JP6793244B2 - 撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、撮像光軸上に透光性部材を介在した状態で撮像対象物を撮像する撮像システムに関する。

例えば医療や生物学的な研究の用途では、細胞（若しくは細胞凝集塊）の撮像が必要となる場合がある。例えば、細胞が多数の収容凹部を有するディッシュ上に撒かれ、所望の細胞を選別してマイクロプレートに移載する作業が行われる。この選別のために、細胞を担持したディッシュが撮像装置によって撮像され、例えば画像処理技術によって使用可能な細胞と、使用不可の細胞及び夾雑物とが区分される。

マイクロプレートへの細胞の移載には、細胞の吸引及び吐出を行う先端開口部を備えたチップが用いられる。このチップは、上下方向及び水平方向に移動可能であって負圧機構に接続されたヘッドの先端に取り付けられる。前記吸引及び吐出を的確に行うため、前記先端開口部の位置を正確に把握する必要がある。特許文献１には、撮像装置によってノズル（前記チップに相当）を撮像すると共に、オートフォーカス機構によってノズル先端の位置を求める技術が開示されている。

上述の細胞の撮像又はチップの撮像において、撮像装置の撮像光軸上に透光性部材が介在せざるを得ない場合がある。例えば、透明なディッシュを保持する透明容器の底面側から前記ディッシュに担持された細胞を撮像する場合、前記透明容器及びディッシュを通して前記細胞の画像が取得されることになる。前記透明容器が透明な基台上に載置されている場合には、さらに前記基台を通して前記細胞の画像が取得される。前記チップの先端開口部の撮像においても、前記基台を通しての撮像が必要となる場合がある。これらの場合、前記容器や前記基台などの透光性部材の介在によって光路の屈折が生じ、前記細胞の位置やサイズ、或いは前記チップの先端開口部の位置が正確に求められなくなるという問題があった。

特許第４５７８８１４号公報

本発明の目的は、撮像光軸上に透光性部材を介在した状態で撮像対象物を撮像する場合であっても、前記撮像対象物の位置及び／又はサイズを的確に求めることができる撮像システムを提供することにある。

本発明の一局面に係る撮像システムは、撮像光軸上の撮像対象物を撮像する撮像装置と、前記撮像により前記撮像装置が取得した画像情報に基づいて、前記撮像対象物の位置及び／又はサイズに関するデータを求める演算部と、を備え、前記演算部は、前記撮像において前記撮像光軸上に透光性部材が介在する場合に、前記透光性部材の介在による前記撮像の条件変化及び／又は前記撮像対象物の画像上の変化に関する変化情報を取得し、前記データを前記変化情報に基づいて補正することを特徴とする。

図１は、細胞移動装置の構成例を概略的に示す図である。 図２（Ａ）は、前記細胞移動装置に使用される選別容器が備えるディッシュの上面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る撮像システムのブロック図である。 図４は、レンズ部の同焦点距離を説明するための図である。 図５は、焦点延長量を説明するための図である。 図６は、透光性部材が撮像光軸上に介在する場合の焦点延長量の測定方法を説明するための図である。 図７は、前記撮像システムの第１適用例を示す図である。 図８は、前記撮像システムの第２適用例を示す図である。 図９は、前記撮像システムの第３適用例を示す図である。 図１０は、前記撮像システムの第４適用例であって、曲面を有する透光性部材を通して撮像対象物を撮像した場合の、画像上における対象物の変形を示す図である。 図１１は、曲面を有する透光性部材を通して撮像対象物を撮像した場合の、画像上における対象物の変形を、保持位置毎に示す図である。 図１２は、撮像対象物のサイズの変化率を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本発明に係る撮像システムの撮像対象物は特に制限はないが、特に生体由来の細胞又は細胞凝集塊（スフェロイド；ｓｐｈｅｒｏｉｄ）を好ましい撮像対象物として例示することができる。生体由来の細胞凝集塊は、細胞が数個〜数十万個凝集して形成されている。そのため、細胞凝集塊の大きさは様々である。生きた細胞が形成する細胞凝集塊は略球形であるが、細胞凝集塊を構成する細胞の一部が変質したり、死細胞となっていたりすると、細胞凝集塊の形状は歪になる、あるいは密度が不均一となる場合がある。バイオ関連技術や医薬の分野における試験において、選別ステージ上のディッシュに担持された種々の形状を呈する複数の細胞凝集塊の中から、使用可能な細胞凝集塊をチップでピッキッングし、これをマイクロプレートまで移動する細胞移動装置が用いられる。マイクロプレートでは、細胞凝集塊に対して、観察、薬効確認、検査、培養等の各種の処理が実行される。以下の説明では、上記のような細胞凝集塊を含む意味で、簡略的に細胞Ｃと表現する。

上記のような細胞移動装置において、前記チップや前記ディッシュ、及び細胞Ｃの高さ位置、或いは細胞Ｃの形状等を画像情報に基づいて把握するため、撮像システムが適用される。以下、細胞移動装置の各所に本発明に係る撮像システムが適用される例について説明する。

［細胞移動装置の全体構成］
先ず、図１に基づいて、細胞移動装置Ｓ０の全体構成を概略的に説明する。細胞移動装置Ｓ０は、水平な載置面（上面）を有する基台１（透光性部材）と、基台１の上面に組み付けられる細胞移動ライン１０と、基台１の下方に配置されるカメラユニット５（撮像装置）と、基台１の上方に配置され細胞Ｃの吸引及び吐出を行うチップ６が装着されるヘッドユニット６１と、を含む。なお、図１には複数のカメラユニット５及びヘッドユニット６１が描かれているが、これらは各ユニット５、６１が移動する位置Ｐ１１〜Ｐ１５、Ｐ２１〜Ｐ２３を示すもので、実際は各々１つのカメラユニット５及びヘッドユニット６１が細胞移動装置Ｓ０に備えられている。勿論、各々複数台のユニット５、６１を具備する細胞移動装置Ｓ０としても良い。

基台１は、所定の剛性を有し、その一部又は全部が透光性の材料で形成される長方形の平板である。好ましい基台１は、ガラスプレートである。基台１をガラスプレートのような透光性材料によって形成することで、基台１の下方に配置されたカメラユニット５にて、基台１の上面に配置された細胞移動ライン１０の各作業部を、当該基台１を通して撮像させることが可能となる。

細胞移動ライン１０は、一の容器から細胞Ｃをチップ６で吸引し、これを他の容器まで運搬すると共に当該チップ６から細胞Ｃを吐出させる一連の細胞移動工程の実施に必要な複数の作業部を備える。これらの作業部は、基台１に対して左右方向に並べられて組み付けられている。細胞移動ライン１０は、前記複数の作業部として、チップストック部１１、チップ較正部１２、選別部１３、移載部１４及びチップ廃棄部１５を備える。

カメラユニット５は、レンズ部５１及びカメラ本体５２を備える。レンズ部５１は、光学顕微鏡に用いられている対物レンズであり、所定倍率の光像を結像させるレンズ群と、このレンズ群を収容するレンズ鏡筒とを含む。カメラ本体５２は、ＣＣＤイメージセンサのような撮像素子を備える。レンズ部５１は、前記撮像素子の受光面に撮像対象物の光像を結像させる。カメラユニット５は、基台１と平行に左右方向に延びるガイドレール５３に沿って、基台１の下方において左右方向に移動可能である。また、レンズ部５１は、合焦動作のために上下方向に移動可能である。

ヘッドユニット６１は、ヘッド本体６２と、ヘッド本体６２に保持され該ヘッド本体６２に対して上下方向に進退可能な複数本のヘッド６３とを備える。図１では一列に並んだ３本のヘッド６３を例示しているが、ヘッド６３の本数や配列には特に制限はない。ヘッドユニット６１は、基台１と平行に左右方向に延びるガイドレール６４に沿って、基台１の上方において左右方向（Ｘ方向）に移動可能である。なお、図１では図示していないが、ヘッドユニット６１は、図１の紙面と直交する方向（Ｙ方向）にも移動可能である。

ヘッド６３は、下端が開口した中空のロッドからなる。チップ６は、ヘッド６３の下端に装着されている。チップ６は、細胞Ｃ（物体）を吸引及び吐出する先端開口部６ｔを備えた先細りのチューブ状の部材である。ヘッド６３の中空部内にはピストン機構が搭載されており、該ピストン機構の動作によって下端開口に吸引力及び吐出力が発生可能である。ヘッド本体６２には、前記ピストン機構の動力部と、ヘッド６３を上下方向に移動させる昇降機構及びその動力部とが内蔵されている。ヘッド６３が吸引力及び吐出力を発生すると、ヘッド６３に装着されたチップ６の先端開口部６ｔにも吸引力及び吐出力が発生する。これにより、チップ６は先端開口部６ｔを通して細胞Ｃの吸引及び吐出を行う。

