本發(fā)明涉及一種拍攝裝置及其拍攝方法，對以與液體共同承載于試樣容器中的活體試樣作為拍攝對象物進行拍攝，特別涉及拍攝照明。

背景技術：

在醫(yī)療和生物科學進行著以下實驗：在板狀的試樣容器(例如被稱為微板、微量滴定板等)的各孔中注入液體或膠狀的流體(例如培養(yǎng)液、培養(yǎng)基等)，以在此培養(yǎng)的細胞等為試樣進行觀察、測量，所述板狀的試樣容器排列設有多個例如被稱為孔的凹部。近年來，開始利用ccd照相機等拍攝并進行數(shù)據(jù)化，采用各種圖像處理技術對該圖像數(shù)據(jù)進行處理以供觀察和分析。

這種拍攝裝置存在以下問題：因照明光在液面的彎液面折射而致使尤其在孔的周緣部圖像亮度不足。為應對該問題，在本發(fā)明申請人之前公開的日本特開2015-118036號公報記載的技術中，通過將拍攝光學系統(tǒng)設為具有物體側(cè)超心(hypercentric)特性，能夠?qū)σ蛘凵涠羞M方向朝離開光軸的方向彎曲的光進行高效的集光。

為了觀察更細微的結(jié)構(gòu)，可以考慮提高拍攝光學系統(tǒng)的拍攝倍率。另外，使用的孔的尺寸也是多種多樣的。這些情況下，尤其在拍攝視場比一個孔的尺寸小時，產(chǎn)生拍攝視場內(nèi)包含受到彎液面的影響的區(qū)域的情況和不包含受到彎液面的影響的區(qū)域的情況。在利用上述的拍攝光學系統(tǒng)對不包含受到彎液面的影響的區(qū)域進行拍攝時，拍攝視場的周緣部發(fā)生光量下降，有可能導致有效的拍攝視場變窄。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，本發(fā)明的目的在于，提供一種拍攝裝置及其拍攝方法，在對與液體共同承載于試樣容器中的活體試樣進行拍攝中，能夠抑制彎液面的影響而獲得良好圖像品質(zhì)的圖像。

本發(fā)明的一實施方式提供一種拍攝裝置，所述拍攝裝置將活體試樣作為拍攝對象物進行拍攝，所述活體試樣與液體共同承載于底面具有透光性的試樣容器中，為實現(xiàn)所述目的，其中，所述拍攝裝置包括：保持單元，保持所述試樣容器；拍攝光學系統(tǒng)，與由所述保持單元保持的所述試樣容器相向配置，具有物體側(cè)超心特性；二維拍攝元件，對由所述拍攝光學系統(tǒng)成像的所述拍攝對象物的像進行拍攝；移動單元，相對所述拍攝對象物將所述拍攝光學系統(tǒng)和所述二維拍攝元件沿著與所述拍攝光學系統(tǒng)的光軸正交的方向一體地相對移動；照明單元，從與所述拍攝光學系統(tǒng)相反的一側(cè)隔著由所述保持單元保持的所述試樣容器照明所述拍攝對象物；以及控制單元，控制所述二維拍攝元件、所述移動單元以及所述照明單元，所述照明單元具有多個照明光學系統(tǒng)，所述照明光學系統(tǒng)的出射光瞳位置互不相同，且朝向所述拍攝對象物的出射光互為同軸，所述控制單元在利用所述移動單元相對所述拍攝對象物將所述拍攝光學系統(tǒng)以及所述二維拍攝元件相對移動，且當所述拍攝光學系統(tǒng)相對所述拍攝對象物的相對位置成為預定的多個拍攝位置中的任一個時，從多個所述照明光學系統(tǒng)中的一個出射光并利用所述二維拍攝元件對所述拍攝對象物進行拍攝，并根據(jù)所述拍攝位置切換出射所述光的所述照明光學系統(tǒng)。

另外，本發(fā)明的其他實施方式提供一種拍攝方法，所述拍攝方法將活體試樣作為拍攝對象物進行拍攝，所述活體試樣與液體共同承載于底面具有透光性的試樣容器中，為實現(xiàn)所述目的，其中，所述拍攝方法包括：配置工序，與所述試樣容器相向配置具有物體側(cè)遠心特性的拍攝光學系統(tǒng)以及二維拍攝元件，在與所述拍攝光學系統(tǒng)相反的一側(cè)隔著所述試樣容器配置照明所述拍攝對象物的照明單元，所述二維拍攝元件對由所述拍攝光學系統(tǒng)成像的所述拍攝對象物的像進行拍攝；拍攝工序，相對所述拍攝對象物將所述拍攝光學系統(tǒng)以及所述二維拍攝元件進行相對移動，且當所述拍攝光學系統(tǒng)相對所述拍攝對象物的相對位置成為預定的多個拍攝位置中的任一個時，從所述照明單元出射光且利用所述二維拍攝元件對所述拍攝對象物進行拍攝，所述照明單元具有多個照明光學系統(tǒng)，所述照明光學系統(tǒng)的出射光瞳位置互不相同，且朝向所述拍攝對象物的出射光互為同軸，在所述拍攝工序中從多個所述照明光學系統(tǒng)中的一個有選擇地出射光，并且根據(jù)所述拍攝位置切換出射所述光的所述照明光學系統(tǒng)。

