WO2015093344A1 - Image capturing apparatus and image capturing method - Google Patents

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WO2015093344A1
WO2015093344A1 PCT/JP2014/082531 JP2014082531W WO2015093344A1 WO 2015093344 A1 WO2015093344 A1 WO 2015093344A1 JP 2014082531 W JP2014082531 W JP 2014082531W WO 2015093344 A1 WO2015093344 A1 WO 2015093344A1
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博 末木
憲司 上山
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株式会社Screenホールディングス
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    • GPHYSICS
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Abstract

 Provided is an image capturing apparatus (1) for capturing an image of a biological specimen which is supported, together with a liquid, in a flat-bottomed well (W) provided to a specimen container (WP), wherein the apparatus is provided with: a holding means (11) for holding the specimen container such that the bottom surface of the well is horizontal; an illuminating means (12) for causing illuminating light to be incident on the opening surface of the well from above the specimen container; an image capturing means (134) for receiving light transmitted from the bottom surface of the well, and capturing an image of the biological specimen; and an observation optical system (130) provided between the image capturing means and the specimen container held by the holding means, the observation optical system causing light exiting from the bottom surface of the well to be incident on the image capturing means. The observation optical system has an objective lens (131), and an aperture stop (132) provided between the objective lens and the image capturing means, the aperture stop being arranged closer to the image capture means than is the focal position of the objective lens.

Description

撮像装置および撮像方法Imaging apparatus and imaging method
 この発明は、試料容器に液体とともに担持された生物試料を撮像する撮像装置および撮像方法に関するものである。 The present invention relates to an imaging apparatus and an imaging method for imaging a biological sample carried with a liquid in a sample container.
 関連出願の相互参照
 以下に示す日本出願の明細書、図面および特許請求の範囲における開示内容は、参照によりその全内容が本書に組み入れられる:
 特願2013-262352(2013年12月19日出願)。
Cross-reference to related applications The disclosures in the specification, drawings, and claims of the following Japanese application are incorporated herein by reference in their entirety:
Japanese Patent Application No. 2013-262352 (filed on Dec. 19, 2013).
 医療や生物科学の実験においては、例えば、ウェルと称される窪部を多数配列して設けたプレート状の試料容器(マイクロプレート、マイクロタイタープレート等と呼ばれる)の各ウェルに液体やゲル状の流動体(例えば培養液、培地等)を注入し、ここで細胞等を培養したものを試料として観察、計測することが行われる。近年では、CCDカメラ等で試料を撮像してデータ化し、画像データに種々の画像処理技術を適用して観察や分析に供することが行われるようになってきている。 In medical and biological science experiments, for example, each well of a plate-like sample container (called a microplate, microtiter plate, etc.) provided with a large number of depressions called wells is filled with liquid or gel. A fluid (for example, a culture solution, a medium, etc.) is injected, and the cells cultured here are observed and measured as a sample. In recent years, a sample is imaged with a CCD camera or the like and converted into data, and various image processing techniques are applied to the image data for observation and analysis.
 このような撮像装置において、例えばウェルの上部から照明光を試料に入射させ、ウェル底面から透過してくる光を受光して撮像を行う場合、次のような問題がある。すなわち、液体表面を通して入射する照明光がメニスカス作用により屈折することで、特にウェル底面の周縁部に十分な照明光が入射せず、この部分で画像の明るさが低下する。この問題に対応する技術として、例えば特許文献1には、照明光学系に設けた絞りによって、試料に対し照明光が斜め方向から入射するようにした構成が開示されている。 In such an imaging apparatus, for example, when illumination light is incident on the sample from the top of the well and the light transmitted from the bottom of the well is received for imaging, there are the following problems. That is, the illumination light incident through the liquid surface is refracted by the meniscus action, so that sufficient illumination light is not incident particularly on the peripheral edge of the well bottom surface, and the brightness of the image is lowered at this portion. As a technique for dealing with this problem, for example, Patent Document 1 discloses a configuration in which illumination light is incident on a sample from an oblique direction by a diaphragm provided in an illumination optical system.
特開2012-147739号公報JP 2012-147739 A
 特許文献1には、試料を透過した光を受光する観察光学系の構成については詳しく記載されていない。しかし、上記従来技術のように斜め方向から照明を行う照明光学系が用いられる場合には、透過光を集光する観察光学系に開口数(NA)の大きなレンズが必要になると考えられる。このようなレンズは製造コストが高く、また被写界深度が浅くなる。このため、試料の立体的構造を観察する目的においては、対象物の全体を合焦範囲に含めることができない場合がある。このことから、より簡単な構成で、試料全体を十分な明るさで、しかも立体構造を有する撮像対象物も良好に撮像することのできる技術が求められている。 Patent Document 1 does not describe in detail the configuration of an observation optical system that receives light transmitted through a sample. However, when an illumination optical system that performs illumination from an oblique direction as in the above-described prior art is used, it is considered that a lens having a large numerical aperture (NA) is required for the observation optical system that collects transmitted light. Such a lens is expensive to manufacture and has a shallow depth of field. For this reason, for the purpose of observing the three-dimensional structure of the sample, the entire object may not be included in the focus range. For this reason, there is a demand for a technique that can capture an image of an imaging object having a three-dimensional structure satisfactorily with a simple structure and sufficient brightness.
 この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、簡単な構成でありながら、試料容器の周縁部まで十分な明るさで撮像することができ、しかも立体構造を有する生物試料に対しても有効な撮像技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can capture images with sufficient brightness up to the peripheral edge of the sample container while having a simple configuration, and is also effective for a biological sample having a three-dimensional structure. An object is to provide an imaging technique.
 この発明の一の態様は、試料容器に設けられて底面が平坦な窪部に液体と共に担持された生物試料を撮像する撮像装置であって、上記目的を達成するため、前記窪部の前記底面が水平となるように前記試料容器を保持する保持手段と、前記試料容器の上方から前記窪部の開口面に照明光を入射させる照明手段と、前記窪部の前記底面から透過する光を受光して前記生物試料を撮像する撮像手段と、前記保持手段に保持される前記試料容器と前記撮像手段との間に設けられ、前記窪部の前記底面から出射される光を前記撮像手段に入射させる観察光学系とを備え、前記観察光学系は、前記保持手段と前記撮像手段との間の光路上に設けられた対物レンズと、前記対物レンズと前記撮像手段との間の光路上に設けられた開口絞りとを有し、前記開口絞りは、前記対物レンズの焦点位置よりも前記撮像手段側に配置されることを特徴としている。 One aspect of the present invention is an imaging apparatus for imaging a biological sample provided with a liquid in a recess provided in a sample container and having a flat bottom surface. In order to achieve the above object, the bottom surface of the recess Holding means for holding the sample container so as to be horizontal, illumination means for making illumination light enter the opening surface of the recess from above the sample container, and receiving light transmitted from the bottom surface of the recess The imaging means for imaging the biological sample, the sample container held by the holding means, and the imaging means are provided, and light emitted from the bottom surface of the recess is incident on the imaging means An observation optical system, and the observation optical system is provided on the optical path between the holding means and the imaging means, and on the optical path between the objective lens and the imaging means. An aperture stop that is Mouth aperture is characterized in that disposed on the imaging device side than the focal position of the objective lens.
 また、この発明の他の態様は、底面が平坦な窪部に液体と共に生物試料を担持する試料容器を、前記窪部の前記底面が水平となるように保持する工程と、前記窪部の前記底面から透過する光を受光するように撮像手段を配置するとともに、前記試料容器と前記撮像手段との間に観察光学系を配置する工程と、前記試料容器の上方から前記窪部の開口面に照明光を入射させる工程と、前記窪部の前記底面から透過する光を前記観察光学系により前記撮像手段に入射させて前記生物試料を撮像する工程とを備え、前記観察光学系が、前記保持手段と前記撮像手段との間の光路上に配置される対物レンズと、前記対物レンズと前記撮像手段との間の光路上に配置される開口絞りとを有し、前記開口絞りを、前記対物レンズの焦点位置よりも前記撮像手段側に配置することを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a step of holding a sample container carrying a biological sample together with a liquid in a recess having a flat bottom so that the bottom of the recess is horizontal; An image pickup means is disposed so as to receive light transmitted from the bottom surface, an observation optical system is disposed between the sample container and the image pickup means, and an opening surface of the recess from above the sample container. A step of causing illumination light to enter; and a step of causing the light transmitted from the bottom surface of the recess to enter the imaging means by the observation optical system to image the biological sample, the observation optical system including the holding And an objective lens disposed on the optical path between the imaging means and an aperture stop disposed on the optical path between the objective lens and the imaging means. Take the picture above the focal point of the lens. It is characterized by placing the unit side.
 詳しくは後述するが、このように構成された発明では、液面のメニスカス効果により進路が曲げられて窪部底面の周縁部から外側へ向かって進む光を、対物レンズおよび開口絞りを通過させて撮像手段に入射させることができる。そのため、周縁部からの光についても中心部からの光と同様に効率よく集光して、明るい画像を得ることができる。また、このような作用効果を開口絞りの配置によって得ているので、光学系の開口数(NA)を大きくする必要がない。このため、比較的深い被写界深度を得ることができるので、立体的な試料の撮像にも好適である。 As will be described in detail later, in the invention configured as described above, the light whose traveling path is bent by the meniscus effect of the liquid surface and travels outward from the peripheral portion of the bottom surface of the recess is allowed to pass through the objective lens and the aperture stop. It can be incident on the imaging means. For this reason, the light from the peripheral portion can be collected as efficiently as the light from the central portion, and a bright image can be obtained. In addition, since such an effect is obtained by the arrangement of the aperture stop, it is not necessary to increase the numerical aperture (NA) of the optical system. For this reason, since a comparatively deep depth of field can be obtained, it is also suitable for imaging a three-dimensional sample.
