JP2019211603A - 光学観察装置を用いた被観察体の撮像方法および光学観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構成で、被観察体と合焦している画像を短時間で取得可能な光学観察装置および撮像方法を提供する。【解決手段】被観察体Ｄを配置する配置ユニット１と、被観察体Ｄの観察像を結像する結像光学系２と、観察像を撮像可能な撮像素子３と、配置ユニット１および結像光学系２の少なくとも一方を移動可能な移動ユニット４と、制御ユニット５とを備え、制御ユニット５は、移動ユニット４により、配置ユニット１および結像光学系２の少なくとも一方を、移動開始位置から移動終了位置まで結像光学系２の光軸方向に沿って移動する移動手段と、光軸方向の移動において、撮像素子３により観察像を複数枚撮像する撮像手段と、複数枚の画像から、基準値を満たす画像を焦点画像として選抜する選抜手段とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光学観察装置を用いた被観察体の撮像方法および光学観察装置に関する。

明視野顕微鏡、位相差顕微鏡等の光学観察装置を用いて、１つの細胞培養容器（培養ディッシュ）の全面画像を撮像する場合、前記培養容器を複数画分に分画し、各画分を撮像する。そして、得られた画像を統合することにより、前記培養容器全面の画像を作製する。

前記培養容器内で培養される細胞等の被観察体は、場所により異なる厚みを有する。このため、前記培養容器内の撮像位置により、最適な焦点位置が異なる。また、前記培養容器は、一般的に底面の平面度はそれほど高くないため、前記培養容器内の撮像位置により、最適な焦点位置が異なる。さらに、前記培養容器は、ステージ等の配置ユニットとの間にゴミ等が挟まることにより、配置ユニットに対して平行に載置されない場合も、前記培養容器内の撮像位置により、最適な焦点位置が異なる。このため、ある画分の焦点位置で撮像し、その焦点位置を維持し、全面の撮影および全面画像を作製すると、前記被観察体に焦点があっていない画分が含まれる全面画像が作製される。このため、各画分を撮像する場合、それぞれの位置で、最適な焦点位置に結像光学系を移動し、撮像する必要ある。

国際公開２０１７／１４５４８７号公報 特開２０１５−２１０２８６号公報

各画分について、前記被観察体の観察像を結像する結像光学系の焦点位置を自動調整し、前記被観察体と合焦している画像を取得することが試みられている。具体的には、第１の方法として、特許文献１では、前記結像光学系に、各撮像位置における焦点を検出するための機構（光学系）を別途設け、前記機構を用いて焦点位置を調整することが試みられている。

また、第２の方法として、特許文献２では、前記結像光学系を光軸方向に移動させつつ、随時撮影し、各画像の撮影後に前後の画像と比較して、画像のコントラストが最大の画像を最適な合焦位置として検出する。そして、特許文献２では、前記合焦位置で再撮像し、前記被観察体と合焦している画像を取得する。

しかしながら、前記第１の方法では、別機構を設ける必要があるため、装置が複雑化し、かつ製造コストが増加するという問題がある。また、前記第２の方法では、撮像、コントラストの算出、および前後の画像との比較の処理を逐次実施する必要があり、全体の撮像時間が長くなるという問題がある。

そこで、本発明は、単純な構成で、前記被観察体と合焦している画像を短時間で取得可能な光学観察装置および撮像方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の光学観察装置（以下、「観察装置」ともいう）は、被観察体を配置する配置ユニットと、
前記被観察体の観察像を結像する結像光学系と、
前記観察像を撮像可能な撮像素子と、
前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を移動可能な移動ユニットと、
制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットは、
前記移動ユニットにより、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を、移動開始位置から移動終了位置まで前記結像光学系の光軸方向に沿って移動する移動手段と、
前記光軸方向の移動において、前記撮像素子により前記観察像を複数枚撮像する撮像手段と、
複数枚の画像から、基準値を満たす画像を焦点画像として選抜する選抜手段とを備える。

本発明の撮像方法は、被観察体を配置する配置ユニットおよび前記被観察体の観察像を結像する結像光学系の少なくとも一方を、移動開始位置から移動終了位置まで前記結像光学系の光軸方向に沿って移動する移動工程と、
前記光軸方向の移動において、前記観察像を撮像可能な撮像素子により前記観察像を複数枚撮像する撮像工程と、
複数枚の画像から、基準値を満たす画像を焦点画像として選抜する選抜工程とを含む。

本発明によれば、単純な構成で、短時間で前記被観察体と合焦している画像を取得できる。

図１は、実施形態１における観察装置の一例を示す模式断面図である。 図２は、実施形態１における観察装置における演算装置の一例を示すブロック図である。 図３は、実施形態１におけるパルスカウント装置が受信する駆動信号の位相の情報と、パルスカウント装置のカウントと、撮像トリガ信号と、カメラの撮像との関係を示す図である。 図４は、実施形態１の撮像方法を示すフローチャートである。 図５は、実施形態２の撮像方法を示すフローチャートである。 図６は、実施形態３における撮像対象領の撮像方法を示す図である。 図７は、実施形態３の対物レンズ２の光軸方向の移動を示す図である。

以下、本発明において、「光軸方向」とは、前記結像光学系における光軸（対称軸）の方向を意味し、「Ｚ軸方向」ともいう。前記光軸方向は、例えば、前記被観察体の載置面に対する直交（垂直）方向ということもできる。また、本発明において、「Ｘ軸方向」は、前記光軸方向に直交する平面（ＸＹ平面）における１方向をいい、「Ｙ軸方向」は、ＸＹ平面において、Ｘ軸方向に直交（垂直）する方向を意味する。

本発明において、「観察」は、被観察体の観察を意味し、例えば、撮像を伴う観察でもよいし、撮像を伴わない観察でもよい。

以下、本発明の観察装置について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の説明に限定されない。なお、以下の図１〜図７において、同一部分には、同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、図面においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、実際とは異なり、模式的に示す場合がある。また、各実施形態は、特に言及しない限り、互いにその説明を援用できる。

（実施形態１）
実施形態１は、本発明の観察装置および撮像方法に関する。

本実施形態は、観察装置の一例である。図１は、実施形態１の観察装置１００の模式図である。図１に示すように、観察装置１００は、配置ユニットであるステージ１、結像光学系である対物レンズ２、撮像素子であるカメラ３、移動ユニット４、制御ユニット５、および照明６を主要な構成として備える。移動ユニット４は、Ｘ軸方向の移動ユニット４１と、Ｙ軸方向の移動ユニット４２と、Ｚ軸方向の移動ユニット４３とを備える。Ｘ軸方向の移動ユニットは、Ｘ軸モータ４１ａおよびＸ軸ボールねじ４１ｂを備える。Ｙ軸方向の移動ユニットは、Ｙ軸モータ４２ａおよびＹ軸ボールねじ４２ｂを備える。Ｚ軸方向の移動ユニットは、Ｚ軸モータ４３ａおよびＺ軸ボールねじ４３ｂを備える。制御ユニット５は、演算装置５１と、シーケンサ（ＰＬＣ）５２と、モータドライバ５３と、パルスカウント装置５４とを備える。モータドライバ５３は、Ｘ軸方向のモータドライバ５３ｘと、Ｙ軸方向のモータドライバ５３ｙと、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚとを備える。照明６は、支持部材６１を備える。

ステージ１には、細胞を含む細胞培養容器Ｄが載置されている。前記細胞は、例えば、細胞、細胞から構成される細胞塊、組織、臓器等でもよい。前記細胞は、例えば、培養細胞でもよいし、生体から単離した細胞でもよい。観察装置１００において、前記配置ユニットは、ステージ１であるが、これに限定されず、被観察体を配置可能な任意の構成を採用できる。具体例として、前記配置ユニットは、光学観察装置における配置ユニットの構成を利用できる。前記光学観察装置は、例えば、明視野顕微鏡、実体顕微鏡、位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、蛍光顕微鏡、共焦点レーザ顕微鏡、全反射照明蛍光顕微鏡、ラマン顕微鏡等があげられる。ステージ１において、細胞培養容器Ｄの配置領域は、ステージ１の下方に配置された対物レンズ２から細胞培養容器Ｄを観察可能なように構成されている。具体例として、細胞培養容器Ｄの配置領域は、透光性の材料で形成されてもよいし、その一部に貫通孔が形成されてもよい。

