(57)【要約】【課題】  輸送時や地震における振動等で光学系にずれが生じても，それを適切に補償して正確な表面プラズモン共鳴測定を行えるようにする。【解決手段】  本発明では、二次元方向に幅のある光ビーム７を，その１軸方向を収束させてプリズム１の全反射面に所定の角度範囲で入射させると共に，全反射の戻り光の１軸方向を拡げてディジタルカメラ９で検出して，画像処理装置１０により，入射角の変化範囲を１軸方向に対応させた二次元画像を得るように構成し，測定画像を，光学系の校正時に取り込んだ画像と，それらの比較対象部分においてパターンマッチングを行い，成功した場合にアフィン変換のパラメータを導出して，測定画像をこのパラメータに基づいてアフィン変換することにより，光学系にずれが生じても，それを適切に補償して正確な表面プラズモン共鳴測定を行えるようにした。【選択図】    図１
2006308459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元方向に幅のある光ビームを，その１軸方向を収束させて全反射面に所定の角度範囲で入射させると共に，全反射の戻り光の１軸方向を拡げてディジタルカメラで検出して，画像処理装置により，入射角の変化範囲を１軸方向に対応させた二次元画像を得るように構成し，画像処理装置には，校正時に取り込んだ画像の比較対象部分の２値化パターンを記憶する記憶手段と，測定時に取り込んだ画像の比較対象部分を２値化する手段と，これらの２値化パターンを比較してパターンマッチングを行うパターンマッチング手段と，マッチングした測定画像の比較対象部分の２値化パターンを校正時画像の比較対象部分の２値化パターンに重ねるためのアフィン変換のパラメータを導出する手段と，導出したパラメータを記憶して，それらのパラメータに基づいて測定画像のアフィン変換を行うアフィン変換手段と，変換した測定画像により測定データを出力する測定データ出力手段とを構成したことを特徴とする表面プラズモン共鳴測定装置
【請求項２】
二次元方向に幅のある光ビームを，その１軸方向を収束させて全反射面に所定の角度範囲で入射させると共に，全反射の戻り光の１軸方向を拡げてディジタルカメラで検出して，画像処理装置により，入射角の変化範囲を１軸方向に対応させた二次元画像を得るように構成した表面プラズモン共鳴測定装置において，装置の校正時においては，取り込んだ画像を画像処理手段に読み込んで比較対象部分を２値化して，その２値化パターンを記憶手段に記憶し，測定時において画像処理手段に読み込んだ測定画像の比較対象部分を２値化して，その２値化パターンを，記憶手段に記憶された２値化パターンとパターンマッチングを行い，パターンマッチングが成功した場合に，測定時の２値化パターンを，記憶手段に記憶された２値化パターンに重ねるためのアフィン変換のパラメータを導出してアフィン変換手段に設定し，測定画像を，上記パラメータによりアフィン変換して，測定データを出力することを特徴とする表面プラズモン共鳴測定装置における測定データの補償方法
【請求項３】
測定時において画像処理手段に読み込んだ測定画像の比較対象部分を２値化して，その２値化パターンを，記憶手段に記憶された２値化パターンとパターンマッチングを行い，パターンマッチングが成功しなかった場合には，補正せずに処理を終了すると共に，パターンマッチングに成功した場合には，測定時の２値化パターンを，記憶手段に記憶された２値化パターンに重ねるためのアフィン変換のパラメータを導出して，アフィン変換手段に設定することを特徴とする表面プラズモン共鳴測定装置における請求項２に記載の測定データの補償方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を利用して被測定試料の状態を高感度で測定することが可能な表面プラズモン共鳴測定装置及びその装置における測定データの補償方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表面プラズモン共鳴測定装置は，生体分子間の相互作用等を，蛍光物質等で標識することなく，リアルタイムに検出することができる測定装置として従来から知られており，その用途としては抗原抗体反応等を測定する医療機器や分析機器からガス測定装置にまで渡っている。
【０００３】
表面プラズモン共鳴測定装置は，プリズムと，プリズムの全反射面側に配置して，試料の保持部を構成した金属薄膜と，プリズムに入射させる光ビームを発生させる光源と，プリズムの全反射面において反射した光ビームを受光して，その強度を測定する検出装置と，光ビームをプリズムに対して種々の角度で入射させるための手段とから成る構成を基本的構成としている。
【０００４】
