(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対して右円偏光及び左円偏光を交互に出射する円偏光光源と、
前記円偏光光源における右円偏光及び左円偏光の一度の出射時間と等しいか又はそれよりも短い撮像時間での撮像が可能であり、前記円偏光光源から出射されて前記試料により透過された透過光による画像を撮像する撮像手段と、
前記円偏光光源における右円偏光と左円偏光とを切り替えるタイミングに基づいて、前記撮像手段における撮像の開始タイミングを制御する制御手段と、
前記円偏光光源における右円偏光と左円偏光とを切り替えるタイミングと、前記撮像手段により撮像された画像の前記撮像手段における露光時間と、に基づいて、前記撮像手段により撮像された画像が右円偏光画像であるか左円偏光画像であるかを判断する判断手段と、
前記撮像手段により撮像された画像のうち右円偏光画像を格納する右円偏光画像格納手段と、
前記撮像手段により撮像された画像のうち左円偏光画像を格納する左円偏光画像格納手段と、
前記右円偏光画像格納手段に格納された前記右円偏光画像と、前記左円偏光画像格納手段に格納された前記左円偏光画像との差分を求め、その結果を円二色性イメージとして出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする円二色性イメージング装置。
【請求項２】
前記判断手段は、前記撮像手段により撮像された画像に、前記円偏光光源から前記試料に対して右円偏光を出射したことによって前記試料により透過された透過光に係る情報と前記円偏光光源から前記試料に対して左円偏光を出射したことによって前記試料により透過された透過光に係る情報とが含まれる場合、この画像を破棄することを特徴とする請求項１記載の円二色性イメージング装置。
【請求項３】
前記撮像手段の撮像時間は、前記円偏光光源における右円偏光又は左円偏光の一度の出射時間と等しく、
前記制御手段は、前記円偏光光源における右円偏光と左円偏光とを切り替えるタイミングと、前記撮像手段による撮像を開始するタイミングと、が等しくなるように前記撮像手段を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の円二色性イメージング装置。
【請求項４】
前記円偏光光源と前記撮像手段との間の光路上に単色フィルタを更に備える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の円二色性イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円二色性イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円二色性は、分子の光学活性（キラリティ）によって起こる現象であり、左右の円偏光に対する吸光度の違いとして定義される。この円二色性のスペクトル情報は、分子の高次構造を反映していることから、特に生理活性物質の高次構造の解析等によく適用される。
【０００３】
円二色性を計測するためには、右の円偏光と左の円偏光の吸光度の差を計測する必要があるが、汎用の円二色性分光計においては、円偏光変調器を用いて右と左の円偏光を周期的に発生させ、試料を透過したときに生じる透過光の周期的な強度変化を、透過光のＡＣ成分として計測する方法や、円偏光変調器の変調信号から透過光の強度変化をロックインアンプで計測するといった方法等が一般的に用いられる。
【０００４】
具体的には、例えば特許文献１では、円二色性のイメージを計測する従来技術として、近接場プローブを使って試料をスキャンする方法が開示されている。また、特許文献２では、共焦点蛍光顕微鏡と円二色性のイメージ計測とを組み合わせた方法が知られている。
【０００５】
また、特許文献３では、左右の円偏光を自由に発生できる光源を使って、左右の円偏光をそれぞれ計測し、差を求めることで円二色性イメージを得る技術が開示されている。さらに、特許文献４では、光偏光変調器を使わずに、回転する偏光板を用いて左右の円偏光を生成し、各々の透過画像から円二色性イメージを得る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３２５８４０号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０８８９４７号
【特許文献３】特開平０５−０４５３０４号公報
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／０１３４６８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１，２に記載の方法は、いずれも試料を走査して測定を行うことから測定に時間を要するため、例えば経時変化が速い試料の測定を精度よく行うことは困難である。また、特許文献３に記載の方法は、左右の円偏光を自由に発生できる光として放射光を想定していることから、装置を容易に作成することができない。さらに、特許文献４に記載の方法は、偏光板の回転等のメカニカルな機構が必要となるため、装置由来の誤差を考慮すると、より高い精度での測定が困難である。
