JP7160773B2 - 蛍光撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料が発生する蛍光を用いて撮影をする蛍光撮影装置に関する。

従来、生化学及び分子生物学等の分野においては、試料が発生する蛍光を用いて撮影をすることにより、試料の検査その他調査及び研究を行う。この検査等は、例えば、蛍光を用いて試料を撮影した画像を用いて、試料が発生する蛍光の光量、またはその変化等を計測する。そして、検査等の対象である試料について定性的及び定量的な情報を得ることを目的とする。

上記検査等は、特性または条件等が異なる複数の試料について行うことが通常である。このため、複数の試料を保持するマイクロプレート（マルチウェルプレートまたはマイクロタイタープレート等もいう場合がある）を使用する。マイクロプレートは、専用の読み取り装置により、一つ一つのウェルについてについて試料の発光または蛍光を検出し、その量を検査する。しかし、この装置では、ウェルごとにシリアルに処理が進むため時間がかかる。そこで、マクロプレート全体を実質的に同時に撮影することで画像として検出し、その画像から試料の発光または蛍光を定量する装置が知られている。

一方、マイクロプレートを使用すると、マイクロプレートにおける位置による視差が生じ、検査等の結果に影響がでる場合がある。このため、フレネルレンズを使用したテレセントリック光学系を使用することにより、上記視差を低減して複数の試料を同時に撮影する蛍光撮影装置が知られている（特許文献１ないし３）。

特許第４８５４３３４号 特許第４６０５７１３号 特許第６３０５９８５号

上記のように、マイクロプレートを用いて複数の試料を同時に撮影する場合、フレネルレンズを用いることにより、検査等における視差の影響を低減できる。そして、このフレネルレンズは、樹脂製であることが通常である。ガラス製のフレネルレンズよりも、作製が容易であり、かつ、コストも低減できるからである。

一方、試料には検査等の内容に応じて酢酸等の薬品を使用するが、樹脂製のフレネルレンズは、ガラス製のフレネルレンズと比較して、試料に使用する薬品に対する耐性が低い。このため、樹脂製のフレネルレンズを何ら保護することなく使用すると、変色等の劣化が生じる場合がある。また、繰り返し検査に使用するうちに劣化が生じる場合がある。このため、樹脂製のフレネルレンズを使用する場合、試料（特に試料に使用する薬品）から、樹脂製のフレネルレンズを保護することが望まれる。

そして、樹脂製のフレネルレンズを保護する場合、樹脂製のフレネルレンズとは別体の保護板を使用することが考えられるが、撮影装置に必要に応じて挿抜するフレネルレンズと保護板が別体であると、これらをそれぞれ配置等する手間がかかる。このため、保護板を用いて樹脂製のフレネルレンズを保護する場合、フレネルレンズと保護板は実質的に一体化していることが望ましい。

しかし、樹脂製のフレネルレンズに保護板を近接させて一体化したレンズアセンブリを構成すると、例えば温度及び／または湿度等の使用時の環境条件によって、予期しないモアレ縞が生じることがある。このモアレ縞は検査等の結果に誤差を生じる要因となる。

そこで、本発明は、樹脂製のフレネルレンズを使用し、かつ、正確な検査等を実施できる蛍光撮影装置を提供することを目的とする。

本発明の蛍光撮影装置は、蛍光を発生する複数の試料を保持するマイクロプレートと、マイクロプレートの上に配置し、少なくともマイクロプレートの側がテレセントリックである樹脂製のフレネルレンズと、フレネルレンズのマイクロプレートに対向する表面を保護する保護板と、フレネルレンズと保護板との間に空隙を形成するスペーサと、スペーサを介してフレネルレンズと保護板を挟持するフレームと、を有するレンズアセンブリと、レンズアセンブリを介し、かつ、各々の試料が発生する蛍光を用いて、複数の試料をまとめて撮影する撮影部と、を備え、保護板は、光透過性のガラスシートであり、フレネルレンズと保護板との間は、外周部分に設けられ、且つ、フレネルレンズ及び保護板と接するスペーサと、外界と接する切り欠き部とが設けられている。

フレネルレンズは一方の表面が平面であり、スペーサはフレネルレンズの平面と保護板との間に空隙を形成することが好ましい。

スペーサは、フレネルレンズ及び保護板よりも薄いことが好ましい。

スペーサは、フレネルレンズ及び保護板の外周部分においてフレネルレンズ及び保護板と接することが好ましい。

スペーサは、フレネルレンズ及び保護板の間に形成する空隙と、外界と、を接続する切り欠き部を備えることが好ましい。

フレームは、フレネルレンズ及び保護板を面方向に移動可能に保持することが好ましい。

フレームは、フレネルレンズ、スペーサ、及び、保護板の重畳部分にクッション材を備えることが好ましい。

レンズアセンブリとマイクロプレートとの間に、蛍光を発生させる励起光を試料に照射する励起光光源を備えることが好ましい。

本発明の蛍光撮影装置は、蛍光を発生する複数の試料を保持するマイクロプレートと、マイクロプレートの上に配置し、少なくともマイクロプレートの側がテレセントリックである樹脂製のフレネルレンズと、フレネルレンズのマイクロプレートに対向する表面を保護する保護板と、フレネルレンズと保護板との間に空隙を形成するスペーサと、スペーサを介してフレネルレンズと保護板を挟持するフレームと、を有するレンズアセンブリと、レンズアセンブリを介し、かつ、各々の試料が発生する蛍光を用いて、複数の試料をまとめて撮影する撮影部と、を備え、レンズアセンブリとマイクロプレートとの間に、蛍光を発生させる励起光を試料に照射する励起光光源を備える。

