JPH10191182A

JPH10191182A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH10191182A
Application number: JP8349661A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Shimizu; 清水　　仁; Hiroyuki Fukui; 広之福井
Original assignee: Fujifilm Microdevices Co Ltd; Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp; Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、長時間にわたって、露出しても、
ＣＣＤの発する熱に起因したノイズを低減させ、高速に
画像を読み出すことのできる撮像装置を提供すること
を、その課題とする。【解決手段】本発明によれば、この課題は、ＣＣＤ６
の露出時に、ＣＣＤ６の出力増幅器６０に供給される電
力を低下させるＣＰＵ１２を備えた撮像装置によって解
決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像装置に関するもの
であり、さらに詳細には、ＣＣＤを用いた撮像装置であ
って、長時間にわたって、露出しても、ＣＣＤの発する
熱に起因したノイズを低減させ、高速に画像を読み出す
ことのできる撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】蛋白質、核酸配列などの固定された高分
子を、化学発光物質と接触して、化学発光を生じさせる
標識物質により、選択的に標識し、標識物質によって選
択的に標識された高分子と、化学発光物質とを接触させ
て、化学発光物質と標識物質との接触によって生ずる可
視光波長域の化学発光を、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
表示手段あるいは写真フイルムなどの記録材料上に、化
学発光画像を再生して、遺伝子情報などの高分子に関す
る情報を得るようにした化学発光検出システムが知られ
ている。また、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。この蛍
光検出システムによれば、蛍光画像の読み取ることによ
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Ｄ
ＮＡ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ＤＮ
Ａ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、励起光により、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Ｄ
ＮＡ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、励起光によって、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り、
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。

【０００３】このような化学発光や蛍光を、冷却ＣＣＤ
を用いた撮像装置により検出して、化学発光画像や蛍光
画像を生成する場合、化学発光や蛍光は非常に微弱な光
であるため、長時間にわたって、露出をする必要がある
が、長時間にわたり、露出をすると、ＣＣＤが発する熱
により、画像にノイズが生ずることが知られている。こ
のような熱によるノイズを低減させるため、化学発光や
蛍光のような非常に微弱な光を検出するための撮像装置
は、ＣＣＤを冷却する手段を備えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高画質
の画像を得るため、ＣＣＤの画素数は増大する傾向にあ
り、１００万を越える画素を有するＣＣＤから、画像デ
ータを高速で読み出すには、出力増幅器の消費電力は必
然的に増大させざるを得ず、さらに、大量の熱が発生
し、冷却手段により、ＣＣＤを冷却するのでは、ＣＣＤ
が発する熱に起因した画像のノイズを低減させることは
困難であった。天体観測など、非常に微弱な光を、固体
撮像素子により検出して、画像を生成する場合にも、同
様な問題が生ずる。したがって、本発明は、ＣＣＤを備
え、長時間にわたって、露出しても、ＣＣＤの発する熱
に起因したノイズを低減させ、高速に画像を読み出すこ
とのできる撮像装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００５】

【発明の構成】本発明のかかる目的は、ＣＣＤの露出時
に、前記ＣＣＤの出力増幅器に供給される電力を低下さ
せる電力制御手段を備えた撮像装置によって達成され
る。本発明によれば、ＣＣＤの出力増幅器に電力を供給
する必要のないＣＣＤの露出時には、電力制御手段によ
り、ＣＣＤの出力増幅器に供給される電力が低下される
から、高画質の画像を得るため、ＣＣＤの画素数を増大
させても、ＣＣＤが発する熱に起因した画像のノイズを
低減させることが可能になる。本発明の好ましい実施態
様においては、前記電力制御手段が、ＣＣＤの露出時
に、前記出力増幅器に電力が供給しないように構成され
ている。本発明の好ましい実施態様によれば、ＣＣＤの
発熱をより抑制することが可能になる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、本発
明にかかる好ましい実施態様につき、詳細に説明を加え
る。図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる撮像装
置を含む画像生成装置の略正面図である。図１におい
て、画像生成装置は、撮像装置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。図１に示されるよう
に、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。図２は、撮像装置１の略縦断面図で
ある。図２に示されるように、撮像装置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、ＣＣ
Ｄ６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、撮像装置１の動作を制御するＣＰ
Ｕ１２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１３によって閉じられており、撮像装置
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１４が、長手方向のほぼ１／２にわたっ
て形成されている。

