観察装置
【課題】一方向のみの電荷の受け渡しに対応した撮像素子を用いた場合において撮像を短時間で行うことができる、観察装置を提供する。
【解決手段】被検物を保持するステージと、タイム・ディレイ・インテグレーション方式により被検物を撮像可能な撮像部と、被検物と撮像部とを相対移動させる移動機構と、被検物からの戻り光による像を回転可能な回転機構と、を備える。
【解決手段】被検物を保持するステージと、タイム・ディレイ・インテグレーション方式により被検物を撮像可能な撮像部と、被検物と撮像部とを相対移動させる移動機構と、被検物からの戻り光による像を回転可能な回転機構と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速で移動する物体の観察、生体試料の蛍光観察、或いはミクロン単位の微細な欠陥の観察する観察装置の撮像方法として、高感度且つ高速で画像を取得可能な、タイム・ディレイ・インテグレーション（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：ＴＤＩ）方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなＴＤＩ方式で用いられる撮像素子は、一般的に、一方向からの電荷の受け渡しのみに対応している。また、撮像素子は、被検物に対してＸＹ平面内にて二次元走査するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０２０８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような一方向のみの電荷の受け渡しに対応した撮像素子は、例えば電荷の受け渡し方向に一致する往路（＋Ｘ方向）の走査ではＴＤＩ方式の検出が可能であるが、電荷の受け渡し方向と逆となる復路（−Ｘ方向）の走査ではＴＤＩ方式の検出ができなかった。そのため、被検物上を通過する復路分の時間だけ撮像時間が長くなってしまうといった問題があった。また、二方向からの電荷の受け渡しに対応した撮像素子に置き換えることも考えられるが、このような撮像素子は高価であるとともに往路及び復路でのゲインを合わせる手間が煩雑であるといった問題があるため実用性に乏しいといった問題があった。
【０００６】
本発明の態様は、一方向のみの電荷の受け渡しに対応した撮像素子を用いた場合において撮像を短時間で行うことができる、観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るに観察装置は、被検物を保持するステージと、タイム・ディレイ・インテグレーション方式により前記被検物からの光による像を撮像可能な撮像部と、前記被検物と前記撮像部とを相対移動させる移動機構と、前記相対移動に伴う前記像の移動方向が、前記撮像部の電荷転送方向と一致するように、前記像を回転可能に構成された回転機構と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の態様によれば、一方向のみの電荷の受け渡しに対応した撮像素子を用いた場合において撮像を短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】顕微鏡装置の全体構成を示す斜視図。
【図２】ステージに保持されている基板の形状を示す図。
【図３】撮像素子の構成を示す図。
【図４】ＴＤＩ方式の撮像動作時の撮像素子の動きの説明図。
【図５】ＴＤＩ方式の信号電荷の転送状態を説明図。
【図６】撮像素子に蓄積される信号電荷の電荷量の変化を示す図。
【図７】従来構成の撮像素子のスキャン方式の説明図。
【図８】第二実施形態に係るステージの概略構成を示す図。
【図９】第二実施形態に係るＴＤＩ方式の撮像動作の説明図。
【図１０】観察装置の変形例に係る構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、観察装置として、ＴＤＩ方式を用いた顕微鏡装置を例に挙げて説明する。以下の各図において、観察装置の構成を説明するにあたり、ＸＹＺ空間座標系を用いる場合がある。本実施形態では、観察装置が載置される床面に平行な方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向とし、当該床面（ＸＹ平面）に垂直な方向をＺ方向とする。ただし、Ｘ軸及びＹ軸は、直交している。
【００１１】
図１は本実施形態に係る顕微鏡装置１の全体構成を示す斜視図である。図１に示すように、顕微鏡装置１は、基板ステージ２と、基板ステージ２を移動させるステージ駆動部３と、照明装置４と、撮像装置５と、回転機構６と、を備えている。
【００１２】
基板ステージ２は、基板Ｓを保持するとともに、ステージ駆動部３により撮像装置５に対して移動可能になっている。基板ステージ２の基板Ｓの表面には、ＸＹ方向に沿ってスケール２１が形成されている。計測部２２は、計測結果を制御部ＣＯＮＴに出力する。制御部ＣＯＮＴでは、計測部２２による計測結果に基づいて基板ステージ２のＸ，Ｙ方向の位置を求めることができるようになっている。このように、スケール２１、計測部２２及び制御部ＣＯＮＴにより、基板ステージ２のＸ，Ｙ方向における位置を検出する位置検出部が構成されている。
【００１３】
ステージ駆動部３は、制御部ＣＯＮＴと電気的に接続されている。ステージ駆動部３は、基板ステージ２を駆動するアクチュエータである。ステージ駆動部３としては、例えばリニアモータ機構などを用いることができる。ステージ駆動部３は、制御部ＣＯＮＴの制御（移動量、移動のタイミングなど）に基づいて、基板ステージ２をＸＹ方向に移動させる。このような構成に基づき、撮像装置５は基板ステージ２上の基板Ｓに対し、相対的に移動するようになっている。
【００１４】
照明装置４は基板Ｓに所定の励起光を照射するものであり、例えばケーラー照明が可能なコンポーネントを有している。照明装置４が照射した励起光は、ダイクロイックミラー８により反射された後、対物レンズ７を介して基板Ｓに照射される。ダイクロイックミラー８は、基板Ｓからの戻り光（蛍光）を透過させるようになっている。
【００１５】
撮像装置５は、投影レンズ５０、撮像素子５１、対物レンズ７、及びダイクロイックミラー８を含む。対物レンズ７は、基板ステージ２と対向する位置に配置されている。投影レンズ５０には、ダイクロイックミラー８を透過した基板Ｓからの戻り光（蛍光）が入射する。投影レンズ５０は、入射した光を所定の位置に集光（結像）する。撮像素子５１は、基板Ｓからの戻り光を検知可能な位置に配置されている。
【００１６】
図２（ａ）は基板ステージ２に保持されている基板Ｓの形状を示す図であり、図２（ｂ）は、基板Ｓの要部を示す拡大断面図である。基板Ｓは、いわゆるマイクロアレイチップと呼ばれる板状部材であり、例えば矩形に形成されている。
【００１７】
基板Ｓは、例えばガラス板やプラスチック板などの材料で形成されている。基板Ｓは、一方向に長手となるように形成されている。基板Ｓは、当該長手方向がＸ方向に平行になるように基板ステージ２に保持されている。基板Ｓの表面Ｓａには、標本載置部１１０がマトリクス状に形成されている。このように、マトリクス状に配置された複数の標本載置部１１０により、基板Ｓに標本列１１０Ｌが形成されている。
【００１８】
標本載置部１１０は、Ｚ方向視で例えば円形に形成されている。そして、標本載置部１１０内には、図２（ｂ）に示すように、測定対象である試料１００として、例えば、所定の反応を触媒する酵素と、その反応によって光応答性物質へ変化する基質が配置されている。試料１００は、照明装置４から所定の励起光が照射されると励起されて蛍光を発する。
【００１９】
