光検出装置および被検体撮像方法
【課題】信号読出し時間の短縮により撮像素子の温度上昇を抑制する。
【解決手段】光検出装置は、複数の画素からなる受光面を備えた撮像素子６と、撮像素子６からの信号読出しを制御するＣＰＵ１９とを有する。撮像素子６が、被検体と基準指標が基板面上に形成されたＤＮＡチップの被検体を受光面により撮像する。ＣＰＵ１９は、受光面の基準指標からの光が入射する部分を含む第１の領域の画素から信号を読出し、該信号に基づいて、受光面上における基準指標の位置を決定する。そして、ＣＰＵ１９は、その基準指標の位置に基づいて、受光面の被検体からの光が入射する、第１の領域より大きな第２の領域を決定し、該第２の領域の画素から信号を読出す。
【解決手段】光検出装置は、複数の画素からなる受光面を備えた撮像素子６と、撮像素子６からの信号読出しを制御するＣＰＵ１９とを有する。撮像素子６が、被検体と基準指標が基板面上に形成されたＤＮＡチップの被検体を受光面により撮像する。ＣＰＵ１９は、受光面の基準指標からの光が入射する部分を含む第１の領域の画素から信号を読出し、該信号に基づいて、受光面上における基準指標の位置を決定する。そして、ＣＰＵ１９は、その基準指標の位置に基づいて、受光面の被検体からの光が入射する、第１の領域より大きな第２の領域を決定し、該第２の領域の画素から信号を読出す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、臨床検査に用いる光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
臨床検査では、検体中の細胞、微生物、染色体、核酸等のサンプルを抗原抗体反応や拡散ハイブリダイゼーション反応等の生化学反応を利用して検出する生化学反応分析が行われる。この種の分析においては、互いに異なる塩基配列を有する複数のＤＮＡプローブをアレイ状に基板上に形成したＤＮＡチップを使用する。各ＤＮＡプローブは蛍光物質により標識付けされており、ＤＮＡチップ上に形成されたプローブアレイからの蛍光の強度を、２次元エリアセンサーを用いて検出する（特許文献１参照）。
【０００３】
２次元エリアセンサーの信号読出しの関連技術として、特許文献２には、非破壊読出しの技術が開示されている。
【特許文献１】特表２００２−５３８４２７号公報
【特許文献２】特開２００４−３４４２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＤＮＡチップ上の蛍光標識の出す蛍光は微弱である。微弱な蛍光を検知する第１の方法として、強い光で蛍光物質を励起することが考えられる。第２の方法として、二次元エリアセンサーとしてＣＭＯＳイメージセンサーに代表される撮像素子を用いた場合に、撮像素子の電荷蓄積時間（撮像時間）を長くすることが考えられる。
【０００５】
しかし、第１の方法においては、励起光を強くすると、蛍光色素が褪色し、また、蛍光標識の温度が上昇し、その結果、蛍光強度が減衰して検出精度が低下する、といった問題が生じる。
【０００６】
第２の方法においては、電荷蓄積時間を長くすると、撮像素子内に発生する暗電流が増加する。暗電流はメージセンサーの出力信号にノイズとなって現れるため、暗電流の増大は、検出精度を低下させることになる。
【０００７】
暗電流は、撮像素子の温度上昇に伴って増加する。撮像素子の温度上昇を抑制することで、暗電流を低減することができる。しかし、蛍光分析作業を効率的に行うために、通常は、複数のプローブアレイを用意し、それぞれのプローブアレイに対して、撮像素子による蛍光検出を順次行う。このように複数のプローブアレイに対して撮像素子による蛍光検出を連続して行う場合は、撮像素子から信号を読み出す毎に、撮像素子の温度が上昇し、それに伴って暗電流によるノイズも増大する。このため、蛍光検出の順番の遅いプローブアレイについては、ノイズ増大により、蛍光検出精度が低下する、という問題がある。
【０００８】
撮像素子の温度上昇を抑制するには、撮像素子からの信号読出し時間を短縮することが有効であるが、これまで、プローブアレイの蛍光像の撮像において、そのような信号読出し時間の短縮を図った技術は提供されていない。
【０００９】
特許文献１に記載のものは、全画素から信号を読出して画像データを得るため、読出し時間の短縮は困難である。
【００１０】
特許文献２に記載のものは、非破壊読出し可能な撮像素子を用いることで、撮像中に画像情報を得られるため、蛍光の褪色を防止するという意味では有効である。しかし、特許文献２に記載のものも、結局、全画素から信号を読出して画像データを得ることになるため、読出し時間の短縮は困難である。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題を解決し、信号読出し時間の短縮により撮像素子の温度上昇を抑制することができ、プローブアレイの蛍光像を高精度に検出することのできる、蛍光検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の光検出装置は、複数の画素からなる受光面を備え、被検体と該被検体の領域を特定するための基準指標が基板面上に形成されたチップの前記被検体を前記受光面により撮像する撮像素子と、前記受光面の前記基準指標からの光が入射する部分を含む第１の領域の画素から信号を読出し、該信号に基づいて、前記受光面上における前記基準指標の位置を決定し、該基準指標の位置に基づいて、前記受光面の前記被検体からの光が入射する、前記第１の領域より大きな第２の領域を決定し、該第２の領域の画素から信号を読出す演算部と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、受光面の全画素から信号を読出す必要がなく、必要最小限の画素からの信号読出しにより被検体の画像データを得ることができるので、信号読出し時間を短縮することができる。信号読出し時間の短縮により、撮像素子の温度上昇を抑制することができるので、暗電流の増大を抑制し、プローブアレイの蛍光像を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の蛍光検出装置の一実施形態であるＤＮＡアレイ撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１を参照すると、ＤＮＡアレイ撮像装置は、搬送テーブル８上に配置されたＤＮＡチップを照射するための光照射手段と、ＤＮＡチップからの蛍光を検出するための非破壊読出し可能な蛍光撮像手段を備える。
【００１７】
搬送テーブル８は、複数のＤＮＡチップ７ａから７ｅを保持することができる。ＤＮＡチップ７ａから７ｅのそれぞれには、ハイブリダイゼーション反応により蛍光標識を結合したＤＮＡプローブアレイが形成されている。搬送テーブル８のＤＮＡチップ搭載部には開口が設けられている。ＤＮＡチップ７ａから７ｅは、ＤＮＡプローブアレイが形成された面が搬送テーブル８の開口部分に位置するように配置される。不図示の駆動手段により搬送テーブル８を移動することで、任意のＤＮＡチップを蛍光撮像手段上に配置することができる。
【００１８】
光照射手段は、レーザー光源１、レーザーシャッター２およびビームエクスパンダー３からなる。レーザー光源１から出射したレーザー光は、レーザーシャッター２を介してビームエクスパンダー３に入射する。ビームエクスパンダー３は、入射光束の径を拡大する。ビームエクスパンダー３から出射したレーザー光で、搬送テーブル８上のＤＮＡチップを照射する。
【００１９】
蛍光撮像手段は、蛍光フィルター４、レンズ群５および撮像素子６からなる。撮像素子６は、ＣＭＯＳセンサーに代表されるイメージセンサーである。蛍光フィルター４は、蛍光を透過し、それ以外の光を遮断する。ＤＮＡプローブアレイからの蛍光は、蛍光フィルター４を通過し、レンズ群５を介して撮像素子６の受光面上に到達する。プローブアレイの各プローブの蛍光像は、レンズ群５により撮像素子６の受光面上に結像される。
【００２０】
撮像素子６の受光面は、二次元に配列された複数の画素（受光素子）からなる。ドライバ回路９は、撮像素子６を駆動（水平駆動および垂直駆動）する。このドライバ回路９による駆動により、撮像素子６から、指定の画素に蓄積された電荷に対応する信号が読み出される。撮像素子６の出力信号（読み出し信号）は、ＡＧＣ回路１０に供給されている。
【００２１】
ＡＧＣ回路１０は、撮像素子６の出力信号の増幅度を調整するための公知の回路である。ＡＧＣ回路１０の駆動タイミングは、タイミングジェネレータ１１からの信号により制御されている。ＡＧＣ回路１０の出力は、ＡＤ変換回路１２にて画素毎のデジタルデータに変換された後、フレームメモリ１４に格納される。さらに、ＡＤ変換回路１２にてＡＤ変換されたデジタルデータは、ＤＳＰ回路１３を介してビデオメモリ１５に格納される。モニター１６は、ビデオメモリ１５に格納されたデジタルデータに基づく画像を表示する。
【００２２】
ＡＧＣ回路１０、ＡＤ変換回路１２およびビデオメモリ１５は、ＣＰＵバス１８に接続されている。ＣＰＵバス１８には、さらにＣＰＵ１９、メモリ２０およびインターフェース２１が接続されている。インターフェース２１には、キーボード２２およびマウス２３が接続されている。
【００２３】
次に、撮像素子６の構成について簡単に説明する。
【００２４】
図２に、撮像素子６の一例であるＣＭＯＳエリアセンサーの構成図を示す。ＣＭＯＳエリアセンサーは、フォトダイオード３１およびＭＯＳトランジスタ３２からなる画素がマトリクス状に配置された２次元イメージセンサーである。垂直走査回路３３によって、垂直方向のアドレスが指定され、水平走査回路３４によって水平方向のアドレスが指定される。垂直走査回路３３には、複数の制御線が接続されており、これら制御線と交差するように、複数の読み出し線が配されている。制御線と読み出し線の交差部に、フォトダイオード３１およびＭＯＳトランジスタ３２が配置されている。ＭＯＳトランジスタ３２のゲートは、制御線に接続されている。各読み出し線の一端はそれぞれ、ＣＤＳ回路３５およびスイッチ素子（トランジスタ）を介して、出力回路３６の入力ラインに接続されている。水平走査回路３４は、各スイッチ素子のオン・オフを制御する。
【００２５】
各画素において、ＭＯＳトランジスタ３２がオン状態とされると、フォトダイオード３１の出力信号がＭＯＳトランジスタ３２によって増幅される。増幅された信号は、ＣＤＳ回路３５を介して出力回路３６から出力される。ＣＤＳ回路３５は、入力信号に含まれている雑音を除去する。垂直走査回路３３及び水平走査回路３４により垂直および水平の任意のアドレスを指定することにより、その指定されたアドレスの画素におけるフォトダイオードの電荷を取り出すことができる。
【００２６】
次に、図１に示したＤＮＡアレイ撮像装置を用いた蛍光測定について説明する。この蛍光測定では、撮像素子６（ＣＭＯＳエリアセンサー）を用いてＤＮＡチップ６に形成されたプローブアレイの蛍光像を撮像する。
【００２７】
蛍光標識を有する被検体ＤＮＡとのハイブリダイゼーション反応の処理工程を終了したＤＮＡチップ７ａから７ｅを搬送テーブル８上に配置する。そして、検査者が、キーボード２２にて、検出するＤＮＡチップの数を入力するとともに、蛍光検出処理を開始する旨の入力操作を行う。この入力操作に応じて、ＣＰＵ１９が、不図示の駆動手段を制御して搬送ステージ７を移動する。この移動制御により、ＤＮＡチップ７ａから７ｅの一つが、レンズ群５を通じて行われる撮像位置に移動することになる。
【００２８】
ＤＮＡチップが撮像位置に配置されると、続いて、ＣＰＵ１９による制御により、レーザーシャッター２が開き、撮像素子５における電荷蓄積が開始される。レーザー光源１は、安定した出力を得るための時間を考慮して予め点灯されている。
【００２９】
レーザーシャッター２が開放されると、レーザー光がビームエクスパンダー３に入射する。レーザー光源１を発したレーザー光のビーム径φは、１ｍｍ程度である。ビームエクスパンダー３により、レーザー光のビーム径φは１０ｍｍ程度に拡大される。ビームエクスパンダー３によりビーム径が拡大されたレーザー光がＤＮＡチップに照射される。
【００３０】
レーザー光の照射により、プローブアレイに結合した蛍光物質が励起される。例えば、蛍光物質としてＣｙ３（登録商標）を使用した場合には、波長が５３２ｎｍのレーザー光を蛍光励起光として使用することができる。