［細胞移動ラインの詳細］
続いて、細胞移動ライン１０の各作業部について説明する。チップストック部１１は、未使用のチップ６を多数本保管する部位である。チップストック部１１には、立設状態でマトリクス状に整列されたチップ６を保持するストック容器１６が配置されている。チップ６は、その上端開口が上方に配向する状態で、ストック容器１６に保持されている。つまり、上下方向に移動するヘッド６３の下端に対して装着が容易に行い得る状態で、チップ６はストック容器１６に保持されている。

チップ較正部１２は、ヘッド６３に装着されたチップ６の先端開口部６ｔの位置（ＸＹＺ座標）を求める部位である。チップ較正部１２には、ヘッド６３に装着されたチップ６をカメラユニット５で撮像するための撮像ピット１７が設けられている。チップ６の画像及び撮像時における焦点位置情報に基づき、チップ６の先端開口部６ｔのＸＹＺ座標位置が求められる。

このＸＹＺ座標位置は、各チップ６の先端開口部６ｔの位置を正確に認識し、ヘッドユニット６１のＸＹ方向の移動量、並びに細胞Ｃの吸引及び吐出時等におけるヘッド６３のＺ方向の移動量を正確に把握するために求められる。例えば、チップ６のヘッド６３への取り付け誤差、チップ６自体の寸法誤差、並びにヘッド６３の駆動系の誤差により、先端開口部６ｔの高さ位置は変動する。チップ較正部１２におけるチップ６の撮像により、前記誤差に由来する先端開口部６ｔの基準位置からのズレが認識され、このズレに応じた補正値が導出される。

選別部１３は、移動対象とする細胞Ｃを選別するための部位である。選別部１３には、選別容器１８（透光性の容器）が配置されている。選別容器１８は、細胞Ｃの移動元となる容器であり、培地Ｌを貯留し、細胞選別用のディッシュ２（保持部）を、培地Ｌに浸漬される状態で保持している。ディッシュ２は、細胞Ｃを保持するプレートであり、細胞Ｃを個別に保持することが可能な保持凹部３を上面に複数有している。培地Ｌは、細胞Ｃの性状を劣化させないものであれば特に限定されず、細胞Ｃの種類に応じて適宜選定することができる。

選別容器１８は、円柱形又は角柱型の形状を備え、その上面側に矩形の上面開口１８Ｈを備えている。上面開口１８Ｈは、細胞Ｃの投入、並びに、選別された細胞Ｃをヘッド６３に装着されたチップ６でピックアップするための開口である。ディッシュ２は、上面開口１８Ｈの下方に配置されている。選別容器１８及びディッシュ２は、透光性の樹脂材料やガラスで作製されたものが用いられる。これは、選別容器１８の下方に配置されたカメラユニット５により、ディッシュ２に担持された細胞Ｃを観察可能とするためである。

選別容器１８には、図略の分注チップから、細胞培養液に分散された状態の複数の細胞Ｃが注入される。前記分注チップは、多量の細胞Ｃを含む細胞培養液を貯留するチューブから、細胞Ｃと共に細胞培養液を吸引し、当該分注チップ内に保持する。その後、前記分注チップは、選別容器１８の上空位置へ移動され、上面開口１８Ｈを通してディッシュ２の上面にアクセスする。そして、前記分注チップの先端開口が選別容器１８の培地Ｌに浸漬された状態で、チップ内に保持された細胞Ｃが細胞培養液と共に吐出される。細胞移動装置Ｓ０は、上記チューブが配置される細胞ストック部及び前記分注チップを複数本保管する分注チップストック部を備えるが、これらの記載は図１では省いている。

図２（Ａ）は、ディッシュ２の上面図、図２（Ｂ）図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図である。ディッシュ２は、ディッシュ本体２０と、該ディッシュ本体２０に形成された上述の保持凹部３とを備えている。ディッシュ本体２０は、所定の厚みを有する平板状の部材からなり、上面２１と下面２２とを有する。保持凹部３は、上面２１の側に細胞Ｃの受け入れ開口（開口部３１）を有する。ディッシュ２は、選別容器１８内の培地Ｌ中に浸漬される。詳しくは、ディッシュ本体２０の上面２１が選別容器１８内の培地Ｌ中に浸漬される一方、下面２２が選別容器１８の底板に対して間隔を置いた状態で、選別容器１８内で保持される（図１参照）。

保持凹部３の各々は、開口部３１、底部３２、筒状の壁面３３、孔部３４及び境界部３５を含む。本実施形態では、上面視で正方形の保持凹部３がマトリクス状に配列されている例を示している。開口部３１は、上面２１に設けられた正方形の開口であり、選別用のチップ６の先端開口部６ｔの進入を許容するサイズを有する。底部３２は、ディッシュ本体２０の内部であって、下面２２の近くに位置している。底部３２は、中心（前記正方形の中心）に向けて緩く下り傾斜する傾斜面である。筒状の壁面３３は、開口部３１から底部３２に向けて鉛直下方に延びる壁面である。孔部３４は、底部３２の前記中心と下面２２との間を鉛直に貫通する貫通孔である。境界部３５は、上面２１に位置し、各保持凹部３の開口縁となる部分であって、保持凹部３同士を区画する稜線である。

各保持凹部３の底部３２及び筒状の壁面３３は、細胞Ｃを収容する収容空間３Ｈを区画している。収容空間３Ｈには、一般的には１個の細胞Ｃが収容されることが企図されている。孔部３４は、所望のサイズ以外の小さな細胞や夾雑物を収容空間３Ｈから逃がすために設けられている。従って、孔部３４のサイズは、所望のサイズの細胞Ｃは通過できず、所望のサイズ以外の小さな細胞や夾雑物を通過させるサイズに選ばれている。これにより、選別対象となる細胞Ｃは保持凹部３にトラップされる一方で、夾雑物等は孔部３４から選別容器１８の底板に落下する。

保持凹部３に保持された細胞Ｃは、チップ６によって吸引される。この吸引の際、ヘッド６３の下降によってチップ６の先端開口部６ｔが保持凹部３内に進入すると共に、細胞Ｃに可及的に接近される。その後、先端開口部６ｔに吸引力が発生され、細胞Ｃがチップ６内に吸引される。このようなチップ６の動作が行われるため、ディッシュ２（保持凹部３）の高さ位置を正確に認識する必要がある。前記高さ位置の認識が不十分であると、先端開口部６ｔが保持凹部３の底部３２に衝突したり、細胞Ｃへの接近が不十分で吸引に失敗したりする不具合が生じるからである。ディッシュ２は、設計値に従った高さ位置において選別容器１８にて保持されるが、製造誤差等によって前記高さ位置にズレが生じる場合がある。本実施形態では、選別部１３において選別容器１８がカメラユニット５により撮像され、取得された画像情報によりディッシュ２の高さ位置の基準位置からのズレが認識され、このズレに応じた補正値が導出される。

移載部１４は、選別部１３において選別された細胞Ｃを移載するための部位である。移載部１４には、マイクロプレート４が配置されている。マイクロプレート４は、細胞Ｃの移動先となる容器であり、細胞Ｃを受け入れる複数のウェル４１を有する。このウェル４１に、細胞Ｃを吸引したチップ６の先端開口部６ｔが進入し、細胞Ｃが吐出される。マイクロプレート４もまた、透光性の樹脂材料やガラスで作製されたものが用いられる。これは、マイクロプレート４の下方に配置されたカメラユニット５により、マイクロプレート４に担持された細胞Ｃを観察可能とするためである。

ウェル４１にもチップ６の先端開口部６ｔが進入するため、ウェル４１の底面の高さ位置を正確に認識しておくことが望ましい。また、マイクロプレート４に代えてシャーレのような容器が移載部１４に配置される場合もあるが、この場合にも前記容器の底面の高さ位置を正確に認識しておくことが望ましい。これら高さ位置の認識のため、カメラユニット５にてマイクロプレート４又は前記シャーレを撮像し、取得された画像情報により前記底面の高さ位置の基準位置からのズレを認識し、このズレに応じた補正値を導出しておくことが望ましい。

チップ廃棄部１５は、上述の吸引及び吐出動作を終えた使用後のチップ６がヘッド６３から回収される部位である。チップ廃棄部１５は、使用後のチップ６を収容するチップ回収容器１９を含む。前記廃棄の際、使用済のチップ６を装備したヘッドユニット６１がチップ回収容器１９の開口部上に移動され、ヘッド６３からチップ６の取り外し動作が実行される。この取り外し動作により、チップ６は、チップ回収容器１９内に落下する。

