JP6293186B2 - 撮像装置における撮像配置決定方法および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の撮像位置からの撮像によって得られた複数の撮像画像を合成することによって全体画像を生成する撮像装置で撮像が行われる際の撮像配置（複数の撮像位置の配置）を決定する方法に関する。

従来より、医療・創薬などの分野において、「ウェルプレート」，「マイクロプレート」などと呼ばれる試料容器で培養された細胞等を試料として観察することが行われている。そのような試料容器にはウェルと呼ばれるくぼみ状の複数の試料収納部が形成されており、一般に試料は液体状の培地とともにウェルに注入されている。近年、そのような試料をＣＣＤカメラ等を搭載した撮像装置によって撮像し、撮像によって得られた画像データを用いて試料を観察することが行われている。例えば、がんの創薬研究において、培地としての液体（培養液）とともにウェルに注入されたがん細胞を撮像装置で撮像することによって、がん細胞の観察や分析がなされている。

このような撮像装置において、ウェルの上方からウェルに向けて照明光を出射させたときに、ウェル内の液体（培地としての液体）の表面に形成されるメニスカスによって照明光が屈折することによってウェルの周縁部で画像の明るさが不足することがある。そこで、特開２０１５−１１８０３６号公報に開示された撮像装置では、撮像光学系を物体側ハイパーセントリックな特性を有する構成とすることによって、屈折により進行方向が光軸から離れる方向に曲げられた光を効率よく集光できるようにしている。

特開２０１５−１１８０３６号公報

ところで、試料を高倍率で観察したい場合、１つのウェルを複数の撮像位置から撮像することになる。この場合、複数の撮像位置からの撮像によって得られた複数の撮像画像を合成することによって、ウェル全体の画像が生成される。また、この場合、撮像視野（１つの撮像位置から撮像が行われた際の撮像範囲）はウェルの面積よりも小さくなる。このように撮像視野がウェルの面積よりも小さくなると、撮像視野内にメニスカスの影響を受ける領域が含まれる場合と撮像視野内にメニスカスの影響を受ける領域が含まれない場合とが生じることになる。特開２０１５−１１８０３６号公報に開示された撮像装置によれば、メニスカスの影響を受ける領域では、上述したように光が効率的に集光されるので、撮像によって得られる画像は充分な明るさを有する。しかしながら、撮像視野内にメニスカスの影響を受ける領域が含まれていない場合、当該撮像視野の周縁部で明るさが不足する。

そこで、２つの照明光学系を用意して撮像位置に応じて当該２つの照明光学系を切り替えながら撮像を行うことが考えられる。この場合、撮像装置による撮像に先立って、一方の照明光学系を使用した撮像を行う位置（複数の撮像位置）と他方の照明光学系を使用した撮像を行う位置（複数の撮像位置）とを決める必要がある。すなわち、撮像配置（複数の撮像位置の配置）を決める必要がある。ところが、多数の位置が撮像位置に設定されると、撮像が非効率なものとなり無駄が生じる。逆に、撮像位置に設定される位置が少ない場合には、複数の撮像画像の合成によって得られる全体画像中に明るさが不充分な領域が生じ得る。このように、好適な撮像配置は容易には得られない。

そこで本発明は、２つの照明光学系を有する撮像装置での撮像に関し、好品質の画像を効率的に得ることのできる撮像配置を容易に決定する方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、第１の照明光学系および第２の照明光学系を有し、１以上の試料収納部を有する試料容器の種類と撮像位置とに応じて前記第１の照明光学系と前記第２の照明光学系との間で使用する照明光学系を切り替えつつ撮像を行う撮像装置における複数の撮像位置の配置を決定する撮像配置決定方法であって、
前記撮像装置による撮像が行われる際の有効視野領域を決定する有効視野領域決定ステップと、
前記試料収納部の壁面に沿って、前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置を配置する第１の撮像配置決定ステップと、
前記試料収納部内の任意の位置が全ての撮像位置のうちの少なくとも１つでの撮像によって得られる有効視野領域に含まれるよう、前記第１の撮像配置決定ステップで決定された複数の撮像位置での撮像によって得られる有効視野領域以外の領域に、前記第２の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置を配置する第２の撮像配置決定ステップと
を含むことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記有効視野領域決定ステップでは、前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われる際の有効視野領域と、前記第２の照明光学系を使用した撮像が行われる際の有効視野領域とが決定され、
前記第１の撮像配置決定ステップでは、前記試料収納部の壁面に沿って互いに隣接する２つの撮像位置での撮像によって得られるそれぞれの有効視野領域の一部が互いに重なるよう、前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の配置が決定され、
前記第２の撮像配置決定ステップでは、前記第１の撮像配置決定ステップで決定された複数の撮像位置での撮像によって得られる有効視野領域以外の領域において互いに隣接する２つの撮像位置での撮像によって得られるそれぞれの有効視野領域の一部が互いに重なるよう、前記第２の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の配置が決定されることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、
前記試料収納部の底面の形状は円形であって、
前記第１の撮像配置決定ステップは、
前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置のうちの任意の１つである基準位置を決定する基準位置決定ステップと、
前記試料収納部の中心と前記基準位置とを結ぶ線分を前記試料収納部の中心を回転中心として所定角度ずつ回転させ、回転の都度、回転後の線分の２つの端点のうち前記試料収納部の中心の位置にある端点とは異なる方の端点の位置を前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき撮像位置に定める撮像位置順次決定ステップと
を含むことを特徴とする。

第４の発明は、第３の発明において、
前記基準位置決定ステップでは、撮像位置を少しずつ動かしながら前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われ、前記試料収納部の壁面の位置での明るさが前記試料収納部の中心で前記第２の照明光学系を使用した撮像が行われたときの前記試料収納部の中心での明るさとほぼ同じになる撮像位置が前記基準位置に定められることを特徴とする。

第５の発明は、第１から第４までのいずれかの発明において、
前記第２の撮像配置決定ステップでは、前記撮像装置による全ての撮像位置での撮像に要する走査回数が最小となるように、前記第２の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の配置が決定されることを特徴とする。

第６の発明は、第１から第４までのいずれかの発明において、
前記第２の撮像配置決定ステップでは、前記撮像装置による撮像回数が最小となるように、前記第２の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の配置が決定されることを特徴とする。

第７の発明は、第１から第６までのいずれかの発明において、
前記第１の撮像配置決定ステップでは、前記撮像装置による撮像が行われる際の主走査方向に対して垂直な方向についての撮像間隔が等間隔に近づくように、前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の微調整が行われることを特徴とする。

第８の発明は、第１から第７までのいずれかの発明において、
前記有効視野領域決定ステップでは、前記試料容器の種類および前記試料収納部に注入される撮像対象物の培養条件を考慮して有効視野領域が決定されることを特徴とする。

第９の発明は、第１から第８までのいずれかの発明において、
前記試料収納部の底面への主光線の入射状態が、前記第１の照明光学系と前記第２の照明光学系とで異なることを特徴とする。

第１０の発明は、第９の発明において、
前記第１の照明光学系は、主光線が平行な状態で前記試料収納部の底面に入射するよう、前記試料収納部に向けて光を出射し、
前記第２の照明光学系は、前記試料収納部の底面に入射する主光線が光軸から遠ざかる方向の成分を有するよう、前記試料収納部に向けて光を出射し、
前記撮像装置は、主光線が光軸から遠ざかる方向の成分を有する光を受光するように構成された撮像光学系を含むことを特徴とする。