這樣構(gòu)成的發(fā)明與日本特開2015-118036號公報記載的技術相同，通過利用具有物體側(cè)超心特性的拍攝光學系統(tǒng)，能夠以良好的圖像品質(zhì)對拍攝對象物的區(qū)域的圖像進行拍攝，所述區(qū)域包括受到彎液面的影響的區(qū)域。進一步微觀上看，雖然例如試樣容器的周緣部附近在彎液面出現(xiàn)強烈的折射，但是例如試樣容器的中央部基本不受其影響。這樣，根據(jù)位置彎液面的影響出現(xiàn)的方式不同。通過設置出射光瞳位置不同的多個照明光學系統(tǒng)并對其進行切換，能夠變更入射拍攝對象物的照明光的主光線方向。因此，通過根據(jù)拍攝位置切換照明光學系統(tǒng)，能夠按照彎液面的折射大小的差異抑制其影響進行拍攝。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過根據(jù)拍攝位置切換多個照明系統(tǒng)進行拍攝，能夠抑制彎液面的影響而獲得良好圖像品質(zhì)的圖像，所述多個照明系統(tǒng)中因出射光瞳位置互不相同而入射拍攝對象物的照明光的主光線的方向也互不相同。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的一實施方式的拍攝裝置的示意結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是示出照明光學系統(tǒng)的詳細結(jié)構(gòu)以及光線圖的圖。

圖3a-3b是示出從第一以及第二照明光學系統(tǒng)出射的照明光的圖。

圖4a-4b是示出孔拍攝時的情形的圖。

圖5是示出對比拍攝視場大的孔進行拍攝的情形的第一圖。

圖6是示出對比拍攝視場大的孔進行拍攝的情形的第二圖。

圖7是示出利用第二照明光學系統(tǒng)進行拍攝的圖。

圖8a-8b是示例將一個孔分割為多個圖像的方法的圖。

圖9是示出本實施方式的拍攝處理的流程圖。

附圖標記說明

1：拍攝裝置

10：照明部(照明單元)

12：支架(保持單元)

13：拍攝部

14：控制部(控制單元)

15：驅(qū)動機構(gòu)(移動單元)

101、111：光源

102、105：反射鏡(照明光學系統(tǒng))

103、112：集光透鏡(照明光學系統(tǒng))

104：分束鏡(照明光學系統(tǒng))

106：聚光鏡(照明光學系統(tǒng))

131：物鏡(拍攝光學系統(tǒng))

132：低倍率用遠焦系統(tǒng)(拍攝光學系統(tǒng))

133：高倍率用遠焦系統(tǒng)(拍攝光學系統(tǒng))

134：反射鏡(拍攝光學系統(tǒng))

135：成像透鏡(拍攝光學系統(tǒng))

136：拍攝元件(二維拍攝元件)

w：孔

wp：孔板(試樣容器)

具體實施方式

圖1是示出本發(fā)明的一實施方式的拍攝裝置的示意結(jié)構(gòu)的圖。該拍攝裝置1是對注入形成于孔板wp的上方面的被稱為孔w的凹部的液體中培養(yǎng)的細胞、細胞集落、細菌等(以下稱為“細胞等”)的活體試樣進行拍攝的裝置。

孔板wp通常使用于制藥和生物科學領域?？装鍂p具有平板形狀的板形狀，在孔板wp上排列有多個該板的上方面開口的筒狀孔w。各個孔w例如具有大致圓形截面，底面透明且平坦，具有透光性?？譿的截面和底面形狀不限于此。例如截面也可以為矩形，底面也可以是彎曲的。

一個孔板wp的孔w的數(shù)量可以是任意的，可以使用例如96個(12×8的矩陣排列)的孔板wp。各個孔w的直徑和深度典型的有數(shù)mm左右。該拍攝裝置1將成為拍攝對象的孔板的尺寸和孔的數(shù)量不限于上述數(shù)值，可以是任意的，通常使用例如6至384孔的孔板。并且，不限于具有多個孔的孔板，例如該拍攝裝置1也可對例如在被稱為碟子的平坦型容器中培養(yǎng)的細胞等進行拍攝。

孔板wp的各個孔w被注入規(guī)定量的液體作為培養(yǎng)基m，在規(guī)定的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)的該液體中的細胞等成為該拍攝裝置1的拍攝對象物。培養(yǎng)基m可以是添加了適當試劑的培養(yǎng)基，也可以是以液狀投入孔w后進行膠化了的培養(yǎng)基。如下所述，該拍攝裝置1可以將例如在孔w的內(nèi)底面培養(yǎng)的細胞等作為拍攝對象物。通常使用的液量為50至200ml左右。

拍攝裝置1包括照明部10、支架12、拍攝部13及控制部14，所述照明部10配置于裝置1的上部，所述支架12在照明部10的下方保持孔板wp，所述拍攝部13配置于支架12的下方，所述控制部14具有控制這些各個部的動作的cpu141。支架12與孔板wp的下方面周緣部抵接以保持孔板wp大致呈水平姿態(tài)，所述孔板wp將培養(yǎng)基m和試樣共同承載于各個孔w。

照明部10包括兩個光源101、111。作為光源101、111，可以使用例如白色led(lightemittingdiode)。從光源111出射的光經(jīng)由集光透鏡(collectorlens)112入射分束鏡104。另一方面，從光源101出射的光經(jīng)由反射鏡102折返光程，經(jīng)由集光透鏡103入射分束鏡104。從分束鏡104出射的光線經(jīng)由反射鏡105行進方向變更為(-z)方向，即鉛直向下方向，經(jīng)由聚光鏡106向下出射。出射的光從被支架12支撐的孔板wp的上方入射至少一個孔w，照明孔w內(nèi)的拍攝對象物。