［細胞移動動作の説明］
次に、細胞移動装置Ｓ０による細胞移動動作について説明する。細胞移動動作の基本的な手順は、ヘッド６３へのチップ６の装着（手順１）、チップ６の先端開口部６ｔの位置較正（手順２）、選別容器１８（ディッシュ２）からの細胞Ｃのピッキング（手順３）、マイクロプレート４への細胞Ｃの移載（手順４）、チップ６の廃棄（手順５）である。これら手順を順次実行するため、ヘッドユニット６１はガイドレール６４に沿って、細胞移動ライン１０の各作業部の上空を左から右へ移動される。

カメラユニット５は、上記手順２の際に、先端開口部６ｔの位置を求めるためにヘッド６３に装着されたチップ６を撮像し、上記手順３の前に、使用可能な細胞Ｃの選定のためにディッシュ２を撮像し、上記手順４の後に、移載された細胞Ｃの確認のためにマイクロプレート４を撮像する。この他、カメラユニット５は、手順１〜５の実行前に、ディッシュ２の高さ位置の認識のため、及び上述のマイクロプレート４又は前記シャーレの底面の高さ位置の認識のため、これらを撮像する。

以下、各手順１〜５を説明する。上記手順１では、ヘッドユニット６１はチップストック部１１上のチップ装着位置Ｐ１１に移動される。そして、図１に点線で示すように、ストック容器１６に保持されているチップ６の一つに位置合わせして一つのヘッド６３が下降され、当該ヘッド６３の下端にチップ６の上端部分が嵌合される。しかる後、ヘッド６３が上昇される。他のヘッド６３についても、同様にしてチップ６が装着される。

続く手順２の実行のため、ヘッドユニット６１はチップ較正部１２上のチップ較正位置Ｐ１２に移動される。この際、チップ６が新たに装着された一つのヘッド６３が撮像ピット１７の鉛直軸上で位置合わせされた位置で、ヘッドユニット６１は停止される。一方、カメラユニット５も、チップ較正部１２の撮像ピット１７直下のチップ撮像位置Ｐ２１へ移動される。そして、カメラユニット５により撮像ピット１７上に位置するチップ６が撮像される。

先端開口部６ｔの位置は、例えばコントラスト検出方式により求められる。具体的には、先端開口部６ｔの下方の所定位置を撮像始点として、レンズ部５１を数十ミクロン単位で上方にシフトさせつつ、カメラユニット５にチップ６の画像を順次撮像させる。撮像終点は、先端開口部６ｔの上方であると確定できる所定位置である。得られた画像の中で、先端開口部６ｔと推定されるラインが最も高いコントラストで写っている画像が撮像された焦点位置を合焦位置と扱い、そのときのレンズ部５１の高さ位置に基づいて先端開口部６ｔの高さ位置が求められる。当該高さ位置と、チップ６がヘッド６３に正規に装着された場合の基準位置とが比較され、その差分から補正値が導出される。この補正値は、ヘッドユニット６１（ヘッド６３）の移動制御の際の補正値として利用される。他のヘッド６３についても、同様な撮像及び補正値の導出が行われる。

上記手順３では、ヘッドユニット６１は選別部１３上の細胞吸引位置Ｐ１３に移動される。なお、手順３の実行の前に、選別容器１８のディッシュ２上に細胞Ｃを含む細胞懸濁液が撒かれ、ディッシュ２に細胞Ｃが保持される。カメラユニット５は、選別部１３下のディッシュ撮像位置Ｐ２２に移動され、細胞Ｃが保持されたディッシュ２を撮像する。得られた画像に基づき、使用可能な細胞Ｃを判定し、その細胞Ｃが担持された保持凹部３の座標が特定される。そして、どの細胞Ｃを、どのヘッド６３（チップ６）で、どのような順番で吸引させるかの吸引シーケンスが設定される。さらに、どのヘッド６３（チップ６）から、マイクロプレート４のどのウェル４１に吐出させるかの吐出シーケンスも設定される。

吸引シーケンスが設定されたら、手順２で得られた補正値を参照して、最初に吸引を行うチップ６と吸引ターゲットとするディッシュ２の保持凹部３との位置合わせが行われ、ヘッド６３が下降される。チップ６の先端開口部６ｔが選別容器１８内の培地Ｌに突入し、且つターゲットの保持凹部３に対峙したら、ヘッド６３に吸引力が発生される。これにより、ターゲットの保持凹部３に担持されている細胞Ｃが、チップ６内に吸引される。しかる後、ヘッド６３が上昇される。以下、吸引シーケンスに従って、後続のチップ６と対応する保持凹部３とについて、順次上記と同様な動作が行われ、各チップ６に細胞Ｃが吸引される。

上記手順４では、ヘッドユニット６１は移載部１４上の細胞吐出位置Ｐ１４、すなわちマイクロプレート４上へ移動される。ヘッドユニット６１は、細胞Ｃを保持したチップ６と、吐出ターゲットのマイクロプレート４のウェル４１とが鉛直方向に位置合わせされるように停止される。次いで、ヘッド６３が、チップ６の先端開口部６ｔがウェル４１の開口に入り込むまで、下降される。そして、ヘッド６３に吐出力が発生され、先端開口部６ｔからチップ６内に保持されている細胞Ｃがウェル４１へ吐出される。手順４では、カメラユニット５も、移載部１４下のマイクロプレート撮像位置Ｐ２３へ移動される。上述のウェル４１への細胞Ｃの吐出が完了した後、カメラユニット５により細胞Ｃを担持したマイクロプレート４の画像が撮像される。これにより、マイクロプレート４における細胞Ｃの担持状況を把握することができる。

上記手順５では、ヘッドユニット６１はチップ廃棄部１５上のチップ廃棄位置Ｐ１５に移動される。チップ廃棄部１５には上面が開口したチップ回収容器１９が配置されている。チップ回収容器１９に対してヘッド６３が下降され、さらにヘッド６３内に内蔵されているチップ取り外し用ロッド（図略）が下降される。前記ロッドの下降によりチップ６が押圧され、ヘッド６３からチップ６が取り外される。取り外されたチップ６は、チップ回収容器１９内に落下する。

［撮像システム］
続いて、図３に基づいて、上述のカメラユニット５が用いられた、本発明の実施形態に係る撮像システムＳについて説明する。撮像システムＳは、撮像光軸ＡＸ上の撮像対象物を撮像するカメラユニット５と、レンズ部５１の動作を制御すると共にカメラ本体５２により取得された画像情報に基づき所定の処理を行う制御部７と、レンズ部５１を上下動させるサーボモータ５４と、を備えている。図３では、撮像対象物として、透光性容器８１（透光性部材）の上に載置された球形の撮像対象物８を示している。この撮像対象物８は、例えばディッシュ２若しくはマイクロプレート４に保持された細胞Ｃに相当する。なお本実施形態では、チップ６の先端開口部６ｔ、ディッシュ２、容器の底面なども撮像対象物となる。

サーボモータ５４は、正回転又は逆回転することで、図略の動力伝達機構を介して、レンズ部５１を所定の分解能で上下方向に移動させる。この移動によって、撮像対象物８の位置にレンズ部５１の焦点位置が合わせられる。なお、図３において点線で示しているように、レンズ部５１ではなく、サーボモータ５４によって透光性容器８１自体、若しくは透光性容器８１が載置されるステージを上下動させるようにしても良い。

制御部７は、例えばパーソナルコンピューター等からなり、所定のプログラムが実行されることで、機能的に撮像制御部７１、画像処理部７２、記憶部７３、入力部７４及び演算部７５を備えるように動作する。

撮像制御部７１は、カメラユニット５の動作を制御する。具体的には、撮像制御部７１は、カメラ本体５２の撮像動作（露光量やシャッタータイミング等）を制御する。また、撮像制御部７１は、サーボモータ５４にレンズ部５１を上下方向に所定のピッチ（例えば数十μｍピッチ）で移動させるための制御パルスを与える。撮像制御部７１には、撮像対象物８の規定高さ位置、つまり撮像対象物８が存在すべき高さ位置として予め設定された位置に関するデータが演算部７５から与えられる。撮像制御部７１は、前記規定高さ位置を目標位置とし、レンズ部５１が前記目標位置に移動するようサーボモータ５４に移動指示を与える。撮像制御部７１が指示した位置に関するデータは、演算部７５に入力される。さらに撮像制御部７１は、カメラ本体５２に、レンズ部５１の移動ピッチ毎に撮像対象物８の画像を撮像させる。

