JP4037381B2

JP4037381B2 - 光情報読取方法および装置

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Publication number: JP4037381B2
Application number: JP2004103598A
Authority: JP
Inventors: 和浩牧野
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005291762A; US7301143B2; US20050219534A1

Description

本発明は光情報読取方法および装置に関し、特に被走査体から発せられる光の光強度を光強度検出手段による主副走査により検出し、光強度画像データを取得する光情報読取方法および装置に関するものである。

従来より、被走査体から発せられる光を受光して光強度を検出する光強度検出手段を有し、この光強度検出手段を被走査体に対して相対的に主走査方向へ繰り返し移動させつつ、被走査体に対して相対的に主走査方向と略直交する副走査方向へ移動させることにより、光強度検出手段で前記被走査体の全面を走査し、光強度検出手段の出力に基づいて前記被走査体から発せられる光の光強度画像データを取得する光情報読取装置が知られている。（例えば特許文献１参照）
このような光情報読取装置は、例えば生化学・分子生物学分野においては、蛍光標識体を標識物質として使用した蛍光検出システムや、化学発光標識体を標識物質として使用した化学発光検出システムに使用される。

蛍光検出システムによれば、例えば蛍光標識体で標識された被検査物質が分布したゲル等の試料に励起光を照射し、該励起光の照射により発せられた蛍光を光電的に読み取ることにより、遺伝子配列、遺伝子の発現レベル、実験用マウスにおける投与物質の代謝・吸収・排泄の経路・状態、タンパク質の分離・同定、あるいは分子量、特性の評価などを行なうことができる。

例えば、懸濁液中の生細胞や溶液中の生物学的化合物（タンパク質など）をその電荷によって電場中を陽極または陰極に移動させる電気泳動により、複数のＤＮＡ断片を含む溶液中に蛍光標識体を加えた後、複数のＤＮＡ断片をゲル支持体上で電気泳動させ、あるいは蛍光標識体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このゲル支持体を蛍光標識体を含む溶液に浸すなどして、蛍光で標識されたＤＮＡ断片が分布したゲル支持体を得、これに、標識物質として用いられた蛍光標識体を励起せしめる励起光を照射して、ゲル支持体上で発光する蛍光の光強度を光電的に読み取り、これにより蛍光で標識されたＤＮＡ断片の分布を表す光強度画像データを取得し、得られた光強度画像データに基づいてＣＲＴ等の表示部に可視像を表示することにより、ＤＮＡ断片の分子量などの評価を行うことができる。

なお、被走査体としては、上記のゲル支持体に加え、蛍光標識体で標識された被検査物質が分布したメンブレンあるいはスライドガラス等を挙げることができる。

また、化学発光検出システムによれば、化学発光標識体で標識された被検査物質が分布した試料に化学発光基質を接触させ、化学発光基質から発せられる化学発光の光強度を光電的に読み取ることにより、化学発光標識体で標識された被検査物質の分布を表す光強度画像データを取得することができる。

また、光情報読取装置による光情報の読取りの対象となる被走査体のひとつに、放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等）を照射すると、この放射線エネルギーの一部が蓄積され、その後励起光を照射すると蓄積されたエネルギーに応じて輝尽発光を示す蓄積性蛍光体（輝尽性蛍光体）が知られている。シート状の蓄積性蛍光体（蓄積性蛍光体シート）に、人体等の被写体を透過した放射線を照射することにより、この放射線が担持する放射線画像情報を蓄積性蛍光体シートに記録することができる。この蓄積性蛍光体シートをレーザビーム等の励起光で主副走査して、放射線画像情報に応じた輝尽発光光を生じせしめ、この輝尽発光光の光強度を光電的に読み取って、蓄積性蛍光体シートの各画素毎に光強度画素データを取得し、この光強度画素データに基づいて、画像１枚分の光強度画像データを生成している（例えば特許文献２参照）。生成された光強度画像データは後に観察読影に適した階調処理や周波数処理等の画像処理が施され、この処理が施された後の光強度画像データは診断用可視像としてＣＲＴ等の表示部に表示されて診断に供される。