第１１の発明は、底面が光透過性を有する試料収納部に液体と共に保持された撮像対象物を撮像する撮像装置であって、
１以上の前記試料収納部を有する試料容器を保持する容器保持部と、
前記試料収納部に保持された撮像対象物に光を照射する照明部と、
前記試料収納部に保持された撮像対象物の撮像を行う撮像部と、
撮像位置に応じて前記撮像部と前記照明部とを一体的に移動させる駆動部と、
前記照明部、前記撮像部、および前記駆動部の動作を制御する制御部と
を備え、
前記照明部は、前記試料収納部の底面への主光線の入射状態が互いに異なる第１の照明光学系および第２の照明光学系からなり、
前記制御部は、
前記試料収納部の壁面に沿って配置された複数の撮像位置である第１の撮像位置群および当該第１の撮像位置群での撮像によって得られる有効視野領域以外の領域に配置された複数の撮像位置である第２の撮像位置群で撮像が行われるよう前記撮像部および前記駆動部を制御するとともに、
前記第１の撮像位置群に含まれる撮像位置で撮像が行われる際には前記第１の照明光学系から光が出射されるよう、かつ、前記第２の撮像位置群に含まれる撮像位置で撮像が行われる際には前記第２の照明光学系から光が出射されるよう、前記照明部を制御することを特徴とする。

第１２の発明は、第１１の発明において、
前記制御部は、外部から指示された撮像位置を前記容器保持部上における前記試料容器の位置および向きに応じて補正して前記撮像部により実際に撮像が行われる際の撮像位置を求める撮像位置調整部を含むことを特徴とする。

第１３の発明は、第１１または第１２の発明において、
前記第１の照明光学系は、主光線が平行な状態で前記試料収納部の底面に入射するよう、前記試料収納部に向けて光を出射し、
前記第２の照明光学系は、前記試料収納部の底面に入射する主光線が光軸から遠ざかる方向の成分を有するよう、前記試料収納部に向けて光を出射し、
前記撮像部は、主光線が光軸から遠ざかる方向の成分を有する光を受光するように構成された撮像光学系を含むことを特徴とする。

上記第１の発明によれば、２つの照明光学系（第１の照明光学系および第２の照明光学系）が設けられた撮像装置による撮像が行われる際、有効視野領域が定められた後、試料収納部の壁面に沿って複数の撮像位置が配置されるよう、第１の照明光学系（例えば、メニスカスの影響を受ける領域の撮像に適した照明光学系）を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の配置が決定される。試料収納部の壁面に沿った複数の撮像位置の配置を考えるとき、壁面近傍の１つの撮像位置が定まると、第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき全ての撮像位置について、試料収納部の壁面からの距離が定まる。また、互いに隣接する２つの撮像位置の間の距離は有効視野領域を考慮して決定すれば良い。以上より、第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の配置を比較的容易に決定することができる。また、第２の照明光学系（例えば、メニスカスの影響を受けない領域の撮像に適した照明光学系）を使用した撮像が行われるべき撮像位置の配置を考える時には、第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置に基づく有効視野領域が既に定まっている。このため、残りの領域の広さと第２の照明光学系を使用した場合の有効視野領域の広さとを考慮して、第２の照明光学系を使用した撮像が行われるべき撮像位置の配置を比較的容易に決定することができる。以上のように、２つの照明光学系を有する撮像装置で撮像が行われる際の撮像配置（複数の撮像位置の配置）を容易に決定することができる。

上記第２の発明によれば、互いに隣接する２つの撮像位置での撮像によって得られるそれぞれの有効視野領域の一部が互いに重なるように撮像配置が決定されるので、複数の撮像画像の合成によって得られる全体画像中に明るさが不充分な領域が生じることが確実に防止される。

上記第３の発明によれば、第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置に関し、基準位置が決まれば比較的容易に残りの撮像位置を決定することができる。

上記第４の発明によれば、試料収納部の壁面部の撮像画像の明るさと試料収納部の中心部の撮像画像の明るさとが同程度になるので、好品質の全体画像が得られる。

上記第５の発明によれば、走査回数が少なくなるので、全ての撮像位置での撮像が終了するまでに要する時間が短くなる。

上記第６の発明によれば、撮像枚数が少なくなるので、資源が有効に活用される。

上記第７の発明によれば、第２の照明光学系を使用した撮像が行われるべき領域において効率的に複数の撮像位置が配置される。

上記第８の発明によれば、有効視野領域が試料容器の種類や培養条件を考慮して定められるので、より効率的に複数の撮像位置を配置させることが可能になるとともに、複数の撮像画像の合成によって得られる全体画像中に明るさが不充分な領域が生じることが抑制される。

上記第９の発明によれば、上記第１から第８までのいずれかの発明と同様の効果が得られる。

上記第１０の発明によれば、例えばメニスカスの影響を受ける領域とメニスカスの影響を受けない領域とで照明光学系を切り替える撮像装置で撮像が行われる際の撮像配置を容易に決定することが可能となる。

上記第１１の発明によれば、撮像が行われる際、試料収納部の壁面近傍の領域とそれ以外の領域とで異なる照明光学系が使用される。このため、試料収納部に注入されている液体の表面にメニスカスが形成されていても、複数の撮像画像の合成によって得られる全体画像中に明るさが不充分な領域が生じることが抑制される。また、効率的に配置された複数の撮像位置で撮像が行われるので、撮像処理が効率的に行われる。

上記第１２の発明によれば、試料容器の設計誤差や試料容器をセットする際の位置ずれに関わらず所望の撮像画像が得られる。また、位置ずれがあったときに試料容器のセットのやり直しが不要となることから、試料（細胞等）にダメージを及ぼすことなく所望の撮像画像を得ることが可能となる。

上記第１３の発明によれば、例えばメニスカスの影響を受ける領域とメニスカスの影響を受けない領域とで照明光学系を切り替える撮像装置において、複数の撮像画像を合成することによって全体画像を生成する際に撮像処理が効率的に行われる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。 上記実施形態における第１の照明光学系および第２の照明光学系の光線図である。 上記実施形態において、第１の照明光学系から出射される第１の照明光を示す図である。 上記実施形態において、第２の照明光学系から出射される第２の照明光を示す図である。 上記実施形態において、ウェル周縁領域が撮像視野に含まれないときに仮に第１の照明光学系が使用された場合の撮像の様子を示す図である。 上記実施形態において、ウェル周縁領域が撮像視野に含まれるときに第１の照明光学系が使用された場合の撮像の様子を示す図である。 上記実施形態において、ウェル周縁領域が撮像視野に含まれないときに第２の照明光学系が使用された場合の撮像の様子を示す図である。 上記実施形態において、第１の照明光学系を使用した撮像を行う領域および第２の照明光学系を使用した撮像を行う領域の設定例を示す図である。 上記実施形態において、撮像配置の一例を示す図である。 上記実施形態において、撮像のための走査について説明するための図である。 上記実施形態において、撮像装置で撮像が行われる際の全体の処理の流れを示すフローチャートである。 上記実施形態において、撮像配置を決定する手順を示すフローチャートである。 上記実施形態において、有効視野領域の決定の仕方について説明するための図である。 上記実施形態において、ウェル周縁領域で第１の照明光学系を使用した撮像が行われた際に得られる撮像画像の一例を示す図である。 上記実施形態において、第１の照明光学系を使用した撮像が行われた場合の有効視野領域を示す図である。 上記実施形態において、ウェル中央領域で第２の照明光学系を使用した撮像が行われた際に得られる撮像画像の一例を示す図である。 上記実施形態において、第２の照明光学系を使用した撮像が行われた場合の有効視野領域を示す図である。 上記実施形態において、培養条件の違いによる有効視野領域の違いについて説明するための図である。 上記実施形態において、ウェル周縁領域における複数の撮像位置のうちの基準位置の決定について説明するための図である。 上記実施形態において、ウェル周縁領域における複数の撮像位置のうちの基準位置の決定について説明するための図である。 上記実施形態において、基準位置とウェルのエッジ部との間の距離について説明するための図である。 上記実施形態において、基準位置に隣接する撮像位置の決定について説明するための図である。 上記実施形態において、ウェル周縁領域における複数の撮像位置の配置例を示す図である。 上記実施形態において、ウェル周縁領域における複数の撮像位置の配置例を示す図である。 上記実施形態において、ウェル中央領域における撮像位置の決定について説明するための図である。 上記実施形態において、ウェル中央領域における撮像位置の決定について説明するための図である。 ウェル周縁領域での撮像位置の決定に関する変形例について説明するための図である。 ウェル周縁領域での撮像位置の決定に関する変形例について説明するための図である。 上記実施形態の変形例において、アライメント処理について説明するための図である。 上記実施形態の変形例において、アライメント処理について説明するための図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態について説明する。

