(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに独立して形成されるとともに、二次元的なひろがりをもって、分布され、少なくともその一部が蛍光物質を含んだ試料を備えた画像担体に、励起光を照射して、前記試料に含まれる蛍光物質を励起し、前記画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、前記試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出するステップを備え、少なくとも２つの開口部を有する円板状の回転可能なチョッパを用いて、前記チョッパの１つの開口部が、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光の光路内に位置している間は、前記二次元エリアセンサの光電面を前記チョッパが覆い、前記チョッパが、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光の光路内に位置して、励起光をカットしているときにのみ、前記チョッパの１つの開口部が、前記二次元エリアセンサの光電面の前面に位置するように、前記チョッパを回転制御し、励起光を発する少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光による照射と励起光のカットおよび前記二次元エリアセンサの受光面の開閉とを同期させることによって、前記ステップを実行することを特徴とする画像データの生成方法。
【請求項２】
前記ステップを、２回以上繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の画像データの生成方法。
【請求項３】
励起光を発する少なくとも１つの励起光源のオン・オフと、前記二次元エリアセンサのシャッタの開閉とを同期させることによって、前記ステップを実行することを特徴とする請求項１または２に記載の画像データの生成方法。
【請求項４】
前記二次元エリアセンサによって、少なくとも励起光の波長の光をカットするフィルタを介して、長寿命蛍光を光電的に検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像データの生成方法。
【請求項５】
前記二次元エリアセンサによって、フレネルレンズを介して、長寿命蛍光を光電的に検出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像データの生成方法。
【請求項６】
前記二次元エリアセンサとして、ＣＣＤカメラを用いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像データの生成方法。
【請求項７】
前記二次元エリアセンサとして、冷却ＣＣＤカメラを用いることを特徴とする請求項６に記載の画像データの生成方法。
【請求項８】
前記画像担体として、多数のウエルが形成され、前記ウエル内に、蛍光色素によって標識された試料が収容されたマイクロタイタープレートを用いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の画像データの生成方法。
【請求項９】
励起光を発する少なくとも１つの励起光源と、互いに独立して形成されるとともに、二次元的に分布され、少なくともその一部が蛍光物質を含んだ試料を備えた画像担体が載置されるステージと、二次元エリアセンサと、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光を前記ステージに載置された前記画像担体に照射して、前記試料に含まれる蛍光物質を励起し、前記画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、前記試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出させるように制御する制御手段と、少なくとも２つの開口部を有する円板状の回転可能なチョッパを備え、前記制御手段が、前記チョッパの１つの開口部が、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光の光路内に位置している間は、前記二次元エリアセンサの光電面を前記チョッパが覆い、前記チョッパが、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光の光路内に位置して、励起光をカットしているときにのみ、前記チョッパの１つの開口部が、前記二次元エリアセンサの光電面の前面に位置するように、前記チョッパを回転制御するように構成されたことを特徴とする画像データ生成装置。
【請求項１０】
前記制御手段が、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光を前記ステージに載置された前記画像担体に照射して、前記試料に含まれる蛍光物質を励起し、前記画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、前記試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出させるステップを、２回以上繰り返すように構成されたことを特徴とする請求項９に記載の画像データ生成装置。
【請求項１１】
前記制御手段が、前記少なくとも１つの励起光源がオンされている間は、前記二次元エリアセンサのシャッタを閉じ、前記少なくとも１つの励起光源がオフされているときにのみ、前記二次元エリアセンサのシャッタを開くように、前記少なくとも１つの励起光源のオン・オフと、前記二次元エリアセンサのシャッタの開閉を同期させることによって、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光を前記ステージに載置された前記画像担体に照射して、前記試料に含まれる蛍光物質を励起し、前記画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、前記試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出させるように制御することを特徴とする請求項９または１０に記載の画像データ生成装置。
【請求項１２】
さらに、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光を導く光ガイドを備え、前記制御手段が、前記チョッパの１つの開口部が、前記光ガイドの励起光射出端部の前面に位置している間は、前記二次元エリアセンサの光電面を前記チョッパが覆い、前記チョッパが、前記光ガイドの励起光射出端部の前面に位置して、励起光をカットしているときにのみ、前記チョッパの１つの開口部が、前記二次元エリアセンサの光電面の前面に位置するように、前記チョッパを回転制御するように構成されたことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の画像データ生成装置。
【請求項１３】
前記光ガイドが光ファイバによって構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の画像データ生成装置。
【請求項１４】
前記チョッパに、４つの開口部が形成されたことを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか１項に記載の画像データ生成装置。
【請求項１５】
さらに、前記二次元エリアセンサの前面に、少なくとも励起光の波長の光をカットするフィルタを備えたことを特徴とする請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の画像データ生成装置。
【請求項１６】
さらに、前記ステージと前記二次元エリアセンサの間に、フレネルレンズを備えたことを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか１項に記載の画像データ生成装置。
【請求項１７】
前記二次元エリアセンサが、ＣＣＤカメラによって構成されたことを特徴とする請求項９ないし１６のいずれか１項に記載の画像データ生成装置。
【請求項１８】
前記ＣＣＤカメラが、冷却ＣＣＤカメラによって構成されたことを特徴とする請求項１７に記載の画像データ生成装置。
【請求項１９】
前記画像担体が、多数のウエルが形成され、前記ウエル内に、蛍光色素によって標識された試料が収容されたマイクロタイタープレートによって構成されたことを特徴とする請求項９ないし１８のいずれか１項に記載の画像データ生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像データ生成方法および装置に関するものであり、さらに詳細には、互いに独立して形成されるとともに、二次元的なひろがりをもって、分布され、少なくともその一部が蛍光物質を含んだ試料を備えた画像担体に励起光を照射して、蛍光物質を励起し、蛍光物質から放出された蛍光を光電的に検出することによって、短時間に、かつ、簡易な操作で、ノイズの少ない画像データを生成することができる画像データ生成方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
