特開 2024-67411 センサデバイス及びセンシングシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024067411

(43)【公開日】2024-05-17

(54)【発明の名称】センサデバイス及びセンシングシステム

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20240510BHJP

   G08C 15/00 20060101ALI20240510BHJP

   G01D 11/24 20060101ALI20240510BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 C

G08C15/00 D

G01D11/24 Z

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022177467

(22)【出願日】2022-11-04

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-04-21

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．セルフォック

(71)【出願人】

【識別番号】518240369

【氏名又は名称】株式会社ＩＤＤＫ

(74)【代理人】

【識別番号】100109841

【弁理士】

【氏名又は名称】堅田 健史

(74)【代理人】

【識別番号】100167933

【弁理士】

【氏名又は名称】松野 知紘

(74)【代理人】

【識別番号】100174137

【弁理士】

【氏名又は名称】酒谷 誠一

(72)【発明者】

【氏名】上野 宗一郎

(72)【発明者】

【氏名】岩屋 雄介

【テーマコード（参考）】

2F073

4B029

【Ｆターム（参考）】

2F073AA01

2F073AA02

2F073AA11

2F073AB01

2F073AB11

2F073BB01

2F073BB04

2F073BC01

2F073BC02

2F073CC03

2F073CD11

2F073DD07

2F073EF09

2F073FF01

2F073FG01

2F073FG02

2F073FG11

2F073GG01

2F073GG04

2F073GG09

4B029AA27

4B029BB01

4B029CC01

4B029CC02

4B029DF10

4B029GB04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】インキュベータ内部の培養用容器のそれぞれの位置において環境情報を取得する。
【解決手段】インキュベータ内で使用されるセンサデバイスであって、周囲の環境情報を検出するセンサ１６と、センサが設けられた基板１５と、前記センサによって検出された環境情報を送信する通信モジュール１７と、を備える。
【選択図】図４Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

インキュベータ内で使用されるセンサデバイスであって、
周囲の環境情報を検出するセンサと、
センサが設けられた基板と、
前記センサによって検出された環境情報を送信する通信モジュールと、
を備えるセンサデバイス。

【請求項2】

前記センサは筐体に少なくとも一部が覆われており
前記筐体の少なくとも一面のパネルには、複数の開口が形成されるように、少なくとも一つの羽根部材が設けられている
請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項3】

前記センサの検出面が横向きまたは下方に向くように当該センサが前記基板に設置されている
請求項１または２に記載のセンサデバイス。

【請求項4】

培養用容器内の観察対象物を下から撮像可能なように設けられた光電変換素子を更に備え、
前記通信モジュールは、前記環境情報に加えて更に前記光電変換素子で得られた画像信号を送信する
請求項１または２に記載のセンサデバイス。

【請求項5】

前記基板及び前記センサを収容する筐体を更に備え、
前記筐体は、前記光電変換素子の下方に設けられている
請求項４に記載のセンサデバイス。

【請求項6】

前記光電変換素子で得られた画像信号に対して信号処理を施すロジック回路部を備え、
前記ロジック回路部は、前記筐体の内天面側の面とは反対の前記基板の面に設けられている
請求項４に記載のセンサデバイス。

【請求項7】

筐体を備え、
前記基板は、前記筐体の内天面に固定されており、
前記センサは、前記筐体の内天面側の面とは反対の前記基板の面に設けられている
請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項8】

前記通信モジュールは、前記筐体の内天面側の面とは反対の前記基板の面に設けられている
請求項７に記載のセンサデバイス。

【請求項9】

対象物に対して取り外し可能に取り付けるための取付部材を備える
請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項10】

前記環境情報は、温度、湿度または二酸化炭素濃度のうち少なくとも一つである
請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項11】

インキュベータ内で使用される、請求項１に記載の複数のセンサデバイスと、
複数の前記センサデバイスによって検出された環境情報を取得する情報処理装置と、
を備えるセンシングシステム。

【請求項12】

複数の前記センサそれぞれは、当該センサの検出面が横向きまたは下向きに向くように設置されている
請求項１１に記載のセンシングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサデバイス及びセンシングシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、インキュベータ内部の環境情報（例えば、温度、湿度または二酸化炭素濃度など）を取得し、監視することが行われている。例えば、特許文献１では、環境情報取得部は、インキュベータ内部の温度、湿度及び二酸化炭素濃度の少なくともいずれか１つに関する情報を環境情報として取得することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１１号公報

【特許文献2】特開２０２０－８６６７号公報

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の態様に係るセンサデバイスは、インキュベータ内で使用されるセンサデバイスであって、周囲の環境情報を検出するセンサと、センサが設けられた基板と、前記センサによって検出された環境情報を送信する通信モジュールと、を備える。

