JPH1172435A - 蛍光画像読み取り装置 - Google Patents

蛍光画像読み取り装置

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JPH1172435A
JPH1172435A JP9233747A JP23374797A JPH1172435A JP H1172435 A JPH1172435 A JP H1172435A JP 9233747 A JP9233747 A JP 9233747A JP 23374797 A JP23374797 A JP 23374797A JP H1172435 A JPH1172435 A JP H1172435A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、画像データのノイズとなる励起光
及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提供することを、その課題と
する。 【解決手段】 本発明によれば、この課題は、蛍光画像
を担持した画像担体18に向けて、励起光を照射して、
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21、22、23と、CCD6と、CCDの画像担体
側に設けられたフィルタ27とを備え、フィルタが、励
起光をカットし、蛍光を透過する色ガラスフィルタ27
aと、色ガラスフィルタの画像担体側に設けられ、励起
光をカットし、蛍光を透過するダイクロイックコーティ
ング27bとを備えた蛍光画像読み取り装置によって解
決される。

Description

【発明の詳細な説明】
【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D
NA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DN
A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D
NA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を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CC
D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】
【発明の構成】本発明のかかる目的は、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、前記フィルタが、前記励起光をカット
し、前記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に設けられ、前記励起光
をカットし、前記蛍光を透過するダイクロイックコーテ
ィングとを備えた蛍光画像読み取り装置によって達成さ
れる。本発明によれば、CCDの画像担体側に設けられ
たフィルタが、励起光をカットし、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に設け
られ、励起光をカットし、蛍光を透過するダイクロイッ
クコーティングとを備えているから、フィルタに入射す
る励起光の大半は、ダイクロイックコーティングによっ
てカットされ、ごくわずかな励起光のみが、色ガラスフ
ィルタに入射するため、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C
CD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C
CD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、CC
D6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1
6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、2
6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4
0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4
0の側の表面に施されたダイクロイックコーティング2
7b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LE
D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2
7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1
6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、CCD
6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3
3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2
7c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2
1、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CC
D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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、前記フ
    ィルタが、前記励起光をカットし、前記蛍光を透過する
    色ガラスフィルタと、前記色ガラスフィルタの前記画像
    担体側に設けられ、前記励起光をカットし、前記蛍光を
    透過するダイクロイックコーティングとを備えたことを
    特徴とする蛍光画像読み取り装置。
  2. 【請求項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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