画像処理部７２は、カメラ本体５２により取得された撮像対象物８の画像データに所定の画像処理を施す。画像処理部７２は、前記画像データに対してエッジ検出処理、特徴量抽出を伴うパターン認識処理などの画像処理を施して、前記画像データから撮像対象物８の形状を抽出する処理を行う。また、画像処理部７２は、レンズ部５１の移動ピッチ毎に取得される画像データの各々について画素間のコントラストを求め、最もコントラストの高い画像を合焦画像として特定する。この合焦画像が取得されたときのレンズ部５１の高さ位置データは、演算部７５に与えられる。

記憶部７３は、各種のデータを記憶する。前記データの一つとして、レンズ部５１の基準高さのデータが記憶される。前記基準高さは、撮像対象物８の前記規定高さ位置とレンズ部５１の同焦点距離とに基づいて定まる、レンズ部５１の胴付き面５５の高さ位置である。後記で詳述するが、本実施形態では、撮像光軸ＡＸ上に透光性容器８１のような透光性部材が介在する場合において、前記基準高さが焦点延長量に応じて修正される。撮像対象物８のサイズが前記透光性部材の介在によって変化する場合には、前記データの一つとして記憶部や７３は、前記サイズの変化率のデータを記憶する。

入力部７４は、同焦点距離から定まる前記基準高さ、及び前記焦点延長量の理論値又は実測によって得られる前記修正された基準高さデータの入力、並びに前記サイズの変化率のデータの入力を、ユーザーから受け付ける。

さらに記憶部７３は、前記基準高さ（又は前記修正された基準高さ）と、撮像対象物８を現にカメラユニット５で撮像することにより求められた実測高さとの差分を、補正値として記憶する。また、チップ６の先端開口部６ｔ、ディッシュ２或いは容器の底面が撮像対象物とされる場合には、これらについての補正値も記憶部７３に記憶される。これらの補正値は、ヘッド６３（チップ６）の移動制御に適用される。

演算部７５は、カメラユニット５の撮像により取得される画像情報に基づいて、撮像対象物８の位置及び／又はサイズに関するデータを求める。具体的には、撮像対象物８の位置に関するデータを求める場合、演算部７５は、記憶部７３から前記基準高さデータ値を読み出す。また、演算部７５は、画像処理部７２から合焦画像が取得されたときのレンズ部５１の実測高さデータを取得する。そして、前記基準高さデータと実測高さデータとの比較によって、撮像対象物８の高さ位置についての補正値が求められる。つまり、撮像対象物８の理論高さ位置と実際の高さ位置とのズレ量が求められる。

図３に示すように、演算部７５は、前記撮像において撮像光軸ＡＸ上に透光性容器８１が介在する場合、当該透光性容器８１の介在による前記撮像の条件変化に関する変化情報を取得する。撮像対象物８の位置を求める場合、前記変化情報は例えば焦点延長量であり、この場合演算部７５は、記憶部７３から前記焦点延長量に基づき修正された基準高さデータ値を読み出す。そして、演算部７５は、前記修正された基準高さデータと実測高さデータとを比較し、撮像対象物８の高さ位置についての補正値を求める。結果的に、撮像対象物８の高さ位置データが、前記変化情報（焦点延長量）に基づいて補正されたことになる。

撮像対象物８のサイズに関するデータを求める場合、演算部７５は、画像処理部７２により選定された合焦画像に基づき、撮像対象物８のＸＹＺの寸法等を示す形状データを算出する。また、演算部７５は、前記撮像において撮像光軸ＡＸ上に透光性容器８１が介在する場合、当該透光性容器８１の介在による撮像対象物８の画像上の変化に関する変化情報を取得する。具体的には、なお、記憶部７３に予め格納されている撮像対象物８のサイズの変化率が読み出される。この変化率は、撮像対象物８の実際のサイズと、透光性容器８１（透光性部材）が介在した状態においてカメラユニット５で取得される当該撮像対象物８の画像上のサイズとの間の変化率である。演算部７５は、前記変化率を参照して、形状データを補正する。

［焦点延長量について］
ここで、焦点延長量について図４〜図６に基づいて説明しておく。図４は、レンズ部５１の同焦点距離を説明するための図である。細胞Ｃの如く微小な対象物を撮像する対物レンズであるレンズ部５１の焦点位置は、胴付き面５５からの同焦点距離Ａにて定められている。従って、撮像対象物８に合焦した状態が作られれば、撮像対象物８と胴付き面５５との間の距離が同焦点距離Ａとなる。従って、胴付き面５５の高さ位置を基準高さとして、撮像対象物８の高さ位置を測定することが可能となる。

図５は、焦点延長量αを説明するための図である。レンズ部５１の撮像光軸ＡＸ上に透光性部材８２が介在した場合、当該レンズ部５１の焦点位置は遠方へ延びる。すなわち、透光性部材８２が介在しない場合、レンズ部５１が備えるレンズ５６を通過した光線ｇ１は、レンズ形状で定まる焦点位置ｆ１に結像する。一方、透光性部材８２が介在する場合、透光性部材８２の具備する屈折率に応じて光路が屈折する。このため、透光性部材８２を通過する光線ｇ２は、焦点位置ｆ１よりも遠方の焦点位置ｆ２に結像する。この焦点位置ｆ１、ｆ２間の撮像光軸ＡＸ上の距離が焦点延長量α（変化情報）である。

撮像光軸ＡＸ上に透光性部材８２が介在した場合、撮像対象物８と胴付き面５５との間の距離は、同焦点距離Ａに焦点延長量αを加算した距離になる。従って、予め焦点延長量αを把握し、胴付き面５５の高さ位置を焦点延長量αで修正した高さ位置を基準高さとすれば、透光性部材８２が介在する場合にあっても、撮像対象物８の高さ位置を的確に測定することができることになる。

図６は、透光性部材８２が撮像光軸ＡＸ上に介在する場合の焦点延長量αの測定方法を説明するための図である。撮像光軸ＡＸ上に介在される透光性部材８２が１種類の部材からなり、屈折率が既知であれば、スネルの法則に基づいて焦点延長量αを算出することができる。この場合は、撮像対象物８に合焦するときの胴付き面５５の高さ位置である基準高さを、前記算出により求められた焦点延長量αを加算して修正した基準高さを、入力部７４を通して記憶部７３に記憶させておけば良い。

しかし、透光性部材８２が複数種類の部材からなる場合、計算で焦点延長量αを求めることは困難である。図６では、透光性部材８２が、互いに異なる部材ａ、部材ｂ、部材ｃの複合体からなる例を示している。本実施形態では、例えばディッシュ２に保持された細胞Ｃを撮像する場合、撮像光軸ＡＸ上に基台１、選別容器１８及び培地Ｌが介在することになる。このような場合、個々の部材の屈折率が既知であったとしても、これらが組み合わさった場合の焦点延長量αを算出することは難しい。従って、撮像システムＳを用いて焦点位置ｆ２を実測することで、焦点延長量αを求めることが望ましい。

この場合、図６に模式的に示すように、撮像対象物８を同じ高さ位置に置いて、撮像光軸ＡＸ上に透光性部材８２を介在させた場合と、介在させない場合との双方において、レンズ部５１に合焦動作を行わせれば良い。具体的には撮像制御部７１は、先ずレンズ部５１を、透光性部材８２を介在させない場合の合焦位置へ移動させる。つまり、撮像制御部７１は、撮像対象物８に対する胴付き面５５の高さ位置が同焦点距離Ａとなるよう、レンズ部５１を移動させる。移動後の胴付き面５５の高さ位置が、基準高さとされる。なお、レンズ部５１の同焦点距離Ａは、一般に当該レンズ部５１のスペックにより既知であるので、そのスペックに基づいた移動量が設定される。もちろん、撮像光軸ＡＸ上に透光性部材８２を除いた状態での撮像を行わせ、画像処理部７２にコントラスト検出方式にて合焦位置を選定させることで、胴付き面５５を基準高さに設定しても良い。

続いて、撮像制御部７１は、撮像光軸ＡＸ上に透光性部材８２を介在させた状態において撮像対象物８との相対距離を変化させながら、カメラユニット５に撮像対象物８を複数回撮像させる。図６の例では、撮像制御部７１は、レンズ部５１を撮像対象物８から徐々に遠ざかる方向に所定のピッチで移動させつつ、カメラ本体５２に前記ピッチ毎に撮像対象物８の画像を撮像させる。そして、画像処理部７２に、コントラスト検出方式にて合焦位置を選定させる。そして、演算部７５は、前記複数回の撮像で得られた画像情報に基づいて、撮像対象物８に対する焦点延長量αを導出する。具体的には演算部７５は、透光性部材８２が介在しない場合の胴付き面５５の高さ位置と、透光性部材８２を介在させた状態で合焦画像が得られたときの胴付き面５５の高さ位置との差分から、焦点延長量αを算出するものである。