【0005】

本発明の第２の態様に係るセンサデバイスは、第１の態様に係るセンサデバイスであって、前記センサは筐体に少なくとも一部が覆われており前記筐体の少なくとも一面のパネルには、複数の開口が形成されるように、少なくとも一つの羽根部材が設けられている。

【0006】

本発明の第３の態様に係るセンサデバイスは、第１または２の態様に係るセンサデバイスであって、前記センサの検出面が横向きまたは下方に向くように当該センサが前記基板に設置されている。

【0007】

本発明の第４の態様に係るセンサデバイスは、第１から３のいずれかの態様に係るセンサデバイスであって、培養用容器内の観察対象物を下から撮像可能なように設けられた光電変換素子を更に備え、前記通信モジュールは、前記環境情報に加えて更に前記光電変換素子で得られた画像信号を送信する。

【0008】

本発明の第５の態様に係るセンサデバイスは、第４の態様に係るセンサデバイスであって、前記基板及び前記センサを収容する筐体を更に備え、前記筐体は、前記光電変換素子の下方に設けられている。

【0009】

本発明の第６の態様に係るセンサデバイスは、第４または５の態様に係るセンサデバイスであって、前記光電変換素子で得られた画像信号に対して信号処理を施すロジック回路部を備え、前記ロジック回路部は、前記筐体の内天面側の面とは反対の前記基板の面に設けられている。

【0010】

本発明の第７の態様に係るセンサデバイスは、第１から６のいずれかの態様に係るセンサデバイスであって、筐体を備え、前記基板は、前記筐体の内天面に固定されており、前記センサは、前記筐体の内天面側の面とは反対の前記基板の面に設けられている。

【0011】

本発明の第８の態様に係るセンサデバイスは、第７の態様に係るセンサデバイスであって、前記通信モジュールは、前記筐体の内天面側の面とは反対の前記基板の面に設けられている。

【0012】

本発明の第９の態様に係るセンサデバイスは、第１から８のいずれかの態様に係るセンサデバイスであって、対象物に対して取り外し可能に取り付けるための取付部材を備える。

【0013】

本発明の第１０の態様に係るセンサデバイスは、第１から９のいずれかの態様に係るセンサデバイスであって、前記環境情報は、温度、湿度または二酸化炭素濃度のうち少なくとも一つである。

【0014】

本発明の第１１の態様に係るセンシングシステムは、インキュベータに第１から９のいずれかの態様に係る複数のセンサデバイスと、複数の前記センサデバイスによって検出された環境情報を取得する情報処理装置と、を備える。

【0015】

本発明の第１２の態様に係るセンシングシステムは、第１１の態様に係るセンシングシステムであって、複数の前記センサそれぞれは、当該センサの検出面が横向きまたは下向きに向くように設置されている。

【発明の効果】

【0016】

本発明の一態様によれば、インキュベータ内における各位置での環境情報を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】各実施形態に係るセンサシステムの一例の概略構成図である。

【図2】各実施形態に係るセンサデバイスの配置の一例である。

【図3】第１の実施形態に係るセンサデバイスの概略斜視図である。

【図4A】第１の実施形態に係るセンサデバイスの縦断面図である。

【図4B】第１の実施形態に係るセンサデバイスを上斜めの位置から見た図である。

【図5A】第１の実施形態に係るセンサデバイスを横から見た概略図である。

【図5B】第１の実施形態の変形例に係るセンサデバイスを横から見た概略図である。

【図6】第１の実施形態に係るセンサの概略縦断面図である。

【図7】第１の実施形態に係る情報処理装置の構成を示す概略図である。

【図8】第２の実施形態に係るセンサデバイスの概略斜視図である。

【図9】第２の実施形態に係るセンサデバイスの縦断面図である。

【図10】第２の実施形態に係るデバイスの断面図の一例である。

【図11】本実施形態に係るデバイスを用いた観察システムを模式的に示す電気ブロック図である。

【図12】デバイスの載置部の上方に観察対象が配置された様子を示す上面図である。

【図13】取得される顕微画像と、温度、湿度、二酸化炭素濃度の時系列変化を表す模式図である。

【図14】第２の実施形態の変形例に係るセンサデバイスの概略縦断面図である。

【図15】第３の実施形態に係るセンサデバイスの概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

【0019】

インキュベータ内部では、内部における位置によって環境情報（例えば、温度、湿度または二酸化炭素濃度など）が異なっている可能性がある。インキュベータ内部で位置によって環境情報が異なる場合、細胞が成長しやすい位置と、細胞が成長しにくい位置ができてしまい、インキュベータ内部での位置によって細胞の生育度合いに差ができてしまう。また各位置での生育速度や、それぞれの位置の間での生育速度の差を予測できないという問題がある。これに対して、インキュベータ内部の培養用容器（例えば、ディッシュまたはシャーレ）の位置それぞれについて環境情報を取得するのが難しいという問題がある。

