JP2017015856A - 位相差顕微鏡および撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メニスカスに起因する照明光の屈折の影響を自動的かつ高速に調整することができる位相差顕微鏡および撮像方法を提供する。
【解決手段】培養液Ｃおよび観察対象Ｓが収容された培養容器６０に対して予め設定されたパターンを有するパターン光を照射し、パターン光の照射によって培養容器６０内の培養液Ｃを透過した透過光を検出し、その検出した透過光に基づく検出信号に基づいて、培養容器６０内の培養液Ｃの液面形状に起因する光の屈折を調整する調整光学系２０の光学特性を調整し、その調整の後、培養容器６０に対して位相差計測のための照明光を照射し、照明光を照射した観察対象Ｓを撮像する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体中の観察対象を位相差計測する位相差顕微鏡および撮像方法に関するものである。

近年、幹細胞などの培養された透明な細胞を非染色に観察する方法として位相差計測が広く使われ始めている。そして、このような位相差計測を行うものとして位相差顕微鏡が使用されている。

一般的な位相差顕微鏡においては、リング状の照明光が観察対象に照射され、観察対象を通過した直接光と回折光が位相板に入射される。そして、直接光は位相板のリング部分によって減光され、回折光は位相板の透明な部分を通過し、この直接光と回折光とが結像されることによって明暗のコントラストのついた像を撮像することができる。

ここで、たとえば位相差顕微鏡によって培養液中の細胞などを観察する場合、培養液の表面張力の影響によって培養液の液面にメニスカスが形成される。そして、このメニスカスのレンズ作用によってリング状の照明光の光軸がシフトし、位相板に入射される直接光と回折光とに影響を及ぼして明瞭な位相差像が得られない問題がある。

図１０は、従来の位相差顕微鏡を用いて培養液中の細胞を撮像した画像の一例を示すものである。図１０Ｉは全体像であり、図１０IIは、図１０Ｉに示す全体像の一部を拡大した像である。図１０に示すように、メニスカスの影響によって画像の中央にアーチファクトを生じ、細胞像のコントラストも低いことが分かる。

一方、図１１は、従来の位相差顕微鏡を用いて培養液がない状態で細胞を撮像した画像の一例を示すものである。図１１Ｉは全体像であり、図１１IIは、図１１Ｉに示す全体像の一部を拡大した像である。図１１に示すように、培養液が存在しない場合、高コントラストな細胞像を得ることができるが、培養液がない状態では細胞の培養を継続することができない。

上述したような培養液のメニスカスの影響を抑制するため、種々の方法が提案されている。たとえば、特許文献１においては、対物レンズの瞳位置のリング状の位相膜の形状と、光学素子によって形成されるリング状の照明光の形状とを瞳像検出器によって検出し、その検出された座標データに基づいて、光学素子のリング状開口の形状を制御することが提案されている。

また、特許文献２においては、メニスカスの影響ではないが、培養容器の底面の湾曲や培養容器の傾斜によって照明光の光軸がずれることを考慮し、照明光の光軸ずれを検出し、その光軸ずれに応じて位相板を移動させることが提案されている。

また、特許文献３においては、メニスカスの影響を抑制するため、ユーザがスリット板または位相板を移動させ、その位置を記録しておくことが提案されている。

特開２０１０−２７１５３７号公報 特開２００７−２９３２６７号公報 特開２００９−１２２３５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、位相膜の形状とリング状の照明光の形状とを画像として検出し、これらの座標データに基づいて光学素子を制御しており、リング状の画像の変形は単純ではないため、光学素子の制御信号を演算するために時間を要する。

また、特許文献２に記載の方法は、上述したように、培養容器の底面の湾曲や培養容器の傾斜による照明光の光軸ずれを調整するものであり、培養液のメニスカスの影響を抑制する具体的な方法は提案されていない。

また、特許文献３では、メニスカスの影響を抑制するため、ユーザがスリット板または位相板を移動させることが開示されているが、自動的かつ高速にメニスカスに起因する照明光の屈折の影響を取り除く方法については、何も提案されていない。

本発明は、上記の問題に鑑み、メニスカスに起因する照明光の屈折の影響を自動的かつ高速に調整することができる位相差顕微鏡および撮像方法を提供することを目的とする。

本発明の位相差顕微鏡は、液体および観察対象が収容された容器に対して位相差計測のための照明光を照射する位相差計測用照明光照射部と、照明光を照射した観察対象を撮像する撮像部と、容器内の液体の液面形状に起因する照明光の屈折を調整する調整光学系と、容器に対して予め設定されたパターンを有するパターン光を照射するパターン光照射部と、パターン光の照射によって容器内の液体を透過した透過光を検出する透過光検出部と、透過光検出部によって検出された透過光に基づく検出信号に基づいて、調整光学系の光学特性を調整する調整光学系制御部とを備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の位相差顕微鏡において、照明光の照射による観察対象の像を撮像部に結像し、オートフォーカス制御される結像光学系と、パターン光の照射によって容器の底面を反射したパターン光の反射光を検出する反射光検出部と、反射光検出部によって検出された反射光に基づく検出信号に基づいて、結像光学系をオートフォーカス制御する結像光学系制御部とを備えることができる。

また、上記本発明の位相差顕微鏡において、調整光学系制御部は、透過光に基づく検出信号の均一性およびコントラストの少なくとも１つの評価結果に基づいて、調整光学系の光学特性を調整することができる。

また、上記本発明の位相差顕微鏡において、照明光の照射によって容器内の液体の液面を反射した照明光の反射光の透過光検出部への入射を抑制するフィルタ部を備えることができる。

また、上記本発明の位相差顕微鏡において、フィルタ部は、照明光の波長に応じて分光特性を変更可能とできる。

また、上記本発明の位相差顕微鏡において、パターン光は、縞状のパターンを有することが望ましい。

また、上記本発明の位相差顕微鏡において、調整光学系制御部は、結像光学系制御部によるオートフォーカス制御の後に、調整光学系の光学特性を調整することができる。

また、上記本発明の位相差顕微鏡において、調整光学系は、屈折力を調整可能な光学素子を有することができる。

また、上記本発明の位相差顕微鏡において、光学素子は、照明光の入射面および出射面のうちの少なくとも一方に曲率を有することが好ましい。

また、上記本発明の位相差顕微鏡において、光学素子は、上記曲率を調整可能であることが好ましい。

また、上記本発明の位相差顕微鏡において、調整光学系制御部は、調整光学系の調整条件を取得し、その調整条件に基づいて調整光学系の光学特性の調整を行うことができる。

また、上記本発明の位相差顕微鏡において、調整条件は、観察対象の画像を結像する結像光学系の光学倍率、容器の種類、観察対象の種類、観察対象の数、液体の種類、液体の量、環境温度、環境湿度、容器内の撮像位置および容器内の撮像領域の大きさの少なくとも１つに基づいて決定することができる。

また、上記本発明の位相差顕微鏡において、位相差計測用照明光照射部は、光源およびその光源から出射された光を通過させるスリットが設けられたスリット板を有し、そのスリット板を通過した光を照明光として観察対象に照射することができる。