図３は撮像素子５１の構成を示す図であり、図３（ａ）は平面図を示し、図３（ｂ）は撮像素子５１の画素５３と標本載置部１１０との対応関係を説明するための図である。撮像装置５の撮像素子５１は、図３（ａ）に示すように、複数の画素５３を備えたＣＣＤカメラから構成されるものである。具体的に、撮像素子５１は、ライン状に配列された複数の画素５３が垂直方向にも複数列配置されることで構成されている。本実施形態では、例えば、１０２４×１２８画素、すなわち１０２４個の画素５３がライン状にＹ方向に沿って配列された画素ライン５３Ｒと、該画素ライン５３Ｒが垂直方向に１２８列配置された画素列５３Ｌとを含む撮像素子５１を用いた。撮像素子５１は、後述のように、基板ステージ２の移動に対応して、画素列５３Ｌ単位で信号電荷の転送をすることでＴＤＩ方式による撮像を行うことができる。
【００２０】
撮像素子５１の画素５３の画素サイズは、図３（ｂ）に示すように、標本載置部１１０の外径に対応しており、平面視した状態で画素５３内に標本載置部１１０が配置される大きさとなっている。また、画素５３のＸ，Ｙ方向に沿った配列ピッチは、基板Ｓの標本載置部１１０の配置ピッチに対応している。ここで、標本載置部１１０の外径及び配置ピッチに対応するとは、投影レンズ５０を介して拡大又は縮小した状態の標本載置部１１０と画素５３との外径又はピッチとを比較する場合も含むことを意味する。なお、図３（ａ）に示した撮像素子５１により撮像される領域は、顕微鏡装置１における視野領域に相当するものである。
【００２１】
図１に戻って、回転機構６は、イメージローテータをなすプリズム部６０と、該プリズム部６０を回転可能な状態に保持する保持部６１と、を有している。回転機構６（プリズム部６０）は、撮像装置５の投影レンズ５０とダイクロイックミラー８との間における試料１００からの戻り光（蛍光）の光路の途中に配置されている。回転機構６の保持部６１は、制御部ＣＯＮＴに電気的に接続されている。これにより、制御部ＣＯＮＴは、プリズム部６０の回転角度を種々に制御可能となっている。
【００２２】
プリズム部６０は、入射する試料１００からの戻り光を所定角度だけ回転させた状態で射出可能な特徴を有している。試料１００の観察画像における回転角度は、保持部６１に保持されたプリズム部６０における入射面の位置に応じて変化するようになっている。プリズム部６０の回転角度と試料１００からの戻り光の回転角度とは、例えばプリズム部６０を初期状態から９０°だけ回転させるとプリズム部６０を透過後の光が１８０°回転するといった所定の関係を有している。このようにプリズムの回転角に比例して像が回転する機能を持つプリズムとして台形柱状の形状を持つタブプリズムがある。
【００２３】
このような構成に基づき、回転機構６は、保持部６１がプリズム部６０の回転角度を変更することで試料１００からの蛍光像を所望の角度だけ回転させることが可能となっている。
【００２４】
続いて、撮像装置５によるＴＤＩ方式の撮像動作について説明する。
図４は、基板Ｓに対する撮像素子５１の動作を説明するための図である。また、図５（ａ）〜（ｃ）は、ＴＤＩ方式の信号電荷の転送の概念を説明するための図である。また、図６（ａ）〜（ｃ）は、撮像素子５１のスキャン方向における第一列目、第ニ列目、及び第三列目を構成する画素５３に蓄積される信号電荷の電荷量の変化を示す図である。なお、本実施形態においては基板ステージ２を動かすことで撮像装置５（撮像素子５１）と基板Ｓとを相対移動させるようにしている。しかしながら、図４〜６においては、図示の容易化のため、撮像素子５１が試料１００上を移動する形態で示すものとする。
【００２５】
また、本実施形態では、ステージ駆動部３が基板ステージ２を移動させることで撮像素子５１と試料１００とを相対移動可能な構成としたが、ステージ駆動部３が基板ステージ２上の試料１００に対して撮像素子５１のみを移動させる構成であっても構わない。
【００２６】
図４に示すように、撮像素子５１は、基板Ｓの移動方向における上流端（＋Ｘ方向の端部）側から下流端側に向かって当該基板Ｓ上を相対移動することで撮像を行う。
【００２７】
まず撮像を開始すると、図５（ａ）に示されるように、基板Ｓの移動方向先端の標本列１１０Ｌの標本載置部１１０ａが撮像素子５１の移動方向（以下、スキャン方向（−Ｘ方向）と呼ぶ場合もある）における第一列目５３Ｌ１の画素５３上に投影される。すると、第一列目５３Ｌ１の画素５３には、図６（ａ）に示すように、標本載置部１１０ａからの蛍光に対応した強度の信号電荷が蓄積される。
【００２８】
図５（ｂ）に示すように、撮像素子５１がスキャン方向に沿って画素列５３Ｌの一つ分だけ移動すると、図６（ｂ）に示すように、撮像素子５１の移動と同時に、第一列目５３Ｌ１の画素５３に蓄積された信号電荷は、スキャン方向とは反対方向である（撮像素子５１に形成された像の移動方向と同じ方向）第二列目５３Ｌ２の画素５３に転送される。そして、標本載置部１１０ａからの蛍光が、第一列目５３Ｌ１及び第二列目５３Ｌ２の画素５３によって撮影される。なお、第一列目５３Ｌ１の画素５３は、基板Ｓの２列目の標本載置部１１０ｂ（図３（ｂ）参照）からの蛍光を撮像している。
【００２９】
したがって、第二列目５３Ｌ２の画素５３には、図５（ｂ）に示すように、前回時に蓄積された信号電荷と今回の撮影時に蓄積された信号電荷が加算されることになる。つまり、第二列目５３Ｌ２の画素５３には、前回及び今回の撮影で得られた信号電荷が累積される。その結果、画素列が１列のみである撮像素子と比較して、２倍の強度の信号電荷を得ることができる。このように、図５（ａ）に示す状態から、図５（ｂ）に示す状態のように電荷転送が行われる。
【００３０】
さらに、図５（ｃ）に示すように、撮像素子５１がスキャン方向に沿って画素列５３Ｌの一つ分だけ移動すると、標本載置部１１０ａの撮像が続行される。このとき、図５（ｃ）に示すように、撮像素子５１の移動と同時に、第二列目５３Ｌ２の画素５３に蓄積された信号電荷が、第三列目５３Ｌ３の画素５３に転送される。また、第一列目５３Ｌ１の画素５３に蓄積された信号電荷が、スキャン方向とは反対方向である第二列目５３Ｌ２の画素５３に転送される（電荷転送方向と撮像素子５１に形成された像の移動方向とは、同じ方向である）。そして、標本載置部１１０ａからの蛍光が、第一列目５３Ｌ１、第ニ列目５３Ｌ２、及び第三列目５３Ｌ３によって撮影される。このとき、第ニ列目５３Ｌ２の画素５３は、基板Ｓの２列目の標本載置部１１０ｂ（図３（ｂ）参照）からの蛍光を撮像し、第一列目５３Ｌ１の画素５３は、基板Ｓの３列目の標本載置部１１０ｃ（図３（ｂ）参照）からの蛍光を撮像する。
【００３１】
したがって、第三列目５３Ｌ３の画素５３には、図６（ｃ）に示すように、今回の撮影時に得られた信号電荷が、加算されていくことになる。よって、第三列目５３Ｌ３の画素５３には、前々回、前回及び今回の撮影で得られた信号電荷が、蓄積される。つまり、画素列が１列のみである撮像素子と比較して、３倍の強度の信号電荷を得ることができる。なお、第二列目５３Ｌ２の撮像素子５１には、前回及び今回の撮影時に得られた信号電荷が蓄積される。
【００３２】
撮像装置５は、１つの標本載置部１１０に対して上記動作を撮像素子５１の画素列５３Ｌの数（１２８個）だけ繰り返し行うこととなる。これにより、標本載置部１１０の同一箇所に対応する信号電荷が、１２８回だけ蓄積されることになる。このように、ＴＤＩ方式では、撮像面に投影される標本載置部１１０からの蛍光が、基板ステージ２の移動に伴ってシフトするが、それに同期して撮像素子５１に蓄積される信号電荷をシフトさせている。したがって、上記動作を１２８回だけ続けた場合、ＴＤＩ方式を採用した撮像装置５は、リニアイメージセンサに比べて、１２８倍の感度を実現できる。すなわち、１２８倍のコントラストと、√１２８だけノイズを軽減することが可能となる。
【００３３】
撮像装置５は、撮像素子５１を基板Ｓ上に複数回往復させることで全ての標本載置部１１０内の試料１００を撮像することができる。そのため、撮像装置５は、撮像素子５１が基板Ｓの−Ｘ方向における端部まで移動し終わると、図４に示したように撮像が終了していない他の標本載置部１１０と撮像素子５１の画素５３とを位置合わせするため、−Ｙ方向に移動する。具体的には、ステージ駆動部３が基板ステージ２を移動し、基板Ｓと撮像素子５１とをＸ方向に沿って相対移動させる。そして、撮像素子５１を反対方向（図４中の±Ｘ方向）にスキャンしつつ、上述のＴＤＩ方式による撮像を開始する。
【００３４】
