KR102116199B1 - 관찰 장치 및 방법과 관찰 장치 제어 프로그램 - Google Patents

Abstract

관찰 영역마다의 오토 포커스 제어를 고속화하고, 관찰 영역의 주사 시간을 단축 가능한 관찰 장치 및 방법과 관찰 제어 프로그램을 제공한다. 스테이지(51)과, 대물 렌즈를 갖는 결상 광학계(14)와, 배양 용기(50)의 연직 방향의 위치를 검출하는 변위 센서(18a, 18b)를 갖는 검출부(18)과, 배양 용기(50)의 연직 방향의 위치에 근거하여, 결상 광학계 구동부(15)를 제어하여 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는 결상 광학계 제어부(21)과, 스테이지(51)을, 주주사 방향 및 부주사 방향으로 이동시키고, 또한 주주사 방향에 대하여 왕복 이동시키는 수평 방향 구동부(17)을 구비하며, 검출부(18)이, 배양 용기(50)에 대한 결상 광학계(14)의 관찰 영역의 위치보다 관찰 영역의 이동 방향 전측의 위치에 있어서 배양 용기(50)의 연직 방향의 위치를 검출하고, 또한 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라 사용하는 변위 센서를 전환한다.

Description

관찰 장치 및 방법과 관찰 장치 제어 프로그램

본 발명은, 관찰 대상이 수용된 용기가 설치된 스테이지와, 관찰 대상의 상(像)을 결상시키는 결상 광학계를 상대적으로 이동시킴으로써, 관찰 대상 전체의 상을 관찰하는 관찰 장치 및 방법과 관찰 장치 제어 프로그램에 관한 것이다.

종래, ES(Embryonic Stem) 세포 및 iPS(Induced Pluripotent Stem) 세포 등의 다능성 줄기 세포나 분화 유도된 세포 등을 현미경 등으로 촬상하고, 그 화상의 특징을 파악함으로써 세포의 분화 상태 등을 판정하는 방법이 제안되고 있다.

ES 세포 및 iPS 세포 등의 다능성 줄기 세포는, 다양한 조직의 세포로 분화하는 능력을 구비한 것이며, 재생 의료, 약의 개발, 및 병의 해명 등에 있어서 응용이 가능한 것으로서 주목받고 있다.

한편, 상술한 바와 같이 세포를 현미경으로 촬상할 때, 고배율인 광시야 화상을 취득하기 위하여, 예를 들면 웰 플레이트 등의 배양 용기의 범위 내를 결상 광학계의 관찰 영역에 의하여 주사하여, 관찰 영역마다의 화상을 촬상한 후, 그 관찰 영역마다의 화상을 결합하는, 이른바 타일링 촬영을 행하는 것이 제안되고 있다.

일본 공개특허공보 2011-81211호

여기에서, 상술한 바와 같은 관찰 영역마다의 화상을 촬상할 때, 배양 용기의 바닥면에 결상 광학계의 초점 위치를 맞추는 경우가 많지만, 배양 용기의 바닥부의 두께에는, 밀리오더에서의 제조 공차가 있어, 고배율인 촬영을 행하는 경우에는, 관찰 영역마다 초점 위치를 맞출 필요가 있다. 한편, 세포의 촬영 시간은 짧은 것이 바람직하고, 고속 촬영 가능한 장치가 요망되고 있다.

그러나, 종래의 오토 포커스 제어 방법에서는, 관찰 영역마다 2초 정도의 시간을 필요로 하고, 예를 들면 관찰 영역의 수가 300인 경우에는, 오토 포커스 제어에 필요로 하는 시간에만 100분이 소요되게 되어, 고속 촬영이 불가능했다.

특허문헌 1에 있어서는, 촬영 시간을 단축하기 위하여, 어느 관찰 영역의 화상을 촬상하고 있는 시점에 있어서, 그 관찰 영역에 인접하는 영역에서 초점 위치를 선행하여 계측해 두고, 그 미리 계측된 초점 위치를 이용하여 포커스 제어를 행하여 화상의 촬상을 행하는 방법이 제안되고 있다.

그러나, 특허문헌 1에 있어서는, 초점 위치를 계측할 때, 역시 종래의 오토 포커스 제어의 경우와 동일하게, 상기 관찰 영역에 인접하는 영역의 화상을 촬상하고, 그 화상의 콘트라스트에 근거하여 초점 위치를 계측하고 있기 때문에, 연산 처리에 시간이 소요된다. 따라서, 스테이지를 고속으로 이동시킨 경우에는, 관찰 영역이 계측 위치에 도달한 시점에 있어서 연산 처리 및 그 연산 처리 결과에 근거하는 오토 포커스 제어가 늦을 가능성이 있다.

또, 특허문헌 1에서는, 관찰 영역을 일 방향에만 주사하는 방법밖에 제안되어 있지 않고, 이와 같이 일 방향만의 주사에서는, 주사 시간이 매우 길어진다.

본 발명은, 상기의 문제를 감안하여, 관찰 영역마다의 오토 포커스 제어를 고속화할 수 있으며, 이로써 모든 범위의 관찰 영역의 주사 시간을 단축할 수 있는 관찰 장치 및 방법과 관찰 제어 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 관찰 장치는, 관찰 대상이 수용된 용기가 설치되는 스테이지와, 용기 내의 관찰 대상의 상을 결상시키는 대물 렌즈를 갖는 결상 광학계와, 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는 결상 광학계 구동부와, 스테이지에 설치된 용기의 연직 방향의 위치를 검출하는 적어도 1개의 변위 센서를 갖는 검출부와, 검출부에 의하여 검출된 용기의 연직 방향의 위치에 근거하여, 결상 광학계 구동부를 제어하는 결상 광학계 제어부와, 스테이지 및 결상 광학계 중 적어도 한쪽을, 수평면 내의 주주사 방향 및 주주사 방향에 직교하는 부주사 방향으로 이동시키고, 또한 상기 적어도 한쪽을 주주사 방향에 대하여 왕복 이동시키는 수평 방향 구동부와, 수평 방향 구동부를 제어하는 주사 제어부를 구비하며, 검출부가, 용기에 대한 결상 광학계의 관찰 영역의 위치보다 관찰 영역의 이동 방향 전측의 위치에 있어서 용기의 연직 방향의 위치를 검출하고, 또한 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 변위 센서의 주주사 방향의 위치 또는 사용하는 변위 센서를 전환한다.

또, 상기 본 발명의 관찰 장치에 있어서, 검출부는, 대물 렌즈를 사이에 두고 주주사 방향에 대하여 나열하여 마련된 적어도 2개의 변위 센서를 갖고, 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 사용하는 변위 센서를 전환할 수 있다.

또, 상기 본 발명의 관찰 장치에 있어서, 검출부는, 대물 렌즈를 사이에 두고 주주사 방향에 대하여 일방측과 타방측으로 변위 센서를 이동 가능한 변위 센서 이동 기구를 갖고, 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 변위 센서의 위치를 상기 일방측으로부터 상기 타방측으로 이동할 수 있다.

또, 상기 본 발명의 관찰 장치에 있어서, 변위 센서 이동 기구는, 변위 센서를 상기 일방측으로부터 상기 타방측까지 안내하는 가이드 기구를 구비할 수 있다.

또, 상기 본 발명의 관찰 장치에 있어서, 결상 광학계 제어부는, 검출부에 의하여 용기의 연직 방향의 위치가 검출된 후, 미리 설정된 시간이 경과한 시점에 있어서 결상 광학계 구동부를 제어하여 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시킬 수 있다.

