JP6812562B2 - 観察装置および方法並びに観察装置制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、観察対象が収容された収容体と観察対象の像を結像させる結像光学系とを相対的に移動させることによって、観察対象全体の像を観察する観察装置および方法並びに観察装置制御プログラムに関する。

従来、ＥＳ（Embryonic Stem）細胞およびｉＰＳ（Induced Pluripotent Stem）細胞等の多能性幹細胞および分化誘導された細胞等を顕微鏡等を用いて撮像し、その画像の特徴を捉えることにより細胞の分化状態等を判定する方法が提案されている。

ＥＳ細胞およびｉＰＳ細胞等の多能性幹細胞は、種々の組織の細胞に分化する能力を備え、再生医療、薬の開発、および病気の解明等において応用が可能なものとして注目されている。

一方、上述したように細胞を顕微鏡を用いて撮像する際、高倍率な広視野画像を取得するため、例えばウェルプレート等の培養容器の範囲内を結像光学系の観察域によって走査し、観察域毎の画像を撮像した後、その観察域毎の画像を結合する、いわゆるタイリング撮影を行うことが提案されている。

特開２０１１−８１２１１号公報

ここで、上述したような観察域毎の画像を撮像する際、培養容器の底面に結像光学系の焦点位置を合わせることが多い。しかしながら、培養容器の底部の厚さには、ミリオーダーの製造公差があるため、高倍率な撮影を行う場合には、観察域毎に焦点位置を合わせる必要がある。一方、細胞の撮影時間は短い方が望ましく、高速撮影可能な装置が望まれている。

しかしながら、従来のオートフォーカス制御方法では、観察域毎に２秒程度の時間を要し、例えば観察域の数が３００である場合には、オートフォーカス制御に要する時間だけで１０分かかることになり、高速に撮影することが困難であった。

特許文献１においては、撮影時間を短縮するため、ある観察域の画像を撮像している時点において、その観察域に隣接する領域において焦点位置を先行して計測しておき、その前もって計測された焦点位置を用いてフォーカス制御を行って画像の撮像を行う方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１においては、焦点位置を計測する際、やはり従来のオートフォーカス制御の場合と同様に、上記観察域に隣接する領域の画像を撮像し、その画像のコントラストに基づいて焦点位置を計測しているため、演算処理に時間がかかってしまう。したがって、ステージを高速に移動させた場合には、観察域が計測位置に到達した時点において演算処理およびその演算処理結果に基づくオートフォーカス制御が間に合わない可能性がある。

また、特許文献１では、観察域を一方向のみに移動する方法しか提案されておらず、このように一方向のみの移動では、観察域による走査時間が非常に長くなってしまう。

本発明は、上記の問題に鑑み、観察域毎のオートフォーカス制御を高速化することができ、これにより全ての範囲の観察域による走査時間を短縮することができる観察装置および方法並びに観察制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明による第１の観察装置は、観察対象が収容された収容体内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系と、
結像光学系により結像された観察対象の画像を撮像する撮像素子を有する撮像系と、
結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、撮像素子を光軸方向に移動させる第３の動作、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う動作部と、
収容体の鉛直方向の位置を検出する少なくとも１つの変位センサを有する検出部と、
検出部によって検出された収容体の鉛直方向の位置に基づいて、動作部を制御する動作制御部と、
収容体および結像光学系の少なくとも一方を、水平面内において移動させる水平方向駆動部と、
水平方向駆動部を制御して、結像光学系の観察域を移動することにより収容体を走査する走査制御部とを備え、
検出部が、収容体に対する結像光学系の観察域の位置よりも観察域の移動方向前側の位置において収容体の鉛直方向の位置を検出し、かつ観察域の移動方向の変更に応じて、変位センサの位置または使用する変位センサを切り替える。

なお、本発明による第１の観察装置においては、動作部は、第１の動作、第２の動作、第３の動作および第４の動作のうちの複数の動作を行ってもよい。

本発明による第２の観察装置は、観察対象が収容された収容体内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系と、
結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う動作部と、
収容体の鉛直方向の位置を検出する少なくとも１つの変位センサを有する検出部と、
検出部によって検出された収容体の鉛直方向の位置に基づいて、動作部を制御する動作制御部と、
収容体および結像光学系の少なくとも一方を、水平面内において移動させる水平方向駆動部と、
水平方向駆動部を制御して、結像光学系の観察域を移動することにより収容体を走査する走査制御部とを備え、
検出部が、収容体に対する結像光学系の観察域の位置よりも観察域の移動方向前側の位置において収容体の鉛直方向の位置を検出し、かつ観察域の移動方向の変更に応じて、変位センサの位置または使用する変位センサを切り替える。

なお、本発明による第２の観察装置においては、動作部は、第１の動作、第２の動作および第４の動作のうちの複数の動作を行ってもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、結像光学系は、収容体内の観察対象の像を結像させる対物レンズをさらに有し、
第１の動作は、結像レンズの焦点距離を変更する動作および対物レンズの焦点距離を変更する動作の少なくとも一方を含んでもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更光学系をさらに備え、
結像光学系は、収容体内の観察対象の像を結像させる対物レンズをさらに有し、
第１の動作は、結像レンズの焦点距離を変更する動作、対物レンズの焦点距離を変更する動作、および焦点距離変更光学系により、結像光学系の焦点距離を変更する動作の少なくとも１つを含んでもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、動作部は、さらに対物レンズを光軸方向に移動させる第５の動作を行ってもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更光学系をさらに備え、
第１の動作は、焦点距離変更光学系により、結像光学系の焦点距離を変更する動作を含んでもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、結像光学系は、収容体内の観察対象の像を結像させる対物レンズをさらに有し、
動作部は、さらに対物レンズを光軸方向に移動させる第５の動作を行ってもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、検出部が、結像光学系を挟んで観察域の移動方向について並べて設けられた少なくとも２つの変位センサを有し、観察域の移動方向の変更に応じて、使用する変位センサを切り替えてもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、検出部が、結像光学系を挟んで観察域の移動方向について一方の側と他方の側とに変位センサを移動可能な変位センサ移動機構を有し、観察域の移動方向の変更に応じて、変位センサの位置を一方の側から他方の側に移動してもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、変位センサ移動機構が、変位センサを一方の側から他方の側まで案内するガイド機構を備えてもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、動作制御部が、検出部によって収容体の鉛直方向の位置が検出された後、予め設定された時間が経過した時点において動作部を制御してもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、動作制御部が、検出部によって収容体の鉛直方向の位置が検出された後、検出された位置に結像光学系の観察域が到達した時点または検出された位置に結像光学系の観察域が到達する直前において動作部を制御してもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、動作制御部が、走査制御部によって収容体および結像光学系の少なくとも一方の移動速度が変更された場合、変更された後の移動速度に応じて、予め設定された時間を変更してもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、水平方向駆動部が、収容体および結像光学系の少なくとも一方を往復移動させる場合において、収容体の範囲の往復移動の方向の両側に、収容体および結像光学系の少なくとも一方の往復移動の加減速域が設定されており、加減速域の往復移動の方向の幅が、結像光学系および変位センサの往復移動の方向の間隔と同じであってもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、変位センサが、レーザ変位センサであってもよい。

また、本発明による第１および第２の観察装置においては、結像光学系、動作部および変位センサを一体的に鉛直方向に移動させる鉛直方向移動機構を備えてもよい。

本発明による第１の観察方法は、観察対象が収容された収容体および収容体内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を水平面内において移動させ、結像光学系により結像された観察対象の画像を撮像素子により撮像する観察方法であって、
収容体に対する結像光学系の観察域の位置よりも観察域の移動方向前側の位置における収容体の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサを用いて検出するステップと、
検出した収容体の鉛直方向の位置に基づいて、結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、撮像素子を光軸方向に移動させる第３の動作、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行うステップと、
観察域の移動方向の変更に応じて、変位センサの位置または使用する変位センサを切り替えるステップとを有する。

本発明による第２の観察方法は、観察対象が収容された収容体および収容体内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を水平面内において移動させる観察方法であって、
収容体に対する結像光学系の観察域の位置よりも観察域の移動方向前側の位置における収容体の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサを用いて検出するステップと、
検出した収容体の鉛直方向の位置に基づいて、結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行うステップと、
観察域の移動方向の変更に応じて、変位センサの位置または使用する変位センサを切り替えるステップとを有する。

本発明による第１の観察装置制御プログラムは、観察対象が収容された収容体および収容体内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を水平面内において移動させ、結像光学系により結像された観察対象の画像を撮像素子により撮像する手順をコンピュータに実行させる観察装置制御プログラムであって、
収容体に対する結像光学系の観察域の位置よりも観察域の移動方向前側の位置における収容体の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサを用いて検出する手順と、
検出した収容体の鉛直方向の位置に基づいて、結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、撮像素子を光軸方向に移動させる第３の動作、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う手順と、
観察域の移動方向の変更に応じて、変位センサの位置または使用する変位センサを切り替える手順とをコンピュータに実行させる。

