JP6419761B2 - 撮像配置決定方法、撮像方法、および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料容器に設けられた試料収納部を、複数の領域に分けて撮影するために、撮像部による複数の撮像位置を決定する撮像配置決定方法、当該撮像配置決定方法を用いた撮像方法、および撮像装置に関する。

従来、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、特許文献１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

この種の撮像装置では、１つのウェルを複数の領域に分けて撮像する。その際、撮像回数を減らして処理を高速化するために、各撮像位置における有効視野を広くとりたいという要求がある。そのためには、例えば、ウェルの周縁領域と中央領域とに、異なる照明光学系を切り替えて使用することが考えられる。例えば、ウェルの周縁領域を撮像するときには、テレセントリック照明光学系を使用し、ウェルの中央領域を撮像するときには、ハイパーセントリック照明光学系を使用することが考えられる。しかしながら、複数の照明光学系を用いると、複数の撮影画像間に色や明るさの差が生じやすい。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、試料収納部を複数の領域に分けて撮影する撮像装置において、各撮像位置における有効視野を広くとることと、複数の撮影画像間における色や明るさの差を抑制することと、を両立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、試料容器に設けられた試料収納部を、複数の領域に分けて撮影するために、撮像部による複数の撮像位置を決定する撮像配置決定方法であって、ａ）拡散板を含む単一の照明光学系から前記試料収納部へ光を照射しつつ、前記撮像部の有効視野領域を決定する工程と、ｂ）前記試料収納部の側壁に沿って、前記有効視野領域が互いに重なるように、複数の第１撮像位置を配置する工程と、ｃ）前記試料収納部内の任意の位置が少なくとも１つの撮像位置における前記撮像部の有効視野領域に含まれるように、前記工程ｂ）で決定された複数の第１撮像位置における有効視野領域以外の領域に、複数の第２撮像位置を配置する工程と、を含み、前記工程ａ）では、前記試料収納部の側壁に沿う周縁領域では、閾値以上の輝度の領域を有効視野領域として決定し、前記周縁領域の内側に位置する中央領域では、前記撮像部の撮像視野全体に対する所定の割合の領域を有効視野領域として決定する。

本願の第２発明は、第１発明の撮像配置決定方法であって、前記工程ｂ）は、ｂ１）前記試料収納部の前記側壁から前記第１撮像位置までの距離を決定する工程と、ｂ２）前記側壁からの前記距離を保ちつつ、前記側壁に沿って、複数の前記第１撮像位置を配置する工程と、を含む。

本願の第３発明は、第１発明または第２発明の撮像配置決定方法であって、前記照明光学系は、ハイパーセントリック照明光学系である。

本願の第４発明は、第１発明または第２発明の撮像配置決定方法であって、前記照明光学系は、テレセントリック照明光学系である。

本願の第５発明は、第１発明から第４発明までのいずれか１発明の撮像配置決定方法であって、前記試料収納部は、円形の凹部であり、前記工程ｂ）では、前記試料収納部の側壁に沿って、複数の第１撮像位置を円環状に配置する。

本願の第６発明は、第１発明から第５発明までのいずれか１発明の撮像配置決定方法であって、前記試料収納部内に液体が保持される。

本願の第７発明は、第１発明から第６発明までのいずれか１発明の撮像配置決定方法であって、前記試料容器は、複数の前記試料収納部を有するウェルプレートである。

本願の第８発明は、試料容器に設けられた試料収納部の画像を取得する撮像方法であって、Ａ）第１発明から第７発明までのいずれか１発明の撮像配置決定方法により、複数の撮像位置を決定する工程と、Ｂ）前記複数の撮像位置において、前記撮像部による撮影を行い、前記複数の撮像位置の各々における有効視野領域の画像を取得する工程と、Ｃ）前記工程Ｂ）において得られた複数の前記画像を組み合わせて、合成画像を生成する工程と、を有する。