また、上記特許文献２に記載されている装置では、画像情報を読み取る際には輝尽発光光を光強度検出手段であるＰＭＴ（フォトマルチプライヤ）で読取って、アナログ信号を得、このアナログ信号を所定の間隔でサンプリングするとともに量子化することにより所定の画素密度で各画素の光強度画素データを取得している。
特開２００１−７４６５６号公報特開２００１−２１７６３８号公報

ところで、表示される可視象は被走査体の微細構造を観察するために、より高い分解能で再生されることが望まれている。この要望に応えるためには、被走査体から高い画素密度で光強度画像データを取得することが望ましい。このためには、例えばＰＭＴから出力される信号のサンプリング周期を短縮して画素密度を高めることが考えられる。しかし得られた信号に対する信号処理時間によってサンプリング周期全体が律せられる程度までサンプリング周波数が高く設定されている場合には、単にサンプリング周期を短縮しようとしても、上記処理時間等を短縮させない限りサンプリング周期を短縮するのは困難である。また信号処理速度の速い装置を使用した場合にはコストの増加を招くことになる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、被走査体から取得する光強度画素データの画素密度を増加することなく、取得する光強度画像データの分解能を実質的に向上させることを可能にした光情報読取方法および装置を提供することを目的とするものである。

本発明の光情報読取方法は、被走査体から発せられる光を受光して光強度を検出する光強度検出手段を前記被走査体に対して相対的に主走査方向へ繰り返し移動させつつ、前記被走査体に対して相対的に前記主走査方向と略直交する副走査方向へ移動させることにより、前記光強度検出手段で前記被走査体の全面を走査し、前記光強度検出手段の出力に基づいて前記被走査体から発せられる光の光強度画像データを取得する光情報読取方法において、
前記被走査体から市松状に光強度画素データを取得し、該光強度画素データ間の補間光強度画素データを、該補間光強度画素データの周辺の光強度画素データから算出し、前記光強度画素データおよび前記補間光強度画素データに基づいて、前記光強度画像データを生成することを特徴とするものである。

本発明の光情報読取装置は、被走査体から発せられる光を受光して光強度を検出する光強度検出手段を前記被走査体に対して相対的に主走査方向へ繰り返し移動させつつ、前記被走査体に対して相対的に前記主走査方向と略直交する副走査方向へ移動させることにより、前記光強度検出手段で前記被走査体の全面を走査し、前記光強度検出手段の出力に基づいて前記被走査体から発せられる光の光強度画像データを取得する光情報読取装置において、
前記被走査体から市松状に光強度画素データを取得し、該光強度画素データ間の補間光強度画素データを、該補間光強度画素データの周辺の光強度画素データから算出し、前記光強度画素データおよび前記補間光強度画素データに基づいて、前記光強度画像データを生成する光強度画像データ生成手段を備えたことを特徴とするものである。

なお、光強度検出手段を被走査体に対して相対的に移動させるとは、空間的な位置関係の移動に加え、光学的な位置関係の移動を含むものである。

前記光強度画像データ生成手段は、前記光強度検出手段の出力を所定のサンプリング周期で量子化して光強度画素データを取得するものであれば、
偶数番目の主走査ラインにおけるサンプリングのタイミングと奇数番目の主走査ラインにおけるサンプリングのタイミングとが前記サンプリング周期の１／２ずれているものであってもよい。

主走査方向のサンプリング間隔は、副走査方向のライン間隔の２倍であってもよい。

前記被走査体から発せられる光は、前記被走査体を励起光により露光走査し、該露光走査により前記被走査体から発せられる光であってもよい。

本発明の光情報読取方法および装置によれば、前記被走査体から市松状に光強度画素データを取得し、該光強度画素データ間の補間光強度画素データを、該補間光強度画素データの周辺の光強度画素データから算出し、前記光強度画素データおよび前記補間光強度画素データに基づいて、前記光強度画像データを生成するため、被走査体から取得する光強度画素データの画素密度を増加することなく、光強度画像データのデータ間隔を低減する、すなわち分解能を実質的に向上させることができる。

