(57)【要約】【課題】被写体の発光量に応じて最適な冷却温度や露出時間を決定し、撮影時に無駄な電力を消費してしまうのを抑える。【解決手段】画像処理装置１００は、検出対象の光量に基づく信号値、撮像素子を冷却する冷却手段の冷却温度、被写体を撮影する際の露出時間、及び検出対象の光量に基づく信号値と検出対象の背景部分の光量に基づく信号値との比であるＳ／Ｎ比の対応関係を表わすテーブルデータを予め記憶しており、検出対象を予め定めた基準冷却温度及び予め定めた基準露出時間でプレ撮影させ、そのときのＳ／Ｎ比を算出する。そして、算出したＳ／Ｎ比と予め定めた基準Ｓ／Ｎ比との比較結果に基づいて、プレ撮影したときの検出対象の光量に基づく信号値に対応する冷却温度及び露出時間の組み合わせのうち、基準Ｓ／Ｎ比以上となる冷却温度及び露出時間を本撮影用の冷却温度及び露出時間としてテーブルデータから決定し、決定した条件で本撮影させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定めた検出対象を含む被写体を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子を冷却する冷却手段と、
前記検出対象の光量に基づく信号値、前記冷却手段の冷却温度、前記被写体を撮影する際の露出時間、及び前記検出対象の光量に基づく信号値と前記検出対象の背景部分の光量に基づく信号値との比であるＳ／Ｎ比の対応関係を表わすテーブルデータを記憶した記憶手段と、
予め定めた基準冷却温度及び予め定めた基準露出時間で前記被写体を前記撮像素子によりプレ撮影したときの前記Ｓ／Ｎ比を算出するＳ／Ｎ比算出手段と、
前記Ｓ／Ｎ比算出手段により算出したＳ／Ｎ比と予め定めた基準Ｓ／Ｎ比との比較結果に基づいて、前記プレ撮影したときの前記検出対象の光量に基づく信号値に対応する前記冷却温度及び前記露出時間の組み合わせのうち、前記基準Ｓ／Ｎ比以上となる冷却温度及び露出時間を本撮影用の冷却温度及び露出時間として前記テーブルデータから決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された冷却温度及び露出時間で前記被写体が本撮影されるように、前記撮像素子及び前記冷却手段を制御する制御手段と、
を備えた撮影装置。
【請求項２】
前記決定手段は、前記算出手段により算出したＳ／Ｎ比が前記基準Ｓ／Ｎ比以上の場合、前記プレ撮影したときの前記検出対象の光量に基づく信号値に対応する冷却温度及び露出時間の組み合わせのうち、前記基準Ｓ／Ｎ比以上となる組み合わせで且つ前記基準露出時間より短い露出時間を含む組み合わせが存在する場合には、当該組み合わせの冷却温度及び露出時間を前記本撮影用の冷却温度及び露出時間として決定する
請求項１記載の撮影装置。
【請求項３】
前記決定手段は、前記算出手段により算出したＳ／Ｎ比が前記基準Ｓ／Ｎ比未満の場合、前記プレ撮影したときの前記検出対象の光量に基づく信号値に対応する冷却温度及び露出時間の組み合わせのうち、前記基準露出時間より長い予め定めた限界露出時間で前記基準Ｓ／Ｎ比以上となる冷却温度が存在する場合には、その冷却温度のうち最も高い冷却温度及び前記限界露出時間を前記本撮影用の冷却温度及び露出時間として決定する
請求項１又は請求項２記載の撮影装置。
【請求項４】
前記算出手段は、前記プレ撮影したときの撮影画像の各画素の画素値のヒストグラムを算出し、算出したヒストグラムに基づいて前記プレ撮影したときの前記Ｓ／Ｎ比を算出する
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の撮影装置。
【請求項５】
前記テーブルデータの前記検出対象の背景部分の光量に基づく信号値は、前記撮像素子から画像信号を読み出す際に発生する読み出しノイズ及び暗電流ノイズの測定結果に基づいて算出されたものである
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の撮影装置。
【請求項６】
前記検出対象は、化学発光する物質である
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の撮影装置。
【請求項７】
予め定めた検出対象を含む被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、前記検出対象の光量に基づく信号値、前記冷却手段の冷却温度、前記被写体を撮影する際の露出時間、及び前記検出対象の光量に基づく信号値と前記検出対象の背景部分の光量に基づく信号値との比であるＳ／Ｎ比の対応関係を表わすテーブルデータを記憶した記憶手段と、を備えた撮影装置によって、予め定めた基準冷却温度及び予め定めた基準露出時間で前記被写体を前記撮像素子によりプレ撮影したときの前記Ｓ／Ｎ比を算出するステップと、
算出したＳ／Ｎ比と予め定めた基準Ｓ／Ｎ比との比較結果に基づいて、前記プレ撮影したときの前記検出対象の光量に基づく信号値に対応する前記冷却温度及び前記露出時間の組み合わせのうち、前記基準Ｓ／Ｎ比以上となる冷却温度及び露出時間を本撮影用の冷却温度及び露出時間として前記テーブルデータから決定するステップと、