前記被観察体は、細胞を含む細胞培養容器Ｄであるが、これに限定されず、任意の試料とできる。前記被観察体は、例えば、前述の光学観察装置による観察に供される試料があげられ、具体例として、細胞を含むディッシュ、プレート、フラスコ（細胞培養フラスコ）等の細胞培養容器、サンプルが配置されたプレパラート等があげられる。

対物レンズ２は、前記被観察体である細胞培養容器Ｄの観察像を撮像素子であるカメラ３に結像する。より具体的には、対物レンズ２は、細胞培養容器Ｄの内の細胞の観察像をカメラ３に結像する。これにより、観察装置１００は、細胞培養容器Ｄ内の細胞の観察および撮像が可能となる。観察装置１００において、前記結像光学系は、対物レンズ２として構成されているが、前記被観察体の観察像を結像可能なであればよい。前記結像光学系は、例えば、前述の光学観察装置における結像光学系の構成を採用できる。観察装置１００において、対物レンズ２の数は、１つであるが、複数でもよい。

観察装置１００において、対物レンズ２は、細胞培養容器Ｄの下方に配置されているが、細胞培養容器Ｄの上方に配置されてもよい。前記結像光学系である対物レンズ２の配置場所は、例えば、前述の光学観察装置の種類に応じて、適宜設定できる。

カメラ３は、前記被観察体である細胞培養容器Ｄの観察像を撮像可能であり、より具体的には、細胞培養容器Ｄ内の細胞の観察像を撮像可能である。観察装置１００において、前記撮像素子は、カメラ３であるが、前記被観察体の観察像を撮像可能であればよい。前記撮像素子は、例えば、公知の撮像素子が使用でき、具体例として、Charge-Coupled Device（ＣＣＤ、電荷結合素子）、Complementary Metal Oxide Semiconductor（ＣＭＯＳ）等を備える素子、いずれかの素子を備える、カメラ等の撮像装置等があげられる。

カメラ３は、後述のパルスカウント装置から送信された撮像トリガ信号を受信すると、前記被観察体である細胞培養容器Ｄの観察像を撮像するように構成されている。カメラ３の１回の撮像時間（露光時間）は、例えば、前記被観察体の明るさに応じて適宜設定できる。

観察装置１００では、前記観察像をカメラ３に結像後、カメラ３により観察像を撮像し、得られた画像を装置外の表示装置５６により表示する。ただし、観察装置１００は、これに限定されず、対物レンズ２により得られる像（一次像）を、観察装置１００の使用者が観察する接眼レンズまでリレーしてもよい。この場合、観察装置１００は、例えば、前記一次像を接眼レンズまでリレーするリレー光学系および接眼レンズを含む。前記リレー光学系および前記接眼レンズは、例えば、前述の光学観察装置におけるリレー光学系および接眼レンズの構成を採用できる。表示装置５６の具体例は、後述する。

前記結像光学系であるカメラ３は、撮像した画像を、後述の選抜手段に送信する。この場合、カメラ３は、前記撮像された画像に、前記画像の撮像位置（例えば、ＸＹＺ座標）を関連付けし、前記選抜手段に送信することが好ましい。

移動ユニット４は、前記結像光学系である対物レンズ２および前記撮像素子であるカメラ３を移動可能である。観察装置１００において、移動ユニット４は、対物レンズ２およびカメラ３を移動可能であるが、対物レンズ２のみを移動可能に構成されてもよい。また、移動ユニット４は、対物レンズ２に加えて、または代えて前記配置ユニットであるステージ１を移動可能に構成されてもよい。移動ユニット４は、前記結像光学系である対物レンズ２を移動可能に構成することにより、ステージ１を移動可能に構成する場合と比較して、前記被観察体である細胞培養容器Ｄ内の培養液の液面のゆれ等を低減できる。これにより、観察装置１００は、液面のゆれにより生じる照明光の強度の変動、焦点位置の変動等の発生を抑制できるため、より短時間で被観察体と合焦している画像を取得できる。

移動ユニット４は、前述のように、Ｘ軸モータ４１ａおよびＸ軸ボールねじ４１ｂと、Ｙ軸モータ４２ａおよびＹ軸ボールねじ４２ｂと、Ｚ軸モータ４３ａおよびＺ軸ボールねじ４３ｂとを備える。図１に示すように、Ｘ軸ボールねじ４１ｂ、Ｙ軸ボールねじ４２ｂ、およびＺ軸ボールねじ４３ｂは、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向となるように取付けられている。また、Ｘ軸ボールねじ４１ｂは、Ｙ軸ボールねじ４２ｂ上をＹ軸方向に移動可能なように、Ｙ軸ボールねじ４２ｂ上のナットと接続されている。Ｚ軸ボールネねじ４３ｂは、Ｘ軸ボールねじ４１ｂ上をＸ軸方向に移動可能なように、Ｘ軸ボールねじ４１ｂ上のナットと接続されている。対物レンズ２およびカメラ３は、Ｚ軸ボールネねじ４３ｂ上をＺ軸（光軸）方向に移動可能なように、Ｚ軸ボールねじ４３上のナットと接続されている。そして、Ｘ軸モータ４１ａ、Ｙ軸モータ４２ａ、およびＺ軸モータ４３ａは、それぞれ、Ｘ軸方向のモータドライバ５３ｘと、Ｙ軸方向のモータドライバ５３ｙと、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚと接続されている。このため、観察装置１００では、後述のモータドライバ５３により、後述の駆動信号が送信される。そして、前記駆動信号に基づき、Ｘ軸モータ４１ａ、Ｙ軸モータ４２ａ、およびＺ軸モータ４３ａが駆動することで、対物レンズ２およびカメラ３は、前記駆動信号により指定されたＸＹＺ座標に移動する。Ｘ軸モータ４１ａ、Ｙ軸モータ４２ａ、およびＺ軸モータ４３ａは、例えば、位置制御可能なモータがあげられ、具体例として、ステッピングモータがあげられる。

観察装置１００において、移動ユニット４は、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を移動可能であればよく、前述の光学観察装置における対応する構成を採用できる。移動ユニット４は、ボールねじおよびモータにより構成されているが、リニアモータから構成してもよいし、さらに、台車と組合せてもよい。対物レンズ２がレンズ繰り出し機構等の焦点調節機構を備える場合、前記焦点調節機構を、移動ユニット４としてもよい。

移動ユニット４は、前記光軸（Ｚ軸）方向に、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を移動可能に構成されていればよく、さらに、前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向の少なくとも一方に移動可能に構成されてもよい。前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向の移動は、例えば、前記光軸方向の垂直（直交）方向の平面における移動ということもできる。

制御ユニット５は、前述のように、演算装置５１と、ＰＬＣ５２と、モータドライバ５３と、パルスカウント装置５４とを備える。観察装置１００において、制御ユニット５における演算装置５１が、ＰＬＣ５２と、モータドライバ５３と、パルスカウント装置５４と協働して、後述の移動手段、撮像手段、選抜手段等の各手段として機能する。本発明は、これに限定されず、複数の構成が、それぞれ、各手段として機能してもよいし、演算装置５１が単独で各手段として機能してもよい。

演算装置５１は、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ワークステーション等と類似する構成を備える。図２は、観察装置１００における演算装置５１の一例を示すブロック図である。図２に示すように、演算装置５１は、中央演算装置（ＣＰＵ）５１ａ、メインメモリ（主記憶デバイス）５１ｂ、補助記憶デバイス５１ｃ、ビデオコーデック５１ｄ、Ｉ／Ｏ（input-output）インターフェイス５１ｅ等を含み、これらがコントローラ（システムコントローラ、Ｉ／Ｏコントローラ等）５１ｆにより制御され、連携動作する。補助記憶デバイス５１ｃは、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の記憶手段があげられる。演算装置５１は、演算手段としてＣＰＵ５１ａを備えるが、例えば、後述のＧＰＵを備えてもよい。ビデオコーデック５１ｄは、ＣＰＵ５１ａより受けた描画指示をもとに表示する画面を生成し、その画面信号を、例えば、観察装置１００外の表示装置５６等に向けて送信するＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、画面および画像のデータを一時的に記憶しておくビデオメモリ等を含む。Ｉ／Ｏインターフェイス５１ｅは、ＰＬＣ５２、パルスカウント装置５４、カメラ３と通信可能に接続して、これらを制御または画像等の情報を取得するためのデバイスである。Ｉ／Ｏインターフェイス５１ｅは、サーボドライバ（サーボコントローラ）を含んでもよい。また、Ｉ／Ｏインターフェイス５１ｅは、例えば、観察装置１００外の入力手段（入力装置）と接続してもよい。表示装置５６は、映像により出力するモニター（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイ等の各種画像表示装置等）等があげられる。前記入力装置は、ユーザが手指で操作可能なタッチパネル、トラックパッド、マウス等のポインティングデバイス、キーボード、押下ボタン等があげられる。

