JPH05164687A - レシオイメージング装置 - Google Patents

レシオイメージング装置

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JPH05164687A
JPH05164687A JP3335088A JP33508891A JPH05164687A JP H05164687 A JPH05164687 A JP H05164687A JP 3335088 A JP3335088 A JP 3335088A JP 33508891 A JP33508891 A JP 33508891A JP H05164687 A JPH05164687 A JP H05164687A
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JP3335088A
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Kiyoshi Kamiya
清 神谷
Shigeru Uchiyama
茂 内山
Hideyori Oishi
英資 大石
Norikazu Sugiyama
範和 杉山
Yoshinori Mizuguchi
義則 水口
Masahiko Hirano
雅彦 平野
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡素な構成にして優れた測定精度を得ること
ができるレシオイメージング装置を提供することを目的
とする。 【構成】 、被測定試料からの光学像を少なくとも２つ
の波長範囲ごとの複数の光学像に分離して、夫々の波長
範囲ごとの光学像を投影する光学系と、上記光学系によ
って投影された夫々の光学像を同一画角内の１フレーム
画として同時に撮像する撮像手段と、上記撮像手段から
出力される画像信号をディジタル化して、各波長範囲ご
との光学像の輝度レベルの比を演算し、該比に基いて上
記被測定試料に含有される物質の量の分布を測定する画
像処理手段とを備える構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学顕微鏡などに適用
されるレシオイメージング装置に関し、被測定試料に含
有される複数の物質の２次元分布などを測定するレシオ
イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、このようなレシオイメージング装
置としては、図７または図８に示す構成のものが知られ
ている。
【０００３】まず、図７の従来例にあっては、被測定試
料１とビデオカメラ３の間に、通過波長帯域の異なる一
対の光学バンドパスフィルタ２ａ，２ｂを有する光学系
２が設けられ、これらの光学バンドパスフィルタ２ａ，
２ｂの位置を切換えることによって、被測定試料１から
ビデオカメラ３に入力される光学像の波長帯域を変える
ようになっている。
【０００４】ビデオカメラ３から出力される画像信号
は、画像処理装置４に入力されて、各波長帯域ごとのデ
ィジタル画像データに変換され、更に、内部の演算手段
（図示せず）が、これらのディジタル画像データの比を
演算することによって、被測定試料１に含まれている物
質の量の分布を２次元的に定量する。
【０００５】尚、光学バンドパスフィルタ２ａ，２ｂの
切換えを行う必要があるので、例えば、最初に、光学バ
ンドパスフィルタ２ａを通過してきた光学像をビデオカ
メラ３で撮像して、画像処理装置４がこのディジタル画
像データを一旦フレームメモリに格納し、次に、光学バ
ンドパスフィルタ２ｂに切換えて、これを通過してきた
光学像をビデオカメラ３で撮像してもう一方のディジタ
ル画像データを得、そして、画像処理装置４が、このよ
うに時間的にずらして撮像を行うことで得られた波長帯
域の異なる２つのディジタル画像データについて比を演
算するようになっている。
【０００６】図８の従来例にあっては、被測定試料１か
らの光学像をダイクロイックミラー５で２分割し、一方
の光学像が第１の光学バンドパスフィルタ２ａを通過し
て第１のビデオカメラ３ａに入力され、他方の光学像
は、第１の光学フィルタの通過波長帯域と異なる通過波
長帯域を有する第２の光学バンドパスフィルタ２ｂを通
過して第２のビデオカメラ３ｂに入力される。そして、
夫々のビデオカメラ３ａ，３ｂから出力される画像信号
Ｓａ，Ｓｂは画像処理装置４に入力されて、各波長帯域
ごとのディジタル画像データに変換され、更に、内部の
演算手段（図示せず）が、これらのディジタル画像デー
タの比を演算することによって、被測定試料１に含まれ
ている物質の量の分布を２次元的に定量する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図７に示し
た従来のレシオイメージング装置にあっては、異なる波
長帯域を有する光学像を得るために、一対の光学バンド
パスフィルタ２ａ，２ｂを時間的にずらして切換えるの
