JP2003298952A - Ccd撮像装置 - Google Patents

Ccd撮像装置

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JP2003298952A
JP2003298952A JP2002095277A JP2002095277A JP2003298952A JP 2003298952 A JP2003298952 A JP 2003298952A JP 2002095277 A JP2002095277 A JP 2002095277A JP 2002095277 A JP2002095277 A JP 2002095277A JP 2003298952 A JP2003298952 A JP 2003298952A
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Yasuhiro Tsutamori
康浩 蔦森
Moriyuki Igami
盛志 伊神
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 CCDから出力された出力信号に暗電流補正
を施すCCD撮像装置において、予め既知でない撮像時
間のCCDの出力信号に対しても適切な暗電流補正を行
なう。 【解決手段】 暗電流データ記憶手段22に複数の既知
露出時間の暗電流データを記憶し、上記既知露出時間と
は異なる撮像時間で露出されたCCD10の出力信号に
応じた暗電流補正データを、複数の暗電流データに基づ
いて算出し、その暗電流補正データに基づいて上記撮像
時間におけるCCDの出力信号に暗電流補正を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CCD(電荷結合
素子)撮像装置に関するものであり、特に詳しくは、上
記CCDの暗電流補正に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、生体由来の物質の構造または特性
を解析するシステムが種々提案されている。例えば、ス
ライドガラス板やメンブレンフィルタなどの担体表面上
に、生体由来の物質(ホルモン類、腫瘍マーカー、酵
素、抗体、抗原、アブザイム、その他の蛋白質、核酸、
cDNA、DNA、RNAなど)と特異的に結合可能
で、かつ塩基配列や塩基の長さ、組成などが既知の特異
的結合物質を、スポッター装置などを用いて滴下して多
数の独立したスポットを形成し、このスポットにおける
特異的結合物質に、蛍光物質や蛍光色素などの蛍光標識
物質によって標識された上記生体由来の物質や化学的、
化学修飾などの処理が施され、蛍光標識物質により標識
された生体由来の物質を、ハイブリダイゼーションなど
によって特異的に結合させたマイクロアレイに、励起光
を照射して、蛍光物質、色素などの標識物質から発せら
れた蛍光などを光電的に検出して、生体由来の物質を解
析するマイクロアレイ解析システムが開発されている。
【0003】このマイクロアレイ解析システムによれ
ば、スライドガラス板やメンブレンフィルタなどの担体
表面上の異なる位置に、数多くの特異的結合物質のスポ
ットを高密度に形成して、標識物質によって標識された
生体由来の物質をハイブリダイズさせることによって、
短時間で生体由来の物質を解析することが可能になると
いう利点がある。
【0004】また、蛍光物質を標識物質として利用した
マイクロアレイ解析システム以外に、放射性標識物質を
利用したマイクロアレイ解析システムも提案されてい
る。このシステムにおいては、上記のように蛍光物質を
識別物質として利用した場合と同様に、放射性標識物質
によって標識された物質を、ハイブリダイゼーションな
どによって特異的結合物質に特異的に結合させたマイク
ロアレイを、輝尽性蛍光体を含む輝尽性蛍光体層が形成
された蓄積性蛍光体シートに密着させ、上記マイクロア
レイの放射性標識物質から発せられる放射線により輝尽
性蛍光体層を露光し、その後、輝尽性蛍光体層に励起光
を照射することにより輝尽性蛍光体層から発せられた輝
尽発光光を光電的に検出して生化学解析用画像データを