ところで、本実施形態に係る撮像素子５１は一般的なＴＤＩ方式に用いられるものと同様、上述の電荷転送方向が一方向のみに対応したものとなっている。具体的に、電荷転送方向は、＋Ｘ方向にのみ転送可能となっており、撮像素子５１が−Ｘ方向にスキャンする場合は、電荷転送方向（＋Ｘ方向）と撮像素子５１に形成された像の移動方向（＋Ｘ方向）が、同じ方向なので、画像取得可能であるが、撮像素子５１が＋Ｘ方向（図４中における左方向）にスキャンする場合は、電荷転送方向（＋Ｘ方向）と撮像素子５１に形成された像の移動方向（−Ｘ方向）が、反対方向なので、画像取得は不可能である。
【００３５】
よって、従来、撮像素子の信号電荷の転送方向が一方向のみに対応している場合、図７に示すように、撮像素子５１が初期位置から基板Ｓの一端側までスキャンした後、撮像素子５１を初期位置まで戻した後、再度基板Ｓ上をスキャンする必要があった。そのため、撮像素子５１は基板Ｓに対する往路のみしか撮像を行うことができなかった。
【００３６】
これに対し、本実施形態に係る顕微鏡装置１は、撮像素子５１が＋Ｘ方向にスキャンする場合は、撮像素子５１に形成された像の移動方向が−Ｘ方向なので、電荷転送方向（＋Ｘ方向）と像の移動方向が同じ方向になるように、上記回転機構６を動作させるようにしている。具体的に、制御部ＣＯＮＴは、回転機構６の保持部６１を駆動し、該保持部６１に保持されるプリズム部６０を初期位置から９０°だけ回転させる。
【００３７】
このようにプリズム部６０が９０°回転すると、試料１００からの蛍光像が１８０°回転した状態となる。１８０°回転した蛍光像は、撮像素子５１が＋Ｘ方向にスキャンしている場合あっても、撮像素子５１が−Ｘ方向（図４中における右方向）に移動したとき同様、撮像素子５１の画素５３内を同図中の左方向に移動することとなる（電荷転送方向と同じ方向）。このように本実施形態によれば、撮像素子５１を往復スキャンした場合であっても、電荷転送を行うことができる。
【００３８】
図４に示したように、撮像素子５１が基板Ｓの左端（＋Ｘ方向端部）に到達すると、撮像が終了していない他の標本載置部１１０と撮像素子５１の画素５３とを位置合わせするように撮像素子５１を−Ｙ方向に移動する。そして、再度−Ｘ方向に沿って撮像素子５１がスキャンする。
【００３９】
制御部ＣＯＮＴは、撮像素子５１が−Ｘ方向に沿ってスキャンするに際し、回転機構６を再度駆動する。具体的に、プリズム部６０を−９０°回転させて初期位置に戻す。このようにプリズム部６０が初期位置に戻ると、試料１００からの蛍光像は、プリズム部６０を透過したとしても回転することがない。よって、試料１００からの蛍光像は、通常通り、撮像素子５１の画素５３内を当該撮像素子５１のスキャン方向と反対方向（＋Ｘ方向）に移動することとなる。したがって、撮像素子５１は、電荷転送を問題なく行うことができる。よって、撮像素子５１が基板Ｓ上の往復時のいずれにおいてもＴＤＩ方式の撮像を行うことができるので、基板Ｓの全面を撮像する時間を短縮することができる。
【００４０】
以上述べたように、本実施形態に係る顕微鏡装置１によれば、像の移動方向が電荷転送方向と異なる場合でも、回転機構６により撮像素子５１の各画素５３における試料１００からの蛍光像の移動方向を所定の方向に揃えることができる。よって、撮像素子５１としてコストの低い電荷転送が一方向のみに対応したものを採用することができ、観察装置全体としてのコスト低減を実現できる。
【００４１】
また、このように電荷転送が一方向のみに対応した撮像素子５１は電荷転送がニ方向に対応した素子のように基板ステージ２の往路と復路とで信号電荷のゲインを合わせる制御を行う必要が無い。よって、本発明は、従来のＴＤＩ方式を用いた方法において撮像素子の制御を大きく変更する必要が無い。
【００４２】
（第二実施形態）
続いて、本発明の観察装置の第二実施形態に係る構成について説明する。本実施形態と上記実施形態との違いは、撮像素子がステージに対して移動する点と、ステージが基板を保持する保持部を複数備えている点とである。なお、それ以外の部材及び構成については、上記実施形態と同一であることから、その説明については省略若しくは簡略するものとする。
【００４３】
図８は本実施形態に係るステージの概略構成を示す図である。図８に示すように、基板ステージ２００は、試料１００を載置する保持部２０１〜２０４を複数（本実施形態では４個）有している。これら各保持部２０１〜２０４は、撮像装置５の移動経路内に進退するように移動可能に構成されている（図９参照）。
【００４４】
撮像装置５は、駆動部２１０により、撮像素子１５１が各保持部２０１〜２０４に載置される基板Ｓの長辺方向に沿って移動しつつＴＤＩ方式の撮像を行うようになっている。また、本実施形態で使用する撮像素子１５１は一方向のみに電荷転送を行うようになっている。そのため、原則として、図８に示すように、保持部２０１〜２０４のうち、１方向（Ｘ方向又はＹ方向）に沿って配置された２つに保持される基板ＳについてのみＴＤＩ方式の撮像を行うことが可能である。また、画素ライン５３Ｒと画素列５３Ｌとにおける画素５３の数が等しく、平面形状が矩形となっている。また、撮像素子１５１は、保持部２０１〜２０４に保持される基板Ｓの全域を１度のスキャンで撮像できる大きさに設定されている。
【００４５】
これに対し、本実施形態では、上記実施形態と同様、回転機構６を備えているので、基板Ｓに対する撮像素子５１のスキャン方向を種々に変更する場合であっても、プリズム部６０の回転に伴って試料１００からの蛍光像を所定角度回転させることで後述のように撮像素子５１によるＴＤＩ方式の撮像を行うことができる。
【００４６】
次に、本実施形態におけるＴＤＩ方式の撮像動作について図９を参照しながら説明する。
はじめに、基板ステージ２００の各保持部２０１〜２０４にそれぞれ基板Ｓを配置する。本実施形態では、基板Ｓは、その長手方向を各保持部２０１〜２０４の長さ方向に一致させるように当該各保持部２０１〜２０４上に載置されている。
【００４７】
保持部２０１〜２０４は、試料１００を載置しない状態においては、撮像素子１５１の移動領域ＩＮの外側に設定される退避領域ＯＴ１〜ＯＴ４に待機している。保持部２０１〜２０４に対する試料１００の載置工程は、退避領域ＯＴ１〜ＯＴ４にて行われる。
【００４８】
続いて、撮像素子１５１は、図９に示すように、保持部２０１に保持される基板Ｓに対して−Ｙ方向にスキャンすることで、ＴＤＩ方式による撮像を行う。ここで、撮像素子１５１における保持部２０１に対するスキャン方向は、撮像素子１５１の各画素内における試料１００からの蛍光像の移動方向と電荷転送方向とが一致する方向となっている。ここで、回転機構６のプリズム部６０は初期位置に配置されているため、試料１００からの蛍光像はプリズム部６０を通過した場合でも回転することがない。
【００４９】
よって、撮像素子１５１は、保持部２０１上をスキャンしつつ、電荷を所定方向に移動させることができるので、保持部２０１上に保持される基板Ｓの試料１００についてＴＤＩ方式による撮像を良好に行うことができる。撮像素子１５１が保持部２０１の端部まで到達すると、撮像素子１５１はスキャン方向を＋Ｘ方向に変更し、保持部２０２の基板Ｓに対し、ＴＤＩ方式による撮像を行う。
【００５０】
保持部２０２は、上記保持部２０１とは９０°ずれた方向に延在しているため、撮像素子１５１における保持部２０２に対するスキャン方向は、撮像素子１５１の各画素５３内における試料１００からの蛍光像の移動方向と電荷転送方向とが一致しない方向となっている。この場合、電荷転送方向が一方向のみに対応した撮像素子５１は、保持部２０２上の試料１００に対し、ＴＤＩ方式の撮像を行うことができない。
【００５１】
これに対し、本実施形態では、回転機構６を動作して、試料１００からの蛍光像を所定角度だけ回転させるようにしている。具体的には、保持部２０２上の試料１００の蛍光像を同図中における半時計周りに９０°回転可能な角度だけプリズム部６０を回転させる。すると、保持部２０２上の試料１００に対して＋Ｘ方向にスキャンしている撮像素子５１の各画素５３内における試料１００からの蛍光像の移動方向と、電荷転送方向とが一致した状態となる。