 このように、本発明によれば、簡単な構成で、試料容器の底面周縁部まで十分な明るさで撮像することができ、しかも立体構造を有する試料であっても良好な画像品質で撮像することが可能である。 Thus, according to the present invention, it is possible to take an image with sufficient brightness up to the peripheral edge of the bottom surface of the sample container with a simple configuration, and even with a sample having a three-dimensional structure, the image is taken with good image quality. It is possible.
 この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、添付図面を参照しながら次の詳細な説明を読めば、より完全に明らかとなるであろう。ただし、図面は専ら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。 The above and other objects and novel features of the present invention will become more fully apparent when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings. However, the drawings are for explanation only and do not limit the scope of the present invention.
本発明にかかる撮像装置の第1実施形態の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of an imaging apparatus according to the present invention. ウェルを透過する光を模式的に示す第1の図である。It is a 1st figure which shows typically the light which permeate | transmits a well. ウェルを透過する光を模式的に示す第2の図である。It is a 2nd figure which shows typically the light which permeate | transmits a well. ウェルを透過して撮像デバイスに受光される光を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the light which permeate | transmits a well and is received by the imaging device. 観察光学系の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of an observation optical system. 比較例としての従来技術の観察光学系を示す図である。It is a figure which shows the observation optical system of the prior art as a comparative example. 撮像された画像の例を示す第1の図である。It is a 1st figure which shows the example of the imaged image. 撮像された画像の例を示す第2の図である。It is a 2nd figure which shows the example of the imaged image. この発明にかかる撮像装置の第2実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the imaging device concerning this invention. この発明にかかる撮像装置の第3実施形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment of the imaging device concerning this invention. 走査移動に伴う問題点を説明するための第1の図である。It is a 1st figure for demonstrating the problem accompanying a scanning movement. 走査移動に伴う問題点を説明するための第2の図である。It is a 2nd figure for demonstrating the problem accompanying a scanning movement. 第3実施形態における開口絞りの開口形状を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the opening shape of the aperture stop in 3rd Embodiment. ウェル周縁部から出射される光の光路を示す図である。It is a figure which shows the optical path of the light radiate | emitted from a well peripheral part. 撮像された画像の例を示す第1の図である。It is a 1st figure which shows the example of the imaged image. 撮像された画像の例を示す第2の図である。It is a 2nd figure which shows the example of the imaged image. この発明にかかる撮像装置の第4実施形態を示す第1の図である。It is the 1st figure showing a 4th embodiment of an imaging device concerning this invention. この発明にかかる撮像装置の第4実施形態を示す第2の図である。It is a 2nd figure which shows 4th Embodiment of the imaging device concerning this invention. 撮像された画像の例を示す第1の図である。It is a 1st figure which shows the example of the imaged image. 撮像された画像の例を示す第2の図である。It is a 2nd figure which shows the example of the imaged image.
 <第1実施形態>
 図1は本発明にかかる撮像装置の第1実施形態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と称される窪部に注入された液体中の生物試料を撮像する装置である。以下、各図における方向を統一的に示すために、図1に示すようにXYZ直交座標軸を設定する。ここでXY平面が水平面、Z軸が鉛直軸を表す。より詳しくは、(+Z)方向が鉛直上向き方向を表している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of an imaging apparatus according to the present invention. This imaging apparatus 1 is an apparatus that images a biological sample in a liquid injected into a recess called a well W formed on the upper surface of a well plate WP. Hereinafter, in order to uniformly indicate the directions in the drawings, XYZ orthogonal coordinate axes are set as shown in FIG. Here, the XY plane represents a horizontal plane and the Z axis represents a vertical axis. More specifically, the (+ Z) direction represents a vertically upward direction.
 ウェルプレートWPは、創薬や生物科学の分野において一般的に使用されているものである。平板状のプレートWPの上面に、断面が略円形の筒状に形成され底面が透明で平坦なウェルWが複数設けられている。1つのウェルプレートWPにおけるウェルWの数は任意であるが、例えば96個(12×8のマトリクス配列)のものを用いることができる。各ウェルWの直径および深さは代表的には数mm程度である。なお、この撮像装置1が対象とするウェルプレートのサイズやウェルの数はこれらに限定されるものではなく任意であり、例えば、一般的に入手可能な384穴のものであってもよい。 The well plate WP is generally used in the fields of drug discovery and biological science. A plurality of wells W having a substantially circular cross section and a transparent bottom surface are provided on the upper surface of the flat plate WP. Although the number of wells W in one well plate WP is arbitrary, for example, 96 (12 × 8 matrix arrangement) can be used. The diameter and depth of each well W is typically about several mm. Note that the size of the well plate and the number of wells targeted by the imaging apparatus 1 are not limited to these, and may be arbitrary, for example, may be a generally available 384 hole.
 ウェルプレートWPの各ウェルWには、培地としての液体が所定量注入される。この液体中において所定の培養条件で培養された細胞、細菌等の生物試料が、この撮像装置1の撮像対象となる。培地は適宜の試薬が添加されたものでもよく、また液状でウェルWに投入された後ゲル化するものであってもよい。後述するように、この撮像装置1では、例えばウェルWの内底面で培養されたスフェロイド(細胞集塊)を撮像対象とすることができる。常用される一般的な液量は、50ないし200マイクロリットル程度である。 A predetermined amount of liquid as a medium is injected into each well W of the well plate WP. Biological samples such as cells and bacteria that are cultured in this liquid under predetermined culture conditions are imaging targets of the imaging device 1. The medium may be one to which an appropriate reagent has been added, or it may be in a liquid state and gelled after being placed in the well W. As will be described later, in the imaging apparatus 1, for example, spheroids (cell agglomerates) cultured on the inner bottom surface of the well W can be set as an imaging target. Commonly used liquid volume is about 50 to 200 microliters.
 撮像装置1は、ウェルプレートを保持するホルダ11と、ホルダ11の上方に配置される照明部12と、ホルダ11の下方に配置される撮像部13と、これら各部の動作を制御するCPU141を有する制御部14とを備えている。ホルダ11は、生物試料を液体とともに各ウェルWに担持するウェルプレート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。 The imaging apparatus 1 includes a holder 11 that holds a well plate, an illumination unit 12 that is disposed above the holder 11, an imaging unit 13 that is disposed below the holder 11, and a CPU 141 that controls operations of these units. And a control unit 14. The holder 11 is in contact with the peripheral edge of the lower surface of the well plate WP carrying the biological sample together with the liquid in each well W, and holds the well plate WP in a substantially horizontal posture.
 照明部12は、ホルダ11に保持されたウェルプレートWPに向けて適宜の拡散光(例えば白色光)を出射する。より具体的には、例えば光源としての白色LED(Light Emitting Diode)光源121と拡散板122とを組み合わせたものを、照明部12として用いることができる。照明部12により、ウェルプレートWPに設けられたウェルW内の生物試料が上方から照明される。 The illumination unit 12 emits appropriate diffused light (for example, white light) toward the well plate WP held by the holder 11. More specifically, for example, a combination of a white LED (Light-Emitting-Diode) light source 121 as a light source and a diffusion plate 122 can be used as the illumination unit 12. The illumination unit 12 illuminates the biological sample in the well W provided on the well plate WP from above.
 ホルダ11により保持されたウェルプレートWPの下方に、撮像部13が設けられる。撮像部13には、ウェルプレートWPの直下位置に対物レンズ131が配置されている。対物レンズ131の光軸は鉛直方向(Z方向)に向けられており、対物レンズ131の光軸に沿って上から下に向かって順に、開口絞り132、結像レンズ133および撮像デバイス134がさらに設けられている。対物レンズ131、開口絞り132および結像レンズ133は、それぞれの中心が鉛直方向(Z方向)に沿って一列に並ぶように配置されて、これらが一体として観察光学系130を構成している。なお、この例では撮像部13を構成する各部が鉛直方向に一列に配列されているが、各部間の距離(光路長)が後述する関係を満たす限りにおいて、反射鏡等により光路が折り返されていてもよい。 An imaging unit 13 is provided below the well plate WP held by the holder 11. In the imaging unit 13, an objective lens 131 is disposed immediately below the well plate WP. The optical axis of the objective lens 131 is directed in the vertical direction (Z direction), and the aperture stop 132, the imaging lens 133, and the imaging device 134 are further provided in order from the top to the bottom along the optical axis of the objective lens 131. Is provided. The objective lens 131, the aperture stop 132, and the imaging lens 133 are arranged so that their centers are aligned in a line along the vertical direction (Z direction), and these constitute an observation optical system 130 as a unit. In this example, the components constituting the imaging unit 13 are arranged in a line in the vertical direction. However, as long as the distance (optical path length) between the components satisfies the relationship described later, the optical path is folded by a reflecting mirror or the like. May be.
 撮像部13は、制御部14に設けられたメカ駆動部146によりXYZ方向に移動可能となっている。具体的には、メカ駆動部146が、CPU141からの制御指令に基づき、撮像部13を構成する対物レンズ131、開口絞り132、結像レンズ133および撮像デバイス134を一体的にX方向およびY方向に移動させる。これにより、撮像部13がウェルWに対し水平方向に移動する。1つのウェルW内の撮像対象物が撮像されるときには、メカ駆動部146は、観察光学系130の光軸が当該ウェルWの中心と一致するように、撮像部13を水平方向に位置決めする。 The imaging unit 13 can be moved in the XYZ directions by a mechanical drive unit 146 provided in the control unit 14. Specifically, based on a control command from the CPU 141, the mechanical drive unit 146 integrally connects the objective lens 131, the aperture stop 132, the imaging lens 133, and the imaging device 134 that constitute the imaging unit 13 in the X direction and the Y direction. Move to. Thereby, the imaging unit 13 moves in the horizontal direction with respect to the well W. When the imaging object in one well W is imaged, the mechanical drive unit 146 positions the imaging unit 13 in the horizontal direction so that the optical axis of the observation optical system 130 coincides with the center of the well W.