この光ビームをプリズムに対して種々の角度で入射させる手段としては，比較的細い光ビーム側を移動して入射角度を変えるような構成のものや，太い光ビームをプリズムに入射させて，上記全反射面において収束させて全反射させ，反射した光ビームを入射角の変化方向に沿って配置したエリアセンサによって検出することにより，種々の入射角度で入射した光ビームの全成分を受光する構成としたもの等がある。
【０００５】
特許文献１は表面プラズモン共鳴測定装置の従来技術を示すものであり，この文献では，受光側に構成した遮光板を全開にしてＣＣＤセンサの入射面全面に金薄膜からの反射光が照射されるように配置して，広い入射角範囲に亘って励起光の反射光強度の測定を行い，所定の表面プラズモン共鳴の共振カーブを得る構成を開示している。そしてこの得られた共振カーブに基づき，反射光量の最小値付近に相当するＣＣＤセンサの画素番号を含む狭い領域にのみ反射光が透過するよう，遮光板を移動させ，光源からの光強度を大きくし，ＣＣＤセンサに入射する光量を増大させることにより，ダイナミックレンジの大きいプラズモン共振角カーブが得られ，このプラズモン共振角カーブから，表面プラズモン共鳴の共振角を正確に求めることができるというものである。
【特許文献１】特開平１０−１７０４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上に説明した表面プラズモン共鳴測定装置では，数mm度という精密な角度測定を行う必要があることから，光源から検出装置に至る光学系において，例えば輸送時や地震における振動等でずれが生じると正確な測定が行えなくなってしまうのに対して，上記特許文献１等においては，この点が考慮されていない。
本発明は以上の課題を解決するもので，輸送時や地震における振動等で光学系にずれが生じても，それを適切に補償して正確な表面プラズモン共鳴測定を行えるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するために，本発明では，まず，二次元方向に幅のある光ビームを，その１軸方向を収束させて全反射面に所定の角度範囲で入射させると共に，全反射の戻り光の１軸方向を拡げてディジタルカメラで検出して，画像処理装置により，入射角の変化範囲を１軸方向に対応させた二次元画像を得るように構成し，画像処理装置には，校正時に取り込んだ画像の比較対象部分の２値化パターンを記憶する記憶手段と，測定時に取り込んだ画像の比較対象部分を２値化する手段と，これらの２値化パターンを比較してパターンマッチングを行うパターンマッチング手段と，マッチングした測定画像の比較対象部分の２値化パターンを校正時画像の比較対象部分の２値化パターンに重ねるためのアフィン変換のパラメータを導出する手段と，導出したパラメータを記憶して，それらのパラメータに基づいて測定画像のアフィン変換を行うアフィン変換手段と，変換した測定画像により測定データを出力する測定データ出力手段とを構成した表面プラズモン共鳴測定装置を提案する。
【０００８】
次に，本発明では，二次元方向に幅のある光ビームを，その１軸方向を収束させて全反射面に所定の角度範囲で入射させると共に，全反射の戻り光の１軸方向を拡げてディジタルカメラで検出して，画像処理装置により，入射角の変化範囲を１軸方向に対応させた二次元画像を得るように構成した表面プラズモン共鳴測定装置において，装置の校正時においては，取り込んだ画像を画像処理手段に読み込んで比較対象部分を２値化して，その２値化パターンを記憶手段に記憶し，測定時において画像処理手段に読み込んだ測定画像の比較対象部分を２値化して，その２値化パターンを，記憶手段に記憶された２値化パターンとパターンマッチングを行い，パターンマッチングが成功した場合に，測定時の２値化パターンを，記憶手段に記憶された２値化パターンに重ねるためのアフィン変換のパラメータを導出してアフィン変換手段に設定し，測定画像を，上記パラメータによりアフィン変換して，測定データを出力する表面プラズモン共鳴測定装置における測定データの補償方法を提案する。
【０００９】
また本発明では，上記の補償方法において，測定時において画像処理手段に読み込んだ測定画像の比較対象部分を２値化して，その２値化パターンを，記憶手段に記憶された２値化パターンとパターンマッチングを行い，パターンマッチングが成功しなかった場合には，補正せずに処理を終了すると共に，パターンマッチングに成功した場合には，測定時の２値化パターンを，記憶手段に記憶された２値化パターンに重ねるためのアフィン変換のパラメータを導出して，アフィン変換手段に設定することを提案する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では，表面プラズモン共鳴測定装置における入射角の変化に対する輝度の変化のデータを，ディジタルカメラにより，入射角の変化範囲を１軸方向に対応させた二次元画像として得るので，光源からディジタルカメラに至る光学系において，例えば輸送時や地震における振動等でずれが生じたとしても，入射角の変化に対する輝度の変化のデータを含む部分を，ディジタルカメラの撮像範囲内に確実にとらえることができる。
