(57)【要約】照明の逆光問題を回避する手段を講じた生体の多方向観察装置を開示している。多方向観察装置の好ましい形態は、透明試料台（２）の真上に二次元検出器（６）が配置され、二次元検出器（６）のさらに下側に主結像レンズ（８）が配置されている。主結像レンズ（８）と生体試料（４）との間に生体試料（４）からの蛍光成分のみを透過させる蛍光側フィルタ（１０）が必要に応じて配置されるようになっている。試料台（２）の下側に生体試料（４）の裏面側の画像の光を主結像レンズ（８）に導くための光学系である反射鏡Ｍ１，Ｍ２が配置されている。生体試料（４）に光を照射するための光源装置が設けられている。光源装置内の光源は、二次元検出器の直接視野（１６）及び間接視野（１８）内に入らない位置に設置することで逆光問題を回避し、二次元検出器による鮮明な生体多方向観察画像の取得を可能にする。
2009081969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体試料が載置される試料台と、
二次元検出器と、
前記試料台上の試料からの前記二次元検出器側の方向への光とそれ以外の方向への光を前記二次元検出器に導くとともに、導かれた複数の光を前記二次元検出器上に結像する撮像光学系と、
前記撮像光学系を通した前記二次元検出器の視野の範囲外に配置されて前記試料台上の試料に光を照射する光源を備えた光源装置と、
前記二次元検出器による撮像画像を表示する画像表示装置と、を備えた生体画像取得装置。
【請求項２】
光源から出た光のうち、直接又は壁を含む試料以外で反射して検出器に入る光を“妨害光”と定義し、光源から出た光うち、試料で反射する経路を介して最終的に検出器に入る光を“測定目的の光”と定義するとき、測定目的の光の反射回数が、妨害光の反射回数を下回るか少なくとも同じになる構成を有する請求項１に記載の生体画像取得装置
【請求項３】
前記二次元検出器を１つのみ備えている請求項１又は２に記載の生体画像取得装置。
【請求項４】
前記二次元検出器が複数個設けられており、
各二次元検出器は前記試料台上の試料の互いに異なる方向への光を直接受光できる位置に配置されており、
前記撮像光学系はそれぞれの二次元検出器ごとに設けられている請求項１又は２に記載の生体画像取得装置。
【請求項５】
前記光源装置は前記試料台上の生体試料の体軸に垂直な面内で複数の光源を保持する光源保持部を備えている請求項１から４のいずれか一項に記載の生体画像取得装置。
【請求項６】
前記光源は前記試料の外観像を取得するための試料を照明する光源である請求項１から５のいずれか一項に記載の生体画像取得装置。
【請求項７】
前記光源は、前記試料からの蛍光画像を撮像する際に試料を励起して蛍光を発生させるための励起光を発する励起光源であり、
前記撮像光学系は、蛍光画像を撮像する際に試料と前記二次元検出器との間に配置され、蛍光成分の波長帯域の光のみを透過させるフィルタを備えている請求項１から５のいずれか一項に記載の生体画像取得装置。
【請求項８】
前記光源は、前記試料の外観像を取得するため試料を照明する光源及び／又は、前記試料からの蛍光画像を撮像する際に試料を励起して蛍光を発生させるための励起光を発する励起光源で構成される複数種の光源であり、当該複数種の光源は各々独立して点灯又は消灯することができる請求項１から７のいずれか一項に記載の生体画像取得装置。
【請求項９】
前記光源は、前記試料からの蛍光画像を撮像する際に試料を励起して蛍光を発生させるための励起光を発する励起光源で構成される複数種の光源であり、各光源はレーザダイオード又は発光ダイオードに、さらに光学フィルタをそれぞれのレーザダイオード又は発光ダイオードごとに重ねた構造を有する請求項１から５、７又は８のいずれか一項に記載の生体画像取得装置
【請求項１０】
前記光源保持部は前記試料台上の生体試料の体軸延長線上の点を中心とする円周上で前記光源を保持している請求項５から９のいずれか一項に記載の生体画像取得装置。
【請求項１１】
前記円周は半径の異なる２以上の同心円周からなる請求項１０に記載の生体画像取得装置
【請求項１２】
前記光源装置は、前記光源保持部の前記光源を保持している前記円周の中心を軸として前記光源保持部を回転可能に支持する支持機構及び前記光源保持部を回転させる駆動機構をさらに備えている請求項１０又は１１に記載の生体画像取得装置。
【請求項１３】
前記撮像光学系は前記二次元検出器が直接的に撮像できない部位の画像の光を反射して前記二次元検出器に導く反射鏡を含む請求項１から１２のいずれか一項に記載の生体画像取得装置。
【請求項１４】
前記反射鏡は平面反射鏡を含む請求項１３に記載の生体画像取得装置。
【請求項１５】
前記撮像光学系は前記二次元検出器上に結像される複数の画像の光の光路長差を補正する補助結像レンズを含む請求項１から１４のいずれか一項に記載の生体画像取得装置。
【請求項１６】
前記反射鏡は凹面反射鏡を含む請求項１３，１４又は１５に記載の生体画像取得装置。
【請求項１７】
前記凹面反射鏡は曲率中心が試料の側方でカメラの結像レンズから等しい距離の位置にくるように設定されている請求項１６に記載の生体画像取得装置。
【請求項１８】
前記光源装置は、白色光源、前記白色光源からの光のうち所定の波長帯域の光のみを選択的に透過させる波長選択フィルタ及び前記波長選択フィルタを透過した光を前記光源へ導くための光ファイバを備え、前記波長選択フィルタを透過する波長帯域を切り替えることによって前記光源から照射される光の波長帯域を選択するものである請求項１から１７のいずれか一項に記載の生体画像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小動物などの生体試料を対象とする光バイオイメージング技術に関する。特に、生体の多方向画像を同時に撮影する装置における照明の逆光問題に起因する画像の劣化を避ける手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体中の分子種がどのように分布しているかを画像化する手法は医学、生物学の重要な研究方法である。これまで細胞レベルでは顕微鏡を使い、蛍光色素を付着した分子プローブや、化学発光を用いる分子プローブを用いて、分子種を画像化する方法がひろく行われて来た。今後は細胞レベルからより大きな臓器やさらに動物の個体に対して、注目している分子種が分布している様子を生きたまま観察する装置が要求されている。例えばマウスなど個体におけるガン細胞に蛍光プローブが結合するようにして、注目するガン細胞の増殖の様子を画像化し、毎日とか毎週とかの経時変化として観測する技術である。従来の細胞レベル用の測定装置で動物個体内部のガン細胞の増殖を見るためには、動物を殺して所定の部分を染色したり、蛍光体を付けたりして観察することになるが、それでは１つの個体に対する長期間にわたる細胞の経時的な増殖を見ることができない。この理由で小動物個体の内部情報の分子種を、個体が生きたままの状態で観察できる装置の開発が望まれている。【０００３】
近赤外光は、生体内部における光の透過率が比較的良いため、６００ｎｍ〜９００ｎｍ程度の波長を用いる小動物の観察装置が使われている。しかしながら、従来技術の観察法では通常は試料を上部から撮影するだけで同時に多方向の観察ができない。例えば、特定の方向からマウスを観察したとき癌が見えなくても反対側から観察すると癌が検出されるといった場合である。一方向しか観測できない装置を用いるとき、オペレータは止むを得ず、マウスの体軸を中心として少しずつ回転した像を撮影することで、近似的に多方向の観察をするような操作で対処するしかない。しかしこの方法では再現性の有るデータは得られず、各方向を同時に検出することができない。特に、生体からの発光観察をでは発光強度そのものが非常に弱いので、通常数十秒から数分間二次元検出器上で積分露光を行う必要がある。一方で発光強度は時間的に変化するから、異なる方向毎に順次切り替えて撮像すると、方向毎の画像の条件が違ってしまい役に立たない。生体の複数方向の像を同時並行に検出器上で長時間積分できることが望ましい。蛍光像測定は比較的短時間に行うことができるが、それでも多方向の情報を一度に撮影できることは迅速・正確なデータを得るために欠かせない。【０００４】
多方向の画像を得る方法としては、回転反射鏡を用いて時分割で多数の角度の画像を順次取得する方法が知られている（特許文献１参照。）。この手法は、試料自身の平行移動はあるものの、試料を回転させることなく、また二次元検出器も回転させることもなく、途中のミラーの回転と試料の位置の変化によって多方向の観察を行う。回転反射鏡を用いる特許文献１の方法の欠点は、各方向の測定が時分割であるために同時測定ができず、測定に時間を要する事、方向毎に時刻が異なるため、発光のように時刻によって強度が変わる時は正確さに欠ける、加えて構造が複雑であることである。【０００５】