決定された冷却温度及び露出時間で前記被写体が本撮影されるように、前記撮像素子及び前記冷却手段を制御するステップと、
を含む処理をコンピュータに実行させるための撮影プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影装置及び撮影プログラムに係り、特に、撮像素子を冷却する冷却手段を備えた撮影装置及び撮影プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば生化学の分野において、励起光が照射されることにより蛍光を射出する、蛍光色素で標識された蛍光サンプルを被写体として撮像したり、化学発光基質と接触して発光している化学発光サンプルを被写体として撮像したりする撮影装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような撮影装置では、特に化学発光サンプルの撮影を行う場合、励起光を照射せずに微弱な光を発する被写体を撮影するため、露光時間が蛍光サンプルを撮影する場合と比較して長時間となる。露光時間が長時間になると、ＣＣＤ等の撮像素子の撮影画像に温度と露光時間に応じた暗電流等の影響によるノイズ成分が多く含まれてしまうため、これを防止するために、特許文献１記載の撮影装置では、ＣＣＤを冷却する手段が設けられている。
【０００４】
このようにＣＣＤを冷却する撮影装置として、特許文献２には、暗電流成分による固定パターンノイズ及び撮像素子内部の電荷電圧変換回路における読み出しノイズであるランダムノイズを撮影装置内の温度等に基づいて予測し、ノイズの大きい方が低減するように、露光時間及び撮影装置内の目標温度を決定する撮影装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、露光時間が長くなるほど冷却素子の駆動電圧を高くする撮影装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２８３３２２号公報
【特許文献２】特開２００５−３５４２５８号公報
【特許文献３】特開２００８−１７７９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来では、試行錯誤により適切な冷却温度や露出時間等の読取条件を決定していたため時間がかかる、という問題があった。また、露出時間が短くてもよい被写体であっても過剰に撮像素子を冷却してしまう場合がある等、無駄に電力を消費してしまう場合がある、という問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、被写体の発光量に応じて最適な冷却温度や露出時間を決定し、撮影時に無駄な電力を消費してしまうのを抑えることができる撮影装置及び撮影プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、予め定めた検出対象を含む被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、前記検出対象の光量に基づく信号値、前記冷却手段の冷却温度、前記被写体を撮影する際の露出時間、及び前記検出対象の光量に基づく信号値と前記検出対象の背景部分の光量に基づく信号値との比であるＳ／Ｎ比の対応関係を表わすテーブルデータを記憶した記憶手段と、予め定めた基準冷却温度及び予め定めた基準露出時間で前記被写体を前記撮像素子によりプレ撮影したときの前記Ｓ／Ｎ比を算出するＳ／Ｎ比算出手段と、前記Ｓ／Ｎ比算出手段により算出したＳ／Ｎ比と予め定めた基準Ｓ／Ｎ比との比較結果に基づいて、前記プレ撮影したときの前記検出対象の光量に基づく信号値に対応する前記冷却温度及び前記露出時間の組み合わせのうち、前記基準Ｓ／Ｎ比以上となる冷却温度及び露出時間を本撮影用の冷却温度及び露出時間として前記テーブルデータから決定する決定手段と、前記決定手段により決定された冷却温度及び露出時間で前記被写体が本撮影されるように、前記撮像素子及び前記冷却手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、検出対象の光量に基づく信号値、冷却手段の冷却温度、被写体を撮影する際の露出時間、及び検出対象の光量に基づく信号値と検出対象の背景部分の光量に基づく信号値との比であるＳ／Ｎ比の対応関係を表わすテーブルデータを記憶しており、予め定めた基準冷却温度及び予め定めた基準露出時間で被写体をプレ撮影したときのＳ／Ｎ比と基準Ｓ／Ｎ比との比較結果に基づいて、プレ撮影したときの検出対象の光量に基づく信号値に対応する冷却温度及び露出時間の組み合わせのうち、基準Ｓ／Ｎ比以上となる冷却温度及び露出時間を本撮影用の冷却温度及び露出時間としてテーブルデータから決定して本撮影する。これにより、被写体の発光量に応じて最適な冷却温度や露出時間を決定することができ、必要以上に撮像素子の冷却温度が低くなったり露出時間が必要以上に長くなったりするのを防ぐことができる。
【００１１】