【００１１】
そして振動等で生じた光学系のずれは，表面プラズモン共鳴測定装置の製造における校正時に読み込んだ画像による二次元画像の比較対象部分と，輸送時や地震発生後の測定時に読み込んだ画像による二次元画像の比較対象部分を比較することにより，アフィン変換のパラメータとして求めることができる。
【００１２】
従って輸送時や地震における振動等でずれが生じたとしても，測定画像を上記パラメータでアフィン変換することにより，入射角の変化に対する輝度の変化のデータを含む部分を，校正時の状態に補償することができ，こうして正確な表面プラズモン共鳴測定を行うことができる。
【００１３】
アフィン変換のパラメータの導出は，パターンマッチングに成功した場合には常に行うようにすることにより，生じたずれを常時補償して，正確な表面プラズモン共鳴測定を行うことができる。
【実施例１】
【００１４】
次に本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の表面プラズモン共鳴測定装置の全体構成を模式的に示す正面図であり，図２はその平面図である。また図３は要部の構成を示す系統説明図である。
【００１５】
符号１はプリズム，２はプリズム１の全反射面側に配置して，試料の保持部を構成した金属薄膜を有する基板である。符号３は光源，４は偏光フィルター５やシリンドリカルレンズ６から成る入射光学系であり，この入射光学系４は，図に示すように，二次元方向に幅のある光ビーム７を，その１軸方向を収束させて全反射面に所定の角度範囲で入射させる構成としている。また符号８はシリンドリカルレンズやコリメートレンズ等から構成した出射光学系であり，プリズム１において１軸方向に収束状態で全反射した光ビーム７を１軸方向に拡げてＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等のディジタルカメラ９に入射させる構成としている。以上の構成では，入射光学系４により，ある範囲の無数の入射角度で光ビームが全反射面において収束状態で反射し，この反射した光ビームが再び１軸方向に拡がって出射光学系８によりディジタルカメラ９に入射して撮像されるので，入射角の変化範囲を１軸方向に対応させ，他の１軸はプリズム１の幅方向に対応した二次元画像を得ることができる。
【００１６】
上述した構成においてディジタルカメラ９により撮像した二次元画像は，画像処理装置１０により所定の処理がなされ，出力装置１１に出力される。図３に示されるように画像処理装置１０は，画像キャプチャー手段１２，２値化手段１３，パターン記憶手段１４，パターンマッチング手段１５，アフィン変換パラメータ導出手段１６，アフィン変換手段１７，データ出力手段１８とから構成している。これらの動作は，以降に説明する。
【００１７】
以上の構成の表面プラズモン共鳴測定装置において，ディジタルカメラ９により撮像した範囲は，例えば図４の２点差線で囲んだ範囲１９であり，この範囲１９内に，適数，この場合には２つの試料保持部（図示省略）に保持された試料に対しての表面プラズモン共鳴の二次元画像２０ａ，２０ｂが含まれ，夫々の二次元画像２０ａ，２０ｂにおいて図中縦方向は入射角（又は全反射角）の変化する方向に対応しており，また横方向は試料の拡がり方向に対応している。
【００１８】
従ってこの二次元画像２０ａ（２０ｂ）を，図中の１点鎖線２１方向にスキャンして，夫々の輝度を出力することにより，図５に示すように，画像のピクセル対測定輝度の対応関係を出力することができる。図中の横軸のピクセル方向は入射角度（全反射角度）の変化する方向に対応するため，図中の輝度が低下しているピクセル（２５４ピクセル）に対応する入射角度（全反射角度）において表面プラズモン共鳴が生じていることが分かる。この位置は，二次元画像２０ａ（２０ｂ）における位置２２である。
【００１９】
次に図６，図７は，夫々図４，図５を更に模式的に示した説明図であり，図４，図５の構成要素に対応する要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
ここで試料保持部の試料が反応して，状態が変化すると，表面プラズモン共鳴位置２２が位置２３へと移動する。従って本発明の表面プラズモン共鳴測定装置では，このような表面プラズモン共鳴位置のずれをリアルタイムで検出することにより，上述した反応を検出することができるのである。
【００２０】
図６，図７は，製造時に校正した光学系が輸送や地震等の影響を受けず，ずれを全く生じなかった場合を示すものであり，従ってデータ出力手段１８は，上述したスキャン方向２１にスキャンして夫々の位置の輝度を出力することにより，図７に示すように，表面プラズモン共鳴位置を正確に出力することができる。
【００２１】