【０００８】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、高速且つ高精度に円二色性イメージを撮像することが可能な円二色性イメージング装置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】
上記目的を達成するため、本発明に係る円二色性イメージング装置は、試料に対して右円偏光及び左円偏光を交互に出射する円偏光光源と、円偏光光源における右円偏光及び左円偏光の一度の出射時間と等しいか又はそれよりも短い撮像時間での撮像が可能であり、円偏光光源から出射されて試料により透過された透過光による画像を撮像する撮像手段と、円偏光光源における右円偏光と左円偏光とを切り替えるタイミングに基づいて、撮像手段における撮像のタイミングを制御する制御手段と、円偏光光源における右円偏光と左円偏光とを切り替えるタイミングと、制御手段により制御された撮像手段による撮像のタイミングと、に基づいて、撮像手段により撮像された画像が右円偏光画像であるか左円偏光画像であるかを判断する判断手段と、撮像手段により撮像された画像のうち右円偏光画像を格納する右円偏光画像格納手段と、撮像手段により撮像された画像のうち左円偏光画像を格納する左円偏光画像格納手段と、右円偏光画像格納手段に格納された右円偏光画像と、左円偏光画像格納手段に格納された左円偏光画像との差分を求め、その結果を円二色性イメージとして出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記の円二色性イメージング装置によれば、撮像手段が円偏光光源における右円偏光及び左円偏光の一度の出射時間と等しいか又はそれよりも短い撮像時間での撮像が可能であるため、右円偏光及び左円偏光のいずれか一方が試料により透過された透過光による画像が撮像手段において撮像される。そして、制御手段により制御された撮像手段による撮像のタイミング、及び、右円偏光と左円偏光とを切り替えるタイミングと、に基づいて、各画像が右円偏光及び左円偏光のいずれを試料に対して出射した際の透過光を撮像したものであるかが判断手段により判断され、判断結果に基づいて、右円偏光画像であると判断された画像は右円偏光画像格納手段に格納されると共に、左円偏光画像であると判断された画像は左円偏光画像格納手段に格納される。そして、上記の結果得られた右円偏光画像と左円偏光画像とから円二色性イメージを作成・出力することが可能となる。したがって、上記の円二色性イメージング装置によれば、試料を走査して測定する場合と比較してより高速に、且つ、より簡易な装置を用いて高精度の円二色性イメージを撮像することができる。
【００１１】
ここで、判断手段は、撮像手段により撮像された画像に、円偏光光源から試料に対して右円偏光を出射したことによって試料により透過された透過光に係る情報と円偏光光源から試料に対して左円偏光を出射したことによって試料により透過された透過光に係る情報とが含まれる場合、この画像を破棄する態様とすることができる。
【００１２】
上記のように、右円偏光を出射したことによって試料により透過された透過光に係る情報と円偏光光源から試料に対して左円偏光を出射したことによって試料により透過された透過光に係る情報とが含まれる画像が撮像手段により撮像された場合、これを円二色性イメージの作成に用いる画像から除外する構成を有することで、より高精度の円二色性イメージの撮像が可能となる。
【００１３】
また、撮像手段の撮像時間は、円偏光光源における右円偏光又は左円偏光の一度の出射時間と等しく、制御手段は、円偏光光源における右円偏光と左円偏光との切り替えるタイミングと、撮像手段による撮像を開始するタイミングと、が等しくなるように撮像手段を制御する態様としてもよい。
【００１４】
上記のように、撮像手段による撮像時間を、円偏光光源における右円偏光又は左円偏光の一度の出射時間と等しくし、撮像を開始するタイミングと円偏光光源における偏光の切り替えのタイミングとを等しくすることで、円偏光光源における右円偏光又は左円偏光の一度の出射時間に出射された円偏光が試料を透過した透過光を、一つの画像に撮像することができ、円二色性イメージの撮像をより効率よく行うことができる。
【００１５】
ここで、上記の円二色性イメージング装置は、円偏光光源と撮像手段との間の光路上に単色フィルタを更に備える態様とすることができる。
【００１６】