本発明による第２の観察装置制御プログラムは、観察対象が収容された収容体および収容体内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を水平面内において移動させる手順をコンピュータに実行させる観察装置制御プログラムであって、
収容体に対する結像光学系の観察域の位置よりも観察域の移動方向前側の位置における収容体の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサを用いて検出する手順と、
検出した収容体の鉛直方向の位置に基づいて、結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う手順と、
観察域の移動方向の変更に応じて、変位センサの位置または使用する変位センサを切り替える手順とをコンピュータに実行させる。

本発明による第３の観察装置は、コンピュータに実行させるための命令を記憶するメモリ、および
記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサを備え、プロセッサは、
観察対象が収容された収容体および収容体内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を水平面内において移動させ、結像光学系により結像された観察対象の画像を撮像素子により撮像する処理であって、
収容体に対する結像光学系の観察域の位置よりも観察域の移動方向前側の位置における収容体の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサを用いて検出し、
検出した収容体の鉛直方向の位置に基づいて、結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、撮像素子を光軸方向に移動させる第３の動作、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行い、
観察域の移動方向の変更に応じて、変位センサの位置または使用する変位センサを切り替える処理を実行する。

本発明による第４の観察装置は、コンピュータに実行させるための命令を記憶するメモリ、および
記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサを備え、プロセッサは、
観察対象が収容された収容体および収容体内の観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を水平面内において移動させる処理であって、
収容体に対する結像光学系の観察域の位置よりも観察域の移動方向前側の位置における収容体の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサを用いて検出し、
検出した収容体の鉛直方向の位置に基づいて、結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行い、
観察域の移動方向の変更に応じて、変位センサの位置または使用する変位センサを切り替える処理を実行する。

本発明の観察装置および方法並びに観察装置制御プログラムによれば、収容体および収容体内の観察対象の像を結像させる結像光学系の少なくとも一方を水平面内において移動させる。このように、収容体または結像光学系を水平面内において移動させて結像光学系の観察域を移動することにより、上述した特許文献１のような一方向にのみ収容体を移動させて観察域を移動する場合と比較すると、観察域による走査時間を短縮することができる。

さらに、本発明の第１の観察装置および方法並びに観察装置制御プログラムでは、収容体に対する結像光学系の観察域の位置よりも観察域の移動方向前側の位置における収容体の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサを用いて検出し、その検出した収容体の鉛直方向の位置に基づいて、結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、撮像素子を光軸方向に移動させる第３の動作、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行うことによってオートフォーカス制御を行うようにした。また、本発明の第２の観察装置および方法並びに観察装置制御プログラムでは、収容体に対する結像光学系の観察域の位置よりも観察域の移動方向前側の位置における収容体の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサを用いて検出し、その検出した収容体の鉛直方向の位置に基づいて、結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行うことによってオートフォーカス制御を行うようにした。このため、特許文献１のように撮像された画像のコントラストに基づいてオートフォーカス制御を行う場合と比較すると、高速にオートフォーカス制御を行うことができる。

さらに、本発明では、観察域の移動方向の変更に応じて、変位センサの位置または使用する変位センサを切り替えるようにしたので、常に、画像の撮像に先行して収容体の位置の検出を行うことができる。

本発明の観察装置の第１の実施形態を用いた顕微鏡観察システムの概略構成を示す図 結像光学系の構成を示す模式図 ステージの構成を示す斜視図 焦点距離変更光学系の構成を示す模式図 本発明の観察装置の第１の実施形態を用いた顕微鏡観察システムの概略構成を示すブロック図 培養容器内における観察域の走査位置を示す図 培養容器内の任意の位置に観察域がある場合における結像光学系、第１の変位センサおよび第２の変位センサと、培養容器との位置関係を示す図 第１の変位センサと第２の変位センサとの切り替えを説明するための図 オートフォーカス制御のタイミングの一例を説明するための図 本発明の観察装置の第１の実施形態を用いた顕微鏡観察システムの作用を説明するためのフローチャート 本発明の観察装置の第２の実施形態を用いた顕微鏡観察システムの概略構成を示すブロック図 本発明の観察装置の第２の実施形態の検出部の構成を示す図 本発明の観察装置の第２の実施形態の検出部における変位センサの位置の切り替えを説明するための図 本発明の観察装置の第１の実施形態を用いた顕微鏡観察システムの変形例の概略構成を示す図 本発明の観察装置の第１の実施形態を用いた顕微鏡観察システムに対して鉛直方向移動機構を設けた例を示す図 本発明の観察装置の第２の実施形態を用いた顕微鏡観察システムに対して鉛直方向移動機構を設けた例を示す図 本発明の観察装置の第１の実施形態において、４つの変位センサを設けた変形例を示す図 培養容器内における観察域による走査位置の他の例を示す図 本発明の観察装置の第２の実施形態の変形例における変位センサの位置の切り替えを説明するための図

以下、本発明の観察装置および方法並びに観察装置制御プログラムの第１の実施形態を用いた顕微鏡観察システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の顕微鏡観察システムにおける顕微鏡装置１０の概略構成を示すブロック図である。

顕微鏡装置１０は、観察対象である培養された細胞の位相差画像を撮像する。具体的には、顕微鏡装置１０は、図１に示すように、白色光を出射する白色光源１１、コンデンサレンズ１２、スリット板１３、結像光学系１４、動作部１５、撮像素子１６、および検出部１８を備える。また、顕微鏡装置１０は、焦点距離変更光学系７０を備える。

動作部１５は、第１の動作部１５Ａ、第２の動作部１５Ｂ、第３の動作部１５Ｃ、第４の動作部１５Ｄ、第５の動作部１５Ｅ、第６の動作部１５Ｆおよび第７の動作部１５Ｇを備える。第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇの動作は後述する。

スリット板１３には、白色光源１１から出射された白色光を遮光する遮光板に対して白色光を透過するリング形状のスリットが設けられる。白色光がスリットを通過することによってリング状の照明光Ｌが形成される。

図２は、結像光学系１４の詳細な構成を示す図である。結像光学系１４は、図２に示すように、位相差レンズ１４ａおよび結像レンズ１４ｄを備える。そして、位相差レンズ１４ａは、対物レンズ１４ｂおよび位相板１４ｃを備える。位相板１４ｃには、照明光Ｌの波長に対して透明な透明板に対して位相リングが形成される。なお、上述したスリット板１３のスリットの大きさは、位相板１４ｃの位相リングと共役な関係にある。

位相リングには、入射された光の位相を１／４波長ずらす位相膜と、入射された光を減光する減光フィルタとがリング状に形成される。位相リングに入射された直接光は、位相リングを通過することによって位相が１／４波長ずれ、かつその明るさが弱められる。一方、観察対象によって回折された回折光は大部分が位相板１４ｃの透明板を通過し、その位相および明るさは変化しない。

対物レンズ１４ｂを有する位相差レンズ１４ａは、図１に示す動作部１５の第５の動作部１５Ｅによって、対物レンズ１４ｂの光軸方向に移動される。本実施形態においては、対物レンズ１４ｂの光軸方向とＺ方向（鉛直方向）とは同じ方向である。対物レンズ１４ｂのＺ方向への移動によってオートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６によって撮像される位相差画像のコントラストが調整される。

また、位相差レンズ１４ａの倍率を変更可能な構成としてもよい。具体的には、異なる倍率を有する位相差レンズ１４ａまたは結像光学系１４を交換可能に構成するようにしてもよい。位相差レンズ１４ａまたは結像光学系１４の交換は、自動的に行うようにしてもよいし、ユーザが手動で行うようにしてもよい。

また、対物レンズ１４ｂは、焦点距離を変更可能な液体レンズからなる。なお、焦点距離を変更可能であれば、液体レンズに限定されず、液晶レンズおよび形状変形レンズ等、任意のレンズを用いることができる。対物レンズ１４ｂは、図１に示す動作部１５における第６の動作部１５Ｆによって、印加される電圧が変更されて、焦点距離が変更される。これにより、結像光学系１４の焦点距離が変更される。対物レンズ１４ｂの焦点距離の変更によってもオートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６によって撮像される位相差画像のコントラストが調整される。

結像レンズ１４ｄは、位相差レンズ１４ａを通過した位相差画像が入射され、これを撮像素子１６に結像する。本実施形態において、結像レンズ１４ｄは、焦点距離を変更可能な液体レンズからなる。なお、焦点距離を変更可能であれば、液体レンズに限定されず、液晶レンズおよび形状変形レンズ等、任意のレンズを用いることができる。結像レンズ１４ｄは、図１に示す動作部１５における第１の動作部１５Ａによって、印加する電圧が変更されて、焦点距離が変更される。これにより、結像光学系１４の焦点距離が変更される。結像レンズ１４ｄの焦点距離の変更によってオートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６によって撮像される位相差画像のコントラストが調整される。

また、結像レンズ１４ｄは、図１に示す動作部１５における第２の動作部１５Ｂによって結像レンズ１４ｄの光軸方向に移動される。なお、本実施形態においては、結像レンズ１４ｄの光軸方向とＺ方向（鉛直方向）とは同じ方向である。結像レンズ１４ｄのＺ方向への移動によってオートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６によって撮像される位相差画像のコントラストが調整される。

