(57)【要約】【課題】ボケの無い信頼性の高い検出結果を得ることができる顕微鏡装置を提供する。【解決手段】光応答性物質を含む被検体が配置可能なウェルが複数形成された基板を保持する基板ステージと、複数の画素を有し、ウェルの光応答性物質の各々から発生する光を、タイム・ディレイ・インテグレーション方式により検出する検出部と、光応答性物質からの光が隣り合う画素間を遷移する期間は、光応答性物質からの光が検出部の前記画素へ入射しない状態を形成する機構と、を備える顕微鏡装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光応答性物質を含む被検体が配置可能なウェルが複数形成された基板を保持する基板ステージと、
複数の画素を有し、前記ウェルの前記光応答性物質の各々から発生する光を、タイム・ディレイ・インテグレーション方式により検出する検出部と、
前記光応答性物質からの光が隣り合う前記画素間を遷移する期間は、前記光応答性物質からの光が前記検出部の前記画素へ入射しない状態を形成する機構と、
を備える顕微鏡装置。
【請求項２】
前記機構は、前記検出部の前記画素への光の入射を制御可能なシャッター機構を含む請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記ウェルに対して励起光を照射し、前記被検体の前記光応答性物質から前記蛍光を生じさせる照明部を備え、
前記機構部は前記光応答性物質への励起光照射を制御する部材を含む請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記画素間を遷移する期間は、少なくとも、前記隣り合う画素の、一方の画素に入射する蛍光の光量と他方の画素の入射する蛍光の光量が略一致した時を含む期間をいう請求項１から３のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項５】
前記画素間を遷移する期間は、前記隣り合う画素の、一方の画素に入射する蛍光の光量が所定値から減少した時から他方の画素の入射する蛍光の光量が一定値になった時までの期間をいう請求項１から４のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項６】
前記基板ステージと前記検出部との相対位置を検出する位置検出部を備え、
前記機構は、前記位置検出部からの検出結果に基づいて、前記光応答性物質からの光が前記検出部の前記画素へ入射しない状態を形成する請求項１から５のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡ配列を決定する手段として、例えばＤＮＡマイクロアレイを利用した検査技術が知られている。この検査技術では、まずマイクロアレイチップと呼ばれる基板上に数千から数万の既知のＤＮＡを配列させておき、当該既知のＤＮＡのそれぞれに対して未知のＤＮＡあるいはＲＮＡを作用させる。その後、作用させた未知のＤＮＡあるいはＲＮＡがマイクロアレイチップ上の既知のＤＮＡにハイブリダイズするかどうか、すなわち、基板上のどのＤＮＡに対して相補的な配列を持つか、を検出することで、未知であったＤＮＡの配列を決定することができる。
【０００３】
近年では、このようなマイクロアレイチップを応用した検査技術が、被検体として酵素などの機能性生体分子の変異体を対象とし、より有用な分子を探索する場合にも利用されるようになってきた。その場合、従来のような限られた組み合わせでのＤＮＡ検出とは異なり、マイクロアレイチップに含まれるウェル数が１０８〜１０１０個という具合に非常に巨大な数だけ必要となってきている。
【０００４】
このような検査技術では、被検体である機能性生体分子として、例えば所定の反応を触媒する酵素と、その反応によって光応答性物質へ変化する基質とが用いられる。このような酵素をマイクロチップの各ウェルに配置させ、各ウェルの酵素に対して基質を注入する。この基質としては、例えば各ウェルの酵素によって分解可能であって、分解後に蛍光発光性を有する基質が用いられる。このため、各ウェルでは分解後の基質から蛍光が発生することになる。
【０００５】
上記検査技術では、例えば基質の注入後、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の撮像装置によって上記のマイクロアレイチップを撮像し、マイクロチップアレイに含まれるウェル一つ一つから発生する蛍光を計測する。その際、蛍光の光強度や当該光強度の時間変化量などを検出することにより、各ウェルに配置された酵素の優劣を決定する。
【０００６】
