撮像装置
【課題】微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を安価に撮像することを可能とする技術を提供する。
【解決手段】撮像装置１００は、点光源として機能する孔３４と、撮像を行う撮像素子５３とを、基板６０の互いに反対側に位置させた状態で備える。孔３４から出た光は、Ｌ２／Ｌ１倍に拡大されて撮像素子５３の撮像面５３Ａに至り、レンズなしでの拡大撮像が実現される。
【解決手段】撮像装置１００は、点光源として機能する孔３４と、撮像を行う撮像素子５３とを、基板６０の互いに反対側に位置させた状態で備える。孔３４から出た光は、Ｌ２／Ｌ１倍に拡大されて撮像素子５３の撮像面５３Ａに至り、レンズなしでの拡大撮像が実現される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための技術についての需要がある。
例えば、特開２００８−１２８６７７、特開２００９−１１５５９０などに開示されているバイオセンサ技術で、そのような需要がある。
参考までに記述すると、これらバイオセンサ技術は、以下のようなものである。
【０００３】
このバイオセンサ技術では、検出の対象となるバイオ物質（例えば、抗原。以下、簡単のため、バイオ物質が抗原であるとして説明を進める。）を検出するにあたり、まず、検出の対象となる抗原と対になる抗体でその表面を修飾したナノメートルオーダーの大きさの磁性ナノ粒子を、抗原が含まれる可能性の高い溶液に混入させ攪拌する。すると、磁性ナノ粒子を修飾する抗体に、溶液中に存在すれば抗原が抗体抗原反応により結合する。
次に、抗体を介して抗原が付着した磁性ナノ粒子を含む溶液を、その表面の任意の場所に抗体を付着させた基板の上に供給する。そうすると磁性ナノ粒子に抗体を介して結合していた抗原は、基板上の抗体に抗体抗原反応により結合する。基板上には、基板、抗体、抗原、抗体、磁性ナノ粒子の並びで、磁性ナノ粒子が固定される。
次に、基板上に、マイクロメートルオーダーの大きさの磁性マイクロ粒子を混入させた溶液を供給し、そして基板上に磁界を発生させる。そうすると、磁化された磁性ナノ粒子に、これも磁化された磁性マイクロ粒子が磁力により多くの場合複数結合する。基板上のどこに抗体が付着させられているかが予め分かっている場合、その場所に磁性マイクロ粒子が複数存在しているのであれば、抗原が含まれる可能性の高かった上述の溶液中に抗原が存在したと判断することができる。
このような技術において、基板上の抗体が付着させられている部位に磁性マイクロ粒子が存在しているか否かは、光学的な撮像により検出することが可能である。顕微鏡を用いれば、マイクロメートルのオーダーの対象物を撮像することは技術的に困難ではないからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、マイクロメートルのオーダーの対象物を撮像するために用いられる顕微鏡はそれほど安価なものではなく、数百万円以上の価格であることも稀ではないので、バイオセンサ技術を広範に普及させることには困難がある。
【０００５】
また、これには限られないが、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための技術には需要があるが、これを安価に実現する技術は知られていない。
【０００６】
本願発明は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を安価に撮像することを可能とする技術を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため、本願発明者は以下の発明を提案する。
本願発明は、大きく２つの発明に分けられる。２つの発明をそれぞれ第１発明、第２発明として以下説明を行う。
【０００８】
第１発明は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像装置であって、前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられる、照明光を照射する光源、及び撮像を行う素子である撮像素子を備えており、前記光源は点光源であり、前記撮像素子は、多数の画素が配列されたその撮像面を前記基板に臨ませるようにされている、撮像装置である。
第１発明の撮像装置は、基板と、撮像素子との間に像光の拡大のために通常用いられるレンズや反射鏡を持たないという点で斬新なものである。しかしながら、点光源である光源からの照明光は、基板を透過して撮像素子に至るまでの間に拡大するので、第１発明の撮像素子では光学的に拡大した対象物の像を得られる。
また、第１発明の撮像装置は、レンズを用いないものであり、ＮＡが非常に小さく、焦点深度が深いため、基板の厚みがある程度大きかったとしても、また基板の撮像装置に近い側から遠い側までのどこに対象物が存在したとしても、或いは、基板の撮像素子からの距離が幾らか変化しても、対象物を焦点が合った状態で撮像できる。
光源を点光源とするのは、撮像素子の撮像面上にできる対象物の像の輪郭をなるべく明確にするためである。もっとも、光源をまったく面積のない点光源とすることは、理論上はともかく事実上不可能であり、本願でいう点光源は、ピンホールなどで実現される事実上の点光源であれば足りるものとする。
【０００９】
光源と基板の間の距離と、基板と撮像素子の間の距離とは、任意に定めることができる。光源から基板までの距離をＬ１、光源から撮像素子までの距離をＬ２とすると光学倍率はＬ２／Ｌ１となるので、必要な倍率が得られるように光源と基板と撮像素子の位置を決定すればよい。
また、前記撮像素子は、撮像されることが予定された前記対象物の前記撮像面上の像が前記画素の大きさよりも大きくなるように、前記基板から離して配されるようになっていてもよい。撮像素子の撮像面上の画素よりも撮像面上に落ちた対象物の像が小さい場合、対象物の像の形状を撮像素子で捉えることが難しくなる。対象物の像を撮像素子で捉えるには、撮像面上に落ちた対象物の像が複数の画素に跨るとよい。上述の条件により、撮像面上に落ちた対象物の像が複数の画素に跨るという条件が充足されることになる。撮像面上に落ちた対象物の像は、複数個の画素に跨るのが良いが、例えば３×３の９個の画素に跨るのであれば、像の形状を把握するのが容易になるであろう。
もっとも、対象物が「有る」、又は「無い」ということを検出するための装置として本願の撮像装置が用いられるのであれば、撮像面上に落ちた対象物の像は必ずしも複数の画素に跨るようになっている必要はない。一つの画像が像を捉えたか否かのみで、対象物の有無を検出可能である。
【００１０】
第１発明の撮像装置は、前記基板を、前記光源と前記撮像素子の間の所定の位置に位置決めして保持する保持手段を備えていてもよい。このような保持手段があれば、Ｌ２／Ｌ１で定められる上述の光学倍率を所望の数値で再現性を持って得ること、或いは撮像面上に落ちた対象物の像が複数の画素に跨るようにさせることが可能となる。
保持手段が存在する場合、保持手段と、光源と、撮像素子の相対的な位置関係を可変とすることができる。例えば、固定された基板に対して光源と、撮像素子を可変としたり、固定された光源と撮像素子の間で基板の位置を可変としたり、或いは光源、基板、撮像素子の位置をすべて可変とすることができる。いずれの場合でも、撮像が予定された対象物の大きさが異なる場合であっても、Ｌ２／Ｌ１で定められる上述の光学倍率を所望の数値で再現性を持って得ること、或いは撮像面上に落ちた対象物の像が複数の画素に跨るようにさせることが可能となる。
なお、保持手段は、必ずしも基板を固定するものではなく、その上に基板を載置するなど、基板を単に係止するものであっても構わない。
【００１１】
本願発明者は、第１発明の撮像装置と同様の作用効果を奏する方法も提案する。
その方法の一例は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像方法であって、前記基板と、照明光を照射する点光源である光源と、撮像を行う素子であり多数の画素が配列された撮像面を有する撮像素子とを、前記光源と撮像素子とが前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられるように、且つ前記撮像面が前記基板に臨ませられるように配する過程と、前記光源から前記撮像素子に向けて照明光を照射する過程と、を含んでいる、撮像方法である。