＜１．撮像装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置１の概略構成を示す図である。この撮像装置１は、ウェルプレートＷＰの上面に形成されたウェルＷに注入された液体中で培養されている細胞、細胞コロニー、細菌等（以下、これらをまとめて「細胞等」という。）の試料を撮像するための装置である。

ウェルプレートＷＰは、平板状の形状を有している。ウェルプレートＷＰには、上面側に開口を有し下面側に透明の底面を有する試料収納部としての複数個（例えば、６個、２４個、９６個、３８４個など）のウェルＷが配列されている。なお、ここでは試料容器としてウェルプレートＷＰが用いられている例を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されず、ディッシュと呼ばれる容器（試料収納部を１つだけ有する容器）を試料容器として用いることもできる。

ウェルＷの形状については、典型的には、断面は円形状であって、底面は平坦状になっている。但し、ウェルＷの断面および底面の形状はこれには限定されない。ウェルＷの直径および深さは、一般的には数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度である。各ウェルＷには、細胞等に生育環境を提供する培地Ｍとしての液体（培養液）が所定量注入される。各ウェルＷに注入される液体の量は、一般的には５０〜２００マイクロリットル程度である。本実施形態においては、その液体中で所定の培養条件で培養された細胞等が撮像対象物となる。

図１に示すように、この撮像装置１は、撮像用の光を出射する照明部１０と、ウェルプレートＷＰを保持するホルダ１２と、ウェルＷ内の試料（細胞等）の撮像を行う撮像部１３と、照明部１０および撮像部１３の動作を制御する制御部１４と、撮像の際に照明部１０および撮像部１３を移動させる駆動機構１５とを備えている。照明部１０は、この撮像装置１の上部に配置されている。ホルダ１２は照明部１０の下方に配置され、撮像部１３はホルダ１２の下方に配置されている。

なお、以下において、ウェルＷ内の領域のうち撮像視野に含まれたときにメニスカスの影響を受ける領域のことを「ウェル辺縁部」という。ところで、ウェル辺縁部の撮像が行われる際、撮像位置がウェルＷのエッジ部（壁面）よりも外側に位置する場合がある。そこで、エッジ部よりも外側の領域およびエッジ部よりも内側の領域の双方を含むエッジ部近傍の領域のことを「ウェル周縁領域」という。ウェル辺縁部は、ウェル周縁領域のうちエッジ部よりも内側の領域のことである。また、ウェルＷ内の領域のうち撮像視野に含まれたときにメニスカスの影響を受けない領域（より厳密には、メニスカスの影響が十分に小さい領域）のことを「ウェル中央領域」という。

＜１．１ 照明部＞
照明部１０は、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの２つの光源（第１の光源１０１および第２の光源１１１）と、２つの反射ミラー１０２，１０５と、２つのコレクタレンズ１０３，１１２と、ビームスプリッター１０４と、コンデンサレンズ１０６とを備えている。第１の光源１０１から出射される光は、その光路が反射ミラー１０２によって折り返された後、コレクタレンズ１０３を介してビームスプリッター１０４に入射する。第２の光源１１１から出射される光は、コレクタレンズ１１２を介してビームスプリッター１０４に入射する。ビームスプリッター１０４から出射される光線は、その進行方向が反射ミラー１０５によって（−Ｚ）方向すなわち鉛直下向き方向に変えられる。そして、進行方向が鉛直下向き方向になった光線は、コンデンサレンズ１０６を介して、この照明部１０から下向きに出射される。照明部１０から出射された光は、ホルダ１２に支持されたウェルプレートＷＰの上方から少なくとも１つのウェルＷに入射し、ウェルＷ内の撮像対象物を照明する。

以上のように、本実施形態における照明部１０は、第１の光源１０１を光源とする照明光学系（以下、「第１の照明光学系」という。）１００と第２の光源１１１を光源とする照明光学系（以下、「第２の照明光学系」という。）１１０とによって構成されている。第１の照明光学系１００は、第１の光源１０１、反射ミラー１０２、コレクタレンズ１０３、ビームスプリッター１０４、反射ミラー１０５、およびコンデンサレンズ１０６からなる。第２の照明光学系１１０は、第２の光源１１１、コレクタレンズ１１２、ビームスプリッター１０４、反射ミラー１０５、およびコンデンサレンズ１０６からなる。なお、ビームスプリッター１０４、反射ミラー１０５、およびコンデンサレンズ１０６については、第１の照明光学系１００および第２の照明光学系１１０によって共有されている。

第１の光源１０１および第２の光源１１１は、制御部１４内の光源制御部１４６から与えられる制御信号に応じて選択的に点灯する。従って、照明部１０は、第１の照明光学系１００から出射される光（以下、「第１の照明光」という。）と第２の照明光学系１１０から出射される光（以下、「第２の照明光」という。）とを選択的にウェルＷに入射させることができる。第１の照明光と第２の照明光とはビームスプリッター１０４によって合成され、これらは同軸に出射可能となっている。すなわち、コンデンサレンズ１０６から出射される第１の照明光および第２の照明光の中心軸は一致している。

図２は、第１の照明光学系１００および第２の照明光学系１１０の光線図である。なお、図２では、光路を明瞭に示すため、第１の照明光学系１００と第２の照明光学系１１０とを分離して記載している。また、説明の便宜上、実際には反射ミラー１０２，１０５およびビームスプリッター１０４で折り曲げられる光軸を直線で示している。このため、光軸を折り曲げる機能を有する反射ミラー１０２，１０５およびビームスプリッター１０４の図示が省略されている。

第１の照明光学系１００では、第１の光源１０１から出射された光は、コレクタレンズ１０３によって集光される。その集光された光は、コンデンサレンズ１０６を介して、撮像対象物である細胞等が存在する試料面に向けて出射される。通常、試料面はウェルＷの底面である。コレクタレンズ１０３は、当該コレクタレンズ１０３とコンデンサレンズ１０６との間に第１の光源１０１の像を結像させる。すなわち、コレクタレンズ１０３とコンデンサレンズ１０６との間に、第１の光源１０１の共役点Ｃ１が存在する。また、コレクタレンズ１０３およびコンデンサレンズ１０６は、コンデンサレンズ１０６から試料面へと向かう主光線が光軸と平行となるように構成されている。すなわち、第１の照明光学系１００はテレセントリック照明をなしている。第１の光源１０１の光出射面には、コレクタレンズ１０３に入射する光の角度範囲を規定するために、必要に応じて開口絞り１０７が設けられる。開口絞り１０７により、照明のＮＡ（開口数）を調整することができる。また、コレクタレンズ１０３よりも後側かつ共役点Ｃ１よりも前側の位置には、必要に応じて視野絞り１０８が設けられる。これにより、撮像に必要な範囲のみを照明して、撮像光学系でのフレア発生を防止することができる。

第２の照明光学系１１０では、第２の光源１１１から出射された光は、コレクタレンズ１１２によって集光される。その集光された光は、コンデンサレンズ１０６を介して試料面に向けて出射される。コレクタレンズ１１２には、第２の光源１１１の共役点Ｃ２の位置がコンデンサレンズ１０６よりも後側かつ試料面よりも前側となるような屈折特性が与えられる。第２の光源１１１の光出射面には、コレクタレンズ１１２に入射する光の角度範囲を規定するために、必要に応じて開口絞り１１３が設けられる。開口絞り１１３の開口径は、コンデンサレンズ１０６から出射される照明光のＮＡが対物レンズ１３１のＮＡ以上となるように設定される。これにより、撮像光学系が有する分解能が照明に起因して制約されることが防止される。また、コレクタレンズ１１２とコンデンサレンズ１０６との間には、必要に応じて視野絞り１１４が設けられる。これにより、撮像に必要に範囲のみを照明して、撮像光学系でのフレア発生を防止することができる。