回転反射鏡を用いない撮像光学系としては幾つか知られている（特許文献２−９参照。）。引用文献２，３には多方向観察の概念とそこに使う反射鏡、２次元検出器を含む撮像光学系が述べられているが、多方向観察装置は本発明が対象とする装置にすぎず、逆光問題に触れていない。引用文献４はカメラの反対側からの光を「利用する手法」に関するものであり、カメラの反対側からの光を「回避する手法」をテーマとする本発明との共通点はない。引用文献６は試料の回りの多方向観察でなく、カメラの３６０°周りを撮影する手法を述べているので、本発明とは試料とカメラが入れ替わっていることになり、本発明には無関係である。引用文献５，７，８は多方向観察すら扱っていない。引用文献７の図１にはたまたま光源の同心円状の配置が見られるが、逆光問題を解決する手法としての配置と言う概念とは異なるから本発明のヒントにはならない。以下各文献それぞれについて上記の内容を詳しく検討すると以下のようである。【０００６】
引用文献２に記載されているのは、被写体の立体画像を撮る目的の発明である。その発明は多面鏡を用いることだけが本発明と共通しているが、蛍光像などの生体情報を得ることを目指すものではない。また反射鏡の角度を可変して観測方向を増やす記述があるが、これは部分的に時分割にすることであり、同時測定の目的からは相反する方向である。光源が配置されている記述があるものの、この光源は試料の裏側が暗くなるから単純にそこを照らすというもので、裏側を照らす光源による逆光問題の障害を論じていないのはもちろん、カメラに直接入射する可能性の考察も何ら行われていないことから判るように、多方向同時測定に伴う逆光問題の解決という本発明のテーマのヒントにはなりえない。【０００７】
引用文献３は果物搬送ラインに設置するビデオカメラの撮像範囲を拡大するための円筒凸面鏡の利用を提案するものであり、反射鏡が写す像を対象物自体とともに撮影する点において本発明と共通しているが、照射光源についての記述すらなく、本発明の多方向同時測定に伴う逆光問題の解決というテーマのヒントにはなりえない。【０００８】
引用文献４はプリント配線板などの検査面からの漏れ光によって欠落部を検査する装置に関するもので、検査対象であるプリント板の向こう側にある光源からの漏れ光を検出する方法を論じている。本発明がカメラの反対側から来る逆光を「回避する手法」を論じているのに対し、引用文献４の発明はカメラの反対側から来る光を「利用する方法」であって、反対側からの光「回避する手法」をテーマとする本発明との共通点はない。たまたま欠落部から幾つかの方向に反射してくる光を複数の鏡で受けているけれども、本発明のヒントとはなりえない。【０００９】
引用文献５は電気泳動などを施した生体試料の蛍光像をＣＣＤで検出する装置に関する。試料のサイズが変わったとき、試料をカメラに近づけたり遠ざけたりする必要あるが、そのときに蛍光励起光源の距離の違いによるデータの変動を補償する手法が論じられている。しかし蛍光観察方向は１つの方向だけであるうえ、逆光の不都合は全く問題視されていない。引用文献５の図２に光源として底部光源５１と落射光限５２という２つの方向からの照射が記載されているだけである。したがって蛍光装置が記述されていても、本発明のヒントになるような記述は見られない。【００１０】
引用文献６が扱うのはパノラマカメラに関する発明、即ち、カメラの回り３６０度方向を撮影する手法である。一方本発明の多方向測定は、試料（測定対象）が中心にあってその周りの多数方向からの試料像を撮影する装置なので、カメラと試料の位置関係が反対であることに留意すれば、引用文献６が本発明と無関係なことは自明である。たまたま、カメラの回り３６０°方向を撮影するのに多面反射鏡を使っているだけである。もちろん本発明の逆光問題にも関わりがない。【００１１】
引用文献７は、３方向以上の方向から照射光を同時に被写体にあて１つの方向から撮像する装置で、監視カメラに利用する技術に関するものである。照射光の周波数（波長のこと）を照射方向別に異ならせると同時にカメラ内の検出器各画素毎のフィルタを、照射方向別周波数（波長）にあわせて選定しておくことで、測定時は同時多方向照射ながら、それぞれの照射方向別の画像を取得し、さまざまな照射方向の画像を重み計算で得ようとする発明である。多方向「照明」の点では本発明と多少の関連はある。しかし、本発明が多方向撮影に伴う問題を扱っているのに、引用文献７は１つの方向からの撮像であるうえ逆光問題も全く扱っていない。たまたま、図１には逆光配置になる図があるけれども、それを不都合と認識している記述はないから、観測方向が１つでも逆光を扱う例とは言えず、したがって、引用文献７に多方向観察に伴う逆光問題の解決のヒントを与える記述がなされているとはとうてい言えない。【００１２】
引用文献８には内視鏡に関する発明が記載されている。その中で波長の異なる照射光による撮像や、蛍光像を撮像する装置が述べられているので、当然ながら蛍光光源についての記述があるが、多方向観察の記述は全くなく、その励起光の逆光問題についての記述もなされていないので、本発明の目的とする多方向観察に伴う逆光問題の解決のヒントを与えることはあり得ない。【００１３】
また、特許文献９は蛍光測定時の背面照射を開示している。これは生体試料の背面に接して蛍光励起光源を配置し、結果としてカメラ側からは光源が見えないようにしたものである。すなわち、試料自身で光源を隠している。この手法は一方向観察法で背面照射を可能とするものではあるが、明らかに多方向観察では使えない方法であり、また、試料を除くと強い光が検出器に入ってしまう。本発明は試料存在のありなしにかかわらず光源から直接光が検出器に入射しない構成を目指す点で、特許文献９のものとは全く異なっている。【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開２００５０２０１６１４
【特許文献２】特開２００１−３３０９１５号公報
【特許文献３】特開平１０−１２４６４８号公報
【特許文献４】特開平３−１１１７４５号公報
【特許文献５】特開２００３−２８７４９７号公報
【特許文献６】特開平８−１２５８３５号公報
【特許文献７】国際公開第２００７／１０８０７０号パンフレット
【特許文献８】特開２００５−１３６１１号公報
【特許文献９】米国特許第６９２２２４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上述の多方向同時観察ができる生体画像取得装置において、照明時の逆光問題を起こす光源の写り込みや像の不鮮明化を回避した装置を提供することを目的とする。【００１６】
一般に生体画像測定の照明の必要性は二通りあって、一つは外観像取得用の照明であり、他の一つは蛍光励起光の照明である。外観像取得用の照明は、別に得られた蛍光画像または発光画像に、外観画像を重ねて表示する時に用いるため蛍光画像または発光画像の両方に必要な機能である。蛍光励起光の照明の方は、当然ながら蛍光像撮影の時だけ関係する。【００１７】
多方向同時撮影では、前述の２種類の照明がいずれかの撮像方向の逆光になる問題があるので、そのときの不都合を解決する必要が生じた。しかしながら、引用文献１−９には照明時の逆光問題は開示されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の生体画像取得装置は、生体試料が載置される試料台と、二次元検出器と、試料台上の試料からの二次元検出器側の方向への光とそれ以外の方向への光を二次元検出器に導くとともに、導かれた複数の画像を二次元検出器上に結像する撮像光学系と、撮像光学系を通した二次元検出器の視野の範囲外に配置されて試料台上の試料に光を照射する光源装置と、二次元検出器による撮像画像を表示する画像表示装置と、を備えたものである。【００１９】
「二次元検出器側の方向への光」とは二次元検出器が直接受光できる方向への光を意味する。【００２０】
本発明では、光源装置が撮像光学系を通した二次元検出器の視野の範囲外に配置されている。これは多方向観察の照明時に発生する逆光問題、すなわち二次元検出器が光源からの強い照明光を直接受光することを避けるためである。二次元検出器が光源からの光を直接的に受光すると、光源からの直接光は非常に強いので、例えばＣＣＤなどの二次元検出器の該当ピクセルが飽和するだけでなく、過剰の電荷が隣接する多数のピクセルに流れ込み、飽和ピクセル近傍の広い範囲のピクセルが撮影不能になる、いわゆるブルーミングの原因となる。特に外観像観察では光源の波長成分を、フィルタで除去することなく検出器に導くため、光源の直接光が入るとブルーミングを起こしやすい。一方蛍光像観察では検出器に入るまでに光源に含まれる波長成分をフィルタで除去するので、光源の直接光が入る時の不具合はフィルタの阻止率不足基づく漏れ光であって、通常ブルーミングにいたるほどではない。それでも測定データの一部に不要な発光が写ってしまい、試料からの本来の蛍光と紛らわしくなるので、本発明では外観像観察、蛍光像観察に拘わらず、直接光の受光を避ける工夫がなされている。【００２１】
このように本発明によれば、多方向生体画像取得装置において、逆光問題による光源の写り込みや像の不鮮明化が回避されている。【００２２】
