(57)【要約】  本発明によれば、ディスパーシブフーリエ変換部でディスパーシブフーリエ変換したプローブビーム（１４）を空間的にマッピングして被検物（１８，２０）に照射し、被検物（１８，２０）からの透過光（１５）を検出し、当該透過光（１５）の強度をもとに画像を生成するので、ディスパーシブフーリエ変換部で強度が減衰した弱いプローブビーム（１４）を被検物（１８，２０）に照射でき、被検物（１８，２０）からの透過光（１５）を検出するだけで画像を生成でき、被検物（１８，２０）への影響を抑制した画像生成のスループットの高い撮像装置を提供できる。
2017065257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブビームを生成するプローブビーム生成部と、
前記プローブビームをディスパーシブフーリエ変換し、前記プローブビームのスペクトルを時間領域にマッピングするディスパーシブフーリエ変換部と、
ディスパーシブフーリエ変換された前記プローブビームを空間的にマッピングして被検物に照射する空間マッピング部と、
前記被検物を透過した透過光もしくは前記被検物により散乱された散乱光を検出するビーム検出部と、
前記透過光もしくは散乱光の強度に基づいて前記被検物の画像を生成する画像生成部と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記プローブビーム生成部で生成された前記プローブビームの波形を広げるプリディスパージョン部を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記ディスパーシブフーリエ変換部は、光ファイバーを備え、
前記光ファイバーのコアの径が７５０〜８５０ｍｍである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置と、
被検物が流体と共に流れ得る流路を備えるマイクロ流体装置とを備え、
前記撮像装置が前記流路を流れる前記被検物の画像を生成する
ことを特徴とするフローサイトメータ。
【請求項５】
前記画像生成部が、前記流路を流れる前記被検物の１次元画像を連続して生成し、生成した複数の１次元画像を合成して前記被検物の２次元画像を生成する
ことを特徴とする請求項４に記載のフローサイトメータ。
【請求項６】
プローブビームを生成するプローブビーム生成ステップと、
前記プローブビームをディスパーシブフーリエ変換し、前記プローブビームのスペクトルを時間領域にマッピングするディスパーシブフーリエ変換ステップと、
ディスパーシブフーリエ変換された前記プローブビームを空間的にマッピングして被検物に照射する空間マッピングステップと、
前記被検物を透過した透過光もしくは前記被検物により散乱された散乱光を検出するビーム検出ステップと、
前記透過光もしくは散乱光の強度に基づいて前記被検物の画像を生成する画像生成ステップと
を含むことを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、フローサイトメータ及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療の分野では、採取した血液に癌細胞が含まれているか否かを検出し、癌の検出を短時間で容易に行えるようにすることが求められている。このためには、血液中に含まれる多量の細胞の中から、微量の癌細胞を短時間で検出する必要がある。【０００３】
このように、膨大な数（例えば１兆個以上）の細胞集団から、稀少な細胞を、迅速・正確かつ低コスト・低侵襲に発見し解析する装置が求められている。【０００４】
多数の細胞を個々に観察する装置として、従来からフローサイトメータが知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、被検物を含むサンプル液が所定の流速に保たれた層流として流れるフローセルと、ストロボランプ及びバースト型のCCDイメージセンサを有する高速度カメラを含む撮像系とを備えるフローサイトメータが開示されている。特許文献１に開示されているフローサイトメータは層流が形成されたフローセル中を順番に流れる被検物を高速度カメラで測定し、個々の被検物を観察する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１６７５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されているフローサイトメータのように、従来のカメラを用いた撮像では、フローセルを流れるサンプル液の流速を早くして短時間に多くの被検物を撮影しようとしても、カメラのシャッター速度が不足してぼやけた画像となる。【０００７】
また従来のカメラを用いた撮像では、シャッタースピードを速くしてより高速に撮像できるようにすると、撮像素子が受光する光量が減少して感度が不足してノイズの多い画像となる。【０００８】
