JP3667947B2 - 蛍光画像読み取り装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、蛍光画像読み取り装置に関するものであって、さらに詳細には、画像データのノイズとなる励起光および蛍光をカットして、Ｓ／Ｎ比を向上させることのできる蛍光画像読み取り装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光物質を標識物質として使用した蛍光検出（fluorescence) システムが知られている。この蛍光検出システムによれば、蛍光画像の読み取ることによって、遺伝子配列、遺伝子の発現レベル、蛋白質の分離、同定、あるいは、分子量、特性の評価などをおこなうことができ、たとえば、電気泳動させるべき複数のＤＮＡ断片を含む溶液中に、蛍光色素を加えた後に、複数のＤＮＡ断片をゲル支持体上で電気泳動させ、あるいは、蛍光色素を含有させたゲル支持体上で、複数のＤＮＡ断片を電気泳動させ、あるいは、複数のＤＮＡ断片を、ゲル支持体上で、電気泳動させた後に、ゲル支持体を蛍光色素を含んだ溶液に浸すなどして、電気泳動されたＤＮＡ断片を標識し、励起光により、蛍光色素を励起して、生じた蛍光を検出することによって、画像を生成し、ゲル支持体上のＤＮＡの分布を検出したり、あるいは、複数のＤＮＡ断片を、ゲル支持体上で、電気泳動させた後に、ＤＮＡを変性（denaturation) し、次いで、サザン・ブロッティング法により、ニトロセルロースなどの転写支持体上に、変性ＤＮＡ断片の少なくとも一部を転写し、目的とするＤＮＡと相補的なＤＮＡもしくはＲＮＡを蛍光色素で標識して調製したプローブと変性ＤＮＡ断片とをハイブリダイズさせ、プローブＤＮＡもしくはプローブＲＮＡと相補的なＤＮＡ断片のみを選択的に標識し、励起光により、蛍光色素を励起して、生じた蛍光を検出することにより、画像を生成し、転写支持体上の目的とするＤＮＡの分布を検出したりすることができる。さらに、標識物質により標識した目的とする遺伝子を含むＤＮＡと相補的なＤＮＡプローブを調製して、転写支持体上のＤＮＡとハイブリダイズさせ、酵素を、標識物質により標識された相補的なＤＮＡと結合させた後、蛍光基質と接触させて、蛍光基質を蛍光を発する蛍光物質に変化させ、励起光によって、生成された蛍光物質を励起して、生じた蛍光を検出することにより、画像を生成し、転写支持体上の目的とするＤＮＡの分布を検出したりすることもできる。この蛍光検出システムは、放射性物質を使用することなく、簡易に、遺伝子配列などを検出することができるという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような蛍光検出システム用の画像読み取り装置においては、蛍光画像を担持した試料に、光源から励起光を照射して、生じた蛍光を、レンズによって、ＣＣＤカメラの受光素子面に集光して、光電的に検出し、ディジタル化して、蛍光画像データを生成しているが、ＣＣＤカメラが励起光を検出すると、Ｓ／Ｎ比が低下するため、レンズの前面に、励起光をカットする色ガラスフィルタを設け、励起光がＣＣＤカメラの受光素子面に入射することの防止が図られている。
しかしながら、励起光をカットする色ガラスフィルタが、励起光により照射されると、色ガラスフィルタが蛍光を発し、色ガラスフィルタを透過して、ＣＣＤカメラの受光素子面に入射するため、励起光をカットする色ガラスフィルタを設けるだけでは、十分に、Ｓ／Ｎ比を向上させることができないという問題があった。
【０００４】
したがって、本発明は、画像データのノイズとなる励起光および蛍光をカットして、Ｓ／Ｎ比を向上させることのできる蛍光画像読み取り装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、蛍光画像を担持した画像担体に向けて、励起光を照射して、前記画像担体から蛍光を発せさせる少なくとも一つの励起光源と、ＣＣＤと、前記ＣＣＤの前記画像担体側に設けられたフィルタとを備え、該フィルタが、前記励起光である波長４５０ｎｍ近傍の光をカットし、前記励起光により発生した蛍光を透過する色ガラスフィルタと、前記色ガラスフィルタの前記画像担体側の面に設けられ、前記励起光である波長４５０ｎｍ近傍の光をカットし、前記励起光により発生した蛍光を透過させ、前記色ガラスフィルタが励起光によって励起され蛍光を発生させることを防止するダイクロイックコーティングとを備えている、ことを特徴とする蛍光画像読み取り装置が提供される。