従来の多方向でない１つの方向からの画像撮影では、上述の外形照射用、または蛍光励起用の光源に対して逆光問題は起こらなかったが、試料の上からと下からなど、少なくとも試料の反対側の像を同時に撮影するような多方向生体画像取得装置では、照射光源の位置による不都合が生じることが判ったので、それを回避する手段を熟慮した結果生まれたのが本発明である。【００２３】
回避手段は図３Ａ，３Ｂのようにカメラの直接及び間接の視野範囲を描き、その範囲から外形取得光源と蛍光励起光源の光源位置をはずすことでＣＣＤに光源の直接光が入射することを防止する。ここで間接の視野範囲とは反射鏡などの光学系を介して二次元検出器に写り込む視野範囲を意味する。こうして試料の反対側の像を同時に撮影する装置においても、照射光の直接光がＣＣＤに入ることを避けることで、多方向撮影の利点を十分に活かした生体画像撮影装置を構築できる。【００２４】
ここで、光源からの直接光がＣＣＤに入らない他の手法として、光源が試料を直接照らす代わりに、「試料の間接照明」を使う方法も検討した。即ち散乱板や壁で拡散反射した光を試料に当てて像を撮影する方法により、光原の直接光がＣＣＤに届くのを回避する手法である。しかし、これをテストしてみると次の理由で不都合であることが判った。すなわち、間接照明時は試料から反射してＣＣＤに到達する光（測定目的の光）は、光源→拡散板→試料→ＣＣＤの順序となる。しかし、前述したカメラの直接又は間接視野内に拡散板があると、光源→拡散板→ＣＣＤという経路の光（妨害光）が存在することになる。拡散反射板を光源と見るなら、拡散反射板からの直接光がＣＣＤに到達することになり、それが測定目的の光より強くなってしまうからである。【００２５】
このようにして判った問題解決のポイントをもっと正確に表現するなら「試料で反射する光（測定目的の光）のＣＣＤに到達する拡散反射回数が妨害光の拡散反射回数と同じか少ない」という条件を満足させることが要件である。図１の例でいえば、「測定目的の光」は光源がまず直接試料を照射し、その反射光（又は蛍光）がＣＣＤに入る。これに対し、妨害光の方は壁などが光源で照らされても、その拡散反射光がＣＣＤに入るわけで、反射回数が「測定目的の光」と同等又はそれ以下になる。ここで欲をいえば周りの壁は照らされない方が更に良いけれども実際上は無理なので、周りの壁を反射率の極力低い材料で作って反射光を減らすことで対処する。【００２６】
こうして、試料以外から散乱して検出器に到達する光を除去しておけば、試料の付近の壁などから到達する光がないため、試料だけが鮮明に浮き上がって撮影できることが判った。【００２７】
反射回数の概念を使ってもう一度まとめるなら、照射光源をカメラの直接及び間接の視野範囲の外に置けば、試料で反射する「測定目的の光」の反射回数が、壁などの「妨害光」の反射回数を下回るか、少なくとも同じになる。その結果、逆光による画像の劣化や光源写り込みの障害を回避でき、鮮明な試料画像が得られるということになる。【００２８】
二次元検出器は１つのみであることが好ましい。
試料の光の多方向からの観察画像を同時に取得しようとする場合、多方向の光の画像を１つの二次元検出器上に結像する方法と、２つ以上の二次元検出器上に結像する方法が考えられるが、二次元検出器を１つにすることによって構成を簡便なものにし、コストの削減を図ることができる。【００２９】
なお、二次元検出器が複数個設けられていてもよい。その場合には、各二次元検出器は試料台上の試料の互いに異なる方向への光を直接受光できる位置に配置され、撮像光学系はそれぞれの二次元検出器ごとに設けられていることが好ましい。そうすれば、２つの検出器がそれぞれ２方向を受け持ち合計で４方向画像を得る例のように、各二次元検出器で試料からの２以上の方向への光を撮像することができるので、撮像する方向ごとに二次元検出器を設ける場合に比べてコストを安くすることができる。【００３０】
二次元検出器の視野の範囲外に光源を配置するための光源装置の好ましい実施例では、二次元検出器が試料台の試料載置面に対して垂直な方向から撮像する位置に配置され、光源装置は複数の光源を保持する光源保持部を備えて、光源保持部は試料台上の生体試料の体軸とは垂直な面内に外観像取得用光源または、蛍光励起光源を保持しており、撮像光学系は蛍光撮影時だけに励起光波長成分を遮蔽して蛍光波長だけを透過させるフィルタを試料と二次元検出器の間に挿入する機構を備えているものである。【００３１】
さらに具体的な実施例として、光源保持部が試料台上の生体試料の体軸延長線上の点を中心とする円周上で励起光源を保持しているものを挙げることができる。【００３２】
上記の円周は半径の異なる２以上の同心円周からなっていてもよい。そうすれば、より多種類の波長光を発する励起光源を光源保持部を大きくすることなく配置することができるので、種々の異なる蛍光色素に対応した波長光を発する光源を配置して励起波長の選択の幅を広げることができる。【００３３】
また、光源装置は、光源保持部の外観像取得用光源または蛍光励起光源を保持している円周の中心を軸にして回転可能に光源保持部を支持する支持機構と、光源保持部を回転させる駆動機構と、をさらに備えていてもよい。そうすれば、光源保持部で種々の異なる蛍光色素に対応した波長光を発する多種類の光源を保持させることによって、用途に応じた波長光を発する光源を任意の位置から生体試料に照射できるようになる。【００３４】
光源装置に含まれる外観照明用光源は二次元検出器で試料の外観画像を撮像し、生体の発光像または蛍光像に重ねて表示することで生体試料の発光の場所、または蛍光を発している場所と関係づけるために必要である。外観照明光源は、外観像測定時に照明光の波長成分を意図的にフィルタで除去しないだけで実現することができるため、外観照明専用の光源を設けることもできるし、蛍光照明光源を外観照明用光源として兼用で用いることもできる。【００３５】
撮像光学系の一例は、二次元検出器が直接的に撮像できない部位の画像の光を反射して二次元検出器に導く反射鏡を含むものである。この構成によれば、反射鏡の数を増やすことによってより多方向から見た試料の画像を二次元検出器で同時に撮像することができるようになる。【００３６】
また、撮像光学系としては、二次元検出器上に結像される複数の画像の光の光路長差を補正する補助結像レンズを含んでいることが好ましい。【００３７】
本発明の典型的な実施形態を図１を参照しながら説明する。【００３８】
図１に示されている生体画像取得装置は、透明試料台２上に配置された小動物（典型的にはマウス）などの生体試料４を上下２方向から同時に観測することができるものであり、上部に配置した共通の主結像レンズ８を介して共通の二次元検出器（ＣＣＤカメラ）６上に生体試料４の上下から見た像を結像するように構成されている。【００３９】
裏面側の像は２枚の反射鏡Ｍ１とＭ２で反射して同じ二次元検出器６に導かれ、図２に示されているような生体試料４の正面（０°）と裏面（１８０°）の像が二次元検出器６に同時に写る。裏面側の像は正面の像に比べて距離が遠いために正面の像よりもやや小さく写るが、最終的には拡大率を修正して表示できる。また反射鏡によって距離（光路長）が異なっているため、二次元検出器６上でボケを生じるが、補助凹レンズ１２を挿入して焦点を調整することにより、ボケを解消することができる。【００４０】
ところで、このような生体画像取得装置には生体試料４の外観像用照明や蛍光励起光の照射用の光源装置が設けられているが、上記のように生体試料４の多方向からの像を取得する場合には、光源装置の光源が生体試料４を挟んで二次元検出器６とは反対側に配置されて二次元検出器６に写り込むことがある。例えば、生体試料４の裏面の撮像を行なう際に、生体試料４の下方に光源を配置して生体試料４の裏面に向かって光を照射する場合である。このような状態では、二次元検出器６に光源からの直接光が入射してブルーミング等の不具合が起こってしまう。また、二次元検出器６と同じ側に光源を配置して照明する場合でも、光源からの光が多方向観察用の反射鏡によって反射されてＣＣＤカメラに入射することもあり、結局、光源からの直接光が反射鏡を介して二次元検出器６に入射してしまう。従来では、生体試料の観察を単一方向からのみ行なっていたため、光源がカメラと対向して配置されることもないし反射鏡も存在しないことから、このような問題が起こることはなかった。【００４１】
上記の問題を解決するために、図１の例では、多方向から光照射を行なう光源装置の光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’は二次元検出器６の反射鏡を介さない直接視野及び反射鏡を介する間接視野に入らないように配置されている。その配置方法をより具体的に示しているのが図３Ａ及び図３Ｂである。【００４２】
図３Ａ及び図３Ｂは生体試料を３方向（正面の０°、１４４°２１２°）から観察することができる生体画像取得装置の例を示したもので、図３Ａは生体試料である動物４の体軸の側面から見た図であり、図３Ｂは動物４の対軸方向から見た図である。【００４３】
