JP2017116711A - レンズユニット、ウエルプレート、画像取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエルプレートの窪部の画像を取得する画像取得装置において、取得された画像の、周辺減光を抑制する技術を提供する
【解決手段】複数の窪部９１を有するウエルプレート９の底部に脱着可能なレンズユニット８を配置する。レンズユニット８は、凸状の複数のレンズを有する。複数の窪部９１は、レンズユニット８の各レンズ８１と上下方向に重なる。そして、画像取得装置１は、ウエルプレート９の上方から照射された光を、レンズユニットを介して撮影する。これにより、窪部９１周辺部を通過し散乱された光を収束できる。したがって、画像取得装置１により取得された画像の周辺減光を抑制できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、レンズユニット、ウエルプレート、および画像取得装置に関する。

医薬品を研究・開発する過程では、医薬品の候補となる化合物を絞り込むスクリーニングが行われる。当該スクリーニングにおいては、例えば、細胞を投入した培養液を複数用意し、各培養液に、種々の条件を変更しつつ化合物を添加して、細胞を培養する。そして、細胞の培養状態に基づいて、医薬品の候補となる化合物を絞り込む。近年、このようなスクリーニングの作業を補助するために、細胞の画像を取得する画像取得装置が提案されている。

具体的には、画像取得装置により、ウエルプレートの底面側から、窪部内部に保持された細胞の画像を取得する。そして、当該画像から細胞の培養状態を判定する。しかしながら、ウエルプレートの窪部内では、表面張力により培養液の液面が湾曲する。そして、窪部内の湾曲液面は、負のレンズ作用を引き起こす。このため、窪部内の内周部を通過する光は、湾曲液面により屈折し進行方向を変える。したがって、画像取得装置により取得された画像には、窪部の内周面付近の光量が低下する周辺減光という現象が生じる。その結果、湾曲液面の中心から外れた位置にある細胞については、判定精度が低下するという問題がある。

湾曲液面の中心から外れた位置にある標本について、適正に観察する技術については、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の光学顕微鏡は、照明光を試料へ導く透過照明光学系と、試料および水溶液を収容する容器を照明光学系の光軸と直交する２次元方向に移動させるステージと、ステージによる容器の移動に応じて２次元方向に移動し、水溶液の液面湾曲による照明光の屈折を補正するように屈折力を変える補正レンズ系と、試料の像を形成する対物レンズとを備える。そして、ステージおよび屈折力可変レンズを移動させることで、標本が湾曲液面の中心から外れた位置にあっても、観察視野の中央で顕微鏡観察ができる旨が記載されている（請求項１、図１等参照）。

特開２００６−９１５０６号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、試料を２次元方向に移動させる駆動系に加えて、レンズを移動させる駆動系も必要となる。このため、各駆動機構の構成や制御が複雑となる。また、既存の画像取得装置に特許文献１の技術を導入するためには、大幅な装置の改造が必要となり、多大な改造費用や時間を要することとなる。したがって、簡易な構成により、周辺減光を抑えられる技術が求められている。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、画像取得装置によって取得されたウエルプレートの窪部内の画像において、周辺減光を抑え、鮮明な画像を取得することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の第１発明は、上面から下向きに凹む複数の窪部を有するウエルプレートの底部に着脱可能なレンズユニットであって、中央部の厚みが周辺部の厚みよりも厚い凸状の複数のレンズと、前記複数のレンズを水平に保持する保持部と、を有し、前記複数のレンズは、前記複数の窪部のぞれぞれの下方に配置される。

本願の第２発明は、第１発明のレンズユニットであって、前記保持部は、透明な板状部材であり、前記複数のレンズは、上部または下部のうち、少なくとも一方が、前記保持部と接触して固定される。

本願の第３発明は、第１発明または第２発明のレンズユニットであって、前記保持部の上下方向の厚みは、前記レンズの上下方向の幅より小さい。

本願の第４発明は、第１発明から第３発明までのいずれかのレンズユニットであって、前記レンズの上面は、下方に向けて凹となるように湾曲し、前記レンズの下面は、下方に向けて凸となるように湾曲し、前記上面の曲率半径は、前記下面の曲率半径よりも大きい。