第１の照明光学系１００と第２の照明光学系１１０とは、コンデンサレンズ１０６を共用する。これを可能とするためのビームスプリッター１０４は、それぞれのコレクタレンズ１０３，１１２とコンデンサレンズ１０６との間に設けられる。より具体的には、第１の照明光学系１００においてコレクタレンズ１０３（視野絞り１０８が設けられる場合には視野絞り１０８）よりも後側でコンデンサレンズ１０６よりも前側となる位置であって、かつ、第２の照明光学系１１０においてコレクタレンズ１１２（視野絞り１１４が設けられる場合には視野絞り１１４）よりも後側でコンデンサレンズ１０６よりも前側となる位置に、ビームスプリッター１０４が設けられる。

＜１．２ ホルダ＞
撮像装置１による撮像が行われる際、試料および培地Ｍを保持する複数のウェルＷからなるウェルプレートＷＰはホルダ１２内に保持される。ホルダ１２は、ウェルプレートＷＰの下面周縁部に当接してウェルプレートＷＰを略水平姿勢に保持する。

＜１．３ 撮像部＞
撮像部１３は、対物レンズ１３１、低倍率用アフォーカル系１３２、高倍率用アフォーカル系１３３、反射ミラー１３４、結像レンズ１３５、および撮像素子１３６を備えている。対物レンズ１３１は、ウェルプレートＷＰの直下位置に配置されている。対物レンズ１３１の光軸は、鉛直方向に向けられており、第１の照明光学系１００および第２の照明光学系１１０の光軸と同軸となっている。照明部１０から出射されウェルＷの上方から液体（培地Ｍ）に入射した光が撮像対象物を照明し、ウェルＷの底面から下方へ透過した光が対物レンズ１３１に入射する。

対物レンズ１３１の下方には、低倍率用アフォーカル系１３２および高倍率用アフォーカル系１３３が切り替え可能に設けられている。ここで、低倍率用アフォーカル系１３２と高倍率用アフォーカル系１３３との切り替えについて説明する。低倍率用アフォーカル系１３２および高倍率用アフォーカル系１３３は図示しない駆動機構により水平方向に一体的に移動可能となっており、撮像の際には両者の一方が対物レンズ１３１の直下位置に選択的に配置される。図１において実線で示すように高倍率用アフォーカル系１３３が対物レンズ１３１の直下位置に配置された状態では、対物レンズ１３１および高倍率用アフォーカル系１３３を含む高倍率の撮像光学系が構成される。このとき、撮像対象物の比較的狭い範囲が高倍率で撮像される。一方、図１において点線で示すように低倍率用アフォーカル系１３２が対物レンズ１３１の直下位置に配置された状態では、対物レンズ１３１および低倍率用アフォーカル系１３２を含む低倍率の撮像光学系が構成される。このとき、撮像対象物の比較的広い範囲が低倍率で撮像される。

アフォーカル系（低倍率用アフォーカル系１３２または高倍率用アフォーカル系１３３）から出射される光は、反射ミラー１３４によって折り返された後、結像レンズ１３５を介して撮像素子１３６に入射する。後述するように、対物レンズ１３１、低倍率用アフォーカル系１３２、および結像レンズ１３５等からなる撮像光学系は、物体側ハイパーセントリックな光学特性を有している。一方、対物レンズ１３１、高倍率用アフォーカル系１３３、および結像レンズ１３５等からなる撮像光学系は、物体側テレセントリックな光学特性を有している。

撮像素子１３６は、二次元の受光面を有するエリアイメージセンサである。撮像素子１３６としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどを用いることができる。結像レンズ１３５により撮像素子１３６の受光面に結像する撮像対象物の像が、撮像素子１３６によって撮像される。撮像素子１３６は、受光した光学像を電気信号に変換し、それを画像信号として出力する。このような撮像方法によれば、撮像対象物である細胞等に対して非接触、非破壊かつ非侵襲で撮像を行うことができ、撮像による細胞等へのダメージを抑えることができる。なお、撮像部１３の各部の動作は、制御部１４に設けられた撮像制御部１４３により制御される。

＜１．４ 制御部＞
制御部１４は、ＣＰＵ１４１、インターフェース（ＩＦ）部１４２、撮像制御部１４３、ＡＤコンバータ（Ａ／Ｄ）１４４、メカ制御部１４５、光源制御部１４６、画像メモリ１４７、およびメモリ１４８を備えている。ＣＰＵ１４１は、制御部１４内の各構成要素の動作の制御や各種演算処理を行う。インターフェース部１４２は、ユーザからの操作入力を受け付ける機能、ユーザへの処理結果等の情報表示を行う機能、通信回線を介して他の装置との間でのデータ通信を行う機能などを有している。なお、インターフェース部１４２には、操作入力を受け付ける入力受付部（キーボードやマウスなど）、情報表示を行う表示部、通信回線などが接続されている。

撮像制御部１４３は、後述する走査移動レシピに従って撮像対象物の撮像が行われるよう、撮像部１３の動作を制御する。ＡＤコンバータ（Ａ／Ｄ）１４４は、撮像素子１３６から出力された画像信号（アナログデータ）を受け取り、それをデジタル画像データに変換する。そのデジタル画像データに基づき、ＣＰＵ１４１は適宜の画像処理を実行する。

メカ制御部１４５は、駆動機構１５を作動させることにより、撮像部１３を水平方向あるいは鉛直方向に移動させる。撮像部１３を水平方向に移動させることにより、撮像部１３がウェルＷに対し水平方向に移動する。また、撮像部１３を鉛直方向に移動させることにより、フォーカス調整が行われる。メカ制御部１４５は、また、駆動機構１５を作動させることにより、照明部１０を水平方向に移動させる。光源制御部１４６は、撮像位置に応じて、第１の光源１０１と第２の光源１１１とを選択的に点灯させる。

画像メモリ１４７は、デジタル画像データを保持する。メモリ１４８は、ＣＰＵ１４１が実行すべきプログラムやＣＰＵ１４１により生成されるデータを保持する。なお、画像メモリ１４７とメモリ１４８とは一体化したものであっても良い。また、大容量ストレージと半導体メモリとの適宜の組み合わせにより、画像メモリ１４７およびメモリ１４８が実現されていても良い。

＜１．５ 駆動機構＞
駆動機構１５は、照明部１０を水平方向に移動させる。また、駆動機構１５は、撮像部１３を水平方向あるいは鉛直方向に移動させる。この撮像装置１では、照明部１０からの出射光の中心が対物レンズ１３１の光軸と略一致するように照明部１０と撮像部１３との位置関係が定められている。従って、駆動機構１５は、撮像部１３を水平方向に移動させる際、照明部１０を撮像部１３と一体的に移動させる。これにより、いずれのウェルＷのいずれの位置で撮像が行われる場合でも良好な照明状態を維持することができる。なお、図１において、Ｚ方向は鉛直方向を表し、Ｙ方向は主走査方向を表し、Ｘ方向は副走査方向を表している。

＜２．照明光学系＞
図３は、第１の照明光学系１００から出射される第１の照明光Ｌ１を示す図である。第１の照明光学系１００においてコンデンサレンズ１０６から出射される第１の照明光Ｌ１は、図３に示すように、撮像対象物が分布する試料面であるウェル底面Ｗｂに対して主光線が平行な状態で入射する。すなわち、第１の照明光学系１００は、射出瞳位置が無限遠にあるテレセントリック照明をなしている。

図４は、第２の照明光学系１１０から出射される第２の照明光Ｌ２を示す図である。第２の照明光学系１１０においてコンデンサレンズ１０６から出射される第２の照明光Ｌ２は、図４に示すように、第２の照明光学系１１０の光軸に近づくように進行し、ウェル底面Ｗｂよりも上方の位置（照明光学系から見てウェル底面Ｗｂよりも手前側の位置）で光軸と交差する。すなわち、第２の照明光Ｌ２の光路において第２の光源１１１の像（より厳密には開口絞り１１３の像）が結像する射出瞳位置Ｐｐは、第２の照明光学系１１０から見て、撮像対象物が分布する試料面であるウェル底面Ｗｂよりも近い位置にある。より詳しくは、第２の照明光学系１１０による照明下では、第２の照明光Ｌ２を出射するコンデンサレンズ１０６の出力端と撮像光学系の対物レンズ１３１との間の位置で第２の光源１１１の像が結像する。つまり、この位置に第２の光源１１１に対する共役点がある。そして、この共役点と対物レンズ１３１との間にウェル底面Ｗｂが位置するように、ホルダ１２はウェルプレートＷＰを保持する。このため、ウェル底面Ｗｂに入射する第２の照明光Ｌ２の主光線は、第２の照明光学系１１０および対物レンズ１３１の光軸から遠ざかる方向の方向成分を有している。