なお、請求項２記載の発明のように、前記決定手段は、前記算出手段により算出したＳ／Ｎ比が前記基準Ｓ／Ｎ比以上の場合、前記プレ撮影したときの前記検出対象の光量に基づく信号値に対応する冷却温度及び露出時間の組み合わせのうち、前記基準Ｓ／Ｎ比以上となる組み合わせで且つ前記基準露出時間より短い露出時間を含む組み合わせが存在する場合には、当該組み合わせの冷却温度及び露出時間を前記本撮影用の冷却温度及び露出時間として決定するようにしてもよい。これにより、露出時間が必要以上に長くなってしまうのを防ぐことができる。
【００１２】
また、請求項３記載の発明のように、前記決定手段は、前記算出手段により算出したＳ／Ｎ比が前記基準Ｓ／Ｎ比未満の場合、前記プレ撮影したときの前記検出対象の光量に基づく信号値に対応する冷却温度及び露出時間の組み合わせのうち、前記基準露出時間より長い予め定めた限界露出時間で前記基準Ｓ／Ｎ比以上となる冷却温度が存在する場合には、その冷却温度のうち最も高い冷却温度及び前記限界露出時間を前記本撮影用の冷却温度及び露出時間として決定するようにしてもよい。これにより、必要以上に冷却温度が低くなってしまうのを防ぐことができる。
【００１３】
また、請求項４に記載したように、前記算出手段は、前記プレ撮影したときの撮影画像の各画素の画素値のヒストグラムを算出し、算出したヒストグラムに基づいて前記プレ撮影したときの前記Ｓ／Ｎ比を算出するようにしてもよい。これにより、検出対象や背景部分をユーザーが指定する必要がなく、自動的に撮影画像から検出対象を検出してＳ／Ｎ比を求めることができる。
【００１４】
また、請求項５に記載したように、前記テーブルデータの前記検出対象の背景部分の光量に基づく信号値は、前記撮像素子から画像信号を読み出す際に発生する読み出しノイズ及び暗電流ノイズの測定結果に基づいて算出されたものとすることが好ましい。これにより、より最適に冷却温度及び露出時間を決定することができる。
【００１５】
請求項６記載の発明は、前記検出対象は、化学発光する物質であることを特徴とする。この場合、撮影する際の露出時間が長時間となって撮像素子の冷却が必要となるので、特に本発明の効果が顕著となる。
【００１６】
請求項７記載の発明は、予め定めた検出対象を含む被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、前記検出対象の光量に基づく信号値、前記冷却手段の冷却温度、前記被写体を撮影する際の露出時間、及び前記検出対象の光量に基づく信号値と前記検出対象の背景部分の光量に基づく信号値との比であるＳ／Ｎ比の対応関係を表わすテーブルデータを記憶した記憶手段と、を備えた撮影装置によって、予め定めた基準冷却温度及び予め定めた基準露出時間で前記被写体を前記撮像素子によりプレ撮影したときの前記Ｓ／Ｎ比を算出するステップと、算出したＳ／Ｎ比と予め定めた基準Ｓ／Ｎ比との比較結果に基づいて、前記プレ撮影したときの前記検出対象の光量に基づく信号値に対応する前記冷却温度及び前記露出時間の組み合わせのうち、前記基準Ｓ／Ｎ比以上となる冷却温度及び露出時間を本撮影用の冷却温度及び露出時間として前記テーブルデータから決定するステップと、決定された冷却温度及び露出時間で前記被写体が本撮影されるように、前記撮像素子及び前記冷却手段を制御するステップと、を含む処理をコンピュータに実行させるための撮影プログラムである。
【００１７】
この発明によれば、被写体の発光量に応じて最適な冷却温度や露出時間を決定することができ、必要以上に撮像素子の冷却温度が低くなったり露出時間が必要以上に長くなったりするのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被写体の発光量に応じて最適な冷却温度や露出時間を決定し、撮影時に無駄な電力を消費してしまうのを抑えることができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】撮影システムの斜視図である。
【図２】撮影装置の正面図である。
【図３】画像処理装置１００の概略ブロック図である。
【図４】撮影部３０の概略ブロック図である。
【図５】読み出しノイズ特性の一例を示すグラフである。
【図６】暗電流ノイズ特性の一例を示すグラフである。
【図７】冷却温度、露出時間、被写体の発光量、及びＳ／Ｎ比との関係を示すテーブルデータを表わす図である。
【図８】画像処理装置で実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図９】化学発光サンプルの撮影画像の一例を示す図である。
【図１０】撮影画像のヒストグラムを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る撮影装置を用いた撮影システムの一例を示す斜視図である。撮影システム１は、被写体に応じて励起光を照射せずに又は励起光を照射して被写体を撮影し、被写体の撮影画像を取得する撮影システムであり、撮影装置１０及び画像処理装置１００を含んで構成されている。
【００２２】
撮影装置１０は、被写体を撮影して取得した被写体の画像データを画像処理装置１００に出力する。画像処理装置１００は、受信した画像データに対して、必要に応じて所定の画像処理を施して表示部２０２に表示させる。