演算装置５１が実行するプログラムおよび各情報は、補助記憶デバイス５１ｃに記憶されている。前記プログラムは、実行時にメインメモリ５１ｂに読み込まれ、ＣＰＵ５１ａによって解読される。そして、演算装置５１は、プログラムに従い、ＰＬＣ５２と、モータドライバ５３と、パルスカウント装置５４と協働して、後述の移動手段、撮像手段、選抜手段等の各手段として機能する。このため、観察装置１００において、ＣＰＵ５１ａが、主に、前記移動手段、前記撮像手段、および前記選抜手段として機能する。

前記移動手段は、移動ユニット４により、対物レンズ２を、移動開始位置から移動終了位置まで対物レンズ２の光軸方向に沿って移動する。具体的には、前記移動手段は、後述のＰＬＣ５２に対して、対物レンズ２の移動位置を指定する情報（例えば、ＸＹＺ座標）を送信することにより、対物レンズ２を移動する。移動ユニット４がステージ１を移動可能な場合、前記移動手段は、ステージ１を、移動開始位置から移動終了位置まで対物レンズ２の光軸方向に沿って移動してもよい。また、移動ユニット４がステージ１および対物レンズ２を移動可能な場合、ステージ１および対物レンズ２を、それぞれの移動開始位置から移動終了位置まで対物レンズ２の光軸方向に沿って移動する。

前記移動開始位置は、前記光軸方向の移動を開始する位置を意味し、具体的には、前記光軸方向の移動を開始し、かつ後述の撮像手段による前記観察像の撮像開始の制御を実施する位置を意味する。前記移動終了位置は、前記光軸方向の移動を終了する位置を意味し、具体的には、前記光軸方向の移動を終了し、かつ後述の撮像手段による前記観察像の撮像終了の制御を実施する位置を意味する。前記移動開始位置および前記移動終了位置は、例えば、観察装置１００の使用者により予め設定されてもよいし、後述の設定手段により、設定されてもよい。前記移動開始位置および前記移動終了位置は、例えば、ＸＹＺ座標として表される。前記光軸（Ｚ軸）方向における前記移動開始位置と前記移動終了位置との距離は、例えば、前記被観察体の厚み、すなわち、光軸方向の長さに基づき、設定できる。前記被観察体が細胞の場合、前記光軸（Ｚ軸）方向における前記移動開始位置と前記移動終了位置との距離は、例えば、０．２〜０．５ｍｍである。

前記撮像手段は、前記光軸方向の移動において、カメラ３により前記観察像を複数枚撮像する。撮像される観察像の数は、複数枚であればよく、その上限は、特に制限されない。前記撮像手段は、例えば、前記光軸方向の移動において、所定距離の移動毎に前記撮像素子により前記観察像を撮像することで、前記観察像を複数枚撮像することが好ましい。これにより、観察装置１００は、後述の選抜手段における選抜により、焦点画像をより多く選抜でき、前記被観察体と合焦している画像を選抜できる。

前記選抜手段は、複数枚の画像から、基準値を満たす画像を焦点画像として選抜する。前記複数枚の画像は、１回の移動開始位置から移動終了位置までの移動において撮像された複数の画像を意味する。前記基準値は、例えば、前記画像におけるコントラスト、輝度値等に基づく基準値があげられるが、好ましくは、コントラストである。前記基準値をコントラストとすることにより、前記選抜手段により、前記被観察体と合焦している画像を効率よく選抜できる。前記コントラストは、例えば、前記画像の画素値の分散として算出できる。前記コントラストは、前記画像の一部または全体の画素値の分散であり、好ましくは、前記画像全体の画素値の分散である。前記コントラストを前記画像全体の画素値の分散とすることにより、観察装置１００は、例えば、前記被観察体が含まれない領域の検出等が不要となるため、前記被観察体と合焦している画像をより短時間で取得できる。前記基準値は、例えば、選抜される焦点画像の数により規定されてもよい。この場合、前記選抜手段は、複数枚の画像から、前記コントラストが所定の値以上の画像、好ましくは、コントラストが最大の画像、すなわち、前記画像の画素値の分散が最大の画像を前記焦点画像として選抜することが好ましい。前記焦点画像は、前記結像光学系が前記被観察体の一部または全部と焦点があった状態の画像を意味し、好ましくは、前記被観察体と完全に合焦している画像である。選抜される焦点画像の数は、例えば、１枚または複数枚であり、好ましくは、１枚である。前記選抜手段は、前記焦点画像を保存することが好ましい。

図１に示すように、ＰＬＣ５２は、モータドライバ５３と接続され、より具体的には、モータドライバ５３のＸ軸方向のモータドライバ５３ｘと、Ｙ軸方向のモータドライバ５３ｙと、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚと接続されている。ＰＬＣ５２は、例えば、プログラマブル・ロジック・コントローラまたはシーケンサを使用できる。ＰＬＣ５２は、演算装置５１により送信された対物レンズ２の移動位置を指定する情報を、Ｘ軸モータ４１ａ、Ｙ軸モータ４２ａ、およびＺ軸モータ４３ａを制御するモータドライバ５３へのモータ指令に変換する。そして、ＰＬＣ５２は、モータドライバ５３により、Ｘ軸モータ４１ａ、Ｙ軸モータ４２ａ、およびＺ軸モータ４３ａが駆動し、対物レンズ２が指定された移動位置に到達すると、演算装置５１に対物レンズ２の移動が完了したとの情報を送信する。

観察装置１００において、演算装置５１は、ＰＬＣ５２を介して、モータドライバ５３を制御している。すなわち、演算装置５１、ＰＬＣ５２、およびモータドライバ５３が協働して、前記移動手段として機能している。ただし、本発明は、これに限定されず、演算装置５１が、直接的にモータドライバ５３を制御してもよい。この場合、演算装置５１は、例えば、モータコントローラー；モータ制御機能を有するマイクロコントローラ、FPGA（field-programmable gate array）；等を備える。

図１に示すように、モータドライバ５３は、Ｘ軸方向のモータドライバ５３ｘと、Ｙ軸方向のモータドライバ５３ｙと、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚを備える。Ｘ軸方向のモータドライバ５３ｘと、Ｙ軸方向のモータドライバ５３ｙと、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚは、それぞれ、Ｘ軸モータ４１ａ、Ｙ軸モータ４２ａ、およびＺ軸モータ４３ａと接続されている。そして、Ｘ軸方向のモータドライバ５３ｘと、Ｙ軸方向のモータドライバ５３ｙと、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚは、それぞれ、ＰＬＣ５２から送信されたモータ指令に基づき、駆動信号を送信し、Ｘ軸モータ４１ａ、Ｙ軸モータ４２ａ、およびＺ軸モータ４３ａを駆動する。前記駆動信号は、例えば、二相パルスの信号である。また、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚは、パルスカウント装置５４と接続されている。このため、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚは、Ｚ軸モータ４３ａへの前記駆動信号の送信と併せて、パルスカウント装置５４に対しても前記駆動信号を送信する。

図１に示すように、パルスカウント装置５４は、カメラ３と接続されている。パルスカウント装置５４は、マイクロコントローラ等があげられる。パルスカウント装置５４は、演算装置５１からのＯＮの信号を受信すると、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚから送信される駆動信号の送信回数のカウントを開始する。そして、パルスカウント装置５４は、前記カウントが所定回数となった場合、カメラ３に対して、撮像を行なうよう指令する撮像トリガ信号を送信する。前記所定回数は、例えば、前記Ｚ軸モータ４３ａが前記所定回数の駆動信号を受信した際のカメラ３の光軸方向の移動距離（前記所定距離）に基づき、適宜設定できる。前記光軸方向の移動距離は、例えば、１〜５μｍである。パルスカウント装置５４をこのような構成にすることにより、観察装置１００は、前記被観察体と合焦している画像をより精度よく取得できる。また、前記光軸方向の移動距離は、１０〜２０μｍとしてもよい。パルスカウント装置５４をこのような構成にすることにより、観察装置１００は、前記被観察体と合焦している画像をより短時間に取得できる。パルスカウント装置５４は、演算装置５１からＯＦＦの信号を受信すると、前記駆動信号の送信回数のカウントを停止する。また、パルスカウント装置５４は、例えば、演算装置５１から前記駆動信号の送信回数のカウントをリセットする信号を受信した場合、前記カウントをリセット（例えば、０）できるように構成してもよい。