さらに従来のカメラを用いた撮像では、ストロボなどの補助光を照射することで、撮像素子が受光する光量を増加させて感度を向上させることも可能であるが、補助光の強度が強くなると、被検物が破壊されるなど被検物に悪影響が及ぶ。【０００９】
このように、従来のカメラはシャッタースピードと感度とが両立せず被検物を撮像する速度に限界があるので、特許文献１に開示されるフローサイトメータは、被検物に影響を与えることなく、画像生成のスループットを高くできないという問題があった。【００１０】
そこで、本発明は、被検物への影響を抑制した画像生成のスループットが高い撮像装置、フローサイトメータ及び撮像方法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】
【００１１】
本発明の撮像装置は、プローブビームを生成するプローブビーム生成部と、前記プローブビームをディスパーシブフーリエ変換し、前記プローブビームのスペクトルを時間領域にマッピングするディスパーシブフーリエ変換部と、ディスパーシブフーリエ変換された前記プローブビームを空間的にマッピングして被検物に照射する空間マッピング部と、前記被検物を透過した透過光もしくは前記被検物により散乱された散乱光を検出するビーム検出部と、前記透過光もしくは散乱光の強度に基づいて前記被検物の画像を生成する画像生成部とを備えることを特徴とする。【００１２】
本発明のフローサイトメータは、請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置と、被検物が流体と共に流れ得る流路を備えるマイクロ流体装置とを備え、前記撮像装置が前記流路を流れる前記被検物の画像を生成することを特徴とする。【００１３】
本発明の撮像方法は、プローブビームを生成するプローブビーム生成ステップと、前記プローブビームをディスパーシブフーリエ変換し、前記プローブビームのスペクトルを時間領域にマッピングするディスパーシブフーリエ変換ステップと、ディスパーシブフーリエ変換された前記プローブビームを空間的にマッピングして被検物に照射する空間マッピングステップと、前記被検物を透過した透過光もしくは前記被検物により散乱された散乱光を検出するビーム検出ステップと、前記透過光もしくは散乱光の強度に基づいて前記被検物の画像を生成する画像生成ステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ディスパーシブフーリエ変換部でディスパーシブフーリエ変換したプローブビームを空間的にマッピングして被検物に照射し、被検物からの透過光もしくは散乱光を検出し、当該透過光もしくは散乱光をもとに画像を生成するので、ディスパーシブフーリエ変換部で強度が減衰した弱いプローブビームを被検物に照射でき、被検物からの透過光もしくは散乱光を検出するだけで画像を生成でき、被検物への影響を抑制した画像生成のスループットの高い撮像装置、フローサイトメータ及び撮像方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施形態の撮像装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る実施形態のフローサイトメータの全体構成を示す概略図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは撮像装置により生成した流路を流れるビーズの画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（１）本発明の実施形態に係る撮像装置
（１−１）撮像装置の構成
図１に示すように、本実施形態の撮像装置１は、光源２と、ディスパージョン素子４と、ディスパーシブファイバー３と、第１回折格子５と、第２回折格子８と、第１対物レンズ６と、第２対物レンズ７と、導入ファイバー９と、フォトディテクター１０と、オシロスコープ１１と、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１３とを備えている。
【００１７】
プローブビーム生成部としての光源２は、広帯域なパルスレーザーを放出する例えばチタンサファイア（Ti:Al2O3）フェムト秒パルスレーザー（中心波長７９０ｎｍ、バンド幅４０ｎｍ、繰り返し周波数７５ＭＨｚ）などのレーザー光源であり、被検物２０の画像を生成して被検物２０を探査するためのプローブビーム１４を生成する。プローブビーム１４は光源２から所定の繰返し周波数で放出された広帯域光パルスである。
【００１８】
光源２としては、上記のレーザー光源に加えて、光通信に一般的に用いられるパルスレーザーを放出するレーザー光源も用いることができ、中心波長が７２０〜１６００ｎｍのパルスレーザーを放出するレーザー光源を用いることができる。