【0020】

本実施形態の一態様では、上記問題に鑑みてなされたものであり、インキュベータ内部の培養用容器のそれぞれの位置において環境情報を取得することを可能とするセンサデバイス及びセンシングシステムを提供することを目的とする。

【0021】

また各位置における環境情報（例えば、温度、湿度または二酸化炭素濃度など）によって、細胞の状態が変化することが考えられるが、各位置における環境状態と細胞の状態の因果関係を把握することが難しいという問題もある。

【0022】

本実施形態の別の一態様では、各位置における環境状態と細胞の状態の因果関係を把握することを可能とするセンサデバイス及びセンシングシステムを提供することを目的とする。

【0023】

まず、はじめに各実施形態に共通する構成について説明する。図１は、各実施形態に係るセンサシステムの一例の概略構成図である。図１に示すように、センサシステムＳは、センサデバイス１－１、１－２、１－３、センサデバイス１－１、１－２、１－３と通信可能な情報処理装置６、情報処理装置６に接続された表示装置７を備える。センサデバイス１－１、１－２、１－３と情報処理装置６との通信は有線であっても無線であってもよい。情報処理装置６は例えば、パソコン、ノートパソコン、携帯端末、またはタブレットなどである。

【0024】

図２は、各実施形態に係るセンサデバイスの配置の一例である。図２に示すように、センサデバイス１－１、１－２、１－３は、インキュベータ１００の内部に設けられている。インキュベータ１００の内部には棚１０１と棚１０２が設けられている。センサデバイス１－１は一例として、対象物である棚１０１に対して取り外し可能に取り付けられている。培養用容器の一例であるシャーレ２がセンサデバイス１－１の上に設けられている。センサデバイス１－２は一例として、インキュベータの内側面に取り外し可能に取り付けられている。センサデバイス１－３は一例として、インキュベータの内天面に取り外し可能に取り付けられている。以下、センサデバイス１－１～１－３を総称してセンサデバイス１ともいう。

【0025】

なお、センサデバイス１－１はシャーレ２の下に設けられているとして説明したが、上に設けられていてもよい。

【0026】

＜第１の実施形態＞
図３は、第１の実施形態に係るセンサデバイスの概略斜視図である。図３に示すように、シャーレ２は、上側が解放された円柱状の載置部材２１と、載置部材２１の上側を覆うシャーレカバー２２を有する。センサデバイス１は、載置部材２１の下方に設けられている。

【0027】

図４Ａは、第１の実施形態に係るセンサデバイスの縦断面図である。図４Ｂは、第１の実施形態に係るセンサデバイスを上斜めの位置から見た図である。図４Ａに示すように、センサデバイス１は、筐体１０を備え、筐体１０は底板１１を有する。センサデバイス１は、底板１１の裏面側には、対象物に対して取り外し可能に取り付けるための取付部材２０を備える。ここで取付部材２０は例えば、マグネット、吸盤、または両面テープのような接着層である。

【0028】

図４Ｂに示すように、センサデバイス１は、底板１１の上に設けられた柱部材１２ａ～１２ｆと、柱部材１２ａ～１２ｆの上に設けられた天板１４を備える。天板１４の裏面には基板１５が固定されている。基板１５の下方側の面（裏面ともいう）に、周囲の環境情報（例えば、温度、湿度、または二酸化炭素濃度など）を検出するセンサ１６と、センサ１６によって検出された環境情報を送信する通信モジュール１７が固定されて設けられている。

【0029】

このように、基板１５は、筐体１０の内天面に固定されており、センサ１６は、筐体の内天面側の面とは反対の基板１５の面に設けられている。通信モジュール１７は、筐体の内天面側の面とは反対の前記基板の面に設けられている。

【0030】

図５Ａは、第１の実施形態に係るセンサデバイスを横から見た概略図である。図４及び図５Ａに示すように、柱部材１２ａ～１２ｆ同士の間には、空間が設けられている。これによって、柱部材１２ａ～１２ｆ同士の間に、空気が通ることができる。

【0031】

なお、センサデバイスの外観は、これに限ったわけではない。図５Ｂは、第１の実施形態の変形例に係るセンサデバイスを横から見た概略図である。図５Ｂに示すように、リング状の側板１８に空気を通すために貫通孔１９が設けられていてもよい。