観察装置１００において、演算装置５１は、ＰＬＣ５２およびＺ軸方向のモータドライバ５３ｚを介して、パルスカウント装置５４を制御している。すなわち、演算装置５１、ＰＬＣ５２、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚ、およびパルスカウント装置５４が協働して、前記撮像手段として機能している。ただし、本発明は、これに限定されず、演算装置５１が、直接的にカメラ３による撮像を制御してもよい。この場合、演算装置５１は、例えば、マイクロコントローラ、FPGA（field-programmable gate array）；等を備え、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚから送信された駆動信号の送信回数をカウントし、前記カウントが所定回数となった場合、カメラ３に対して、撮像を行なうよう指令する撮像トリガ信号を送信する。

パルスカウント装置５４は、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚと接続されているが、Ｚ軸モータ４３ａと接続されてもよい。この場合、Ｚ軸モータ４３ａは、リニアエンコーダ（リニアスケール）等のエンコーダを備える。そして、パルスカウント装置５４は、Ｚ軸モータ４３ａから出力される二相パルス等の信号を前記駆動信号として受信し、その回数をカウントしてもよい。

図３を用いて、パルスカウント装置５４の駆動方法について、より具体的に示す。図３は、パルスカウント装置５４が受信する駆動信号の位相の情報と、パルスカウント装置５４のカウントと、前記撮像トリガ信号と、カメラ３の撮像との関係を示す図である。なお、前記駆動信号が、Ａ相と、Ｂ相とを含む二相パルスの信号であり、前記所定回数が１００回の場合を例にあげて説明するが、前記駆動信号の種類および前記所定回数の回数は、これに限定されない。

図３に示すように、前記駆動信号は、位相差が存在するＡ相およびＢ相を含む。パルスカウント装置５４は、これらの位相の立ち上がりのエッジおよび立ち下がりのエッジの組合せを利用して、カウントする。具体的には、図３において、パルスカウント装置５４は、Ｂ相が、Ｌｏｗパルス（Ｌパルス）の状態において、Ａ相が立ち上がると１回とカウントし、Ａ相がＨｉｇｈパルス（Ｈパルス）の状態において、Ｂ相が立ち上がると１回とカウントする。さらに、パルスカウント装置５４は、Ｂ相がＨパルスの状態において、Ａ相が立ち下がると１回とカウントし、Ａ相がＬパルスの時にＢ相が立ち下がると１回とカウントする。そして、パルスカウント装置５４は、積算されたカウントが９９回である状態において、さらに１回カウントすると、前記所定回数に達するため、前記撮像トリガ信号をカメラ３に送信する。また、パルスカウント装置５４は、併せてカウントを０にリセットする。図３において、Ａ相およびＢ相を利用し、カウントを積算する場合を例にあげて説明したが、前記駆動信号が、前記図３のＡ相とＢ相と、逆の位相の場合、つぎのようにカウントする。パルスカウント装置５４は、Ｂ相が、Ｈパルスの状態において、Ａ相が立ち上がると１回とカウントし、Ａ相がＨパルスの状態において、Ｂ相が立ち下がると１回とカウントする。さらに、パルスカウント装置５４は、Ｂ相がＬパルスの状態において、Ａ相が立ち下がると１回とカウントし、Ａ相がＬパルスの時にＢ相が立ち上がると１回とカウントする。そして、パルスカウント装置５４は、０から、９９、９８と、カウントを減らしていき、カウントが０となった場合に、前記撮像トリガ信号をカメラ３に送信する。これにより、パルスカウント装置５４は、光軸方向における両方向の動きについて、検出し、カメラ３による撮像を可能とする。

つぎに、照明６は、ステージ１に配置された被観察体である細胞培養容器Ｄを照明する。照明６は、任意の構成であり、有ってもよいし、無くてもよい。照明６は、前記被観察体を照明可能な光源を備える。照明６は、前記光源に加え、前記光源からの照明光を被観察体に導光する照明光学系を備えてもよい。前記光源は、例えば、ハロゲンランプ、タングステンランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等があげられる。前記照明光学系は、例えば、前述の光学観察装置における照明光学系の構成を採用できる。

観察装置１００において、照明６は、ステージ１を挟んで、対物レンズ２およびカメラ３と対向するように、配置されている。すなわち、照明６は、ステージ１の上方に配置されているが、照明６の配置場所は、これに限定されず、前記光学観察装置の種類に応じて、適宜設定でき、例えば、ステージ１の下方に配置されてもよい。また、照明６は、カメラ３と支持部材６１を介して連結され、これにより、カメラ３の移動と連動して移動するが、これに限定されない。照明６は、カメラ３と独立に移動可能に構成されてもよいし、移動しなくてもよい。照明６がカメラ３と独立に移動可能に構成される場合、照明６は、Ｚ軸方向において、カメラ３と同軸上に配置されるように移動することが好ましい。観察装置１００において、照明６は、カメラ３と連動して移動することにより、対物レンズ２およびカメラ３により観察および撮像される細胞培養容器Ｄの撮像対象領域を好適に照明できる。前記撮像対象領域は、観察装置１００により撮像を実施する領域を意味する。

つぎに、実施形態１の観察装置１００を用いた実施形態１の撮像方法について説明する。なお、本発明の撮像方法は、本発明の観察装置を用いてもよいし、他の観察装置を用いてもよい。

図４は、実施形態１の撮像方法を示すフローチャートである。図４に示すように、実施形態１の撮像方法は、Ｓ１工程（移動）、Ｓ２工程（撮像）、およびＳ３工程（選抜）を含む。また、実施形態１の撮像方法において、Ｓ１工程とＳ２工程とは並行して実施される。

Ｓ１工程では、前記被観察体である細胞培養容器Ｄの観察像を結像する対物レンズ２を、前記移動開始位置から前記移動終了位置まで対物レンズ２の光軸方向に沿って移動する。具体的には、Ｓ１工程では、演算装置５１、ＰＬＣ５２、およびモータドライバ５３が協働して、移動ユニット４により、前記移動開始位置から前記移動終了位置まで、対物レンズ２をＺ軸方向に移動させる。前記移動開始位置のＸＹ座標と、前記移動終了位置のＸＹ座標とが異なる場合、移動ユニット４は、対物レンズ２をＸ軸方向およびＹ軸方向の少なくとも１つの方向に移動させてもよい。

実施形態１の撮像方法において、Ｓ１工程では、前記結像光学系である対物レンズ２のみを移動させているが、本発明は、これに限定されない。Ｓ１工程では、前記配置ユニットであるステージ１を移動させてもよいし、ステージ１および対物レンズ２の両者を移動させてもよい。

つぎに、Ｓ２工程では、前記光軸方向の移動において、カメラ３により前記観察像を複数枚撮像する。具体的には、Ｓ２工程では、演算装置５１、ＰＬＣ５２、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚ、およびパルスカウント装置５４が協働し、Ｓ１工程における対物レンズ２の光軸方向の移動において、カメラ３により、細胞培養容器Ｄ内の細胞の観察像を複数枚撮像する。そして、Ｓ２工程では、カメラ３が、演算装置５１に撮像された複数枚の画像を送信する。

そして、Ｓ３工程では、前記複数枚の画像から、基準値を満たす画像を焦点画像として選抜する。具体的には、Ｓ３工程では、演算装置５１が、各画像のコントラストを算出し、前記コントラストが基準値を満たす画像を、前記焦点画像として選抜する。

以上説明したように、本実施形態の観察装置１００および撮像方法では、前記移動開始位置から移動終了位置までの移動において、複数枚の画像を撮像し、得られた画像から焦点画像を選抜する。前記特許文献２の方法では、撮像後、コントラストの算出および前後の画像の処理が終了するまで、つぎの撮像を待機する必要があるため、撮像間隔が長くなり、撮像時間が長くなる。これに対して、本実施形態の観察装置１００および撮像方法では、光軸方向の移動と、撮像とを並行して実施し、得られた画像から焦点画像を選抜するため、特許文献２の方法における待機時間が不要となる。このため、本実施形態の観察装置１００および撮像方法によれば、前記特許文献２の方法と比較して、前記被観察体と合焦している画像を短時間で取得できる。また、本実施形態の観察装置１００は、焦点位置を検出するための光学系が不要である。このため、前記特許文献１と比較して、単純な構成で、前記被観察体と合焦している画像を取得できる。また、本実施形態の観察装置１００は、前記焦点位置を検出するための光学系が不要であるため、より製造コストを低減できる。

