JP5124413B2 - 画像取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に生体標本を長時間生きたまま対物レンズを使用して撮像・観察する顕微鏡に関するものであり、特に、生きたまま長時間の撮像、観察するために適した生物環境を実現するための温度調整機能を持つ撮像・観察装置に関するものである。

マイクロプレートウエルに培養液とともに培養された培養細胞試料等、生物試料を生かしたまま観察する手段として光学型顕微鏡が一般的に利用されている。近年、生きたまま長時間撮像・観察するために、マイクロプレートウエルの周囲をハウジングで覆い、温風を吹き込むようにしている。

例えば、特許文献１には標本載置用ステージを含む鏡基上に保温箱を組み込み、この保温箱に温風を吹き込み顕微鏡ステージ上の培養容器を保温する顕微鏡保温装置が記載されている。

また、特許文献２には生細胞観察に用いる顕微鏡において、顕微鏡ステージ上で観察皿及び生細胞を観察したい温度に保持すべく、観察皿周囲に配したリングダクトから温度制御された空気を観察皿に吹き付けるようにしたものが記載されている。
特開平９−２１９６０号公報 特開２００２−７２１００号公報

しかし、特許文献１に示されるものは、顕微鏡装置全体を覆ってしまうので、波長選択フィルタや温度制限のある高感度カメラ等も一緒に加熱してしまい、加熱温度や加熱時間によっては性能を低下させてしまう問題があった。また、ステージの上下を分離して温風が流れないため、Ｘ−Ｙステージを使用してマイクロプレートウエルを観察しようとする場合は、空気の流れが一様でないためにマイクロプレートウエルを均一に加熱することはできなかった。

また、特許文献２に示されるものは、マイクロプレートウエルを載置するためのＸ−Ｙステージを有する生細胞観察用顕微鏡の観察皿を温風により加熱するようにしたものであり、観察皿を取り囲む吹付口を有するリングダクトから観察皿に温風を吹き付けて温度制御するようにしているが、観察皿上方の光源側と観察皿下方の対物レンズ側は完全に開放状態であるため、温度制御された温風を観察皿に吹き付けてもコントロールされた加熱空気の流れを形成しないので、観察皿全体を所望温度に精密にコントロールして保つことが困難であった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、マイクロプレートウエルを載せるＸ−Ｙステージと対物レンズをハウジングで囲み、Ｘ−Ｙステージに対してその上と下の加熱空気の流れをコントロールすることにより、マイクロプレートウエルの温度制御を精密に行うことができるようにした画像取得装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明による画像取得装置は、マイクロプレートウエルを載置するためのＸ−Ｙステージを備えた画像取得装置において、試料環境維持のために該Ｘ−Ｙステージと対物レンズはハウジングにより囲われているとともに、該ハウジングには加熱空気の吹出口と排気口が設けられ、該吹出口から前記ハウジング内に入る加熱空気が、前記Ｘ−Ｙステージの上を流れる上層流と下を流れる下層流に分かれて該排気口へ流れるように整流板が設けられていることを特徴としている。

また、本発明の画像取得装置においては、前記Ｘ−Ｙステージの上を流れる上層流と下を流れる下層流の流向が、平面視で直交するように整流板が設けられていることが好ましい。

また、本発明の画像取得装置においては、前記排気口は前記吹出口とつながっており、前記排気口と前記吹出口の間にＰＩＤ制御による空気加温装置と送風ファンが設けられていることが好ましい。

また、本発明の画像取得装置においては、前記ハウジングと光源の間にはシャッタが設けられていることが好ましい。

また、本発明の画像取得装置においては、前記ハウジングと撮像装置の間にはシャッタが設けられていることが好ましい。

また、本発明の画像取得装置においては、前記吹出口及び前記排気口は前記ハウジングの側面に設けられていることが好ましい。

また、本発明の画像取得装置においては、前記吹出口及び前記排気口は前記ハウジングの側面に１箇所ずつ設けられていることが好ましい。

また、本発明の画像取得装置においては、前記ハウジング内の温度は、前記対物レンズの近傍に設けられたセンサの測定値に基づき吹き出し温度をコントロールすることにより行われることが好ましい。