で、撮影期間中に被測定試料１が移動したり、変形する
ような場合には測定することができず、また、被測定試
料１が僅かに移動したり変形するだけで測定精度が低下
することから、基本的に優れた測定精度を得ることが困
難であった。
【０００８】また、図８に示した従来のレシオイメージ
ング装置にあっては、被測定試料１と一対のビデオカメ
ラ３ａ，３ｂの間の光学系は常に固定され、且つ異なっ
た波長帯域の２つの光学像を同時に撮像することができ
るので、測定精度の向上を図ることができる。しかし、
２個のビデオカメラ３ａ，３ｂと、更にこれらのビデオ
カメラ３ａ，３ｂから出力される画像信号を同時にディ
ジタル画像データに変換して信号処理するために、Ａ／
Ｄ変換器やフレームメモリや信号処理用の回路が２系統
分必要であるので、高価な装置となってしまう欠点があ
った。また、図７に示すビデオカメラ３ａ，３ｂの撮像
特性が均一でない場合には、測定精度が低下するので、
最適な測定状態を設定するために調整が繁雑となるなど
の問題があった。
【０００９】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであり、簡素な構成にして優れた測定精
度を得ることができるレシオイメージング装置を提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、被測定試料からの光学像を少なくと
も２つの波長範囲ごとの複数の光学像に分離して、夫々
の波長範囲ごとの光学像を投影する光学系と、上記光学
系によって投影された夫々の光学像を同一画角内の画像
として同時に撮像する撮像手段と、上記撮像手段から出
力される画像信号をディジタル化して、各波長範囲ごと
の光学像の輝度レベルの比を演算し、該比に基いて上記
被測定試料に含有される物質の量の分布を測定する画像
処理手段とを具備する構成とした。
【００１１】
【作用】このような構成を有する本発明のレシオイメー
ジング装置によれば、異なった波長帯域の複数の光学像
を、ビデオカメラなどの撮像手段の画角内に収めて同時
に撮像するので、該撮像手段からは１画面中に複数の光
学像を有する画像信号が出力される。したがって、この
画像信号をディジタル画像データに変換して信号処理す
るための信号処理系が一系統で済み、装置の簡素化を実
現することができる。更に、光学系は常に固定した静止
状態に設定されるので測定精度の向上を図ることができ
る。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面と共に説明す
る。
【００１３】まず、この実施例の概略構成を図１に基い
て説明する。
【００１４】図１において、被測定試料６からの光学像
を光学系７で受光し、光学系７の後に配置されたビデオ
カメラ８で撮像する。そして、撮像によって得られた画
像信号が画像処理装置９に入力され、被測定試料６に含
まれている物質の分布を定量測定する。
【００１５】ここで、光学系７は、図２に示すように、
被測定試料６からの光学像を受光する対物レンズ１０
と、波長の違いに応じて光学像を分離する分離選択手段
１１、分離された光学像を互いに異なった光軸位置に変
換する光軸変換手段１２、及び所定の結像面に夫々の光
学像を結像する結像レンズ１３を有している。
【００１６】即ち、分離選択手段１１は、図３に示すよ
うに、２色性のダイクロイックミラー１４やダイクロイ
ックプリズムなどが適用され、図４に示すように、例え
ば波長λ1 を境にして、それ以上の波長の光をほぼ１０
０％透過し、それより短波長の光をほぼ１００％反射す
ることによって、異なった波長帯域の２つの光学像に分
離する。
【００１７】また、光軸変換手段１２は、ミラーや、プ
リズムを用いて反射、またはウェッジなどによる屈折を
用いることによって、夫々の光学像の光軸位置を設定す
る構成となっている。
【００１８】そして、結像レンズ１３がこれらの光学像
Ａ，Ｂを所定の結像面に結像し、この結像面は、ビデオ
カメラ８に内蔵されている固体撮像デバイスなどの受像
面と一致している。したがって、２つの光学像Ａ，Ｂ
は、固体撮像デバイスなどの受像面に同時に結像され、
ビデオカメラ８によって同一のフレーム画として撮像さ
れる。
【００１９】画像処理装置９は、図５に示す構成を有し
ている。即ち、ビデオカメラ８による撮像で得られた光
学像のビデオ信号を、Ａ／Ｄ変換器１５によってディジ
タル画像データに変換し、歪補正回路１６で光学像の歪
みや２波長の画像間の位置ずれを補正し、更に２波長の
ダークノイズを補正した後、１フレーム画分のディジタ
ル画像データを画像メモリ１７に記憶する。
【００２０】そして、マイクロプロセッサや演算回路な
どを内蔵することによって演算機能を備えた中央制御部
１８が、画像メモリ１７からディジタル画像データを読
出して、光学像ＡとＢに対応するディジタル画像データ
について、相互に対応関係に位置する画素同士で除算演