光強度画像データ生成手段が、前記光強度検出手段の出力を所定のサンプリング周期で量子化して光強度画素データを取得するものであり、偶数番目の主走査ラインにおけるサンプリングのタイミングと奇数番目の主走査ラインにおけるサンプリングのタイミングとが前記サンプリング周期の１／２ずれている場合には、サンプリングタイミングを偶数番目の主走査ラインと奇数番目の主走査ラインとでずらすのみで、容易に市松状に光強度画素データを取得することができる。

主走査方向のサンプリング間隔が、副走査方向のライン間隔の２倍である場合には、各光強度画素データの間に、補間光強度画素データを補間することにより、主走査方向のデータ間隔と副走査方向のデータ間隔が等しくなり、光強度画像データを可視化した際の視認性が向上する。

以下、本発明の実施の形態である光情報読取装置について図面を参照して説明する。図１は本実施の形態の光情報読取装置の要部を示す概略構成図であり、図２は光強度検出部の側面図であり、図３はサンプリングクロックの説明図である。

図１に示した光情報読取装置は、透明なシート台２上に載置された被走査体としての蓄積性蛍光体シート１と、該蓄積性蛍光体シート１へ励起光を照射し、該蓄積性蛍光体シート１から発せられる光を受光して光強度を検出する光強度検出部３と、光強度画素データ生成部４と、画像生成部５と、該画像生成部５で生成された光強度画像データを可視画像として表示する表示部６と、光強度検出部３、光強度画素データ生成部４および画像生成部５の動作を制御する制御部８とを備えている。

光強度検出部３は、励起光であるレーザ光Ｌを出射するレーザ光源３０と、光源３０から出射されたレーザ光Ｌをコリメートするレンズ３１と、レーザ光Ｌが照射された蓄積性蛍光体シート１から発せられた輝尽発光光Ｋを光電的に検出する光強度検出手段としてのフォトマルチプライヤ（以下、ＰＭＴという）４０と、レーザ光Ｌをシート台２上に載置された蓄積性蛍光体シート１に照射させるとともに、この照射により蓄積性蛍光体シート１から発せられる輝尽発光光ＫをＰＭＴ４０に導光させる光学ヘッド５０と、光学ヘッド５０からＰＭＴ４０までの光路上に配設されたレーザ光カットフィルタ４１と、同じく光学ヘッド５０からＰＭＴ４０までの光路上に配設された、光学ヘッド５０から出射した輝尽発光光Ｋを集光する集光レンズ４２と、光学ヘッド５０を主走査方向（矢印Ｘ方向）に等速移動させる主走査手段６０と、レーザ光源３０、レンズ３１、光学ヘッド５０、レーザ光カットフィルタ４１、集光レンズ４２およびＰＭＴ４０を一体的に副走査方向（矢印Ｙ方向）に移動させる副走査手段８０とを備えている。

ここで、光源３０から出射するレーザ光Ｌは矢印Ｘ方向に沿った向きに出射され、またＰＭＴ４０は矢印Ｘ方向に沿って入射する輝尽発光光Ｋを検出するように、それぞれ配置されている。

光学ヘッド５０は、矢印Ｘ方向に進む平行ビーム状のレーザ光Ｌを、蓄積性蛍光体シート１に直交する方向（図示において上方向）に反射させる平面ミラー５１と、この反射されたレーザ光Ｌを通過させる程度の大きさの小孔５２ａが形成され、蓄積性蛍光体シート１から下方に出射した輝尽発光光Ｋの大部分を矢印Ｘ方向に反射させる孔開きミラー５２と、蓄積性蛍光体シート１の上面から広がって出射した輝尽発光光Ｋを略平行なビームとする対物レンズ５３とを一体的に構成したものである。

レーザ光カットフィルタ４１は、蓄積性蛍光体シート１やシート台２などで散乱・反射したレーザ光Ｌの一部が輝尽発光光Ｋと共にＰＭＴ４０方向に進行した場合にも、そのレーザ光ＬがＰＭＴ４０に入射するのを防止するために、輝尽発光光Ｋは通過させるが、レーザ光Ｌは通過させないように帯域制限されたフィルタである。

