(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光物質に対する励起光を測定物に照射する励起光照射部と、
照明光を前記測定物に照射する照明光照射部と、
前記励起光の波長帯域の光を遮断する励起光遮断部を有し、前記測定物からの光を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置、前記励起光照射部および前記照明光照射部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記照明光照射部から前記照明光を照射させずに、前記励起光照射部から前記励起光を前記測定物に照射させ、その場合の前記測定物からの光を前記撮像装置により撮像させた撮像結果に基づいて前記撮像装置の撮像条件を設定し、
該撮像条件において、前記励起光照射部から前記励起光を照射させずに、前記測定物に前記照明光照射部から前記照明光を照射させて前記測定物からの光を前記撮像装置により撮像させた撮像結果に基づいて前記照明光の照明光量を設定し、
前記励起光照射部および前記照明光照射部から前記励起光および前記照明光を前記測定物に照射させて前記測定物からの光を前記撮像装置により撮像させる蛍光検出装置。
【請求項２】
さらに、前記撮像条件を変更するための撮像条件設定部を備えた請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項３】
さらに、画素出力の目標値を設定するための、明るさレベル設定部を備え、
前記明るさレベル設定部により設定された画素出力の目標値に合うように、前記照明光量を設定する請求項１又は２に記載の蛍光検出装置。
【請求項４】
前記励起光照射部から照射される励起光の光量を変更するための励起光量設定部を備えた請求項１ないし３のいずれかに記載の蛍光検出装置。
【請求項５】
さらに、前記測定物の測定箇所よりも大きな開口を有するフード部を備えた請求項１ないし４のいずれかに記載の蛍光検出装置。
【請求項６】
蛍光物質に対する励起光のみを測定物に照射した状態で前記測定物からの蛍光を撮像した撮像結果に基づいて撮像条件を設定し、
さらに、前記撮像条件において、前記励起光を照射せずに、前記測定物に照明光を照射して前記測定物からの光を撮像した撮像結果に基づいて前記照明光の照明光量を設定した後、
前記励起光および前記照明光を前記測定物に照射し、前記測定物からの光を撮像することで、前記測定物における前記蛍光物質の位置を検出する蛍光検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光検出装置および蛍光検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光物質に励起光を照射すると蛍光が発せられる。これを利用して、従来、測定物に蛍光物質を注入しておき、励起光を測定物に照射することにより発せられる蛍光を撮像することで、測定物における特定部分の位置を検出するための蛍光検出装置が種々報告されている。これらの蛍光検出装置においては、測定物における特定部分の位置を検出するために、蛍光を撮像するだけでなく測定物全体についても撮像する必要がある。しかし、測定物を撮像する場合と蛍光を撮像する場合とでは、それぞれ適したシャッター速度や絞り等の撮像条件（露出条件）が異なる。そのため、両者を同じ画像上に撮像することは容易ではなかった。以下、従来の蛍光検出装置について説明する。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の装置では、蛍光撮像用の撮像装置と、測定物全体撮像用の撮像装置との計２つの撮像装置を備えており、それぞれの撮像装置においてそれぞれ最適となる条件で撮像する。撮像後、両者の画像を合成することで、測定物全体における蛍光の位置を検出している。
【０００４】
また、特許文献２に記載の装置では、撮像装置は１つであり、蛍光と測定物全体とを時間的にずらして、それぞれに最適の条件で撮像した後にこれらの画像を合成することで、測定物全体における蛍光の位置を検出する。
【０００５】
また、特許文献３に記載の装置では、撮像装置は１つであり、蛍光および測定物全体を同時に撮像する。その際に測定物用の照明光源にフィルタを設けて照明光量を弱めている。これにより、蛍光が測定物撮像用の光に埋もれてしまうことを防止し、蛍光および測定物全体を同時に撮像している。つまり、フィルタを設けることで、両者にとって最適となる撮像条件を作り出している。この画像により、測定物全体における蛍光の位置を検出する。
【０００６】
また、特許文献４に記載の装置では、撮像装置は１つであり、蛍光と測定物全体とを時間的にずらして撮像した後にこれらの画像を合成することで、測定物全体における蛍光の位置を検出する。また、受光光量に応じて撮像装置の電荷増倍率の比率を変更することで、蛍光および測定物全体のそれぞれに最適となる条件で撮像する。撮像後、両者の画像を合成することで、測定物全体における蛍光の位置を検出する。