【0032】

図６は、第１の実施形態に係るセンサの概略縦断面図である。図６に示すように、センサ１６は、筐体の一部を構成する底板１６１と、筐体の一部を構成する天板１６２と、底板１６１に固定されたセンサ本体１６３を備える。更に筐体１０の一方の側面側に羽根部材１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃが設けられ、筐体１０の他方の側面側に羽根部材１６５ａ、１６５ｂ、１６５ｃが設けられている。
このように、センサ１６は筐体１０に少なくとも一部が覆われており、当該筐体１０の少なくとも一面のパネルには、複数の開口が形成されるように、少なくとも一つの羽根部材１６４ａが設けられている。

【0033】

センサ本体１６３には、センサ１６の検出面１６３１が設けられており、このセンサの検出面１６３１が下方に向くように当該センサが前記基板に設置されている。なお、これに限らず、センサの検出面１６３１が横向きに設けられていてもよい。
このように、センサ１６の検出面１６３１が横向きまたは下向きに向くように当該センサ１６が基板１５に設置されている。これにより、インキュベータ内部において、センサ１６の検出面１６３１に付いた水滴が自動的に流れ落ちるので、センサによる環境情報の検出精度を維持することができる。

【0034】

図７は、第１の実施形態に係る情報処理装置の構成を示す概略図である。図７に示すように、情報処理装置６は、入力インタフェース６１、通信モジュール６２、ストレージ６３、メモリ６４、出力インタフェース６５、プロセッサ６６を備える。
入力インタフェース６１は、ユーザからの入力を受け付ける。通信モジュール６２は、センサデバイス１－１、１－２、１－３と通信する。この通信は有線であっても無線であってもよい。ストレージ６３は、プロセッサ６６が読み出して実行するためのプログラムが格納されている。メモリ６４は一時的にデータが格納される。出力インタフェース６５
は、表示装置７と接続されており、プロセッサ６６によって映像信号が出力される。プロセッサ６６は、通信モジュール６２で受信した環境情報をストレージ６３に蓄積する。

【0035】

以上、第１の実施形態に係るセンサデバイス１は、インキュベータ内で使用されるセンサデバイスであって、周囲の環境情報を検出するセンサ１６と、センサ１６が設けられた基板１５と、対象物に対して取り外し可能に取り付けるための取付部材２０と、センサ１６によって検出された環境情報を送信する通信モジュール１７と、を備える。これにより、インキュベータ内における各位置での環境情報を取得することができる。

【0036】

また第１の実施形態に係るセンシングシステムＳは、インキュベータにセンサデバイス１が複数設けられており、このセンシングシステムＳは、複数のセンサデバイス１によって検出された環境情報を取得する情報処理装置６を備える。これにより、インキュベータ内における各位置での環境情報を取得することができる。

【0037】

＜第２の実施形態＞
続いて第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態と比べて、培養用容器内の観察対象を下から撮像可能なように設けられた光電変換素子を更に備える点が異なっており、通信モジュールは、環境情報に加えて更に前記光電変換素子で得られた画像信号を送信する。

【0038】

図８は、第２の実施形態に係るセンサデバイスの概略斜視図である。図９は、第２の実施形態に係るセンサデバイスの縦断面図である。図８に示すように、センサデバイス１ｂの上に載置部材２１が設けられている。またシャーレカバー２２の上に配置するための照明デバイス３が設けられている。照明デバイス３は、円盤状の基板３１と基板３１に設けられた光源３２を有する。光源３２は例えばＬＥＤである。図９に示すように、基板３１のシャーレカバー２２側の面側において、基板３１に設けられた窪みに光源３２が埋め込まれて固定されていてもよい。これにより、基板３１をシャーレカバー２２の上に置いたときに、光源３２によって基板３１がシャーレカバー２２の表面から浮くことを防止することができる。

【0039】

図９に示すように、第２の実施形態に係るセンサデバイス１ｂは、図４の第１の実施形態に係るセンサデバイスに比べて、筐体１０ｂを構成する天板１４の上に、切り欠きが形成されている基板４と、基板４に形成された切り欠きに設けられた複数の光電変換素子を含むデバイス５とを備える。このような構成により、光源３２は、デバイス５に向かって光を照射可能である。ここでデバイス５は、マイクロイメージングデバイス（Micro Imaging Device：ＭＩＤ）ともいう。

【0040】

更に、基板１５の下方側の面（裏面）には、光電変換素子で得られた画像信号に対して信号処理を施すロジック回路部２００が固定されて設けられている。すなわち、ロジック回路部２００は、筐体の内天面側の面とは反対の基板１５の面に設けられている。
このように、基板１５及びセンサ１６を収容する筐体は、光電変換素子の下方に設けられており、光電変換素子で得られた画像信号に対して信号処理を施すロジック回路部２００を備える。