【００１９】
光源２で生成されたプローブビーム１４は、プリディスパージョン部としてのディスパージョン素子４に入射する。ディスパージョン素子４は、例えばガラスなどで形成された素子で透過する光に群速度分散を生じさせる。
【００２０】
ディスパージョン素子４では、プローブビーム１４が透過する過程で、プローブビーム１４に群速度分散が生じ、プローブビーム１４に含まれる各波長成分の速度が波長に応じて変化する。そのため、ディスパージョン素子４を透過する時間が波長成分ごとに異なり、ディスパージョン素子４からプローブビーム１４が出射するとき、各波長成分の位相に波長の長さに応じた遅れが生じる。その結果、ディスパージョン素子４から出射したプローブビーム１４は、ディスパージョン素子４に入射したときと比較してプローブビーム１４に含まれる波長成分の重なり合いが変化し、パルス幅が広がる。このようにディスパージョン素子４は、プローブビーム１４の波形を広げる。
【００２１】
本実施形態の場合、ディスパージョン素子４は、長さが１０ｃｍで、径が０．５ｃｍのロッド形状に形成されており、プローブビーム１４が長手方向に透過するように配置されている。
【００２２】
本実施形態の撮像装置１は、ディスパージョン素子４を配置することで、以下で説明するディスパーシブファイバー３において不都合な非線形光学効果が生じることを抑制し、より確実にプローブビーム１４をディスパーシブフーリエ変換することができ、被検物２０の画像をより鮮明に撮像できる。
【００２３】
なお、ディスパージョン素子４の形状は特に限定されず、上記のロッド形状に加え、直方体形状や多角柱形状等であってもよい。また、ディスパージョン素子４の径は、プローブビーム１４のスポットよりも十分大きければよい。ディスパージョン素子４の長さは、どの程度プローブビーム１４のパルス幅を広げたいかによって適宜選択することができ、特に１０ｃｍ〜５０ｃｍであることが好ましい。ディスパージョン素子４の長さが１０ｃｍ〜５０ｃｍであると、後述するディスパーシブフーリエ変換に悪影響を及ぼす非線形効果がディスパーシブファイバー３において生じることを十分に抑制できる。
【００２４】
ディスパージョン素子４を透過したプローブビーム１４は、ディスパーシブフーリエ変換部としてのディスパーシブファイバー３へ入射する。ディスパーシブファイバー３は、ファイバー本体３ａと、ファイバー本体３ａの両端にそれぞれ備えられたコリメータ３ｂ、３ｃとでなる。
【００２５】
コリメータ３ｂは、コリメータ３ｂに入射したプローブビーム１４をコリメートし、コリメート光（平行光）となったプローブビーム１４をファイバー本体３ａに入射させる。
【００２６】
ファイバー本体３ａは、シングルモードの光ファイバーでなる。ファイバー本体３ａでは、ファイバー本体３ａにおける光の伝搬速度が波長によって異なるため、プローブビーム１４が透過する過程でプローブビーム１４に群速度分散が生じ、プローブビーム１４の各波長成分に速度差が生じる。その結果、ディスパージョン素子４と同様にファイバー本体３ａを透過するとプローブビーム１４はパルス幅が広がる。
【００２７】
ファイバー本体３ａの一端から入射したプローブビーム１４は、ファイバー本体３ａを伝搬するほど各波長成分の遅延の時間の差が大きくなってパルス幅が大きく広がる。プローブビーム１４は、ファイバー本体３ａの他端から出射するときには、各波長成分が時間軸上で分離され、プローブビーム１４のパルス形状がプローブビーム１４の分光スペクトルの形状と同様の形状になり、プローブビーム１４があたかも時間軸上にフーリエ変換されたようになる。
【００２８】
このようにして、プローブビーム１４はディスパーシブフーリエ変換され、ファイバー本体３ａを透過したプローブビーム１４は各波長成分が時間領域にマッピングされる。ディスパーシブフーリエ変換されたプローブビーム１４のパルス強度は、対応する周波数成分の光の強度を表している。ファイバー本体３ａの長さを調整することで、パルスの広がり、すなわち、プローブビーム１４の分光スペクトルがマッピングされる時間領域を適宜調整できる。
【００２９】
本実施形態の場合、ファイバー本体３ａとしてNufern社製630‐HP（群速度分散：120 ps/nm/km、コア径：３．５μｍ）を用い、長さを２ｋｍとすることで、ファイバー本体３ａの他端から出射されたプローブビーム１４は、分光スペクトルが約８ｎｓの時間領域にマッピングされている。
【００３０】
なお、プローブビーム１４の分光スペクトルが５ｎｓ以上プローブビーム１４のパルスの周期未満の時間領域にマッピングされていることが好ましく、ファイバー本体３ａの長さは、プローブビーム１４の分光スペクトルが１０ｎｓ以上パルスの周期未満の時間領域にマッピングされるように選定されることが好ましい。このようにすることで、感度良く撮像できる。