上記のように、円偏光光源と撮像手段との間に特定の波長の光のみを通過させる単色フィルタを設ける構成とすることで、ノイズ成分となる光を除去することができるため、撮像手段において右円偏光画像及び左円偏光画像を精度よく撮像することができ、より高精度な円二色性イメージを得ることができる。さらに、単色フィルタにより目的とする波長のみが選別されるため、光源が非単色光源であっても、目的の波長における円二色性イメージを得ることも可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高速且つ高精度に円二色性イメージを撮像することが可能な円二色性イメージング装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る円二色性イメージング装置の構成を説明する概略構成図である。
【図２】円二色性イメージング装置による処理を説明するフローチャートである。
【図３】円二色性イメージング装置によって右円偏光画像及び円偏光画像を撮像する場合の各部の処理を説明する図である。
【図４】円二色性イメージング装置におけるカメラの露光時間を変更した場合の処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係る円二色性イメージング装置の構成を説明する概略構成図である。図１に示すように、円二色性イメージング装置１は、光源１０、偏光子２０、変調器３０、単色フィルタ４０、フレーミングカメラ５０、画像処理装置６０及びタイミング信号発信器７０を含んで構成され、変調器３０と単色フィルタ４０との間に試料１００が配置される。
【００２１】
光源１０は、試料１００に対して照射するための光を出射する。この光源１０から出射される光は非偏光であり、例えば、波長２８０ｎｍの光を出射するＬＥＤ光源等が光源１０として用いられる。
【００２２】
光源１０から出射された光は偏光子２０に入射する。偏光子２０では、光源１０から出射された光のうち直線偏光のみが取り出される。偏光子２０としては、例えば、グランテーラープリズムが用いられる。
【００２３】
偏光子２０により取り出された直線偏光は、変調器３０によって右円偏光又は左円偏光に変換して出射される。変調器３０は、円偏光変調器３１と変調信号発振器３２とを含んで構成されている。変調信号発振器３２は、右円偏光への変換を指示する信号と左円偏光への変換を指示する信号とを変調信号とし、これらを周期的に交互に発振する。そして、変調信号発振器３２により発振される変調信号に基づいて、円偏光変調器３１に入射した直線偏光が右円偏光又は左円偏光に交互に変換されて出射される。また、変調信号発振器３２が発振する変調信号は後述のタイミング信号発信器７０を経てフレーミングカメラ５０に対しても出力される。この変調信号に基づいた円偏光変調器３１による円偏光への変換と、フレーミングカメラ５０による撮像とが、タイミング信号発信器７０により調整される。この具体的な手順については後述する。
【００２４】
円偏光変調器３１により出射されて、試料１００を透過した透過光は、単色フィルタ４０に入射する。単色フィルタ４０は、円二色性イメージの形成には不要な波長成分やノイズ成分等の除去のために設けられている。本実施形態の円二色性イメージング装置１では、波長２８０ｎｍの光のみを通過させる単色フィルタ４０として用いられる。単色フィルタ４０を通過した透過光は５０へ入射する。
【００２５】
フレーミングカメラ５０は、カメラ５１とフレームメモリ５２とを含んで構成され、試料により透過された透過光による画像を撮像する撮像手段として機能する。フレーミングカメラ５０としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等が用いられる。カメラ５１は、その撮像時間（露光時間）が、変調信号発振器３２から出力される信号に基づく円偏光の変調間隔と等しいか又はそれよりも短くされている。また、カメラ５１による撮像の開始タイミングは、タイミング信号発信器７０により出力されるタイミング信号に基づいて決定される。すなわち、タイミング信号発信器７０は、カメラ５１の撮像のタイミングを制御する制御手段として機能する。カメラ５１では、入射した透過光の強度が画像信号に変換されて画像情報としてフレームメモリ５２に蓄積された後、フレーミングカメラ５０から画像処理装置６０の判断部６１へ送られる。この際に、画像情報と共に、その画像を撮像した際に、変調信号発振器３２から発振された変調信号の周期にかかる情報と、タイミング信号発信器７０により出力されたタイミング信号にかかる情報とが送られる。
【００２６】
画像処理装置６０は、フレーミングカメラ５０により撮像された画像から円二色性イメージを形成・出力するための装置である。具体的には、画像処理装置６０は、判断部６１、右円偏光画像格納部６２、左円偏光画像格納部６３、画像演算部６４、出力部６５を含んで構成されている。
【００２７】
判断部６１は、フレーミングカメラ５０から送信された画像を右円偏光画像格納部６２及び左円偏光画像格納部６３のどちらへ格納するかを判断する判断手段として機能する。右円偏光画像格納部６２（右円偏光画像格納手段）は右円偏光画像を格納する領域であり、左円偏光画像格納部６３（左円偏光画像格納手段）は左円偏光画像を格納する領域である。