【0041】

図１０は、第２の実施形態に係るデバイスの断面図の一例である。図１０に示すように、デバイス５は、固体撮像装置５１と、撮影対象を配置することができる載置部５２と、を具備する。固体撮像装置５１は、光を集光するマイクロレンズ５３、およびマイクロレンズ５３により集光される光を受光する受光部、を含む画素５４が、所定の間隔で複数個配列されることにより構成されるセンサ部を有するものである。以下に、この固体撮像装置５１について具体的に説明する。

【0042】

図１０に示す固体撮像装置５１において、例えばシリコン等からなる半導体基板５５には、複数の不純物層である複数のフォトダイオード層５６が、配列形成されている。本実施形態においては、例えばフォトダイオード層５６が受光部となるが、受光部は、入射される光を受光して光電変換することができる光電変換素子であればよく、必ずしもフォトダイオード層５６である必要はない。

【0043】

また、複数のフォトダイオード層５６が設けられた半導体基板５５の表面上には、中間層５７が設けられており、中間層５７の表面上には、複数のマイクロレンズ５３が、配列された複数のフォトダイオード層５６の位置に対応して、配列形成されている。マイクロレンズ５３は、フォトダイオード層５６を基準に所定の視野角に収まるように入射した光の進行角度を制御する視野角制御層の一例である。

【0044】

なお、中間層５７は、例えばカラーフィルタ層等のような波長選択層、中間層の表面上を平坦にするための平坦化層等である。

【0045】

このような固体撮像装置５１は、フォトダイオード層５６と、このフォトダイオード層５６に光を集光するためのマイクロレンズ５３と、を含む画素５４を複数個有している。固体撮像装置５１において、複数の画素５４を所定の間隔で配列することによりセンサ部が構成されている。

【0046】

このようなデバイス５は、光源３２下に配置された状態で載置部５２に観察対象を配置し、具体的には、光源３２下に配置された状態で載置部５２の表面上あるいは内部に観察対象を配置し、このように配置された観察対象を固体撮像装置５１において撮影することにより、観察対象を観察することができるものである。なお、ここでは一例として光源３２は、観察対象をより詳細に撮影するために設けられた撮影専用の光源であるとして説明するが、例えばデバイス５が配置されるインキュベータ内の光源等であってもよい。

【0047】

図１１は、本実施形態に係るデバイスを用いた観察システムを模式的に示す電気ブロック図である。図１１に示す観察システムは、デバイス５のフォトダイオード層５６、信号処理回路であるロジック回路部２００、および情報処理装置６、表示装置７によって構成される。

【0048】

ロジック回路部２００は、デバイス５により得られた電圧信号（ｒａｗ ｄａｔａ）に対して色補正（ホワイトバランス、カラーマトリクス）、ノイズ補正（ノイズリダクション、傷補正）、画質補正（エッジ強調、ガンマ補正）等の所定の信号処理を施し、信号処理された電圧信号を画像信号として出力する。本実施形態においては、デバイス５に、像を結像するためのレンズや拡大縮小を目的とするレンズ等の光学レンズ系を含まないため、ロジック回路部２００には、このようなレンズ収差の補正やシェーディング補正するための補正回路は含まれていない。

【0049】

ここでは一例として、ロジック回路部２００は、固体撮像装置５１とは別基板に設けられた、固体撮像装置５１とは別部品あるものとして説明したが、これに限ったものではない。例えば画素５４が配列された領域であるセンサ部の周囲の半導体基板５５に設けることによって固体撮像装置５１に内蔵させてもよい。

【0050】

次に、情報処理装置６はロジック回路部２００から通信モジュール１７を介して画像信号を受信する。表示装置７は、例えばディスプレイ装置であり、この画像信号に基づいて観察対象の画像を形成し、表示する。表示装置７は、載置部材２１の内底に配置された観察対象の全体を一度に表示することができる。

【0051】

図１２は、デバイスの載置部の上方に観察対象が配置された様子を示す上面図である。図１２では、載置部材２１の内底に配置された観察対象物８１（例えば細胞）が配置されたものとする。本実施例においては、例えば画素５４の間隔Ｐが１μｍ、マイクロレンズ５３の視野角θが１０ｄｅｇ、固体撮像装置５１内に１０００個×１０００個の画素５４が形成された１０Ｍセンサを有するデバイス５０の載置部５２の上方、すなわち載置部材の内底に、１０００μｍの観察対象物８１が配置されたものとする。なお、図１２においては、固体撮像装置５１内に配置される画素５４の数については省略している。また、図１２に示すセンサ部５２は、この周囲に設けられたワイヤー８３により、例えばロジック回路部２００が設けられた基板８４に電気的に接続されている。

【0052】

図１３は、取得される顕微画像と、温度、湿度、二酸化炭素濃度の時系列変化を表す模式図である。図１３において、横軸が時間で縦軸が温度、湿度または二酸化炭素濃度の値を示す。このように時系列で、温度、湿度、二酸化炭素濃度等の環境情報だけでなく、顕微画像が得られる。