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の装置では、撮像装置が２つ必要であることから、装置が大型化し、高価となってしまう。
【０００８】
また、特許文献２に記載の装置では、蛍光および測定物の撮像にタイムラグが生じることから、測定物が動く場合には、両者の画像の間にずれが生じてしまう。
【０００９】
また、特許文献３に記載の装置では、照明光量は弱められているがその値は一定であって変動しない。そのため、蛍光の光量が異なれば、蛍光が測定物撮像用の光に埋もれてしまう可能性がある。
【００１０】
また、特許文献４に記載の装置では、特許文献２の装置と同様に蛍光および測定物の撮像にタイムラグが生じることから、測定物が動く場合には、両者の画像の間にずれが生じてしまう。また、撮像装置の電荷増倍率の比率は予め決められているものを用いるため、測定状況が変化すれば必ずしも良好な画像を得ることができるとは限らない。
【特許文献１】特開２００６−１２２１３１号公報
【特許文献２】特開２００６−１４８６８号公報
【特許文献３】特開２０００−３５４５８３号公報
【特許文献４】特開２００３−７９５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、小型化および低価格化を実現でき、画像を用いて測定物における蛍光物質の位置を正確に検出することができる蛍光検出装置を提供することである。また、本発明は、低価格で容易に測定物における蛍光物質の位置を正確に検出することができる蛍光検出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】
【００１２】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明に係る一態様では、蛍光物質に対する励起光を測定物に照射する励起光照射部と、照明光を前記測定物に照射する照明光照射部と、前記励起光の波長帯域の光を遮断する励起光遮断部を有し、前記測定物からの光を撮像する撮像装置と、前記撮像装置、前記励起光照射部および前記照明光照射部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記照明光照射部から前記照明光を照射させずに、前記励起光照射部から前記励起光を前記測定物に照射させ、その場合の前記測定物からの光を前記撮像装置により撮像させた撮像結果に基づいて前記撮像装置の撮像条件を設定し、該撮像条件において、前記励起光照射部から前記励起光を照射させずに、前記測定物に前記照明光照射部から前記照明光を照射させて前記測定物からの光を前記撮像装置により撮像させた撮像結果に基づいて前記照明光の照明光量を設定し、前記励起光照射部および前記照明光照射部から前記励起光および前記照明光を前記測定物に照射させて前記測定物からの光を前記撮像装置により撮像させる。
【００１３】
これにより、測定物全体および蛍光を発している部分を、両者ともに最適の撮像条件および最適の照明光量を求めて撮像するので、良好な画像を得ることができる。また、蛍光および測定物の画像を同時に撮像することができるので、測定物が移動している場合であっても測定物に対する蛍光の位置がずれることなく、正確な画像を得ることができる。したがって、測定物における蛍光体物質の位置を正確に検出することができる。また、１つの撮像装置で実現できるので、装置を小型化でき、低コストで作製することができる。
【００１８】
また、これら上述の蛍光検出装置は、さらに、前記撮像条件を変更するための撮像条件設定部を備えていてもよい。
【００１９】
これにより、蛍光検出装置により設定した撮像条件を変更したい場合には、操作者は撮像条件を所望の設定に変更することができる。例えば、操作者が画像を確認した場合に、蛍光の画像が微弱で確認しにくい場合には、操作者が所望の撮像条件を設定することができる。また、上記のような場合だけでなく、撮像条件を操作者が変更したい場合もあり得る。例えば、測定物の画像の明るさにより、画像に写っていない微弱な蛍光が残っていないか、あるいは埋もれていないかを確認したい等の場合である。すなわち、測定対象の中に、蛍光強度が強い箇所と弱い箇所とが混在していて、観察用の照明光量はほぼ適切で蛍光の強い箇所は画像で捉えられているが、弱い箇所を見落としていないかを確認したい場合や、観察用の照明光量があまり適切でなくて、強い蛍光ですら画像で確認できないような場合である。そのような場合、操作者は、撮像条件設定部を用いてシャッタースピードをさらに遅くして撮像してみる等により、蛍光が存在しているか否かを確認することができる。
【００２０】
また、上述の蛍光検出装置は、さらに、画素出力の目標値を設定するための、明るさレベル設定部を備え、前記明るさレベル設定部により設定された画素出力の目標値に合うように、前記照明光量を設定することとしてもよい。
【００２１】