 また、メカ駆動部146は、撮像部13をZ方向に移動させることにより、撮像対象物に対する撮像部13のフォーカス合わせを行う。具体的には、撮像対象物たる生物試料が存在するウェルWの内底面に対物レンズ131の焦点が合うように、メカ駆動部146が、対物レンズ131、開口絞り132、結像レンズ133および撮像デバイス134を一体的に上下動させる。 Further, the mechanical drive unit 146 performs the focusing of the imaging unit 13 with respect to the imaging target by moving the imaging unit 13 in the Z direction. Specifically, the mechanical drive unit 146 includes the objective lens 131, the aperture stop 132, the imaging lens 133, and the imaging so that the objective lens 131 is focused on the inner bottom surface of the well W where the biological sample that is the imaging target is present. The device 134 is moved up and down integrally.
 また、メカ駆動部146は、撮像部13をXY方向に移動させる際、照明部12を撮像部13と一体的にXY方向に移動させる。すなわち、照明部12は、その光中心が観察光学系130の光軸と略一致するように配置されており、対物レンズ131を含む撮像部13がXY方向に移動するとき、これと連動してXY方向に移動する。これにより、どのウェルWが撮像される場合でも、当該ウェルWの中心および照明部12の光中心が常に観察光学系130の光軸上に位置することとなる。これにより、各ウェルWに対する照明条件を一定にして、撮像条件を良好に維持することができる。 The mechanical drive unit 146 moves the illumination unit 12 integrally with the imaging unit 13 in the XY direction when moving the imaging unit 13 in the XY direction. That is, the illumination unit 12 is arranged so that the optical center thereof substantially coincides with the optical axis of the observation optical system 130. When the imaging unit 13 including the objective lens 131 moves in the XY direction, the illumination unit 12 is interlocked with this. Move in the XY direction. Thus, regardless of which well W is imaged, the center of the well W and the optical center of the illumination unit 12 are always located on the optical axis of the observation optical system 130. Thereby, the illumination conditions for each well W can be made constant and the imaging conditions can be maintained well.
 撮像部13により、ウェルW内の生物試料が撮像される。具体的には、照明部12から出射されウェルWの上方から液体に入射した光が撮像対象物を照明し、ウェルW底面から下方へ透過した光が対物レンズ131により集光される。開口絞り132、結像レンズ133を介して最終的に撮像デバイス134の受光面に撮像対象物の像が結像し、これが撮像デバイス134の受光素子1341により受光される。受光素子1341は二次元イメージセンサであり、その表面に結像した撮像対象物の二次元画像を電気信号に変換する。受光素子1341としては、例えばCCDセンサまたはCMOSセンサを用いることができる。 The biological sample in the well W is imaged by the imaging unit 13. Specifically, light emitted from the illumination unit 12 and incident on the liquid from above the well W illuminates the imaging target, and light transmitted downward from the bottom surface of the well W is collected by the objective lens 131. An image of the imaging object is finally formed on the light receiving surface of the imaging device 134 via the aperture stop 132 and the imaging lens 133, and this is received by the light receiving element 1341 of the imaging device 134. The light receiving element 1341 is a two-dimensional image sensor, and converts a two-dimensional image of the imaging object formed on the surface thereof into an electrical signal. As the light receiving element 1341, for example, a CCD sensor or a CMOS sensor can be used.
 ウェルW底面(より厳密には内底面)と対物レンズ131との距離は、対物レンズ131の焦点距離f1である一方、対物レンズ131と開口絞り132との距離dは、対物レンズ131の焦点距離f1よりも長くなるように配置される。また、開口絞り132と結像レンズ133との距離および結像レンズ133と撮像デバイス134との距離は、いずれも結像レンズ133の焦点距離f2とされている。このような配置とする理由については後に詳述する。 The distance between the bottom surface of the well W (more precisely, the inner bottom surface) and the objective lens 131 is the focal length f1 of the objective lens 131, while the distance d between the objective lens 131 and the aperture stop 132 is the focal length of the objective lens 131. It arrange | positions so that it may become longer than f1. Further, the distance between the aperture stop 132 and the imaging lens 133 and the distance between the imaging lens 133 and the imaging device 134 are all the focal length f2 of the imaging lens 133. The reason for this arrangement will be described in detail later.
 受光素子1341から出力される画像信号は、制御部14に送られる。すなわち、画像信号は制御部14に設けられたADコンバータ(A/D)143に入力されてデジタル画像データに変換される。CPU141は、受信した画像データに基づき適宜画像処理を実行する。制御部14はさらに、画像データを記憶保存するための画像メモリ144と、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記憶保存するためのメモリ145とを有しているが、これらは一体のものであってもよい。 The image signal output from the light receiving element 1341 is sent to the control unit 14. That is, the image signal is input to an AD converter (A / D) 143 provided in the control unit 14 and converted into digital image data. The CPU 141 executes image processing as appropriate based on the received image data. The control unit 14 further includes an image memory 144 for storing and storing image data, and a memory 145 for storing and storing programs to be executed by the CPU 141 and data generated by the CPU 141. It may be integral.
 その他に、制御部14には、インターフェース(I/F)142が設けられている。インターフェース142は、ユーザからの操作入力を受け付けたり、ユーザへの処理結果等の情報提示を行うほか、通信回線を介して接続された外部装置との間でのデータ交換を行う。 In addition, the control unit 14 is provided with an interface (I / F) 142. The interface 142 receives an operation input from the user, presents information such as a processing result to the user, and exchanges data with an external apparatus connected via a communication line.
 図2Aおよび図2Bはウェルを透過する光を模式的に示す図である。また、図3はウェルを透過して撮像デバイスに受光される光を模式的に示す図である。図2Aに示すように、ウェルプレートWPに設けられた円筒形状のウェルWは、円筒の中心軸が鉛直軸と一致するように、つまり開口面Stおよび底面Sbが略水平となるように、ホルダ11により保持される。このときウェルWの開口面Stと底面Sbとは、鉛直方向において同心となっている。なお、ウェルWの開口面Stと底面Sbとは完全に同一サイズである必要はなく、例えばウェル側壁面が倒立円錐台形状であって、開口面Stに対し底面Sbが少し小さくなっていてもよい。 2A and 2B are diagrams schematically showing light transmitted through the well. FIG. 3 is a diagram schematically showing light that passes through the well and is received by the imaging device. As shown in FIG. 2A, the cylindrical well W provided in the well plate WP has a holder so that the central axis of the cylinder coincides with the vertical axis, that is, the opening surface St and the bottom surface Sb are substantially horizontal. 11 is held. At this time, the opening surface St and the bottom surface Sb of the well W are concentric in the vertical direction. The opening surface St and the bottom surface Sb of the well W do not have to be completely the same size. For example, even if the well side wall surface has an inverted truncated cone shape and the bottom surface Sb is slightly smaller than the opening surface St. Good.
 撮像されるウェルWには液体Lが注入されており、その液面には一般的に下に凸のメニスカスが形成されている。仮に液体が注入されていない、あるいは液面が平坦である場合を想定すると、図2Aに実線矢印で示すように、ウェルWの開口面Stから入射した光はそのままウェルW内を進んでウェルWの底面Sbから下方へ透過し、対物レンズ131により集光されて撮像デバイス134へ向かう。 The liquid L is injected into the well W to be imaged, and a generally downward meniscus is formed on the liquid surface. If it is assumed that no liquid is injected or the liquid level is flat, as shown by a solid line arrow in FIG. 2A, light incident from the opening surface St of the well W travels through the well W as it is. From the bottom surface Sb of the lens, and is condensed by the objective lens 131 toward the imaging device 134.
 しかしながら、点線矢印で示すように、液面のメニスカスにより光が屈折する。そのため、特にウェル底面Sbの周縁部(以下、「ウェル周縁部」と称する)Weを通過する照明光は、対物レンズ131の光軸から離れる方向に進む。そのため、この点を考慮していない観察光学系を用いた従来の撮像装置では、ウェル周縁部Weから出射する光を十分に撮像デバイスに入射させることができず、結果的にウェル周縁部Weにおいて画像が暗くなる。 However, the light is refracted by the meniscus on the liquid level as indicated by the dotted arrow. Therefore, in particular, the illumination light passing through the peripheral portion (hereinafter referred to as “well peripheral portion”) We of the well bottom surface Sb travels in a direction away from the optical axis of the objective lens 131. Therefore, in a conventional imaging apparatus using an observation optical system that does not consider this point, light emitted from the well peripheral portion We cannot be sufficiently incident on the imaging device, and as a result, in the well peripheral portion We. The image becomes dark.
 本実施形態の観察光学系130は、この問題を解消することを可能にする構成となっている。以下、その考え方を説明する。図2BはウェルWを通過する光の代表的な進路を示す光路図である。また、図3はこれらの光が最終的に撮像デバイス134に受光されるまでの進路を示す光路図である。これらの図において実線および点線で示すように、照明部12の各所から出射された光がウェル周縁部Weを通過する。このうち、実線で示されるウェルWの開口面Stの中心を通る光線に着目する。この光線は、ウェルWの開口面Stを一種の絞りとみなした場合の当該絞りの主光線に相当する。 The observation optical system 130 of the present embodiment has a configuration that can solve this problem. The concept will be described below. FIG. 2B is an optical path diagram showing a typical path of light passing through the well W. FIG. 3 is an optical path diagram showing a course until these lights are finally received by the imaging device 134. In these drawings, as indicated by solid lines and dotted lines, light emitted from various portions of the illumination unit 12 passes through the well peripheral edge We. Of these, attention is focused on light rays passing through the center of the opening surface St of the well W indicated by a solid line. This light beam corresponds to the principal ray of the aperture when the opening surface St of the well W is regarded as a kind of aperture.
 照明部12の点Pから出射されてウェル開口面Stの中心を通り、ウェル周縁部Weを通過する光Leを考える。このとき、ウェル底面Sbから出射される光Leの方向が、図2Bに一点鎖線で示される観察光学系130の光軸方向となす角を符号θにより表す。液面での屈折により、この角θは開口面Stに入射するときの入射角θ1より大きくなる。 Consider the light Le that is emitted from the point P of the illumination unit 12 and passes through the center of the well opening surface St and passes through the well peripheral portion We. At this time, an angle between the direction of the light Le emitted from the well bottom surface Sb and the optical axis direction of the observation optical system 130 indicated by a one-dot chain line in FIG. Due to refraction at the liquid surface, this angle θ becomes larger than the incident angle θ1 when entering the aperture surface St.
