結晶観察装置
【課題】液滴と背景との輝度差が小さい場合であっても、液滴部分の画像の抽出を容易とし、また、液滴の拡大画像を効率的に取得し得る結晶観察装置を提供する。
【解決手段】この結晶観察装置は、結晶化プレート１２のウェル１３内の液滴の表面を照らす照明装置１４と結晶化プレート１２との間に遮光板２０を配している。そして、この遮光板２０は、液滴の表面に明るい部分およびそれよりも暗い部分をつくるように配置される。ここで、液滴は、その中央部が周縁部よりも厚い平凸のレンズをなしている。そのため、遮光板２０によって、液滴表面の照度の低い部分に、液滴のレンズ効果で屈折してできた照度の高い部分を投影させ、これにより、液滴の輪郭を明瞭にする。
【解決手段】この結晶観察装置は、結晶化プレート１２のウェル１３内の液滴の表面を照らす照明装置１４と結晶化プレート１２との間に遮光板２０を配している。そして、この遮光板２０は、液滴の表面に明るい部分およびそれよりも暗い部分をつくるように配置される。ここで、液滴は、その中央部が周縁部よりも厚い平凸のレンズをなしている。そのため、遮光板２０によって、液滴表面の照度の低い部分に、液滴のレンズ効果で屈折してできた照度の高い部分を投影させ、これにより、液滴の輪郭を明瞭にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶化プレート内の液滴中の、タンパク質などの高分子化合物の結晶を観察する結晶観察装置に係り、特に、例えばタンパク質の結晶を観察するに際し、観察者が容易にタンパク質の結晶化判定が行えるように液滴の拡大画像を効率的に取得する上で好適な結晶観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の結晶観察装置では、例えばモニタ画面のある顕微鏡などで液滴内のタンパク質等の高分子化合物の結晶を観察する場合、観察者はモニタ画面を見ながらレンズ倍率を上げ下げしたり、結晶化プレートを動かしたりしながら各ウェルの液滴内の結晶の観察を行っている。ここで、観察者がモニタ画面から目視によってタンパク質等の結晶化判定を行う際は、液滴部分は照明光が液滴内を十分に透過して暗部の少ないことが望ましい。しかし、このような暗部の少ない画像は、液滴と背景との輝度差が小さい。そのため、液滴部分の画像の抽出が困難である。したがって、このような観察作業を複数のウェルごとに行うのは非常に時間が掛かる。
【０００３】
また、目視によるタンパク質の結晶化判定は、液滴内に形成した微小な結晶を観察するために拡大画像が必要となる。しかし、このような拡大画像を取得する場合、観察用のカメラの光軸が液滴中心から大きくずれていると、液滴全体が充分に拡大されないままそれ以上ズームインすると画面からはみ出してしまう状態に達することや、いくら倍率を上げても画像上に液滴が写らないといったことが起こる。
そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、観察画像中の輝度変化情報を利用して微分処理などの画像処理によって液滴部を背景から抽出する手法が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−３４５８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、画像処理によって液滴部分を抽出するものなので、上記のように液滴と背景との輝度差がほとんどない画像の場合には、画像処理のみによって液滴部分を確実に抽出するのは難しく未だ改善の余地がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、液滴と背景との輝度差が小さい場合であっても、液滴部分の画像の抽出を容易とし、また、液滴の拡大画像を効率的に取得し得る結晶観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、液滴中の高分子化合物の結晶を観察する結晶観察装置であって、結晶化プレートのウェル内の液滴表面を照らすように対向配置された照明装置と、その照明装置と前記結晶化プレートとの間に配置されて前記液滴の輪郭を強調するためのフィルタとを備え、前記フィルタは、前記液滴表面に、明るい部分およびそれよりも暗い部分の二つの明るさの異なる部分をつくるように配置されていることを特徴としている。
【０００６】
本発明に係る結晶観察装置によれば、照明装置と結晶化プレートとの間に、液滴の輪郭を強調するためのフィルタを備えており、このフィルタは、液滴表面に明るい部分およびそれよりも暗い部分をつくるように配置されているので、このフィルタによる暗い部分によって液滴と背景との輝度差をつくりだし、これにより、液滴の輪郭を明瞭にすることができる。つまり、液滴は、その中央部が周縁部よりも厚い平凸のレンズをなしている。そのため、フィルタによって液滴表面につくられた暗い部分には、照明装置の光が液滴のレンズ効果で屈折してできた照度の高い部分が生じる。そのため、液滴の輪郭を明瞭にすることが可能である。したがって、液滴部分の画像の抽出を容易とし、これにより、観察者の観察作業の効率を向上させることができる。
【０００７】
ここで、本発明に係る結晶観察装置において、前記フィルタは、前記液滴に対しその径方向に相対的にスライド移動可能に設けられていることは好ましい。このような構成であれば、液滴の輪郭を強調するためのフィルタを、液滴の径方向に相対的にスライド移動させることができるので、液滴表面につくる明るい部分およびそれよりも暗い部分を異なる割合でつくることができる。そのため、液滴の輪郭を一層明瞭にし得て、液滴の輪郭を把握する上でより好適である。したがって、液滴中の高分子化合物の結晶を観察するに際し、観察者の観察作業の効率をより向上させることができる。
【０００８】
そして、本発明に係る結晶観察装置において、前記フィルタを前記液滴に対しその径方向に相対的にスライド移動させるスライド移動手段と、そのスライド移動手段での所定の移動段階での画像データを取得する画像データ取得手段と、前記画像データ取得手段で取得した画像データに基づいて画像処理を行って液滴中心を特定する液滴中心特定手段と、その液滴中心特定手段で特定された液滴中心と観察用のカメラの光軸とを一致させるカメラ光軸移動手段とを有することは好ましい。このような構成であれば、液滴中心と観察用のカメラの光軸とを自動的に一致させることができるので、観察者の観察作業の効率を一層向上させることができる。
【０００９】
また、本発明に係る結晶観察装置において、前記液滴中心特定手段は、前記画像データ取得手段で取得したいずれか一の画像データに基づいて、当該いずれか一の画像データのみから液滴中心を特定する第一の特定手段と、前記第一の特定手段で液滴中心が特定されないときに、前記複数の段階に分けて取得した画像データのうち、左右端部に位置する情報をもつ二つの画像データを選定し、当該選定した二つの画像データのもつ前記左右端部に位置する情報から液滴中心を特定する第二の特定手段とを有することは好ましい。
【００１０】
このような構成であれば、液滴の輪郭領域が鮮明な場合には、第一の特定手段によって、一の画像データのみから液滴の中心を特定するので、迅速な特定がなされ、これにより、処理時間を短縮することができる。また、液滴の輪郭領域が不鮮明で一の画像データのみからの特定が難しい場合には、第二の特定手段によって、左右端部に位置する二つの画像データから液滴の中心を特定するので、その分の処理時間を要するものの、液滴の輪郭領域が不鮮明な場合であっても、確実に液滴の中心を特定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
上述のように、本発明によれば、液滴中の高分子化合物の結晶を観察するに際し、液滴と背景との輝度差が小さい場合であっても、液滴部分の画像の抽出を容易とし、また、液滴の拡大画像を効率的に取得し得る結晶観察装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