動物４の真上にレンズ８及び二次元検出器６を配置し、１４４°２１２°方向の像が同じ二次元検出器６上に形成されるように動物の斜め下に２枚の反射鏡Ｍ１，Ｍ２が配置されていることによって、正面の０°を含めて合計３方向からの観察が行なえるように構成されている。【００４４】
多方向から生体試料４に向かって光照射を行なう光源装置は、生体試料４の頭部側の体軸延長線上の点を中心とする円周上で光源部Ｓ１〜Ｓ４を等間隔に保持する光源保持部１４ａと、生体試料４の尾部側の体軸延長線上の点を中心とする円周上で光源部Ｓ１’〜Ｓ４’を等間隔に保持する光源保持部１４ｂを備えている。【００４５】
逆光を防止するためには、これらの光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’をどのように配置するかが問題である。図３Ａ、図３Ｂのハッチング部分１６，１８は「多方向観察における二次元検出器６の視野」を示している。レンズ８から下側の３角形のハッチング部分１６が二次元検出器６の直接視野であり、これは従来の１方向観察の場合を同じである。この例では反射鏡Ｍ１，Ｍ２が追加されていることによって、反射鏡Ｍ１，Ｍ２を介したカメラの間接視野が存在し、それがハッチング部分１８である。【００４６】
光源部がハッチングで示された直接視野範囲１６又は間接視野範囲１８に入っていると、光源部からの直接光が二次元検出器６に入射してブルーミング等の不都合を引き起こす。そこで、図３Ａに示すように、光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’を二次元検出器６の直接視野１６及び間接視野１８に入らないように、生体試料４に対して斜めの位置に配置して斜めから光の照射を行なうことにより、二次元検出器６に光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’からの直接光が入射しないようにすることができる。【００４７】
さらに、光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’を動物４の体軸の延長線上の一点を中心とする円周上に配置することにより、照射の均一性を向上することができる。そして、光源保持部１４ａ，１４ｂを生体試料４の頭部側と尾部側から生体試料を挟むように配置することによって、照射の均一性を向上させるとともに生体試料４における影を少なくすることができる。図１に対応する直接視野、間接視野は、図３の場合と多少異なるが、図３で説明した原則に基づき同様に考えることができる。【００４８】
次に、図１に戻り光源装置の各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’について説明する。光源装置の各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’はそれぞれ光源Ａ，Ｂ，Ｃを備えている。【００４９】
光源Ａは白色発光ダイオード（以下、白色ＬＥＤと記す）など試料の外観画像を得るための照明用光源であり、光源保持部１４ａ上の４カ所の光源Ａを点灯した状態で撮影することによって試料４の０°と１８０°の外観画像を得ることができる。【００５０】
光源Ｂ，Ｃは互いに波長の異なる励起光を発生させる蛍光励起光源である。励起光源Ｂ，Ｃはレーザダイオードなどの発光素子から発せられた光を干渉フィルタを介して試料に照射するものである。撮影時には試料４と撮影レンズ８の間に蛍光側フィルタ１０が挿入される。蛍光側フィルタは、励起用フィルタを通過する波長の光をすべて遮光するように選ばれる。これによって、照射した励起波長の散乱光による妨害を防止して、励起波長から蛍光波長に変換された蛍光成分だけをレンズ１０を介してＣＣＤ６上に０°と１８０°の蛍光画像を結像することができる。【００５１】
なお、図１及び図３では光源保持部１４ａ，１４ｂとして光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’を保持する円周部分のみが図示されている。
同様に、図３の例では、４つの光源Ａを点灯し０°、１４４°、２１２°の外観画像を、４つの光源Ｂ又はＣを点灯して０°、１４４°、２１２°の蛍光画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明は、生体の多方向観察装置で生じる照明の逆光問題を回避する手段として、生体試料の外観像取得又は蛍光像取得に必要な光源装置の光源を二次元検出器の撮像光学系を通した視野の範囲外に配置したので、光源からの直接光の写り込み、逆光によるブルーミングなどによる画像劣化を防ぎ、鮮明な多方向生体画像を得ることができる。そして、本発明の多方向観察装置は、生体試料から互いに異なる複数の方向への光を撮像光学系によって同時に二次元検出器上に結像するようにしたので、生体試料の多方向からの発光、蛍光、または外観の画像観察を簡単に同時並行に行ないながら、上記逆光問題を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】生体画像取得装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】同実施例の生体画像取得装置の撮像画像の一例を示す図である。
【図３Ａ】二次元検出器の直接視野及び間接視野と各光源装置との位置関係を説明するための生体画像取得装置の生体試料の側方から見た図である。
【図３Ｂ】二次元検出器の直接視野及び間接視野と各光源装置との位置関係を説明するための生体画像取得装置の生体試料の頭部側から見た図である。
【図４Ａ】光源部の構成の一例を概略的に示す斜視図である。
【図４Ｂ】励起光源の発光スペクトルと干渉フィルタ及び蛍光側フィルタの透過スペクトルとの関係の一例を示すグラフである。
【図５】生体画像取得装置の第２の実施例を示す概略構成図である。
【図６】同実施例の生体画像取得装置の撮像画像の一例を示す図である。
【図７】二次元検出器の直接視野又は間接視野に光源が入っている状態で撮影した撮像画像である。
【図８】光源装置の構成の他の一例を概略的に示す図である。
【図９】複数の二次元検出器を用いた生体画像取得装置の実施例を示す概略構成図である。
【図１０】光源装置の変形例を示す概略構成図である。
【図１１】光源装置のさらなる変形例を示す概略構成図である。
【図１２】凹面鏡を使用する第３の実施例の構成を示す斜視図である。
【図１３】凹面鏡の使用時における断面内の直接視野と間接視野を示す説明図である。
【図１４】凹面鏡の使用時における三次元的な間接視野を計算する方法の説明図である。
【図１５】凹面鏡Ｍ１及びＭ２を介した光線が到達する参照面上の光線分布図である。
【符号の説明】
【００５４】
２    試料台
４    生体試料
６    二次元検出器
８    主結像レンズ
１０  蛍光側フィルタ
１２，Ｌ１〜Ｌ５  補助結像レンズ
１４ａ，１４ｂ，２４，３８，４６  光源保持部
１６  二次元検出器の直接視野
１８  二次元検出器の間接視野
１８Ａ  凹面鏡使用時に反射鏡Ｍ１を介して写り込む間接視野
１８Ｂ  凹面鏡使用時に反射鏡Ｍ２を介して写り込む間接視野
１８Ｃ    反射鏡Ｍ１を介した光線が到達する分布図
１８Ｄ    反射鏡Ｍ２を介した光線が到達する分布図
２８  連続スペクトル光源
３０  集光レンズ
３２ａ，３２ｂ，３６  光ファイバ
３４  干渉フィルタ円板
３４ａ  干渉フィルタ
４０  ステッピングモータ
４２  プーリ
４４  ベルト
Ａ〜Ｆ  光源
Ｍ１〜Ｍ５  反射鏡
Ｓ１〜Ｓ５  光源部
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
[実施例１]
本発明の生体画像取得装置の一実施例を以下に説明する。図１は生体試料の上下２方向からの観察を行なうことができる装置の実施例の構成を概略的に示す図である。【００５６】
透明試料台２上に生体試料４（小動物）が載置されており、生体試料４の真上に例えばＣＣＤカメラなどの二次元検出器６が配置され、二次元検出器６の検出面側に主結像レンズ８が配置されている。主結像レンズ８と生体試料４との間に生体試料４からの蛍光成分のみを透過させる蛍光側フィルタ１０が必要に応じて配置されるようになっている。試料台２の下側に生体試料４の裏面側（１８０°方向）の画像の光を主結像レンズ８に導くための反射鏡Ｍ１，Ｍ２が配置されている。【００５７】
生体試料４に光を照射するための光源装置は、生体試料４の頭部側の体軸延長線上の一点を中心とする円周上に光源部Ｓ１〜Ｓ４を等間隔に保持する光源保持部１４ａと、生体試料４の尾部側の体軸延長線上の一点を中心とする円周上に光源部Ｓ１’〜Ｓ４’（図示は省略）を等間隔に保持する光源保持部１４ｂを備えている。なお、図１では光源保持部１４ａ，１４ｂとして光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’を保持する円周部分のみが図示されている。【００５８】