【0053】

なお、センサデバイスは、特許文献２の蛍光検出器の構成を含むように構成して、例えば図１４のように構成されてもよい。図１４は、第２の実施形態の変形例に係るセンサデバイスの概略縦断面図である。図１４に示すように、載置部材２１には一例として略円状の空洞が設けられている。透明部材２３は、載置部材２１の空洞を覆うように載置部材２１の裏面に固定されており、光を透過させるものであり、例えばガラスである。例えば透明部材２３の上に観察対象物Ｔが載置される。観察対象物Ｔは、例えば細胞である。

【0054】

図１４において、センサデバイス１ｃは、観察対象物Ｔは光源からの励起光によって散乱された散乱光Ｌ２を検出（いわゆる透過光観察）してもよいし、観察対象物Ｔに蛍光物質が含まれている場合には、励起光Ｌ１によって励起されて発する蛍光Ｌ２を検出（いわゆる蛍光観察）してもよい。透過光観察する場合には、後述するフィルタ２５がなくてよい。以下、蛍光観察する場合の構成について説明する。

【0055】

図１４に示すように、センサデバイス１ｃは、デバイス５ｃを備える。このデバイス５ｃは、第１の光学系２４と、フィルタ２５と、第２の光学系２６と、半導体基板５５と、半導体基板５５の上面に設けられた複数のフォトダイオード層５６とを備える。複数のフォトダイオード層５６が設けられた半導体基板５５の表面上には、中間層５７が設けられており、中間層５７の表面上には、複数のマイクロレンズ５３が、配列された複数のフォトダイオード層５６の位置に対応して、配列形成されている。本実施形態においては、例えばフォトダイオード層５６が受光部となるが、受光部は、入射される光を受光して光電変換することができる光電変換素子であればよく、必ずしもフォトダイオード層５６である必要はない。

【0056】

透過光観察の場合、観察対象物Ｔは光源からの透過光によって散乱された散乱光Ｌ２を発する。第１の光学系２４は、散乱光Ｌ２と一部の透過光Ｌ３を含む複数の光を光制御する。
一方、蛍光観察の場合、観察対象物Ｔに含まれる蛍光物質は光源からの励起光によって励起され蛍光Ｌ２を発する。第１の光学系２４は、この蛍光Ｌ２と一部の励起光Ｌ３を含む複数の光を光制御する。ここで光制御には、光の進行角度の制御（集光を含む）、導光またはこれらの組み合わせである。本実施形態では導光の例について説明する。一部の励起光Ｌ３は、観察対象の周りを通過した光である。

【0057】

一態様における第１の光学系２４は、複数のセルフォックレンズ２４１を有し、当該複数のセルフォックレンズ２４１により複数の光を導光する。この構成によれば、セルフォックレンズ２４１で導光することにより、球面レンズと異なりレンズの多層化が不要で、コンパクト化、低コスト化が可能となり、全幅にわたり均等な像と光量を得ることができる。

【0058】

一態様における第１の光学系２４は、第１の光学系２４の観察対象物側の端部と観察対象物Ｔとの間の距離が設定距離（例えば、１ｍｍ）以上離れるように、第１の光学系２４の観察対象側の焦点距離が設定されている。ここでは、具体的にはセルフォックレンズ２４１の観察対象物側の端部と観察対象物Ｔとの間の距離が設定距離（例えば、１ｍｍ）以上離れるように、セルフォックレンズ２４１の観察対象物側の焦点距離が設定されている。

【0059】

この構成によれば、観察対象物Ｔが垂直方向に厚みがあったとしても、手動または機械的にデバイス５ｃ全体を設定距離（例えば、１ｍｍ）の範囲で光電変換素子９の入射面に対して略垂直方向（図１４のｚ方向）に移動させることができるので、観察対象Ｔの厚み方向に観察することができる。

【0060】

フィルタ２５は、第１の光学系２４によって光制御された複数の光のうち、励起光の波長帯域の光の強度を低減する。本実施形態に係るフィルタ２５は一例として光学特性に入射角度依存性があり、例えば誘電体多層膜フィルタである。ここで光学特性の入射角度依存性は例えば、入射光の入射角度の増加に伴い透過帯が短波長側に移動する特性である。ここで入射光の入射角度は、入射光とフィルタ２５の法線とがなす角度である。また誘電体多層膜フィルタは、基板表面にフィルタとして機能する誘電体多層膜を蒸着したタイプである。誘電体多層膜フィルタは、光の干渉効果により波長を選択的に取り出すことができる。分光透過特性のグラフにおいて、パス／カットの急激な立ち上がり（或いは立ち下がり）を示すのが誘電体多層膜フィルタの特長である。