撮像素子１６は、結像レンズ１４ｄによって結像された位相差画像を撮像する。撮像素子１６としては、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等が用いられる。撮像素子としては、ＲＧＢ（Red Green Blue）のカラーフィルタが設けられた撮像素子を用いてもよいし、モノクロの撮像素子を用いるようにしてもよい。

また、撮像素子１６は、図１に示す動作部１５における第３の動作部１５ＣによってＺ方向に移動される。なお、本実施形態においては、撮像素子１６の撮像面に垂直な方向とＺ方向とは同じ方向である。撮像素子１６のＺ方向への移動によってオートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６によって撮像される位相差画像のコントラストが調整される。

検出部１８は、ステージ５１に設置された培養容器５０のＺ方向（鉛直方向）の位置を検出する。検出部１８は、具体的には、第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂを備える。第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂは、位相差レンズ１４ａを挟んで、図１に示すＸ方向に並べて設けられている。本実施形態における第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂはレーザ変位計であり、培養容器５０にレーザ光を照射し、その反射光を検出することによって、培養容器５０の底面のＺ方向の位置を検出する。なお、培養容器５０の底面とは、培養容器５０の底部と観察対象である細胞との境界面、すなわち観察対象設置面である。

検出部１８によって検出された培養容器５０のＺ方向の位置情報は、動作制御部２１に出力される。動作制御部２１は、入力された位置情報に基づいて動作部１５を制御し、オートフォーカス制御を行う。なお、第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂによる培養容器５０の位置の検出および動作制御部２１によるオートフォーカス制御については、後で詳述する。

スリット板１３と位相差レンズ１４ａおよび検出部１８との間には、ステージ５１が設けられている。ステージ５１上には、観察対象である細胞が収容された培養容器５０が設置される。

培養容器５０は本発明の収容体に対応する。培養容器５０としては、シャーレ、ディッシュ、フラスコまたはウェルプレート等を用いることができる。また、これらの他、収容体としては、スライドガラスまたは微細な流路が加工されてなるマイクロ流路デバイス等を用いることができる。また、培養容器５０に収容される細胞としては、ｉＰＳ細胞およびＥＳ細胞といった多能性幹細胞、幹細胞から分化誘導された神経、皮膚、心筋および肝臓の細胞、並びに人体から取り出された皮膚、網膜、心筋、血球、神経および臓器の細胞等がある。

ステージ５１は、後述する水平方向駆動部１７（図５参照）によって互いに直交するＸ方向およびＹ方向に移動する。Ｘ方向およびＹ方向は、Ｚ方向に直交する方向であり、水平面内において互いに直交する方向である。本実施形態においては、Ｘ方向を主走査方向とし、Ｙ方向を副走査方向とする。

図３は、ステージ５１の一例を示す図である。ステージ５１の中央には、矩形の開口５１ａが形成されている。この開口５１ａを形成する部材の上に培養容器５０が設置され、培養容器５０内の細胞を透過した光および細胞により回折した光が開口５１ａを通過するように構成されている。

また、ステージ５１は、第４の動作部１５ＤによってＺ方向に移動され、これにより、培養容器５０がＺ方向に移動される。第４の動作部１５Ｄは、例えば圧電素子等のアクチュエータを備える。本実施形態においては、ステージ５１における培養容器５０が設置される面に垂直な方向とＺ方向とは同じ方向である。ステージ５１のＺ方向への移動によってもオートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６によって撮像される位相差画像のコントラストが調整される。

第１の動作部１５Ａおよび第６の動作部１５Ｆは、例えば電圧可変回路を備える。第１の動作部１５Ａは、後述する動作制御部２１から出力された制御信号に基づいて、結像レンズ１４ｄに印加する電圧を変更する。第６の動作部１５Ｆは、後述する動作制御部２１から出力された制御信号に基づいて、対物レンズ１４ｂに印加する電圧を変更する。

第２の動作部１５Ｂ、第３の動作部１５Ｃ、第４の動作部１５Ｄおよび第５の動作部１５Ｅは、例えば圧電素子のようなアクチュエータを備え、後述する動作制御部２１から出力された制御信号に基づいて駆動する。なお、動作部１５は、位相差レンズ１４ａおよび結像レンズ１４ｄを通過した位相差画像をそのまま通過させる構成となっている。また、第２の動作部１５Ｂ、第３の動作部１５Ｃ、第４の動作部１５Ｄおよび第５の動作部１５Ｅの構成は圧電素子に限らず、結像レンズ１４ｄ、撮像素子１６、ステージ５１および対物レンズ１４ｂ（位相差レンズ１４ａ）をＺ方向に移動可能であればよく、その他の公知な構成を用いることができる。

図４は焦点距離変更光学系７０の構成を示す概略図である。図４に示すように、焦点距離変更光学系７０は、円形の第１のウェッジプリズム７１および円形の第２のウェッジプリズム７２を備える。第７の動作部１５Ｇは、第１のウェッジプリズム７１および第２のウェッジプリズム７２を、互いに反対方向に同期させて移動させる。これにより、結像光学系１４の焦点位置が変更される。焦点位置が変更されることは、焦点距離が長くなったり短くなったりすることと同義である。このため、結像光学系１４の焦点位置が変更されることにより、結像光学系１４の焦点距離が変更される。本実施形態においては、結像光学系１４の焦点距離を変更することは、第１の動作部１５Ａにより結像レンズ１４ｄの焦点距離を変更すること、および第６の動作部１５Ｆにより対物レンズ１４ｂの焦点距離を変更することのみならず、第７の動作部１５Ｇにより結像光学系１４の焦点位置を変更することにより、結像光学系１４の焦点距離を変更することも含む。

第１および第２のウェッジプリズム７１および７２は、光の入射面および出射面となり得る２つの面が平行でない、すなわち一方の面に対して他方の面が傾斜しているプリズムである。なお、以降の説明においては、光軸に対して垂直に配置される面を直角面、光軸に対して傾斜して配置される面をウェッジ面と称する。ウェッジプリズム７１および７２は、直角面に垂直に入射した光を偏向させるプリズムである。第７の動作部１５Ｇは、例えば圧電素子等のアクチュエータを備え、後述する動作制御部２１から出力された制御信号に基づいて、第１のウェッジプリズム７１および第２のウェッジプリズム７２を、直角面を平行に維持しつつ、互いに反対方向に同期させて移動させる。すなわち、第１のウェッジプリズム７１を図４における右方向に移動させる場合には、第２のウェッジプリズム７２を左方向に移動させる。逆に、第１のウェッジプリズム７１を図４における左方向に移動させる場合には、第２のウェッジプリズム７２を右方向に移動させる。このように、第１および第２のウェッジプリズム７１および７２を移動させることにより、結像光学系１４から出射された光の光路長が変更され、これにより、結像光学系１４の焦点位置を変更して焦点距離を変更することができる。これにより、オートフォーカス制御が行われ、撮像素子１６によって撮像される位相差画像のコントラストが調整される。

次に、顕微鏡装置１０を制御する顕微鏡制御装置２０の構成について説明する。図５は、本実施形態の顕微鏡観察システムの構成を示すブロック図である。なお、顕微鏡装置１０については、顕微鏡制御装置２０の各部により制御される一部の構成のブロック図を示している。

顕微鏡制御装置２０は、顕微鏡装置１０全体を制御し、特に、動作制御部２１、走査制御部２２および表示制御部２３を備える。

顕微鏡制御装置２０は、中央処理装置、半導体メモリおよびハードディスク等を備えたコンピュータから構成され、ハードディスクに本発明の観察装置制御プログラムの一実施形態がインストールされている。そして、この観察装置制御プログラムが中央処理装置によって実行されることによって、図５に示す動作制御部２１、走査制御部２２および表示制御部２３が機能する。

動作制御部２１は、上述したように検出部１８によって検出された培養容器５０のＺ方向の位置情報に基づいて、動作部１５を動作させてオートフォーカス制御を行う。具体的には、位置情報に基づいて、第１の動作部１５Ａ〜第７の動作部１５Ｇのそれぞれに対して制御信号を出力する。これにより、第１の動作部１５Ａにより結像レンズ１４ｄの焦点距離が変更されて結像光学系１４の焦点距離が変更される。また、第２の動作部１５Ｂにより結像レンズ１４ｄが光軸方向に移動する。また、第３の動作部１５Ｃにより撮像素子１６が光軸方向に移動する。また、第４の動作部１５Ｄによりステージ５１が光軸方向に移動する。また、第５の動作部１５Ｅにより対物レンズ１４ｂが光軸方向に移動する。第６の動作部１５Ｆにより対物レンズ１４ｂの焦点距離が変更されて結像光学系１４の焦点距離が変更される。さらに、第７の動作部１５Ｇにより結像光学系１４の焦点位置が変更されて、結像光学系１４の焦点距離が変更される。これらの７つの動作により、オートフォーカス制御が行われる。