本発明の撮像方法は、液体および観察対象が収容された容器に対して予め設定されたパターンを有するパターン光を照射し、パターン光の照射によって容器内の液体を透過した透過光を検出し、その検出した透過光に基づく検出信号に基づいて、容器内の液体の液面形状に起因する光の屈折を調整する調整光学系の光学特性を調整し、その調整の後、容器に対して位相差計測のための照明光を照射し、照明光を照射した観察対象を撮像することを特徴とする。

本発明の位相差顕微鏡および撮像方法によれば、液体および観察対象が収容された容器に対して予め設定されたパターンを有するパターン光を照射し、パターン光の照射によって容器内の液体を透過した透過光を検出する。そして、その検出した透過光に基づく検出信号に基づいて、容器内の液体の液面形状に起因する光の屈折を調整する調整光学系の光学特性を調整するようにしたので、容器に照射される位相差計測のための照明光の屈折の影響を自動的に調整することができる。さらに、上述したリング状の画像の座標データの演算処理を行う場合と比較すると、パターン光の検出信号に基づく演算処理の方が演算負荷を軽くすることができるので、上記照明光の屈折の影響を高速に調整することができる。

そして、調整光学系の光学特性が調整された後、容器に対して位相差計測のための照明光を照射し、照明光を照射した観察対象を撮像するようにしたので、メニスカスに起因するアーチファクトが抑制された高コントラストな位相差画像を撮像することができる。

本発明の位相差顕微鏡の一実施形態を用いた顕微鏡システムの概略構成を示す図 スリット板の構成の一例を示す図 調整用光学素子の位置、光軸の回転および屈折力の調整を模式的に示す図 位相板の構成の一例を示す図 パターン光の透過光の検出信号を模式的に示す図 本発明の位相差顕微鏡の一実施形態を用いた顕微鏡システムの作用を説明するためのフローチャート 調整光学系を複数のレンズから構成する場合の各レンズの模式図 本発明の位相差顕微鏡の別の実施形態を用いた顕微鏡システムの概略構成を示す図 本発明の位相差顕微鏡の別の実施形態を用いた顕微鏡システムの作用を説明するためのフローチャート 培養液中の細胞を従来の位相差顕微鏡で撮像した画像の一例を示す図 培養液がない状態で細胞を従来の位相差顕微鏡で撮像した画像の一例を示す図

以下、本発明の位相差顕微鏡および撮像方法の一実施形態を用いた顕微鏡システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の顕微鏡システムの概略構成を示す図である。

本実施形態の顕微鏡システムは、図１に示すように、位相差計測用照明光照射部１０と、調整光学系２０と、結像光学系３０と、撮像部４０と、パターン光照射部７０と、反射光検出部７５と、透過光検出部８０と、顕微鏡制御装置５０と、表示装置９０と、入力装置９５とを備えている。

本実施形態の顕微鏡システムにおいては、調整光学系２０と結像光学系３０との間に、ステージ６１が設けられており、このステージ６１上に、液体である培養液Ｃおよび観察対象Ｓが収容された培養容器６０が設置される。そして、本実施形態の顕微鏡システムは、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向にステージ６１を移動させるステージ駆動部６２を備えている。Ｘ方向およびＹ方向は、観察対象設置面Ｐに並行な面上において互いに直交する方向であり、Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向である。

本実施形態の顕微鏡システムにおいては、上述した位相差計測用照明光照射部１０、調整光学系２０、結像光学系３０、撮像部４０、パターン光照射部７０、反射光検出部７５、透過光検出部８０、ステージ６１およびステージ駆動部６２から位相差顕微鏡本体が構成され、顕微鏡制御装置５０は、この位相差顕微鏡本体を制御するものである。以下、位相差顕微鏡本体の具体的な構成を説明する。

位相差計測用照明光照射部１０は、培養容器６０内に収容された観察対象Ｓに対して、いわゆる位相差計測のための照明光を照射するものであり、本実施形態では、その位相差計測用照明光としてリング状照明光を照射する。具体的には、本実施形態の位相差計測用照明光照射部１０は、位相差計測用の白色光を出射する位相差計測用白色光源１１と、リング形状のスリットを有し、位相差計測用白色光源１１から出射された位相差計測用白色光が入射されてリング状照明光を出射するスリット板１２と、スリット板１２から射出されたリング状照明光が入射され、その入射されたリング状照明光を観察対象Ｓに対して照射するコンデンサレンズ１３とを備えている。

図２は、スリット板１２の具体的な構成を示す図である。図２に示すように、スリット板１２は、位相差計測用白色光源１１から出射された位相差計測用白色光を遮光する遮光板１２ｂに対して位相差計測用白色光を透過するリング形状のスリット１２ａが設けられたものであり、位相差計測用白色光がスリット１２ａを通過することによってリング状照明光が形成される。

なお、本実施形態においては、上述したようにスリット板１２を用いてリング状照明光を形成するようにしたが、リング状照明光を形成する方法としては、これに限らず、たとえば空間光変調素子などを用いてリング状照明光を形成するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、位相差計測用照明光としてリング状照明光を用いるようにしたが、リング状以外の構造を有する照明光でもよく、後述する位相板と共役な形状となっていれば三角形状や四角形状などその他の形状でもよい。

ステージ６１上に設置された培養容器６０は、その底面が観察対象設置面Ｐであり、観察対象設置面Ｐには観察対象Ｓとして細胞群などが配置される。そして、培養容器６０内には培養液Ｃが満たされており、この培養液Ｃの液面には、凹形状のメニスカスが形成される。培養容器６０としては、シャーレおよび複数のウェルが配列されたウェルプレートなどがある。ウェルプレートの場合、各ウェルに観察対象Ｓおよび培養液Ｃが収容され、ウェル毎にメニスカスが形成される。

また、本実施形態においては、培養液中で培養される細胞群を観察対象Ｓとしたが、観察対象Ｓとしてはこのような培養中のものに限らず、水、ホルマリン、エタノール、およびメタノールなどの液体中において固定された細胞を観察対象Ｓとしてもよい。この場合も、容器内のこれらの液体の液面にメニスカスが形成される。

調整光学系２０は、上述したメニスカスの液面形状に起因する位相差計測用照明光の屈折を調整するものである。本実施形態の調整光学系２０は、調整用光学素子２１と、調整光学系駆動部２２とを備えている。

調整用光学素子２１は、屈折力を有するものであり、具体的には、電圧印加によって屈折力が変化する液晶レンズ、レンズの曲率半径を変更可能な液体レンズ、および焦点距離を変更可能な空間光変調器などを用いることができる。調整用光学素子２１として、レンズを用いる場合には、入射面または出射面に曲率を有する平凸面レンズを用いてもよいし、入射面および出射面の両方に曲率を有する両凸面レンズを用いるようにしてもよい。

