JP6527273B2 - 位相差観察装置および細胞処理装置 - Google Patents
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Description
前記光源からの照明光を細胞培養容器内の被観察体に導光する照明光学系と、
前記被観察体の光学像を撮像素子に結像させる結像光学系と、
制御ユニットとを含み、
前記照明光学系は、前記照明光の強度分布を変化させる空間変調素子を含み、
前記制御ユニットは、
前記細胞培養容器に対する前記結像光学系の位置と、前記結像光学系の位置における照明光の強度分布とを関連付けた強度分布補正情報を含み、
前記結像光学系の位置である結像系位置情報を取得し、
前記結像系位置情報および前記強度分布補正情報に基づき、前記空間変調素子における照明光の強度分布を変化させることを特徴とする。
前記被観察物に対して、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、前記本発明の位相差観察装置であることを特徴とする。
本実施形態は、位相差観察装置の一例である。図1は、実施形態1の位相差観察装置100の構成を示す模式断面図である。図1に示すように、位相差観察装置100は、光源1、照明光学系2、結像光学系3、ステージ4、制御ユニット5、第1の移動ユニット6、および第2の移動ユニット7を主要な構成として含む。照明光学系2は、光源レンズ21、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)22、およびコンデンサレンズ23を含み、光源1から照射された照明光の光路に沿って、この順序で配置されている。前記空間変調素子であるDMD22は、一般的な位相差観察装置におけるリングスリットと同等の機能を発揮する構成として配置されている。光源1および照明光学系2の光源レンズ21およびDMD22は、開口を有する筐体86に収容されている。また、照明光学系2のコンデンサレンズ23は、DMD22から導光された照明光(反射光)を細胞培養容器41内の被観察体42に導光可能なように、筐体86の前記開口に配置されている。結像光学系3は、位相板32を備える対物レンズ31、結像レンズ33、および撮像素子34を含み、前記照明光の光路に沿って、この順序で配置されている。結像光学系3の結像レンズ33および撮像素子34は、筐体87に収容されている。対物レンズ31は、被観察体42の光学像を撮像素子34に結像可能なように、筐体87の開口に配置されている。ステージ4には、被観察体42を含む細胞培養容器41が配置されている。ステージ4は、前記照明光の光路において、照明光学系2と結像光学系3との間に配置されている。制御ユニット5は、DMD22、第1の移動ユニット6、および第2の移動ユニット7と電気的に接続されている。第1の移動ユニット6は、光源1および照明光学系2を移動可能なように、筐体86に接するように配置されている。第2の移動ユニット7は、結像光学系3を移動可能なように、筐体87に接するように配置されている。本実施形態の位相差観察装置100は、ステージ4、細胞培養容器41、第1の移動ユニット6、第2の移動ユニット7、筐体86、および筐体87を含むが、いずれも任意の構成であり、あってもよいし、なくてもよい。
本実施形態は、細胞処理装置の一例である。図8〜図17に、本実施形態の細胞処理装置の構成の一例を示す。図8は、本実施形態の細胞処理装置の構成の一例を示す斜視図であり、図9は、本実施形態の細胞処理装置における第1領域、第2領域、および第3領域の構成を示す模式断面図であり、図10は、本実施形態の細胞処理装置の第1領域の構成の一例を示す斜視図であり、図11は、図8におけるI−I方向からみた第1領域の断面図であり、図12において、(a)は、本実施形態の細胞処理装置における培養容器配置部の一例を示す分解斜視図であり、(b)は、図12(a)におけるIII-III方向からみた断面図であり、図13は、前記第1領域の外壁を外した場合における第1領域および循環手段の斜視図であり、図14は、図8におけるII-II方向からみた前記第1領域の上部および前記循環手段の断面図であり、図15において、(a)は、本実施形態の細胞処理装置の第2領域の構成の一例を示す斜視図であり、(b)は、前記第2領域の構成の他の例を示す斜視図であり、図16は、本実施形態の細胞処理装置における制御ユニットの一例を示すブロック図であり、図17は、本実施形態の細胞処理装置の構成の他の例を示す斜視図である。