【００２３】
なお、被写体は、例えば前述した化学発光サンプルであってもよいし、蛍光サンプルであってもよいが、本実施形態では、化学発光サンプルを被写体として、励起光を被写体に照射せずに撮影する場合について説明する。
【００２４】
図２には、撮影装置１０の蓋２２（図１参照）を開けた状態の正面図を示した。同図に示すように、撮影装置１０は、被写体ＰＳが配置される被写体配置部４０と、被写体配置部４０を内部に収容した筐体２０と、被写体配置部４０に配置された被写体ＰＳを撮影する撮影部３０と、被写体ＰＳに励起光を照射する、筐体２０内に配置された落射光源５０と、透過光源６０と、を備えている。
【００２５】
筐体２０は、略直方体に形成された中空部２１を有するものであって、内部に被写体ＰＳが配置される被写体配置部４０を有している。また、筐体２０には図１に示す蓋２２が開閉可能に取り付けられており、ユーザーが蓋２２を開けて筐体２０内に被写体ＰＳを収容することができるようになっている。このように、筐体２０は中空部２１内に外光が入らないような暗箱を構成している。
【００２６】
撮影装置１０は、筐体２０の上面２０ａに固定されており、詳細は後述するが、例えばＣＣＤ等の撮像素子を含んで構成されている。撮像素子には、冷却素子が取り付けられており、撮像素子を冷却することにより、撮影された画像情報に暗電流によるノイズ成分が含まれるのを防止している。
【００２７】
撮影装置１０にはレンズ部３１が取り付けられており、このレンズ部３１は、被写体Ｐ  Ｓにフォーカスを合わせるために、矢印Ｚ方向に移動可能に設けられている。
【００２８】
落射光源５０は、被写体配置部４０の上に配置された被写体ＰＳに向けて励起光を射出する。透過光源６０は、被写体ＰＳの下から励起光を照射する。蛍光サンプルを撮影する場合には、被写体に応じて落射光源５０及び透過光源６０の少なくとも一方から励起光を被写体に照射させる。
【００２９】
図３には、画像処理装置１００の概略構成を示した。同図に示すように、画像処理装置１００は、メインコントローラ７０を含んで構成されている。
【００３０】
メインコントローラ７０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）７０Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）７０Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）７０Ｃ、不揮発性メモリ７０Ｄ、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）７０Ｅがバス７０Ｆを介して各々接続された構成となっている。
【００３１】
Ｉ／Ｏ７０Ｅには、表示部２０２、操作部７２、ハードディスク７４、及び通信Ｉ／Ｆ７６が接続されている。メインコントローラ７０は、これらの各機能部を統括制御する。
【００３２】
表示部２０２は、例えばＣＲＴや液晶表示装置等で構成され、撮影装置１０で撮影された画像を表示したり、撮影装置１０に対して各種の設定や指示を行うための画面等を表示したりする。
【００３３】
操作部７２は、マウスやキーボード等を含んで構成され、ユーザーが操作部７２を操作することによって撮影装置１０に各種の指示を行うためのものである。
【００３４】
ハードディスク７４は、撮影装置１０で撮影された撮影画像の画像データ、後述する制御ルーチンの制御プログラムや画像処理プログラム、テーブルデータ等の各種データ等が記憶される。
【００３５】
通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）７６は、撮影装置１０の撮影部３０、落射光源５０、及び透過光源６０と接続される。ＣＰＵ７０Ａは、通信Ｉ／Ｆ７６を介して、被写体の種類に応じた撮影条件での撮影を撮影部３０に指示したり、被写体に励起光を照射する場合には、落射光源５０及び透過光源６０の少なくとも一方に励起光の照射を指示したりすると共に、撮影部３０で撮影された撮影画像の画像データを受信して画像処理等を施したりする。
【００３６】
図４には、撮影部３０の概略構成を示した。同図に示すように、撮影部３０は、制御部８０を備えており、制御部８０はバス８２を介して通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）８４と接続されている。通信Ｉ／Ｆ８４は、画像処理装置１００の通信Ｉ／Ｆ７６と接続される。
【００３７】
制御部８０は、通信Ｉ／Ｆ８４を介して画像処理装置１００から撮影が指示されると、指示内容に応じて各部を制御して被写体配置部４０に配置された被写体ＰＳを撮影し、その撮影画像の画像データを通信Ｉ／Ｆ８４を介して画像処理装置１００へ送信する。
【００３８】
制御部８０には、レンズ部３１、タイミング発生器８６、及び撮像素子８８を冷却する冷却素子９０が接続されている。
【００３９】