 本願発明者は、市販されている一般的な96ウェル、ウェル直径7mmのウェルプレートWPを用いて、ウェルWに注入する液量を種々に変更設定して配光シミュレーションを行った。その結果、配光重心が観察光学系の光軸に対してなす角θの値は14度ないし18度の範囲となった。また、384ウェル、1辺3.5mmの角型ウェルでは、角θの値は8度ないし15度の範囲となった。その他の各種のウェルプレートにおいても、角θの値は概ね10度前後の値を示すと推定される。 The inventor of the present application performed a light distribution simulation by changing the amount of liquid to be injected into the well W in various ways using a commercially available general 96-well well plate WP having a well diameter of 7 mm. As a result, the angle θ formed by the light distribution center of gravity with respect to the optical axis of the observation optical system was in the range of 14 degrees to 18 degrees. Further, in the case of a 384 well and a square well with a side of 3.5 mm, the value of the angle θ was in the range of 8 to 15 degrees. In other various well plates, the value of the angle θ is estimated to be approximately 10 degrees.
 本願発明者の知見では、図3に示すように、光Leが開口絞り132の中心を通る位置に開口絞り132を設置することで、ウェル周縁部Weから出射される光を効率よく撮像デバイス134に導くことが可能である。つまり、光Leの光路が観察光学系130の光軸と交わる位置に、開口絞り132を設置すればよい。このとき、ウェル周縁部Weから出射され対物レンズ131を介して開口絞り132に入射する光の主光線が、ウェルWの開口面Stから入射してウェル周縁部Weを通過する光の主光線と一致することになる。これにより、ウェル周縁部Weから出射される光を有効に撮像デバイス134に導くことができる。このような状態とするために、開口絞り132は、対物レンズ131に対しその焦点距離f1よりも遠くに、つまり対物レンズ131の焦点位置よりも撮像デバイス134側に寄った位置に設けられる。すなわち、図3において、d>f1の関係が成立する。 According to the knowledge of the inventor of the present application, as shown in FIG. 3, by installing the aperture stop 132 at a position where the light Le passes through the center of the aperture stop 132, the light emitted from the well peripheral edge We is efficiently captured. It is possible to lead to. That is, the aperture stop 132 may be installed at a position where the optical path of the light Le intersects the optical axis of the observation optical system 130. At this time, the principal ray of light emitted from the well peripheral portion We and incident on the aperture stop 132 via the objective lens 131 is the principal ray of light incident from the opening surface St of the well W and passing through the well peripheral portion We. Will match. Thereby, the light emitted from the well peripheral portion We can be effectively guided to the imaging device 134. In order to achieve such a state, the aperture stop 132 is provided farther from the objective lens 131 than its focal length f1, that is, at a position closer to the imaging device 134 than the focal position of the objective lens 131. That is, in FIG. 3, the relationship of d> f1 is established.
 また、開口絞り132の開口サイズについては、照明部12からウェル開口面Stに入射してウェル周縁部Weから出射される光のうちウェル開口面Stへの入射角が最も大きい光L1、L2を通過させることができるサイズとされる。こうすることで、ウェル周縁部Weを照明する光が全て開口絞り132を通過して撮像デバイス134に到達することになり、ウェル周縁部Weにおける画像の明るさを最大化することができる。ただし、開口絞り132の開口サイズを大きくすると被写界深度が浅くなったり結像状態が悪化することもあるため、実際には画像の明るさと画像品質とのバランスも考慮する必要がある。 As for the aperture size of the aperture stop 132, the lights L1 and L2 having the largest incident angle to the well aperture surface St among the light incident on the well aperture surface St from the illumination unit 12 and emitted from the well peripheral portion We. The size can be passed. By doing so, all of the light that illuminates the well peripheral portion We passes through the aperture stop 132 and reaches the imaging device 134, and the brightness of the image at the well peripheral portion We can be maximized. However, if the aperture size of the aperture stop 132 is increased, the depth of field may become shallower or the image formation state may deteriorate, so it is actually necessary to consider the balance between image brightness and image quality.
 図4は観察光学系の位置関係を示す図である。対物レンズ131の焦点距離を符号f1、対物レンズ131と開口絞り132との距離を符号d、対物レンズ131の後側焦点から開口絞り132までの距離を符号d2、結像レンズ133の焦点距離を符号f2により表す。また、対物レンズ131側からウェルW内の液体Lの液面を介して見たときの見かけ上のウェル開口面Stの位置からウェル底面Sbまでの距離を符号d1により表す。また、ウェル底面Sbの半径を符号Rにより表す。 FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship of the observation optical system. The focal length of the objective lens 131 is denoted by f1, the distance between the objective lens 131 and the aperture stop 132 is denoted by d, the distance from the rear focal point of the objective lens 131 to the aperture stop 132 is denoted by d2, and the focal length of the imaging lens 133 is defined. This is represented by reference numeral f2. Further, the distance from the apparent well opening surface St to the well bottom surface Sb when viewed from the objective lens 131 side through the liquid surface of the liquid L in the well W is represented by reference sign d1. Further, the radius of the well bottom surface Sb is represented by the symbol R.
 光Leが開口絞り132の中心を通るための関係として、図4に示される各部の距離およびニュートンの結像式から、次式:
  d2=f1×f1/d1=f1×f1/(R/tanθ) … (式1)
が得られる。したがって、対物レンズ131と開口絞り132との距離dは、次式:
  d=f1+d2=f1+f1×f1/(R/tanθ) … (式2)
により表される。ここで、各部の代表的な寸法として、例えば、
  f1=45mm
  2R=6.5mm
  θ=18度
とすると、距離dは約247mmとなる。
As a relationship for the light Le to pass through the center of the aperture stop 132, from the distance of each part and the Newton imaging formula shown in FIG.
d2 = f1 × f1 / d1 = f1 × f1 / (R / tan θ) (Equation 1)
Is obtained. Therefore, the distance d between the objective lens 131 and the aperture stop 132 is expressed by the following formula:
d = f1 + d2 = f1 + f1 × f1 / (R / tan θ) (Expression 2)
It is represented by Here, as representative dimensions of each part, for example,
f1 = 45mm
2R = 6.5mm
If θ = 18 degrees, the distance d is about 247 mm.
 開口絞り132から結像レンズ133までの距離、および結像レンズ133から撮像デバイス134までの距離については任意であるが、例えばこれらをいずれも結像レンズ133の焦点距離f2と一致させるようにすることができる。こうすることにより、開口絞り132から撮像デバイス134までの間でテレセントリック光学系を構成することができ、撮像デバイス134に結像する撮像対象物の像を鮮明にして、画像品質を良好なものとすることができる。 Although the distance from the aperture stop 132 to the imaging lens 133 and the distance from the imaging lens 133 to the imaging device 134 are arbitrary, for example, both are made to coincide with the focal length f2 of the imaging lens 133. be able to. By doing so, a telecentric optical system can be configured between the aperture stop 132 and the imaging device 134, and the image of the imaging target imaged on the imaging device 134 is sharpened, and the image quality is improved. can do.
 図5は比較例としての従来技術の観察光学系を示す図である。この観察光学系は、ウェルWの上方に照明部LSが設けられる一方、ウェルWの下方に配置されたカメラレンズCLにより、ウェル底面Sbの像を撮像デバイスIMの受光面に等倍で結像させるものである。このような観察光学系では、ウェル底面SbからカメラレンズCLまでの距離、およびカメラレンズCLから撮像デバイスIMまでの距離が、それぞれカメラレンズCLの焦点距離f0の2倍に設定される。 FIG. 5 is a diagram showing a conventional observation optical system as a comparative example. In this observation optical system, an illumination unit LS is provided above the well W, and an image of the well bottom surface Sb is formed on the light receiving surface of the imaging device IM at the same magnification by the camera lens CL disposed below the well W. It is something to be made. In such an observation optical system, the distance from the well bottom surface Sb to the camera lens CL and the distance from the camera lens CL to the imaging device IM are each set to twice the focal length f0 of the camera lens CL.
 図6Aおよび図6Bは撮像された画像の例を示す図である。図6Aは図5に示す従来技術の観察光学系を用いて撮像された画像の例であり、ウェル周縁部に対応する領域で画像が暗くなっている。これに対して、図6Bは本実施形態の観察光学系130を用いて撮像された画像の例であり、ウェル周縁部まで明るい画像が得られていることがわかる。 6A and 6B are diagrams showing examples of captured images. FIG. 6A is an example of an image captured using the conventional observation optical system shown in FIG. 5, and the image is dark in a region corresponding to the peripheral edge of the well. In contrast, FIG. 6B is an example of an image captured using the observation optical system 130 of the present embodiment, and it can be seen that a bright image is obtained up to the peripheral edge of the well.
 以上のように、この実施形態では、撮像対象物である生物試料が分布するウェル底面Sbから見て対物レンズ131の後方に配置される開口絞り132が、対物レンズ131の焦点よりもさらに後方(撮像デバイス側)に配置されている。これにより、ウェルW内の液面での屈折により観察光学系130の光軸から離れる方向に広がる光を、より効率よく集光して撮像デバイス134に導くことができる。そのため、この実施形態では、ウェル周縁部においてもウェル中心部と同等の明るさを有する画像を撮像することができる。 As described above, in this embodiment, the aperture stop 132 disposed behind the objective lens 131 when viewed from the well bottom surface Sb on which the biological sample as the imaging target is distributed is further rearward than the focal point of the objective lens 131 ( Arranged on the imaging device side). As a result, light spreading in a direction away from the optical axis of the observation optical system 130 due to refraction at the liquid surface in the well W can be collected more efficiently and guided to the imaging device 134. Therefore, in this embodiment, an image having the same brightness as that of the well central portion can be taken even in the peripheral portion of the well.
