JP5510956B2 - 観察ユニット用の制御装置、制御プログラム及び制御方法、並びに観察システム - Google Patents
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Description
ここで、探索モードでは、観察装置によって観察像を取得せんとする1又は複数の試料を、使用者が該観察装置を用いて探索して決定し、決定された試料毎に変化する試料情報(例えば、試料の位置、ズーム倍率、及びフォーカス位置等)がメモリに記録される。又、タイムラプスモードでは、メモリに記録されている試料情報に基づいて、観察像を取得せんとする1又は複数の試料の観察が実行される。
その後、観察ユニットはタイムラプスモードに設定され、メモリに記録されている試料情報に基づいて、使用者によって決定された試料が周期的に観察装置によって繰り返し観察されると共に、該試料の観察像が取得される。
1.観察システム
図1は、本発明の一実施形態に係る観察システムを示す図である。図1に示す様に、観察システムは、観察ユニット(100)、中継制御部(102)、及びパーソナルコンピュータ(103)を具えている。
2−1.観察ユニットの構成
図2は、観察ユニット(100)の外観を示す斜視図である。図3及び図4はそれぞれ、該観察ユニット(100)を示す側面図及び正面図である。又、図5は、図4に示されるVI−VI線に沿う断面図である。
図6は、X軸駆動部(2)及びY軸駆動部(3)を示す斜視図である。又、図7は、筐体(1)の背面壁を省略して示した観察ユニット(100)の背面図である。2つの駆動部(2)(3)の内、先ずY軸駆動部(3)の構成について説明する。
図6に示す様に、X軸駆動部(2)はX軸原点センサ(28)を更に具え、Y軸駆動部(3)はY軸原点センサ(36)を更に具えている。
X軸原点センサ(28)は、X軸スライド体(26)に固定されている被検知板(281)の近接/離間によってオン/オフが切り替わるセンサである。ここで、X軸原点センサ(28)は、それがオンに切り替わったときに載置台(4)の位置がX軸の原点に合致する様に設置されている。
図5に示す様に、照明装置(6)は、筐体(1)の第3空間(13)内に設置されており、光を発するLED(Light Emitting Diode)(61)と、該LED(61)から発せられた光を鉛直下方へ反射する反射ミラー(62)とを具えている。
観察装置(5)は、位相差顕微鏡であって、図5に示す様に、観察対象となる試料の拡大像を形成する対物レンズ(51)と、該対物レンズ(51)によって形成された拡大像をズームレンズ(53)へ導く反射ミラー(52)と、試料の拡大像を更に拡大するズームレンズ(53)と、ズームレンズ(53)によって拡大された拡大像を撮像することにより試料の観察像を取得するCCD(Charge Coupled Device)カメラ(54)と、ズームレンズ(53)を駆動して該ズームレンズ(53)の拡大倍率を変更する駆動モータ(50)とを具えている。ここで、CCDカメラ(54)は、シャッタ速度が可変である。
上記観察ユニット(100)においては、照明装置(6)のLED(61)を発光させて試料を照明した場合、照明装置(6)からの輻射及び熱伝導によって、載置台(4)に載置されている容器A及び該容器A内の試料に熱が伝達される。
そして、試料の観察時に該試料に伝達される熱量が多いと、試料に死滅等の影響が及び易くなる。
上記観察ユニット(100)には、該観察ユニット(100)を用いて試料の観察を行うための2つのモードが用意されており、観察ユニット(100)には該2つのモードを選択的に設定することが可能である。
尚、該タイムラプス動作は、試料情報の他に、使用者によって予め設定される設定情報に基づいて実行される。ここで、設定情報には、タイムラプス動作を実行する観察点リスト、開始時刻、終了時刻、タイムラプス周期、観察像の保存場所等が含まれている。