レンズ部３１は、図示は省略するが、例えば複数の光学レンズから成るレンズ群、絞り調整機構、ズーム機構、及び自動焦点調節機構等を含んで構成されている。レンズ群は、図２において被写体ＰＳにフォーカスを合わせるために、矢印Ｚ方向に移動可能に設けられている。絞り調節機構は、開口部の径を変化させて撮像素子８８への入射光量を調整するものであり、ズーム機構は、レンズの配置する位置を調節してズームを行うものであり、自動焦点調節機構は、被写体ＰＳと撮影装置１０との距離に応じてピント調節するものである。
【００４０】
被写体ＰＳからの光は、レンズ部３１を透過して被写体像として撮像素子８８に結像される。
【００４１】
撮像素子８８は、図示は省略するが、複数の各画素に対応する受光部、水平転送路、及び垂直転送路等を含んで構成されている。撮像素子８８は、その撮像面に結像される被写体像を電気信号に光電変換する機能を有し、例えば電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）や金属酸化膜型半導体（Ｍｅｔａｌ  ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＭＯＳ）等のイメージセンサが用いられる。
【００４２】
撮像素子８８は、タイミング発生器８６からのタイミング信号により制御され、被写体ＰＳからの入射光を各受光部で光電変換する。
【００４３】
撮像素子８８で光電変換された信号電荷は、電荷電圧変換アンプ９２によって電圧変換されたアナログ信号となり、信号処理部９４に出力される。
【００４４】
タイミング発生器８６は、撮影部３０を動作させる基本クロック（システムクロック）  を発生する発振器を有しており、例えば、この基本クロックを各部に供給すると共に、この基本クロックを分周して様々なタイミング信号を生成する。例えば、垂直同期信号、水平同期信号及び電子シャッタパルスなどを示すタイミング信号を生成して撮像素子８８に供給する。また、相関二重サンプリング用のサンプリングパルスやアナログ・デジタル変換用の変換クロックなどのタイミング信号を生成して信号処理部９４に供給する。
【００４５】
信号処理部９４は、タイミング発生器８６からのタイミング信号により制御され、入力されたアナログ信号に対して相関二重サンプリング処理を施す相関二重サンプリング回路（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ：ＣＤＳ）及び相関二重サンプリング処理が施されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ：Ａ／Ｄ）変換器等を含んで構成される。
【００４６】
相関二重サンプリング処理は、撮像素子８８の出力信号に含まれるノイズ等を軽減することを目的として、撮像素子８８の１受光素子（画素）毎の出力信号に含まれるフィードスルー成分レベルと画像信号成分レベルとの差をとることにより正確な画素データを得る処理である。
【００４７】
相関二重サンプリング回路により相関二重サンプリング処理が行われたアナログ信号は、アナログ・デジタル変換器によりデジタル信号に変換されてメモリ９６に出力され、一次記憶される。メモリ９６に一次記憶された画像データは、通信Ｉ／Ｆ８４を介して画像処理装置１００に送信される。
【００４８】
冷却素子９０は、例えばペルチエ素子等により構成され、制御部８０によって冷却温度が制御される。被写体ＰＳが化学発光サンプルの場合、励起光を照射せずに比較的長時間露光して撮影を行うため、撮像素子８８の暗電流ノイズが温度と露光時間に応じて増加すること等により画質に悪影響を及ぼす場合がある。このため、制御部８０では、画像処理装置１００から指示された冷却温度に基づいて冷却素子９０を制御し、撮像素子８８を冷却する。
【００４９】
ところで、撮影画像の画質に悪影響を及ぼすノイズ成分として、撮像素子８８から読み出した信号電荷を電荷電圧変換アンプ９２で電圧に変換する際に生じる読み出しノイズと、光が入射されない状態でも熱によって発生する電荷により生じる暗電流ノイズとがある。この読み出しノイズ及び暗電流ノイズは、撮像素子によって多少特性が異なる。
【００５０】
図５には、読み出しノイズ特性の一例を示した。同図において、横軸は撮像素子８８の温度、縦軸は１画素当たりの読み出しノイズの電荷量である。同図に示すように、読み出しノイズは温度依存性があり、温度が低くなるに従ってノイズが小さくなっていくが、ある程度まで温度を低くすると、それ以上温度を低くしても、それ程ノイズは小さくならない。
【００５１】
また、図６には、暗電流ノイズ特性の一例を示した。同図において、横軸は撮像素子８８の温度、縦軸は１秒及び１画素当たりの暗電流ノイズの電荷量である。同図に示すように、暗電流ノイズにも温度依存性があり、温度が低くなるに従ってノイズが小さくなる。また、暗電流ノイズは、時間が多くなる程、すなわち被写体を撮影する際の露出時間が長くなるほど増加する。
【００５２】
また、被写体がタンパク質等の化学発光サンプルの場合、発光量が微弱であるため、検出対象であるタンパク質の光量に基づく信号値（信号強度）と、その背景部分の光量に基づく信号値との比であるＳ／Ｎ比が、検出対象を良好に検出できるＳ／Ｎ比の基準として予め定めた基準Ｓ／Ｎ比（例えば３）以上となるように冷却温度及び露出時間を定める必要がある。