以上のように、第１の照明光学系１００と第２の照明光学系１１０とでは射出瞳位置が互いに異なっている。これら第１の照明光学系１００と第２の照明光学系１１０とが、後述するように切り替えて使用される。なお、撮像の際にはストロボ照明が用いられる。つまり、照明光は撮像部１３による撮像が行われる時に短時間のみ出射される。従って、光源制御部１４６は、２つの光源（第１の光源１０１および第２の光源１１１）のいずれを点灯させるかを選択することにより、照明光の切り替えを実現することができる。

ところで、上述したように、各ウェルＷには培地Ｍとしての液体が注入されている。従って、ウェルＷの上方から入射する照明光は培地Ｍの液面を介してウェル底面Ｗｂ（試料面）に入射する。ここで、ウェルＷ内の液面は凹型のメニスカスを形成している。このため、照明光の進路は屈折によってウェルＷの中心から外向きに曲げられる。屈折は、ウェルＷの中心付近では小さく、ウェルＷのエッジ部（壁面）に近づくほど大きくなる。本実施形態においては、このように外向きに曲げられた光が効率よく集光されて撮像素子１３６に導かれるよう、対物レンズ１３１を含む撮像光学系は物体側ハイパーセントリック光学系をなしている。すなわち、レンズの光軸から離れた位置において、斜め外向きに入射する光を撮像素子１３６に結像させることができる。

＜３．照明光学系の使い分け＞
次に、第１の照明光学系１００と第２の照明光学系１１０との使い分けについて説明する。ここでは、撮像すべき領域（ウェル全体の領域）が撮像視野よりも広い場合に着目する。撮像すべき領域が撮像視野よりも広いとき、当該領域を複数に分割して撮像が行われる。そして、撮像によって得られた複数の撮像画像を画像処理によって合成することで、撮像すべき領域の全体を表す画像が生成される。

図５は、ウェル辺縁部ＷＲが撮像視野に含まれないときに仮に第１の照明光学系１００が使用された場合の撮像の様子を示す図である。撮像視野ＶがウェルＷのエッジ部から離れたウェル中央領域のみを含む場合、メニスカスが光路に及ぼす影響は十分に小さい。ところで、上述したように、対物レンズ１３１を含む撮像光学系は物体側ハイパーセントリック光学系をなしている。すなわち、撮像光学系は、光軸から離れた位置についてはメニスカスによる屈折を前提として主光線が外向きに傾いた光（第１の照明光Ｌ１のうち図５で点線で示す光）が受光されるような構成となっている。しかしながら、ウェルＷを通過した光はメニスカスによる屈折を受けずに直進するため、入射光における主光線の傾きと受光側での主光線の傾きとが一致しない。このように、テレセントリック照明が用いられていると、対物レンズ１３１の光軸付近に入射する光は集光されて撮像素子１３６に入射するが、光軸から離れた位置では入射光と光学系との主光線の傾きの違いに起因するミスマッチが生じる。その結果、特に撮像視野Ｖの周縁部で画質の劣化が生じる。

これに対して、ウェル辺縁部ＷＲが撮像視野Ｖに含まれるときに第１の照明光学系１００が使用された場合、図６に示すように、ウェル辺縁部ＷＲではメニスカスにより屈折した光の主光線の傾きと受光側の主光線との傾きがほぼ一致して効率よく集光が行われる。このように、ウェル辺縁部ＷＲが撮像視野Ｖに含まれるときには、第１の照明光学系１００を用いた撮像が行われる。

図７は、ウェル辺縁部ＷＲが撮像視野Ｖに含まれないときに第２の照明光学系１１０が使用された場合の撮像の様子を示す図である。上述したように、第２の照明光学系１１０においてコンデンサレンズ１０６から出射される第２の照明光Ｌ２は、光軸に近づくように進行する。このため、メニスカスの影響がないとき、ウェル底面Ｗｂに入射する第２の照明光Ｌ２の主光線は互いに平行なものとはならない。本実施形態では第２の照明光学系１１０の射出瞳位置Ｐｐが（照明光学系から見て）ウェル底面Ｗｂよりも手前側にあるため、ウェル底面Ｗｂに入射する第２の照明光Ｌ２については、主光線は対物レンズ１３１の光軸から外へ向かって広がるものとなる。ここで、対物レンズ１３１への入射光の主光線の傾きと対物レンズ１３１側の主光線の傾きとが一致するように撮像光学系が構成されていれば、図７に示すように、ウェル底面Ｗｂを透過した光は対物レンズ１３１により集光されて、最終的に撮像素子１３６に導かれる。このように、ウェル辺縁部ＷＲが撮像視野Ｖに含まれないときには、第２の照明光学系１１０を用いた撮像が行われる。

以上のように、本実施形態に係る撮像装置１には、ハイパーセントリック特性を有する撮像光学系と組み合わせる照明光学系として、メニスカスの影響を受ける領域の撮像に適した第１の照明光学系１００と、メニスカスの影響を受けない領域の撮像に適した第２の照明光学系１１０とが設けられている。そして、ウェル辺縁部ＷＲが撮像視野に含まれるとき（すなわち、メニスカスの影響を受ける領域が撮像視野に含まれるとき）とウェル辺縁部ＷＲが撮像視野に含まれないとき（すなわち、メニスカスの影響を受ける領域が撮像視野に含まれないとき）とでそれら２つの照明光学系が使い分けられる。これにより、撮像すべき領域の全体が良好な品質である画像が得られる。

＜４．全体の処理の流れ＞
次に、撮像装置１で撮像が行われる際の全体の概略的な処理の流れを説明する。これに関連して、まず、撮像装置１の前提事項について説明する。撮像装置１では、予め、試料容器の種類毎に、第１の照明光学系１００を使用した撮像を行う領域および第２の照明光学系１１０を使用した撮像を行う領域の設定が行われる。上述したように、第１の照明光学系１００はメニスカスの影響を受ける領域の撮像に適しており、第２の照明光学系１１０はメニスカスの影響を受けない領域の撮像に適している。従って、例えば、或る種類の試料容器（ウェルプレートＷＰ）の１つのウェルＷに着目すると、図８で符号５１で示す領域が第１の照明光学系１００を使用した撮像を行う領域に設定され、図８で符号５２で示す領域が第２の照明光学系１１０を使用した撮像を行う領域に設定されている。領域の設定に関するこのような情報は、撮像装置１において、例えば所定のフォーマットの設定ファイルに予め書き込まれている。図８で符号５１で示す領域はウェル周縁領域に相当し、図８で符号５２で示す領域はウェル中央領域に相当する。

撮像装置１は、複数の撮像位置およびそれらの撮像順序を示す走査移動レシピに従って当該複数の撮像位置での撮像を行うように構成されている。なお、本明細書における「撮像位置」は、撮像が行われる際の撮像視野の中心に相当する位置（この位置は、対物レンズ１３１の光軸の位置と一致する。）を意味する。例えば、撮像配置（複数の撮像位置の配置）が図９に示すようなものであるときに（符号Ｐ１〜Ｐ２３で示す位置が撮像位置を表している）、走査移動レシピに従って、例えば図１０で符号５３で示す矢印のように撮像のための走査が行われる。なお、ウェルプレートＷＰには複数のウェルＷが含まれているが、図９および図１０では、便宜上、１つのウェルＷに着目している。また、撮像装置１は、走査移動レシピに従って撮像を行う際、領域の設定に関する上述の情報（図８参照）に基づき、２つの照明光学系（第１の照明光学系１００および第２の照明光学系１１０）の一方を撮像位置に応じて使用する。