これにより、操作者は、画素出力の目標値である明るさレベルを設定することができ、この明るさレベルに合うように照明光量が設定されるので、最適の照明光量を得ることができる。ここで、画素出力の目標値とは、例えば飽和画素出力に対する測定物の像の相対的な画素出力レベルをいう。
【００２２】
また、上述の蛍光検出装置は、前記励起光照射部から照射される励起光の光量を変更するための励起光量設定部を備えていてもよい。
【００２３】
これにより、励起光の光量を変更したい場合には、操作者は所望の光量に変更することができる。
【００２４】
また、上述の蛍光検出装置は、さらに、前記測定物の測定箇所よりも大きな開口を有するフード部を備えていてもよい。
【００２５】
これにより、外光による影響を受けることがなく、良好な画像を撮像できる。また、開口付近を測定物に近接または密接させたときに、撮像素子に測定物からの光の像が結像されるように受光レンズを設定しておけば、操作者はピント調整をする手間が省ける。
【００２６】
また、本発明の他の一態様に係る蛍光検出方法は、蛍光物質に対する励起光のみを測定物に照射した状態で前記測定物からの蛍光を撮像した撮像結果に基づいて撮像条件を設定し、さらに、前記撮像条件において、前記励起光を照射せずに、前記測定物に照明光を照射して前記測定物からの光を撮像した撮像結果に基づいて前記照明光の照明光量を設定した後、前記励起光および前記照明光を前記測定物に照射し、前記測定物からの光を撮像することで、前記測定物における前記蛍光物質の位置を検出する。
【００２７】
これにより、測定物全体および蛍光を発している部分を、両者ともに最適の撮像条件および最適の照明光量で撮像することができるので、良好な画像を得ることができる。そのため、測定物における蛍光体物質の位置を画像により正確に検出することができる。また、蛍光および測定物の画像を同時に撮像することができるので、測定物が移動している場合であっても測定物に対する蛍光の位置がずれることなく、正確な画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の蛍光検出装置は、小型化および低価格化を実現でき、画像を用いて測定物における蛍光物質の位置を正確に検出することができるという効果を奏する。また、本発明の蛍光検出方法は、低価格で容易に測定物における蛍光物質の位置を正確に検出することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００３４】
本発明の実施形態に係る蛍光検出装置は、測定物における特定部分の位置を検出するものである。具体的には、蛍光物質が存在する特定部位を含む測定物に対して、蛍光物質に対する励起光および照明光を同時に照射して、測定物からの光を最適の条件で撮像することができる装置である。それにより、蛍光物質に励起光が照射されることで発する蛍光および測定物の反射光を撮像することができ、撮像された画像から、測定物における蛍光の位置、すなわち特定部分の位置を検出することができる。
【００３５】
まず、本実施形態の構成について説明する。
（実施形態の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る蛍光検出装置の構成を示した各部品の配置図である。
【００３６】
図１に示すように、本実施の形態に係る蛍光検出装置１００は、蛍光物質に対する励起光の光源である励起光照射部１と、蛍光物質を含む測定物２０全体を照らすための照明光照射部２と、測定物２０からの光を撮像する撮像装置５０と、制御部８および記憶部９を含むパーソナルコンピュータ（以下、パソコンという）６と、画像を表示するための表示部７とを備えている。また、蛍光検出装置１００は、操作者が所望とする撮像条件を設定するための撮像条件設定部１０と、操作者が所望とする画素出力の目標値を設定するための明るさレベル設定部１１と、励起光照射部１から照射される励起光を、操作者が所望とする光量にするための励起光量設定部１２とを備えている。
【００３７】
励起光照射部１は蛍光物質に対する励起光の光源であり、レーザまたはＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を用いることができる。なお、ＬＥＤで半値幅が広い場合にはバンドパスフィルタ等の波長範囲を限定する手段を組み合わせる等して、半値幅を狭くすることが好ましい。また、光源にレンズを備えることとし、レンズを介して励起光を測定物２０に照射することとしてもよい。また、光源を測定物２０から離れた位置に設置し、ファイバ等を用いて励起光を導光してレンズを介して測定物２０に照射するようにすれば、検出プローブ部分（撮像装置５０）が光源を含まないのでより小型になり、操作しやすい。他に、キセノンランプ等を用いてもよく、この場合、上記のようにファイバを用いて導光し、ファイバの入射口または出射口に波長帯域を制限するフィルタを設置すると、フィルタサイズは小さくてよく、また、キセノンランプに加えて、キセノンランプに必要な充電回路、発光回路も外部に設置できるので、検出プローブ部分は小型になる。
【００３８】