このような蛍光を観察する方法として、タイム・ディレイ・インテグレーション（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：ＴＤＩ）方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０２０８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、このようなＴＤＩ方式で用いられる撮像素子は一般的に仕切り（不感領域）で仕切られた複数の画素構造を有しているため、ウェルから発せられた光が隣接する画素間を跨いだ状態では二つの画素に信号が入力されてしまい、撮像される画像にボケが生じるといった問題があった。
【０００９】
本発明の態様は、ボケの無い信頼性の高い検出結果を得ることができる顕微鏡装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るに顕微鏡装置は、光応答性物質を含む被検体が配置可能なウェルが複数形成された基板を保持する基板ステージと、複数の画素を有し、前記ウェルの前記光応答性物質の各々から発生する光を、タイム・ディレイ・インテグレーション方式により検出する検出部と、前記光応答性物質からの光が隣り合う前記画素間を遷移する期間は、前記光応答性物質からの光が前記検出部の前記画素へ入射しない状態を形成する機構と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の態様によれば、ボケの無い信頼性の高い検出結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一実施形態に係る蛍光検出装置の全体構成を示す斜視図。
【図２】（ａ）は基板の形状を示す図、（ｂ）は基板の要部拡大断面図。
【図３】（ａ）は撮像素子の平面図、（ｂ）は画素とウェルとの対応関係を示す図。
【図４】基板に対する撮像素子の動作を説明するための図。
【図５】ＴＤＩ方式の信号電荷の転送の概念を説明するための図。
【図６】撮像素子における信号電荷の電荷量の変化を示す図。
【図７】移動するウェルからの蛍光が画素間を移動する様子を示す図。
【図８】遮光装置及び撮像素子の動作示すタイミングチャート図。
【図９】第二実施形態に係る蛍光検出装置の全体構成を示す斜視図。
【図１０】第二実施形態に係るタイミングチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、顕微鏡装置として、ＴＤＩ方式を用いた蛍光観察検出装置を例に挙げて説明する。蛍光検出装置１は、いわゆるバイオアッセイ装置の一種であり、例えば機能性生体分子の優劣を検出するための装置である。本実施形態では、このような機能性生体分子として、例えば所定の基質に対する分解性能に優れた酵素を探す場合を例に挙げて説明する。
【００１４】
このような酵素を探す場合、まず元になる酵素の設計図であるＤＮＡを用意し、そのＤＮＡの変異体を多数作る。これを元に合成される酵素のうち所定の基質の分解速度の速いもの、分解反応の寿命が長いものなど、酵素としての性能の良いものを抽出する。更に、この酵素のＤＮＡを基にしてさらに変異体を多数作製し、そのＤＮＡから造られる酵素の性能を同様に計測して良好なものを抽出する。
【００１５】
このようなプロセスを繰り返すことで、従来の酵素、野性の酵素に比べて格段に性能の良い酵素を製作する。これを進化プロセスと呼ぶ。当該進化プロセスにより効率よく性能の良い酵素を製作するためには、極めて多くの種類（１０８〜１０１０種類）のＤＮＡ変異体を用意する必要がある。
【００１６】
基質の分解性能の高いものを探す例として、植物一般からアルコール燃料を生成するようなセルロース分解酵素の探索がある。以下の検出動作では、基質として、酵素による分解の過程で蛍光発光性物質が生成されるような基質を用いる。つまり、分解前には蛍光発光性は無いが、分解されると蛍光発光性を有するような基質を用いる。
【００１７】
この場合、分解性能を調査したい酵素Ｂにこの基質を供給することで、基質の分解反応の進行状態を蛍光で計測することができる。例えば、蛍光強度の時間変化は酵素の基質分解反応速度、蛍光強度が飽和するまでの時間は酵素の寿命に比例するので、蛍光強度とその変化を調べれば酵素の性能を得ることができる。
【００１８】
（第一実施形態）
図１は本実施形態に係る蛍光検出装置１の全体構成を示す斜視図である。
本実施形態に係る蛍光検出装置は、上記の酵素の性能を検出するものであり、図１に示すように、不図示のチャンバー内に設けられた、基板ステージ２と、基板ステージ２を移動させるステージ駆動部３と、撮像装置５と、遮光装置（光遮断部）８と、基質供給部ＰＲと、を有している。また、蛍光検出装置１は、上記各部を統括的に制御する制御部ＣＯＮＴを有している。蛍光検出装置１は、例えば作業台などの載置面上に配置されて用いられる。
【００１９】