しかしながら本発明のような表面プラズモン共鳴測定装置では，光源３からディジタルカメラ９に至る光学系において，例えば輸送時や地震における振動等でずれが生じる場合があり，この場合は，補償を行わないと表面プラズモン共鳴位置の正確な測定が行えない。
【００２２】
即ち，図８，図９は光学系にずれが生じて，ディジタルカメラ９の撮像範囲１９内に，試料に対する二次元画像２０ａ，２０ｂの部分が回転と平行移動した位置に移ってしまった状態を示している。
【００２３】
このように二次元画像２０ａ，２０ｂの部分が変化してしまっているのにもかかわらず，それを無視し，図中破線で示すように，校正時と同様な位置を想定して，スキャン方向２１に沿って輝度を出力すると，入射角度（全反射角度）に対しての輝度の変化は図９の状態となり，正確な表面プラズモン共鳴位置の測定ができない。
【００２４】
しかしながら図８に示すように二次元画像２０ａ，２０ｂの輝度データはディジタルカメラ１９中に含まれるため，データ自体は失われておらず，また光学系のずれは，二次元画像２０ａ，２０ｂの平行移動，スケーリング（拡大・縮小），回転をもたらすため，これらのずれは，ずれに対応する変換のパラメータが分かればアフィン変換により補償する，即ち図中破線の状態に変換することができる。そしてこのように変換することにより，変換した二次元画像により，正確な表面プラズモン共鳴位置を出力することができる。
【００２５】
即ち，本発明では，画像処理装置により，例えば，図１０に記載の手順で処理を行うことにより，アフィン変換のパラメータを導出し，それに基づいてアフィン変換を行うことにより，生じたずれを補償して，正確な表面プラズモン共鳴測定を行うことができる。
【００２６】
まず，ステップＳ１では，本発明の表面プラズモン共鳴測定装置の製造時において，光学系の校正を行った後に，例えば図４と同様な疑似画像をディジタルカメラ９を介して画像キャプチャー手段１２により読み込む。
【００２７】
次いでステップＳ２ではキャプチャーした二次元画像中の比較対象部分，例えば上記二次元画像２０ａ，２０ｂの枠部分を２値化手段１３により２値化する。即ち，二次元画像２０ａ，２０ｂの枠内の部分は，後述する測定画像においては反応に応じて異なるため，この部分は比較対象部分とはしない。
【００２８】
次いでステップＳ３では，２値化パターンをパターン記憶手段１４に記憶する。
【００２９】
以上のステップＳ１〜Ｓ３の処理は，表面プラズモン共鳴測定装置の製造における校正時に行い，この状態で輸送してユーザーに納入する。
【００３０】
そこで納入後又は地震等の発生後に，最初に使用する場合には，まずステップＳ４において測定画像を読み込み，ステップＳ５において，校正時と同様な画像中の比較対象部分を２値化手段１３により２値化する。そしてこの２値化した二次元のパターンをステップＳ６において適宜のマッチング手法を用いて，上記パターン記憶手段１４に記憶されている校正時の２値化パターンと比較してパターンマッチングを行う。
【００３１】
パターンマッチングが成功すると，次いでステップＳ８において，アフィン変換パラメータ導出手段１６により，測定時の２値化パターンを，記憶手段に記憶された校正時の２値化パターンに重ねるためのアフィン変換のパラメータを導出し，このパラメータをアフィン変換手段１７に設定する。
【００３２】
ステップＳ８を実行した後は，後述するステップＳ９に移行し，測定画像をアフィン変換手段１７により変換する。例えば図８中の二次元画像２０ａ，２０ｂを破線の状態に変換することができる。
【００３３】
従ってこの状態において二次元画像２０ａ，２０ｂをスキャン方向２１にスキャンして，夫々の輝度を出力することにより，図７に示すように，表面プラズモン共鳴位置の正確な出力が可能となる。
【００３４】
そしてステップＳ１０におけるデータ（ＳＰＲデータ）出力後，ステップＳ１１において終了信号の有無を判断して，終了信号がある場合にはステップＳ１２に移行して終了し，終了信号がない場合にはステップＳ４の測定画像読み込みに移行する。
【００３５】
以上の処理手順から分かるように，本発明では，校正時に読み込んだ画像の比較対象部分と，測定時に読み込んだ測定画像の比較対象部分のずれから，光学系のずれを検出することができると共に，ずれを補償するためのアフィン変換のパラメータを導出できることが分かる。
【００３６】
しかしながら,ステップＳ４において読み込んだ二次元画像において，ＳＰＲ反応及びＳＰＲ反応の一部が，画面範囲外，即ち撮像範囲１９外にある実際の測定画像を読み込んだ場合に，ステップＳ５において上記比較対象部分２０ａ，２０ｂを２値化し，ステップＳ６に移行して，ステップＳ５において２値化したパターンを，校正時の比較対象部分の２値化パターンと比較すると，パターンマッチングは成功しない。
【００３７】