また、励起光照射部１はその照射光量を変更することができることが好ましい。例えば、ＬＥＤであれば電流を変更することができる構造にしておく等により、出力を変更することができるようにしておいてもよい。また、光束絞りの絞り径を変更できる構造や、ＮＤ（Neutral Density）フィルタを備えておき、それを用いて光量を変更することとしてもよい。
【００３９】
照明光照射部２は、例えば白色ＬＥＤやＲＧＢ方式のＬＥＤあるいはランプを光源として用いることができる。なお、画像から蛍光を読み取りやすいことから、カラー画像が好ましいが、白黒画像でもよく、光源は単色のＬＥＤであってもかまわない。また、照明光照射部２は、光源にレンズを備えることとし、レンズを介して照明光を測定物２０に照射することとしてもよい。また、光源を測定物２０から離れた位置に設置し、ファイバ等を用いて照明光を導光してレンズを介して測定物２０に照射するようにしてもよい。
【００４０】
また、照明光照射部２はその照射光量を変更することができる。例えば、ＬＥＤの電流を変更することができる構造にしておく等により、出力を変更することができるようにしておけばよい。また、光束絞りの絞り径を変更できる構造や、ＮＤ（Neutral Density）フィルタを備えておき、それを用いて光量を変更することとしてもよい。
【００４１】
撮像装置５０は、撮像素子３と、撮像素子３に測定物２０の光像を結像させるための受光レンズ４と、励起光を遮断する光学フィルタ（励起光遮断部）５とを備えている。撮像装置５０は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の撮像素子３と、撮像素子３に入射する光量を調整する絞り及び受光レンズ４を含んだカメラであり、測定物２０からの光を撮像する。より具体的には、励起光照射部１および照明光照射部２から励起光および照明光が測定物２０に照射され、それにより生じる反射光や蛍光等の光を撮像する。なお、撮像装置５０は微弱な蛍光を検出することができるだけの感度を有していることが好ましい。ここで、撮像装置５０は、カラーカメラであっても、白黒カメラであってもよい。撮像装置５０がカラーカメラであれば画像の色から蛍光を読み取りやすいので、好ましい。
【００４２】
撮像素子３の受光側には受光レンズ４が設置されていて、測定物２０からの光の像は受光レンズ４により撮像素子３に結像される。なお、撮像素子３を受光レンズ４から離れた箇所に設置して、イメージファイバにより測定物２０からの光を撮像素子３に導光することとしてもよい。
【００４３】
光学フィルタ５は、受光レンズ４よりも測定物２０側に設置されている。測定物２０からの光は光学フィルタ５を通過した後に受光レンズ４を介して、その光像が撮像素子３に結像する。光学フィルタ５は、励起光の波長帯域の光を遮断する特性を有している。つまり、光学フィルタ５は励起光を透過させない。なお、光学フィルタ５の設置位置はこれに限らない。
【００４４】
ここで、図２および図３を用いて光学フィルタ５の特性について説明する。図２は各光の進路を示す説明図である。図３は各光の特性と光学フィルタの特性との関係を説明する特性図である。図２には、蛍光検出装置１００の一部が図示され、各光の進路が示されている。励起光照射部１から照射された励起光３１は測定物２０に照射される。測定物２０に含まれる蛍光物質に励起光３１が照射された場合は、蛍光が発せられる。したがって、この場合の測定物２０からの光は測定物２０で反射した励起光３２および蛍光３３である。また、照明光照射部２から照射された照明光３４は測定物２０に照射される。この場合の測定物２０からの光は測定物２０で反射した照明光３５である。つまり、測定物２０からの光は反射した励起光３２、蛍光３３および反射した照明光３５である。これらが、励起光の波長帯域の光を遮断する特性を有する光学フィルタ５に入射する。
【００４５】
ここで、図３を用いて説明する。なお、図３において、横軸は光の波長であり、縦軸は光の強度を表している。図３には、励起光３２の波長特性曲線４２と、蛍光３３の波長特性曲線４３と、照明光３５の波長特性曲線４５が示されている。なお、蛍光３３は微弱なので、判りやすくするために、波長特性曲線４３は縦軸を拡大している。
【００４６】
光学フィルタ５は遮断波長帯域ｗの光を遮断するノッチ特性を有している。具体的には、遮断波長帯域ｗは反射した励起光３２をすべて遮断する範囲である。波長特性曲線４２は、波長帯域ｗ内にのみ存在し、波長帯域は狭い。波長特性曲線４３は、強度が低く遮断波長帯域ｗには多くは存在しない。この例では照明光照射部２の光源は波長依存性のない白色ランプであって、波長特性曲線４５は、測定物２０が白色である場合の反射光の波長特性を表しており、強度がほぼ一様で、広い波長帯域にわたっている。測定物２０が特定の色をしていれば、それに応じた波長特性が現れる。
【００４７】