以下の各図において、蛍光検出装置１の構成を説明するにあたり、ＸＹＺ空間座標系を用いる。本実施形態では、蛍光検出装置１が載置される床面に平行な方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向とし、当該床面（ＸＹ平面）に垂直な方向をＺ方向とする。ただし、Ｘ軸及びＹ軸は、直交している。
【００２０】
基板ステージ２は、基板Ｓを保持するとともに、ステージ駆動部３により撮像装置５に対して移動可能になっている。基板ステージ２の基板Ｓの表面２ａには、ＸＹ方向に沿ってスケール２１が形成されている。ステージ駆動部３は、該スケール２１を計測する計測部２２を含んでいる。計測部２２は、計測結果を制御部ＣＯＮＴに出力する。制御部ＣＯＮＴでは、計測部２２による計測結果に基づいて基板ステージ２のＸ，Ｙ方向の位置を求めることができるようになっている。このように、スケール２１、計測部２２及び制御部ＣＯＮＴにより、基板ステージ２のＸ，Ｙ方向における位置を検出する位置検出部が構成されている。
【００２１】
ステージ駆動部３は、制御部ＣＯＮＴと電気的に接続されている。ステージ駆動部３は、基板ステージ２を駆動するアクチュエータである。ステージ駆動部３としては、例えばリニアモータ機構などを用いることができる。ステージ駆動部３は、制御部ＣＯＮＴの制御（移動量、移動のタイミングなど）に基づいて、基板ステージ２をＸＹ方向に移動させる。このような構成に基づき、撮像装置５は基板ステージ２上の基板Ｓに対し、相対的に移動するようになっている。
【００２２】
図２（ａ）は基板ステージ２に保持されている基板Ｓの形状を示す図であり、図２（ｂ）は、基板Ｓの要部を示す拡大断面図である。
図２（ａ）に示すように、基板Ｓは、いわゆるマイクロアレイチップと呼ばれる板状部材であり、例えば矩形に形成されている。基板Ｓは、一方向に長手となるように形成されている。基板Ｓは、当該長手方向がＸ方向に平行になるように基板ステージ２に保持されている。基板Ｓの表面Ｓａには複数（例えば１０８〜１０１０個）のウェルＷが形成されている。
【００２３】
複数のウェルＷは、基板Ｓの形状に沿ってマトリクス状に配置されている。このように、マトリクス状に配置された複数のウェルＷにより、基板Ｓにウェル列ＷＲが形成されている。各ウェルＷには、当該ウェルＷを識別できるようにアドレスが設定されている。当該アドレスは、例えば制御部ＣＯＮＴの記憶部に記憶されている。
【００２４】
各ウェルＷは、図２（ｂ）に示すように、Ｚ方向視で例えば円形に形成されている。各ウェルＷには、所定の反応によって光応答性物質を生成するさまざまな酵素Ｂの変異体が配置されている。酵素によって生成された光応答性物質からは、例えば蛍光が発生するようになっている。発生した蛍光は、ウェルＷ毎に基板Ｓの表面から放出されるようになっている。
【００２５】
Ｙ方向の寸法が９０ｍｍであり、Ｘ方向の寸法が１８０ｍｍである矩形の領域が基板Ｓに設定されており、当該矩形領域にウェルＷを配置する場合を例に挙げると、直径１０μｍのウェルＷを５μｍの間隔でＹ方向に並べた場合、例えば当該矩形領域のＹ方向には６０００個のウェルＷを配置させることができる。
【００２６】
更に、Ｘ方向については、この６０００個のウェルＷを含む１つのウェル列ＷＲを１２０００列並べることができる。したがって、基板Ｓに設定された９０ｍｍ×１８０ｍｍの領域には７２００万個（７．２×１０７個）のウェルＷを配置させることができる。
【００２７】
図１に戻って、本実施形態に係る蛍光検出装置１は、各ウェルＷ内に配置された酵素Ｂと反応を起こす基質をウェルＷに供給するための基質供給部ＰＲを備えている。この基質供給部ＰＲは、基板ステージ２の＋Ｚ側に配置されており、基板Ｓの表面に対向する位置に配置されている。基質供給部ＰＲは、撮像装置５よりも当該基板ステージ２の移動方向の上流側（−Ｘ側）に設けられる。基質供給部ＰＲは、制御部ＣＯＮＴにより、その駆動が制御されており、基板ステージ２に対してＸ，Ｙ方向に移動可能とされている。これにより、基質供給部ＰＲは、基板Ｓの各ウェルＷに対して基質を確実に供給できるようになっている。
【００２８】
基質供給部ＰＲは、Ｙ方向に配列された複数のノズルＮＺを有している。複数のノズルＮＺは、基質供給部ＰＲの−Ｚ側の面に設けられており、基板ステージ２側に向けられている。このため、基板Ｓの表面Ｓａに対して＋Ｚ側から基質が噴射されて各ウェルＷに供給可能な構成となっている。
【００２９】
複数のノズルＮＺは、例えばウェル列ＷＲの各ウェルＷに対向するようにノズル径及びノズルピッチ（Ｙ方向）が設定されている。基質供給部ＰＲは、制御部ＣＯＮＴの制御により、複数のノズルＮＺから基質を同時に噴射可能な構成となっている。したがって、１つのウェル列ＷＲを構成する各ウェルＷに対して、同一のタイミングで基質が供給されるようになっている。
【００３０】
