(57)【要約】      （修正有）【課題】落射励起蛍光検出装置において、装置自体が持っている迷光によるノイズ光と、サンプルに照射される励起光の分布を明確に分離・測定する事が出来、精度の高いシェーディング補正を実施する。【解決手段】サンプルセット位置に所定の反射率を持つ基準反射板をセットした状態で、励起光を照射して検出器で得られるデータから、前記装置自体の持つバックグランドデータを減算して得られたデータをシェーディング補正用データとして保存するステップと、サンプルセット位置にサンプルをセットした状態で、励起光を照射して検出器で得られたデータから、装置自体の持つバックグランドデータを減算し、更に前記シェーディング補正用データを用いてシェーディング補正を行うステップ、を含むことを特徴とするシェーディング補正方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルに励起光を照射してその反射方向から蛍光を読取る落射励起蛍光検出におけるシェーディング補正方法において、
サンプルセット位置にサンプルがない状態で、励起光を照射して検出器で得られるデータを装置自体の持つバックグランドデータとして保存する第１のステップと、
サンプルセット位置に所定の反射率を持つ基準反射板をセットした状態で、励起光を照射して検出器で得られるデータから、前記装置自体の持つバックグランドデータを減算して得られたデータをシェーディング補正用データとして保存する第２のステップと、
サンプルセット位置にサンプルをセットした状態で、励起光を照射して検出器で得られたデータから、前記装置自体の持つバックグランドデータを減算し、更に前記シェーディング補正用データを用いてシェーディング補正を行う第３のステップ、
を含むことを特徴とするシェーディング補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励起光を照射して、励起した蛍光の量を読取る落射励起蛍光検出装置のシェーディング補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像読取装置では、照明用光源の光量分布斑及び検出器内素子の感度差を補正する目的で、画像処理の一方法としてシェーディング補正が行われている。
【０００３】
その一般的手法としては、白色基準板を読取位置にセットし、照明を点灯させた状態で白色基準板を検出器で読取り、保存する。次に照明を消灯した状態で、検出器に全く光が入らない状態にし、検出器のデータを読取り、保存する。
【０００４】
そして、サンプルを読取位置にセットし、照明を点灯させた状態でサンプルを検出器で読取る。ここで、検出器内の素子に番号を付け、ｐ番目の素子がサンプルを読取ったデータをＳｐ、照明を点灯させた状態で白色基準板を読取ったデータをＬＷｐ、照明を消灯した状態で読取ったデータをＤｐとすると、
Ｓｐ’＝［（Ｓｐ−Ｄｐ）＊  ｍ］／（ＬＷｐ−Ｄｐ）
というようなシェーディング補正が行われる。ここで、Ｓｐ’はシェーディング補正後の、ｐ番目の素子のデータであり、ｍは定数である。また、検出器がＣＣＤ素子のように露光時間に関係したデータが得られる場合、上式の各データは単位時間当りのデータとして演算する必要がある。
【０００５】
上記のようなシェーディング補正方法を、図１に示すような落射励起蛍光検出装置１に適用する場合、照明を点灯させた状態を励起光を照射した状態、照明を消灯した状態を励起光を遮断した状態、として読み替え補正を実施する。理想的には、励起光は励起用光源３からの光を励起用フィルタ４によって励起波長のみの光とされて、ダイクロイックミラー５、対物レンズ７を介してサンプルセット位置にセットされた反射板に照射され、反射板による反射光はダイクロイックミラー５又は吸収用フィルタ６でカットされ、検出器１０では検出されない。
【０００６】
しかし、励起波長と蛍光波長が近接するような場合は、厳密に励起光をカットする事は困難であるため、感度の良い検出器１０を用いる事により、励起光の分布状態の検出が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の場合、励起光の反射が発生する場所が、反射板のみではなく、励起用フィルタ４、ダイクロイックミラー５、吸収用フィルタ６をセットしている部分、及び対物レンズ７のレンズ面等の光路中に存在し、それらの部分からの反射光も合わせて励起光分布状態を検出してしまう。
【０００８】