図３において、遮断波長帯域ｗの範囲に含まれている光は遮断される。例えば、反射した励起光３２の波長特性曲線４２はすべて遮断波長帯域ｗの範囲に含まれている。また、反射した照明光３５の波長特性曲線４５の一部も、遮断波長帯域ｗに含まれている。したがって、反射した励起光３２は光学フィルタ５を透過することはない。また、反射した照明光３５のうち、一部の光は光学フィルタ５で遮断されるが大部分の光は透過する。また、蛍光３３は遮断波長帯域ｗの範囲には多くは含まれていないので、大部分が光学フィルタ５を透過する。つまり、光学フィルタ５を透過して、撮像素子３に結像されるのは、蛍光３３および光学フィルタ５を透過した一部の反射した照明光３６の像である。光学フィルタ５の遮断波長帯域ｗをこの範囲としたことで、反射した励起光３２が撮像素子３で撮像されることを防ぐことができる。それにより、反射した励起光３２の画像への影響を防ぎ、良好な画像を得ることができる。
【００４８】
ここで、遮断波長帯域ｗの幅が広い場合は、反射した照明光３６のうち欠落する光が多くなるため、カラー再現性が低くなる。カラー再現性が高く、良好な画像を得るためには、遮断波長帯域ｗの幅はできるだけ狭いほうが好ましい。そのためには、励起光３１の半値幅が狭いほうが好ましく、それにより、光学フィルタ５の遮断波長帯域ｗの幅を狭くできる。また、遮断波長帯域ｗは、蛍光３３の波長帯域にはできるだけかからないようにすることが好ましい。それにより、蛍光３３が光学フィルタで弱まることがなく、良好な画像を得ることができる。
【００４９】
パソコン６は制御部８および記憶部９を有している。制御部８は、励起光照射部１、照明光照射部２および撮像装置５０を制御している。具体的には、励起光照射部１および照明光照射部２それぞれの照射タイミング、照明光量、撮像装置５０の撮像条件及び撮像タイミング等を制御部８が制御している。なお、撮像条件とは、撮像装置５０に設定される条件であり、具体的には、シャッタースピード、絞り、増幅率（ゲイン）、光学倍率（ズームによって変化するＦナンバー）等である。
【００５０】
記憶部９は、撮像条件および明るさレベルに応じて最適となる照明光量を予め記憶している。記憶部９に記憶された、撮像条件に対応する照明光量は、例えば蛍光検出装置１００を生産する際に記憶させておいてもよいし、蛍光検出装置１００を使用時に操作者が最適と考えられる値を順次記憶させていくことができるようにしておいてもよい。
【００５１】
表示部７はパソコン６に接続されている。表示部７は、制御装置８に制御されていて、撮像装置５０にて撮像した画像を表示する。操作者はこの画像により測定物２０における蛍光物質の位置を検出することができる。
【００５２】
次に、本実施形態の動作について説明する。
（実施形態の動作）
図４は、本発明の実施の形態に係る蛍光検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。図５は、本発明の実施の形態に係る蛍光検出装置における照射および撮像のタイミングチャートである。
【００５３】
制御部８の制御について図１に加えて図４を用いて説明する。まず、制御部８は、照明光照射部２から照明光３４を照射させずに、励起光照射部１から励起光３１のみを測定物２０に照射させる（Ｓ１）。その状態で、撮像装置５０に測定物２０からの光を撮像させる（Ｓ２）。測定物２０からの光は、測定物２０に含まれる蛍光物質から励起光の照射により発せられる蛍光３３および測定物２０で反射した励起光３２である。励起光３２は光学フィルタ５を透過できないので、蛍光像のみが受光レンズ４を介して撮像素子３に結像され、撮像される。
【００５４】
制御部８は、撮像結果である撮像した蛍光のみの画像をもとに、蛍光による画像の明るさが最適となる撮像条件を求めて、撮像装置５０にその撮像条件を設定する（Ｓ３）。撮像条件を設定後、制御部８は、励起光照射部１から励起光３１を照射させずに、照明光照射部２から照明光３４のみを測定物２０に照射させる（Ｓ４）。その状態で、撮像装置５０に測定物２０からの光を撮像させる（Ｓ５）。この場合、測定物２０からの光は、測定物２０で反射した照明光３５である。励起光と同一の波長帯域の光は光学フィルタ５を透過できないので、励起光と同一の波長帯域の光が欠落した反射した照明光３６による像が受光レンズ４を介して撮像素子３に結像され、撮像される。制御部８は、この測定物２０の画像をもとに、測定物２０の画像の明るさが最適となる照明光照射部２の照明光量を求めて、その照明光量を照明光照射部２に設定する（Ｓ６）。また、照明光量の設定においては、明るさレベル（画素出力の目標値）も考慮される。操作者は、明るさレベル設定部１１により、明るさレベルを変更することは可能であるが、操作者が所望とする明るさレベルを設定していない場合には、既定値として設定された明るさレベルが考慮される。既定値としては、例えば、撮像素子３の飽和画素出力に対する相対的な測定物２０の像の画素出力が１０％となることを目標とするように設定されている。なお、ステップＳ４で照射される照明光量も、前記既定値として設定された明るさレベルが考慮されて設定される。測定物２０の画像が明るすぎると、蛍光の画像が測定物２０の画像に埋もれてしまい、蛍光の画像が現れなくなってしまう。そこで、画像に蛍光が現れるように適度な照明光量となるようにすることが好ましい。