如上所述，在該實施方式的照明部10中，兩個照明光學系統(tǒng)即第一照明光學系統(tǒng)100和第二照明光學系統(tǒng)110以將一部分結(jié)構(gòu)共有的狀態(tài)并存，所述第一照明光學系統(tǒng)100以光源101為其光源，由反射鏡102、集光透鏡103、分束鏡104、反射鏡105及聚光鏡106等構(gòu)成，所述第二照明光學系統(tǒng)110以光源111為其光源，由集光透鏡112、分束鏡104、反射鏡105及聚光鏡106等構(gòu)成。

光源101、111利用設置于控制部14的光源控制部146控制點亮，按照光源控制部146的控制信號有選擇地點亮。因此，照明部10可以將第一照明光和第二照明光有選擇地入射孔w，所述第一照明光從具有光源101的第一照明光學系統(tǒng)100出射，所述第二照明光從具有光源111的第二照明光學系統(tǒng)110出射。第一照明光和第二照明光經(jīng)由分束鏡104合成，能夠以同軸出射。即，從聚光鏡106出射的第一照明光的中心軸與第二照明光的中心軸一致。

圖2是示出照明光學系統(tǒng)的詳細結(jié)構(gòu)和光線圖的圖。在圖2中，為清楚地示出光程，對所述共有一部分結(jié)構(gòu)的第一照明光學系統(tǒng)100和第二照明光學系統(tǒng)110分開進行記載。并且，出于相同目的，將被反射鏡和分束鏡彎折的光軸圖示為直線。因此，省略了具有彎折光軸作用的反射鏡102、105和分束鏡104的記載。

在第一照明光學系統(tǒng)100中，從光源101出射的光由集光透鏡103集光，經(jīng)由聚光鏡(condenserlens)106朝向存在拍攝對象物的細胞等的試樣面出射。通常使用的試樣面為孔底面wb(參照圖3a、圖3b等)。集光透鏡103使光源101的像成像在集光透鏡103和聚光鏡106之間。即，光源像c1形成在集光透鏡103和聚光鏡106之間。并且，通過配置集光透鏡103和聚光鏡106，使光源像c1位于聚光鏡106的前側(cè)(光源側(cè))焦點位置，并使來自聚光鏡106朝向試樣面的主光線與點劃線表示的光軸平行。即，第一照明光學系統(tǒng)100構(gòu)成遠心(telecentric)照明。

根據(jù)需要，在光源101的光出射面配置孔徑光闌107，規(guī)定由集光透鏡103形成的光源像c1的大小。利用孔徑光闌107，能夠調(diào)整照明na(數(shù)值孔徑)。并且，根據(jù)需要，在集光透鏡103的后側(cè)且比共軛點靠前側(cè)配置視場光闌108。由此，僅對需要拍攝的范圍進行照明，能夠防止拍攝光學系統(tǒng)發(fā)生光暈。

在第二照明光學系統(tǒng)110中，從光源111出射的光由集光透鏡112集光，經(jīng)由聚光鏡106朝向試樣面出射。集光透鏡112具有折射特性，使光源111的光源像c2位于聚光鏡106的后側(cè)，比試樣面靠前側(cè)。

根據(jù)需要，在光源111的光出射面配置孔徑光闌113，規(guī)定由集光透鏡112和聚光鏡106形成的光源像c2的大小。利用孔徑光闌113，能夠調(diào)整照明光na。并且，根據(jù)需要，在集光透鏡112和聚光鏡106之間配置視場光闌114。由此，僅對需要拍攝的范圍進行照明，能夠防止拍攝光學系統(tǒng)發(fā)生光暈。

兩個照明光學系統(tǒng)100、110共用聚光鏡106。為使共用成為可能，分束鏡104設置在各自的集光透鏡和聚光鏡之間。更具體地，分束鏡104在第一照明光學系統(tǒng)100中配置在滿足比集光透鏡103(設有視場光闌108時為視場光闌108)靠后側(cè)且比聚光鏡106靠前側(cè)的條件的位置，并且在第二照明光學系統(tǒng)110中配置在滿足比集光透鏡112(設有視場光闌114時為視場光闌114)靠后側(cè)且比聚光鏡106靠前側(cè)的條件的位置。

返回圖1繼續(xù)對拍攝裝置1進行說明。在由支架12保持的孔板wp的下方，設有對孔w內(nèi)的細胞等的拍攝對象物進行拍攝的拍攝部13。在拍攝部13中，在孔板wp的正下方位置配置有物鏡131。物鏡131的光軸朝向鉛直方向，與第一、第二照明光學系統(tǒng)100、110的光軸成為同軸。從照明部10出射從孔w的上方入射液體的光照明拍攝對象物，從孔w底面向下方透過的光入射物鏡131。物鏡131的下方以能夠切換的方式設有低倍率用遠焦系統(tǒng)132和高倍率用遠焦系統(tǒng)133。