本発明の位相差観察装置を用いて、細胞培養容器内の細胞を撮像することにより、メニスカスによる位相差画像の劣化を抑制できることを確認した。
本発明の位相差観察装置により、メニスカスによる位相差画像の劣化が抑制された画像が撮像可能な領域が拡大することを確認した。
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)
光源と、
前記光源からの照明光を細胞培養容器内の被観察体に導光する照明光学系と、
前記被観察体の光学像を撮像素子に結像させる結像光学系と、
制御ユニットとを含み、
前記照明光学系は、前記照明光の強度分布を変化させる空間変調素子を含み、
前記制御ユニットは、
前記細胞培養容器に対する前記結像光学系の位置と、前記結像光学系の位置における照明光の強度分布とを関連付けた強度分布補正情報を含み、
前記結像光学系の位置である結像系位置情報を取得し、
前記結像系位置情報および前記強度分布補正情報に基づき、前記空間変調素子における照明光の強度分布を変化させることを特徴とする、位相差観察装置。
(付記2)
前記結像光学系は、位相板を含み、
前記強度分布補正情報における照明光の強度分布は、前記結像光学系の位置において、前記照明光の像である照明像が、前記位相板の像である位相板像に含まれる照明光の強度分布である、付記1記載の位相差観察装置。
(付記3)
前記結像光学系は、位相板を含み、
前記制御ユニットは、前記被観察体を含まない細胞培養容器について、前記結像光学系の位置において、前記照明光の像である照明像が、前記位相板の像である位相板像に含まれる照明光の強度分布を求め、得られた照明光の強度分布と前記結像光学系の位置とを関連付けて、前記強度分布補正情報として記憶する、付記1または2記載の位相差観察装置。
(付記4)
前記空間変調素子は、前記照明光を前記被観察体方向に反射することにより導光するデジタルマイクロミラーデバイスを含む、付記1から3のいずれかに記載の位相差観察装置。
(付記5)
前記光源と前記照明光学系とを移動可能な第1の移動ユニットを含み、
前記制御ユニットは、前記第1の移動ユニットによる移動を制御する、付記1から4のいずれかに記載の位相差観察装置。
(付記6)
前記結像光学系は、位相板を含み、
前記第1の移動ユニットは、前記位相板の面に対する垂直方向に移動可能である、付記5記載の位相差観察装置。
(付記7)
前記制御ユニットは、
前記結像光学系の位置と、前記光源および前記照明光学系の位置とを関連づけた照明系位置補正情報を記憶し、
前記結像系位置情報および前記照明系位置補正情報に基づき、前記光源と前記照明光学系の位置を補正する、付記1から6のいずれかに記載の位相差観察装置。
(付記8)
前記制御ユニットは、
前記細胞培養容器の撮像対象領域を複数の区分に分画し、
前記結像系位置情報および前記強度分布補正情報に基づき、前記空間変調素子における照明光の強度分布を変化させ、前記撮像素子により各区分を撮像し、
得られた画像に基づき、前記細胞培養容器の撮像対象領域の画像を作製する、付記1から7のいずれかに記載の位相差観察装置。
(付記9)
前記制御ユニットは、
前記撮像対象領域の画像において、撮影不良部位があるかを判定し、
前記撮影不良部位がある場合、前記撮像不良部位を含む区分の強度分布補正情報の補正値を算出し、
前記結像系位置情報、前記強度分布補正情報、および前記強度分布補正情報の補正値に基づき、前記撮像素子により、前記撮像不良部位を含む区分を再撮像し、
前記撮像不良部位を含む区分の画像を、前記再撮像により得られた画像に変更し、前記撮像対象領域の画像を作製する、付記8記載の位相差観察装置。
(付記10)
前記制御ユニットは、