なお、第１の動作部１５Ａによる結像レンズ１４ｄの焦点距離の変更、第６の動作部１５Ｆによる対物レンズ１４ｂの焦点距離の変更、および第７の動作部１５Ｇによる焦点距離変更光学系７０による焦点距離の変更が、第１の動作に対応する。また、第２の動作部１５Ｂによる結像レンズ１４ｄの光軸方向への移動が第２の動作に対応する。また、第３の動作部１５Ｃによる撮像素子１６の光軸方向への移動が第３の動作に対応する。また、第４の動作部１５Ｄによるステージ５１の光軸方向への移動が第４の動作に対応する。また、第５の動作部１５Ｅによる対物レンズ１４ｂの光軸方向への移動が第５の動作に対応する。

走査制御部２２は、水平方向駆動部１７を駆動制御し、これによりステージ５１をＸ方向およびＹ方向に移動させて、培養容器５０をＸ方向およびＹ方向に移動させる。水平方向駆動部１７は、圧電素子等のアクチュエータから構成される。

以下、走査制御部２２によるステージ５１の移動制御および動作制御部２１によるオートフォーカス制御について、詳細に説明する。

本実施形態においては、走査制御部２２による制御によってステージ５１をＸ方向およびＹ方向に移動させ、結像光学系１４の観察域を培養容器５０内において２次元状に移動して培養容器５０を走査し、各観察域の位相差画像を撮像する。図６は、培養容器５０内における観察域による走査位置を実線Ｍにより示した図である。なお、本実施形態においては、培養容器５０として６つのウェルＷを有するウェルプレートを用いる。

図６に示すように、結像光学系１４の観察域は、走査開始点Ｓから走査終了点Ｅまで実線Ｍに沿って移動する。すなわち、観察域は、Ｘ方向の正方向（図６の右方向）に移動された後、Ｙ方向（図６の下方向）に移動し、逆の負方向（図６の左方向）に移動される。次いで、観察域は、再びＹ方向に移動し、再び正方向に移動される。このように、観察域のＸ方向についての往復移動とＹ方向への移動を繰り返し行うことによって、培養容器５０は２次元状に走査される。

図７および図８は、培養容器５０内の任意の位置に観察域Ｒがある場合における結像光学系１４、第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂと、培養容器５０との位置関係を示した図である。

本実施形態においては、図７および図８に示すように、第１の変位センサ１８ａと第２の変位センサ１８ｂとが結像光学系１４を挟んでＸ方向に並べて設けられている。そして、結像光学系１４の観察域Ｒは、上述したように培養容器５０内を２次元状に移動されるが、この際、培養容器５０に対する結像光学系１４の観察域Ｒの位置よりも観察域Ｒの移動方向前側の位置において培養容器５０のＺ方向の位置が検出される。具体的には、観察域Ｒが、図７に示す矢印方向（図７の右方向）に移動している場合には、第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂのうち、観察域Ｒの移動方向前側の第１の変位センサ１８ａによって培養容器５０のＺ方向の位置が検出される。そして、観察域Ｒが、図７に示す位置から第１の変位センサ１８ａによって培養容器５０のＺ方向の位置が検出された位置まで移動した場合に、前もって検出された培養容器５０のＺ方向の位置情報が用いられてオートフォーカス制御が行われ、位相差画像の撮像が行われる。

一方、観察域Ｒが、図８の矢印方向（図８の左方向）に移動している場合には、第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂのうち、観察域Ｒの移動方向前側の第２の変位センサ１８ｂによって培養容器５０のＺ方向の位置が検出される。そして、観察域Ｒが、図８に示す位置から第２の変位センサ１８ｂによって培養容器５０のＺ方向の位置が検出された位置まで移動した場合に、前もって検出された培養容器５０のＺ方向の位置情報が用いられてオートフォーカス制御が行われ、位相差画像の撮像が行われる。

このように第１の変位センサ１８ａを用いた培養容器５０の検出と第２の変位センサ１８ｂを用いた培養容器５０の検出とを観察域Ｒの移動方向に応じて切り替えることによって、常に、観察域Ｒの位相差画像の撮像に先行して、その観察域Ｒの位置における培養容器５０のＺ方向の位置情報を取得することができる。

そして、動作制御部２１は、上述したように先行して検出された培養容器５０のＺ方向の位置情報に基づいて、動作部１５を駆動制御することによって、オートフォーカス制御を行う。具体的には、動作制御部２１には、培養容器５０のＺ方向の位置情報と、結像レンズ１４ｄの焦点距離を変更するための結像レンズ１４ｄへの印加電圧、結像レンズ１４ｄの光軸方向の移動量、撮像素子１６の光軸方向の移動量、ステージ５１の光軸方向の移動量、対物レンズ１４ｂの光軸方向の移動量、対物レンズ１４ｂの焦点距離を変更するための対物レンズ１４ｂへの印加電圧、および焦点距離変更光学系７０の移動量との関係が、予めテーブルとして記憶されている。このテーブルを第１のテーブルと称する。

動作制御部２１は、入力された培養容器５０のＺ方向の位置情報に基づいて、第１のテーブルを参照して、結像レンズ１４ｄの焦点距離を変更するための結像レンズ１４ｄへの印加電圧、結像レンズ１４ｄの光軸方向の移動量、撮像素子１６の光軸方向の移動量、ステージ５１の光軸方向の移動量、対物レンズ１４ｂの光軸方向の移動量、対物レンズ１４ｂの焦点距離を変更するための対物レンズ１４ｂへの印加電圧、および焦点距離変更光学系７０の移動量をそれぞれ求める。なお、以降の説明においては、結像レンズ１４ｄの焦点距離を変更するための結像レンズ１４ｄへの印加電圧、結像レンズ１４ｄの光軸方向の移動量、撮像素子１６の光軸方向の移動量、ステージ５１の光軸方向の移動量、対物レンズ１４ｂの光軸方向の移動量、対物レンズ１４ｂの焦点距離を変更するための対物レンズ１４ｂへの印加電圧、および焦点距離変更光学系７０の移動量をフォーカス制御量と称する。

そして、動作制御部２１は、動作部１５を制御するために、フォーカス制御量に応じた制御信号を、第１の動作部１５Ａ〜第７の動作部１５Ｇに出力する。具体的には、ステージ５１の位置情報に基づいて第１のテーブルが参照されて、フォーカス制御量が取得され、第１の動作部１５Ａ〜第７の動作部１５Ｇに出力される。

動作部１５、すなわち第１の動作部１５Ａ〜第７の動作部１５Ｇは、入力された制御信号に基づいて駆動する。これにより、培養容器５０のＺ方向の位置に応じたフォーカス制御が行われる。

本実施形態においては、上述したように各観察域Ｒについてそれぞれ前もって培養容器５０のＺ方向の位置が検出されるため、各観察域Ｒの培養容器５０の位置の検出タイミングと、位相差画像の撮像タイミングとが時間的にずれる。したがって、オートフォーカス制御は、第１の変位センサ１８ａまたは第２の変位センサ１８ｂによって培養容器５０の位置の検出が行われた後、その検出位置に観察域Ｒが到達するまでの間に行われる。

ここで、オートフォーカス制御のタイミングが早すぎる場合には、オートフォーカス制御の後、観察域Ｒが検出位置に到達するまでの間に、何らかの要因によって、培養容器５０のＺ方向の位置がずれてフォーカス位置がずれる可能性がある。

したがって、オートフォーカス制御のタイミングは、観察域Ｒが検出位置に到達する直前であって、かつその検出位置における位相差画像の撮像が間に合うタイミングであることが望ましい。なお、観察域Ｒが検出位置に到達する直前とは、例えば図９に示すように、観察域ＲがＸ方向に順次移動し、検出部１８による検出位置が、斜線で示すＰｄの位置である場合には、観察域Ｒが、検出位置Ｐｄに隣接する観察域Ｒの位置Ｐｒを通過した時点から検出位置Ｐｄに到達するまでの間であることが望ましい。なお、観察域Ｒが検出位置Ｐｄに到達した時点においてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。

本実施形態においては、オートフォーカス制御のタイミングが、上述した望ましいタイミングとなるように、第１の変位センサ１８ａまたは第２の変位センサ１８ｂによる検出タイミングからその検出位置の位置情報を用いたオートフォーカス制御のタイミングまでの時間が予め設定されている。

なお、例えば位相差レンズ１４ａの倍率の変更等によってステージ５１の移動速度が変更された場合には、そのステージ５１の移動速度の変更に応じて上記の予め設定された時間を変更してもよい。または、上記時間を変更する代わりに、ステージ５１の移動速度が変更された場合に、第１の変位センサ１８ａまたは第２の変位センサ１８ｂをＸ方向に移動させることによって、第１の変位センサ１８ａまたは第２の変位センサ１８ｂと結像光学系１４との距離を変更してもよい。