【００３１】
被検体である各プローブに結合した蛍光物質は、励起されると、蛍光を発する。プローブアレイからの蛍光は、蛍光フィルター４およびレンズ群５を介して撮像素子６に到達する。蛍光フィルター４は、励起光を遮断し、蛍光のみを透過するフィルター特性を有する。したがって、プローブアレイの蛍光像が、レンズ群５によって撮像素子６の受光面上に結像される。
【００３２】
図３は、ＤＮＡチップ上に形成されたプローブアレイの一例を示す模式図である。図３に示すように、ＤＮＡチップ７の基板面上には、異なる塩基配列を有する複数のＤＮＡプローブがマトリクス状に描画されている。図３中、ＤＮＡプローブは、スポット７ｓ（ｉ,ｊ）として示されている。ハイブリダイゼーション反応により、蛍光標識を施された被検体ＤＮＡがＤＮＡプローブに結合する。この被検体ＤＮＡの結合力は、プローブの塩基配列と相補性の高いものほど強いため、プローブの蛍光輝度より塩基配列を解析することができる。
【００３３】
ＤＮＡチップの基板面上には、プローブアレイの領域を特定するための、あらかじめ蛍光標識が結合されたマーカープローブが形成されている。このようなマーカープローブは、基板上面のシランカップリング剤の上にコートしたＥＭＣＳに蛍光色素ローダミンをスポットしチオル基を用いて結合させることにより形成することができる。
【００３４】
図３において、マーカープローブは、スポット７s（１，１）、７ｓ（１，８）として示されている。マーカープローブは、プローブアレイに対し精度良く配置することが可能であるため、プローブアレイの位置を示す基準指標としての役割を果たす。また、マーカープローブは、検体ＤＮＡの配列によらず比較的強い蛍光を発するので、蛍光の輝度レベルの差に基づいて、マーカープローブと他のプローブとを区別することができる。
【００３５】
図４に、撮像素子６の受光面上に結像したプローブアレイの蛍光像を示す。受光面上に結像されるプローブアレイの蛍光像の位置は、ＤＮＡチップ毎に異なる。ＤＮＡチップ間の蛍光像の位置の違いは、以下のような誤差があるために生じる。
【００３６】
ＤＮＡチップは、プローブを描画した基板を切断して製作する。このため、基板への描画時の基準位置と描画位置との描画誤差や、基板を切断する際の切断誤差が生じる。また、搬送テーブル８上へＤＮＡチップを配置する際の配置誤差や搬送テーブル８の駆動誤差もある。これら誤差により、プローブアレイの蛍光像は、位置及び回転の誤差を伴って撮像素子６の受光面上に結像する。
【００３７】
受光面上に結像される蛍光像の位置および傾きは、ＤＮＡチップ毎に異なる。このため、ＤＮＡチップ毎に、撮像素子６でプローブアレイの蛍光像を撮像中（電荷蓄積中）に、その蛍光像の位置及び回転の誤差を検知して最適な被写体画像読出し範囲を演算する。
【００３８】
以下に、被写体画像読出し範囲の演算処理を、図４を参照して具体的に説明する。
【００３９】
図４において、符号６ａ、６ｂは、受光面上に結像される、プローブアレイの蛍光像の領域より小さな第１の領域（非破壊読出し領域）であり、符号６ｃは、演算により求められた第２の領域（被写体画像読出し領域）を示す。
【００４０】
非破壊読出し領域６ａ、６ｂは、撮像素子６の受光面上における、マーカープローブの理想的な蛍光像結像位置を基準にして、上述の各誤差分を考慮した領域に設定されている。メモリ２０には、撮像素子６の受光面における非破壊読出し領域６ａ、６ｂの座標情報が格納されている。マーカープローブの理想的な蛍光像結像位置からのずれ量は、描画誤差、切断誤差、配置誤差および駆動誤差を含む。それぞれの誤差は０．１ｍｍ程度であると考えられるので、マーカープローブの理想的な蛍光像結像位置からのずれ量は、０．４ｍｍ程度とされる。したがって、非破壊読出し領域６ａ、６ｂは、凡そ１辺が０．４ｍｍの正方形の領域とすることが望ましい。
【００４１】
ＣＭＯＳセンサーである撮像素子６は、図２に示したように、複数の画素がマトリックス状に配置された受光面を有している。図４において、領域６ｄは、受光面の一部である。このような受光面を有する撮像素子６では、アドレスを指定することにより任意の画素の電荷を読出すことができる。
【００４２】
ＣＰＵ１９（演算部）は、まず、メモリ２０に予め格納されている非破壊読出し領域６ａ、６ｂの座標情報にしたがって、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素の電荷を読み出す。座標情報は、受光面の２次元座標におけるアドレス情報である。この電荷の読み出しは非破壊読出しであるので、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素からの電荷の読出しが、蓄積中の電荷に影響を及ぼすことはない。
【００４３】
ＣＰＵ１９は、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素から読み出した電荷の情報から得られる画像に基づいて、受光面全体の座標系における各マーカープローブの位置を算出する。また、ＣＰＵ１９は、算出した各マーカープローブの位置に基づいて、受光面上におけるプローブアレイ蛍光像の傾きを算出する。そして、ＣＰＵ１９は、取得した各マーカープローブの位置及びプローブアレイ蛍光像の傾き傾きに基づいて、被写体画像読出し領域６ｃを決定する。
【００４４】
図５に、比較的強い蛍光を示すマーカープローブの蛍光像が結像された画素における電荷蓄積状態を示す。縦軸は電荷量を示し、横軸は経過時間を示す。時刻ｔ０が、電荷の蓄積が開始された時刻である。画素に蓄積される電荷の量は、時間の経過とともに増加する。時刻ｔｋで電荷量Ｑｋに達し、時刻ｔｍで電荷量Ｑｍに達する。マーカープローブの蛍光像が結像された画素を含む非破壊読出し領域６ａ、６ｂについては、時刻ｔｍより早い時刻ｔｋで電荷量Ｑｋを読出す。電荷量Ｑｋは、時刻ｔｍにおける電荷量Ｑｍより小さいが、マーカープローブの位置を検知するのに十分な電荷量である。
【００４５】
撮像中に、マーカープローブの位置から被写体画像読出し領域６ｃを求めた後、その被写体画像読出し領域６ｃから蛍光画像撮影データを取得する。以下に、その処理を具体的に説明する。
【００４６】
図６は、受光面上に結像されたマーカープローブおよびプローブの各蛍光像の、受光面上における座標の考え方を説明するための図である。図６に示すように、受光面をＸＹの２次元座標系で表す。点Ｐａは、２次元座標系（全体座標系）の原点座標であり、ここではＰａ＝（０，０）とする。全体座標系において、原点Ｐａから右方向へむかってＸの値が増加し、原点Ｐａから下方向に向かってＹの値が増加する。
【００４７】
点Ｐｂは非破壊読出し領域６ａ（小画像）の原点座標であり、点Ｐｃは非破壊読出し領域６ｂ（小画像）の原点座標である。点Ｐａを原点とする全体座標系において、点Ｐｂの座標は（６ａx0,６ａy0）で与えられ、点Ｐｃの座標は（６ｂx0,６ｂy0）で与えられる。小画像６ａ、６ｂにおいて、マーカープローブ像を認識するための画像処理を行う場合は、原点Ｐｂ＝（０，０）の座標系および原点Ｐｃ＝（０，０）の座標系を用いる。なお、マーカープローブは、他のプローブよりも強い蛍光を発するため、非破壊読出し領域６ａ、６ｂ中の最大輝度のプローブ像をマーカープローブ像として認識することができる。
【００４８】
非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素の電荷を蓄積時間ｔｋ（図５の時刻ｔｋに対応する）で読み出す。こうして読み出した各画素の電荷に基づく画像について、非破壊読出し領域６ａ、６ｂのそれぞれにおける最大輝度スポットを求める。
【００４９】
点Ｐｂを原点とする座標系において、非破壊読出し領域６ａ中の最大輝度スポットの中心座標が(６ａx,６ａy)で与えられる場合、全体座標系におけるその中心座標は、(６ａx,６ａy)に原点Ｐｂの座標値を加えた座標となる。すなわち、全体座標系における非破壊読出し領域６ａ中の最大輝度スポットの中心座標は（６ａx0+６ａx,６ａy0+６ａy）となる。
【００５０】
これと同様に、Ｐｃを原点とする座標系において、非破壊読出し領域６ｂ中の最大輝度スポットの中心座標が(６ｂx,６ｂy)で与えられる場合、全体座標系におけるその中心座標は、(６ｂx,６ｂy)に原点Ｐｂの座標値を加えた座標となる。すなわち、全体座標系における非破壊読出し領域６ｂ中の最大輝度スポットの中心座標は（６ｂx0+６ｂx,６ｂy0+６ｂy）となる。
【００５１】
マーカープローブは、プローブアレイの行方向に平行に配置されているので、全体座標系における非破壊読出し領域６ａ、６ｂ中の各最大輝度スポットの中心座標に基づいて、プローブアレイの像の回転角度θを以下の式より求めることができる。
【００５２】
θ=atan (((６ｂy0+６ｂy)-(６ａy0+６ａy))/((６ｂx0+６ｂx)-(６ａx0+６ａx)))
被写体画像読出し領域６ｃの中心座標Ｐｄを(６ｃ#center#x,６ｃ#center#y)とし、非破壊読出し領域６ａ、６ｂ中の各最大輝度スポットの中心位置の間の距離の２分の１をｌｐとする。マーカープローブとプローブアレイの位置関係は予め分かっているので、被写体画像読出し領域６ｃが正方形である場合、中心座標Ｐｄは以下の式で与えられる。
【００５３】
(６ｃ#center#x,６ｃ#center#y)=
（(６ａx0+６ａx+６ｂx0+６ｂx)/2+lp×sinθ,(６ａy0+６ａy+６ｂy0+６ｂy)/2+lp×cosθ）
被写体画像読出し領域６ｃの４隅の座標をそれぞれ、６ｃA(６ｃax,６ｃay)、６ｃB(６ｃbx,６ｃby)、６ｃC(６ｃcx,６ｃcy)、６ｃD(６ｃdx,６ｃdy)とする。正方形の被写体画像読出し領域６ｃの対角線の半分の長さを６ｃlとすると（図４参照）、被写体画像読出し領域６ｃの４隅の座標はそれぞれ以下の式で与えられる。
【００５４】
(６ｃax,６ｃay)=(６ｃ#center#x-６ｃl×cos(45°-θ),６ｃ#center#y-６ｃl×sin(45°-θ))
(６ｃbx,６ｃby)=(６ｃ#center#x+６ｃl×cos(45°-θ),６ｃ#center#y-６ｃl×sin(45°-θ))
(６ｃcx,６ｃcy)=(６ｃ#center#x-６ｃl×cos(45°-θ),６ｃ#center#y+６ｃl×sin(45°-θ))
(６ｃdx,６ｃdy)=(６ｃ#center#x+６ｃl×cos(45°-θ),６ｃ#center#y+６ｃl×sin(45°-θ))
６ｃｌ=√２×ｌｐであるとすると、最も外側に位置するプローブについては、スポットの中心から外側の部分が被写体画像読出し領域６ｃに含まれないことになる。このため、被写体画像読出し領域６ｃは、プローブの直径程度の余裕を持たせて設定する必要がある。具体的には、プローブスポットの直径をＰＳｄとすると、６ｃｌ=√２×ｌｐ+ＰＳｄとなるように、被写体画像読出し領域６ｃを設定する。
【００５５】
ＣＰＵ１９は、上述のようにしてマーカープローブの位置から被写体画像読出し領域６ｃを求め、その被写体画像読出し領域６ｃの各画素のアドレス情報をメモリ２０に保存する。このＣＰＵ１９による、被写体画像読出し領域６ｃを求める演算処理は、図５に示した時刻Ｔｍまでに完了する。
【００５６】
蓄積時間Ｔｍ経過後、ＣＰＵ１９は、メモリ２０に保存した被写体画像読出し領域６ｃの各画素のアドレス情報を参照して、垂直走査回路３３および水平走査回路３４によるアドレス指定を制御する。垂直走査回路３３および水平走査回路３４により被写体画像読出し領域６ｃの各画素のアドレスが指定されることで、被写体画像読出し領域６ｃの各画素から電荷を読み出すことができる。ＣＰＵ１９は、被写体画像読出し領域６ｃの各画素から読み出した電荷に基づく画像データを、蛍光画像撮影データとしてフレームメモリ１４に格納する。
【００５７】
以上説明したＣＰＵ１９による蛍光画像撮影データの取得手順の全体の流れを、図７に示す。
【００５８】
図７に示すように、まず、撮像すべきＤＮＡチップを撮像位置に移動させ（ステップＳ１０）、シャッター２を開いて撮像素子６による撮像を開始する（ステップＳ１１）。シャッター２を開くことで、撮像位置に配置したＤＮＡチップにレーザーが照射される。このレーザー光の照射は、撮像終了まで継続して行われる。
【００５９】