このような構成を有する本発明によれば、ＣＣＤの画像担体側の面に設けられたフィルタが、励起光である波長４５０ｎｍ近傍の光をカットし、励起光により発生した蛍光を透過する色ガラスフィルタと、色ガラスフィルタの画像担体側の面に設けられ、励起光である波長が４５０ｎｍ近傍の光をカットし、励起光により発生した蛍光を透過させ、前記色ガラスフィルタが励起光によって励起され蛍光を発生させることを防止するダイクロイックコーティングとを備えているので、フィルタに入射する光に含まれる励起光の大半がダイクロイックコーティングによってカットされるため、色ガラスフィルタが励起光によって励起されて蛍光が発せられることを効果的に防止することができ、色ガラスフィルタが励起光によって励起されて生じた蛍光をＣＣＤが検出することにより画像データにノイズが生成されることを防止して、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能になる。
【０００６】
本発明の好ましい実施態様においては、前記フィルタが、さらに、前記色ガラスフィルタの前記ＣＣＤ側に、赤外線カットフィルタを備えている。
本発明の好ましい実施態様によれば、フィルタが、さらに、色ガラスフィルタのＣＣＤ側に、赤外線カットフィルタを備えているので、赤外線もまた、フィルタによってカットすることができ、赤外線の波長領域に感度を有するＣＣＤが、赤外線を検出して、画像データにノイズが生成されることを防止して、Ｓ／Ｎ比を大幅に向上させることが可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明にかかる好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる蛍光画像読み取り装置を含む画像生成システムの略正面図である。
図１において、画像生成システムは、冷却ＣＣＤカメラ１、暗箱２およびパーソナルコンピュータ４を備えている。図１に示されるように、パーソナルコンピュータ３は、ＣＲＴ４とキーボード５を備えている。
図２は、冷却ＣＣＤカメラ１の略縦断面図である。
図２に示されるように、冷却ＣＣＤカメラ１は、ＣＣＤ６と、アルミニウムなどの金属により作られた伝熱板７と、ＣＣＤ６を冷却するためのペルチエ素子８と、ＣＣＤ６の前面に配置されたシャッタ９と、ＣＣＤ６が生成したアナログ画像データをディジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換器１０と、Ａ／Ｄ変換器１０によってディ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１１と、ディジタル画像データとともに、その画像データを生成した時の撮像条件を記憶するデータ記憶手段１２と、冷却ＣＣＤカメラ１の動作を制御するカメラ制御回路１３とを備えている。暗箱２との間に形成された開口部は、ガラス板１４によって閉じられており、冷却ＣＣＤカメラ１の周囲には、ペルチエ素子８が発する熱を放熱するための放熱フィン１５が、長手方向のほぼ１／２にわたって形成されている。データ記憶手段１２は、カメラ制御回路１３によりアクセス可能に構成されている。
【０００８】
冷却ＣＣＤカメラ１に設けられたガラス板１４の前面には、暗箱２内に設けられたカメラレンズ１６が取付けられている。
図３は、暗箱２の略縦断面図である。
図３に示されるように、暗箱２内には、発光波長中心が４５０ｎｍの励起光を発する透過型の第一の青色ＬＥＤ光源２１が設けられており、第一の青色ＬＥＤ光源２１の斜め上方には、発光波長中心が４５０ｎｍの励起光を発する落射型の第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３が設けられている。第一の青色ＬＥＤ光源２１の上面には、フィルタ２４が貼着され、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３の前面には、それぞれ、フィルタ２５およびフィルタ２６が貼着されている。フィルタ２４、２５、２６は、４５０ｎｍ近傍の波長以外の蛍光物質の励起に有害な光をカットし、４５０ｎｍ近傍の波長の光のみを透過する性質を有している。カメラレンズ１６の前面には、４５０ｎｍ近傍の励起光をカットするフィルタ２７が取り外し可能に設けられており、フィルタ２４の上面には、第一の青色ＬＥＤ光源２１から発せられる励起光を拡散させる拡散板２８が設けられている。拡散板２８の上面には、サンプル台４０が載置され、サンプル台４０の上面には、その上に載置される画像担体１８に均一に照射されるように、第一の青色ＬＥＤ光源２１から発せられる励起光を拡散させる拡散板４１が設けられている。本実施態様においては、暗箱２の両壁部に、蛍光画像を担持した画像担体１８を載置するサンプル台４０を固定する６段の棚（図示せず）が設けられ、サンプル台４０の位置を、上下方向に、７段にわたって、変化させることができるように構成されている。
【０００９】
図４は、フィルタ２７の略断面図である。