또, 상기 본 발명의 관찰 장치에 있어서, 결상 광학계 제어부는, 검출부에 의하여 용기의 연직 방향의 위치가 검출된 후, 그 검출 위치에 결상 광학계의 관찰 영역이 도달한 시점 또는 검출 위치에 결상 광학계의 관찰 영역이 도달하기 직전에 있어서 결상 광학계 구동부를 제어하여 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시킬 수 있다.

또, 상기 본 발명의 관찰 장치에 있어서, 결상 광학계 제어부는, 주사 제어부에 의하여 스테이지 및 결상 광학계 중 적어도 한쪽의 이동 속도가 변경된 경우, 그 변경 후의 이동 속도에 따라, 미리 설정된 시간을 변경할 수 있다.

또, 상기 본 발명의 관찰 장치에 있어서는, 용기의 범위의 주주사 방향의 양측에, 스테이지 및 결상 광학계 중 적어도 한쪽의 주주사 방향으로의 이동의 가감속 영역을 설정하고, 그 가감속 영역의 주주사 방향의 폭과, 결상 광학계와 변위 센서와의 주주사 방향의 간격을 동일하게 하는 것이 바람직하다.

또, 상기 본 발명의 관찰 장치에 있어서는, 결상 광학계, 결상 광학계 구동부 및 변위 센서를 일체적으로 연직 방향으로 이동시키는 연직 방향 이동 기구를 구비할 수 있다.

또, 상기 본 발명의 관찰 장치에 있어서, 결상 광학계 구동부는, 압전 소자를 구비하고, 그 압전 소자를 이용하여 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시킬 수 있다.

또, 상기 본 발명의 관찰 장치에 있어서는, 변위 센서로서 레이저 변위 센서를 이용할 수 있다.

본 발명의 관찰 방법은, 관찰 대상이 수용된 용기가 설치되는 스테이지 및 용기 내의 관찰 대상의 상을 결상시키는 대물 렌즈를 갖는 결상 광학계 중 적어도 한쪽을 주주사 방향 및 주주사 방향에 직교하는 부주사 방향으로 이동시키고, 또한 상기 적어도 한쪽을 주주사 방향에 대하여 왕복 이동시키는 관찰 방법에 있어서, 용기에 대한 결상 광학계의 관찰 영역의 위치보다 관찰 영역의 이동 방향 전측의 위치에 있어서의 용기의 연직 방향의 위치를, 적어도 1개의 변위 센서를 이용하여 검출하고, 그 검출한 용기의 연직 방향의 위치에 근거하여, 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키며, 또한 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 변위 센서의 주주사 방향의 위치 또는 사용하는 변위 센서를 전환한다.

본 발명의 관찰 장치 제어 프로그램은, 관찰 대상이 수용된 용기가 설치되는 스테이지 및 용기 내의 관찰 대상의 상을 결상시키는 대물 렌즈를 갖는 결상 광학계 중 적어도 한쪽을 주주사 방향 및 주주사 방향에 직교하는 부주사 방향으로 이동시키고, 또한 상기 적어도 한쪽을 주주사 방향에 대하여 왕복 이동시키는 절차를 컴퓨터에 실행시키는 관찰 장치 제어 프로그램에 있어서, 용기에 대한 결상 광학계의 관찰 영역의 위치보다 관찰 영역의 이동 방향 전측의 위치에 있어서의 용기의 연직 방향의 위치를, 적어도 1개의 변위 센서를 이용하여 검출하는 절차와, 그 검출한 용기의 연직 방향의 위치에 근거하여, 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는 절차와, 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 변위 센서의 주주사 방향의 위치 또는 사용하는 변위 센서를 전환하는 절차를 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 관찰 장치 및 방법과 관찰 장치 제어 프로그램에 의하면, 용기가 설치되는 스테이지 및 용기 내의 관찰 대상의 상을 결상시키는 결상 광학계 중 적어도 한쪽을 주주사 방향 및 부주사 방향으로 이동시키고, 또한 상기 적어도 한쪽을 주주사 방향에 대하여 왕복 이동시킨다. 이와 같이, 주주사 방향에 대하여 스테이지 또는 결상 광학계를 왕복 이동시켜 결상 광학계의 관찰 영역을 주사함으로써, 상술한 특허문헌 1과 같은 일 방향으로만 스테이지를 이동시켜 관찰 영역을 주사하는 경우와 비교하면, 관찰 영역의 주사 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 용기에 대한 결상 광학계의 관찰 영역의 위치보다 관찰 영역의 이동 방향 전측의 위치에 있어서의 용기의 연직 방향의 위치를, 적어도 1개의 변위 센서를 이용하여 검출하고, 그 검출한 용기의 연직 방향의 위치에 근거하여, 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시킴으로써 오토 포커스 제어를 행하도록 했기 때문에, 특허문헌 1과 같이 촬상된 화상의 콘트라스트에 근거하여 오토 포커스 제어를 행하는 경우와 비교하면, 고속으로 오토 포커스 제어를 행할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 변위 센서의 주주사 방향의 위치 또는 사용하는 변위 센서를 전환하도록 했으므로, 관찰 영역을 왕복 이동시켜 주사하는 경우에 있어서도, 항상, 화상의 촬상에 선행하여 용기의 위치의 검출을 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 관찰 장치의 제1 실시형태를 이용한 현미경 관찰 시스템의 개략 구성을 나타내는 도이다.
도 2는 결상 광학계의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 스테이지의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 관찰 장치의 제1 실시형태를 이용한 현미경 관찰 시스템의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 배양 용기 내에 있어서의 관찰 영역의 주사 위치를 나타내는 도이다.
도 6은 배양 용기 내의 임의의 위치에 관찰 영역이 있는 경우에 있어서의 결상 광학계, 제1 변위 센서 및 제2 변위 센서와, 배양 용기와의 위치 관계를 나타내는 도이다.
도 7은 제1 변위 센서와 제2 변위 센서의 전환을 설명하기 위한 도이다.
도 8은 오토 포커스 제어의 타이밍의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 9는 본 발명의 관찰 장치의 제1 실시형태를 이용한 현미경 관찰 시스템의 작용을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 10은 본 발명의 관찰 장치의 제2 실시형태를 이용한 현미경 관찰 시스템의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 관찰 장치의 제2 실시형태의 검출부의 구성을 나타내는 도이다.
도 12는 본 발명의 관찰 장치의 제2 실시형태의 검출부에 있어서의 변위 센서의 위치의 변환을 설명하기 위한 도이다.
도 13은 본 발명의 관찰 장치의 제1 실시형태를 이용한 현미경 관찰 시스템에 대하여 연직 방향 이동 기구를 마련한 예를 나타내는 도이다.
도 14는 본 발명의 관찰 장치의 제2 실시형태를 이용한 현미경 관찰 시스템에 대하여 연직 방향 이동 기구를 마련한 예를 나타내는 도이다.

이하, 본 발명의 관찰 장치 및 방법과 관찰 장치 제어 프로그램의 제1 실시형태를 이용한 현미경 관찰 시스템에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 1은, 본 실시형태의 현미경 관찰 시스템에 있어서의 현미경 장치(10)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

현미경 장치(10)은, 관찰 대상인 배양된 세포의 위상차 화상을 촬상한다. 구체적으로는, 현미경 장치(10)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 백색광을 출사하는 백색광원(11)과, 콘덴서 렌즈(12)와, 슬릿판(13)과, 결상 광학계(14)와, 결상 광학계 구동부(15)와, 촬상 소자(16)과, 검출부(18)을 구비하고 있다.

