JP2003270129A - 画像測定装置 - Google Patents

画像測定装置

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JP2003270129A
JP2003270129A JP2002073839A JP2002073839A JP2003270129A JP 2003270129 A JP2003270129 A JP 2003270129A JP 2002073839 A JP2002073839 A JP 2002073839A JP 2002073839 A JP2002073839 A JP 2002073839A JP 2003270129 A JP2003270129 A JP 2003270129A
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Takeo Tanaami
健雄 田名網
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】波長の近い複数の蛍光試薬の光も区別して測定
でき、光のロスも軽減された画像測定装置を提供する。 【解決手段】複数の物質の成分を複数の波長の蛍光また
は透過光または反射光に基づいて区別することのできる
画像測定装置において、前記複数の物質の成分のスペク
トルをそれぞれ異なる比率で透過または反射する複数の
それぞれ特性の異なるフィルタにより画像を測定し、そ
の光量の比率により前記物質の成分の分布が測定できる
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の成分を複数
の波長の蛍光または透過光により区別する画像測定装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より蛍光顕微鏡はよく知られてい
る。蛍光顕微鏡は、図9の概念図に示すように、光源5
からの光がビームスプリッタ(またはダイクロイックミ
ラーなど)6で反射し対物レンズ3を介して試料4に照
射される。試料4に付けられた蛍光試薬が照射光により
発光し、その蛍光は対物レンズ3、ビームスプリッタ6
を通して、顕微鏡に搭載されたカメラ1で測定できるよ
うに構成されている。これによって、細胞内の特定の蛋
白質などの成分の分布を色の違いで測定することができ
る。
【0003】カメラ1は、カラーカメラか、または白黒
カメラと色フィルタを組合わせたものが使用される。カ
ラーカメラとしては、例えば「顕微鏡の使い方ノート」
株式会社羊土社 2000年6月15日発行 P100
に記載のような3板式のカラーCCDビデオカメラがあ
る。
【0004】このビデオカメラは、図10に示すよう
に、入射光を3色分解プリズム11により赤(R)、緑
(G)、青(B)に分解し、それぞれをR,G,Bの各
光学フィルタ12,13,14が接続されたモノクロC
CDの受光器15,16,17で個別に受光する。CC
Dでは光電変換が行われ、その出力信号はビデオ信号と
して利用される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなカラーCCDビデオカメラを用いた場合は次のよう
な課題があった。R,G,B光学フィルタは図11
(a)のような透過特性を有する。試料からの蛍光が同
図(b)に示すように1色の場合には、R,G,B光学
フィルタで測定可能であるが、同図(c)に示すように
波長の近い2つの蛍光がある場合(試料に2種類の色素
が付けてあり、色素1と色素2の蛍光が発生する場合)
は、2つが共にGフィルタを通って受光されるため2者
の区別ができないという問題があった。また、フィルタ
での光のロスも大きいという問題もあった。
【0006】本発明の目的は、上記の課題を解決するも
ので、波長の近い複数の蛍光試薬の光も区別して測定で
き、光のロスも軽減された画像測定装置を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項1の発明では、複数の物質の成分を複
数の波長の蛍光または透過光または反射光に基づいて区
別することのできる画像測定装置において、前記複数の
物質の成分のスペクトルをそれぞれ異なる比率で透過ま
たは反射する複数のそれぞれ特性の異なるフィルタによ
り画像を測定し、その光量の比率により前記物質の成分
の分布が測定できるように構成されたことを特徴とす
る。
【0008】このような構成としたため、次のような効
果が発揮される。分光器を用いることなく微妙なスペク
トルの違いも区別して検出することができる。また、光
利用効率の高いフィルタ特性を用いることができるた
め、人間の視感度に合わせる必要がなく、効率がよい。
また、分光器を用いていないため演算処理を必要とせ
ず、高速に物質の成分分布を推定することができる。ま
た、通常のカメラで測定でき、安価に構成できる。ま
た、波長特性の分解能においてカラーカメラよりも優れ
ている。
【0009】この場合、請求項2のように、前記複数の
フィルタは同一画素に同時に存在する前記複数の物質の
成分の数よりも1個多い個数である。また、フィルタと
しては、請求項3のようにダイクロイックミラーまたは
ダイクロイックプリズムを用いることができる。さら
に、フィルタは、請求項4のように各フィルタの透過ま