図１１は、撮像装置１で撮像が行われる際の全体の処理の流れを示すフローチャートである。まず、撮像対象の試料容器の種類（例えば、メーカー名と型番など）の情報および培地Ｍとして用いる液体の量などの撮像条件に関する情報が入手される（ステップＳ１０）。次に、試料容器の種類および撮像条件を考慮して、図９に示したような撮像配置の決定が行われる（ステップＳ２０）。なお、撮像配置を決定する方法についての詳しい説明は後述する。撮像配置の決定後、撮像配置に基づいて走査移動レシピが作成される（ステップＳ３０）。その後、走査移動レシピが撮像装置１に与えられるとともに、撮像装置１において撮像対象の試料容器の種類の指定（選択）がオペレータによって行われる（ステップＳ４０）。これにより、撮像装置１は、走査移動レシピに基づいて撮像を行う（ステップＳ５０）。

＜５．撮像配置の決定方法＞
次に、撮像配置の決定方法について詳しく説明する。図１２は、撮像配置を決定する手順を示すフローチャートである。

＜５．１ 有効視野領域の決定＞
まず、撮像が行われた際に充分な量の光が照射されて充分な画質の画像が得られると認めることのできる領域である有効視野領域が決定される（ステップＳ２１０）。撮像画像のうちステップＳ２１０で決定された有効視野領域内の画像のみが、最終的にユーザに提示される画像を構成することになる。すなわち、１つのウェルＷに対して複数の撮像位置で撮像が行われた場合、複数の撮像画像のそれぞれの有効視野領域内の画像のみを合成することによって、当該１つのウェルＷの全体を表す画像が作成される。本実施形態に係る撮像装置１では、ウェル周縁領域で撮像が行われる際には第１の照明光学系１００が使用され、ウェル中央領域で撮像が行われる際には第２の照明光学系１１０が使用される。従って、ステップＳ２１０では、第１の照明光学系１００を使用した撮像が行われた場合の有効視野領域と第２の照明光学系１１０を使用した撮像が行われた場合の有効視野領域とが決定される。

図１３〜図１７を参照しつつ、第１の照明光学系１００を使用した撮像が行われた場合の有効視野領域および第２の照明光学系１１０を使用した撮像が行われた場合の有効視野領域のそれぞれの具体例を説明する。図１３で符号５４で示すようにウェル周縁領域が撮像視野に含まれる場合、第１の照明光学系１００を使用した撮像が行われる。このとき、例えば図１４に示すような撮像画像が得られる。図１４より、撮像視野内に輝度が不充分な領域が存在することが把握される。そこで、例えば、“最小輝度を０％、最大輝度を１００％としたときに輝度が５０％以上となっている領域”が第１の照明光学系１００を使用した撮像が行われた場合の有効視野領域に定められる。この例では、有効視野領域は、図１５で符号５７の太線で囲まれた領域となる。

図１３で符号５５で示すようにウェル周縁領域が撮像視野に含まれない場合、第２の照明光学系１１０を使用した撮像が行われる。このとき、例えば図１６に示すような撮像画像が得られる。図１６より、撮像視野の周縁部では輝度が不充分であることが把握される。そこで、例えば、撮像視野全体の７０％の矩形領域（当該矩形領域の中心を撮像視野の中心と一致させる）が第２の照明光学系１１０を使用した撮像が行われた場合の有効視野領域に定められる。この例では、有効視野領域は、図１７で符号５８の太線で囲まれた領域となる。

ところで、特にウェル周縁領域での撮像に関しては、充分な画質が得られる領域が培養条件によって変化する。例えば、充分な画質が得られる領域は、培地Ｍとして用いられる液体の量によって変化する。例えば、或る量の液体が培地Ｍとして用いられた場合に図１８で符号６１の網掛けで示す領域で充分な画質が得られても、別の量の同じ液体が培地Ｍとして用いられた場合に図１８で符号６２の網掛けで示す領域でしか充分な画質が得られないことがある。このように充分な画質が得られる領域が培養条件によって変化するので、有効視野領域の決定（ステップＳ２１０）は、培養条件を考慮して行われることが好ましい。

＜５．２．１ ウェル周縁領域での撮像位置の決定＞
上述のようにして有効視野領域が決定された後、ウェル周縁領域での複数の撮像位置のうちの１つが決定される（ステップＳ２２０）。以下、このステップＳ２２０で決定される撮像位置のことを「基準位置」という。ここでは、ウェルＷを或る向きで平面視したときに図１９に示すようにウェルＷの上方に基準位置ＢＰを配置する例を挙げて説明する。なお、図１９で符号６３の網掛けで示す領域は、基準位置ＢＰにおける有効視野領域（基準位置ＢＰが撮像視野の中心となるように撮像が行われたときの有効視野領域）を表している。

基準位置ＢＰを決定する際には、ウェルＷのエッジ部（壁面）ＷＥでの明るさを観測しつつ、図２０に示すように撮像視野Ｖを少しずつ動かす。より詳しくは、ウェルＷの中心ＷＣとウェルＷの或るエッジ部ＷＥとを通る直線６５上に撮像視野Ｖの中心が位置するようにして、撮像視野Ｖに含まれるウェルＷ内の領域が徐々に大きくなるように、エッジ部ＷＥでの明るさを観測しつつ撮像視野Ｖを少しずつ動かす。そして、第２の照明光学系１１０を使用してウェルＷの中心ＷＣを撮像したときに得られる明るさ（ウェルＷの中心ＷＣの明るさ）と第１の照明光学系１００を使用してウェル周縁領域を撮像したときに得られるエッジ部ＷＥの明るさとがほぼ一致する位置が基準位置ＢＰに定められる。但し、撮像視野Ｖをごく少し動かしただけで、充分な明るさが得られる範囲（面積）が大きく変わることもある。従って、エッジ部ＷＥの明るさがウェルＷの中心ＷＣの明るさとほぼ同程度になるのであれば、充分な明るさが得られる範囲（面積）ができるだけ大きくなるように基準位置ＢＰを定めることが好ましい。

基準位置ＢＰが定まることにより、図２１から把握されるように、基準位置ＢＰとウェルＷのエッジ部ＷＥとの間の距離ＬＥが定まる。すなわち、第１の照明光学系１００を使用した撮像が行われる際の撮像位置とウェルＷのエッジ部ＷＥとの間の距離が定まる。

基準位置ＢＰの決定後、ウェル周縁領域での残りの撮像位置（基準位置ＢＰ以外の撮像位置）が決定される（ステップＳ２３０）。ステップＳ２３０では、まず、図２２に示すように、ウェルＷの中心ＷＣと基準位置ＢＰとを結ぶ直線７０をウェルＷの中心ＷＣを回転中心として回転させ、基準位置ＢＰに隣接する撮像位置７３における有効視野領域７２と基準位置ＢＰにおける有効視野領域７１とが部分的に重なり合うように、基準位置ＢＰに隣接する撮像位置７３が決定される。その際、ウェルＷのエッジ部ＷＥから撮像位置７３までの距離は、ウェルＷのエッジ部ＷＥから基準位置ＢＰまでの距離ＬＥ（図２１参照）と等しくされる。換言すれば、ウェルＷの中心ＷＣと基準位置ＢＰとを結ぶ線分をウェルＷの中心ＷＣを回転中心として回転させ、回転後の線分の２つの端点のうちウェルＷの中心ＷＣの位置にある端点とは異なる方の端点の位置が基準位置ＢＰに隣接する撮像位置７３に定められる。このようにして基準位置ＢＰに隣接する撮像位置７３が決定された後、同様にして、当該撮像位置７３に隣接する（基準位置ＢＰとは反対側に隣接する）撮像位置が決定される。以上のような処理が繰り返される。その際、互いに隣接する２つの撮像位置における有効視野領域の重なり部分の大きさは一定（ウェルＷの中心ＷＣと互いに隣接する２つの撮像位置とをそれぞれ結ぶ２つの線分のなす角度は一定）にされる。このようにして、図２３に示すように、ウェル周縁領域に配置されるべき全ての撮像位置が決定される。なお、図２４に示すようにウェルＷのエッジ部ＷＥよりも外側に撮像位置が配置される場合もある。