本願の第９発明は、試料容器に設けられた試料収納部の画像を取得する撮像装置であって、前記試料容器を保持する容器保持部と、拡散板を含む単一の照明光学系から前記試料収納部へ光を照射する照明部と、前記照明部により照らされた前記試料収納部を撮影する撮像部と、前記照明部および前記撮像部を、前記試料容器に対して相対的に移動させる駆動機構と、前記照明部、前記撮像部、および前記駆動機構を動作制御する制御部と、を備え、前記制御部は、ａ）前記照明部から前記試料収納部へ光を照射しつつ、前記撮像部の有効視野領域を決定する際に、前記試料収納部の側壁に沿う周縁領域では、閾値以上の輝度の領域を有効視野領域として決定し、前記周縁領域の内側に位置する中央領域では、前記撮像部の撮像視野全体に対する所定の割合の領域を有効視野領域として決定する工程と、ｂ）前記試料収納部の側壁に沿って、前記有効視野領域が互いに重なるように、複数の第１撮像位置を配置する工程と、ｃ）前記試料収納部内の任意の位置が少なくとも１つの撮像位置における前記撮像部の有効視野領域に含まれるように、前記工程ｂ）で決定された複数の第１撮像位置における有効視野領域以外の領域に、複数の第２撮像位置を配置する工程と、ｄ）前記工程ｂ）および前記工程ｃ）により決定された複数の撮像位置において、前記撮像部による撮影を行い、前記複数の撮像位置の各々における有効視野領域の画像を取得する工程と、ｅ）前記工程ｄ）において得られた複数の前記画像を組み合わせて、合成画像を生成する工程と、を実行する。

本願の第１発明〜第９発明によれば、単一の照明光学系を用いることで、複数の撮影画像間の色や明るさの差を抑制できる。また、拡散板を用いることで、有効視野領域を拡大できる。したがって、１つの試料収納部に対する撮影回数を減らすことができる。特に、周縁領域と中央領域とのそれぞれにおいて、有効視野領域を適切に決定することができる。

特に、本願の第３発明によれば、試料収納部の中央領域において明るい画像を得ることができ、かつ、拡散板を用いることで、試料収納部の周縁領域に対する照射光量も上げることができる。

特に、本願の第４発明によれば、試料収納部の周縁領域において明るい画像を得ることができ、かつ、拡散板を用いることで、試料収納部の中央領域に対する照射光量も上げることができる。

撮像装置の概略構成を示す図である。 照明光学系の光線図である。 照明光学系から出射される照明光を示す図である。 照明光学系を使用した撮像の様子を示す図である。 撮像配置の一例を示す図である。 撮像のための走査について説明するための図である。 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。 撮像配置を決定する手順を示すフローチャートである。 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。 ウェル周縁領域の撮像画像の例を示す図である。 ウェル周縁領域における有効視野領域の例を示す図である。 ウェル中央領域の撮影画像の例を示す図である。 ウェル中央領域における有効視野領域の例を示す図である。 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。 ウェル周縁領域における複数の第１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。 ウェル周縁領域における複数の第１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。 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。 基準位置に隣接する第１撮像位置の決定について説明するための図である。 ウェル周縁領域における複数の第１撮像位置の配置例を示す図である。 ウェル周縁領域における複数の第１撮像位置の配置例を示す図である。 ウェル中央領域における第２撮像位置の決定について説明するための図である。 ウェル中央領域における第２撮像位置の決定について説明するための図である。 テレセントリック照明光学系から出射される照明光を示す図である。 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。 アライメント処理について説明するための図である。 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）の試料を撮影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は、典型的には、断面が円形状であって、底面が平坦状の凹部である。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）が所定量保持される。各ウェルＷに保持される液体の量は、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（側壁）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）などの光源１０１と、コレクタレンズ１０２と、拡散板１０３と、反射ミラー１０４と、コンデンサレンズ１０５とを備えている。光源１０１から出射される光は、コレクタレンズ１０２を介して拡散板１０３に入射する。拡散板１０３から出射される光線は、その進行方向が反射ミラー１０４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１０５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、光源１０１、コレクタレンズ１０２、拡散板１０３、反射ミラー１０４、およびコンデンサレンズ１０５を含む単一の照明光学系１００を有する。光源１０１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点灯する。これにより、照明部１０の単一の照明光学系１００から、ウェルＷに向けて、光（以下、「照明光」という）が出射される。