【００１２】
本願発明者が提案する第２発明は以下のようなものである。
第２発明は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像装置であって、前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられる、照明光を照射する光源、及び撮像を行う素子である撮像素子を備えており、前記光源は平行光を照射する平行光源であり、前記撮像素子は、多数の画素が配列されたその撮像面を前記基板に臨ませるようにされている、撮像装置である。
第２発明の撮像装置は、第１発明の撮像装置と同様、基板と、撮像素子との間に像光の拡大のために通常用いられるレンズや反射鏡を持たないという点で斬新なものである。しかしながら、平行光源である光源からの照明光は、基板を透過して撮像素子に至るまでの間に拡大しないので、第２発明の撮像装置の撮像素子では、第１発明の場合と異なり、光学的に拡大した対象物の像を得られない。
また、第２発明の撮像装置は、第１発明の撮像装置と同様の理由で焦点深度が深いため、基板の厚みがある程度大きかったとしても、また基板の撮像装置に近い側から遠い側までのどこに対象物が存在したとしても、或いは、基板の撮像素子からの距離が幾らか変化しても、対象物を焦点が合った状態で撮像できる。
第２発明で光源を平行光源とするのは、撮像素子の撮像面上にできる対象物の像の輪郭をなるべく明確にするためである。もっとも、光源を完全な平行光源とすることは理論上はともかく事実上ほとんど不可能であり、本願でいう平行光源は、点光源とコンデンサレンズの組合せ、点光源とフレネルレンズの組合せ等による平行光源として知られている周知の平行光源でも足りるものとする。
【００１３】
第２発明の前記撮像素子は、撮像されることが予定された前記対象物の前記撮像面上の像が前記画素の大きさよりも大きくなるようなものとなっていてもよい。そのような撮像素子を選択すれば、撮像面上に落ちた対象物の像が複数の画素に跨ることになり、対象物の像を撮像素子で捉えるに好適である。撮像面上に落ちた対象物の像は、複数個の画素に跨るのが良いが、例えば３×３の９個の画素に跨るのであれば、像の形状を把握するのが容易になるであろう。
もっとも、対象物が「有る」、又は「無い」ということを検出するための装置として本願の撮像装置が用いられるのであれば、撮像面上に落ちた対象物の像は必ずしも複数の画素に跨るようになっている必要がないことは第１発明の場合と同様である。
【００１４】
第２発明の撮像装置も、前記基板を、前記光源と前記撮像素子の間の所定の位置に位置決めして保持する保持手段を備えていても構わない。 第２発明の撮像装置の保持手段は、第１発明の撮像装置の場合と同様、必ずしも基板を固定するものではなく、その上に基板を載置するなど、基板を単に係止するものであっても構わない。
なお、第２発明の撮像装置は第１発明の撮像装置と同様、保持手段が存在する場合、保持手段と、光源と、撮像素子の相対的な位置関係を可変とすることができる。もっとも、第２発明の場合には、これらの相対的な位置関係を変更しても光学倍率の変更は生じないため、保持手段と、光源と、撮像素子の相対的な位置関係を可変とする意味はそれほどない。
【００１５】
本願発明者は、第２発明の撮像装置と同様の作用効果を奏する方法も提案する。
その方法の一例は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像方法であって、前記基板と、平行光を照射する平行光源である光源と、撮像を行う素子であり多数の画素が配列された撮像面を有する撮像素子とを、前記光源と撮像素子とが前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられるように、且つ前記撮像面が前記基板に臨ませられるように配する過程と、前記光源から前記撮像素子に向けて照明光を照射する過程と、を含んでいる、撮像方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本願発明の第１実施形態による撮像装置の構成を概略的に示す側面図。
【図２】図１に示された撮像装置の保持部の構造を示す平面図。
【図３】図１に示された撮像装置の撮像部の構造を示す平面図。
【図４】図１に示された撮像装置における照明光の振舞いを概略的に示す側面図。
【図５】本願発明の第２実施形態による撮像装置の構成を概略的に示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい第１、第２実施形態を説明する。両実施形態の説明では、共通する対象には共通の符号をふすものとし、また、共通する説明は場合により省略するものとする。
【００１８】
≪第１実施形態≫
第１実施形態の撮像装置１００の概略を、図１に示す。この撮像装置１００は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するためのものである。
【００１９】
撮像装置１００は、ベース１０と、ポール２０とを備えている。
ベース１０は、板状の形状をしており、ポール２０及びそれに固定される後述する部品を安定感を持って支えられるようにするためのものである。ベース１０は、ある程度の重さが必要となるため、必ずしもこの限りではないがこの実施形態では金属製とされている。
ポール２０は、ベース１０に対してこの実施形態では鉛直な方向に立てられた柱である。必ずしもこの限りではないが、ポール２０は細長い円筒形状となっている。
【００２０】
ポール２０には、上から、照明部３０、保持部４０、撮像部５０が設けられている。照明部３０、保持部４０、撮像部５０はそれぞれ、板である板材３１、４１、５１、及び固定部３２、４２、５２を介してポール２０に固定されている。
必ずしもこの限りではないが、固定部３２、４２、５２はいずれも、ポール２０に対して上下方向に移動でき、且つ任意の位置でポール２０に対して固定できるようになっている。これにより、照明部３０、保持部４０、撮像部５０はいずれも、ポール２０の長さ方向における任意の位置に位置決め可能となっている。
なお、固定部３２、４２、５２をポール２０の長さ方向における任意の位置に位置決め可能とするための構造は、例えば、ポール２０の外側をネジ切りしておくとともに、固定部３２、４２、５２内に、固定部３２、４２、５２に対して回転可能とされ、且つポール２０に対して螺合するナットを仕込んで置く、或いは固定部３２、４２、５２とポール２０の少なくとも一方に磁石を仕込んで置き、固定部３２、４２、５２をポール２０の任意の位置に吸着できるようにする等、公知、周知の適当な技術を採用することが可能である。
かかる構造は、固定部３２、４２、５２のすべてにおいて同一でも良いし、そうでなくても良い。
この実施形態では、以上のように、照明部３０、保持部４０、撮像部５０のすべてがポール２０の長さ方向に移動できるようになっていたが、例えば、保持部４０がポール２０に固定され、照明部３０と撮像部５０のみがポール２０の長さ方向に移動できるようになっていてもよいし、逆に照明部３０と撮像部５０がポール２０に固定され、保持部４０のみがポール２０の長さ方向に移動できるようになっているなど、照明部３０、保持部４０、撮像部５０のうちの幾つかがポール２０の長さ方向に移動できるようになっていても構わない。
【００２１】
照明部３０は、上述したように、板材３１を備えている。この板材３１は、必ずしもこの限りではないが、矩形で且つ金属製であり、その略中心に、すり鉢状の凹部３３が設けられている。凹部３３の中心における板材３１の厚さは極めて薄くなっており、その中心には極めて小さな直径の孔３４が穿たれている。この孔３４は、所謂ピンホールであり、この実施形態では具体的には数μｍ程度の大きさである。
板材３１の上には、略直方体形状のケース３５が載置されている。ケース３５は、孔３４を覆っており、光を通さない素材、この実施形態では適当な金属でできている。