励起光光源は、レンズアセンブリに対向する面に遮光部材を備えることが好ましい。

本発明の蛍光観察装置は、樹脂製のフレネルレンズを使用し、かつ、正確な検査等を実施できる。

蛍光撮影装置の概略図である。 レンズアセンブリの斜視図である。 レンズアセンブリの分解図である。 フレネルレンズユニットの説明図である。 フレネルレンズユニットにおけるスペーサの配置を示す説明図である。 励起光光源の走査に係る構成及び走査態様を示す説明図である。 スペーサを有しないレンズアセンブリに発生するモアレ縞を示す説明図である。 スペーサを設けた場合のレンズアセンブリを示す説明図である。 励起光光源の具体的構成を示す説明図である。 励起光光源の別の構成を示す説明図である。 励起光光源の別の構成を示す説明図である。 励起光光源にミラーを含む例を示す説明図である。 励起光光源に複数のミラーを含む例を示す説明図である。 励起光光源に光学フィルタを含む例を示す説明図である。

図１に示すように、蛍光撮影装置１０は、マイクロプレート１１、レンズアセンブリ１２、及び、撮影部１３を、筐体１５内に備える。

マイクロプレート１１は、概ね平板状であり、一方の表面に２次元に配列した複数のウェル２１（穴または窪み。以下、ウェルという）を有する。ウェル２１の配列は例えば正方格子状である。ウェル２１は、それぞれにペトリ皿（もしくはシャーレ）または試験管等と同様に機能するものであり、例えばタンパク質または細胞等の生体関連物質を含む試料２２を入れる。ウェル２１に入れる具体的な試料２２は任意であるが、本実施形態においては励起光を照射することによって蛍光を発生するものである。したがって、マイクロプレート１１は、蛍光を発生する複数の試料２２を保持する。

マイクロプレート１１が各ウェル２１において保持する試料２２は、ウェル２１ごとに性質、条件、または特性等が異なる場合がある。また、試料２２には、検査等の対象物であるタンパク質等を、検査等を行うための所定条件に安定に維持する薬液を含む。試料２２が含む薬液は、例えば、緩衝液、封入剤もしくはイメージング剤、及び／または蛍光試薬等である。試料２２を形成する薬液は、例えばメタクリル樹脂を傷める酢酸等を含む場合がある。

マイクロプレート１１は、試料ガイド２６を介して試料トレイ２７上に配置する。試料ガイド２６は、マイクロプレート１１の形状と試料トレイ２７の内型を整合し、試料トレイ２７の所定位置（例えば中央）に配置するための補助部材である。このため、試料ガイド２６は、試料トレイ２７の形状に合致する外形と、マイクロプレート１１を嵌合する凹部または孔部を有する。

試料トレイ２７は汎用であり、本実施形態で用いるマイクロプレート１１の他、これと形状または大きさ等が異なるマイクロプレート、または、その他ペトリ皿等を載せることができる。また、試料トレイ２７は、ゲルまたはメンブレン等を載せることができる。マクロプレート１１等を用いて試料２２を試料トレイ２７に載せる場合、使用するマイクロプレート１１等と合致する試料ガイド２６を使用することにより、試料トレイ２７は上記マイクロプレート１１等を所定位置に位置決めする。また、試料トレイ２７は、筐体１５に対して挿抜自在であり、同型の試料トレイ２７と交換して使用できる。

レンズアセンブリ１２は、筐体１５内においてマイクロプレート１１の上に配置する。レンズアセンブリ１２は、レンズアセンブリ１２は撮影部１３の補助光学系であり、マイクロプレート１１の側（物体側）がテレセントリックである。また、レンズアセンブリ１２は、筐体１５またはマイクロプレート１１等の形状または構造との嵌合等により、位置規制を受ける。一方、試料トレイ２７は筐体１５内でセット位置が決められている。このため、撮影部１３から試料２２を見下ろす場合、光学中心が撮影部１３を構成するレンズ５２とレンズアセンブリ１２を構成するフレネルレンズ９２（図３参照）が通る。その結果、撮影部１３がレンズアセンブリ１２を介してマイクロプレート１１を撮影する場合、マイクロプレート１１が保持する複数の試料２２を視差なく撮影することができる。なお、マイクロプレート１１の上とは、マイクロプレート１１と撮影部１３の間に配置することをいう。本実施形態においては、レンズアセンブリ１２は、マイクロプレート１１を保持する試料トレイ２７に載せる。

レンズアセンブリ１２は、上記のように物体側テレセントリックレンズとして機能するレンズ部３１と、このレンズ部３１をマイクロプレート１１から一定の距離に、かつ、マイクロプレート１１と平行に保つ脚部３２と、を有する。また、レンズアセンブリ１２は、挿抜自在である。このため、レンズアセンブリ１２を必要に応じてマイクロプレート１１の上に挿入し、または抜去して、マイクロプレート１１及びマイクロプレート１１が保持する複数の試料２２を撮影することができる。

撮影部１３は、レンズアセンブリ１２を開始、かつ、マイクロプレート１１が保持する複数の試料２２をまとめて撮影する。撮影部１３は、直接的にまたは間接的に照明した試料２２を撮影することができる。また、撮影部１３は、各々の試料２２が発生する蛍光または燐光等を用いて、これらを撮影することができる。試料２２が発生する蛍光等には、検査等の対象であるタンパク質等が自ら発光する蛍光（いわゆる自家蛍光）等の他、蛍光マーカー等の作用によって発生する蛍光等を含む。