図２は、照明光学系１００の光線図である。なお、図２では、説明の便宜上、実際には反射ミラー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１０４の図示が省略されている。

照明光学系１００では、光源１０１から出射された光は、コレクタレンズ１０２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１０５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１０２には、光源１０１の共役点Ｃの位置がコンデンサレンズ１０５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。光源１０１の光出射面には、コレクタレンズ１０２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１０６が設けられる。開口絞り１０６の開口径は、コンデンサレンズ１０５から出射される照明光のＮＡ（開回数）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１０２とコンデンサレンズ１０５との間には、必要に応じて視野絞り１０７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。

また、図２に示すように、本実施形態では、照明光学系１００の光路上に拡散板１０３が介挿される。このため、拡散板１０３よりも試料面側においては、拡散板１０３が無い場合よりも光が拡散する。拡散板１０３には、例えば、光透過性を有し、かつ、表面に微細な凹凸を有する板状の部材が用いられる。

＜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、容器保持部であるホルダ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、照明光学系１００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において破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、ユーザヘ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、光源１０１を点灯させる。

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。

なお、本実施形態では、静止したウェルプレートＷＰに対して照明部１０および撮像部１３を移動させている。しかしながら、照明部１０および撮像部１３を静止させ、それに対して、ウェルプレートＷＰを移動させてもよい。駆動機構１５は、照明部１０および撮像部１３を、ウェルプレートＷＰに対して相対的に移動させるものであればよい。ただし、ウェルＷ内での細胞の位置や、培地Ｍの表面形状が、撮影中に変化しないようにするためには、ウェルプレートＷＰを静止させておく方が好ましい。

＜２．照明光学系＞
図３は、照明光学系１００から出射される照明光Ｌ１を示す図である。照明光学系１００においてコンデンサレンズ１０５から出射される照明光Ｌ１は、図３に示すように、照明光学系１００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、照明光Ｌ１の光路において光源１０１の像（より厳密には開口絞り１０６の像)が結像する射出瞳位置Ｐｐは、照明光学系１００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、照明光学系１００による照明下では、照明光Ｌ１を出射するコンデンサレンズ１０５の出力端と撮像光学系の対物レンズ１３１との間の位置で光源１０１の像が結像する。つまり、この位置に光源１０１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に入射する照明光Ｌ１の主光線は、照明光学系１００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。

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Ｌ１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。

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Ｌ１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Ｌ１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（側壁）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。

図４は、照明光学系１００を使用した撮像の様子を示す図である。上述したように、照明光学系１００においてコンデンサレンズ１０５から出射される照明光Ｌ１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に入射する照明光Ｌ１の主光線は互いに平行なものとはならない。本実施形態では照明光学系１００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に入射する照明光Ｌ１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４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、本実施形態の照明光学系１００は、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、照明光Ｌ１が拡がりながら照射される、いわゆるハイパーセントリック照明光学系となっている。ハイパーセントリック照明光学系を用いれば、撮像素子１３６において、ウェル底面Ｗｂの中央領域の像を、比較的明るい像として得ることができる。ただし、本実施形態では、照明光学系１００の光路上に拡散板１０３が介挿されている。これにより、拡散板１０３を通過した照明光Ｌ１を、拡散させることができる。したがって、ウェル辺縁部に対する照射光量も上げることができる。

＜３．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。

この撮像装置１は、ウェルプレートに設けられた各ウェルＷを、複数の領域に分けて撮影する。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５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６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５および図６では、便宜上、１つのウェルＷに着目している。

図７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５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）。すなわち、撮像装置１は、ステップＳ２０において決定された複数の撮像位置において、撮像部１３による撮影を行う。これにより、複数の撮像位置の各々における有効視野領域の画像を取得する。その後、撮像装置１は、ステップＳ５０において得られた複数の画像を組み合わせて、合成画像を生成する（ステップＳ６０）。その結果、ウェルＷの画像が得られる。

