JP3966936B2 - 冷却ｃｃｄカメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＣＣＤ（電荷結合素子）を備えた冷却ＣＣＤカメラに関するものであり、さらに詳細には、構造が簡易で、容易に組み付けることができ、冷却効率が向上した冷却ＣＣＤカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蛋白質、核酸配列などの固定された高分子を、化学発光物質と接触して、化学発光を生じさせる標識物質により、選択的に標識し、標識物質によって選択的に標識された高分子と、化学発光物質とを接触させて、化学発光物質と標識物質との接触によって生ずる可視光波長域の化学発光を、光電的に検出して、ディジタル画像信号を生成し、画像処理を施して、ＣＲＴなどの表示手段あるいは写真フイルムなどの記録材料上に、化学発光画像を再生して、遺伝子情報などの高分子に関する情報を得るようにした化学発光検出システムが知られている。
また、蛍光物質を標識物質として使用した蛍光検出（fluorescence) システムが知られている。この蛍光検出システムによれば、蛍光画像の読み取ることによって、遺伝子配列、遺伝子の発現レベル、蛋白質の分離、同定、あるいは、分子量、特性の評価などをおこなうことができ、たとえば、電気泳動させるべき複数のＤＮＡ断片を含む溶液中に、蛍光色素を加えた後に、複数のＤＮＡ断片をゲル支持体上で電気泳動させ、あるいは、蛍光色素を含有させたゲル支持体上で、複数のＤＮＡ断片を電気泳動させ、あるいは、複数のＤＮＡ断片を、ゲル支持体上で、電気泳動させた後に、ゲル支持体を蛍光色素を含んだ溶液に浸すなどして、電気泳動されたＤＮＡ断片を標識し、励起光により、蛍光色素を励起して、生じた蛍光を検出することによって、画像を生成し、ゲル支持体上のＤＮＡを分布を検出したり、あるいは、複数のＤＮＡ断片を、ゲル支持体上で、電気泳動させた後に、ＤＮＡを変性（denaturation) し、次いで、サザン・ブロッティング法により、ニトロセルロースなどの転写支持体上に、変性ＤＮＡ断片の少なくとも一部を転写し、目的とするＤＮＡと相補的なＤＮＡもしくはＲＮＡを蛍光色素で標識して調製したプローブと変性ＤＮＡ断片とをハイブリダイズさせ、プローブＤＮＡもしくはプローブＲＮＡと相補的なＤＮＡ断片のみを選択的に標識し、励起光によって、蛍光色素を励起して、生じた蛍光を検出することにより、画像を生成し、転写支持体上の目的とするＤＮＡを分布を検出したりすることができる。さらに、標識物質により標識した目的とする遺伝子を含むＤＮＡと相補的なＤＮＡプローブを調製して、転写支持体上のＤＮＡとハイブリダイズさせ、酵素を、標識物質により標識された相補的なＤＮＡと結合させた後、蛍光基質と接触させて、蛍光基質を蛍光を発する蛍光物質に変化させ、励起光によって、生成された蛍光物質を励起して、生じた蛍光を検出することにより、画像を生成し、転写支持体上の目的とするＤＮＡの分布を検出したりすることもできる。この蛍光検出システムは、放射性物質を使用することなく、簡易に、遺伝子配列などを検出することができるという利点がある。
【０００３】
このような化学発光や蛍光を、冷却ＣＣＤカメラにより検出して、化学発光画像や蛍光画像を生成する場合、化学発光や蛍光は非常に微弱な光であるため、長時間にわたって、露出をする必要があるが、長時間にわたり、露出をすると、ＣＣＤが発する熱により、画像にノイズが生ずることが知られている。このような熱によるノイズを低減させるため、化学発光や蛍光のような非常に微弱な光を検出するための冷却ＣＣＤカメラは、気密構造の金属製パッケージ内に、ＣＣＤ、金属により作られた伝熱板、ＣＣＤを冷却するための冷却素子、電子部品を載せた基板などを備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の気密構造の金属製パッケージは、加工性の観点から、ステンレスやコバールなどにより作られていたため、熱伝導率が低く、冷却素子の放熱および熱伝導が十分でなく、外部との温度差により、パッケージに取付けられる光学ガラスからなる光入射窓が結露してしまうという問題があり、従来は、ヒータなどを設け、結露を防止していた。