【００５２】
よって、撮像素子１５１は、電荷を所定方向に移動させることができ、保持部２０２上の試料１００についてＴＤＩ方式による撮像を良好に行うことができる。撮像素子１５１が保持部２０２の端部まで到達すると、撮像素子１５１はスキャン方向を＋Ｙ方向に変更し、保持部２０３の試料１００に対し、ＴＤＩ方式による撮像を行う。
【００５３】
保持部２０３は、上記保持部２０２とは９０°ずれた方向に延在しているため、撮像素子１５１における保持部２０３に対するスキャン方向は、撮像素子１５１の各画素５３内における試料１００からの蛍光像の移動方向と電荷転送方向とが一致しない方向となっている。この場合、電荷転送方向が一方向のみである撮像素子１５１は、保持部２０３上の試料１００に対し、ＴＤＩ方式の撮像を行うことができない。
【００５４】
これに対し、本実施形態では、回転機構６を動作して、保持部２０３上の試料１００からの蛍光像を同図中における半時計周りにさらに９０°回転可能な角度だけプリズム部６０を回転させる。すると、保持部２０３上の試料１００に対して＋Ｙ方向にスキャンする撮像素子５１は、各画素５３内での試料１００からの蛍光像の移動方向と、電荷転送方向とが一致した状態となる。
【００５５】
よって、撮像素子１５１は、電荷を所定方向に移動させることができ、保持部２０３上の試料１００についてＴＤＩ方式による撮像を良好に行うことができる。撮像素子１５１が保持部２０３の端部まで到達すると、撮像素子１５１はスキャン方向を−Ｘ方向に変更し、保持部２０４の試料１００に対し、ＴＤＩ方式による撮像を行う。
【００５６】
保持部２０４は、上記保持部２０３とは９０°ずれた方向に延在しているため、撮像素子１５１における保持部２０４に対するスキャン方向は、撮像素子１５１の各画素５３内における試料１００の蛍光像の移動方向と電荷転送方向とが一致しない方向となっている。この場合、電荷転送方向が一方向のみである撮像素子１５１は、保持部２０２上の試料１００に対し、ＴＤＩ方式の撮像を行うことができない。
【００５７】
これに対し、本実施形態では、回転機構６を動作して、保持部２０４上の試料１００からの蛍光を同図中における半時計周りに９０°回転可能な角度だけプリズム部６０をさらに回転させる。すると、保持部２０４上の試料１００に対して−Ｘ方向にスキャンする撮像素子１５１は、各画素５３内での試料１００からの蛍光像の移動方向と、電荷転送方向とが一致した状態となる。
【００５８】
よって、撮像素子１５１は、電荷を所定方向に移動させることができ、保持部２０４上の試料１００についてＴＤＩ方式による撮像を良好に行うことができる。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る顕微鏡装置１によれば、撮像素子１５１が複数の基板Ｓに対してそれぞれ異なる方向にスキャンする場合においても、回転機構６により試料１００からの蛍光像を所定角度だけ回転させることで撮像素子１５１の各画素５３内における試料１００からの蛍光像の移動方向と電荷転送方向とを一致させることができる。したがって、撮像素子１５１として電荷転送方向が一方向のみのものを用いた場合であっても、保持部２０１〜２０４上の全ての試料１００についてＴＤＩ方式の撮像を行うことができる。
【００６０】
なお、上記実施形態では、撮像素子１５１が保持部２０１上から撮像を開始する場合について説明したが、撮像素子１５１は他の保持部２０２〜２０４のいずれかの上から撮像を開始するようにしても構わない。
【００６１】
また、上記実施形態では、保持部２０１〜２０４の全てに基板Ｓを載置した後、撮像素子１５１を駆動する構成について説明したが、少なくとも撮像を行う保持部２０１〜２０４上に基板Ｓが載置されていれば撮像素子１５１を駆動しても構わない。
【００６２】
また、上記実施形態では、基板Ｓを載置した各保持部２０１〜２０４を全て撮像素子１５１の移動領域ＩＮに配置した後、撮像素子１５１の駆動を開始する場合について説明したが、基板Ｓを載置した各保持部２０１〜２０４は、撮像素子１５１がスキャンを開始するまでに撮像素子１５１の移動領域ＩＮ内に配置される構成であっても構わない。すなわち、撮像素子１５１がいずれかの保持部２０１〜２０４の基板Ｓについて撮像を行っている間に、他の保持部２０１〜２０４について基板Ｓを載置したり、又は交換するようにしても構わない。このようにすれば、試料１００を載置する時間を有効に利用することで撮像素子５１の撮像時間を短くすることができる。
【００６３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、試料１００からの蛍光像を回転可能なプリズム部６０を常に戻り光の光路上（試料１００と撮像素子５１との間）に配置した状態のままとする場合について説明したが、戻り光の光路内に対してプリズム部６０を挿脱させる構成であっても構わない。
このような場合の挿脱するプリズムとしては上述同様タブプリズムが使えるが、像の回転角として０度と１８０度のみが必要な場合には１８０度のみダハプリズムを使用することもできる。さらに、光軸が偏向することを許容するのであれば、シュミットプリズムやペンタプリズムを使用することもできる。その際、０度と１８０度の切り替えに伴う偏向は、ミラーを同時に挿脱することで補正することが望ましい。
【００６４】
すなわち、試料１００からの蛍光像を回転させる必要が無い場合、プリズム部６０に観察画像を透過させる必要がなく、プリズム部６０を観察画像の光路内に配置しなくてもよいからである。この場合、上記回転機構６は、図１０に示すように、プリズム部６０に代えて上記観察画像の光路に挿脱可能な光学部材３００を備えている。この光学部材３００は、上記プリズム部６０と同じ光路長を有している。この構成によれば、試料１００からの蛍光像は、プリズム部６０を通過した場合と、光学部材３００を通過した場合とで同一の収差条件とすることが可能であり、結像光学系を共有することができる。
【００６５】
また、上記実施形態では、測定対象として標本載置部１１０に配置した試料（所定の反応を触媒する酵素と、その反応によって光応答性物質へ変化する基質）からの蛍光像についてＴＤＩ方式の撮像を行う場合について説明したが、本発明の観察装置は顕微鏡装置に限定されることはなく、細胞以外の測定、例えば高速で移動する物体の観察等といったＴＤＩ方式を用いた撮像にも適用することができる。すなわち、測定対象物に対して励起光を照射する必要が無い場合、観察装置は照明装置を構成要素として備えていなくても構わない。
【符号の説明】
【００６６】
１…顕微鏡装置（観察装置）、２…基板ステージ（ステージ）、３…ステージ駆動部（移動機構）、５…撮像装置（撮像部）、６…回転機構、６０…プリズム部（光学素子）、２０１〜２０４…保持部、２１０…駆動部、３００…光学部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速で移動する物体の観察、生体試料の蛍光観察、或いはミクロン単位の微細な欠陥の観察する観察装置の撮像方法として、高感度且つ高速で画像を取得可能な、タイム・ディレイ・インテグレーション（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：ＴＤＩ）方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなＴＤＩ方式で用いられる撮像素子は、一般的に、一方向からの電荷の受け渡しのみに対応している。また、撮像素子は、被検物に対してＸＹ平面内にて二次元走査するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０２０８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような一方向のみの電荷の受け渡しに対応した撮像素子は、例えば電荷の受け渡し方向に一致する往路（＋Ｘ方向）の走査ではＴＤＩ方式の検出が可能であるが、電荷の受け渡し方向と逆となる復路（−Ｘ方向）の走査ではＴＤＩ方式の検出ができなかった。そのため、被検物上を通過する復路分の時間だけ撮像時間が長くなってしまうといった問題があった。また、二方向からの電荷の受け渡しに対応した撮像素子に置き換えることも考えられるが、このような撮像素子は高価であるとともに往路及び復路でのゲインを合わせる手間が煩雑であるといった問題があるため実用性に乏しいといった問題があった。