本願の第５発明は、ウエルプレートであって、第１発明から第４発明までのいずれかのレンズユニットが、底部に着脱可能に配置される。

本願の第６発明は、第５発明のウエルプレートであって、隣り合う前記窪部間の最短距離ｄ１と、前記窪部の直径ｄ２と、前記レンズの横幅ｗと、がｗ＝ｄ１＋ｄ２の関係を満たす。

本願の第７発明は、第５発明または第６発明のウエルプレートであって、底部に前記レンズユニットを着脱可能に支持する第１着脱部を有する。

本願の第８発明は、細胞を撮影して得られた画像を取得する画像取得装置であって、第５発明または第６発明のウエルプレートを保持する保持部と、前記ウエルプレートの底部に、第１発明から第４発明までのいずれかのレンズユニットを着脱可能に支持する第２着脱部と、前記ウエルプレートに向けて光を照射する投光部と、前記ウエルプレートの下方から、前記レンズユニットを介して、前記窪部内を撮影し前記画像を取得する撮像部と、を有する。

本願の第１発明〜第８発明によれば、ウエルプレートの窪部内での、湾曲液面により散乱された光を、収束させることができる。したがって、画像取得装置によって取得された画像の周辺減光を抑制することができる。その結果、画像取得装置によって、ウエルプレートの窪部内の鮮明な画像を取得できる。

特に、第２発明または第３発明によれば、複数のレンズを安定的に保持しつつ、ウエルプレートの上方から照射された光を、効率的にレンズユニットの下方へと取り出すことができる。

特に、第４発明によれば、光湾曲液面により散乱された光を、より効果的に収束させることができる。

特に、第５発明または第７発明によれば、ウエルプレートの底部にレンズユニットを容易に取り付けることができる。

特に、第６発明によれば、複数の窪部の下方に、各レンズが精度よく配置される。

特に、第８発明によれば、画像取得装置によって取得された画像の周辺減光を抑制することができる。その結果、画像取得装置によって、ウエルプレートの窪部内の鮮明な画像を取得できる。

ウエルプレートの斜視図である。 レンズユニットの底面図である。 ウエルプレートの断面図である。 ウエルプレートの部分断面図である。 画像取得装置の構成を概念的に示した図である。 レンズユニットがないウエルプレートに光を照射した場合の、光の進行方向を示す図である。 レンズユニットがないウエルプレートから、画像取得装置により取得された画像を示す図である。 本実施形態のウエルプレートに光を照射した場合の、光の進行方向を示す図である。 本実施形態のウエルプレートから、画像取得装置により取得された画像を示す図である。 変形例に係るレンズユニットの側面図である。 変形例に係るレンズユニットの側面図である。 変形例に係るウエルプレートの斜視図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜１．ウエルプレートおよびレンズユニットについて＞
図１は、本実施形態に係るウエルプレート９の斜視図である。図２は、本実施形態に係るレンズユニット８の底面図である。図３は、本実施形態に係るウエルプレート９の、図１におけるＡ１−Ａ２断面図である。図４は、ウエルプレート９の部分断面図である。

図１に示すように、ウエルプレート９は、略板状の試料容器である。ウエルプレート９の材料には、例えば、光を透過する透明な樹脂が使用される。ウエルプレート９は、上面から下向きに凹む複数の窪部９１と、レンズユニット８とを有する。図１および図２に示すように、複数の窪部９１は、水平方向に規則的に配列されている。各窪部９１の深さは、各窪部９１の上部に位置する開口部の直径よりも長い。各窪部９１内には、培養液９２とともに、観察対象となる細胞９３が保持される。なお、各窪部９１内の培養液９２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、ウエルプレートに含まれる窪部の数は、図１の例と相違していてもよい。また、各窪部の形状は、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。

レンズユニット８は、ウエルプレート９の底部に着脱可能に配置される略板状の部材である。レンズユニット８は、複数のレンズ８１および保持部８４を有する。複数のレンズ８１は、上方から入射した光を収束して下方に取り出す凸状の対物レンズである。レンズ８１は、例えば、ガラスや透明な樹脂材料等から構成される。複数のレンズ８１は、上面部８２と下面部８３とを有する。下面部８３は、下方に向けて凸となるように湾曲する。上面部８２は、保持部８４と接触して固定される。そして、複数のレンズ８１は、保持部８４によって水平方向に規則的に配列される。