しかしなから、ヒータのような付加的手段を設けることは、冷却ＣＣＤカメラの構造を複雑化させ、コストアップの要因となるだけでなく、冷却効率を損なう結果を招いていた。
したがって、本発明は、構造が簡易で、容易に組み付けることができ、冷却効率が向上した冷却ＣＣＤカメラを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【発明の構成】
本発明のかかる目的は、ＣＣＤ（電荷結合素子）と、伝熱板と、前記ＣＣＤを冷却する冷却素子と、電子部品を載せた基板と、これらを収容する気密構造のパッケージとを備えた冷却ＣＣＤカメラであって、前記パッケージがアルミニウム合金によって形成され、融点が４００ないし４５０℃の低融点ガラスによって、光学ガラス板が前記パッケージに封着され、外部とのコネクタ端子が、融点が４００ないし４５０℃の低融点ガラスによって、前記パッケージに封着され、前記冷却素子が前記アルミニウム合金によって形成されたパッケージに取付けられている、冷却ＣＣＤカメラによって達成される。
アルミニウム合金は、ステンレスやコバールなどに比して、熱伝導率がはるかに高い一方で、溶接加工がしにくい。とくに、外部とのコネクタ端子を、溶接により、封着する場合には、高温が要求され、パッケージ内のＣＣＤや電子部品を損傷する虞れが高く、また、真空ろう付けによって封着することは技術的にきわめて困難であるため、アルミニウム合金は、冷却ＣＣＤカメラ用の気密構造のパッケージのための材料として、用いられることは少なかった。
【０００６】
しかしながら、本発明によれば、光入射窓となる光学ガラス板および外部とのコネクタ端子を融点が４００ないし４５０℃の低融点ガラスによって、パッケージに封着しているため、従来の気密構造のパッケージ用の材料であるステンレスやコバールなどに比して、熱伝導率がはるかに高いアルミニウム合金によって、冷却ＣＣＤカメラ用の気密構造のパッケージを形成することが可能になるから、冷却効率を大幅に向上させることができ、ヒータなどの付加的手段を用いなくとも、光入射窓の結露を防止することができるから、構造を簡易化することが可能になる。さらに、高温での溶接や真空ろう付けにより、光学ガラス板および外部とのコネクタ端子をパッケージに封着する必要がないから、冷却ＣＣＤカメラを容易に組み付けることが可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明にかかる好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる冷却ＣＣＤカメラを含む画像生成装置の略正面図である。
図１において、画像生成装置は、撮像装置１、暗箱２およびパーソナルコンピュータ４を備えている。図１に示されるように、パーソナルコンピュータ３は、ＣＲＴ４とキーボード５を備えている。
図２は、撮像装置１の略縦断面図である。
図２に示されるように、撮像装置１は、冷却ＣＣＤカメラ６と、冷却ＣＣＤカメラ６が生成したアナログ画像データをディジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換器７と、Ａ／Ｄ変換器７によってディジタル化された画像データを一時的に記憶する画像データバッファ８と、撮像装置１の動作を制御するカメラ制御回路９とを備えている。撮像装置１の周囲には、熱を放熱するための放熱フィン１０が、長手方向のほぼ１／２にわたって形成されている。放熱フィン１０の壁面１０ａに、冷却ＣＣＤカメラ６が密着して固定され、冷却ＣＣＤカメラ６からの熱が放熱されるようになっている。
【０００８】
撮像装置１に設けられた冷却ＣＣＤカメラ６の前部には、シャッタ１１が設けられ、撮像装置１の前面には、イメージ・インテンシファイア１２が暗箱２内に設けられ、イメージ・インテンシファイア１２の前面には、カメラレンズ１３が取付けられている。
図３は、暗箱２の略縦断面図である。