算を行うことによって、光学像ＡとＢの各画素ごとの輝
度比の２次元分布を求める。
【００２１】例えば、図６に示すように、フレーム画分
のディジタル画像データの内、光学像Ａに相当する画素
ごとのディジタル画像データが、Ａ(1,1)，Ａ(1,2) …
…Ａ(n,m) であり、光学像Ｂに相当する画素ごとのディ
ジタル画像データが、Ｂ(1,1) ，Ｂ(1,2) ……Ｂ(n,m)
であるとすると、光学像ＡとＢは共に等しい大きさの像
であるので、これらのディジタル画像データの各画素に
対応する配列関係が一致し、且つ互いに同数のデータで
構成されることとなる。
【００２２】即ち、中央制御部１８は、夫々の光学像Ａ
とＢの中心位置は、光軸変換手段１２および結像レンズ
１３によって設定される焦点位置で決まり、常に固定し
た位置であることから、これらの中心位置を基準とする
ことにより、光学像ＡとＢの中心に相当する画素の位置
と、光学像ＡとＢが一致するディジタル画像データの範
囲を決める。そして、光学像ＡとＢが画素間で完全に一
致した条件のもとで、各画素ごとにディジタル画像デー
タの輝度比を演算して、上記の２次元分布を求め、２次
元分布のデータを再び画像メモリ１７に格納する。
【００２３】画像表示部１９は、画像メモリ１７から輝
度比のデータＡ(1,1) ／Ｂ(1,1) ，Ａ(1,2) ／Ｂ(1,2)
，……，Ａ(n,m) ／Ｂ(n,m) を読出し、内蔵している
ディスプレーなどに表示する。
【００２４】このようにこの実施例によれば、被測定試
料６からの光学像を２つの波長帯域の２つの光学像に分
離してビデオカメラの画角内に収めて同時に撮像するの
で、１フレーム画中に上記２つの光学像を有することと
なる。したがって、この１フレーム画の画像信号をディ
ジタル画像データに変換して信号処理するための信号処
理系が一系統で済み、装置の簡素化を実現することがで
き、更に、光学系は常に固定した静止状態に設定される
ので測定精度の向上を図ることができる。
【００２５】次に、この実施例を光学顕微鏡に適用した
場合の適用例を説明する。
【００２６】細胞の機能を研究する分野では、ある細胞
を被測定試料として、細胞内のＣａイオン濃度の２次元
分布から細胞の機能を定量的に知るという試みがなされ
ている。
【００２７】例えば、Ｉｎｄｏ−１ＡＭと呼ばれる蛍光
色素を細胞に加えると、この色素は細胞内での加水分解
によってＩｎｄｏ−１に変化し、Ｃａイオンと特異的に
結び付く。そして、この実施例のレシオイメージング装
置を光学顕微鏡の対物レンズ後方側に配置した測定装
置、あるいは顕微鏡内に一体に組み込んだ構造の測定装
置にこのような処理を施した細胞を観察状態にセットし
て測定を開始する。
【００２８】まず、この細胞に約３６０ｎｍの波長の光
を照射することで、蛍光を発生させる。この蛍光は、約
４０５ｎｍの波長では、Ｃａイオンの濃度が高いときに
は蛍光量が多くなり、Ｃａイオンの濃度が低いときには
蛍光量が少なくなるという特性を有する。また、約４８
０ｎｍの波長では、逆に、Ｃａイオンの濃度が高いとき
には蛍光量が少くなり、Ｃａイオンの濃度が低いときに
は蛍光量が多くなるという特性を有する。
【００２９】したがって、図２に示す分離選択手段１
は、約４０５ｎｍの蛍光光学像と約４８０ｎｍの蛍光光
学像に分離する特性を有するダイクロイックミラーなど
を適用し、ビデオカメラ８で撮像して得られる２つの光
学像のディジタル画像データについて中央制御部１８が
相互の比を演算することによって、細胞内のＣａイオン
の２次元分布を定量して、細胞内の特定物質の測定を行
う。
【００３０】このような適用例によれば、心筋のように
高速で形態が変化するような細胞を測定する場合でも、
ビデオカメラ８が１回の撮像を行うだけで測定処理を実
現するので、従来例のように時間的なずれによって測定
が困難となるような不都合が発生せず、静止した被測定
試料と動く被測定試料とに係わらずどのような被測定試
料の測定をも可能とすることから、適用範囲が広く且つ
測定精度の優れた測定装置を提供することができる。ま
た、構造が簡素であるので、測定装置の小型化が可能と
なる。
【００３１】また、ＮＴＳＣ方式に基いたビデオカメラ
を撮像手段に適用し、図５に示す画像メモリ１９を、複
数のフレーム画のデータを格納することができる構成に
すると共に、図１に示すビデオカメラ８をＮＴＳＣ方式
に準拠したビデオカメラとして、画像処理装置９がＮＴ
ＳＣ方式のフレーム周期に同期して上記演算処理を行う
構成にすると、１／３０秒ごとに被測定試料６の状態を
測定することができ、動的な観察を行うことができる。
特に、心筋細胞のように形態が変化する被測定試料の動
的変化を観察するような場合や、被測定試料内に含まれ
る物質の経時変化を観察する場合などに適用すると極め
て優れた効果を発揮する。
【００３２】尚、この実施例および適用例では、２つに
分離した光学像の演算のためにフレーム画を適用する場
合を説明したが、これに限らず、フィールド画を適用し