以下、上記撮像システムＳの、細胞移動装置Ｓ０の各所に対する適用例を示す。
［第１適用例］
図７は、撮像システムＳの第１適用例を示す図である。第１適用例では、撮像対象物がヘッド６３に装着されたチップ６であって、その先端開口部６ｔの高さ位置を測定する例を示す。先ず、ステップＳ１１に示すように、供試用のチップ６の先端開口部６ｔに対して、レンズ部５１が合焦するときの胴付き面５５の高さ位置を基準高さＨとする。撮像制御部７１は、サーボモータ５４を制御して、この基準高さＨにレンズ部５１の胴付き面５５を位置させる。基準高さＨの値は、記憶部７３に格納される。

次に、ステップＳ１２に示すように、撮像システムＳを用いた焦点延長量αの測定が行われる。既述の通り本実施形態の細胞移動装置Ｓ０では、カメラユニット５は、撮像ピット１７直下のチップ撮像位置Ｐ２１において、透明な基台１を介してチップ６の先端開口部６ｔを撮像する。従って、撮像制御部７１は、撮像光軸ＡＸ上に基台１を介在させた状態において供試用のチップ６との上下方向の相対距離を変化させながら、カメラユニット５にチップ６の少なくとも先端開口部６ｔを含む領域を複数回撮像させる。なお、規定高さに配置されたダミーチップ等を撮像するようにしても良い。

基台１の介在により、レンズ部５１の合焦位置は遠ざかる。従って、撮像制御部７１は、レンズ部５１をチップ６から徐々に遠ざかる方向に所定のピッチで移動させつつ、カメラ本体５２に前記ピッチ毎にチップ６の画像を撮像させる。画像処理部７２は、前記ピッチ毎に得られたチップ６の画像より、コントラスト検出方式にて合焦位置を選定する。演算部７５は、前記基準高さＨと、基台１を介在させた状態にて合焦画像が得られたときの胴付き面５５の高さ位置との差分から、焦点延長量αを算出する。この場合、（Ｈ−α）が、修正された基準高さ位置、つまり理論合焦高さとなる。なお、（Ｈ−α）におけるマイナスの符号は、焦点位置が遠ざかる分だけレンズ部５１を下降させる意味におけるマイナスである。正規サイズのチップが正規にヘッド６３に装着されており、ヘッド６３が正規の動作量で下降すれば、修正された基準高さ位置（Ｈ−α）において先端開口部６ｔに合焦することになる。

続いて、ステップＳ１３に示すように、得られた（Ｈ−α）の値は、ユーザーにより入力部７４から記憶部７３へ格納される。演算部７５は、記憶部７３から（Ｈ−α）の値を読み出し、撮像制御部７１にレンズ部５１の移動目標位置としてデータを与える。そして、測定対象となるチップ６を装着したヘッド６３が所定の高さ位置まで下降される。この測定対象チップ６にレンズ部５１の撮像光軸ＡＸが位置合わせされた状態で、撮像制御部７１は、サーボモータ５４に対して前記移動目標位置に基づきサーボ制御を行い、胴付き面５５を理論合焦高さである（Ｈ−α）の位置へ移動させる。

そして、ステップＳ１４に示すように、先端開口部６ｔの実際の高さ位置がコントラスト検出方式にて実測される。すなわち、撮像制御部７１は、前記（Ｈ−α）の位置を基準としてレンズ部５１を上下方向に所定のピッチで移動させつつ、カメラ本体５２に前記ピッチ毎にチップ６の画像を撮像させる。そして、画像処理部７２が、コントラスト検出方式により合焦位置を選定する。この合焦位置における胴付き面５５の高さ位置が、先端開口部６ｔの実際の高さ位置に相当する実測高さｈと扱われる。演算部７５は、この実測高さｈと、理論合焦高さ（Ｈ−α）とから、測定対象チップ６（ヘッド６３）の昇降制御における補正値を導出する。

具体的には演算部７５は、
補正値＝ｈ−（Ｈ−α）
の式に基づき、測定対象チップ６の補正値を求める。以下、他のヘッド６３に装着されたチップ６についても、ステップＳ１３、Ｓ１４の動作が繰り返され、各々のチップ６についての補正値が同様にして求められる。得られた補正値は記憶部７３に格納され、ヘッド６３の昇降制御の際に参照される。

［第２適用例］
図８は、撮像システムＳの第２適用例を示す図である。第２適用例では、撮像対象物が選別容器１８に保持されたディッシュ２であって、そのディッシュ２の高さ位置を測定する例を示す。先ず、ステップＳ２１に示すように、選別容器１８が載置される基台１の上面に対して、レンズ部５１が合焦する位置を基準高さＴとする。撮像制御部７１は、サーボモータ５４を制御して、この基準高さＴにレンズ部５１の胴付き面５５を位置させる。基準高さＴの値は、記憶部７３に格納される。この基準高さＴは、基台１による焦点延長量を既に含んだ値となる。

次に、ステップＳ２２に示すように、撮像システムＳを用いた焦点延長量αの測定が行われる。選別容器１８は、上面１８Ｕ（第１面）と裏面１８Ｂ（第２面）とを有し、上面１８Ｕ側にディッシュ２（保持部）を有している。本実施形態の細胞移動装置Ｓ０では、カメラユニット５は、選別部１３下のディッシュ撮像位置Ｐ２２において、透明な基台１を介して、選別容器１８の裏面１８Ｂ側からディッシュ２を撮像する。

ステップＳ２１で得た基準高さＴは、基台１の上面の高さ、つまり選別容器１８の裏面１８Ｂの高さである。ディッシュ２は、選別容器１８において裏面１８Ｂ（底壁）から離間した高い位置に配置されている。このため、ディッシュ２の配置高さの設計値ｍを予め取得し、ステップＳ２１の基準高さＴを、（Ｔ＋ｍ）に修正する。

焦点延長量αの測定に際しては、基台１に載置された選別容器１８に、ディッシュ２が浸されるように培地Ｌが注液される。つまり、本適用例では、透光性部材は選別容器１８の底壁及び培地Ｌである。そして、撮像制御部７１は、撮像光軸ＡＸ上に基台１、選別容器１８及び培地Ｌを介在させた状態において、選別容器１８との上下方向の相対距離を変化させながら、カメラユニット５に選別容器１８の少なくともディッシュ２を含む領域を複数回撮像させる。すなわち、撮像制御部７１は、レンズ部５１を選別容器１８に対して徐々に遠ざかる方向又は近づく方向に所定のピッチで移動させつつ、カメラ本体５２に前記ピッチ毎に選別容器１８の画像を撮像させる。

画像処理部７２は、前記ピッチ毎に得られた選別容器１８の画像より、コントラスト検出方式にてディッシュ２の合焦位置を選定する。ディッシュ２は、上下方向に厚みを持つため、適宜な箇所が焦点位置として選択される。例えば、ディッシュ２の境界部３５は、保持凹部３同士を区画する稜線であって、画像上でエッジとして検出し易いので、境界部３５を焦点位置として選択することが望ましい。

演算部７５は、前記基準高さ（Ｔ＋ｍ）と、選別容器１８を介在させた状態にて合焦画像が得られたときの胴付き面５５の高さ位置との差分から、焦点延長量αを算出する。この場合、（Ｔ＋ｍ−α）が、修正された基準高さ位置、つまりディッシュ２に対する理論合焦高さとなる。

続いて、ステップＳ２３に示すように、得られた（Ｔ＋ｍ−α）の値は、ユーザーにより入力部７４から記憶部７３へ格納される。演算部７５は、記憶部７３から（Ｔ＋ｍ−α）の値を読み出し、撮像制御部７１にレンズ部５１の移動目標位置としてデータを与える。そして、測定対象となるディッシュ２を保持した選別容器１８が、基台１上に載置される。この測定対象のディッシュ２にレンズ部５１の撮像光軸ＡＸが位置合わせされた状態で、撮像制御部７１は、サーボモータ５４に対して前記移動目標位置に基づきサーボ制御を行い、胴付き面５５を理論合焦高さである（Ｔ＋ｍ−α）の位置へ移動させる。

そして、ステップＳ２４に示すように、ディッシュ２の実際の高さ位置がコントラスト検出方式にて実測される。すなわち、撮像制御部７１は、前記（Ｔ＋ｍ−α）の位置を基準としてレンズ部５１を上下方向に所定のピッチで移動させつつ、カメラ本体５２に前記ピッチ毎に、選別容器１８の培地Ｌ中に浸漬されたディッシュ２の画像を撮像させる。そして、画像処理部７２が、コントラスト検出方式により合焦位置を選定する。この合焦位置における胴付き面５５の高さ位置が、ディッシュ２の実際の高さ位置に相当する実測高さｈと扱われる。