また副走査手段８０は、副走査方向へ蓄積性蛍光体シートを搬送する際には、５０μｍ間隔で搬送するものである。すなわち副走査方向のライン間隔は５０μｍとなる。

光強度画素データ生成部４は、ＰＭＴ４０から出力されたアナログ信号を所定サンプリング周期でサンプリングして量子化する積分アンプ１１、該積分アンプ１１へサンプリングクロック信号を出力するクロック回路１２、積分アンプ１１から出力されたアナログの光強度画素データをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１３とを備えている。

積分アンプ１１は、スイッチＳ１、オペアンプ１７、コンデンサ１８およびスイッチＳ２から構成され、サンプリングクロックが入力されると、スイッチＳ２が開閉し、スイッチＳ２が開状態であった時間に、積分アンプ１１により積分された電圧値が出力される。なお、積分アンプ１１の積分時間は８μｓである。また、クロック回路１２は、エンコーダクロックからなり、１２μｓ周期で、サンプリングクロックを出力するものであり、奇数番目の主走査ラインの走査が行われる際には、図３の（Ａ）に示すようにＡ相のクロック信号を出力し、遇数番目の主走査ラインの走査が行われる際には、図３の（Ｂ）に示すようにＢ相のクロック信号を出力するものである。なお、エンコーダクロックから出力されるＡ相のクロック信号とＢ相のクロック信号とは、信号周期の１／２周期、出力タイミングがずれている。

画像生成部５は、Ａ／Ｄ変換された光強度画素データから補間光強度画素データを算出して、光強度画素データおよび補間光強度画素データから光強度画像データを生成する光強度画像データ取得部１５よび該光強度画像データにエッジ強調処理等の所望の画像処理を施す画像処理部１６とを備えている。

なお、光強度検出部３および光強度画素データ生成部４、および光強度画像データ取得部１５は、本発明の光強度画像データ生成手段として機能するものである。

次に本実施に形態の光情報読取装置の作用を、蓄積性蛍光体シート１がシート台２の上面に載置されている場合について説明する。

まず主走査部６０が等速度で、光学ヘッド５０を主走査方向（矢印Ｘ方向）に移動させる。光学ヘッド５０が移動されている期間中の各瞬間において、レーザ光源３０からは矢印Ｘ方向に沿った方向にレーザ光Ｌが出射されており、このレーザ光Ｌはレンズ３１により平行ビームとされ、光学ヘッド５０に入射する。光学ヘッド５０に入射したレーザ光Ｌは、平面ミラー５１により図示上方に反射され、孔開きミラー５２の小孔５２ａを通過して対物レンズ５３に入射し、対物レンズ５３を通ってシート台２上に載置された蓄積性蛍光体シート１の微小領域を照射する。

レーザ光Ｌを照射された蓄積性蛍光体シート１の蛍光体層からは、この蛍光体層が担持する放射線画像情報に応じて輝尽発光光Ｋが発せられる。輝尽発光光Ｋは、レーザ光Ｌと同一の光路を反対方向に進み、透孔５２ａが形成されたミラー５２に到達するが、ミラー５２に到達した輝尽発光光Ｋは、そのビーム径がレーザ光Ｌに比して太いため、透孔５２ａを通過するのはそのうちの一部であり、ミラー５２に到達した輝尽発光光Ｋの殆どがミラー５２によりフォトマルチプライヤ４０の方向へ反射され、集光レンズ４２により集光されてフォトマルチプライヤ４０に入射され、アナログ信号に光電変換され、光強度画素データ生成部４へ出力される。

なお、蓄積性蛍光体シート１を照射したレーザ光Ｌのうち一部は、蓄積性蛍光体シート１やシート台２などで散乱・反射し、輝尽発光光Ｋと同様にＰＭＴ４０方向に進行するが、その光路上に配設されたレーザ光カットフィルタ４１によりカットされる。

以上の作用の期間中、光学ヘッド５０は、主走査手段６０により主走査方向（矢印Ｘ方）に等速度で移動され続けている。また、サンプリング周期が１２μｓである場合に、蓄積性蛍光体シート１からは１００μmのサンプリング間隔で光強度画素データが読み出されるように、光学ヘッド５０の移動速度が設定されている。