次に、ＣＰＵ１９は、撮像開始から蓄積時間Ｔｋが経過したか否かを判定する（ステップＳ１２）。経過時間は、不図示のタイマにより計時する。タイマによって計時された時間に基づいて蓄積時間Ｔｋになったか否かを判定する。
【００６０】
撮像開始から蓄積時間Ｔｋが経過した時点で、ＣＰＵ１９は、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素の電荷を読み出す（ステップＳ１３）。こうして読み出した各画素の電荷に基づく画像について、非破壊読出し領域６ａ、６ｂのそれぞれにおける最大輝度スポットの中心座標を求め、その求めた最大輝度スポットの中心座標からプローブアレイの蛍光像の回転角度を求める。そして、最大輝度スポットの中心座標とプローブアレイの蛍光像の回転角度に基づいて、被写体画像読出し領域６ｃを演算する（ステップＳ１４）。この被写体画像読出し領域６ｃの演算は図５に示した時刻ｔｍまでに終了する。
【００６１】
続いて、ＣＰＵ１９は、撮像開始から蓄積時間Ｔｍが経過したか否かを判定する（ステップＳ１５）。撮像開始から蓄積時間Ｔｍが経過した場合は、ＣＰＵ１９は、シャッター２を閉じて撮像を終了するとともに、ステップＳ１４で算出した被写体画像読出し領域６ｃの各画素の電荷を読み出す（ステップＳ１６）。こうして読み出した各画素の電荷に基づく画像データが、蛍光画像撮影データとしてフレームメモリ１４に格納される。
【００６２】
蛍光画像撮影データの格納後、ＣＰＵ１９は、全てのＤＮＡチップについて検査が終了した否かを判定する（ステップＳ１７）。この判定において、ＣＰＵ１９は、蛍光画像撮影データ格納済みのＤＮＡチップの数を管理しており、その数が、検査開始時に検査者がキーボード２２にて入力したＤＮＡチップの数に達したか否かを判断する。蛍光画像撮影データ格納済みのＤＮＡチップの数が入力数に達した場合は、ＣＰＵ１９は、全てのＤＮＡチップについて検査が終了したと判断する。全てのＤＮＡチップについての検査が終了していない場合は、ステップＳ１０に戻り、次のＤＮＡチップの検査を開始する。
【００６３】
以上説明したＤＮＡアレイ撮像装置によれば、撮像中に、受光面上におけるマーカープローブの位置に基づいてプローブアレイ領域を検出し、そのプローブアレイ領域のみから電荷を読出す。プローブアレイ領域の画素数は、撮像素子の全画素に比較して格段に少ないので、電荷読出し時間（電荷の転送時間を含む）を短縮することができる。
【００６４】
また、撮像素子にて発生する熱量は、電荷読出し時間が長いほど多くなる。電荷読出し時間が短縮されることで、電荷の読出し時における熱の発生も抑制される。
【００６５】
さらに、プローブアレイ領域から得られる画像データの量も小さいので、その分、フレームメモリ容量を削減することができる。
【００６６】
さらに、電荷読出し時間の短縮により、蛍光検出の時間も短縮することができる。
【００６７】
また、複数のＤＮＡチップを連続して撮像する場合で、撮像素子の全画素から電荷を読み出して画像データを取得する場合は、電荷の読出し時に発生した熱が蓄積されることにより、撮像回数が増すにつれて撮像素子の温度が徐々に上昇する。撮像素子の温度が上昇すると、暗電流によるノイズが増大して蛍光検出の精度が低下する。本実施形態によれば、電荷の読出し時における熱の発生が抑制されるので、複数のＤＮＡチップを連続して撮像する場合の撮像素子の温度上昇を抑制することができる。撮像素子の温度上昇の抑制により、ノイズの発生が抑制され、その結果、蛍光検出の精度を向上することができる。
【００６８】
以下に、電荷読出し時間の削減について具体例を挙げて詳細に説明する。
【００６９】
本実施形態のＤＮＡアレイ撮像装置によれば、１つＤＮＡチップに対して行われる撮像素子からの信号読出しは、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素からの電荷の読出しと、被写体画像読出し領域６ｃの各画素からの電荷の読出しの計２回行われる。
【００７０】
非破壊読出し領域６ａ、６ｂは、凡そ１辺が０．４ｍｍの正方形の領域である。これに対して、撮像素子６の受光面全体の大きさは、例えば３６ｍｍ×２４ｍｍ程度の大きさである。このように、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの大きさは、撮像素子６の受光面全体の大きさに比べて十分に小さい。非破壊読出し領域６ａ、６ｂの画素数は撮像素子６の全画素数に比べて格段に少ないことから、非破壊読出し領域６ａ、６ｂからの電荷読出しを短時間で行うことができる。この電荷読出しに要する時間（信号読出し時間）は、撮像素子６の全画素からの電荷読出しに比べて非常に短い。
【００７１】
被写体画像読出し領域６ｃは、基本的には、ＤＮＡチップ上のプローブアレイの大きさに対応する。プローブ間隔０．１ｍｍで、８×８個のプローブを形成した場合、ＤＮＡチップ上におけるプローブアレイの領域は１辺が１ｍｍの正方形の領域となる。撮像素子の受光面上には、プローブアレイの蛍光像が等倍または拡大されて結像される。等倍撮像の場合は、被写体画像読出し領域６ｃの大きさは、１辺が１ｍｍの正方形の領域となる。拡大撮像の場合は、被写体画像読出し領域６ｃの大きさは、１辺が１ｍｍの正方形の領域をその倍率に応じて大きくしたものとなる。例えば、３倍で拡大撮像した場合は、被写体画像読出し領域６ｃの大きさは、１辺が３ｍｍの正方形の領域となる。このように、被写体画像読出し領域６ｃの大きさは、３倍で拡大撮像した場合でも、１辺が３ｍｍの正方形の領域程度の大きさであることから、撮像素子６の受光面全体の大きさに比べて十分に小さい。被写体画像読出し領域６ｃの画素数は撮像素子６の全画素数に比べて格段に少ないことから、被写体画像読出し領域６ｃの電荷読出しを短時間で行うことができる。この電荷読出しに要する時間は、撮像素子６の全画素からの電荷読出しに比べて非常に短い。
【００７２】
このように、非破壊読出し領域６ａ、６ｂおよび被写体画像読出し領域６ｃの電荷読出し時間は非常に短く、これら読出し時間を合計しても、その時間は、撮像素子の全画素からの電荷を読出す場合の時間に比べて格段に短い。
【００７３】
なお、作業の効率化のために、通常は、１枚のＤＮＡチップに複数のプローブアレイを形成する。この場合、受光面上には、各プローブアレイの蛍光像が結像されることとなり、それぞれの蛍光像について、非破壊読出し領域６ａ、６ｂおよび被写体画像読出し領域６ｃが算出される。非破壊読出し領域６ａ、６ｂおよび被写体画像読出し領域６ｃは、受光面の大きさに対して非常に小さいので、複数のプローブアレイの蛍光像が同時に結像された場合でも、上述したような読出し時間の短縮の効果を得ることができる。
【００７４】
また、マーカープローブの配置は図３に示した配置に限定されない。少なくとも２つのマーカープローブが、プローブアレイの行または列もしくは双方の方向に平行に配置されていればよい。このような配置において、各マーカープローブとプローブアレイとの位置関係が分かっていれば、各マーカープローブの位置からプローブアレイ領域の位置および回転を算出することができ、その位置および回転から被写体画像読出し領域を算出することができる。
【００７５】
（他の実施形態）
上述した実施形態のＤＮＡアレイ撮像装置では、被写体画像読出し領域の各画素からの電荷の読出しは、電荷蓄積時間Ｔｍ経過時に１回だけ行うようになっているが、電荷蓄積中に、複数回行ってもよい。ここでは、電荷蓄積中に、被写体画像読出し領域の各画素からの電荷の読出しが複数回行われるように構成したＤＮＡアレイ撮像装置について説明する。
【００７６】
本他の実施形態のＤＮＡアレイ撮像装置は、図１に示した構成と同じものであるが、ＣＰＵ１９による被写体画像読出し領域の各画素からの電荷の読出し制御の動作が上述した実施形態と異なる。
【００７７】
図８に、ＣＰＵ１９による電荷の読出し動作を説明するためのタイミングチャートを示す。図８（Ａ）はレーザーシャッター２の開閉タイミングをし、図８（Ｂ）は撮像素子６の電荷蓄積タイミングを示し、図８（Ｃ）は被写体画像読出し領域の各画素からの電荷の読出しのタイミングを示す。
【００７８】
タイミングＴ０で、レーザーシャッター２を開き、撮像素子６にて電荷蓄積を開始する。タイミングＴ１で、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素の電荷を読み出して被写体画像読出し領域６ｃを算出し、その被写体画像読出し領域６ｃの各画素のアドレスをメモリ２０に記憶する。タイミングＴ２で、メモリ２０に記憶したアドレス情報を参照して、被写体画像読出し領域６ｃの各画素から電荷を読出す。さらに、タイミングＴ３とタイミングＴｍ（図５に示した時刻ｔｍに相当する）のそれぞれで、被写体画像読出し領域６ｃの各画素から電荷を読出す。レーザーシャッター２をタイミングＴｍで閉じることで、撮像素子６によるプローブの蛍光像の撮像を終了する。
【００７９】
図９（Ａ）に、タイミングＴ２で読出した電荷に基づく画像における最上列のプローブの輝度プロファイルを示す。横軸はプローブの番号、縦軸は蛍光の輝度レベルを示す。番号「１」のプローブと番号「８」のプローブはマーカープローブである。番号「２」〜「７」のプローブは、ハイブリダイゼーション反応により、蛍光標識を施された被検体ＤＮＡが結合されたＤＮＡプローブである。タイミングＴ２で、マーカープローブの輝度レベルはかなり高い。番号「２」〜「７」のプローブの輝度レベルは、マーカープローブの輝度レベルに比べてかなり低い。
【００８０】
図９（Ｂ）は、タイミングＴ３で読出した電荷に基づく画像における最上列のプローブの輝度プロファイルを示す。番号「１」〜「８」とプローブの対応関係は、図９（Ａ）に示したものと同じである。タイミングＴ３では、番号「１」と番号「８」のマーカープローブの輝度レベルは飽和する。番号「２」〜「７」のプローブの輝度レベルは、図９（Ａ）の状態より若干大きくなっている。
【００８１】
図９（Ｃ）は、タイミングＴｍで読出した電荷に基づく画像における最上列のプローブの輝度プロファイルを示す。タイミングＴ３では、番号「１」と番号「８」のマーカープローブに加えて、番号「２」のプローブの輝度レベルが飽和する。番号「３」〜「７」のプローブの輝度レベルは、図９（Ｂ）の状態より若干大きくなっている。
【００８２】
図９（Ｃ）の輝度プロファイルか分かるように、タイミングＴｍでは、番号「２」のプローブの輝度レベルが飽和する。このため、タイミングＴｍで撮像した画像データだけでは、番号「２」のプローブの蛍光解析を正確に行うことは困難である。
【００８３】
非破壊読出しによれば、プローブアレイの蛍光像に関する画像データとして、図９（Ａ）から図９（ｃ）に示した輝度プロファイルを有する複数の画像データを取得することができる。本実施形態では、この非破壊読出しの利点を利用する。ＣＰＵ１９は、タイミングＴ２、Ｔ３、Ｔｍで撮像した複数の画像データを用いて各プローブの輝度レベルを解析する。この解析では、番号「２」のプローブについて、タイミングＴ２、Ｔ３で取得した、輝度レベルが飽和する前の画像データを用いて、輝度レベルの変化の傾向を取得し、その傾向からタイミングＴｍでの輝度レベルを正確に算出する。このように、輝度レベルが飽和した場合でも、輝度レベルの変化の傾向から飽和後の輝度レベルを正確に算出することができる。これにより、蛍光検出における撮像素子のダイナミックレンジを実質的に拡大することが可能である。
【００８４】
フレームメモリに格納する画像データとして、タイミングＴ２、Ｔ３、Ｔｍで撮像した複数の画像データから、輝度レベルの変化の傾向から算出した輝度レベルを反映した、一枚の高階調画像データを作成してもよい。また、タイミングＴ２、Ｔ３、Ｔｍで撮像した複数の画像データを蓄積時間の情報と共にフレームメモリに格納に格納してもよい。
【００８５】
本他の実施形態の実施形態のＤＮＡアレイ撮像装置においても、撮像中に、受光面上におけるマーカープローブの位置に基づいてプローブアレイ領域を検出し、そのプローブアレイ領域のみから電荷を読出す。プローブアレイ領域の画素数は、撮像素子の全画素に比較して格段に少ないので、電荷読出し時間（電荷の転送時間を含む）を短縮することができる。
【００８６】