即，利用未圖示的驅(qū)動機構(gòu)能夠?qū)⒌捅堵视眠h焦系統(tǒng)132和高倍率用遠焦系統(tǒng)133沿水平方向一體地移動，選擇其中一個定位于物鏡131的正下方位置。如圖1的實線所示，在高倍率用遠焦系統(tǒng)133定位于物鏡131的正下方位置的狀態(tài)下，構(gòu)成為包括物鏡131和高倍率用遠焦系統(tǒng)133的高倍率拍攝光學系統(tǒng)。此時，能夠以高倍率對拍攝對象物的比較窄的范圍進行拍攝。另一方面，如圖1的虛線所示，在低倍率用遠焦系統(tǒng)132定位于物鏡131的正下方位置的狀態(tài)下，構(gòu)成為包括物鏡131和低倍率用遠焦系統(tǒng)132的低倍率拍攝光學系統(tǒng)。此時，能夠以低倍率對拍攝對象物的比較廣的范圍進行拍攝。

從低倍率用遠焦系統(tǒng)132或者高倍率用遠焦系統(tǒng)133出射的光經(jīng)由反射鏡134折返，經(jīng)由成像透鏡135入射拍攝元件136。如下所述，由物鏡131、低倍率用遠焦系統(tǒng)132及成像透鏡135等構(gòu)成的拍攝光學系統(tǒng)，具有物體側(cè)超心的光學特性。另一方面，由物鏡131、高倍率用遠焦系統(tǒng)133及成像透鏡135等構(gòu)成的拍攝光學系統(tǒng)，具有物體側(cè)遠心的光學特性。

拍攝元件136是具有二維的受光面的面圖像傳感器，可以使用例如ccd傳感器或者cmos傳感器。利用成像元件對由成像透鏡135在拍攝元件136的受光面成像的拍攝對象物的像進行拍攝。拍攝元件136將受光的光學像轉(zhuǎn)換成電信號以圖像信號輸出。這樣的拍攝方法能夠以非接觸、非破壞且非侵襲的方式對拍攝對象即細胞等進行拍攝，能夠抑制拍攝給細胞等帶來的損害。拍攝部13各個部的動作由設置在控制部14的拍攝控制部143控制。

從拍攝元件136輸出的圖像信號發(fā)送控制部14。即，圖像信號輸入到設置在控制部14的ad轉(zhuǎn)換器(a/d)144被轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。cpu141基于接收的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行適當?shù)膱D像處理。控制部14進一步包括圖像存儲器147和存儲器148，但是這些也可以構(gòu)成為一體，所述圖像存儲器147用于記憶保存圖像數(shù)據(jù)，所述存儲器148用于記憶保存cpu141需要執(zhí)行的程序和由cpu141生成的數(shù)據(jù)。并且，也可以通過大容量存儲器和半導體存儲器的適當組合來實現(xiàn)圖像存儲器147和存儲器148。cpu141通過執(zhí)行存儲在存儲器148的控制程序使裝置各個部動作，進行各種拍攝處理和運算處理。

拍攝部13構(gòu)成為，利用設置在控制部14的機械控制部145能夠沿水平方向和鉛直方向移動。具體地，通過機械控制部145按照cpu141的控制指令使驅(qū)動機構(gòu)15動作，使拍攝部13沿水平方向移動，從而拍攝部13相對孔w沿水平方向移動。并且，通過向鉛直方向移動來進行焦距調(diào)整。在拍攝視場內(nèi)容納有整個一個孔w的狀態(tài)下進行拍攝時，機械控制部145使拍攝部13沿水平方向定位，使得物鏡131的光軸與該孔w的中心一致。

另外，如圖1的虛線箭頭所示，驅(qū)動機構(gòu)15在使拍攝部13沿水平方向移動時，使照明部10和拍攝部一體地相對移動。即，照明部10配置成出射光的中心與物鏡131的光軸大致一致，當拍攝部13沿水平方向移動時，與其聯(lián)動地移動。由此，不管是哪個孔w被拍攝時，使來自照明部10的光線束的中心時常位于物鏡131的光軸上，針對各個孔w的照明條件成為恒定，能夠良好地維持拍攝條件。

此外，控制部14設有接口(if)部142。接口部142除具有接收用戶的操作輸入和向用戶進行處理結(jié)果等信息提示的用戶接口功能外，還具有與經(jīng)由通信線路連接的外部裝置之間進行數(shù)據(jù)交換的功能。雖然省略了示圖，但是為實現(xiàn)用戶接口功能，接口部142連接有接收用戶的操作輸入的輸入接收部和向用戶顯示輸出消息和處理結(jié)果等的顯示部。

需要說明的是，所述的控制部14的結(jié)構(gòu)與普通的計算機裝置的結(jié)構(gòu)基本上相同。因此，拍攝裝置1包括的控制部14可以使用所述的包括硬件的專用裝置，另外也可以使用在個人計算機和工作站等的通用處理裝置中安裝用于實現(xiàn)下述處理功能的控制程序的結(jié)構(gòu)。即，可以利用通用的計算機裝置作為該拍攝裝置1的控制部14。利用通用處理裝置時，只要該拍攝裝置1具備用于使拍攝部13等各個部動作所需的最小限度的控制功能即可。

圖3a和3b是示出從第一以及第二照明光學系統(tǒng)出射的照明光的圖。更具體地，圖3a示出從第一照明光學系統(tǒng)100出射的第一照明光l1，圖3b示出從第二照明光學系統(tǒng)110出射的第二照明光l2。如圖3a所示，從以光源101作為光源的第一照明光學系統(tǒng)100的聚光鏡106出射的第一照明光l1，主光線以平行的狀態(tài)入射分布拍攝對象物的試樣面即孔w的底面wb。即，第一照明光學系統(tǒng)100構(gòu)成出射光瞳位置位于無限遠的遠心照明。