放射線が照射されると、放射線のエネルギーを吸収して、蓄積、記録し、その後に、特定の波長域の電磁波を用いて励起すると、照射された放射線のエネルギーの量に応じた光量の輝尽光を発する特性を有する輝尽性蛍光体を、放射線の検出材料として用い、放射性標識を付与した物質を、生物体に投与した後、その生物体あるいはその生物体の組織の一部を試料とし、この試料を、輝尽性蛍光体層が設けられた蓄積性蛍光体シートと一定時間重ね合わせることにより、放射線エネルギーを輝尽性蛍光体に、蓄積、記録し、しかる後に、電磁波によって、輝尽性蛍光体層を走査して、輝尽性蛍光体を励起し、輝尽性蛍光体から放出された輝尽光を光電的に検出して、ディジタル画像信号を生成し、画像処理を施して、ＣＲＴなどの表示手段上あるいは写真フイルムなどの記録材料上に、画像を再生するように構成されたオートラジオグラフィ検出システムが知られている（たとえば、特公平１−６０７８４号公報、特公平１−６０７８２号公報、特公平４−３９５２号公報など）。
【０００３】
蓄積性蛍光体シートを画像の検出材料として使用するオートラジオグラフィシステムは、写真フイルムを用いる場合とは異なり、現像処理という化学的処理が不必要であるだけでなく、得られた画像データに画像処理を施すことによって、所望のように、画像を再生し、あるいは、コンピュータによる定量解析が可能になるという利点を有している。
【０００４】
他方、オートラジオグラフィシステムにおける放射性標識物質に代えて、蛍光物質を標識物質として使用した蛍光検出（fluorescence) システムが知られている。このシステムによれば、蛍光画像を読み取ることによって、遺伝子配列、遺伝子の発現レベル、蛋白質の分離、同定、あるいは、分子量、特性の評価などをおこなうことができ、たとえば、電気泳動させるべき複数のＤＮＡ断片を含む溶液中に、蛍光色素を加えた後に、複数のＤＮＡ断片をゲル支持体上で電気泳動させ、あるいは、蛍光色素を含有させたゲル支持体上で、複数のＤＮＡ断片を電気泳動させ、あるいは、複数のＤＮＡ断片を、ゲル支持体上で、電気泳動させた後に、ゲル支持体を蛍光色素を含んだ溶液に浸すなどして、電気泳動されたＤＮＡ断片を標識し、励起光によって、蛍光色素を励起して、生じた蛍光を検出することによって、画像を生成し、ゲル支持体上のＤＮＡを分布を検出したり、あるいは、複数のＤＮＡ断片を、ゲル支持体上で、電気泳動させた後に、ＤＮＡを変性（denaturation) し、次いで、サザン・ブロッティング法により、ニトロセルロースなどの転写支持体上に、変性ＤＮＡ断片の少なくとも一部を転写し、目的とするＤＮＡと相補的なＤＮＡもしくはＲＮＡを蛍光色素で標識して調製したプローブと変性ＤＮＡ断片とをハイブリダイズさせ、プローブＤＮＡもしくはプローブＲＮＡと相補的なＤＮＡ断片のみを選択的に標識し、励起光によって、蛍光色素を励起して、生じた蛍光を検出することにより、画像を生成し、転写支持体上の目的とするＤＮＡを分布を検出したりすることができる。さらに、標識物質により標識した目的とする遺伝子を含むＤＮＡと相補的なＤＮＡプローブを調製して、転写支持体上のＤＮＡとハイブリダイズさせ、酵素を、標識物質により標識された相補的なＤＮＡと結合させた後、蛍光基質と接触させて、蛍光基質を蛍光を発する蛍光物質に変化させ、励起光により、生成された蛍光物質を励起して、生じた蛍光を検出することによって、画像を生成し、転写支持体上の目的とするＤＮＡの分布を検出したりすることもできる。この蛍光画像検出システムは、放射性物質を使用することなく、簡易に、遺伝子配列などを検出することができるという利点がある。
また、蛍光検出システムの一つとして、試料溶液を収容可能な多数のウエルを備えたマイクロタイタープレートと呼ばれる分析用のプレートが知られており、蛍光物質によって標識された試料溶液をウエルに収容し、試料溶液に光を照射して、蛍光物質を励起し、蛍光物質から放出された蛍光を検出して、生化学的な分析を実施するように構成されている。
【０００５】
さらに、近年、スライドガラス板やメンブレンフィルタなどの基板表面上の異なる位置に、ホルモン類、腫瘍マーカー、酵素、抗体、抗原、アブザイム、その他のタンパク質、核酸、ｃＤＮＡ、ＤＮＡ、ＲＮＡなど、生体由来の物質と特異的に結合可能で、かつ、塩基配列や塩基の長さ、組成などが既知の特異的結合物質を、スポッター装置を用いて、滴下して、多数の独立したスポットを形成し、次いで、ホルモン類、腫瘍マーカー、酵素、抗体、抗原、アブザイム、その他のタンパク質、核酸、ｃＤＮＡ、ＤＮＡ、ｍＲＮＡなど、抽出、単離などによって、生体から採取され、あるいは、さらに、化学的処理、化学修飾などの処理が施された生体由来の物質であって、蛍光色素などの標識物質によって標識された物質をハイブリダイズさせたマイクロアレイに、励起光を照射して、蛍光色素などの標識物質から発せられた蛍光などの光を光電的に検出して、生体由来の物質を解析するマイクロアレイ検出システムが開発されている。このマイクロアレイ画像検出システムによれば、スライドガラス板やメンブレンフィルタなどの基板表面上の異なる位置に、数多くの特異的結合物質のスポットを高密度に形成して、標識物質によって標識された生体由来の物質をハイブリダイズさせることによって、短時間に、生体由来の物質を解析することが可能になるという利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
蛍光検出システムやマイクロアレイ検出システムにおいては、標識物質に励起光を照射して、励起し、標識物質から放出された蛍光を、光検出器によって、光電的に検出して、画像データなどの生化学的な分析用のデータを生成するものであり、したがって、励起光が光検出器に入射するとノイズを生成し、分析の精度が低下するため、励起光をカットして、光検出器に入射することを防止する励起光カットフィルタが設けられている。
【０００７】
しかしながら、励起光カットフィルタを設けても、励起光を完全にカットすることは困難であるため、標識物質に励起光を照射して、標識物質を励起した後、励起光の照射を停止し、励起光の照射終了後にも、標識物質から放出されている長寿命蛍光を検出することによって、励起光が検出されることに起因するノイズの生成を防止する方法が提案されている。
【０００８】
かかる長寿命蛍光を検出する方法を用いて、マイクロタイタープレートの多数のウエルに収容された試料溶液に含まれた蛍光物質を励起して、長寿命蛍光を検出する場合、従来は、ウエルに、順次、励起光を照射し、ウエルに収容された試料溶液に含まれた蛍光物質を励起して、励起光の照射を停止している間に、蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、フォトマルチプライアなどの光検出器を用いて、光電的に検出することによって、生化学的な分析用データを生成していた。
【０００９】
しかしながら、マイクロタイタープレートには、たとえば、９６などの多数のウエルが形成されており、また、１回の励起光照射によって、検出される長寿命蛍光の光量は小さいため、励起光を照射し、励起光照射の停止して、長寿命蛍光を検出するというステップを繰り返すことが必要であり、したがって、すべてのウエルに収容された試料溶液に含まれた蛍光物質を励起して、蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、フォトマルチプライアなどの光検出器を用いて、光電的に検出して、生化学的な分析用データを生成するためには、必然的に、時間がかかり、ウエル内の試料溶液の反応の進行状態が、ウエルによって変化するという問題があった。
【００１０】
かかる問題を解決するため、従来は、各ウエルに、試料溶液を投入する毎に、ウエル内の試料溶液に含まれた蛍光物質を励起して、蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、フォトマルチプライアなどの光検出器を用いて、光電的に検出して、生化学的な分析用データを生成していた。
【００１１】
しかしながら、このようにして、生化学的な分析用データを生成することは、操作が煩雑であるだけでなく、分析用データの生成に、多大な時間を要し、不経済であるという問題があった。
【００１２】
マイクロアレイ検出システムにおいても、スライドガラス板やメンブレンフィルタなどの基板表面上に、スポット状に滴下された特異的結合物質に、標識物質によって標識された生体由来の物質をハイブリダイズさせたスポットの状態が経時的に変化する場合があり、マイクロタイタープレートの場合と、同様の問題を有していた。
【００１３】
したがって、本発明は、互いに独立して形成されるとともに、二次元的なひろがりをもって、分布され、少なくともその一部が蛍光物質を含んだ試料を備えた画像担体に励起光を照射して、蛍光物質を励起し、蛍光物質から放出された蛍光を光電的に検出することによって、短時間に、かつ、簡易な操作で、ノイズの少ない画像データを生成することができる画像データ生成方法および装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のかかる目的は、互いに独立して形成されるとともに、二次元的なひろがりをもって、分布され、少なくともその一部が蛍光物質を含んだ試料を備えた画像担体に、励起光を照射して、前記試料に含まれる蛍光物質を励起し、前記画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、前記試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出するステップを備え、少なくとも２つの開口部を有する円板状の回転可能なチョッパを用いて、前記チョッパの１つの開口部が、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光の光路内に位置している間は、前記二次元エリアセンサの光電面を前記チョッパが覆い、前記チョッパが、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光の光路内に位置して、励起光をカットしているときにのみ、前記チョッパの１つの開口部が、前記二次元エリアセンサの光電面の前面に位置するように、前記チョッパを回転制御し、励起光を発する少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光による照射と励起光のカットおよび前記二次元エリアセンサの受光面の開閉とを同期させることによって、前記ステップを実行することを特徴とする画像データの生成方法によって達成される。