また、本他の実施形態では、撮像中に、プローブアレイ領域からの電荷の読出しが複数回行われるため、前述の実施形態に比べて電荷読出しに伴う熱の蓄積量は増大するが、電荷の読出し時間が短いので、その熱の蓄積量も少ない。したがって、撮像素子の温度上昇を抑え、ノイズの少ない画像を得ることができ、その結果、蛍光検出の精度を向上することができる。
【００８７】
以上説明した各実施形態のＤＮＡアレイ撮像装置は本発明の一例であり、その構成および動作は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。
【００８８】
例えば、図１に示したＤＮＡアレイ撮像装置では、プローブアレイの蛍光像は、蛍光フィルター４およびレンズ群５からなる光学系を介して撮像素子６の受光面上に結像されるが、そのような光学系を用いずに蛍光像を直接、受光面上に結像することもできる。
【００８９】
図１０に、光学系を用いずに蛍光像を受光面上に結像することが可能なＤＮＡアレイ撮像装置を示す。図１０を参照すると、ＤＮＡアレイ撮像装置は、光導波路構造の基板の一方の面にプローブアレイが形成されたＤＮＡチップ８４を用いる。
【００９０】
レーザー光源８１を発したレーザー光は、シャッター２を介してビームエクスパンダー８３に入射する。ビームエクスパンダー８３は、シリンドリカルレンズにより構成されるものであり、入射したレーザー光を１次元方向に拡大する。
【００９１】
ビームエクスパンダー８３により拡大された、ビーム形状がライン状のレーザー光は、ＤＮＡチップ８４の端面に入射する。ＤＮＡチップ８４の端面は、チップ基板面に対して斜めに切断した面ある。端面から入射したレーザー光は、屈折してチップ基板の下面に到達する。チップ基板の下面には、蛍光標識と結合したＤＮＡプローブアレイが形成されている。レーザー光の下面への入射角は、臨界角よりも大きくなるように設定されている。このため、レーザー光はチップ基板の下面で全反射される。
【００９２】
下面で全反射されたレーザー光は、チップ基板の上面（ＤＮＡプローブアレイが形成された面とは反対の面）に到達する。レーザー光の上面への入射角は、臨界角よりも大きくなるように設定されている。このため、レーザー光はチップ基板の上面でも全反射される。
【００９３】
レーザー光は、チップ基板の上下面で全反射を繰り返してチップ基板内を伝播し、入射面とは反対の端面に達する。この端面へのレーザー光の入射角も、臨界角よりも大きくなるように設定されているため、この端面でも、レーザー光は全反射される。端面で全反射されたレーザー光は、上下面で全反射を繰り返しながら入射面側に向かって伝播する。
【００９４】
このようにしてレーザー光がチップ基板内を伝播すると、チップ基板の下面において、エバネッセント場が発生し、染み出したエバネッセント光によりプローブアレイの蛍光物質が励起される。プローブアレイからの蛍光の一部は、撮像素子８６の受光面に到達する。撮像素子８６の受光面上にはカバーガラス８５が設けられている。
【００９５】
ＤＮＡチップ８４より染み出た励起光（エバネッセント光）は大きく減衰することから、励起光が直接、撮像素子に到達することはない。このため、原理的には、蛍光フィルターを用いずに、プローブアレイの蛍光像を撮像素子で撮像することが可能である。
【００９６】
なお、ＤＮＡチップ８４の下面での散乱等によりノイズとなって現れる励起光の影響を防ぐためには、カバーガラス８５の面に多層薄膜のコーティングを施し、励起光の波長のみカットすればよい。カバーガラス８５は、薄ければ薄いほど撮像画質は向上する。カバーガラス８５をファイバープレートで構成することで、さらに画質が向上する。
【００９７】
図１０に示した構成によれば、蛍光フィルターやレンズ群を用いずに、プローブアレイの蛍光像を直接、撮像素子で撮像することができるので、装置の小型化や簡略化を図ることができる。
【００９８】
また、上述した各実施形態のＤＮＡアレイ撮像装置において、マーカープローブの数、大きさおよび配置は、図３に示したものに限定されない。受光面上におけるプローブアレイ領域を検出することができるのであれば、マーカープローブはどこに配置されてもよく、その数や大きさも特に限定されない。
【００９９】
図１１は、１つのマーカープローブでプローブアレイ領域を検出する場合のプローブアレイの模式図である。図１１に示すように、ＤＮＡチップ７０上に、同じ塩基配列を有する複数のＤＮＡプローブからなるプローブアレイ７１が描画されている。プローブアレイ７１の中心部に、マーカープローブ７２が形成されている。プローブアレイ７１およびマーカープローブ７２は、図３に示したものと同様のものである。
【０１００】
以下、図１に示したＤＮＡアレイ撮像装置において、図１１に示したプローブアレイ７１の蛍光検出を行う場合の処理について説明する。
【０１０１】
図１２に、撮像素子の受光面上に結像した、図１１に示したマーカープローブおよびプローブアレイの蛍光像と、非破壊読出し領域および被写体画像読出し領域とを模式的に示す。
【０１０２】
非破壊読出し領域８０は、撮像素子６の受光面上における、マーカープローブ７２の理想的な蛍光像結像位置を基準にして、描画誤差、切断誤差、配置誤差および駆動誤差の各誤差分を考慮した領域に設定されている。被写体画像読出し領域８１は、非破壊読出し領域８０の画像データに基づいて算出されるマーカープローブ７２の位置を基準として設定される読出し領域である。被写体画像読出し領域８１の範囲は、描画誤差、切断誤差、配置誤差および駆動誤差の各誤差分を考慮して、マーカープローブ領域を含む範囲となるように予め設定されている。撮像素子６の受光面における非破壊読出し領域８０の座標情報および被写体画像読出し領域８１の範囲を示す座標情報は、メモリ２０に格納されている。
【０１０３】
ＣＰＵ１９は、図７に示した手順で蛍光検出を行う。まず、撮像すべきＤＮＡチップを撮像位置に移動させ、シャッター２を開いて撮像素子６による撮像を開始する。撮像開始から蓄積時間Ｔｋが経過した時点で、非破壊読出し領域８０の各画素の電荷を読み出す。こうして読み出した各画素の電荷に基づく画像について、非破壊読出し領域８０における最大輝度スポットの中心座標を求める。
【０１０４】
次に、求めた最大輝度スポットの中心座標を基準にして被写体画像読出し領域８１を設定する。撮像開始から蓄積時間Ｔｍが経過した点で、シャッター２を閉じて撮像を終了するとともに、被写体画像読出し領域８１の各画素の電荷を読み出す。こうして読み出した各画素の電荷に基づく画像データが、蛍光画像撮影データとしてフレームメモリ１４に格納される。全てのＤＮＡチップについて、同様の処理が行われる。
【０１０５】
以上の処理によれば、受光面上に結像される蛍光像の傾きを求める必要がないので、その分、処理工数が削減され、被写体画像読出し領域の設定処理に要する時間も短くなる。なお、プローブアレイ領域が同じ大きさである場合、被写体画像読出し領域８１は、被写体画像読出し領域６ｃに比べて大きくなるが、その差は非常に小さいので、それが読出し時間の短縮に影響することはない。
【０１０６】
なお、マーカープローブ７２の形成箇所はプローブアレイ領域の中央に限定されない。ただし、マーカープローブ７２を中央部からずれた位置に形成した場合は、そのずれ量を考慮して被写体画像読出し領域８４の範囲を大きくする必要がある。被写体画像読出し領域８４の範囲が大きくなると、画素数が増加するため、読出し時間が長くなる。
【０１０７】
なお、プローブアレイ領域に形成されるマーカープローブの数が１つまたは２つの場合は、画素の欠陥や受光面上へのゴミの付着などにより、いずれかのマーカープローブの位置検出に失敗すると、被写体画像読出し領域の算出が困難になる。この問題を解決するには、プローブアレイ領域にマーカープローブを３つ以上設ければよい。マーカープローブを３つ以上設けた場合は、いずれかのマーカープローブの位置検出が困難になった場合でも、残りのマーカープローブの位置から被写体画像読出し領域を算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、臨床検査におけるＤＮＡ診断に用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の蛍光検出装置の一実施形態であるＤＮＡアレイ撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す撮像素子の一例であるＣＭＯＳエリアセンサーの構成を示すブロック図である。
【図３】ＤＮＡチップ上に形成されたプローブアレイの一例を示す模式図である。
【図４】撮像素子の受光面上に結像したプローブアレイの蛍光像を示す模式図である。
【図５】マーカープローブの蛍光像が結像された画素における電荷蓄積状態を示す特性図である。
【図６】撮像素子の受光面上におけるマーカープローブおよびプローブの各蛍光像の座標の考え方を説明するための図である。
【図７】蛍光画像撮影データの取得手順を示すフローチャートである。
【図８】電荷の読出し動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】プローブの輝度プロファイルを説明するための図である。
【図１０】光学系を用いずに蛍光像を受光面上に結像することが可能なＤＮＡアレイ撮像装置を示すブロック図である。
【図１１】１つのマーカープローブでプローブアレイ領域を検出する場合のプローブアレイの模式図である。
【図１２】図１１に示すマーカープローブおよびプローブアレイの蛍光像と非破壊読出し領域および被写体画像読出し領域とを示す模式図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１ レーザー光源
２ レーザーシャッター
３ ビームエクステンダー
４ 蛍光フィルター
５ レンズ
６ 撮像素子
７ ＤＮＡチップ
８ 搬送ステージ
９ ドライバ回路
１０ ＡＧＣ回路
１１ タイミングジェネレータ
１２ ＡＤ変換回路
１３ ＤＳＰ回路
１４ フレームメモリ
１５ ビデオメモリ
１６ モニター
１８ ＣＰＵバス
１９ ＣＰＵ
２０ メモリ
２１ インターフェース
２２ キーボード
２３ マウス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、臨床検査に用いる光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
臨床検査では、検体中の細胞、微生物、染色体、核酸等のサンプルを抗原抗体反応や拡散ハイブリダイゼーション反応等の生化学反応を利用して検出する生化学反応分析が行われる。この種の分析においては、互いに異なる塩基配列を有する複数のＤＮＡプローブをアレイ状に基板上に形成したＤＮＡチップを使用する。各ＤＮＡプローブは蛍光物質により標識付けされており、ＤＮＡチップ上に形成されたプローブアレイからの蛍光の強度を、２次元エリアセンサーを用いて検出する（特許文献１参照）。
【０００３】
２次元エリアセンサーの信号読出しの関連技術として、特許文献２には、非破壊読出しの技術が開示されている。
【特許文献１】特表２００２−５３８４２７号公報
【特許文献２】特開２００４−３４４２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＤＮＡチップ上の蛍光標識の出す蛍光は微弱である。微弱な蛍光を検知する第１の方法として、強い光で蛍光物質を励起することが考えられる。第２の方法として、二次元エリアセンサーとしてＣＭＯＳイメージセンサーに代表される撮像素子を用いた場合に、撮像素子の電荷蓄積時間（撮像時間）を長くすることが考えられる。
【０００５】
しかし、第１の方法においては、励起光を強くすると、蛍光色素が褪色し、また、蛍光標識の温度が上昇し、その結果、蛍光強度が減衰して検出精度が低下する、といった問題が生じる。
【０００６】
第２の方法においては、電荷蓄積時間を長くすると、撮像素子内に発生する暗電流が増加する。暗電流はメージセンサーの出力信号にノイズとなって現れるため、暗電流の増大は、検出精度を低下させることになる。
【０００７】
暗電流は、撮像素子の温度上昇に伴って増加する。撮像素子の温度上昇を抑制することで、暗電流を低減することができる。しかし、蛍光分析作業を効率的に行うために、通常は、複数のプローブアレイを用意し、それぞれのプローブアレイに対して、撮像素子による蛍光検出を順次行う。このように複数のプローブアレイに対して撮像素子による蛍光検出を連続して行う場合は、撮像素子から信号を読み出す毎に、撮像素子の温度が上昇し、それに伴って暗電流によるノイズも増大する。このため、蛍光検出の順番の遅いプローブアレイについては、ノイズ増大により、蛍光検出精度が低下する、という問題がある。