図４に示されるように、フィルタ２７は、色ガラスフィルタ２７ａと、色ガラスフィルタ２７ａのサンプル台４０の側の表面に施されたダイクロイックコーティング２７ｂを備えている。色ガラスフィルタ２７ａおよびダイクロイックコーティング２７ｂは、図５に示されるような透過特性を有しており、４５０ｎｍ近傍の光をカットし、４５０ｎｍを越える波長の光を透過する性質を有している。ここに、蛍光色素が励起された結果、生ずる蛍光の波長は、つねに、励起光の波長よりも長いため、ダイクロイックコーティング２７ｂは、４５０ｎｍ近傍の励起光はカットするが、励起光により励起されて、蛍光色素が発する蛍光を透過させることができる。このように、色ガラスフィルタ２７ａのサンプル台４０側の表面には、４５０ｎｍ近傍の光をカットし、蛍光色素から発せられる蛍光を透過する性質を有するダイクロイックコーティング２７ｂが施されているので、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２または第三の青色ＬＥＤ光源２３から発せられた励起光が、フィルタ２７に入射した場合には、その大半は、ダイクロイックコーティング２７ｂによってカットされ、ごくわずかな励起光が色ガラスフィルタ２７ａに入射するのみであるので、励起光によって、色ガラスフィルタ２７ａが励起されて、蛍光を発し、この蛍光が、ＣＣＤ６の光電面に入射して、光電的に読み取られ、生成された画像データにノイズを生ずることを効果的に防止することが可能になる。
【００１０】
図６は、パーソナルコンピュータ３の周辺のブロックダイアグラムである。
図６に示されるように、パーソナルコンピュータ３は、冷却ＣＣＤカメラ１の露出を制御するＣＰＵ３０と、冷却ＣＣＤカメラ１の生成した画像データを、画像データバッファ１１から読み出す画像データ転送手段３１と、画像データ転送手段３１によって読み出された画像データに画像処理を施し、画像データ記憶手段３２に記憶させる画像処理手段３３と、画像データ記憶手段３２に記憶された画像データに基づき、ＣＲＴ４の画面上に可視画像を表示する画像表示手段３４と、画像データ記憶手段３２に記憶された画像データを解析する画像データ解析手段３５を備えている。第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３は、光源制御手段３６により制御されており、光源制御手段３６には、キーボード５から、ＣＰＵ３０を介して、指示信号が入力されるように構成されている。ＣＰＵ３０は、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラ制御回路１３に種々の信号を出力可能に構成されている。画像データ記憶手段３２には、画像データとともに、その画像データを生成した時の撮像条件が記憶されており、ＣＰＵ３０によってアクセス可能に構成されている。
【００１１】
本実施態様にかかる蛍光画像読み取り装置は、蛍光物質の画像を担持している画像担体１８に、第一の青色ＬＥＤ光源２１あるいは第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３から励起光を照射して、画像担体１８から生じた蛍光を、カメラレンズ１６を介して、冷却ＣＣＤカメラ１のＣＣＤ６によって検出し、蛍光画像を生成可能に構成されている。ここに、画像担体１８が蛍光物質の画像を担持しているとは、蛍光色素によって標識された試料の画像を担持している場合と、酵素を標識された試料と結合させた後に、酵素を蛍光基質と接触させて、蛍光基質を、蛍光を発する蛍光物質に変化させ、得られた蛍光物質の画像を担持している場合とを包含している。
以上のように構成された本発明の実施態様にかかる蛍光画像読み取り装置は、以下のようにして、第一の青色ＬＥＤ光源２１を用いて、蛍光画像が生成する。
【００１２】
まず、ユーザーにより、サンプル台４０の拡散板４１上に、画像担体１８が載置されて、レンズフォーカス合わせがなされ、暗箱２が閉じられた後、ユーザーがキーボード５に露出開始信号を入力すると、光源制御手段３６によって、第一の青色ＬＥＤ光源２１がオンされて、拡散板４１上に載置された画像担体１８に向けて、励起光が発せられる。同時に、露出開始信号は、ＣＰＵ３０を介して、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラ制御回路１３に入力され、カメラ制御回路１３によって、シャッタ９が開かれ、ＣＣＤ６の露出が開始される。
第一の青色ＬＥＤ光源２１から発せられた励起光は、フィルタ２４によって、４５０ｎｍ近傍の波長の光以外の波長成分がカットされ、その結果、４５０ｎｍ近傍の波長の光により、画像担体１８中の蛍光物質が励起されて、蛍光が発せられる。
【００１３】