生成し、生体由来の物質を解析することが行われてい
る。
【0005】また、化学発光基質と接触させることによ
って化学発光を生じさせる標識物質によって標識された
生体由来の物質を、スポット状の特異的結合物質に特異
的に結合させて、選択的に標識して得たマイクロアレイ
を、化学発光基質と接触させて可視光波長域の化学発光
を生じさせ、この化学発光を光電的に検出してデジタル
画像データを生成し、画像処理を施して、CRTなどの
表示手段または写真フィルムなどの記録材料上に、化学
発光画像を再生して、遺伝子情報などの生体由来の物質
に関する情報を得るようにしたマイクロアレイ解析シス
テムも知られている。
【0006】ここで、上記のようなマイクロアレイ解析
システムにおいては、蛍光、輝尽発光光および化学発光
などの微弱な光を高感度検出するため冷却CCDなどの
CCD(電荷結合素子)が多く使用されているが、CC
Dから蛍光などの強度に応じた正確な出力信号を得るた
めには暗電流ノイズ(CCDの受光面に光が入射してな
い状態においてCCD内に流れる電流ノイズ)を出力信
号から差し引くなどして補正する必要がある。そして、
上記暗電流ノイズは、CCDの露出時間(CCDが動作
している時間)によりその大きさが異なる。したがっ
て、正確な暗電流補正を行なうためには、測定対象の像
を撮像するために要した撮像時間と同じ時間だけ、CC
Dをその受光面に光が入射してない状態で露出して暗電
流補正データを得る必要がある。しかしながら、上記の
ように微弱光の検出を行なう際には撮像時間が数10分
以上かかることがあり、暗電流補正のためにこのような
長い時間を要するのは作業効率上好ましくない。したが
って、従来は予め既知の露出時間の暗電流データを取得
して記憶しておき、この記憶された暗電流データを暗電
流補正データとして用いるようにしていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
CCDによる撮像時間が上記既知露出時間と同じになる
場合には、その時間における暗電流データを暗電流補正
データとして用いて暗電流補正を行なえばよいが、上記
既知露出時間の中に実際の撮像時間と同じ時間が存在し
ない場合には、撮像時間に応じた適切な暗電流補正デー
タを得ることができず、適切な暗電流補正を行なうこと
が困難であった。
【0008】本発明によるCCD撮像装置は、上記のよ
うな問題点に鑑みて、実際に撮像に要した撮像時間と予
め記憶している暗電流データについての既知露出時間と
が異なる場合においても適切な暗電流補正を行なうこと
ができるCCD撮像装置を提供することを目的とするも
のである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のCCD撮像装置
は、光を受光して光電変換するCCDと、CCDへの光
の入射を遮った状態においてCCDを複数の既知の露出
時間でそれぞれ露出した際にCCDから出力される既知
露出時間毎の暗電流データを記憶する暗電流データ記憶
手段と、所定の撮像時間露出して撮像対象を撮像したC
CDから出力される出力信号を撮像時間および複数の暗
電流データに基づいて補正する暗電流補正手段とを備え
たCCD撮像装置において、既知露出時間とは異なる撮
像時間で露出して撮像が行なわれた際、その撮像時間に
対応する暗電流補正データを複数の暗電流データに基づ
いて算出する補正データ算出手段を有し、補正手段が、
既知露出時間とは異なる撮像時間で露出して撮像対象を
撮像したCCDの出力信号を、補正データ算出手段によ
り算出された撮像時間に対応する暗電流補正データに基
づいて補正するものであることを特徴とするものであ
る。
【0010】ここで、上記「CCDへの光の入射を遮っ
た状態」とは、例えば、機械的なシャッタなどの開閉に
よりCCDへの光の入射を制御する場合において、シャ
ッタを閉じた状態を意味する。
【0011】また、上記「露出する」とは、CCDに電
圧を加えて動作させ、電荷の蓄積を行なうことができる
状態にすることを意味する。
【0012】また、上記「既知の露出時間」は、実際の