【０００８】
撮像素子の温度上昇を抑制するには、撮像素子からの信号読出し時間を短縮することが有効であるが、これまで、プローブアレイの蛍光像の撮像において、そのような信号読出し時間の短縮を図った技術は提供されていない。
【０００９】
特許文献１に記載のものは、全画素から信号を読出して画像データを得るため、読出し時間の短縮は困難である。
【００１０】
特許文献２に記載のものは、非破壊読出し可能な撮像素子を用いることで、撮像中に画像情報を得られるため、蛍光の褪色を防止するという意味では有効である。しかし、特許文献２に記載のものも、結局、全画素から信号を読出して画像データを得ることになるため、読出し時間の短縮は困難である。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題を解決し、信号読出し時間の短縮により撮像素子の温度上昇を抑制することができ、プローブアレイの蛍光像を高精度に検出することのできる、蛍光検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の光検出装置は、複数の画素からなる受光面を備え、被検体と該被検体の領域を特定するための基準指標が基板面上に形成されたチップの前記被検体を前記受光面により撮像する撮像素子と、前記受光面の前記基準指標からの光が入射する部分を含む第１の領域の画素から信号を読出し、該信号に基づいて、前記受光面上における前記基準指標の位置を決定し、該基準指標の位置に基づいて、前記受光面の前記被検体からの光が入射する、前記第１の領域より大きな第２の領域を決定し、該第２の領域の画素から信号を読出す演算部と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、受光面の全画素から信号を読出す必要がなく、必要最小限の画素からの信号読出しにより被検体の画像データを得ることができるので、信号読出し時間を短縮することができる。信号読出し時間の短縮により、撮像素子の温度上昇を抑制することができるので、暗電流の増大を抑制し、プローブアレイの蛍光像を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の蛍光検出装置の一実施形態であるＤＮＡアレイ撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１を参照すると、ＤＮＡアレイ撮像装置は、搬送テーブル８上に配置されたＤＮＡチップを照射するための光照射手段と、ＤＮＡチップからの蛍光を検出するための非破壊読出し可能な蛍光撮像手段を備える。
【００１７】
搬送テーブル８は、複数のＤＮＡチップ７ａから７ｅを保持することができる。ＤＮＡチップ７ａから７ｅのそれぞれには、ハイブリダイゼーション反応により蛍光標識を結合したＤＮＡプローブアレイが形成されている。搬送テーブル８のＤＮＡチップ搭載部には開口が設けられている。ＤＮＡチップ７ａから７ｅは、ＤＮＡプローブアレイが形成された面が搬送テーブル８の開口部分に位置するように配置される。不図示の駆動手段により搬送テーブル８を移動することで、任意のＤＮＡチップを蛍光撮像手段上に配置することができる。
【００１８】
光照射手段は、レーザー光源１、レーザーシャッター２およびビームエクスパンダー３からなる。レーザー光源１から出射したレーザー光は、レーザーシャッター２を介してビームエクスパンダー３に入射する。ビームエクスパンダー３は、入射光束の径を拡大する。ビームエクスパンダー３から出射したレーザー光で、搬送テーブル８上のＤＮＡチップを照射する。
【００１９】
蛍光撮像手段は、蛍光フィルター４、レンズ群５および撮像素子６からなる。撮像素子６は、ＣＭＯＳセンサーに代表されるイメージセンサーである。蛍光フィルター４は、蛍光を透過し、それ以外の光を遮断する。ＤＮＡプローブアレイからの蛍光は、蛍光フィルター４を通過し、レンズ群５を介して撮像素子６の受光面上に到達する。プローブアレイの各プローブの蛍光像は、レンズ群５により撮像素子６の受光面上に結像される。
【００２０】
撮像素子６の受光面は、二次元に配列された複数の画素（受光素子）からなる。ドライバ回路９は、撮像素子６を駆動（水平駆動および垂直駆動）する。このドライバ回路９による駆動により、撮像素子６から、指定の画素に蓄積された電荷に対応する信号が読み出される。撮像素子６の出力信号（読み出し信号）は、ＡＧＣ回路１０に供給されている。
【００２１】
ＡＧＣ回路１０は、撮像素子６の出力信号の増幅度を調整するための公知の回路である。ＡＧＣ回路１０の駆動タイミングは、タイミングジェネレータ１１からの信号により制御されている。ＡＧＣ回路１０の出力は、ＡＤ変換回路１２にて画素毎のデジタルデータに変換された後、フレームメモリ１４に格納される。さらに、ＡＤ変換回路１２にてＡＤ変換されたデジタルデータは、ＤＳＰ回路１３を介してビデオメモリ１５に格納される。モニター１６は、ビデオメモリ１５に格納されたデジタルデータに基づく画像を表示する。
【００２２】
ＡＧＣ回路１０、ＡＤ変換回路１２およびビデオメモリ１５は、ＣＰＵバス１８に接続されている。ＣＰＵバス１８には、さらにＣＰＵ１９、メモリ２０およびインターフェース２１が接続されている。インターフェース２１には、キーボード２２およびマウス２３が接続されている。
【００２３】
次に、撮像素子６の構成について簡単に説明する。
【００２４】
図２に、撮像素子６の一例であるＣＭＯＳエリアセンサーの構成図を示す。ＣＭＯＳエリアセンサーは、フォトダイオード３１およびＭＯＳトランジスタ３２からなる画素がマトリクス状に配置された２次元イメージセンサーである。垂直走査回路３３によって、垂直方向のアドレスが指定され、水平走査回路３４によって水平方向のアドレスが指定される。垂直走査回路３３には、複数の制御線が接続されており、これら制御線と交差するように、複数の読み出し線が配されている。制御線と読み出し線の交差部に、フォトダイオード３１およびＭＯＳトランジスタ３２が配置されている。ＭＯＳトランジスタ３２のゲートは、制御線に接続されている。各読み出し線の一端はそれぞれ、ＣＤＳ回路３５およびスイッチ素子（トランジスタ）を介して、出力回路３６の入力ラインに接続されている。水平走査回路３４は、各スイッチ素子のオン・オフを制御する。
【００２５】
各画素において、ＭＯＳトランジスタ３２がオン状態とされると、フォトダイオード３１の出力信号がＭＯＳトランジスタ３２によって増幅される。増幅された信号は、ＣＤＳ回路３５を介して出力回路３６から出力される。ＣＤＳ回路３５は、入力信号に含まれている雑音を除去する。垂直走査回路３３及び水平走査回路３４により垂直および水平の任意のアドレスを指定することにより、その指定されたアドレスの画素におけるフォトダイオードの電荷を取り出すことができる。
【００２６】
次に、図１に示したＤＮＡアレイ撮像装置を用いた蛍光測定について説明する。この蛍光測定では、撮像素子６（ＣＭＯＳエリアセンサー）を用いてＤＮＡチップ６に形成されたプローブアレイの蛍光像を撮像する。
【００２７】
蛍光標識を有する被検体ＤＮＡとのハイブリダイゼーション反応の処理工程を終了したＤＮＡチップ７ａから７ｅを搬送テーブル８上に配置する。そして、検査者が、キーボード２２にて、検出するＤＮＡチップの数を入力するとともに、蛍光検出処理を開始する旨の入力操作を行う。この入力操作に応じて、ＣＰＵ１９が、不図示の駆動手段を制御して搬送ステージ７を移動する。この移動制御により、ＤＮＡチップ７ａから７ｅの一つが、レンズ群５を通じて行われる撮像位置に移動することになる。
【００２８】
ＤＮＡチップが撮像位置に配置されると、続いて、ＣＰＵ１９による制御により、レーザーシャッター２が開き、撮像素子５における電荷蓄積が開始される。レーザー光源１は、安定した出力を得るための時間を考慮して予め点灯されている。
【００２９】
レーザーシャッター２が開放されると、レーザー光がビームエクスパンダー３に入射する。レーザー光源１を発したレーザー光のビーム径φは、１ｍｍ程度である。ビームエクスパンダー３により、レーザー光のビーム径φは１０ｍｍ程度に拡大される。ビームエクスパンダー３によりビーム径が拡大されたレーザー光がＤＮＡチップに照射される。
【００３０】
レーザー光の照射により、プローブアレイに結合した蛍光物質が励起される。例えば、蛍光物質としてＣｙ３（登録商標）を使用した場合には、波長が５３２ｎｍのレーザー光を蛍光励起光として使用することができる。
【００３１】
被検体である各プローブに結合した蛍光物質は、励起されると、蛍光を発する。プローブアレイからの蛍光は、蛍光フィルター４およびレンズ群５を介して撮像素子６に到達する。蛍光フィルター４は、励起光を遮断し、蛍光のみを透過するフィルター特性を有する。したがって、プローブアレイの蛍光像が、レンズ群５によって撮像素子６の受光面上に結像される。
【００３２】
図３は、ＤＮＡチップ上に形成されたプローブアレイの一例を示す模式図である。図３に示すように、ＤＮＡチップ７の基板面上には、異なる塩基配列を有する複数のＤＮＡプローブがマトリクス状に描画されている。図３中、ＤＮＡプローブは、スポット７ｓ（ｉ,ｊ）として示されている。ハイブリダイゼーション反応により、蛍光標識を施された被検体ＤＮＡがＤＮＡプローブに結合する。この被検体ＤＮＡの結合力は、プローブの塩基配列と相補性の高いものほど強いため、プローブの蛍光輝度より塩基配列を解析することができる。
【００３３】
ＤＮＡチップの基板面上には、プローブアレイの領域を特定するための、あらかじめ蛍光標識が結合されたマーカープローブが形成されている。このようなマーカープローブは、基板上面のシランカップリング剤の上にコートしたＥＭＣＳに蛍光色素ローダミンをスポットしチオル基を用いて結合させることにより形成することができる。
【００３４】
図３において、マーカープローブは、スポット７s（１，１）、７ｓ（１，８）として示されている。マーカープローブは、プローブアレイに対し精度良く配置することが可能であるため、プローブアレイの位置を示す基準指標としての役割を果たす。また、マーカープローブは、検体ＤＮＡの配列によらず比較的強い蛍光を発するので、蛍光の輝度レベルの差に基づいて、マーカープローブと他のプローブとを区別することができる。
【００３５】
図４に、撮像素子６の受光面上に結像したプローブアレイの蛍光像を示す。受光面上に結像されるプローブアレイの蛍光像の位置は、ＤＮＡチップ毎に異なる。ＤＮＡチップ間の蛍光像の位置の違いは、以下のような誤差があるために生じる。
【００３６】
ＤＮＡチップは、プローブを描画した基板を切断して製作する。このため、基板への描画時の基準位置と描画位置との描画誤差や、基板を切断する際の切断誤差が生じる。また、搬送テーブル８上へＤＮＡチップを配置する際の配置誤差や搬送テーブル８の駆動誤差もある。これら誤差により、プローブアレイの蛍光像は、位置及び回転の誤差を伴って撮像素子６の受光面上に結像する。
【００３７】
受光面上に結像される蛍光像の位置および傾きは、ＤＮＡチップ毎に異なる。このため、ＤＮＡチップ毎に、撮像素子６でプローブアレイの蛍光像を撮像中（電荷蓄積中）に、その蛍光像の位置及び回転の誤差を検知して最適な被写体画像読出し範囲を演算する。
【００３８】
以下に、被写体画像読出し範囲の演算処理を、図４を参照して具体的に説明する。
【００３９】
図４において、符号６ａ、６ｂは、受光面上に結像される、プローブアレイの蛍光像の領域より小さな第１の領域（非破壊読出し領域）であり、符号６ｃは、演算により求められた第２の領域（被写体画像読出し領域）を示す。
【００４０】
非破壊読出し領域６ａ、６ｂは、撮像素子６の受光面上における、マーカープローブの理想的な蛍光像結像位置を基準にして、上述の各誤差分を考慮した領域に設定されている。メモリ２０には、撮像素子６の受光面における非破壊読出し領域６ａ、６ｂの座標情報が格納されている。マーカープローブの理想的な蛍光像結像位置からのずれ量は、描画誤差、切断誤差、配置誤差および駆動誤差を含む。それぞれの誤差は０．１ｍｍ程度であると考えられるので、マーカープローブの理想的な蛍光像結像位置からのずれ量は、０．４ｍｍ程度とされる。したがって、非破壊読出し領域６ａ、６ｂは、凡そ１辺が０．４ｍｍの正方形の領域とすることが望ましい。