【０００６】
本発明の態様は、一方向のみの電荷の受け渡しに対応した撮像素子を用いた場合において撮像を短時間で行うことができる、観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るに観察装置は、被検物を保持するステージと、タイム・ディレイ・インテグレーション方式により前記被検物からの光による像を撮像可能な撮像部と、前記被検物と前記撮像部とを相対移動させる移動機構と、前記相対移動に伴う前記像の移動方向が、前記撮像部の電荷転送方向と一致するように、前記像を回転可能に構成された回転機構と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の態様によれば、一方向のみの電荷の受け渡しに対応した撮像素子を用いた場合において撮像を短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】顕微鏡装置の全体構成を示す斜視図。
【図２】ステージに保持されている基板の形状を示す図。
【図３】撮像素子の構成を示す図。
【図４】ＴＤＩ方式の撮像動作時の撮像素子の動きの説明図。
【図５】ＴＤＩ方式の信号電荷の転送状態を説明図。
【図６】撮像素子に蓄積される信号電荷の電荷量の変化を示す図。
【図７】従来構成の撮像素子のスキャン方式の説明図。
【図８】第二実施形態に係るステージの概略構成を示す図。
【図９】第二実施形態に係るＴＤＩ方式の撮像動作の説明図。
【図１０】観察装置の変形例に係る構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、観察装置として、ＴＤＩ方式を用いた顕微鏡装置を例に挙げて説明する。以下の各図において、観察装置の構成を説明するにあたり、ＸＹＺ空間座標系を用いる場合がある。本実施形態では、観察装置が載置される床面に平行な方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向とし、当該床面（ＸＹ平面）に垂直な方向をＺ方向とする。ただし、Ｘ軸及びＹ軸は、直交している。
【００１１】
図１は本実施形態に係る顕微鏡装置１の全体構成を示す斜視図である。図１に示すように、顕微鏡装置１は、基板ステージ２と、基板ステージ２を移動させるステージ駆動部３と、照明装置４と、撮像装置５と、回転機構６と、を備えている。
【００１２】
基板ステージ２は、基板Ｓを保持するとともに、ステージ駆動部３により撮像装置５に対して移動可能になっている。基板ステージ２の基板Ｓの表面には、ＸＹ方向に沿ってスケール２１が形成されている。計測部２２は、計測結果を制御部ＣＯＮＴに出力する。制御部ＣＯＮＴでは、計測部２２による計測結果に基づいて基板ステージ２のＸ，Ｙ方向の位置を求めることができるようになっている。このように、スケール２１、計測部２２及び制御部ＣＯＮＴにより、基板ステージ２のＸ，Ｙ方向における位置を検出する位置検出部が構成されている。
【００１３】
ステージ駆動部３は、制御部ＣＯＮＴと電気的に接続されている。ステージ駆動部３は、基板ステージ２を駆動するアクチュエータである。ステージ駆動部３としては、例えばリニアモータ機構などを用いることができる。ステージ駆動部３は、制御部ＣＯＮＴの制御（移動量、移動のタイミングなど）に基づいて、基板ステージ２をＸＹ方向に移動させる。このような構成に基づき、撮像装置５は基板ステージ２上の基板Ｓに対し、相対的に移動するようになっている。
【００１４】
照明装置４は基板Ｓに所定の励起光を照射するものであり、例えばケーラー照明が可能なコンポーネントを有している。照明装置４が照射した励起光は、ダイクロイックミラー８により反射された後、対物レンズ７を介して基板Ｓに照射される。ダイクロイックミラー８は、基板Ｓからの戻り光（蛍光）を透過させるようになっている。
【００１５】
撮像装置５は、投影レンズ５０、撮像素子５１、対物レンズ７、及びダイクロイックミラー８を含む。対物レンズ７は、基板ステージ２と対向する位置に配置されている。投影レンズ５０には、ダイクロイックミラー８を透過した基板Ｓからの戻り光（蛍光）が入射する。投影レンズ５０は、入射した光を所定の位置に集光（結像）する。撮像素子５１は、基板Ｓからの戻り光を検知可能な位置に配置されている。
【００１６】
図２（ａ）は基板ステージ２に保持されている基板Ｓの形状を示す図であり、図２（ｂ）は、基板Ｓの要部を示す拡大断面図である。基板Ｓは、いわゆるマイクロアレイチップと呼ばれる板状部材であり、例えば矩形に形成されている。
【００１７】
基板Ｓは、例えばガラス板やプラスチック板などの材料で形成されている。基板Ｓは、一方向に長手となるように形成されている。基板Ｓは、当該長手方向がＸ方向に平行になるように基板ステージ２に保持されている。基板Ｓの表面Ｓａには、標本載置部１１０がマトリクス状に形成されている。このように、マトリクス状に配置された複数の標本載置部１１０により、基板Ｓに標本列１１０Ｌが形成されている。
【００１８】
標本載置部１１０は、Ｚ方向視で例えば円形に形成されている。そして、標本載置部１１０内には、図２（ｂ）に示すように、測定対象である試料１００として、例えば、所定の反応を触媒する酵素と、その反応によって光応答性物質へ変化する基質が配置されている。試料１００は、照明装置４から所定の励起光が照射されると励起されて蛍光を発する。
【００１９】
図３は撮像素子５１の構成を示す図であり、図３（ａ）は平面図を示し、図３（ｂ）は撮像素子５１の画素５３と標本載置部１１０との対応関係を説明するための図である。撮像装置５の撮像素子５１は、図３（ａ）に示すように、複数の画素５３を備えたＣＣＤカメラから構成されるものである。具体的に、撮像素子５１は、ライン状に配列された複数の画素５３が垂直方向にも複数列配置されることで構成されている。本実施形態では、例えば、１０２４×１２８画素、すなわち１０２４個の画素５３がライン状にＹ方向に沿って配列された画素ライン５３Ｒと、該画素ライン５３Ｒが垂直方向に１２８列配置された画素列５３Ｌとを含む撮像素子５１を用いた。撮像素子５１は、後述のように、基板ステージ２の移動に対応して、画素列５３Ｌ単位で信号電荷の転送をすることでＴＤＩ方式による撮像を行うことができる。
【００２０】
撮像素子５１の画素５３の画素サイズは、図３（ｂ）に示すように、標本載置部１１０の外径に対応しており、平面視した状態で画素５３内に標本載置部１１０が配置される大きさとなっている。また、画素５３のＸ，Ｙ方向に沿った配列ピッチは、基板Ｓの標本載置部１１０の配置ピッチに対応している。ここで、標本載置部１１０の外径及び配置ピッチに対応するとは、投影レンズ５０を介して拡大又は縮小した状態の標本載置部１１０と画素５３との外径又はピッチとを比較する場合も含むことを意味する。なお、図３（ａ）に示した撮像素子５１により撮像される領域は、顕微鏡装置１における視野領域に相当するものである。
【００２１】
図１に戻って、回転機構６は、イメージローテータをなすプリズム部６０と、該プリズム部６０を回転可能な状態に保持する保持部６１と、を有している。回転機構６（プリズム部６０）は、撮像装置５の投影レンズ５０とダイクロイックミラー８との間における試料１００からの戻り光（蛍光）の光路の途中に配置されている。回転機構６の保持部６１は、制御部ＣＯＮＴに電気的に接続されている。これにより、制御部ＣＯＮＴは、プリズム部６０の回転角度を種々に制御可能となっている。
【００２２】