レンズユニット８が、ウエルプレート９の底部に配置されると、各レンズ８１は、各窪部９１と上下方向に重なる。すなわち、ウエルプレート９の複数の窪部９１のそれぞれの下方に、レンズユニット８のレンズ８１がそれぞれ配置される。このとき、図４に示すように、隣り合う窪部９１間の最短距離ｄ１と、窪部９１の直径ｄ２と、レンズ８１の横幅ｗとは、ｗ＝ｄ１＋ｄ２の関係を満たす。ウエルプレート９の上方から入射した光は、窪部９１を通り、窪部９１の底部から取り出される。そして、窪部９１の底部から取り出された光は、各レンズ８１により収束され、さらにレンズユニット８の下方から取り出される。

本実施形態では、保持部８４は、光透過性を有する透明な材料から構成される。保持部８４は、例えば、ガラスや透明な樹脂材料等から構成される。これにより、レンズユニット８を通過する光は、吸収が抑えられ、効率的に下方に取り出される。ただし、保持部８４は、他の材料から構成されてもよい。

また、本実施形態では、保持部８４は略板形状の部材である。そして、複数のレンズ８１の上面部８２の少なくとも一部は、保持部８４の下面に接触して固定される。これにより、複数のレンズ８１を水平方向に容易に配列できる。なお、複数のレンズ８１は、保持部８４の下面に、例えば、接着剤等によって固定される。ただし、複数のレンズ８１と、保持部８４とは他の手法によって固定されるものであってもよい。また、複数のレンズ８１と保持部８４とは、同一部材であってもよい。この場合、保持部を部分的にレンズ形状に加工することで、複数のレンズが保持部の下面に形成されてもよい。

なお、保持部８４の上下方向の厚みは、レンズ８１の上下方向の幅より小さい。ただし、保持部８４の上下方向の厚みは、薄ければ薄いほど、より好ましい。これにより、保持部８４による光の吸収を、より抑えることができる。また、保持部８４の上下方向の厚みを薄くすれば、ウエルプレート９の底部からレンズ８１までの上下方向の距離が縮まる。したがって、後述する画像取得装置１において、ウエルプレート９を通過した光が、レンズ８１に入射するまでの間に拡散することを抑制できる。その結果、ウエルプレート９の上方から入射された光を、より効率的に、レンズユニット８の下方から取り出すことができる。

また、図３および図４に示すように、本実施形態の複数のレンズ８１の上面部８２は、下方に向けて凹となるように湾曲する。また、複数のレンズ８１の下面部８３は、下方に向けて凸となるように湾曲する。そして、レンズ８１の中央部の厚みは、周辺部の厚みよりも厚い。また、湾曲した上面部８２の曲率半径は、下面部８３の曲率半径よりも大きい。すなわち、複数のレンズ８１は、上面部８２および下面部８３のいずれもが、同一方向に向けて湾曲するメニスカス形状である。これにより、レンズ８１に入射した光は、より効果的に収束される。

＜２．画像取得装置について＞
次に、画像取得装置１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１の構成を、概念的に示した図である。

この画像取得装置１は、ウエルプレート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１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１によって取得された画像を用いて、各ウエルプレート９の画像データを比較・分析することにより、培養液９２に添加された化合物の効用を検証する。

図５に示すように、本実施形態の画像取得装置１は、プレート保持部１０、着脱部１１、投光部２０、撮像部３０、表示デバイス４０、入力デバイス５０およびコンピュータ６０を備えている。プレート保持部１０、投光部２０、撮像部３０、表示デバイス４０、および入力デバイス５０は、それぞれ、コンピュータ６０と電気的に接続されている。

プレート保持部１０は、ウエルプレート９を保持する載置台である。ウエルプレート９は、底部が下側となる水平姿勢で、プレート保持部１０にセットされる。着脱部１１は、ウエルプレート９の底部に、レンズユニット８を着脱可能に支持する部位である。これにより、ウエルプレート９の底部に、レンズユニット８を容易に配置することができる。ウエルプレート９の底部にレンズユニット８が配置されると、上述したように、複数の窪部９１の下方に、レンズ８１がそれぞれ配置される。なお、着脱部１１は、ウエルプレート９の底部に、間隔をあけてレンズユニット８を配置するものであってもよい。

