JP2007155982A - 位相物体検出装置及び位相物体検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平行光源または点光源からなる光源と、前記光源から出射されて試料を透過した光を集光する光学系と、前記光学系により集光された光に基づいて画像データを生成する撮像素子と、前記試料と前記光学系の焦点の相対位置を少なくとも光軸方向に変化させる駆動装置と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、駆動装置を制御することにより前記焦点を前記試料と前記光学系の間に配置することで得られた画像データを前ピント画像データとし、駆動装置を制御することにより前記試料を前記焦点と前記光学系の間に配置することで得られた画像データを後ピント画像データとし、前記前ピント画像データ及び前記後ピント画像データを用いて位相物体を検出する。
【選択図】図13
Description
(本発明の原理)
本発明は、ピントを若干ずらした場合に位相物体の周縁に現れる線(ベッケ線)を利用して、位相物体を検出する。以下、本発明の原理を具体例を用いて詳細に説明する。以下の説明では、位相物体が細胞(図ではHeLa細胞)であって、位相物体の屈折率が周囲の媒体の屈折率よりも高い場合について説明する。図(細胞の写真)は、光学10倍の対物レンズを用いて撮影されたものである。各画像は、マトリクス状に配列された所定数の画素からなる256階調グレースケールのデジタル画像とする。白の輝度を255、黒の輝度を0とする。
(第1実施形態)
[装置構成]
図13は、本発明の第1実施形態の位相物体検出装置の構成の一例を示すブロック図である。以下、図13を参照しながら、本実施形態の位相物体検出装置10について説明する。
[初期設定]
本実施形態の位相物体検出装置10は、前ピント画像と後ピント画像とを取得し、得られた画像を処理することで画像上で位相物体が占める領域を検出する。試料の種類(例えば、細胞や培地の種類、鉱物の種類や処理方法等)が等しければ、ピント移動幅やベッケ線の幅等のパラメータはほぼ等しくなる。種類が同じである多数の試料を処理しなければならない場合には、予め各パラメータを設定しておくことで、より迅速な処理が可能となる。図14は、本発明の第1実施形態におけるパラメータの設定方法を示すフローチャートである。以下、図を参照しながら、ピント移動幅(ΔZ1、ΔZ2)及びベッケ線幅(D)を設定する動作(初期設定ルーチン)について説明する。以下では、作業者が位相物体検出装置10を操作してパラメータの設定を行うものとして説明する。
[位相物体の検出]
以下、本実施形態の位相物体検出装置10による位相物体の検出動作(方法)について説明する。以下では、パラメータの初期設定(初期設定ルーチン)がすでに終わっているものとして説明する。図15は、本発明の第1実施形態における位相物体の検出動作を示すフローチャートである。以下、図を参照しながら、位相物体の検出動作(位相物体検出ルーチン)について説明する。本実施形態では、試料の試料台12への載置と除去は作業者により行なわれるが、その他のステップは制御装置18の制御により自動的に行なわれる。
[特徴及び効果]
本実施形態では、前ピント画像及び後ピント画像におけるベッケ線や位相物体の輝度の差を利用し、デジタル画像処理によって位相物体が検出される。前ピント画像及び後ピント画像は、照明が平行光源または点光源またはこれらに近い光源であれば一般的な光学系(顕微鏡等)で容易に得られる。本実施形態の位相物体検出装置または位相物体検出方法によれば、位相差顕微鏡を用いなくても、簡便な構成により、画像上で位相物体を確実に検出することができる。
[変形例]
本実施形態において、前ピント画像データと後ピント画像データとは、2回に分けて取得される必要はなく、同時に取得されてもよい。例えば、対物レンズを通過した光をハーフミラーで分割し、光路距離を異ならせて複数の撮像素子上に結像させる構成とすれば、同時に複数の画像データが得られる。図16は、本発明の第1実施形態における撮像素子を2個有する撮像装置の構成を示す図である。撮像装置55は、一個の対物レンズ53と、ハーフミラー56と、2個の撮像素子54a、54bとを有する。撮像素子54a、54bは、撮像素子54aの上に前ピント画像が結像するときに、撮像素子54bの上に後ピント画像が結像するように、ハーフミラー56の位置及び対物レンズ53から撮像素子54a及び撮像素子54bまでの光路距離が設定されている。撮像素子54aで得られる画像を合焦点画像とした後、所定の距離ΔZ1だけピントをずらすと、撮像素子54aからは前ピント画像データが得られ、撮像素子54bからは後ピント画像データが得られる。撮像装置55によれば1回の撮影で2枚の画像データが同時に取得できるため、より迅速に位相物体の検出が行える。撮像素子を3個とし、1個について合焦点とすると、他の2個でそれぞれ前ピント画像データと後ピント画像データとが同時に得られる構成としてもよい。かかる構成では、さらに迅速な検出が可能となる。