ケース３５の天井部分には、孔３４にその光軸が向くようにして照明３６が配置されている。照明３６は、特定の波長の光を照射するものであり、図示せぬスイッチによりオン・オフ可能である。照明３６から出た光は、孔３４からのみケース３５の外部へ出るようになっている。これにより、照明部３０は、その孔３４が事実上の点光源として機能するようになっている。なお、孔３４を介して照明部３０から照射される照明３６からの光は、照明３６の発光する部分（例えば、照明３６が白熱灯であるときのフィラメント、或いは照明３６がＬＥＤであるときの発行するＬＥＤチップ）そのものの形状を、投影してしまう。そのようなことを防ぐためには、照明３６から後述する基板までの間の適当な位置に、光を拡散する拡散板（例えば、摺ガラス）を配しておくのがよい。
このように、この実施形態における照明部３０は、点光源からの照明光を基板に向けて照射するようになっている。その限りにおいて、照明部３０の構成を変更することは可能である。
【００２２】
保持部４０は、上述のように板材４１を備えている。図２に保持部４０の平面図を示すが、板材４１は、図２の平面図に示したような矩形であり、また、矩形の開口４３を備えている。開口４３の大きさは、その内側の縁の適当な部分で、撮像の対象となる基板の外側の縁の適当な部分を保持（この実施形態では、下から支える）できるような大きさ、形状となっている。
図１、図２における６０が、基板であるが、図２に示したように、開口４３は、その内側の縁で、基板６０の長手方向の両端の縁を下から支えられるようになっている。なお、板材４１は、公知の適宜な技術により、開口４３の大きさを可変としていてももちろん構わない。また、板材４１は単に下から基板６０を支えるだけでなく、着脱自在に基板６０を固定する、例えばクリップの如き公知の適当な手段を備えていても構わない。
【００２３】
撮像部５０は、上述のように板材５１を備えている。板材５１の上の所定の位置には、撮像素子５３が載置されている。撮像素子５３は、板材５１に固定されていてもよく、また固定されていなくてもよいが、この実施形態では板材５１に固定されている。
撮像素子５３は、撮像部５０の平面図である図３に示したように平面視矩形であり、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などにより構成可能である。撮像素子５３は、画素を多数有する撮像面５３Ａを備えている。撮像面５３Ａは、図１における上側であり、撮像装置１００の使用時には、基板６０を挟んで点光源となる孔３４に臨むことになる。
撮像素子５３は、図示せぬディスプレイと接続されており、撮像素子５３が撮像した画像は、この実施形態ではリアルタイムで、そのディスプレイに表示されるようになっている。ディスプレイと撮像素子５３の接続は無線でも構わないし、有線でも構わないが、この実施形態では図示を省略のケーブルにより有線での接続が行われている。また、撮像素子５３とディスプレイとの接続は、直接なされていても構わないし、或いはコントロールボックス等の所定の機材を挟んでなされても構わない。例えば、ディスプレイが、パーソナルコンピュータのディスプレイである場合、撮像素子５３は、コンピュータ本体と接続され、そのコンピュータがディスプレイと接続されるという構成になる。もっとも、撮像素子５３で撮像した画像の確認が不要なのであれば、撮像素子５３は必ずしもディスプレイと接続されている必要はなく、撮像素子５３で撮像された画像のデータが、ハードディスクドライブなどの所定の記録媒体に記録されるようになっていても構わない。
【００２４】
次に、この撮像装置１００の使い方について説明する。
この撮像装置１００で撮像されるのは、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板６０であり、より詳細には、その基板６０の表面、又は内部に存在する対象物である。基板６０は、必ずしも透明である必要はないし、その一部が不透明であっても良いが、照明部３０からの照明光が、撮像素子５３での撮像が可能な程度に撮像素子５３の撮像面５３Ａに届く程度の透光性を有する必要がある。
この実施形態の基板６０は、本願明細書の背景技術の欄で説明したバイオセンサ技術における基板であり、撮像の対象となる対象物は、マイクロメートルオーダーの大きさの磁性マイクロ粒子であるものとする。撮像用の基板の作り方は繰り返しになるので省略するが、背景技術の欄で説明した通りである。なお、撮像装置１００で撮像する場合には、磁性マイクロ粒子と磁性ナノ粒子の結合を維持するため、磁性マイクロ粒子と磁性ナノ粒子を磁化したままにしておく必要があり、そのために磁性マイクロ粒子と磁性ナノ粒子を磁界中に置いておく必要がある。それを実現するには、例えば、基板６０の例えば直ぐ傍に位置するようにして、板材４１の上に磁石を置いておけばそれで足りる。
なお、磁性マイクロ粒子を含む溶液の表面の動きにより撮像に影響がでる場合には、溶液の上に薄いカバーガラスを載せることもできる。
【００２５】
撮像装置１００で、基板６０を撮像するには、基板６０を図１、２に示したような位置となるように、板材４１の上に載置し、そして、照明部３０、保持部４０、撮像部５０の相互の位置関係を調整する。もっとも、かかる照明部３０、保持部４０、撮像部５０の相互の位置関係の調整と、基板６０の板材４１の上への載置の先後は不問である。
次いで、照明３６のスイッチをオンにし、照明３６に照明光を照射させる。照明光は、図１に二点鎖線で示したように、孔３４を通過する。上述したように孔３４は、点光源として機能する。点光源としての孔３４からの照明光は、基板６０を透過して撮像部５０の撮像素子５３に向かい、撮像素子５３の撮像面５３Ａに捉えられる。
こうして、撮像素子５３は、基板６０における対象物を撮像する。撮像素子５３が撮像を行うことによって生成された画像についてのデータは、図示せぬケーブルを経て図示せぬディスプレイに送られる。ディスプレイには、撮像素子５３が撮像を行って生成された画像が、ほぼリアルタイムで表示されることになる。
【００２６】
この場合の、照明光の振舞いを、図４の側面図に二点鎖線で概略的に示す。なお、６１は磁性マイクロ粒子である対象物である。
照明光は、直径Ｘの孔３４を絞られた状態で通過して、基板６０へ向かう。そして、基板６０を通過して、撮像素子５３の撮像面５３Ａへ向かう。このとき、孔３４から基板６０までの距離をＬ１、孔３４から撮像素子５３の撮像面５３Ａまでの距離をＬ２とすると、この撮像装置１００における光学倍率はＬ２／Ｌ１となり、対象物６１の像は、Ｌ２／Ｌ１倍に拡大される。
図４では、撮像素子５３の下方に、二点差線による二重の円６１Ａ、６１Ｂを示しているがこれは、撮像素子５３の撮像面５３Ａに落ちる対象物６１の像である。円６１Ａと、円６１Ｂの中程に想定される円の大きさが拡大された対象物の像となるが、その大きさは、対象物６１のＬ２／Ｌ１倍になっている。円６１Ａの内側は、撮像素子５３にて撮像された画像上で焦点の合った状態となり、円６１Ｂと円６１Ａの間の部分は同画像上で多少ぼけた状態となる。
好ましいのは、円６１Ｂがある程度大きく、また、円６１Ａがなるべく円６１Ｂに近い大きさとなっている場合である。
円６１Ｂ（或いは、円６１Ａと、円６１Ｂの中程に想定される円）の大きさは撮像素子５３で撮像される画像における対象物６１の大きさであるから、対象物の形状まで把握したいのであれば、これがある程度大きい方が良い。この場合、円６１Ｂは、撮像面５３Ａにある画素の複数（例えば、２、３個）、できれば３×３の９個以上に跨っているのが好ましい。孔３４の直径Ｘと、孔３４から基板６０までの距離Ｌ１と、孔３４から撮像素子５３の撮像面５３Ａまでの距離Ｌ２と、対象物６１の大きさと、撮像面５３Ａ上の画素の大きさとが予め判っているのであれば、円６１Ｂが３×３個以上の画素に跨る条件は簡単に導けるのであるから、照明部３０、保持部４０、撮像部５０の相互の位置関係を調整する場合には、そのような条件を満たすように調整を行えばよい。そして、この実施形態では、そのような条件を満たすような調整を行った結果、円６１Ｂは５×５個の画素に跨ることになった。
もっとも、対象物の有無のみを把握したいのであれば、円６１Ｂは、撮像面５３Ａにある画素の１つにかかれば足りるので、必ずしも画素の複数に跨るようになっている必要はない。この実施形態では、磁性マイクロ粒子が、例えば予定された位置に、存在するかどうかを把握できればとりあえず足りるので、円６１Ｂは、撮像面５３Ａにある画素の複数に跨っている必要はない。
なお、円６１Ａの大きさを円６１Ｂに近付けるには、Ｌ１とＬ２の差が小さく、また、孔３４の直径であるＸが小さいことが必要である。Ｌ１とＬ２は上述のように拡大倍率に直結するので、孔３４の直径Ｘをなるべく小さくすることが円６１Ａの大きさを円６１Ｂに近付けるには肝要である。これが、この実施形態の撮像装置１００で、照明に事実上の点光源を用いる理由となる。