調整光学系駆動部２２は、後述する調整光学系制御部５１から出力された制御信号に基づいて、調整用光学素子２１の屈折力を変更して焦点距離を調整するものである。具体的には、調整用光学素子２１として液晶レンズまたは空間光変調器を用いる場合には、液晶レンズまたは空間光変調器に対して所望の焦点距離に応じた電圧を印加するものである。また、調整用光学素子２１として液体レンズを用いる場合には、所望の焦点距離に応じて液体レンズ内の液体の量を調整し、これにより液体レンズの曲率半径を調整するものである。

また、調整光学系駆動部２２は、調整光学系制御部５１から出力された制御信号に基づいて、調整用光学素子２１の位置および調整用光学素子２１の光軸方向を変更する機構を備えたものである。具体的には、調整光学系駆動部２２は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に調整用光学素子２１の位置を変更可能な機構を備えている。また、調整光学系駆動部２２は、調整用光学素子２１の光軸を回転させる機構を備えたものである。図３Ｉは、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向への調整用光学素子２１の位置の変更を模式的に示す図である。また、図３ＩＩは、調整用光学素子２１の光軸のＸ軸回り（θ）の回転調整、Ｙ軸回り（φ）の回転調整およびＺ軸回り（ρ）の回転調整を模式的に示す図である。また、図３ＩＩＩは、調整用光学素子２１の屈折力の調整を模式的に示すものである。なお、図３ＩＩＩでは、調整用光学素子２１の曲率半径を調整することによって屈折力を調整する例を示しているが、屈折力を調整する方法としては、これに限らず、たとえば、調整用光学素子２１として液晶レンズや空間光変調器を用いる場合には、印加電圧を調整することによって、屈折力を調整するようにすればよい。

また、本実施形態においては、調整用光学素子２１をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させるようにしたが、この調整用光学素子２１の移動による光学的な作用と同等の作用を得られるのであれば、必ずしも調整用光学素子２１を移動させなくてもよい。たとえば、調整用光学素子２１として液晶レンズや空間光変調器を用いる場合には、印加電圧を調整することによって、調整用光学素子２１の移動による光軸のシフトと同様の作用効果を得るようにしてもよい。また、調整用光学素子２１の光軸方向についても同様に、必ずしも調整用光学素子２１自体を回転させる必要はなく、印加電圧を調整することによって、調整用光学素子２１自体の回転による光軸の回転と同様の作用効果を得るようにしてもよい。

また、本実施形態においては、調整用光学素子２１をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動するようにしたが、これに限らず、ステージ６１をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させることによって、調整用光学素子２１と培養容器６０内に形成されたメニスカスとのＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向についての相対的な位置関係を変更するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、１つの調整用光学素子２１を用いるようにしたが、焦点距離の異なる複数の調整用光学素子２１を自動的に切り換えることによって屈折力を調整するようにしてもよい。

結像光学系３０は、対物レンズ３１と、位相板３２と、結像レンズ３３と、結像光学系駆動部３４とを備えたものである。図４は、位相板３２の具体的な構成を示す平面図である。図４に示すように、位相板３２は、リング状照明光の波長に対して透明な透明板３２ｂに対して位相リング３２ａを形成したものである。なお、上述したスリット１２ａの大きさは、この位相リング３２ａと共役な関係にある。

位相リング３２ａは、入射された光の位相を１／４波長ずらす位相膜と、入射された光を減光する減光フィルタとがリング状に形成されたものである。位相板３２に入射された直接光は位相リング３２ａを通過することによって位相が１／４波長ずれるとともに、その明るさが弱められる。一方、観察対象Ｓによって回折された回折光は大部分が位相板３２の透明板３２ｂを通過し、その位相および明るさは変化しない。

対物レンズ３１は、結像光学系駆動部３４によってＺ方向に移動するものである。観察対象Ｓの位相差画像を撮像する場合には、結像光学系駆動部３４によって対物レンズ３１をＺ方向へ移動させることによってオートフォーカス制御が行われ、撮像部４０によって撮像される画像のコントラストが調整される。本実施形態においては、パターン光照射部７０によって培養容器６０に対してパターン光が照射され、培養容器６０の底面を反射した反射光が反射光検出部７５によって検出され、その検出信号に基づいてオートフォーカス制御が行われる。このパターン光の反射光の検出信号に基づくオートフォーカス制御については、後で詳述する。

結像レンズ３３は、位相板３２を通過した直接光および回折光が入射され、これらの光を撮像部４０に結像するものである。

結像光学系駆動部３４は、上述したように対物レンズ３１をＺ方向に移動させる機構を備えたものである。

結像光学系３０は、その光学倍率を変更可能に構成するようにしてもよい。光学倍率を変更する方法としては、たとえば互いに異なる倍率を有する複数の対物レンズ３１を結像光学系３０に設け、この複数の対物レンズ３１を自動的に切り換えるようにすればよい。この際、位相板３２も対物レンズ３１の変更に応じて変更される。また、ユーザが対物レンズ３１を手動で交換することによって変更するようにしてもよい。

撮像部４０は、結像レンズ３３によって結像された観察対象Ｓの位相差画像を撮像する撮像素子を備えたものである。撮像素子としては、ＣＣＤ（charge-coupled device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサなどを用いることができる。

パターン光照射部７０は、オートフォーカス制御および調整光学系２０の光学特性の調整に用いられる、予め設定されたパターンを有するパターン光を培養容器６０に対して照射するものである。具体的には、本実施形態のパターン光照射部７０は、縞状のパターンを有するパターン光を照射するものであり、近赤外光を出射するパターン光用近赤外光源７１と、パターン光用近赤外光源７１から出射された近赤外を透過する線状部分と遮光する線状部分とから構成されるグリッド７２と、照射レンズ７３と、グリッド７２から出射された縞状の明暗のパターンを有するパターン光を培養容器６０に向けて反射し、かつ位相差計測用照明光を透過する第１のダイクロイックミラー７４とを備えている。

なお、本実施形態においては、グリッド７２を用いることによって縞状の明暗のパターンを有するパターン光を形成するようにしたが、パターン光を形成する方法としては、これに限らず、たとえば空間光変調素子などを用いて縞状の明暗のパターンを形成するようにしてもよい。また、パターン光が有する明暗のパターンとしては、縞状に限らず、２次元状に明暗のパターンが周期的に配列された格子パターンを用いるようにしてもよい。また、同心円状に明暗のパターンが配列された光または２次元状にドットパターンが配列された光をパターン光として用いるようにしてもよい。また、パターン光が有するパターンは、白黒のパターンでなくてもよく、互いに異なる色からなるカラーのパターンでもよい。

反射光検出部７５は、上述したように、パターン光の照射によって培養容器６０の底面を反射したパターン光の反射光を検出するものである。具体的には、本実施形態の反射光検出部７５は、ハーフミラー７６と、光路差プリズム７７と、第１のラインセンサ７８とを備えている。

ハーフミラー７６は、グリッド７２から出射されたパターン光を透過し、かつパターン光の培養容器６０への照射によって培養容器６０の底面から反射された反射光を光路差プリズム７７の方向に反射するものである。