 また、観察光学系130の開口数(NA)については、前記した特許文献に記載された照明光を斜めから入射させる従来技術のように大きくする必要はない。そのため、結像性能のよい特別なレンズ設計を要しない。また、観察光学系の被写界深度が大きく取れるので、スフェロイドSpのように立体的構造を有する撮像対象物であっても鮮明に撮像することができる。特に、画像における撮像対象物の陰影の現れ方が視野全体で同程度になることから、立体的構造を有する生物試料の観察を目的とする撮像に好適である。 Further, the numerical aperture (NA) of the observation optical system 130 does not need to be increased as in the conventional technique in which the illumination light described in the above-described patent document is incident obliquely. Therefore, a special lens design with good imaging performance is not required. In addition, since the depth of field of the observation optical system can be increased, even an imaging object having a three-dimensional structure such as a spheroid Sp can be captured clearly. In particular, since the appearance of the shadow of the object to be imaged in the image is almost the same in the entire visual field, it is suitable for imaging for the purpose of observing a biological sample having a three-dimensional structure.
 なお、前記したように、ウェル開口面Stの中心に入射してウェル周縁部Weを通過する光Leが開口絞り132の中心を通る、上記(式2)の関係が満たされた状態が最も好ましい。したがって、厳密にはウェルのサイズや注入される液体の種類、量等に応じて開口絞り132の位置を調整する必要がある。しかしながら、この種の培養実験において実際に使用されるウェルプレートWPの種類や培養液の量の範囲についてはある程度限定されている。標準的な培養条件に合わせて開口絞り132の位置を設定しておけば、少なくとも従来技術に対して、十分な画像品質の改善効果を得ることが可能である。 As described above, it is most preferable that the light Le incident on the center of the well opening surface St and passing through the well peripheral edge We passes through the center of the aperture stop 132 and the relationship of the above (Formula 2) is satisfied. . Therefore, strictly speaking, it is necessary to adjust the position of the aperture stop 132 in accordance with the size of the well and the type and amount of the liquid to be injected. However, the types of well plates WP actually used in this type of culture experiment and the range of the amount of the culture solution are limited to some extent. If the position of the aperture stop 132 is set in accordance with standard culture conditions, it is possible to obtain a sufficient image quality improvement effect at least as compared with the prior art.
 前記したように、実用的な培養条件ではウェル周縁部Weから出射される光Leの広がり角θは8度ないし18度程度である。本願発明者の実験によれば、ウェル周縁部Weから出射されて開口絞りに入射する光の入射角φ(図4)が5度ないし30度程度となるように開口絞り132を配置すれば、これらの一般的な培養条件で作成された生物試料について、ウェル周縁部まで十分な明るさで撮像を行うことが可能である。当然に、より好ましくは入射角φは8度ないし18度の範囲であり、さらに理想的には、試料に応じた角度を得るために、開口絞り132の位置が調整されることが望ましい。 As described above, under practical culture conditions, the spread angle θ of the light Le emitted from the well peripheral edge We is about 8 degrees to 18 degrees. According to the experiment of the present inventor, if the aperture stop 132 is arranged so that the incident angle φ (FIG. 4) of the light emitted from the well peripheral portion We and incident on the aperture stop is about 5 degrees to 30 degrees, For biological samples prepared under these general culture conditions, it is possible to perform imaging with sufficient brightness up to the peripheral edge of the well. Naturally, the incident angle φ is more preferably in the range of 8 degrees to 18 degrees, and more ideally, the position of the aperture stop 132 is desirably adjusted in order to obtain an angle corresponding to the sample.
 <第2実施形態>
 次に、この発明にかかる撮像装置の第2実施形態について説明する。上記したように、この発明にかかる撮像装置では、開口絞りが対物レンズの焦点位置よりも撮像デバイス側に寄った位置に設けられる。こうすることで、液面での屈折に起因して観察光学系の光軸から離れる方向に広がる光が効率よく集光されて、ウェル周縁部まで明るい画像が得られる。そして、最も良好な条件で撮像を行うためには、試料に応じて開口絞りの位置を調整することが望ましい。上記の第1実施形態では、標準的な試料に合わせて開口絞りの位置が設定されていたが、次に説明する第2実施形態では、開口絞りの位置を可変として、試料に応じた撮像条件の最適化を行えるようにしている。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the imaging apparatus according to the present invention will be described. As described above, in the imaging apparatus according to the present invention, the aperture stop is provided at a position closer to the imaging device side than the focal position of the objective lens. By doing so, light spreading in a direction away from the optical axis of the observation optical system due to refraction at the liquid surface is efficiently collected, and a bright image is obtained up to the peripheral edge of the well. In order to perform imaging under the best conditions, it is desirable to adjust the position of the aperture stop according to the sample. In the first embodiment, the position of the aperture stop is set in accordance with a standard sample. However, in the second embodiment described below, the position of the aperture stop is variable, and the imaging condition corresponding to the sample is set. Can be optimized.
 図7はこの発明にかかる撮像装置の第2実施形態を示す図である。この実施形態の撮像装置2は、撮像部の構成が第1実施形態のものと一部異なっている。より具体的には、この実施形態の撮像部23は、観察光学系において対物レンズと開口絞りとの距離を変更可能に構成されている。この点を除く装置構成および動作は第1実施形態と同じである。そこで、ここでは第1実施形態と同一の機能を有する構成には同一符号を付して説明を省略し、第1実施形態と相違する部分を中心に説明する。 FIG. 7 is a diagram showing a second embodiment of the imaging apparatus according to the present invention. The imaging device 2 of this embodiment is partially different from that of the first embodiment in the configuration of the imaging unit. More specifically, the imaging unit 23 of this embodiment is configured to be able to change the distance between the objective lens and the aperture stop in the observation optical system. Except for this point, the apparatus configuration and operation are the same as those in the first embodiment. Therefore, here, components having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and portions different from those of the first embodiment will be mainly described.
 この実施形態では、撮像部23を構成する対物レンズ231、開口絞り232、結像レンズ233および撮像デバイス234が、メカ駆動部146により一体的に昇降されることでウェル底面Sbへのフォーカス調整を実行可能となっている。これに加えて、対物レンズ231を固定したまま、開口絞り232、結像レンズ233および撮像デバイス234のみが一体的にメカ駆動部146により昇降可能に構成されている。 In this embodiment, the objective lens 231, the aperture stop 232, the imaging lens 233, and the imaging device 234 that constitute the imaging unit 23 are integrally moved up and down by the mechanical drive unit 146 to adjust the focus to the well bottom surface Sb. It is executable. In addition to this, only the aperture stop 232, the imaging lens 233, and the imaging device 234 can be integrally moved up and down by the mechanical drive unit 146 while the objective lens 231 is fixed.
 したがって、この実施形態では、開口絞り232、結像レンズ233および撮像デバイス234によるテレセントリック光学系を維持したまま、対物レンズ231と開口絞り232との距離を変更することが可能となっている。これにより、試料に応じた開口絞り232の位置調整が可能となり、異なる試料の間でもウェル周縁部での画像の明るさを同等に維持することができる。なお、開口絞り232の昇降はユーザによる手動操作により行われてもよい。このとき、撮像デバイス234により撮像される画像をリアルタイムで表示するようにすれば、ユーザは画像の明るさを確認しながら調整作業を効率的に行うことが可能となる。 Therefore, in this embodiment, the distance between the objective lens 231 and the aperture stop 232 can be changed while maintaining the telecentric optical system including the aperture stop 232, the imaging lens 233, and the imaging device 234. As a result, the position of the aperture stop 232 can be adjusted according to the sample, and the brightness of the image at the periphery of the well can be equally maintained even between different samples. In addition, raising / lowering of the aperture stop 232 may be performed manually by the user. At this time, if the image picked up by the image pickup device 234 is displayed in real time, the user can efficiently perform the adjustment work while checking the brightness of the image.
 <第3実施形態>
 次に、この発明にかかる撮像装置の第3実施形態について説明する。上記した第1および第2実施形態の撮像装置では、撮像デバイスとして二次元イメージセンサが用いられていた。これに代えて、一次元画像を撮像するリニアイメージセンサを用いて撮像を行うことも可能である。すなわち、リニアイメージセンサをその長手方向と交わる方向に走査移動させることで、二次元画像を取得することができる。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the imaging apparatus according to the present invention will be described. In the imaging devices of the first and second embodiments described above, a two-dimensional image sensor is used as the imaging device. Alternatively, it is possible to perform imaging using a linear image sensor that captures a one-dimensional image. That is, a two-dimensional image can be acquired by scanning and moving the linear image sensor in a direction crossing the longitudinal direction.
 この場合において、上記した第1または第2実施形態の撮像装置において撮像デバイスのみを二次元イメージセンサからリニアイメージセンサに置き換えることも可能である。その場合には、観察光学系を撮像対象となるウェルWの下方に位置決めしたままリニアイメージセンサを走査移動させることになる。そのため、観察光学系と撮像デバイスとが水平方向において個別に移動することが可能となっている必要がある。 In this case, it is also possible to replace only the imaging device from the two-dimensional image sensor to the linear image sensor in the imaging apparatus of the first or second embodiment described above. In that case, the linear image sensor is scanned and moved while the observation optical system is positioned below the well W to be imaged. Therefore, it is necessary that the observation optical system and the imaging device can be moved individually in the horizontal direction.
 一方、次に説明する第3実施形態の撮像装置は、水平方向において観察光学系と撮像デバイスとを一体的に走査移動させて撮像を行うことが可能な構成となっている。すなわち、観察光学系とは独立に撮像デバイスを移動させるための機構を要しない。 On the other hand, the imaging apparatus according to the third embodiment described below has a configuration capable of performing imaging by scanning and moving the observation optical system and the imaging device integrally in the horizontal direction. That is, a mechanism for moving the imaging device independently of the observation optical system is not required.