このため、上式Ｗｐで表される励起光分布が本来サンプルに照射されている分布とは異なる分布を示す事になり、正確にシェーディング補正が行われないという問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行った結果、サンプルが無い状態で励起光を照射して得られる光を撮像して得られたデータを装置自体の持つバックグランドデータとすることにより、精度良くシェーディング補正を実施できることを見いだし本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明は、サンプルに励起光を照射してその反射方向から蛍光を読取る落射励起蛍光検出におけるシェーディング補正方法であって、サンプルがない状態で励起光を照射して検出器で得られるデータを装置自体の持つバックグランドデータとして保存する第１のステップと、サンプルセット位置に所定の反射率を持つ基準反射板をセットした状態で励起光を照射して検出器で得られるデータから、前記装置自体の持つバックグランドデータを減算して得られたデータをシェーディング補正用データとして保存する第２のステップと、サンプルをセットした状態で励起光を照射して検出器で得られたデータから、前記装置自体の持つバックグランドデータを減算し、更に前記シェーディング補正用データを用いてシェーディング補正を行う第３のステップとを有する事を特徴とするシェーディング補正方法、である。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、落射蛍光顕微鏡２を用いた落射励起蛍光検出装置１の１構成例を示す概略構成図である。
【００１３】
落射蛍光顕微鏡２を用いた落射励起蛍光検出装置１は、蛍光物質を励起させるための光を測定サンプル８に照射する為の励起用光源３と、測定サンプル８に含まれる蛍光物質から発せられる蛍光を撮像する撮像手段である検出器１０と、この検出器１０によって撮像されたデータに基づいて、解析する検出手段１１と、を有する。
【００１４】
また、落射蛍光顕微鏡２は、所定の光を透過し又は反射させるダイクロイックミラー５、吸収用フィルタ６、励起用フィルタ４、及び、測定サンプル８に対する対物レンズ７から構成される光学系を有する。さらに、落射励起蛍光検出装置１は、測定サンプル８を保持し、水平面内で所望の位置に移動させるＸＹステージ９と、検出器１０に写される測定サンプル８の像のピントを調節するため、ＸＹステージ９又は対物レンズ７を上下動させるフォーカスステージ（図示せず）、及び、ＸＹステージ９等を制御する制御装置１２とを有する。
【００１５】
また、励起用光源３は、落射蛍光顕微鏡２の鏡筒の側面から鏡筒内に光を射出するように配置されている。好ましくは、励起用光源３として、測定サンプル８に含まれる蛍光物質を励起することができる波長成分の光を多く含む光源を選択する。本実施形態に置いては、励起用光源３として、高圧水銀ランプが使用されている。
【００１６】
励起用フィルタ４は、励起用光源３から射出された光の中の、測定サンプル８に含まれる蛍光物質を励起させることができる波長成分だけを透過し、それ以外の波長成分を遮断するように構成されている。また、吸収用フィルタ６は、測定サンプル８から発せられる蛍光の波長の光を透過させ、蛍光物質を励起させる波長成分の光を透過させないように構成されている。ダイクロイックミラー５は、励起用フィルタ４を透過した、蛍光物質を励起させることができる波長成分の光を反射して測定サンプル８の方に差し向けるように構成され、配置されている。また、このダイクロイックミラー５は、測定サンプル８に含まれる蛍光物質から発せられた蛍光の波長の光を透過させるように構成されている。
【００１７】
本実施形態においては、蛍光物質としてＣｙ３を使用している。吸収用フィルタ６、励起用フィルタ４、ダイクロイックミラー５としては、市販のＣｙ３用フィルタセットを使用し、それぞれ、吸収用フィルタ６として、中心波長６１０ｎｍ、半値幅７５ｎｍのバンドパスフィルタが、励起用フィルタ４として、中心波長５４５ｎｍ、半値幅３０ｎｍのバンドパスフィルタが、ダイクロイックミラー５として、約５７０ｎｍ以下の波長の光を反射し、それ以上の波長の光を透過させるミラーを使用している。なお、ダイクロイックミラー５、吸収用フィルタ６、及び、励起用フィルタ４は、使用する蛍光物質の励起波長及び蛍光物質が発する蛍光の波長に合わせて選択、構成し、複数の蛍光物質を使用する場合には、落射蛍光顕微鏡２において、容易に切替え可能に構成するのが良い。
【００１８】
本実施形態においては、検出器１０として２次元のＣＣＤカメラを使用している。ＣＣＤカメラは、その光軸が落射蛍光顕微鏡２の光軸と整合するように、落射蛍光顕微鏡２の鏡筒の、対物レンズ７の反対側端部に取り付けられている。好ましくは、ＣＣＤカメラとして、測定サンプル８から発せられる微弱な蛍光を、少ないノイズで撮像することができるように、カメラの冷却機能を備えた冷却ＣＣＤカメラを使用する。本実施形態においては、１２８０×１０２４の有効画素を有し、−２０℃に冷却して使用するＣＣＤカメラを用いた。また、本実施形態においては、落射蛍光顕微鏡２は、倍率２倍の対物レンズを使用し、ＣＣＤカメラの手前に０．５倍の結像レンズを挿入して、等倍の光学系を使用している。
【００１９】