【００３１】
ファイバー本体３ａのコア径は、特に限定されないが、３〜４μｍであることが望ましい。ファイバー本体３ａとしてコア径が３〜４μｍの光ファイバーを用いることで、プローブビーム１４として中心波長が８００ｎｍ近傍（より具体的には中心波長が７５０〜８５０ｎｍ）のパルスレーザーを用いても、モードディスパージョンが十分に誘起されプローブビーム１４をディスパーシブフーリエ変換することができる。そして、中心波長が８００ｎｍ近傍のパルスレーザーを用いることで空間分解能を向上できる。
【００３２】
また、中心波長が８００ｎｍ近傍のパルスレーザーは、水に吸収され易い波長を含んでいないので、撮像時に水分の影響を受けることが少なく、特に被検物２０として水分を含むもの、例えば、細胞を撮像する場合や、フローサイトメトリーにおいて水中を流れる被検物２０を撮像する場合などに有利である。
【００３３】
コリメータ３ｃは、コリメータ３ｃに入射したディスパーシブフーリエ変換されたプローブビーム１４をコリメートし、コリメート光となったプローブビーム１４を出射する。コリメータ３ｂ、３ｃはファイバー本体３ａに合わせて公知のコリメータを適宜選択して用いることができる。
【００３４】
このようにして、ディスパーシブファイバー３は、プローブビーム１４をディスパーシブフーリエ変換して、プローブビーム１４の分光スペクトルを時間領域にマッピングする。
【００３５】
また、プローブビーム１４はディスパーシブファイバー３を透過する過程で減衰し、ピーク強度が低下する。撮像装置１では、このようにピーク強度が低下したプローブビーム１４を被検物２０に照射するので、撮像による被検物２０への影響を抑制することができる。
【００３６】
例えば、被検物２０が藻類細胞などの場合、プローブビーム１４はパルスレーザーの光パルスでありピーク強度が高いので、ディスパーシブファイバー３を透過していないプローブビーム１４を藻類細胞に照射すると、藻類細胞が死ぬ又は大きなダメージを受ける可能性が高い。
【００３７】
一方、撮像装置１は、プローブビーム１４がディスパーシブファイバー３を透過して減衰し、ピーク強度が低下したプローブビーム１４を藻類細胞に照射するので、撮像による藻類細胞への影響を抑制でき、藻類細胞が生きた状態で藻類細胞の画像を生成できる。
【００３８】
ディスパーシブファイバー３の他端から出射したディスパーシブフーリエ変換されたプローブビーム１４は空間マッピング部としての第１回折格子５に当たる。第１回折格子５は、当たったプローブビーム１４を回折させて空間的に分光し、分光されたプローブビーム１４を被検物２０に照射する。
【００３９】
第１回折格子５に当たったプローブビーム１４は、波長成分ごとに回折角が異なるため、１次元に、空間的に広がったビームとなり、各波長成分が空間的にマッピング（フーリエ変換）される。
【００４０】
このようなプローブビーム１４を被検物２０に照射すると、被検物２０表面のプローブビーム１４が当たった領域（以下、スポットという。）の形状は直線状となる。プローブビーム１４は、波長成分が空間的にマッピングされているので、スポット内の位置によって当たっているビームの波長が異なる。
【００４１】
よって、プローブビーム１４に含まれている波長成分とプローブビーム１４が当たる（透過する）位置とを関連付けることができ、プローブビーム１４が被検物２０を透過する位置を波長によってラベリングできる。
【００４２】
本実施形態の場合、第１回折格子５は、表面に１２００本／ｍｍの密度で溝が形成された板状の回折格子である。第１回折格子５としては、回折効率５０〜８０％の回折格子を用いることができる。なお、本実施形態では、空間マッピング部として回折格子を用いたが、回折格子に変えてプリズムなど他の分光素子を用いることができる。
【００４３】
第１回折格子５で分光されたプローブビーム１４は第１対物レンズ６で集光されて被検物２０に照射される。被検物２０に照射されたプローブビーム１４は、被検物２０を透過する過程で、散乱され、回折され、透過した位置の被検物２０の構造に応じて強度が変化する。そのため、被検物２０の透過光１５には、被検物２０の情報が透過光１５の強度として含まれている。
【００４４】
プローブビーム１４が透過する位置が波長によってラベリングされているので、透過光１５を検出して、各波長成分の強度を取得することで、被検物２０の１次元画像を生成することができる。
【００４５】
本実施形態の場合、被検物２０は、プローブビーム１４を透過できるものであれば特に限定されず、細胞や藻類などであってもよい。図１では、便宜的に被検物２０を板状の物体として表している。このような被検物２０は、第１対物レンズ６の焦点位置に配置される。
【００４６】