【００４１】
ＣＭＯＳセンサーである撮像素子６は、図２に示したように、複数の画素がマトリックス状に配置された受光面を有している。図４において、領域６ｄは、受光面の一部である。このような受光面を有する撮像素子６では、アドレスを指定することにより任意の画素の電荷を読出すことができる。
【００４２】
ＣＰＵ１９（演算部）は、まず、メモリ２０に予め格納されている非破壊読出し領域６ａ、６ｂの座標情報にしたがって、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素の電荷を読み出す。座標情報は、受光面の２次元座標におけるアドレス情報である。この電荷の読み出しは非破壊読出しであるので、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素からの電荷の読出しが、蓄積中の電荷に影響を及ぼすことはない。
【００４３】
ＣＰＵ１９は、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素から読み出した電荷の情報から得られる画像に基づいて、受光面全体の座標系における各マーカープローブの位置を算出する。また、ＣＰＵ１９は、算出した各マーカープローブの位置に基づいて、受光面上におけるプローブアレイ蛍光像の傾きを算出する。そして、ＣＰＵ１９は、取得した各マーカープローブの位置及びプローブアレイ蛍光像の傾き傾きに基づいて、被写体画像読出し領域６ｃを決定する。
【００４４】
図５に、比較的強い蛍光を示すマーカープローブの蛍光像が結像された画素における電荷蓄積状態を示す。縦軸は電荷量を示し、横軸は経過時間を示す。時刻ｔ０が、電荷の蓄積が開始された時刻である。画素に蓄積される電荷の量は、時間の経過とともに増加する。時刻ｔｋで電荷量Ｑｋに達し、時刻ｔｍで電荷量Ｑｍに達する。マーカープローブの蛍光像が結像された画素を含む非破壊読出し領域６ａ、６ｂについては、時刻ｔｍより早い時刻ｔｋで電荷量Ｑｋを読出す。電荷量Ｑｋは、時刻ｔｍにおける電荷量Ｑｍより小さいが、マーカープローブの位置を検知するのに十分な電荷量である。
【００４５】
撮像中に、マーカープローブの位置から被写体画像読出し領域６ｃを求めた後、その被写体画像読出し領域６ｃから蛍光画像撮影データを取得する。以下に、その処理を具体的に説明する。
【００４６】
図６は、受光面上に結像されたマーカープローブおよびプローブの各蛍光像の、受光面上における座標の考え方を説明するための図である。図６に示すように、受光面をＸＹの２次元座標系で表す。点Ｐａは、２次元座標系（全体座標系）の原点座標であり、ここではＰａ＝（０，０）とする。全体座標系において、原点Ｐａから右方向へむかってＸの値が増加し、原点Ｐａから下方向に向かってＹの値が増加する。
【００４７】
点Ｐｂは非破壊読出し領域６ａ（小画像）の原点座標であり、点Ｐｃは非破壊読出し領域６ｂ（小画像）の原点座標である。点Ｐａを原点とする全体座標系において、点Ｐｂの座標は（６ａx0,６ａy0）で与えられ、点Ｐｃの座標は（６ｂx0,６ｂy0）で与えられる。小画像６ａ、６ｂにおいて、マーカープローブ像を認識するための画像処理を行う場合は、原点Ｐｂ＝（０，０）の座標系および原点Ｐｃ＝（０，０）の座標系を用いる。なお、マーカープローブは、他のプローブよりも強い蛍光を発するため、非破壊読出し領域６ａ、６ｂ中の最大輝度のプローブ像をマーカープローブ像として認識することができる。
【００４８】
非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素の電荷を蓄積時間ｔｋ（図５の時刻ｔｋに対応する）で読み出す。こうして読み出した各画素の電荷に基づく画像について、非破壊読出し領域６ａ、６ｂのそれぞれにおける最大輝度スポットを求める。
【００４９】
点Ｐｂを原点とする座標系において、非破壊読出し領域６ａ中の最大輝度スポットの中心座標が(６ａx,６ａy)で与えられる場合、全体座標系におけるその中心座標は、(６ａx,６ａy)に原点Ｐｂの座標値を加えた座標となる。すなわち、全体座標系における非破壊読出し領域６ａ中の最大輝度スポットの中心座標は（６ａx0+６ａx,６ａy0+６ａy）となる。
【００５０】
これと同様に、Ｐｃを原点とする座標系において、非破壊読出し領域６ｂ中の最大輝度スポットの中心座標が(６ｂx,６ｂy)で与えられる場合、全体座標系におけるその中心座標は、(６ｂx,６ｂy)に原点Ｐｂの座標値を加えた座標となる。すなわち、全体座標系における非破壊読出し領域６ｂ中の最大輝度スポットの中心座標は（６ｂx0+６ｂx,６ｂy0+６ｂy）となる。
【００５１】
マーカープローブは、プローブアレイの行方向に平行に配置されているので、全体座標系における非破壊読出し領域６ａ、６ｂ中の各最大輝度スポットの中心座標に基づいて、プローブアレイの像の回転角度θを以下の式より求めることができる。
【００５２】
θ=atan (((６ｂy0+６ｂy)-(６ａy0+６ａy))/((６ｂx0+６ｂx)-(６ａx0+６ａx)))
被写体画像読出し領域６ｃの中心座標Ｐｄを(６ｃ#center#x,６ｃ#center#y)とし、非破壊読出し領域６ａ、６ｂ中の各最大輝度スポットの中心位置の間の距離の２分の１をｌｐとする。マーカープローブとプローブアレイの位置関係は予め分かっているので、被写体画像読出し領域６ｃが正方形である場合、中心座標Ｐｄは以下の式で与えられる。
【００５３】
(６ｃ#center#x,６ｃ#center#y)=
（(６ａx0+６ａx+６ｂx0+６ｂx)/2+lp×sinθ,(６ａy0+６ａy+６ｂy0+６ｂy)/2+lp×cosθ）
被写体画像読出し領域６ｃの４隅の座標をそれぞれ、６ｃA(６ｃax,６ｃay)、６ｃB(６ｃbx,６ｃby)、６ｃC(６ｃcx,６ｃcy)、６ｃD(６ｃdx,６ｃdy)とする。正方形の被写体画像読出し領域６ｃの対角線の半分の長さを６ｃlとすると（図４参照）、被写体画像読出し領域６ｃの４隅の座標はそれぞれ以下の式で与えられる。
【００５４】
(６ｃax,６ｃay)=(６ｃ#center#x-６ｃl×cos(45°-θ),６ｃ#center#y-６ｃl×sin(45°-θ))
(６ｃbx,６ｃby)=(６ｃ#center#x+６ｃl×cos(45°-θ),６ｃ#center#y-６ｃl×sin(45°-θ))
(６ｃcx,６ｃcy)=(６ｃ#center#x-６ｃl×cos(45°-θ),６ｃ#center#y+６ｃl×sin(45°-θ))
(６ｃdx,６ｃdy)=(６ｃ#center#x+６ｃl×cos(45°-θ),６ｃ#center#y+６ｃl×sin(45°-θ))
６ｃｌ=√２×ｌｐであるとすると、最も外側に位置するプローブについては、スポットの中心から外側の部分が被写体画像読出し領域６ｃに含まれないことになる。このため、被写体画像読出し領域６ｃは、プローブの直径程度の余裕を持たせて設定する必要がある。具体的には、プローブスポットの直径をＰＳｄとすると、６ｃｌ=√２×ｌｐ+ＰＳｄとなるように、被写体画像読出し領域６ｃを設定する。
【００５５】
ＣＰＵ１９は、上述のようにしてマーカープローブの位置から被写体画像読出し領域６ｃを求め、その被写体画像読出し領域６ｃの各画素のアドレス情報をメモリ２０に保存する。このＣＰＵ１９による、被写体画像読出し領域６ｃを求める演算処理は、図５に示した時刻Ｔｍまでに完了する。
【００５６】
蓄積時間Ｔｍ経過後、ＣＰＵ１９は、メモリ２０に保存した被写体画像読出し領域６ｃの各画素のアドレス情報を参照して、垂直走査回路３３および水平走査回路３４によるアドレス指定を制御する。垂直走査回路３３および水平走査回路３４により被写体画像読出し領域６ｃの各画素のアドレスが指定されることで、被写体画像読出し領域６ｃの各画素から電荷を読み出すことができる。ＣＰＵ１９は、被写体画像読出し領域６ｃの各画素から読み出した電荷に基づく画像データを、蛍光画像撮影データとしてフレームメモリ１４に格納する。
【００５７】
以上説明したＣＰＵ１９による蛍光画像撮影データの取得手順の全体の流れを、図７に示す。
【００５８】
図７に示すように、まず、撮像すべきＤＮＡチップを撮像位置に移動させ（ステップＳ１０）、シャッター２を開いて撮像素子６による撮像を開始する（ステップＳ１１）。シャッター２を開くことで、撮像位置に配置したＤＮＡチップにレーザーが照射される。このレーザー光の照射は、撮像終了まで継続して行われる。
【００５９】
次に、ＣＰＵ１９は、撮像開始から蓄積時間Ｔｋが経過したか否かを判定する（ステップＳ１２）。経過時間は、不図示のタイマにより計時する。タイマによって計時された時間に基づいて蓄積時間Ｔｋになったか否かを判定する。
【００６０】
撮像開始から蓄積時間Ｔｋが経過した時点で、ＣＰＵ１９は、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素の電荷を読み出す（ステップＳ１３）。こうして読み出した各画素の電荷に基づく画像について、非破壊読出し領域６ａ、６ｂのそれぞれにおける最大輝度スポットの中心座標を求め、その求めた最大輝度スポットの中心座標からプローブアレイの蛍光像の回転角度を求める。そして、最大輝度スポットの中心座標とプローブアレイの蛍光像の回転角度に基づいて、被写体画像読出し領域６ｃを演算する（ステップＳ１４）。この被写体画像読出し領域６ｃの演算は図５に示した時刻ｔｍまでに終了する。
【００６１】
続いて、ＣＰＵ１９は、撮像開始から蓄積時間Ｔｍが経過したか否かを判定する（ステップＳ１５）。撮像開始から蓄積時間Ｔｍが経過した場合は、ＣＰＵ１９は、シャッター２を閉じて撮像を終了するとともに、ステップＳ１４で算出した被写体画像読出し領域６ｃの各画素の電荷を読み出す（ステップＳ１６）。こうして読み出した各画素の電荷に基づく画像データが、蛍光画像撮影データとしてフレームメモリ１４に格納される。
【００６２】
蛍光画像撮影データの格納後、ＣＰＵ１９は、全てのＤＮＡチップについて検査が終了した否かを判定する（ステップＳ１７）。この判定において、ＣＰＵ１９は、蛍光画像撮影データ格納済みのＤＮＡチップの数を管理しており、その数が、検査開始時に検査者がキーボード２２にて入力したＤＮＡチップの数に達したか否かを判断する。蛍光画像撮影データ格納済みのＤＮＡチップの数が入力数に達した場合は、ＣＰＵ１９は、全てのＤＮＡチップについて検査が終了したと判断する。全てのＤＮＡチップについての検査が終了していない場合は、ステップＳ１０に戻り、次のＤＮＡチップの検査を開始する。
【００６３】
以上説明したＤＮＡアレイ撮像装置によれば、撮像中に、受光面上におけるマーカープローブの位置に基づいてプローブアレイ領域を検出し、そのプローブアレイ領域のみから電荷を読出す。プローブアレイ領域の画素数は、撮像素子の全画素に比較して格段に少ないので、電荷読出し時間（電荷の転送時間を含む）を短縮することができる。
【００６４】
また、撮像素子にて発生する熱量は、電荷読出し時間が長いほど多くなる。電荷読出し時間が短縮されることで、電荷の読出し時における熱の発生も抑制される。
【００６５】
さらに、プローブアレイ領域から得られる画像データの量も小さいので、その分、フレームメモリ容量を削減することができる。
【００６６】
さらに、電荷読出し時間の短縮により、蛍光検出の時間も短縮することができる。
【００６７】
また、複数のＤＮＡチップを連続して撮像する場合で、撮像素子の全画素から電荷を読み出して画像データを取得する場合は、電荷の読出し時に発生した熱が蓄積されることにより、撮像回数が増すにつれて撮像素子の温度が徐々に上昇する。撮像素子の温度が上昇すると、暗電流によるノイズが増大して蛍光検出の精度が低下する。本実施形態によれば、電荷の読出し時における熱の発生が抑制されるので、複数のＤＮＡチップを連続して撮像する場合の撮像素子の温度上昇を抑制することができる。撮像素子の温度上昇の抑制により、ノイズの発生が抑制され、その結果、蛍光検出の精度を向上することができる。
【００６８】
以下に、電荷読出し時間の削減について具体例を挙げて詳細に説明する。
【００６９】