また、本実施形態のように、結像光学系１４を挟んで第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂをＸ方向に並べて設け、位相差画像の撮像に先行して培養容器５０の位置を検出する場合、培養容器５０の範囲の全域において培養容器５０の位置検出および位相差画像の撮像を行うには、図６に示すように、培養容器５０の範囲よりもＸ方向について外側の範囲Ｒ１およびＲ２まで結像光学系１４、第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂを相対的に移動させる必要がある。そして、範囲Ｒ１のＸ方向の幅として、少なくとも第１の変位センサ１８ａと結像光学系１４とのＸ方向の間隔を確保する必要があり、範囲Ｒ２のＸ方向の幅として、少なくとも第２の変位センサ１８ｂと結像光学系１４とのＸ方向の間隔を確保する必要がある。そして、観察域Ｒの移動時間をできるだけ短縮するには、観察域Ｒの移動範囲をできるだけ狭くすることが望ましい。したがって、範囲Ｒ１のＸ方向の幅は、第１の変位センサ１８ａと結像光学系１４とのＸ方向の間隔とすることが望ましく、範囲Ｒ２のＸ方向の幅は、第２の変位センサ１８ｂと結像光学系１４とのＸ方向の間隔とすることが望ましい。

一方、ステージ５１をＸ方向に移動させることによって観察域Ｒを培養容器５０の範囲内において移動する場合、培養容器５０の範囲における観察域Ｒの移動速度は一定であることが望ましい。したがって、ステージ５１のＸ方向への移動開始時にはステージ５１が一定の速度になるまで加速する必要があり、ステージ５１のＸ方向への移動終了時には、ステージ５１を一定の速度から減速して停止させる必要がある。

また、ステージ５１のＸ方向への移動速度を一定の速度にする場合、加速域をほとんど持たせることなく急速に一定の速度に制御することは可能であるが、このような制御を行った場合、培養容器５０に細胞とともに収容された培養液等の液面が揺れてしまい、位相差画像の画質の低下を招く可能性がある。また、ステージ５１を停止する際にも同様の問題が発生する可能性がある。

そこで、本実施形態においては、図６に示す範囲Ｒ１および範囲Ｒ２をステージ５１のＸ方向への移動の加減速域に設定する。このように培養容器５０の範囲のＸ方向の両側に加減速域を設定することによって、観察域Ｒによる走査範囲を無駄に広げることなく、かつ培養容器５０の範囲において観察域Ｒを一定の速度で移動することができる。さらに、上述したような培養液の液面の揺れも抑制することができる。

次に、図５に戻り、表示制御部２３は、顕微鏡装置１０によって撮像された各観察域Ｒの位相差画像を結合することによって、１枚の合成位相差画像を生成し、その合成位相差画像を表示装置３０に表示させる。

表示装置３０は、上述したように表示制御部２３によって生成された合成位相差画像を表示し、例えば液晶ディスプレイ等を備える。また、表示装置３０をタッチパネルによって構成し、入力装置４０と兼用するようにしてもよい。

入力装置４０は、マウスおよびキーボード等を備え、ユーザによる種々の設定入力を受け付ける。本実施形態の入力装置４０は、例えば位相差レンズ１４ａの倍率の変更指示およびステージ５１の移動速度の変更指示等の設定入力を受け付ける。

次に、本実施形態の顕微鏡観察システムの作用について、図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、観察対象である細胞が収容された培養容器５０が、ステージ５１上に設置される（ステップＳＴ１０）。次に、ステージ５１が移動して結像光学系１４の観察域Ｒが、図６に示す走査開始点Ｓの位置に設定され、観察域Ｒによる走査が開始される（ステップＳＴ１２）。

ここで、本実施形態においては、上述したように各観察域Ｒについて、先行して培養容器５０の位置検出が行われ、その検出位置まで観察域Ｒが到達した時点において、位相差画像の撮像が行われる。そして、この培養容器５０の位置検出と位相差画像の撮像は、観察域Ｒを移動しながら行われ、ある位置の観察域Ｒの位相差画像の撮像と、その位置よりも移動方向について前側の位置における培養容器５０の位置検出とが並行して行われる。

具体的には、図７の矢印方向に観察域Ｒが移動している場合には、第１の変位センサ１８ａによって培養容器５０のＺ方向の位置が検出され（ステップＳＴ１４）、その検出された位置情報が、動作制御部２１によって取得される。動作制御部２１は、取得した培養容器５０のＺ方向の位置情報に基づいて、フォーカス制御量を算出し（ステップＳＴ１６）、フォーカス制御量を培養容器５０の検出位置のＸ−Ｙ座標上の位置と対応づけて記憶する（ステップＳＴ１８）。

次いで、ステップＳＴ１４において第１の変位センサ１８ａによって培養容器５０の位置検出が行われた位置に向かって観察域Ｒが移動する（ステップＳＴ２０）。そして、動作制御部２１は、培養容器５０の位置検出が行われた位置に観察域Ｒが到達する直前においてフォーカス制御量を取得し（ステップＳＴ２２）、フォーカス制御量に基づいてオートフォーカス制御を行う（ステップＳＴ２４）。すなわち、動作制御部２１は、予め記憶された移動量に基づいて動作部１５を駆動制御し、結像レンズ１４ｄの焦点距離を変更し、結像レンズ１４ｄ、撮像素子１６および対物レンズ１４ｂをＺ方向に移動させる。そして、オートフォーカス制御後、培養容器５０の位置検出が行われた位置に観察域Ｒが到達した時点において、位相差画像の撮像を行う（ステップＳＴ２６）。観察域Ｒの位相差画像は、撮像素子１６から表示制御部２３に出力されて記憶される。なお、上述したように、ステップＳＴ２６における観察域Ｒの位相差画像の撮像が行われている間、上記観察域Ｒよりも移動方向について前側の位置において培養容器５０の位置検出が並行して行われる。

そして、観察域Ｒが、図６に示す加減速域の範囲Ｒ２まで移動し、Ｙ方向に移動した後、Ｘ方向について逆方向に移動される場合には（ステップＳＴ２８；ＹＥＳ）、すなわち、観察域Ｒの移動方向が、図７の矢印方向から図８の矢印方向に変更された場合には、使用する変位センサを第１の変位センサ１８ａから第２の変位センサ１８ｂに切り替える（ステップＳＴ３０）。

そして、全ての走査が終了していない場合には（ステップＳＴ３２；ＮＯ）、再び、観察域ＲがＸ方向に移動し、上述した培養容器５０の位置検出と位相差画像の撮像が順次行われる（ステップＳＴ１４〜ステップＳＴ３０）。

観察域Ｒが、加減速域の範囲Ｒ１またはＲ２まで移動する度に使用する変位センサが切り替えられ、全ての走査が終了するまでステップＳＴ１４〜ステップＳＴ３０までの処理が繰り返して行われる。そして、観察域Ｒが、図６に示す走査終了点Ｅの位置に到達した時点において全ての走査が終了する（ステップＳＴ３２；ＹＥＳ）。

全ての走査が終了した後、表示制御部２３は、各観察域Ｒの位相差画像を結合して合成位相差画像を生成し（ステップＳＴ３４）、その生成した合成位相差画像を表示装置３０に表示させる（ステップＳＴ３６）。

このように、本実施形態においては、培養容器５０が設置されるステージ５１および結像光学系１４の少なくとも一方を主走査方向および副走査方向に移動させ、かつ上記少なくとも一方を主走査方向について往復移動させる。これにより、上述した特許文献１のような一方向にのみステージ５１を移動させて観察域Ｒによる走査を行う場合と比較すると、観察域Ｒによる走査時間を短縮することができる。

さらに、本実施形態においては、培養容器５０に対する結像光学系１４の観察域の位置よりも観察域の移動方向前側の位置における培養容器５０の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサ１８ａおよび１８ｂを用いて検出し、検出した培養容器５０の鉛直方向の位置に基づいて、第１から第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇによりオートフォーカス制御を行うようにした。このため、特許文献１のように撮像された画像のコントラストに基づいてオートフォーカス制御を行う場合と比較すると、高速にオートフォーカス制御を行うことができる。

さらに、本実施形態においては、観察域Ｒの移動方向の変更に応じて、使用する変位センサを切り替えるようにしたので、観察域を往復移動させる場合においても、常に、画像の撮像に先行して培養容器５０の位置の検出を行うことができる。

また、第１の動作、第２の動作、第３の動作および第４の動作のうちの複数の動作を行うことにより、１つの動作のみでオートフォーカス制御を行う場合よりも、高速にオートフォーカスを行うことができる。

さらに、本実施形態においては、対物レンズ１４ｂを光軸方向に移動させる第５の動作を行っているため、１つの動作のみでオートフォーカス制御を行う場合よりも、高速にオートフォーカスを行うことができる。

次に、本発明の第２の実施形態を用いた顕微鏡観察システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１１は、第２の実施形態の顕微鏡観察システムの概略構成を示す図である。第２の実施形態の顕微鏡観察システムは、第１の実施形態の顕微鏡観察システムとは、検出部の構成が異なる。第２の実施形態の顕微鏡観察システムは、その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、以下、第２の実施形態の顕微鏡観察システムの検出部の構成を中心に説明する。