슬릿판(13)은, 백색광원(11)로부터 출사된 백색광을 차광하는 차광판에 대하여 백색광을 투과하는 링 형상의 슬릿이 마련된 것이며, 백색광이 슬릿을 통과함으로써 링 형상의 조명광(L)이 형성된다.

도 2는, 결상 광학계(14)의 상세한 구성을 나타내는 도이다. 결상 광학계(14)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 위상차 렌즈(14a) 및 결상 렌즈(14d)를 구비하고 있다. 그리고, 위상차 렌즈(14a)는, 대물 렌즈(14b) 및 위상판(14c)를 구비하고 있다. 위상판(14c)는, 조명광(L)의 파장에 대하여 투명한 투명판에 대하여 위상링을 형성한 것이다. 또한, 상술한 슬릿판(13)의 슬릿의 크기는, 위상판(14c)의 위상링과 공액 관계에 있다.

위상링은, 입사된 광의 위상을 1/4 파장 어긋나게 하는 위상막과, 입사된 광을 감광하는 감광 필터가 링 형상으로 형성된 것이다. 위상링에 입사된 직접광은, 위상링을 통과함으로써 위상이 1/4 파장 어긋나고, 또한 그 밝기가 약해진다. 한편, 관찰 대상에 의하여 회절된 회절광은 대부분이 위상판(14c)의 투명판을 통과하고, 그 위상 및 밝기는 변화하지 않는다.

대물 렌즈(14b)를 갖는 위상차 렌즈(14a)는, 도 1에 나타내는 결상 광학계 구동부(15)에 의하여 대물 렌즈(14b)의 광축 방향으로 이동한다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 대물 렌즈(14b)와 광축 방향과 Z 방향(연직 방향)은 동일한 방향이다. 위상차 렌즈(14a)의 Z 방향으로의 이동에 의하여 오토 포커스 제어가 행해지고, 촬상 소자(16)에 의하여 촬상되는 위상차 화상의 콘트라스트가 조정된다.

또, 위상차 렌즈(14a)의 배율을 변경 가능한 구성으로 해도 된다. 구체적으로는, 다른 배율을 갖는 위상차 렌즈(14a) 또는 결상 광학계(14)를 교환 가능하게 구성하도록 해도 된다. 위상차 렌즈(14a) 또는 결상 광학계(14)의 교환은, 자동적으로 행하도록 해도 되고, 유저가 수동으로 행하도록 해도 된다.

결상 광학계 구동부(15)는, 예를 들면 압전 소자와 같은 액추에이터를 구비하고, 후술하는 결상 광학계 제어부(21)로부터 출력된 제어 신호에 근거하여 구동한다. 또한, 결상 광학계 구동부(15)는, 위상차 렌즈(14a)를 통과한 위상차 화상을 그대로 통과시키는 구성이 되고 있다. 또, 결상 광학계 구동부(15)의 구성은 압전 소자에 한정하지 않고, 위상차 렌즈(14a)를 Z 방향으로 이동 가능한 것이면 되고, 그 외의 공지인 구성을 이용할 수 있다.

결상 렌즈(14d)는, 위상차 렌즈(14a) 및 결상 광학계 구동부(15)를 통과한 위상차 화상이 입사되고, 이것을 촬상 소자(16)에 결상한다.

촬상 소자(16)은, 결상 렌즈(14d)에 의하여 결상된 위상차 화상을 촬상한다. 촬상 소자(16)으로서는, CCD(Charge-Coupled Device) 이미지 센서 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등이 이용된다. 촬상 소자로서는, RGB(Red Green Blue)의 컬러 필터가 마련된 촬상 소자를 이용해도 되고, 모노크롬의 촬상 소자를 이용하도록 해도 된다.

검출부(18)은, 스테이지(51)에 설치된 배양 용기(50)의 Z 방향(연직 방향)의 위치를 검출한다. 검출부(18)은, 구체적으로는, 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b)를 구비하고 있다. 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b)는, 위상차 렌즈(14a)를 사이에 두고, 도 1에 나타내는 X 방향으로 나열하여 마련되어 있다. 본 실시형태에 있어서의 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b)는 레이저 변위계이며, 배양 용기(50)에 레이저광을 조사하고, 그 반사광을 검출함으로써, 배양 용기(50)의 바닥면의 Z 방향의 위치를 검출한다. 또한, 배양 용기(50)의 바닥면이란, 배양 용기(50)의 바닥부와 관찰 대상인 세포의 경계면이며, 즉 관찰 대상 설치면이다.

검출부(18)에 의하여 검출된 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치 정보는, 결상 광학계 제어부(21)에 출력되고, 결상 광학계 제어부(21)은, 입력된 위치 정보에 근거하여, 결상 광학계 구동부(15)를 제어하고, 오토 포커스 제어를 행한다. 또한, 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b)에 의한 배양 용기(50)의 위치의 검출 및 결상 광학계 제어부(21)에 의한 오토 포커스 제어에 대해서는, 다음에 상세하게 설명한다.

슬릿판(13)과 위상차 렌즈(14a) 및 검출부(18)과의 사이에는, 스테이지(51)이 마련되어 있다. 스테이지(51) 상에는, 관찰 대상인 세포가 수용된 배양 용기(50)이 설치된다.

배양 용기(50)으로서는, 샬레, 디쉬 또는 웰 플레이트 등을 이용할 수 있다. 또, 배양 용기(50)에 수용되는 세포로서는, iPS 세포 및 ES 세포와 같은 다능성 줄기 세포, 줄기 세포로부터 분화 유도된 신경, 피부, 심근 및 간장의 세포와, 인체로부터 취출된 피부, 망막, 심근, 혈구, 신경 및 장기의 세포 등이 있다.

스테이지(51)은, 후술하는 수평 방향 구동부(17)(도 4 참조)에 의하여 서로 직교하는 X 방향 및 Y 방향으로 이동한다. X 방향 및 Y 방향은, Z 방향에 직교하는 방향이며, 수평면 내에 있어서 서로 직교하는 방향이다. 본 실시형태에 있어서는, X 방향을 주주사 방향으로 하고, Y 방향을 부주사 방향으로 한다.

도 3은, 스테이지(51)의 일례를 나타내는 도이다. 스테이지(51)의 중앙에는, 직사각형의 개구(51a)가 형성되어 있다. 이 개구(51a)를 형성하는 부재 상에 배양 용기(50)이 설치되고, 배양 용기(50) 내의 세포의 위상차 화상이 개구(51a)를 통과하도록 구성되어 있다.

다음으로, 현미경 장치(10)을 제어하는 현미경 제어 장치(20)의 구성에 대하여 설명한다. 도 4는, 본 실시형태의 현미경 관찰 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 현미경 장치(10)에 대해서는, 현미경 제어 장치(20)의 각부에 의하여 제어되는 일부의 구성의 블록도를 나타내고 있다.

현미경 제어 장치(20)은, 현미경 장치(10) 전체를 제어하고, 특히, 결상 광학계 제어부(21), 주사 제어부(22) 및 표시 제어부(23)을 구비한다.