本実施形態においては、撮影部１３は、マイクロプレート１１が保持する各々の試料２２が発生する蛍光を用いて、これらの複数の試料２２をまとめて撮影する。このため、蛍光撮影装置１０は、１度に１または複数の試料２２に対して励起光４０を照射する励起光光源４１を備える。励起光４０の照射により、試料２２は蛍光を発する。励起光光源４１は、例えば線状または点状の光源であり、レンズアセンブリ１２とマイクロプレート１１の間に配置する。また、励起光光源４１は、例えば１または複数のＬＥＤ（light emitting diode）、ＬＤ（Laser Diode）、ランプまたはこれらの組み合わせ等である。そして、励起光光源４１は、レンズアセンブリ１２とマイクロプレート１１との間を走査することにより、複数の試料２２に励起光４０を照射する。このため、励起光光源４１は、レンズアセンブリ１２を介することなく、マイクロプレート１１が保持する複数の試料２２に直接に励起光４０を照射する。また、励起光光源４１は、励起光４０を発生する発光素子４３の他、レンズアセンブリ１２に対抗する面に遮光部材４４を備える。このため、励起光４０は、レンズアセンブリ１２に入射しない。レンズアセンブリ１２に励起光４０が入射すると、レンズアセンブリ１２が自家蛍光を発して、検査等における定量性を損なう場合がある。しかし、上記のように励起光光源４１が遮光部材４４を備え、レンズアセンブリ１２には励起光４０が入射しない構成としていることで、レンズアセンブリ１２の自家蛍光が発生せず、検査等を正確に実施できる。

撮影部１３は、撮像素子５１、レンズ５２、及び、光学フィルタ５３を備える。レンズ５２はマイクロプレート１１及び／またはマイクロプレート１１が保持する複数の試料２２の像を撮像素子５１に結像し、撮像素子５１はこれを画像として出力する。光学フィルタ５３は、例えばバンドパスフィルタであり、励起光４０を遮蔽し、かつ、試料２２が発生する蛍光を透過する。光学フィルタ５３があることによって、撮影部１３は、実質的に試料２２が発生する蛍光のみを用いて試料２２を撮影することができる。撮影部１３は、複数種類の光学フィルタ５３を有しており、励起光４０及び／または試料２２が発生する蛍光の波長等に応じて適宜交換することができる。

筐体１５は、少なくとも試料２２の撮影時において暗室を形成する。このため、撮影部１３は、筐体１５によって外光を遮蔽した状態で、マイクロプレート１１が保持する試料２２の撮影をすることができる。また、筐体１５は恒温槽等としても機能する。すなわち、筐体１５は、撮影時及びその前後において、検査等に適した所定の環境条件を整え、これを維持することができる。

上記の他、蛍光撮影装置１０は、制御部６１及び表示部６２を備える。制御部６１は、蛍光撮影装置１０の各部の動作を制御する。具体的には、制御部６１は、撮影部１３（特に撮像素子５１）による撮影のタイミング及び露光時間、励起光光源４１の走査、励起光４０の波長の変更及び光量の調整、並びに、筐体１５内の環境温度及び／または湿度等を調整する。表示部６２は筐体１５の外面に画面を露呈し、検査の進捗及び結果等を表示する。また、表示部６２は、例えばタッチパネルで構成され、蛍光撮影装置１０に動作指示を与える操作をする操作部としても機能する。表示部６２が操作部を兼ねない場合、表示部６２とは別に操作部（図示しない）を設ける。

図２に示すように、レンズアセンブリ１２は、フレーム７１と、レンズユニット７２と、を備える。フレーム７１は、平板状かつ四角形状の上面部７１ａと、上面部７１ａの対向する２つの辺にそれぞれ約９０度の角度で接続し、かつ、試料トレイ２７と当接する部分において折り返した形状の脚部３２と、を有する。フレーム７１は上面部７１ａにレンズユニット７２を内蔵する。また、フレーム７１は、上面部７１ａのほぼ中央に設けた窓７１ｂからレンズユニット７２を露呈する。このレンズユニット７２の露呈部分が、撮影において物体側テレセントリックレンズとして機能するレンズ部３１である。

より詳細には、図３に示すように、レンズアセンブリ１２の上面部７１ａの部分は、第１フレーム８１と、レンズユニット７２と、第２フレーム８２と、を備える。

第１フレーム８１及び第２フレーム８２は、レンズアセンブリ１２のフレーム７１を構成する。第１フレーム８１は、撮影時における配置状態（図１参照）においてフレーム７１の撮影部１３側を構成する部材である。本実施形態においては、第１フレーム８１の端部を折り返すことにより脚部３２を形成する。第２フレーム８２は撮影時における配置状態において、フレーム７１のマイクロプレート１１の側を構成する部材である。本実施形態においては、第２フレーム８２は、例えばネジ８３によって第１フレーム８１に固定する。これにより、第１フレーム８１及び第２フレーム８２すなわちフレーム７１は、レンズユニット７２を挟持する。

また、第１フレーム８１及び第２フレーム８２は、それぞれ対応する位置にそれぞれ開口８１ｂ及び開口８２ｂを有する。開口８１ｂ及び開口８２ｂがレンズユニット７２を露呈する窓７１ｂを構成する。

この他、第１フレーム８１及び第２フレーム８２と、レンズユニット７２との間には、面方向において隙間８６がある。これにより、フレーム７１はフレネルレンズ９２及び第２保護板９４を含むレンズユニット７２の全体または一部を、その面方向に移動可能に保持する。レンズアセンブリ１２を使用または保管する環境の温度及び／または湿度等によっては、レンズユニット７２の全体または一部が膨張し、反り等の変形またはその変形による破損等が生じる場合がある。そこで、上記のようにフレーム７１にレンズユニット７２との間に隙間８６を設けておき、レンズユニット７２の一部または全部を面方向に移動可能としておくことで、レンズアセンブリ１２を使用または保管する環境による変形及び破損等を防止することができる。

また、フレーム７１は、レンズユニット７２がスペーサ９３を有する部分、すなわち、フレネルレンズ９２、スペーサ９３、及び、第２保護板９４等の重畳部分にクッション材８７を備える。第１フレーム８１と第２フレーム８２を接続した場合に、適切な力でレンズユニット７２を押圧し、レンズユニット７２を構成する各部を挟持して、一体に保持しておくためである。