プレート保持部１０および着脱部１１は、ウエルプレート９およびレンズユニット８を横方向に移動させる駆動機構（図示省略）を有している。駆動機構は、例えば、モータと、モータの駆動力を伝達するボールねじ等の動力伝達機構とで、構成される。駆動機構を動作させると、撮像部３０に対してウエルプレート９およびレンズユニット８が相対移動し、撮像部３０の視野に複数の窪部９１がレンズ越しに順次に入る。

投光部２０は、プレート保持部１０に保持されたウエルプレート９の上方に配置される。撮像部３０は、着脱部１１に保持されたレンズユニット８の下方に配置される。撮像部３０は、例えば、レンズ等の光学系と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子とを有するラインセンサにより実現される。ウエルプレート９を撮影するときには、投光部２０からウエルプレート９の一部分へ向けて白色光を照射しつつ、撮像部３０が、ウエルプレート９の当該一部分を、レンズユニット８を介して撮影する。そして、ウエルプレート９を横方向に移動させて、同様の撮影を繰り返す。その結果、ウエルプレート９全体の撮影画像データが取得される。

なお、投光部２０は、ウエルプレート９に対して光を照射するものであればよい。したがって、投光部２０の光源自体は、ウエルプレート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、ウエルプレート９に光が照射される構成であってもよい。また、投光部２０がウエルプレート９の下方に配置され、撮像部３０が、ウエルプレート９の上方に配置されていてもよい。

表示デバイス４０は、画像取得装置１によって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４０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５０は、コンピュータ６０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５０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１のユーザは、表示デバイス４０を確認しながら、入力デバイス５０を操作して、種々のコマンドをコンピュータ６０に入力できる。

なお、表示デバイス４０の機能と、入力デバイス５０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。

コンピュータ６０は、制御部６１、画像処理部６２、および記憶部６３を有する。制御部６１は、画像取得装置１の上記各部を動作制御する。制御部６１は、ＣＰＵやメモリを有し、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、ＣＰＵが動作することにより、上述した駆動機構、投光部２０、および撮像部３０の動作を制御する。これにより、画像取得装置１におけるウエルプレート９の撮影が実行される。

画像処理部６２は、取得された画像データに基づいて窪部９１内の各細胞９３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４０に表示される。なお、画像処理部６２は、入力デバイス５０によって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。

記憶部６３は、画像取得装置１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６３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６３は、図５のように、コンピュータ６０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６０に接続された外付けの記憶装置であってもよい。

＜３．レンズユニットの効果について＞
図４に示すように、窪部９１内において、培養液９２は、表面張力により湾曲した湾曲液面９４を有する。そして湾曲液面９４は、負のレンズとして作用する。図６は、レンズユニットがないウエルプレート９ａに光を照射した場合の、光の進行方向を示す図である（比較例）。図７は、レンズユニットがないウエルプレート９ａから、画像取得装置により取得された画像を示す図である（比較例）。図８は、本実施形態のウエルプレート９に光を照射した場合の、光の進行方向を示す図である。図９は、本実施形態のウエルプレート９から、画像取得装置１により取得された画像を示す図である。

図６中に矢印で示すように、ウエルプレート９ａでは、投光部２０ａから撮像部３０ａに向けて照射された光のうち、窪部９１ａの内周面付近を通る光は、湾曲液面９４ａによって散乱される。そして、散乱された光は、窪部９１ａから外部へと向かうように進行方向を変え、撮像部３０ａから外れた方向へと進む。このため、撮像部３０ａへと到達した光のうち、窪部９１ａの内周面付近を通る光の光量は低下する。したがって、図７に示すように、撮像部３０ａにより撮影された画像には、窪部９１ａの内周面付近に、中央付近よりも暗くなる周辺減光部９５ａが生じる。そうすると、窪部９１ａの内周面付近に存在する細胞９３ａの画像は、不鮮明となり、スクリーニングの精度が低下する。

一方、本実施形態のレンズユニット８を有するウエルプレート９では、図８の矢印で示すように、投光部２０から撮像部３０に向けて照射された光のうち、湾曲液面９４により散乱された光は、レンズ８１により収束され、再び、撮像部３０の方向へと進行方向を変える。このため、撮像部３０へと到達した光のうち、窪部９１の内周面付近を通る光の光量の低下を抑制することができる。