このようにパターンマッチングに成功しないということは，例えば，上述したように測定に必要な画像部分の一部が撮像範囲１９外にずれてしまったというような不具合が発生したということであり，ステップＳ８で，この位置のズレをアフィン変換パラメータとして導出する事が出来ないため，ステップＳ７の“パターンマッチング成功したか”の選択肢において“ＮＯ”が選択された場合には,ステップＳ１２の終了動作に移行し処理を終了する。
【００３８】
以上の動作から分かるように，本発明では，表面プラズモン共鳴測定装置が製造後，ユーザーに納品された後の，通常の測定においては，ステップＳ４から処理が開始する。
【００３９】
ステップＳ８におけるアフィン変換のパラメータの導出は，パターンマッチングに成功した場合には常に行うようにすることにより，生じたずれを常時補償して，正確な表面プラズモン共鳴測定を行うことができる。
【００４０】
図１１はずれの一例を示すもので，また図１２は表面プラズモン共鳴による輝度分布を示すものである。図１１では二次元画像２０ａは，校正時の図中破線の状態からずれているため，校正時のスキャン方向にスキャンして輝度を出力すると図１２の細線の輝度分布に示すように，共鳴位置が本来の位置２２から右方向にずれているが，本発明の上述した処理を行うことにより，図１２の太線の輝度分布を出力することができ，こうして正確な共鳴位置の測定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の表面プラズモン共鳴測定装置は以上のとおりであるので，輸送時や地震における振動等でずれが生じたとしても，測定画像をアフィン変換することにより，入射角の変化に対する輝度の変化のデータを含む部分を，校正時の状態に補償することができ，こうして正確な表面プラズモン共鳴測定を行うことができる。またアフィン変換のパラメータの導出は，随時行うようにすることにより，地震等により生じたずれを随時補償して，正確な表面プラズモン共鳴測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の表面プラズモン共鳴測定装置の全体構成を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の表面プラズモン共鳴測定装置の全体構成を模式的に示す平面図である。
【図３】要部の構成を示す系統説明図である。
【図４】ディジタルカメラによる撮像範囲と試料保持部に対応する二次元画像を示す模式図である。
【図５】図４のスキャン方向２１にスキャンした場合の画像のピクセル対測定輝度の対応関係を示すものである。
【図６】図４を更に模式化した説明図である。
【図７】図５を更に模式化した説明図である。
【図８】ずれが生じた場合についての図４を更に模式化した説明図である。
【図９】ずれが生じた場合についての図５を更に模式化した説明図である。
【図１０】本発明の処理手順の一例を示す流れ図である。
【図１１】本発明の動作を示すディジタルカメラの撮像範囲の要部の拡大図である。
【図１２】図１１に対応するピクセル対測定輝度の対応関係を示すものである。
【符号の説明】
【００４３】
１            プリズム
２              基板
３              光源
４              入射光学系
５              偏光フィルター
６              シリンドリカルレンズ
７              光ビーム
８              出射光学系
９              ディジタルカメラ（ＣＣＤカメラ）
１０            画像処理装置
１１            出力装置
１２            画像キャプチャー手段
１３            ２値化手段
１４            パターン記憶手段
１５            パターンマッチング手段
１６            アフィン変換パラメータ導出手段
１７            アフィン変換手段
１８            データ出力手段
１９            撮像範囲
２０ａ，２０ｂ  二次元画像
２１            スキャン方向
２２            表面プラズモン共鳴位置
【図１】
2006308459.tif 000003
【図２】
2006308459.tif 000004
【図３】
2006308459.tif 000005
【図６】
2006308459.tif 000006
【図７】
2006308459.tif 000007
【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４】
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【図５】
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