(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像装置の光源のスポット中心と撮像カメラの光軸との関係において、容易に光源の位置調整を行うことが出来る構成を提供する。【解決手段】被写体を装着するステージの上面を照明するための光源手段と、前記光源手段から照射される光線を複数の異なる波長領域を有する光線ごとに切り替えるための切替手段と、被写体からの光を集光するためのレンズ手段と、前記レンズ手段による２次元画像光を電気信号に変換するイメージセンサと、を具備する撮像装置であって、前記光源手段は、第１の波長領域を有する光を斜め上方の複数箇所から照射する第１の光源手段と、第２の波長領域を有する光を斜め上方の複数箇所から照射する第２の光源手段と、前記第１と第２の光源手段を支持するホルダー手段と、前記ホルダー手段を前記レンズ手段における所定位置に固定するための固定手段と、を有することを特徴とする被写体を照射するための光源を有する撮像装置である。【選択図】  図３
2005214627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を装填するステージと、
前記ステージを発光する発光素子からの光を収斂して光線で照明するための光源手段と、
前記光線によって照射された被写体からの光を集光するためのレンズ手段と、
前記レンズ手段によって集光された２次元画像光を電気信号に変換するイメージセンサと、を具備する被写体を照射するための光源を有する撮像装置であって、
前記光源は、
前記ステージの面に対して斜め方向から前記光線を照射する光線手段を複数個備え、
前記光線がステージ上で略同一位置に照射するように前記複数の光線手段を支持するホルダー手段と、
前記ホルダー手段と前記レンズ手段とを一体に固定するための固定手段と、
を有することを特徴とする被写体を照射するための光源を有する撮像装置。
【請求項２】
前記光源手段は、
第１の波長領域の光線を発する光線手段を備えた第１の照射手段と、
第２の波長領域の光線を発する光線手段を備えた第２の照射手段と、
からなることを特徴とする請求項１に記載の被写体を照射するための光源を有する撮像装置。
【請求項３】
前記第１の照射手段と前記第２の照射手段の各々は、前記レンズ手段に対して対称な複数方向から光線を照射する複数光線手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の被写体を照射するための光源を有する撮像装置。
【請求項４】
前記第１の照射手段の光線照射方向と前記第２の照射手段の光線照射方向とが異なることを特徴とする請求項２に記載の被写体を照射するための光源を有する撮像装置。
【請求項５】
前記複数の光線手段を切り替え発光制御する発光切り替え手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の被写体を照射するための光源を有する撮像装置。
【請求項６】
前記光線手段は、
ロッド状の中空ケースの１端部に備えた発光素子と、
前記中空ケースの内部及び／又は中空ケースの他端部に備えたレンズ手段と、
前記レンズを透過する波長領域を制御するためのフィルタ手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の被写体を照射するための光源を有する撮像装置。
【請求項７】
前記ホルダー手段は、
前記光線手段を前記ホルダー手段の所定の取付位置に位置決めするための位置決め部を有することを特徴とする請求項６に記載の被写体を照射するための光源を有する撮像装置。
【請求項８】
前記固定手段は、
前記レンズ手段へ固定する所定位置を調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の被写体を照射するための光源を有する撮像装置。
【請求項９】