【００１５】
本発明によれば、画像担体に、励起光を照射して、試料に含まれる蛍光物質を励起し、画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出しているから、二次元エリアセンサが長寿命蛍光を検出している間は、画像担体に、励起光は照射されておらず、したがって、励起光が、二次元エリアセンサによって受光されることに起因する画像データのノイズを大幅に低減させることが可能になる。
さらに、本発明によれば、少なくとも２つの開口部を有する円板状の回転可能なチョッパを用いて、チョッパの１つの開口部が、少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光の光路内に位置している間は、二次元エリアセンサの光電面をチョッパが覆い、チョッパが、少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光の光路内に位置して、励起光をカットしているときにのみ、チョッパの１つの開口部が、二次元エリアセンサの光電面の前面に位置するように、チョッパを回転制御し、励起光を発する少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光による照射と励起光のカットおよび二次元エリアセンサの受光面の開閉とを同期させることによって、画像担体に、励起光を照射して、試料に含まれる蛍光物質を励起し、画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出するステップが実行されるから、画像担体に励起光が照射されていないときにのみ、確実に、二次元エリアセンサによって、長寿命蛍光を光電的に検出することができ、したがって、励起光が、二次元エリアセンサによって受光されることに起因する画像データのノイズを大幅に低減させることが可能になる。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様においては、前記画像担体に、励起光を照射して、前記試料に含まれる蛍光物質を励起し、前記画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、前記試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出するステップを、２回以上繰り返すことによって、画像データが生成される。
【００１７】
本発明の好ましい実施態様によれば、画像担体に、励起光を照射して、試料に含まれる蛍光物質を励起し、画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出するというステップが、２回以上繰り返されるから、二次元エリアセンサによって、十分な光量の長寿命蛍光を受光することができ、したがって、所望の画像を生成することのできる画像データを生成することが可能になる。
【００１８】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、励起光を発する少なくとも１つの励起光源のオン・オフと、前記二次元エリアセンサのシャッタの開閉とを同期させることによって、画像担体に、励起光を照射して、前記試料に含まれる蛍光物質を励起し、前記画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、前記試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出するステップが実行される。
【００１９】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、励起光を発する少なくとも１つの励起光源のオン・オフと、二次元エリアセンサのシャッタの開閉とを同期させることによって、画像担体に、励起光を照射して、試料に含まれる蛍光物質を励起し、画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出するステップが実行されるから、画像担体に励起光が照射されていないときにのみ、確実に、二次元エリアセンサによって、長寿命蛍光を光電的に検出することができ、したがって、励起光が、二次元エリアセンサによって受光されることに起因する画像データのノイズを大幅に低減させることが可能になる。
【００２２】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記二次元エリアセンサによって、少なくとも励起光の波長の光をカットするフィルタを介して、長寿命蛍光を光電的に検出することによって、画像データが生成される。
【００２３】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、二次元エリアセンサによって、少なくとも励起光の波長の光をカットするフィルタを介して、長寿命蛍光が光電的に検出されるから、二次元エリアセンサが、長寿命蛍光を光電的に検出する際、何らかの原因で、励起光が装置内に存在していても、二次元エリアセンサによって、励起光が検出されることを確実に防止することができ、したがって、励起光が、二次元エリアセンサによって受光されることに起因する画像データのノイズをより大幅に低減させることが可能になる。
【００２４】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記二次元エリアセンサによって、フレネルレンズを介して、長寿命蛍光を光電的に検出することによって、画像データが生成される。
【００２５】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、二次元エリアセンサが、フレネルレンズを介して、長寿命蛍光を光電的に検出するように構成されているから、マイクロタイタープレートの多数のウエル内に収容された試料溶液を標識している蛍光色素の画像を読み取る場合にも、パララックスを生じることなく、マイクロタイタープレートから発せられる蛍光を、二次元エリアセンサによって受光して、画像データを生成することが可能になる。
【００２６】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記二次元エリアセンサとして、ＣＣＤカメラを用いることによって、画像データが生成される。
【００２７】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記二次元エリアセンサとして、冷却ＣＣＤカメラを用いることによって、画像データが生成される。
【００２８】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、二次元エリアセンサとして、冷却ＣＣＤカメラが用いられているから、十分に長い時間にわたって、冷却ＣＣＤカメラを露出することができ、したがって、長寿命蛍光が微弱であっても、所望のように、画像データを生成することが可能になる。
【００２９】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記画像担体として、多数のウエルが形成され、前記ウエル内に、蛍光色素によって標識された試料が収容されたマイクロタイタープレートを用いられる。
【００３０】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、マイクロタイタープレートに形成されたすべてのウエル内に収容された試料を標識している蛍光色素の画像データが、二次元エリアセンサによって、同時に生成されるから、経時的に、ウエル内の試料溶液の反応の進行しても、マイクロタイタープレートに形成されたすべてのウエル内に、一度に、蛍光色素によって標識された試料を収容させることができ、短時間に、かつ、簡易な操作で、ノイズが大幅に低減された画像データを生成することが可能になる。
【００３１】
本発明の前記目的はまた、励起光を発する少なくとも１つの励起光源と、互いに独立して形成されるとともに、二次元的に分布され、少なくともその一部が蛍光物質を含んだ試料を備えた画像担体が載置されるステージと、二次元エリアセンサと、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光を前記ステージに載置された前記画像担体に照射して、前記試料に含まれる蛍光物質を励起し、前記画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、前記試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出させるように制御する制御手段と、少なくとも２つの開口部を有する円板状の回転可能なチョッパを備え、前記制御手段が、前記チョッパの１つの開口部が、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光の光路内に位置している間は、前記二次元エリアセンサの光電面を前記チョッパが覆い、前記チョッパが、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光の光路内に位置して、励起光をカットしているときにのみ、前記チョッパの１つの開口部が、前記二次元エリアセンサの光電面の前面に位置するように、前記チョッパを回転制御するように構成されたことを特徴とする画像データ生成装置によって達成される。