ＸＹステージ９は、ＣＣＤカメラによって測定サンプル８の各部を撮像するため、測定サンプル８を水平面内で移動させることができるように構成されている。フォーカスステージ（図示せず）は、ＣＣＤカメラに写される測定サンプル８の像のピントを調節するため、ＸＹステージ９又は対物レンズ７を上下動させるように構成されている。また、制御装置１２は、ＣＣＤカメラによる撮像、ＸＹステージ９の移動、励起用光源３のＯＮ／ＯＦＦ、フォーカスステージの移動等を制御する。或いは、励起用光源３として、頻繁にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すような使用に適さない種類の光源を使用する場合には、励起用光源３から励起用フィルタまでの間に光を遮断するためのシャッター（図示せず）を設け、このシャッターの開閉を制御装置１２によって制御する。制御装置１２は、例えば、各装置を作動させるアクチュエータと、このアクチュエータに信号を送るパーソナルコンピュータ等によって構成することができる。
【００２０】
次に、本発明の実施形態によるシェーディング補正方法について説明する。
【００２１】
第１のステップとして、サンプルが無い状態で、装置自体の持つバックグラウンドデータを取得する。
【００２２】
ＸＹステージ９に何もセットしない状態、又はＸＹステージ９の何もセットしていない部分が対物レンズの光軸上に来るようにして、ＸＹステージ９に何もセットしない状態と同じ状態になるようにＸＹステージ９を移動させる。このとき、対物レンズに対応するＸＹステージ９の位置には何も無い状態とする。
【００２３】
励起用光源３をＯＮ、又は図示しないシャッタを開にして、励起光を対物レンズから照射する。対物レンズから照射された励起光は、ＸＹステージ９の何も無い部分を通り抜け、ＸＹステージ９の下方に照射される。このとき、ＸＹステージ９の下方では励起光の反射が起こらない事が理想であり、できるだけ長い空間距離を取ったり、反射光を閉じ込めてしまうような工夫又は反射防止シートのような物を使用して、反射光が発生するのを防止する。
【００２４】
検出器１０として使用しているＣＣＤカメラを適当な露光時間ａ秒間で露光し、そのときのＣＣＤカメラの各画素データＬＢＧを保存する。
【００２５】
また、励起用光源３をＯＦＦ、又は図示しないシャッタを閉にして、前記露光時間ａ秒間と同じ露光時間で光が全く無い状態のＣＣＤカメラの各画素データＤＢＧを保存する。
【００２６】
そして、
ＢＧ＝（ＬＢＧ−ＤＢＧ）／ａ
を演算し、データＢＧを保存する。ここで保存したデータＢＧは、ＸＹステージ９の下方で発生する励起光の反射が抑えられている場合、励起用フィルタ４，ダイクロイックミラー５，吸収用フィルタ６，対物レンズ７及びこれらを結ぶ光路内で発生した励起光の反射による迷光が、励起用フィルタ４，ダイクロイックミラー５，吸収用フィルタ６の特性により検出器１０によって検出された物であり、本来は０であるべき物であり、これを、単位露光時間における装置自体の持つバックグランドＢＧとする。
【００２７】
第２のステップとして、シェーディング補正用データを取得する。
【００２８】
ＸＹステージ９のサンプルセット位置に、所定の反射率を持つ基準反射板をセットするか、又はＸＹステージ９のサンプルセット位置以外の位置に予めセットされた、所定の反射率を持つ基準反射板に対し、基準反射板が対物レンズ７に対向する位置に来るように、ＸＹステージ９を移動する。
【００２９】
励起用光源３をＯＮ、又は図示しないシャッタを開にして、励起光を対物レンズから照射する。対物レンズから照射された励起光は、ＸＹステージ９上の基準反射板に照射され、基準反射板で反射した励起光は対物レンズ７を通してダイクロイックミラー５に導かれる。ダイクロイックミラー５は、理想的には励起光波長成分の光を全て反射するが、現実には一部を透過する。また、吸収用フィルタ６は、理想的には蛍光波長成分の光のみを透過し、それ以外の波長成分の光を遮断するが、特に励起光波長と蛍光波長が近接する場合、励起光波長成分の光を完全に遮断することは困難であり、結果として基準反射板で反射した励起光は、極一部ではあるが検出器１０で検出される。
【００３０】
検出器１０として使用しているＣＣＤカメラを適当な露光時間ｂ秒間で露光し、そのときのＣＣＤカメラの各画素データＬＷを保存する。
【００３１】
また、励起用光源３をＯＦＦ、又は図示しないシャッタを閉にして、前記露光時間ｂ秒間と同じ露光時間で光が全く無い状態のＣＣＤカメラの各画素データＤＷを保存する。
【００３２】
そして、
Ｗ＝｛（ＬＷ−ＤＷ）／ｂ｝−ＢＧ
を演算し、データＷを保存する。ここで（ＬＷ−ＤＷ）は、露光時間ｂ秒間における、装置自体の持つバックグランドと基準反射板を反射して検出器１０で検出されたデータである。これをｂで除算して単位露光時間当りのデータとし、更に単位露光時間における装置自体の持つバックグランドＢＧを減算する事で、単位露光時間における検出器１０で検出される基準反射板を反射した励起光分布データＷが得られる。この励起光分布データＷは、対物レンズ７から照射される励起光の、サンプルセット位置における分布に比例した物であり、これをシェーディング補正用データＷとする。