前記被観察体を含まない細胞培養容器について、前記結像光学系の位置において、前記照明光の像である照明像が、前記位相板の像である位相板像に含まれる照明光の強度分布を求め、
前記空間変調素子における照明光の強度分布を得られた照明光の強度分布に変化させ、前記撮像素子により撮像し、得られた画像の画素における輝度値が、輝度値の基準値以上かを判定し、
前記画像における輝度値が前記輝度値の基準値以上の場合、前記画像の輝度値の基準値以上の領域について、前記結像光学系の位置において、前記照明光の像である照明像を変化させ、つぎの照明光の強度分布を求め、
得られた各照明光の強度分布と前記結像光学系の位置とを関連付けて、前記強度分布補正情報として記憶する、付記1から9のいずれかに記載の位相差観察装置。
(付記11)
前記制御ユニットは、
前記結像系位置情報と関連する強度分布補正情報が、複数の照明光の強度分布を含むかを判定し、
前記強度分布補正情報が複数の照明光の強度分布を含む場合、前記空間変調素子における照明光の強度分布を、各照明光の強度分布を変化させ、前記撮像素子により撮像し、
得られた各画像において、得られた画像の画素における輝度値が、前記輝度値の基準値未満の領域を抽出し、抽出された画像を統合する、付記10記載の位相差観察装置。
(付記12)
前記細胞培養容器を配置可能な細胞培養容器配置ユニットを含み、
前記細胞培養容器配置ユニットは、前記照明光の光路において、前記照明光学系と前記結像光学系との間に配置される、付記1から11のいずれかに記載の位相差観察装置。
(付記13)
前記細胞培養容器配置ユニットは、前記位相差観察装置における位置が固定されている、付記12記載の位相差観察装置。
(付記14)
前記結像光学系を移動可能な第2の移動ユニットを含み、
前記制御ユニットは、前記第2の移動ユニットの移動を制御する、付記1から13のいずれかに記載の位相差観察装置。
(付記15)
前記空間変調素子は、前記結像光学系の瞳と光学的に共役の位置に配置される、付記1から14のいずれかに記載の位相差観察装置。
(付記16)
細胞培養容器内の被観察物を観察可能な観察ユニットと、
前記被観察物に対して、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15のいずれかに記載の位相差観察装置であることを特徴とする、細胞処理装置。
(付記17)
第1領域、第2領域および第3領域を含み、
前記第1領域および前記第2領域は、連続して配置され、
前記第1領域は、前記細胞培養容器内の被観察体を処理する被観察体処理室であり、
前記被観察体処理室は、前記細胞培養容器を配置可能な細胞培養容器配置ユニットを含み、
前記第1領域は、前記観察ユニットにおける光源および照明光学系を含み、
前記第2領域は、前記観察ユニットにおける結像光学系と、前記レーザ照射ユニットとを含み、
前記第3領域は、前記制御ユニットを含み、
前記細胞培養容器配置ユニットは、前記被観察体処理室において、前記第2領域と隣接するように配置されている、付記16記載の細胞処理装置。
2 照明光学系
21 光源レンズ
22 デジタルマイクロミラーデバイス
23 コンデンサレンズ
3 結像光学系
31 対物レンズ
32 位相板
33 結像レンズ
34 撮像素子
35 位相板撮像レンズ
4 細胞培養容器配置ユニット(ステージ)
41 細胞培養容器
42 被観察体
43 上蓋
44 底部
45 透光領域
46 底壁
47 底板
48 凹部
49 突出部
5 制御ユニット
51 CPU
52 メインメモリ
53 補助記憶デバイス
54 ビデオコーデック
55 I/Oインターフェイス
56 コントローラ
57 電源ユニット
6 第1の移動ユニット
61、71、71a、71b XYステージ
62 アーム
7 第2の移動ユニット
711a、711b 台車
81 第1室
811a、811b 開口部
812a、812b 扉
813 吸引吐出ユニット
814a 排液容器配置部
814b 排液容器
814c 先端部材脱離手段
815a 収容容器配置部
815b 収容容器
816a 回収容器配置部
816b 回収容器
817 カメラ
818a、818b 照明灯
819 殺菌灯
82 第2室