まず、本発明に係る結晶観察装置に使用する結晶化プレートについて説明する。図１は、本発明に係る結晶観察装置に使用する結晶化プレートを示す図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその正面図である。
同図に示すように、この結晶化プレート１２は、ハンギングドロップ法用の結晶化プレートであり、この結晶化プレート１２の表面には複数のウェル１３が格子状に整列している。この結晶化プレート１２の使用方法は、ウェル１３にリザーバ溶液を分注し、別に用意するカバーガラス１３ａの表面に蛋白質溶液とリザーバ溶液との混合ドロップを作製した後、カバーガラスを反転させ、ウェル１３の開口部にかぶせる。なお、ウェルの開口面には、予めグリスなどのシール剤が塗布されており、カバーガラス１３ａを載せるだけで、ウェル１３の開口部が密閉されるようになっている。このようにして、ハンギングドロップ法では、カバーガラス１３ａの表面に液滴を作製し、そのカバーガラス１３ａを反転して結晶化プレート１２上のウェル１３の開口部にかぶせる作業を行った結晶化プレート１２を用いる。
【００１３】
以下、本発明に係る結晶観察装置の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図２は、本発明に係る結晶観察装置の一実施形態を説明するための斜視図である。
同図に示すように、この結晶観察装置１０は、矩形の平板からなるテーブル２を有し、そのテーブル２上には、スライド移動装置３が設置されている。このスライド移動装置３は、テーブル２にその左右（Ｘ）方向に沿って固定された案内レール部３ａと、その案内レール部３ａに沿ってスライド移動可能に設けられたスライド移動部３ｂと、そのスライド移動部３ｂを駆動する電動アクチュエータ部３ｃとを備えて構成されている。そして、この電動アクチュエータ部３ｃは、制御部３０に接続されており、制御部３０からの制御信号に応じてスライド移動部３ｂを左右（Ｘ）方向に所望の移動量だけスライド移動可能になっている。
【００１４】
また、このスライド移動装置３には、そのスライド移動部３ｂの上方且つ左右（Ｘ）方向の両側に一対の結晶化プレート支持部材３ｄが配置されている。これら一対の結晶化プレート支持部材３ｄは、スライド移動装置３よりもテーブル２の前後（Ｙ）方向手前の側に張り出した、オーバーハングした状態で設けられている。そして、上述した結晶化プレート１２が、このオーバーハングした状態で一対の結晶化プレート支持部材３ｄ上に載置され、着脱可能に支持される。
【００１５】
また、オーバーハングした状態の結晶化プレート１２の下方のテーブル２上には、照明装置１４が配置されており、この照明装置１４によって下方から結晶化プレート１２のウェル１３内の液滴表面を照らすようになっている。さらに、この照明装置１４と結晶化プレート１２との間には、液滴表面の照度を調整して液滴の輪郭を強調するためのフィルタとして遮光板２０が配置されており、この遮光板２０によって、液滴表面に、明るい部分およびそれよりも暗い部分の二つの明るさの異なる部分をつくることができるようになっている（後に詳述する）。
【００１６】
上記照明装置１４は、テーブル２上に固定されており、また遮光板２０は図示しない駆動装置により駆動されて、照明装置１４の上部をカメラ１１と同期して左右（Ｘ）方向に移動するようになっている。
さらに、上記テーブル２上には、スライド移動装置３よりも奥側に支柱４が立設されており、この支柱４の上部には、ＸＹ駆動装置１５を介して観察用のカメラ１１が装備されている。このカメラ１１は、上記一対の結晶化プレート支持部材３ｄ上に載置された結晶化プレート１２の上方に対向配置されており、結晶化プレート１２の表面を、上記照明装置１４によって下方から照らされた液滴の反対の側から撮像することができる。
【００１７】
また、このカメラ１１は、ズーム機能を有し、撮像対象を拡大および縮小して撮像可能になっており、撮像された画像データは、制御部３０に入力され、また、制御部３０は、ディスプレイ等の表示装置３２に接続されており、撮像された画像等を表示装置３２に表示するようになっている。そして、ＸＹ駆動装置１５は制御部３０に接続されており、制御部３０からの制御信号に応じて駆動して、カメラ１１を、上記左右（Ｘ）方向および前後（Ｙ）方向のそれぞれに移動させ、これにより、結晶化プレート１２上での必要な位置に位置させることが可能になっている。
【００１８】
次に、この結晶観察装置１０の制御部３０についてより詳しく説明する。
制御部３０は、以下いずれも図示しない、所定の制御プログラムに基づいて、演算およびこの結晶観察装置１０のシステム全体を制御するＣＰＵと、所定領域に予めＣＰＵの制御プログラム等を格納しているＲＯＭと、ＲＯＭ等から読み出したデータやＣＰＵの演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭと、上記カメラ１１、ＸＹ駆動装置１５、スライド移動装置３の電動アクチュエータ部３ｃ、表示装置３２およびキーボード等の入力装置３４を含めた外部装置に対してデータの入出力を媒介するＩ／Ｆ（インターフェイス）とを有して構成されている。これらは、データを転送するための信号線であるバスで相互にかつデータ授受可能に接続されている。そして、入力装置３４からは、結晶観察装置１０を作動させる所定の操作信号が、観察者によるスイッチ操作により入力されるようになっている。
【００１９】
ここで、この制御部３０は、観察者が入力装置３４から所定の操作信号を入力すると、結晶化プレート１２のウェル１３内の液滴中心を特定する液滴中心特定処理を実行し、ＸＹ駆動装置１５を駆動して、その液滴中心特定手段で特定された液滴中心と観察用のカメラ１１の光軸とを一致させ、これにより、観察者が容易に結晶化の判断が行えるようになっている。
【００２０】
以下、この制御部３０での液滴中心特定処理について図３および図４を適宜参照しつつ説明する。なお、図３および図４は、制御部３０で実行される液滴中心特定処理のフローチャートであり、図３は液滴中心特定処理全体を、また、図４は、図３での第一および第二特定処理のそれぞれを示している。
この結晶観察装置１０では、観察者が入力装置３４から所定の操作信号を入力すると、制御部３０では、図３に示す液滴中心特定処理がＣＰＵにおいて実行されて、まず、ステップＳ１に移行するようになっている。
【００２１】
ステップＳ１では、遮光板２０およびＸＹ駆動装置１５が同期して駆動されて、これにより、結晶化プレート１２に対し、カメラ１１および遮光板２０を予め設定した距離ずつ左右（Ｘ）方向に移動し、液滴に対しその径方向に複数の段階（ｎ）に分けて移動させたｎ枚の画像をカメラ１１で撮影し、各段階（ｎ）の画像それぞれを制御部３０内の所定の記憶領域に記憶し、ステップＳ２に移行する。
ステップＳ２では、一連の第一の特定処理が実行されてステップＳ３に移行する。ここで、この第一の特定処理は、ステップＳ１で取得したいずれか一の画像データに基づいて、当該いずれか一の画像データのみから液滴中心を特定する処理である。なお、以下説明する第一ないし第二の特定処理において、画像データの二値化および領域分割等の画像処理は、通常なされる画像処理同様の処理なので、詳しい説明は省略する。
【００２２】
この第一の特定処理では、図４（ａ）に示すように、まず、ステップＳ１１に移行して、最初の一の画像データ（ｉ）を呼び出して、ステップＳ１２に移行し、ステップＳ１２では、画像データ（ｉ）を二値化してステップＳ１３に移行し、ステップＳ１３では、二値化した画像データ（ｉ）を領域分割してステップＳ１４に移行する。そして、ステップＳ１４では、液滴として認識可能か否かが判断され、認識可能（液滴有り）と判断した場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ１５に移行し、そうでないときには（Ｎｏ）ステップＳ１６に移行して画像データ（ｉ）がｎ枚目の画像か否かを判定し、ｎ枚目の画像であれば（Ｙｅｓ）処理を戻し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ１７に移行して次の一の画像データ（ｉ＝ｉ＋１）を指定し、処理をステップＳ１１に戻す。そして、ステップＳ１５では、液滴として認識された一の画像データ（ｉ）の液滴中心の座標を算出し、処理を戻す。そして、続くステップＳ３では、液滴中心の座標が特定されたか否かを判定し、特定されていれば（Ｙｅｓ）ステップＳ６に移行し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ４に移行する。