【０００７】撮像装置１に設けられたガラス板１３の前
面には、暗箱２内に配置されたイメージ・インテンシフ
ァイア１５が設けられ、イメージ・インテンシファイア
１５の前面には、カメラレンズ１６が取付けられてい
る。図３は、暗箱２の略縦断面図である。図３に示され
るように、暗箱２内には、発光波長中心が４５０ｎｍの
励起光を発する第一の青色ＬＥＤ光源２１が設けられて
おり、第一の青色ＬＥＤ光源２１の斜め上方には、発光
波長中心が４５０ｎｍの励起光を発する第二の青色ＬＥ
Ｄ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３が設けられ
ている。第一の青色ＬＥＤ光源２１の上面には、フィル
タ２４が貼着され、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第
三の青色ＬＥＤ光源２３の前面には、それぞれ、フィル
タ２５およびフィルタ２６が貼着されている。フィルタ
２４、２５、２６は、４５０ｎｍ近傍の波長以外の蛍光
物質の励起に有害な光をカットし、４５０ｎｍ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
１６の前面には、４５０ｎｍ近傍の励起光をカットする
フィルタ２７が、取り外し可能に設けられている。

【０００８】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。図４に示されるよう
に、パーソナルコンピュータ３は、撮像装置１の露出を
制御するＣＰＵ３０と、撮像装置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によって読み出
された画像データに画像処理を施し、画像データ記憶手
段３２に記憶させる画像処理手段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き、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。第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥ
Ｄ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３は、光源制
御手段３５により制御されており、光源制御手段３５に
は、キーボード５から、ＣＰＵ３０を介して、指示信号
が入力されるように構成されている。ＣＰＵ３０は、撮
像装置１のＣＰＵ１２に種々の信号を出力可能に構成さ
れている。

【０００９】図５は、ＣＣＤ６の周辺のブロックダイア
グラムである。図５に示されるように、ＣＣＤ６は、出
力増幅器６０を備えており、出力増幅器６０には、出力
増幅器電源回路６５から電力が供給されている。出力増
幅器電源回路６５は、ＣＰＵ１２によって制御されてお
り、本実施態様においては、ＣＣＤ６の露出時において
は、出力増幅器電源回路６５から出力増幅器６０に供給
される電力が低下するように、ＣＰＵ１２は出力増幅器
電源回路６５を制御している。また、ＣＰＵ６からの画
像データの読み出し制御をおこなう読み出し制御回路７
０が設けられており、読み出し制御回路７０はＣＰＵ１
２によって制御されている。本実施態様にかかる画像生
成装置は、蛍光物質の画像を担持している画像担体から
の蛍光および化学発光物質と標識物質との接触により生
ずる化学発光を検出し、蛍光画像および化学発光画像を
生成可能に構成されており、以下のようにして、蛍光物
質の画像を担持している画像担体からの蛍光を検出し、
可視画像を生成する。ここに、画像担体が蛍光物質の画
像を担持しているとは、蛍光色素によって標識された試
料の画像を担持している場合と、酵素を標識された試料
と結合させた後に、酵素を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、得られた蛍
光物質の画像を担持している場合とを包含している。

【００１０】まず、ユーザーにより、フィルタ２４上
に、サンプルである画像担体１８が載置されて、ピント
合わせがなされ、暗箱２が閉じられた後、ユーザーがキ
ーボード５に露出開始信号を入力すると、光源制御手段
３５によって、第一の青色ＬＥＤ光源２１あるいは第二
の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３
がオンされて、画像担体１８に向けて、励起光が発せら
れる。同時に、露出開始信号は、ＣＰＵ３０を介して、
撮像装置１のＣＰＵ１２に入力され、ＣＰＵ１２によっ
て、シャッタ９が開かれ、ＣＣＤ６の露出が開始され
る。露出開始信号を受けると、ＣＰＵ１２は、同時に、
出力増幅器電源回路６５に電力制御信号を出力し、出力
増幅器電源回路６５から出力増幅器６０に供給される電
力を低下させる。