83 第3室
84 循環手段
84a 吸気部
84b 循環流路
84c 気体供給部
84d 排気部
85 レーザ照射ユニット
85a レーザ光源
85b 光ファイバ
85c レーザ出射部
86、87 筐体
100 位相差観察装置
200 細胞処理装置
Claims (16)
- 光源と、
前記光源からの照明光を細胞培養容器内の被観察体に導光する照明光学系と、
前記被観察体の光学像を撮像素子に結像させる結像光学系と、
制御ユニットとを含み、
前記照明光学系は、前記照明光の強度分布を変化させる空間変調素子を含み、
前記制御ユニットは、
前記細胞培養容器に対する結像光学系の位置と、前記細胞培養容器に対する結像光学系の位置での前記空間変調素子における照明光の強度分布とを関連付けた強度分布補正情報を含み、
前記結像光学系の位置である結像系位置情報を取得し、
前記結像系位置情報および前記強度分布補正情報に基づき、前記空間変調素子における照明光の強度分布を変化させ、
前記制御ユニットは、さらに、
前記細胞培養容器の撮像対象領域を複数の区分に分画し、
前記結像系位置情報および前記強度分布補正情報に基づき、前記空間変調素子における照明光の強度分布を変化させ、前記撮像素子により各区分を撮像し、
得られた画像に基づき、前記細胞培養容器の撮像対象領域の画像を作製し、
前記撮像対象領域の画像において、撮像不良部位があるかを判定し、
前記撮像不良部位がある場合、前記撮像不良部位を含む区分の強度分布補正情報の補正値を算出し、
前記結像系位置情報、前記強度分布補正情報、および前記強度分布補正情報の補正値に基づき、前記撮像素子により、前記撮像不良部位を含む区分を再撮像し、
前記撮像不良部位を含む区分の画像を、前記再撮像により得られた画像に変更し、前記撮像対象領域の画像を作製することを特徴とする、位相差観察装置。 - 前記結像光学系は、位相板を含み、
前記制御ユニットは、
前記被観察体を含まない細胞培養容器について、前記結像光学系の位置において、前記照明光の像である照明像が、前記位相板の像である位相板像に含まれる照明光の強度分布を求め、
前記空間変調素子における照明光の強度分布を得られた照明光の強度分布に変化させ、前記撮像素子により撮像し、得られた画像の画素における輝度値が、輝度値の基準値以上かを判定し、
前記画像における輝度値が前記輝度値の基準値以上の場合、前記画像の輝度値の基準値以上の領域について、前記結像光学系の位置において、前記照明光の像である照明像を変化させ、つぎの照明光の強度分布を求め、
得られた各照明光の強度分布と前記結像光学系の位置とを関連付けて、前記強度分布補正情報として記憶する、請求項1記載の位相差観察装置。 - 光源と、
前記光源からの照明光を細胞培養容器内の被観察体に導光する照明光学系と、
前記被観察体の光学像を撮像素子に結像させる結像光学系と、
制御ユニットとを含み、
前記照明光学系は、前記照明光の強度分布を変化させる空間変調素子を含み、
前記結像光学系は、位相板を含み、
前記制御ユニットは、
前記細胞培養容器に対する結像光学系の位置と、前記細胞培養容器に対する結像光学系の位置での前記空間変調素子における照明光の強度分布とを関連付けた強度分布補正情報を含み、
前記結像光学系の位置である結像系位置情報を取得し、
前記結像系位置情報および前記強度分布補正情報に基づき、前記空間変調素子における照明光の強度分布を変化させ、
前記制御ユニットは、さらに、
前記被観察体を含まない細胞培養容器について、前記結像光学系の位置において、前記照明光の像である照明像が、前記位相板の像である位相板像に含まれる照明光の強度分布を求め、
前記空間変調素子における照明光の強度分布を得られた照明光の強度分布に変化させ、前記撮像素子により撮像し、得られた画像の画素における輝度値が、輝度値の基準値以上かを判定し、
前記画像における輝度値が前記輝度値の基準値以上の場合、前記画像の輝度値の基準値以上の領域について、前記結像光学系の位置において、前記照明光の像である照明像を変化させ、つぎの照明光の強度分布を求め、