図３に示されるように、暗箱２内には、発光波長中心が４５０ｎｍの励起光を発する第一の青色ＬＥＤ光源２１が設けられており、第一の青色ＬＥＤ光源２１の斜め上方には、発光波長中心が４５０ｎｍの励起光を発する第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３が設けられている。第一の青色ＬＥＤ光源２１の上面には、フィルタ２４が貼着され、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３の前面には、それぞれ、フィルタ２５およびフィルタ２６が貼着されている。フィルタ２４、２５、２６は、４５０ｎｍ近傍の波長以外の蛍光物質の励起に有害な光をカットし、４５０ｎｍ近傍の波長の光のみを透過する性質を有している。カメラレンズ１３の前面には、４５０ｎｍ近傍の励起光をカットするフィルタ２７が、取り外し可能に設けられている。
【０００９】
図４は、パーソナルコンピュータ３の周辺のブロックダイアグラムである。
図４に示されるように、パーソナルコンピュータ３は、撮像装置１の露出を制御するＣＰＵ３０と、撮像装置１の生成した画像データを画像データバッファ８から読み出す画像データ転送手段３１と、画像データ転送手段３１によって読み出された画像データに画像処理を施し、画像データ記憶手段３２に記憶させる画像処理手段３３と、画像データ記憶手段３２に記憶された画像データに基づき、ＣＲＴ４の画面上に可視画像を表示する画像表示手段３４とを備えている。第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３は、光源制御手段３５により制御されており、光源制御手段３５には、キーボード５から、ＣＰＵ３０を介して、指示信号が入力されるように構成されている。ＣＰＵ３０は、撮像装置１のカメラ制御回路９に種々の信号を出力可能に構成されている。
【００１０】
図５は、冷却ＣＣＤカメラ６の詳細を示す略縦断面図である。
図５に示されるように、冷却ＣＣＤカメラ６は、気密構造のアルミニウム合金製パッケージ４０を備え、パッケージ４０内には、ＣＣＤ４１と、アルミニウム合金などの金属により作られた伝熱板４２と、ＣＣＤ４１を冷却するためのペルチエ素子４３と、ＣＣＤ４１のカメラレンズ１３側のパッケージ４０に取付けられた光入射窓となる光学ガラス板４４と、電子部品を載せた基板４５を備えている。図５に示されているように、ペルチエ素子４３は、アルミニウム合金製パッケージ４０に取付けられている。
ＣＣＤ４１の端子４６は、後述するソケットを介して、基板４５の所定の箇所に接続され、外部とのコネクタ端子４７が、同じく後述するソケットを介して、基板４５の所定の箇所に接続されている。コネクタ端子４７とパッケージ４０との間および光学ガラス板４４とパッケージ４０との間は、ともに、融点が４００ないし４５０℃の低融点ガラス５３よって、ハーメチックシールされている。
【００１１】
図６は、ＣＣＤ４１の端子４６およびコネクタ端子４７と基板４５との接続態様を示す略側面図である。
図６に示されるように、ＣＣＤ４１の端子４６およびコネクタ端子４７は、いずれも、貫通孔５０を備えたソケット５１を介して、基板４５の所定の箇所に接続されている。各ソケット５１は、基板４５に形成された孔５２に固定されている。図７は、ソケット５１の略斜視図であり、組み付け前には、ＣＣＤ４１の端子４６およびコネクタ端子４７は、ソケット５１に形成された貫通孔５０内を移動可能で、組み付け時に、伝熱板４２、ペルチエ素子４３、基板４５などの部材の厚みによって決定された位置で、ソケット５１内に固定されるように構成されている。
【００１２】
図８は、光学ガラス板４４をパッケージ４０に組み付け、ハーメチックシールする方法を説明するための略分解図である。
図８に示されるように、パッケージ４０に上面に形成された開口部５５に、低融点ガラスリング５６と低融点ガラスリング５６の内径よりもわずかに小さな外径を有する円板状の光学ガラス板４４が嵌め込まれ、熱によって、低融点ガラスリング５６を溶融することによって、光学ガラス板４４がパッケージ４０の開口部５５に融着される。
図９は、コネクタ端子４７をパッケージ４０に組み付け、ハーメチックシールする方法を説明するための略分解図である。