たは反射の合計光量が実質上100%となるように形成
されている。
【0010】また、請求項5のように前記複数のフィル
タは、発光蛋白質の分離に対応して、例えば、波長に比
例して光量が増加するフィルタ、波長に比例して光量が
減少するフィルタ、波長に比例して山形に変化するフィ
ルタとする。
【0011】このような本発明は、請求項6のように、
透過型または反射型の顕微鏡用、あるいは蛍光顕微鏡用
または共焦点顕微鏡用またはカメラ用に、適用可能であ
る。さらに、本発明は、請求項7のように、測定対象を
点または線で検出することのできる分光器を備え、測定
対象の分光特性も測定できるようにすることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明に係る画像測定装置のフィルタ
部分の一実施例を示す構成図である。なお、本実施例で
は光学顕微鏡と組み合わせて蛍光像を測定する画像測定
装置を例にとって説明する。
【0013】図1において、F1は第1のフィルタ、F
2は第2のフィルタ、CCD1,CCD2,CCD3は
それぞれCCDでなる受光器である。顕微鏡の試料から
の反射光は、第1のフィルタF1で反射または透過す
る。反射した波長の光は受光器CCD1に入射する。C
CD1は光電変換し、入力の光の光量に対応した電気信
号を出力する。
【0014】第1のフィルタF1を透過した光は、第2
のフィルタF2で反射または透過する。反射した波長の
光は受光器CCD2に入射され、光電変換される。第2
のフィルタF2を透過した光は受光器CCD3に入射
し、光電変換される。
【0015】本発明は、この各フィルタでの反射あるい
は透過の比率を異ならせている。図2は反射あるいは透
過の比を示す図である。なお、図には発光クラゲ由来の
発光蛋白質ECFP(藍:ピーク波長475nm)、E
GFP(緑:ピーク波長509nm)、EYFP(黄:
ピーク波長527nm)の発光スペクトルも併せて示し
てある。
【0016】第1のフィルタF1で反射して受光器CC
D1に入射する光の光量比は、図2の領域Aで示される
ように、短波長域から波長の増加に対応して減少するよ
うになっている。第2のフィルタF2で反射して受光器
CCD2に入射する光の光量比は、図2の領域Bで示さ
れるように、短波長域から波長の増加に対応して三角波
状に変化するようになっている。
【0017】また、第2のフィルタF2を透過して受光
器CCD3に入射する光の光量比は、図2の領域Cで示
されるように、短波長域から波長の増加に対応して増加
するようになっている。なお、これら3つの光量比の合
計は、各波長において実質上100%となっている。
【0018】図3は各受光器の光量を軸とした3次元座
標において発光蛋白質ECFPとEGFPの位置をプロ
ットしたもので、発光蛋白質ECFPとEGFPは図3
に示すように座標の違いとして区別できる。
【0019】このように、ECFPとEGFPとのピー
ク値波長の違いは座標の違いとして現われ、したがって
各受光器CCDの出力の比からECFPかEGFPのど
ちらであるかが識別できる。なお、実際には、ECF
P、EGFP共に山形の分布をもつスペクトルであり、
図3の座標表示では点ではなく領域となる。なお、他の
発光蛋白質EYFPについても波長と出力の関係につい
ては上記と同様である。
【0020】このようにして各受光器により試料面の画
像を測定し、その比率により試料の成分の分布を推定す
ることができる。
【0021】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ことなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変
更、変形をも含むものである。例えば、透過または反射
の比は図4に示すように任意に形成することができる。
いずれの場合も3つのフィルタの透過または反射の比率
の合計は100%である。特に、同図(b)に示すよう
に、使用する色素1,色素2に合わせて特性を決めるこ
とにより、高感度に検出でき、色素1と2とで受光器の
出力の差は顕著となる。この方式は、人の肉眼が色を識
別する方法を拡張し精密化したことに相当する。
【0022】また、フィルタF1,F2はダイクロイッ
クミラーあるいは図5に示すような構成のダイクロイッ
クプリズムDPでも構わない。また、本発明は、蛍光だ
けでなく、色が異なれば透過像あるいは反射像の分離も
可能であり、透過型あるいは反射型の顕微鏡または蛍光
顕微鏡や共焦点顕微鏡などに適用することができる。ま
た、カメラ用にも適用可能であり、天体観測などにも利
用できる。
【0023】実施例では2色の対象を区別しているが、
この方式はn個の未知数を連立方程式で解くことに対応
しているため、一般に同時にn色の対象がある場合に
は、n+1個のフィルタ出力、換言すればn+1個の受
光器出力、の比から区別する。
【0024】図6に示すように対象が一色のときは、2
種のフィルタがあればどの波長であってもa1とb1の
比で測定可能である。また、図7に示すように同時2色
のときは、a,b,cの特性が異なれば、aとbからλ
1、bとcからλ2を測定することができる。
【0025】更に、図8に示すように点または線を検出
できる分光器20を併用し、測定対象の一部をサンプリ
ングして測定すれば、例えばEGFPがpHによって色