光路差プリズム７７は、入射されたパターン光の反射光を２つの光路に分け、第１のラインセンサ７８の異なる２箇所に結像するものである。第１のラインセンサ７８は、２箇所で撮像された第１の検出信号と第２の検出信号とを顕微鏡制御装置５０の結像光学系制御部５２に出力するものである。

結像光学系制御部５２は、入力された第１の検出信号と第２の検出信号とに基づいて、対物レンズ３１をＺ方向に移動させてオートフォーカス制御を行うものである。具体的には、本実施形態の結像光学系制御部５２は、第１の検出信号のコントラスト（波形パターン）と第２の検出信号のコントラスト（波形パターン）が最も近似する位置に対物レンズ３１を移動させる。なお、本実施形態では、第１のラインセンサ７８を用いて第１および第２の検出信号を検出するようにしたが、これに限らず、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサを用いてもよい。

透過光検出部８０は、パターン光の照射によって培養容器６０内の培養液Ｃを透過した透過光を検出するものである。具体的には、本実施形態の透過光検出部８０は、第２のダイクロイックミラー８１と、集光レンズ８２と、フィルタ部８３と、第２のラインセンサ８４とを備えている。

第２のダイクロイックミラー８１は、パターン光の照射によって培養容器６０内の培養液Ｃを透過した透過光を第２のラインセンサ８４に向けて反射し、かつ位相差計測用照明光を透過するものである。集光レンズ８２は、第２のダイクロイックミラー８１によって反射された透過光を集光するものである。

フィルタ部８３は、位相差計測用照明光の培養液Ｃへの照射によって、培養液Ｃの液面において反射された位相差計測用照明光の反射光の第２のラインセンサ８４への入射を抑制するものである。また、フィルタ部８３は、近赤外光であるパターン光の培養液Ｃの照射によって発生した雑蛍光の第２のラインセンサ８４への入射を抑制するものである。具体的には、本実施形態のフィルタ部８３は、位相差計測用照明光の波長および雑蛍光の波長に対する透過率よりも近赤外光の波長に対する透過率の方が高い光学特性を有する光学フィルタを備えたものである。すなわち、フィルタ部８３により位相差計測用照明の反射光および雑蛍光の第２のラインセンサ８４への入射を抑制することによって、第２のラインセンサ８４は、パターン光の成分のみの検出信号を高いＳ／Ｎで検出することができる。

また、たとえば、上述した位相差計測用照明光照射部１０が、位相差計測用照明光の波長を切り換え可能なものである場合には、その切り換えられた位相差計測用照明光の強度を適切に抑制できるように、フィルタ部８３の分光特性を変更するようにしてもよい。フィルタ部８３の分光特性を変更する方法としては、たとえば複数の光学フィルタを切り換えるようにすればよい。光学フィルタは、ユーザが入力装置９５を用いて光学フィルタの切り換え指示を入力した際に切り換えるようにしてもよいし、位相差計測用照明光の波長の切り換え指示の入力に応じて切り換えるようにしてもよい。

第２のラインセンサ８４は、パターン光の照射によって培養容器６０内の培養液Ｃを透過した透過光を検出するものである。パターン光は、培養液Ｃを透過する際、培養液Ｃの液面に形成されたメニスカスを透過する。したがって、その透過光の強度分布は、メニスカスの状態によって変化することになる。本実施形態は、この透過光の強度分布に基づいて、調整光学系２０の光学特性を調整することによって、メニスカスに起因する位相差計測用照明光の屈折の影響を取り除くものである。

第２のラインセンサ８４によって検出された透過光の検出信号は、顕微鏡制御装置５０の調整光学系制御部５１に出力される。調整光学系制御部５１は、入力された透過光の検出信号に基づいて、調整光学系駆動部２２を駆動制御し、これにより調整用光学素子２１のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の位置、光軸方向並びに屈折力を制御して光学特性を調整するものである。図５は、透過光の検出信号Ｄを模式的に示すものである。調整光学系制御部５１は、透過光の検出信号Ｄの均一性およびコントラストを評価し、その評価結果に基づいて、調整光学系２０の光学特性を調整するものである。

具体的には、調整光学系制御部５１は、透過光の検出信号Ｄの振幅Ａが最大となり、かつ検出信号Ｄの振幅の中心レベルＢが、第２のラインセンサ８４の長さ方向の位置によらず一定となるように調整光学系２０の光学特性を調整するものである。検出信号Ｄの振幅の中心レベルＢが、第２のラインセンサ８４の長さ方向の位置によらず一定とは、要するに第２のラインセンサ８４によって検出される縞模様の一本一本の縞の濃度のばらつきが最小であることを意味する。

なお、本実施形態では、第２のラインセンサ８４を用いて透過光の検出信号を検出するようにしたが、これに限らず、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサを用いてもよい。また、調整光学系制御部５１による調整光学系２０の制御については、後で詳述する。

顕微鏡制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やストレージデバイスを備えたコンピュータから構成されるものである。

顕微鏡制御装置５０は、具体的には、図１に示すように、調整光学系駆動部２２を制御する調整光学系制御部５１と、結像光学系駆動部３４を制御する結像光学系制御部５２と、ステージ駆動部６２を制御するステージ制御部５３とを備えている。

調整光学系制御部５１は、上述したようにパターン光の透過光の検出信号に基づいて、調整光学系２０の光学特性を調整するものである。

結像光学系制御部５２は、上述したようにパターン光の反射光の検出信号に基づいて、オートフォーカス制御を行うものである。

ステージ制御部５３は、ステージ駆動部６２を駆動制御し、これによりステージ６１をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させるものである。ステージ６１が、Ｘ方向およびＹ方向に移動することによって、たとえば１つのセル内が位相差計測用照明光で走査され、１つのセル内で分割された複数の撮像領域毎の位相差画像が撮像される。また、上述した調整光学系２０の光学特性の調整についても、分割された撮像領域毎に行われる。

顕微鏡制御装置５０には、入力装置９５と表示装置９０とが接続されている。入力装置９５は、キーボードやマウスなどの入力デバイスを備えたものであり、ユーザによる設定入力を受け付けるものである。特に、本実施形態における入力装置９５は、調整光学系２０の光学特性を調整する際に用いられる調整条件を決定するための条件の設定入力を受け付けるものである。具体的には、結像光学系３０の光学倍率、培養容器６０の種類、観察対象Ｓの種類、観察対象Ｓの数、培養液Ｃの種類、培養液Ｃの量、培養容器６０内の撮像位置および撮像領域の大きさなどの設定入力を受け付けるものである。なお、調整条件については、後で詳述する。

表示装置９０は、液晶ディスプレイなどの表示デバイスから構成されるものであり、撮像部４０において撮像された位相差画像などを表示するものである。なお、画面を押圧することにより設定入力可能とするタッチパネルで表示装置９０を構成し、表示装置９０が入力装置を兼ねてもよい。