観察装置１００において、前記移動手段は、前記光軸方向の移動を１回実施したが複数回実施してもよい。また、実施形態１の撮像方法では、Ｓ１工程を一回実施したが、本発明の撮像方法は、これに限定されない。実施形態１の撮像方法は、Ｓ１工程を複数回実施してもよい。

この場合、観察装置１００において、前記移動手段により、前記結像光学系である対物レンズ２が、前記光軸方向に沿って複数回移動される。移動ユニット４が前記配置ユニットであるステージ１を移動可能な場合、前記移動手段は、ステージ１を、前記光軸方向に沿って複数回移動してもよい。移動ユニット４がステージ１および対物レンズ２を移動可能な場合、前記移動手段は、ステージ１および対物レンズ２を、前記光軸方向に沿って複数回移動してもよい。これにより、観察装置１００は、前記被観察体における撮像対象領域を対物レンズ２の一視野で撮像できない場合、前記撮像対象領域を複数に区分し、各区分に対して、前記移動手段による移動、前記撮像手段による撮像、および前記焦点画像の選抜を実施することにより、各区分における前記被観察体と合焦している画像を短時間で取得できる。

観察装置１００において、前記移動手段は、さらに、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を、新たな移動開始位置に移動し、前記新たな移動開始位置から新たな移動終了位置まで前記光軸方向に沿って移動させることが好ましい。具体的には、前記移動手段は、前記移動終了位置から前記新たな移動開始位置まで、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を移動後、前記新たな移動開始位置から新たな移動終了位置まで前記光軸方向に沿って移動させることが好ましい。これにより、観察装置１００は、例えば、対物レンズ２の一視野より広い撮像対象領域についても、前記被観察体と合焦している画像を短時間で取得できる。

観察装置１００において、前記移動開始位置からの光軸方向の移動方向と、前記新たな移動開始位置からの光軸方向の移動方向とが、逆方向であることが好ましい。これにより、観察装置１００は、前記移動終了位置から新たな移動開始位置への移動距離を低減できる。このため、観察装置１００は、例えば、前記撮像対象領域における複数の区分を撮像する際に、各区分において、前記観察体と合焦している画像をより短時間で取得できる。

観察装置１００は、前記光軸方向において、前記移動終了位置と、前記新たな移動開始位置とが、同じ位置であることが好ましい。すなわち、観察装置１００において、前記移動終了位置のＺ軸の座標と、前記新たな移動開始位置のＺ軸の座標とが、同じであることが好ましい。これにより、観察装置１００は、前記移動終了位置から新たな移動開始位置への移動が、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の少なくとも１つの方向への移動となり、Ｚ軸方向への移動を省略できる。このため、観察装置１００は、例えば、前記撮像対象領域における複数の区分を撮像する際に、各区分において、前記被観察体と合焦している画像をより短時間で取得できる。観察装置１００において、前記移動開始位置からの光軸方向の移動方向と、前記新たな移動開始位置からの光軸方向の移動方向とが、逆方向であり、かつ前記光軸方向において、前記移動終了位置と、前記新たな移動開始位置とが、同じ位置であることが好ましい。これにより、観察装置１００は、例えば、前記撮像対象領域における複数の区分を撮像する際に、各区分において、前記被観察体と合焦している画像をさらに短時間で取得できる。

実施形態１の撮像方法において、Ｓ１工程では、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を前記光軸方向に沿って複数回移動することが好ましい。これにより、実施形態１の撮像方法は、前記被観察体における撮像対象領域を対物レンズ２の一視野で撮像できない場合、前記撮像対象領域を複数に区分し、各区分に対して、Ｓ１工程、Ｓ２工程、およびＳ３工程を実施することにより、各区分における前記被観察体と合焦している画像を短時間で取得できる。

実施形態１の撮像方法において、Ｓ１工程では、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を新たな移動開始位置に移動し、前記新たな移動開始位置から新たな移動終了位置まで前記光軸方向に沿って移動することが好ましい。これにより、実施形態１の撮像方法は、例えば、対物レンズ２の一視野より広い撮像対象領域についても、前記被観察体と合焦している画像を短時間で取得できる。

実施形態１の撮像方法において、前記移動開始位置からの光軸方向の移動方向と、前記新たな移動開始位置からの光軸方向の移動方向とが、逆方向であることが好ましい。これにより、実施形態１の撮像方法は、例えば、前記撮像対象領域における複数の区分を撮像する際に、各区分において、前記被観察体と合焦している画像をより短時間で取得できる。実施形態１の撮像方法において、前記移動開始位置からの光軸方向の移動方向と、前記新たな移動開始位置からの光軸方向の移動方向とが、逆方向であり、かつ前記光軸方向において、前記移動終了位置と、前記新たな移動開始位置とが、同じ位置であることが好ましい。これにより、実施形態１の撮像方法には、例えば、前記撮像対象領域における複数の区分を撮像する際に、各区分において、前記被観察体と合焦している画像をさらに短時間で取得できる。

（実施形態２）
実施形態２は、本発明の観察装置および撮像方法における前記移動開始位置および前記移動終了位置の設定に関する。

実施形態２の観察装置２００は、実施形態１の観察装置１００に加え、制御ユニット５が、取得手段と設定手段とを備える。この点を除き、実施形態２の観察装置２００は、実施形態１の観察装置１００と同様の構成を有し、その説明を援用できる。

前記取得手段は、前記光軸方向において、前記結像光学系である対物レンズ２が前記被観察体と合焦する位置を、基準位置として取得する。制御ユニット５において、演算装置５１（特に、ＣＰＵ５１ａ）が、ＰＬＣ５２と、モータドライバ５３と、パルスカウント装置５４と協働して、前記取得手段として機能する。前記基準位置は、例えば、光軸（Ｚ軸）方向における座標である。前記被観察体において、前記基準位置を取得する位置（例えば、ＸＹ座標）は、任意の位置とできる。前記被観察体が細胞を含む細胞培養容器Ｄの場合、前記基準位置を取得する位置は、細胞培養容器Ｄの中心部と外縁部との中間付近であることが好ましい。このため、前記基準位置は、細胞培養容器Ｄの中心部と外縁部との中間付近において、前記結像光学系が前記細胞と合焦する光軸方向における位置であることが好ましい。細胞培養容器Ｄにおいて前記中心部から前記外縁部までの距離が前記外縁部の位置により異なる場合、前記中心部と外縁部との中間付近は、前記中心部と外縁部との長径における中間付近であることが好ましい。細胞培養容器Ｄの中心部と外縁部との中間付近では、対物レンズ２の細胞に対する焦点位置が、細胞培養容器Ｄ全体の中間値となる傾向がある。このため、観察装置２００は、前記基準位置を取得する位置を細胞培養容器Ｄの中心部と外縁部との中間付近することにより、前記移動手段による移動時の距離を低減でき、前記被観察体と合焦している画像をさらに短時間で取得できる。細胞培養容器Ｄの中心部は、例えば、細胞培養容器Ｄの重心である。細胞培養容器Ｄの外縁部は、例えば、細胞培養容器Ｄの壁である。細胞培養容器Ｄの中心部と外縁部との中間付近は、例えば、前記中心部と前記外縁部との距離をＬとした際に、前記中心部から前記外縁部方向に向かって、１／３Ｌ〜２／３Ｌ、好ましくは、約１／２Ｌの距離の位置を意味する。細胞培養容器Ｄが複数の細胞培養区画（例えば、ウェル）を含む場合、細胞培養容器Ｄの中心部は、各区画の中心部を意味する。また、細胞培養容器Ｄが複数の細胞培養区画（例えば、ウェル）を含む場合、細胞培養容器Ｄの中心部は、各区画の外縁部を意味する。