(すなわちスペクトル)が変化するような場合でも、E
GFPの波長特性を割り出し、本発明の画像測定装置の
演算式の校正やチェックに役立たせることもできる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
ような効果がある。 (1)微妙なスペクトルの違いも、分光器によらない
で、容易に区別することができる。 (2)測定対象に合わせた光利用効率の高いフィルタ特
性を持つダイクロイックミラーを用いることができるた
め、RGBフィルタのように人間の目の特性に合わせる
必要はなく、効率が良い。
【0027】(3)分光器を用いて測定する場合はフー
リエ変換などの処理が必要であるため測定に時間がかか
るが、本発明ではそのような処理が不要であり、高速に
測定できる。 (4)高価な分光器を使用することなく通常のカメラの
使用で足り、安価な画像計測装置が容易に実現できる。 (5)従来例に挙げたような通常のカラーカメラより波
長特性の分解能が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る画像測定装置の要部構成図であ
る。
【図2】複数のフィルタによる透過または反射の比を説
明するための図である。
【図3】異なる発光蛋白質のピーク波長の3次元座標上
の表示図である。
【図4】フィルタの透過または反射の比の他の例を示す
図である。
【図5】フィルタの他の実施例を示す模式図である。
【図6】対象の色の数とフィルタの個数についての関係
を説明するための図である。
【図7】対象の色の数とフィルタの個数についての関係
を説明するための他の図である。
【図8】分光器を併用した場合の概念的構成図である。
【図9】従来の蛍光顕微鏡の一例を示す概念的構成図で
ある。
【図10】従来のカラービデオカメラの一例を示す構成
図である。
【図11】従来のカラーテレビカメラのフィルタ特性に
ついての説明図である。
【符号の説明】
1 カメラ 2 顕微鏡 3 対物レンズ 4 試料 5 光源 11 3色分解プリズム 12,13,14 光学フィルタ 15,16,17 受光器 F1,F2 フィルタ CCD1,CCD2,CCD3 受光器 DP ダイクロイックプリズム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 21/64 G01N 21/64 F G02B 21/00 G02B 21/00 Fターム(参考) 2G020 AA04 BA19 BA20 CA03 CB04 CB43 CC01 CC26 CC28 CC47 CD03 CD12 CD13 CD14 CD24 2G043 AA03 BA16 DA02 DA06 EA01 EA13 EA14 FA02 FA06 HA01 HA09 JA02 KA02 LA03 2G059 AA05 BB12 CC16 DD03 DD13 EE01 EE02 EE12 FF03 FF12 HH02 JJ02 JJ07 JJ11 JJ22 KK04 MM09 2H052 AA08 AA09 AF07

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の物質の成分を複数の波長の蛍光また
    は透過光または反射光に基づいて区別することのできる
    画像測定装置において、 前記複数の物質の成分のスペクトルをそれぞれ異なる比
    率で透過または反射する複数のそれぞれ特性の異なるフ
    ィルタにより画像を測定し、その光量の比率により前記
    物質の成分の分布が測定できるように構成されたことを
    特徴とする画像測定装置。
  2. 【請求項2】前記複数のフィルタは、同一画素に同時に
    存在する前記複数の物質の成分の数よりも1個多い個数
    であることを特徴とする請求項1記載の画像測定装置。
  3. 【請求項3】前記フィルタはダイクロイックミラーまた
    はダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求
    項1または2記載の画像測定装置。
  4. 【請求項4】前記複数のフィルタは、各フィルタの透過
    または反射の合計光量が実質上100%となるように形
    成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいず
    れかに記載の画像測定装置。
  5. 【請求項5】前記複数のフィルタは、発光蛋白質の分離
    に対応して、波長に比例して光量が増加するフィルタ、
    波長に比例して光量が減少するフィルタ、波長に比例し
    て山形に変化するフィルタであることを特徴とする請求
    項1ないし4のいずれかに記載の画像測定装置。
  6. 【請求項6】透過型または反射型の顕微鏡用、あるいは
    蛍光顕微鏡用または共焦点顕微鏡用またはカメラ用に適
    用可能に構成されたことを特徴とする請求項1ないし5
    のいずれかに記載の画像測定装置。
  7. 【請求項7】測定対象を点または線で検出することので
    きる分光器を備え、測定対象の分光特性も測定できるよ
    うにした請求項1ないし5のいずれかに記載の画像測定
    装置。
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