前記固定手段は、前記レンズ手段における所定位置を調整可能に構成され、前記光線手段からの光の収斂位置が前記レンズ手段の光軸上に位置することを特徴とする請求項１に記載の被写体を照射するための光源を有する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステージ上の菌を含んだ検体を撮像する撮像装置であって、特に被写体を照射するための光源を有する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステージ上に菌を含んだ検体を載置して、この検体に特定の波長を投光することによって菌の状態を観察する検体観察カメラであって、菌の状態を分別するために、当該菌を含む検体に特殊な試薬を与え、菌の状態に応じた励起光を生じさせてこれを撮像して菌の固体数を計数する撮像技術が知られている。
【０００３】
このような撮像装置においては、励起光を生じる菌からの輝度は通常微弱なために、所定量以上の照度の励起光を受けるためには、ステージ上を均一に且つ明るく照射する必要がある。
【０００４】
このような撮像装置におけるステージ上に光を照射するための光源は、特定の波長領域の光が必要であることから、発光ダイオードを利用することが可能である。最近では広波長域において発光輝度の高い発光ダイオードが開発されているために、このような発光ダイオードを光源とした場合、不要な波長域の光をカットする色フィルターと組み合わせる必要がある。
【０００５】
ところで、このような撮像装置においては、菌の励起光を観察する方向に向ける必要性から、顕微鏡撮影の如くステージの上方より観察する場合、ステージの下方から照明し背景を明るくする照射方法はできない。このため、観察をする上方に対して斜めから照光することとなるが、ステージ上を均一な照度で且つ所定以上の照度で光を照射する必要性から、複数位置からの照射が必要である。
【０００６】
従来技術においては、ステージ上を高照度の光で照射するために、光源からの照射光をレンズで集光してステージ上に照射することにより、照射照度を向上させるものであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなレンズで集光する照射方法においては、焦点位置に被写体があれば照度は向上するが、焦点位置であるので光源自身の形状が投影されてしまい被写体上に映像が出来てしまう。これを回避する為に、照度を犠牲にして、焦点を生じないいわゆるピンぼけ状態であって、かつ、もっとも照度を高くするために複数のレンズを組み合わせて構成する複合レンズを有するケーラー照明と呼ばれる光源がある。
【０００８】
このような光源においては、１つの波長に対して２本の光源を利用して照度を向上させると共に、検査を行うエリアの照度をなるべく均一にすることが目的であるから、ロッド光源から発せられる光のステージ面での照度が同一である必要がある。
【０００９】
そして、その検体を搭載するステージの略中心に均一照度と見なせるスポットの中央が位置する必要がある。更に、菌の状態を特定する為に２つの波長を切り替えて利用しなければならない場合には、２対の４本が必要であるから、光源の位置調整も容易ではない。つまり、２対の光源で同時に照射されたと仮定したときのオーバーラップする位置が、上述の通り検査を行うエリアの略中央に一致すべきである為、絞られた光源スポットの大きさは検査エリアに対してさほどマージンのある大きさとはいえなくなる。
【００１０】
本発明は、検体を搭載するステージの上面に均一で所定量以上の光量を照射すると共に、このための光源のスポット中心と撮像カメラの光軸との関係において容易に光源の位置調整を行うことが出来る構成を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、被写体を装填するステージと、前記ステージを発光する発光素子からの光を収斂して光線で照明するための光源手段と、前記光線によって照射された被写体からの光を集光するためのレンズ手段と、前記レンズ手段によって集光された２次元画像光を電気信号に変換するイメージセンサと、を具備する被写体を照射するための光源を有する撮像装置であって、前記光源は、前記ステージの面に対して斜め方向から前記光線を照射する光線手段を複数個備え、前記光線がステージ上で略同一位置に照射するように前記複数の光線手段を支持するホルダー手段と、前記ホルダー手段と前記レンズ手段とを一体に固定するための固定手段と、を有することを特徴とする被写体を照射するための光源を有する構成の撮像装置とした。