另一方面，如圖3b所示，從以光源111為光源的第二照明光學系統(tǒng)110的聚光鏡106出射的第二照明光l2，朝向第二照明光學系統(tǒng)110的光軸方向行進，在比孔底面wb靠上方，即從照明光學系統(tǒng)看在靠近側(cè)與光軸交叉。即，從第二照明光學系統(tǒng)110看，第二照明光l2的光程的光源111(更嚴格指孔徑光闌113)的像成像的出射光瞳位置pp，位于比分布拍攝對象物的試樣面即孔底面wb更近的位置。

更詳細地，在利用第二照明光學系統(tǒng)110照明時，光源111的像成像于出射照明光l2的聚光鏡106的輸出端和拍攝光學系統(tǒng)的物鏡131之間。即，在該位置有對于光源111的共軛點。并且，支架12保持孔板wp，使得使拍攝對象物分布的試樣面即孔底面wb位于該共軛點和物鏡131之間。因此，入射孔底面wb的照明光的主光線具有離開第二照明光學系統(tǒng)110和物鏡131的光軸方向的方向分量。第二照明光學系統(tǒng)110的出射光瞳位置、光源111的像的位置及對于光源111的共軛點的位置一致。

如上所述，兩個照明光學系統(tǒng)100、110的出射光瞳位置互不相同，如下所述，在對孔w的拍攝中根據(jù)需要對其區(qū)分使用。需要說明的是，拍攝中使用了頻閃照明。即，利用拍攝部13進行拍攝時僅在短時間出射照明光。因此，光源控制部146能夠通過選擇點亮兩個光源101、111中的任一個來實現(xiàn)照明光的切換。以下，對區(qū)分使用這些照明光學系統(tǒng)100、110的具體的實施方式進行說明。

圖4a和4b是示出孔拍攝時的情形的圖。更具體地，圖4a是示出孔拍攝時的光的路線的圖，圖4b是示出孔和拍攝視場之間關系的圖。拍攝對象物即承載細胞等的孔w裝有以液狀注入的培養(yǎng)基m。因此，從孔w的上方入射的照明光l經(jīng)由培養(yǎng)基m的液面入射有拍攝對象物的孔底面wb(試樣面)。液面通常形成有凹陷的彎液面，照明光l由此發(fā)生折射并從孔w的中心向外彎曲。在孔w的中心附近折射小，越靠近孔w的周緣部折射就越大。

包括物鏡131的拍攝光學系統(tǒng)構(gòu)成物體側(cè)超心光學系統(tǒng)，具有將所述向外彎曲的光高效集光并導向拍攝元件136的功能。即，能夠?qū)㈦x開透鏡的光軸位置的傾斜向外入射的光成像于拍攝元件136。因此，如圖4b所示，該拍攝光學系統(tǒng)適用于在拍攝視場v中容納整個一個孔w進行拍攝的情形。這一點也被日本特開2015-118036號公報所公開。

如圖4b所示，以低倍率對口徑比較小的孔w進行拍攝的情形下，拍攝視場v能夠包含整個一個孔w。另一方面，在對承載于例如口徑大的孔(例如6孔板的孔)的拍攝對象物進行拍攝的情形等下，因為作為拍攝對象的區(qū)域的尺寸比拍攝視場的尺寸相對的大，有時拍攝視場v不能包含整個孔w。

圖5和圖6是示出孔尺寸比拍攝視場的尺寸大時的拍攝情形的圖。更具體地，圖5示出拍攝視場中不包含孔周緣部時的拍攝，圖6示出拍攝視場中包含孔周緣部時的拍攝。在此，對以低倍率對比所述說明的口徑大的孔w進行拍攝的情形進行說明。對作為拍攝對象的區(qū)域的尺寸比拍攝視場v的尺寸大的情形可以適用相同的想法，例如承載于稱為碟子的大口徑的淺型容器的拍攝對象物進行拍攝的情形。

當需要拍攝的區(qū)域比拍攝視場廣時，可以考慮通過將該區(qū)域分割成多個圖像進行拍攝并利用圖像處理合成這些圖像，來制作表示需要拍攝的整個區(qū)域的圖像。此時，為使作成的圖像確保預期的圖像品質(zhì)，有必要將合成前的每幅圖像的品質(zhì)作成更好的品質(zhì)。因此下面對應留意的事項進行說明。

如圖5所示，拍攝視場v僅包含離開孔w的周緣部wp的中央部的區(qū)域時，培養(yǎng)基m表面的彎液面給光程帶來的影響非常小。因此，在遠心照明中，入射到物鏡131的光軸附近的光被集光入射拍攝元件136，但在離開光軸的位置發(fā)生由入射光和光學系統(tǒng)之間的主光線的傾斜的差異引起的偏移。

即，物鏡131側(cè)以在液面折射為前提，在離開光軸位置成為如圖5的點線所示的接收主光線向外傾斜的光的結(jié)構(gòu)，但由于通過孔w的光在彎液面不發(fā)生折射直行，因此入射光的主光線的傾斜與受光側(cè)的主光線的傾斜不一致。由此有時尤其在拍攝視場v的周緣部畫質(zhì)劣化，具體來講圖像變暗或者由于照明光僅從物鏡的集光范圍的一部分方向入射導致像的看法發(fā)生變化。