本発明の画像取得装置によれば、Ｘ−Ｙステージに対してその上と下の加熱空気の流れをコントロールすることにより、マイクロプレートウエルの温度が精密にコントロールされた画像取得装置を提供することができる。

実施形態の説明に先立ち、本発明の概略及び作用効果について説明する。
本発明の画像取得装置は、マイクロプレートウエルを載置するためのＸ−Ｙステージを備えた画像取得装置において、試料環境維持のために該Ｘ−Ｙステージと対物レンズはハウジングにより囲われているとともに、ハウジングには加熱空気の吹出口と排気口が設けられ、吹出口からハウジング内に入る加熱空気が、Ｘ−Ｙステージの上を流れる上層流と下を流れる下層流に分かれて該排気口へ流れるように整流板が設けられている。
このようにすることにより、Ｘ−Ｙステージの上側と下側に温風が確実に分かれて通過するようになり、その結果Ｘ−Ｙステージの上側と下側の流れが一様となり、マイクロプレートウエルを常時均一に加熱することが可能となる。

また、本発明の画像取得装置においては好ましくは、Ｘ−Ｙステージの上を流れる上層流と下を流れる下層流の流向が、平面視で直交するように整流板が設けられている。
平面視とは、図２の平面図に示すようにマイクロプレートの上方からＸ−Ｙステージを見たものをいう。
このようにすることにより、Ｘ−Ｙステージの上を流れる上層流と下を流れる下層流が確実に分離され、且つ、上層流と下層流がそれぞれ混ざらずにスムーズに排気口へ向けて流れるようになる。
Ｘ−Ｙステージ下の支持部材の間を流れるステージ下の流れと、ステージ上の広い平面に独立して安定した一様な流れを形成することにより、広いプレート全面を極めて安定的に加熱でき均一に温度調整できる。

また、本発明の画像取得装置においては好ましくは、排気口は吹出口とつながっており、排気口と吹出口の間にＰＩＤ制御による空気加温装置と送風ファンが設けられている。
このようにすることにより、加熱空気は循環することになり、熱の損失が少なく、緩やかで安定した温度制御が可能となる。

また、本発明の画像取得装置においては好ましくは、ハウジングと光源の間にはシャッタが設けられている。
このようにすることにより、画像取得時以外はシャッタを閉じておくことによりハウジングに供給される加熱が不必要なところへ流れることを防止できる。

また、本発明の画像取得装置において好ましくは、ハウジングと撮像装置の間にはシャッタが設けられている。
このようにすることにより、画像取得時以外はシャッタを閉じておくことによりハウジングに供給される加熱が不必要なところへ流れることを防止できる。また、撮像装置が無用に加熱されることがない。

また、本発明の画像取得装置においては好ましくは、吹出口及び排気口はハウジングの側面に設けられている。
このようにすることにより、Ｘ−Ｙステージの上側と下側にそれぞれ加熱空気を導き易くなる。

また、本発明の画像取得装置においては好ましくは、吹出口及び排気口はハウジングの側面に１箇所ずつ設けられている。
このようにすることにより、Ｘ−Ｙステージの上側と下側の加熱空気の流れがそれぞれ、吹出口から排気口へ向かって一様となり乱れることがない。

また、本発明の画像取得装置においては好ましくは、ハウジング内の温度は、対物レンズの近傍に設けられたセンサの測定値に基づき吹き出し温度をコントロールすることにより行われる。
このようにすることにより、マイクロプレートウエル近傍の温度を測定でき、ハウジング内を所望の温度に制御することができる。

図１は、本発明に係る画像取得装置のハウジング部の正面図であり、図２は平面図である。図３はＸ−Ｙステージとマイクロプレートウエル部分の拡大斜視図である。なお、本実施例では画像取得装置として倒立型顕微鏡を例として示したが、本発明を適用できる画像取得装置は倒立型顕微鏡に限るものではなく、例えば正立型顕微鏡でもよい。