被検物２０を透過した透過光１５は、第２対物レンズ７を透過し、集光されて第２回折格子８に当たる。第２対物レンズ７は、第１対物レンズと同じ対物レンズであり、焦点位置が第１対物レンズ６の焦点位置と重なるように配置されている。本実施形態の場合、第１対物レンズ６及び第２対物レンズ７は倍率４０倍、開口数０．６の対物レンズ（オリンパス社製）を用いたが、被検物２０のサイズに合わせてスポットのサイズを変更するために適宜選択することができる。
【００４７】
第２回折格子８は、当たった透過光１５を回折させて合波し、透過光１５を光パルスにする。本実施形態の場合、第２回折格子８は、第１回折格子５と同じものを使用している。合波された透過光１５は、プローブビーム１４と同様に、各波長成分が時間領域にマッピングされている。
【００４８】
第２回折格子８で光パルスにされた透過光１５は、導入ファイバー９を介してビーム検出部としてのフォトディテクター１０に導かれる。導入ファイバー９は、ファイバー本体９ａとコリメータ９ｂとでなる。ファイバー本体９ａは、一端にコリメータ９ｂが取り付けられ、他端にフォトディテクター１０が接続されている。
【００４９】
ファイバー本体９ａとしては、一般的な光ファイバーを用いることができ、コリメータ９ｂはファイバー本体９ａに合わせて適宜選択できる。
【００５０】
フォトディテクター１０は、光パルスとなった透過光１５を次の光パルスがくるまでに検出し、当該光パルスを電気信号パルスに変換する。本実施形態の場合、フォトディテクター１０としてNewport社製New Focus 1580‐B（検出帯域幅１２ＧＨｚ）を用いたが、透過光１５のパルスを検出して電気信号に変換することができれば、他のフォトディテクターを用いてもよい。
【００５１】
フォトディテクター１０で生成された透過光１５の電気信号パルスは、配線１２ａを介してフォトディテクター１０に接続されたデジタイザとしてのオシロスコープ１１に送出され、パルス毎に電子データに変換される。オシロスコープ１１では、検出帯域幅１６ＧＨｚ、サンプリング周波数１２．５ＧＳ／ｓで電気信号パルスを検出した。電子データには、時間と電気信号パルスの強度が含まれている。本実施形態の場合、オシロスコープ１１として、Tektronix社製のDPO71604Bを用いたが、パルス信号を順次デジタイズすることができれば、特に限定されない。
【００５２】
オシロスコープ１１で生成された透過光１５の電子データは、配線１２ｂを介して接続されたＰＣ１３に送出され、ＰＣ１３の記憶装置（図１には図示せず）に保存される。
【００５３】
画像生成部としてのＰＣ１３は、例えばプロセッサなどでなるＰＣ１３の演算部（図１には図示せず）によって、ＰＣ１３の記憶装置に保存された画像処理プログラムを実行し、ＰＣ１３の記憶装置に保存された透過光１５の電子データに基づいて被検物２０の１次元画像を生成する。生成された１次元画像は、１次元画像データとしてＰＣ１３の記憶装置に保存される。
【００５４】
透過光１５のパルス強度に透過光１５が透過した位置の被検物２０の情報が含まれており、透過光１５が被検物２０を透過した位置と透過光１５の波長成分とが対応している。さらに、透過光１５（プローブビーム１４）の波長成分は時間領域にマッピングされており検出したパルス光の時間と対応しているので、透過光１５が被検物２０を透過した位置と時間とが対応している。よって、ＰＣ１３の記憶装置に保存した時間及びパルス強度の電子データから被検物２０の画像を生成することができる。１次元画像は、透過光１５のパルス強度の強弱が画像の階調として表され、透過光１５のパルス強度に基づいて生成される。
【００５５】
さらに、画像処理プログラムは、被検物２０の異なる位置を撮像して得られた複数の１次元画像データを処理して複数の１次元画像を合成することで、被検物２０の２次元画像を生成することができる。
【００５６】
合成に用いる複数の１次元画像データは、例えば、プローブビーム１４の直線状のスポットと直交する方向に被検物２０を動かしつつ１次元画像を連続して生成し、それぞれ画像データとして保存するなどの方法で得られる。生成された２次元画像も、２次元画像データとしてＰＣ１３の記憶装置に保存される。なお、生成する１次元画像又は２次元画像のピクセル数は、適宜設定することができる。
【００５７】
このようにして、撮像装置１は、被検物２０を撮像し、被検物２０の画像（１次元画像及び２次元画像）を生成できる。
【００５８】
（１−２）作用及び効果
以上の構成において、本発明の撮像装置１は、パルスレーザーを放出して光パルスであるプローブビーム１４を生成するプローブビーム生成部（光源２）と、プローブビーム１４をディスパーシブフーリエ変換し、プローブビーム１４のスペクトルを時間領域にマッピングするディスパーシブフーリエ変換部（ディスパーシブファイバー３）と、ディスパーシブフーリエ変換されたプローブビーム１４を空間的にマッピングし、第１対物レンズ６を介して被検物２０に照射する空間マッピング部（第１回折格子５）と、被検物２０を透過した透過光１５を検出するビーム検出部（フォトディテクター１０）と、透過光１５のパルス強度に基づいて被検物２０の画像を生成する画像生成部（ＰＣ１３）とを備えるように構成した。