【００３２】
本発明によれば、画像データ生成装置は、少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光をステージに載置された画像担体に照射して、試料に含まれる蛍光物質を励起し、画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出させるように制御する制御手段を備えているから、二次元エリアセンサが長寿命蛍光を検出している間は、画像担体に、励起光は照射されておらず、したがって、励起光が、二次元エリアセンサによって受光されることに起因する画像データのノイズを大幅に低減させることが可能になる。
さらに、本発明によれば、画像データ生成装置が、少なくとも２つの開口部を有する円板状の回転可能なチョッパを備え、制御手段が、チョッパの１つの開口部が、少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光の光路内に位置している間は、二次元エリアセンサの光電面をチョッパが覆い、チョッパが、少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光の光路内に位置して、励起光をカットしているときにのみ、チョッパの１つの開口部が、二次元エリアセンサの光電面の前面に位置するように、チョッパを回転制御するように構成されているから、画像担体に励起光が照射されていないときにのみ、確実に、二次元エリアセンサによって、長寿命蛍光を光電的に検出することができ、したがって、励起光が、二次元エリアセンサによって受光されることに起因する画像データのノイズを大幅に低減させることが可能になる。
【００３３】
本発明の好ましい実施態様においては、前記制御手段が、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光を前記ステージに載置された前記画像担体に照射して、前記試料に含まれる蛍光物質を励起し、前記画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、前記試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出させるステップを、２回以上繰り返すように構成されている。
【００３４】
本発明の好ましい実施態様によれば、画像担体に、励起光を照射して、試料に含まれる蛍光物質を励起し、画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出するというステップが、２回以上繰り返されるから、二次元エリアセンサによって、十分な光量の長寿命蛍光を受光することができ、したがって、所望の画像を生成することのできる画像データを生成することが可能になる。
【００３５】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記制御手段が、前記少なくとも１つの励起光源がオンされている間は、前記二次元エリアセンサのシャッタを閉じ、前記少なくとも１つの励起光源がオフされているときにのみ、前記二次元エリアセンサのシャッタを開くように、前記少なくとも１つの励起光源のオン・オフと、前記二次元エリアセンサのシャッタの開閉を同期させることによって、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光を前記ステージに載置された前記画像担体に照射して、前記試料に含まれる蛍光物質を励起し、前記画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、前記試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出させるように制御するように構成されている。
【００３６】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、制御手段が、少なくとも１つの励起光源がオンされている間は、二次元エリアセンサのシャッタを閉じ、少なくとも１つの励起光源がオフされているときにのみ、二次元エリアセンサのシャッタを開くように、少なくとも１つの励起光源のオン・オフと、二次元エリアセンサのシャッタの開閉を同期させることによって、少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光をステージに載置された画像担体に照射して、試料に含まれる蛍光物質を励起し、画像担体への励起光の照射を停止して、励起光の照射を停止した後に、試料に含まれる蛍光物質から放出される長寿命蛍光を、二次元エリアセンサによって、光電的に検出させるように制御するように構成されているから、画像担体に励起光が照射されていないときにのみ、確実に、二次元エリアセンサによって、長寿命蛍光を光電的に検出することができ、したがって、励起光が、二次元エリアセンサによって受光されることに起因する画像データのノイズを大幅に低減させることが可能になる。
【００３９】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、画像データ生成装置が、さらに、前記少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光を導く光ガイドを備え、前記制御手段が、前記チョッパの１つの開口部が、前記光ガイドの励起光射出端部の前面に位置している間は、前記二次元エリアセンサの光電面を前記チョッパが覆い、前記チョッパが、前記光ガイドの励起光射出端部の前面に位置して、励起光をカットしているときにのみ、前記チョッパの１つの開口部が、前記二次元エリアセンサの光電面の前面に位置するように、前記チョッパを回転制御するように構成されている。
【００４０】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、画像データ生成装置が、さらに、少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光を導く光ガイドを備えているから、少なくとも１つの励起光源から発せられる励起光を、効率よく、画像担体に照射することが可能になる。
【００４１】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記チョッパに、４つの開口部が形成されている。
【００４２】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、蛍光物質から放出される長寿命蛍光の減衰時間が短い場合でも、チョッパを過度に高速で回転させることなく、画像担体に励起光が照射されていないときにのみ、確実に、二次元エリアセンサによって、長寿命蛍光を光電的に検出することができ、したがって、励起光が、二次元エリアセンサによって受光されることに起因する画像データのノイズを大幅に低減させることが可能になる。
【００４３】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、画像データ生成装置は、さらに、前記二次元エリアセンサの前面に、少なくとも励起光の波長の光をカットするフィルタを備えている。
【００４４】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、画像データ生成装置は、さらに、二次元エリアセンサの前面に、少なくとも励起光の波長の光をカットするフィルタを備えているから、二次元エリアセンサが、長寿命蛍光を光電的に検出する際、何らかの原因で、励起光が装置内に存在していても、二次元エリアセンサによって、励起光が検出されることを確実に防止することができ、したがって、励起光が、二次元エリアセンサによって受光されることに起因する画像データのノイズをより大幅に低減させることが可能になる。
【００４５】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、画像データ生成装置は、さらに、前記ステージと、前記二次元エリアセンサの間に、フレネルレンズを備えている。
【００４６】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、画像データ生成装置は、さらに、ステージと二次元エリアセンサの間に、フレネルレンズを備えているから、マイクロタイタープレートの多数のウエル内に収容された試料溶液を標識している蛍光色素の画像を読み取る場合にも、パララックスを生じることなく、マイクロタイタープレートから発せられる蛍光を、二次元エリアセンサによって受光して、画像データを生成することが可能になる。
【００４７】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記二次元エリアセンサが、ＣＣＤカメラによって構成されている。
【００４８】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記二次元エリアセンサが、冷却ＣＣＤカメラによって構成されている。