得られた各照明光の強度分布と前記結像光学系の位置とを関連付けて、前記強度分布補正情報として記憶することを特徴とする、位相差観察装置。 - 前記結像光学系は、位相板を含み、
前記強度分布補正情報における照明光の強度分布は、前記結像光学系の位置において、前記照明光の像である照明像が、前記位相板の像である位相板像に含まれる照明光の強度分布である、請求項1から3のいずれか一項に記載の位相差観察装置。 - 前記結像光学系は、位相板を含み、
前記制御ユニットは、前記被観察体を含まない細胞培養容器について、前記結像光学系の位置において、前記照明光の像である照明像が、前記位相板の像である位相板像に含まれる照明光の強度分布を求め、得られた照明光の強度分布と前記結像光学系の位置とを関連付けて、前記強度分布補正情報として記憶する、請求項1から4のいずれか一項に記載の位相差観察装置。 - 前記空間変調素子は、前記照明光を前記被観察体方向に反射することにより導光するデジタルマイクロミラーデバイスを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の位相差観察装置。
- 前記光源と前記照明光学系とを移動可能な第1の移動ユニットを含み、
前記制御ユニットは、前記第1の移動ユニットによる移動を制御する、請求項1から6のいずれか一項に記載の位相差観察装置。 - 前記結像光学系は、位相板を含み、
前記第1の移動ユニットは、前記位相板の面に対する垂直方向に移動可能である、請求項7記載の位相差観察装置。 - 前記制御ユニットは、
前記結像光学系の位置と、前記光源および前記照明光学系の位置とを関連づけた照明系位置補正情報を記憶し、
前記結像系位置情報および前記照明系位置補正情報に基づき、前記光源と前記照明光学系の位置を補正する、請求項1から8のいずれか一項に記載の位相差観察装置。 - 前記制御ユニットは、
前記結像系位置情報と関連する強度分布補正情報が、複数の照明光の強度分布を含むかを判定し、
前記強度分布補正情報が複数の照明光の強度分布を含む場合、前記空間変調素子における照明光の強度分布を、各照明光の強度分布を変化させ、前記撮像素子により撮像し、
得られた各画像において、得られた画像の画素における輝度値が、前記輝度値の基準値未満の領域を抽出し、抽出された画像を統合する、請求項2または3記載の位相差観察装置。 - 前記細胞培養容器を配置可能な細胞培養容器配置ユニットを含み、
前記細胞培養容器配置ユニットは、前記照明光の光路において、前記照明光学系と前記結像光学系との間に配置される、請求項1から10のいずれか一項に記載の位相差観察装置。 - 前記細胞培養容器配置ユニットは、前記位相差観察装置における位置が固定されている、請求項11記載の位相差観察装置。
- 前記結像光学系を移動可能な第2の移動ユニットを含み、
前記制御ユニットは、前記第2の移動ユニットの移動を制御する、請求項1から12のいずれか一項に記載の位相差観察装置。 - 前記空間変調素子は、前記結像光学系の瞳と光学的に共役の位置に配置される、請求項1から13のいずれか一項に記載の位相差観察装置。
- 細胞培養容器内の被観察物を観察可能な観察ユニットと、
前記被観察物に対して、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、請求項1から14のいずれか一項に記載の位相差観察装置であることを特徴とする、細胞処理装置。 - 第1領域、第2領域および第3領域を含み、
前記第1領域および前記第2領域は、連続して配置され、
前記第1領域は、前記細胞培養容器内の被観察体を処理する被観察体処理室であり、
前記被観察体処理室は、前記細胞培養容器を配置可能な細胞培養容器配置ユニットを含み、
前記第1領域は、前記観察ユニットにおける光源および照明光学系を含み、
前記第2領域は、前記観察ユニットにおける結像光学系と、前記レーザ照射ユニットとを含み、
前記第3領域は、前記制御ユニットを含み、
前記細胞培養容器配置ユニットは、前記被観察体処理室において、前記第2領域と隣接するように配置されている、請求項15記載の細胞処理装置。
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