図8は、上記観察システムに含まれている観察ユニット(100)と中継制御部(102)の構成を示すブロック図である。図8に示す様に、中継制御部(102)には、照明調光制御部(81)、リレー回路(820)を具えた電源部(821)、リレー制御部(82)、4つのモータドライバ(831)〜(834)、及びモータ制御部(83)が含まれている。
4−1.パーソナルコンピュータの全体構成
図9は、上記観察システムに含まれているパーソナルコンピュータ(103)の構成を示すブロック図である。図9に示す様に、パーソナルコンピュータ(103)には、観察ユニット(100)を制御する制御装置として機能する観察ユニット制御部(7)と、観察ユニット(100)のタイムラプス動作を制御するために必要な試料情報等が記録されるメモリ(70)と、ケーブル(106)を通じて中継制御部(102)との間で通信を行う通信部(701)と、ディスプレイやスピーカ等の出力装置(202)に接続された出力部(702)と、これらの構成要素をパーソナルコンピュータ(103)の内部で互いに接続するバス(703)とが含まれている。ここで、バス(703)には更に、マウスやキーボード等、各種指令を入力するための入力装置(201)が接続されている。
尚、メモリ(70)には、観察ユニット(100)のCCDカメラ(54)によって取得される試料の観察像が記録されてもよい。
観察ユニット制御部(7)は、中継制御部(102)へ制御指令を送信することにより、又は中継制御部(102)を通じて観察ユニット(100)へ制御指令を送信することにより、観察ユニット(100)の動作を制御する。
又、観察ユニット制御部(7)が中継制御部(102)を通じて観察ユニット(100)へカメラ制御指令を送信することにより、CCDカメラ(54)の撮像動作(観察像の取得動作)が制御される。
探索動作制御部(71)は、観察ユニット(100)に設定せんとするモードとして探索モードを選択する選択指令が入力装置(201)から入力された場合に、該選択指令を受けて起動する。これにより、探索動作制御部(71)は、観察ユニット(100)の探索動作を制御することが可能な状態へ移行する。斯くして、観察ユニット(100)は探索モードに設定されることになる。
タイムラプス動作制御部(72)は、観察ユニット(100)に設定せんとするモードとしてタイムラプスモードを選択する選択指令が入力装置(201)から入力された場合に、該選択指令を受けて起動する。これにより、タイムラプス動作制御部(72)は、観察ユニット(100)のタイムラプス動作を制御することが可能な状態へ移行する。斯くして、観察ユニット(100)はタイムラプスモードに設定されることになる。
輝度制御部(74)は、CCDカメラ(54)によって取得される観察像の輝度を調整する制御部であって、輝度制御部(74)には、照度制御部(741)とシャッタ速度制御部(742)とが含まれている。ここで、観察像の輝度の調整には、LED(61)のLEDデューティ、CCDカメラ(54)のシャッタ速度、及びCCDカメラ(54)のカメラゲインをパラメータとして用いることが出来る。但し、カメラゲインをパラメータとして用いて観察像の輝度を調整した場合、CCDカメラ(54)によって取得される観察像は、ノイズを含んだ画質の低い画像となる。よって、本実施形態では、LED(61)のLEDデューティとCCDカメラ(54)のシャッタ速度とをパラメータとして用いることにより、観察像の輝度が調整される。
5−1.観察動作手続きの全体の流れ
図10は、観察システムにて実行される観察動作手続きを示すフローチャートである。観察システムにて観察動作手続きが開始されると、先ずステップS1にて、使用者が、中継制御部(102)に設けられている電源スイッチ(図示せず)を操作することにより、観察ユニット(100)の主電源をオンに設定するための電源投入指令がリレー制御部(82)に入力される。リレー制御部(82)は、電源投入指令を受けてリレー回路(820)のリレー動作を制御し、その結果、観察ユニット(100)の主電源がオフからオンに切り替えられる。