현미경 제어 장치(20)은, 중앙 처리 장치, 반도체 메모리 및 하드 디스크 등을 구비한 컴퓨터로 구성되고, 하드 디스크에 본 발명의 관찰 장치 제어 프로그램의 일 실시형태가 인스톨되어 있다. 그리고, 이 관찰 장치 제어 프로그램이 중앙 처리 장치에 의하여 실행됨으로써, 도 4에 나타내는 결상 광학계 제어부(21), 주사 제어부(22) 및 표시 제어부(23)이 기능한다.

결상 광학계 제어부(21)은, 상술한 바와 같이 검출부(18)에 의하여 검출된 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치 정보에 근거하여, 결상 광학계 구동부(15)를 제어한다. 그리고, 결상 광학계 구동부(15)의 구동에 의하여 결상 광학계(14)의 대물 렌즈(14b)가 광축 방향으로 이동하여, 오토 포커스 제어가 행해진다.

주사 제어부(22)는, 수평 방향 구동부(17)을 구동 제어하고, 이로써 스테이지(51)을 X 방향 및 Y 방향으로 이동시킨다. 수평 방향 구동부(17)은, 압전 소자 등을 갖는 액추에이터로 구성된다.

이하, 주사 제어부(22)에 의한 스테이지(51)의 이동 제어 및 결상 광학계 제어부(21)에 의한 오토 포커스 제어에 대하여, 상세하게 설명한다.

본 실시형태에 있어서는, 주사 제어부(22)에 의한 제어에 의하여 스테이지(51)을 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키고, 결상 광학계(14)의 관찰 영역을 배양 용기(50) 내에 있어서 2차원 형상으로 주사하여, 각 관찰 영역의 위상차 화상을 촬상한다. 도 5는, 배양 용기(50) 내에 있어서의 관찰 영역의 주사 위치를 실선(M)으로 나타낸 도이다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 배양 용기(50)으로서 6개의 웰(W)를 갖는 웰 플레이트를 이용한다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 결상 광학계(14)의 관찰 영역은, 주사 개시점(S)로부터 주사 종료점(E)까지 실선(M)을 따라 이동한다. 즉, 관찰 영역은, X 방향의 정의 방향(도 5의 우측 방향)으로 주사된 후, Y 방향(도 5의 하방향)으로 이동하고, 반대인 부의 방향(도 5의 좌측 방향)으로 주사된다. 이어서, 관찰 영역은, 다시 Y 방향으로 이동하고, 다시 정의 방향으로 주사된다. 이와 같이, 관찰 영역은, X 방향에 대한 왕복 이동과 Y 방향으로의 이동을 반복 행함으로써, 배양 용기(50) 내에서 2차원 형상으로 주사된다.

도 6 및 도 7은, 배양 용기(50) 내의 임의의 위치에 관찰 영역(R)이 있는 경우에 있어서의 결상 광학계(14), 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b)와, 배양 용기(50)과의 위치 관계를 나타낸 도이다.

본 실시형태에 있어서는, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 변위 센서(18a)와 제2 변위 센서(18b)가 결상 광학계(14)를 사이에 두고 X 방향으로 나열하여 마련되어 있다. 그리고, 결상 광학계(14)의 관찰 영역(R)은, 상술한 바와 같이 배양 용기(50) 내에서 2차원 형상으로 주사되지만, 이때, 배양 용기(50)에 대한 결상 광학계(14)의 관찰 영역(R)의 위치보다 관찰 영역(R)의 이동 방향 전측의 위치에 있어서 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치가 검출된다. 구체적으로는, 관찰 영역(R)이, 도 6에 나타내는 화살표 방향(도 6의 우측 방향)으로 이동하고 있는 경우에는, 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b) 중, 관찰 영역(R)의 이동 방향 전측의 제1 변위 센서(18a)에 의하여 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치가 검출된다. 그리고, 관찰 영역(R)이, 도 6에 나타내는 위치로부터 제1 변위 센서(18a)의 위치까지 이동한 경우에, 미리 검출된 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치 정보가 이용되어, 오토 포커스 제어가 행해지고, 위상차 화상의 촬상이 행해진다.

한편, 관찰 영역(R)이, 도 7의 화살표 방향(도 7의 좌측 방향)으로 이동하고 있는 경우에는, 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b) 중, 관찰 영역(R)의 이동 방향 전측의 제2 변위 센서(18b)에 의하여 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치가 검출된다. 그리고, 관찰 영역(R)이, 도 7에 나타내는 위치로부터 제2 변위 센서(18b)의 위치까지 이동한 경우에, 미리 검출된 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치 정보가 이용되어, 오토 포커스 제어가 행해지고, 위상차 화상의 촬상이 행해진다.

이와 같이 제1 변위 센서(18a)를 이용한 배양 용기(50)의 검출과 제2 변위 센서(18b)를 이용한 배양 용기(50)의 검출을 관찰 영역(R)의 이동 방향에 따라 전환함으로써, 항상, 관찰 영역(R)의 위상차 화상의 촬상에 선행하여, 그 관찰 영역(R)의 위치에 있어서의 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치 정보를 취득할 수 있다.

그리고, 결상 광학계 제어부(21)은, 상술한 바와 같이 선행하여 검출된 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치 정보에 근거하여, 결상 광학계 구동부(15)를 구동 제어함으로써, 오토 포커스 제어를 행한다. 구체적으로는, 결상 광학계 제어부(21)에는, 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치 정보와 결상 광학계(14)의 광축 방향의 이동량과의 관계가 미리 설정되어 있다. 결상 광학계 제어부(21)은, 입력된 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치 정보에 근거하여, 결상 광학계(14)의 광축 방향의 이동량을 구하고, 그 이동량에 따른 제어 신호를 결상 광학계 구동부(15)에 출력한다. 결상 광학계 구동부(15)는, 입력된 제어 신호에 근거하여 구동하고, 이로써 결상 광학계(14)(대물 렌즈(14b))가 광축 방향으로 이동하여, 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치에 따른 포커스 조정이 행해진다.

본 실시형태에 있어서는, 상술한 바와 같이 각 관찰 영역(R)에 대하여 각각 미리 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치가 검출되기 때문에, 각 관찰 영역(R)의 배양 용기(50)의 위치의 검출 타이밍과, 위상차 화상의 촬상 타이밍이 시간적으로 어긋난다. 따라서, 결상 광학계(14)(대물 렌즈(14b))의 Z 방향의 이동, 즉 오토 포커스 제어는, 제1 변위 센서(18a) 또는 제2 변위 센서(18b)에 의하여 배양 용기(50)의 위치의 검출이 행해진 후, 그 검출 위치에 관찰 영역(R)이 도달할 때까지 행해진다.

여기에서, 오토 포커스 제어의 타이밍이 지나치게 빠른 경우에는, 오토 포커스 제어 후, 관찰 영역(R)이 검출 위치에 도달할 때까지, 어떠한 요인에 의하여, 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치가 어긋날 가능성이 있어, 포커스 위치가 어긋날 가능성이 있다.