【００２３】
ステップＳ４では、一連の第二の特定処理が実行されてステップＳ５に移行する。ここで、この第二の特定処理は、ステップＳ２での第一の特定手段で液滴中心が特定されないときに、前記複数の段階（ｎ）に分けて取得した画像データのうち、左右端部に位置する情報をもつ二つの画像データを選定し、当該選定した二つの画像データのもつ左右端部に位置する情報から液滴中心を特定する処理である。
【００２４】
詳しくは、図４（ｂ）に示すように、この第二の特定処理では、まず、ステップＳ２１に移行して、最初の一の画像データ（ｉ）を呼び出して、ステップＳ２２に移行し、ステップＳ２２では、画像データ（ｉ）を二値化してステップＳ２３に移行し、ステップＳ２３では、二値化した画像データ（ｉ）を領域分割してステップＳ２４に移行する。そして、ステップＳ２４では、遮光領域の境界線を抽出する処理がなされてステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５では、抽出された遮光領域の境界線が右に凸か否かが判断され、右に凸（Ｙｅｓ）と判断した場合にはステップＳ２８に移行し、ステップＳ２８では、最も右端部に位置する座標を最右端座標として記憶してステップＳ２９に移行する。一方、右に凸でないと判断した場合には（Ｎｏ）ステップＳ２６に移行し、ステップＳ２６では、画像データ（ｉ）がｎ枚目の画像か否かを判定し、ｎ枚目の画像であれば（Ｙｅｓ）処理を戻し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ２７に移行して次の一の画像データ（ｉ＝ｉ＋１）を指定し、処理をステップＳ２１に戻す。
【００２５】
そして、ステップＳ２９では、抽出された遮光領域の境界線が左に凸か否かが判断され、左に凸（Ｙｅｓ）と判断した場合にはステップＳ３０に移行し、ステップＳ３０では、最も左端部に位置する座標を最左端座標として記憶してステップＳ３１に移行する。そして、ステップＳ３１では、最右端座標と最左端座標とから液滴中心の座標を算出し、処理を戻す。一方、左に凸でないと判断した場合には（Ｎｏ）ステップＳ２６に移行する。そして、ステップＳ５では、液滴中心の座標が特定されたか否かを判定し、特定されていれば（Ｙｅｓ）ステップＳ６に移行し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ１に処理を戻す。
【００２６】
そして、ステップＳ６では、特定された液滴中心の座標を記憶してステップＳ７に移行し、ステップＳ７では、上記特定された液滴中心の座標と観察用のカメラ１１の光軸の座標とを一致させるように上記ＸＹ駆動装置１５が駆動され相互の座標を一致して処理を終了する。
ここで、上述のスライド移動装置３が上記スライド移動手段に対応し、観察用のカメラであるカメラ１１が上記画像データ取得手段を兼ねてこれに対応している。また、制御部３０で実行される液滴中心特定処理でのステップＳ１〜ステップＳ６が上記液滴中心特定手段に対応し、そのうちのステップＳ２（ステップＳ１１〜Ｓ１６）が上記第一の特定手段に対応し、ステップＳ４（ステップＳ２１〜Ｓ３１）が上記第二の特定手段に対応している。また、上記ＸＹ駆動装置１５および液滴中心特定処理でのステップＳ７が上記カメラ光軸移動手段に対応している。
【００２７】
次に、この結晶観察装置１０の作用・効果について図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図５は、液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図であり、遮光板をスライド移動することによって変遷する画像のイメージ（（ａ）〜（ｆ））を示している。また、図６〜図９は、液滴中心特定処理で液滴の輪郭を認識する際に、液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図であり、各図下側は結晶化プレート１２のウェル１３の縦断面を模式的に示し、また、各図上側は各図下側のときにカメラ１１に撮像される画像のイメージを示している。
【００２８】
この結晶観察装置１０を使用して液滴中のタンパク質の結晶を観察するときは、観察者は、図２に示すように、ハンギングドロップ法用の結晶化プレート１２を結晶観察装置１０の一対の結晶化プレート支持部材３ｄ上に載置する。次いで、観察するウェル１３およびその下方に位置する照明装置１４に対し、カメラ１１、遮光板２０を液滴が画像中の遮光領域内に収まるよう、所定位置に位置させる。その後、観察者は、入力装置３４から所定の操作信号を入力する。これにより、制御部３０では、液滴中心特定処理が実行されることになるが、まず、観察するウェル１３の画像撮影が開始される（撮像工程）。この画像撮影では、カメラ１１および遮光板２０を、予め設定した距離ずつ、液滴に対しその径方向に複数の段階（ｎ）に分けて移動させ、カメラ１１でｎ枚の画像を撮影し、これを制御部３０内の所定の記憶領域に記憶する（ステップＳ１）。
【００２９】
ここで、この結晶観察装置１０によれば、照明装置１４と結晶化プレート１２との間に、液滴の輪郭を強調するためのフィルタとして遮光板２０を設置しているので、画像撮影の際、液滴表面に、明るい部分およびそれよりも暗い部分の二つの明るさの異なる部分をつくることができる。これにより、撮影された画像からの液滴Ｅの輪郭の抽出が容易になる。
すなわち、照明装置１４と結晶化プレート１２との間に遮光板２０を配した状態で、液滴に対しその径方向に複数の段階（ｎ）に分けて遮光板２０を相対移動させて画像を撮影すると、撮影された画像は、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように変遷する。
【００３０】
つまり、初期の図５（ａ）に示す画像においては、遮光板２０の影（遮光領域Ｓ）の中にある液滴Ｅは、遮光板２０の移動によって徐々に照明領域Ｈに現れてくる。ここで、図６にイメージを示すように、ハンギングドロップ法での液滴Ｅは、その中央部ＣＬが周縁部よりも厚い平凸のレンズをなしている。そのため、遮光板２０によって液滴Ｅの表面につくられた暗い部分には、照明装置１４の照明光Ｌが液滴Ｅのレンズ効果で屈折してできた照度の高い部分Ｚ１が生じるものと考えられる。そのため、照明領域Ｈに現れた液滴Ｅの輪郭Ｚは、図６に示すように、液滴Ｅのレンズ効果によって遮光板２０を投影する。したがって、照明領域Ｈに現れた液滴Ｅの輪郭は、背景の照明領域Ｈよりも低輝度になり、これにより、液滴Ｅの輪郭Ｚの抽出が容易になるのである（図５（ｂ）参照）。なお、各図での符号Ｇは、液滴Ｅのレンズの焦点である。また、符号Ｗはウェル１３の輪郭である。
【００３１】
同様にして所定距離毎に撮像される画像は、図７にイメージを示すように投影されて図５（ｃ）に示すように撮像され、更に遮光板２０の移動が進み、図８にイメージを示すように投影される。そのため、液滴Ｅの左端部が遮光領域Ｓの外にでる直前には、今度は液滴Ｅのレンズ効果によって照明光Ｌを投影するので、これにより、図５（ｄ）に示すように、遮光領域Ｓに現れた液滴Ｅの輪郭Ｚは、背景の遮光領域Ｓよりも高輝度となり、やはり上記と同様にして、液滴Ｅの輪郭Ｚが明瞭となり、その抽出が容易になる。
【００３２】
次に、制御部３０は、上記の撮像工程で撮影されたｎ枚の画像から液滴中心特定処理によって液滴Ｅの中心座標を求める。ここで、この制御部３０の液滴中心特定処理は、第一の特定処理（ステップＳ２）および第二の特定処理（ステップＳ４）の二つのステップで行われる。そして、図５（ｆ）に示すように、背景との輝度差が大きい液滴Ｅの場合には、第一の特定処理の段階で中心座標を求めることができる。