プリズム部６０は、入射する試料１００からの戻り光を所定角度だけ回転させた状態で射出可能な特徴を有している。試料１００の観察画像における回転角度は、保持部６１に保持されたプリズム部６０における入射面の位置に応じて変化するようになっている。プリズム部６０の回転角度と試料１００からの戻り光の回転角度とは、例えばプリズム部６０を初期状態から９０°だけ回転させるとプリズム部６０を透過後の光が１８０°回転するといった所定の関係を有している。このようにプリズムの回転角に比例して像が回転する機能を持つプリズムとして台形柱状の形状を持つタブプリズムがある。
【００２３】
このような構成に基づき、回転機構６は、保持部６１がプリズム部６０の回転角度を変更することで試料１００からの蛍光像を所望の角度だけ回転させることが可能となっている。
【００２４】
続いて、撮像装置５によるＴＤＩ方式の撮像動作について説明する。
図４は、基板Ｓに対する撮像素子５１の動作を説明するための図である。また、図５（ａ）〜（ｃ）は、ＴＤＩ方式の信号電荷の転送の概念を説明するための図である。また、図６（ａ）〜（ｃ）は、撮像素子５１のスキャン方向における第一列目、第ニ列目、及び第三列目を構成する画素５３に蓄積される信号電荷の電荷量の変化を示す図である。なお、本実施形態においては基板ステージ２を動かすことで撮像装置５（撮像素子５１）と基板Ｓとを相対移動させるようにしている。しかしながら、図４〜６においては、図示の容易化のため、撮像素子５１が試料１００上を移動する形態で示すものとする。
【００２５】
また、本実施形態では、ステージ駆動部３が基板ステージ２を移動させることで撮像素子５１と試料１００とを相対移動可能な構成としたが、ステージ駆動部３が基板ステージ２上の試料１００に対して撮像素子５１のみを移動させる構成であっても構わない。
【００２６】
図４に示すように、撮像素子５１は、基板Ｓの移動方向における上流端（＋Ｘ方向の端部）側から下流端側に向かって当該基板Ｓ上を相対移動することで撮像を行う。
【００２７】
まず撮像を開始すると、図５（ａ）に示されるように、基板Ｓの移動方向先端の標本列１１０Ｌの標本載置部１１０ａが撮像素子５１の移動方向（以下、スキャン方向（−Ｘ方向）と呼ぶ場合もある）における第一列目５３Ｌ１の画素５３上に投影される。すると、第一列目５３Ｌ１の画素５３には、図６（ａ）に示すように、標本載置部１１０ａからの蛍光に対応した強度の信号電荷が蓄積される。
【００２８】
図５（ｂ）に示すように、撮像素子５１がスキャン方向に沿って画素列５３Ｌの一つ分だけ移動すると、図６（ｂ）に示すように、撮像素子５１の移動と同時に、第一列目５３Ｌ１の画素５３に蓄積された信号電荷は、スキャン方向とは反対方向である（撮像素子５１に形成された像の移動方向と同じ方向）第二列目５３Ｌ２の画素５３に転送される。そして、標本載置部１１０ａからの蛍光が、第一列目５３Ｌ１及び第二列目５３Ｌ２の画素５３によって撮影される。なお、第一列目５３Ｌ１の画素５３は、基板Ｓの２列目の標本載置部１１０ｂ（図３（ｂ）参照）からの蛍光を撮像している。
【００２９】
したがって、第二列目５３Ｌ２の画素５３には、図５（ｂ）に示すように、前回時に蓄積された信号電荷と今回の撮影時に蓄積された信号電荷が加算されることになる。つまり、第二列目５３Ｌ２の画素５３には、前回及び今回の撮影で得られた信号電荷が累積される。その結果、画素列が１列のみである撮像素子と比較して、２倍の強度の信号電荷を得ることができる。このように、図５（ａ）に示す状態から、図５（ｂ）に示す状態のように電荷転送が行われる。
【００３０】
さらに、図５（ｃ）に示すように、撮像素子５１がスキャン方向に沿って画素列５３Ｌの一つ分だけ移動すると、標本載置部１１０ａの撮像が続行される。このとき、図５（ｃ）に示すように、撮像素子５１の移動と同時に、第二列目５３Ｌ２の画素５３に蓄積された信号電荷が、第三列目５３Ｌ３の画素５３に転送される。また、第一列目５３Ｌ１の画素５３に蓄積された信号電荷が、スキャン方向とは反対方向である第二列目５３Ｌ２の画素５３に転送される（電荷転送方向と撮像素子５１に形成された像の移動方向とは、同じ方向である）。そして、標本載置部１１０ａからの蛍光が、第一列目５３Ｌ１、第ニ列目５３Ｌ２、及び第三列目５３Ｌ３によって撮影される。このとき、第ニ列目５３Ｌ２の画素５３は、基板Ｓの２列目の標本載置部１１０ｂ（図３（ｂ）参照）からの蛍光を撮像し、第一列目５３Ｌ１の画素５３は、基板Ｓの３列目の標本載置部１１０ｃ（図３（ｂ）参照）からの蛍光を撮像する。
【００３１】
したがって、第三列目５３Ｌ３の画素５３には、図６（ｃ）に示すように、今回の撮影時に得られた信号電荷が、加算されていくことになる。よって、第三列目５３Ｌ３の画素５３には、前々回、前回及び今回の撮影で得られた信号電荷が、蓄積される。つまり、画素列が１列のみである撮像素子と比較して、３倍の強度の信号電荷を得ることができる。なお、第二列目５３Ｌ２の撮像素子５１には、前回及び今回の撮影時に得られた信号電荷が蓄積される。
【００３２】
撮像装置５は、１つの標本載置部１１０に対して上記動作を撮像素子５１の画素列５３Ｌの数（１２８個）だけ繰り返し行うこととなる。これにより、標本載置部１１０の同一箇所に対応する信号電荷が、１２８回だけ蓄積されることになる。このように、ＴＤＩ方式では、撮像面に投影される標本載置部１１０からの蛍光が、基板ステージ２の移動に伴ってシフトするが、それに同期して撮像素子５１に蓄積される信号電荷をシフトさせている。したがって、上記動作を１２８回だけ続けた場合、ＴＤＩ方式を採用した撮像装置５は、リニアイメージセンサに比べて、１２８倍の感度を実現できる。すなわち、１２８倍のコントラストと、√１２８だけノイズを軽減することが可能となる。
【００３３】
撮像装置５は、撮像素子５１を基板Ｓ上に複数回往復させることで全ての標本載置部１１０内の試料１００を撮像することができる。そのため、撮像装置５は、撮像素子５１が基板Ｓの−Ｘ方向における端部まで移動し終わると、図４に示したように撮像が終了していない他の標本載置部１１０と撮像素子５１の画素５３とを位置合わせするため、−Ｙ方向に移動する。具体的には、ステージ駆動部３が基板ステージ２を移動し、基板Ｓと撮像素子５１とをＸ方向に沿って相対移動させる。そして、撮像素子５１を反対方向（図４中の±Ｘ方向）にスキャンしつつ、上述のＴＤＩ方式による撮像を開始する。
【００３４】
ところで、本実施形態に係る撮像素子５１は一般的なＴＤＩ方式に用いられるものと同様、上述の電荷転送方向が一方向のみに対応したものとなっている。具体的に、電荷転送方向は、＋Ｘ方向にのみ転送可能となっており、撮像素子５１が−Ｘ方向にスキャンする場合は、電荷転送方向（＋Ｘ方向）と撮像素子５１に形成された像の移動方向（＋Ｘ方向）が、同じ方向なので、画像取得可能であるが、撮像素子５１が＋Ｘ方向（図４中における左方向）にスキャンする場合は、電荷転送方向（＋Ｘ方向）と撮像素子５１に形成された像の移動方向（−Ｘ方向）が、反対方向なので、画像取得は不可能である。
【００３５】
よって、従来、撮像素子の信号電荷の転送方向が一方向のみに対応している場合、図７に示すように、撮像素子５１が初期位置から基板Ｓの一端側までスキャンした後、撮像素子５１を初期位置まで戻した後、再度基板Ｓ上をスキャンする必要があった。そのため、撮像素子５１は基板Ｓに対する往路のみしか撮像を行うことができなかった。
【００３６】
これに対し、本実施形態に係る顕微鏡装置１は、撮像素子５１が＋Ｘ方向にスキャンする場合は、撮像素子５１に形成された像の移動方向が−Ｘ方向なので、電荷転送方向（＋Ｘ方向）と像の移動方向が同じ方向になるように、上記回転機構６を動作させるようにしている。具体的に、制御部ＣＯＮＴは、回転機構６の保持部６１を駆動し、該保持部６１に保持されるプリズム部６０を初期位置から９０°だけ回転させる。
【００３７】
このようにプリズム部６０が９０°回転すると、試料１００からの蛍光像が１８０°回転した状態となる。１８０°回転した蛍光像は、撮像素子５１が＋Ｘ方向にスキャンしている場合あっても、撮像素子５１が−Ｘ方向（図４中における右方向）に移動したとき同様、撮像素子５１の画素５３内を同図中の左方向に移動することとなる（電荷転送方向と同じ方向）。このように本実施形態によれば、撮像素子５１を往復スキャンした場合であっても、電荷転送を行うことができる。