【００５３】
しかしながら、必要以上に露出時間を長くして冷却温度を低くすると無駄に電力を消費する。
【００５４】
そこで、本実施形態では、図７に示すような、撮像素子８８の冷却温度、露出時間、検出対象の発光量、及びＳ／Ｎ比の対応関係を予め実験等によって求めておいてテーブルデータとして記憶しておき、このテーブルデータに基づいて、被写体の光量に応じて最適な冷却温度及び露出時間を決定する。
【００５５】
図７に示すテーブルデータの各マスに記載された数値がＳ／Ｎ比を表わしている。このＳ／Ｎ比は、冷却温度、露出時間、検出対象の発光量を１秒及び１画素当たりの電荷量に換算した信号値の組み合わせがそれぞれ異なる条件でＳ／Ｎ比を各々算出した結果から生成されたものであり、太枠内はＳ／Ｎ比が基準Ｓ／Ｎ比（＝３）以上のものを示している。
【００５６】
冷却温度がＴ（°Ｃ）の場合におけるＳ／Ｎ比を示すＳＮ（Ｔ）は、検出対象の信号値（信号強度）をＳ（Ｔ）、検出対象の背景の信号値をＢＧ（Ｔ）として、次式で表わされる。
【００５７】
ＳＮ（Ｔ）＝（Ｓ（Ｔ）−ＢＧ（Ｔ））／ＢＧσ（Ｔ）  ・・・（１）
【００５８】
ここで、ＢＧ（Ｔ）は、冷却温度がＴの場合における読み出しノイズをＮＲ（Ｔ）［ｅ−］、暗電流ノイズをＮＤ（Ｔ）［ｅ−／ｓｅｃ］、露出時間をＴｅ［ｓｅｃ］として、次式で表わされる。
【００５９】
ＢＧ（Ｔ）＝ＮＲ（Ｔ）＋ＮＤ（Ｔ）×Ｔｅ    ・・・（２）
【００６０】
また、ＢＧσ（Ｔ）は、検出対象の背景の信号値の標準偏差値であり、次式で表わされる。
【００６１】
ＢＧσ（Ｔ）＝｛ＮＲ（Ｔ）２＋（ＮＤ（Ｔ）×Ｔｅ）２｝１／２  ・・・（３）
【００６２】
冷却温度、露出時間、及び検出対象の発光量の組み合わせを変えてそれぞれ上記（１）〜（３）式に基づいてＳＮ（Ｔ）を求めることにより、図７に示すテーブルデータが得られる。このテーブルデータは、例えば画像処理装置１００のハードディスク７４に予め記憶される。
【００６３】
次に、本実施形態の作用として、画像処理装置１００のＣＰＵ７０Ａで実行される処理について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。
【００６４】
なお、本実施形態では、化学発光サンプルを励起光を照射せずに撮影する場合について説明する。この場合、ユーザーは、被写体ＰＳとしての化学発光サンプルを被写体配置部４０に載置し、蓋２２を閉める。画像処理装置１００の表示部２０２には撮影メニュー画面が表示され、ユーザーは化学発光サンプルの撮影モードを選択し、撮影を指示する。ユーザーが撮影を指示すると、図８に示す制御がＣＰＵ７０Ａによって実行される。
【００６５】
まず、ステップ１００では、予め定めた第１の冷却温度及び第１の露出時間で化学発光サンプルをプレ撮影するように撮影部３０に指示するべく、これらの撮影条件を示す撮影条件情報を撮影部３０に送信する。
【００６６】
第１の冷却温度及び第１の露出時間は、例えば撮影部３０の待機時における撮像素子８８の標準的な温度、予め定めた標準的な化学発光サンプルの露出時間に設定される。
【００６７】
撮影部３０では、撮影条件情報を受信すると、制御部８０は、撮像素子８８が撮影条件情報で指定された第１の冷却温度となるように冷却素子９０を制御すると共に、第１の露出時間で化学発光サンプルが撮影されるようにタイミング発生器８６を制御する。これにより、レンズ部３１を透過した被写体像が撮像素子８８の受光面に第１の露出時間結像される。
【００６８】
そして、撮像素子８８の各受光素子から電荷が順次電荷電圧変換アンプ９２に出力され、各々電圧に変換されてアナログ信号として信号処理部９４に出力される。信号処理部９４では、前述した相関二重サンプリング処理及びＡ／Ｄ変換処理が行われ、メモリ９６に一次記憶される。一次記憶された撮影画像の画像データは、通信Ｉ／Ｆ８４を介して画像処理装置１００に送信される。
【００６９】
ステップ１０２では、撮影部３０から送信された撮影画像の画像データに基づいて、検出対象の信号値及び検出対象の背景部分の信号値を求める。具体的には、例えば、画像データの各画素の画素値のヒストグラムを求め、このヒストグラムに基づいて、検出対象の信号値（画素値）及び検出対象の背景部分の信号値（画素値）を求める。なお、ここでは、画素値が大きいほど信号値（信号強度）が大きいものとする。
【００７０】
例えば検出対象がタンパク質等の化学発光サンプルの場合で、図９に示すように複数の検出対象Ｋが撮影された場合、この画像データのヒストグラムを求めると、図１０に示すように、各検出対象及び背景部分に相当する位置にピークＰが現れる。この各ピークの画素値（信号強度）が各検出対象の信号値及び背景部分の信号値に相当する。
【００７１】
なお、図９に示す撮影画像の場合、背景部分の信号強度が最も弱く、背景部分の画素値の頻度が最も高くなると考えられるので、図１０において一番左側のピークが背景部分に相当し、それより右側のピークが検出対象に相当すると考えられる。
【００７２】