尚、リレー制御部(82)を用いずに電源スイッチだけを用いて、機械的に、観察ユニット(100)の主電源をオフからオンに切り替えてもよい。
図11は、第1輝度制御スレッドを示すフローチャートである。輝度制御部(74)によって第1輝度制御スレッドが開始されると、先ずステップS41にてシャッタ速度制御部(742)が、メモリ(70)に記録されている所定のシャッタ速度(本実施形態では、CCDカメラ(54)にて設定可能な範囲の下限値)を読み出して、該所定のシャッタ速度に対応するシャッタ速度指令値を生成する。その後、観察ユニット制御部(7)から観察ユニット(100)へカメラ制御指令が送信される。これにより、CCDカメラ(54)のシャッタ速度が下限値に設定される。
尚、照明調光制御部(81)を用いずに、リレー制御部(82)を用いてリレー回路(820)のリレー動作を制御することにより、LED(61)の通電状態をオンに制御してLED(61)を点灯してもよい。以下において同様である。
尚、照明調光制御部(81)を用いずに、リレー制御部(82)を用いてリレー回路(820)のリレー動作を制御することにより、LED(61)の通電状態をオフに制御してLED(61)を消灯してもよい。以下において同様である。
図10に示す様に、ステップS4の実行後、ステップS5にて、探索動作制御部(71)が、観察ユニット(100)の探索動作の制御を実行する。
尚、使用者は、パーソナルコンピュータ(103)に接続されているディスプレイに表示されている試料の映像を見ながら、試料の探索操作を行う。
図10に示す様に、ステップS5の実行後、ステップS6にて、観察ユニット制御部(7)が、試料探索を終了する探索終了指令が使用者の操作によって入力装置(201)から入力された否かを判定する。使用者が探索終了指令を入力することにより、ステップS6にて探索終了指令が入力された(イエス)と判定された場合、ステップS7にて、探索動作制御部(71)から輝度制御部(74)へスレッド終了指令が送信される。輝度制御部(74)は、スレッド終了指令を受けることにより、第1輝度制御スレッドを終了する(図11のステップS46)。
<タイムラプス動作制御手続きの全体の流れ>
図14は、第2輝度制御手続きを示すフローチャートである。輝度制御部(74)によって第2輝度制御手続きが開始されると、先ずステップS21にて照度制御部(741)が、メモリ(70)に記録されている所定のLEDデューティ(本実施形態では、LED(61)にて設定可能な範囲の上限値)を読み出して、該所定のLEDデューティに対応するLEDデューティ指令値を生成する。
図13に示す様に、ステップS64の第2輝度制御手続きの終了後、ステップS65にてタイムラプス動作制御部(72)は、オートフォーカス制御を実行する。これにより、フォーカス位置が自動調整されることになる。
図15は、第3輝度制御手続きを示すフローチャートである。輝度制御部(74)によって第3輝度制御手続きが開始されると、先ずステップS31にて輝度制御部(74)が、CCDカメラ(54)によって取得される観察像の平均輝度が所定範囲内の輝度になるか否かを判断する。ステップS31にて観察像の平均輝度が所定範囲内の輝度になる(イエス)と判断された場合、CCDカメラ(54)のシャッタ速度の調整が行われずに、輝度制御部(74)による第3輝度制御手続きが終了する。
ステップS66の第3輝度制御手続きの終了後、ステップS67にてタイムラプス動作制御部(72)は、CCDカメラ(54)へカメラ制御指令を送信することにより、CCDカメラ(54)に撮像動作を実行させる。これにより、ステップS63にて観察点Mに配置された試料の観察像がCCDカメラ(54)によって取得され、取得された観察像はメモリ(70)に記録される。
図10に示す様に、ステップS12のタイムラプス動作制御手続きの終了後、ステップS13にて、使用者が入力装置(201)を操作することにより、パーソナルコンピュータ(103)にて観察用ソフトが終了される。その後、ステップS14にて、使用者が、中継制御部(102)に設けられている電源スイッチ(図示せず)を操作することにより、観察ユニット(100)の主電源をオフに設定するための電源切断指令がリレー制御部(82)に入力される。リレー制御部(82)は、電源切断指令を受けてリレー回路(820)のリレー動作を制御し、その結果、観察ユニット(100)の主電源がオンからオフに切り替えられる。