【００１１】第一の青色ＬＥＤ光源２１あるいは第二の
青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３か
ら発せられた励起光は、フィルタ２４、２５、２６によ
り、４５０ｎｍ近傍の波長の光以外の波長成分がカット
され、その結果、４５０ｎｍ近傍の波長の光により、画
像担体１８中の蛍光物質が励起されて、蛍光が発せられ
る。画像担体１８中の蛍光物質から発せられた蛍光は、
フィルタ２７およびカメラレンズ１６を介して、イメー
ジ・インテンシファイア１５の光電面に入射し、増幅さ
れて、イメージ・インテンシファイア１５の蛍光面に画
像を形成する。撮像装置１のＣＣＤ６は、こうして、イ
メージ・インテンシファイア１５の蛍光面に形成された
画像の光を受け、これを電荷の形で蓄積する。フィルタ
２７によって、励起光である４５０ｎｍ近傍の波長の光
がカットされるため、画像担体１８中の蛍光物質から発
せられた蛍光のみが、撮像装置１のＣＣＤ６によって受
光される。

【００１２】所定の露出時間が経過すると、ＣＰＵ３０
は、撮像装置１のＣＰＵ１２に露出完了信号を出力す
る。ＣＰＵ１２は、ＣＰＵ３０から露出完了信号を受け
ると、出力増幅器電源回路６５に電力制御信号を出力し
て、出力増幅器電源回路６５から出力増幅器６０に供給
される電力を、出力増幅器６０が、が電荷の形で蓄積し
たアナログ画像データを転送可能な電力にまで上昇させ
るとともに、ＣＣＤ６が電荷の形で蓄積したアナログ画
像データを、Ａ／Ｄ変換器１０に転送させ、ディジタル
化させ、画像データバッファ１１に一時的に記憶させ
る。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、撮像装置１の画像データバッ
ファ１１に一時的に記憶されたディジタル画像データを
読み出させ、画像処理手段３３に入力させる。画像処理
手段３３は、画像データ転送手段３１から入力された画
像データに画像処理を施し、画像データ記憶手段３２に
記憶させる。

【００１３】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３５により、データ
記憶手段３３に記憶された画像データが読み出され、読
み出された画像データに基づいて、ＣＲＴ４の画面上
に、蛍光画像が表示される。化学発光画像を生成する場
合には、フィルタ２７を取り除き、第一の青色ＬＥＤ光
源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色Ｌ
ＥＤ光源２３をいずれもオフ状態に保持し、フィルタ２
４上に、化学発光を発するサンプル１８が載置して、サ
ンプル１８から発せられる化学発光を検出する以外は、
蛍光画像を生成する場合と全く同様にして、サンプル１
８から発せられる化学発光を、カメラレンズ１６および
イメージ・インテンシファイア１５を介して、ＣＣＤ６
により光電的に検出させ、画像データを生成して、ＣＲ
Ｔ４の画面上に化学発光画像を表示させる。

【００１４】本実施態様によれば、露出開始信号を受け
ると、ＣＰＵ１２は、出力増幅器電源回路６５に電力制
御信号を出力して、出力増幅器電源回路６５から出力増
幅器６０に供給される電力を低下させているので、化学
発光や蛍光のような非常に微弱な光を検出するため、長
時間にわたって、ＣＣＤ６を露出しても、ＣＣＤ６の発
する熱により、画像にノイズが発生することを防止する
ことができ、また、露出完了信号を受けると、ＣＰＵ１
２は、出力増幅器電源回路６５に電力制御信号を出力し
て、ＣＣＤ６が電荷の形で蓄積したアナログ画像データ
を転送することのできる電力を、出力増幅器電源回路６
５から出力増幅器６０に供給するように制御しているの
で、高画質の画像を得るため、画素数がきわめて多いＣ
ＣＤ６を用いても、高速で、画像データを読み出すこと
が可能になる。