【００３８】
図４に示したように、撮像素子５１が基板Ｓの左端（＋Ｘ方向端部）に到達すると、撮像が終了していない他の標本載置部１１０と撮像素子５１の画素５３とを位置合わせするように撮像素子５１を−Ｙ方向に移動する。そして、再度−Ｘ方向に沿って撮像素子５１がスキャンする。
【００３９】
制御部ＣＯＮＴは、撮像素子５１が−Ｘ方向に沿ってスキャンするに際し、回転機構６を再度駆動する。具体的に、プリズム部６０を−９０°回転させて初期位置に戻す。このようにプリズム部６０が初期位置に戻ると、試料１００からの蛍光像は、プリズム部６０を透過したとしても回転することがない。よって、試料１００からの蛍光像は、通常通り、撮像素子５１の画素５３内を当該撮像素子５１のスキャン方向と反対方向（＋Ｘ方向）に移動することとなる。したがって、撮像素子５１は、電荷転送を問題なく行うことができる。よって、撮像素子５１が基板Ｓ上の往復時のいずれにおいてもＴＤＩ方式の撮像を行うことができるので、基板Ｓの全面を撮像する時間を短縮することができる。
【００４０】
以上述べたように、本実施形態に係る顕微鏡装置１によれば、像の移動方向が電荷転送方向と異なる場合でも、回転機構６により撮像素子５１の各画素５３における試料１００からの蛍光像の移動方向を所定の方向に揃えることができる。よって、撮像素子５１としてコストの低い電荷転送が一方向のみに対応したものを採用することができ、観察装置全体としてのコスト低減を実現できる。
【００４１】
また、このように電荷転送が一方向のみに対応した撮像素子５１は電荷転送がニ方向に対応した素子のように基板ステージ２の往路と復路とで信号電荷のゲインを合わせる制御を行う必要が無い。よって、本発明は、従来のＴＤＩ方式を用いた方法において撮像素子の制御を大きく変更する必要が無い。
【００４２】
（第二実施形態）
続いて、本発明の観察装置の第二実施形態に係る構成について説明する。本実施形態と上記実施形態との違いは、撮像素子がステージに対して移動する点と、ステージが基板を保持する保持部を複数備えている点とである。なお、それ以外の部材及び構成については、上記実施形態と同一であることから、その説明については省略若しくは簡略するものとする。
【００４３】
図８は本実施形態に係るステージの概略構成を示す図である。図８に示すように、基板ステージ２００は、試料１００を載置する保持部２０１〜２０４を複数（本実施形態では４個）有している。これら各保持部２０１〜２０４は、撮像装置５の移動経路内に進退するように移動可能に構成されている（図９参照）。
【００４４】
撮像装置５は、駆動部２１０により、撮像素子１５１が各保持部２０１〜２０４に載置される基板Ｓの長辺方向に沿って移動しつつＴＤＩ方式の撮像を行うようになっている。また、本実施形態で使用する撮像素子１５１は一方向のみに電荷転送を行うようになっている。そのため、原則として、図８に示すように、保持部２０１〜２０４のうち、１方向（Ｘ方向又はＹ方向）に沿って配置された２つに保持される基板ＳについてのみＴＤＩ方式の撮像を行うことが可能である。また、画素ライン５３Ｒと画素列５３Ｌとにおける画素５３の数が等しく、平面形状が矩形となっている。また、撮像素子１５１は、保持部２０１〜２０４に保持される基板Ｓの全域を１度のスキャンで撮像できる大きさに設定されている。
【００４５】
これに対し、本実施形態では、上記実施形態と同様、回転機構６を備えているので、基板Ｓに対する撮像素子５１のスキャン方向を種々に変更する場合であっても、プリズム部６０の回転に伴って試料１００からの蛍光像を所定角度回転させることで後述のように撮像素子５１によるＴＤＩ方式の撮像を行うことができる。
【００４６】
次に、本実施形態におけるＴＤＩ方式の撮像動作について図９を参照しながら説明する。
はじめに、基板ステージ２００の各保持部２０１〜２０４にそれぞれ基板Ｓを配置する。本実施形態では、基板Ｓは、その長手方向を各保持部２０１〜２０４の長さ方向に一致させるように当該各保持部２０１〜２０４上に載置されている。
【００４７】
保持部２０１〜２０４は、試料１００を載置しない状態においては、撮像素子１５１の移動領域ＩＮの外側に設定される退避領域ＯＴ１〜ＯＴ４に待機している。保持部２０１〜２０４に対する試料１００の載置工程は、退避領域ＯＴ１〜ＯＴ４にて行われる。
【００４８】
続いて、撮像素子１５１は、図９に示すように、保持部２０１に保持される基板Ｓに対して−Ｙ方向にスキャンすることで、ＴＤＩ方式による撮像を行う。ここで、撮像素子１５１における保持部２０１に対するスキャン方向は、撮像素子１５１の各画素内における試料１００からの蛍光像の移動方向と電荷転送方向とが一致する方向となっている。ここで、回転機構６のプリズム部６０は初期位置に配置されているため、試料１００からの蛍光像はプリズム部６０を通過した場合でも回転することがない。
【００４９】
よって、撮像素子１５１は、保持部２０１上をスキャンしつつ、電荷を所定方向に移動させることができるので、保持部２０１上に保持される基板Ｓの試料１００についてＴＤＩ方式による撮像を良好に行うことができる。撮像素子１５１が保持部２０１の端部まで到達すると、撮像素子１５１はスキャン方向を＋Ｘ方向に変更し、保持部２０２の基板Ｓに対し、ＴＤＩ方式による撮像を行う。
【００５０】
保持部２０２は、上記保持部２０１とは９０°ずれた方向に延在しているため、撮像素子１５１における保持部２０２に対するスキャン方向は、撮像素子１５１の各画素５３内における試料１００からの蛍光像の移動方向と電荷転送方向とが一致しない方向となっている。この場合、電荷転送方向が一方向のみに対応した撮像素子５１は、保持部２０２上の試料１００に対し、ＴＤＩ方式の撮像を行うことができない。
【００５１】
これに対し、本実施形態では、回転機構６を動作して、試料１００からの蛍光像を所定角度だけ回転させるようにしている。具体的には、保持部２０２上の試料１００の蛍光像を同図中における半時計周りに９０°回転可能な角度だけプリズム部６０を回転させる。すると、保持部２０２上の試料１００に対して＋Ｘ方向にスキャンしている撮像素子５１の各画素５３内における試料１００からの蛍光像の移動方向と、電荷転送方向とが一致した状態となる。
【００５２】
よって、撮像素子１５１は、電荷を所定方向に移動させることができ、保持部２０２上の試料１００についてＴＤＩ方式による撮像を良好に行うことができる。撮像素子１５１が保持部２０２の端部まで到達すると、撮像素子１５１はスキャン方向を＋Ｙ方向に変更し、保持部２０３の試料１００に対し、ＴＤＩ方式による撮像を行う。
【００５３】
保持部２０３は、上記保持部２０２とは９０°ずれた方向に延在しているため、撮像素子１５１における保持部２０３に対するスキャン方向は、撮像素子１５１の各画素５３内における試料１００からの蛍光像の移動方向と電荷転送方向とが一致しない方向となっている。この場合、電荷転送方向が一方向のみである撮像素子１５１は、保持部２０３上の試料１００に対し、ＴＤＩ方式の撮像を行うことができない。
【００５４】
これに対し、本実施形態では、回転機構６を動作して、保持部２０３上の試料１００からの蛍光像を同図中における半時計周りにさらに９０°回転可能な角度だけプリズム部６０を回転させる。すると、保持部２０３上の試料１００に対して＋Ｙ方向にスキャンする撮像素子５１は、各画素５３内での試料１００からの蛍光像の移動方向と、電荷転送方向とが一致した状態となる。
【００５５】
よって、撮像素子１５１は、電荷を所定方向に移動させることができ、保持部２０３上の試料１００についてＴＤＩ方式による撮像を良好に行うことができる。撮像素子１５１が保持部２０３の端部まで到達すると、撮像素子１５１はスキャン方向を−Ｘ方向に変更し、保持部２０４の試料１００に対し、ＴＤＩ方式による撮像を行う。
【００５６】