このようにして蓄積性蛍光体シート１に対する矢印Ｘ方向への主走査が終了すると、副走査手段８０が、レーザ光源３０、レンズ３１、光学ヘッド５０、集光レンズ４２、レーザ光カットフィルタ４１およびＰＭＴ４０を一体的に、副走査方向（Ｙ方向）に５０μｍ移動させ、上述した主走査の作用が繰り返される。

以上の主走査と副走査との組合せにより、蓄積性蛍光体シート１の全面に亘ってレーザ光Ｌが照射され、蓄積性蛍光体シート１の各位置に対応した画像信号が取得される。

光強度画素データ生成部４のスイッチＳ１は、各主走査ラインの走査開始時に、閉状態とされ、その主走査ラインの走査終了時に開状態とされる。

積分アンプ１１から出力されたアナログの光強度画素データは、Ａ／Ｄ変換器１３によりデジタルの光強度画素データに変換され、画像処理部５の光強度画像データ取得部１５の不図示の画像メモリへ記憶される。

なお、奇数番目の主走査ラインの走査が行われる際には、積分アンプ１１のスイッチＳ２には図３の（Ａ）に示すようなサンプルタイミングで、サンプリングクロックが入力される。偶数番目の主走査ラインの走査が行われる際には、積分アンプ１１のスイッチＳ２には図３の（Ｂ）に示すようなサンプルタイミングで、サンプリングクロックが入力される。このため、奇数番目の主走査ラインの走査により取得された光強度画素データと偶数番目の主走査ラインの走査により取得された光強度画素データとは、図４の（Ａ）に示すように、主走査方向に沿って交互に読み取られた光強度画素データ２０となる。

光強度画像データ取得部１５では、図４の（Ｂ）に点線で示す補間光強度画素データ２１を算出する。この補間光強度画素データ２１の算出方法は種々考えられるが、例えば各補間光強度画素データ２１の上下左右の４つの光強度画素データの平均値を算出し、補間光強度画素データの値とすることができる。

光強度画像データ取得部１５では、このようにして算出した補間光強度画素データを、光強度画素データ間に補間して、光強度画像データを生成し、画像処理部１６へ出力する。なお、主走査方向のサンプリング間隔が１００μｍであり、副走査方向のライン間隔が５０μｍであるため、補間光強度画素データにより補間された光強度画像データのデータ間隔は、主走査方向の間隔も、副走査方向の間隔も５０μｍとなる。

画像処理部１６では、所望の画像処理、例えばエッジ強調処理などをこの光強度画像データへ施し、表示部６へ出力する。表示部６では、光強度画像データを可視画像として表示する。なお、外部装置などへ出力する場合には、画像処理部１６において、間引き処理を施しデータ量を低減してから出力してもよい。

以上の説明で明らかなように、本実施の形態では、偶数番目の主走査ラインにおけるサンプリングのタイミングと奇数番目の主走査ラインにおけるサンプリングのタイミングとをサンプリング周期の１／２ずらすことにより、市松状に光強度画素データを取得し、光強度画素データ間の補間光強度画素データを、該補間光強度画素データの周辺の光強度画素データから算出し、光強度画素データおよび補間光強度画素データに基づいて、光強度画像データを生成したため、蓄積性蛍光体シートから取得する光強度画素データの画素密度を増加することなく、光強度画像データのデータ間隔を低減する、すなわち分解能を実質的に２倍に向上させることができ、表示する可視像の視認性を向上させることができる。

また、既存の光情報読取装置の構成に大幅な変更を加えることなく、サンプリングタイミングを偶数番目の主走査ラインと奇数番目の主走査ラインとでサンプリング周期の１／２ずらすのみで、容易に市松状に光強度画素データを取得することができる。

さらに、主走査方向のサンプリング間隔が、副走査方向のライン間隔の２倍であるため、各光強度画素データの間に、補間光強度画素データを補間することにより、主走査方向のデータ間隔と副走査方向のデータ間隔が等しくなり、光強度画像データを可視化した際の視認性が向上する。