【0061】

なおフィルタ２５は、電気的または機械的に透過、吸収、反射のうち少なくとも一つの波長特性が制御可能であってもよい。例えばフィルタ２５は液晶チューナブル、またはファブリペローである。液晶チューナブルは電気的に透過波長を変更することが可能であり、ファブリペローは機械的に透過波長を変更することが可能である。

【0062】

第２の光学系２６は、フィルタ２５を通過した後の複数の光を光制御する。なお、第２の光学系２６は、光の進行角度の制御（集光を含む）あるいは導光を組み合わせて実現してもよい。本実施形態では導光の例について説明する。フォトダイオード層５６は第２の光学系２６によって光制御された複数の光を電気に変換する。

【0063】

駆動部５８は、デバイス５ｃ全体を垂直方向（図１のｚ方向）に移動させるものである。すなわち、駆動部５８は、第１の光学系２４、フィルタ２５、第２の光学系２６及びフォトダイオード層５６を、それぞれの相対位置関係を保ったままフォトダイオード層５６の入射面に対して略垂直方向に移動させる。駆動部５８は例えばカメラフォーカス用に用いられているアクチュエータであってもよいし、ボイスコイル方式であってもよいし、ピエゾ方式であってもよいし、人工筋肉方式であってもよい。

【0064】

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態では、マルチウェルプレートを対象としており、複数の光源が設けられ、センサデバイスが複数のデバイス５を備える点が異なっている。ここではマルチウェルプレートの一例として６つのウェルを有するマルチウェルディッシュを対象として説明する。図１５は、第３の実施形態に係るセンサデバイスの概略斜視図である。図１５に示すように、マルチウェルプレート１２１の下にセンサデバイス１ｄが設けられる。

【0065】

センサデバイス１ｄには、切り欠きが形成されている基板７１と、基板７１に形成された切り欠きに設けられた複数の光電変換素子を含むデバイス５とを備える。デバイス５それぞれは、マルチウェルプレートに設けられたウェルそれぞれに対応する水平位置に設けられている。

【0066】

基板７１には、マルチウェルプレート１２１の両端を挟んで支持するための支持部材７２、７３が設けられている。支持部材７２、７３の一方または両方は例えば弾性体（例えばゴム、具体的には例えばシリコンゴムなど）であってもよい。また支持部材７２、７３全体が弾性体であってもよいし、支持部材７２、７３の基板７１側が弾性体であってもよい。

【0067】

基板７１の下側に筐体１０ｄが設けられている。筐体１０ｄの裏面には基板１５が固定されている。基板１５の下方側の面（裏面ともいう）に、周囲の環境情報（例えば、温度、湿度、または二酸化炭素濃度など）を検出するセンサ１６と、センサ１６によって検出された環境情報を送信する通信モジュール１７が固定されて設けられている。更に、基板１５の下方側の面（裏面）には、光電変換素子で得られた画像信号に対して信号処理を施すロジック回路部２００が固定されて設けられている。

【0068】

筐体１０ｄには、デバイス５及び／またはセンサ１６のオンオフを切り替えるベース側スイッチ７５が設けられていてもよい。
また例えば、筐体１０ｄには、センサ１６、通信モジュール１７及びロジック回路部２００に電力を供給する電源７６（例えば、電池またはバッテリー）が設けられていてもよい。また、センサデバイス１ｄは電源７６の代わりに商用電源に接続されていてもよい。

【0069】

デバイス５それぞれが対応するウェルの対象観察物を観測する。これにより、複数のデバイス５で、異なるウェルの対象観察物（例えば、細胞）を同時に比較できるメリットがある。例えば対象薬剤の効果を試す実験において、一方のウェルは比較（Ｃｏｎｔｒｏｌ）のために対象薬剤投与せず、他方のウェルは対象薬剤を投与したものを比較することができる。

【0070】

照明デバイス３ｂは、プレートカバー１２２の上に設けられる。照明デバイス３ｂは、基板３１ｂと、６つの光源３２を備える。光源３２は例えばＬＥＤである。図１５に示すように、基板３１ｂのプレートカバー１２２側の面側において、基板３１ｂに設けられた窪みに光源３２が埋め込まれて固定されていてもよい。これにより、基板３１ｂをプレートカバー１２２の上に置いたときに、光源３２によって基板３１ｂがプレートカバー１２２の表面から浮くことを防止することができる。

【0071】

照明デバイス３ｂは例えば、カバー通信モジュール３３、プロセッサ３４、カバー側スイッチ３５を備える。照明デバイス３ｂには例えば、電源３６（例えば、電池またはバッテリー）が設けられていてもよく、電源３６は、光源３２、カバー通信モジュール３３、プロセッサ３４に電力を供給する。電源３６が電池の場合にはボタン電池であってもよい。なお、照明デバイス３ｂは電源３６の代わりに商用電源に接続されていてもよい。