画像担体１８中の蛍光物質から発せられた蛍光は、フィルタ２７およびカメラレンズ１６を介して、ＣＣＤ６の光電センサ６０の光電面に画像を形成する。ＣＣＤ６の光電センサ６０は、こうして形成された画像の光を受け、これを電荷の形で蓄積する。本実施態様においては、第一の青色ＬＥＤ光源２１から発せられた励起光がフィルタ２７に入射した場合、色ガラスフィルタ２７ａのサンプル台４０の側の表面に形成されたダイクロイックコーティング２７ｂにより、４５０ｎｍ近傍の波長の励起光の大半がカットされ、色ガラスフィルタ２７ａに入射する励起光はごくわずかであるため、励起光が、色ガラスフィルタ２７ａに入射して、色ガラスフィルタ２７ａを励起することにより蛍光が生ずることを効果的に防止することができ、したがって、励起光により、色ガラスフィルタ２７ａが励起されて、生じた蛍光が、ＣＣＤ６の光電センサ６０の光電面に入射し、画像データ中にノイズが生成されることを防止して、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能になる。こうして、画像担体１８中の蛍光物質から発せられた蛍光のみが、ＣＣＤ６によって受光される。
【００１４】
所定の露出時間が経過すると、ＣＰＵ３０は、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラ制御回路１３に露出完了信号を出力する。カメラ制御回路１３は、ＣＰＵ３０から露出完了信号を受けると、ＣＣＤ６が、電荷の形で蓄積したアナログ画像データを、Ａ／Ｄ変換器１０に転送させ、ディジタル画像データにディジタル化して、撮像条件とともに、画像データバッファ１１に、一時的に記憶させる。画像データバッファ１１に一時的に記憶された画像データとその画像データを生成した時の撮像条件とは、データ記憶手段１２に入力され、記憶される。同時に、ＣＰＵ３０は、画像データ転送手段３１にデータ転送信号を出力して、冷却ＣＣＤカメラ１の画像データバッファ１１に一時的に記憶されたディジタル画像データを撮像条件とともに、読み出させ、画像処理手段３３に入力させる。
【００１５】
画像処理手段３３は、入力された画像データに所定の画像処理を施し、画像データ記憶手段３２に記憶させる。
その後、ユーザーがキーボード５に画像生成信号を入力すると、画像表示手段３５により、データ記憶手段３２に記憶された画像データが読み出され、読み出された画像データに基づいて、ＣＲＴ４の画面上に、蛍光画像が表示される。
また、ユーザーが、キーボード５を介して、解析信号を入力すると、画像データ解析手段３５は、画像データ記憶手段３２に記憶された画像データとその画像データを生成した時の撮像条件とを読み出し、ユーザーの指定した画像データの解析を実行し、解析結果は、画像表示手段３４により、ＣＲＴ４の画面上に表示される。
【００１６】
本実施態様によれば、カメラレンズ１６の前面に、取り外し可能に設けられたフィルタ２７は、色ガラスフィルタ２７ａと、色ガラスフィルタ２７ａのサンプル台４０の側の表面に施されたダイクロイックコーティング２７ｂを備え、色ガラスフィルタ２７ａのサンプル台４０側の表面には、４５０ｎｍ近傍の光をカットし、蛍光色素から発せられる蛍光を透過する性質を有するダイクロイックコーティング２７ｂが施されているので、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２または第三の青色ＬＥＤ光源２３から発せられた励起光が、フィルタ２７に入射した場合には、その大半は、ダイクロイックコーティング２７ｂによってカットされ、ごくわずかな励起光が色ガラスフィルタ２７ａに入射するのみであるので、励起光によって、色ガラスフィルタ２７ａが励起されて、蛍光を発し、この蛍光が、ＣＣＤ６の光電面に入射して、光電的に読み取られ、生成された画像データにノイズを生ずることを効果的に防止することが可能になる。
【００１７】
図７は、カメラレンズ１６の前面に、取り外し可能に設けられたフィルタ２７の他の例を示す略断面図である。
図７に示されるように、フィルタ２７は、色ガラスフィルタ２７ａと、色ガラスフィルタ２７ａのサンプル台４０側の表面に施されたダイクロイックコーティング２７ｂと、色ガラスフィルタ２７ａのカメラレンズ１６側の表面に貼着された赤外線カットフィルタ２７ｃを備えている。したがって、図７に示されるフィルタ２７が、カメラレンズ１６の前面に設けられた本発明の他の実施態様にかかる蛍光画像読み取り装置にあっては、励起光だけでなく、ＣＣＤ６が検出可能な赤外線もまた、フィルタ２７の赤外線カットフィルタ２７ｃによりカットされるため、赤外線が、ＣＣＤ６の光電センサ６０の光電面に入射して、検出され、画像データにノイズが生成されることを効果的に防止することができ、Ｓ／Ｎ比を大幅に向上させることが可能となる。
【００１８】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることがいうまでもない。