第１の実施形態の検出部１８は、２つの変位センサ１８ａおよび１８ｂを備え、観察域Ｒの移動方向の変更に応じて使用する変位センサ１８ａおよび１８ｂを切り替えるようにしたが、第２の実施形態の検出部１９は、１つの変位センサ１９ａを有し、観察域Ｒの移動方向の変更に応じて、その変位センサ１９ａの位置を切り替える。

図１２および図１３は、検出部１９の具体的な構成を示す図である。検出部１９は、図１２および図１３に示すように、変位センサ１９ａ、および変位センサ１９ａを案内してその位置を移動させるガイド機構１９ｂを備えている。

変位センサ１９ａは、第１の実施形態の第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂと同様に、レーザ変位センサから構成される。

ガイド機構１９ｂは、半円弧状のガイド部材を備え、このガイド部材に沿って変位センサ１９ａを移動させる。ガイド部材は、結像光学系１４を挟んでＸ方向について一方の側から他方の側に変位センサ１９ａを移動させる。

図１２は、観察域Ｒの移動方向が、図１２の矢印方向（図１２の右方向）である場合における変位センサ１９ａの位置を示す図である。一方、図１３は、観察域Ｒの移動方向が、図１３の矢印方向（図１３の左方向）である場合における変位センサ１９ａの位置を示す図である。観察域Ｒの移動方向が図１２の矢印方向から図１３に矢印方向に変更された場合には、変位センサ１９ａは図１２に示す位置からガイド機構１９ｂのガイド部材に沿って移動し、図１３に示す位置に切り替えられる。

なお、本実施形態においては、変位センサ１９ａの位置を移動させる変位センサ移動機構として上述したガイド機構１９ｂを設けるようにしたが、変位センサ移動機構の構成としてはこれに限らず、変位センサ１９ａの位置を同様に変更可能な構成であれば、その他の構成を用いてもよい。

第２の実施形態の顕微鏡観察システムのその他の構成および作用については、第１の実施形態の顕微鏡観察システムと同様である。

なお、上記第１および第２の実施形態においては、動作部１５が第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇによりオートフォーカス制御を行っているが、第１〜第４の動作部１５Ａ〜１５Ｄおよび第６〜第７の動作部１５Ｆ〜１５Ｇのみを備えてもよい。また、第１〜第４の動作部１５Ａ〜１５Ｄおよび第６〜第７の動作部１５Ｆ〜１５Ｇのうちのいずれか１つのみを用いてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。この場合、さらに第５の動作部１５Ｅを用いてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。また、第１〜第４の動作部１５Ａ〜１５Ｄおよび第６〜第７の動作部１５Ｆ〜１５Ｇのうちのいずれか１つのみを備えてもよい。この場合においても、さらに第５の動作部１５Ｅを備え、第５の動作部１５Ｅをさらに用いてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。また、第１〜第４の動作部１５Ａ〜１５Ｄおよび第６〜第７の動作部１５Ｆ〜１５Ｇのうちの、複数の動作部を用いてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。この場合も、さらに第５の動作部１５Ｅを用いてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。

また、上記第１および第２の実施形態においては、焦点距離変更光学系７０を、結像光学系１４と撮像素子１６との間に配置しているが、結像光学系１４とステージ５１との間に配置してもよい。

また、上記第１および第２の実施形態においては、第１の動作部１５Ａ、第６の動作部１５Ｆおよび第７の動作部１５Ｇにより、結像光学系１４の焦点距離を変更しているが、第１の動作部１５Ａ、第６の動作部１５Ｆおよび第７の動作部１５Ｇのうちのいずれか１つまたはいずれか２つのみにより、結像光学系１４の焦点距離を変更してもよい。

また、上記第１および第２の実施形態においては、第４の動作部１５Ｄによりステージ５１を光軸方向に移動させることにより、培養容器５０を光軸方向に移動させている。しかしながら、ステージ５１を光軸方向に移動させることに代えて、培養容器５０を光軸方向に移動させる機構を設け、培養容器５０のみを光軸方向に移動させるようにしてもよい。

また、上記第１および第２の実施形態においては、結像光学系１４の焦点距離を変更するための焦点距離変更光学系７０として、第１および第２のウェッジプリズム７１および７２を移動させる光学系を用いている。しかしながら、液体レンズ、液晶レンズおよび形状変形レンズ等の焦点距離を変更可能な光学素子を、焦点距離変更光学系として用いてもよい。例えば、第１および第２のウェッジプリズム７１および７２を移動させる焦点距離変更光学系７０に代えて、図１４に示すように、結像光学系１４と撮像素子１６との間に、焦点距離を変更可能な光学素子からなる焦点距離変更光学系７５を配置してもよい。この場合、焦点距離変更光学系７５は、第８の動作部１５Ｈにより、印加される電圧が変更されて、焦点距離が変更されることとなる。なお、焦点距離変更光学系７５は、結像光学系１４とステージ５１との間に配置してもよい。また、焦点距離変更光学系７５は、焦点距離変更光学系７０に加えて配置してもよい。

次に、上述した第１および第２の実施形態の顕微鏡観察システムの変形例について説明する。上記第１および第２の実施形態の顕微鏡観察システムにおいては、検出部１８または１９によって培養容器５０のＺ方向の位置を検出し、その検出情報を用いてオートフォーカス制御を行うようにしたが、例えば培養容器５０の底部がステージ５１の設置面から浮いて設置されている場合または培養容器５０の底部が厚い場合等には、結像光学系１４と培養容器５０の底面との距離が大きくなる。このため、動作部１５により対物レンズ１４ｂおよび結像レンズ１４ｄの焦点距離を最大限に調整し、結像レンズ１４ｄ、撮像素子１６、ステージ５１および対物レンズ１４ｂをＺ方向に最大限に移動させたとしても、結像光学系１４の被写界深度の範囲内に培養容器５０の底面の位置が収まらない場合がある。

そこで、上述したオートフォーカス制御によって培養容器５０の底面の位置が、結像光学系１４の被写界深度の範囲内に必ず収まるように、予めキャリブレーションを行うことが望ましい。

具体的には、例えば第１の実施形態の顕微鏡観察システムにおいて、結像光学系１４、動作部１５（すなわち、第１〜第７の動作部１５Ａ〜１５Ｇ）、撮像素子１６、ステージ５１、第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂを一体的にＺ方向に移動させる鉛直方向移動機構を設けることが望ましい。図１５は、第１の実施形態の顕微鏡観察システムに対して鉛直方向移動機構を設けた例を示す図である。図１５に示すように、鉛直方向移動機構６０は、結像光学系１４、動作部１５、撮像素子１６、ステージ５１、第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂを一体的に保持する保持部６０ａと、保持部６０ａをＺ方向に移動させるＺ方向駆動部６０ｂとを備える。

保持部６０ａは、結像光学系１４、動作部１５、撮像素子１６、ステージ５１、第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂの相対的な位置関係を維持した状態でこれらを保持する。Ｚ方向駆動部６０ｂは、例えば圧電素子等のアクチュエータを備える。なお、鉛直方向移動機構６０は、結像光学系１４によって結像された位相差画像をそのまま通過させる構成となっている。

そして、上述した位相差画像の撮像の前に、鉛直方向移動機構６０を用いて、結像光学系１４、動作部１５、撮像素子１６、ステージ５１、第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂを一体的にＺ方向に移動させることによって、オートフォーカス制御のキャリブレーションが行われる。

キャリブレーションは、具体的には、まず、動作部１５を駆動することによって、対物レンズ１４ｂおよび結像レンズ１４ｄの焦点距離を基準焦点距離に設定し、結像レンズ１４ｄ、撮像素子１６、ステージ５１および対物レンズ１４ｂのＺ方向の位置を基準位置に設定する。基準焦点距離とは、上述したオートフォーカス制御において基準となる焦点距離であり、対物レンズ１４ｂおよび結像レンズ１４ｄの最大焦点距離と最小焦点距離との中央値となる焦点距離である。また、Ｚ方向の基準位置とは、上述したオートフォーカス制御において基準となる位置であり、結像レンズ１４ｄ、撮像素子１６、ステージ５１および対物レンズ１４ｂのＺ方向の移動範囲の中心位置である。なお、キャリブレーションに際しては、焦点距離変更光学系７０のＺ方向に直交する方向の位置を基準位置に設定しておく。Ｚ方向に直交する方向の基準位置とは、焦点距離変更光学系７０を構成する第１および第２のウェッジプリズム７１および７２のＺ方向に直交する方向の移動範囲の中心位置である。

次いで、Ｚ方向駆動部６０ｂにより保持部６０ａをＺ方向に段階的に予め定められた間隔で移動させながら、移動の各位置において結像光学系１４によって結像された像を撮像素子１６により検出し、各位置の位相差画像を取得する。そして、位相差画像のコントラストが最大となる位置を検出する。位相差画像のコントラストが最大となる位置については、例えば保持部６０ａを鉛直方向上方に順次移動させた場合に位相差画像のピントが合わなくなった位置と、保持部６０ａを鉛直方向下方に順次移動させた場合に位相差画像のピントが合わなくなった位置とを検出し、これらの検出位置の中心位置を位相差画像のコントラストが最大となる位置として検出するようにすればよい。なお、この際、対物レンズ１４ｂおよび結像レンズ１４ｄの焦点距離を変更してもよいが、本実施形態においては、対物レンズ１４ｂおよび結像レンズ１４ｄの焦点距離は基準焦点距離に固定した状態でキャリブレーションを行う。