【００３３】
つまり、例えば図９にイメージを示すように、液滴Ｅの形状や厚み、さらにはウェル１３の底部Ｄのレンズ効果等の条件によっては、液滴全体が完全に遮光領域Ｓの外に出た状態においても、液滴Ｅの輪郭Ｚと背景との輝度に差が生じる場合がある。そして、この場合において、図５（ｆ）に示すように、一の画像のみから液滴Ｅの輪郭Ｚを十分に認識でき、液滴Ｅの輪郭Ｚの抽出が容易な場合もある。そこで、この制御部３０の液滴中心特定処理では、液滴Ｅの輪郭Ｚが鮮明な場合には、第一の特定処理で、一の画像データのみから液滴Ｅの中心を特定するので、処理時間を短縮することができる（ステップＳ２〜Ｓ３）。
【００３４】
また、先の第一の特定処理で液滴の抽出が成功しなかった場合には、次の第二の特定処理に移行し、この第二の特定処理では、図５（ｂ）に示すように、遮光領域Ｓから照明領域Ｈ側に突出した部分ＺＲを液滴Ｅの右側の端部部分と推定し、この最も右側の端部部分ＺＲの座標である最右端座標を求め、これをその撮像位置での最右座標として記憶する。
そして、処理が進んでゆくと、液滴Ｅは、図５（ｄ）に示すような状態で、こんどは左側の端部が照明領域Ｈから遮光領域Ｓ側に突出したような状態となるため、この突出した部分ＺＬを液滴Ｅの左側の端部部分と推定し、この最も左側の端部部分ＺＬの座標である最左端座標を求め、これをその撮像位置での最左座標として記憶する。そして、上記記憶した最右座標および最左座標との中間点を液滴Ｅの中心座標と推定し、その座標を求める。これにより、液滴Ｅの輪郭Ｚが不鮮明で一の画像データのみからの液滴Ｅの輪郭Ｚの特定が難しい場合であっても、左右端部に位置する二つの画像データから液滴の中心を特定することができるので、その分の処理時間を要するものの、確実に液滴の中心を特定可能である（ステップＳ４〜Ｓ５）。
【００３５】
最後に、求めた液滴Ｅの中心座標から現在のカメラ１１の光軸と液滴Ｅの中心との距離を算出し、カメラ１１をＸＹ駆動装置１５で移動させて、液滴中心を画像中心と一致させる。そして、その状態からカメラ１１をズームインさせれば、効果的に液滴Ｅの拡大画像が得られる（ステップＳ７）。なお、この遮光板２０は駆動装置を備えていて、結晶化プレート１２に対して相対的に可動式になっており、液滴Ｅの拡大画像を撮影する際には、待避位置まで移動することによって陰影の少ない画像を撮影することが可能である。
【００３６】
以上説明したように、この結晶観察装置１０によれば、照明装置１４と結晶化プレート１２との間に遮光板２０を設置し、これによって照明光Ｌを遮って、液滴Ｅの表面に明るい部分およびそれよりも暗い部分の二つの明るさの異なる部分をつくり、低輝度の遮光領域Ｓが液滴Ｅに投影されるようにすることによって、液滴Ｅの輪郭Ｚと背景との輝度差を明瞭にして液滴Ｅの輪郭Ｚの分離抽出を容易にすることができる。したがって、液滴Ｅと背景との輝度差が小さい場合であっても、液滴部分の画像の抽出を容易とし、また、液滴の拡大画像を効率的に取得することができる。
【００３７】
なお、本発明に係る結晶観察装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、遮光板をフィルタとして用いたが、これに限定されず、液滴表面に、明るい部分およびそれよりも暗い部分の二つの明るさの異なる部分をつくり、液滴の輪郭Ｚを強調することができるフィルタであれば、種々のフィルタを採用することができる。しかし、二つの明るさの異なる部分を液滴表面に簡単につくる上では、フィルタとして遮光板を用いることは好ましい。
【００３８】
また、例えば、上記実施形態では、遮光板２０は、結晶化プレート１２の液滴に対しその径方向にスライド移動可能に設けられている例で説明したが、これに限定されず、例えば遮光板２０は固定構造とし、その遮光板２０に対して結晶化プレート１２をスライド移動可能に設けてもよい。しかし、撮影された画像からの液滴Ｅの輪郭の抽出をより容易にする上では、遮光板を、液滴に対しその径方向に相対的にスライド移動可能に設け、例えば上記実施形態のようにその径方向に複数の段階に分けて相対的にスライド移動させて各段階それぞれの画像データを取得するように構成することは好ましい。
【００３９】
また、例えば、上記実施形態では、制御部３０での液滴中心特定処理は、第一の特定処理（ステップＳ２）および第二の特定処理（ステップＳ４）の二つのステップで行われる例で説明したが、これに限定されず、第二の特定処理のみによって液滴中心を特定するものであってもよい。しかし、液滴Ｅの輪郭の抽出をより確実なものとする上では、上記実施形態のように、二つのステップで液滴中心を特定することは好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ハンギングドロップ法に使用する結晶化プレートの一例を示す図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその正面図である。
【図２】本発明に係る結晶観察装置の一実施形態を説明するための斜視図である。
【図３】制御部で実行される液滴中心特定処理のフローチャートである。
【図４】制御部で実行される液滴中心特定処理のフローチャートである。
【図５】液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図であり、遮光板をスライド移動することによって変遷する画像のイメージ（（ａ）〜（ｆ））を示している。
【図６】液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図である。
【図７】液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図である。
【図８】液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図である。
【図９】液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
２ テーブル
３ スライド移動装置（スライド移動手段）
４ 支柱
１０ 結晶観察装置
１１ カメラ
１２ 結晶化プレート
１３ ウェル
１４ 照明装置
１５ ＸＹ駆動装置（カメラ光軸移動手段）
２０ 遮光板（フィルタ）
３０ 制御部
３２ 表示装置
３４ 入力装置
ＣＬ 液滴の中央部
Ｅ 液滴
Ｈ 照明領域
Ｌ 照明光
Ｓ 遮光領域
Ｗ ウェルの輪郭
Ｚ 液滴の輪郭
ＺＬ 左側の端部部分
ＺＲ 右側の端部部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶化プレート内の液滴中の、タンパク質などの高分子化合物の結晶を観察する結晶観察装置に係り、特に、例えばタンパク質の結晶を観察するに際し、観察者が容易にタンパク質の結晶化判定が行えるように液滴の拡大画像を効率的に取得する上で好適な結晶観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の結晶観察装置では、例えばモニタ画面のある顕微鏡などで液滴内のタンパク質等の高分子化合物の結晶を観察する場合、観察者はモニタ画面を見ながらレンズ倍率を上げ下げしたり、結晶化プレートを動かしたりしながら各ウェルの液滴内の結晶の観察を行っている。ここで、観察者がモニタ画面から目視によってタンパク質等の結晶化判定を行う際は、液滴部分は照明光が液滴内を十分に透過して暗部の少ないことが望ましい。しかし、このような暗部の少ない画像は、液滴と背景との輝度差が小さい。そのため、液滴部分の画像の抽出が困難である。したがって、このような観察作業を複数のウェルごとに行うのは非常に時間が掛かる。
【０００３】
また、目視によるタンパク質の結晶化判定は、液滴内に形成した微小な結晶を観察するために拡大画像が必要となる。しかし、このような拡大画像を取得する場合、観察用のカメラの光軸が液滴中心から大きくずれていると、液滴全体が充分に拡大されないままそれ以上ズームインすると画面からはみ出してしまう状態に達することや、いくら倍率を上げても画像上に液滴が写らないといったことが起こる。
そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、観察画像中の輝度変化情報を利用して微分処理などの画像処理によって液滴部を背景から抽出する手法が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−３４５８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、画像処理によって液滴部分を抽出するものなので、上記のように液滴と背景との輝度差がほとんどない画像の場合には、画像処理のみによって液滴部分を確実に抽出するのは難しく未だ改善の余地がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、液滴と背景との輝度差が小さい場合であっても、液滴部分の画像の抽出を容易とし、また、液滴の拡大画像を効率的に取得し得る結晶観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、液滴中の高分子化合物の結晶を観察する結晶観察装置であって、結晶化プレートのウェル内の液滴表面を照らすように対向配置された照明装置と、その照明装置と前記結晶化プレートとの間に配置されて前記液滴の輪郭を強調するためのフィルタとを備え、前記フィルタは、前記液滴表面に、明るい部分およびそれよりも暗い部分の二つの明るさの異なる部分をつくるように配置されていることを特徴としている。
【０００６】
本発明に係る結晶観察装置によれば、照明装置と結晶化プレートとの間に、液滴の輪郭を強調するためのフィルタを備えており、このフィルタは、液滴表面に明るい部分およびそれよりも暗い部分をつくるように配置されているので、このフィルタによる暗い部分によって液滴と背景との輝度差をつくりだし、これにより、液滴の輪郭を明瞭にすることができる。つまり、液滴は、その中央部が周縁部よりも厚い平凸のレンズをなしている。そのため、フィルタによって液滴表面につくられた暗い部分には、照明装置の光が液滴のレンズ効果で屈折してできた照度の高い部分が生じる。そのため、液滴の輪郭を明瞭にすることが可能である。したがって、液滴部分の画像の抽出を容易とし、これにより、観察者の観察作業の効率を向上させることができる。
【０００７】
ここで、本発明に係る結晶観察装置において、前記フィルタは、前記液滴に対しその径方向に相対的にスライド移動可能に設けられていることは好ましい。このような構成であれば、液滴の輪郭を強調するためのフィルタを、液滴の径方向に相対的にスライド移動させることができるので、液滴表面につくる明るい部分およびそれよりも暗い部分を異なる割合でつくることができる。そのため、液滴の輪郭を一層明瞭にし得て、液滴の輪郭を把握する上でより好適である。したがって、液滴中の高分子化合物の結晶を観察するに際し、観察者の観察作業の効率をより向上させることができる。
【０００８】
そして、本発明に係る結晶観察装置において、前記フィルタを前記液滴に対しその径方向に相対的にスライド移動させるスライド移動手段と、そのスライド移動手段での所定の移動段階での画像データを取得する画像データ取得手段と、前記画像データ取得手段で取得した画像データに基づいて画像処理を行って液滴中心を特定する液滴中心特定手段と、その液滴中心特定手段で特定された液滴中心と観察用のカメラの光軸とを一致させるカメラ光軸移動手段とを有することは好ましい。このような構成であれば、液滴中心と観察用のカメラの光軸とを自動的に一致させることができるので、観察者の観察作業の効率を一層向上させることができる。
【０００９】
また、本発明に係る結晶観察装置において、前記液滴中心特定手段は、前記画像データ取得手段で取得したいずれか一の画像データに基づいて、当該いずれか一の画像データのみから液滴中心を特定する第一の特定手段と、前記第一の特定手段で液滴中心が特定されないときに、前記複数の段階に分けて取得した画像データのうち、左右端部に位置する情報をもつ二つの画像データを選定し、当該選定した二つの画像データのもつ前記左右端部に位置する情報から液滴中心を特定する第二の特定手段とを有することは好ましい。
【００１０】
このような構成であれば、液滴の輪郭領域が鮮明な場合には、第一の特定手段によって、一の画像データのみから液滴の中心を特定するので、迅速な特定がなされ、これにより、処理時間を短縮することができる。また、液滴の輪郭領域が不鮮明で一の画像データのみからの特定が難しい場合には、第二の特定手段によって、左右端部に位置する二つの画像データから液滴の中心を特定するので、その分の処理時間を要するものの、液滴の輪郭領域が不鮮明な場合であっても、確実に液滴の中心を特定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
上述のように、本発明によれば、液滴中の高分子化合物の結晶を観察するに際し、液滴と背景との輝度差が小さい場合であっても、液滴部分の画像の抽出を容易とし、また、液滴の拡大画像を効率的に取得し得る結晶観察装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
まず、本発明に係る結晶観察装置に使用する結晶化プレートについて説明する。図１は、本発明に係る結晶観察装置に使用する結晶化プレートを示す図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその正面図である。
同図に示すように、この結晶化プレート１２は、ハンギングドロップ法用の結晶化プレートであり、この結晶化プレート１２の表面には複数のウェル１３が格子状に整列している。この結晶化プレート１２の使用方法は、ウェル１３にリザーバ溶液を分注し、別に用意するカバーガラス１３ａの表面に蛋白質溶液とリザーバ溶液との混合ドロップを作製した後、カバーガラスを反転させ、ウェル１３の開口部にかぶせる。なお、ウェルの開口面には、予めグリスなどのシール剤が塗布されており、カバーガラス１３ａを載せるだけで、ウェル１３の開口部が密閉されるようになっている。このようにして、ハンギングドロップ法では、カバーガラス１３ａの表面に液滴を作製し、そのカバーガラス１３ａを反転して結晶化プレート１２上のウェル１３の開口部にかぶせる作業を行った結晶化プレート１２を用いる。
【００１３】
以下、本発明に係る結晶観察装置の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図２は、本発明に係る結晶観察装置の一実施形態を説明するための斜視図である。
同図に示すように、この結晶観察装置１０は、矩形の平板からなるテーブル２を有し、そのテーブル２上には、スライド移動装置３が設置されている。このスライド移動装置３は、テーブル２にその左右（Ｘ）方向に沿って固定された案内レール部３ａと、その案内レール部３ａに沿ってスライド移動可能に設けられたスライド移動部３ｂと、そのスライド移動部３ｂを駆動する電動アクチュエータ部３ｃとを備えて構成されている。そして、この電動アクチュエータ部３ｃは、制御部３０に接続されており、制御部３０からの制御信号に応じてスライド移動部３ｂを左右（Ｘ）方向に所望の移動量だけスライド移動可能になっている。
【００１４】
また、このスライド移動装置３には、そのスライド移動部３ｂの上方且つ左右（Ｘ）方向の両側に一対の結晶化プレート支持部材３ｄが配置されている。これら一対の結晶化プレート支持部材３ｄは、スライド移動装置３よりもテーブル２の前後（Ｙ）方向手前の側に張り出した、オーバーハングした状態で設けられている。そして、上述した結晶化プレート１２が、このオーバーハングした状態で一対の結晶化プレート支持部材３ｄ上に載置され、着脱可能に支持される。
【００１５】