CCDによる撮像時間に近い値の時間であることが望ま
しい。
【0013】また、上記「撮像時間」とは、測定対象が
光を発していると発していないとにかかわらず、撮像対
象の像をCCDにより撮像している時間を意味する。
【0014】また、上記「暗電流補正データに基づいて
出力信号を補正する」とは、例えば、出力信号から暗電
流補正データを減算する処理などを意味する。
【0015】また、暗電流データ記憶手段が、CCDの
複数の温度条件毎に複数の既知露出時間に応じた暗電流
データを記憶するものとし、補正データ算出手段が、暗
電流補正データを、撮像対象を撮像する際のCCDの温
度条件および複数の温度条件に応じた複数の既知露出時
間の暗電流データに基づいて算出するものとすることが
できる。
【0016】
【発明の効果】本発明によるCCD撮像装置によれば、
CCDへの光の入射を遮った状態においてCCDを複数
の既知の露出時間でそれぞれ露出した際にCCDから出
力される既知露出時間毎の暗電流データを記憶し、既知
露出時間とは異なる撮像時間で露出して撮像が行なわれ
た際、その撮像時間に応じた暗電流補正データを予め記
憶された複数の既知露出時間の暗電流データに基づいて
算出し、この算出した暗電流補正データに基づいて上記
撮像が行なわれたCCDの出力信号を補正するようにし
たので、暗電流補正データを得る時間を短縮することが
できるとともに、CCDの撮像時間に応じた適切な暗電
流補正を出力信号に施すことができる。また、そのこと
により出力信号のS/Nを向上させることができる。
【0017】また、CCDの複数の温度条件毎に複数の
既知露出時間に応じた暗電流データを記憶し、暗電流補
正データを、撮像が行なわれた際のCCDの温度条件お
よび複数の温度条件に応じた複数の既知露出時間の暗電
流データに基づいて算出するようにした場合には、CC
Dの温度条件が異なる場合においても適切な暗電流補正
を施すことができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について図面を用いて説明する。図1および図2は、
本発明のCCD撮像装置の一実施形態を利用した画像生
成装置の概略構成図である。
【0019】本画像生成装置は、蛍光物質の画像を担持
している画像担体からの蛍光を検出し、可視画像を生成
して表示するものである。
【0020】本画像生成装置は、図2に示されるように
CCD撮像装置1、暗箱2およびパーソナルコンピュー
タ3から構成されている。
【0021】図1にCCD撮像装置1の縦断面図を示
す。図1に示されるように、CCD撮像装置1は、CC
D10、アルミニウムなどの金属により作られた伝熱板
12、CCD10冷却するためのベルチエ素子14、C
CD10の前面に配置されたシャッタ16、CCD10
から出力された出力信号を画像データに変換するA/D
変換器18、A/D変換器18によってデジタル化され
た画像データを一時的に記憶する画像データバッファ2
0、シャッタ16を閉じた状態においてCCD10を複
数の既知の露出時間でそれぞれ露出した際にCCD10
から出力される暗電流データを記憶する暗電流データ記
憶手段22、上記複数の既知の露出時間とは異なる撮像
時間で露出されたCCD10から出力される出力信号に
応じた暗電流補正データを、上記撮像時間および上記複
数の暗電流データに基づいて算出する補正データ算出手
段24、および補正データ算出手段24により算出され
た補正データに基づいて上記撮像時間で露出されたCC
D10から出力される出力信号を補正する補正手段26
を備えている。また、上記各手段をパーソナルコンピュ
ータ3からの信号により制御する制御手段28を備えて
いる。
【0022】暗箱2との間に形成された開口部にはガラ
ス板30が設けられている。また、CCD撮像装置1の
周囲にはペルチエ素子14が発する熱を放熱するための
放熱フィン32が形成されている。ガラス板30の暗箱
2側の面には、レンズフォーカス調整機能を有するカメ
ラレンズ34が設けられている。
【0023】図3に暗箱2の縦断面図を示す。図3に示
されるように、暗箱2内には、発光波長中心が450n