＜４．撮像配置の決定方法＞
次に、上述したステップＳ２０の撮像配置の決定方法について詳しく説明する。図８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。

＜４．１．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）。ステップＳ２１０では、照明光学系１００からウェルＷへ光を照射しつつ、撮像部１３において得られる画像を解析することによって、有効視野領域が決定される。

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結果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も、ウェル中央領域で撮像が行われる際にも、同じ照明光学系１００が使用される。したがって、ステップＳ２１０では、ウェル周縁領域とウェル中央領域との各々について、照明光学系１００の有効視野領域が決定される。

図９〜図１３を参照しつつ、有効視野領域の具体例を説明する。図９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、例えば図１０に示すような撮像画像が得られる。図１０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、有効視野領域として定められる。この例では、有効視野領域は、図１１で符号５７の太線で囲まれた領域となる。

一方、図９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には、例えば図１２に示すような撮像画像が得られる。図１２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、有効視野領域として定められる。この例では、有効視野領域は、図１３で符号５８の太線で囲まれた領域となる。

このように、ウェルＷの側壁に沿うウェル周縁領域と、ウェル周縁領域の内側に位置するウェル中央領域とでは、輝度分布の傾向に差がある。しかしながら、本実施形態の撮像装置１は、ウェルＷのウェル周縁領域とウェル中央領域とで、有効視野領域を、異なる手法で個別に決定する。このため、ウェル周縁領域とウェル中央領域とにおいて、それぞれ有効視野領域を適切に決定できる。

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１４で符号６１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１４で符号６２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。

＜４．２．ウェル周縁領域での第１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第１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で決定される第１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１５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１５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（側壁）ＷＥでの明るさを観測しつつ、図１６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、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、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１７から把握されるように、ウェルＷのエッジ部ＷＥから基準位置ＢＰまでの距離ＬＥが定まる。すなわち、上述したステップＳ５０の撮像が行われる際の第１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第１撮像位置（基準位置ＢＰ以外の第１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１８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に隣接する第１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に隣接する第１撮像位置７３が決定される。その際、ウェルＷのエッジ部ＷＥから第１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１７参照）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に隣接する第１撮像位置７３に定められる。このようにして基準位置ＢＰに隣接する第１撮像位置７３が決定された後、同様にして、当該第１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）第１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つの第１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１９に示すように、ウェル周縁領域に円環状に配置されるべき全ての第１撮像位置が決定される。なお、図２０に示すようにウェルＷのエッジ部ＷＥよりも外側に第１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の側壁に沿って複数の第１撮像位置が配置されるよう、ウェル周縁領域における複数の第１撮像位置の配置が決定される。

＜４．３．ウェル中央領域での第２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）での第２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第１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第２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、第２撮像位置が決定される。すなわち、ウェルＷ内の任意の位置が少なくとも１つの撮像位置に基づく有効視野領域に含まれるように、第２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２１および図２２を参照しつつ説明する。

図２１および図２２には、一部の領域における撮像配置の例を示している。図２１では、ウェル周辺領域の第１撮像位置を符号Ｐ３１，Ｐ３２で示し、ウェル中央領域の第２撮像位置を符号Ｐ４１〜Ｐ４４で示している。図２２では、ウェル周辺領域の第１撮像位置を符号Ｐ５１，Ｐ５２で示し、ウェル中央領域の第２撮像位置を符号Ｐ６１〜Ｐ６４で示している。なお、図２１および図２２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２１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２２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、ウェル周縁領域における複数の第１撮像位置と、ウェル中央領域における複数の第２撮像位置とが決定される。これにより、例えば図５に示したように、撮像配置が決定される。