【００５５】
なお、照明光量の設定においては、ステップＳ４およびＳ５の工程を行わず、撮像条件および明るさレベルに対応した最適の照明光量を予め記憶した記憶部９から、撮像条件に対応した最適の照明光量を選択してもよい。つまり、ステップＳ３からステップＳ１４に進み、ステップＳ３で設定した撮像条件および前記既定値として設定された明るさレベルに対応した最適の照明光量を記憶部９から選択し（Ｓ１４）、選択した照明光量を設定する（Ｓ６）こととしてもよい。
【００５６】
以上の操作で、測定物２０における蛍光物質の位置を検出するために最適の撮像条件および照明光量が求められ、かつ設定されたことになる。そこで、制御部８は励起光照射部１および照明光照射部２から、測定物２０に向けて励起光３１および照明光３４を同時に照射させ（Ｓ７）、測定物２０からの蛍光３３および照明光３６を撮像装置５０に撮像させる（Ｓ８）。撮像条件および照明光量は最適の状態に設定されていることから、撮像された画像には、蛍光および測定物２０の像が良好な状態で現されている。操作者は、この画像を表示部７で確認することで、測定物２０において蛍光を発している部分が正確にわかるので、測定物２０における蛍光物質の位置が正確にわかる。また、励起光および照明光を同時に照射して撮像していることから、測定物２０が移動している場合であっても画像が位置ずれすることがなく、蛍光物質の正しい位置がわかる。また、撮像装置を蛍光撮像用・全体撮像用に分ける必要がなく、１つでよいので小型化および低コストで実現できる。
【００５７】
撮像装置５０に撮像させた（Ｓ８）後に、制御部８は今回の撮像で設定した照明光量を、撮像条件および明るさレベルに対応させて記憶部９に記憶させる（Ｓ９）。ステップＳ９を実行する場合としては、制御部８が設定した撮像条件が特別な理由により適正でない場合に、操作者が照明光量を微調整して適正な条件に変更したときに、操作者が操作部材を操作することで実行できるようにしてもよく、あるいは微調整したあと自動的に記憶するようにしてもよい。これにより、今後の撮像においても、今回の撮像で得た、撮像条件に対する最適の照明光量を用いることができ、より適正な画像を得ることができる。
【００５８】
なお、上述の本発明の実施の形態に係る蛍光検出装置の動作における、励起光照射部１、照明光照射部２および撮像素子３における照射および撮像のタイミングチャートは図５に示されているとおりである。
【００５９】
ここで、ヒストグラムを用いて、得られた画像について説明する。図６は、ヒストグラムを示す図である。図６（ａ）は、良好な画像が得られた場合のヒストグラムの一例を示す図である。図６（ｂ）は、良好でない画像が得られた場合のヒストグラムの一例を示す図である。図６（ａ）および図６（ｂ）において、横軸は画素出力レベルであり、縦軸は画素数である。照明光３６による測定物２０の画像および蛍光３３の画像では明るさが異なる。図６（ａ）および図６（ｂ）には、測定物２０の画像特性曲線４７と蛍光の画像特性曲線４８とが表されている。そこで、図６（ａ）に示されているように、測定物２０の画像特性曲線４７と蛍光の画像特性曲線４８との画素出力レベルが大きく異なっている状態であれば、蛍光の画像が測定物２０の画像に埋まることなく、測定物２０全体の画像および蛍光の画像が良好に撮像された画像を得ることができる。それにより、測定物２０における蛍光物質の位置を検出できる。しかし、例えば、画像特性曲線４７と画像特性曲線４８との画素出力レベルの値が近い場合には、図６（ｂ）で示しているように、蛍光の画像特性曲線４８と測定物２０の画像特性曲線４７とが重なってしまう。これでは、蛍光の画像特性曲線４８が測定物２０の画像特性曲線４７に囲まれている状態であり、蛍光が測定物２０の画像に埋まってしまい、蛍光の画像が識別しにくくなる。
【００６０】
本発明の実施形態に係る蛍光検出装置１００によれば、例えば、図６（ｂ）に示されたヒストグラムの画像とならないように、撮像条件および照明光量を最適となるように設定して、励起光および照明光を同時に測定物２０に照射して撮像することから、図６（ａ）に示されたヒストグラムの画像のような良好な画像を得ることができる。
【００６１】
上述の説明は、撮像条件および照明光量を自動で設定した場合であるが、本実施の形態に係る蛍光検出装置１００は、さらに操作者が手動で撮像条件等を所望の値に設定できるように、撮像条件設定部１０、明るさレベル設定部１１および励起光量設定部１２を備えている。
【００６２】
以下、撮像条件設定部１０、明るさレベル設定部１１および励起光量設定部１２を用いた本発明の実施の形態に係る蛍光検出装置１００の動作について説明する。
【００６３】