 図8はこの発明にかかる撮像装置の第3実施形態を示す図である。なお、この実施形態においても、第1実施形態と共通の構成には同一符号を付して説明を省略する。第3実施形態の撮像装置3の撮像部33では、撮像デバイス334がリニアイメージセンサを有している。より具体的には、撮像デバイス334は、X方向を長手方向とし、同方向に沿った一次元画像を撮像するリニアイメージセンサ3341を備えている。そして、撮像部33では、制御部14のメカ駆動部146により、対物レンズ331、開口絞り332、結像レンズ333および撮像デバイス334が一体的に、ウェルプレートWPに対してY方向に走査移動する。したがって、この実施形態では、観察光学系330の光軸自体の位置が、撮像されるウェルWに対して刻々と変化する。 FIG. 8 is a diagram showing a third embodiment of the imaging apparatus according to the present invention. In this embodiment as well, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the imaging unit 33 of the imaging apparatus 3 according to the third embodiment, the imaging device 334 includes a linear image sensor. More specifically, the imaging device 334 includes a linear image sensor 3341 that captures a one-dimensional image along the X direction as a longitudinal direction. In the imaging unit 33, the objective lens 331, the aperture stop 332, the imaging lens 333, and the imaging device 334 are integrally scanned and moved in the Y direction with respect to the well plate WP by the mechanical drive unit 146 of the control unit 14. . Therefore, in this embodiment, the position of the optical axis itself of the observation optical system 330 changes with respect to the well W to be imaged.
 図9Aおよび図9Bは走査移動に伴う問題点を説明するための図である。上記した第1および第2実施形態では、開口絞りの開口形状を例えば円形とすることができるが、第3実施形態において開口絞り332の開口を同様に円形とした場合、次のような問題がある。すなわち、図9Aに示すように、観察光学系330の光軸(一点鎖線で示す)がウェルWの中心付近を通る場合には、ウェル底面Sbから出射される光はほとんどが対物レンズ331を介して開口絞り332を通過することができる。なお、ウェル周縁部Weから出射される光もこのとき開口絞り332を通過するが、リニアイメージセンサ3341の受光面には入射しない。 9A and 9B are diagrams for explaining problems associated with scanning movement. In the first and second embodiments described above, the aperture shape of the aperture stop can be, for example, circular. However, when the aperture of the aperture stop 332 is similarly circular in the third embodiment, the following problem occurs. is there. That is, as shown in FIG. 9A, when the optical axis (indicated by the alternate long and short dash line) of the observation optical system 330 passes near the center of the well W, most of the light emitted from the well bottom surface Sb passes through the objective lens 331. Can pass through the aperture stop 332. Note that the light emitted from the well peripheral edge We also passes through the aperture stop 332 at this time, but does not enter the light receiving surface of the linear image sensor 3341.
 一方、図9Bに示すように、観察光学系330の光軸がウェル周縁部Weに近づくにつれて、ウェル底面Sbから出射される光の対物レンズ331への入射方向が図9Aの場合とは異なってくる。このため、ウェル周縁部Weからの光が開口絞り332によって遮蔽されることになる。つまり、ウェル周縁部Weにおいて画像が暗くなる。 On the other hand, as shown in FIG. 9B, as the optical axis of the observation optical system 330 approaches the well peripheral edge We, the incident direction of the light emitted from the well bottom surface Sb to the objective lens 331 is different from that in FIG. 9A. come. For this reason, the light from the well peripheral portion We is shielded by the aperture stop 332. That is, the image becomes dark at the well peripheral edge We.
 図10Aおよび図10Bは第3実施形態における開口絞りの開口形状を示す分解斜視図である。ここでは理解を容易にするために、ウェルプレートWPとしては仮想的に1つのウェルWのみが形成されたものを図示している。図10Aに示されるように、対物レンズ331、開口絞り332および結像レンズ333を含む観察光学系330と、撮像デバイス334とが一体的に、所定の走査方向Ds(ここではY方向に一致)に移動する。図示していないが、照明部12についても同様である。撮像デバイス334は走査方向Ds(すなわちY方向)と直交するX方向を長手方向とするリニアイメージセンサ3341を有し、撮像対象物に対してY方向に走査移動することで二次元画像を撮像する。 10A and 10B are exploded perspective views showing the aperture shape of the aperture stop according to the third embodiment. Here, in order to facilitate understanding, the well plate WP in which only one well W is virtually formed is illustrated. As shown in FIG. 10A, the observation optical system 330 including the objective lens 331, the aperture stop 332, and the imaging lens 333, and the imaging device 334 are integrally formed in a predetermined scanning direction Ds (here, coincides with the Y direction). Move to. Although not shown, the same applies to the illumination unit 12. The imaging device 334 includes a linear image sensor 3341 whose longitudinal direction is the X direction orthogonal to the scanning direction Ds (that is, the Y direction), and captures a two-dimensional image by scanning and moving the imaging target in the Y direction. .
 ここで、開口絞り332は、リニアイメージセンサ3341の走査方向Ds、すなわちY方向を長手方向として細く延びるスリット状の開口を有している。したがって、図10Bに示すように、観察光学系330の光軸(一点鎖線)がウェル周縁部Weに近づいた状態でも、ウェル周縁部Weから出射される光が開口絞り332を通過して撮像デバイス334に導かれる。これにより、ウェル周縁部で画像が暗くなるという問題が改善される。 Here, the aperture stop 332 has a slit-like opening extending thinly with the scanning direction Ds of the linear image sensor 3341, that is, the Y direction as the longitudinal direction. Therefore, as shown in FIG. 10B, even when the optical axis (one-dot chain line) of the observation optical system 330 is close to the well peripheral portion We, the light emitted from the well peripheral portion We passes through the aperture stop 332 and the imaging device. 334. This improves the problem that the image becomes dark at the periphery of the well.
 図11Aおよび図11Bは撮像された画像の例を示す図である。図11Aは図9Aに示す開口サイズの小さい開口絞りを用いて撮像した画像を、比較例として示したものである。撮像デバイス334の走査方向における両端部で中央部に比べて画像が暗くなっている。これに対し、本実施形態のスリット状に開口した開口絞り332を用いた撮像結果では、図11Bに示すように、走査方向の両端部でも十分な明るさが得られている。 FIG. 11A and FIG. 11B are diagrams showing examples of captured images. FIG. 11A shows, as a comparative example, an image captured using an aperture stop having a small aperture size shown in FIG. 9A. Images are darker at both ends in the scanning direction of the imaging device 334 than at the center. On the other hand, in the imaging result using the aperture stop 332 opened in the slit shape of this embodiment, sufficient brightness is obtained at both ends in the scanning direction as shown in FIG. 11B.
 <第4実施形態>
 図12Aおよび図12Bはこの発明にかかる撮像装置の第4実施形態を示す図である。上記した第1ないし第3実施形態では、ウェルプレートWPのウェルWに注入された液体内、より具体的にはウェルWの内底面で三次元培養されたスフェロイドSpを撮像対象としている。スフェロイドSpは立体的構造を有しているため、照明光として拡散光が用いられるとともに、観察光学系の開口数(NA)が比較的小さく設定され被写界深度が大きくなっている。一方、この種の撮像装置を用いて撮像すべき撮像対象物としては、図12Aに示すように、細胞CがウェルWの内底面に沿って薄く広がるように平面培養されたものもある。
<Fourth embodiment>
12A and 12B are views showing a fourth embodiment of the imaging apparatus according to the present invention. In the first to third embodiments described above, the spheroid Sp that is three-dimensionally cultured in the liquid injected into the well W of the well plate WP, more specifically, the inner bottom surface of the well W, is the imaging target. Since the spheroid Sp has a three-dimensional structure, diffused light is used as illumination light, and the numerical aperture (NA) of the observation optical system is set to be relatively small and the depth of field is large. On the other hand, as an imaging target to be imaged using this type of imaging apparatus, there is one in which cells C are flat-cultured so as to spread thinly along the inner bottom surface of the well W as shown in FIG.
 本願発明者らの実験によれば、このように平面培養された生物試料の撮像においては、拡散光による照明よりも平行光に近い光による照明の方が鮮明な画像が得られるケースがある。図12Bに示す第4実施形態の撮像装置4は、このようなケースに好適に適用可能なものである。図12Bにおいて、第1実施形態と同一の構成には同一符号を付して説明を省略する。 According to the experiments by the inventors of the present application, in imaging of a biological sample that has been cultured in this manner, there is a case where a clearer image is obtained by illumination with light close to parallel light than by illumination with diffused light. The imaging device 4 according to the fourth embodiment shown in FIG. 12B can be suitably applied to such a case. In FIG. 12B, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
 この撮像装置4では、照明部42がウェルプレートWPの上面から上方に大きく離れた位置に配置されており、しかも、光源421とウェルプレートWPとの間に照明絞り422が設けられている。このため、図12Bの光路図に示すように、ウェルWに入射する光は絞り422により拡散度が低減されて平行光に近いものとなっている。撮像部13の構成は、第1実施形態のものと同一である。 In this imaging apparatus 4, the illumination unit 42 is disposed at a position far away from the upper surface of the well plate WP, and an illumination stop 422 is provided between the light source 421 and the well plate WP. For this reason, as shown in the optical path diagram of FIG. 12B, the light incident on the well W is reduced in diffusivity by the diaphragm 422 and is close to parallel light. The configuration of the imaging unit 13 is the same as that of the first embodiment.
 図13Aおよび図13Bは撮像された画像の例を示す図である。図13Aは、底面で二次元培養された細胞を生物試料として含むウェルWを、第1実施形態の撮像装置1により撮像した画像の例とその部分拡大図である。画像の中央部および周縁部のいずれにおいても十分な明るさが得られているが、生物試料の画像コントラストが低く、試料の観察には必ずしも向いていないことがわかる。一方、図13Bは、同様のウェルWを第4実施形態の撮像装置4により撮像した画像の例とその部分拡大図である。二次元培養された細胞がより高い画像コントラストで撮像された画像が得られている。 FIG. 13A and FIG. 13B are diagrams showing examples of captured images. FIG. 13A is an example of an image obtained by capturing an image of a well W including cells that are two-dimensionally cultured on the bottom surface as a biological sample, using the imaging device 1 of the first embodiment, and a partially enlarged view thereof. It can be seen that sufficient brightness is obtained at both the central portion and the peripheral portion of the image, but the image contrast of the biological sample is low and is not necessarily suitable for observation of the sample. On the other hand, FIG. 13B is an example of an image in which the same well W is imaged by the imaging device 4 of the fourth embodiment, and a partially enlarged view thereof. An image is obtained in which two-dimensionally cultured cells are captured with higher image contrast.