【００５９】
そして本発明の撮像装置１では、光源２で光パルスであるプローブビーム１４を生成し（プローブビーム生成ステップ）、ディスパーシブファイバー３でプローブビーム１４をディスパーシブフーリエ変換し、プローブビーム１４のスペクトルを時間領域にマッピングし（ディスパーシブフーリエ変換ステップ）、ディスパーシブフーリエ変換されたプローブビーム１４を第１回折格子５で空間的にマッピングして被検物２０に照射し（空間マッピングステップ）、フォトディテクター１０で被検物２０を透過した透過光１５を検出し（ビーム検出ステップ）、透過光１５に基づいて被検物２０の画像を生成する（画像生成ステップ）。
【００６０】
よって撮像装置１は、ディスパーシブファイバー３でディスパーシブフーリエ変換したプローブビーム１４を１次元に空間的にマッピングして被検物２０に照射し、被検物２０からの透過光１５を検出し、当該透過光１５をもとに画像を生成するので、被検物からの透過光を検出するだけで画像を生成でき、画像を高スループットに生成できる。
【００６１】
さらに撮像装置１は、ディスパーシブファイバー３を透過してディスパーシブフーリエ変換されたプローブビーム１４を被検物２０に照射するので、ディスパーシブファイバー３で強度が減衰した弱いプローブビーム１４を被検物２０に照射でき、撮像による被検物２０への影響を抑制できる。以下により詳しく説明する。ディスパーシブファイバー３を通過することでビームの強度は減衰する。ディスパーシブファイバー３を被検物２０の後に配置する構成では、フォトディテクター１０での検出に十分な光強度を得るために、光源２において十分な強度のレーザー光を発する必要があり、その高い強度の光が減衰される前に被検物２０に照射されることになる。このことは、特に被検物２０が生細胞などの場合において、被検物２０へのダメージが問題となることがある。ここではディスパーシブファイバー３を被検物２０の前に配置することで、強度が減衰した後の光が被検物２０に照射される。これによって光による被検物２０へのダメージを軽減する効果が得られる。
【００６２】
また、ディスパーシブファイバー３を被検物２０の前に配置する構成では、カップリングの難しさを軽減する効果も有する。被検物20に照射された光は、その被検物20の微妙な位置のずれによって散乱される角度が変わるが、フローサイトメータなどにおいてその被検物２０の位置を厳密に定めることは難しい場合がある。他方、ディスパーシブファイバー３には一般に非常に細いものが用いられることが想定されるため、ディスパーシブファイバー３を被検物２０の後に配置する場合においては、そこに被検物２０からの透過光を精密にカップリングする必要がある。この精密なカップリングは、先に述べた通り被検物２０の位置が精密に定まらない状況においては非常に難しくなり問題となる。ディスパーシブファイバー３を被検物２０の前に配置する構成では、ディスパーシブファイバー３に対しては光源２から照射された光をカップリングすればよく、その精度は被検物２０からの透過光と比較して変動が少ないことから位置のアラインメントとその安定的な保持が容易となる。また被検物２０からの透過光は、より太いファイバーにカップリングするか、あるいは直接フォトディテクター１０に集光することができるため、位置のアラインメントに要求される正確性を大幅に緩和することができる。このことから、ディスパーシブファイバー３を被検物２０の前に配置する構成では、光学アライメントに要求される精度を大幅に緩和することができ、これによって装置の安定性向上などの効果を得ることができる。
【００６３】
（２）本発明の実施形態に係るフローサイトメータ
（２−１）フローサイトメータの構成
図１と同様の構成には同様の符号を付した図２に示すように、フローサイトメータ２１は、本実施形態の撮像装置１とマイクロ流体装置１６とを備えている。
【００６４】
マイクロ流体装置１６は、例えばガラス基板などでなる基部１６ａと、例えばポリジメチルシロキサン（PDMS）でなり、基部１６ａ表面に貼り付けられた本体１６ｂとを備えている。
【００６５】
本体１６ｂは断面形状がコの字型の溝１６ｃが一表面に形成されている。溝１６ｃは、本体１６ｂの長手方向に沿って直線状に形成されている。溝１６ｃは、本体１６ｂを貫通しておらず、溝１６ｃの終端である端部を有している。溝１６ｃの端部には、溝１６ｃの底部から溝１６ｃが形成された一表面と対向する他表面へと貫通する貫通穴（図２には図示せず）が形成されている。本体１６ｂは、溝１６ｃが形成された面が基部１６ａと貼り合わされている。
【００６６】