mの励起光を発する第一の青色LED光源40が設けら
れており、第一の青色LED光源の斜め上方には、発光
波長中心が450nmの励起光を発する第二の青色LE
D光源41および第三の青色LED光源42が設けられ
ている。第一の青色LED光源40の上面にはフィルタ
43が設けられ、第二の青色LED光源41および第三
の青色LED光源42の上面には、それぞれフィルタ4
4およびフィルタ45が設けられている。フィルタ4
3,44,45は、450nm近傍の波長のみ透過し、
それ以外の光をカットするものである。カメラレンズ3
4の前面には、450nm近傍の励起光をカットするフ
ィルタ46が設けられている。
【0024】次に、本実施形態の画像生成装置の作用に
ついて説明する。
【0025】まず、ユーザーにより蛍光画像を担持して
いるサンプル48がフィルタ43上に載置される。その
後、ユーザによりカメラレンズ34を用いてレンズフォ
ーカス調整がなされ、レンズフォーカスが完了すると暗
箱2が閉じられる。その後、ユーザーがキーボード5に
露光開始信号を入力すると、パーソナルコンピュータ3
のCPUからの制御信号により第一の青色LED光源4
0または第二の青色LED光源41および第三の青色L
ED光源42がオンされて、サンプル48に向けて励起
光が発せられる。同時に露光開始信号はCCD撮像装置
1の制御手段28に入力され、制御手段28によりシャ
ッタ16が開かれてCCD10が露出される。第一の青
色LED光源40または第二の青色LED光源41およ
び第三の青色LED光源42から発せられた励起光は、
フィルタ43またはフィルタ44,45により、450
nm近傍の波長の光以外の波長成分がカットされ、45
0nm近傍の波長のみの光によってサンプル48の蛍光
物質が励起されて蛍光が発せられる。
【0026】サンプル48の蛍光物質から発せられた蛍
光は、フィルタ46およびカメラレンズ34を介して、
CCD撮像装置1のCCD10の受光面に結像される。
CCD10は受光面に結像された像を光電変換して蓄積
する。フィルタ46によって励起光である450nm近
傍の波長の光がカットされるため、サンプル48の蛍光
物質から発せられた蛍光のみがCCD10によって受光
される。
【0027】所定の撮像時間が経過すると、パーソナル
コンピュータ3のCPUは、CCD撮像装置1の制御手
段28に露光完了信号を出力する。制御手段28は、上
記露光完了信号を受けると、CCD10からA/D変換
器18に蓄積信号を転送させ、A/D変換器18におい
てデジタル化し、その画像データを画像データバッファ
20に一時的に記憶させる。
【0028】次に、制御手段28は、パーソナルコンピ
ュータ3から出力された露光開始信号から露光終了信号
までの差を計算して撮像時間とし、補正データ算出手段
24に出力する。補正データ算出手段24は、制御手段
28から受け取った撮像時間に基づいてその撮像時間に
応じた暗電流補正データを算出する。
【0029】ここで、暗電流データ記憶手段22には、
予め既知の複数の露出時間について(例えば、1分、6
0分など)の暗電流データが記憶されている。具体的に
は、シャッター16を閉じた状態においてCCD10を
上記既知の露出時間についてそれぞれ露出し、このとき
上記同様の作用により画像データバッファ20に一時記
憶された画像データがそれぞれ暗電流データとして暗電
流データ記憶手段22に記憶されている。
【0030】補正データ算出手段24は、例えば、制御
手段28から受け取った撮像時間が上記既知の露出時間
である場合には、その既知の露出時間に応じた暗電流デ
ータを暗電流データ記憶手段22から読み出し、その値
を暗電流補正データとして補正手段26に出力する。ま
た、制御手段28から受け取った撮像時間が上記既知の
露出時間と異なる場合には、上記撮像時間よりも長くか
つ上記撮像時間に最も近い第1の既知露出時間と、上記
撮像時間よりも短くかつ上記撮像時間に最も近い第2の
既知露出時間とに応じた暗電流データをそれぞれ暗電流
データ記憶手段22から読み出す。そして、下式により