前記設定手段は、前記移動開始位置および前記移動終了位置を設定する、より具体的には、前記取得手段により取得される基準位置を基準として前記光軸方向の両方向に予め設定された距離（設定距離）が離れた位置を、それぞれ、前記移動開始位置および前記移動終了位置として設定する。これにより、移動ユニット４により移動される対物レンズ２は、前記基準位置を基準として前記光軸方向の両方向に予め設定された距離が離れた位置を両端として移動する。制御ユニット５において、演算装置５１（特に、ＣＰＵ５１ａ）が、前記設定手段として機能する。前記設定距離は、例えば、前記被観察体の厚み、すなわち、光軸方向の長さに基づき、設定できる。このため、前記設定距離は、撮像予定の被観察体について、予め光軸方向の長さを測定し、得られた長さに基づき設定できる。前記被観察体が細胞の場合、前記設定距離は、例えば、０．１〜０．２５ｍｍである。

つぎに、実施形態２の観察装置２００を用いた実施形態２の撮像方法について説明する。なお、本発明の撮像方法は、前述のように、本発明の観察装置を用いてもよいし、他の観察装置を用いてもよい。

図５は、実施形態２の撮像方法を示すフローチャートである。図５に示すように、実施形態２の撮像方法は、実施形態１の撮像方法に加え、Ｓ４工程（取得）およびＳ５工程（設定）を含む。また、Ｓ４工程およびＳ５工程は、Ｓ１〜３工程に先立ち実施される。この点を除き、実施形態２の撮像方法は、実施形態１の撮像方法と同様であり、その説明を援用できる。

Ｓ４工程では、前記光軸方向において、前記結像光学系である対物レンズ２が前記被観察体と合焦する位置を、基準位置として取得する。具体的には、演算装置５１、ＰＬＣ５２、モータドライバ５３、およびパルスカウント装置５４が協働して、移動ユニット４により、対物レンズ２をＺ軸方向に移動させる。そして、演算装置５１、ＰＬＣ５２、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚ、およびパルスカウント装置５４が協働し、対物レンズ２の光軸方向の移動において、カメラ３により、細胞培養容器Ｄ内の細胞の観察像を観察し、前記細胞と合焦している画像が取得可能な位置を探索する。そして、前記細胞と合焦している画像が取得可能な位置に到達した場合、その位置における対物レンズ２のＺ軸方向の位置（座標）を、前記基準位置として取得する。前記合焦している画像は、例えば、前述のように、前記画像のコントラストに基づき、決定できる。実施形態２の撮像方法のように、前記被観察体が細胞を含む細胞培養容器である場合、Ｓ４工程では、細胞培養容器Ｄの中心部と外縁部との中間付近において、前記結像光学系である対物レンズ２が前記細胞と合焦する光軸方向における位置を、前記基準位置として取得することが好ましい。

Ｓ５工程では、前記基準位置を基準として前記光軸方向の両方向に予め設定された距離が離れた位置を、それぞれ、前記移動開始位置および前記移動終了位置として設定する。前記移動開始位置および前記移動終了位置は、例えば、前記基準位置のＺ軸の座標に、前記設定距離をＺ軸方向で加算または減算することにより算出できる。Ｓ５工程では、得られた２点のうち、いずれか一点を移動開始位置とし、他方の点を移動終了位置として設定する。後述のＳ２工程において、光軸方向への移動を複数回実施する場合、Ｓ５工程で得られた２点のうち、いずれか一点を新たな移動開始位置とし、他方の点を新たな移動終了位置として設定することが好ましい。

そして、Ｓ１〜Ｓ３工程を、実施形態１の撮像方法と同様にして実施する。

実施形態２の観察装置２００および撮像方法によれば、前記移動開始位置および前記移動終了位置を自動的に設定できるため、例えば、使用者が手動で設定した場合と比較して、前記移動開始位置および前記移動終了位置をより短時間で設定できる。このため、実施形態２の観察装置２００および撮像方法によれば、前記被観察体と合焦している画像をより短時間で取得できる。

（実施形態３）
実施形態３は、本発明の観察装置および撮像方法に関する。

実施形態３の観察装置３００は、実施形態１の観察装置１００に加え、制御ユニット５が、実施形態２の取得手段と設定手段とを備える。また、実施形態３の観察装置３００は、前記移動手段により、前記結像光学系である対物レンズ２が前記光軸方向に沿って複数回移動される。さらに、実施形態３の観察装置３００は、分画手段と、作製手段とを備える。この点を除き、実施形態３の観察装置３００は、実施形態１の観察装置１００または実施形態２の観察装置２００と同様の構成を有し、その説明を援用できる。

前記分画手段は、前記被観察体である細胞培養容器Ｄにおける撮像対象領域を複数の画分に分画する。制御ユニット５において、演算装置５１（特に、ＣＰＵ５１ａ）が、前記分画手段として機能する。

つぎに、実施形態３の観察装置は、各画分に対して、前記移動手段による前記結像光学系の移動、前記撮像手段による前記撮像素子による撮像、および前記選抜手段による前記焦点画像の選抜を、実施する。

前記作製手段は、各画分の焦点画像を統合し、前記撮像対象領域の画像を作製する。制御ユニット５において、演算装置５１（特に、ＣＰＵ５１ａ）が、前記作製手段として機能する。

つぎに、実施形態３の観察装置３００を用いた実施形態３の撮像方法について説明する。なお、本発明の撮像方法は、前述のように、本発明の観察装置を用いてもよいし、他の観察装置を用いてもよい。

実施形態３の撮像方法は、実施形態２の撮像方法に加えて、Ｓ６工程（分画）と、Ｓ７工程（作製）を含む。Ｓ６工程は、Ｓ４工程に先立ち実施する。Ｓ７工程は、Ｓ３工程後に実施する。さらに、実施形態３の撮像方法は、Ｓ２工程において、前記結像光学系である対物レンズ２を前記光軸方向に沿って複数回移動する。この点を除き、実施形態３の撮像方法は、実施形態２の撮像方法と同様であり、その説明を援用できる。

Ｓ６工程は、前記被観察体における撮像対象領域を複数の画分に分画する。前記複数の画分の数は、例えば、前記撮像対象領域の大きさと、対物レンズ２の一視野の大きさとに応じて、適宜設定できる。各画分の大きさは、例えば、対物レンズ２の一視野の大きさと同じ、または一視野の大きさより小さいことが好ましい。

Ｓ７工程は、各画分の焦点画像を統合し、前記撮像対象領域の画像を作製する。各画分の焦点画像の統合は、例えば、各画像のＸＹ座標を参照し、各画像をＸＹ平面上に配置することにより実施できる。

つぎに、図６および図７を用いて、実施形態３の撮像方法について、さらに具体的に説明する。図６は、撮像対象領域Ｄｐの撮像方法を示す図である。図６において、撮像対象領域Ｄｐにおける四角の画分は、各画分を示す。また、図６において、破線の矢印は、ＸＹ座標における対物レンズ２の移動方向を示し、実線の矢印は、各画分における対物レンズ２の光軸方向の移動方向を示す。また、図７は、図６のＡ地点（画分）、Ｂ地点およびＣ地点における対物レンズ２の光軸方向の移動を示す図である。

まず、Ｓ６工程では、観察装置３００の分画手段により、撮像対象領域Ｄｐを複数の画分に分画する。つぎに、Ｓ４工程では、移動ユニット４により、対物レンズ２がＡ地点に移動される。そして、演算装置５１、ＰＬＣ５２、モータドライバ５３、およびパルスカウント装置５４が協働して、移動ユニット４により、対物レンズ２をＺ軸方向に移動させる。また、演算装置５１、ＰＬＣ５２、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚ、およびパルスカウント装置５４が協働し、対物レンズ２の光軸方向の移動において、カメラ３により、細胞培養容器Ｄ内の細胞の観察像を観察し、前記細胞と合焦している画像が取得可能な位置（Ｚ＝Ｚ_０）を探索する。そして、図７（Ａ）に示す、前記細胞と合焦している画像が取得可能な位置に到達すると、その位置における対物レンズ２のＺ軸方向の位置（座標）を、前記基準位置として取得する。つぎに、Ｓ５工程では、前記基準位置を基準として前記光軸方向の両方向に予め設定された距離が離れた位置を、それぞれ、移動開始位置および移動終了位置として設定する。

つぎに、Ｓ１工程では、まず、移動ユニット４により、図７（Ｂ）に示す、対物レンズ２をＢ地点の移動開始位置に移動する。そして、Ｓ１工程では、演算装置５１、ＰＬＣ５２、モータドライバ５３、およびパルスカウント装置５４が協働して、移動ユニット４により、対物レンズ２をＺ軸方向において、下から上方向に移動し、図７（Ｃ）に示すように対物レンズ２を移動終了位置まで移動させる。また、Ｓ１工程と並行して、演算装置５１、ＰＬＣ５２、Ｚ軸方向のモータドライバ５３ｚ、およびパルスカウント装置５４が協働し、対物レンズ２の光軸方向の移動において、カメラ３により、細胞培養容器Ｄ内の細胞の観察像を複数枚撮像する。