上記の構成によれば、二次元検出器６によって、図２に示されているような、正面（０°）と裏面（１８０°）の像を同時に撮影することができる。すなわち、生体試料４の正面像の光と、反射鏡Ｍ１，Ｍ２によって反射された生体試料４の裏面像の光が二次元検出器６下の主結像レンズ８によって結像され、二次元検出器６にそれら２つの像が同時に映し出される。裏面の像は正面の像よりも光路長が長いために正面の像よりもやや小さく写っているが、最終的には拡大率を修正して表示することができる。また各反射鏡Ｍ１，Ｍ２からの光路長が異なっているために二次元検出器６上でボケを生じるが、弱い補助凹レンズ１２を挿入することによって観察方向ごとに焦点を合わせることができる。【００５９】
光源装置の各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’と二次元検出器６の視野との関係が図３Ａ及び図３Ｂに示されている。これらの図において、濃いハッチング部分１６は二次元検出器６の直接視野を示し、それよりも薄いハッチング部分１８は二次元検出器６の反射鏡Ｍ１，Ｍ２を介した間接視野を示している。なお、この例は、生体試料４の斜め下側に反射鏡Ｍ１，Ｍ２が生体試料４の１４４°方向，２１２°方向から見た画像の光を主結像レンズ８に導くための光学系として配置されており、生体試料４の正面（０°）の画像を合わせた計３方向からの画像が二次元検出器６によって同時に取得できるものである。これらの図に示されているように、各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’は生体試料４に対して斜めの位置で二次元検出器６の直接視野１６及び間接視野１８のいずれにも入らない位置に配置されている。二次元検出器６の直接視野１６及び間接視野１８の範囲内に光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’が存在しないので、光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’の直接光の写り込みがなく、逆光によるブルーミング等の不具合が発生しない。なお、この図３の例と図１の例では反射鏡Ｍ１，Ｍ２の配置が異なっているが、各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’の配置位置は同様に設定されている。【００６０】
ここで、観測方向と照射方向は独立であって、装置設計において、２方向観測２方向照射とか、３方向観測４方向照射、５方向観測５方向照射などに選ぶことができるので、あえて図１，図３及び後に述べる図５の実施例において、異なる組み合わせの例を示した。
なお、図３においても、光源保持部１４ａ，１４ｂとして光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’を保持する円周部分のみが図示されている。【００６１】
図１に戻って各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’について説明する。各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’はそれぞれＡ〜Ｃの光源を備えている。光源Ａは白色ＬＥＤであって、４００ｎｍ〜７００ｎｍの間の可視光を発光し、生体試料４全体を照らすような空間照射角を持っている。光源Ｂ，Ｃはどちらも蛍光励起光源であるが励起波長が異なっており、光源Ｂは例えば波長６９０ｎｍの光を発光するレーザダイオード（以下、ＬＤと記す）、光源Ｃは例えば波長７８０ｎｍの光を発光するＬＤである。【００６２】
各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’の具体的な構成例を図４Ａに示す。【００６３】
光源Ａは生体試料４を照明して外観画像を撮像するための白色ＬＥＤである。光源Ｂ，Ｃは蛍光励起光源であり、光源Ｂは波長λ1の励起光を発光する発光素子ＬＤλ1と、発光素子ＬＤλ1の発光側に取り付けられた励起側干渉フィルタＦｅｘλ1からなる。光源Ｃは波長λ2の励起光を発光するＬＤからなる発光素子ＬＤλ2と、発光素子ＬＤλ2の発光側に取り付けられた励起側干渉フィルタＦｅｘλ2からなる。ただし、光源Ｂ，Ｃは、必要に応じて干渉フィルタＦｅｘλ1，Ｆｅｘλ2の後に生体試料４全体に光を照射するための発散レンズ（図示は省略）を追加することもできる。ここで図４Ａに示す、３種類の光源Ａ，Ｂ，Ｃの選択は、機械的な切り替えなしで単に点灯の電源のオン・オフによって行なうことができる。したがって、各方向Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’に配置された、それぞれのＡ，Ｂ，Ｃの光源の点灯のオン・オフによって、機械的な切替えなしで光源の方向（Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４）と光源の種類（Ａ，Ｂ，Ｃ）の指定を行う。【００６４】
次に、励起光源と励起用干渉フィルタの特性について図４Ｂを用いて説明する。図４Ｂは光源Ｂの発光素子ＬＤλ1とその発光側に取り付けられた干渉フィルタＦｅｘλ1との関係を示したものである。【００６５】
発光素子ＬＤλ1は単一波長λ1の光だけを発光すると思われがちであるが、実際には弱い裾の発光を伴なっている。その裾の部分には二次元検出器６の入射側に設けられた蛍光側フィルタ１０を透過する波長成分が含まれており、そのような波長の光が生体試料４に向けて照射されると、生体試料４で発生した蛍光成分とともに蛍光側フィルタ１０を透過して二次元検出器６に入射する。その結果、撮影した蛍光撮像画像に試料の蛍光以外の漏れ光成分による迷光が重なり蛍光の検出感度を下げてしまう。【００６６】
そこでこの実施例では、発光素子ＬＤλ1の発光側に発光波長の裾の部分の光を遮光する干渉フィルタＦｅｘλ1を取り付けて、蛍光側フィルタ１０の透過域にある発光素子ＬＤλ1からの励起光成分を除去している。これにより、蛍光側フィルタ１０を透過する光は生体試料４からの蛍光成分のみとなり、二次元検出器６上の撮像画像に迷光が混入にすることによる蛍光検出能力の低下を防止できる。【００６７】
なお、上記では光源Ｂについて説明したが、光源Ｃについても光源分Ｂと同様の構成である。【００６８】
この構成、すなわち各光源はレーザダイオードＬＤ又は発光ダイオードＬＥＤに、さらに干渉フィルタなど、発光波長の裾の部分の光を遮光する光学フィルタをそれぞれのＬＤ又はＬＥＤ毎に重ねた構造を有する光源装置を備えた蛍光励起光源は二次元検出器６上の撮像画像に迷光が混入にすることによる蛍光検出能力の低下を防止できるという顕著な効果を達成できる。【００６９】
なお、図１及び図３に示した例では、２つの光源保持部１４ａ，１４ｂが配置されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、光源保持部が１つだけであってもよい。【００７０】
また、上記の実施例では、各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’はそれぞれＡ〜Ｃの光源で構成されているが、１つの照明用光源Ａと１つの励起光源Ｂ又はＣによって各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’を構成してもよいし、２つの励起光源Ｂ，Ｃのみによって各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’を構成してもよく、用途に応じた各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’の構成であればよい。【００７１】
次に、図１に示した生体画像取得装置による蛍光画像測定時の動作について説明する。【００７２】
まず、主結像レンズ８の前に蛍光側フィルタ１０を配置しない状態で、全光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’において照明用の光源Ａ（白色ＬＥＤ）のみを点灯する。この状態で二次元検出器６により撮影を行なうことにより、生体試料４の外観画像が取得できる。【００７３】
次に、主結像レンズ８の前に光源Ｂの発光波長λ1（例えば６９０ｎｍ）に対応する透過波長範囲が設定された蛍光側フィルタ１０を配置し、全光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’において励起光源Ｂのみを点灯する。この状態で二次元検出器６により撮影を行なうことにより、波長がλ1の励起光により励起された蛍光の画像を取得できる。【００７４】
次に、主結像レンズ８の前の蛍光側フィルタ１０を光源Ｃの発光波長λ2（例えば７８０ｎｍ）に対応する透過波長範囲に設定し、全光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’において励起光源Ｃのみを点灯する。この状態で二次元検出器６により撮影を行なうことにより、波長がλ2の励起光により励起された蛍光の画像を取得できる。【００７５】