【００２７】
≪第２実施形態≫
第２実施形態の撮像装置２００の概略を、図５に示す。この撮像装置２００も、第１実施形態の場合と同様に、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するためのものである。第２実施形態でも、第１実施形態の場合と同様の基板が撮像対象となるものとする。
【００２８】
第２実施形態の撮像装置２００が第１実施形態の撮像装置１００と異なるのは、事実上、照明部３０の構造のみである。
第１実施形態の場合と同様、第２実施形態の撮像装置２００は、ベース１０と、ポール２０とを備えている。これらの構造は、第１実施形態の場合と変わらない。また、第２実施形態の撮像装置２００のポール２０には、第１実施形態の撮像装置１００の場合同様、上から、照明部３０、保持部４０、撮像部５０が設けられている。第２実施形態の撮像装置２００の保持部４０、撮像部５０の構造は、第１実施形態の場合とまったく変わらない。また、第２実施形態の２００の照明部３０における固定部３２の構造も、第１実施形態の場合とまったく変わらない。
【００２９】
第２実施形態の照明部３０は、板材３１を備えているが、その構造が第１実施形態の場合と多少異なる。第１実施形態の板材３１には、凹部３３の代わりに孔３７が開けられており、そこに、その焦点の位置にある点光源からの光を平行光に変えるフレネルレンズ３８が嵌っている。
第２実施形態の板材３１の上には、第１実施形態の場合と同様直方体状のケース３５があり、そして、第２実施形態のケース３５の天井部分には、第１実施形態の場合と同様の照明３６が配置されている。
第２実施形態のケース３５の板材３１と照明３６との間には、この実施形態では板材３１と平行とされた上板材３９が配されている。上板材３９には、第１実施形態の板材３１に設けられていたのと同様の凹部３３が設けられ、その中心にピンホールである孔３４が開けられている。そして、この孔３４の位置は、フレネルレンズ３８の焦点の位置に一致している。
照明３６から出た光は、ケース３５の上板材３９よりも下側の空間に、孔３４からのみ至るようになっており、また、ケース３５の外部の空間に、フレネルレンズ３８からのみ至るようになっている。
ピンホールである孔３４は事実上、フレネルレンズ３８の焦点に存在する点光源として機能するので、フレネルレンズ３８を通過した光は平行光となる。
このように、この実施形態における照明部３０は、平行光を基板に向けて照射するようになっている。その限りにおいて、照明部３０の構成を変更することは可能である。例えば、フレネルレンズ３８をコンデンサレンズに変えるが如きである。
【００３０】
次に、この撮像装置２００の使い方について説明する。
撮像装置２００で、基板６０を撮像する方法は、基本的に第１実施形態の場合と同様である。撮像装置２００で基板６０を撮像するには、基板６０を板材４１の上に載置し、そして、照明部３０、保持部４０、撮像部５０の相互の位置関係を調整する。照明部３０、保持部４０、撮像部５０の相互の位置関係の調整と、基板６０の板材４１の上への載置の先後が不問である点は、第１実施形態と同様である。
次いで、照明３６のスイッチをオンにし、照明３６に照明光を照射させる。照明光は、図５に二点鎖線で示したように、孔３４を通過し、フレネルレンズ３８を経て平行光となる。平行光となった照明光は、基板６０を透過して撮像部５０の撮像素子５３に向かい、撮像素子５３の撮像面５３Ａに捉えられる。
こうして、撮像素子５３は、基板６０における対象物を撮像する。撮像素子５３が撮像を行うことによって生成された画像についてのデータは、第１実施形態の場合と同様、図示せぬケーブルを経て図示せぬディスプレイに送られる。ディスプレイには、撮像素子５３が撮像を行って生成された画像が、ほぼリアルタイムで表示されることになる。
【００３１】
撮像素子５３で撮像される像は、第１実施形態の場合とは異なり、対象物と等倍であり（光学倍率が１であり）、また、第１実施形態の場合のような焦点の合っている部分と合っていない部分の２つに分かれることなく、そのすべての部分で焦点が合った状態となる。
対象物の像は、第１実施形態の場合と同様、この撮像装置で対象物の形状まで把握したいのであれば、撮像面５３Ａにある画素の複数、できれば３×３の９個以上に跨っているのが好ましい。また、この撮像装置で対象物の有無だけ把握できれば足りるのであれば、撮像面５３Ａは撮像面５３Ａにある画素の複数に跨るような大きさである必要はない。
対象物の径と、撮像面５３Ａ上の画素の大きさが予め判っているのであれば、これらの条件を導くのは容易である。この実施形態ではそのような条件が満たされる撮像素子５３を撮像に用いた。
【符号の説明】
【００３２】
１０ ベース
２０ ポール
３０ 照明部
３１ 板材
３４ 孔
３５ ケース
３６ 照明
３８ フレネルレンズ
３９ 上板材
４０ 保持部
４１ 板材
４３ 開口
５０ 撮像部
５１ 板材
５３ 撮像素子
５３Ａ 撮像面
６０ 基板
６１ 対象物
１００ 撮像装置
２００ 撮像装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための技術についての需要がある。
例えば、特開２００８−１２８６７７、特開２００９−１１５５９０などに開示されているバイオセンサ技術で、そのような需要がある。
参考までに記述すると、これらバイオセンサ技術は、以下のようなものである。
【０００３】
このバイオセンサ技術では、検出の対象となるバイオ物質（例えば、抗原。以下、簡単のため、バイオ物質が抗原であるとして説明を進める。）を検出するにあたり、まず、検出の対象となる抗原と対になる抗体でその表面を修飾したナノメートルオーダーの大きさの磁性ナノ粒子を、抗原が含まれる可能性の高い溶液に混入させ攪拌する。すると、磁性ナノ粒子を修飾する抗体に、溶液中に存在すれば抗原が抗体抗原反応により結合する。
次に、抗体を介して抗原が付着した磁性ナノ粒子を含む溶液を、その表面の任意の場所に抗体を付着させた基板の上に供給する。そうすると磁性ナノ粒子に抗体を介して結合していた抗原は、基板上の抗体に抗体抗原反応により結合する。基板上には、基板、抗体、抗原、抗体、磁性ナノ粒子の並びで、磁性ナノ粒子が固定される。
次に、基板上に、マイクロメートルオーダーの大きさの磁性マイクロ粒子を混入させた溶液を供給し、そして基板上に磁界を発生させる。そうすると、磁化された磁性ナノ粒子に、これも磁化された磁性マイクロ粒子が磁力により多くの場合複数結合する。基板上のどこに抗体が付着させられているかが予め分かっている場合、その場所に磁性マイクロ粒子が複数存在しているのであれば、抗原が含まれる可能性の高かった上述の溶液中に抗原が存在したと判断することができる。
このような技術において、基板上の抗体が付着させられている部位に磁性マイクロ粒子が存在しているか否かは、光学的な撮像により検出することが可能である。顕微鏡を用いれば、マイクロメートルのオーダーの対象物を撮像することは技術的に困難ではないからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、マイクロメートルのオーダーの対象物を撮像するために用いられる顕微鏡はそれほど安価なものではなく、数百万円以上の価格であることも稀ではないので、バイオセンサ技術を広範に普及させることには困難がある。
【０００５】
また、これには限られないが、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための技術には需要があるが、これを安価に実現する技術は知られていない。
【０００６】
本願発明は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を安価に撮像することを可能とする技術を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため、本願発明者は以下の発明を提案する。
本願発明は、大きく２つの発明に分けられる。２つの発明をそれぞれ第１発明、第２発明として以下説明を行う。
【０００８】