Ｘ−Ｙステージ１の上にはＣＯ₂チャンバー２がセットされ、ＣＯ₂チャンバー２内にはマイクロプレートウエル３が収納されるようになっている。Ｘ−Ｙステージ１はモータ４によりＸ方向へ、モータ５によりＹ方向へ移動可能となっている。
また、ＣＯ₂チャンバー２には弾性チューブ部６が接続されていて、ＣＯ₂チャンバー２内のＣＯ₂濃度と湿度が調整されるようになっている。この調整方法については、従来のものと同様である。なお、ＣＯ₂チャンバー２を使用しない場合は、マイクロプレートウエル３をＸ−Ｙステージ１の上に直接載置する場合もある。ＣＯ₂チャンバー２を使用するや否やは本発明では自由である。

ＣＯ₂チャンバー２の下方には対物レンズ７が位置しているとともに、対物レンズ７はモータ８によりＺ方向へ移動可能となっている。そして、対物レンズ７の近傍にはハウジング１１内の温度検出用のセンサ９が設けられている。センサ９は対物レンズ７がモータ８によりＺ方向へ移動する時には、同時に移動するようになっている。また、センサ９は温度調節コントローラ１０に接続されている。

Ｘ−Ｙステージ１とＣＯ₂チャンバー２と対物レンズ７は箱形の保温用のハウジング１１で囲われている。そして、ハウジング１１の片側の側面には加熱空気吹き出し用の吹出口１２が設けてあり、反対側の側面には排気口１３が設けてある。また、ハウジング１１の上面と下面については、上面のＣＯ₂チャンバー２上方の光源１４との間はモータ１５によりシャッタ１６が水平方向に移動して開閉可能となっており、下面の対物レンズ７下方の撮像装置１７との間はモータ１８によりシャッタ１９が水平方向に移動して開閉可能となっている。なお、図示した例ではハウジング１１は略直方体形状の箱形のものを示したが、ハウジング１１の形状についての限定はなく、Ｘ−Ｙステージ１とＣＯ₂チャンバー２と対物レンズ７を囲えればどのような形状であってもよい。また、シャッタ１６と１９は必ずしも設けなくてもよい。

ハウジング１１の吹出口１２と排気口１３は循環パイプ２０により接続されている。そして、循環パイプ２０の一部にはヒータ２１と送風ファン２２が設けられている。ヒータ２１は温度調節コントローラ１０に接続されており、センサ９の測定値に基づきＰＩＤ制御されるようになっている。なお、温度測定用のセンサは図示した対物レンズ７近傍以外の箇所にも設けられていてもよく、その場合は複数のセンサの測定値に基づきＰＩＤ制御を行うようにしてもよい。

ハウジング１の吹出口１２には図１に示すように整流板２３が設けられており、循環パイプ２０から吹出口１２に入った加熱空気が、Ｘ−Ｙステージ１の上側を流れる上層流Ｕと、下側を流れる下層流Ｌとに分かれて流れるようになっている。また、上層流Ｕと下層流Ｌの流量の割合を変更するために、整流板２３を上下方向に可変となっていてもよい。さらに、センサ９の測定値に基づき整流板２３を自動的に調整するようになっていてもよい。また、整流板２３を複数板で構成し、それぞれの板が上下方向や左右方向に独立して動くようになっていてもよい。なお、整流板２３は吹出口１２から吹き出す加熱空気が上層流Ｕと下層流Ｌに分かれて流れるように機能するようなものであれば、どのような形状のものでもよく、必ずしも板状でなくてもよい。
整流板２３の働きにより吹出口１２から入った加熱空気は、Ｘ−Ｙステージ１の上側と下側にきれいに分かれ、上層流Ｕと下層流Ｌとしてそれぞれ一様の流れとなる。