まず、撮像条件設定部１０の操作方法について説明する。最終的に、励起光および照明光を同時に測定物２０に照射して撮像した場合に、微弱な蛍光が観察できない場合もあり得る。そのような場合は、操作者は撮像条件設定部１０を操作することで、撮像条件を所望の設定に変更することができる。具体的には、操作者が撮像条件設定部１０により、所望とする撮像条件を設定すると、その撮像条件となるように制御部８が撮像装置５０を制御する。例えば、蛍光の検出感度を高めるためにシャッタースピードをさらに遅くして撮像したい場合には、撮像条件設定部１０によりシャッタースピードを遅く設定することができる。ここで、シャッタースピードは、例えばＣＣＤの場合は電荷蓄積時間に相当する。また、受光レンズ４がズームレンズである場合に、測定範囲を変更するために光学倍率を変化させることも撮像条件設定部１０によりできる。これにより、受光レンズの明るさ（Ｆ値）が変化する。このように、撮像条件を変更した場合には、図４におけるステップＳ４に進んで、変更後の撮像条件に応じた照明光量を設定しなおすことが好ましい。これにより、撮像条件に応じた適正な照明光量に設定しなおされるからである。なお、ステップＳ４に進むのではなく、ステップＳ１４に進み、記憶部９に記憶されている照明光量から、設定された撮像条件に最適の照明光量を選択し（Ｓ１４）、設定（Ｓ６）してもよい。
【００６４】
また、撮像条件の設定は、最終的に画像を得た後でなく、図４のステップＳ３で撮像条件を設定した後に行ってもよい。つまり、撮像条件を設定した後に、その撮像条件において励起光のみを測定物２０に照射して撮像した画像を表示部７により確認し、その蛍光が弱い等、良好な画像が得られていない場合であれば、操作者は撮像条件を所望の設定に変更すればよい。上記処理を一回行っても良好な画像が得られない場合であっても、上記処理を複数回繰り返すことで、所望とする画像を得ることができる。
【００６５】
次に、明るさレベル設定部１１の操作方法について説明する。まず、明るさレベル設定部１１で設定する明るさレベルとは、画素出力の目標値である。具体的には、例えば、照明光照射時の撮像素子３の飽和画素出力に対する相対的な測定物２０の像の画素出力レベルの目標値である。設定された明るさレベルに合うように、照明光量は設定される。蛍光が埋もれていない画像を得るためには、照明光３６による測定物２０の明るさがある程度弱くなるようにしたほうが好ましい。具体的には、全画素の平均的な出力で考えて、測定物２０の像の画素出力が飽和画素出力の例えば０％〜１０％程度が好ましい。明るさレベル設定部１１を操作することで、照明光３６による測定物２０の画像の、所望とする画素出力の目標値を指定することができる。なお、明るさレベルについては、全画素中の最大値を示す画素出力を参照してもよく、また特定の領域(中央など)に含まれる画素出力の平均値でもよい。
【００６６】
例えば、撮像された画像から、操作者が明るさレベルの設定が必要か否かを判断し、所望の値を設定する。それにより、その明るさレベルとなるように、制御部８が最適となる照明光量を設定しなおす。明るさレベル設定部１１により明るさレベルを設定すると、図４におけるステップＳ４に進んで、変更後の照明光量による照明光３４のみを測定物２０に照射させた場合の撮像画像をもとに最適となる照明光量を設定しなおすことが好ましい。これにより、所望とする明るさレベルも考慮された照明光量に変更されるからである。なお、ステップＳ４に進むのではなくステップＳ１４に進み、記憶部９に記憶されている、設定された明るさレベルに対応する最適な照明光量を選択し（Ｓ１４）、設定（Ｓ６）してもよい。なお、明るさレベル（上述した飽和画素出力に対する相対的な画素出力レベル）を０％と設定した場合は、照明光を照射しない設定がなされる。
【００６７】
また、明るさレベルの設定は、図４のステップＳ６で照明光量を設定した後に行なってもよい。つまり、照明光量を設定した後に、その照明光量において照明光のみを測定物２０に照射して撮像して確認し、測定物２０の画像が明るすぎる、つまり照明光量が強すぎる等、良好な画像が得られない場合は、操作者は明るさレベルを設定すればよい。上記処理を一回行っても良好な画像が得られない場合であっても、上記処理を複数回繰り返すことで、所望とする画像を得ることができる。
【００６８】
次に、励起光量設定部１２の操作方法について説明する。励起光量設定部１２によって、励起光照射部１から照射される励起光の光量を操作者が所望とする設定に変更することができる。したがって、操作者は励起光量が弱いと判断した場合は、励起光量設定部１２を用いて、所望とする励起光量を設定すればよい。具体的には、操作者が励起光量設定部１２により、所望とする励起光量を設定すると、その励起光量となるように制御部８が励起光量設定部１２を制御する。それにより、良好な撮像画像を得ることができる。また、蛍光が埋もれていないかを確認するために、励起光量を強くしてもよい。
【００６９】
ここで、上述の本実施の形態に係る蛍光検出装置における、励起光照射部１、照明光照射部２および受光レンズ４の配置の一例について説明する。図７は、本実施の形態に係る蛍光検出装置の、励起光照射部、照明光照射部および受光レンズの配置を示す配置図である。図７は、受光レンズ４の光軸に沿った方向から、励起光照射部１、照明光照射部２および受光レンズ４を見た図である。励起光照射部１、照明光照射部２および受光レンズ４は、例えば、図７に示すような配置とすればよい。具体的には、受光レンズ４の周りに、励起光照射部１および照明光照射部２を配置する。なお、一般に、蛍光は照明光よりも微弱であるので、蛍光が照明光に埋もれてしまわないように、励起光照射部１を照明光照射部２よりも多く配置することが好ましい。