【００１２】
ここで、前記レンズ手段は、その光軸を前記ステージの中央部上面を貫く直交線と一致するように配置される。これにより、それぞれの発光手段とレンズ手段は、ステージ中央を中心にその相互位置が固定的に配置されることになる。そして、前記第１の光源手段及び前記第２の光源手段は、その光軸が前記直交軸を中心に対向する位置に配置された一対の光源から構成されることとなるために、発光手段は、ステージに対して斜め上方の複数箇所から光を照射するので、ステージ全面に均等で所定のレベル以上の照度で光を照射することを可能にしたのである。
【００１３】
ここで、前記光線手段は、ロッド状の中空ケースの１端部に備えた発光素子と、前記中空ケースの内部及び／又は中空ケースの他端部に備えたレンズ手段と、前記レンズを透過する波長領域を制御するためのフィルタ手段と、を備えている。
【００１４】
さらに、前記ホルダー手段は、前記光線手段を前記ホルダー手段の所定の取付位置に位置決めするための位置決め部を有するから、撮像装置の光源スポット中心と撮像カメラの光軸との関係において、容易に位置調整を行うことを可能にするのである。
【００１５】
そして、前記固定手段は、前記レンズ手段における所定位置を調整可能に構成され、前記光線手段からの光の収斂位置が前記レンズ手段の光軸上に位置するように構成されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本撮像装置の詳細を説明する前に、本撮像装置の撮像対象となる検体の技術的背景を説明する。
（１）本撮像装置の技術的背景
本撮像装置において個体数カウントの対象となる検体を含むメンブレム部には樹脂の受容体が準備される。撮影対象のバクテリアから発光する光の照度はきわめて低いので、ある時間連続露光を行って露出を高めないととらえられない。ところが、受容体の樹脂色も完全な黒体ではないので、バクテリアの映像と共にレベルがあがってしまう。これによって、最終的に取得された全体画像のうちの背景部とバクテリア部とのコントラストは、大変にＳ／Ｎが低くなってしまう。
【００１７】
よって、その後の画像処理に負担をかけずに行おうとすると、誤動作を引き起こすことになってしまう。更に微弱信号の処理が伴うにも安価に構成するがためのホワイトノイズ処理が重畳する。
そこで、背景補正を適正に行うことで、画像処理前のバクテリア映像を鮮明にする必要がある。
【００１８】
（２）特定波長の励起光を発するバクテリアの説明
背景（バックグラウンド）は、樹脂製の検体含有体、もしくはバクテリアを接着するための粘着層を有するフィルムである。どちらもバクテリアから励起光を効率よく（コントラストよく）取得するために、なるべく暗い色で着色されている。しかし、完全に黒色ではなく濃い灰色程度である場合、光が照射されると反射光を生じる。
【００１９】
このバクテリア装置においては、照射した光の反射光で検査を行うのではなく、バクテリアに特殊な薬液を含有させて、この状態で、紫外光もしくは緑光を照射する。この紫外光あるいは緑光に応じて、薬液を含有したバクテリアから励起光が発生する。この励起光を受光して検査を行うのである。
【００２０】
図５の（ａ）、（ｂ）に示すように、具体的に書くと、波長が３７０ｎｍ（ＮＳＨＵ５９０）の紫外光を照射すると、バクテリアからは４６１ｎｍの波長で励起光（露光１）を発する。そして、波長が５２５ｎｍ（ＮＳＰＧ５００Ｓ）の緑光を照射すると、６１７ｎｍの波長で励起光（露光２）を発生する。
【００２１】
図５の（ｃ）は、フィルタの分光特性を示している。励起光は照射光に対して微弱であるのに加えて、それぞれ波長が近いために、受光する光路中で照射光の波長がカットされねばならない。
【００２２】