＜５．効果＞
上述の通り、本実施形態の撮像装置１は、照明光学系１００からウェルＷへ光を照射しつつ、撮像部１３の有効視野領域を決定する。そして、ウェルＷ内の全体が有効視野領域に含まれるように、複数の撮像位置を決定して、撮像を行う。これにより、有効視野領域の画像のみで構成される高画質の合成画像を得ることができる。特に、本実施形態では、単一の照明光学系１００を用いている。このため、例えば、ウェル周縁部を撮影する場合とウェル中央部を撮影する場合とで異なる照明光学系に切り替える場合と比べて、複数の撮影画像間の色や明るさの差を抑制できる。したがって、色ムラの少ない合成画像を得ることができる。

また、本実施形態の照明光学系１００には、拡散板１０３が組み込まれている。これにより、有効視野領域を拡大できる。したがって、１つのウェルＷに対する撮影回数を減らして、撮像にかかる時間を低減できる。本実施形態のように、ハイパーセントリック照明光学系を用いる場合には、もし拡散板１０３が無ければ、ウェル中央領域においては明るい画像を得やすいものの、ウェル周縁領域においては、画像が暗くなりやすい。しかしながら、上述のように、照明光学系１００の光路上に拡散板１０３を組み込めば、光の拡散によって、ウェル周縁領域においても明るい画像を得ることができる。したがって、ウェル中央領域とウェル周縁領域との双方において、有効視野領域を広くとることができる。

また、上述の通り、本実施形態では、ウェル周縁領域と、ウェル中央領域とで、撮像部１３の有効視野領域を、個別に決定する。このため、ウェル周縁領域とウェル中央領域とにおいて、それぞれ有効視野領域を適切に決定できる。特に、培地Ｍの表面の周縁部に生じるメニスカスの影響を考慮して、ウェル周縁部における有効視野領域を決定できる。これにより、メニスカスの状態に応じて、ウェル周縁部の複数の第１撮像位置を、適切に配置できる。

＜６．変形例＞
以下、上記実施形態の変形例について説明する。

＜６．１．照明光学系に関する変形例＞
上記実施形態においては、照明光学系１００にハイパーセントリック照明光学系を用いていた。しかしながら、本発明の照明光学系は、テレセントリック照明光学系であってもよい。図２３は、照明光学系１００として、テレセントリック照明光学系を用いた場合の照明光Ｌ１を示す図である。この場合、コンデンサレンズ１０５から出射される照明光Ｌ１は、撮像対象物が分布するウェル底面Ｗｂに対して主光線が平行な状態で入射する。この場合、もし拡散板１０３が無ければ、ウェル周縁領域においては明るい画像を得やすいものの、ウェル中央領域においては、画像が暗くなりやすい。しかしながら、上記実施形態と同様に、照明光学系１００の光路上に拡散板１０３を組み込めば、光の拡散によって、ウェル中央領域においても明るい画像を得ることができる。したがって、ウェル周縁領域とウェル中央領域との双方において、有効視野領域を広くとることができる。

＜６．２．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。

＜６．３．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２４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２５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２５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。

＜６．４．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。

＜６．５．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２６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２７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。

＜６．６．その他＞
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 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
７１，７２ 有効視野領域
１００ 照明光学系
１０１ 光源
１０２ コレクタレンズ
１０３ 拡散板
１０４ 反射ミラー
１０５ コンデンサレンズ
１０６ 開口絞り
１０７ 視野絞り
１３１ 対物レンズ
１３２ 低倍率用アフォーカル系
１３３ 高倍率用アフォーカル系
１３４ 反射ミラー
１３５ 結像レンズ
１３６ 撮像素子
１４１ ＣＰＵ
１４２ インターフェース部
１４３ 撮像制御部
１４５ メカ制御部
１４６ 光源制御部
Ｗ ウェル
ＷＰ ウェルプレート

Claims (9)