撮像装置５は、投影レンズ５０、撮像素子５１、及び対物レンズ７を含む。対物レンズ７は、基板ステージ２と対向する位置に配置されている。投影レンズ５０には、ダイクロイックミラー６を透過した基板Ｓからの戻り光（蛍光）が入射する。投影レンズ５０は、入射した光を所定の位置に集光（結像）する。撮像素子５１は、基板Ｓからの戻り光を検知可能な位置に配置されている。
【００３１】
遮光装置８は、後述するように各ウェルＷ内の酵素Ｂから発せられた蛍光が撮像素子５１の画素５３（図３参照）に入射しないように遮光（遮断）するためのものであり、制御部ＣＯＮＴに電気的に接続されている。遮光装置８は、例えば所定のタイミングで開閉可能な開閉シャッター８ａにより構成されている。遮光装置８の開閉シャッター８ａは、制御部ＣＯＮＴにより、開閉タイミングが制御されている。
【００３２】
遮光装置８は、撮像装置５の投影レンズ５０と対物レンズ７との間におけるウェルＷから発せられる蛍光の光路の途中に配置されている。なお、遮光装置８は、撮像素子５１の光入射面側を遮光できる構成であればよく、例えば画素５３毎に開閉シャッター８ａを備えた構成であっても構わない。
【００３３】
図３は撮像素子５１の構成を示す図であり、図３（ａ）は平面図を示し、図３（ｂ）は撮像素子５１の画素５３とウェルＷとの対応関係を説明するための図である。
撮像装置５の撮像素子５１は、図３（ａ）に示すように、複数の画素５３を備えたＣＣＤカメラから構成されるものである。具体的に、撮像素子５１は、ライン状に配列された複数の画素５３が垂直方向にも複数列配置されることで構成されている。本実施形態では、例えば、１０２４×１２８画素、すなわち１０２４個の画素５３がライン状にＹ方向に沿って配列された画素ライン５３Ｒと、該画素ライン５３Ｒが垂直方向に１２８列配置された画素列５３Ｌとを含む撮像素子５１を用いた。
【００３４】
撮像素子５１の画素５３の画素サイズは、図３（ｂ）に示すように、ウェルＷの外径に対応している。また、画素５３のＸ，Ｙ方向に沿った配列ピッチは、基板ＳのウェルＷの配置ピッチに対応している。ここで、ウェルＷの外径及び配置ピッチに対応するとは、投影レンズ５０を介して拡大又は縮小した状態のウェル列ＷＲの各ウェルＷと画素５３との外径又はピッチとを比較する場合も含むことを意味する。なお、図３（ａ）に示した撮像素子５１により撮像される領域は、蛍光検出装置１における視野領域に相当するものである。
【００３５】
続いて、撮像装置５によるＴＤＩ方式の撮像動作について説明する。
図４は、基板Ｓに対する撮像素子５１の動作を説明するための図である。また、図５（ａ）〜（ｃ）は、ＴＤＩ方式の信号電荷の転送の概念を説明するための図である。また、図６（ａ）〜（ｃ）は、撮像素子５１のスキャン方向における第一列目、第ニ列目、及び第三列目を構成する画素５３に蓄積される信号電荷の電荷量の変化を示す図である。なお、本実施形態においては基板ステージ２を動かすことで撮像装置５（撮像素子５１）と基板Ｓとを相対移動させようにしている。しかしながら、図４〜６においては、図示の容易化のため、撮像素子５１が基板Ｓ上を移動する形態で示すものとする。
【００３６】
また、本実施形態では、ステージ駆動部３が基板ステージ２を移動させることで撮像素子５１と基板Ｓとを相対移動可能な構成としたが、ステージ駆動部３が基板ステージ２上の基板Ｓに対して撮像素子５１のみを移動させる構成であっても構わない。
【００３７】
図４に示すように、撮像素子５１は、基板Ｓの移動方向における上流端（＋Ｘ方向の端部）側から下流端側に向かって当該基板Ｓ上を相対移動することで撮像を行う。撮像素子５１は、ＴＤＩ方式で基板Ｓを測定する場合は、各画素５３がウェルＷ内の蛍光を測定するように画素列５３Ｌが配列される一方向（−Ｘ方向）に沿って基板Ｓに対して相対移動することで基板Ｓの全面を走査し、全てのウェルＷ内の蛍光を測定するようになっている。
【００３８】
まず撮像を開始するに先立ち、図１に示した基質供給部ＰＲのノズルＮＺから各ウェルＷ内に基質を噴射させ、ウェルＷに当該基質を供給させる。このようにウェルＷ内に基質を供給することで酵素Ｂの反応を開始させる。制御部ＣＯＮＴは、各ウェルＷ内の反応後の酵素Ｂに対して、略同じタイミングで撮像素子５１が通過するように基板ステージ２の移動速度に同期させて、基質供給部ＰＲの駆動を制御するようにしている。
【００３９】
撮像を開始すると、図５（ａ）に示されるように、基板Ｓの移動方向先端のウェルＷが撮像素子５１の移動方向（以下、スキャン方向（−Ｘ方向）と呼ぶ場合もある）における第一列目５３Ｌ１の画素５３上に投影される。すると、第一列目５３Ｌ１の画素５３には、図６（ａ）に示すように、ウェルＷａからの蛍光に対応した強度の信号電荷が蓄積される。
【００４０】