【００４９】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、二次元エリアセンサが、冷却ＣＣＤカメラによって構成されているから、十分に長い時間にわたって、冷却ＣＣＤカメラを露出することができ、したがって、長寿命蛍光が微弱であっても、所望のように、画像データを生成することが可能になる。
【００５０】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記画像担体が、多数のウエルが形成され、前記ウエル内に、蛍光色素によって標識された試料が収容されたマイクロタイタープレートによって構成されている。
【００５１】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、マイクロタイタープレートに形成されたすべてのウエル内に収容された試料を標識している蛍光色素の画像データが、二次元エリアセンサによって、同時に生成されるから、経時的に、ウエル内の試料溶液の反応の進行しても、マイクロタイタープレートに形成されたすべてのウエル内に、一度に、蛍光色素によって標識された試料を収容させることができ、短時間に、かつ、簡易な操作で、ノイズが大幅に低減された画像データを生成することが可能になる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。
【００５３】
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる画像データ生成装置の略正面図である。
【００５４】
図１に示されるように、画像データ生成装置は、冷却ＣＣＤカメラ１、暗箱２およびパーソナルコンピュータ４を備えている。パーソナルコンピュータ３は、ＣＲＴ４とキーボード５を備えている。
【００５５】
図２は、冷却ＣＣＤカメラ１の略縦断面図である。
【００５６】
図２に示されるように、冷却ＣＣＤカメラ１は、ＣＣＤ６と、アルミニウムなどの金属により作られた伝熱板７と、ＣＣＤ６を冷却するためのペルチエ素子８と、ＣＣＤ６の前面に配置されたシャッタ９と、ＣＣＤ６が生成したアナログ画像データをディジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換器１０と、Ａ／Ｄ変換器１０によってディジタル化された画像データを一時的に記憶する画像データバッファ１１と、冷却ＣＣＤカメラ１の動作を制御するカメラ制御回路１２とを備えている。暗箱２との間に形成された開口部は、ガラス板１５によって閉じられており、冷却ＣＣＤカメラ１の周囲には、ペルチエ素子８が発する熱を放熱するための放熱フィン１６が長手方向のほぼ全面にわたって形成されている。
【００５７】
ガラス板１５の前面の暗箱２内には、レンズフォーカス調整機能を有するカメラレンズ１７が取付けられている。
【００５８】
図３は、暗箱２の略縦断面図である。
【００５９】
図３に示されるように、暗箱２内には、ステージ２０が設けられており、ステージ２０斜め上方には、発光波長中心が３４０ｎｍの励起光を得るための第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２が、それぞれ、設けられている。第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２の前面には、それぞれ、フィルタ２３およびフィルタ２４が貼着されている。フィルタ２３およびフィルタ２４は、３４０ｎｍ近傍の波長以外の蛍光色素の励起に有害な光をカットし、３４０ｎｍ近傍の波長の光のみを透過する性質を有している。カメラレンズ１７の前面には、６１３ｎｍ近傍の波長の光のみを透過するバンドパスフィルタ２５が、取り外し可能に、取りつけられている。
【００６０】
ステージ２０上には、画像担体２６が載置され、本実施態様においては、画像担体２６として、９６のウエル（図示せず）が形成されたマイクロタイタープレートあるいはマイクロアレイが用いられる。
【００６１】
図４は、パーソナルコンピュータ３の周辺のブロックダイアグラムである。
【００６２】
図４に示されるように、パーソナルコンピュータ３は、冷却ＣＣＤカメラ１の露出を制御するＣＰＵ３０と、冷却ＣＣＤカメラ１の生成した画像データを画像データバッファ１１から読み出す画像データ転送手段３１と、画像データ転送手段３１から転送された画像データを記憶する画像データ記憶手段３２と、画像データ記憶手段３２に記憶された画像データに、必要に応じて、画像処理を施す画像データ処理手段３３と、画像データ記憶手段３２に記憶された画像データに基づいて、ＣＲＴ４の画面上に可視画像を表示する画像表示手段３４とを備えている。第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２は光源制御手段３５によって制御されており、光源制御手段３５は、ＣＰＵ３０によって制御されている。ＣＰＵ３０は、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラ制御回路１２に種々の信号を出力可能に構成されている。
【００６３】
図５は、ＣＣＤ６の周辺のブロックダイアグラムである。
【００６４】
図５に示されるように、ＣＣＤ６は、光電センサ４０と出力増幅器４２を備えており、光電センサ４０に蓄積された電荷は、電荷転送路４４を介して、出力増幅器４２に送られて、出力されるように構成されている。電荷転送路４４からの電荷の転送は、読み出し制御回路４６によって制御され、読み出し制御回路４６は、カメラ制御回路１２により制御されている。
【００６５】
本実施態様にかかる画像データ生成装置は、９６のウエル（図示せず）が形成され、ウエル内に、蛍光色素によって標識された試料溶液が収容されたマイクロタイタープレートあるいはスライドガラス板やメンブレンフィルタなどの基板表面上に、スポット状に滴下された特異的結合物質に、蛍光色素によって標識された生体由来の物質をハイブリダイズさせたスポットを有するマイクロアレイが画像担体２６として用いられ、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオンして、画像担体２６に励起光を照射し、蛍光色素を励起した後、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオフし、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオフされた後にも、蛍光色素から放出される長寿命蛍光を、カメラレンズ１７を介して、冷却ＣＣＤカメラ１のＣＣＤ６によって検出し、蛍光色素の画像データを生成可能に構成されている。
【００６６】
マイクロタイタープレートが担持している蛍光色素の画像データを生成するときは、まず、ユーザーによって、カメラレンズ１７が用られて、レンズフォーカス合わせがなされる。
【００６７】
次いで、画像担体２６として、３価のユーロピウムによって賦活された蛍光色素である米国のパーキンエルマーライフサイエンス株式会社グループ下のWallac  Oy 製の「DELFIA」（商品名）によって標識された試料溶液が、９６のウエル内に収容されたマイクロタイタープレート（図示せず）がステージ２０上に載置されて、暗箱２が閉じられる。
次いで、ユーザーによって、キーボード５に、露出開始信号が入力されると、ＣＰＵ３０は、光源制御手段３５に、光源点灯信号を出力し、光源制御手段３５は、光源点灯信号を受けると、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオンする。
【００６８】
その結果、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２から、発光波長中心が３４０ｎｍの励起光が、ステージ２０上に載置された画像担体２６に向けて、発せられ、マイクロタイタープレートに形成された９６のウエル内に収容されている試料溶液を標識している蛍光色素である米国のパーキンエルマーライフサイエンス株式会社グループ下のWallac  Oy 製の「DELFIA」（商品名）が励起されて、６１３ｎｍの波長の蛍光が放出される。
【００６９】
所定の時間が経過すると、ＣＰＵ３０は、光源制御手段３５に、光源消灯信号を出力し、光源制御手段３５は、光源消灯信号を受けると、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオフする。
【００７０】
同時に、ＣＰＵ３０は、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラ制御回路１２に、露出信号を出力し、シャッタ９を開放させる。
【００７１】
その結果、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオフした後にも、蛍光色素から放出されている６１３ｎｍの波長の長寿命蛍光が、バンドパスフィルタ２５およびカメラレンズ１７を介して、冷却ＣＣＤカメラ１のＣＣＤ６の光電面に入射して、光電面に画像を形成する。ＣＣＤ６の光電センサ４０は、こうして、光電面に形成された画像の光を受け、これを電荷の形で蓄積する。バンドパスフィルタ２５は、６１３ｎｍ近傍の波長の光のみを透過する性質を有しているから、マイクロタイタープレートの９６のウエル内に収容された試料溶液を標識している蛍光色素である米国のパーキンエルマーライフサイエンス株式会社グループ下のWallac  Oy 製の「DELFIA」（商品名）から放出された６１３ｎｍの波長の長寿命蛍光のみがＣＣＤ６の光電センサ４０によって受光される。