そのため、紫外光に対しては、３６０ｎｍから急激に減衰する特性を有したカットフィルタを装着して照射することで、約４００ｎｍ点で透過率０％にする。しかも、光源のＮＳＰＧ５００Ｓは４００ｎｍ点でほとんどパワーを持たない。そして、受光側にＬ４２と称する４２０ｎｍ以上の波長帯域を透過するフィルタを挿入する。そうすると、主波長が４６１ｎｍである励起光（露光１）が適正に取得できる。この励起光は、生菌と死菌どちらの菌であっても発生する。
【００２３】
同じように、緑光に対してもフィルタを使う。緑光に対しては、４５０ｎｍから５５０ｎｍまでの波長帯域のみ透過するバンドパスフィルタＢＰ５３５を緑光源（５３６ｎｍ）に装着する。光源のＮＳＰＧ５００Ｓは４５０ｎｍから６５０ｎｍまでの波長帯域を発光するが、上述のバンドパスフィルタによって、裾野はカットされている。受光側にＯ５８と称する５８０ｎｍ以上の波長帯域を透過するフィルタを挿入する。主波長が６１７ｎｍである励起光（露光２）を取得できる。この励起光は死菌のみに発生する。
【００２４】
以上のようにして励起光は取得できることになるが、それぞれ透過する波長域は当然残ることになる。照射光源はフィルタカットされているが、光源光量はきわめて大きく、特に緑光源は検体照射面において２０００ルクス程度もある。
【００２５】
このため、励起光のみを拾うことが出来ず、励起光が弱いことから２秒程度の露光時間を必要とし、背景レベルとして最大２５５の分解の時に１２８程度も上昇してくる。これに励起光の出力の数１０がのるので、背景レベルを除去しておいた方が、後段の画像認識に好ましい。
【００２６】
以下、上記の基本的な技術を基礎とした本発明に係る、撮像装置の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
【００２７】
図１は、撮像装置１全体の側面図である。本装置の主要な構成は、被写体を載置するステージ２と、対象とする被写体を光照射する光源部４と、この光源部４で照射されて発した被写体からの２次元画像光を入光して電気信号の画像信号に変換するカメラ部３と、さらには、先のステージ２に検体を載置させるときの操作位置にステージ２を移動させると共に、検査を行う対象のエリアを小分けして拡大光学系のカメラ部３で撮影することによって微細な検査を可能とする撮影エリア位置変更を行う、ステージ移動部９からなる。
【００２８】
図２は、光源部４を装置の上方上方から見た正面図であって、図３は、ホルダー５１にカメラ３及びロッド光源６を取り付けた部分を拡大した図を示す。
【００２９】
光源部４は、第１の光源手段としてロッド光源６ａ、ロッド光源６ｂの対と、第２の光源手段としてロッド光源６ｃ、ロッド光源６ｄの対の４本で構成されている。各ロッド光源６は端部に基板５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄを備え、この基板上にロッド内方向に向いてそれぞれ発光ダイオードが設置されている。
【００３０】
第１の光源手段として、ロッド光源６ａとロッド光源６ｂ（ＮＳＰＧ５００Ｓ）は同一の波長（波長３７０ｎｍの紫外光）の光を発光し、１対として働く。第２の光源手段として、ロッド光源ｃとロッド光源ｄ（ＮＳＰＧ５００Ｓ）は同一の波長（波長５２５ｎｍの緑光）の光を発光し、１対として働く。
【００３１】
既に述べたように、２本のロッド光源対（ロッド光源６ａと６ｂ）を対象位置に載置される理由は、互いに補完して照射面をほぼ均一の照度にすることにある。ロッド光源６ａとロッド光源６ｂの対と、ロッド光源６ｃとロッド光源６ｄの対とは同時点灯しないとともに、直交している必要はない。
【００３２】
この構成により、ロッド光源６対は、上方に撮像手段を配置した照射ステージに対して撮像手段の側方でステージに対称な２カ所より斜めに同一の波長で同一の照度になるよう照射するとともに、照射ステージに投光エリアが合致して照度ムラがないようにした。
【００３３】
そして、光源ユニット４の光が送出される基板取り付けと反対の端の発光端の下方にステージ２は位置する。発光端の上方には、レンズ手段のカメラ３が備えられているが、このカメラ３と発光端との間にステージ２の面に平行に進退するフィルターユニット５５が位置する。フィルターユニット５５には、４２０ｎｍから下の波長帯域をカットするＬ４２フィルタ５５ａと、５８０ｎｍから下の波長帯域をカットするＯ５８フィルタ５５ｂが取り付けられている。