そして、位相差画像のコントラストが最大となる位置を鉛直方向移動機構６０の基準位置として設定してキャリブレーションを終了する。キャリブレーションは、例えば培養容器５０の底部の重心位置において行うようにすればよいが、培養容器５０の底部の複数箇所において行うようにしてもよい。その場合、その複数箇所においてそれぞれ検出された基準位置の平均を最終的な基準位置として設定すればよい。

図１６は、第２の実施形態の顕微鏡観察システムに対して鉛直方向移動機構を設けた例を示す図である。図１６に示すように、鉛直方向移動機構６１は、結像光学系１４、動作部１５、撮像素子１６、ステージ５１および検出部１９を一体的に保持する保持部６１ａと、保持部６１ａをＺ方向に移動させるＺ方向駆動部６１ｂとを備える。

保持部６１ａは、結像光学系１４、動作部１５、撮像素子１６、ステージ５１および検出部１９の変位センサ１９ａの相対的な位置関係を維持した状態でこれらを保持する。Ｚ方向駆動部６１ｂは、上述したＺ方向駆動部６０ｂと同様に、例えば圧電素子等のアクチュエータを備える。

第２の実施形態の顕微鏡観察システムにおけるキャリブレーションの方法については、上述した第１の実施形態の顕微鏡観察システムの場合と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

また、上記第１の実施形態においては、第１の変位センサ１８ａおよび第２の変位センサ１８ｂを位相差レンズ１４ａを挟んでＸ方向に並べて設けているが、さらに図１７に示すように、第３の変位センサ１８ｃおよび第４の変位センサ１８ｄを、位相差レンズ１４ａを挟んでＹ方向に並べて設けるようにしてもよい。

これにより、観察域Ｒを往復移動するのみならず、図１８に示すように移動することができる。すなわち、図１８においては、観察域Ｒは走査開始点ＳからＸ方向の正方向（図１８の右方向）に移動された後、Ｙ方向の正方向（図１８の下方向）に移動され、次いで、Ｘ方向の負方向（図１８の左方向）に移動され、さらにＹ方向の負方向（図１８の上方向）に移動される。このように、観察域ＲのＸ方向およびＹ方向の移動を繰り返し行うことによっても、培養容器５０内を２次元状に走査することができる。

また、図１９に示すように、第２の実施形態における検出部１９のガイド機構１９ｂを円形状に形成し、円形状のガイド機構１９ｂに沿って変位センサ１９ａを移動させるようにしてもよい。これにより、第２の実施形態においても、図１８に示すように、観察域Ｒを２次元状に移動することができる。この場合において、観察域ＲがＸ方向の正方向に移動される場合は、変位センサ１９ａは図１２に示す位置に移動され、観察域ＲがＹ方向の正方向に移動される場合は、変位センサ１９ａは図１９の実線で示す位置に移動される。また、観察域ＲがＸ方向の負方向に移動される場合は、変位センサ１９ａは図１３に示す位置に移動され、観察域ＲがＹ方向の負方向に移動される場合は、変位センサ１９ａは図１９の破線で示す位置に移動される。
なお、第２の実施形態においては、検出部１９は、１つの変位センサ１９ａを備えるとしたが、これに限らず、２つ以上の変位センサ１９ａを備えてもよい。例えば、検出部１９が図１９に示すような円形状のガイド機構１９ｂと、２つの変位センサ１９aを備えており、観察域Ｒの移動方向に応じて、一方の変位センサ１９ａが図１２に示す位置と図１９の実線で示す位置とを移動し、他方の変位センサ１９ａが図１３に示す位置と図１９の破線で示す位置とを移動するようにしてもよい。

なお、上記各実施形態においては、ステージ５１を移動させることによって観察域Ｒを移動するようにしたが、これに限らず、ステージ５１を固定とし、結像光学系１４およびその他の位相差画像の撮像に係る構成を移動させることによって観察域Ｒを移動して、培養容器５０の観察域Ｒによる走査を行うようにしてもよいし、ステージ５１と結像光学系１４およびその他の位相差画像の撮像に係る構成との双方を移動させることによって観察域Ｒによる走査を行うようにしてもよい。

また、上記各実施形態は、本発明を位相差顕微鏡に適用したが、本発明は、位相差顕微鏡に限らず、微分干渉顕微鏡および明視野顕微鏡等のその他の顕微鏡に適用してもよい。

また、上記各実施形態においては、結像光学系１４によって結像された位相差画像を撮像素子１６によって撮像するようにしたが、撮像素子を設けることなく、結像光学系１４によって結像された観察対象の位相差像をユーザが直接観察できるように観察光学系等を設けるようにしてもよい。この場合、観察装置には、第１の動作部１５Ａ、第２の動作部１５Ｂ、第４の動作部１５Ｄ、および第６〜第７の動作部１５Ｆ〜１５Ｇのうちの少なくとも１つを設けてオートフォーカス制御を行えばよい。また、この場合、さらに第５の動作部１５Ｅを設けてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。また、焦点距離変更光学系７０および第７の動作部１５Ｇに代えて、焦点距離変更光学系７５および第８の動作部１５Ｈを設けてオートフォーカス制御を行うようにしてもよい。

以下、本実施形態の作用効果について説明する。

第１の動作、第２の動作、第３の動作および第４の動作のうちの複数の動作を行うことにより、１つの動作のみでオートフォーカス制御を行う場合よりも、高速にオートフォーカスを行うことができる。

対物レンズを光軸方向に移動させる第５の動作を行うことにより、１つの動作のみでオートフォーカス制御を行う場合よりも、高速にオートフォーカスを行うことができる。

１０ 顕微鏡装置
１１ 白色光源
１２ コンデンサレンズ
１３ スリット板
１４ 結像光学系
１４ａ 位相差レンズ
１４ｂ 対物レンズ
１４ｃ 位相板
１４ｄ 結像レンズ
１５ 動作部
１５Ａ 第１の動作部
１５Ｂ 第２の動作部
１５Ｃ 第３の動作部
１５Ｄ 第４の動作部
１５Ｅ 第５の動作部
１５Ｆ 第６の動作部
１５Ｇ 第７の動作部
１５Ｈ 第８の動作部
１６ 撮像素子
１７ 水平方向駆動部
１８ 検出部
１８ａ 第１の変位センサ
１８ｂ 第２の変位センサ
１８ｃ 第３の変位センサ
１８ｄ 第４の変位センサ
１９ 検出部
１９ａ 変位センサ
１９ｂ ガイド機構
２０ 顕微鏡制御装置
２１ 動作制御部
２２ 走査制御部
２３ 表示制御部
３０ 表示装置
４０ 入力装置
５０ 培養容器
５１ ステージ
５１ａ 開口
６０，６１ 鉛直方向移動機構
６０ａ，６１ａ 保持部
６０ｂ，６１ｂ Ｚ方向駆動部
７０，７５ 焦点距離変更光学系
７１ 第１のウェッジプリズム
７２ 第２のウェッジプリズム
Ｓ 走査開始点
Ｅ 走査終了点
Ｌ 照明光
Ｍ 観察域による走査位置を示す実線
Ｐｄ 検出位置
Ｐｒ 検出位置Ｐｄに隣接する観察域Ｒの位置
Ｒ 観察域
Ｒ１，Ｒ２ 加減速の範囲
Ｗ ウェル

Claims (21)