【００７２】
所定の時間が経過した後、ＣＰＵ３０は、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラ制御回路１２に、露出停止信号を出力し、シャッタ９を閉じさせる。
【００７３】
同時に、ＣＰＵ３０は、光源制御手段３５に、光源点灯信号を出力して、光源制御手段３５に、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオンさせる。
【００７４】
その結果、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２から、再び、発光波長中心が３４０ｎｍの励起光が、ステージ２０上に載置された画像担体２６に向けて、発せられ、マイクロタイタープレートに形成された９６のウエル内に収容されている試料溶液を標識している蛍光色素である米国のパーキンエルマーライフサイエンス株式会社グループ下のWallac  Oy 製の「DELFIA」（商品名）が励起されて、６１３ｎｍの波長の蛍光が放出される。
【００７５】
所定の時間が経過すると、ＣＰＵ３０は、光源制御手段３５に、光源消灯信号を出力して、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオフさせる。
【００７６】
同時に、ＣＰＵ３０は、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラ制御回路１２に、露出信号を出力し、シャッタ９を再び開放させる。
【００７７】
その結果、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオフした後にも、蛍光色素から放出されている６１３ｎｍの波長の長寿命蛍光が、バンドパスフィルタ２５およびカメラレンズ１７を介して、冷却ＣＣＤカメラ１のＣＣＤ６の光電面に入射して、光電面に画像を形成し、ＣＣＤ６の光電センサ４０が、こうして、光電面に形成された画像の光を受け、これを電荷の形で蓄積する。
【００７８】
このような第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２のオン・オフと、シャッタ９の開閉が、所定の露出時間が経過するまで、繰り返される。
【００７９】
本実施態様においては、試料溶液を標識している蛍光色素は、米国のパーキンエルマーライフサイエンス株式会社グループ下のWallac  Oy製の「DELFIA」（商品名）であり、この蛍光色素の長寿命蛍光の減衰時間は約１ｍｓであるので、ＣＰＵ３０は、１ｋＨｚ以下の周波数で、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオン・オフ制御するとともに、シャッタ９を閉じ、開く制御を実行するように構成されている。
【００８０】
所定の露出時間が経過すると、ＣＰＵ３０は、光源制御手段３５に、露出完了信号を出力して、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオフさせるとともに、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラ制御回路１２に露出完了信号を出力する。
【００８１】
カメラ制御回路１２は、ＣＰＵ３０から露出完了信号を受けると、読み出し制御回路４６を駆動して、ＣＣＤ６の光電センサ４０が電荷の形で蓄積したアナログ画像データを、電荷転送路４４を介して、出力増幅器４２に送り、さらに、Ａ／Ｄ変換器１０に転送させて、ディジタル化し、画像データバッファ１１に一時的に記憶させる。
【００８２】
カメラ制御回路１２に露出完了信号を出力するのと同時に、ＣＰＵ３０は、画像データ転送手段３１にデータ転送信号を出力して、冷却ＣＣＤカメラ１の画像データバッファ１１から画像データを読み出させ、画像データ記憶手段３２に記憶させる。
【００８３】
その後、ユーザーがキーボード５に画像生成信号を入力すると、画像表示手段３４により、画像データ記憶手段３２に記憶された画像データが読み出され、必要に応じて、画像データ処理手段３３によって、画像データ処理が施され、画像データ処理が施された画像データに基づいて、ＣＲＴ４の画面上に、マイクロタイタープレートの９６のウエル内に収容された試料溶液を標識している蛍光色素の画像が表示される。
【００８４】
マイクロアレイに担持されている蛍光色素の画像データを生成するときは、画像担体２６として、スライドガラス板やメンブレンフィルタなどの基板表面上に、スポット状に滴下された特異的結合物質に、蛍光色素によって標識された生体由来の物質をハイブリダイズさせたスポットを有するマイクロアレイが、ステージ２０上に載置されて、暗箱２が閉じられる。
【００８５】
マイクロタイタープレートの場合と同様にして、ＣＰＵ３０により、１ｋＨｚ以下の周波数で、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２がオン・オフ制御されるとともに、シャッタ９を閉じ、開く制御が実行されて、所定の露出時間が経過すると、ＣＣＤ６の光電センサ４０が電荷の形で蓄積したアナログ画像データが、電荷転送路４４および出力増幅器４２を介して、Ａ／Ｄ変換器１０に転送させて、ディジタル化され、ディジタル画像データが生成される。
【００８６】
こうして生成されたディジタル画像データに基づいて、マイクロタイタープレートの場合と同様にして、ＣＲＴ４の画面上に、スライドガラス板やメンブレンフィルタなどの基板表面上に、スポット状に滴下された特異的結合物質にハイブリダイズされた生体由来の物質を標識している蛍光色素の画像が表示される。
【００８７】
本実施態様によれば、シャッタ９を閉じた状態に保持して、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオンして、マイクロタイタープレートの９６のウエル内に収容された試料溶液を標識している蛍光色素あるいはスライドガラス板やメンブレンフィルタなどの基板表面上に、スポット状に滴下された特異的結合物質にハイブリダイズされた生体由来の物質を標識している蛍光色素を励起し、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２をオフして、シャッタ９を開き、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２がオフされた後も、蛍光色素から放出される長寿命蛍光を、ＣＣＤ６の光電センサ４０によって光電的に検出し、画像データを生成しており、冷却ＣＣＤカメラ１によって、長寿命蛍光を受光しているときは、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２はオフ状態にあるから、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２から発せられた励起光が、ＣＣＤ６の光電センサ４０によって受光されることに起因する画像データのノイズを大幅に低減させることが可能になる。
【００８８】
また、本実施態様によれば、マイクロタイタープレートに形成された９６のすべてのウエル内に収容された試料溶液を標識している蛍光色素の画像データあるいはスライドガラス板やメンブレンフィルタなどの基板表面上に、スポット状に滴下された特異的結合物質にハイブリダイズされた生体由来の物質を標識しているすべてのスポット内の蛍光色素の画像データは、同時に、冷却ＣＣＤカメラ１によって生成されるから、マイクロタイタープレートに形成されたウエル内の試料溶液の反応が時間とともに進行するような場合にも、マイクロタイタープレートに形成された９６のすべてのウエル内に、一度に、蛍光色素によって標識された試料溶液を収容させることができ、短時間に、かつ、簡易な操作で、ノイズが大幅に低減された画像データを生成することが可能になり、また、スライドガラス板やメンブレンフィルタなどの基板表面上に、スポット状に滴下された特異的結合物質に、標識物質によって標識された生体由来の物質をハイブリダイズさせたスポットの状態が経時的に変化するような場合にも、時間経過の影響を受けない画像データを生成することが可能になる。
【００８９】
さらに、本実施態様によれば、所定の露出時間が経過するまで、ＣＰＵ３０により、１ｋＨｚ以下の周波数で、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２がオン・オフ制御されるとともに、シャッタ９を閉じ、開く制御が実行されているから、冷却ＣＣＤカメラ１のＣＣＤ６の光電センサ４０に、十分な光量の長寿命蛍光を受光させることができ、したがって、所望の画像を生成することのできる画像データを生成することが可能になる。
【００９０】
図６は、本発明の別の好ましい実施態様にかかる画像データ生成装置の冷却ＣＣＤカメラの略縦断面図である。
【００９１】
図６に示されるように、本実施態様にかかる画像データ生成装置においては、冷却ＣＣＤカメラ１は、シャッタを備えていない点を除いて、図２と同様の構成を有している。
【００９２】
図７は、暗箱２の略縦断面図である。
【００９３】
図７に示されるように、本実施態様にかかる画像データ生成装置においては、６１３ｎｍ近傍の波長の光のみを透過するバンドパスフィルタは設けられておらず、また、キセノンフラッシュランプ５２から発せられる励起光は、光ファイバ５４によって、暗箱２内に導かれるように構成されている。
【００９４】