以上のように、本実施形態においては、まず、試料収納部としてのウェルＷの壁面に沿って複数の撮像位置が配置されるよう、ウェル周縁領域（第１の照明光学系１００を使用した撮像が行われるべき領域）における複数の撮像位置の配置が決定される。

＜５．２．２ ウェル中央領域での撮像位置の決定＞
その後、ウェル中央領域（ウェル周縁領域以外の領域）での撮像位置（通常、複数の撮像位置）が決定される（ステップＳ２４０）。このステップＳ２４０では、ウェル周縁領域での撮像位置に基づく有効視野領域以外の領域がウェル中央領域での撮像位置に基づく有効視野領域として効率的に埋められるよう、撮像位置が決定される。本実施形態においては、具体的には、撮像装置１による全ての撮像位置での撮像に要する走査回数が最小となるように撮像位置が決定される。これについて、図２５および図２６を参照しつつ説明する。

図２５および図２６には、一部の領域における撮像配置の例を示している。図２５では、ウェル周辺領域の撮像位置を符号Ｐ３１，Ｐ３２で示し、ウェル中央領域の撮像位置を符号Ｐ４１〜Ｐ４４で示している。図２６では、ウェル周辺領域の撮像位置を符号Ｐ５１，Ｐ５２で示し、ウェル中央領域の撮像位置を符号Ｐ６１〜Ｐ６４で示している。なお、図２５および図２６では、それぞれの撮像位置における有効視野領域の外縁を太線で表している。仮に一部の領域における撮像配置が図２５に示すようなものであれば、当該領域の撮像画像を得るために、主走査方向に撮像部１３を１往復させる必要がある。すなわち、ウェル周辺領域の撮像位置の走査とウェル中央領域の撮像位置の走査とが別の走査となる。これに対して、一部の領域における撮像配置が図２６に示すようなものであれば、主走査方向に撮像部１３を片道分だけ移動させれば（すなわち１回の走査で）当該領域の撮像画像を得ることができる。このように、複数の撮像位置の配置のしかたが撮像の効率性に影響を及ぼすことが把握される。そこで、上述したように、本実施形態においては、撮像装置１による全ての撮像位置での撮像に要する走査回数が最小となるように、ウェル中央領域での撮像位置が決定される。

以上のようにして、ウェル周縁領域およびウェル中央領域のそれぞれにおける撮像位置が決定される。これにより、例えば図９に示したように、撮像配置が決定される。なお、本実施形態においては、上記ステップＳ２１０によって有効視野領域決定ステップが実現され、上記ステップＳ２２０，Ｓ２３０によって第１の撮像配置決定ステップが実現され、上記ステップＳ２４０によって第２の撮像配置決定ステップが実現されている。また、上記ステップＳ２２０によって基準位置決定ステップが実現され、上記ステップＳ２３０によって撮像位置順次決定ステップが実現されている（図１２参照）。

＜６．効果＞
本実施形態によれば、照明光学系としてメニスカスの影響を受ける領域の撮像に適した第１の照明光学系１００とメニスカスの影響を受けない領域の撮像に適した第２の照明光学系１１０とが設けられた撮像装置１による撮像が行われる際、各照明光学系を使用した場合の有効視野領域が定められた後、ウェルＷのエッジ部（壁面）ＷＥに沿って複数の撮像位置が配置されるよう、第１の照明光学系１００を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の配置が決定される。エッジ部ＷＥに沿った複数の撮像位置の配置を考えるとき、エッジ部近傍の１つの撮像位置（上記基準位置ＢＰ）が定まると、第１の照明光学系１００を使用した撮像が行われるべき全ての撮像位置について、エッジ部ＷＥからの距離が定まる。また、互いに隣接する２つの撮像位置の間の距離は有効視野領域を考慮して決定すれば良い。以上より、第１の照明光学系１００を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の配置を比較的容易に決定することができる。また、第２の照明光学系１１０を使用した撮像が行われるべき撮像位置の配置を考える時には、第１の照明光学系１００を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置に基づく有効視野領域が既に定まっている。このため、残りの領域の広さと第２の照明光学系１１０を使用した場合の有効視野領域の広さとを考慮して、第２の照明光学系１１０を使用した撮像が行われるべき撮像位置の配置を比較的容易に決定することができる。

また、第２の照明光学系１１０を使用した撮像が行われるべき撮像位置は、撮像装置１による全ての撮像位置での撮像に要する走査回数が最小となるように決定される。このため、効率的な撮像が行われる。さらに、各照明光学系を使用した場合の有効視野領域が試料容器の種類や培養条件を考慮して定められるので、より効率的に複数の撮像位置を配置させることが可能になるとともに、複数の撮像画像の合成によって得られる全体画像中に明るさが不充分な領域が生じることが抑制される。

以上のように、本実施形態によれば、２つの照明光学系を有する撮像装置での撮像に関し、好品質の画像を効率的に得ることのできる撮像配置を容易に決定することができる。

＜７．変形例＞
以下、上記実施形態の変形例について説明する。

＜７．１ ウェル中央領域での撮像位置の決定に関する変形例＞
上記実施形態においては、撮像装置１による全ての撮像位置での撮像に要する走査回数が最小となるように、ウェル中央領域での撮像位置が決定されていた。しかしながら、本発明はこれに限定されず、撮像枚数が最小となるように（すなわち、撮像位置の数が最小となるように）ウェル中央領域での撮像位置が決定されても良い。これにより、資源が有効に活用される。

＜７．２ ウェル周縁領域での撮像位置の決定に関する変形例＞
上記実施形態においては、ウェル周縁領域での撮像位置に着目すると、互いに隣接する２つの撮像位置における有効視野領域の重なり部分の大きさは一定（ウェルＷの中心ＷＣと互いに隣接する２つの撮像位置とをそれぞれ結ぶ２つの線分のなす角度は一定）となっていた。この場合、撮像のための走査回数を少なくするためにウェル中央領域での撮像位置のＸ座標をウェル周辺領域での撮像位置のＸ座標に合わせると、図２７に示すように、主走査方向に対して垂直な方向（副走査方向）について、ウェルＷの中心ＷＣからエッジ部ＷＥに近づくにつれて撮像位置の間隔が狭くなる。このように撮像位置の間隔が密になる領域が生じると、かえって撮像配置が非効率となることもある。

そこで、仮にウェルＷの中心ＷＣのＸ座標を０としたとき、図２８に示すように、撮像位置のＸ座標の絶対値が大きくなるほどウェルＷの中心ＷＣと互いに隣接する２つの撮像位置とをそれぞれ結ぶ２つの線分のなす角度を大きくするようにしても良い。図２８において、Ｋ１〜Ｋ３は角度を表しており、「Ｋ１＞Ｋ２＞Ｋ３」が成立している。このように、撮像装置１による撮像が行われる際の主走査方向に対して垂直な方向についての撮像間隔が等間隔に近づくように第１の照明光学系１００を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の微調整を行うことにより、ウェル中央領域において効率的に複数の撮像位置が配置される。

＜７．３ 有効視野領域の決定に関する変形例＞
上記実施形態においては、有効視野領域を決定する際、試料容器の種類および培地Ｍとしての液体の量が考慮されていた。しかしながら、本発明はこれに限定されない。有効視野領域を決定する際、例えば、試料容器の表面加工の状態、試料容器の材質（材質によって反射率が異なる）、培養液（培地）の物性（例えば、粘度、透過率）などを考慮するようにしても良い。

＜７．４ 撮像装置の構成に関する変形例＞
撮像装置１による撮像が行われる際には、オペレータによってホルダ１２上の所定の位置に試料容器（上記実施形態ではウェルプレートＷＰ）がセットされる。ところが、試料容器の設計誤差や試料容器をセットする際の位置ずれなどに起因して、所望の撮像画像が得られないことがある。従って、そのような設計誤差や位置ずれがあっても所望の撮像画像が得られるよう、撮像に際してアライメント処理が行われるようにしても良い。そこで、本変形例では、撮像装置１の制御部１４内にアライメント処理部（撮像位置調整部）が設けられる。