次に、本実施形態の顕微鏡システムの作用について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、観察対象Ｓおよび培養液Ｃが収容された培養容器６０がステージ６１上に設置される。そして、調整光学系２０の調整条件を決定するための条件が、調整光学系制御部５１によって取得される（Ｓ１０）。

ここで、調整条件とは、後述する調整光学系２０の光学特性の調整の際に用いられる条件であり、具体的には、調整光学系２０の初期設定値、変更調整量および変更上限回数などである。

そして、この調整条件を決定するための条件としては、結像光学系３０の光学倍率、培養容器６０の種類、観察対象Ｓの種類、観察対象Ｓの数、培養液Ｃの種類、培養液Ｃの量、環境温度、環境湿度、培養容器６０内の撮像位置および撮像領域の大きさなどがあり、これらの少なくとも１つの条件が調整光学系制御部５１によって取得される。

上述した条件は、培養液Ｃの液面に形成されるメニスカスの形状やそのメニスカスに起因して屈折した光の焦点距離に影響を及ぼす条件である。たとえば、培養容器６０の種類については、培養容器６０の径の大きさや深さなどによってメニスカスの形状が異なり、また、培養液Ｃの種類によってもその粘度などによってメニスカスの形状が異なる。また、培養液Ｃの量によってもメニスカスの形状が異なる。また、環境温度や環境湿度によっても培養液Ｃの粘度などが変化し、メニスカスの形状が異なる。また、観察対象Ｓである細胞の種類（大きさ）や数によっても培養液Ｃの液面の状態が変化し、メニスカスの形状が異なる。

また、培養容器６０内の撮像位置が、図１に示すように培養容器６０の中央位置の場合と、中央位置からずれた位置である場合とでは、その撮像位置におけるメニスカスの形状が異なる。また、結像光学系３０の光学倍率や撮像領域の大きさによって、メニスカスに起因して屈折した光の焦点距離が異なる。

したがって、まず、調整光学系制御部５１によって上述したような条件が取得され、調整光学系制御部５１は、取得した条件に基づいて、調整光学系２０の調整条件（初期設定値、変更調整量および変更上限回数）を取得する（Ｓ１２）。

具体的には、調整光学系制御部５１は、調整光学系２０の初期設定値として、調整用光学素子２１のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の位置を調整する際の初期設定値、調整用光学素子２１の光軸の回転角度（θ，φ，ρ）を調整する際の初期設定値と、調整用光学素子２１の屈折力を調整する際の初期設定値とを取得する。調整用光学素子２１の屈折力を調整する際の初期設定値としては、液晶レンズや空間光変調器に印加する電圧の初期設定値や、液体レンズ内に注入される液体の量の初期設定値などがある。

また、調整光学系制御部５１は、調整用光学素子２１のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の位置を調整する際における１回当たりの変更調整量および変更上限回数と、調整用光学素子２１の光軸の回転角度（θ，φ，ρ）を調整する際における１回当たりの変更調整量および変更上限回数と、調整用光学素子２１の屈折力を調整する際における１回当たりの変更調整量および変更上限回数とを取得する。

上述したような調整光学系２０の調整条件は、調整条件を決定するための条件と調整条件とを対応づけたテーブルを調整光学系制御部５１に予め記憶しておき、このテーブルを参照することによって取得するようにすればよい。

このように各条件に応じた調整条件を取得し、調整光学系２０の光学特性を調整する際の調整稼働範囲を限定することによって、後述する調整光学系２０の光学特性の調整時間を短縮することができ、また調整稼働範囲を狭くすることができるので、小型化を図ることができる。

次に、ステージ６１が、ステージ駆動部６２によってＸ方向およびＹ方向に移動し、培養容器６０内の複数の撮像領域のうちの最初の撮像領域に位相差計測用照明光およびパターン光が照射される位置に設定され、位相差計測用照明光およびパターン光が培養容器６０に対して照射される（Ｓ１４）。

そして、パターン光の照射によって培養容器６０の底面を反射した反射光が反射光検出部７５の第１のラインセンサ７８によって検出され、その検出された反射光に基づく第１および第２の検出信号が、結像光学系制御部５２に出力される。結像光学系制御部５２は、入力された第１の検出信号と第２の検出信号とに基づいて、対物レンズ３１をＺ方向に移動させてオートフォーカス制御を行う（Ｓ１６）。

一方、培養容器６０内の培養液Ｃを透過した透過光が、透過光検出部８０の第２のラインセンサ８４によって検出される（Ｓ１８）。そして、第２のラインセンサ８４によって検出された透過光に基づく検出信号は、調整光学系制御部５１に出力される。調整光学系制御部５１は、上述したパターン光の反射光の検出信号に基づくオートフォーカス制御の後に、パターン光の透過光に基づく検出信号に基づいて、調整光学系２０の光学特性を調整する。

具体的には、調整光学系制御部５１は、上述したように透過光の検出信号の濃度の均一性を評価し、その評価結果に基づいて、調整光学系駆動部２２に制御信号を出力する（Ｓ２０）。たとえば、調整光学系制御部５１は、第２のラインセンサ８４によって検出される縞模様の一本一本の縞の濃度のばらつきが予め設定された閾値以上である場合には、そのばらつきが小さくなるように調整光学系駆動部２２に対して制御信号を出力する。

調整光学系駆動部２２は、入力された制御信号に基づいて、調整用光学素子２１のＸ方向およびＹ方向の位置と、調整用光学素子２１の光軸の回転を、上述した変更調整量だけ調整する（Ｓ２２）。

そして、再び、パターン光の透過光の検出信号が調整光学系制御部５１に入力される。調整光学系制御部５１は、入力された透過光の検出信号の均一性を再び評価し、濃度のばらつきが予め設定された閾値以上である場合には、調整光学系駆動部２２に再び制御信号を出力する。調整光学系駆動部２２は、入力された制御信号に基づいて、再び調整用光学素子２１のＸ方向およびＹ方向の位置と、調整用光学素子２１の光軸の回転を、上述した変更調整量だけ調整する。

このように透過光の検出信号の濃度の均一性の評価と、その評価結果に基づく調整用光学素子２１のＸ−Ｙ方向の位置および光軸の回転の調整とが、上述した変更上限回数を上限として繰り返して行われ、透過光の検出信号の濃度のばらつきが小さくなるように調整用光学素子２１のＸ−Ｙ方向の位置および光軸の回転が調整される。

そして、上記のようにして調整用光学素子２１のＸ−Ｙ方向の位置および光軸の回転の調整が終了した後、次に、調整光学系制御部５１は、透過光の検出信号のコントラストを取得する（Ｓ２４）。そして、調整光学系制御部５１は、透過光の検出信号のコントラストが所定の閾値以下である場合には、調整光学系駆動部２２に制御信号を出力する。調整光学系駆動部２２は、入力された制御信号に基づいて、調整用光学素子２１のＺ方向の位置および調整用光学素子２１の屈折力を、上述した変更調整量だけ調整する。