따라서, 오토 포커스 제어의 타이밍은, 관찰 영역(R)이 검출 위치에 도달하기 직전이고, 또한 그 검출 위치에 있어서의 위상차 화상의 촬상이 시간에 맞는 타이밍인 것이 바람직하다. 또한, 관찰 영역(R)이 검출 위치에 도달하기 직전이란, 예를 들면 도 8에 나타내는 바와 같이, 관찰 영역(R)이 X 방향으로 순차 이동하고, 검출부(18)에 의한 검출 위치가, 사선으로 나타내는 Pd의 위치인 경우에는, 관찰 영역(R)이, 검출 위치(Pd)에 인접하는 관찰 영역(R)의 위치(Pr)을 통과한 시점으로부터 검출 위치(Pd)에 도달할 때까지인 것이 바람직하다. 또한, 관찰 영역(R)이 검출 위치(Pd)에 도달한 시점에서 오토 포커스 제어를 행하도록 해도 된다.

본 실시형태에 있어서는, 오토 포커스 제어의 타이밍이, 상술한 바와 같은 바람직한 타이밍이 되도록, 제1 또는 제2 변위 센서(18a 및 18b)에 의한 검출 타이밍부터 그 검출 위치의 위치 정보를 이용한 오토 포커스 제어의 타이밍까지의 시간이 미리 설정되어 있다.

또한, 예를 들면 위상차 렌즈(14a)의 배율의 변경 등에 의하여 스테이지(51)의 이동 속도가 변경된 경우에는, 그 스테이지(51)의 이동 속도의 변경에 따라 상기의 미리 설정된 시간을 변경하도록 해도 된다. 또는, 상기 시간을 변경하는 대신에, 스테이지(51)의 이동 속도가 변경된 경우에, 제1 변위 센서(18a) 또는 제2 변위 센서(18b)를 X 방향으로 이동시킴으로써, 제1 변위 센서(18a) 또는 제2 변위 센서(18b)와 결상 광학계(14)와의 거리를 변경하도록 해도 된다.

또, 본 실시형태와 같이, 결상 광학계(14)를 사이에 두고 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b)를 X 방향으로 나열하여 마련하고, 위상차 화상의 촬상에 선행하여 배양 용기(50)의 위치를 검출하는 경우, 배양 용기(50)의 범위의 전체 영역에 있어서 배양 용기(50)의 위치 검출 및 위상차 화상의 촬상을 행하는 데에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 배양 용기(50)의 범위보다 X 방향에 대하여 외측의 범위(R1 및 R2)까지 결상 광학계(14), 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b)를 상대적으로 이동시킬 필요가 있다. 그리고, 범위(R1)의 X 방향의 폭으로서, 적어도 제1 변위 센서(18a)와 결상 광학계(14)의 X 방향의 간격을 확보할 필요가 있고, 범위(R2)의 X 방향의 폭으로서, 적어도 제2 변위 센서(18b)와 결상 광학계(14)의 X 방향의 간격을 확보할 필요가 있다. 그리고, 관찰 영역(R)의 주사 시간을 가능한 한 단축하는 데에는, 관찰 영역(R)의 주사 범위를 가능한 한 좁게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 범위(R1)의 X 방향의 폭은, 제1 변위 센서(18a)와 결상 광학계(14)의 X 방향의 간격으로 하는 것이 바람직하고, 범위(R2)의 X 방향의 폭은, 제2 변위 센서(18b)와 결상 광학계(14)의 X 방향의 간격으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 스테이지(51)을 X 방향으로 이동시킴으로써 관찰 영역(R)을 배양 용기(50)의 범위 내에 있어서 주사하는 경우, 배양 용기(50)의 범위에 있어서의 관찰 영역(R)의 이동 속도는 일정한 것이 바람직하다. 따라서, 스테이지(51)의 X 방향으로의 이동 개시 시에는 스테이지(51)이 일정한 속도가 될 때까지 가속할 필요가 있고, 스테이지(51)의 X 방향으로의 이동 종료 시에는, 스테이지(51)을 일정한 속도로부터 감속하여 정지시킬 필요가 있다.

또, 스테이지(51)의 X 방향으로의 이동 속도를 일정한 속도로 하는 경우, 가속 영역을 거의 갖게 하지 않고 급속히 일정한 속도로 제어하는 것은 가능하지만, 이와 같은 제어를 행한 경우, 배양 용기(50)에 세포와 함께 수용된 배양액 등의 액면이 흔들려 버려, 위상차 화상의 화질의 저하를 초래할 가능성이 있다. 또, 스테이지(51)을 정지할 때에도 동일한 문제가 발생할 가능성이 있다.

따라서, 본 실시형태에 있어서는, 도 5에 나타내는 범위(R1) 및 범위(R2)를 스테이지(51)의 X 방향으로의 이동의 가감속 영역으로 설정한다. 이와 같이 배양 용기(50)의 범위의 X 방향의 양측에 가감속 영역을 설정함으로써, 주사 범위를 불필요하게 넓히지 않고, 또한 배양 용기(50)의 범위에 있어서 관찰 영역(R)을 일정한 속도로 주사할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 배양액의 액면의 흔들림도 억제할 수 있다.

다음으로, 도 4에 되돌아와, 표시 제어부(23)은, 현미경 장치(10)에 의하여 촬상된 각 관찰 영역(R)의 위상차 화상을 결합함으로써, 1매의 합성 위상차 화상을 생성하고, 그 합성 위상차 화상을 표시 장치(30)에 표시시킨다.

표시 장치(30)은, 상술한 바와 같이 표시 제어부(23)에 의하여 생성된 합성 위상차 화상을 표시하고, 예를 들면 액정 디스플레이 등을 구비한다. 또, 표시 장치(30)을 터치 패널에 의하여 구성하고, 입력 장치(40)과 겸용하도록 해도 된다.

입력 장치(40)은, 마우스나 키보드 등을 구비하고, 유저에 의한 다양한 설정 입력을 접수한다. 본 실시형태의 입력 장치(40)은, 예를 들면 위상차 렌즈(14a)의 배율의 변경 지시 및 스테이지의 이동 속도의 변경 지시 등의 설정 입력을 접수한다.

다음으로, 본 실시형태의 현미경 관찰 시스템의 작용에 대하여, 도 9에 나타내는 플로차트를 참조하면서 설명한다.

먼저, 관찰 대상인 세포가 수용된 배양 용기(50)이, 스테이지(51) 상에 설치된다(S10).

다음으로, 스테이지(51)이 이동하여 결상 광학계(14)의 관찰 영역(R)이, 도 5에 나타내는 주사 개시점(S)의 위치로 설정되고, 관찰 영역(R)의 주사가 개시된다(S12).

여기에서, 본 실시형태에 있어서는, 상술한 바와 같이 각 관찰 영역(R)에 대하여, 선행하여 배양 용기(50)의 위치 검출이 행해지고, 그 검출 위치까지 관찰 영역(R)이 도달한 시점에 있어서, 위상차 화상의 촬상이 행해진다. 그리고, 이 배양 용기(50)의 위치 검출과 위상차 화상의 촬상은, 관찰 영역(R)을 주사하면서 행해지고, 어느 위치의 관찰 영역(R)의 위상차 화상의 촬상과, 그 위치보다 주사 방향에 대하여 전측의 위치에 있어서의 배양 용기(50)의 위치 검출이 변행하여 행해진다.

구체적으로는, 도 6의 화살표 방향으로 관찰 영역(R)이 이동하고 있는 경우에는, 제1 변위 센서(18a)에 의하여 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치가 검출되고(S14), 그 검출된 위치 정보가, 결상 광학계 제어부(21)에 의하여 취득된다. 결상 광학계 제어부(21)은, 취득한 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치 정보에 근거하여, 결상 광학계(14)(대물 렌즈(14b))의 Z 방향으로의 이동량을 산출하고(S16), 그 이동량을 배양 용기(50)의 검출 위치의 X-Y 좌표 상의 위치와 함께 기억한다(S18).