レンズユニット７２は、第１保護板９１、フレネルレンズ９２、スペーサ９３、及び、第２保護板９４を備える。これらの配置順序は、撮影時の配置状態において、撮影部１３側から、第１保護板９１、フレネルレンズ９２、スペーサ９３、及び、第２保護板９４の順序である。また、第１保護板９１、フレネルレンズ９２、スペーサ９３、及び、第２保護板９４はいずれの間も接着または接合等せずに、第１フレーム８１及び第２フレーム８２が挟持する力によって全体を一体に保持する。これら各部の膨張率が異なるため、使用または保管等する環境の温度及び／または湿度等によって、反り等の変形、及び、変形等による部分的な光学的特性の変化等の不具合が生じないようにするためである。

第１保護板９１は、撮影時の配置状態において、フレネルレンズ９２の撮影部１３側の表面を、試料２２を構成する薬液のうち樹脂製品を傷める酢酸等の成分（以下、酢酸等という）による劣化から保護する。また、第２保護板９４は、撮影時の配置状態において、フレネルレンズ９２のマイクロプレート１１に対向する表面を、試料２２の酢酸等による劣化から保護する。このため、第１保護板９１及び第２保護板９４は、フレネルレンズ９２よりも試料２２の酢酸等に対する耐性が高い材料、例えばガラスで構成する。本実施形態においては、第１保護板９１及び第２保護板９４は、それぞれ一定の剛性を保ちつつも、大局的には“たわみ”等の変形を許容できる、いわゆるガラスシートである。

フレネルレンズ９２は、撮影時の配置状態において少なくともマイクロプレート１１の側（物体側）がテレセントリックなレンズである。また、フレネルレンズ９２は、少なくとも一方の表面に、物体側テレセントリックレンズを同心円状の領域に分割して形成することにより、全体としてほぼ平板状としたレンズである。本実施形態においては、撮影部１３側の表面が上記レンズ形状を形成したレンズ面９６であり、他方のマイクロプレート１１の側の表面は平面９７である。また、フレネルレンズ９２は、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン、またはポリカーボネート等の樹脂製である。製造のコスト及び容易性のためである。但し、フレネルレンズ９２は樹脂製であるため、何ら保護しないで使用する場合には、試料２２の酢酸等によって変色等の劣化が生じる場合がある。このため、レンズアセンブリ１２では第１保護板９１及び第２保護板９４によって保護している。

スペーサ９３は、フレネルレンズ９２と、フレネルレンズ９２の表面を試料２２の酢酸等から保護する保護板との間に空隙を形成する部材である。本実施形態においては、図４に示すように、フレーム７１によってレンズユニット７２を挟持することにより、フレネルレンズ９２と第２保護板９４を一体に保持する場合に、このフレネルレンズ９２と第２保護板９４との間に空隙９８を形成する。フレネルレンズ９２はマイクロプレート１１に対向する表面が平面９７である。このため、スペーサ９３はこの平面９７と第２保護板９４との間に空隙９８を形成する。その結果、スペーサ９３は、レンズアセンブリ１２の使用または保管する環境の温度及び／または湿度等によって、フレネルレンズ９２と第２保護板９４のフレネルレンズ９２側の平面状の表面９９が全体的に及び部分的に密着することを防止する。また、スペーサ９３は、レンズアセンブリ１２の空輸時等における気圧の変化に起因したフレネルレンズ９２と第２保護板９４の表面９９の全体的及び部分的な密着も防止できる。

スペーサ９３は、例えば、フレネルレンズ９２及び第２保護板９４よりも薄い。スペーサ９３がこれらよりも厚いことによって空隙９８が大きい場合、レンズユニット７２がほぼ一体となっていることによってレンズユニット７２が全体として発揮する柔軟性が低下する。その結果、開口８２ｂから露呈する第２保護板９４への接触等によって、第２保護板９４が破損等しやすくなるからである。

また、スペーサ９３は、少なくともその一部が、フレネルレンズ９２及び第２保護板９４の外周部分１０１においてフレネルレンズ９２及び第２保護板９４と接する（図３参照）。外周部分１０１とは、レンズユニット７２のうちフレーム７１に隠れる部分、すなわち開口８１ｂ及び開口８２ｂが形成する窓７１ｂによって露呈しない部分をいう。上記のように、スペーサ９３を外周部分１０１に設けるのは、スペーサ９３が外れてしまうことを防ぎ、フレーム７１がスペーサ９３を介して確実にレンズユニット７２を一体的に保持するためである。

また、図５に示すように、スペーサ９３は、１または複数の切り欠き部１０２を備える。切り欠き部１０２は、フレネルレンズ９２及び第２保護板９４の間に形成する空隙９８と、外界と、を接続する。切り欠き部１０２があることにより、空隙９８内の空気を外界の空気に換気することができる。このため、空隙９８の温度、湿度、及び気圧等の環境は、レンズアセンブリ１２を使用または保管する環境の温度、湿度、及び気圧等と一致する。その結果、空隙９８と外界との温度等の差異によってレンズユニット７２（特に第２保護板９４）が変形し、またはその変形により破損等することを防ぐことができる。

上記の他、図６に示すように、試料２２の撮影において励起光光源４１を走査するために、蛍光撮影装置１０は、シャフト１１１、マイクロスイッチ１１２Ａ、及び、マイクロスイッチ１１２Ｂを備える。シャフト１１１は励起光光源４１が取り付けられ、撮影時において励起光光源４１をその長軸方向に沿って段階的にまたは連続的に移動する。マイクロプレート１１の配置時等においては、制御部６１は励起光光源４１を初期位置に配置する。初期位置は、撮影部１３から見てマイクロプレート１１に重ならず、かつ、レンズアセンブリ１２の脚部３２が試料トレイ２７に当接する当接位置１１３よりもマイクロプレート１１の側である第１位置１１４Ａまたは第２位置１１４Ｃである。