第１発明は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像装置であって、前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられる、照明光を照射する光源、及び撮像を行う素子である撮像素子を備えており、前記光源は点光源であり、前記撮像素子は、多数の画素が配列されたその撮像面を前記基板に臨ませるようにされている、撮像装置である。
第１発明の撮像装置は、基板と、撮像素子との間に像光の拡大のために通常用いられるレンズや反射鏡を持たないという点で斬新なものである。しかしながら、点光源である光源からの照明光は、基板を透過して撮像素子に至るまでの間に拡大するので、第１発明の撮像素子では光学的に拡大した対象物の像を得られる。
また、第１発明の撮像装置は、レンズを用いないものであり、ＮＡが非常に小さく、焦点深度が深いため、基板の厚みがある程度大きかったとしても、また基板の撮像装置に近い側から遠い側までのどこに対象物が存在したとしても、或いは、基板の撮像素子からの距離が幾らか変化しても、対象物を焦点が合った状態で撮像できる。
光源を点光源とするのは、撮像素子の撮像面上にできる対象物の像の輪郭をなるべく明確にするためである。もっとも、光源をまったく面積のない点光源とすることは、理論上はともかく事実上不可能であり、本願でいう点光源は、ピンホールなどで実現される事実上の点光源であれば足りるものとする。
【０００９】
光源と基板の間の距離と、基板と撮像素子の間の距離とは、任意に定めることができる。光源から基板までの距離をＬ１、光源から撮像素子までの距離をＬ２とすると光学倍率はＬ２／Ｌ１となるので、必要な倍率が得られるように光源と基板と撮像素子の位置を決定すればよい。
また、前記撮像素子は、撮像されることが予定された前記対象物の前記撮像面上の像が前記画素の大きさよりも大きくなるように、前記基板から離して配されるようになっていてもよい。撮像素子の撮像面上の画素よりも撮像面上に落ちた対象物の像が小さい場合、対象物の像の形状を撮像素子で捉えることが難しくなる。対象物の像を撮像素子で捉えるには、撮像面上に落ちた対象物の像が複数の画素に跨るとよい。上述の条件により、撮像面上に落ちた対象物の像が複数の画素に跨るという条件が充足されることになる。撮像面上に落ちた対象物の像は、複数個の画素に跨るのが良いが、例えば３×３の９個の画素に跨るのであれば、像の形状を把握するのが容易になるであろう。
もっとも、対象物が「有る」、又は「無い」ということを検出するための装置として本願の撮像装置が用いられるのであれば、撮像面上に落ちた対象物の像は必ずしも複数の画素に跨るようになっている必要はない。一つの画像が像を捉えたか否かのみで、対象物の有無を検出可能である。
【００１０】
第１発明の撮像装置は、前記基板を、前記光源と前記撮像素子の間の所定の位置に位置決めして保持する保持手段を備えていてもよい。このような保持手段があれば、Ｌ２／Ｌ１で定められる上述の光学倍率を所望の数値で再現性を持って得ること、或いは撮像面上に落ちた対象物の像が複数の画素に跨るようにさせることが可能となる。
保持手段が存在する場合、保持手段と、光源と、撮像素子の相対的な位置関係を可変とすることができる。例えば、固定された基板に対して光源と、撮像素子を可変としたり、固定された光源と撮像素子の間で基板の位置を可変としたり、或いは光源、基板、撮像素子の位置をすべて可変とすることができる。いずれの場合でも、撮像が予定された対象物の大きさが異なる場合であっても、Ｌ２／Ｌ１で定められる上述の光学倍率を所望の数値で再現性を持って得ること、或いは撮像面上に落ちた対象物の像が複数の画素に跨るようにさせることが可能となる。
なお、保持手段は、必ずしも基板を固定するものではなく、その上に基板を載置するなど、基板を単に係止するものであっても構わない。
【００１１】
本願発明者は、第１発明の撮像装置と同様の作用効果を奏する方法も提案する。
その方法の一例は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像方法であって、前記基板と、照明光を照射する点光源である光源と、撮像を行う素子であり多数の画素が配列された撮像面を有する撮像素子とを、前記光源と撮像素子とが前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられるように、且つ前記撮像面が前記基板に臨ませられるように配する過程と、前記光源から前記撮像素子に向けて照明光を照射する過程と、を含んでいる、撮像方法である。
【００１２】
本願発明者が提案する第２発明は以下のようなものである。
第２発明は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像装置であって、前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられる、照明光を照射する光源、及び撮像を行う素子である撮像素子を備えており、前記光源は平行光を照射する平行光源であり、前記撮像素子は、多数の画素が配列されたその撮像面を前記基板に臨ませるようにされている、撮像装置である。
第２発明の撮像装置は、第１発明の撮像装置と同様、基板と、撮像素子との間に像光の拡大のために通常用いられるレンズや反射鏡を持たないという点で斬新なものである。しかしながら、平行光源である光源からの照明光は、基板を透過して撮像素子に至るまでの間に拡大しないので、第２発明の撮像装置の撮像素子では、第１発明の場合と異なり、光学的に拡大した対象物の像を得られない。
また、第２発明の撮像装置は、第１発明の撮像装置と同様の理由で焦点深度が深いため、基板の厚みがある程度大きかったとしても、また基板の撮像装置に近い側から遠い側までのどこに対象物が存在したとしても、或いは、基板の撮像素子からの距離が幾らか変化しても、対象物を焦点が合った状態で撮像できる。
第２発明で光源を平行光源とするのは、撮像素子の撮像面上にできる対象物の像の輪郭をなるべく明確にするためである。もっとも、光源を完全な平行光源とすることは理論上はともかく事実上ほとんど不可能であり、本願でいう平行光源は、点光源とコンデンサレンズの組合せ、点光源とフレネルレンズの組合せ等による平行光源として知られている周知の平行光源でも足りるものとする。
【００１３】
第２発明の前記撮像素子は、撮像されることが予定された前記対象物の前記撮像面上の像が前記画素の大きさよりも大きくなるようなものとなっていてもよい。そのような撮像素子を選択すれば、撮像面上に落ちた対象物の像が複数の画素に跨ることになり、対象物の像を撮像素子で捉えるに好適である。撮像面上に落ちた対象物の像は、複数個の画素に跨るのが良いが、例えば３×３の９個の画素に跨るのであれば、像の形状を把握するのが容易になるであろう。
もっとも、対象物が「有る」、又は「無い」ということを検出するための装置として本願の撮像装置が用いられるのであれば、撮像面上に落ちた対象物の像は必ずしも複数の画素に跨るようになっている必要がないことは第１発明の場合と同様である。
【００１４】
第２発明の撮像装置も、前記基板を、前記光源と前記撮像素子の間の所定の位置に位置決めして保持する保持手段を備えていても構わない。 第２発明の撮像装置の保持手段は、第１発明の撮像装置の場合と同様、必ずしも基板を固定するものではなく、その上に基板を載置するなど、基板を単に係止するものであっても構わない。
なお、第２発明の撮像装置は第１発明の撮像装置と同様、保持手段が存在する場合、保持手段と、光源と、撮像素子の相対的な位置関係を可変とすることができる。もっとも、第２発明の場合には、これらの相対的な位置関係を変更しても光学倍率の変更は生じないため、保持手段と、光源と、撮像素子の相対的な位置関係を可変とする意味はそれほどない。
【００１５】
本願発明者は、第２発明の撮像装置と同様の作用効果を奏する方法も提案する。
その方法の一例は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像方法であって、前記基板と、平行光を照射する平行光源である光源と、撮像を行う素子であり多数の画素が配列された撮像面を有する撮像素子とを、前記光源と撮像素子とが前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられるように、且つ前記撮像面が前記基板に臨ませられるように配する過程と、前記光源から前記撮像素子に向けて照明光を照射する過程と、を含んでいる、撮像方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本願発明の第１実施形態による撮像装置の構成を概略的に示す側面図。