続いて、撮像素子５１が図５（ｂ）に示されるように、スキャン方向（基板ステージ２の移動方向と反対方向）に沿って画素列５３Ｌの一つ分だけ移動すると、図５（ｂ）に示すように、撮像素子５１の移動と同時に、第一列目５３Ｌ１の画素５３に蓄積された信号電荷は、撮像素子５１に形成された像の移動方向と同じ方向の第二列目５３Ｌ２の画素５３に転送される。そして、ウェルＷの蛍光が、第一列目５３Ｌ１及び第二列目５３Ｌ２の画素５３によって撮影される。このとき、基板Ｓの２列目のウェルＷの蛍光が第一列目５３Ｌ１の画素５３によって撮像される。
【００４１】
したがって、第二列目５３Ｌ２の画素５３には、図５（ｂ）に示すように、前回時に蓄積された信号電荷と今回の撮影時に蓄積された信号電荷が加算されることになる。つまり、第二列目５３Ｌ２の画素５３には、前回及び今回の撮影で得られた信号電荷が累積される。その結果、画素列が１列のみである撮像素子と比較して、２倍の強度の信号電荷を得ることができる。このように、図５（ａ）に示す状態から、図５（ｂ）に示す状態のように電荷転送が行われる。
【００４２】
同様に、撮像素子５１が図５（ｃ）に示されるように、スキャン方向に沿って画素列５３Ｌの一つ分だけさらに移動すると、図５（ｃ）に示すように、撮像素子５１の移動と同時に、第ニ列目５３Ｌ２の画素５３に蓄積された信号電荷は、撮像素子５１に形成された像の移動方向と同じ方向の第三列目５３Ｌ３の画素５３に転送される。また、第一列目５３Ｌ１の画素５３に蓄積された信号電荷が、第二列目５３Ｌ２の画素５３に転送される。
【００４３】
そして、ウェルＷの蛍光が、第一列目５３Ｌ１、第ニ列目５３Ｌ２、及び第三列目５３Ｌ３によって撮影される。このとき、基板Ｓの２列目のウェルＷｂの蛍光が第ニ列目５３Ｌ２の画素５３によって撮像され、基板Ｓの３列目のウェルＷｃの蛍光が第一列目５３Ｌ１の画素５３によって撮像される。
【００４４】
したがって、第三列目５３Ｌ３の画素５３には、図６（ｃ）に示すように、今回の撮影時に得られた信号電荷が、加算されることになる。よって、第三列目５３Ｌ３の画素５３には、前々回、前回及び今回の撮影で得られた信号電荷が、蓄積される。つまり、画素列が１列のみである撮像素子と比較して、３倍の強度の信号電荷を得ることができる。なお、第二列目５３Ｌ２の画素５３には、前回及び今回の撮影時に得られた信号電荷が蓄積される。
【００４５】
このように撮像装置５は、１つのウェルＷに対して上記動作を撮像素子５１の画素列５３Ｌの数（１２８個）だけ繰り返し行うこととなる。これにより、ウェルＷの同一箇所に対応する信号電荷が、１２８回だけ蓄積されることになる。このように、ＴＤＩ方式では、撮像面に投影されるウェルＷの蛍光が、基板ステージ２の移動に伴ってシフトするが、それに同期して撮像素子５１に蓄積される信号電荷をシフトさせている。したがって、上記動作を１２８回だけ続けた場合、ＴＤＩ方式を採用した撮像装置５は、リニアイメージセンサに比べて、１２８倍の感度を実現できる。すなわち、１２８倍のコントラストと、√１２８だけノイズを軽減することが可能となる。
【００４６】
ところで、撮像素子５１は、その構造上、図３に示したように複数の画素５３が区画部５３ａにより区画された状態に形成されており、各ウェルＷで発せられる蛍光は連続発光している。そのため、基板Ｓに対して移動しつつ、ウェルＷからの蛍光を撮像する撮像素子５１は、ウェルＷからの蛍光が画素５３に常に入射されることとなっている。
【００４７】
すなわち、図７に示すように、ウェルＷから発せられた蛍光ＷＫが撮像素子５１の隣り合う画素５３間（第一列目５３Ｌ１の画素５３及び第二列目５３Ｌ２の画素５３の間）を遷移する期間においては、ウェルＷから発せられた蛍光ＷＫが第一列目５３Ｌ１及び第ニ列目５３Ｌ２のいずれの画素５３にも入射してしまう（所謂、クロストークが発生してしまう）。よって、撮像素子５１は、第一列目５３Ｌ１、第二列目５３Ｌ２の画素５３が撮像する蛍光に上記クロストークに起因したボケが生じるため、計測した信号電荷に誤差が生じ、検出結果の信頼性が低下する可能性がある。
ここで、蛍光ＷＫが撮像素子５１の隣り合う画素５３間（第一列目５３Ｌ１の画素５３及び第二列目５３Ｌ２の画素５３の間）を遷移する期間とは、例えば、第一列目５３Ｌ１の画素５３に入射する蛍光ＷＫの光量と第二列目５３Ｌ２の画素５３に入射する蛍光ＷＫ
の光量は略一致した時を含む期間をいう。即ち、少なくとも、隣接する画素の、一方の画素に入射する蛍光の光量と他方の画素の入射する蛍光の光量が略一致した時を含む期間をいう。
また、好ましくは、隣接する画素の、一方の画素に入射する蛍光の光量が所定値から減少した時から他方の画素の入射する蛍光の光量が一定値になった時までをいう。
【００４８】
このような問題に対し、本実施形態では、上記遮光装置８を所定のタイミングで駆動し、ウェルＷから発せられた蛍光が撮像素子５１の画素５３に入射しないように遮光するようにしている。図８は、遮光装置８の動作、及びＴＤＩ方式の信号電荷の転送のタイミングを説明するためのタイミングチャート図である。なお、図８では、第一列目５３Ｌ１の画素５３から第二列目５３Ｌ２の画素５３に信号電荷の転送を行う場合について示したものであり、他の隣接する列間の画素５３においても同様のタイミングで信号電荷の転送が行われているものとする。