本実施形態のＤＮＡアレイ撮像装置によれば、１つＤＮＡチップに対して行われる撮像素子からの信号読出しは、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素からの電荷の読出しと、被写体画像読出し領域６ｃの各画素からの電荷の読出しの計２回行われる。
【００７０】
非破壊読出し領域６ａ、６ｂは、凡そ１辺が０．４ｍｍの正方形の領域である。これに対して、撮像素子６の受光面全体の大きさは、例えば３６ｍｍ×２４ｍｍ程度の大きさである。このように、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの大きさは、撮像素子６の受光面全体の大きさに比べて十分に小さい。非破壊読出し領域６ａ、６ｂの画素数は撮像素子６の全画素数に比べて格段に少ないことから、非破壊読出し領域６ａ、６ｂからの電荷読出しを短時間で行うことができる。この電荷読出しに要する時間（信号読出し時間）は、撮像素子６の全画素からの電荷読出しに比べて非常に短い。
【００７１】
被写体画像読出し領域６ｃは、基本的には、ＤＮＡチップ上のプローブアレイの大きさに対応する。プローブ間隔０．１ｍｍで、８×８個のプローブを形成した場合、ＤＮＡチップ上におけるプローブアレイの領域は１辺が１ｍｍの正方形の領域となる。撮像素子の受光面上には、プローブアレイの蛍光像が等倍または拡大されて結像される。等倍撮像の場合は、被写体画像読出し領域６ｃの大きさは、１辺が１ｍｍの正方形の領域となる。拡大撮像の場合は、被写体画像読出し領域６ｃの大きさは、１辺が１ｍｍの正方形の領域をその倍率に応じて大きくしたものとなる。例えば、３倍で拡大撮像した場合は、被写体画像読出し領域６ｃの大きさは、１辺が３ｍｍの正方形の領域となる。このように、被写体画像読出し領域６ｃの大きさは、３倍で拡大撮像した場合でも、１辺が３ｍｍの正方形の領域程度の大きさであることから、撮像素子６の受光面全体の大きさに比べて十分に小さい。被写体画像読出し領域６ｃの画素数は撮像素子６の全画素数に比べて格段に少ないことから、被写体画像読出し領域６ｃの電荷読出しを短時間で行うことができる。この電荷読出しに要する時間は、撮像素子６の全画素からの電荷読出しに比べて非常に短い。
【００７２】
このように、非破壊読出し領域６ａ、６ｂおよび被写体画像読出し領域６ｃの電荷読出し時間は非常に短く、これら読出し時間を合計しても、その時間は、撮像素子の全画素からの電荷を読出す場合の時間に比べて格段に短い。
【００７３】
なお、作業の効率化のために、通常は、１枚のＤＮＡチップに複数のプローブアレイを形成する。この場合、受光面上には、各プローブアレイの蛍光像が結像されることとなり、それぞれの蛍光像について、非破壊読出し領域６ａ、６ｂおよび被写体画像読出し領域６ｃが算出される。非破壊読出し領域６ａ、６ｂおよび被写体画像読出し領域６ｃは、受光面の大きさに対して非常に小さいので、複数のプローブアレイの蛍光像が同時に結像された場合でも、上述したような読出し時間の短縮の効果を得ることができる。
【００７４】
また、マーカープローブの配置は図３に示した配置に限定されない。少なくとも２つのマーカープローブが、プローブアレイの行または列もしくは双方の方向に平行に配置されていればよい。このような配置において、各マーカープローブとプローブアレイとの位置関係が分かっていれば、各マーカープローブの位置からプローブアレイ領域の位置および回転を算出することができ、その位置および回転から被写体画像読出し領域を算出することができる。
【００７５】
（他の実施形態）
上述した実施形態のＤＮＡアレイ撮像装置では、被写体画像読出し領域の各画素からの電荷の読出しは、電荷蓄積時間Ｔｍ経過時に１回だけ行うようになっているが、電荷蓄積中に、複数回行ってもよい。ここでは、電荷蓄積中に、被写体画像読出し領域の各画素からの電荷の読出しが複数回行われるように構成したＤＮＡアレイ撮像装置について説明する。
【００７６】
本他の実施形態のＤＮＡアレイ撮像装置は、図１に示した構成と同じものであるが、ＣＰＵ１９による被写体画像読出し領域の各画素からの電荷の読出し制御の動作が上述した実施形態と異なる。
【００７７】
図８に、ＣＰＵ１９による電荷の読出し動作を説明するためのタイミングチャートを示す。図８（Ａ）はレーザーシャッター２の開閉タイミングをし、図８（Ｂ）は撮像素子６の電荷蓄積タイミングを示し、図８（Ｃ）は被写体画像読出し領域の各画素からの電荷の読出しのタイミングを示す。
【００７８】
タイミングＴ０で、レーザーシャッター２を開き、撮像素子６にて電荷蓄積を開始する。タイミングＴ１で、非破壊読出し領域６ａ、６ｂの各画素の電荷を読み出して被写体画像読出し領域６ｃを算出し、その被写体画像読出し領域６ｃの各画素のアドレスをメモリ２０に記憶する。タイミングＴ２で、メモリ２０に記憶したアドレス情報を参照して、被写体画像読出し領域６ｃの各画素から電荷を読出す。さらに、タイミングＴ３とタイミングＴｍ（図５に示した時刻ｔｍに相当する）のそれぞれで、被写体画像読出し領域６ｃの各画素から電荷を読出す。レーザーシャッター２をタイミングＴｍで閉じることで、撮像素子６によるプローブの蛍光像の撮像を終了する。
【００７９】
図９（Ａ）に、タイミングＴ２で読出した電荷に基づく画像における最上列のプローブの輝度プロファイルを示す。横軸はプローブの番号、縦軸は蛍光の輝度レベルを示す。番号「１」のプローブと番号「８」のプローブはマーカープローブである。番号「２」〜「７」のプローブは、ハイブリダイゼーション反応により、蛍光標識を施された被検体ＤＮＡが結合されたＤＮＡプローブである。タイミングＴ２で、マーカープローブの輝度レベルはかなり高い。番号「２」〜「７」のプローブの輝度レベルは、マーカープローブの輝度レベルに比べてかなり低い。
【００８０】
図９（Ｂ）は、タイミングＴ３で読出した電荷に基づく画像における最上列のプローブの輝度プロファイルを示す。番号「１」〜「８」とプローブの対応関係は、図９（Ａ）に示したものと同じである。タイミングＴ３では、番号「１」と番号「８」のマーカープローブの輝度レベルは飽和する。番号「２」〜「７」のプローブの輝度レベルは、図９（Ａ）の状態より若干大きくなっている。
【００８１】
図９（Ｃ）は、タイミングＴｍで読出した電荷に基づく画像における最上列のプローブの輝度プロファイルを示す。タイミングＴ３では、番号「１」と番号「８」のマーカープローブに加えて、番号「２」のプローブの輝度レベルが飽和する。番号「３」〜「７」のプローブの輝度レベルは、図９（Ｂ）の状態より若干大きくなっている。
【００８２】
図９（Ｃ）の輝度プロファイルか分かるように、タイミングＴｍでは、番号「２」のプローブの輝度レベルが飽和する。このため、タイミングＴｍで撮像した画像データだけでは、番号「２」のプローブの蛍光解析を正確に行うことは困難である。
【００８３】
非破壊読出しによれば、プローブアレイの蛍光像に関する画像データとして、図９（Ａ）から図９（ｃ）に示した輝度プロファイルを有する複数の画像データを取得することができる。本実施形態では、この非破壊読出しの利点を利用する。ＣＰＵ１９は、タイミングＴ２、Ｔ３、Ｔｍで撮像した複数の画像データを用いて各プローブの輝度レベルを解析する。この解析では、番号「２」のプローブについて、タイミングＴ２、Ｔ３で取得した、輝度レベルが飽和する前の画像データを用いて、輝度レベルの変化の傾向を取得し、その傾向からタイミングＴｍでの輝度レベルを正確に算出する。このように、輝度レベルが飽和した場合でも、輝度レベルの変化の傾向から飽和後の輝度レベルを正確に算出することができる。これにより、蛍光検出における撮像素子のダイナミックレンジを実質的に拡大することが可能である。
【００８４】
フレームメモリに格納する画像データとして、タイミングＴ２、Ｔ３、Ｔｍで撮像した複数の画像データから、輝度レベルの変化の傾向から算出した輝度レベルを反映した、一枚の高階調画像データを作成してもよい。また、タイミングＴ２、Ｔ３、Ｔｍで撮像した複数の画像データを蓄積時間の情報と共にフレームメモリに格納に格納してもよい。
【００８５】
本他の実施形態の実施形態のＤＮＡアレイ撮像装置においても、撮像中に、受光面上におけるマーカープローブの位置に基づいてプローブアレイ領域を検出し、そのプローブアレイ領域のみから電荷を読出す。プローブアレイ領域の画素数は、撮像素子の全画素に比較して格段に少ないので、電荷読出し時間（電荷の転送時間を含む）を短縮することができる。
【００８６】
また、本他の実施形態では、撮像中に、プローブアレイ領域からの電荷の読出しが複数回行われるため、前述の実施形態に比べて電荷読出しに伴う熱の蓄積量は増大するが、電荷の読出し時間が短いので、その熱の蓄積量も少ない。したがって、撮像素子の温度上昇を抑え、ノイズの少ない画像を得ることができ、その結果、蛍光検出の精度を向上することができる。
【００８７】
以上説明した各実施形態のＤＮＡアレイ撮像装置は本発明の一例であり、その構成および動作は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。
【００８８】
例えば、図１に示したＤＮＡアレイ撮像装置では、プローブアレイの蛍光像は、蛍光フィルター４およびレンズ群５からなる光学系を介して撮像素子６の受光面上に結像されるが、そのような光学系を用いずに蛍光像を直接、受光面上に結像することもできる。
【００８９】
図１０に、光学系を用いずに蛍光像を受光面上に結像することが可能なＤＮＡアレイ撮像装置を示す。図１０を参照すると、ＤＮＡアレイ撮像装置は、光導波路構造の基板の一方の面にプローブアレイが形成されたＤＮＡチップ８４を用いる。
【００９０】
レーザー光源８１を発したレーザー光は、シャッター２を介してビームエクスパンダー８３に入射する。ビームエクスパンダー８３は、シリンドリカルレンズにより構成されるものであり、入射したレーザー光を１次元方向に拡大する。
【００９１】
ビームエクスパンダー８３により拡大された、ビーム形状がライン状のレーザー光は、ＤＮＡチップ８４の端面に入射する。ＤＮＡチップ８４の端面は、チップ基板面に対して斜めに切断した面ある。端面から入射したレーザー光は、屈折してチップ基板の下面に到達する。チップ基板の下面には、蛍光標識と結合したＤＮＡプローブアレイが形成されている。レーザー光の下面への入射角は、臨界角よりも大きくなるように設定されている。このため、レーザー光はチップ基板の下面で全反射される。
【００９２】
下面で全反射されたレーザー光は、チップ基板の上面（ＤＮＡプローブアレイが形成された面とは反対の面）に到達する。レーザー光の上面への入射角は、臨界角よりも大きくなるように設定されている。このため、レーザー光はチップ基板の上面でも全反射される。
【００９３】
レーザー光は、チップ基板の上下面で全反射を繰り返してチップ基板内を伝播し、入射面とは反対の端面に達する。この端面へのレーザー光の入射角も、臨界角よりも大きくなるように設定されているため、この端面でも、レーザー光は全反射される。端面で全反射されたレーザー光は、上下面で全反射を繰り返しながら入射面側に向かって伝播する。
【００９４】
このようにしてレーザー光がチップ基板内を伝播すると、チップ基板の下面において、エバネッセント場が発生し、染み出したエバネッセント光によりプローブアレイの蛍光物質が励起される。プローブアレイからの蛍光の一部は、撮像素子８６の受光面に到達する。撮像素子８６の受光面上にはカバーガラス８５が設けられている。
【００９５】
ＤＮＡチップ８４より染み出た励起光（エバネッセント光）は大きく減衰することから、励起光が直接、撮像素子に到達することはない。このため、原理的には、蛍光フィルターを用いずに、プローブアレイの蛍光像を撮像素子で撮像することが可能である。
【００９６】
なお、ＤＮＡチップ８４の下面での散乱等によりノイズとなって現れる励起光の影響を防ぐためには、カバーガラス８５の面に多層薄膜のコーティングを施し、励起光の波長のみカットすればよい。カバーガラス８５は、薄ければ薄いほど撮像画質は向上する。カバーガラス８５をファイバープレートで構成することで、さらに画質が向上する。
【００９７】
図１０に示した構成によれば、蛍光フィルターやレンズ群を用いずに、プローブアレイの蛍光像を直接、撮像素子で撮像することができるので、装置の小型化や簡略化を図ることができる。
【００９８】