이어서, S18에 있어서 제1 변위 센서(18a)에 의하여 배양 용기(50)의 위치 검출이 행해진 위치를 향하여 관찰 영역(R)이 이동한다(S20). 그리고, 결상 광학계 제어부(21)은, 배양 용기(50)의 위치 검출이 행해진 위치에 관찰 영역(R)이 도달하기 직전에 있어서 이동량을 독출하고, 그 이동량에 근거하여 오토 포커스 제어를 행한다(S22, S24). 즉, 결상 광학계 제어부(21)은, 미리 기억된 이동량에 근거하여 결상 광학계 구동부(15)를 구동 제어하여, 결상 광학계(14)를 Z 방향으로 이동시킨다. 그리고, 오토 포커스 제어 후, 배양 용기(50)의 위치 검출이 행해진 위치에 관찰 영역(R)이 도달한 시점에 있어서, 위상차 화상의 촬상을 행한다(S26). 관찰 영역(R)의 위상차 화상은, 촬상 소자(16)으로부터 표시 제어부(23)에 출력되어 기억된다. 또한, 상술한 바와 같이, S26에 있어서의 관찰 영역(R)의 위상차 화상의 촬상이 행해지고 있는 동안, 상기 관찰 영역(R)보다 주사 방향에 대하여 전측의 위치에 있어서 배양 용기(50)의 위치 검출이 병행하여 행해진다.

그리고, 관찰 영역(R)이, 도 5에 나타내는 가감속 영역의 범위(R2)까지 이동하고, Y 방향으로 이동한 후, X 방향에 대하여 역방향으로 주사되는 경우에는(S28, YES), 즉, 관찰 영역(R)의 이동 방향이, 도 6의 화살표 방향으로부터 도 7의 화살표 방향으로 변경된 경우에는, 사용하는 변위 센서를 제1 변위 센서(18a)로부터 제2 변위 센서(18b)로 전환한다(S30).

그리고, 모든 주사가 종료되지 않은 경우에는(S32, NO), 다시, 관찰 영역(R)이 X 방향으로 이동하고, 상술한 배양 용기(50)의 위치 검출과 위상차 화상의 촬상이 순차 행해진다(S14~S26).

관찰 영역(R)이, 가감속 영역의 범위(R1 및 R2)까지 이동할 때에 사용하는 변위 센서가 전환되어, 모든 주사가 종료될 때까지 S14~S26까지의 처리가 반복하여 행해진다. 그리고, 관찰 영역(R)이, 도 5에 나타내는 주사 종료점(E)의 위치에 도달한 시점에 있어서 모든 주사가 종료된다(S32, YES).

모든 주사가 종료한 후, 표시 제어부(23)은, 각 관찰 영역(R)의 위상차 화상을 결합하여 합성 위상차 화상을 생성하고(S34), 그 생성한 합성 위상차 화상을 표시 장치(30)에 표시시킨다(S36).

다음으로, 본 발명의 제2 실시형태를 이용한 현미경 관찰 시스템에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 10은, 제2 실시형태의 현미경 관찰 시스템의 개략 구성을 나타내는 도이다. 제2 실시형태의 현미경 관찰 시스템은, 제1 실시형태의 현미경 관찰 시스템과는, 검출부의 구성이 다르다. 제2 실시형태의 현미경 관찰 시스템은, 그 외의 구성은, 제1 실시형태와 동일하기 때문에, 이하, 제2 실시형태의 현미경 관찰 시스템의 검출부의 구성을 중심으로 설명한다.

제1 실시형태의 검출부(18)은, 2개의 변위 센서를 구비하고, 관찰 영역(R)의 이동 방향의 변경에 따라 사용하는 변위 센서를 전환하도록 했지만, 제2 실시형태의 검출부(19)는, 1개의 변위 센서를 갖고, 관찰 영역(R)의 이동 방향의 변경에 따라, 그 변위 센서의 위치를 전환하도록 했다.

도 11 및 도 12는, 검출부(19)의 구체적인 구성을 나타내는 도이다. 검출부(19)는, 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 변위 센서(19a)와 변위 센서(19a)를 안내하여 그 위치를 이동시키는 가이드 기구(19b)를 구비하고 있다.

변위 센서(19a)는, 제1 실시형태의 제1 및 제2 변위 센서(18a 및 18b)와 동일하며, 레이저 변위 센서로 구성된다.

가이드 기구(19b)는, 반원호 형상의 가이드 부재를 구비하고, 이 가이드 부재를 따라 변위 센서(19a)를 이동시킨다. 가이드 부재는, 결상 광학계(14)(대물 렌즈(14b))를 사이에 두고 X 방향에 대하여 일방측으로부터 타방측으로 변위 센서(19a)를 이동시킨다.

도 11은, 관찰 영역(R)의 이동 방향이, 도 11의 화살표 방향(도 11의 우측 방향)인 경우에 있어서의 변위 센서(19a)의 위치를 나타내는 도이다. 한편, 도 12는, 관찰 영역(R)의 이동 방향이, 도 12의 화살표 방향(도 12의 좌측 방향)인 경우에 있어서의 변위 센서(19a)의 위치를 나타내는 도이다. 관찰 영역(R)의 이동 방향이 도 11의 화살표 방향으로부터 도 12에 화살표 방향으로 변경된 경우에는, 변위 센서(19a)는 도 11에 나타내는 위치로부터 가이드 기구(19b)의 가이드 부재를 따라 이동하고, 도 12에 나타내는 위치로 전환할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 변위 센서의 위치를 이동시키는 변위 센서 이동 기구로서 상술한 가이드 기구(19b)를 마련하도록 했지만, 변위 센서 이동 기구의 구성으로서는 이에 한정하지 않고, 변위 센서의 위치를 동일하게 변경 가능한 구성이면, 그 외의 구성을 이용해도 된다.

제2 실시형태의 현미경 관찰 시스템의 그 외의 구성 및 작용에 대해서는, 제1 실시형태의 현미경 관찰 시스템과 동일하다.

다음으로, 상술한 제1 및 제2 실시형태의 현미경 관찰 시스템의 변형예에 대하여 설명한다. 상기 제1 및 제2 실시형태의 현미경 관찰 시스템에 있어서는, 검출부(18, 19)에 의하여 배양 용기(50)의 Z 방향의 위치를 검출하고, 그 검출 정보를 이용하여 오토 포커스 제어를 행하도록 했지만, 예를 들면 배양 용기(50)의 바닥부가 스테이지(51)의 설치면으로부터 부상하여 설치되어 있는 경우 또는 배양 용기(50)의 바닥부가 두꺼운 경우 등에는, 결상 광학계(14)와 배양 용기(50)의 바닥면의 거리가 커져, 결상 광학계 구동부(15)에 의하여 결상 광학계(14)를 Z 방향으로 최대한 이동시켰다고 해도, 결상 광학계(14)의 피사계 심도의 범위 내에 배양 용기(50)의 바닥면의 위치가 포함되지 않는 경우가 있다.