また、オーバーハングした状態の結晶化プレート１２の下方のテーブル２上には、照明装置１４が配置されており、この照明装置１４によって下方から結晶化プレート１２のウェル１３内の液滴表面を照らすようになっている。さらに、この照明装置１４と結晶化プレート１２との間には、液滴表面の照度を調整して液滴の輪郭を強調するためのフィルタとして遮光板２０が配置されており、この遮光板２０によって、液滴表面に、明るい部分およびそれよりも暗い部分の二つの明るさの異なる部分をつくることができるようになっている（後に詳述する）。
【００１６】
上記照明装置１４は、テーブル２上に固定されており、また遮光板２０は図示しない駆動装置により駆動されて、照明装置１４の上部をカメラ１１と同期して左右（Ｘ）方向に移動するようになっている。
さらに、上記テーブル２上には、スライド移動装置３よりも奥側に支柱４が立設されており、この支柱４の上部には、ＸＹ駆動装置１５を介して観察用のカメラ１１が装備されている。このカメラ１１は、上記一対の結晶化プレート支持部材３ｄ上に載置された結晶化プレート１２の上方に対向配置されており、結晶化プレート１２の表面を、上記照明装置１４によって下方から照らされた液滴の反対の側から撮像することができる。
【００１７】
また、このカメラ１１は、ズーム機能を有し、撮像対象を拡大および縮小して撮像可能になっており、撮像された画像データは、制御部３０に入力され、また、制御部３０は、ディスプレイ等の表示装置３２に接続されており、撮像された画像等を表示装置３２に表示するようになっている。そして、ＸＹ駆動装置１５は制御部３０に接続されており、制御部３０からの制御信号に応じて駆動して、カメラ１１を、上記左右（Ｘ）方向および前後（Ｙ）方向のそれぞれに移動させ、これにより、結晶化プレート１２上での必要な位置に位置させることが可能になっている。
【００１８】
次に、この結晶観察装置１０の制御部３０についてより詳しく説明する。
制御部３０は、以下いずれも図示しない、所定の制御プログラムに基づいて、演算およびこの結晶観察装置１０のシステム全体を制御するＣＰＵと、所定領域に予めＣＰＵの制御プログラム等を格納しているＲＯＭと、ＲＯＭ等から読み出したデータやＣＰＵの演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭと、上記カメラ１１、ＸＹ駆動装置１５、スライド移動装置３の電動アクチュエータ部３ｃ、表示装置３２およびキーボード等の入力装置３４を含めた外部装置に対してデータの入出力を媒介するＩ／Ｆ（インターフェイス）とを有して構成されている。これらは、データを転送するための信号線であるバスで相互にかつデータ授受可能に接続されている。そして、入力装置３４からは、結晶観察装置１０を作動させる所定の操作信号が、観察者によるスイッチ操作により入力されるようになっている。
【００１９】
ここで、この制御部３０は、観察者が入力装置３４から所定の操作信号を入力すると、結晶化プレート１２のウェル１３内の液滴中心を特定する液滴中心特定処理を実行し、ＸＹ駆動装置１５を駆動して、その液滴中心特定手段で特定された液滴中心と観察用のカメラ１１の光軸とを一致させ、これにより、観察者が容易に結晶化の判断が行えるようになっている。
【００２０】
以下、この制御部３０での液滴中心特定処理について図３および図４を適宜参照しつつ説明する。なお、図３および図４は、制御部３０で実行される液滴中心特定処理のフローチャートであり、図３は液滴中心特定処理全体を、また、図４は、図３での第一および第二特定処理のそれぞれを示している。
この結晶観察装置１０では、観察者が入力装置３４から所定の操作信号を入力すると、制御部３０では、図３に示す液滴中心特定処理がＣＰＵにおいて実行されて、まず、ステップＳ１に移行するようになっている。
【００２１】
ステップＳ１では、遮光板２０およびＸＹ駆動装置１５が同期して駆動されて、これにより、結晶化プレート１２に対し、カメラ１１および遮光板２０を予め設定した距離ずつ左右（Ｘ）方向に移動し、液滴に対しその径方向に複数の段階（ｎ）に分けて移動させたｎ枚の画像をカメラ１１で撮影し、各段階（ｎ）の画像それぞれを制御部３０内の所定の記憶領域に記憶し、ステップＳ２に移行する。
ステップＳ２では、一連の第一の特定処理が実行されてステップＳ３に移行する。ここで、この第一の特定処理は、ステップＳ１で取得したいずれか一の画像データに基づいて、当該いずれか一の画像データのみから液滴中心を特定する処理である。なお、以下説明する第一ないし第二の特定処理において、画像データの二値化および領域分割等の画像処理は、通常なされる画像処理同様の処理なので、詳しい説明は省略する。
【００２２】
この第一の特定処理では、図４（ａ）に示すように、まず、ステップＳ１１に移行して、最初の一の画像データ（ｉ）を呼び出して、ステップＳ１２に移行し、ステップＳ１２では、画像データ（ｉ）を二値化してステップＳ１３に移行し、ステップＳ１３では、二値化した画像データ（ｉ）を領域分割してステップＳ１４に移行する。そして、ステップＳ１４では、液滴として認識可能か否かが判断され、認識可能（液滴有り）と判断した場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ１５に移行し、そうでないときには（Ｎｏ）ステップＳ１６に移行して画像データ（ｉ）がｎ枚目の画像か否かを判定し、ｎ枚目の画像であれば（Ｙｅｓ）処理を戻し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ１７に移行して次の一の画像データ（ｉ＝ｉ＋１）を指定し、処理をステップＳ１１に戻す。そして、ステップＳ１５では、液滴として認識された一の画像データ（ｉ）の液滴中心の座標を算出し、処理を戻す。そして、続くステップＳ３では、液滴中心の座標が特定されたか否かを判定し、特定されていれば（Ｙｅｓ）ステップＳ６に移行し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ４に移行する。
【００２３】
ステップＳ４では、一連の第二の特定処理が実行されてステップＳ５に移行する。ここで、この第二の特定処理は、ステップＳ２での第一の特定手段で液滴中心が特定されないときに、前記複数の段階（ｎ）に分けて取得した画像データのうち、左右端部に位置する情報をもつ二つの画像データを選定し、当該選定した二つの画像データのもつ左右端部に位置する情報から液滴中心を特定する処理である。
【００２４】
詳しくは、図４（ｂ）に示すように、この第二の特定処理では、まず、ステップＳ２１に移行して、最初の一の画像データ（ｉ）を呼び出して、ステップＳ２２に移行し、ステップＳ２２では、画像データ（ｉ）を二値化してステップＳ２３に移行し、ステップＳ２３では、二値化した画像データ（ｉ）を領域分割してステップＳ２４に移行する。そして、ステップＳ２４では、遮光領域の境界線を抽出する処理がなされてステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５では、抽出された遮光領域の境界線が右に凸か否かが判断され、右に凸（Ｙｅｓ）と判断した場合にはステップＳ２８に移行し、ステップＳ２８では、最も右端部に位置する座標を最右端座標として記憶してステップＳ２９に移行する。一方、右に凸でないと判断した場合には（Ｎｏ）ステップＳ２６に移行し、ステップＳ２６では、画像データ（ｉ）がｎ枚目の画像か否かを判定し、ｎ枚目の画像であれば（Ｙｅｓ）処理を戻し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ２７に移行して次の一の画像データ（ｉ＝ｉ＋１）を指定し、処理をステップＳ２１に戻す。
【００２５】
そして、ステップＳ２９では、抽出された遮光領域の境界線が左に凸か否かが判断され、左に凸（Ｙｅｓ）と判断した場合にはステップＳ３０に移行し、ステップＳ３０では、最も左端部に位置する座標を最左端座標として記憶してステップＳ３１に移行する。そして、ステップＳ３１では、最右端座標と最左端座標とから液滴中心の座標を算出し、処理を戻す。一方、左に凸でないと判断した場合には（Ｎｏ）ステップＳ２６に移行する。そして、ステップＳ５では、液滴中心の座標が特定されたか否かを判定し、特定されていれば（Ｙｅｓ）ステップＳ６に移行し、そうでなければ（Ｎｏ）ステップＳ１に処理を戻す。