【００４９】
図８中におけるクロックＫ１は、制御部ＣＯＮＴが遮光装置８の駆動動作と、撮像素子５１におけるＴＤＩ方式における信号電荷の転送動作と、の同期を取るためのパルスを示すものである。クロックＫ１は、計測部２２が基板ステージ２に形成されたスケール２１を計測することで制御部ＣＯＮＴに出力されるものであり、基板ステージ２上に配置されている基板ＳのウェルＷと撮像素子５１の各画素５３との位置情報を表すものであり、後述する開閉シャッター８ａを開閉するタイミングを規定するためのものである。
【００５０】
図８中における露光制御信号は、制御部ＣＯＮＴが遮光装置８の開閉シャッター８ａを開閉するタイミングを規定するためのパルスを示すものである。また、図８中における電荷転送トリガ信号は、撮像素子５１が画素５３間で信号電荷の転送を行うタイミングを規定するためのパルスを示すものである。
【００５１】
図７に示したように、基板ステージ２の移動に伴って、ウェルＷは隣接する画素５３間を同図左方向に連続的に移動していく。
【００５２】
制御部ＣＯＮＴは、ウェルＷが第一列目５３Ｌ１の画素５３内に配置されたタイミングで計測部２２からクロックＫ１のパルスが入力される。制御部ＣＯＮＴは、クロックＫ１のパルスが入力された直後に、遮光装置８に対して開閉シャッター８ａを開くように露光制御信号のパルスを出力する。これにより、遮光装置８は開閉シャッター８ａを開く。
【００５３】
開閉シャッター８ａが開いている時間は、第一列目５３Ｌ１の画素５３内をウェルＷが移動している時間に対応しており、この期間が撮像素子５１による撮像期間Ｔ１となっている。撮像期間Ｔ１の長さは、画素５３の大きさ、画素５３間の距離（ピッチ）、及び基板ステージ２の移動速度等から算出することができる。すなわち、制御部ＣＯＮＴは、予め算出しておいて上記条件から画素５３内をウェルＷが移動している時間のみ、開閉シャッター８ａを開くように露光制御信号を遮光装置８に出力する。
【００５４】
このように開閉シャッター８ａが開くことで、ウェルＷから生じている蛍光ＷＫを開閉シャッター８ａにより遮られることなく、撮像素子５１の第一列目５３Ｌ１の画素５３のみに入射させることができる。第一列目５３Ｌ１の画素５３には、当該画素５３内に配置されたウェルＷのみから発せられた蛍光ＷＫ（輝度）に対応した強度の信号電荷成分のみが蓄積される。すなわち、上述のクロストークによる信号電荷成分が第一列目５３Ｌ１の画素５３に蓄積されることがない。
【００５５】
第一列目５３Ｌ１の画素５３内に位置していたウェルＷは、図７に示したように、基板ステージ２に伴って、第一列目５３Ｌ１の画素５３から第二列目５３Ｌ２の画素５３により撮像されるようになる。ウェルＷが第一列目５３Ｌ１の画素５３から第ニ列目５３Ｌ２の画素５３へと移動するまでの間（すなわち、ウェルＷからの蛍光ＷＫが画素５３間を遷移する期間）、ウェルＷは平面視した状態で画素５３間を区画する区画部５３ａに重なった状態となる。このように区画部５３ａに重なった状態のウェルＷから発せられた蛍光ＷＫは、上述のように、第一列目５３Ｌ１及び第二列目５３Ｌ２の画素５３のいずれにも入射し、クロストークを生じさせる場合がある。
【００５６】
これ対し、本実施形態では、制御部ＣＯＮＴが遮光装置８に対して開閉シャッター８ａを閉じる露光制御信号を出力する。よって、ウェルＷから発せられた蛍光ＷＫは、開閉シャッター８ａが閉じられることで撮像素子５１の画素５３に入射することがない。さらに、制御部ＣＯＮＴは、開閉シャッター８ａを閉じる露光制御信号が出力された直後に、撮像素子５１に対し、第一列目５３Ｌ１の画素５３に蓄積されている信号電荷を第二列目５３Ｌ２の画素５３に転送する電荷転送トリガ信号のパルスを出力する。なお、電荷転送トリガ信号のパルスが出力された後、次のクロックＫ１のパルスが制御部ＣＯＮＴに入力されるまでが開閉シャッター８ａが閉じられている遮光期間Ｔ２に相当する。
【００５７】
したがって、撮像素子５１は、ウェルＷからの蛍光ＷＫのクロストーク成分が画素５３に入射しない状態で、第一列目５３Ｌ１から第二列目５３Ｌ２に対する信号電荷の転送を行うことができる。すなわち、第一列目５３Ｌ１の画素５３から転送される信号電荷にはクロストーク成分が含まれるのを防止できる。
【００５８】