ステップ１０４では、発光量が最小の検出対象、すなわちステップ１０２で求めた各検出対象の信号値のうち最小の信号値と背景部分の信号値に基づいてＳ／Ｎ比を求める。これは、ステップ１０２で求めた各検出対象の信号値のうち最小の信号値を、背景部分の信号値で除算すればよい。
【００７３】
ステップ１０６では、ステップ１０４で求めたＳ／Ｎ比が予め定めた基準Ｓ／Ｎ比以上であるか否かを判断する。ここで、基準Ｓ／Ｎ比は、Ｓ／Ｎ比がこの値以上であれば良好の検出対象を検出できると判断できるＳ／Ｎ比であり、本実施形態では３（検出対象の信号値（発光量）が、背景部分の信号値（発光量）に対して３倍）とするが、これに限られるものではない。
【００７４】
そして、ステップ１０４で求めたＳ／Ｎ比が基準Ｓ／Ｎ比以上であればステップ１０８へ移行し、基準Ｓ／Ｎ比未満であればステップ１１４へ移行する。
【００７５】
ステップ１０８では、各検出対象の信号値のうち予め定めた飽和領域に達している信号値が存在するか否かを判断する。ここで、飽和領域とは、信号値が取り得る範囲の上限を含む上限付近の領域であり、検出対象の発光量がこれ以上増加しても発光量に比例して信号値が高くならないような領域である。
【００７６】
そして、各検出対象の信号値のうち予め定めた飽和領域に達している信号値が存在する場合には、ステップ１１０へ移行する。一方、そのような信号値が存在しない場合には、本ルーチンを終了する。すなわち、ステップ１００でプレ撮影した画像を本撮影の画像とする。
【００７７】
ステップ１１０では、図７に示したテーブルデータを参照し、ステップ１０４で求めた発光量が最小の検出対象の信号値に対応する冷却温度及び露出時間の組み合わせのうち、第１の露出時間よりも短い露出時間でＳ／Ｎ比が基準Ｓ／Ｎ比以上となる第２の露出時間と第１の冷却温度の組み合わせが存在するか否かを判断する。そして、そのような第２の露出時間が存在する場合には、ステップ１１２へ移行し、そのような条件が存在しない場合には、本ルーチンを終了する。
【００７８】
ステップ１１２では、第１の冷却温度及び第２の露出時間で本撮影するよう撮影部３０に指示する。これにより、撮影部３０では、第１の冷却温度及び第２の露出時間で本撮影し、その撮影画像の画像データを画像処理装置１００に送信する。
【００７９】
例えば、第１の冷却温度が−２０［°Ｃ］で、第１の露出時間が１００［ｓｅｃ］であった場合に、ステップ１０４で求めた発光量が最小の検出対象の信号値が１０［ｅ−／ｓｅｃ・ｐｉｘ］であった場合、図７に示すテーブルデータより、Ｓ／Ｎ比は２５．２１７９３となる。そして、冷却温度はそのままで、露出時間を１０［ｓｅｃ］としても、Ｓ／Ｎ比は４．１２７５３２となり、基準Ｓ／Ｎ比以上である。従って、この場合は、第２の露出時間を１０［ｓｅｃ］とする。これにより、無駄に露出時間が長くなるのを防ぐことができる。
【００８０】
ステップ１１４では、ステップ１０４で求めたＳ／Ｎ比が、予め定めた下限Ｓ／Ｎ比より大きく、かつ、基準Ｓ／Ｎ比未満の範囲内であるか否かが判断される。ここで、下限Ｓ／Ｎ比は、Ｓ／Ｎ比がこの値以下の場合には、検出対象を検出するのが困難であると判断できる値に設定され、本実施形態では、一例として１とするが、これに限られるものではない。
【００８１】
そして、ステップ１０４で求めたＳ／Ｎ比が前記範囲内である場合にはステップ１１６へ移行し、前記範囲内でない場合、すなわちステップ１０４で求めたＳ／Ｎ比が下限Ｓ／Ｎ比以下である場合には、ステップ１２０へ移行する。
【００８２】
ステップ１１６では、図７に示したテーブルデータを参照し、予め定めた限界露出時間以下で、かつ、Ｓ／Ｎ比が基準Ｓ／Ｎ比以上となる第２の冷却温度及び第３の露出時間の組み合わせが存在するか否かを判断する。
【００８３】
ここで、限界露出時間とは、露出時間がこの値以下であれば、ユーザーが撮影画像を取得するまでに待機する時間として許容できる時間に設定される。
【００８４】
そして、予め定めた限界露出時間以下で、かつ、Ｓ／Ｎ比が基準Ｓ／Ｎ比以上となる第２の冷却温度及び第３の露出時間の組み合わせが存在する場合には、ステップ１１８へ移行し、そのような組み合わせが存在しない場合には、ステップ１２０へ移行する。
【００８５】
ステップ１１８では、第２の冷却温度及び第３の露出時間で本撮影するよう撮影部３０に指示する。これにより、撮影部３０では、第２の冷却温度及び第３の露出時間で本撮影し、その撮影画像の画像データを画像処理装置１００に送信する。
【００８６】
例えば、第１の冷却温度が−１０［°Ｃ］で、第１の露出時間が１００［ｓｅｃ］であった場合に、ステップ１０４で求めた発光量が最小の検出対象の信号値が３［ｅ−／ｓｅｃ・ｐｉｘ］であった場合、図７に示すテーブルデータより、Ｓ／Ｎ比は１．４７５９８３となる。そして、限界露出時間が１０００[ｓｅｃ]に設定されていた場合、冷却温度が−２０［°Ｃ］、露出時間が１００［ｓｅｃ］であれば、Ｓ／Ｎ比は７．５６５３８となり、基準Ｓ／Ｎ比以上である。従って、この場合は、第２の冷却温度を−２０［°Ｃ］、第３の露出時間を１００［ｓｅｃ］とする。これにより、必要以上に冷却温度が下がったたり露出時間が長くなったりするのを防ぐことができる。