(第2実施形態)
[装置構成]
図17は、本発明の第2実施形態に係る自動細胞培養装置の平面図である。図18は、図17の装置をP−P線で破断して矢視右側上方から見た場合の斜視図である。また、図19及び図20は、図17のQ−Q線矢視断面図である。本実施形態の自動細胞培養装置は、図17及び図18に示すように、操作部111と、複数のインキュベータ部114と、保管部としての冷蔵保管部116及び常温保管部117と、入出庫部115と、蒸気供給部122と、視覚処理部129とを備えている。
[動作]
図21は、本発明の第2実施形態の自動細胞培養装置を用いた細胞の培養方法の一例を示すフローチャートである。以下、図を参照しながら、本実施形態の自動細胞培養装置100の動作及び自動細胞培養装置100を用いた細胞の培養動作(方法)について説明する。
[特徴及び効果]
本実施形態の自動細胞培養装置では、位相物体検出装置10の試料台12への試料の載置と除去を含め、全工程がロボット等により自動化されている。かかる構成では、作業者が初期設定を一度だけ行えば、その後は完全に自動で位相物体の検出を連続的に行い、必要に応じて培地交換と継代処理とを選択して行うことが可能となる。
(第3実施形態)
[原理]
本実施形態の位相物体検出装置10では、位相物体である鉱物の検出を行う。いわゆる分散特性を有する鉱物の屈折率は、波長毎に異なっている。波長による屈折率の変化パターンは、鉱物と浸液とで異なり、また鉱物の種類によっても異なる。本実施形態は、鉱物と浸液が有する屈折率の違いを利用して、特定の鉱物のみを画像上で抽出する。
[装置構成]
本実施形態の位相物体検出装置10において、装置構成は実施形態1と同様であるので、同一要素には同一の名称と符号を付すこととして、説明を省略する。本実施形態では、撮像素子としてカラーCCDが用いられる。デジタル画像データは、赤、緑、青の3成分の輝度データとして生成される。
[動作]
以下、本実施形態の位相物体検出装置10による位相物体の検出動作(位相物体検出ルーチン)について説明する。以下では、パラメータの初期設定がすでに終わっているものとして説明する。パラメータの初期設定は、赤、緑、青の各画像データについて別個に行なうことを除けば、実施形態1と同様であるので説明を省略する。図23は、本発明の第3実施形態におけるクリソタイルの検出動作(方法)を示すフローチャートである。以下、図23を参照しながら、クリソタイルの検出動作(位相物体検出ルーチン)について説明する。
[特徴と効果]
本実施形態では、複数の波長について前ピント画像データおよび後ピント画像データが取得されて位相物体の検出が行われ、結果が比較される。かかる構成によれば、位相物体の中から特定の種類のもの(波長と屈折率の関係が等しいもの)のみを、画像上で検出することが可能となる。例えば、鉱物の屈折率は、種類によって異なるだけでなく、波長毎に異なる。また、波長による屈折率の変化パターンは、鉱物の種類によって異なる。本実施形態の位相物体検出装置及び位相物体検出方法によれば、多種類の鉱物が混ざり合った試料の中から、クリソタイル等の特定の鉱物のみを検出することができる。
[変形例]
上述の説明では、クリソタイルを例として取り上げたが、本実施形態はクリソタイルの検出に限定されない。波長と屈折率のパターンに合わせて浸液の屈折率及び解析する波長を調整すれば、多様な鉱物その他の位相物体の検出に用いることができる。
11 光源
12 試料台
13 対物レンズ
14 撮像素子
15 撮像装置
16 ステージ
17 駆動装置
18 制御装置
19 出力装置
20 入力装置
21 制御部
22 記憶部
23 試料
24 穴
53 対物レンズ
54a 撮像素子
54b 撮像素子
55 撮像装置
56 ハーフミラー
100 自動細胞培養装置
111 操作部
112 機器設置部
113 培養操作部
114 インキュベータ部
114a 配管
115 入出庫部
116 冷蔵保管部
117 常温保管部
118a〜d 密閉扉
119 操作ロボット
120a フィルタ部
120b フィルタ部
121 遠心分離器
122 蒸気供給部
123 コントローラ
124 給気用ファン
124a 吸気用プレフィルタ
125 排気用ファン
125a 排気用プレフィルタ
126 シャッター
127 ダンパー
128 密閉シャッター
129 視覚処理部
130a 密閉扉
130b 密閉扉
131 ターンテーブル
132 ピペット装置
133 遠心管ハンドリング装置
134 シャーレ
135 シャーレラック
Claims (13)
- 平行光源または点光源からなる光源と、
前記光源から出射されて試料を透過した光を集光する光学系と、
前記光学系により集光される光を受光し、該受光された光に基づいて画像信号を生成する撮像素子と、