1. 観察対象が収容された収容体内の前記観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系と、
   前記結像光学系により結像された前記観察対象の画像を撮像する撮像素子を有する撮像系と、
   前記結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、前記結像レンズを前記結像レンズの光軸方向に移動させる第２の動作、前記撮像素子を前記光軸方向に移動させる第３の動作、および前記収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う動作部と、
   前記収容体の鉛直方向の位置を検出する少なくとも１つの変位センサを有する検出部と、
   該検出部によって検出された前記収容体の鉛直方向の位置に基づいて、前記動作部を制御する動作制御部と、
   前記収容体および前記結像光学系の少なくとも一方を、水平面内において移動させる水平方向駆動部と、
   該水平方向駆動部を制御して、前記結像光学系の観察域を移動することにより前記収容体を走査する走査制御部とを備え、
   前記検出部が、前記収容体に対する前記結像光学系の観察域の位置よりも該観察域の移動方向前側の位置において前記収容体の鉛直方向の位置を検出し、かつ前記観察域の移動方向の変更に応じて、前記変位センサの位置または使用する前記変位センサを切り替え、
   前記水平方向駆動部が、前記収容体および前記結像光学系の少なくとも一方を往復移動させる場合において、前記収容体の範囲の前記往復移動の方向の両側に、前記収容体および前記結像光学系の少なくとも一方の前記往復移動の加減速域が設定されており、該加減速域の前記往復移動の方向の幅が、前記結像光学系および前記変位センサの前記往復移動の方向の間隔と同じである観察装置。
2. 前記動作部は、前記第１の動作、前記第２の動作、前記第３の動作および前記第４の動作のうちの複数の動作を行う請求項１に記載の観察装置。
3. 観察対象が収容された収容体内の前記観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系と、
   前記結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、前記結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および前記収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う動作部と、
   前記収容体の鉛直方向の位置を検出する少なくとも１つの変位センサを有する検出部と、
   該検出部によって検出された前記収容体の鉛直方向の位置に基づいて、前記動作部を制御する動作制御部と、
   前記収容体および前記結像光学系の少なくとも一方を、水平面内において移動させる水平方向駆動部と、
   該水平方向駆動部を制御して、前記結像光学系の観察域を移動することにより前記収容体を走査する走査制御部とを備え、
   前記検出部が、前記収容体に対する前記結像光学系の観察域の位置よりも該観察域の移動方向前側の位置において前記収容体の鉛直方向の位置を検出し、かつ前記観察域の移動方向の変更に応じて、前記変位センサの位置または使用する前記変位センサを切り替え、
   前記水平方向駆動部が、前記収容体および前記結像光学系の少なくとも一方を往復移動させる場合において、前記収容体の範囲の前記往復移動の方向の両側に、前記収容体および前記結像光学系の少なくとも一方の前記往復移動の加減速域が設定されており、該加減速域の前記往復移動の方向の幅が、前記結像光学系および前記変位センサの前記往復移動の方向の間隔と同じである観察装置。
4. 前記動作部は、前記第１の動作、前記第２の動作および前記第４の動作のうちの複数の動作を行う請求項３に記載の観察装置。
5. 前記結像光学系は、前記収容体内の前記観察対象の像を結像させる対物レンズをさらに有し、
   前記第１の動作は、前記結像レンズの焦点距離を変更する動作および前記対物レンズの
   焦点距離を変更する動作の少なくとも一方を含む請求項１から４のいずれか１項に記載の観察装置。
6. 前記結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更光学系をさらに備え、
   前記結像光学系は、前記収容体内の前記観察対象の像を結像させる対物レンズをさらに有し、
   前記第１の動作は、前記結像レンズの焦点距離を変更する動作、前記対物レンズの焦点距離を変更する動作、および前記焦点距離変更光学系により、前記結像光学系の焦点距離を変更する動作の少なくとも１つを含む請求項１から４のいずれか１項に記載の観察装置。
7. 前記動作部は、さらに前記対物レンズを前記光軸方向に移動させる第５の動作を行う請求項５または６に記載の観察装置。
8. 前記結像光学系の焦点距離を変更する焦点距離変更光学系をさらに備え、
   前記第１の動作は、前記焦点距離変更光学系により、前記結像光学系の焦点距離を変更する動作を含む請求項１から４のいずれか１項に記載の観察装置。
9. 前記結像光学系は、前記収容体内の前記観察対象の像を結像させる対物レンズをさらに有し、
   前記動作部は、さらに前記対物レンズを前記光軸方向に移動させる第５の動作を行う請求項１から４および８のいずれか１項に記載の観察装置。
10. 前記検出部が、前記結像光学系を挟んで前記観察域の移動方向について並べて設けられた少なくとも２つの前記変位センサを有し、前記観察域の移動方向の変更に応じて、使用する前記変位センサを切り替える請求項１から９のいずれか１項に記載の観察装置。
11. 前記検出部が、前記結像光学系を挟んで前記観察域の移動方向について一方の側と他方の側とに前記変位センサを移動可能な変位センサ移動機構を有し、前記観察域の移動方向の変更に応じて、前記変位センサの位置を前記一方の側から前記他方の側に移動する請求項１から１０のいずれか１項に記載の観察装置。
12. 前記変位センサ移動機構が、前記変位センサを前記一方の側から前記他方の側まで案内するガイド機構を備えた請求項１１に記載の観察装置。
13. 前記動作制御部が、前記検出部によって前記収容体の鉛直方向の位置が検出された後、予め設定された時間が経過した時点において前記動作部を制御する請求項１から１２のいずれか１項に記載の観察装置。
14. 前記動作制御部が、前記検出部によって前記収容体の鉛直方向の位置が検出された後、該検出された位置に前記結像光学系の観察域が到達した時点または前記検出された位置に前記結像光学系の観察域が到達する直前において前記動作部を制御する請求項１３に記載の観察装置。
15. 前記動作制御部が、前記走査制御部によって前記収容体および前記結像光学系の少なくとも一方の移動速度が変更された場合、該変更された後の移動速度に応じて、前記予め設定された時間を変更する請求項１３または１４に記載の観察装置。
16. 前記変位センサが、レーザ変位センサである請求項１から１５のいずれか１項に記載の観察装置。
17. 前記結像光学系、前記動作部および前記変位センサを一体的に鉛直方向に移動させる鉛直方向移動機構を備えた請求項１から１６いずれか１項に記載の観察装置。
18. 観察対象が収容された収容体および前記収容体内の前記観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を水平面内において往復移動させ、前記結像光学系により結像された前記観察対象の画像を撮像素子により撮像する観察方法であって、
    前記収容体に対する前記結像光学系の観察域の位置よりも該観察域の移動方向前側の位置における前記収容体の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサを用いて検出するステップと、
    該検出した収容体の鉛直方向の位置に基づいて、前記結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、前記結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、前記撮像素子を前記光軸方向に移動させる第３の動作、および前記収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行うステップと、
    前記観察域の移動方向の変更に応じて、前記変位センサの位置または使用する前記変位センサを切り替えるステップとを有し、
    前記収容体の範囲の前記往復移動の方向の両側に、前記収容体および前記結像光学系の少なくとも一方の前記往復移動の加減速域が設定されており、該加減速域の前記往復移動の方向の幅が、前記結像光学系および前記変位センサの前記往復移動の方向の間隔と同じである観察方法。
19. 観察対象が収容された収容体および前記収容体内の前記観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を水平面内において往復移動させ、前記結像光学系により結像された前記観察対象の画像を撮像素子により撮像する手順をコンピュータに実行させる観察装置制御プログラムであって、
    前記収容体に対する前記結像光学系の観察域の位置よりも該観察域の移動方向前側の位置における前記収容体の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサを用いて検出する手順と、
    該検出した収容体の鉛直方向の位置に基づいて、前記結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、前記結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、前記撮像素子を前記光軸方向に移動させる第３の動作、および前記収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う手順と、
    前記観察域の移動方向の変更に応じて、前記変位センサの位置または使用する前記変位センサを切り替える手順とをコンピュータに実行させ、
    前記収容体の範囲の前記往復移動の方向の両側に、前記収容体および前記結像光学系の少なくとも一方の前記往復移動の加減速域が設定されており、該加減速域の前記往復移動の方向の幅が、前記結像光学系および前記変位センサの前記往復移動の方向の間隔と同じである観察装置制御プログラム。
20. 観察対象が収容された収容体および前記収容体内の前記観察対象の像を結像させる結像レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を水平面内において往復移動させる観察方法であって、
    前記収容体に対する前記結像光学系の観察域の位置よりも該観察域の移動方向前側の位置における前記収容体の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサを用いて検出するステップと、
    該検出した収容体の鉛直方向の位置に基づいて、前記結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、前記結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および前記収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行うステップと、
    前記観察域の移動方向の変更に応じて、前記変位センサの位置または使用する前記変位センサを切り替えるステップとを有し、
    前記収容体の範囲の前記往復移動の方向の両側に、前記収容体および前記結像光学系の少なくとも一方の前記往復移動の加減速域が設定されており、該加減速域の前記往復移動の方向の幅が、前記結像光学系および前記変位センサの前記往復移動の方向の間隔と同じである観察方法。
21. 観察対象が収容された収容体および前記収容体内の前記観察対象の像を結像させる結像
    レンズを有する結像光学系の少なくとも一方を水平面内において往復移動させる手順をコンピュータに実行させる観察装置制御プログラムであって、
    前記収容体に対する前記結像光学系の観察域の位置よりも該観察域の移動方向前側の位置における前記収容体の鉛直方向の位置を、少なくとも１つの変位センサを用いて検出する手順と、
    該検出した収容体の鉛直方向の位置に基づいて、前記結像光学系の焦点距離を変更する第１の動作、前記結像レンズを光軸方向に移動させる第２の動作、および前記収容体を光軸方向に移動させる第４の動作の少なくとも１つを行う手順と、
    前記観察域の移動方向の変更に応じて、前記変位センサの位置または使用する前記変位センサを切り替える手順とをコンピュータに実行させ、
    前記収容体の範囲の前記往復移動の方向の両側に、前記収容体および前記結像光学系の少なくとも一方の前記往復移動の加減速域が設定されており、該加減速域の前記往復移動の方向の幅が、前記結像光学系および前記変位センサの前記往復移動の方向の間隔と同じである観察装置制御プログラム。