【００８７】
ステップ１２０に移行する場合は、ステップ１０４で求めたＳ／Ｎ比が下限Ｓ／Ｎ比以下であったり、限界露出時間以下で、かつ、Ｓ／Ｎ比が基準Ｓ／Ｎ比以上となる第２の冷却温度が存在しなかったりする場合であり、冷却温度をかなり低くしないとＳ／Ｎ比を高くするのは困難であると考えられる。従って、この場合は、冷却温度を最低冷却温度に設定する。そして、ステップ１２２では、露出時間をユーザーに設定させる。
【００８８】
ステップ１２４では、最低冷却温度及びユーザーが設定した露出時間で本撮影するよう撮影部３０に指示する。これにより、撮影部３０では、最低冷却温度及びユーザー設定の露出時間で本撮影し、その撮影画像の画像データを画像処理装置１００に送信する。
【００８９】
なお、本実施形態では、ステップ１２０において最低冷却温度に設定し、ステップ１２２でユーザーに露出時間を設定させる場合について説明したが、例えば冷却温度を１段階低くすると共に露出時間を１段階長くして再度プレ撮影し、Ｓ／Ｎ比が基準Ｓ／Ｎ比以上となるまでこの処理を繰り返すようにしてもよい。
【００９０】
このように、本実施形態では、検出対象の光量に基づく信号値、冷却素子の冷却温度、被写体を撮影する際の露出時間、及びＳ／Ｎ比の対応関係を表わすテーブルデータに基づいて、検出対象の光量に応じて、Ｓ／Ｎ比が基準Ｓ／Ｎ比以上となる冷却温度及び露出時間を決定して撮影するので、必要以上に冷却温度が低くなったり、露出時間が長くなったりするのを防ぐことができる。
【００９１】
なお、本実施形態では、撮影部３０から送信された撮影画像の画像データのヒストグラムを求め、このヒストグラムに基づいて、各検出対象の信号値のうち最小の信号値と背景部分の信号値に基づいてＳ／Ｎ比を自動的に求める場合について説明したが、これに限らず、図９に示すように、検出対象の配置がおおよそ決まっている場合には、撮影画像の画像データに基づいて、検出対象を横切るラインＬにおける信号強度分布を求め、この信号強度分布に基づいて各検出対象の信号値のうち最小の信号値と背景部分の信号値に基づいてＳ／Ｎ比を自動的に求めるようにしてもよい。
【００９２】
また、検出対象及び背景部分を自動的に検出してＳ／Ｎ比を求めるのではなく、撮影画像の画像データを表示部２０２に表示させ、ユーザーに検出対象及び背景部分を指定させ、指定された検出対象の信号値と背景部分の信号値に基づいてＳ／Ｎ比を求めるようにしてもよい。
【００９３】
また、図７に示すテーブルデータを更新するようにしてもよい。例えば、まずレンズ部３１に光が入射しない状態で暗画像を撮影して前述した暗電流ノイズ及び読み出しノイズを異なる冷却温度毎に求める。そして、発光量の異なるサンプルを異なる冷却温度及び露出時間の組み合わせで撮影し、上記（１）〜（３）式により、Ｓ／Ｎ比を異なる冷却温度及び露出時間の組み合わせで各々算出し、図７に示すようなテーブルデータとして記憶する。これにより、テーブルデータの精度を維持することができ、暗電流ノイズや読み出しノイズが経時変化した場合でも、被写体の発光量に応じて最適に冷却温度及び露出時間を決定することができる。
【００９４】
また、本実施形態では、図８に示す処理を画像処理装置１００のＣＰＵ７０Ａで実行する場合について説明したが、図７のテーブルデータや制御プログラムを撮影部３０側に記憶しておき、撮影部３０の制御部８０で実行するようにしてもよい。
【００９５】
また、本実施形態では、化学発光サンプルや蛍光サンプルを撮影する装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、顕微鏡画像を撮影する装置や天体画像を撮影する装置にも本発明を適用可能である。
【００９６】
なお、本実施形態で説明した撮影システム１の構成（図１〜４参照）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要な部分を削除したり、新たな部分を追加したりしてもよいことは言うまでもない。
【００９７】
また、本記実施形態で説明した制御プログラムの処理の流れ（図８参照）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９８】
１     撮影システム
１０   撮影装置
３０   撮影部
３１   レンズ部
４０   被写体配置部
５０   落射光源
６０   透過光源
７０   メインコントローラ
７０Ａ ＣＰＵ（Ｓ／Ｎ比算出手段、決定手段、制御手段）
７２   操作部
７４   ハードディスク（記憶手段）
８０   制御部
８２   バス
８６   タイミング発生器
８８   撮像素子
９０   冷却素子（冷却手段）
９２   電荷電圧変換アンプ
９４   信号処理部
９６   メモリ
１００ 画像処理装置
２０２ 表示部
【図１】
2011199659.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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