また、図２及び図３に示すようにＸ−Ｙステージ１の上側を流れる上層流Ｕは上記と同じように吹出口１２から排気口１３へ直線的に流し、一方Ｘ−Ｙステージ１の下側を流れる下層流Ｌについては第２整流板２４と第３整流板２５を設け、吹出口１２から入った加熱空気を第２整流板２４で９０度偏向させてＸ−Ｙステージ１の下側を上層流Ｕと直交する向きに流れるようにし、第３整流板２５により９０度偏向させて排気口１３へ向かうようにしてもよい。なおこの場合、吹出口１２から入った加熱空気がＸ−Ｙステージ１の下側へそのまま入らないようにするために、図３に示すようにＸ−Ｙステージ１の下側の吹出口１２と排気口１３に面する側は邪魔板２６により塞がれているようにする。
なお、図示した例では上層流Ｕが吹出口１２から排気口１３へ直線的に流れ、下層流Ｕが直角に曲げられる例を示したが、この逆の流れであってもよい。また、第２整流板２４や第３整流板２５は図示したものに限るものではなく、吹出口１２からの加熱空気を所望方向へ変更できるものであればどのようなものでもよく、その形状や数や配置位置は適宜選択できるものである。

なお、図１において２７は照明用電源、２８はカメラコントローラ、２９はモータコントローラであり、これらは制御装置３０によりコントロールされる。また、温度調節コントローラ１０は制御装置３０の一部に組み込まれたものであってもよい。

次に、上記した本発明の画像取得装置を用いたマイクロプレートウエルの生体標本の観察方法について説明する。
先ず、Ｘ−Ｙステージ１に設けたＣＯ₂チャンバー２の上面部の蓋を開き、観察対象となる生きた細胞を入れたマイクロプレートウエル３をＣＯ₂チャンバー２内にセットする。ＣＯ₂チャンバー２は、蓋を閉じるとマイクロプレートウエル３が所定位置に固定される位置決め手段を有しており、蓋の開閉によってマイクロプレートウエル３の所定位置へのセットと取り出しが可能になっている。なお、ハウジング１１はＣＯ₂チャンバー２を出し入れできるように適宜箇所が開放できるようにしておく。
ＣＯ₂チャンバー２には通常と同様に弾性チューブ６を接続し、チャンバー内がＣＯ₂濃度５％、湿度９０％となるようにする。なお、ＣＯ₂チャンバー２内に弾性チューブ６を経て供給される加湿したガスは、弾性チューブ６内、特に出口側での温度低下による結露を防ぐため、矢印で示すように、Ｘ−Ｙステージ１の上側を流れる上層流Ｕと同じ方向に流れるようにする。

そして、ハウジング１１の光源１４側のシャッタ１６と撮像装置１７側のシャッタ１９を閉じる。また撮像しない間、すなわちインキュベートのインターバル時間の間は、ハウジング１１内の空気の流れを一定にするため、対物レンズ７をＺ方向へ移動してＸ−Ｙステージ１から離し、加熱時の退避位置として定めた所定の位置に位置させるとともに、マイクロプレートウエル３の中央が対物レンズ７の光軸中央に位置するようにＸ−Ｙステージ１を移動させる。この状態で、ヒータ２１をＯＮにし送風ファン２２を運転してハウジング１１内が所望温度となるように加熱する。対物レンズ７をＸ−Ｙステージ１から離すことにより、対物レンズ７とＸ−Ｙステージの間にも加熱空気が流通し、ＣＯ₂チャンバー２がＸ−Ｙステージ１の下側からもムラなく加熱されることになる。
対物レンズ７近傍に設置したセンサ９によりハウジング１１内の温度を検出し、この温度に基づきヒータ２１をＰＩＤ制御して、対物レンズ７近傍に設置したセンサ９により検出される温度が一定となるようにする。

センサ９により検出される温度が所望温度（例えば３７℃）となり安定し所定時間が経過したら、第１回目の撮像を開始する。先ず、Ｘ−Ｙステージ１を動かして対物レンズ７に対しマイクロプレートウエル３を撮像位置となるように動かすとともに、対物レンズ７を撮像位置となるようにＺ方向に移動する。そして、シャッタ１６，１９を開き、光源１４を点灯し撮像装置１７により所定の撮像を行う。

所定の撮像が終わったら、光源１４を消すとともにハウジング１１の光源１４側のシャッタ１６と撮像装置１７側のシャッタ１９を閉じる。そして、インキュベートのインターバル時間の間は、ハウジング１１内の空気の流れを一定にするため、対物レンズ７をＺ方向へ移動してＸ−Ｙステージ１から離し、加熱時の退避位置として定めた所定の位置に位置させるとともに、マイクロプレートウエル３の中央が対物レンズ７の光軸中央に位置するようにＸ−Ｙステージ１を移動させる。この状態でハウジング１１内の温度が所定温度を保持するようにヒータ２１をＰＩＤ制御する。そして、所定時間が経過したならば、次の撮像を行うために、上記の撮像サイクルを繰り返す。