尚、リレー制御部(82)を用いずに電源スイッチだけを用いて、機械的に、観察ユニット(100)の主電源をオンからオフに切り替えてもよい。
上記観察システムにおいて実行される観察動作手続きによれば、使用者によって登録された試料の観察像が、タイムラプス動作の開始時刻から終了時刻まで周期的に取得されることになる。従って、取得された試料の観察像を利用することにより、試料の培養状態を観察・分析することが出来る。
尚、培養溶液を用いて試料(細胞)を培養する場合、試料の温度上昇が抑制されるだけでなく、培養溶液の温度上昇も抑制されることにより、試料への熱の影響が小さくなる。
6−1.変形例1
上記実施形態においては、探索モード設定時のCCDカメラ(54)のシャッタ速度が、CCDカメラ(54)にて設定可能な範囲の下限値に設定され、タイムラプスモード設定時のLED(61)のLEDデューティが、LED(61)にて設定可能な範囲の上限値に設定されているが、本発明はこれに限られるものではない。探索モード設定時のCCDカメラ(54)のシャッタ速度は、設定可能な範囲内で下限値からずれた値としてもよい。又、タイムラプスモード設定時のLED(61)のLEDデューティは、設定可能な範囲内で上限値からずれた値としてもよい。
上記実施形態においては、メモリ(70)に、観察ユニット(100)にてタイムラプスモードが設定されたときにLED(61)にて設定されるべき所定のLEDデューティ(上記実施形態では、LED(61)にて設定可能な範囲の上限値)が記録されており、タイムラプス動作制御部(72)から輝度制御部(74)へ輝度制御指令が送信されたとき、即ち観察ユニット(100)にタイムラプスモードが設定されたとき、照度制御部(741)によって、LED(61)のLEDデューティが、メモリ(70)に記録されている所定のLEDデューティに設定されていたが、本発明にこれに限られるものではない。
又、照度制御部(741)による算出動作の実行及びLEDデューティの調整は、図14に示す第2輝度制御手続き(ステップS64)のステップS21に代えて実行される。
上記変形例2に代えて、メモリ(70)に、観察ユニット(100)にタイムラプスモードが設定されたときにズームレンズ(53)に設定されるべきズーム倍率を試料情報として記録し、タイムラプス動作制御部(72)から輝度制御部(74)へ輝度制御指令が送信されたとき、照度制御部(741)が、メモリ(70)に記録されているズーム倍率に基づいてLED(61)に設定されるべきLEDデューティを算出する算出動作を実行し、その後、LED(61)のLEDデューティを調整することにより、該LED(61)のLEDデューティを前記算出動作の実行により算出したLEDデューティに設定してもよい。ここで、前記算出動作において照度制御部(741)は、メモリ(70)に記録されているズーム倍率が大きい程、高い値のLEDデューティを算出する。
但し、保存庫(101)内の温度は保存庫(101)外の温度より高く設定されることが多いので、観察ユニット(100)を保存庫(101)内で使用した場合、観察ユニット(100)の発熱により、試料は保存庫(101)内の温度を基準として上昇し、その結果、試料の温度が高くなり易くなる。従って、本発明は、特に観察ユニット(100)が保存庫(101)内で使用される観察システムにおいて実施されることが特に好ましい。
(1) 筐体
(2) X軸駆動部
(20) X軸モータ
(28) X軸原点センサ
(3) Y軸駆動部
(30) Y軸モータ
(36) Y軸原点センサ
(4) 載置台
(5) 観察装置
(50) 駆動モータ
(53) ズームレンズ(ズーム部)
(54) CCDカメラ(撮像部)
(55) ズーム用原点センサ