【００７０】
また、本実施の形態に係る蛍光検出装置の他の一態様であって、フード部を備えた構成について説明する。図８は、本実施の形態に係る蛍光検出装置においてフード部を備えた構成を示す構成図である。図８に示すように、蛍光検出装置１００において、フード部を備えることとしてもよい。例えば、装置本体部（測定プローブ）１５が、励起光照射部１、照明光照射部２および撮像装置５０を内蔵し、撮像条件設定部１０、明るさレベル設定部１１および励起光量設定部１２は装置本体部１５の外部に設置されていることとすればよい。さらに、装置本体部１５には、開口１７を有し、測定箇所から装置本体部１５までを覆うフード部１６を設置してもよい。フード部１６の開口１７は測定物２０の測定箇所よりも大きくしておく必要がある。フード部１６は、先端である開口１７に向かうほど細くなっていて、測定物２０に誘導しやすくなっている。また、開口１７付近を測定物２０に近接または密接させたときに、撮像素子３に測定物２０からの光の像が結像されるように受光レンズ４は設定しておくことが好ましい。蛍光検出装置１００を使用する際には、操作者は装置本体部１５を持って、開口１７を測定物２０の測定箇所に向けて、開口１７付近を測定物２０に近接または密接させて使用すればよい。それにより、ピント調整をする手間が省かれる。蛍光検出装置１００はフード部１６によって、測定箇所から装置本体部１５までが覆われているので、外光が測定箇所にあたることがなく、外光の影響を受けずに画像を撮像することができる。
【００７１】
本件発明による蛍光検出装置により、例えば、がん細胞に集まった蛍光物質の発する微弱な蛍光を観察することができる。この目的で生体に注入する蛍光物質として、各種蛍光色素のほか、蛍光ビーズ（例えば、Fluoresbrite（ポリサイエンス社製）、Estapor(Merck Chime,S.A.,S社製)など）、量子ドット（例えばQdot(Invitrogen社製)、Qtracker(カンタムドット社製)）などを用いることができる。また、蛍光ウイルスであるテロメスキャン(OBP401;オンコリスバイオファーマ社製)は、生体内に注入されるとがん細胞で増殖してGFPを産生し、蛍光を発するように設計されているが、本件発明により、蛍光ウイルスが発する微弱な蛍光を観察することで、がん細胞の位置を正確に把握することができる。
【００７２】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る蛍光検出装置の構成を示した各部品の配置図である。
【図２】各光の進路を示す説明図である。
【図３】各光の特性と光学フィルタの特性との関係を説明する特性図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る蛍光検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る蛍光検出装置における照射および撮像のタイミングチャートである。
【図６】ヒストグラムを示す図であって、図６（ａ）は、良好な画像が得られた場合のヒストグラムの一例を示す図であり、図６（ｂ）は、良好でない画像が得られた場合のヒストグラムの一例を示す図である。
【図７】本実施の形態に係る蛍光検出装置の、励起光照射部、照明光照射部および受光レンズの配置を示す配置図である。
【図８】本実施の形態に係る蛍光検出装置においてフード部を備えた構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７４】
１      励起光照射部
２      照明光照射部
３      撮像素子
４      受光レンズ
５      光学フィルタ
６      パソコン
７      表示部
８      制御部
９      記憶部
１０    撮像条件設定部
１１    明るさレベル設定部
１２    励起光量設定部
１５    装置本体部（測定プローブ）
１６    フード部
１７    開口
２０    測定物
３１、３２  励起光
３３    蛍光
３４、３５、３６  照明光
４２、４３、４５  波長特性曲線
４７、４８  画像特性曲線
５０    撮像装置
１００  蛍光検出装置
【図１】
0005194819.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005194819.tif 000006
【図６】
0005194819.tif 000007
【図７】
0005194819.tif 000008
【図８】
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