演算部７５は、この実測高さｈと、理論合焦高さ（Ｔ＋ｍ−α）とから、ディッシュ２に対するヘッド６３の昇降制御の際に用いる補正値を導出する。演算部７５は、
補正値＝ｈ−（Ｔ＋ｍ−α）
の式に基づき、ディッシュ２の高さ位置についての補正値を求める。得られた補正値は記憶部７３に格納される。

図２に示すように、ディッシュ２は所定の縦×横のサイズを有する薄いプレート状の部材である。このため、ディッシュ２には傾きや反り等が生じたり、肉厚のバラツキがプレート面方向において存在していたりする場合がある。従って、一つの保持凹部３の位置についてステップＳ２４の実測を行っただけでは、全ての保持凹部３について適正な補正値が得られない場合がある。この場合、一つの保持凹部３を囲んでいる境界部３５だけを焦点位置とするのではなく、複数の保持凹部３の境界部３５を焦点位置とすることが望ましい。例えば、ディッシュ２の四隅の保持凹部３及び中央の保持凹部３の境界部３５についてステップＳ２４の実測を行い、各々補正値を求める。残りの保持凹部３については、実測して得た５つの補正値からディッシュ２の傾き等の傾向を取得し、補完計算にて補正値を求めることができる。

［第３適用例］
図９は、撮像システムＳの第３適用例を示す図である。第３適用例では、撮像対象物がシャーレのような透光性容器８１に保持された細胞Ｃであって、その細胞Ｃの高さ位置を測定する例を示す。先ず、ステップＳ３１に示すように、透光性容器８１が載置される透光性部材８２（細胞移動装置Ｓ０の基台１であっても良い）の上面に対して、レンズ部５１が合焦する位置を基準高さＴとする。撮像制御部７１は、サーボモータ５４を制御して、この基準高さＴにレンズ部５１の胴付き面５５を位置させる。基準高さＴの値は、記憶部７３に格納される。この基準高さＴは、透光性部材８２による焦点延長量を既に含んだ値となる。

次に、ステップＳ３２に示すように、撮像システムＳを用いた焦点延長量αの測定が行われる。透光性容器８１は上面が開口し、底壁８１Ｂを備えている。カメラユニット５は、選別部１３下のディッシュ撮像位置Ｐ２２において、透光性部材８２を介して、透光性容器８１の底壁８１Ｂを通して細胞Ｃを撮像する。

ステップＳ３１で得た基準高さＴは、透光性部材８２の上面の高さ、つまり透光性容器８１の底壁下面８１２の高さである。一方、細胞Ｃが接面するのは底壁８１Ｂ（保持部）の底壁上面８１１、つまり容器底面である。このため、底壁８１Ｂの厚さ、つまり底壁上面８１１の高さｂを設計値又は実測により取得し、ステップＳ３１の基準高さＴを、（Ｔ＋ｂ）に修正する。

焦点延長量αの測定に際しては、撮像制御部７１は、撮像光軸ＡＸ上に透光性容器８１及び透光性部材８２を介在させた状態において、透光性容器８１との上下方向の相対距離を変化させながら、カメラユニット５に透光性容器８１の底壁８１Ｂを含む領域を複数回撮像させる。すなわち、撮像制御部７１は、レンズ部５１を透光性容器８１に対して徐々に遠ざかる方向又は近づく方向に所定のピッチで移動させつつ、カメラ本体５２に前記ピッチ毎に透光性容器８１の画像を撮像させる。画像処理部７２は、前記ピッチ毎に得られた透光性容器８１の画像より、コントラスト検出方式にて底壁上面８１１の合焦位置を選定する。

演算部７５は、前記基準高さ（Ｔ＋ｂ）と、底壁上面８１１の合焦画像が得られたときの胴付き面５５の高さ位置との差分から、焦点延長量αを算出する。この場合、（Ｔ＋ｂ−α）が、修正された基準高さ位置、つまり細胞Ｃが接面する底壁上面８１１の理論合焦高さとなる。

続いて、ステップＳ３３に示すように、得られた（Ｔ＋ｂ−α）の値は、ユーザーにより入力部７４から記憶部７３へ格納される。演算部７５は、記憶部７３から（Ｔ＋ｂ−α）の値を読み出し、撮像制御部７１にレンズ部５１の移動目標位置としてデータを与える。そして、測定対象となる細胞Ｃを収容した透光性容器８１が、透光性部材８２の上に載置される。この測定対象の透光性容器８１にレンズ部５１の撮像光軸ＡＸが位置合わせされた状態で、撮像制御部７１は、サーボモータ５４に対して前記移動目標位置に基づきサーボ制御を行い、胴付き面５５を理論合焦高さである（Ｔ＋ｂ−α）の位置へ移動させる。

そして、ステップＳ３４に示すように、透光性容器８１中に収容された各細胞Ｃの高さ位置が、コントラスト検出方式にて測定される。すなわち、撮像制御部７１は、前記（Ｔ＋ｂ−α）の位置を基準としてレンズ部５１を上方向に所定のピッチで移動させつつ、カメラ本体５２に前記ピッチ毎に、撮像対象の細胞Ｃの画像を撮像させる。そして、画像処理部７２が、コントラスト検出方式により合焦位置を選定する。この合焦位置における胴付き面５５の高さ位置が、撮像対象の細胞Ｃの高さｈと扱われる。

演算部７５は、この実測高さｈと、理論合焦高さ（Ｔ＋ｂ−α）とから、細胞Ｃの高さ位置の補正値を導出する。つまり、細胞Ｃが底壁上面８１１よりもどれだけ上方に位置しているかを示す補正値を算出する。演算部７５は、
補正値＝ｈ−（Ｔ＋ｂ−α）
の式に基づき、細胞Ｃの高さ位置についての補正値を求める。得られた補正値は記憶部７３に格納される。透光性容器８１中に収容されている他の細胞Ｃについても、同様にして高さ位置が求められる。これら補正値は、透光性容器８１からの細胞Ｃのピッキングの際などに用いられる。

［第４適用例］
図１０〜図１２は、撮像システムＳの第４適用例を説明するための図である。第４適用例では、光像を変形させる光学効果を備えた透光性部材を介して撮像対象物を撮像した場合においても、当該撮像対象物のサイズを正しく把握できるようにする例を示す。すなわち、第４適用例では、カメラユニット５が取得した画像情報に基づいて、撮像対象物のサイズに関するデータを演算部７５が求める例を示す。

図１０は、前記光学効果を備えた透光性部材を通して撮像対象物８Ａ、８Ｂを撮像した場合の、画像上における当該対象物の変形を示す図である。ここでは、前記透光性部材が、半球状の透明湾曲部材８３からなる例を示している。透明湾曲部材８３は、例えばウェル４１が備える半球状の底壁であり、その上面（第１面）が撮像対象物８Ａ、８Ｂの保持部、下面（第２面）がカメラユニット５から撮像される面である。透明湾曲部材８３の上面側に、撮像対象物８Ａ、８Ｂが各々接面しているものであって、撮像対象物８Ａは透明湾曲部材８３の最深部に、撮像対象物８Ｂは透明湾曲部材８３の側面に、各々接面しているものとする。なお、透明湾曲部材８３は、円錐や角錐等の形状であっても良い。

透明湾曲部材８３は、下側に凸の半球形状を備えるので、光像を拡大するレンズの効果を発揮する。このため、透明湾曲部材８３の下面側から撮像対象物８Ａ、８Ｂを撮像すると、これら撮像対象物８Ａ、８Ｂは、サイズが拡大された撮像対象物８０Ａ、８０Ｂとして撮像されることになる。また、撮像対象物８Ａ、８Ｂの透明湾曲部材８３への接面位置において、前記サイズの拡大の態様が異なることがある。例えば、透明湾曲部材８３の最深部に位置している撮像対象物８Ａは、レンズ効果を有する面のセンターに位置していることなるので、等方性のサイズ変化をするが、レンズ効果を有する面の端縁付近にしていることになる撮像対象物８Ｂについては、異方性のサイズ変化をする。

このように、レンズ効果を有する透明湾曲部材８３を介在した状態で撮像対象物８Ａ、８Ｂを撮像すると、実際の撮像対象物８Ａ、８Ｂのサイズが画像上で変化した撮像対象物８０Ａ、８０Ｂとして撮像されてしまう。しかし、そのサイズ変化の態様、つまりサイズの変化率（変化情報）を予め測定して取得しておけば、撮像により得られた撮像対象物８０Ａ、８０Ｂの画像データを前記変化情報に基づいて補正することによって、撮像対象物８Ａ、８Ｂとしての正しいサイズのデータを取得することができる。