そして、再び、パターン光の透過光の検出信号が調整光学系制御部５１に入力される。調整光学系制御部５１は、入力された透過光の検出信号のコントラストを再び取得し、そのコントラストが所定の閾値以下である場合には、調整光学系駆動部２２に再び制御信号を出力する。調整光学系駆動部２２は、入力された制御信号に基づいて、再び調整用光学素子２１のＺ方向の位置および調整用光学素子２１の屈折力を、上述した変更調整量だけ調整する。

このように透過光の検出信号のコントラストの評価と、その評価結果に基づく調整用光学素子２１のＺ方向の位置および屈折力の調整とが、上述した変更上限回数を上限として繰り返して行われ、透過光の検出信号のコントラストが最大となるように調整用光学素子２１のＺ方向の位置および屈折力が調整される（Ｓ２６）。

そして、調整用光学素子２１のＺ方向の位置および屈折力の調整が行われた後、撮像部４０によって位相差計測用照明光の照射による位相差画像が撮像される（Ｓ２８）。

次いで、ステージ駆動部６２によりステージ６１がＸ方向およびＹ方向に移動することによって、各撮像領域について、上述した調整光学系２０の光学特性の調整および位相差画像の撮像が行われ、各撮像領域の位相差画像が、顕微鏡制御装置５０における記憶部に順次記憶される。

そして、顕微鏡制御装置５０において各撮像領域の位相差画像が合成され、その合成された位相差画像が表示装置９０に表示される（Ｓ３０）。

上記実施形態の顕微鏡システムによれば、培養容器６０に対して予め設定されたパターンを有するパターン光を照射し、パターン光の照射によって培養容器６０内の培養液Ｃを透過した透過光を検出し、その検出した透過光に基づく検出信号に基づいて、調整光学系２０の光学特性を調整するようしたので、位相差計測用照明光の屈折の影響を自動的に調整することができる。さらに、上述したリング状の画像の座標データの演算処理を行う場合と比較すると、パターン光の検出信号に基づく演算処理の方が演算負荷を軽くすることができるので、上記位相差計測用照明光の屈折の影響を高速に調整することができる。

そして、調整光学系２０の光学特性が調整された後、位相差計測用照明光を培養容器６０に照射して観察対象Ｓを撮像するようにしたので、メニスカスに起因するアーチファクトが抑制された高コントラストな位相差画像を撮像することができる。

また、上記実施形態の顕微鏡システムにおいては、１つのパターン光を用いて、調整光学系２０の光学特性の調整と結像光学系３０のオートフォーカス制御との両方を行うようにしたので、たとえば調整光学系２０の光学特性の調整を、オートフォーカス制御とは全く別の系で行う場合と比較すると、これらの処理を高速に行うことができる。

また、上記実施形態の顕微鏡システムにおいては、パターン光の検出信号に基づくオートフォーカス制御の後に、調整光学系２０の光学特性の調整を行うようにしたので、これらの処理を高精度に行うことができる。

なお、上記実施形態の顕微鏡システムにおいては、調整用光学素子２１への印加電圧や注入する液量を調整することによって調整用光学素子２１の屈折力を調整するようにしたが、これに限らず、たとえば調整光学系２０として、図７Ｉ〜ＩＩＩに示すような互いに曲率半径の異なる複数のレンズを設け、これらのレンズを自動的に切り換えることによって屈折力を調整するようにしてもよい。また、調整用光学素子２１の光軸を回転させる方法としては、たとえば図７ＩＶ〜図７Ｖに示すような、光の出射角度が互いに異なる複数のレンズを設け、これらのレンズを自動的に切り換えることによって調整用光学素子２１の光軸方向を調整するようにしてもよい。また、図７Ｉ〜Ｖに示すような複数種類のレンズを組み合わせて使用することによって、屈折力および光軸の回転を調整するようにしてもよい。

また、上記実施形態の顕微鏡システムにおいては、調整光学系２０の屈折力を調整するようにしたが、屈折力の調整は行わずに、調整用光学素子２１のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の位置調整および調整用光学素子２１の光軸の回転調整だけを行うようにしてもよい。

また、上記実施形態の顕微鏡システムにおいては、液面上に形成されたメニスカスに起因する位相差計測用照明光の屈折の影響を取り除くために調整用光学素子２１を設けるようにしたが、必ずしもこのような調整用光学素子２１を設けなくてもよく、たとえばスリット板１２をＸ方向およびＹ方向に移動させたり、位相板３２をＸ方向およびＹ方向に移動させたりして、メニスカスに起因する位相差計測用照明光の屈折の影響を取り除くようにしてもよい。すなわち、本発明における調整光学系として、スリット板１２や位相板３２を用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態の顕微鏡システムにおいては、パターン光の透過光の検出信号の均一性とコントラストの両方を評価して調整光学系２０の調整を行うようにしたが、均一性およびコントラストのうちのいずれか一方のみを評価して調整光学系２０の調整を行うようにしてもよい。

次に、上記実施形態の顕微鏡システムのようにパターン光の透過光の検出信号に基づいて調整光学系２０の光学特性を調整するのではなく、位相差計測用照明光の照射によって撮像部４０において撮像された位相差画像に基づいて、調整光学系２０の光学特性を調整する別の実施形態の顕微鏡システムについて説明する。

本実施形態の顕微鏡システムにおける位相顕微鏡本体は、液体および観察対象が収容された容器に対して位相差計測のための照明光を照射する位相差計測用照明光照射部と、照明光を照射した観察対象を撮像する撮像部と、照明光の照射による観察対象の像を撮像部に結像する結像光学系と、容器内の液体の液面形状に起因する照明光の屈折を調整する調整光学系と、撮像部によって撮像された位相差画像に基づいて、調整光学系の光学特性を調整する調整光学系制御部と、撮像部によって撮像された位相差画像に基づいて、結像光学系をオートフォーカス制御する結像光学系制御部とを備え、撮像部が、調整光学系の光学特性を調整する場合に用いる位相差画像として、相対的に解像度が低い低解像度位相差画像を取得し、結像光学系のオートフォーカス制御を行う場合に用いる位相差画像として、相対的に解像度が高い高解像度位相差画像を取得するものであることを特徴とするものである。

図８は、本実施形態の顕微鏡システムの概略構成を示す図である。本実施形態の顕微鏡システムは、図８に示すように、位相差計測用照明光照射部１０と、調整光学系２０と、結像光学系３０と、撮像部４０と、ステージ６１と、ステージ駆動部６２と、顕微鏡制御装置５０と、表示装置９０と、入力装置９５とを備えている。なお、撮像部４０以外の構成については、上記実施形態と同様である。

本実施形態の顕微鏡システムの撮像部４０は、上述したように、調整光学系２０の光学特性を調整する場合に用いる位相差画像として、相対的に解像度が低い低解像度位相差画像を取得し、結像光学系３０のオートフォーカス制御を行う場合に用いる位相差画像として、相対的に解像度が高い高解像度位相差画像を取得するものである。具体的には、本実施形態の撮像部４０は、解像度が異なる２つの撮像素子４１と撮像素子４２とを備えたものである。そして、撮像部４０は、調整光学系２０の光学特性を調整する場合に用いる位相差画像を撮像する場合には、相対的に解像度の低い撮像素子４２を用いて低解像度位相差画像を取得し、結像光学系３０のオートフォーカス制御を行う場合に用いる位相差画像を撮像する場合には、相対的に解像度が高い撮像素子４１を用いて高解像度位相差画像を取得するものである。