例えば、本来的には図２９に示すようにウェルプレートＷＰがホルダ１２にセットされるべきであるにも関わらず、図３０に示すようにウェルプレートＷＰが平面視で傾いた状態でホルダ１２にセットされたと仮定する。このような場合、ウェルプレートＷＰ内のいくつかのウェルＷの中心位置に基づいて、各ウェルＷについて現在の位置と本来的な位置とのズレを求めることができる。このようにして求められたズレに基づいて、アライメント処理部は、走査移動レシピに基づく撮像位置を補正し、実際に撮像が行われる際の撮像位置を求める。このような処理が行われることにより、試料容器の設計誤差や試料容器をセットする際の位置ずれに関わらず所望の撮像画像が得られる。また、位置ずれがあったときにウェルプレートＷＰのセットのやり直しが行われると、細胞等にダメージを及ぼすおそれがある。この点、上述のようなアライメント処理が行われる構成が採用されると、ウェルプレートＷＰのセットのやり直しが不要となるので、細胞等にダメージを及ぼすことなく所望の撮像画像を得ることが可能となる。

１…撮像装置
１０…照明部
１２…ホルダ
１３…撮像部
１４…制御部
１５…駆動機構
１００…第１の照明光学系
１１０…第２の照明光学系
Ｗ…ウェル
Ｗｂ…ウェル底面
ＷＥ…ウェルのエッジ部
ＷＰ…ウェルプレート
ＷＲ…ウェル辺縁部

Claims (13)

1. 第１の照明光学系および第２の照明光学系を有し、１以上の試料収納部を有する試料容器の種類と撮像位置とに応じて前記第１の照明光学系と前記第２の照明光学系との間で使用する照明光学系を切り替えつつ撮像を行う撮像装置における複数の撮像位置の配置を決定する撮像配置決定方法であって、
   前記撮像装置による撮像が行われる際の有効視野領域を決定する有効視野領域決定ステップと、
   前記試料収納部の壁面に沿って、前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置を配置する第１の撮像配置決定ステップと、
   前記試料収納部内の任意の位置が全ての撮像位置のうちの少なくとも１つでの撮像によって得られる有効視野領域に含まれるよう、前記第１の撮像配置決定ステップで決定された複数の撮像位置での撮像によって得られる有効視野領域以外の領域に、前記第２の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置を配置する第２の撮像配置決定ステップと
   を含むことを特徴とする、撮像配置決定方法。
2. 前記有効視野領域決定ステップでは、前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われる際の有効視野領域と、前記第２の照明光学系を使用した撮像が行われる際の有効視野領域とが決定され、
   前記第１の撮像配置決定ステップでは、前記試料収納部の壁面に沿って互いに隣接する２つの撮像位置での撮像によって得られるそれぞれの有効視野領域の一部が互いに重なるよう、前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の配置が決定され、
   前記第２の撮像配置決定ステップでは、前記第１の撮像配置決定ステップで決定された複数の撮像位置での撮像によって得られる有効視野領域以外の領域において互いに隣接する２つの撮像位置での撮像によって得られるそれぞれの有効視野領域の一部が互いに重なるよう、前記第２の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の配置が決定されることを特徴とする、請求項１に記載の撮像配置決定方法。
3. 前記試料収納部の底面の形状は円形であって、
   前記第１の撮像配置決定ステップは、
   前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置のうちの任意の１つである基準位置を決定する基準位置決定ステップと、
   前記試料収納部の中心と前記基準位置とを結ぶ線分を前記試料収納部の中心を回転中心として所定角度ずつ回転させ、回転の都度、回転後の線分の２つの端点のうち前記試料収納部の中心の位置にある端点とは異なる方の端点の位置を前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき撮像位置に定める撮像位置順次決定ステップと
   を含むことを特徴とする、請求項２に記載の撮像配置決定方法。
4. 前記基準位置決定ステップでは、撮像位置を少しずつ動かしながら前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われ、前記試料収納部の壁面の位置での明るさが前記試料収納部の中心で前記第２の照明光学系を使用した撮像が行われたときの前記試料収納部の中心での明るさとほぼ同じになる撮像位置が前記基準位置に定められることを特徴とする、請求項３に記載の撮像配置決定方法。
5. 前記第２の撮像配置決定ステップでは、前記撮像装置による全ての撮像位置での撮像に要する走査回数が最小となるように、前記第２の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の配置が決定されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の撮像配置決定方法。
6. 前記第２の撮像配置決定ステップでは、前記撮像装置による撮像回数が最小となるように、前記第２の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の配置が決定されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の撮像配置決定方法。
7. 前記第１の撮像配置決定ステップでは、前記撮像装置による撮像が行われる際の主走査方向に対して垂直な方向についての撮像間隔が等間隔に近づくように、前記第１の照明光学系を使用した撮像が行われるべき複数の撮像位置の微調整が行われることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の撮像配置決定方法。
8. 前記有効視野領域決定ステップでは、前記試料容器の種類および前記試料収納部に注入される撮像対象物の培養条件を考慮して有効視野領域が決定されることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の撮像配置決定方法。
9. 前記試料収納部の底面への主光線の入射状態が、前記第１の照明光学系と前記第２の照明光学系とで異なることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の撮像配置決定方法。
10. 前記第１の照明光学系は、主光線が平行な状態で前記試料収納部の底面に入射するよう、前記試料収納部に向けて光を出射し、
    前記第２の照明光学系は、前記試料収納部の底面に入射する主光線が光軸から遠ざかる方向の成分を有するよう、前記試料収納部に向けて光を出射し、
    前記撮像装置は、主光線が光軸から遠ざかる方向の成分を有する光を受光するように構成された撮像光学系を含むことを特徴とする、請求項９に記載の撮像配置決定方法。
11. 底面が光透過性を有する試料収納部に液体と共に保持された撮像対象物を撮像する撮像装置であって、
    １以上の前記試料収納部を有する試料容器を保持する容器保持部と、
    前記試料収納部に保持された撮像対象物に光を照射する照明部と、
    前記試料収納部に保持された撮像対象物の撮像を行う撮像部と、
    撮像位置に応じて前記撮像部と前記照明部とを一体的に移動させる駆動部と、
    前記照明部、前記撮像部、および前記駆動部の動作を制御する制御部と
    を備え、
    前記照明部は、前記試料収納部の底面への主光線の入射状態が互いに異なる第１の照明光学系および第２の照明光学系からなり、
    前記制御部は、
    前記試料収納部の壁面に沿って配置された複数の撮像位置である第１の撮像位置群および当該第１の撮像位置群での撮像によって得られる有効視野領域以外の領域に配置された複数の撮像位置である第２の撮像位置群で撮像が行われるよう前記撮像部および前記駆動部を制御するとともに、
    前記第１の撮像位置群に含まれる撮像位置で撮像が行われる際には前記第１の照明光学系から光が出射されるよう、かつ、前記第２の撮像位置群に含まれる撮像位置で撮像が行われる際には前記第２の照明光学系から光が出射されるよう、前記照明部を制御することを特徴とする、撮像装置。
12. 前記制御部は、外部から指示された撮像位置を前記容器保持部上における前記試料容器の位置および向きに応じて補正して前記撮像部により実際に撮像が行われる際の撮像位置を求める撮像位置調整部を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の撮像装置。
13. 前記第１の照明光学系は、主光線が平行な状態で前記試料収納部の底面に入射するよう、前記試料収納部に向けて光を出射し、
    前記第２の照明光学系は、前記試料収納部の底面に入射する主光線が光軸から遠ざかる方向の成分を有するよう、前記試料収納部に向けて光を出射し、
    前記撮像部は、主光線が光軸から遠ざかる方向の成分を有する光を受光するように構成された撮像光学系を含むことを特徴とする、請求項１１または１２に記載の撮像装置。