そのためマイクロ流体装置１６では、溝１６ｃの両側面及び底面と基部１６ａの表面とで囲まれた空間が、流体と共に被検物１８が流れることができる流路となる。マイクロ流体装置１６は、溝１６ｃの一端の底部に形成された貫通穴を介して外部から流路へと流体を注入し、溝１６ｃの一端の底部に形成された貫通穴を介して流路から外部へと流体を排出できる。
【００６７】
本実施形態の場合、溝１６ｃの一端の貫通穴には例えばUpchurch Scientific社製のPEEK（登録商標）チューブでなる流体導入管１６ｄが接続され、溝１６ｃの他端の貫通穴には流体導入管１６ｄと同様のPEEK（登録商標）チューブでなる流体排出管１６ｆが接続されている。流体導入管１６ｄを設けることで、流体導入管１６ｄの一端の開口１６ｅから流体を導入でき、マイクロ流体装置１６の流路に流体を導入し易くしなっている。また、流体排出管１６ｆを設けることで、流体排出管１６ｆの一端の開口１６ｇから流体を排出でき、マイクロ流体装置１６の流路を流れた流体を回収し易くなっている。
【００６８】
本実施形態の場合、溝１６ｃは、断面形状が８０μｍ（幅）×７０μｍ（深さ）の長方形状となるように作製したが、断面形状及び断面積は特に限定されず、被検物１８のサイズに応じて適宜選択できる。貫通穴、流体導入管１６ｄ、流体排出管１６ｆ、基部１６ａ、及び本体１６ｂのサイズや形状も作製する流路のサイズに合わせて適宜選択できる。また、基部１６ａ、本体１６ｂ、流体導入管１６ｄ、流体排出管１６ｆの素材も適宜選択できる。マイクロ流体装置１６としては、プローブビーム１４を透過でき、被検物１８を流体と共に流すことができれば特に限定されず、市販のマイクロ流体装置やフローセルを用いることもできる。
【００６９】
なお、本実施形態では、マイクロ流体装置１６の流路を被検物１８としての藻類が水と共に流れている。
【００７０】
フローサイトメータ２１では、このようなマイクロ流体装置１６が、第１対物レンズ６から第２対物レンズ７へのプローブビーム１４（透過光１５）の伝搬方向をＸ方向とし、Ｘ方向と直交し、プローブビーム１４が１次元に空間的に広がっている方向をＹ方向としたとき、Ｘ方向及びＹ方向に対して垂直なＺ方向と被検物１８が流路を流れる方向とが平行となり、プローブビーム１４がマイクロ流体装置１６の厚さ方向に透過するように配置されている。また、マイクロ流体装置１６は、第１対物レンズ６及び第２対物レンズ７の焦点が流路内にあり、プローブビーム１４が当該焦点位置近傍で被検物１８を透過するように配置されている。
【００７１】
このようなフローサイトメータ２１では、撮像装置１は、マイクロ流体装置１６の流路を流体と共に流れる被検物１８の画像を生成する。被検物１８がマイクロ流体装置１６の流路を流れるので、プローブビーム１４が被検物１８を透過する位置が、被検物１８が流れる方向とは反対の方向に、流路を流れる流体の流速に応じて徐々にずれる。そのため、撮像装置１の光源２でプローブビーム１４を連続して生成し、被検物１８の１次元画像を連続して生成すると、被検物１８の撮影位置がプローブビーム１４の周期の間に被検物１８が移動した分だけずれた１次元画像を順次生成できる。
【００７２】
フローサイトメータ２１では、このような被検物１８の撮影位置がずれた１次元画像を合成することで、被検物１８の２次元画像を生成できる。
【００７３】
（２−２）作用及び効果
以上の構成において、本実施形態のフローサイトメータ２１は、撮像装置１と、被検物１８が流体と共に流れ得る流路を備えるマイクロ流体装置１６とを備え、撮像装置１が流路を流れる被検物１８の画像を生成するように構成した。
【００７４】
よって、フローサイトメータ２１は、撮像装置１によって被検物１８の画像を生成するので、撮像時の被検物への影響を抑制でき、高スループットに画像を生成できる。
【００７５】
（３）他の実施形態
上記の実施形態では、撮像装置１が第１回折格子５によってプローブビーム１４を１次元に空間的にマッピングし、１次元画像を生成した場合について説明したが、１次元にマッピングしたプローブビーム１４をさらに分光素子などを用いて分光することで、プローブビーム１４を２次元に空間的にマッピングして被検物１８，２０に照射して、２次元画像を生成することもできる。
【００７６】
また、プローブビーム１４の直線状のスポットと直交する方向に、被検物１８，２０をプローブビーム１４で走査し、被検物１８，２０の異なる位置の１次元画像を複数生成し、複数の１次元画像を合成することでも２次元画像を生成することができる。
【００７７】
上記の実施形態では、専ら透過光１５を測定したが、散乱光を測定してもよい。その場合には、被検物１８，２０を透過した光が第２対物レンズ７に入らないように適宜絞り又はスリットを第２対物レンズ７の前に配置する。
【００７８】
（４）検証試験
本実施形態のフローサイトメータ２１を使用して被検物１８としてのビーズの画像を生成した。
【００７９】