たとえば、前記実施態様においては、冷却ＣＣＤカメラ１を用いているが、蛍光画像のように、微弱な光を検出する必要のない場合には、冷却手段を備えていないＣＣＤカメラを使用して、画像データを生成し、シェーディング補正をするようにしてもよい。
さらに、前記実施態様においては、暗箱２内に、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３を設けているが、第一の青色ＬＥＤ光源２１のみ、あるいは、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３のみを設けるようにしてもよい。
【００１９】
また、前記実施態様においては、発光波長中心が４５０ｎｍの励起光を発する青色ＬＥＤ光源２１、２２、２３を用いているが、蛍光物質の種類に応じて、発光波長中心が４００ｎｍないし７００ｎｍの波長の励起光を発するＬＥＤ光源を選択して、使用することができる。
さらに、前記実施態様においては、冷却ＣＣＤカメラ１の周囲に、ペルチエ素子８が発する熱を放熱するための放熱フィン１５が、長手方向のほぼ１／２にわたって形成されているが、長手方向のすべてにわたって、放熱フィン１５を設けてもよく、冷却ＣＣＤカメラ１の周囲に、どの程度の放熱フィン１５を設けるかは任意に決定することができる。
また、前記実施態様においては、落射型の光源として、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３を設けているが、励起光源の数は２つに限定されるものではなく、３以上の任意の数の励起光源、たとえば、４つの励起光源を設けることもできる。
【００２０】
さらに、本発明において、手段とは、必ずしも物理的手段を意味するものではなく、各手段の機能がソフトウエアによって実現される場合も包含する。また、一つの手段の機能が二以上の物理的手段により実現されても、二以上の手段の機能が一つの物理的手段により実現されてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、本発明は、画像データのノイズとなる励起光および蛍光をカットして、Ｓ／Ｎ比を向上させることのできる蛍光画像読み取り装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる画像処理装置を含む画像生成システムの略正面図である。
【図２】図２は、冷却ＣＣＤカメラの略縦断面図である。
【図３】図３は、暗箱の略縦断面図である。
【図４】フィルタの略断面図である。
【図５】図５は、色ガラスフィルタおよびダイクロイックコーティングの透過特性を示すグラフである。
【図６】図６は、パーソナルコンピュータの周辺のブロックダイアグラムである。
【図７】図７は、フィルタの他の例を示す略断面図である。
【符号の説明】
１ 冷却ＣＣＤカメラ
２ 暗箱
３ パーソナルコンピュータ
４ ＣＲＴ
５ キーボード
６ ＣＣＤ
７ 伝熱板
８ ペルチエ素子
９ シャッタ
１０ Ａ／Ｄ変換器
１１ 画像データバッファ
１２ データ記憶手段
１３ カメラ制御回路
１４ ガラス板
１５ 放熱フィン
１６ カメラレンズ
１８ 画像担体
２１ 第一の青色ＬＥＤ光源
２２ 第二の青色ＬＥＤ光源
２３ 第三の青色ＬＥＤ光源
２４、２５、２６ フィルタ
２７ フィルタ
２７ａ 色ガラスフィルタ
２７ｂ ダイクロイックコーティング
２７ｃ 赤外線カットフィルタ
２８ 拡散板
３０ ＣＰＵ
３１ 画像データ転送手段
３２ 画像データ記憶手段
３３ 画像処理手段
３４ 画像表示手段
３５ 画像データ解析手段
３６ 光源制御手段
４０ サンプル台
４１ 拡散板

Claims (2)

1. 蛍光画像を担持した画像担体に向けて、励起光を照射して、前記画像担体から蛍光を発せさせる少なくとも一つの励起光源と、ＣＣＤと、前記ＣＣＤの前記画像担体側に設けられたフィルタとを備え、
   該フィルタが、前記励起光である波長４５０ｎｍ近傍の光をカットし、前記励起光により発生した蛍光を透過する色ガラスフィルタと、前記色ガラスフィルタの前記画像担体側の面に設けられ、前記励起光である波長４５０ｎｍ近傍の光をカットし、前記励起光により発生した蛍光を透過させ、前記色ガラスフィルタが励起光によって励起され蛍光を発生させることを防止するダイクロイックコーティングとを備えている、
   ことを特徴とする蛍光画像読み取り装置。
2. 前記フィルタが、さらに、前記色ガラスフィルタの前記ＣＣＤ側に、赤外線カットフィルタを備えた、
   ことを特徴とする請求項１に記載の蛍光画像読み取り装置。

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