【図２】図１に示された撮像装置の保持部の構造を示す平面図。
【図３】図１に示された撮像装置の撮像部の構造を示す平面図。
【図４】図１に示された撮像装置における照明光の振舞いを概略的に示す側面図。
【図５】本願発明の第２実施形態による撮像装置の構成を概略的に示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい第１、第２実施形態を説明する。両実施形態の説明では、共通する対象には共通の符号をふすものとし、また、共通する説明は場合により省略するものとする。
【００１８】
≪第１実施形態≫
第１実施形態の撮像装置１００の概略を、図１に示す。この撮像装置１００は、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するためのものである。
【００１９】
撮像装置１００は、ベース１０と、ポール２０とを備えている。
ベース１０は、板状の形状をしており、ポール２０及びそれに固定される後述する部品を安定感を持って支えられるようにするためのものである。ベース１０は、ある程度の重さが必要となるため、必ずしもこの限りではないがこの実施形態では金属製とされている。
ポール２０は、ベース１０に対してこの実施形態では鉛直な方向に立てられた柱である。必ずしもこの限りではないが、ポール２０は細長い円筒形状となっている。
【００２０】
ポール２０には、上から、照明部３０、保持部４０、撮像部５０が設けられている。照明部３０、保持部４０、撮像部５０はそれぞれ、板である板材３１、４１、５１、及び固定部３２、４２、５２を介してポール２０に固定されている。
必ずしもこの限りではないが、固定部３２、４２、５２はいずれも、ポール２０に対して上下方向に移動でき、且つ任意の位置でポール２０に対して固定できるようになっている。これにより、照明部３０、保持部４０、撮像部５０はいずれも、ポール２０の長さ方向における任意の位置に位置決め可能となっている。
なお、固定部３２、４２、５２をポール２０の長さ方向における任意の位置に位置決め可能とするための構造は、例えば、ポール２０の外側をネジ切りしておくとともに、固定部３２、４２、５２内に、固定部３２、４２、５２に対して回転可能とされ、且つポール２０に対して螺合するナットを仕込んで置く、或いは固定部３２、４２、５２とポール２０の少なくとも一方に磁石を仕込んで置き、固定部３２、４２、５２をポール２０の任意の位置に吸着できるようにする等、公知、周知の適当な技術を採用することが可能である。
かかる構造は、固定部３２、４２、５２のすべてにおいて同一でも良いし、そうでなくても良い。
この実施形態では、以上のように、照明部３０、保持部４０、撮像部５０のすべてがポール２０の長さ方向に移動できるようになっていたが、例えば、保持部４０がポール２０に固定され、照明部３０と撮像部５０のみがポール２０の長さ方向に移動できるようになっていてもよいし、逆に照明部３０と撮像部５０がポール２０に固定され、保持部４０のみがポール２０の長さ方向に移動できるようになっているなど、照明部３０、保持部４０、撮像部５０のうちの幾つかがポール２０の長さ方向に移動できるようになっていても構わない。
【００２１】
照明部３０は、上述したように、板材３１を備えている。この板材３１は、必ずしもこの限りではないが、矩形で且つ金属製であり、その略中心に、すり鉢状の凹部３３が設けられている。凹部３３の中心における板材３１の厚さは極めて薄くなっており、その中心には極めて小さな直径の孔３４が穿たれている。この孔３４は、所謂ピンホールであり、この実施形態では具体的には数μｍ程度の大きさである。
板材３１の上には、略直方体形状のケース３５が載置されている。ケース３５は、孔３４を覆っており、光を通さない素材、この実施形態では適当な金属でできている。
ケース３５の天井部分には、孔３４にその光軸が向くようにして照明３６が配置されている。照明３６は、特定の波長の光を照射するものであり、図示せぬスイッチによりオン・オフ可能である。照明３６から出た光は、孔３４からのみケース３５の外部へ出るようになっている。これにより、照明部３０は、その孔３４が事実上の点光源として機能するようになっている。なお、孔３４を介して照明部３０から照射される照明３６からの光は、照明３６の発光する部分（例えば、照明３６が白熱灯であるときのフィラメント、或いは照明３６がＬＥＤであるときの発行するＬＥＤチップ）そのものの形状を、投影してしまう。そのようなことを防ぐためには、照明３６から後述する基板までの間の適当な位置に、光を拡散する拡散板（例えば、摺ガラス）を配しておくのがよい。
このように、この実施形態における照明部３０は、点光源からの照明光を基板に向けて照射するようになっている。その限りにおいて、照明部３０の構成を変更することは可能である。
【００２２】
保持部４０は、上述のように板材４１を備えている。図２に保持部４０の平面図を示すが、板材４１は、図２の平面図に示したような矩形であり、また、矩形の開口４３を備えている。開口４３の大きさは、その内側の縁の適当な部分で、撮像の対象となる基板の外側の縁の適当な部分を保持（この実施形態では、下から支える）できるような大きさ、形状となっている。
図１、図２における６０が、基板であるが、図２に示したように、開口４３は、その内側の縁で、基板６０の長手方向の両端の縁を下から支えられるようになっている。なお、板材４１は、公知の適宜な技術により、開口４３の大きさを可変としていてももちろん構わない。また、板材４１は単に下から基板６０を支えるだけでなく、着脱自在に基板６０を固定する、例えばクリップの如き公知の適当な手段を備えていても構わない。
【００２３】
撮像部５０は、上述のように板材５１を備えている。板材５１の上の所定の位置には、撮像素子５３が載置されている。撮像素子５３は、板材５１に固定されていてもよく、また固定されていなくてもよいが、この実施形態では板材５１に固定されている。
撮像素子５３は、撮像部５０の平面図である図３に示したように平面視矩形であり、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などにより構成可能である。撮像素子５３は、画素を多数有する撮像面５３Ａを備えている。撮像面５３Ａは、図１における上側であり、撮像装置１００の使用時には、基板６０を挟んで点光源となる孔３４に臨むことになる。
撮像素子５３は、図示せぬディスプレイと接続されており、撮像素子５３が撮像した画像は、この実施形態ではリアルタイムで、そのディスプレイに表示されるようになっている。ディスプレイと撮像素子５３の接続は無線でも構わないし、有線でも構わないが、この実施形態では図示を省略のケーブルにより有線での接続が行われている。また、撮像素子５３とディスプレイとの接続は、直接なされていても構わないし、或いはコントロールボックス等の所定の機材を挟んでなされても構わない。例えば、ディスプレイが、パーソナルコンピュータのディスプレイである場合、撮像素子５３は、コンピュータ本体と接続され、そのコンピュータがディスプレイと接続されるという構成になる。もっとも、撮像素子５３で撮像した画像の確認が不要なのであれば、撮像素子５３は必ずしもディスプレイと接続されている必要はなく、撮像素子５３で撮像された画像のデータが、ハードディスクドライブなどの所定の記録媒体に記録されるようになっていても構わない。
【００２４】
次に、この撮像装置１００の使い方について説明する。
この撮像装置１００で撮像されるのは、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板６０であり、より詳細には、その基板６０の表面、又は内部に存在する対象物である。基板６０は、必ずしも透明である必要はないし、その一部が不透明であっても良いが、照明部３０からの照明光が、撮像素子５３での撮像が可能な程度に撮像素子５３の撮像面５３Ａに届く程度の透光性を有する必要がある。