二次元検出器６によって取得された画像は、図２に示されているように０°（正面）と１８０°（裏面）の２種類の画像を含んでいるため、上記の３回の撮影によって計６種類の画像が取得できる。【００７６】
光源Ｂ又はＣを点灯させて行なう撮影において、上記の方法では全ての光源Ｂ又は光源Ｃを同時に点灯させて４方向同時照射の蛍光画像を撮影しているが、４個の光源Ｂ又は４個の光源Ｃのうち１つずつを順に点灯させてその都度撮影を行なう方法もある。こうすると４つのそれぞれの照射方向毎について、正面と裏面の蛍光画像が得られる。この方法では、全撮影を終了するのに時間がかかるが照射方向の違いによって蛍光の現れ方が異なるため、照射方向と撮像方向の組み合わせによってより多様な蛍光画像を得ることができる。【００７７】
一方発光画像測定の場合は、すべての光源をオフにして発光画像を取得し、外観像撮影は光源Ａだけを点灯して行なう。【００７８】
[実施例２] 
生体試料の５方向からの画像を同時に撮像することができる生体画像取得装置の実施例について説明する。図５は５方向から同時に生体試料を観察できる生体画像取得装置の実施例を概略的に示す構成図である。【００７９】
透明試料台２上に生体試料４（小動物）が載置されており、生体試料４の真上に例えばＣＣＤカメラなどの二次元検出器６が配置され、二次元検出器６の検出面側に主結像レンズ８が配置されている。主結像レンズ８と生体試料４との間に生体試料４からの蛍光成分のみを透過させる蛍光側フィルタ１０が必要に応じて配置されるようになっている。試料台２の周囲に、生体試料４を反時計回りに７２°、１４４°、２１６°、２８８°（正面（０時方向）を０°とする）の位置から見た画像の光を反射して主結像レンズ８に導く反射鏡Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４及びＭ５が配置されている。反射鏡Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４及びＭ５から主結像レンズ８までの各光路上に、光路長差による焦点ずれを解消するための補助結像レンズＬ１〜Ｌ５が配置されている。この実施例では、補助結像レンズＬ１〜Ｌ５はモザイクレンズである。【００８０】
生体試料４に対して光を照射する光源装置は、生体試料４の頭部側の体軸延長線上の点を中心とする円周上に光源部Ｓ１〜Ｓ５を等間隔に保持する光源保持部２４を備えている。光源部Ｓ１は生体試料４に対して０°方向に斜めから光を照射するように配置され、光源部Ｓ２〜Ｓ４は光源部Ｓ１から反時計回りに７２°間隔で配置されている。すなわち、光源部Ｓ２〜Ｓ４は反射鏡Ｍ２〜Ｍ４による観察角度に対応して配置されている。光源部Ｓ１〜Ｓ５は図４の構成と同じく光源Ａ〜Ｃを備えている。光源保持部２４及び各光源部Ｓ１〜Ｓ５は、図３に示した例と同様に、二次元検出器６の直接視野と反射鏡Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４及びＭ５を介した間接視野のいずれにも入らない位置に配置されている。なお、図５では光源保持部２４として光源部Ｓ１〜Ｓ５を保持する円周部分のみが図示されている。【００８１】
上記の構成によれば、試料台２上に配置した生体試料４からの０°方向以外の観測角度７２°、１４４°、２１６°、２８８°からの画像の光は、それぞれ反射鏡Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５で反射され、結像レンズ８によって共通の二次元検出器６の上に結像される。各反射鏡Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５によって反射された各観測角度からの光はそれぞれ光路長が異なるので、焦点距離が互いに異なる弱い補助結像レンズＬ１〜Ｌ５を視野角度ごとに挿入することにより、焦点ズレを解消することができる。このようにして二次元検出器６には、図６に示されているような、生体試料４の５方向から見た画像が形成される。【００８２】
この実施例では、生体試料４の頭部側の１つの光源保持部２４によって光源装置を構成しているが、生体試料４の尾部側にも光源保持部が設けられていてもよい。そうすれば、生体試料４に対して頭部側と尾部側の両側からより均一に光を照射することができるようになり、影の部分を減らすことができる。【００８３】
また、この実施例では生体試料４の５方向からの画像を取得する構成に対して光源保持部２４はその画像撮像方向に対応する角度から光を照射する５つの光源部Ｓ１〜Ｓ５を保持しているが、必ずしも観察方向の数と照射方向の数とが一致している必要はなく、４以下又は６以上の光源を光源保持部２４に保持させてもよい。また、本実施例の５つの光源の照射角度を観測角度と一致させているが、その角度にも任意性があり、例えば、２４の円周上の、３６°、１０８°、１８０°、２５２°、３１２°の５方向にする構成も可能である。観測方向の中間の照射角度を用いる構成であって、この場合、たとえば０°方向の観測では３６°と、３１２°の光源を点灯すると試料を平均して正面から照らすことになり、１８０°の光源１個だけを点灯すると、裏側から照明し反対の０°方向から観測することになる。同様に、７２°の観測方向では、正面の照射が１０８°と１８０°に、裏面の照射が２５２°である。【００８４】
なお、この実施例の生体画像取得装置による蛍光画像測定時の動作については実施例１の動作と同じであり、ここでの詳細な説明は省略する。【００８５】
図７は図５に示した生体画像取得装置において光源部Ｓ１〜Ｓ５が二次元検出器６の直接視野又は間接視野に意図的に入るようにして撮像した外観画像であり、その時どのような不都合が起こるかを示すものである。この画像は、生体試料４を上から見た方向（正面方向）を０°として反時計回りに７２°、１４４°、２１６°、２８８°の方向から見た５つの外観画像が同時に二次元検出器６によって写されたものである。【００８６】
０°の画像は生体試料４の上から補助結合レンズＬ１及び主結像レンズ８を介して直接的に撮影した画像である。０°方向からの撮影では、試料台２よりも上側にある光源部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ５からの光照射は問題にならないが、試料台２よりも下側にある光源部Ｓ３，Ｓ４の透明な試料台２を透過した直接光が強い光スポットＰとして二次元検出器６に映っている。【００８７】
７２°方向からの撮影では光源部Ｓ４からの光が反射鏡Ｍ２を介して二次元検出器６に光スポットＱとして映っているし、２８８°方向からの撮影では光源部Ｓ２からの光が反射鏡Ｍ５を介して二次元検出器６に光スポットＴとして映っている。また、１４４°方向からの撮影では光源部Ｓ５からの光が反射鏡Ｍ３を介して二次元検出器６に光スポットＲとして映っているし、２１６°方向からの撮影では光源部Ｓ１からの光が反射鏡Ｍ４を介して二次元検出器６に光スポットＳとして映っている。特に、０°、１４４°、２１６°に映っている光スポットＰ，Ｒ，Ｓは本来の光点だけでなく十字形に光っていることがわかる。これは、極端に強い光を受光した受光素子で過剰な電荷が発生し、その受光素子の飽和に加え隣接する受光素子にまで電荷が流れ込んで起こったものでブルーミングと呼ばれる。これは、一般的な写真撮影で比喩的にいえば、太陽が写り込む逆光の状態で撮影したときにレンズのハレーションがおこるのと似たような現象である。ブルーミングが起こるとその部分の画像が壊されてしまうし、ブルーミングに至らなくても、本来光を発していない場所も光点として移ってしまうため、正確な画像を得ることができない。【００８８】
したがって、この実施例でも示しているように、光源部Ｓ１〜Ｓ５を二次元検出器６の直接視野及び間接視野のいずれにも入らない位置に配置することで、上記のような不要な光スポットが撮像画像に映ることがなくなり、鮮明な観察画像を取得することができる。【００８９】
以上説明した実施例１，２では、光源装置の各励起光源をそれぞれレーザダイオードと干渉フィルタの組み合わせで構成しているが、１つの発光素子からの光を透過波長帯が切替え可能なフィルタを用いて励起光の波長を選択的に切り替え、その励起光を各励起光源に分配する構成であってもよい。図８にそのような光源装置の構成の一例を示す。【００９０】
図８の例では、連続発光スペクトルをもつ例えばハロゲンランプなどの光源２８の発光側に集光レンズ３０を配置して光源２８が発した連続スペクトルの光を光ファイバ３２ａの入口に導いている。光ファイバ３２ａの出口側には、互いに異なる透過波長帯をもつ干渉フィルタ３４ａを円周方向に複数備えて自身が回転することによってそれら干渉フィルタ３４ａを切り替えるフィルタ円板３４が設けられており、光ファイバ３２ａから出た連続スペクトルから任意の波長帯の光のみを取り出すことができるようになっている。フィルタ円板３４の干渉フィルタ３４ａの出射側にも光ファイバ３２ｂが設けられており、光ファイバ３２ｂは途中で各励起光源に光を導く複数の光ファイバ３６（この例では４本）に分岐したのち、分岐ファイバの先端を図１に示すＳ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４の光源Ｂに代わる位置に導き、それぞれのファイバの先端を試料４に向けて照射する。【００９１】