また、撮影時には、制御部６１は、励起光光源４１を点灯して励起光４０を発光する。そして、励起光４０を発光している励起光光源４１を、初期位置である第１位置１１４Ａまたは第２位置１１４Ｃから、もう一方の初期位置（第２位置１１４Ｃまたは第１位置１１４Ａ）に向けて、所定の速度で走査する。所定の速度は、各々の試料２２が撮影に必要な光量の励起光４０を受け得る速度であり、例えば２ｃｍ／秒の等速である。これにより、励起光光源４１は、例えば走査位置１１４Ｂに示すように、マイクロプレート１１及びマイクロプレート１１が保持する試料２２上を通過しつつ、これらに励起光４０を照射する。一方、制御部６１は、励起光光源４１の走査開始とともに撮影部１３による撮影を開始し、かつ、撮像素子５１の露光時間を励起光光源４１が一方の初期位置から他方の初期位置に到達するまでの時間よりも長い時間（例えば約１０秒程度）に調整する。これにより、蛍光撮影装置１０は、試料２２が発生する蛍光によって、試料２２を撮影した画像を得る。

マイクロスイッチ１１２Ａは励起光光源４１が第１位置１１４Ａに到達した場合にオンとなり、制御部６１にその旨の信号を入力する。同様に、マイクロスイッチ１１２Ｂは励起光光源４１が第２位置１１４Ｃに到達した場合にオンとなり、制御部６１にその旨の信号を入力する。そして、マイクロスイッチ１１２Ａまたはマイクロスイッチ１１２Ｂからの信号入力によって、励起光光源４１が第１位置１１４Ａまたは第２位置１１４Ｃに到達したことを検出した場合、制御部６１は励起光光源４１の移動を停止し、かつ、撮影部１３による撮影を終了して複数の試料２２をまとめて撮影した画像を取得する。

上記のように、蛍光撮影装置１０は、蛍光を発生する複数の試料２２を保持するマイクロプレート１１と、レンズアセンブリ１２と、を用いるものであって、撮影部１３は、レンズアセンブリ１２を介し、かつ、各々の試料２２が発生する蛍光を用いて、複数の試料２２をまとめて撮影する。また、レンズアセンブリ１２は、樹脂製のフレネルレンズ９２を使用するが、この樹脂製のフレネルレンズ９２を第１保護板９１及び第２保護板９４で被覆することによって、試料２２からの酢酸等によってフレネルレンズ９２が劣化することを防止する。

そして、レンズアセンブリ１２は、樹脂製のフレネルレンズ９２と第１保護板９１及び第２保護板９４とを一体に保持するので、レンズアセンブリ１２を使用すれば、フレネルレンズ９２、第１保護板９１、及び、第２保護板９４をそれぞれに配置等する必要がない。このため、フレネルレンズ９２、第１保護板９１、及び、第２保護板９４を筐体１５内にそれぞれ配置等する場合と比較すると、レンズアセンブリ１２を用いる蛍光撮影装置１０は撮影手順が簡便である。

また、レンズアセンブリ１２は、フレネルレンズ９２の平面９７と、この平面９７に対向する第２保護板９４の平面状の表面９９と、の間にスペーサ９３を設け、これらの間に空隙９８を形成している。このスペーサ９３を有しない比較例の場合、図７に示すように、モアレ縞１３０が生じる場合がある。このようなモアレ縞１３０は、例えば、レンズアセンブリ１２を使用または保管する環境の温度、湿度、またはこれらの変化によって、空隙９８にある空気が含む水蒸気が結露等することにより、フレネルレンズ９２の平面９７と、第２保護板９４の平面状の表面９９が部分的に接合等することによって生じる。そして、例えば、モアレ縞１３０が重畳する試料２２Ａと、モアレ縞１３０が重畳しない試料２２Ｂとでは、撮影した画像において、モアレ縞１３０の重畳の有無に起因した色、濃度、または明るさ等に違いが生じる。その結果、これらの試料２２Ａ及び試料２２Ｂの正確な計測及び比較等に支障がでる場合がある。また、モアレ縞１３０は上記のようにレンズアセンブリ１２を構成する物の破損等が原因ではなく、使用等の環境を整えることで解消可能であるが、モアレ縞１３０が発生した場合、レンズアセンブリ１２の美観を損なうため、使用者はレンズアセンブリ１２の破損等を疑うことになる。

一方、スペーサ９３がある場合、フレネルレンズ９２と第２保護板９４を近接し、ほぼ一体に形成しても、フレネルレンズ９２の平面９７と、第２保護板９４の平面状の表面９９との距離は一定に保たれやすい。その結果、レンズアセンブリ１２を上記と同様の使用または保管環境においても、図８に示すように、モアレ縞１３０が発生しないか、あるいはモアレ縞１３０の発生頻度を大きく低減できる。このため、試料２２Ａ及び試料２２Ｂを含む全ての試料２２について、正確な計測及び比較を行うことができる。また、使用者は、レンズアセンブリ１２の破損等を検討することなく、円滑に蛍光撮影装置１０を使用できる。

また、フレネルレンズ９２は樹脂製であるため、励起光４０が当たると、自家蛍光を発生する場合がある。撮影部１３は励起光４０をカットする光学フィルタ５３を備えるが、フレネルレンズ９２が発生する自家蛍光の波長等によっては、これをカットすることができず、試料２２の正確な計測及び比較等ができない場合がある。しかし、上記蛍光撮影装置１０は、励起光光源４１をレンズアセンブリ１２とマイクロプレート１１との間に備え、かつ、励起光光源４１の発光素子４３は遮光部材４４によって撮影部１３からは常に死角になっている。このため、励起光４０は直接的に樹脂製のフレネルレンズ９２に当たることがない。したがって、上記のような樹脂製のフレネルレンズ９２の自家蛍光の発生を防止し、試料２２を正確に計測及び比較等できる。