前記Ｂ地点における移動終了位置に到達後、再度、Ｓ１工程を開始し、図７（Ｄ）に示すように、移動ユニット４により対物レンズ２をＣ地点の新たな移動開始位置に移動する。図７（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、前記Ｂ地点における移動終了位置と前記Ｃ地点における移動開始位置のＺ軸方向の位置、すなわち、Ｚ軸における座標は同じである。このため、前記Ｂ地点における移動終了位置から前記Ｃ地点における移動開始位置への移動は、ＸＹ平面における移動となる。また、前記新たな移動開始位置への移動と並行して、演算装置５１により、複数枚の画像から、基準値を満たす画像を焦点画像として選抜することにより、Ｓ３工程を実施する。前記新たな移動開始位置に移動後、図７（Ｅ）に示すように、前記Ｃ地点において、前記Ｂ地点と同様にＳ１工程およびＳ２工程を実施し、カメラ３により、細胞培養容器Ｄ内の細胞の観察像を複数枚撮像する。そして、演算装置５１により、複数枚の画像から、基準値を満たす画像を焦点画像として選抜することにより、Ｓ３工程を実施する。さらに、実施形態３の撮像方法では、同様の工程を、他の画分に対して実施し、全ての画分における焦点画像を選抜する。

そして、最後の画分（図６において、右下の画分）における焦点画像の選抜後、Ｓ７工程において、各画分の焦点画像を統合し、前記撮像対象領域の画像を作製する。そして、実施形態３の撮像方法を終了する。

実施形態３の観察装置３００および撮像方法によれば、前記撮像対象領域が前記結像光学系である対物レンズ２の一視野より大きい場合においても、前記撮像対象領域を複数の画分に分画し、各画分の焦点画像を取得することにより、前記撮像対象領域の画像を短時間で取得できる。また、実施形態３の観察装置３００および撮像方法において、対物レンズ２の移動開始位置および移動終了位置は、Ｚ軸方向の座標における２点に固定されている。このため、実施形態３の観察装置３００および撮像方法によれば、移動ユニット４による対物レンズ２の移動において、不要な移動を低減できるため、前記被観察体の撮像対象領域と合焦している画像をより短時間で取得できる。

（実施形態４）
実施形態４は、本発明の細胞処理装置に関する。

実施形態２の細胞処理装置は、観察ユニットとして、実施形態１の観察装置１００を含み、かつレーザ照射ユニットを含む。前記観察ユニットは、実施形態１の観察装置１００の説明を援用できる。前記レーザ照射ユニットは、前記被観察体に対して、レーザを照射可能である。前記レーザ照射ユニットは、例えば、レーザ光源およびレーザ出射部を備え、前記レーザ光源および前記レーザ出射部は、光学的に接続されている。前記レーザ光源は、例えば、連続波レーザまたはパルスレーザを発振する装置である。前記レーザ光源は、例えば、連続波に近い、パルス幅の長い高周波レーザを発振する装置でもよい。前記レーザ光源の出力、波長等は、例えば、処理対象の細胞および処理方法に応じて、適宜設定できる。

前記レーザ照射ユニットによるレーザ照射およびその照射位置は、制御ユニット５により制御される。前記細胞処理装置が前記レーザ照射ユニットを移動可能なレーザ移動ユニットを含む場合、制御ユニット５は、前記レーザ移動ユニットにより、前記レーザ照射ユニットを任意の位置に移動させる。また、この場合、前記レーザ照射ユニットにおけるレーザ出射部が、前記レーザ移動ユニットにより移動されることが好ましい。

本実施形態の細胞処理装置は、前記観察ユニットおよび前記レーザ照射ユニットを備えることにより、前記観察ユニットにより前記被観察体を観察後、所望の被観察体に対して、前記レーザ照射ユニットを用いて処理できる。また、前記観察ユニットは、前記被観察体と合焦している画像を短時間で取得可能であるため、本実施形態の細胞処理装置によれば、前記被観察体を短時間で処理できる。

（実施形態５）
本実施形態のプログラムは、前述の撮像方法を、コンピュータ上で実行可能なプログラムである。または、本実施形態のプログラムは、例えば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。前記記録媒体としては、特に限定されず、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードディスク（ＨＤ）、光ディスク、フロッピー（登録商標）ディスク（ＦＤ）等があげられる。本実施形態のプログラムは、実施形態１〜３の撮像方法の説明を援用できる。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

＜付記＞
上記の実施形態および実施例の一部または全部は、以下の付記のように記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
被観察体を配置する配置ユニットと、
前記被観察体の観察像を結像する結像光学系と、
前記観察像を撮像可能な撮像素子と、
前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を移動可能な移動ユニットと、
制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットは、
前記移動ユニットにより、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を、移動開始位置から移動終了位置まで前記結像光学系の光軸方向に沿って移動する移動手段と、
前記光軸方向の移動において、前記撮像素子により前記観察像を複数枚撮像する撮像手段と、
複数枚の画像から、基準値を満たす画像を焦点画像として選抜する選抜手段とを備える、光学観察装置。
（付記２）
前記移動手段により、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方が、前記光軸方向に沿って複数回移動される、付記１記載の光学観察装置。
（付記３）
前記移動手段により、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方が、新たな移動開始位置に移動され、前記新たな移動開始位置から新たな移動終了位置まで前記光軸方向に沿って移動される、付記１または２記載の光学観察装置。
（付記４）
前記移動開始位置からの光軸方向の移動方向と、前記新たな移動開始位置からの光軸方向の移動方向とが、逆方向である、付記３記載の光学観察装置。
（付記５）
前記光軸方向において、前記移動終了位置と、前記新たな移動開始位置とが、同じ位置である、付記３または４記載の光学観察装置。
（付記６）
前記制御ユニットは、
前記移動開始位置および前記移動終了位置を設定する設定手段を備える、付記１から５のいずれかに記載の光学観察装置。
（付記７）
前記制御ユニットは、
前記光軸方向において、前記結像光学系が前記被観察体と合焦する位置を、基準位置として取得する取得手段を備え、
前記設定手段により、前記基準位置を基準として前記光軸方向の両方向に予め設定された距離が離れた位置が、それぞれ、前記移動開始位置および前記移動終了位置として設定される、付記６記載の光学観察装置。
（付記８）
前記被観察体は、細胞を含む細胞培養容器であり、
前記取得手段により、前記細胞培養容器の中心部と外縁部との中間付近において、前記結像光学系が前記細胞と合焦する光軸方向における位置が、前記基準位置として取得される、付記７記載の光学観察装置。
（付記９）
前記制御ユニットは、
前記被観察体における撮像対象領域が複数の画分に分画する分画手段を備え、
各画分に対して、前記移動手段による前記結像光学系の移動、前記撮像手段による前記撮像素子による撮像、および前記選抜手段による前記焦点画像の選抜が、実施される、付記１から８のいずれかに記載の光学観察装置。
（付記１０）
前記制御ユニットは、
各画分の焦点画像を統合し、前記撮像対象領域の画像を作製する作製手段を備える、付記９記載の光学観察装置。
（付記１１）
前記移動手段は、パルスカウント装置を備える、付記１から１０のいずれかに記載の光学観察装置。
（付記１２）
被観察体を配置する配置ユニットおよび前記被観察体の観察像を結像する結像光学系の少なくとも一方を、移動開始位置から移動終了位置まで前記結像光学系の光軸方向に沿って移動する移動工程と、
前記光軸方向の移動において、前記観察像を撮像可能な撮像素子により前記観察像を複数枚撮像する撮像工程と、
複数枚の画像から、基準値を満たす画像を焦点画像として選抜する選抜工程とを含む、撮像方法。
（付記１３）
前記移動工程では、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を前記光軸方向に沿って複数回移動する、付記１２記載の撮像方法。
（付記１４）
前記移動工程では、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を新たな移動開始位置に移動し、前記新たな移動開始位置から新たな移動終了位置まで前記光軸方向に沿って移動する、付記１２または１３記載の撮像方法。
（付記１５）
前記移動開始位置からの光軸方向の移動方向と、前記新たな移動開始位置からの光軸方向の移動方向とが、逆方向である、付記１４記載の撮像方法。
（付記１６）
前記光軸方向において、前記移動終了位置と、前記新たな移動開始位置とが、同じ位置である、付記１４または１５記載の撮像方法。
（付記１７）
前記移動開始位置および前記移動終了位置を設定する設定工程を含む、付記１２から１６のいずれかに記載の撮像方法。
（付記１８）
前記光軸方向において、前記結像光学系が前記被観察体と合焦する位置を、基準位置として取得する取得工程を含み、
前記設定工程では、前記基準位置を基準として前記光軸方向の両方向に予め設定された距離が離れた位置を、それぞれ、前記移動開始位置および前記移動終了位置として設定する、付記１７記載の撮像方法。
（付記１９）
前記被観察体は、細胞を含む細胞培養容器であり、
前記取得工程では、前記細胞培養容器の中心部と外縁部との中間付近において、前記結像光学系が前記細胞と合焦する光軸方向における位置を、前記基準位置として取得する、付記１８記載の撮像方法。
（付記２０）
前記被観察体における撮像対象領域を複数の画分に分画する分画工程を含み、
各画分に対して、前記移動工程における前記結像光学系の移動、前記撮像工程における前記撮像素子による撮像、および前記選抜工程における前記焦点画像の選抜を実施する、付記１２から１９のいずれかに記載の撮像方法。
（付記２１）
各画分の焦点画像を統合し、前記撮像対象領域の画像を作製する作製工程を含む、付記２０記載の撮像方法。
（付記２２）
付記１から１１のいずれかに記載の光学観察装置を用いて実施する、付記１２から２１のいずれかに記載の撮像方法。
（付記２３）
細胞培養容器内の被観察体を観察可能な観察ユニットと、
前記被観察体に対して、レーザを照射可能なレーザ照射ユニットと、
前記観察ユニットおよび前記レーザ照射ユニットの少なくとも一方を制御する制御ユニットとを含み、
前記観察ユニットは、付記１から１１のいずれかに記載の光学観察装置であること、細胞処理装置。