図９に示されるように、一対の低融点ガラスリング６０、６１とその間のスペーサ６２に形成された孔６０ａ、６１ａ、６２ａに、コネクタ端子４７を挿通して、パッケージ４０に下面に形成され、低融点ガラスリング６０、６１およびスペーサ６２の外径よりもわずかに大きな内径を有するパッケージ４０の孔６３に挿入し、熱によって、低融点ガラスリング６０、６１を溶融することによって、コネクタ端子４７がパッケージ４０の孔６３に融着される。
【００１３】
本実施態様にかかる冷却ＣＣＤカメラを含む画像生成装置は、蛍光物質の画像を担持している画像担体からの蛍光および化学発光物質と標識物質との接触により生ずる化学発光を検出し、蛍光画像および化学発光画像を生成可能に構成されている。
蛍光画像を生成する場合には、以下のようにして、蛍光物質の画像を担持している画像担体からの蛍光を検出し、可視画像を生成する。ここに、画像担体が蛍光物質の画像を担持しているとは、蛍光色素によって標識された試料の画像を担持している場合と、酵素を標識された試料と結合させた後に、酵素を蛍光基質と接触させて、蛍光基質を、蛍光を発する蛍光物質に変化させ、得られた蛍光物質の画像を担持している場合とを包含している。
【００１４】
まず、ユーザーにより、フィルタ２４上に、サンプルである画像担体１８が載置されて、ピント合わせがなされ、暗箱２が閉じられた後、ユーザーがキーボード５に露出開始信号を入力すると、光源制御手段３５によって、第一の青色ＬＥＤ光源２１あるいは第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３がオンされて、画像担体１８に向けて、励起光が発せられる。同時に、露出開始信号は、ＣＰＵ３０を介して、撮像装置１のカメラ制御回路９に入力され、ＣＰＵ１２によって、シャッタ１１が開かれ、ＣＣＤ４１の露出が開始される。
第一の青色ＬＥＤ光源２１あるいは第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３から発せられた励起光は、フィルタ２４、２５、２６により、４５０ｎｍ近傍の波長の光以外の波長成分がカットされ、その結果、４５０ｎｍ近傍の波長の光により、画像担体１８中の蛍光物質が励起されて、蛍光が発せられる。
【００１５】
画像担体１８中の蛍光物質から発せられた蛍光は、フィルタ２７およびカメラレンズ１３を介して、イメージ・インテンシファイア１２の光電面に入射し、増幅されて、イメージ・インテンシファイア１５の蛍光面に画像を形成する。撮像装置１のＣＣＤ４１は、こうして、イメージ・インテンシファイア１２の蛍光面に形成された画像の光を受け、これを電荷の形で蓄積する。フィルタ２７によって、励起光である４５０ｎｍ近傍の波長の光がカットされるため、画像担体１８中の蛍光物質から発せられた蛍光のみが、撮像装置１のＣＣＤ４１によって受光される。
所定の露出時間が経過すると、ＣＰＵ３０は、撮像装置１のカメラ制御回路９に露出完了信号を出力する。カメラ制御回路９は、ＣＰＵ３０から露出完了信号を受けると、冷却ＣＣＤカメラ６のＣＣＤ４１が電荷の形で蓄積したアナログ画像データを、Ａ／Ｄ変換器７に転送し、ディジタル化させ、画像データバッファ８に一時的に記憶させる。同時に、ＣＰＵ３０は、画像データ転送手段３１にデータ転送信号を出力し、撮像装置１の画像データバッファ８に一時的に記憶されたディジタル画像データを読み出させ、画像処理手段３３に入力させる。画像処理手段３３は、画像データ転送手段３１から入力された画像データに画像処理を施し、画像データ記憶手段３２に記憶させる。
【００１６】
その後、ユーザーがキーボード５に画像生成信号を入力すると、画像表示手段３５により、データ記憶手段３３に記憶された画像データが読み出され、読み出された画像データに基づいて、ＣＲＴ４の画面上に、蛍光画像が表示される。
化学発光画像を生成する場合には、フィルタ２７を取り除き、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３をいずれもオフ状態に保持し、フィルタ２４上に、化学発光を発するサンプル１８が載置して、サンプル１８から発せられる化学発光を検出する以外は、蛍光画像を生成する場合と全く同様にして、サンプル１８から発せられる化学発光を、カメラレンズ１３およびイメージ・インテンシファイア１２を介して、ＣＣＤ４１により光電的に検出させ、画像データを生成して、ＣＲＴ４の画面上に化学発光画像を表示させる。