前記試料と前記光学系の焦点との相対位置を少なくとも前記光学系の光軸方向に変化させる駆動装置と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置が、前記撮像素子が生成する画像信号から所定のデジタル画像データを生成する位相物体検出装置であって、
前記制御装置が、
前記駆動装置を制御することにより前記焦点を前記試料と前記光学系との間の前記光軸上の点に合わせたときに生成される前記デジタル画像データを前ピント画像データとして記憶し、
前記駆動装置を制御することにより前記試料を前記焦点と前記光学系との間の前記光軸上の点に配置したときに生成される前記デジタル画像データを後ピント画像データとして記憶し、
前記前ピント画像データ及び前記後ピント画像データを用いて前記試料における位相物体を検出する、位相物体検出装置。 - 前記制御装置は、前記デジタル画像データのコントラストに基づいて合焦点位置を検出する、請求項1に記載の位相物体検出装置。
- 前記制御装置が、画像上の各画素につき前記前ピント画像データにおける輝度から前記後ピント画像データにおける輝度を差し引いて得られた位相物体形状画像データと、画像上の各画素につき前記後ピント画像データにおける輝度から前記前ピント画像データにおける輝度を差し引いて得られた位相物体輪郭画像データとに基づいて、位相物体が画像上に占める領域を検出する、請求項1に記載の位相物体検出装置。
- 前記制御装置が、前記位相物体形状画像データについて少なくとも2値化を含む処理を行って補正済位相物体形状画像データを生成し、
前記位相物体輪郭画像データについて少なくとも2値化及び細線化を含む処理を行って補正済位相物体輪郭画像データを生成し、
前記補正済位相物体形状画像データについてダイレーションを行った後で画像上の各画素につき前記補正済位相物体輪郭画像データにおける輝度を差し引く処理を有する位相物体領域拡大処理を少なくとも一回行って位相物体画像データを生成する、請求項3に記載の位相物体検出装置。 - 前記位相物体は細胞である、請求項3に記載の位相物体検出装置。
- 前記制御装置が前記位相物体画像データに基づいて細胞占有面積率を演算する、請求項5に記載の位相物体検出装置。
- 前記制御装置が位相物体領域拡大処理をベッケ線の幅に相当する画素数だけ行なう、請求項4に記載の位相物体検出装置。
- 前記撮像素子は、複数の波長の光について画像信号を生成する撮像素子であり、
前記制御装置は、前記複数の波長の光についてそれぞれ位相物体画像データを生成し、得られた位相物体画像データを比較することで特定の位相物体を選択的に検出する、請求項1に記載の位相物体検出装置。 - 前記光源は複数の波長の光を出射する光源であり、
前記制御装置は、前記複数の波長の光についてそれぞれ位相物体画像データを生成し、得られた位相物体画像データを比較することで特定の位相物体を選択的に検出する、請求項1に記載の位相物体検出装置。 - 平行光源または点光源から出射されて試料を透過した光を光学系により集光し、
前記集光された光を前記撮像素子に受光させ、
前記撮像素子から生成される画像信号からデジタル画像データを生成する位相物体検出方法であって、
前記光学系の焦点を前記試料と前記光学系との間の前記光軸上の点に合わせたときに生成される前記デジタル画像データを前ピント画像データとして記憶手段に記憶し、
前記試料を前記焦点と前記光学系との間の前記光軸上の点に配置したときに生成される前記デジタル画像データを後ピント画像データとして前記記憶手段に記憶し、
前記記憶手段に記憶された前記前ピント画像データ及び前記後ピント画像データを用いて前記試料における位相物体を検出する、位相物体検出方法。 - 前記デジタル画像データのコントラストに基づいて合焦点位置を検出する、請求項10に記載の位相物体検出方法。
- 画像上の各画素につき前記前ピント画像データにおける輝度から前記後ピント画像データにおける輝度を差し引いて得られた画像データを位相物体形状画像データとし、
画像上の各画素につき前記後ピント画像データにおける輝度から前記前ピント画像データにおける輝度を差し引いて得られた画像データを位相物体輪郭画像データとし、
位相物体形状画像データと位相物体輪郭画像データとに基づいて、位相物体が画像上に占める領域を検出する、請求項10に記載の位相物体検出方法。 - 前記位相物体形状画像データについて少なくとも2値化を含む処理を行って補正済位相物体形状画像データを生成し、
前記位相物体輪郭画像データについて少なくとも2値化及び細線化を含む処理を行って補正済位相物体輪郭画像データを生成し、
前記補正済位相物体形状画像データについてダイレーションを行った後で画像上の各画素につき前記補正済位相物体輪郭画像データにおける輝度を差し引く処理を有する位相物体領域拡大処理を少なくとも一回行って位相物体画像データを生成する、請求項12に記載の位相物体検出方法。
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