１ ステージ
２ 対物レンズ
３ カメラ
４ 移動ユニット
４１ Ｘ軸方向の移動ユニット
４１ａ Ｘ軸モータ
４１ｂ Ｘ軸ボールねじ
４２ Ｙ軸方向の移動ユニット
４２ａ Ｙ軸モータ
４２ｂ Ｙ軸ボールねじ
４３ Ｚ軸方向の移動ユニット
４３ａ Ｚ軸モータ
４３ｂ Ｚ軸ボールねじ
５ 制御ユニット
５１ 演算装置
５１ａ ＣＰＵ
５１ｂ メインメモリ
５１ｃ 補助記憶デバイス
５１ｄ ビデオコーデック
５１ｅ Ｉ／Ｏインターフェイス
５１ｆ コントローラ
５２ ＰＬＣ
５３ モータドライバ
５３ｘ Ｘ軸方向のモータドライバ
５３ｙ Ｙ軸方向のモータドライバ
５３ｚ Ｚ軸方向のモータドライバ
５４ パルスカウント装置
５６ 表示装置
６ 照明
６１ 支持部材
１００、２００、３００ 観察装置

Claims (22)

1. 被観察体を配置する配置ユニットと、
   前記被観察体の観察像を結像する結像光学系と、
   前記観察像を撮像可能な撮像素子と、
   前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を移動可能な移動ユニットと、
   制御ユニットとを備え、
   前記制御ユニットは、
   前記移動ユニットにより、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を、移動開始位置から移動終了位置まで前記結像光学系の光軸方向に沿って移動する移動手段と、
   前記光軸方向の移動において、前記撮像素子により前記観察像を複数枚撮像する撮像手段と、
   複数枚の画像から、基準値を満たす画像を焦点画像として選抜する選抜手段とを備える、光学観察装置。
2. 前記移動手段により、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方が、前記光軸方向に沿って複数回移動される、請求項１記載の光学観察装置。
3. 前記移動手段により、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方が、新たな移動開始位置に移動され、前記新たな移動開始位置から新たな移動終了位置まで前記光軸方向に沿って移動される、請求項１または２記載の光学観察装置。
4. 前記移動開始位置からの光軸方向の移動方向と、前記新たな移動開始位置からの光軸方向の移動方向とが、逆方向である、請求項３記載の光学観察装置。
5. 前記光軸方向において、前記移動終了位置と、前記新たな移動開始位置とが、同じ位置である、請求項３または４記載の光学観察装置。
6. 前記制御ユニットは、
   前記移動開始位置および前記移動終了位置を設定する設定手段を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学観察装置。
7. 前記制御ユニットは、
   前記光軸方向において、前記結像光学系が前記被観察体と合焦する位置を、基準位置として取得する取得手段を備え、
   前記設定手段により、前記基準位置を基準として前記光軸方向の両方向に予め設定された距離が離れた位置が、それぞれ、前記移動開始位置および前記移動終了位置として設定される、請求項６記載の光学観察装置。
8. 前記被観察体は、細胞を含む細胞培養容器であり、
   前記取得手段により、前記細胞培養容器の中心部と外縁部との中間付近において、前記結像光学系が前記細胞と合焦する光軸方向における位置が、前記基準位置として取得される、請求項７記載の光学観察装置。
9. 前記制御ユニットは、
   前記被観察体における撮像対象領域が複数の画分に分画する分画手段を備え、
   各画分に対して、前記移動手段による前記結像光学系の移動、前記撮像手段による前記撮像素子による撮像、および前記選抜手段による前記焦点画像の選抜が、実施される、請求項１から８のいずれか一項に記載の光学観察装置。
10. 前記制御ユニットは、
    各画分の焦点画像を統合し、前記撮像対象領域の画像を作製する作製手段を備える、請求項９記載の光学観察装置。
11. 前記移動手段は、パルスカウント装置を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光学観察装置。
12. 被観察体を配置する配置ユニットおよび前記被観察体の観察像を結像する結像光学系の少なくとも一方を、移動開始位置から移動終了位置まで前記結像光学系の光軸方向に沿って移動する移動工程と、
    前記光軸方向の移動において、前記観察像を撮像可能な撮像素子により前記観察像を複数枚撮像する撮像工程と、
    複数枚の画像から、基準値を満たす画像を焦点画像として選抜する選抜工程とを含む、撮像方法。
13. 前記移動工程では、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を前記光軸方向に沿って複数回移動する、請求項１２記載の撮像方法。
14. 前記移動工程では、前記配置ユニットおよび前記結像光学系の少なくとも一方を新たな移動開始位置に移動し、前記新たな移動開始位置から新たな移動終了位置まで前記光軸方向に沿って移動する、請求項１２または１３記載の撮像方法。
15. 前記移動開始位置からの光軸方向の移動方向と、前記新たな移動開始位置からの光軸方向の移動方向とが、逆方向である、請求項１４記載の撮像方法。
16. 前記光軸方向において、前記移動終了位置と、前記新たな移動開始位置とが、同じ位置である、請求項１４または１５記載の撮像方法。
17. 前記移動開始位置および前記移動終了位置を設定する設定工程を含む、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の撮像方法。
18. 前記光軸方向において、前記結像光学系が前記被観察体と合焦する位置を、基準位置として取得する取得工程を含み、
    前記設定工程では、前記基準位置を基準として前記光軸方向の両方向に予め設定された距離が離れた位置を、それぞれ、前記移動開始位置および前記移動終了位置として設定する、請求項１７記載の撮像方法。
19. 前記被観察体は、細胞を含む細胞培養容器であり、
    前記取得工程では、前記細胞培養容器の中心部と外縁部との中間付近において、前記結像光学系が前記細胞と合焦する光軸方向における位置を、前記基準位置として取得する、請求項１８記載の撮像方法。
20. 前記被観察体における撮像対象領域を複数の画分に分画する分画工程を含み、
    各画分に対して、前記移動工程における前記結像光学系の移動、前記撮像工程における前記撮像素子による撮像、および前記選抜工程における前記焦点画像の選抜を実施する、請求項１２から１９のいずれか一項に記載の撮像方法。
21. 各画分の焦点画像を統合し、前記撮像対象領域の画像を作製する作製工程を含む、請求項２０記載の撮像方法。
22. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の光学観察装置を用いて実施する、請求項１２から２１のいずれか一項に記載の撮像方法。

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