【００１７】
本実施態様によれば、光入射窓となる光学ガラス板４４および外部とのコネクタ端子４７を、融点が４００ないし４５０℃の低融点ガラスによって、パッケージ４０に封着しているため、従来の気密構造のパッケージ用の材料であるステンレスやコバールなどに比して、熱伝導率がはるかに高いアルミニウム合金によって、冷却ＣＣＤカメラ６の気密構造のパッケージ４０を形成することが可能になるから、冷却効率を大幅に向上させることができ、ヒータなどの付加的手段を用いなくとも、光学ガラス板４４の結露を防止することができるから、冷却ＣＣＤカメラ６の構造を簡易化することが可能になる。さらに、高温での溶接や真空ろう付けにより、光学ガラス板４４および外部とのコネクタ端子４７をパッケージ４０に封着する必要がないから、冷却ＣＣＤカメラ６を容易に組み付けることが可能になる。また、本実施態様によれば、組み付け前には、ＣＣＤ４１の端子４６およびコネクタ端子４７は、ソケット５１に形成された貫通孔５０内を移動可能で、組み付け時に、伝熱板４２、ペルチエ素子４３、基板４５などの部材の厚みによって決定された位置で、ソケット５１内に固定され、基板４５に接続されるように構成されているから、ＣＣＤ４１、伝熱板４２、ペルチエ素子４３、基板４５などの部材の厚みにばらつきがあっても、これらの部材を容易に組み付けて、ＣＣＤ４１の光軸がつねに一定の冷却ＣＣＤカメラ６を得ることが可能になる。
【００１８】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることがいうまでもない。
たとえば、前記実施態様においては、ＣＣＤ４１の端子４６およびコネクタ端子４７の双方が、ソケット５１を介して、基板４５に接続されているが、ＣＣＤ４１の端子４６およびコネクタ端子４７の少なくとも一方が、ソケット５１を介して、基板４５に接続されていればよい。
また、前記実施態様においては、撮像装置１の前面に、イメージ・インテンシファイア１２を設けているが、イメージ・インテンシファイア１２を設けることは必ずしも必要がない。
【００１９】
さらに、前記実施態様においては、暗箱２内に、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３を設けているが、第一の青色ＬＥＤ光源２１のみ、あるいは、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３のみを設けるようにしてもよい。
また、前記実施態様においては、発光波長中心が４５０ｎｍの励起光を発する青色ＬＥＤ光源２１、２２、２３を用いているが、蛍光物質の種類に応じて、発光波長中心が４００ｎｍないし７００ｎｍの波長の励起光を発するＬＥＤ光源を選択して、使用することができる。
さらに、前記実施態様においては、キーボード５に、露出開始信号を入力すると、光源制御手段３５により、第一の青色ＬＥＤ光源２１あるいは第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３がオンされるように構成されているが、光源制御手段３５をパーソナルコンピュータ３により制御されように構成することは必ずしも必要がなく、光源制御手段３５をマニュアルで操作するようにしてもよい。
【００２０】
また、前記実施態様においては、画像生成装置は、４５０ｎｍ近傍の励起光をカットするフィルタ２７が取り外し可能に構成されており、フィルタ２７を取り外すことにより、きわめて微弱な化学発光を検出して、化学発光画像を生成可能に構成されているが、フィルタ２７をカメラレンズ１３の前面に固定的に設け、蛍光検出システムにおける蛍光画像のみを生成するように構成されていてもよい。
さらに、前記実施態様においては、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３を備えているが、化学発光を検出して、化学発光画像のみを生成する画像生成装置として使用する場合には、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３は不要であり、また、フィルタ２４、２５、２６、２７も必要がない。
【００２１】