以下、同様、図４に示したように、撮像素子５１は基板Ｓの全面を走査することで、全てのウェルＷから発せられる蛍光ＷＫを計測する。このとき、制御部ＣＯＮＴは、ウェルＷが画素５３内に配置されたタイミングで計測部２２から入力されるクロックＫ１のパルスに同期して、開閉シャッター８ａを開くとともに、ウェルＷからの蛍光ＷＫが画素５３間を遷移する期間においては開閉シャッター８ａを閉じる。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る蛍光検出装置１によれば、撮像素子５１の各画素５３間を転送する信号電荷にクロストーク成分が含まれるのを防止できる。よって、撮像素子５１がＴＤＩ方式の撮像を行う際、各画素５３間においてノイズの少ない信号電荷を転送できるので、信頼性の高い検出結果を得ることができる。
【００６０】
なお、上記実施形態では、遮光装置８として開閉シャッター８ａを開閉するといった機械的なシャッター機構を用いた場合を説明したが、開口部が形成された回転ディスクを所定速度で回転させることでウェルＷから連続的に発する蛍光をパルス化して撮像素子５１の画素５３に入射させる構成であってもかまわない。この場合、ウェルＷから発せられた蛍光が隣り合う画素５３間を遷移するタイミングでは回転ディスクの非開口部により当該蛍光を遮光し、ウェルＷから発せられた蛍光が所定の画素５３のみに入射するタイミングでは回転ディスクの開口部を当該蛍光が通過するように、回転ディスクの回転速度を制御すればよい。
【００６１】
（第二実施形態）
続いて、本発明の観察装置の第二実施形態に係る構成について説明する。本実施形態と上記実施形態との違いは、ウェルに励起光を照射して発光を生じさせる点と、蛍光検査装置が励起光を照射する照明装置を備えている点と、制御部が照明装置の駆動を制御する遮光部として機能する点と、である。なお、それ以外の部材及び構成については、上記実施形態と同一であることから、その説明については省略若しくは簡略するものとする。
【００６２】
図９は本実施形態に係る本実施形態に係る蛍光検出装置１の全体構成を示す斜視図である。基板ステージ２と、ステージ駆動部３と、照明装置４と、撮像装置５と、を有している。なお、本実施形態では、ウェルＷに配置した被検体に対し、励起光を照射することで蛍光を生じさせるため、基質供給部ＰＲを備えていない。
【００６３】
照明装置４は基板Ｓに所定の励起光を照射するものであり、例えばケーラー照明が可能なコンポーネントを有している。また、照明装置４としては、照明装置４の光を効率的に披検体の励起に利用すべく、披検体の励起光の成分のみを含む光を照射可能な装置を用いるのが望ましい。
【００６４】
照明装置４が照射した励起光は、ダイクロイックミラー６により反射された後、対物レンズ７を介して基板Ｓに照射される。ダイクロイックミラー６は、基板Ｓからの戻り光（蛍光）を透過させるようになっている。すなわち、本実施形態では、ダイクロイックミラー６を透過した光は、投影レンズ５０を介して撮像素子５１に集光されるようになっている。
【００６５】
照明装置４は、制御部ＣＯＮＴに電気的に接続されており、制御部ＣＯＮＴによって、その点灯又は消灯のタイミングが制御されるようになっている。本実施形態では、各ウェルＷ内の被検体に照明装置４から所定の励起光を照射することで蛍光を生じさせることから、制御部ＣＯＮＴは所定のタイミングで照明装置４を消灯させることでウェルＷからの蛍光が撮像素子５１の画素５３に入射しないように遮断するようにしている。すなわち、本実施形態においては、制御部ＣＯＮＴが本願の光遮断部を構成している。
【００６６】
図１０は、照明装置４の動作、及びＴＤＩ方式の信号電荷の転送のタイミングを説明するためのタイミングチャート図である。なお、図１０では、第一列目５３Ｌ１の画素５３から第二列目５３Ｌ２の画素５３に信号電荷の転送を行う場合について示したものであり、他の隣接する列間の画素５３においても同様のタイミングで信号電荷の転送が行われているものとする。
【００６７】
図１０中におけるクロックＫ１は、制御部ＣＯＮＴが照明装置４の駆動動作と、撮像素子５１におけるＴＤＩ方式における信号電荷の転送動作と、の同期を取るためのパルスを示すものである。クロックＫ１は、計測部２２が基板ステージ２に形成されたスケール２１を計測することで制御部ＣＯＮＴに出力されるものであり、基板ステージ２上に配置されている基板ＳのウェルＷと撮像素子５１の各画素５３との位置情報を表すものであり、後述する照明装置４の点灯又は消灯するタイミングを規定するためのものである。
【００６８】
図１０中における露光制御信号は、制御部ＣＯＮＴが照明装置４を点灯又は消灯するタイミングを規定するためのパルスを示すものである。また、図８中における電荷転送トリガ信号は、撮像素子５１が画素５３間で信号電荷の転送を行うタイミングを規定するためのパルスを示すものである。
【００６９】
基板ステージ２の移動に伴って、ウェルＷは隣接する画素５３間を同図左方向に連続的に移動していく。本実施形態においては、ウェルＷが第一列目５３Ｌ１の画素５３内に配置されたタイミングで計測部２２からクロックＫ１のパルスが制御部ＣＯＮＴに入力される。クロックＫ１が入力された直後に、制御部ＣＯＮＴが照明装置４に対して露光制御信号のパルスを出力する。これにより、照明装置４が点灯する。