另一方面，如圖6所示，當拍攝視場v包含孔w的周緣部wp或者被設定為與其非常近的區(qū)域時，因在孔周緣部wp的附近由彎液面折射的光的主光線的傾斜與受光側(cè)的主光線的傾斜基本一致，能夠高效集光。與其相對，隔著物鏡131的光軸在與孔周緣部wp相反的一側(cè)的靠近孔中央部的部分，如圖5的情況同樣，因直行的光入射具有與假設在彎液面折射的主光線相同傾斜的物鏡131，仍然發(fā)生畫質(zhì)劣化。

將拍攝部13的物理性拍攝視場v中的能夠確保圖像品質(zhì)的區(qū)域考慮為有效的拍攝視場時，在遠心照明和超心拍攝光學系統(tǒng)的組合中，當拍攝視場v內(nèi)的區(qū)域如上所述不受彎液面的影響時，有效的拍攝視場變得更窄。因此，在該實施方式中除構(gòu)成遠心照明的第一照明光學系統(tǒng)100之外設置了第二照明光學系統(tǒng)110，所述第二照明光學系統(tǒng)110能夠在不受彎液面影響時獲得良好的圖像品質(zhì)。

圖7是示出利用第二照明光學系統(tǒng)進行拍攝的圖。如上所述，第二照明光學系統(tǒng)110的從聚光鏡106出射的照明光l2，主光線具有朝向光軸方向的傾斜。因此，在沒有彎液面的影響時，入射孔w的底面wb的照明光的主光線不能互相平行。在該實施方式中從第二照明光學系統(tǒng)110看第二照明光學系統(tǒng)110的出射光瞳位置pp位于比孔底面wb更近側(cè)，因此入射孔底面wb的照明光l2其主光線從物鏡131的光軸向外擴大。

如圖7所示，如果此時使主光線的傾斜與物鏡131側(cè)的主光線的傾斜一致，透過孔底面wb的光由物鏡131集光，最終被導向拍攝元件136。因此，能夠以良好的圖像品質(zhì)對整個拍攝視場v進行拍攝，能夠?qū)⒄麄€物理性的拍攝視場v用作有效的拍攝視場。

從根據(jù)拍攝光學系統(tǒng)的特性調(diào)整照明光的入射方向的觀點上，也可以通過例如在物鏡131的入射光瞳位置配置點光源，理論上也能獲得同樣的效果。但是，從將點光源配置于試樣面的正上方位置的必要性出發(fā)，有可能發(fā)生光源和孔板wp之間的干涉或，因光源發(fā)熱使試樣變質(zhì)等問題，因此不現(xiàn)實。

如所述實施方式所述，如果由利用多個透鏡傳遞從光源111出射的光的照明光學系統(tǒng)構(gòu)成所述照明，通過適當組合透鏡、光闌等，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)拍攝光學系統(tǒng)的特性最優(yōu)化的照明光學系統(tǒng)。例如，如果使照明光學系統(tǒng)110的光源111的共軛點與物鏡131的入射光瞳位置一致，能夠利用物鏡131將超過共軛點離開光軸的方向行進的照明光高效的導向拍攝元件136。

如上所述，在該實施方式的拍攝裝置1中，作為與具有超心特性的拍攝光學系統(tǒng)組合的照明光學系統(tǒng)裝備有第一照明光學系統(tǒng)100和第二照明光學系統(tǒng)110，所述第一照明光學系統(tǒng)100適合對受到彎液面影響的區(qū)域進行拍攝，所述第二照明光學系統(tǒng)110適合對不受彎液面影響的區(qū)域進行拍攝。在需要對比拍攝部13的拍攝視場v廣的區(qū)域進行拍攝時，通過在受到彎液面影響的區(qū)域和不受彎液面影響的區(qū)域區(qū)分使用照明光學系統(tǒng)對多個圖像進行拍攝，能夠使將其合成的圖像具有良好的品質(zhì)。

圖8a和8b是示例將一個孔分割成多個圖像的方法的圖。更具體地，圖8a示出將孔w分割為多個圖像時的圖像分配的一例，圖8b示出為獲得所述圖像拍攝部13的移動路徑的圖。圖8a分別用實線矩形示出通過部分重合覆蓋整個孔w的多個圖像，為易于識別多個矩形，在將各矩形的對角線用點線表示，并用黑圓點表示其重心。矩形的重心位置相當于拍攝時物鏡131的光軸與孔底面wb相交的位置。

在圖8a示出的分配例中，整個孔w被分割為11張圖像。在孔w的中央部，以在拍攝視場內(nèi)不包含孔周緣部wp的方式設定圖像的配置。如上所述應使用第二照明圖像系統(tǒng)110對不包含孔周緣部wp的圖像進行拍攝。另一方面，在拍攝視場內(nèi)包含孔周緣部進行拍攝的圖像中，圖像配置成至少圖像的重心位于孔w的內(nèi)部。而且，應使用第一照明圖像系統(tǒng)100進行拍攝。由此，能夠在比重心位置靠外側(cè)(靠近孔周緣部wp的一側(cè))減小照明側(cè)和受光側(cè)之間的主光線的傾斜的差距，能夠抑制畫質(zhì)劣化。