 <その他>
 以上説明したように、上記各実施形態では、ウェルプレートWPが本発明の「試料容器」に相当し、各ウェルWが本発明の「窪部」に相当している。そして、これらの実施形態では、ホルダ11が本発明の「保持手段」として機能している。また、照明部12、42がいずれも本発明の「照明手段」として機能し、また撮像デバイス134、234、334がいずれも本発明の「撮像手段」として機能している。そして、対物レンズ131、開口絞り132および結像レンズ133が一体として、本発明の「観察光学系」として機能している。また、第2実施形態においては、メカ駆動部146が本発明の「位置変更手段」として機能している。
<Others>
As described above, in each of the above embodiments, the well plate WP corresponds to the “sample container” of the present invention, and each well W corresponds to the “concave portion” of the present invention. In these embodiments, the holder 11 functions as the “holding means” of the present invention. The illumination units 12 and 42 all function as “illumination means” of the present invention, and the imaging devices 134, 234 and 334 all function as “imaging means” of the present invention. The objective lens 131, the aperture stop 132, and the imaging lens 133 are integrated to function as the “observation optical system” of the present invention. In the second embodiment, the mechanical drive unit 146 functions as the “position changing means” of the present invention.
 なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態では、観察光学系に結像レンズを設けている。しかしながら、結像レンズを用いない観察光学系であっても、対物レンズと開口絞りとの配置に関して本発明を適用することで、上記実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in each of the above embodiments, an imaging lens is provided in the observation optical system. However, even in an observation optical system that does not use an imaging lens, it is possible to obtain the same effects as in the above-described embodiment by applying the present invention with respect to the arrangement of the objective lens and the aperture stop.
 また、上記第2実施形態における開口絞りの位置調整機構を、第3または第4実施形態に適用することも可能である。同様に、第3実施形態における撮像部33と、第4実施形態における照明部42とを組み合わせることも可能である。 Also, the aperture stop position adjusting mechanism in the second embodiment can be applied to the third or fourth embodiment. Similarly, the imaging unit 33 in the third embodiment and the illumination unit 42 in the fourth embodiment can be combined.
 また、第4実施形態の撮像装置4では、照明光を平行光に近づけるために照明部42の光源421をウェルプレートWPから上方に離して配置しているが、光源421が拡散度の低い光を出射することが可能なものであれば、よりウェルプレートWPに近接させて配置してもよい。例えば、第1実施形態の照明部12を拡散度の低い光を出射する光源と拡散板との組み合わせにより構成することで、第1実施形態と第4実施形態とを切り替え可能とすることができる。すなわち、光源とウェルプレートとの間に拡散板を配置して照明部12を拡散光源として使用すれば、スフェロイドのような立体的構造を有する生物試料の撮像に好適な撮像装置を構成することができる。一方、光源とウェルプレートとの間から拡散板を退避させることで照明部12を平行光源として使用すれば、平面培養された生物試料の撮像に好適な撮像装置を構成することができる。 In the imaging device 4 of the fourth embodiment, the light source 421 of the illumination unit 42 is arranged away from the well plate WP in order to bring the illumination light close to parallel light. However, the light source 421 is light with low diffusivity. May be disposed closer to the well plate WP as long as it can emit light. For example, it is possible to switch between the first embodiment and the fourth embodiment by configuring the illumination unit 12 of the first embodiment with a combination of a light source that emits light with low diffusivity and a diffusion plate. . That is, if a diffusing plate is disposed between a light source and a well plate and the illumination unit 12 is used as a diffusing light source, an imaging device suitable for imaging a biological sample having a three-dimensional structure such as a spheroid can be configured. it can. On the other hand, if the illuminating unit 12 is used as a parallel light source by retracting the diffusion plate from between the light source and the well plate, an imaging device suitable for imaging a biological sample cultured in a plane can be configured.
 また、上記実施形態では、ウェルプレートWPに設けられたウェルWに担持された試料を撮像するが、他の試料容器、例えばより大径で浅型の「ディッシュ」と呼ばれる試料容器に液体と共に担持された生物試料の撮像にも、本発明を適用することが可能である。 In the above embodiment, the sample carried in the well W provided in the well plate WP is imaged, but is carried together with the liquid in another sample container, for example, a sample container called “dish” having a larger diameter and a shallower shape. The present invention can also be applied to imaging of a biological sample.
 以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、この発明の撮像装置は、例えば、開口絞りを対物レンズの光軸に沿った方向に移動させる位置変更手段を備える構成であってもよい。このような構成によれば、試料に応じて開口絞りの位置を調整することが可能であり、種々の試料に対して撮像条件の最適化を図ることができる。 As described above, the image pickup apparatus according to the present invention includes, for example, a position changing unit that moves the aperture stop in the direction along the optical axis of the objective lens, as described in the specific embodiment. Also good. According to such a configuration, the position of the aperture stop can be adjusted according to the sample, and the imaging conditions can be optimized for various samples.
 また例えば、観察光学系は、開口絞りと撮像手段との間の光路上に、開口絞りを通過した光を撮像手段に収束させる結像レンズを備える構成であってもよい。このような構成によれば、撮像手段に結像する光の入射方向を調整することで画像品質を向上させることができる。 Further, for example, the observation optical system may be configured to include an imaging lens that converges the light that has passed through the aperture stop onto the image pickup unit on the optical path between the aperture stop and the image pickup unit. According to such a configuration, the image quality can be improved by adjusting the incident direction of the light focused on the imaging means.
 また例えば、照明手段は、窪部の開口面に拡散光を入射させる構成であってもよい。本願発明者らの知見では、特に撮像される生物試料が立体的な構造を有している場合、このように照明光として拡散光を用いた場合に良好な撮像結果が得られる。 For example, the illumination means may be configured to allow diffused light to enter the opening surface of the recess. According to the knowledge of the inventors of the present application, particularly when a biological sample to be imaged has a three-dimensional structure, a favorable imaging result is obtained when diffused light is used as illumination light in this way.
 あるいは例えば、照明手段は、光源と、該光源から窪部の開口面に入射する光の拡散度を低減させる低減部とを備える構成であってもよい。特に撮像される生物試料が例えば窪部の底面に沿って平面的に分布している場合には、拡散度の抑制された照明光を用いることで良好な撮像結果が得られる。 Alternatively, for example, the illuminating means may include a light source and a reduction unit that reduces the degree of diffusion of light incident on the opening surface of the recess from the light source. In particular, when the biological sample to be imaged is distributed in a planar manner, for example, along the bottom surface of the depression, a favorable imaging result can be obtained by using illumination light with a suppressed diffusivity.
 また例えば、撮像手段は受光素子としてのリニアイメージセンサを備え、観察光学系およびリニアイメージセンサが一体的に、保持手段に保持された試料容器に対し相対的に走査移動する構成であってもよい。この発明における撮像手段としては、受光素子として、二次元画像を撮像するエリアイメージセンサ(エリアセンサともいう)、一次元画像を撮像するリニアイメージセンサ(リニアセンサ、ラインセンサともいう)のいずれであっても適用可能である。リニアイメージセンサを用いる場合には、観察光学系とともにリニアイメージセンサを走査させることで、観察光学系の光軸とリニアイメージセンサの中心とを一致させた状態で撮像を行うことができる。 Further, for example, the imaging unit may include a linear image sensor as a light receiving element, and the observation optical system and the linear image sensor may be configured to scan and move relative to the sample container held by the holding unit. . The imaging means in this invention is either an area image sensor (also referred to as an area sensor) that captures a two-dimensional image or a linear image sensor (also referred to as a linear sensor or a line sensor) that captures a one-dimensional image as a light receiving element. Is applicable. When a linear image sensor is used, imaging can be performed in a state where the optical axis of the observation optical system coincides with the center of the linear image sensor by scanning the linear image sensor together with the observation optical system.
 一方で、この場合、観察光学系の移動に伴って、窪部底面から出射される光と、開口絞りとの位置関係が変動する。このため、例えば円形の開口を有する開口絞りでは、特にリニアイメージセンサの水平方向位置が窪部底面の中央直下位置から離れるにつれて、リニアイメージセンサに入射する光量が少なくなり、画像の明るさが低下する。これを解消するためには、例えば、開口絞りを、リニアイメージセンサの走査方向を長手方向とするスリット状の開口を有する構成とすればよい。 On the other hand, in this case, as the observation optical system moves, the positional relationship between the light emitted from the bottom surface of the recess and the aperture stop changes. For this reason, for example, in an aperture stop having a circular opening, the amount of light incident on the linear image sensor decreases and the brightness of the image decreases particularly as the horizontal position of the linear image sensor moves away from the position directly below the center of the bottom of the recess. To do. In order to eliminate this, for example, the aperture stop may be configured to have a slit-like opening whose longitudinal direction is the scanning direction of the linear image sensor.
 後述するように、この発明においては、窪部の開口面の中心に入射して底面の周縁部から出射される光が、対物レンズを介して開口絞りの中心に入射する状態が最も好ましい。すなわち、窪部の開口面の中心に入射して窪部の底面の周縁部を通過する光の光路が対物レンズの光軸と交わる位置に、開口絞りが配置されることが望ましい。 As will be described later, in the present invention, it is most preferable that the light incident on the center of the opening surface of the recess and emitted from the peripheral edge of the bottom surface is incident on the center of the aperture stop through the objective lens. That is, it is desirable that the aperture stop be disposed at a position where the optical path of light that enters the center of the opening surface of the recess and passes through the peripheral edge of the bottom surface of the recess intersects the optical axis of the objective lens.