なお本実施形態の光情報読取装置においては、主走査手段６０が光学ヘッド５０を主走査方向へ移動し、副走査手段８０が、レーザ光源３０、光学ヘッド５０、集光レンズ４２、レーザ光カットフィルタ４１およびＰＭＴ４０を一体的に副走査方向へ移動させるものとして説明したが、この態様とは逆に蓄積性蛍光体シート１を、主走査方向または副走査方向へ移動させてもよい。また、レーザ光源３０やＰＭＴ４０は移動させずに、光学ヘッド５０およびレンズ系を移動させる構成により、蓄積性蛍光体シート１に対してＰＭＴ４０を移動させてもよい。

なお、本実施の形態の変形例として、光強度検出部３の代わりに図５に示すような光強度検出部２４を備えた光情報読取装置も考えられる。この装置は、化学発光標識体で標識された被検査物質が分布した被走査体２５に化学発光基質を接触させ、化学発光基質から発せられる化学発光Ｍの光強度を光電的に読み取ることにより、化学発光標識体で標識された被検査物質の分布を表す光強度画像データを取得するものである。励起光が不用であるため、レーザ光源およびレーザ光カットフィルタは搭載されず、また、孔開きミラー５２の代わりに通常のミラー２６を備えた光学ヘッド２７が用いられている。

本発明の実施の形態である光情報読取装置の概略構成図光強度検出部の側面図サンプリングクロックの出力タイミングを示す図光強度画素データおよび補間光強度画素データの説明図他の光強度検出部の概略構成図

符号の説明

１蓄積性蛍光体シート
２シート台
３、２４光強度検出部
４光強度画素データ生成部
５画像生成部
６表示器
８制御部
１１積分アンプ
１２クロック回路
１３Ａ／Ｄ変換器
１５光強度画像データ取得部
１６画像処理部
３０レーザ光源
３１レンズ
４０フォトマルチプライヤ
４１レーザ光カットフィルタ
５０光学ヘッド
６０主走査手段
８０副走査手段

Claims

被走査体から発せられる光を受光して光強度を検出する光強度検出手段を前記被走査体に対して相対的に主走査方向へ繰り返し移動させつつ、前記被走査体に対して相対的に前記主走査方向と略直交する副走査方向へ移動させることにより、前記光強度検出手段で前記被走査体の全面を走査し、前記光強度検出手段の出力に基づいて前記被走査体から発せられる光の光強度画像データを取得する光情報読取方法において、
前記被走査体から市松状に光強度画素データを取得し、該光強度画素データ間の補間光強度画素データを、該補間光強度画素データの周辺の光強度画素データから算出し、前記光強度画素データおよび前記補間光強度画素データに基づいて、前記光強度画像データを生成することを特徴とする光情報読取方法。
被走査体から発せられる光を受光して光強度を検出する光強度検出手段を前記被走査体に対して相対的に主走査方向へ繰り返し移動させつつ、前記被走査体に対して相対的に前記主走査方向と略直交する副走査方向へ移動させることにより、前記光強度検出手段で前記被走査体の全面を走査し、前記光強度検出手段の出力に基づいて前記被走査体から発せられる光の光強度画像データを取得する光情報読取装置において、
前記被走査体から市松状に光強度画素データを取得し、該光強度画素データ間の補間光強度画素データを、該補間光強度画素データの周辺の光強度画素データから算出し、前記光強度画素データおよび前記補間光強度画素データに基づいて、前記光強度画像データを生成する光強度画像データ生成手段を備えたことを特徴とする光情報読取装置。
前記光強度検出手段が前記被走査体に対して相対的に主走査方向へ繰り返し等速移動するものであり、
前記光強度画像データ生成手段が、前記光強度検出手段の出力を所定のサンプリング周期で量子化して光強度画素データを取得するものであり、
偶数番目の主走査ラインにおけるサンプリングのタイミングと奇数番目の主走査ラインにおけるサンプリングのタイミングとが前記サンプリング周期の１／２ずれていることを特徴とする請求項２記載の光情報読取装置。
主走査方向のサンプリング間隔が、副走査方向のライン間隔の２倍であることを特徴とする請求項３記載の光情報読取装置。
前記被走査体から発せられる光が、前記被走査体を励起光により露光走査し、該露光走査により前記被走査体から発せられる光であることを特徴とする請求項２から４いずれか１項記載の光情報読取装置。