圖8b示出將孔w分割成多個圖像時拍攝部13的移動路徑的一例。在該實施方式的拍攝裝置1中，拍攝部13和照明部10相對被搭載于支架12上的孔板wp一體地水平移動。通過將拍攝部13沿孔板wp的底面向x方向和y方向移動，并在適當?shù)南鄬ξ恢眠M行拍攝，能夠取得圖8a所示的多個圖像。圖8b示出此時的拍攝部13的行進移動路徑，更準確地是被設置于拍攝部13的物鏡131的光軸與孔底面wb的交點的軌跡。

以黑圓點表示的點p1～p11，分別對應圖8(a)所示的多個圖像的重心位置。并且，由于各圖像的重心位置也是該圖像被拍攝時物鏡131的光軸的位置，當以物鏡131的光軸依次通過這些點p1～p11的方式作成拍攝部13(和照明部10)的行進移動匹配，在物鏡131的光軸位置到達這些點p1～p11時利用拍攝部13進行拍攝，能夠通過一系列的行進移動取得必要的圖像。從這個意義上，將與p1～p11對應的拍攝部13的位置稱為“拍攝位置”。如果圖像的分配確定，可以與其對應的設定拍攝位置。并且，將拍攝部13的行進移動的物鏡131的光軸位置的始點表示為符號ps，終點表示為符號pe。

圖9是示出該實施方式的拍攝處理的流程圖。cpu141基于事先作成的控制程序使裝置各部進行規(guī)定的動作，通過執(zhí)行圖9所示的拍攝處理，能夠取得例如圖8a所示的多個圖像。最初利用按照機械控制部145的控制指令動作的驅(qū)動機構(gòu)15，將拍攝部13定位于規(guī)定的開始位置(步驟s101)。圖8b所示的始點ps對應此時的物鏡131的光軸位置。需要說明的是，在此雖然僅對拍攝部13的行進移動進行說明，但是如上所述伴隨拍攝部13的移動照明部10也在移動，使照明光的光中心與物鏡131的光軸時常一致。

接著，基于事先設定的行進移動匹配，拍攝部相對孔w開始行進移動(步驟s102)。當拍攝部13到達與終點ps對應的結(jié)束位置時，處理結(jié)束(步驟s103)。在到達結(jié)束位置為止的期間，每當拍攝部13到達與點p1～p11對應的任一拍攝位置時(步驟s104)，執(zhí)行步驟s105～107進行拍攝。對于拍攝部13位于哪個位置，可以基于例如安裝在拍攝部13的位置傳感器(未圖示)的輸出信號進行檢測。

即，按照當前拍攝部13所處的拍攝位置選擇照明光學系統(tǒng)(步驟s105)。具體地，在當前的拍攝部13位置的拍攝視場v中包含孔周緣部wp時選擇第一照明光學系統(tǒng)100，不包含孔周緣部wp時選擇第二照明光學系統(tǒng)110。在圖8a和圖8b的示例中，在與p5～p7對應的拍攝位置選擇第二照明光學系統(tǒng)110，在與之外的點p1～p4、p8～p11對應的拍攝位置選擇第一照明光學系統(tǒng)100。如上所述照明光學系統(tǒng)100、110的選擇配置相當于本發(fā)明的“配置工序”的一例。

接著，通過將被選擇的照明光學系統(tǒng)的光源點亮規(guī)定時間頻閃照明拍攝對象物，拍攝元件136與其同步進行拍攝，取得1張圖像(步驟s106：拍攝工序)。利用ad轉(zhuǎn)換器144對從拍攝元件136輸出的圖像信號進行數(shù)字化獲得的圖像數(shù)據(jù)被存儲于圖像存儲器147(步驟s107)。通過在拍攝部13到達結(jié)束位置為止重復所述處理，在與各個點p1～p11對應的拍攝位置進行拍攝，取得11張圖像。

因為在頻閃照明下進行拍攝，所以不需要為了拍攝暫時停止拍攝部13的行進移動，驅(qū)動機構(gòu)15按照行進移動匹配以恒定速度行進移動拍攝部13即可。通過以連接各個點p1～p11的路徑的長度成為最小的方式將行進移動匹配最佳化，能夠縮短拍攝所需的時間。

這樣獲得的多個圖像中，包含孔周緣部wp的圖像是在第一照明光學系統(tǒng)100的照明下拍攝的，不包含孔周緣部wp的圖像是在第二照明光學系統(tǒng)110的照明下拍攝的。因此，對于各個圖像能夠抑制因有無彎液面和照明光學系統(tǒng)的偏移引起的圖像品質(zhì)的下降。并且，通過從各個圖像挑選圖像品質(zhì)良好的部分進行合成，能夠以良好的品質(zhì)作成整個孔w的圖像。在多個圖像重復的區(qū)域，鑒于相對孔w該區(qū)域所占的位置和被使用的照明光學系統(tǒng)，采用圖像品質(zhì)優(yōu)異一方的圖像即可。

如上所述，在該實施方式中分別對應拍攝部13的拍攝視場v內(nèi)顯現(xiàn)彎液面的影響的情況、和不受彎液面影響的情況設置兩個照明光學系統(tǒng)100、110，根據(jù)拍攝位置對其進行切換并進行拍攝。由此，對成為拍攝對象區(qū)域中的受到彎液面影響的區(qū)域、不受彎液面影響的區(qū)域的任一個，都能取得良好品質(zhì)的圖像。