 この点から、厳密には試料に応じて、すなわち窪部の寸法や注入される液体の量等に応じて開口絞りの位置が調整されることが望ましい。しかしながら、最適位置からある程度の範囲内に開口絞りが配置されていれば、十分に良好な撮像結果が得られることがわかっている。この種の目的に使用される代表的な複数種の試料容器を用いて評価した結果、例えば、窪部の開口面の中心に入射して窪部の底面周縁部を通過する光の光路が対物レンズの光軸方向に対してなす角が、5度ないし30度であれば、各種の試料に対して概ね良好な撮像結果を得ることができる。 From this point, strictly speaking, it is desirable to adjust the position of the aperture stop according to the sample, that is, according to the size of the recess, the amount of liquid to be injected, and the like. However, it has been found that sufficiently good imaging results can be obtained if the aperture stop is disposed within a certain range from the optimum position. As a result of evaluation using a plurality of typical sample containers used for this type of purpose, for example, the optical path of light that enters the center of the opening surface of the recess and passes through the bottom peripheral edge of the recess is the objective. If the angle formed with respect to the optical axis direction of the lens is 5 degrees to 30 degrees, generally good imaging results can be obtained for various samples.
 この発明によれば、液面のメニスカスに起因して辺縁部が暗くなることを防ぐために、対物レンズと撮像手段との間に設けられる開口絞りが対物レンズの焦点位置よりも撮像手段側に配置される。これにより、簡単な構成でありながら、試料容器の辺縁部まで明るく撮像することができる。また、観察光学系の開口数を大きくする必要がないので、生物試料が立体的な構造を有している場合でも良好な画像品質を得ることができる。 According to the present invention, in order to prevent the edge portion from becoming dark due to the meniscus of the liquid surface, the aperture stop provided between the objective lens and the imaging means is closer to the imaging means than the focal position of the objective lens. Be placed. Thereby, although it is a simple structure, it can image brightly to the edge part of a sample container. In addition, since it is not necessary to increase the numerical aperture of the observation optical system, good image quality can be obtained even when the biological sample has a three-dimensional structure.
 以上、特定の実施例に沿って発明を説明したが、この説明は限定的な意味で解釈されることを意図したものではない。発明の説明を参照すれば、本発明のその他の実施形態と同様に、開示された実施形態の様々な変形例が、この技術に精通した者に明らかとなるであろう。故に、添付の特許請求の範囲は、発明の真の範囲を逸脱しない範囲内で、当該変形例または実施形態を含むものと考えられる。 Although the invention has been described with reference to specific embodiments, this description is not intended to be construed in a limiting sense. Reference to the description of the invention, as well as other embodiments of the present invention, various modifications of the disclosed embodiments will become apparent to those skilled in the art. Accordingly, the appended claims are intended to include such modifications or embodiments without departing from the true scope of the invention.
 この発明は、例えば医療・生物科学分野で用いられるウェルプレート上のウェルのような、例えば生体物を含む試料の撮像を必要とする分野に特に好適に適用することができるが、その応用分野は医療・生物科学分野に限定されない。 The present invention can be particularly suitably applied to a field that requires imaging of a sample containing a living organism, such as a well on a well plate used in the medical / biological science field. It is not limited to the medical / biological science field.
 1、2、3、4 撮像装置
 11 ホルダ(保持手段)
 12、42 照明部(照明手段)
 13、23、33 撮像部
 14 制御部
 131 対物レンズ(観察光学系)
 132 開口絞り(観察光学系)
 133 結像レンズ(観察光学系)
 134、234、334 撮像デバイス(撮像手段)
 146 メカ駆動部(位置変更手段)
 421 光源
 422 拡散板(低減部)
 W ウェル(窪部)
 WP ウェルプレート(試料容器)
1, 2, 3, 4 Imaging device 11 Holder (holding means)
12, 42 Illumination part (illumination means)
13, 23, 33 Imaging unit 14 Control unit 131 Objective lens (observation optical system)
132 Aperture stop (observation optical system)
133 Imaging lens (observation optical system)
134, 234, 334 Imaging device (imaging means)
146 Mechanical drive (position changing means)
421 Light source 422 Diffuser (reduction part)
W well
WP well plate (sample container)

Claims (10)

  1.  試料容器に設けられて底面が平坦な窪部に液体と共に担持された生物試料を撮像する撮像装置において、
     前記窪部の前記底面が水平となるように前記試料容器を保持する保持手段と、
     前記試料容器の上方から前記窪部の開口面に照明光を入射させる照明手段と、
     前記窪部の前記底面から透過する光を受光して前記生物試料を撮像する撮像手段と、
     前記保持手段に保持される前記試料容器と前記撮像手段との間に設けられ、前記窪部の前記底面から出射される光を前記撮像手段に入射させる観察光学系と
    を備え、
     前記観察光学系は、前記保持手段と前記撮像手段との間の光路上に設けられた対物レンズと、前記対物レンズと前記撮像手段との間の光路上に設けられた開口絞りとを有し、
     前記開口絞りは、前記対物レンズの焦点位置よりも前記撮像手段側に配置されることを特徴とする撮像装置。
    In an imaging device for imaging a biological sample that is provided in a sample container and is carried with a liquid in a recess having a flat bottom surface,
    Holding means for holding the sample container so that the bottom surface of the recess is horizontal;
    Illumination means for making illumination light incident on the opening surface of the recess from above the sample container;
    Imaging means for receiving light transmitted from the bottom surface of the recess and imaging the biological sample;
    An observation optical system that is provided between the sample container held by the holding unit and the imaging unit and that makes light emitted from the bottom surface of the recess enter the imaging unit;
    The observation optical system includes an objective lens provided on the optical path between the holding unit and the imaging unit, and an aperture stop provided on the optical path between the objective lens and the imaging unit. ,
    The image pickup apparatus, wherein the aperture stop is disposed closer to the image pickup means than a focal position of the objective lens.
  2.  前記開口絞りを前記対物レンズの光軸に沿った方向に移動させる位置変更手段を備える請求項1に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a position changing unit that moves the aperture stop in a direction along an optical axis of the objective lens.
  3.  前記観察光学系は、前記開口絞りと前記撮像手段との間の光路上に、前記開口絞りを通過した光を前記撮像手段に収束させる結像レンズを備える請求項1または2に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1, wherein the observation optical system includes an imaging lens that converges the light that has passed through the aperture stop on the image pickup unit on an optical path between the aperture stop and the image pickup unit. .
  4.  前記照明手段は、前記窪部の前記開口面に拡散光を入射させる請求項1ないし3のいずれかに記載の撮像装置。 The imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the illuminating unit causes diffused light to enter the opening surface of the recess.
  5.  前記照明手段は、光源と、該光源から前記窪部の前記開口面に入射する光の拡散度を低減させる低減部とを備える請求項1ないし3のいずれかに記載の撮像装置。 The imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the illumination unit includes a light source and a reduction unit that reduces the diffusivity of light incident on the opening surface of the recess from the light source.
  6.  前記撮像手段は受光素子としてのリニアイメージセンサを備え、前記観察光学系および前記リニアイメージセンサが一体的に、前記保持手段に保持された前記試料容器に対し相対的に走査移動する請求項1ないし5のいずれかに記載の撮像装置。 The imaging device includes a linear image sensor as a light receiving element, and the observation optical system and the linear image sensor integrally scan and move relative to the sample container held by the holding means. The imaging device according to any one of 5.
  7.  前記開口絞りは、前記リニアイメージセンサの走査方向を長手方向とするスリット状の開口を有する請求項6に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 6, wherein the aperture stop has a slit-like opening whose longitudinal direction is the scanning direction of the linear image sensor.
  8.  前記窪部の前記開口面の中心に入射して前記窪部の前記底面の周縁部を通過する光の光路が前記対物レンズの光軸方向に対してなす角が、5度ないし30度である請求項1ないし7のいずれかに記載の撮像装置。 The angle formed by the optical path of light incident on the center of the opening surface of the recess and passing through the peripheral edge of the bottom surface of the recess with respect to the optical axis direction of the objective lens is 5 to 30 degrees. The imaging device according to claim 1.
  9.  底面が平坦な窪部に液体と共に生物試料を担持する試料容器を、前記窪部の前記底面が水平となるように保持する工程と、
     前記窪部の前記底面から透過する光を受光するように撮像手段を配置するとともに、前記試料容器と前記撮像手段との間に観察光学系を配置する工程と、
     前記試料容器の上方から前記窪部の開口面に照明光を入射させる工程と、
     前記窪部の前記底面から透過する光を前記観察光学系により前記撮像手段に入射させて前記生物試料を撮像する工程と
    を備え、
     前記観察光学系が、前記保持手段と前記撮像手段との間の光路上に配置される対物レンズと、前記対物レンズと前記撮像手段との間の光路上に配置される開口絞りとを有し、
     前記開口絞りを、前記対物レンズの焦点位置よりも前記撮像手段側に配置することを特徴とする撮像方法。
    Holding a sample container carrying a biological sample together with a liquid in a recess having a flat bottom so that the bottom of the recess is horizontal;
    Arranging an imaging unit so as to receive light transmitted from the bottom surface of the recess, and arranging an observation optical system between the sample container and the imaging unit;
    A step of causing illumination light to enter the opening surface of the recess from above the sample container;
    Imaging the biological sample by allowing the light transmitted from the bottom surface of the recess to enter the imaging means by the observation optical system,
    The observation optical system includes an objective lens disposed on the optical path between the holding unit and the imaging unit, and an aperture stop disposed on the optical path between the objective lens and the imaging unit. ,
    An imaging method, wherein the aperture stop is arranged closer to the imaging means than the focal position of the objective lens.
  10.  前記窪部の前記開口面の中心に入射して前記窪部の前記底面の周縁部を通過する光の光路が前記対物レンズの光軸と交わる位置に、前記開口絞りを配置する請求項9に記載の撮像方法。 The aperture stop is disposed at a position where an optical path of light that enters the center of the opening surface of the recess and passes through a peripheral portion of the bottom surface of the recess intersects the optical axis of the objective lens. The imaging method described.
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