【００３３】
第３のステップとして、サンプルからの蛍光信号データに対して、装置自体の持つバックグランドの補正及びシェーディング補正を実行し、蛍光データを取得する。
【００３４】
ＸＹステージ９のサンプルセット位置に測定サンプル８をセットし、測定サンプル８が対物レンズ７に対向する位置に来るように、ＸＹステージ９を移動する。
【００３５】
励起用光源３をＯＮ、又は図示しないシャッタを開にして、励起光を対物レンズから照射する。対物レンズから照射された励起光は、ＸＹステージ９上の測定サンプル８に照射され、測定サンプル８で反射した励起光及び測定サンプル８で発生した蛍光は、対物レンズ７を通してダイクロイックミラー５に導かれる。ダイクロイックミラー５は、理想的には励起光波長成分の光を全て反射するが、現実には一部を透過する。また、吸収用フィルタ６は、理想的には蛍光波長成分の光のみを透過し、それ以外の波長成分の光を遮断するが、特に励起光波長と蛍光波長が近接する場合、励起光波長成分の光を完全に遮断することは困難であり、結果として測定サンプル８で反射した励起光は、極一部ではあるが測定サンプル８で発生した蛍光と共に、検出器１０で検出される。従って、測定サンプル８の材質として、励起光波長の光の反射率ができるだけ低い物が好ましい。
【００３６】
検出器１０として使用しているＣＣＤカメラを適当な露光時間ｃ秒間で露光し、そのときのＣＣＤカメラの各画素データＬＳを保存する。
【００３７】
また、励起用光源３をＯＦＦ、又は図示しないシャッタを閉にして、前記露光時間ｃ秒間と同じ露光時間で光が全く無い状態のＣＣＤカメラの各画素データＤＳを保存する。
【００３８】
そして、
Ｓ＝〔｛（ＬＳ−ＤＳ）／ｃ｝−ＢＧ〕＊ｍ／Ｗ
を演算し、データＳを保存する。ここで（ＬＳ−ＤＳ）は、露光時間ｃ秒間における、装置自体の持つバックグランドと測定サンプル８から発せられる蛍光及び、測定サンプル８で反射した励起光の一部が検出器１０で検出されたデータである。これをｃで除算して単位露光時間当りのデータとし、更に単位露光時間における装置自体の持つバックグランドＢＧを減算する事で、測定サンプル８で反射される励起光が無視できるレベルであるとすると、単位露光時間における検出器１０で検出される測定サンプル８から発せられる蛍光強度データが得られる。この蛍光強度データは、励起光照射分布斑がある時のデータであり、蛍光強度は照射される励起光強度に比例する事から、先に保存している励起光照射分布に比例したシェーディング補正用データＷで除算する事で、補正された蛍光強度データＳを得る。ここで、ｍは定数であり、通常シェーディング補正用データＷの平均値程度の値を使用する。ｍはシェーディング補正用データＷを取り直す度に変更するのではなく、同一光学系で使用する場合、常に一定とすることが望ましい。これにより、例えば励起用光源装置３の劣化による励起光強度の低下があっても、最終的に得られる蛍光強度データＳは、励起光強度低下の影響も補正される。
【００３９】
上式における、〔｛（ＬＳ−ＤＳ）／ｃ｝−ＢＧ〕に相当する演算は、検出器１０のアナログ出力を、Ａ／Ｄ変換器によってディジタル値に変換する前に実施するほうが、Ａ／Ｄ変換の諧調をフルに使用できるため好ましい。検出器１０からの出力が補正前のデータとして既にＡ／Ｄ変換した形で得られる場合、そのディジタルデータは、装置自体の持つバックグランドや検出器１０の光が入らない状態で出てくる暗電流ノイズといった値を含み、Ａ／Ｄ変換の諧調が全てデータとして使用されていないが、本発明における補正を実施した複数の露光データを積算処理する事により、ダイナミックレンジを補正する事もできる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のシェーディング補正方法によれば、落射励起蛍光検出装置において、装置自体が持っている迷光によるノイズ光と、サンプルに照射される励起光の分布を明確に分離・測定する事が出来、精度の高いシェーディング補正を実施する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】落射蛍光顕微鏡を用いた落射励起蛍光検出装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１    落射励起蛍光検出装置
２    落射蛍光顕微鏡
３    励起用光源
４    励起用フィルタ
５    ダイクロイックミラー
６    吸収用フィルタ
７    対物レンズ
８    測定サンプル
９    ＸＹステージ
１０  検出器
１１  検出手段
１２  制御装置
【図１】
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