【００７０】
照明装置４が点灯している時間は、第一列目５３Ｌ１の画素５３内をウェルＷが移動している時間に対応しており、この期間が撮像素子５１による撮像期間Ｔ１となっている（図１０参照）。
【００７１】
このように照明装置４が点灯することで、基板Ｓの各ウェルＷに励起光を照射することで蛍光ＷＫを生じさせ、撮像素子５１の第一列目５３Ｌ１の画素５３のみに入射させることができる。第一列目５３Ｌ１の画素５３には、当該画素５３内に配置されたウェルＷのみから発せられた蛍光ＷＫ（輝度）に対応した強度の信号電荷成分のみが蓄積され、クロストークによる信号電荷成分が蓄積されることがない。
【００７２】
また、制御部ＣＯＮＴは、ウェルＷからの蛍光ＷＫが画素５３間を遷移する期間（遮光期間Ｔ２（図１０参照））において、露光制御信号が出力され、照明装置４を消灯させる。よって、ウェルＷから発せられた蛍光ＷＫは、照明装置４が消灯しているため、撮像素子５１の画素５３に入射することがない。さらに、制御部ＣＯＮＴは、照明装置４を消灯させる露光制御信号が出力された直後に、撮像素子５１に対し、第一列目５３Ｌ１の画素５３に蓄積されている信号電荷を第二列目５３Ｌ２の画素５３に転送する電荷転送トリガ信号のパルスを出力する。
【００７３】
したがって、撮像素子５１は、ウェルＷからの蛍光ＷＫのクロストーク成分が画素５３に入射しない状態で、第一列目５３Ｌ１から第二列目５３Ｌ２に対する信号電荷の転送を行うことができる。すなわち、第一列目５３Ｌ１の画素５３から転送される信号電荷にはクロストーク成分が含まれるのを防止できる。
第一実施形態、第二実施形態の例の他に、複数の画素を仕切る仕切り（不感領域）の幅を、撮像素子５１上に形成される蛍光による像の最大径よりも大きくしておいてもよい。
この構成により撮像素子において蛍光は完全に遮光される。
また、仕切りそのものの幅を蛍光による像の最大径より大きくすることに代えて、蛍光像の最大径よりも大きな幅をもつ格子状マスク部材を撮像素子５１の近傍に別途配置してもよい。
【００７４】
本実施形態においても、制御部ＣＯＮＴは、照明装置４を所定のタイミングで点灯又は消灯させつつ、撮像素子５１を基板Ｓの全面に走査することでクロストーク成分を含まない、信頼性の高いＴＤＩ方式の撮像を行うことができる。
また、本実施形態では、照明装置４を点灯又は消灯するタイミングを制御するだけで特に装置構成を大きく変更することなく、信頼性の高いＴＤＩ方式の撮像を行うことができる。
【００７５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、ステージ駆動部３が基板ステージ２を移動させることで撮像装置５と基板Ｓとを相対移動可能な構成としたが、ステージ駆動部３が基板ステージ２上の基板Ｓに対して撮像装置５のみを移動させる構成であっても構わない。
【００７６】
また、上記実施形態では、計測部２２が基板ステージ２に形成されたスケール２１を計測することで開閉シャッター８ａの開閉タイミングや照明装置４の点灯タイミングを規定するクロックＫ１を得る場合について説明したが、クロックＫ１を得る方法はこれに限定されることは無い。例えば、基板Ｓに形成されるウェルＷのうち、所定距離だけ離間したウェルＷごとに設けたパターンマークを撮像素子５１とは別の測定手段で計測して該計測結果を制御部ＣＯＮＴに送信することで、基板ステージ２上に配置されている基板ＳのウェルＷと撮像素子５１の各画素５３との位置情報を制御部ＣＯＮＴが取得し、開閉シャッター８ａを開閉するタイミングを規定するクロックＫ１を生成することもできる。この場合、パターンマークを配置するウェルは被検体を配置してもよいし、パターンマークのみが形成されたダミーウェルであってもよい。
【００７７】
このようにすれば、ウェルＷに設けられたアライメントマークを撮像素子５１が計測してクロックＫ１を出力するので、撮像素子５１とウェルＷとの位置関係を精度良く検出できる。また、クロックＫ１として信頼性の高いものが生成されるので、信頼性の高いＴＤＩ方式の撮像結果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７８】
Ｂ…酵素（被検体）、Ｗ…ウェル、Ｓ…基板、ＣＯＮＴ…制御部（光遮断部）、１…蛍光検出装置（顕微鏡装置）、２…基板ステージ、４…照明装置、５…撮像装置（検出部）、８…遮光装置（光遮断部）、８a…開閉シャッター、２２…計測部（位置検出部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012163920.tif 000010
【図９】
2012163920.tif 000011
【図１０】
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