図７に示されるように、チョッパ５０は、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラレンズ１７の前面に位置するとともに、光ファイバ５４の励起光射出端部５６の前面に位置している。
【００９５】
図８は、チョッパ５０の略平面図である。
【００９６】
図８に示されるように、チョッパ５０は、回転可能な円板５８によって形成されており、円板５８には、ＣＣＤ６を露光するための一対のＣＣＤ露光用開口部６０が、回転方向に、１８０度の角度を隔てて、形成され、キセノンフラッシュランプ５２から発せられる励起光を暗箱２内に導くための一対の励起光用開口部６２が、回転方向に、１８０度の角度を隔てて、形成されている。
【００９７】
ここに、一対のＣＣＤ露光用開口部６０と、一対の励起光用開口部６２は、ＣＣＤ露光用開口部６０の一方が、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラレンズ１７の前面に位置しているときは、励起光用開口部６２が、光ファイバ５４の励起光射出端部５６の前面から退避し、チョッパ５０の円板５８によって、光ファイバ５４の励起光射出端部５６が閉じられ、かつ、励起光用開口部６２の一方が、光ファイバ５４の励起光射出端部５６の前面に位置しているときは、ＣＣＤ露光用開口部６０が、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラレンズ１７の前面から退避して、チョッパ５０の円板５８によって、カメラレンズ１７が閉じられるような位置関係に形成されている。
【００９８】
本実施態様において、チョッパ５０の回転は、パーソナルコンピュータ３のＣＰＵ３０によって制御されている。
【００９９】
本実施態様においても、マイクロタイタープレートに形成された９６のウエル内に収容された試料溶液を標識する蛍光色素あるいはスライドガラス板やメンブレンフィルタなどの基板表面上に、スポット状に滴下された特異的結合物質にハイブリダイズされた生体由来の物質を標識する蛍光色素として、米国のパーキンエルマーライフサイエンス株式会社グループ下のWallac  Oy 製の「DELFIA」（商品名）が用いられており、この蛍光色素の長寿命蛍光の減衰時間は約１ｍｓであるので、ＣＰＵ３０は、１ｋＨｚ以下の周波数で、キセノンフラッシュランプ５２をオン・オフ制御するように、たとえば、１００Ｈｚの周波数で、駆動するときは、ＣＣＤ６の露光時に、チョッパ５０を、３０００ｒｐｍで、回転させるように、チョッパ５０を回転駆動するモータ（図示せず）を制御している。
【０１００】
以上のように構成された本発明の別の好ましい実施態様にかかる画像データ生成装置は、次のようにして、マイクロタイタープレートが担持している蛍光色素の画像データを生成する
まず、チョッパ５０のＣＣＤ露光用開口部６０が、カメラレンズ１７の前面に位置した状態で、ユーザーによって、カメラレンズ１７が用られ、レンズフォーカス合わせがなされる。
【０１０１】
次いで、画像担体２６として、３価のユーロピウムによって賦活された蛍光色素である米国のパーキンエルマーライフサイエンス株式会社グループ下のWallac  Oy製の「DELFIA」（商品名）によって標識された試料溶液が、９６のウエル内に収容されたマイクロタイタープレート（図示せず）がステージ２０上に載置されて、暗箱２が閉じられる。
次いで、ユーザーによって、キーボード５に、露出開始信号が入力されると、ＣＰＵ３０は、チョッパ５０を回転駆動するモータ（図示せず）に駆動信号を出力して、１ｋＨｚ以下の周波数で、キセノンフラッシュランプ５２をオン・オフ制御するように、たとえば、１００Ｈｚの周波数で、駆動するときは、ＣＣＤ６の露光時に、チョッパ５０を、３０００ｒｐｍの回転数で回転させる。
【０１０２】
次いで、ＣＰＵ３０は、光源制御手段３５に、光源点灯信号を出力し、光源制御手段３５は、光源点灯信号を受けると、キセノンフラッシュランプ５２をオンする。
【０１０３】
その結果、励起光用開口部６２の一方が、光ファイバ５４の励起光射出端部５６の前面に位置しているときは、ＣＣＤ露光用開口部６０が、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラレンズ１７の前面から退避し、チョッパ５０の円板５８によって、カメラレンズ１７が閉じられるような位置関係に、一対のＣＣＤ露光用開口部６０と、一対の励起光用開口部６２が、円板５８に形成されているため、カメラレンズ１７が、チョッパ５０の円板により閉じられた状態で、キセノンフラッシュランプ５２から発せられた発光波長中心が３４０ｎｍの励起光が、光ファイバ５４の励起光射出端部５６を介して、暗箱２内に導かれて、マイクロタイタープレートに形成された９６のウエル内に収容されている試料溶液を標識している蛍光色素である米国のパーキンエルマーライフサイエンス株式会社グループ下のWallac  Oy 製の「DELFIA」（商品名）が励起されて、６１３ｎｍの波長の蛍光が放出される。
【０１０４】
他方、ＣＣＤ露光用開口部６０の一方が、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラレンズ１７の前面に位置しているときは、励起光用開口部６２が、光ファイバ５４の励起光射出端部５６の前面から退避し、チョッパ５０の円板５８によって、光ファイバ５４の励起光射出端部５６が閉じられているから、キセノンフラッシュランプ５２から発せられた励起光が、光ファイバ５４の励起光射出端部５６により、暗箱２内に導かれてない間だけ、励起光の照射が完了した後にも、蛍光色素から放出されている６１３ｎｍの波長の長寿命蛍光が、バンドパスフィルタ２５およびカメラレンズ１７を介して、冷却ＣＣＤカメラ１のＣＣＤ６の光電面に入射して、光電面に画像を形成し、ＣＣＤ６の光電センサ４０が、こうして、光電面に形成された画像の光を受け、これを電荷の形で蓄積する。
【０１０５】
チョッパ５０は、ＣＰＵ３０によって、１ｋＨｚ以下の周波数で、キセノンフラッシュランプ５２をオン・オフ制御するように、たとえば、１００Ｈｚの周波数で、駆動されるときは、ＣＣＤ６の露光時に、３０００ｒｐｍの回転数で回転されるように制御されているから、１ｋＨｚ以下の周波数で、蛍光色素への励起光の照射と長寿命蛍光の検出が繰り返される。
【０１０６】
所定の露出時間が経過すると、ＣＰＵ３０は、光源制御手段３５に、露出完了信号を出力して、キセノンフラッシュランプ５２をオフさせるとともに、冷却ＣＣＤカメラ１のカメラ制御回路１２に露出完了信号を出力する。
【０１０７】
カメラ制御回路１２は、ＣＰＵ３０から露出完了信号を受けると、読み出し制御回路４６を駆動して、ＣＣＤ６の光電センサ４０が電荷の形で蓄積したアナログ画像データを、電荷転送路４４を介して、出力増幅器４２に送り、さらに、Ａ／Ｄ変換器１０に転送させて、ディジタル化し、画像データバッファ１１に一時的に記憶させる。
【０１０８】
カメラ制御回路１２に露出完了信号を出力するのと同時に、ＣＰＵ３０は、画像データ転送手段３１にデータ転送信号を出力して、冷却ＣＣＤカメラ１の画像データバッファ１１から画像データを読み出させ、画像データ記憶手段３２に記憶させる。
【０１０９】
その後、ユーザーがキーボード５に画像生成信号を入力すると、画像表示手段３４により、画像データ記憶手段３２に記憶された画像データが読み出され、必要に応じて、画像データ処理手段３３によって、画像データ処理が施され、画像データ処理が施された画像データに基づいて、ＣＲＴ４の画面上に、マイクロタイタープレートの９６のウエル内に収容された試料溶液を標識している蛍光色素の画像が表示される。
【０１１０】
マイクロアレイに担持されている蛍光色素の画像データを生成するときも、同様にして、チョッパ５０が、１ｋＨｚ以下の周波数で、キセノンフラッシュランプ５２をオン・オフ制御するように、たとえば、１００Ｈｚの周波数で、駆動されるときは、ＣＣＤ６の露光時に、３０００ｒｐｍの回転数で、回転されて、長寿命蛍光が、冷却ＣＣＤカメラ１によって受光される。
【０１１１】
本実施態様によれば、チョッパ５０を回転させて、蛍光色素への励起光の照射と長寿命蛍光の検出が繰り返されるように構成されているから、簡易な構成で、かつ、確実に、励起光が照射されていないときにのみ、長寿命蛍光を、ＣＣＤ６の光電センサ４０によって受光し、キセノンフラッシュランプ５２から発せられた励起光が、ＣＣＤ６の光電センサ４０によって受光されることに起因する画像データのノイズを大幅に低減させることが可能になる。
【０１１２】
また、本実施態様によれば、カメラレンズ１７の前面に、６１３ｎｍの波長の光のみを透過するバンドパスフィルタが設けられていないから、より多くの光量の長寿命蛍光をＣＣＤ６の光電センサ４０によって受光することが可能になる。
【０１１３】
図９は、本発明の他の好ましい実施態様にかかる画像データ生成装置の暗箱２の略縦断面図である。
【０１１４】
図９に示されるように、本実施態様にかかる画像データ生成装置は、さらに、ステージ２０の上方に、ステイ７２によって、フレネルレンズ７０が支持されている点を除き、図１ないし図５に示された実施態様と同様の構成を有している。
【０１１５】
本実施態様においては、画像データ生成装置は、ステージ２０の上方に、さらに、フレネルレンズ７０を備えているので、マイクロタイタープレートの９６のウエル内に収容された試料溶液を標識している蛍光色素の画像を読み取る場合にも、パララックスを生じることなく、マイクロタイタープレートから発せられる蛍光を、ＣＣＤ６の光電センサ４０によって受光して、画像データを生成することが可能になる。
【０１１６】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【０１１７】