(56) Z軸モータ
(57) Z軸原点センサ
(6) 照明装置
(61) LED
(102) 中継制御部
(103) パーソナルコンピュータ
(70) メモリ
(7) 観察ユニット制御部(制御装置)
(71) 探索動作制御部(第1制御部)
(72) タイムプラス動作制御部(第2制御部)
(74) 輝度制御部
(741) 照度制御部
(742) シャッタ速度制御部
Claims (14)
- 観察システムを用いて、試料の観察像を取得する方法であって、以下の工程を具備する:
(a) 観察システムを用意する工程、ここで
観察システムは、観察ユニットおよびコンピュータを含み、
観察ユニットは、
試料が収容された容器が裁置される裁置台、
試料の観察像を取得することが可能な観察装置、および
試料を照明する照明装置
を具備し、
コンピュータはメモリを具備し、
(b) 裁置台に、試料が収容された容器を裁置する工程、
(c1) 照明装置が試料を照明しながら裁置台を移動させ、観察装置を用いて試料を探索する工程、ここで
観察装置のシャッタ速度が所定のシャッタ速度に設定されていて、観察像の輝度が所定範囲の輝度になっていなければ、観察装置のシャッタ速度は変えずに照明装置の照度を調整し、
(c2) 工程(c1)において探索された試料の座標をメモリに記録する工程
(d1) メモリから読み出された試料の座標に基づいて裁置台を移動させる工程、
(d2) 工程(c1)において照明装置に設定される照度よりも高い照度で照明装置を点灯する工程、
(d3) 観察装置のオートフォーカス制御を実行する工程、
(d4) 観察像の輝度が所定範囲の輝度になっていなければ、照明装置の照度は変えずに観察装置のシャッタ速度を調整する工程、
(d5) 観察装置を用いて試料の観察像を取得する工程、そして
(e) 所定期間経過後、工程(d1)〜工程(d5)を繰り返す工程。 - 請求項1に記載の方法であって、
工程(c2)において、工程(c1)において探索された試料に関するズーム倍率がメモリに記憶され、かつ
工程(d5)において、メモリに記憶されたズーム倍率に基づいて試料の観察像が取得される。 - 請求項1に記載の方法であって、
工程(c2)において、工程(c1)において探索された試料に関するフォーカス位置がメモリに記憶され、かつ
工程(d5)において、メモリに記憶されたフォーカス位置に基づいて試料の観察像が取得される。 - 請求項2に記載の方法であって、
工程(c2)において、工程(c1)において探索された試料に関するフォーカス位置がメモリに記憶され、かつ
工程(d5)において、メモリに記憶されたフォーカス位置に基づいて試料の観察像が取得される。 - 請求項2に記載の方法であって、
工程(d2)において、メモリに記憶されたズーム倍率に基づいて照明装置の照度を調整する。 - 請求項1に記載の方法であって、
工程(c1)において、観察装置のシャッタ速度が観察装置において設定可能な範囲の下限値に設定されている。 - 試料を観察して該試料の観察像を取得する観察装置と、該観察装置による試料の観察時に該試料を照明する照明装置とを具えた観察ユニットを制御する制御装置であって、
観察装置によって観察像を取得せんとする1又は複数の試料を、該観察装置を用いて探索して決定し、決定された試料毎に変化する試料情報をメモリに記録する探索モードが前記観察ユニットに設定されたときに、前記照明装置を制御して該照明装置の照度を調整する第1制御部と、
前記メモリに記録されている前記試料情報に基づいて、前記観察像を取得せんとする1又は複数の試料を観察装置によって観察して該試料の観察像を取得する観察モードが前記観察ユニットに設定されたときに、前記照明装置を制御して該照明装置の照度を調整する第2制御部
とを具え、
前記第2制御部が照明装置の照度を調整することにより該照明装置に設定される照度が、前記第1制御部が照明装置の照度を調整することにより該照明装置に設定される照度より高く、