検証試験では、ポリスチレンで形成された直径１０μｍのビーズを水に分散させた分散液をシリンジに注入し、シリンジポンプを用いて流体導入管１６ｄの開口１６ｅから流路に分散液を導入した。このとき、シリンジポンプを適宜設定し、流路内の分散液の流速を１ｍ／ｓとした。図示しない容器を流体排出管１６ｆの開口１６ｇの下部に配置し、当該容器内に流路からから流体排出管１６ｆを介して排出された流体とビーズを貯め置いた。
【００８０】
検証試験では、流路を１ｍ／ｓの流速で流れるビーズを撮像装置１によって撮像し、画像を生成した。ビーズの画像は、検出した透過光１５の光パルスの時間領域を１５分割し、図２中に示すＹ方向と平行な方向の１次元画像データ(１５ピクセル)を連続して７００個生成し、７００個の１次元画像データを合成することで、生成した。
【００８１】
生成した画像を図３Ａ及び図３Ｂに示す。図３Ａに示すように、撮像装置１は、１ｍ／ｓで流れるビーズの鮮明な画像を生成できることがわかる。また、図３Ｂに示すように、複数のビーズが結合していることが判別できる画像も生成でき、従来はシャッタースピードが足らなかったり、感度が足らなかったりして画像がぼやけているためにサイズの大きな粒子が混在していると判断されるような場合も、正確にビーズの状態を判別できることがわかる。
【００８２】
このように撮像装置１は、１ｍ／ｓで流れる被検物１８を撮像でき、被検物を高速に撮像できることが確認できた。また、１ｍ／ｓの流速で流路を流れるビーズは、撮像装置１の撮影位置を毎秒１０，０００個通過することに相当する。上記の様に、撮像装置はビーズ１つ１つの画像を生成できるので、フローサイトメータ２１は、１０，０００画像／ｓの高スループットで画像を生成できることが確認できた。
【符号の説明】
【００８３】
１    撮像装置
２    光源
３    ディスパーシブファイバー
４    ディスパージョン素子
５    第１回折格子
１０  フォトディテクター
１３  ＰＣ
１６  マイクロ流体装置
１８  被検物
２０  被検物
２１  フローサイトメータ
【図１】
2017065257.tif 000003
【図２】
2017065257.tif 000004
【図３】
2017065257.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月25日(2017.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブビームを生成するプローブビーム生成部と、
前記プローブビームをディスパーシブフーリエ変換し、前記プローブビームのスペクトルを時間領域にマッピングするディスパーシブフーリエ変換部と、
ディスパーシブフーリエ変換された前記プローブビームを空間的にマッピングして藻類又は細胞に照射する空間マッピング部と、
前記藻類又は前記細胞を透過した透過光を検出するビーム検出部と、
前記透過光の強度に基づいて前記藻類又は前記細胞の画像を生成する画像生成部と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記プローブビーム生成部で生成された前記プローブビームの波形を広げるプリディスパージョン部を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記ディスパーシブフーリエ変換部は、光ファイバーを備え、
前記光ファイバーのコアの径が３〜４μｍである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置と、
藻類又は細胞が流体と共に流れ得る流路を備えるマイクロ流体装置とを備え、
前記撮像装置が前記流路を流れる前記藻類又は前記細胞の画像を生成する
ことを特徴とするフローサイトメータ。
【請求項５】
前記画像生成部が、前記流路を流れる前記藻類又は細前記胞の１次元画像を連続して生成し、生成した複数の１次元画像を合成して前記藻類又は前記細胞の２次元画像を生成する
ことを特徴とする請求項４に記載のフローサイトメータ。
【請求項６】
プローブビームを生成するプローブビーム生成ステップと、
前記プローブビームをディスパーシブフーリエ変換し、前記プローブビームのスペクトルを時間領域にマッピングするディスパーシブフーリエ変換ステップと、
ディスパーシブフーリエ変換された前記プローブビームを空間的にマッピングして藻類又は細胞に照射する空間マッピングステップと、
前記藻類又は前記細胞を透過した透過光を検出するビーム検出ステップと、
前記透過光の強度に基づいて前記藻類又は前記細胞の画像を生成する画像生成ステップと
を含むことを特徴とする撮像方法。
【国際調査報告】
2017065257.tif 000006
2017065257.tif 000007
2017065257.tif 000008
2017065257.tif 000009