このように、ウエルプレート９の底部に着脱可能なレンズユニット８を配置することで、撮像部３０により撮影された画像の周辺減光を容易に抑制できる。その結果、図９に示すように、窪部９１の周辺部に存在する細胞９３の画像も鮮明に取得でき、スクリーニングの精度を向上させることができる。

＜４．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。

上記の実施形態では、レンズユニットの保持部は、複数のレンズの上面部と接触していた。しかしながら、本発明はこれに限られない。図１０および図１１は、変形例に係るレンズユニットの側面図である。図１０の例では、レンズユニット８Ａの保持部８４Ａは、複数のレンズ８１Ａの下面部８３Ａと接触することで、複数のレンズ８１Ａを保持する。また、図１１の例では、レンズユニット８Ｂの一対の保持部８４Ｂは、複数のレンズの上面部８２Ｂおよび下面部８３Ｂと接触することで、複数のレンズ８１Ｂを保持する。このように、複数のレンズは、上面部または下面部のうち少なくとも一方が、保持部と接触して固定されていればよい。

また、上記実施形態では、画像取得装置が、ウエルプレートの底面部に、レンズユニットを着脱可能に支持する着脱部１１を有していた。しかしながら、本発明はこれに限られない。図１２は、変形例に係るウエルプレート９Ｃの斜視図である。図１２の例では、ウエルプレート９Ｃは、レンズユニット８Ｃを着脱可能に支持する、着脱部１２Ｃを有する。このように、着脱部は、ウエルプレートに備えられるものであってもよい。これにより、着脱部を設けるための、画像取得装置の改造が不要となる。また、着脱部１２Ｃは、ウエルプレートと同一部材であっても、別部材であってもよい。

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。

１ 画像取得装置
８ レンズユニット
９ ウエルプレート
１０ プレート保持部
１１，１２ 着脱部
２０ 投光部
３０ 撮像部
４０ 表示デバイス
５０ 入力デバイス
６０ コンピュータ
６１ 制御部
６２ 画像処理部
６３ 記憶部
８１ レンズ
８２ 上面部
８３ 下面部
８４ 保持部
９１ 窪部
９２ 培養液
９３ 細胞
９４ 湾曲液面

Claims (8)

1. 上面から下向きに凹む複数の窪部を有するウエルプレートの底部に着脱可能なレンズユニットであって、
   中央部の厚みが周辺部の厚みよりも厚い凸状の複数のレンズと、
   前記複数のレンズを水平に保持する保持部と、
   を有し、
   前記複数のレンズは、前記複数の窪部のぞれぞれの下方に配置されるレンズユニット。
2. 請求項１に記載のレンズユニットであって、
   前記保持部は、透明な板状部材であり、
   前記複数のレンズは、上部または下部のうち、少なくとも一方が、前記保持部と接触して固定されるレンズユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載のレンズユニットであって、
   前記保持部の上下方向の厚みは、前記レンズの上下方向の幅より小さいレンズユニット。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレンズユニットであって、
   前記レンズの上面は、下方に向けて凹となるように湾曲し、
   前記レンズの下面は、下方に向けて凸となるように湾曲し、
   前記上面の曲率半径は、前記下面の曲率半径よりも大きいレンズユニット。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレンズユニットが、底部に着脱可能に配置された前記ウエルプレート。
6. 請求項５に記載のウエルプレートであって、
   隣り合う前記窪部間の最短距離ｄ１と、前記窪部の直径ｄ２と、前記レンズの横幅ｗと、がｗ＝ｄ１＋ｄ２の関係を満たすウエルプレート。
7. 請求項５または請求項６に記載のウエルプレートであって、
   底部に前記レンズユニットを着脱可能に支持する第１着脱部を有するウエルプレート。
8. 細胞を撮影して得られた画像を取得する画像取得装置であって、
   請求項５または請求項６に記載のウエルプレートを保持する保持部と、
   前記ウエルプレートの底部に、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレンズユニットを着脱可能に支持する第２着脱部と、
   前記ウエルプレートに向けて光を照射する投光部と、
   前記ウエルプレートの下方から、前記レンズユニットを介して、前記窪部内を撮影し前記画像を取得する撮像部と、
   を有する画像取得装置。

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