と
   を具備する観測システム。
2. 請求項１に記載の観測システムであって、
   前記撮像制御部は、前記顕微鏡光学系の拡大倍率を第１の拡大倍率に設定し、前記撮像部に前記顕微鏡光学系の視野範囲を撮像させ、
   前記観測制御部は、前記顕微鏡光学系の拡大倍率を前記第１の拡大倍率より高い第２の拡大倍率に設定し、前記顕微鏡光学系の視野範囲を前記三次元位置に合わせる
   観測システム。
3. 請求項２に記載の観測システムであって、
   前記観測制御部は、前記撮像部に、前記三次元位置に合わせられた前記顕微鏡光学系の視野範囲を撮像させる
   観測システム。
4. 請求項２に記載の観測システムであって、
   前記顕微鏡光学系から入射する紫外光、可視光又は赤外光を分光する紫外・可視・赤外分光部をさらに具備し、
   前記観測制御部は、前記紫外・可視・赤外分光部に、前記三次元位置に合わせられた前記顕微鏡光学系の視野範囲をスキャンさせる
   観測システム。
5. 請求項２に記載の観測システムであって、
   前記顕微鏡光学系から入射するラマン散乱光を分光するラマン散乱分光部をさらに具備し、
   前記観測制御部は、ラマン散乱光部に、前記三次元位置に合わせられた前記顕微鏡光学系の視野範囲をスキャンさせる
   観測システム。
6. 請求項１に記載の観測システムであって、
   前記観測試料は、複数のウェルが設けられたウェルプレートの各ウェルに収容され、
   前記観測対象物は、前記ウェルプレートの各ウェルに一つずつ播種された細胞である
   観測システム。
7. 請求項６に記載の観測システムであって、
   前記撮像制御部は、前記検出部によって観測対象物が検出されたウェルを観測対象ウェルとして、観測対象物の三次元位置と共に登録し、前記検出部によって観測対象物が検出されなかったウェルを観測対象ウェルから除外する
   観測システム。
8. 請求項７に記載の観測システムであって、
   前記撮像制御部は、前記観測対象ウェルについてタイムラプス撮像を行う
   観測システム。
9. 請求項８に記載の観測システムであって、
   ウェルプレートに設けられた識別標識からウェルプレートの識別子を読み取る識別子読取部と、
   前記識別子読取部から供給された識別子と、過去に観測されたウェルプレートの識別子とを照合し、供給された識別子に対応するウェルプレートの観測データを前記撮像制御部に供給する識別子管理部と
   をさらに具備する観測システム。
10. 顕微鏡光学系の視野範囲を撮像する撮像部に、前記視野範囲における観測試料を複数の焦点位置で撮像させ、検出用画像を生成させる撮像制御部と、
    前記検出用画像から、前記観測試料における観測対象物の三次元位置を検出する検出部と、
    前記顕微鏡光学系の視野範囲を前記三次元位置に合わせる観測制御部と
    としてコンピュータを機能させる観測プログラム。
11. 撮像制御部が、顕微鏡光学系の視野範囲を撮像する撮像部に、前記視野範囲における観測試料を複数の焦点位置で撮像させ、検出用画像を生成させ、
    検出部が、前記検出用画像から、前記観測試料における観測対象物の三次元位置を検出し、
    観測制御部が、前記顕微鏡光学系の視野範囲を前記三次元位置に合わせる
    観測方法。