1. 試料容器に設けられた試料収納部を、複数の領域に分けて撮影するために、撮像部による複数の撮像位置を決定する撮像配置決定方法であって、
   ａ）拡散板を含む単一の照明光学系から前記試料収納部へ光を照射しつつ、前記撮像部の有効視野領域を決定する工程と、
   ｂ）前記試料収納部の側壁に沿って、前記有効視野領域が互いに重なるように、複数の第１撮像位置を配置する工程と、
   ｃ）前記試料収納部内の任意の位置が少なくとも１つの撮像位置における前記撮像部の有効視野領域に含まれるように、前記工程ｂ）で決定された複数の第１撮像位置における有効視野領域以外の領域に、複数の第２撮像位置を配置する工程と、
   を含み、
   前記工程ａ）では、
   前記試料収納部の側壁に沿う周縁領域では、閾値以上の輝度の領域を有効視野領域として決定し、前記周縁領域の内側に位置する中央領域では、前記撮像部の撮像視野全体に対する所定の割合の領域を有効視野領域として決定する、
   撮像配置決定方法。
2. 請求項１に記載の撮像配置決定方法であって、
   前記工程ｂ）は、
   ｂ１）前記試料収納部の前記側壁から前記第１撮像位置までの距離を決定する工程と、
   ｂ２）前記側壁からの前記距離を保ちつつ、前記側壁に沿って、複数の前記第１撮像位置を配置する工程と、
   を含む撮像配置決定方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像配置決定方法であって、
   前記照明光学系は、ハイパーセントリック照明光学系である撮像配置決定方法。
4. 請求項１または請求項２に記載の撮像配置決定方法であって、
   前記照明光学系は、テレセントリック照明光学系である撮像配置決定方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の撮像配置決定方法であって、
   前記試料収納部は、円形の凹部であり、
   前記工程ｂ）では、前記試料収納部の側壁に沿って、複数の第１撮像位置を円環状に配置する撮像配置決定方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の撮像配置決定方法であって、
   前記試料収納部内に液体が保持される撮像配置決定方法。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の撮像配置決定方法であって、
   前記試料容器は、複数の前記試料収納部を有するウェルプレートである撮像配置決定方法。
8. 試料容器に設けられた試料収納部の画像を取得する撮像方法であって、
   Ａ）請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の撮像配置決定方法により、複数の撮像位置を決定する工程と、
   Ｂ）前記複数の撮像位置において、前記撮像部による撮影を行い、前記複数の撮像位置の各々における有効視野領域の画像を取得する工程と、
   Ｃ）前記工程Ｂ）において得られた複数の前記画像を組み合わせて、合成画像を生成する工程と、
   を有する撮像方法。
9. 試料容器に設けられた試料収納部の画像を取得する撮像装置であって、
   前記試料容器を保持する容器保持部と、
   拡散板を含む単一の照明光学系から前記試料収納部へ光を照射する照明部と、
   前記照明部により照らされた前記試料収納部を撮影する撮像部と、
   前記照明部および前記撮像部を、前記試料容器に対して相対的に移動させる駆動機構と、
   前記照明部、前記撮像部、および前記駆動機構を動作制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   ａ）前記照明部から前記試料収納部へ光を照射しつつ、前記撮像部の有効視野領域を決定する際に、前記試料収納部の側壁に沿う周縁領域では、閾値以上の輝度の領域を有効視野領域として決定し、前記周縁領域の内側に位置する中央領域では、前記撮像部の撮像視野全体に対する所定の割合の領域を有効視野領域として決定する工程と、
   ｂ）前記試料収納部の側壁に沿って、前記有効視野領域が互いに重なるように、複数の第１撮像位置を配置する工程と、
   ｃ）前記試料収納部内の任意の位置が少なくとも１つの撮像位置における前記撮像部の有効視野領域に含まれるように、前記工程ｂ）で決定された複数の第１撮像位置における有効視野領域以外の領域に、複数の第２撮像位置を配置する工程と、
   ｄ）前記工程ｂ）および前記工程ｃ）により決定された複数の撮像位置において、前記撮像部による撮影を行い、前記複数の撮像位置の各々における有効視野領域の画像を取得する工程と、
   ｅ）前記工程ｄ）において得られた複数の前記画像を組み合わせて、合成画像を生成する工程と、
   を実行する撮像装置。