なお、上記実施形態においては、レンズアセンブリ１２は、フレネルレンズ９２の平面９７と第２保護板９４との間にスペーサ９３を設けているが、レンズ面９６と第１保護板９１との間にも同様のスペーサを設けることができる。但し、レンズ面９６はもともと凹凸があるため、フレネルレンズ９２の平面９７と第２保護板９４との間にスペーサ９３がない場合に比べると、モアレ縞１３０の発生原因になりにくい。このため、上記実施形態のように、フレネルレンズ９２のレンズ面９６側に第１保護板９１を設ける場合であっても、これらの間のスペーサを省略することができる。

また、上記実施形態においては、レンズアセンブリ１２は、フレネルレンズ９２のレンズ面９６を保護する第１保護板９１を含んでいる。しかし、試料２２の酢酸等によって劣化が生じやすいのは、試料２２に直接的に対向する平面９７であり、少なくとも平面９７を第２保護板９４によって保護すれば、試料２２の酢酸等に起因したフレネルレンズ９２の劣化を低減できる。このため、試料２２に対向しないレンズ面９６側の第１保護板９１は省略しても良い。

上記実施形態においては、フレネルレンズ９２を、レンズ面９６を撮影部１３に向けて配置しているが、レンズ面９６の具体的な形状を変更することにより、レンズ面９６を試料２２側に向けて配置することができる。この場合、スペーサ９３は、少なくともフレネルレンズ９２の平面９７に対向する保護板との間に設ける。例えば、上記実施形態において第１保護板９１と第２保護板９４の配置を変えずに、フレネルレンズ９２のレンズ面９６を試料２２側に設ける場合には、少なくともフレネルレンズ９２と第１保護板９１との間にスペーサ９３を設ける。

なお、上記実施形態においては、蛍光撮影装置１０は、試料２２が発生する蛍光を用いて試料２２を撮影しているが、蛍光撮影装置１０は、直接的にまたは間接的に照明した試料２２を撮影することができ、その画像を検査等に使用できる。また、透過光量等の測定にも利用できる。もちろん、蛍光撮影装置１０は、試料そのものが発光する生物発光や化学発光であっても撮影することができる。

上記実施形態においては、励起光光源４１は、走査中の任意の位置においてマイクロプレート１１が保持する１または複数の試料２２に励起光４０を照射することができる。また、上記実施形態においては、撮影部１３から見て、励起光光源４１によって死角になる位置にある試料２２Ａ（図９参照）に対しても、励起光光源４１は励起光４０を照射し得る。しかし、撮影部１３から見て励起光光源４１によって死角になる位置にある試料２２Ａに励起光４０を照射しても、その試料２２Ａが発光する蛍光は撮影に寄与し得ない。また、蛍光を発する蛍光マーカー等は、高出力の励起光４０を照射して蛍光を発する状態にすると、褪色する場合がある。すなわち、蛍光マーカー等は、励起光４０の照射により、構造等が変化して蛍光を発し難くなる場合がある。したがって、撮影等に寄与しない場合には、試料２２に励起光４０を照射することを避け、いわゆる暗視野照明にすることが望ましい。

このため、例えば、図９に示すように、励起光光源４１は、発光素子４３のうち一部に遮光部材１４１を設け、撮影部１３から見て励起光光源４１によって死角になる試料２２Ａには励起光４０が到達しない構成とすることが好ましい。こうすれば、励起光光源４１によって死角になる位置にある試料２２Ａの褪色を防ぐことができる。なお、遮光部材１４１を設ける場合、発光素子４３のうち、遮光部材１４１がない部分から発する励起光４０は、死角にならない位置にある試料２２Ｂ及び試料２２Ｃ等に到達する。このため、撮影部１３は、試料２２Ｂ及び試料２２Ｃ等が発する蛍光１４２を用いて撮影をすることができる。また、励起光４０の照射が試料２２Ｂ及び２２Ｃ等に対して斜めになるので、試料２２Ｂ及び２２Ｃ等に垂直に励起光４０を照射する場合と比較して、励起の効率も良く、ムラのない励起照明を行うことができる。さらに、発生した蛍光１４２を無駄にせずに画像化できる利点もある。

また、励起光光源４１は、上記のように遮光部材１４１を設ける代わりに、複数の励起光光源を用いて構成することができる。例えば、図１０に示すように、励起光光源４１は、第１励起光光源４１ａと第２励起光光源４１ｂを用いて構成することができる。第１励起光光源４１ａ及び第２励起光光源４１ｂは、励起光光源４１によって死角になる位置にある試料２２Ａ以外の試料２２に対して励起光４０を照射する。例えば、第１励起光光源４１ａは、励起光光源４１によって死角になる試料２２Ａに隣接する試料２２Ｂに向けて励起光４０を照射する。一方、第２励起光光源４１ｂは、励起光光源４１によって死角になる試料２２Ａに隣接する別の試料２２Ｃに向けて励起光４０を照射する。このため、撮影部１３は、試料２２Ｂ及び試料２２Ｃ等が発する蛍光１４２を用いて撮影をすることができる。一方、第１励起光光源４１ａ及び第２励起光光源４１ｂは、励起光光源４１によって死角になる位置にある試料２２Ａには励起光４０を照射しないので、その褪色を防ぐことができる。また、励起光４０の照射が試料２２Ｂ及び２２Ｃ等に対して斜めになるので、試料２２Ｂ及び２２Ｃ等に垂直に励起光４０を照射する場合と比較して、励起の効率も良く、ムラのない励起照明を行うことができる。さらに、発生した蛍光１４２を無駄にせずに画像化できる利点もある。なお、励起光光源４１を上記のように第１励起光光源４１ａ及び第２励起光光源４１ｂ等の複数の励起光光源を用いて構成する場合、及び、励起光光源４１を１または複数の励起光光源とその他の要素を用いて構成する場合、撮影時に励起光光源４１は全体として走査し、励起光光源４１を構成する各励起光光源等は走査中に相対的な位置及び向きを保つ。以下の変形例等においても同様である。