【００２６】
そして、ステップＳ６では、特定された液滴中心の座標を記憶してステップＳ７に移行し、ステップＳ７では、上記特定された液滴中心の座標と観察用のカメラ１１の光軸の座標とを一致させるように上記ＸＹ駆動装置１５が駆動され相互の座標を一致して処理を終了する。
ここで、上述のスライド移動装置３が上記スライド移動手段に対応し、観察用のカメラであるカメラ１１が上記画像データ取得手段を兼ねてこれに対応している。また、制御部３０で実行される液滴中心特定処理でのステップＳ１〜ステップＳ６が上記液滴中心特定手段に対応し、そのうちのステップＳ２（ステップＳ１１〜Ｓ１６）が上記第一の特定手段に対応し、ステップＳ４（ステップＳ２１〜Ｓ３１）が上記第二の特定手段に対応している。また、上記ＸＹ駆動装置１５および液滴中心特定処理でのステップＳ７が上記カメラ光軸移動手段に対応している。
【００２７】
次に、この結晶観察装置１０の作用・効果について図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図５は、液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図であり、遮光板をスライド移動することによって変遷する画像のイメージ（（ａ）〜（ｆ））を示している。また、図６〜図９は、液滴中心特定処理で液滴の輪郭を認識する際に、液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図であり、各図下側は結晶化プレート１２のウェル１３の縦断面を模式的に示し、また、各図上側は各図下側のときにカメラ１１に撮像される画像のイメージを示している。
【００２８】
この結晶観察装置１０を使用して液滴中のタンパク質の結晶を観察するときは、観察者は、図２に示すように、ハンギングドロップ法用の結晶化プレート１２を結晶観察装置１０の一対の結晶化プレート支持部材３ｄ上に載置する。次いで、観察するウェル１３およびその下方に位置する照明装置１４に対し、カメラ１１、遮光板２０を液滴が画像中の遮光領域内に収まるよう、所定位置に位置させる。その後、観察者は、入力装置３４から所定の操作信号を入力する。これにより、制御部３０では、液滴中心特定処理が実行されることになるが、まず、観察するウェル１３の画像撮影が開始される（撮像工程）。この画像撮影では、カメラ１１および遮光板２０を、予め設定した距離ずつ、液滴に対しその径方向に複数の段階（ｎ）に分けて移動させ、カメラ１１でｎ枚の画像を撮影し、これを制御部３０内の所定の記憶領域に記憶する（ステップＳ１）。
【００２９】
ここで、この結晶観察装置１０によれば、照明装置１４と結晶化プレート１２との間に、液滴の輪郭を強調するためのフィルタとして遮光板２０を設置しているので、画像撮影の際、液滴表面に、明るい部分およびそれよりも暗い部分の二つの明るさの異なる部分をつくることができる。これにより、撮影された画像からの液滴Ｅの輪郭の抽出が容易になる。
すなわち、照明装置１４と結晶化プレート１２との間に遮光板２０を配した状態で、液滴に対しその径方向に複数の段階（ｎ）に分けて遮光板２０を相対移動させて画像を撮影すると、撮影された画像は、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように変遷する。
【００３０】
つまり、初期の図５（ａ）に示す画像においては、遮光板２０の影（遮光領域Ｓ）の中にある液滴Ｅは、遮光板２０の移動によって徐々に照明領域Ｈに現れてくる。ここで、図６にイメージを示すように、ハンギングドロップ法での液滴Ｅは、その中央部ＣＬが周縁部よりも厚い平凸のレンズをなしている。そのため、遮光板２０によって液滴Ｅの表面につくられた暗い部分には、照明装置１４の照明光Ｌが液滴Ｅのレンズ効果で屈折してできた照度の高い部分Ｚ１が生じるものと考えられる。そのため、照明領域Ｈに現れた液滴Ｅの輪郭Ｚは、図６に示すように、液滴Ｅのレンズ効果によって遮光板２０を投影する。したがって、照明領域Ｈに現れた液滴Ｅの輪郭は、背景の照明領域Ｈよりも低輝度になり、これにより、液滴Ｅの輪郭Ｚの抽出が容易になるのである（図５（ｂ）参照）。なお、各図での符号Ｇは、液滴Ｅのレンズの焦点である。また、符号Ｗはウェル１３の輪郭である。
【００３１】
同様にして所定距離毎に撮像される画像は、図７にイメージを示すように投影されて図５（ｃ）に示すように撮像され、更に遮光板２０の移動が進み、図８にイメージを示すように投影される。そのため、液滴Ｅの左端部が遮光領域Ｓの外にでる直前には、今度は液滴Ｅのレンズ効果によって照明光Ｌを投影するので、これにより、図５（ｄ）に示すように、遮光領域Ｓに現れた液滴Ｅの輪郭Ｚは、背景の遮光領域Ｓよりも高輝度となり、やはり上記と同様にして、液滴Ｅの輪郭Ｚが明瞭となり、その抽出が容易になる。
【００３２】
次に、制御部３０は、上記の撮像工程で撮影されたｎ枚の画像から液滴中心特定処理によって液滴Ｅの中心座標を求める。ここで、この制御部３０の液滴中心特定処理は、第一の特定処理（ステップＳ２）および第二の特定処理（ステップＳ４）の二つのステップで行われる。そして、図５（ｆ）に示すように、背景との輝度差が大きい液滴Ｅの場合には、第一の特定処理の段階で中心座標を求めることができる。
【００３３】
つまり、例えば図９にイメージを示すように、液滴Ｅの形状や厚み、さらにはウェル１３の底部Ｄのレンズ効果等の条件によっては、液滴全体が完全に遮光領域Ｓの外に出た状態においても、液滴Ｅの輪郭Ｚと背景との輝度に差が生じる場合がある。そして、この場合において、図５（ｆ）に示すように、一の画像のみから液滴Ｅの輪郭Ｚを十分に認識でき、液滴Ｅの輪郭Ｚの抽出が容易な場合もある。そこで、この制御部３０の液滴中心特定処理では、液滴Ｅの輪郭Ｚが鮮明な場合には、第一の特定処理で、一の画像データのみから液滴Ｅの中心を特定するので、処理時間を短縮することができる（ステップＳ２〜Ｓ３）。
【００３４】
また、先の第一の特定処理で液滴の抽出が成功しなかった場合には、次の第二の特定処理に移行し、この第二の特定処理では、図５（ｂ）に示すように、遮光領域Ｓから照明領域Ｈ側に突出した部分ＺＲを液滴Ｅの右側の端部部分と推定し、この最も右側の端部部分ＺＲの座標である最右端座標を求め、これをその撮像位置での最右座標として記憶する。
そして、処理が進んでゆくと、液滴Ｅは、図５（ｄ）に示すような状態で、こんどは左側の端部が照明領域Ｈから遮光領域Ｓ側に突出したような状態となるため、この突出した部分ＺＬを液滴Ｅの左側の端部部分と推定し、この最も左側の端部部分ＺＬの座標である最左端座標を求め、これをその撮像位置での最左座標として記憶する。そして、上記記憶した最右座標および最左座標との中間点を液滴Ｅの中心座標と推定し、その座標を求める。これにより、液滴Ｅの輪郭Ｚが不鮮明で一の画像データのみからの液滴Ｅの輪郭Ｚの特定が難しい場合であっても、左右端部に位置する二つの画像データから液滴の中心を特定することができるので、その分の処理時間を要するものの、確実に液滴の中心を特定可能である（ステップＳ４〜Ｓ５）。
【００３５】
最後に、求めた液滴Ｅの中心座標から現在のカメラ１１の光軸と液滴Ｅの中心との距離を算出し、カメラ１１をＸＹ駆動装置１５で移動させて、液滴中心を画像中心と一致させる。そして、その状態からカメラ１１をズームインさせれば、効果的に液滴Ｅの拡大画像が得られる（ステップＳ７）。なお、この遮光板２０は駆動装置を備えていて、結晶化プレート１２に対して相対的に可動式になっており、液滴Ｅの拡大画像を撮影する際には、待避位置まで移動することによって陰影の少ない画像を撮影することが可能である。
【００３６】