なお、撮像素子４１，４２としては、上記実施形態と同様に、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどを用いることができる。

次に、本実施形態の顕微鏡システムの作用について、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、観察対象Ｓおよび培養液Ｃが収容された培養容器６０がステージ６１上に設置される。そして、調整光学系２０の調整条件を決定するための条件が、調整光学系制御部５１によって取得される（Ｓ４０）。なお、調整条件を決定するための条件については、上記実施形態と同様である。

そして、調整光学系制御部５１は、取得した条件に基づいて、調整光学系２０の調整条件（初期設定値、変更調整量および変更上限回数）を取得する（Ｓ４２）。

次に、ステージ６１が、ステージ駆動部６２によってＸ方向およびＹ方向に移動し、培養容器６０内の複数の撮像領域のうちの最初の撮像領域に位相差計測用照明光が照射される位置に設定され、位相差計測用照明光が培養容器６０に対して照射される（Ｓ４４）。

次いで、結像光学系制御部５２から結像光学系駆動部３４に制御信号が出力され、結像光学系駆動部３４は、入力された制御信号に基づいて、結像光学系３０の対物レンズ３１をＺ方向に移動させる。そして、その対物レンズ３１のＺ方向の移動に伴って撮像部４０によって順次撮像された位相差画像を表す画像信号が結像光学系制御部５２に入力され、結像光学系制御部５２は、その入力された画像信号に基づいてオートフォーカス制御を行う（Ｓ４６）。具体的には、結像光学系制御部５２は、入力された画像信号のコントラストが最大となる対物レンズ３１の位置を特定し、対物レンズ３１の位置をその特定した位置に設定する。なお、この際、撮像部４０は、上述したように相対的に解像度が高い撮像素子４１を用いて高解像度位相差画像を撮像する。

そして、結像光学系制御部５２によってオートフォーカス制御が行われた後、撮像部４０は、高解像度の撮像素子４１から低解像度の撮像素子４２に切り換える（Ｓ４８）。そして、低解像度の撮像素子４２によって、調整光学系２０の光学特性を調整するための低解像度位相差画像が調整用画像として撮像される（Ｓ５０）。撮像部４０の低解像度の撮像素子４２によって撮像された調整用画像は、調整光学系制御部５１に入力される。

調整光学系制御部５１は、入力された調整用画像の濃度の均一性を表す特徴量を取得する（Ｓ５２）。そして、調整光学系制御部５１は、調整用画像の濃度の均一性が適切な状態でない場合には、調整光学系駆動部２２に制御信号を出力する。

ここで、調整用画像の濃度の均一性が適切な状態とは、たとえば調整用画像内に現れるリング状の像がほぼ回転対称な形状となった状態である。なお、この際、必ずしもリング状の像が回転対称な形状にならなくてもよく、回転対称な形状に最も近づけるように調整するようにすればよい。

また、この際に取得される調整用画像の特徴量としては、たとえば調整用画像の背景情報があり、具体的には、調整用画像に対してローパスフィルタ処理を施すことによって低周波成分の画像が取得される。そして、この低周波成分の画像からリング状の画像を抽出し、たとえばパターンマッチングなどを行うことによって回転対称からのずれ量を算出し、そのずれ量が所定の閾値よりも大きい場合に、調整光学系駆動部２２に制御信号が出力される。

そして、調整光学系駆動部２２は、入力された制御信号に基づいて、調整用光学素子２１のＸ方向およびＹ方向の位置と、調整用光学素子２１の光軸の回転を、上述した変更調整量だけ調整する（Ｓ５４）。

そして、再び、撮像部４０の撮像素子４２によって調整用画像が取得され、調整光学系制御部５１に入力される。調整光学系制御部５１は、入力された調整用画像の濃度の均一性を表す特徴量を再び取得し、調整用画像の濃度の均一性が適切な状態でない場合には、調整光学系駆動部２２に再び制御信号を出力する。調整光学系駆動部２２は、入力された制御信号に基づいて、再び調整用光学素子２１のＸ方向およびＹ方向の位置と、調整用光学素子２１の光軸の回転を、上述した変更調整量だけ調整する。

このように調整用画像の撮像と、その調整用画像の濃度の均一性を表す特徴量に基づく調整用光学素子２１のＸ−Ｙ方向の位置および光軸の回転の調整とが、上述した変更上限回数を上限として繰り返して行われ、調整用画像の濃度の均一性が適切な状態となるように調整用光学素子２１のＸ−Ｙ方向の位置および光軸の回転が調整される。

そして、上記のようにして調整用光学素子２１のＸ−Ｙ方向の位置および光軸の回転の調整が終了した後、次に、調整光学系制御部５１は、調整用画像のコントラストを表す特徴量を取得する（Ｓ５６）。そして、調整光学系制御部５１は、調整用画像のコントラストが適切な状態でない場合には、調整光学系駆動部２２に制御信号を出力し、調整光学系駆動部２２は、入力された制御信号に基づいて、調整用光学素子２１のＺ方向の位置および調整用光学素子２１の屈折力を、上述した変更調整量だけ調整する。

調整用画像のコントラストを表す特徴量としては、たとえば調整用画像に対してハイパスフィルタ処理を施すことによって高周波成分の画像が取得される。そして、この高周波成分の画像からコントラストを算出し、そのコントラストが所定の閾値以下である場合に、調整光学系駆動部２２に制御信号が出力される。

そして、再び、撮像部４０の撮像素子４２によって調整用画像が取得され、調整光学系制御部５１に入力される。調整光学系制御部５１は、入力された調整用画像のコントラストを表す特徴量を再び取得し、調整用画像のコントラストが適切な状態でない場合には、調整光学系駆動部２２に再び制御信号を出力する。調整光学系駆動部２２は、入力された制御信号に基づいて、再び調整用光学素子２１のＺ方向の位置および調整用光学素子２１の屈折力を、上述した変更調整量だけ調整する。

このように調整用画像の撮像と、その調整用画像のコントラストを表す特徴量に基づく調整用光学素子２１のＺ方向の位置および屈折力の調整とが、上述した変更上限回数を上限として繰り返して行われ、調整用画像のコントラストが最大となるように調整用光学素子２１のＺ方向の位置および屈折力が調整される（Ｓ５８）。

そして、調整用光学素子２１のＺ方向の位置および屈折力の調整が行われた後、撮像部４０は、再び、低解像度の撮像素子４２から高解像度の撮像素子４１に切り換える（Ｓ６０）。そして、高解像度の撮像素子４１によって高解像度位相差画像が観察用画像として撮像される（Ｓ６２）。