てもよい。
【００３３】更に、この実施例では、２つの波長帯域の
光学像に分離して、これらの光学像の比を演算する場合
を説明したが、２つの波長帯域の光学像に分離する場合
に限定せず、２以上の複数の波長帯域の光学像を対象に
して、これら複数の光学像の比から特定の物質の分布を
定量するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレシオイ
メージング装置によれば、被測定試料からの光学像を複
数の異なった波長帯域ごとの複数の光学像に分離し、こ
れらの複数の光学像をビデオカメラなどの撮像手段の画
角内に収めて同時に撮像するので、この画像信号をディ
ジタル画像データに変換して信号処理するための信号処
理系が一系統で済み、装置の簡素化を実現することがで
きると共に、光学系が常に固定した静止状態に設定され
るので測定精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレジオイメージング装置の一実施
例の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す光学系の構造を示す構造説明図であ
る。
【図３】図２に示す分離選択手段の機能を説明するため
の機能説明図である。
【図４】図２に示す分離選択手段の機能を更に説明する
ための特性説明図である。
【図５】図１に示す画像処理装置の構成を示すブロック
図である。
【図６】図５中の中央制御部の動作を説明するために説
明図である。
【図７】従来のレジオイメージング装置の構成を示す構
成説明図である。
【図８】従来の他のレジオイメージング装置の構成を示
す構成説明図である。
【符号の説明】
６…被測定試料、７…光学系、８…画像処理装置、９…
被測定試料、１０…対物レンズ、１１…分離選択手段、
１２…光軸変換手段、１３…結像レンズ、１４…ダイク
ロイックミラー、１５…Ａ／Ｄ変換器、１６…歪補正回
路、１７…画像メモリ、１８…中央制御部、１９…画像
処理部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 範和 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 水口 義則 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 平野 雅彦 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被測定試料からの光学像を少なくとも２
    つの波長範囲ごとに複数の光学像に分離して、夫々の波
    長範囲ごとの光学像を投影する光学系と、 上記光学系によって投影された夫々の光学像を同一画角
    内の画像として同時に撮像する撮像手段と、 上記撮像手段から出力される画像信号をディジタル画像
    データにディジタル化し、このディジタル画像データに
    基いて各波長範囲ごとの光学像の輝度レベルの比を演算
    し、該比に基いて上記被測定試料に含有される物質の量
    の分布を測定する画像処理手段と、を具備するレシオイ
    メージング装置。
  2. 【請求項２】 前記光学系は、前記被測定試料からの光
    学像を少なくとも２つの波長範囲ごとの複数の光学像に
    分離する手段として、入力された光学像を波長で分離す
    るダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズム
    が設けられていることを特徴とする請求項１のレシオイ
    メージング装置。
JP3335088A 1991-12-18 1991-12-18 レシオイメージング装置 Pending JPH05164687A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3335088A JPH05164687A (ja) 1991-12-18 1991-12-18 レシオイメージング装置
US07/991,751 US5337081A (en) 1991-12-18 1992-12-17 Triple view imaging apparatus
DE69225303T DE69225303T2 (de) 1991-12-18 1992-12-18 Abbildungsvorrichtung
EP92311607A EP0550995B1 (en) 1991-12-18 1992-12-18 Triple view imaging apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3335088A JPH05164687A (ja) 1991-12-18 1991-12-18 レシオイメージング装置

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