撮像時以外は、シャッタ１６，１９によりハウジング１１は閉じられるので、ハウジング１１内は一定の温度に保たれるとともに、撮像装置１７等が無用に加熱されることがない。また、撮像待機時には対物レンズ７は所定箇所に退避するが、センサ９も対物レンズ７と同時に動いて常時同じ状態で温度測定を行うことになるので、センサ９により検出される温度の正確さも保たれる。

なお、対物レンズとして水浸対物レンズを使用する場合は、ＣＯ₂チャンバーやマイクロプレートウエルの下面に接する加熱空気は対物レンズに直接当たる。したがって、液浸水が乾燥させられるおそれがあるので、この場合は図４に示すように対物レンズ７の液浸水３１の周囲を、対物レンズ先枠より高い位置においてＣＯ₂チャンバー２やマイクロプレートウエル３等の標本容器と接触する弾性壁３２で囲われるようにしておいてもよい。弾性壁３２を設けることにより、加熱空気が液浸水３１に直接接触することを遮断できるので、乾燥を防ぐことができ、安全に長時間の観察が可能となる。なお、液浸媒体は、水浸に限定するものではなく、油浸方式についても同様である。

本発明の画像取得装置は、倒立型顕微鏡に限らず、Ｘ−Ｙステージを備えマイクロプレートウエルの観察を行う各種の画像取得装置に適用可能である。

本発明に係る画像取得装置のハウジング部の正面図である。 本発明に係る画像取得装置のハウジング部の平面図である。 本発明に係る画像取得装置のＸ−Ｙステージとマイクロプレートウエル部分の拡大斜視図である。 対物レンズに弾性壁を設けた例を示す説明図である。

符号の説明

１ Ｘ−Ｙステージ
２ ＣＯ₂チャンバー
３ マイクロプレートウエル
４，５，８，１５，１８ モータ
６ 弾性チューブ
７ 対物レンズ
９ センサ
１０ 温度調節コントローラ
１１ ハウジング
１２ 吹出口
１３ 排気口
１４ 光源
１６，１９ シャッタ
１７ 撮像装置
２０ 循環パイプ
２１ ヒータ
２２ 送風ファン
２３ 整流板
２４ 第２整流板
２５ 第３整流板
２６ 邪魔板
２７ 照明用電源
２８ カメラコントローラ
２９ モータコントローラ
３０ 制御装置
３１ 液浸水
３２ 弾性壁
Ｕ 上層流
Ｌ 下層流

Claims (8)

1. マイクロプレートウエルを載置するためのＸ−Ｙステージを備えた画像取得装置において、
   試料環境維持のために該Ｘ−Ｙステージと対物レンズはハウジングにより囲われているとともに、
   該ハウジングには加熱空気の吹出口と排気口が設けられ、該吹出口から前記ハウジング内に入る加熱空気が、前記Ｘ−Ｙステージの上を流れる上層流と下を流れる下層流に分かれて該排気口へ流れるように整流板が設けられていることを特徴とする画像取得装置。
2. 前記Ｘ−Ｙステージの上を流れる上層流と下を流れる下層流の流向が、平面視で直交するように整流板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
3. 前記排気口は前記吹出口とつながっており、前記排気口と前記吹出口の間にＰＩＤ制御による空気加温装置と送風ファンが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像取得装置。
4. 前記ハウジングと光源の間にはシャッタが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像取得装置。
5. 前記ハウジングと撮像装置の間にはシャッタが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像取得装置。
6. 前記吹出口及び前記排気口は前記ハウジングの側面に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像取得装置。
7. 前記吹出口及び前記排気口は前記ハウジングの側面に１箇所ずつ設けられていることを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
8. 前記ハウジング内の温度は、前記対物レンズの近傍に設けられたセンサの測定値に基づき吹き出し温度をコントロールすることにより行われることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の画像取得装置。

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