次いで、ステージ駆動部６２によりステージ６１がＸ方向およびＹ方向に移動することによって、各撮像領域について、上述した調整光学系２０の光学特性の調整および観察用画像の撮像が行われ、各撮像領域の観察用画像が、顕微鏡制御装置５０における記憶部に順次記憶される。

そして、顕微鏡制御装置５０において各撮像領域の観察用画像が合成され、その合成された観察用画像が表示装置９０に表示される（Ｓ６４）。

上記別の実施形態の顕微鏡システムによれば、先の実施形態のようにパターン光の透過光を検出する透過光検出部８０を設けなくてもよいので、位相差顕微鏡本体を小型化することができ、コストの削減を図ることができる。

また、オートフォーカス制御の際には、高解像度位相差画像を用いるようにしたので、高精度なオートフォーカス制御を行うことができる。一方、調整光学系２０の光学特性を調整する場合には、上述したように画像の均一性を主に評価するので、オートフォーカス制御の場合ほど高解像度の位相差画像を用いる必要がない。調整光学系２０の光学特性を調整する場合には低解像度位相差画像を用いることによって、均一性を表す特徴量やコントラストを表す特徴量の演算負荷を下げることができ、調整光学系２０の光学特性の調整を高速化することができる。

また、上記別の実施形態の顕微鏡システムにおいては、解像度の異なる２つの撮像素子を切り替えることによって低解像度位相差画像と高解像度位相差画像を撮像するようにしたが、これに限らず、たとえば１つの高解像度な撮像素子を用いて、いわゆるビニング読み出しを行うことによって低解像度位相差画像を取得するようにしてもよい。高解像度位相差画像については、ビニング読み出しを行うことなく、通常の読み出しを行うようにすればよい。なお、ビニング読み出しとは、撮像素子における隣接する複数の光電変換素子の電荷信号をまとめて読み出して１つの画素信号として取得する読み出し方法である。

また、ビニング読み出しを行うのではなく、撮像部４０が、１つの高解像度な撮像素子から高解像度位相差画像を読み出した後に、その高解像度位相差画像における隣接する複数の画素信号を加算することによって低解像度位相差画像を取得するようにしてもよい。

１０ 位相差計測用照明光照射部
１１ 位相差計測用白色光源
１２ スリット板
１２ａ スリット
１２ｂ 遮光板
１３ コンデンサレンズ
２０ 調整光学系
２１ 調整用光学素子
２２ 調整光学系駆動部
３０ 結像光学系
３１ 対物レンズ
３２ 位相板
３２ａ 位相リング
３２ｂ 透明板
３３ 結像レンズ
３４ 結像光学系駆動部
４０ 撮像部
４１，４２ 撮像素子
５０ 顕微鏡制御装置
５１ 調整光学系制御部
５２ 結像光学系制御部
５３ ステージ制御部
６０ 培養容器
６１ ステージ
６２ ステージ駆動部
７０ パターン光照射部
７１ パターン光用近赤外光源
７２ グリッド
７３ 照射レンズ
７４ 第１のダイクロイックミラー
７５ 反射光検出部
７６ ハーフミラー
７７ 光路差プリズム
７８ 第１のラインセンサ
８０ 透過光検出部
８１ 第２のダイクロイックミラー
８２ 集光レンズ
８３ フィルタ部
８４ 第２のラインセンサ
９０ 表示装置
９５ 入力装置

Claims (14)

1. 液体および観察対象が収容された容器に対して位相差計測のための照明光を照射する位相差計測用照明光照射部と、
   前記照明光を照射した前記観察対象を撮像する撮像部と、
   前記容器内の液体の液面形状に起因する前記照明光の屈折を調整する調整光学系と、
   前記容器に対して予め設定されたパターンを有するパターン光を照射するパターン光照射部と、
   前記パターン光の照射によって前記容器内の液体を透過した透過光を検出する透過光検出部と、
   該透過光検出部によって検出された前記透過光に基づく検出信号に基づいて、前記調整光学系の光学特性を調整する調整光学系制御部とを備えたことを特徴とする位相差顕微鏡。
2. 前記照明光の照射による前記観察対象の像を前記撮像部に結像し、オートフォーカス制御される結像光学系と、
   前記パターン光の照射によって前記容器の底面を反射した前記パターン光の反射光を検出する反射光検出部と、
   前記反射光検出部によって検出された前記反射光に基づく検出信号に基づいて、前記結像光学系をオートフォーカス制御する結像光学系制御部とを備えた請求項１記載の位相差顕微鏡。
3. 前記調整光学系制御部が、前記透過光に基づく検出信号の均一性およびコントラストの少なくとも１つの評価結果に基づいて、前記調整光学系の光学特性を調整する請求項１または２記載の位相差顕微鏡。
4. 前記照明光の照射によって前記容器内の液体の液面を反射した前記照明光の反射光の前記透過光検出部への入射を抑制するフィルタ部を備えた請求項１から３いずれか１項記載の位相差顕微鏡。
5. 前記フィルタ部が、前記照明光の波長に応じて分光特性を変更可能である請求項４記載の位相差顕微鏡。
6. 前記パターン光が、縞状のパターンを有する請求項１から５いずれか１項記載の位相差顕微鏡。
7. 前記調整光学系制御部が、前記結像光学系制御部によるオートフォーカス制御の後に、前記調整光学系の光学特性を調整する請求項２記載の位相差顕微鏡。
8. 前記調整光学系が、屈折力を調整可能な光学素子を有する請求項１から７いずれか１項記載の位相差顕微鏡。
9. 前記光学素子が、前記照明光の入射面および出射面のうちの少なくとも一方に曲率を有する請求項８記載の位相差顕微鏡。
10. 前記光学素子が、前記曲率を調整可能である請求項９記載の位相差顕微鏡。
11. 前記調整光学系制御部が、前記調整光学系の調整条件を取得し、該調整条件に基づいて前記調整光学系の光学特性の調整を行う請求項１から１０いずれか１項記載の位相差顕微鏡。
12. 前記調整条件が、前記観察対象の画像を結像する結像光学系の光学倍率、前記容器の種類、前記観察対象の種類、前記観察対象の数、前記液体の種類、前記液体の量、環境温度、環境湿度、前記容器内の撮像位置および前記容器内の撮像領域の大きさの少なくとも１つに基づいて決定される請求項１１記載の位相差顕微鏡。
13. 前記位相差計測用照明光照射部が、光源および該光源から出射された光を通過させるスリットが設けられたスリット板を有し、該スリット板を通過した光を前記照明光として前記観察対象に照射する請求項１から１２いずれか１項記載の位相差顕微鏡。
14. 液体および観察対象が収容された容器に対して予め設定されたパターンを有するパターン光を照射し、
    前記パターン光の照射によって前記容器内の液体を透過した透過光を検出し、
    該検出した透過光に基づく検出信号に基づいて、前記容器内の液体の液面形状に起因する光の屈折を調整する調整光学系の光学特性を調整し、
    該調整の後、前記容器に対して位相差計測のための照明光を照射し、
    前記照明光を照射した前記観察対象を撮像することを特徴とする撮像方法。