上記のように、励起光光源４１を複数の励起光光源を用いて構成する場合、これら複数の励起光光源は、１つの試料２２に対して励起光４０を照射できる。具体的には、図１１に示すように、第１励起光光源４１ａと第２励起光光源４１ｂを１個分の試料２２の間隔を開けて配置し、かつ、第１励起光光源４１ａと第２励起光光源４１ｂが同じ試料２２Ｄに向けて励起光４０を照射する構成とすることができる。この場合、撮影部１３は、試料２２Ｄが発する蛍光１４３を用いて撮影をする。このように、励起光光源４１を複数の励起光光源を用いて構成し、かつ、これら複数の励起光光源が共通の試料２２Ｄに励起光４０を照射する構成とする場合、撮影部１３は、１つの試料２２Ｄ（あるいは試料２２Ｄと同じ行または列にある複数の試料２２）を１回撮影することになる。このため、図９及び図１０に示す変形例よりも、さらに試料２２の褪色が発生し難いので、特に好ましい構成である。また、励起光４０の照射が試料２２Ｂ及び２２Ｃ等に対して斜めになるので、試料２２Ｂ及び２２Ｃ等に垂直に励起光４０を照射する場合と比較して、励起の効率も良く、ムラのない励起照明を行うことができ、発生した蛍光１４２を無駄にせずに画像化できることは、図９及び図１０の変形例と同様である。

上記変形例においては、励起光光源４１を第１励起光光源４１ａと第２励起光光源４１ｂの２つの励起光光源を用いて構成するが、励起光光源４１は励起光光源以外の要素を含むことができる。例えば、図１２に示すように、励起光光源４１は、第１励起光光源４１ａと、ミラー２０１ａを用いて構成することができる。ミラー２０１ａは、第１励起光光源４１ａが試料２２Ｄに向けて照射する励起光４０の試料２２Ｄまたはマイクロプレート１１等による反射光または散乱光等（以下、反射光等という）２１０をさらに反射する。そして、ミラー２０１ａは、励起光４０の反射光等２１０の一部または全部を再び試料２２Ｄに向けて照射する。

このように、励起光光源４１を、第１励起光光源４１ａとミラー２０１ａとで構成する場合、励起光光源４１を第１励起光光源４１ａ及び第２励起光光源４１ｂを用いて構成する場合と比較すると、励起光光源の数が少ない分、励起光４０のパワーは低くなるが、試料２２Ｄまたはマイクロプレート１１等による励起光４０の反射光２０１を再利用して実行的な励起光４０の光量を増大することができる。このため、励起光光源４１を第１励起光光源４１ａとミラー２０１ａとで構成する場合、励起光光源４１を第１励起光光源４１ａ及び第２励起光光源４１ｂを用いて構成する場合と同様に、必要なパワーで試料２２Ｄを励起し得る。また、第２励起光光源４１ｂとミラー２０１ａとを比較すると、通常はミラー２０１ａの方が安価である。このため、上記のように励起光光源４１を第１励起光光源４１ａとミラー２０１ａとで構成すると、励起光光源４１を安価に構成することができる。

なお、ミラー２０１ａの具体的形状等は任意である。すなわち、ミラー２０１ａには、平面ミラー、凹面ミラー、または凸面ミラーのいずれをも採用し得る。また、上記変形例においては、第２励起光光源４１ｂの代わりに、ミラー２０１ａを設けているが、第１励起光光源４１ａの代わりにミラー２０１ａを設けることができる。この場合、第２励起光光源４１ｂから励起光４０を照射し、その反射光等２１０を第１励起光光源４１ａの代わりに設けたミラー２０１ａで反射し、試料２２Ｄの励起に再利用する。

また、上記変形例においては、第２励起光光源４１ｂの代わりに１つのミラー２０１ａを設けているが、励起光４０の反射光を再利用するミラーは複数設けることができる。例えば、図１３に示すように、励起光光源４１は、第１励起光光源４１ａと、励起光４０の反射光等２１０を再利用するミラー２０１ａ、ミラー２０１ｂ、及び、ミラー２０１ｃを用いて構成することができる。この場合、ミラー２０１ｂ及びミラー２０１ｃは、撮影部１３に至る蛍光１４３の光路を妨げない位置に配置する。

なお、上記実施形態及び各種変形例においては、励起光光源４１が発する励起光４０はそのまま試料２２に到達する構成となっているが、励起光光源４１には、励起光４０の波長を制限する光学フィルタを備えることができる。例えば、図１４に示すように、励起光光源４１を第１励起光光源４１ａ及び第２励起光光源４１ｂで構成する場合、第１励起光光源４１ａ及び第２励起光光源４１ｂについてそれぞれ光学フィルタ２２０を設けることができる。光学フィルタ２２０は、第１励起光光源４１ａ及び第２励起光光源４１ｂが発光する励起光４０のうち、特に試料２２の励起に寄与する波長成分を透過する。光学フィルタ２２０は、例えば、色ガラス、多層膜コートフィルタ、または、これらの組み合わせ等で形成することができる。上記のように、光学フィルタ２２０を設ける場合、励起光光源４１が発する励起光４０の単色性を高め、試料２２から効率よく蛍光１４３を発生することができる。また、試料２２の励起に関与しない波長成分（あるいは試料２２の励起効率が高くない波長成分）を光学フィルタ２２０によって低減できるため、こうした波長成分が迷光等のノイズ要因となることを防ぐことができる。

なお、光学フィルタ２２０は、図１０及び図１１のように励起光光源４１を第１励起光光源４１ａ及び第２励起光光源４１ｂで構成する場合の他、図１及び図９のように励起光光源４１を１つの励起光光源で構成する場合にも使用できる。また、図１２及び図１３のように励起光光源４１がミラー２０１ａ等を含む場合にも、光学フィルタ２２０を併用できる。