【００３４】
このフィルターユニット５５により、カメラ３には、干渉する波長帯域をカットした鮮明な励起光を得ることが出来る。
【００３５】
菌を検査する検体は、対象物が溶液中で撹拌された後に吸水して含水し更に検査用の試薬を含水可能なメンブレムキットと呼ばれる検体器具に定着される場合と、試薬を含む粘着面を有するフィルムで直接採取された場合とがある。更に異なる形状の定着器が考えられるかもしれないから、定着器の形状にこだわらない。既に述べたように撮像素子に対して拡大光学系で拡大像を形成して撮影するものであるから、焦点深度が小さい為被写体までの距離がきわめて厳しく要求される。
【００３６】
このため、ステージ２には３点の調整ポイントを備え、高さ調整のみならず水平度も調整する。これらの調整ポイントで調整できる調整しろにはいるように、カメラ３のフレームに対する取り付け部（図示せず）は、長穴を有していて概略の調整が出来る様になっている。これらの調整で、ステージの位置とカメラの位置が決まる。
【００３７】
４本のロッド状の光源であるロッド光源６ａ、ロッド光源６ｂ、ロッド光源６ｃ、ロッド光源６ｄは、１つの取り付けホルダー５１に取り付けられるように構成されている。取り付けホルダー５１は上方から見るとＸ字状であり、カメラ３を取り付けるリング部５７と、このリング部５７から放射状に出たアーム部５６ａ、アーム部５６ｂ、アーム部５６ｃ、及びアーム部５６ｄで構成される。
【００３８】
アーム部５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、及び５６ｄは、各々、ロッド光源６ａ、６ｂ、６ｃ、及び６ｄに設けられた取り付け具６２ａ、２ｂ、６２ｃ、及び６２ｄを調整可能にねじ締めをして固定できるようにロッド取り付け部を有している。
【００３９】
ホルダー５１の４箇所の各取り付け部は、ロッド光源６を取り付けた時、ロッド光源６の照射光がレンズ手段の光軸上に位置する角度になるように形成されている。本例示では４本で構成されているが、たとえば６本でも良い。すなわちこの場合であれば、３本を正三角形の頂点位置に当たる位置に紫外光があり、３本を正三角形の頂点位置に当たる位置に緑光を備える。
【００４０】
同じ波長の照射光を照射するロッド対は、ステージ２上でカメラ３に対して対称角度で、且つ対向する位置からの斜め方向の照射を行い、照射面をほぼ均一の明るさにしている。被写体を撮影するステージ２上の撮影領域全般に渡って、しかも、２つのロッド対の照射光がどちらも均一になるよう各ロッド光源６は、１つのホルダー５１に固定され、各ロッド外壁に形成された段差５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄがホルダー５１に係合して位置だしができるようになっている。
【００４１】
さらに位置のみならず、発光素子であるＬＥＤは製品精度にばらつきが大きく、同じ動作電圧で使用すると倍くらい異なる照度のものがある為、ＣＰＵからＤ／Ａへ数値を送ることで制御電圧を発生して、１本ごとに電流調整をし照度が揃うようにしている。
【００４２】
ロッド光源６とホルダー５１の取り付けは、ロッド光源６の段差５２とホルダー５１の取り付け部を係合させ、位置調整を行った後、取り付け具６２でホルダー５１の取り付け部にねじ止めする。この段差は、設計上ほぼ調整なしで所望の位置へロッド光源６先端が位置するよう加工されている。ねじ止め後、さらに光源の位置調整が必要の場合は、ねじを緩めて調整が容易に行えるようにしている。
【００４３】
このようにして本発明の光源手段は、光の収斂位置がレンズ手段の光軸上に位置するよう調整可能に構成されているのである。この光源手段は、レンズ手段への組み付け工程の前の光源手段組立工程内で、ロッド光源６とホルダー５１とのユニット組立工程が行われる。この段階で、ほぼ調整は完了していて、この光源ユニットをレンズ手段に組み付けることで、レンズ手段と光源手段の位置は調整が完了しており、調整工程を簡略化した。