【0072】

電源７６（例えば、電池またはバッテリー）のもちを伸ばすために、一定間隔で撮影するタイミングで、通信モジュール１７からＬＥＤ点灯指令信号をカバー通信モジュール３３へ有線または無線で送信して、光源３２（ＬＥＤ）を点灯させるようにプロセッサ３４がカバー側スイッチ３５をオンしてもよい。

【0073】

なお、点灯している間だけベース側スイッチ７５をオンしてデバイス５及び環境センサに電力を供給し、画像及び環境情報（例えば湿度、温度等）を取得してもよい。これにより、撮影するときだけ、光源３２（例えばＬＥＤ）、デバイス５及びセンサ１６に電力を供給するので、消費電力を抑えることができる。

【0074】

また通信モジュール１７は、取得された画像及び環境情報を、情報処理装置６へ無線送信してもよい。これにより、インキュベータ内にマルチウェルプレートをおいたまま、リアルタイムで細胞を観察（監視）することができる。遠くに離れた場所（例えば居室、家）でも細胞の様子を監視することができる。なお、センサデバイス１ｄはメモリを備えてもよく、画像及び環境情報は、このメモリ（図示せず）に格納されてもよい。

【0075】

以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0076】

１、１ｂ、１ｃ、１ｄ センサデバイス
１０、１０ｂ、１０ｄ 筐体
１００ インキュベータ
１１ 底板
１２１ マルチウェルプレート
１２２ プレートカバー
１２ａ～１２ｆ 柱部材
１４ 天板
１５ 基板
１６ センサ
１６１ 底板
１６２ 天板
１６３ センサ本体
１６３１ 検出面
１６４ａ 羽根部材
１６５ａ 羽根部材
１７ 通信モジュール
１８ 側板
１９ 貫通孔
２ シャーレ
２０ 取付部材
２００ ロジック回路部
２１ 載置部材
２２ シャーレカバー
２３ 透明部材
２４ 第１の光学系
２４１ セルフォックレンズ
２５ フィルタ
２６ 第２の光学系
３、３ｂ 照明デバイス
３１、３１ｂ 基板
３２ 光源
３３ カバー通信モジュール
３４ プロセッサ
３５ カバー側スイッチ
３６ 電源
４ 基板
５、５ｃ デバイス
５１ 固体撮像装置
５２ 載置部
５３ マイクロレンズ
５４ 画素
５５ 半導体基板
５６ フォトダイオード層
５７ 中間層
５８ 駆動部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【手続補正書】

【提出日】2023-02-16

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

インキュベータ内で使用されるセンサデバイスであって、
周囲の環境情報を検出するセンサと、
センサが設けられた基板と、
前記センサによって検出された環境情報を送信する通信モジュールと、
培養用容器内の観察対象物を下から撮像可能なように設けられた光電変換素子と、
を備え、
前記通信モジュールは、前記環境情報に加えて更に前記光電変換素子で得られた画像信号を送信する
センサデバイス。

【請求項2】

前記センサは筐体に少なくとも一部が覆われており
前記筐体の少なくとも一面のパネルには、複数の開口が形成されるように、少なくとも一つの羽根部材が設けられている
請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項3】

前記センサの検出面が横向きまたは下方に向くように当該センサが前記基板に設置されている
請求項１または２に記載のセンサデバイス。

【請求項4】

前記基板及び前記センサを収容する筐体を更に備え、
前記筐体は、前記光電変換素子の下方に設けられている
請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項5】

前記光電変換素子で得られた画像信号に対して信号処理を施すロジック回路部を備え、
前記ロジック回路部は、前記筐体の内天面側の面とは反対の前記基板の面に設けられている
請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項6】

筐体を備え、
前記基板は、前記筐体の内天面に固定されており、
前記センサは、前記筐体の内天面側の面とは反対の前記基板の面に設けられている
請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項7】

前記通信モジュールは、前記筐体の内天面側の面とは反対の前記基板の面に設けられている
請求項６に記載のセンサデバイス。

【請求項8】

対象物に対して取り外し可能に取り付けるための取付部材を備える
請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項9】

前記環境情報は、温度、湿度または二酸化炭素濃度のうち少なくとも一つである
請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項10】

インキュベータ内で使用される、請求項１に記載の複数のセンサデバイスと、
複数の前記センサデバイスによって検出された環境情報を取得する情報処理装置と、
を備えるセンシングシステム。

【請求項11】

複数の前記センサそれぞれは、当該センサの検出面が横向きまたは下向きに向くように設置されている
請求項１０に記載のセンシングシステム。