比例配分された暗電流データを算出し、これを暗電流補
正データとして補正手段26に出力する。 I={(I−I)/(T−T)}・T+I ただし、 I:暗電流補正データ T:撮像時間 T:第1の既知露出時間 T:第2の既知露出時間 I:第1の既知露出時間に応じた暗電流データ I:第2の既知露出時間に応じた暗電流データ 補正手段26は、画像データバッファ20に一時記憶さ
れた画像データを読み出し、その画像データから補正デ
ータ算出手段24から出力された暗電流補正データを差
し引いて、暗電流補正済み画像データを算出し、これを
パーソナルコンピュータ3に出力する。
【0031】パーソナルコンピュータ3は、上記暗電流
補正済み画像データに所定の画像処理を施して可視画像
データを生成し、これに基づいてCRT4にサンプル4
8の蛍光画像に基づく可視画像を表示する。
【0032】また、上記説明においては蛍光画像を生成
する作用を示したが、化学発光画像を生成する場合に
は、フィルタ46を取り除き、第一の青色LED光源4
0、第二の青色LED光源41および第三の青色LED
光源42をいすれもオフ状態にし、フィルタ43上に化
学発光を発するサンプルを載置して、サンプルから発せ
られる化学発光を検出する。そして、蛍光画像を生成す
る場合と同様にして、サンブルから発せられる化学発光
を、カメラレンズ43を介して、CCD10により光電
的に検出させ、その出力信号をA/D変換器18でデジ
タル化して画像データバッファ20に一時的に記憶す
る。そして、上記蛍光画像を生成する場合と同様にして
補正手段26において画像データに暗電流補正が施され
た後、パーソナルコンピュータ3に出力され、CRT4
の画面上に化学発光に基づく可視画像が表示される。
【0033】上記画像生成装置によれば、CCD10へ
の光の入射を遮った状態においてCCD10を複数の既
知の露出時間でそれぞれ露出した際にCCD10から出
力される既知露出時間毎の暗電流データを記憶し、既知
露出時間とは異なる撮像時間で露出して撮像が行なわれ
た際、その撮像時間に応じた暗電流補正データを予め記
憶された複数の既知露出時間の暗電流データに基づいて
算出し、この算出した暗電流補正データに基づいて上記
撮像が行なわれたCCD10の出力信号を補正するよう
にしたので、暗電流補正データを得る時間を短縮するこ
とができるとともに、CCDの撮像時間に応じた適切な
暗電流補正を出力信号に施すことができる。また、その
ことにより出力信号のS/Nを向上させることができ
る。
【0034】また、補正データ算出手段24における暗
電流補正データの算出方法については、例えば、露出時
間が1分、30分、60分である暗電流データを暗電流
データ記憶手段22に記憶しておき、実際のCCD10
による撮像時間が1分以上30分未満の時間の場合に
は、上記第1の既知露出時間を30分とし、上記第2既
知露出時間を1分として上式に基づいて暗電流補正デー
タを算出し、実際のCCD10による撮像時間が30分
以上60分以下の時間の場合には、上記第1の既知露出
時間を60分とし、上記第2の既知露出時間を30分と
して上式に基づいて暗電流補正データを算出するように
してもよい。要は、既知露出時間に応じた暗電流データ
に基づく算出方法であれば如何なる方法を適用してもよ
い。
【0035】また、上記のように露出時間が1分、30
分、60分である暗電流データを暗電流データ記憶手段
22に記憶しておき、実際の撮像時間が上記露出時間と
は異なる場合には、実際の撮像時間に最も近い露出時間
に応じた暗電流データを暗電流補正データとするように
してもよい。
【0036】また、CCD10の温度条件毎に複数の既
知露出時間に応じた暗電流データを暗電流データ記憶手
段22に記憶しておき、温度条件にも応じた暗電流補正
を施すようにしてもよい。具体的には、例えば、暗電流
データ記憶手段22に、CCD10の温度が、−20
℃、−22℃、−24℃、−26℃のそれぞれの温度条
件における複数の既知露出時間に応じた暗電流データを
記憶しておき、例えば、実際の撮像時のCCD10の温
度が上記温度条件の一つと同じ場合には、その同じ温度