如上所述，在該實施方式的拍攝裝置1中，照明部10作為本發(fā)明的“照明單元”，支架12作為本發(fā)明的“保持單元”、控制部14作為本發(fā)明的“控制單元”、驅(qū)動機構(gòu)15作為本發(fā)明的“驅(qū)動單元”各自發(fā)揮作用。并且，反射鏡102、集光透鏡103、分束鏡104、反射鏡105及聚光鏡106作為一體起到本發(fā)明的一個“照明光學系統(tǒng)”的作用。并且，集光透鏡112、分束鏡104、反射鏡105及聚光鏡106作為一體起到本發(fā)明的另外一個“照明光學系統(tǒng)”的作用。

另外，物鏡131、低倍率用遠焦系統(tǒng)132、高倍率用遠焦系統(tǒng)133、反射鏡134、成像透鏡135作為一體起到本發(fā)明的“拍攝光學系統(tǒng)”的作用，拍攝元件136作為本發(fā)明的“二維拍攝元件”發(fā)揮作用。并且，在上述實施方式中，孔板wp相當于本發(fā)明的“試樣容器”。

需要說明的是，本發(fā)明并不限定于所述的實施方式，在不脫離發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)可以進行除所述以外的各種變更。例如，所述實施方式的照明部10包括第一照明光學系統(tǒng)100和第二照明光學系統(tǒng)110的2組照明光學系統(tǒng)，所述第一照明光學系統(tǒng)100構(gòu)成遠心照明且出射光瞳位置無限遠，所述第二照明光學系統(tǒng)110的出射光瞳位置pp位于比孔底面wb更近側(cè)。但是，照明光學系統(tǒng)的出射光瞳位置不限于此，也可以設置兩組以上的出射光瞳位置不同的照明光學系統(tǒng)。出射光瞳位置的差距越大效果越顯著。另外也可以包括三組以上的照明光學系統(tǒng)。例如，為用于高倍率拍攝，可以進一步包括照射范圍進一步被限定的照明光學系統(tǒng)。

另外，雖然所述實施方式中對應兩組的照明光學系統(tǒng)100、110設有兩個光源101，111，但是也可以由單一的光源和兩組的光學系統(tǒng)構(gòu)成兩組的照明光學系統(tǒng)。另外，雖然在所述實施方式中構(gòu)成兩個照明光學系統(tǒng)的構(gòu)件一部分共用，但是也可以設置完全獨立的兩組照明光學系統(tǒng)。

另外，所述的拍攝處理的圖像分配只是用于說明的，實際的配置不限于此。另外，雖然在所述分配例中僅對一個孔進行拍攝的情況進行了說明，但是也可將行進移動匹配構(gòu)成為，通過一系列的行進移動統(tǒng)一對多個孔進行拍攝。

如上所述，示例具體的實施方式進行說明的那樣，本發(fā)明的一個照明光學系統(tǒng)也可以構(gòu)成為遠心照明，所述遠心照明將主光線與拍攝光學系統(tǒng)的光軸平行的光入射拍攝對象物。這樣的照明光學系統(tǒng)，因為在液體表面折射向外彎曲，主光線的傾斜接近具有超心特性的拍攝光學系統(tǒng)的主光線的傾斜，所以在拍攝視場內(nèi)出現(xiàn)彎液面的影響時能夠獲得良好的圖像品質(zhì)。

此時多個照明光學系統(tǒng)可以進一步包括從該照明光學系統(tǒng)看出射光瞳位置比拍攝對象物位于更近側(cè)的照明光學系統(tǒng)。這樣的照明光學系統(tǒng)在不受彎液面的影響時，能夠?qū)⒕哂信c具有超心特性的拍攝光學系統(tǒng)的主光線的傾斜同等傾斜的照明光入射拍攝對象物。

另外，從多個照明光學系統(tǒng)的出射光也可以與拍攝光學系統(tǒng)的光軸構(gòu)成同軸。如果使出射光的光軸與拍攝光學系統(tǒng)的光軸構(gòu)成同軸，在光軸及其周圍的各個位置，能夠在照明光學系統(tǒng)和拍攝光學系統(tǒng)之間容易對齊主光線的傾斜。

另外，例如試樣容器的底面的拍攝視場可以比試樣容器的底面小。即使在拍攝視場比試樣容器的底面小，拍攝視場中不能容納整個試樣容器的底面的情況下，也可以通過分割為多個圖像來對試樣容器內(nèi)的整體進行拍攝。此時，根據(jù)拍攝位置有可能存在受到彎液面影響的情況和不受彎液面影響的情況。本發(fā)明中通過切換使用多個照明光學系統(tǒng)，能夠在受到彎液面影響、不受彎液面影響的任何情況下，都能取得畫質(zhì)良好的圖像。因此，如上所述在將需要拍攝的區(qū)域分割為多個圖像進行拍攝時，帶來特別顯著的效果。

并且，例如也可以構(gòu)成為以下結(jié)構(gòu)，保持單元保持試樣容器大致呈水平姿態(tài)，照明單元被配置于由保持單元保持的試樣容器的上方，從上方對拍攝對象物進行照明，二維拍攝元件被配置于由保持單元保持的試樣容器的下方，向所述拍攝光學系統(tǒng)入射光進行拍攝，所述光來自照明單元經(jīng)由液體的液面入射并從試樣容器的底面出射。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)Υ笾鲁仕降囊好嬖O定鉛直方向的光軸，使得裝置各部的支撐和對位變得容易。

本發(fā)明能夠很好地適用于對細胞、細胞集落、細胞球體(spheroid)、細菌、病變組織、微生物等各種活體試樣進行拍攝的拍攝裝置。