【００１５】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がいうまでもない。たとえば、前
記実施態様においては、ＣＣＤ６の露出時に、ＣＰＵ１
２は、出力増幅器電源回路６５から出力増幅器６０に供
給される電力を低下させるように制御しているが、ＣＣ
Ｄ６の露出動作に影響がなければ、ＣＣＤ６の露出時
に、出力増幅器電源回路６５から出力増幅器６０に、電
力が供給されないように制御することもできる。また、
前記実施態様においては、撮像装置１の前面に、イメー
ジ・インテンシファイア１５を設けているが、イメージ
・インテンシファイア１５を設けることは必ずしも必要
がない。

【００１６】さらに、前記実施態様においては、暗箱２
内に、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光
源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３を設けている
が、第一の青色ＬＥＤ光源２１のみ、あるいは、第二の
青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３の
みを設けるようにしてもよい。また、前記実施態様にお
いては、発光波長中心が４５０ｎｍの励起光を発する青
色ＬＥＤ光源２１、２２、２３を用いているが、蛍光物
質の種類に応じて、発光波長中心が４００ｎｍないし７
００ｎｍの波長の励起光を発するＬＥＤ光源を選択し
て、使用することができる。さらに、前記実施態様にお
いては、キーボード５に、露出開始信号を入力すると、
光源制御手段３６により、第一の青色ＬＥＤ光源２１あ
るいは第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥ
Ｄ光源２３がオンされるように構成されているが、光源
制御手段３６をパーソナルコンピュータ３により制御さ
れように構成することは必ずしも必要がなく、光源制御
手段３６をマニュアルで操作するようにしてもよい。

【００１７】また、前記実施態様においては、画像生成
装置は、４５０ｎｍ近傍の励起光をカットするフィルタ
２７が取り外し可能に構成されており、フィルタ２７を
取り外すことにより、きわめて微弱な化学発光を検出し
て、化学発光画像をのも生成可能に構成されているが、
フィルタ２７をカメラレンズ１６の前面に固定的に設
け、蛍光検出システムにおける蛍光画像のみを生成する
ように構成されていてもよい。さらに、前記実施態様に
おいては、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥ
Ｄ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３を備えてい
るが、化学発光を検出して、化学発光画像のみを生成す
る画像生成装置として使用する場合には、第一の青色Ｌ
ＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の
青色ＬＥＤ光源２３は不要であり、また、フィルタ２
４、２５、２６、２７も必要がない。

【００１８】また、前記実施態様においては、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１４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１４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。さらに、本発明において、手段と
は、必ずしも物理的手段を意味するものではなく、各手
段の機能がソフトウエアによって実現される場合も包含
する。また、一つの手段の機能が二以上の物理的手段に
より実現されても、二以上の手段の機能が一つの物理的
手段により実現されてもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、ＣＣＤを備え、長時間
にわたって、露出しても、ＣＣＤの発する熱に起因した
ノイズを低減させ、高速に画像を読み出すことのできる
撮像装置を提供することが可能となる。

【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撮
像装置を含む画像生成装置の略正面図である。

【図２】図２は、撮像装置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。

【符号の説明】

１撮像装置２暗箱３パーソナルコンピュータ４ＣＲＴ５キーボード６ＣＣＤ７伝熱板８ペルチエ素子９シャッタ１０Ａ／Ｄ変換器１１画像データバッファ１２ＣＰＵ１３ガラス板１４放熱フィン１５イメージ・インテンシファイア１６カメラレンズ１８サンプル２１第一の青色ＬＥＤ光源２２第二の青色ＬＥＤ光源２３第三の青色ＬＥＤ光源２４、２５、２６フィルタ２７フィルタ３０ＣＰＵ３１画像データ転送手段３２画像データ記憶手段３３画像処理手段３４画像表示手段３５光源制御手段６０出力増幅器６５出力増幅器電源回路７０読み出し制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＣＤ（電荷結合素子）を備え、前記Ｃ
ＣＤの露出時に、前記ＣＣＤの出力増幅器に供給される
電力を低下させる電力制御手段を備えたことを特徴とす
る撮像装置。
【請求項２】前記電力制御手段が、前記ＣＣＤの露出
時に、前記ＣＣＤの出力増幅器に電力を供給しないよう
に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装
置。