たとえば、前記実施態様においては、マイクロタイタープレートに形成された９６のウエル内に収容された試料溶液を標識する蛍光色素あるいはスライドガラス板やメンブレンフィルタなどの基板表面上に、スポット状に滴下された特異的結合物質にハイブリダイズされた生体由来の物質を標識する蛍光色素として、米国のパーキンエルマーライフサイエンス株式会社グループ下のWallac  Oy 製の「DELFIA」（商品名）が用いられているが、ある程度の長さ以上の長寿命蛍光の減衰時間を有する蛍光物質であればよく、「DELFIA」（商品名）に代えて、たとえば、SYPRO  Ruby（登録商標）などの蛍光色素を用いることもできる。
【０１１８】
さらに、前記実施態様においては、９６のウエルが形成されたマイクロタイタープレートを用いているが、３８４のウエルが形成されたマイクロタイタープレートを用いることもでき、マイクロタイタープレートに形成されたウエルの数は限定されるものではない。
【０１１９】
また、前記実施態様においては、１ｋＨｚ以下の周波数で、蛍光色素への励起光の照射と長寿命蛍光の検出が繰り返されるように、ＣＰＵ３０が、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２のオン・オフおよびシャッタ９の開閉あるいはチョッパ５０の回転を制御しているが、いかなる周波数で、蛍光色素への励起光の照射と長寿命蛍光の検出が繰り返されるように制御するかは、蛍光物質が放出する長寿命蛍光の減衰時間によって、任意に決定することができる。
【０１２０】
さらに、前記実施態様においては、発光発光波長中心が３４０ｎｍの励起光を得るための第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２あるいはキセノンフラッシュランプ５２が用いられているが、かかる波長の励起光を発する励起光源に限定されるものではなく、使用する蛍光物質に応じて、任意の波長の励起光を発する励起光源を用いることができる。
【０１２１】
また、図１ないし図５に示された実施態様および図９に示された実施態様においては、カメラレンズ１７の前面に、６１３ｎｍの波長の光のみを透過するバンドパスフィルタ２５が設けられているが、６１３ｎｍの波長の光のみを透過するバンドパスフィルタ２５に代えて、励起光の波長近傍の光をカットする励起光カットフィルタを、カメラレンズ１７の前面に設けてもよい。
【０１２２】
さらに、図６ないし図８に示された実施態様においては、カメラレンズ１７の前面に、バンドパスフィルタは設けられていないが、６１３ｎｍの波長の光のみを透過するバンドパスフィルタを、カメラレンズ１７の前面に設けるようにしてもよい。
【０１２３】
また、図１ないし図５に示された実施態様および図９に示された実施態様においては、カメラレンズ１７の前面に、６１３ｎｍの波長の光のみを透過するバンドパスフィルタ２５が設けられているが、場合によっては、バンドパスフィルタ２５を設けないようにすることもできる。
【０１２４】
さらに、図１ないし図５に示された実施態様においては、第一のキセノンフラッシュランプ２１および第二のキセノンフラッシュランプ２２が設けられているが、いずれか一方のみを設けるようにしてもよい。
【０１２５】
また、図６ないし図８に実施態様においては、単一のキセノンフラッシュランプ５２のみが設けられているが、カメラレンズ１７を挟むように、２つのキセノンフラッシュランプを設けることもできる。
【０１２６】
さらに、図６ないし図８に示される実施態様においては、フレネルレンズは設けられていないが、図９に示された実施態様と同様に、フレネルレンズ７０を設けることもできる。
【０１２７】
また、図９に示された実施態様においては、フレネルレンズ７０はステイ７２によって支持されているが、マイクロタイタープレート上に重ね合わせるようにしてもよい。
【０１２８】
また、図９に示された実施態様においては、フレネルレンズ７０を設けているが、フレネルレンズ７０に代えて、凸レンズを設けることもできる。
【０１２９】
さらに、前記実施態様においては、マイクロタイタープレートの９６のウエル内に収容された試料溶液を標識している蛍光色素の画像およびスライドガラス板やメンブレンフィルタなどの基板表面上に、スポット状に滴下された特異的結合物質にハイブリダイズされた生体由来の物質を標識している蛍光色素の画像を読み取って、画像データを生成する場合につき、説明を加えたが、本発明は、かかる蛍光色素の画像を読み取って、画像データを生成する場合に限定されるものではなく、本発明は、互いに独立して形成され、二次元的に分布された蛍光物質によって標識されている試料の状態が経時的に変化する場合における蛍光物質の画像の読み取り、画像データの生成に広く適用することができる。
【０１３０】
また、前記実施態様においては、冷却ＣＣＤカメラ１の周囲に、ペルチエ素子８が発する熱を放熱するための放熱フィン１６が、長手方向のほぼ１／２にわたって形成されているが、長手方向のすべてにわたって、放熱フィン１６を設けてもよく、ＣＣＤカメラ１の周囲に、どの程度、放熱フィン１４を設けるかは、任意に決定することができる。
【０１３１】
さらに、前記実施態様においては、冷却ＣＣＤカメラ１を用いているが、冷却手段を備えないＣＣＤカメラを用いることもできる。
【０１３２】
また、前記実施態様においては、ＣＣＤカメラ１を用いているが、ＣＣＤカメラ１に代えて、ＣＩＤ（電荷注入素子）、ＰＤＡ（フォトダイオードアレイ）、ＭＯＳ型撮像素子など、二次元エリアセンサとして機能する他の固体撮像素子を用いることもできる。
【０１３３】
さらに、図６ないし図８に示された実施態様においては、一対のＣＣＤ露光用開口部６１および一対の励起光用開口部６２が形成されたチョッパ５０を用いているが、ＣＣＤ露光用開口部６１および励起光用開口部６２が、一つづつ、形成されたチョッパ５０を用いることも、３以上のＣＣＤ露光用開口部６１および励起光用開口部６２が形成されたチョッパ５０を用いることもできる。
【０１３４】
また、図６ないし図８に示された実施態様においては、光ファイバ５４によって、キセノンフラッシュランプ５２から発せられた励起光が導かれているが、光ファイバ５４に代えて、他の光ガイドを用いるようにしてもよい。
【０１３５】
さらに、図６ないし図８に示された実施態様においては、キセノンフラッシュランプ５２から発せられた励起光を導く光ファイバ５４の励起光射出端部の前面に、チョッパ５０が配置されているが、光ファイバ５４を設けずに、キセノンフラッシュランプ５２の前面に、チョッパ５０を配置することもできる。
【０１３６】
また、前記実施態様においては、ＣＲＴ４の画面上に、画像を再生するように構成されているが、ＣＲＴ７４に代えて、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイを用いることもできる。
【０１３７】
【発明の効果】
本発明によれば、互いに独立して形成されるとともに、二次元的なひろがりをもって、分布され、少なくともその一部が蛍光物質を含んだ試料を備えた画像担体に励起光を照射して、蛍光物質を励起し、蛍光物質から放出された蛍光を光電的に検出することによって、短時間に、かつ、簡易な操作で、ノイズの少ない画像データを生成することができる画像データ生成方法および装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる画像データ生成装置の略正面図である。
【図２】図２は、冷却ＣＣＤカメラの略縦断面図である。
【図３】図３は、暗箱の略縦断面図である。
【図４】図４は、パーソナルコンピュータの周辺のブロックダイアグラムである。
【図５】図５は、ＣＣＤの周辺のブロックダイアグラムである。
【図６】図６は、本発明の別の好ましい実施態様にかかる画像データ生成装置の冷却ＣＣＤカメラの略縦断面図である。
【図７】図７は、本発明の別の好ましい実施態様にかかる画像データ生成装置の暗箱２の略縦断面図である。
【図８】図８は、チョッパの略平面図である。
【図９】図９は、本発明の他の好ましい実施態様にかかる画像データ生成装置の暗箱の略縦断面図である。
【符号の説明】
１  冷却ＣＣＤカメラ
２  暗箱
３  パーソナルコンピュータ
４  ＣＲＴ
５  キーボード
６  ＣＣＤ
７  伝熱板
８  ペルチエ素子
９  シャッタ
１０  Ａ／Ｄ変換器
１１  画像データバッファ
１２  カメラ制御回路
１５  ガラス板
１６  放熱フィン
１７  カメラレンズ
２０  ステージ
２１  第一のキセノンフラッシュランプ
２２  第二のキセノンフラッシュランプ
２３  フィルタ
２４  フィルタ
２５  バンドパスフィルタ
２６  画像担体
３０  ＣＰＵ
３１  画像データ転送手段
３２  画像データ記憶手段
３３  画像データ処理手段
３４  画像表示手段
３５  光源制御手段
４０  光電センサ
４２  出力増幅器
４４  電荷転送路
４６  読み出し制御回路
５０  チョッパ
５２  キセノンフラッシュランプ
５４  光ファイバ
５６  光ファイバの励起光射出端部
５８  円板
６０  ＣＣＤ露光用開口部
６２  励起光用開口部
７０  フレネルレンズ
７２  ステイ
【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】
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【図９】
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