なお、上記実施形態においては、いわゆるシェーディング補正（フラットフレーム補正という場合がある）を行うことにより、より正確に定量的情報を得ることができる。シェーディング補正は、マイクロプレート１１の代わりに蛍光板を撮影し、マイクロプレート１１の試料２２を撮影した画像を、蛍光板を撮影した画像で割り算等することによって行うことができる。シェーディング補正に使用する蛍光板は、例えば、試料２２が発する蛍光の波長に近い蛍光を発するものを使用する。また、開口８２ｂよりもやや大きめのものを使用する。蛍光ではなく、生物発光等をする試料２２の場合には、概ね均一に発光する開口８２ｂよりやや大きめの蓄光板をマイクロプレートの代わりに置いて撮影することにより、上記と同様にシェーディング補正を行うことができる。また、透過光または反射光を用いて試料２２を撮影する場合には、均一な乳白色板(オパール板)を用いることで、上記と同様にシェーディング補正を行うことができる。

上記実施形態において、制御部６１といった各種の処理を実行する処理部（processing unit)のハードウェア的な構造は、次に示すような各種のプロセッサ（processor）である。各種のプロセッサには、ソフトウエア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＧＰＵ（Graphical Processing Unit）、ＦＰＧＡ (Field Programmable Gate Array) などの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device:ＰＬＤ）、各種の処理を実行するために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路などが含まれる。

１つの処理部は、これら各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合せ（例えば、複数のＦＰＧＡ、ＣＰＵとＦＰＧＡの組み合わせ、またはＣＰＵとＧＰＵの組み合わせ等）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアントやサーバなどのコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウエアの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip:ＳｏＣ）などに代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサを１つ以上用いて構成される。

さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた形態の電気回路（circuitry）である。また、記憶部のハードウェア的な構造はＨＤＤ（hard disc drive）やＳＳＤ（solid state drive）等の記憶装置である。

１０ 蛍光撮影装置
１１ マイクロプレート
１２ レンズアセンブリ
１３ 撮影部
１５ 筐体
２１ ウェル
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ 試料
２６ 試料ガイド
２７ 試料トレイ
３１ レンズ部
３２ 脚部
４０ 励起光
４１ 励起光光源
４１ａ 第１励起光光源
４１ｂ 第２励起光光源
４３ 発光素子
４４ 遮光部材
５１ 撮像素子
５２ レンズ
５３ 光学フィルタ
６１ 制御部
６２ 表示部
７１ フレーム
７１ａ 上面部
７１ｂ 窓
７２ レンズユニット
８１ 第１フレーム
８１ｂ 開口
８２ 第２フレーム
８２ｂ 開口
８３ ネジ
８６ 隙間
８７ クッション材
９１ 第１保護板
９２ フレネルレンズ
９３ スペーサ
９４ 第２保護板
９６ レンズ面
９７ 平面
９８ 空隙
９９ 表面
１０１ 外周部分
１０２ 切り欠き部
１１１ シャフト
１１２Ａ、１１２Ｂ マイクロスイッチ
１１３ 当接位置
１１４Ａ 第１位置
１１４Ｂ 走査位置
１１４Ｃ 第２位置
１３０ モアレ縞
１４１ 遮光部材
１４２，１４３ 蛍光
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ ミラー
２１０ 反射光等
２２０ 光学フィルタ

Claims (8)

1. 蛍光を発生する複数の試料を保持するマイクロプレートと、
   前記マイクロプレートの上に配置し、少なくとも前記マイクロプレートの側がテレセントリックである樹脂製のフレネルレンズと、前記フレネルレンズの前記マイクロプレートに対向する表面を保護する保護板と、前記フレネルレンズと前記保護板との間に空隙を形成するスペーサと、前記スペーサを介して前記フレネルレンズと前記保護板を挟持するフレームと、を有するレンズアセンブリと、
   前記レンズアセンブリを介し、かつ、各々の前記試料が発生する前記蛍光を用いて、複数の前記試料をまとめて撮影する撮影部と、
   を備え、
   前記保護板は、光透過性のガラスシートであり、
   前記フレネルレンズと前記保護板との間は、外周部分に設けられ、且つ、前記フレネルレンズ及び前記保護板と接する前記スペーサと、外界と接する切り欠き部とが設けられている蛍光撮影装置。
2. 前記フレネルレンズは一方の表面が平面であり、
   前記スペーサは前記フレネルレンズの前記平面と前記保護板との間に前記空隙を形成する請求項１に記載の蛍光撮影装置。
3. 前記スペーサは、前記フレネルレンズ及び前記保護板よりも薄い請求項１または２に記載の蛍光撮影装置。
4. 前記フレームは、前記フレネルレンズ及び前記保護板を面方向に移動可能に保持する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の蛍光撮影装置。
5. 前記フレームは、前記フレネルレンズ、前記スペーサ、及び、前記保護板の重畳部分にクッション材を備える請求項１ないし４のいずれか１項に記載の蛍光撮影装置。
6. 蛍光を発生する複数の試料を保持するマイクロプレートと、
   前記マイクロプレートの上に配置し、少なくとも前記マイクロプレートの側がテレセントリックである樹脂製のフレネルレンズと、前記フレネルレンズの前記マイクロプレートに対向する表面を保護する保護板と、前記フレネルレンズと前記保護板との間に空隙を形成するスペーサと、前記スペーサを介して前記フレネルレンズと前記保護板を挟持するフレームと、を有するレンズアセンブリと、
   前記レンズアセンブリを介し、かつ、各々の前記試料が発生する前記蛍光を用いて、複数の前記試料をまとめて撮影する撮影部と、
   を備え、
   前記レンズアセンブリと前記マイクロプレートとの間に、前記蛍光を発生させる励起光を前記試料に照射する励起光光源を備える蛍光撮影装置。
7. 前記励起光光源は、線状または点状であり、前記レンズアセンブリと前記マイクロプレートとの間を走査することにより、複数の前記試料に前記励起光を照射する請求項６に記載の蛍光撮影装置。
8. 前記励起光光源は、前記レンズアセンブリに対向する面に遮光部材を備える請求項７に記載の蛍光撮影装置。

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