条件における複数の暗電流データから、上記と同様にし
て暗電流補正データを算出し、また、実際の撮像時のC
CD10の温度が上記温度条件とは異なる場合には、そ
の異なる温度に最も近い温度条件を選択し、その選択さ
れた温度条件における複数の暗電流データから、上記と
同様にして暗電流補正データを算出するようにすればよ
い。
【0037】また、例えば、暗電流データ記憶手段22
に、CCD10の温度が−20℃、−22℃、−24
℃、−26℃のそれぞれの温度条件における複数の既知
露出時間に応じた暗電流データを記憶しておき、例え
ば、実際の撮像時におけるCCD10の温度が−21℃
の時には、−20℃および−22℃についてそれぞれの
複数の暗電流データに基づいて上記と同様にして暗電流
補正データを算出し、そして、−20℃について算出さ
れた暗電流補正データと−22℃について算出された暗
電流補正データとに基づいて、比例配分などして−21
℃についての暗電流補正データを算出するようにしても
よい。
【0038】上記のようにCCD10の複数の温度条件
毎に複数の既知露出時間に応じた暗電流データを記憶
し、暗電流補正データを、実際の撮像時のCCDの温度
条件および複数の温度条件に応じた複数の既知露出時間
の暗電流データに基づいて算出するようにした場合に
は、CCDの温度条件が異なる場合においても適切な暗
電流補正を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のCCD撮像装置の一実施形態を示す図
【図2】本発明のCCD撮像装置を利用した画像生成装
置の概略構成図
【図3】図2に示す画像生成装置における暗箱の縦断面
【符号の説明】
1 CCD撮像装置 2 暗箱 3 パーソナルコンピュータ 4 CRT 5 キーボード 10 CCD 12 伝熱板 14 ペルチェ素子 18 A/D変換器 20 画像データバッファ 22 暗電流データ記憶手段 24 補正データ算出手段 26 補正手段 30 A/D変換器 32 放熱フィン 34 カメラレンズ 40 第一の青色LED光源 41 第二の青色LED光源 42 第三の青色LED光源 43、44、45、46 フィルタ 48 サンプル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光を受光して光電変換するCCDと、該
    CCDへの前記光の入射を遮った状態において前記CC
    Dを複数の既知の露出時間でそれぞれ露出した際に前記
    CCDから出力される前記既知露出時間毎の暗電流デー
    タを記憶する暗電流データ記憶手段と、所定の撮像時間
    露出して撮像対象を撮像した前記CCDから出力される
    出力信号を前記撮像時間および前記複数の暗電流データ
    に基づいて補正する暗電流補正手段とを備えたCCD撮
    像装置において、 前記既知露出時間とは異なる前記撮像時間で露出して撮
    像が行なわれた際、該撮像時間に対応する暗電流補正デ
    ータを前記複数の暗電流データに基づいて算出する補正
    データ算出手段を有し、 前記補正手段が、前記既知露出時間とは異なる前記撮像
    時間で露出して前記撮像対象を撮像した前記CCDの出
    力信号を、前記補正データ算出手段により算出された前
    記撮像時間に対応する暗電流補正データに基づいて補正
    するものであることを特徴とするCCD撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記暗電流データ記憶手段が、前記CC
    Dの複数の温度条件毎に前記複数の既知露出時間に応じ
    た暗電流データを記憶するものであり、 前記補正データ算出手段が、前記暗電流補正データを、
    前記撮像対象を撮像する際の前記CCDの温度条件およ
    び前記複数の温度条件に応じた前記複数の既知露出時間
    の暗電流データに基づいて算出するものであることを特
    徴とする請求項1記載のCCD撮像装置。
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