따라서, 상술한 오토 포커스 제어에 의하여 배양 용기(50)의 바닥면의 위치가, 결상 광학계(14)의 피사계 심도의 범위 내에 반드시 포함되도록, 미리 캘리브레이션을 행하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 예를 들면 제1 실시형태의 현미경 관찰 시스템에 있어서, 결상 광학계(14), 결상 광학계 구동부(15), 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b)를 일체적으로 Z 방향으로 이동시키는 연직 방향 이동 기구(60)을 마련하는 것이 바람직하다.

연직 방향 이동 기구(60)은, 결상 광학계(14), 결상 광학계 구동부(15), 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b)를 일체적으로 유지하는 유지부(60a)와, 유지부(60a)를 Z 방향으로 이동시키는 Z 방향 구동부(60b)를 구비하고 있다.

유지부(60a)는, 결상 광학계(14), 결상 광학계 구동부(15), 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b)의 상대적인 위치 관계를 유지한 상태로 이들을 유지한다. Z 방향 구동부(60b)는, 예를 들면 압전 소자 등의 액추에이터를 구비한다. 또한, 연직 방향 이동 기구(60)은, 결상 광학계(14)에 의하여 결상된 위상차 화상을 그대로 통과시키는 구성이 되고 있다.

그리고, 상술한 위상차 화상의 촬상 전에, 연직 방향 이동 기구(60)을 이용하여, 결상 광학계(14), 결상 광학계 구동부(15), 제1 변위 센서(18a) 및 제2 변위 센서(18b)를 일체적으로 Z 방향으로 이동시킴으로써, 오토 포커스 제어의 캘리브레이션이 행해진다.

캘리브레이션은, 구체적으로는, 먼저, 결상 광학계 구동부(15)를 구동함으로써 결상 광학계(14)의 Z 방향의 위치를 기준 위치로 설정한다. 이 기준 위치란, 상술한 오토 포커스 제어에 있어서 기준이 되는 위치이며, 결상 광학계(14)의 Z 방향의 이동 범위의 중심 위치이다.

이어서, Z 방향 구동부(60b)에 의하여 유지부(60a)를 Z 방향으로 이동시키면서, 각 위치에 있어서 결상 광학계(14)에 의하여 결상된 상을 촬상 소자(16)에 의하여 검출하고, 각 위치의 위상차 화상을 취득한다. 그리고, 위상차 화상의 콘트라스트가 최대가 되는 위치를 검출한다. 위상차 화상의 콘트라스트가 최대가 되는 위치에 대해서는, 예를 들면 유지부(60a)를 연직 방향 상방으로 순차 이동시킨 경우에 위상차 화상의 핀트가 맞지 않게 된 위치와, 유지부(60a)를 연직 방향 하방으로 순차 이동시킨 경우에 위상차 화상의 핀트가 맞지 않게 된 위치를 검출하고, 이들의 검출 위치의 중심 위치를 위상차 화상의 콘트라스트가 최대가 되는 위치로서 검출하도록 하면 된다.

그리고, 위상차 화상의 콘트라스트가 최대가 되는 위치를 연직 방향 이동 기구(60)의 기준 위치로서 설정하여 캘리브레이션을 종료한다. 캘리브레이션은, 예를 들면 배양 용기(50)의 바닥부의 중심 위치에 있어서 행하도록 하면 되지만, 배양 용기(50)의 바닥부의 복수 개소에서 행하도록 해도 된다. 그 경우, 그 복수 개소에서 각각 검출된 기준 위치의 평균을 최종적인 기준 위치로서 설정하도록 하면 된다.

도 13은, 제2 실시형태의 현미경 관찰 시스템에 대하여 연직 방향 이동 기구(61)을 마련한 예를 나타내는 도이다.

연직 방향 이동 기구(61)은, 결상 광학계(14), 결상 광학계 구동부(15) 및 검출부(19)를 일체적으로 유지하는 유지부(61a)와, 유지부(61a)를 Z 방향으로 이동시키는 Z 방향 구동부(61b)를 구비하고 있다.

유지부(61a)는, 결상 광학계(14), 결상 광학계 구동부(15) 및 검출부(19)의 변위 센서(19a)의 상대적인 위치 관계를 유지한 상태로 이들을 유지한다. Z 방향 구동부(61b)는, 상술한 Z 방향 구동부(60b)와 동일하게, 예를 들면 압전 소자 등의 액추에이터를 구비한다.

캘리브레이션의 방법에 대해서는, 상술한 제1 실시형태의 현미경 관찰 시스템의 경우와 동일하다

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 스테이지(51)을 이동시킴으로써 관찰 영역(R)을 주사하도록 했지만, 이에 한정하지 않고, 스테이지(51)을 고정으로 하고, 결상 광학계(14) 및 그 외의 위상차 화상의 촬상에 관한 구성을 이동시킴으로써 관찰 영역(R)을 주사하도록 해도 되고, 스테이지(51)과 결상 광학계(14) 및 그 외의 위상차 화상의 촬상에 관한 구성과의 쌍방을 이동시킴으로써 관찰 영역(R)을 주사하도록 해도 된다.

또, 상기 실시형태는, 본 발명을 위상차 현미경에 적용한 것이지만, 본 발명은, 위상차 현미경에 한정하지 않고, 미분 간섭 현미경 및 명시야 현미경 등의 그 외의 현미경에 적용하도록 해도 된다.

또, 상기 실시형태에 있어서는, 결상 광학계(14)에 의하여 결상된 위상차 화상을 촬상 소자(16)에 의하여 촬상하도록 했지만, 촬상 소자를 마련하지 않고, 결상 광학계(14)에 의하여 결상된 관찰 대상의 위상차 상을 유저가 직접 관찰할 수 있도록 관찰 광학계 등을 마련하도록 해도 된다.

10 현미경 장치
11 백색광원
12 콘덴서 렌즈
13 슬릿판
14 결상 광학계
14a 위상차 렌즈
14b 대물 렌즈
14c 위상판
14d 결상 렌즈
15 결상 광학계 구동부
16 촬상 소자
17 수평 방향 구동부
18, 19 검출부
18a 제1 변위 센서
18b 제2 변위 센서
19 검출부
19a 변위 센서
19b 가이드 기구
20 현미경 제어 장치
21 결상 광학계 제어부
22 주사 제어부
23 표시 제어부
30 표시 장치
40 입력 장치
50 배양 용기
51 스테이지
51a 개구
60, 61 연직 방향 이동 기구
60a, 61a 유지부
60b, 61b Z 방향 구동부
S 주사 개시점
E 주사 종료점
L 조명광
M 관찰 영역의 주사 위치
Pd 검출 위치
Pr 검출 위치(Pd)에 인접하는 관찰 영역(R)의 위치
R 관찰 영역
R1, R2 가감속의 범위
W 웰

Claims (13)