保持部２０４は、上記保持部２０３とは９０°ずれた方向に延在しているため、撮像素子１５１における保持部２０４に対するスキャン方向は、撮像素子１５１の各画素５３内における試料１００の蛍光像の移動方向と電荷転送方向とが一致しない方向となっている。この場合、電荷転送方向が一方向のみである撮像素子１５１は、保持部２０２上の試料１００に対し、ＴＤＩ方式の撮像を行うことができない。
【００５７】
これに対し、本実施形態では、回転機構６を動作して、保持部２０４上の試料１００からの蛍光を同図中における半時計周りに９０°回転可能な角度だけプリズム部６０をさらに回転させる。すると、保持部２０４上の試料１００に対して−Ｘ方向にスキャンする撮像素子１５１は、各画素５３内での試料１００からの蛍光像の移動方向と、電荷転送方向とが一致した状態となる。
【００５８】
よって、撮像素子１５１は、電荷を所定方向に移動させることができ、保持部２０４上の試料１００についてＴＤＩ方式による撮像を良好に行うことができる。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る顕微鏡装置１によれば、撮像素子１５１が複数の基板Ｓに対してそれぞれ異なる方向にスキャンする場合においても、回転機構６により試料１００からの蛍光像を所定角度だけ回転させることで撮像素子１５１の各画素５３内における試料１００からの蛍光像の移動方向と電荷転送方向とを一致させることができる。したがって、撮像素子１５１として電荷転送方向が一方向のみのものを用いた場合であっても、保持部２０１〜２０４上の全ての試料１００についてＴＤＩ方式の撮像を行うことができる。
【００６０】
なお、上記実施形態では、撮像素子１５１が保持部２０１上から撮像を開始する場合について説明したが、撮像素子１５１は他の保持部２０２〜２０４のいずれかの上から撮像を開始するようにしても構わない。
【００６１】
また、上記実施形態では、保持部２０１〜２０４の全てに基板Ｓを載置した後、撮像素子１５１を駆動する構成について説明したが、少なくとも撮像を行う保持部２０１〜２０４上に基板Ｓが載置されていれば撮像素子１５１を駆動しても構わない。
【００６２】
また、上記実施形態では、基板Ｓを載置した各保持部２０１〜２０４を全て撮像素子１５１の移動領域ＩＮに配置した後、撮像素子１５１の駆動を開始する場合について説明したが、基板Ｓを載置した各保持部２０１〜２０４は、撮像素子１５１がスキャンを開始するまでに撮像素子１５１の移動領域ＩＮ内に配置される構成であっても構わない。すなわち、撮像素子１５１がいずれかの保持部２０１〜２０４の基板Ｓについて撮像を行っている間に、他の保持部２０１〜２０４について基板Ｓを載置したり、又は交換するようにしても構わない。このようにすれば、試料１００を載置する時間を有効に利用することで撮像素子５１の撮像時間を短くすることができる。
【００６３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、試料１００からの蛍光像を回転可能なプリズム部６０を常に戻り光の光路上（試料１００と撮像素子５１との間）に配置した状態のままとする場合について説明したが、戻り光の光路内に対してプリズム部６０を挿脱させる構成であっても構わない。
このような場合の挿脱するプリズムとしては上述同様タブプリズムが使えるが、像の回転角として０度と１８０度のみが必要な場合には１８０度のみダハプリズムを使用することもできる。さらに、光軸が偏向することを許容するのであれば、シュミットプリズムやペンタプリズムを使用することもできる。その際、０度と１８０度の切り替えに伴う偏向は、ミラーを同時に挿脱することで補正することが望ましい。
【００６４】
すなわち、試料１００からの蛍光像を回転させる必要が無い場合、プリズム部６０に観察画像を透過させる必要がなく、プリズム部６０を観察画像の光路内に配置しなくてもよいからである。この場合、上記回転機構６は、図１０に示すように、プリズム部６０に代えて上記観察画像の光路に挿脱可能な光学部材３００を備えている。この光学部材３００は、上記プリズム部６０と同じ光路長を有している。この構成によれば、試料１００からの蛍光像は、プリズム部６０を通過した場合と、光学部材３００を通過した場合とで同一の収差条件とすることが可能であり、結像光学系を共有することができる。
【００６５】
また、上記実施形態では、測定対象として標本載置部１１０に配置した試料（所定の反応を触媒する酵素と、その反応によって光応答性物質へ変化する基質）からの蛍光像についてＴＤＩ方式の撮像を行う場合について説明したが、本発明の観察装置は顕微鏡装置に限定されることはなく、細胞以外の測定、例えば高速で移動する物体の観察等といったＴＤＩ方式を用いた撮像にも適用することができる。すなわち、測定対象物に対して励起光を照射する必要が無い場合、観察装置は照明装置を構成要素として備えていなくても構わない。
【符号の説明】
【００６６】
１…顕微鏡装置（観察装置）、２…基板ステージ（ステージ）、３…ステージ駆動部（移動機構）、５…撮像装置（撮像部）、６…回転機構、６０…プリズム部（光学素子）、２０１〜２０４…保持部、２１０…駆動部、３００…光学部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物を保持するステージと、
タイム・ディレイ・インテグレーション方式により前記被検物からの光による像を撮像可能な撮像部と、
前記被検物と前記撮像部とを相対移動させる移動機構と、
前記相対移動に伴う前記像の移動方向が、前記撮像部の電荷転送方向と一致するように、前記像を回転可能に構成された回転機構と、を備える観察装置。
【請求項２】
前記回転機構は光学素子を含む請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記光学素子は、前記撮像部と前記被検物との間に挿脱可能とされる請求項２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記光学素子に代えて前記撮像部と前記被検物との間に挿脱可能とされ、前記光学素子と同じ光路長を有する光学部材を備える請求項３に記載の観察装置。
【請求項５】
前記ステージは、前記被検物を保持する保持部を複数有しており、
前記移動機構は、前記複数の保持部に保持される前記被検物と前記撮像部とをそれぞれ相対移動させる請求項１〜４のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項１】
被検物を保持するステージと、
タイム・ディレイ・インテグレーション方式により前記被検物からの光による像を撮像可能な撮像部と、
前記被検物と前記撮像部とを相対移動させる移動機構と、
前記相対移動に伴う前記像の移動方向が、前記撮像部の電荷転送方向と一致するように、前記像を回転可能に構成された回転機構と、を備える観察装置。
【請求項２】
前記回転機構は光学素子を含む請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記光学素子は、前記撮像部と前記被検物との間に挿脱可能とされる請求項２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記光学素子に代えて前記撮像部と前記被検物との間に挿脱可能とされ、前記光学素子と同じ光路長を有する光学部材を備える請求項３に記載の観察装置。
【請求項５】
前記ステージは、前記被検物を保持する保持部を複数有しており、
前記移動機構は、前記複数の保持部に保持される前記被検物と前記撮像部とをそれぞれ相対移動させる請求項１〜４のいずれか一項に記載の観察装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１６３５３５（Ｐ２０１２−１６３５３５Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６２６０（Ｐ２０１１−２６２６０）
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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