前記第2制御部は、設定された照度を変えることなく、観察装置のシャッタ速度を調整して、観察像の輝度を所定範囲内に調整する制御装置。 - 観察システムを用いて、複数の試料の観察像を取得する方法であって、以下の工程を具備する:
(a) 観察システムを用意する工程、ここで
観察システムは、観察ユニットおよびコンピュータを含み、
観察ユニットは、
複数の試料が収容された容器が裁置される裁置台、
試料の観察像を取得することが可能な観察装置、および
複数の試料を照明する照明装置
を具備し、
コンピュータはメモリを具備し、
(b) 裁置台に、複数の試料が収容された容器を裁置する工程、
(c1) 照明装置が複数の試料を照明しながら裁置台を移動させ、観察装置を介して各試料を探索する工程、ここで
観察装置のシャッタ速度が所定のシャッタ速度に設定されていて、観察像の輝度が所定範囲の輝度になっていなければ、観察装置のシャッタ速度は変えずに照明装置の照度を調整し、
(c2) 各試料の座標をメモリに記録する工程
(d1) メモリから読み出された1つの試料の座標に基づいて裁置台を移動させる工程、
(d2) 工程(c1)において照明装置に設定される照度よりも高い照度で照明装置を点灯する工程、
(d3) 観察装置のオートフォーカス制御を実行する工程、
(d4) 観察像の輝度が所定範囲の輝度になっていなければ、照明装置の照度は変えずに観察装置のシャッタ速度を調整する工程、
(d5) 観察装置を用いて1つの試料の観察像を取得する工程、
(d6) 各試料について、工程(d1)〜工程(d5)を繰り返す工程、そして
(e) 所定期間経過後、工程(d1)〜工程(d6)を繰り返す工程。 - 請求項8に記載の方法であって、
工程(c2)において、工程(c1)において探索された各試料に関するズーム倍率がメモリに記憶され、かつ
工程(d5)において、メモリに記憶されたズーム倍率に基づいて各試料の観察像が取得される。 - 請求項8に記載の方法であって、
工程(c2)において、工程(c1)において探索された各試料に関するフォーカス位置がメモリに記憶され、かつ
工程(d5)において、メモリに記憶されたフォーカス位置に基づいて各試料の観察像が取得される。 - 請求項9に記載の方法であって、
工程(c2)において、工程(c1)において探索された各試料に関するフォーカス位置がメモリに記憶され、かつ
工程(d5)において、メモリに記憶されたフォーカス位置に基づいて各試料の観察像が取得される。 - 請求項9に記載の方法であって、
工程(d2)において、メモリに記憶されたズーム倍率に基づいて照明装置の照度を調整する。 - 請求項8に記載の方法であって、
工程(c1)において、観察装置のシャッタ速度が観察装置において設定可能な範囲の下限値に設定されている。 - 試料を観察するための観察ユニットと、該観察ユニットを制御する制御装置とを具え、前記観察ユニットには、試料を観察して該試料の観察像を取得する観察装置と、該観察装置による試料の観察時に該試料を照明する照明装置とが含まれている観察システムであって、前記制御装置は、
観察装置によって観察像を取得せんとする1又は複数の試料を、該観察装置を用いて探索して決定し、決定された試料毎に変化する試料情報をメモリに記録する探索モードが前記観察ユニットに設定されたときに、前記照明装置を制御して該照明装置の照度を調整する第1制御部と、
前記メモリに記録されている前記試料情報に基づいて、前記観察像を取得せんとする1又は複数の試料を観察装置によって観察して該試料の観察像を取得する観察モードが前記観察ユニットに設定されたときに、前記照明装置を制御して該照明装置の照度を調整する第2制御部
とを具え、
前記第2制御部が照明装置の照度を調整することにより該照明装置に設定される照度が、前記第1制御部が照明装置の照度を調整することにより該照明装置に設定される照度より高く、
前記第2制御部は、設定された照度を変えることなく、観察装置のシャッタ速度を調整して、観察像の輝度を所定範囲内に調整する観察システム。
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