光源２８からの連続スペクトルの光は、フィルタ円板３４において選択された干渉フィルタ１０で必要な波長成分の光が選択的に取り出されて各励起光源に供給される。この方式では、励起光の波長を波長選択フィルタであるフィルタ円板３４によって切り替えるため、１つの励起光源から複数の波長の励起光を照射することができる。したがって、生体試料４に向けて励起光を照射する励起光源は各光源について１つあればよい。すなわち、図１では光源保持部１４ａ，１４ｂ上の各光源部Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１’〜Ｓ４’はそれぞれ励起光源として互いに異なる波長の励起光を出射する光源Ｂ，Ｃを備えているが、図８の方式であれば光源はＢ又はＣのいずれか一方があればよい。ただし、この方式では、複数の光ファイバ３６に同時に光が進むため、複数の光源が独立して異なるタイミングで点灯させることは不可能である。その反面、フィルタ円板３４上には多種類の透過波長帯のフィルタ３４ａを配置することができるので、励起波長の選択数を容易に増加させることができる。また変形例として、フィルタ円板３４に搭載するフィルタの１つを特定波長の干渉フィルタでなくニュートラルフィルタにして、ハロゲンランプの光を適当量減光した光を照射位置に導くようにすれば、その照射光を外観照明用として使うことができる。すなわち、専用の外観像照明光源Ａの代わりに使うことができる。【００９２】
上述のように外観照明光源の実施例としてこれまで、図１および図４Ａの光源Ａで示した白色ＬＥＤの場合、及び図８のハロゲンランプを適当量減光する場合を例示した。ここで外観照明光源の要件をまとめれば、１）照明光の波長成分の全部または一部が二次元検出器に入る前のフィルタ８で除去されずに二次元検出器に入れば良いこと、及び２）蛍光励起光源と同程度に非常に明るいままでは試料の拡散反射光が強すぎて検出器が飽和してしまうので、十分減光した照明光であること、の二点を満たすことである。したがって、この要件さえ満たせば上記の実施例以外の方式も可能で、例えば白色ＬＥＤのかわりに、蛍光励起用のＬＤやＬＥＤであっても、弱く点灯させて試料を照らし、かつ、外観照明の時だけ該ＬＤやＬＥＤの波長の一部を意図的に通過させるように二次元検出器の前のフィルタ８の波長特性を選ぶことで、外観照明光源と蛍光励起用光源を兼用させることも可能である。【００９３】
また、以上で述べた実施例１及び実施例２においては、生体試料４の多方向から見た画像を１つの二次元検出器６上に結像して同時に取得する例を挙げたが、図９に示されているように、複数の二次元検出器を用いて生体試料４の多方向から見た画像を取得するようにしてもよい。図９では、０°と９０°の方向を第１の二次元検出器６で、１８０°と２７０°の方向を第２の二次元検出器６’で撮影している。図９での図示は省略されているが、そのような構成においても、生体試料４に対して光を照射する光源装置の各光源はいずれの二次元検出器の直接視野及び（反射鏡を併用するときは）その間接視野にも入らない位置に配置され、すべての二次元検出器にそれらの光源の直接光が映っていないように構成される必要がある。【００９４】
図９の例では、試料台２の真上に配置された二次元検出器６とは別の位置にさらに二次元検出器６’を備えるとともに、反射鏡Ｍ１，Ｍ２を備えている。生体試料４の正面０°の画像は生体試料４の真上の二次元検出器６で取得し、９０°の画像は反射鏡Ｍ２からの反射光として二次元検出器６で取得し、生体試料４の裏面１８０°の画像は反射鏡Ｍ１からの反射光として二次元検出器６’で取得し、２７０°の画像は生体試料４から直接二次元検出器６’で取得するように構成されている。【００９５】
また、生体試料４に対して光を照射する光源装置において、既述のように、照射できる励起光源の波長の種類を多くして励起波長の選択の幅を広げれば、種々の異なる蛍光色素に対して最適な波長の光源を選択することが可能になる。そのような光源装置の一例は既に図８を参照しながら説明したが、その方法とは別に１箇所の光源をより多種類の励起光源で構成することもできる。図１０と図１１はそれぞれその一例を示したものである。【００９６】
図１０の例では、光源部Ｓ１〜Ｓ４をそれぞれ構成しているＡ〜Ｆの６個の光源が光源保持部４６によって２重の円周上で保持されている。光源部Ｓ１〜Ｓ４の光源Ａ〜Ｃは生体試料４の頭部側の体軸延長線上の点を中心とする試料台２の平面に対して垂直な円周上で保持されており、その円周の内側の同心円周上で光源Ｄ〜Ｆが保持されている。この場合、発光部Ａを生体試料４の外観画像を撮像する際に用いる白色ＬＥＤとし、残りの発光部Ｂ〜Ｆを蛍光を励起する励起光源用のＬＤ又はＬＥＤとすることができる。このように、光源保持部４６において多重円周上で光源を保持するようにすれば、二次元検出器（図示は省略）の直接視野及び間接視野に入らない位置のスペースを有効に活用してより多種類の励起光源を配置することができる。【００９７】
図１１の例では、それぞれＡ〜Ｆの６個の光源をもつ光源部Ｓ１〜Ｓ４が、生体試料４の頭部側の体軸延長線上の点を中心とする試料台２の平面に対して垂直な円周上で光源保持部３８によって保持されている。各光源部Ｓ１〜Ｓ４の光源Ａ〜Ｆは同一円周上に一列に配置されている。光源保持部３８は、図示されていない支持機構によって光源部Ｓ１〜Ｓ４が保持された円周の中心を軸として回転可能に支持されている。光源保持部３８は、例えばステッピングモータ４０とプーリ４２で構成される駆動機構によってベルト４４を介して回転駆動されるように構成されている。この例では、点灯させたい光源をステッピングモータ４０を駆動することによって所定の位置まで移動させることができるので、多数の光源を同一円周上に並べて配置した場合にも所定の位置から所望の波長の光を照射することが可能である。なお、図１１では、同一円周上に４つの光源部Ｓ１〜Ｓ４が等間隔に配置されているので、光源保持部３８の最大回転角度は９０°でよい。このような光源保持部を回転させる構造と図１０に示した多重円周上に光源を配置する構造とを組み合わせることにより、より多種類の光源を二次元検出器６の直接視野及び間接視野に入らない位置に設けることが可能になる。【００９８】
既述のように生体画像取得装置の照明装置は、外観像撮影に用いるときと、蛍光画像撮影時の励起光源として用いる場合がある。このうち外観像撮影では、白色ＬＥＤなどの光源を点灯させて生体試料４を照明するが、受光側の二次元検出器に照明光波長成分を除去するフィルタを入れないで測定する。すなわち、照明光に含まれる波長成分がそのまま二次元検出器に入射する。このため、二次元検出器の視野内に照明用光源が入っていると非常に強い直接光が二次元検出器に入射してしまい、ブルーミング等の不具合を生じる。このように以上において説明した本発明の生体画像取得装置では、二次元検出器の直接視野及び間接視野のいずれにも入らない位置に光源を配置しているので、外観像画撮影時に光源からの直接光が二次元検出器に入射することはなく、ブルーミング等の不具合が生じることはない。【００９９】
一方、蛍光像の撮影では、試料に照射される励起光は蛍光側フィルタ１０を透過する波長成分を干渉フィルタによって除去したものであるから、励起光源が二次元検出器の視野内に入っていたとしても二次元検出器に入射する前に蛍光側フィルタ１０で除去されるはずである。そのため、仮に照射点が直接二次元検出器に投影される位置にあっても、理論上、該当の光の強度はゼロで不具合は生じないはずである。しかし、実際には干渉フィルタの透過波長帯域以外の光の阻止率は０ではなく、１０-6〜１０-8程度の漏れ光が生じている。この漏れ光によって照射点が直接二次元検出器に投影される位置にあると、ブルーミングほどではないものの照射点の写り込みが生じる。特に、図８に示した光源装置ではハロゲンランプのような連続光源から干渉フィルタで所定の波長帯域の光を除去するため、図４ａのような単一波長光源であるＬＤより発光される光の裾の波長帯域の光を干渉フィルタで除去する場合よりも漏れ光が多く、光源からの直接光の移り込みが出やすくなる。【０１００】
以上をまとめると、照射点が直接二次元検出器に投影される際の不都合の程度は、外観像取得時が最も大きく、次が蛍光画像取得時で連続光源を用いる場合、比較的影響が少ないのがＬＤのような単一波長光源を用いる蛍光画像取得の場合である。しかし、いずれの場合に置いても、二次元検出器の直接視野及び間接視野のいずれにも入らない位置に光源を配置しさえすれば、照射点の写り込み問題を回避できるので、これまで述べた本発明の手法が有効である。【０１０１】