この実施形態の基板６０は、本願明細書の背景技術の欄で説明したバイオセンサ技術における基板であり、撮像の対象となる対象物は、マイクロメートルオーダーの大きさの磁性マイクロ粒子であるものとする。撮像用の基板の作り方は繰り返しになるので省略するが、背景技術の欄で説明した通りである。なお、撮像装置１００で撮像する場合には、磁性マイクロ粒子と磁性ナノ粒子の結合を維持するため、磁性マイクロ粒子と磁性ナノ粒子を磁化したままにしておく必要があり、そのために磁性マイクロ粒子と磁性ナノ粒子を磁界中に置いておく必要がある。それを実現するには、例えば、基板６０の例えば直ぐ傍に位置するようにして、板材４１の上に磁石を置いておけばそれで足りる。
なお、磁性マイクロ粒子を含む溶液の表面の動きにより撮像に影響がでる場合には、溶液の上に薄いカバーガラスを載せることもできる。
【００２５】
撮像装置１００で、基板６０を撮像するには、基板６０を図１、２に示したような位置となるように、板材４１の上に載置し、そして、照明部３０、保持部４０、撮像部５０の相互の位置関係を調整する。もっとも、かかる照明部３０、保持部４０、撮像部５０の相互の位置関係の調整と、基板６０の板材４１の上への載置の先後は不問である。
次いで、照明３６のスイッチをオンにし、照明３６に照明光を照射させる。照明光は、図１に二点鎖線で示したように、孔３４を通過する。上述したように孔３４は、点光源として機能する。点光源としての孔３４からの照明光は、基板６０を透過して撮像部５０の撮像素子５３に向かい、撮像素子５３の撮像面５３Ａに捉えられる。
こうして、撮像素子５３は、基板６０における対象物を撮像する。撮像素子５３が撮像を行うことによって生成された画像についてのデータは、図示せぬケーブルを経て図示せぬディスプレイに送られる。ディスプレイには、撮像素子５３が撮像を行って生成された画像が、ほぼリアルタイムで表示されることになる。
【００２６】
この場合の、照明光の振舞いを、図４の側面図に二点鎖線で概略的に示す。なお、６１は磁性マイクロ粒子である対象物である。
照明光は、直径Ｘの孔３４を絞られた状態で通過して、基板６０へ向かう。そして、基板６０を通過して、撮像素子５３の撮像面５３Ａへ向かう。このとき、孔３４から基板６０までの距離をＬ１、孔３４から撮像素子５３の撮像面５３Ａまでの距離をＬ２とすると、この撮像装置１００における光学倍率はＬ２／Ｌ１となり、対象物６１の像は、Ｌ２／Ｌ１倍に拡大される。
図４では、撮像素子５３の下方に、二点差線による二重の円６１Ａ、６１Ｂを示しているがこれは、撮像素子５３の撮像面５３Ａに落ちる対象物６１の像である。円６１Ａと、円６１Ｂの中程に想定される円の大きさが拡大された対象物の像となるが、その大きさは、対象物６１のＬ２／Ｌ１倍になっている。円６１Ａの内側は、撮像素子５３にて撮像された画像上で焦点の合った状態となり、円６１Ｂと円６１Ａの間の部分は同画像上で多少ぼけた状態となる。
好ましいのは、円６１Ｂがある程度大きく、また、円６１Ａがなるべく円６１Ｂに近い大きさとなっている場合である。
円６１Ｂ（或いは、円６１Ａと、円６１Ｂの中程に想定される円）の大きさは撮像素子５３で撮像される画像における対象物６１の大きさであるから、対象物の形状まで把握したいのであれば、これがある程度大きい方が良い。この場合、円６１Ｂは、撮像面５３Ａにある画素の複数（例えば、２、３個）、できれば３×３の９個以上に跨っているのが好ましい。孔３４の直径Ｘと、孔３４から基板６０までの距離Ｌ１と、孔３４から撮像素子５３の撮像面５３Ａまでの距離Ｌ２と、対象物６１の大きさと、撮像面５３Ａ上の画素の大きさとが予め判っているのであれば、円６１Ｂが３×３個以上の画素に跨る条件は簡単に導けるのであるから、照明部３０、保持部４０、撮像部５０の相互の位置関係を調整する場合には、そのような条件を満たすように調整を行えばよい。そして、この実施形態では、そのような条件を満たすような調整を行った結果、円６１Ｂは５×５個の画素に跨ることになった。
もっとも、対象物の有無のみを把握したいのであれば、円６１Ｂは、撮像面５３Ａにある画素の１つにかかれば足りるので、必ずしも画素の複数に跨るようになっている必要はない。この実施形態では、磁性マイクロ粒子が、例えば予定された位置に、存在するかどうかを把握できればとりあえず足りるので、円６１Ｂは、撮像面５３Ａにある画素の複数に跨っている必要はない。
なお、円６１Ａの大きさを円６１Ｂに近付けるには、Ｌ１とＬ２の差が小さく、また、孔３４の直径であるＸが小さいことが必要である。Ｌ１とＬ２は上述のように拡大倍率に直結するので、孔３４の直径Ｘをなるべく小さくすることが円６１Ａの大きさを円６１Ｂに近付けるには肝要である。これが、この実施形態の撮像装置１００で、照明に事実上の点光源を用いる理由となる。
【００２７】
≪第２実施形態≫
第２実施形態の撮像装置２００の概略を、図５に示す。この撮像装置２００も、第１実施形態の場合と同様に、微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するためのものである。第２実施形態でも、第１実施形態の場合と同様の基板が撮像対象となるものとする。
【００２８】
第２実施形態の撮像装置２００が第１実施形態の撮像装置１００と異なるのは、事実上、照明部３０の構造のみである。
第１実施形態の場合と同様、第２実施形態の撮像装置２００は、ベース１０と、ポール２０とを備えている。これらの構造は、第１実施形態の場合と変わらない。また、第２実施形態の撮像装置２００のポール２０には、第１実施形態の撮像装置１００の場合同様、上から、照明部３０、保持部４０、撮像部５０が設けられている。第２実施形態の撮像装置２００の保持部４０、撮像部５０の構造は、第１実施形態の場合とまったく変わらない。また、第２実施形態の２００の照明部３０における固定部３２の構造も、第１実施形態の場合とまったく変わらない。
【００２９】
第２実施形態の照明部３０は、板材３１を備えているが、その構造が第１実施形態の場合と多少異なる。第１実施形態の板材３１には、凹部３３の代わりに孔３７が開けられており、そこに、その焦点の位置にある点光源からの光を平行光に変えるフレネルレンズ３８が嵌っている。
第２実施形態の板材３１の上には、第１実施形態の場合と同様直方体状のケース３５があり、そして、第２実施形態のケース３５の天井部分には、第１実施形態の場合と同様の照明３６が配置されている。
第２実施形態のケース３５の板材３１と照明３６との間には、この実施形態では板材３１と平行とされた上板材３９が配されている。上板材３９には、第１実施形態の板材３１に設けられていたのと同様の凹部３３が設けられ、その中心にピンホールである孔３４が開けられている。そして、この孔３４の位置は、フレネルレンズ３８の焦点の位置に一致している。
照明３６から出た光は、ケース３５の上板材３９よりも下側の空間に、孔３４からのみ至るようになっており、また、ケース３５の外部の空間に、フレネルレンズ３８からのみ至るようになっている。
ピンホールである孔３４は事実上、フレネルレンズ３８の焦点に存在する点光源として機能するので、フレネルレンズ３８を通過した光は平行光となる。
このように、この実施形態における照明部３０は、平行光を基板に向けて照射するようになっている。その限りにおいて、照明部３０の構成を変更することは可能である。例えば、フレネルレンズ３８をコンデンサレンズに変えるが如きである。
【００３０】
次に、この撮像装置２００の使い方について説明する。
撮像装置２００で、基板６０を撮像する方法は、基本的に第１実施形態の場合と同様である。撮像装置２００で基板６０を撮像するには、基板６０を板材４１の上に載置し、そして、照明部３０、保持部４０、撮像部５０の相互の位置関係を調整する。照明部３０、保持部４０、撮像部５０の相互の位置関係の調整と、基板６０の板材４１の上への載置の先後が不問である点は、第１実施形態と同様である。
次いで、照明３６のスイッチをオンにし、照明３６に照明光を照射させる。照明光は、図５に二点鎖線で示したように、孔３４を通過し、フレネルレンズ３８を経て平行光となる。平行光となった照明光は、基板６０を透過して撮像部５０の撮像素子５３に向かい、撮像素子５３の撮像面５３Ａに捉えられる。
こうして、撮像素子５３は、基板６０における対象物を撮像する。撮像素子５３が撮像を行うことによって生成された画像についてのデータは、第１実施形態の場合と同様、図示せぬケーブルを経て図示せぬディスプレイに送られる。ディスプレイには、撮像素子５３が撮像を行って生成された画像が、ほぼリアルタイムで表示されることになる。
【００３１】