図１１は、透明湾曲部材８３を通して撮像対象物８を撮像した場合の、画像上におけるサイズ変化を、保持位置ｋ１、ｋ２、ｋ３毎に示す図である。前記サイズ変化率の測定に際しては、図１０に基づき説明した通り、撮像対象物８の透明湾曲部材８３上における保持位置によってサイズ変化の態様が異なる場合があるので、撮像対象物８の保持位置を異ならせてサイズ変化率を測定することが望ましい。つまり、撮像対象物８を、透明湾曲部材８３の上面側の異なる保持位置ｋ１、ｋ２、ｋ３にそれぞれ配置し、これらを透明湾曲部材８３の下面側から撮像して各位置の撮像対象物８ｋ１、８ｋ２、８ｋ３を取得し、それぞれ如何なるサイズ変化が生じたかを把握することが望ましい。

図１２は、撮像対象物８のサイズの変化率の取得方法を説明するための図である。前記サイズ変化率の測定に際しては、撮像制御部７１は、前記撮像光軸上において、サイズが既知の供試対象物８Ｃを透明湾曲部材８３に保持させ、この透明湾曲部材８３と所定距離を置いて、カメラユニット５に少なくとも当該透明湾曲部材８３の供試対象物８Ｃが保持された領域を撮像させる。供試対象物８Ｃのｘｙ方向のサイズＲｘ、Ｒｙは既知である。一方、透明湾曲部材８３を介在させて撮像された供試対象物８ＣＡのｘｙ方向のサイズｒｘ、ｒｙは、透明湾曲部材８３の屈折率及び面形状に応じて、Ｒｘ、Ｒｙに対して変形する。

演算部７５は、前記撮像で得られた画像に基づく供試対象物８ＣＡのサイズと、既知である実際の供試対象物８Ｃのサイズとを比較することで、サイズ変化率を導出する。すなわち、演算部７５は、次式；
Ｘ方向の変化率＝ｒｘ／Ｒｘ、 Ｙ方向の変化率＝ｒｙ／Ｒｙ
に基づいて、ＸＹ方向のサイズ変化率を求める。図１２では、図１１に示した保持位置ｋ２におけるサイズ変化率が求められている例を示しているが、同様にして、保持位置ｋ２、ｋ３についても、さらに必要に応じてｋ１〜ｋ３以外の他の保持位置についても、演算部７５はサイズ変化率を求める。得られたサイズ変化率は記憶部７３に格納される。これらサイズ変化率は、透明湾曲部材８３に保持された撮像対象物８を撮像したそのサイズを求める際に、撮像対象物８の保持位置に応じて、サイズの補正に適用される。

この第４適用例によれば、前記撮像で得られた画像に基づく供試対象物８ＣＡのサイズと既知の供試対象物８Ｃのサイズとの比較によって、現に光路がレンズ効果を備えた容器（透明湾曲部材８３）を通過したことによって前記サイズがどの様に変化したかを把握することができる。従って、迅速且つ正確にサイズ変化率を導出することができ、しかも撮像システムＳを用いることからサイズ変化率の取得のために余分なコストを掛けずに済む。また、供試対象物８Ｃの保持位置毎にサイズ変化率が導出されるので、各々の保持位置に応じたサイズデータの補正を行わせることができる。

以上説明した本発明に係る撮像システムＳによれば、透光性部材を介在して細胞Ｃのような撮像対象物を撮像する場合に、演算部７５は、焦点延長量αや前記サイズ変化率のような変化情報を取得して前記撮像対象物の位置及び／又はサイズに関するデータを補正する。従って、前記透光性部材の介在によって光路が屈折し、焦点延長（撮像の条件変化）や前記撮像対象物の画像上の変化（サイズ変化）が生じても、その変化分を補正により打ち消して、前記位置及び／又はサイズを的確に求めることができる。

なお、上記第１〜第３適用例では、前記変化情報として焦点延長量αを求める例を、第４適用例では前記サイズ変化率を求める例を各々示した。これらは、複合的に求められても良い。例えば、上記第１〜第３適用例において、さらに、上記第４適用例で示したサイズ変化率を求めるようにしても良い。

なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。

本発明の一局面に係る撮像システムは、撮像光軸上の撮像対象物を撮像する撮像装置と、前記撮像により前記撮像装置が取得した画像情報に基づいて、前記撮像対象物の位置及び／又はサイズに関するデータを求める演算部と、を備え、前記演算部は、前記撮像において前記撮像光軸上に透光性部材が介在する場合に、前記透光性部材の介在による前記撮像の条件変化及び／又は前記撮像対象物の画像上の変化に関する変化情報を取得し、前記データを前記変化情報に基づいて補正することを特徴とする。

この撮像システムによれば、前記透光性部材が介在する撮像となる場合に、前記演算部は前記変化情報を取得して前記撮像対象物の位置及び／又はサイズに関するデータを補正する。従って、前記透光性部材の介在によって光路が屈折し、前記撮像の条件変化や前記撮像対象物の画像上の変化が生じても、その変化分を打ち消して、前記データを的確に求めることができる。

上記の撮像システムにおいて、前記変化情報は、前記透光性部材が介在しない場合における前記撮像対象物に対する前記撮像装置の焦点位置と、前記透光性部材が介在している場合における前記撮像対象物に対する前記撮像装置の焦点位置とで定まる焦点延長量であることが望ましい。

撮像光軸上に透光性部材が介在すると、当該透光性部材を通過する際の屈折によって焦点距離が延びる。上記の撮像システムによれば、前記焦点延長量を前記変化情報と扱うことで、前記データを的確に補正することができる。なお、前記焦点延長量は、当該撮像システムや他の撮像装置を用いて実測したものでも、当該透光性部材の屈折率等の物理特性に基づいて算出したものであっても良い。

上記の撮像システムにおいて、前記変化情報は、前記撮像対象物の実際のサイズと、前記透光性部材が介在した状態において前記撮像装置で取得される前記撮像対象物の画像上のサイズとの間の変化率であることが望ましい。

例えば、前記透光性部材が曲面を具備している場合には、当該透光性部材を通した前記撮像対象物の光像は実際の形状に対して変形して観察されることになる。上記の撮像システムによれば、前記サイズの変化率を前記変化情報と扱うことで、前記データを的確に補正することができる。なお、前記変化率は、当該撮像システムや他の撮像装置を用いて実測したものでも、当該透光性部材の曲面形状等に基づいて算出したものであっても良い。

上記の撮像システムにおいて、前記撮像装置の動作を制御する撮像制御部をさらに備え、前記撮像制御部は、前記撮像光軸上に前記透光性部材を介在させた状態において前記撮像対象物との相対距離を変化させながら、前記撮像装置に前記撮像対象物を複数回撮像させ、前記演算部は、前記複数回の撮像で得られた画像情報に基づいて、前記撮像対象物に対する前記焦点延長量を導出することが望ましい。

この撮像システムによれば、当該撮像システムが備える前記撮像装置を用いた実測によって前記焦点延長量を取得することができる。従って、迅速且つ正確に前記焦点延長量を求めることができ、しかも前記焦点延長量の取得のために余分なコストを掛けずに済む。

上記の撮像システムにおいて、前記撮像装置の動作を制御する撮像制御部をさらに備え、前記撮像対象物は、物体を吸引及び吐出するチップの先端開口部であり、前記撮像装置は、前記透光性部材を介して前記先端開口部を撮像するものであって、前記撮像制御部は、前記撮像光軸上に前記透光性部材を介在させた状態において前記チップとの相対距離を変化させながら、前記撮像装置に前記チップの少なくとも前記先端開口部を含む領域を複数回撮像させ、前記演算部は、前記複数回の撮像で得られた画像情報に基づいて、前記先端開口部に対する前記焦点延長量を導出することが望ましい。

この撮像システムによれば、前記複数回の撮像で得られた画像情報の中から、前記透光性部材が介在する場合における前記チップの先端開口部の合焦画像を特定し、その合焦画像が得られた焦点距離と前記透光性部材が介在しない場合の焦点距離との比較により、前記焦点延長量を容易に導出することができる。

上記の撮像システムにおいて、前記撮像装置の動作を制御する撮像制御部をさらに備え、前記透光性部材は第１面及びその反対側の第２面を有し、前記撮像対象物を保持する保持部を前記第１面側に有する透光性の容器であり、前記撮像装置は、前記容器の前記第２面側から前記撮像対象物を撮像するものであって、前記撮像制御部は、前記撮像光軸上において前記容器との相対距離を変化させながら、前記撮像装置に前記容器の少なくとも前記保持部を含む領域を複数回撮像させ、前記演算部は、前記複数回の撮像で得られた画像情報に基づいて、前記保持部に対する前記焦点延長量を導出することが望ましい。