【００２８】
そして、どちらの格納部に対して画像信号を格納するかについては、画像情報と共にフレーミングカメラ５０から送信された、変調信号発振器３２から発振された変調信号の周期にかかる情報と、タイミング信号発信器７０により出力されたタイミング信号にかかる情報とに基づいて判断がなされる。その具体的な手順については後述する。
【００２９】
画像演算部６４は、右円偏光画像格納部６２に格納された右円偏光画像と、左円偏光画像格納部６３に格納された左円偏光画像との差分を求める機能を有する。画像演算部６４による演算結果は、出力部６５から円二色性イメージとして出力される。円二色性イメージは出力部６５から例えばモニタに表示する方法や、プリンタに出力する方法等によって、画像処理装置６０から外部へ出力される。このように画像演算部６４及び出力部６５は、出力手段として機能する。
【００３０】
タイミング信号発信器７０は、変調器３０の変調信号発振器３２から送られる変調信号を受信し、これに基づいてフレーミングカメラ５０に対してカメラ５１の撮像開始を指示するタイミング信号（スタートトリガパルス）を送信する。すなわち、タイミング信号発信器７０は、カメラ５１の撮像のタイミングを制御する制御手段として機能する。
【００３１】
ここで、上記の構成を有する円二色性イメージング装置１として好適に用いられる装置を例示する。例えば、光源１０として重水素ランプ（型番L6301-50）、変調器３０として、光弾性変調器（型番PEM100：Hinds Instruments社製）、フレーミングカメラ５０として、フレーミングＩＣＣＤカメラ（型番C7977-01：浜松ホトニクス社製）が好適に用いられる。
【００３２】
次に、円二色性イメージング装置１による円二色性イメージングの方法について図２及び図３を用いて説明する。図２は、円二色性イメージング装置１による処理を説明するフローチャートである。また、図３は、円二色性イメージング装置１によって右円偏光画像及び左円偏光画像を撮像する場合の各部の処理を説明する図である。
【００３３】
まず図２に示すように、試料１００に対して右円偏光を照射し、右円偏光画像を撮像する（Ｓ０１）。また、左円偏光を照射し、左円偏光画像を撮像する（Ｓ０２）。右円偏光画像の撮像と左円偏光画像の撮像とは交互に行われる。
【００３４】
このとき、円二色性イメージング装置１を構成する各部の信号は以下の処理を行う。すなわち、変調信号発振器３２が所定の間隔で右円偏光と左円偏光とを交互に出射するように動作する。具体的には、変調信号の形状が図３に示すように矩形波となるように、高いレベルの信号と低いレベルの信号とを周期的に交互に発振する。これによって、円偏光変調器３１は、変調信号が高いレベルの信号である場合には右円偏光を出射させ、変調信号が低いレベルの信号である場合には左円偏光を出射させる。円偏光変調器３１からは図３に示すように右円偏光と左円偏光とが交互に出射可能な状態とされる。
【００３５】
ここで、変調信号発振器３２からの変調信号を受信したタイミング信号発信器７０では、変調信号発振器３２が高いレベルの信号を発振した際に、変調信号の立ち上がりエッジによってタイミング信号（スタートトリガパルス）を生成し、フレーミングカメラ５０に対して発信する。フレーミングカメラ５０のカメラ５１では、タイミング信号の受信を契機に撮影が開始される。図３では、フレーミングカメラ５０が４枚の画像を連続して撮像が可能である場合を示しており、フレーミングカメラ５０による撮影の開始後、あらかじめ設定された露光時間ｔで、４フレーム分の撮像を行い、この結果をフレームメモリ５２に蓄積する。露光時間ｔを変調信号の半周期よりも短く設定して４フレーム分の撮像を行った場合、図３に示すように、フレームメモリ５２にはフレームＡ〜Ｄの４枚の画像の情報が蓄積され、これらが、判断部６１へ送られる。
【００３６】
画像処理装置６０の判断部６１では、変調信号の周期と露光時間ｔとの関係から各フレームにおける円偏光の状態を識別し、各フレームの画像の取扱いを決定する。具体的には、円偏光発振器３１から右円偏光が出射されている時間帯に撮像されたフレームを、右円偏光画像を蓄積する右円偏光画像格納部６２に転送し、左円偏光が出射されている時間帯に撮像されたフレームを、左円偏光像を蓄積する左円偏光画像格納部６３に転送し、それ以外のフレームを破棄する。本実施形態では、図３における４枚のフレームの内、フレームＡは画像右円偏光画像格納部６２に転送され、フレームＣは左円偏光画像格納部６３に転送され、フレームＢ，Ｄは破棄される。
【００３７】
なお、右円偏光画像の撮像と左円偏光画像の撮像とは、それぞれ変調１サイクル分に限られず、光量等に応じて複数サイクル分の画像を撮像する構成であってもよい。
【００３８】