1. 관찰 대상이 수용된 용기가 설치되는 스테이지와,
   상기 용기 내의 상기 관찰 대상의 상을 결상시키는 대물 렌즈를 갖는 결상 광학계와,
   상기 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는 결상 광학계 구동부와,
   상기 스테이지에 설치된 상기 용기의 연직 방향의 위치를 검출하는 적어도 1개의 변위 센서를 갖는 검출부와,
   상기 검출부에 의하여 검출된 상기 용기의 연직 방향의 위치에 근거하여, 상기 결상 광학계 구동부를 제어하는 결상 광학계 제어부와,
   상기 스테이지 및 상기 결상 광학계 중 적어도 한쪽을, 수평면 내의 주주사 방향 및 상기 주주사 방향에 직교하는 부주사 방향으로 이동시키고, 또한 상기 적어도 한쪽을 상기 주주사 방향에 대하여 왕복 이동시키는 수평 방향 구동부와,
   상기 수평 방향 구동부를 제어하는 주사 제어부를 구비하고,
   상기 검출부가, 상기 용기에 대한 상기 결상 광학계의 관찰 영역의 위치보다 상기 관찰 영역의 이동 방향 전측의 위치에 있어서 상기 용기의 연직 방향의 위치를 검출하고, 또한 상기 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 상기 변위 센서의 상기 주주사 방향의 위치 또는 사용하는 상기 변위 센서를 전환하는 것을 특징으로 하고,
   상기 검출부가, 상기 대물 렌즈를 사이에 두고 상기 주주사 방향에 대하여 일방측과 타방측으로 상기 변위 센서를 이동 가능한 변위 센서 이동 기구를 갖고, 상기 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 상기 변위 센서의 위치를 상기 일방측으로부터 상기 타방측으로 이동하는 관찰 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 검출부가, 상기 대물 렌즈를 사이에 두고 상기 주주사 방향에 대하여 나열하여 마련된 적어도 2개의 상기 변위 센서를 갖고, 상기 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 사용하는 상기 변위 센서를 전환하는, 관찰 장치.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 변위 센서 이동 기구가, 상기 변위 센서를 상기 일방측으로부터 상기 타방측까지 안내하는 가이드 기구를 구비한, 관찰 장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 결상 광학계 제어부가, 상기 검출부에 의하여 상기 용기의 연직 방향의 위치가 검출된 후, 미리 설정된 시간이 경과한 시점에 있어서 상기 결상 광학계 구동부를 제어하여 상기 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는, 관찰 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 결상 광학계 제어부가, 상기 검출부에 의하여 상기 용기의 연직 방향의 위치가 검출된 후, 상기 검출 위치에 상기 결상 광학계의 관찰 영역이 도달한 시점 또는 상기 검출 위치에 상기 결상 광학계의 관찰 영역이 도달하기 직전에 있어서 상기 결상 광학계 구동부를 제어하여 상기 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는, 관찰 장치.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 결상 광학계 제어부가, 상기 주사 제어부에 의하여 상기 스테이지 및 상기 결상 광학계 중 적어도 한쪽의 이동 속도가 변경된 경우, 상기 변경 후의 이동 속도에 따라, 상기 미리 설정된 시간을 변경하는, 관찰 장치.
8. 관찰 대상이 수용된 용기가 설치되는 스테이지와,
   상기 용기 내의 상기 관찰 대상의 상을 결상시키는 대물 렌즈를 갖는 결상 광학계와,
   상기 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는 결상 광학계 구동부와,
   상기 스테이지에 설치된 상기 용기의 연직 방향의 위치를 검출하는 적어도 1개의 변위 센서를 갖는 검출부와,
   상기 검출부에 의하여 검출된 상기 용기의 연직 방향의 위치에 근거하여, 상기 결상 광학계 구동부를 제어하는 결상 광학계 제어부와,
   상기 스테이지 및 상기 결상 광학계 중 적어도 한쪽을, 수평면 내의 주주사 방향 및 상기 주주사 방향에 직교하는 부주사 방향으로 이동시키고, 또한 상기 적어도 한쪽을 상기 주주사 방향에 대하여 왕복 이동시키는 수평 방향 구동부와,
   상기 수평 방향 구동부를 제어하는 주사 제어부를 구비하고,
   상기 검출부가, 상기 용기에 대한 상기 결상 광학계의 관찰 영역의 위치보다 상기 관찰 영역의 이동 방향 전측의 위치에 있어서 상기 용기의 연직 방향의 위치를 검출하고, 또한 상기 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 상기 변위 센서의 상기 주주사 방향의 위치 또는 사용하는 상기 변위 센서를 전환하는 것을 특징으로 하고,
   상기 용기의 범위의 상기 주주사 방향의 양측에, 상기 스테이지 및 상기 결상 광학계 중 적어도 한쪽의 상기 주주사 방향으로의 이동의 가감속 영역이 설정되어 있으며, 상기 가감속 영역의 상기 주주사 방향의 폭과 상기 결상 광학계와 상기 변위 센서와의 상기 주주사 방향의 간격이 동일한, 관찰 장치.
9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 결상 광학계, 상기 결상 광학계 구동부 및 상기 변위 센서를 일체적으로 연직 방향으로 이동시키는 연직 방향 이동 기구를 구비한, 관찰 장치.
10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 결상 광학계 구동부가 압전 소자를 구비하고, 상기 압전 소자를 이용하여 상기 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는, 관찰 장치.
11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 변위 센서가 레이저 변위 센서인, 관찰 장치.
12. 관찰 대상이 수용된 용기가 설치되는 스테이지 및 상기 용기 내의 상기 관찰 대상의 상을 결상시키는 대물 렌즈를 갖는 결상 광학계 중 적어도 한쪽을 주주사 방향 및 상기 주주사 방향에 직교하는 부주사 방향으로 이동시키고, 또한 상기 적어도 한쪽을 상기 주주사 방향에 대하여 왕복 이동시키는 관찰 방법에 있어서,
    상기 용기에 대한 상기 결상 광학계의 관찰 영역의 위치보다 상기 관찰 영역의 이동 방향 전측의 위치에 있어서의 상기 용기의 연직 방향의 위치를, 적어도 1개의 변위 센서를 이용하여 검출하고, 상기 검출한 용기의 연직 방향의 위치에 근거하여, 상기 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키고, 또한 상기 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 상기 변위 센서의 상기 주주사 방향의 위치 또는 사용하는 상기 변위 센서를 전환하고, 상기 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 상기 변위 센서의 위치를 상기 대물 렌즈를 사이에 두고 상기 주주사 방향에 대하여 일방측으로부터 타방측으로 이동하는 것을 특징으로 하는 관찰 방법.
13. 관찰 대상이 수용된 용기가 설치되는 스테이지 및 상기 용기 내의 상기 관찰 대상의 상을 결상시키는 대물 렌즈를 갖는 결상 광학계 중 적어도 한쪽을 주주사 방향 및 상기 주주사 방향에 직교하는 부주사 방향으로 이동시키고, 또한 상기 적어도 한쪽을 상기 주주사 방향에 대하여 왕복 이동시키는 절차를, 컴퓨터에 실행시키는 매체에 저장된 관찰 장치 제어 프로그램에 있어서,
    상기 용기에 대한 상기 결상 광학계의 관찰 영역의 위치보다 상기 관찰 영역의 이동 방향 전측의 위치에 있어서의 상기 용기의 연직 방향의 위치를, 적어도 1개의 변위 센서를 이용하여 검출하는 절차와, 상기 검출한 용기의 연직 방향의 위치에 근거하여, 상기 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는 절차와, 상기 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 상기 변위 센서의 상기 주주사 방향의 위치 또는 사용하는 상기 변위 센서를 전환하는 절차를, 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 하고, 상기 변위 센서의 상기 주주사 방향의 위치 또는 사용하는 상기 변위 센서를 전환하는 절차는 상기 주주사 방향의 이동 방향의 변경에 따라, 상기 변위 센서의 위치를 상기 대물 렌즈를 사이에 두고 상기 주주사 방향에 대하여 일방측으로부터 타방측으로 이동하는 절차를 포함하는 것을 특징으로 하는 매체에 저장된 관찰 장치 제어 프로그램.

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