この撮像システムによれば、前記複数回の撮像で得られた画像情報の中から、前記透光性部材としての前記容器を通した前記保持部の合焦画像を特定し、その合焦画像が得られた焦点距離と前記容器が介在しない場合の焦点距離との比較により、前記焦点延長量を容易に導出することができる。

上記の撮像システムにおいて、前記透光性部材は、前記容器に加え、前記容器が載置される透光性の基台を含み、前記撮像装置は、前記基台を通して前記容器を撮像することが望ましい。

この撮像システムによれば、前記撮像光軸上に前記容器及び前記基台が介在することによる複合的な前記焦点延長量を、前記撮像装置を用いた実測によって容易に導出することができる。

上記の撮像システムにおいて、前記保持部は、前記容器の底壁から離間した位置で支持され、前記透光性部材として、前記保持部が浸されるように前記容器に注液された透光性の液体をさらに含んでいても良い。

この撮像システムによれば、前記撮像光軸上に前記容器及び前記透光性の液体の二者、若しくは、前記容器、前記基台及び前記透光性の液体の三者が介在することによる複合的な前記焦点延長量を、前記撮像装置を用いた実測によって容易に導出することができる。

上記の撮像システムにおいて、前記撮像装置の動作を制御する撮像制御部をさらに備え、前記透光性部材は第１面及びその反対側の第２面を有し、前記撮像対象物を保持する保持部を前記第１面側に有し、前記保持部が光像を変形させる光学効果を備えた透光性の容器であり、前記撮像装置は、前記容器の前記第２面側から前記撮像対象物を撮像するものであって、前記撮像制御部は、前記撮像光軸上において、サイズが既知の供試対象物を前記保持部に保持させた前記容器と所定距離を置いて、前記撮像装置に前記容器の少なくとも前記保持部を含む領域を撮像させ、前記演算部は、前記撮像で得られた画像に基づく前記供試対象物のサイズと、前記既知のサイズとを比較することで、前記変化率を導出することが望ましい。

この撮像システムによれば、前記撮像で得られた画像に基づく前記供試対象物のサイズと前記既知のサイズとの比較によって、現に光路が前記光学効果を備えた前記容器を通過したことによって前記サイズがどの様に変化したかを把握することができる。従って、迅速且つ正確に前記変化率を導出することができ、しかも前記変化率の取得のために余分なコストを掛けずに済む。

この場合、前記撮像制御部は、前記供試対象物の前記保持部における保持位置を異ならせて前記撮像装置に前記撮像を行わせ、前記演算部は、前記保持位置毎に前記変化率を導出することが望ましい。

前記容器や前記保持部の形状によっては、前記保持位置によって変化率が相違する場合がある。上記の撮像システムによれば、前記保持位置毎に前記変化率が導出されるので、
各々の保持位置に応じた前記補正を行わせることが可能となる。

上記の撮像システムにおいて、前記撮像対象物又は前記物体を細胞又は細胞凝集塊とすることは、本発明の望ましい適用用途である。

以上説明した本発明によれば、撮像光軸上に透光性部材を介在した状態で撮像対象物を撮像する場合であっても、前記撮像対象物の位置及び／又はサイズを的確に求めることができる撮像システムを提供することができる。

Claims (10)

1. 細胞又は細胞凝集塊を移動させる細胞移動装置において撮像対象物の位置及び／又はサイズを画像情報に基づいて把握するために適用される撮像システムであって、
   撮像光軸上の前記撮像対象物を撮像する撮像装置と、
   前記撮像により前記撮像装置が取得した画像情報に基づいて、前記撮像対象物の位置及び／又はサイズに関するデータを求める演算部と、を備え、
   前記演算部は、前記撮像において前記撮像光軸上に透光性部材が介在する場合に、前記透光性部材の介在による前記撮像の条件変化及び／又は前記撮像対象物の画像上の変化に関する変化情報を取得し、前記データを前記変化情報に基づいて補正するものであり、
   前記変化情報は、前記透光性部材が介在しない場合における前記撮像対象物に対する前記撮像装置の焦点位置と、前記透光性部材が介在している場合における前記撮像対象物に対する前記撮像装置の焦点位置とで定まる焦点延長量である、
   ことを特徴とする撮像システム。
2. 請求項１に記載の撮像システムにおいて、
   前記撮像装置の動作を制御する撮像制御部をさらに備え、
   前記撮像制御部は、前記撮像光軸上に前記透光性部材を介在させた状態において前記撮像対象物との相対距離を変化させながら、前記撮像装置に前記撮像対象物を複数回撮像させ、
   前記演算部は、前記複数回の撮像で得られた画像情報に基づいて、前記撮像対象物に対する前記焦点延長量を導出する、撮像システム。
3. 請求項１に記載の撮像システムにおいて、
   前記撮像装置の動作を制御する撮像制御部をさらに備え、
   前記撮像対象物は、物体を吸引及び吐出するチップの先端開口部であり、前記撮像装置は、前記透光性部材を介して前記先端開口部を撮像するものであって、
   前記撮像制御部は、前記撮像光軸上に前記透光性部材を介在させた状態において前記チップとの相対距離を変化させながら、前記撮像装置に前記チップの少なくとも前記先端開口部を含む領域を複数回撮像させ、
   前記演算部は、前記複数回の撮像で得られた画像情報に基づいて、前記先端開口部に対する前記焦点延長量を導出する、撮像システム。
4. 請求項１に記載の撮像システムにおいて、
   前記撮像装置の動作を制御する撮像制御部をさらに備え、
   前記透光性部材は第１面及びその反対側の第２面を有し、前記撮像対象物を保持する保持部を前記第１面側に有する透光性の容器であり、前記撮像装置は、前記容器の前記第２面側から前記撮像対象物を撮像するものであって、
   前記撮像制御部は、前記撮像光軸上において前記容器との相対距離を変化させながら、前記撮像装置に前記容器の少なくとも前記保持部を含む領域を複数回撮像させ、
   前記演算部は、前記複数回の撮像で得られた画像情報に基づいて、前記保持部に対する前記焦点延長量を導出する、撮像システム。
5. 請求項４に記載の撮像システムにおいて、
   前記透光性部材は、前記容器に加え、前記容器が載置される透光性の基台を含み、
   前記撮像装置は、前記基台を通して前記容器を撮像する、撮像システム。
6. 請求項４又は５に記載の撮像システムにおいて、
   前記保持部は、前記容器の底壁から離間した位置で支持され、
   前記透光性部材として、前記保持部が浸されるように前記容器に注液された透光性の液体をさらに含む、撮像システム。
7. 撮像光軸上の撮像対象物を撮像する撮像装置と、
   前記撮像により前記撮像装置が取得した画像情報に基づいて、前記撮像対象物の位置及び／又はサイズに関するデータを求める演算部と、を備え、
   前記演算部は、前記撮像において前記撮像光軸上に透光性部材が介在する場合に、前記透光性部材の介在による前記撮像の条件変化及び／又は前記撮像対象物の画像上の変化に関する変化情報を取得し、前記データを前記変化情報に基づいて補正するものであり、
   前記変化情報は、前記撮像対象物の実際のサイズと、前記透光性部材が介在した状態において前記撮像装置で取得される前記撮像対象物の画像上のサイズとの間の変化率であって、
   前記撮像装置の動作を制御する撮像制御部をさらに備え、
   前記透光性部材は第１面及びその反対側の第２面を有し、前記撮像対象物を保持する保持部を前記第１面側に有し、前記保持部が光像を変形させる光学効果を備えた透光性の容器であり、前記撮像装置は、前記容器の前記第２面側から前記撮像対象物を撮像するものであって、
   前記撮像制御部は、前記撮像光軸上において、サイズが既知の供試対象物を前記保持部に保持させた前記容器と所定距離を置いて、前記撮像装置に前記容器の少なくとも前記保持部を含む領域を撮像させ、
   前記演算部は、前記撮像で得られた画像に基づく前記供試対象物のサイズと、前記既知のサイズとを比較することで、前記変化率を導出する、撮像システム。
8. 請求項７に記載の撮像システムにおいて、
   前記撮像制御部は、前記供試対象物の前記保持部における保持位置を異ならせて前記撮像装置に前記撮像を行わせ、
   前記演算部は、前記保持位置毎に前記変化率を導出する、撮像システム。
9. 請求項１、２、４〜８のいずれか１項に記載の撮像システムにおいて、
   前記撮像対象物が細胞又は細胞凝集塊である、撮像システム。
10. 請求項３に記載の撮像システムにおいて、
    前記物体が細胞又は細胞凝集塊である、撮像システム。

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