次に、画像演算部６４において、右円偏光画像格納部６２に格納された右円偏光画像と、左円偏光画像格納部６３に格納された左円偏光画像との差分を演算する（Ｓ０３）。具体的には、画像演算部６４によって、右円偏光画像と左円偏光画像との間で減算処理が行われる。そして、この結果が画像演算部６４から出力部６５へ送られ、出力部６５から円二色性イメージとして出力される（Ｓ０４）。以上の処理により円二色性イメージの撮像及び出力が行われる。
【００３９】
図４は、カメラ５１における露光時間ｔを、変調信号発振器３２による変調信号の半周期（例えば、変調信号の周期が２０μ秒である場合に、１０μ秒）とした場合の各部の処理を説明する図である。このように、露光時間ｔを変調信号の半周期、すなわち、右円偏光及び左円偏光の一度の出射時間と等しくする場合、フレームメモリ５２に格納されるフレームの全てを破棄することなく円偏光画像として使用することができる。具体的には、フレームＡとフレームＣとが右円偏光画像格納部６２に格納され、フレームＢとフレームＤとが左円偏光画像格納部６３に格納される。このように、変調信号発振器３２による変調信号の半周期をカメラ５１の露光時間ｔと一致させ、さらにタイミング信号発信器７０の動作により、右円偏光の出射開始とフレーミングカメラ５０の撮像開始とを一致させた場合、破棄するフレームがなくなることから、より効率のよい撮像が可能となる。
【００４０】
このように、本実施形態に係る円二色性イメージング装置１によれば、カメラ５１が右円偏光及び左円偏光の一度の出射時間と等しいか又はそれよりも短い撮像時間での撮像が可能であるため、右円偏光及び左円偏光のいずれか一方が試料１００により透過された透過光による画像がカメラ５１により撮像される。そして、タイミング信号発信器７０のタイミング信号と、変調信号発振器３２による変調信号の周期とに基づいて、各画像が右円偏光及び左円偏光のいずれを試料に対して出射した際の透過光を撮像したものであるかが判断部６１により判断され、判断結果に基づいて、右円偏光画像であると判断された画像は右円偏光画像格納部６２に格納されると共に、左円偏光画像であると判断された画像は左円偏光画像格納部６３に格納される。そして、上記の結果得られた右円偏光画像と左円偏光画像とから円二色性イメージを作成・出力することが可能となる。したがって、上記の円二色性イメージング装置１によれば、試料を走査して測定する場合と比較してより高速に、且つ、より簡易な装置を用いて高精度の円二色性イメージを撮像することができる。
【００４１】
また、図４に示したように、カメラ５１による露光時間ｔを、円偏光発振器３１における右円偏光又は左円偏光の一度の出射時間と等しくし、撮像を開始するタイミングと円偏光発振器３１における偏光の切り替えのタイミングとを等しくすることで、円偏光発振器３１における右円偏光又は左円偏光の一度の出射時間に出射された円偏光が試料１００を透過した透過光を、一つの画像に撮像することができ、円二色性イメージの撮像をより効率よく行うことができる。
【００４２】
また、上記の円二色性イメージング装置１では、試料１００とゲート５１との間に、特定の波長の光のみを通過させる単色フィルタ４０を設ける構成とされていることから、迷光等のノイズ成分となる光を単色フィルタ４０で排除することができ、ゲート５１を経てカメラ５２において撮像される画像をより高精度とすることができる。さらに、光源１０がキセノンランプのような非単色光源であっても、単色フィルタにより目的とする波長のみが選別されるため、目的の波長における円二色性イメージを得ることも可能である。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。
【００４４】
例えば、上記実施形態では、単色フィルタ４０を試料１００の後段に設けた構成としたが、単色フィルタ４０は光源１０とカメラ５２との間の光路上であればどの場所に設けてもよい。ただし、迷光の防止という目的を考慮すると試料１００の後段に設けることが好ましい。
【００４５】
また、上記実施形態では、タイミング信号発信器７０が変調信号発振器３２とは別に設けられているが、カメラ５１に対して撮像開始を指示するタイミング信号を出力する制御手段としての機能を変調信号発振器３２に具備させてもよいし、フレーミングカメラ５０がその機能を備える構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…円二色性イメージング装置、１０…光源、２０…偏光子、３０…変調器、３１…円偏光変調器、３２…変調信号発振器、４０…単色フィルタ、５０…フレーミングカメラ、５１…カメラ、５２…フレームメモリ、６０…画像処理装置、６１…判断部、６２…右円偏光画像格納部、６３…左円偏光画像格納部、６４…画像演算部、６５…出力部、７０…タイミング信号発振器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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