以上説明したように、この結晶観察装置１０によれば、照明装置１４と結晶化プレート１２との間に遮光板２０を設置し、これによって照明光Ｌを遮って、液滴Ｅの表面に明るい部分およびそれよりも暗い部分の二つの明るさの異なる部分をつくり、低輝度の遮光領域Ｓが液滴Ｅに投影されるようにすることによって、液滴Ｅの輪郭Ｚと背景との輝度差を明瞭にして液滴Ｅの輪郭Ｚの分離抽出を容易にすることができる。したがって、液滴Ｅと背景との輝度差が小さい場合であっても、液滴部分の画像の抽出を容易とし、また、液滴の拡大画像を効率的に取得することができる。
【００３７】
なお、本発明に係る結晶観察装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、遮光板をフィルタとして用いたが、これに限定されず、液滴表面に、明るい部分およびそれよりも暗い部分の二つの明るさの異なる部分をつくり、液滴の輪郭Ｚを強調することができるフィルタであれば、種々のフィルタを採用することができる。しかし、二つの明るさの異なる部分を液滴表面に簡単につくる上では、フィルタとして遮光板を用いることは好ましい。
【００３８】
また、例えば、上記実施形態では、遮光板２０は、結晶化プレート１２の液滴に対しその径方向にスライド移動可能に設けられている例で説明したが、これに限定されず、例えば遮光板２０は固定構造とし、その遮光板２０に対して結晶化プレート１２をスライド移動可能に設けてもよい。しかし、撮影された画像からの液滴Ｅの輪郭の抽出をより容易にする上では、遮光板を、液滴に対しその径方向に相対的にスライド移動可能に設け、例えば上記実施形態のようにその径方向に複数の段階に分けて相対的にスライド移動させて各段階それぞれの画像データを取得するように構成することは好ましい。
【００３９】
また、例えば、上記実施形態では、制御部３０での液滴中心特定処理は、第一の特定処理（ステップＳ２）および第二の特定処理（ステップＳ４）の二つのステップで行われる例で説明したが、これに限定されず、第二の特定処理のみによって液滴中心を特定するものであってもよい。しかし、液滴Ｅの輪郭の抽出をより確実なものとする上では、上記実施形態のように、二つのステップで液滴中心を特定することは好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ハンギングドロップ法に使用する結晶化プレートの一例を示す図であり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその正面図である。
【図２】本発明に係る結晶観察装置の一実施形態を説明するための斜視図である。
【図３】制御部で実行される液滴中心特定処理のフローチャートである。
【図４】制御部で実行される液滴中心特定処理のフローチャートである。
【図５】液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図であり、遮光板をスライド移動することによって変遷する画像のイメージ（（ａ）〜（ｆ））を示している。
【図６】液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図である。
【図７】液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図である。
【図８】液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図である。
【図９】液滴の輪郭を強調して画像を取得するイメージを示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
２ テーブル
３ スライド移動装置（スライド移動手段）
４ 支柱
１０ 結晶観察装置
１１ カメラ
１２ 結晶化プレート
１３ ウェル
１４ 照明装置
１５ ＸＹ駆動装置（カメラ光軸移動手段）
２０ 遮光板（フィルタ）
３０ 制御部
３２ 表示装置
３４ 入力装置
ＣＬ 液滴の中央部
Ｅ 液滴
Ｈ 照明領域
Ｌ 照明光
Ｓ 遮光領域
Ｗ ウェルの輪郭
Ｚ 液滴の輪郭
ＺＬ 左側の端部部分
ＺＲ 右側の端部部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴中の高分子化合物の結晶を観察する結晶観察装置であって、
結晶化プレートのウェル内の液滴表面を照らすように対向配置された照明装置と、その照明装置と前記結晶化プレートとの間に配置されて前記液滴の輪郭を強調するためのフィルタとを備え、前記フィルタは、前記液滴表面に、明るい部分およびそれよりも暗い部分の二つの明るさの異なる部分をつくるように配置されていることを特徴とする結晶観察装置。
【請求項２】
前記フィルタを前記液滴に対しその径方向に相対的にスライド移動させるスライド移動手段と、そのスライド移動手段での所定の移動段階での画像データを取得する画像データ取得手段と、前記画像データ取得手段で取得した画像データに基づいて画像処理を行って液滴中心を特定する液滴中心特定手段と、その液滴中心特定手段で特定された液滴中心と観察用のカメラの光軸とを一致させるカメラ光軸移動手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の結晶観察装置。
【請求項３】
前記液滴中心特定手段は、前記画像データ取得手段で取得したいずれか一の画像データに基づいて、当該いずれか一の画像データのみから液滴中心を特定する第一の特定手段と、前記第一の特定手段で液滴中心が特定されないときに、前記複数の段階に分けて取得した画像データのうち、左右端部に位置する情報をもつ二つの画像データを選定し、当該選定した二つの画像データのもつ前記左右端部に位置する情報から液滴中心を特定する第二の特定手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の結晶観察装置。
【請求項１】
液滴中の高分子化合物の結晶を観察する結晶観察装置であって、
結晶化プレートのウェル内の液滴表面を照らすように対向配置された照明装置と、その照明装置と前記結晶化プレートとの間に配置されて前記液滴の輪郭を強調するためのフィルタとを備え、前記フィルタは、前記液滴表面に、明るい部分およびそれよりも暗い部分の二つの明るさの異なる部分をつくるように配置されていることを特徴とする結晶観察装置。
【請求項２】
前記フィルタを前記液滴に対しその径方向に相対的にスライド移動させるスライド移動手段と、そのスライド移動手段での所定の移動段階での画像データを取得する画像データ取得手段と、前記画像データ取得手段で取得した画像データに基づいて画像処理を行って液滴中心を特定する液滴中心特定手段と、その液滴中心特定手段で特定された液滴中心と観察用のカメラの光軸とを一致させるカメラ光軸移動手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の結晶観察装置。
【請求項３】
前記液滴中心特定手段は、前記画像データ取得手段で取得したいずれか一の画像データに基づいて、当該いずれか一の画像データのみから液滴中心を特定する第一の特定手段と、前記第一の特定手段で液滴中心が特定されないときに、前記複数の段階に分けて取得した画像データのうち、左右端部に位置する情報をもつ二つの画像データを選定し、当該選定した二つの画像データのもつ前記左右端部に位置する情報から液滴中心を特定する第二の特定手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の結晶観察装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１１４０２２（Ｐ２００９−１１４０２２Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８８９５１（Ｐ２００７−２８８９５１）
【出願日】平成１９年１１月６日（２００７．１１．６）
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月６日（２００７．１１．６）
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
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