撮像素子５３で撮像される像は、第１実施形態の場合とは異なり、対象物と等倍であり（光学倍率が１であり）、また、第１実施形態の場合のような焦点の合っている部分と合っていない部分の２つに分かれることなく、そのすべての部分で焦点が合った状態となる。
対象物の像は、第１実施形態の場合と同様、この撮像装置で対象物の形状まで把握したいのであれば、撮像面５３Ａにある画素の複数、できれば３×３の９個以上に跨っているのが好ましい。また、この撮像装置で対象物の有無だけ把握できれば足りるのであれば、撮像面５３Ａは撮像面５３Ａにある画素の複数に跨るような大きさである必要はない。
対象物の径と、撮像面５３Ａ上の画素の大きさが予め判っているのであれば、これらの条件を導くのは容易である。この実施形態ではそのような条件が満たされる撮像素子５３を撮像に用いた。
【符号の説明】
【００３２】
１０ ベース
２０ ポール
３０ 照明部
３１ 板材
３４ 孔
３５ ケース
３６ 照明
３８ フレネルレンズ
３９ 上板材
４０ 保持部
４１ 板材
４３ 開口
５０ 撮像部
５１ 板材
５３ 撮像素子
５３Ａ 撮像面
６０ 基板
６１ 対象物
１００ 撮像装置
２００ 撮像装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像装置であって、
前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられる、照明光を照射する光源、及び撮像を行う素子である撮像素子を備えており、
前記光源は点光源であり、
前記撮像素子は、多数の画素が配列されたその撮像面を前記基板に臨ませるようにされている、
撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子は、撮像されることが予定された前記対象物の前記撮像面上の像が前記画素の大きさよりも大きくなるように、前記基板から離して配されるようになっている、
請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記基板を、前記光源と前記撮像素子の間の所定の位置に位置決めして保持する保持手段を備えている、
請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像方法であって、
前記基板と、照明光を照射する点光源である光源と、撮像を行う素子であり多数の画素が配列された撮像面を有する撮像素子とを、前記光源と撮像素子とが前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられるように、且つ前記撮像面が前記基板に臨ませられるように配する過程と、
前記光源から前記撮像素子に向けて照明光を照射する過程と、
を含んでいる、撮像方法。
【請求項５】
微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像装置であって、
前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられる、照明光を照射する光源、及び撮像を行う素子である撮像素子を備えており、
前記光源は平行光を照射する平行光源であり、
前記撮像素子は、多数の画素が配列されたその撮像面を前記基板に臨ませるようにされている、
撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子は、撮像されることが予定された前記対象物の前記撮像面上の像が前記画素の大きさよりも大きくなるようなものとなっている、
請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
前記基板を、前記光源と前記撮像素子の間の所定の位置に位置決めして保持する保持手段を備えている、
請求項５記載の撮像装置。
【請求項８】
微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像方法であって、
前記基板と、平行光を照射する平行光源である光源と、撮像を行う素子であり多数の画素が配列された撮像面を有する撮像素子とを、前記光源と撮像素子とが前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられるように、且つ前記撮像面が前記基板に臨ませられるように配する過程と、
前記光源から前記撮像素子に向けて照明光を照射する過程と、
を含んでいる、撮像方法。
【請求項１】
微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像装置であって、
前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられる、照明光を照射する光源、及び撮像を行う素子である撮像素子を備えており、
前記光源は点光源であり、
前記撮像素子は、多数の画素が配列されたその撮像面を前記基板に臨ませるようにされている、
撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子は、撮像されることが予定された前記対象物の前記撮像面上の像が前記画素の大きさよりも大きくなるように、前記基板から離して配されるようになっている、
請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記基板を、前記光源と前記撮像素子の間の所定の位置に位置決めして保持する保持手段を備えている、
請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像方法であって、
前記基板と、照明光を照射する点光源である光源と、撮像を行う素子であり多数の画素が配列された撮像面を有する撮像素子とを、前記光源と撮像素子とが前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられるように、且つ前記撮像面が前記基板に臨ませられるように配する過程と、
前記光源から前記撮像素子に向けて照明光を照射する過程と、
を含んでいる、撮像方法。
【請求項５】
微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像装置であって、
前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられる、照明光を照射する光源、及び撮像を行う素子である撮像素子を備えており、
前記光源は平行光を照射する平行光源であり、
前記撮像素子は、多数の画素が配列されたその撮像面を前記基板に臨ませるようにされている、
撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子は、撮像されることが予定された前記対象物の前記撮像面上の像が前記画素の大きさよりも大きくなるようなものとなっている、
請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
前記基板を、前記光源と前記撮像素子の間の所定の位置に位置決めして保持する保持手段を備えている、
請求項５記載の撮像装置。
【請求項８】
微小な撮像の対象物がその表面、又は内部に存在する透光性の基板に存する対象物を撮像するための撮像方法であって、
前記基板と、平行光を照射する平行光源である光源と、撮像を行う素子であり多数の画素が配列された撮像面を有する撮像素子とを、前記光源と撮像素子とが前記基板を挟んで互いに反対側に位置させられるように、且つ前記撮像面が前記基板に臨ませられるように配する過程と、
前記光源から前記撮像素子に向けて照明光を照射する過程と、
を含んでいる、撮像方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２４６４０（Ｐ２０１３−２４６４０Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７８６９（Ｐ２０１１−１５７８６９）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（３０００５３５５３）スカラ株式会社 (41)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（３０００５３５５３）スカラ株式会社 (41)
【Ｆターム（参考）】
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