【００４４】
図４は、ロッド光源６ａを例にしてロッド光源６の構造を示す断面図である。ロッド光源６は発光ダイオードの色やフィルタの色、レンズなど３７０ｎｍ光源と、５２５ｎｍ光源とで異なるが、基本構造は同じである。大きく分けるとロッド６０ａとこれより細い径のロッド６１ａとで構成されている。ロッド６０ａの１端に基板５０ａにダイオードスペーサ６３ａを介して発光ダイオード６４ａが基板に半田付けで固定されている。
【００４５】
発光ダイオード６４ａの発光方向前方にはリング７２ａで固定されたレンズ６５ａがある。ロッド６０ａの他端には、ロッド６１ａが刺入されている。ロッド６１ａのロッド６０に刺入している端には、リング７４ａとスペーサ６７ａとで固定されたレンズ６６ａと帯域カットフィルタ７３ａとがある。
【００４６】
この帯域カットフィルタ７３ａは、それぞれの発光分布において、じゃまになる裾野部分をカットするする機能を有し、Ｕ３８０フィルタ７３ａがロッド光源６ａ、６ｂ内に、Ｌ４２フィルタ５５ａがロッド光源６ｃ，６ｄ内に備えられていて発光分布をシャープにしている。
【００４７】
そして、ロッド６１ａの他端には、リング７０ａとスペーサ７１ａとで固定されたレンズ６８ａとレンズ６９ａとがある。さらに、ホルダー５１へ取り付ける為の取り付け部６２ａを備えている。そして、このロッド６０ａとロッド６１ａとの径の差異によって作られる段差５２ａがホルダー５１に係合する。この段差５２ａによりホルダー５１のロッド取り付け位置に対してロッド６１の取り付けが正確に位置決めされる。
【００４８】
以上詳しく説明したように、本発明においては、光源手段から照射される光線を複数の異なる波長領域を有する光線ごとに切り替えるための光切替手段と、前記複数の異なる波長領域の光線によって照射された被写体からの光を集光するためのレンズ手段と、前記レンズ手段によって集光された２次元画像光を電気信号に変換するイメージセンサと、を具備する撮像装置において、前記光源手段は、第１の波長領域を有する光を照射する第１の発光手段を斜め上方の複数箇所から照射する第１の光源手段と、第２の波長領域を有する光を照射する第２の発光手段を斜め上方の複数箇所から照射する第２の光源手段と、前記第１の光源手段と前記第２の光源手段を支持するためのホルダー手段と、前記ホルダー手段を前記レンズ手段における所定位置に固定するための固定手段とを具備することにより、検体を搭載するステージの上面に均一で所定量以上の光量を照射することを可能にし、さらには、このための光源のスポット中心と撮像カメラの光軸との関係において、光源の位置調整を行うことを可能にしたのである。
【００４９】
また、既に述べたように、ロッド光源が４本に固定されるものではないし、２波長に切り替えて使用される光源のみならず切り替えを行わないで照射を光線としてスポット照射し、このスポット位置をレンズ手段の光軸に中心を一致させる目的を達成するものであるから、励起光を撮像する装置に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る、被写体を照射するための光源を有する撮像装置の側面図を示す。
【図２】  図１の本撮像装置を上面から見た、光源手段の構成図を示す。
【図３】  ホルダーにカメラ及びロッド光源を取り付けた状態の側面図を示す。
【図４】  ロッド光源の内部構造の断面図を示す。
【図５】  試薬特性、ＬＥＤ発光特性及びフィルタ分光特性を説明する図である。
【符号の説明】
１  撮像装置
２  ステージ
３  カメラ（レンズ手段）
４  光源ユニット
６  ロッド光源
２０  テーブル
５０  基板
５１  ホルダー
５５  フィルターユニット
５５ａ  Ｌ４２フィルタ
５６  アーム部
６２  取り付け具
６４  発光ダイオード（発光手段）
【図１】
2005214627.tif 000003
【図２】
2005214627.tif 000004
【図３】
2005214627.tif 000005
【図４】
2005214627.tif 000006
【図５】
2005214627.tif 000007