また、上述した各実施形態のＤＮＡアレイ撮像装置において、マーカープローブの数、大きさおよび配置は、図３に示したものに限定されない。受光面上におけるプローブアレイ領域を検出することができるのであれば、マーカープローブはどこに配置されてもよく、その数や大きさも特に限定されない。
【００９９】
図１１は、１つのマーカープローブでプローブアレイ領域を検出する場合のプローブアレイの模式図である。図１１に示すように、ＤＮＡチップ７０上に、同じ塩基配列を有する複数のＤＮＡプローブからなるプローブアレイ７１が描画されている。プローブアレイ７１の中心部に、マーカープローブ７２が形成されている。プローブアレイ７１およびマーカープローブ７２は、図３に示したものと同様のものである。
【０１００】
以下、図１に示したＤＮＡアレイ撮像装置において、図１１に示したプローブアレイ７１の蛍光検出を行う場合の処理について説明する。
【０１０１】
図１２に、撮像素子の受光面上に結像した、図１１に示したマーカープローブおよびプローブアレイの蛍光像と、非破壊読出し領域および被写体画像読出し領域とを模式的に示す。
【０１０２】
非破壊読出し領域８０は、撮像素子６の受光面上における、マーカープローブ７２の理想的な蛍光像結像位置を基準にして、描画誤差、切断誤差、配置誤差および駆動誤差の各誤差分を考慮した領域に設定されている。被写体画像読出し領域８１は、非破壊読出し領域８０の画像データに基づいて算出されるマーカープローブ７２の位置を基準として設定される読出し領域である。被写体画像読出し領域８１の範囲は、描画誤差、切断誤差、配置誤差および駆動誤差の各誤差分を考慮して、マーカープローブ領域を含む範囲となるように予め設定されている。撮像素子６の受光面における非破壊読出し領域８０の座標情報および被写体画像読出し領域８１の範囲を示す座標情報は、メモリ２０に格納されている。
【０１０３】
ＣＰＵ１９は、図７に示した手順で蛍光検出を行う。まず、撮像すべきＤＮＡチップを撮像位置に移動させ、シャッター２を開いて撮像素子６による撮像を開始する。撮像開始から蓄積時間Ｔｋが経過した時点で、非破壊読出し領域８０の各画素の電荷を読み出す。こうして読み出した各画素の電荷に基づく画像について、非破壊読出し領域８０における最大輝度スポットの中心座標を求める。
【０１０４】
次に、求めた最大輝度スポットの中心座標を基準にして被写体画像読出し領域８１を設定する。撮像開始から蓄積時間Ｔｍが経過した点で、シャッター２を閉じて撮像を終了するとともに、被写体画像読出し領域８１の各画素の電荷を読み出す。こうして読み出した各画素の電荷に基づく画像データが、蛍光画像撮影データとしてフレームメモリ１４に格納される。全てのＤＮＡチップについて、同様の処理が行われる。
【０１０５】
以上の処理によれば、受光面上に結像される蛍光像の傾きを求める必要がないので、その分、処理工数が削減され、被写体画像読出し領域の設定処理に要する時間も短くなる。なお、プローブアレイ領域が同じ大きさである場合、被写体画像読出し領域８１は、被写体画像読出し領域６ｃに比べて大きくなるが、その差は非常に小さいので、それが読出し時間の短縮に影響することはない。
【０１０６】
なお、マーカープローブ７２の形成箇所はプローブアレイ領域の中央に限定されない。ただし、マーカープローブ７２を中央部からずれた位置に形成した場合は、そのずれ量を考慮して被写体画像読出し領域８４の範囲を大きくする必要がある。被写体画像読出し領域８４の範囲が大きくなると、画素数が増加するため、読出し時間が長くなる。
【０１０７】
なお、プローブアレイ領域に形成されるマーカープローブの数が１つまたは２つの場合は、画素の欠陥や受光面上へのゴミの付着などにより、いずれかのマーカープローブの位置検出に失敗すると、被写体画像読出し領域の算出が困難になる。この問題を解決するには、プローブアレイ領域にマーカープローブを３つ以上設ければよい。マーカープローブを３つ以上設けた場合は、いずれかのマーカープローブの位置検出が困難になった場合でも、残りのマーカープローブの位置から被写体画像読出し領域を算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、臨床検査におけるＤＮＡ診断に用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の蛍光検出装置の一実施形態であるＤＮＡアレイ撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す撮像素子の一例であるＣＭＯＳエリアセンサーの構成を示すブロック図である。
【図３】ＤＮＡチップ上に形成されたプローブアレイの一例を示す模式図である。
【図４】撮像素子の受光面上に結像したプローブアレイの蛍光像を示す模式図である。
【図５】マーカープローブの蛍光像が結像された画素における電荷蓄積状態を示す特性図である。
【図６】撮像素子の受光面上におけるマーカープローブおよびプローブの各蛍光像の座標の考え方を説明するための図である。
【図７】蛍光画像撮影データの取得手順を示すフローチャートである。
【図８】電荷の読出し動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】プローブの輝度プロファイルを説明するための図である。
【図１０】光学系を用いずに蛍光像を受光面上に結像することが可能なＤＮＡアレイ撮像装置を示すブロック図である。
【図１１】１つのマーカープローブでプローブアレイ領域を検出する場合のプローブアレイの模式図である。
【図１２】図１１に示すマーカープローブおよびプローブアレイの蛍光像と非破壊読出し領域および被写体画像読出し領域とを示す模式図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１ レーザー光源
２ レーザーシャッター
３ ビームエクステンダー
４ 蛍光フィルター
５ レンズ
６ 撮像素子
７ ＤＮＡチップ
８ 搬送ステージ
９ ドライバ回路
１０ ＡＧＣ回路
１１ タイミングジェネレータ
１２ ＡＤ変換回路
１３ ＤＳＰ回路
１４ フレームメモリ
１５ ビデオメモリ
１６ モニター
１８ ＣＰＵバス
１９ ＣＰＵ
２０ メモリ
２１ インターフェース
２２ キーボード
２３ マウス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素からなる受光面を備え、被検体と該被検体の領域を特定するための基準指標が基板面上に形成されたチップの前記被検体を前記受光面により撮像する撮像素子と、
前記受光面の前記基準指標からの光が入射する部分を含む第１の領域の画素から信号を読出し、該信号に基づいて、前記受光面上における前記基準指標の位置を決定し、該基準指標の位置に基づいて、前記受光面の前記被検体からの光が入射する、前記第１の領域より大きな第２の領域を決定し、該第２の領域の画素から信号を読出す演算部と、を有する光検出装置。
【請求項２】
前記被検体は蛍光標識が施され、前記基準指標は前記蛍光標識に比べて輝度の高い蛍光標識が施されており、
前記演算部は、前記第１の領域の画素から読出した信号に基づいて最大輝度スポットを求め、該最大輝度スポットの中心座標を前記基準指標の位置とする、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記被検体は、一定の方向に配置された複数のプローブからなり、
前記基準指標は、前記一定の方向に配置された少なくとも２つのマーカープローブからなり、
前記演算部は、前記複数のプローブおよびマーカープローブの位置関係が予め与えられており、前記受光面上における前記マーカープローブの位置に基づいて、前記受光面上における前記複数のプローブの領域の位置及び傾きを算出し、該位置及び傾きに基づいて前記第２の領域を算出する、請求項１または２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記基準指標は、前記被検体の領域の中央部に形成されており、
前記演算部は、前記受光面上における前記基準指標の位置を中心とする、予め設定された範囲の領域を前記第２の領域とする、請求項１または２に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記演算部は、撮像中に、前記第２の領域の画素からの信号の読出しを複数回実行する、請求項１から４のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項６】
複数の画素からなる受光面を備えた撮像素子を用いて、被検体と該被検体の領域を特定するための基準指標が基板面上に形成されたチップの前記被検体を撮像する被検体撮像方法であって、
前記受光面の前記基準指標からの光が入射する部分を含む第１の領域の画素から信号を読出し、
該信号に基づいて、前記受光面上における前記基準指標の位置を決定し、
該基準指標の位置に基づいて、前記受光面の前記被検体からの光が入射する、前記第１の領域より大きな第２の領域を決定し、
該第２の領域の画素から信号を読出す、被検体撮像方法。
【請求項１】
複数の画素からなる受光面を備え、被検体と該被検体の領域を特定するための基準指標が基板面上に形成されたチップの前記被検体を前記受光面により撮像する撮像素子と、
前記受光面の前記基準指標からの光が入射する部分を含む第１の領域の画素から信号を読出し、該信号に基づいて、前記受光面上における前記基準指標の位置を決定し、該基準指標の位置に基づいて、前記受光面の前記被検体からの光が入射する、前記第１の領域より大きな第２の領域を決定し、該第２の領域の画素から信号を読出す演算部と、を有する光検出装置。
【請求項２】
前記被検体は蛍光標識が施され、前記基準指標は前記蛍光標識に比べて輝度の高い蛍光標識が施されており、
前記演算部は、前記第１の領域の画素から読出した信号に基づいて最大輝度スポットを求め、該最大輝度スポットの中心座標を前記基準指標の位置とする、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記被検体は、一定の方向に配置された複数のプローブからなり、
前記基準指標は、前記一定の方向に配置された少なくとも２つのマーカープローブからなり、
前記演算部は、前記複数のプローブおよびマーカープローブの位置関係が予め与えられており、前記受光面上における前記マーカープローブの位置に基づいて、前記受光面上における前記複数のプローブの領域の位置及び傾きを算出し、該位置及び傾きに基づいて前記第２の領域を算出する、請求項１または２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記基準指標は、前記被検体の領域の中央部に形成されており、
前記演算部は、前記受光面上における前記基準指標の位置を中心とする、予め設定された範囲の領域を前記第２の領域とする、請求項１または２に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記演算部は、撮像中に、前記第２の領域の画素からの信号の読出しを複数回実行する、請求項１から４のいずれか１項に記載の光検出装置。
【請求項６】
複数の画素からなる受光面を備えた撮像素子を用いて、被検体と該被検体の領域を特定するための基準指標が基板面上に形成されたチップの前記被検体を撮像する被検体撮像方法であって、
前記受光面の前記基準指標からの光が入射する部分を含む第１の領域の画素から信号を読出し、
該信号に基づいて、前記受光面上における前記基準指標の位置を決定し、
該基準指標の位置に基づいて、前記受光面の前記被検体からの光が入射する、前記第１の領域より大きな第２の領域を決定し、
該第２の領域の画素から信号を読出す、被検体撮像方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−３０４３２７（Ｐ２００８−３０４３２７Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５１８０６（Ｐ２００７−１５１８０６）
【出願日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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