また、反射鏡を多数配置してより多くの方向からの画像を同時に取得しようとする場合、反射鏡を密に配置する必要がある。このような場合に、反射鏡の観察方向と同じ方向から光を照射しようとしても、反射鏡と反射鏡との隙間に励起光源を多数配置することが困難である。そのような場合でも、本明細書中の実施例のように、生体試料４に対して斜め方向から光照射を行なうように光源を配置することで、多種類の励起光源を配置することができる。【０１０２】
なお、図１，図３，図５，図１０，図１１の各実施例において、説明を解りやすくするために、二次元検出器とレンズを試料の真上に配置した例を示したが、装置全体を適当な角度、例えば４５度とか、９０度倒しても同様に考えることができる。その場合には「試料の上側、下側」という概念はなくなる。すなわち、上記実施例における試料の上側の像は一般的には試料の二次元検出器側の像であるということができる。「二次元検出器側の像」とは二次元検出器が配置されている方向から直接見ることができる像を意味する。一方、下側の像は「二次元検出器側の像」に対して「それ以外の方向から直接見ることができる像」ということができる。ここで下側の像とは、二次元検出器の方向を０°とした時の１８０°方向の像だけであることに限定されない。例えば図５では１４４°と２１２°の２つの方向に対する像が下側の像であるので、１４４°と２１２°の像が二次元検出器と反対側の像となる。【０１０３】
二次元検出器の方向と観測方向のなす角度が０°から９０°までの方向を「二次元検出器側の方向」と定義すると、二次元検出器の方向と観測方向のなす角度が９０°を超え２７０°を超えない方向は「それ以外の方向」と定義することができ、「それ以外の方向」とは言い換えれば観測方向と二次元検出器の方向とのなす角が鈍角の方向である。本発明の解決課題の一つであった多方向同時観察時の逆光問題は、観測方向と二次元検出器の方向とのなす角が鈍角である場合に起こることから、そのような観測方向でも照射光源を二次元検出器の視野の範囲外に配置することで、不都合を解決している。【０１０４】
さらに二次元検出器を複数個使う場合について付け加えるなら、複数個のうちの一つの二次元検出器の反対側の画像を、図１や図５と同様に同じ二次元検出器で観測しても良いし、図９のように別の二次元検出器検出器で観測することもできる。図９では第一の二次元検出器で０°と９０°方向を、第二の二次元検出器で１８０°と２７０°方向を観測することで、四方向を二つの二次元検出器で同時観測している。一般に二次元検出器は高価であるので、全方向を一つの二次元検出器で観測する方式が望ましいが、４方向を２つの二次元検出器で観測する装置は、４方向を４つの二次元検出器で観測する装置より安価であるので複数検出器を使う価値がある。観測方向数より少ない数の複数の二次元検出器を使う測定系の例である。複数の二次元検出器を用いれば、単検出器より検出器の合計受光面積を大きくできるので、少し高価になっても発光測定のような弱い光の検出において有利となる。全撮影方向を複数の二次元検出器で行う選択肢もあり得ることを述べた。【０１０５】
また、第１図を９０°右に倒し、試料台だけを水平のままにすると、二次元検出器は試料の右側になるので、二次元検出器からみた正面（０°）像は試料の右側像、裏面又は反対側の像（１８０°像）は試料の左側像となる。また、この場合には二次元検出器は試料台の右側接線方向に配置されていることになる。【０１０６】
［実施例３］
反射鏡として凹面鏡を採用した場合の実施例として、図１２−１５を用いて説明する。【０１０７】
図１２は、図１、図３Ａ及び図３Ｂにより示される第１の実施例における平面鏡Ｍ１，Ｍ２を凹面鏡に置き換えた場合の斜視図である。ここで重要な点は、凹面鏡Ｍ１の曲率中心を、試料４の腹の横のＣ１（図で黒点で示す）に設定してあることである。位置Ｃ１はレンズ８から見て試料と等しい距離にある。こうすると試料の頭部からみて凹面鏡Ｍ１による試料の斜め左下側の像が試料４に隣接する位置４Ａにできることである。同様に凹面鏡Ｍ２の曲率中心をレンズ８から見て試料と等しい距離にある位置Ｃ２に設定することで凹面鏡Ｍ２による試料の斜め右下側の像が試料４に隣接する位置４Ｂにできる。試料４と、これら試料の横にできる像は元の試料とほぼ同じ大きさで頭と尻尾の向きが反転している。試料とその像４Ａ、像４Ｂの３者は、レンズ８から見て等しい距離に並んでいるから、これをＣＣＤ６上に同時に焦点を合わせて撮影することができる。【０１０８】
一方、図３Ａ、図３Ｂのような平面鏡を用いる時には、裏側の像が、カメラレンズからみて遠方にできるため、３者がカメラレンズから同一の距離に並ばない。このため３者の全てに焦点を合わせることができない不都合と、遠方にできる像が試料に比べ小さくなるという２つの欠点がある。これら２つの欠点は反射鏡を凹面鏡に替えることで除去できるので大きな利点である。すなわち３者の全てが同一距離にあると、レンズ８を開放にした明るい状態でも焦点があっているから、試料からの弱い光を受光する時にＦナンバーの小さいレンズを使うことができるからである。なお前記実施例１、実施例２で開示している補助結像レンズ１２も遠方にできる像の焦点位置を移動させる機能をもつが、遠くに出来た像の大きさを直接像に揃える機能を欠いている。さらに補助レンズのサイズの限界から、補助レンズ方式では主結像レンズをＦナンバーの小さい状態で使うことが難しい欠点があり、実施例３の凹面鏡使用の効果が顕著であることを付記する。【０１０９】
次に光源側の説明に移る。Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４はこれまでの実施例で説明した光源部である。この光源部を配置する位置が問題であり、その場所によっては、光源の写り込みが生じる。【０１１０】
図１３は、反射鏡が凹面鏡であるとき、２次元検出器の直接視野と間接視野を示す断面図である。ここで、領域１６は２次元検出器の直接視野であって、図３Ｂと同様である。反射鏡がないとき、光源が直接視野外にあれば写り込みは生じない。領域１８（領域１８Ａと１８Ｂの両方を含む。）は凹面反射鏡がある時の間接視野であって、凹面反射鏡を介して２次元検出器に写り込む範囲を示す。このうち、領域１８Ａは反射鏡Ｍ１を介して写り込む間接視野、領域１８Ｂは反射鏡Ｍ２を介して写り込む間接視野である。【０１１１】
断面図内での凹面反射鏡による間接視野は図１３のように比較的容易に見当が付くけれども、問題となるのは断面からはずれた部分に関する間接視野の見積りである。平面鏡の場合は、図３Ａのように試料の体軸の延長上の点を中心とする体軸に垂直な断面内に光源Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４を配置することで、写り込みを避けることができたが、凹面鏡の場合、３次元的な視野の評価はやや困難である。【０１１２】
三次元的な間接視野を求める計算方法を図１４を用いて示す。この計算ではレンズ８の中心８Ａ（いわゆるレンズの主点）から、凹面鏡Ｍ１に向けて多数の光線を飛ばす。ここで例としてその光線の１本を８Ａ-Ｕとする。点Ｕは凹面鏡Ｍ１上の点である。光線８Ａ-Ｕなどの多数の光線は、凹面鏡Ｍ１で反射した後斜め上向きに進むが、評価のための基準面ＲＥＦ（試料から高さＨにある水平面）を考えると、そこに多数の光線（その内の１つがＵ−Ｖである）があたるので、あたった点Ｖの分布図を得ることができる。反射鏡Ｍ２でも同様に分布図を得ることができる。図１５はこうして得られた分布図である。図１５で右側の分布図１８Ｃは反射鏡Ｍ１を介した光線が到達する分布図、左側の分布図１８Ｄは反射鏡Ｍ２を介した光線が到達する分布図である。したがって、光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４をこの光線分布の範囲の外に置けば、間接視野の写り込みを避けることができる。直接視野の方はもちろん簡単に判るから、このようにして全ての光源Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４を直接視野と間接視野の外に置く配置をえらぶことは、反射鏡が凹面鏡の場合であっても可能である。【０１１３】
実際には図１５から判るように、反射鏡の角（かど）の部分の間接視野が斜めに延びるのでこの部分を避けて光源を配置することが必要になる。【０１１４】
凹面鏡が２つの場合を示したが、凹面鏡や平面鏡などの光学素子が組み合わされた場合も同様に、それぞれの光学素子に向けてレンズの主点から多数の光線を飛ばし参照面上での分布を計算することにより間接視野を求めることができるから、平面鏡、凹面鏡を含む色々な組合わせの多方向同時観測装置においても、直接視野と間接視野を避けた光源位置を選ぶことで光源の写り込みのない、鮮明な多方向画像を得る装置を構築できる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図７】
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【国際調査報告】
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