また、前記実施態様においては、撮像装置１の周囲に、ペルチエ素子８が発する熱を放熱するための放熱フィン１０が、長手方向のほぼ１／２にわたって形成されているが、長手方向のすべてにわたって、放熱フィン１０を設けてもよく、撮像装置１の周囲に、どの程度、放熱フィン１０を設けるかは、任意に決定することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、構造が簡易で、容易に組み付けることができ、冷却効率が向上した冷却ＣＣＤカメラを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる冷却ＣＣＤカメラを含む画像生成装置の略正面図である。
【図２】図２は、撮像装置の略縦断面図である。
【図３】図３は、暗箱の略縦断面図である。
【図４】図４は、パーソナルコンピュータの周辺のブロックダイアグラムである。
【図５】図５は、冷却ＣＣＤカメラの詳細を示す略縦断面図である。
【図６】図６は、ＣＣＤの端子およびコネクタ端子と基板との接続態様を示す略側面図である。
【図７】図７は、ソケットの略斜視図である。
【図８】図８は、光学ガラス板をパッケージに組み付け、ハーメチックシールする方法を説明するための略分解図である。
【図９】図９は、コネクタ端子をパッケージに組み付け、ハーメチックシールする方法を説明するための略分解図である。
【符号の説明】
１ 撮像装置
２ 暗箱
３ パーソナルコンピュータ
４ ＣＲＴ
５ キーボード
６ 冷却ＣＣＤカメラ
７ Ａ／Ｄ変換器
８ 画像データバッファ
９ カメラ制御回路
１０ 放熱フィン
１１ シャッタ
１２ イメージ・インテンシファイア
１３ カメラレンズ
２１ 第一の青色ＬＥＤ光源
２２ 第二の青色ＬＥＤ光源
２３ 第三の青色ＬＥＤ光源
２４、２５、２６、２７ フィルタ
３０ ＣＰＵ
３１ 画像データ転送手段
３２ 画像データ記憶手段
３３ 画像処理手段
３４ 画像表示手段
３５ 光源制御手段
４０ アルミニウム合金製パッケージ
４１ ＣＣＤ
４２ 伝熱板
４３ ペルチエ素子
４４ 光学ガラス板
４５ 基板
４６ ＣＣＤの端子
４７ コネクタ端子
５０ 貫通孔
５１ ソケット
５２ 孔
５３ 低融点ガラス
５５ パッケージの開口部
５６ 低融点ガラスリング
６０、６１ 低融点ガラスリング
６２ スペーサ
６０ａ、６１ａ、６２ａ 孔
６３ パッケージの孔
【産業上の利用分野】
本発明は、ＣＣＤ（電荷結合素子）を備えた冷却ＣＣＤカメラに関するものであり、さらに詳細には、構造が簡易で、容易に組み付けることができ、冷却効率が向上した冷却ＣＣＤカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蛋白質、核酸配列などの固定された高分子を、化学発光物質と接触して、化学発光を生じさせる標識物質により、選択的に標識し、標識物質によって選択的に標識された高分子と、化学発光物質とを接触させて、化学発光物質と標識物質との接触によって生ずる可視光波長域の化学発光を、光電的に検出して、ディジタル画像信号を生成し、画像処理を施して、ＣＲＴなどの表示手段あるいは写真フイルムなどの記録材料上に、化学発光画像を再生して、遺伝子情報などの高分子に関する情報を得るようにした化学発光検出システムが知られている。
また、蛍光物質を標識物質として使用した蛍光検出（fluorescence) システムが知られている。この蛍光検出システムによれば、蛍光画像の読み取ることによって、遺伝子配列、遺伝子の発現レベル、蛋白質の分離、同定、あるいは、分子量、特性の評価などをおこなうことができ、たとえば、電気泳動させるべき複数のＤＮＡ断片を含む溶液中に、蛍光色素を加えた後に、複数のＤＮＡ断片をゲル支持体上で電気泳動させ、あるいは、蛍光色素を含有させたゲル支持体上で、複数のＤＮＡ断片を電気泳動させ、あるいは、複数のＤＮＡ断片を、ゲル支持体上で、電気泳動させた後に、ゲル支持体を蛍光色素を含んだ溶液に浸すなどして、電気泳動されたＤＮＡ断片を標識し、励起光により、蛍光色素を励起して、生じた蛍光を検出することによって、画像を生成し、ゲル支持体上のＤＮＡを分布を検出したり、あるいは、複数のＤＮＡ断片を、ゲル支持体上で、電気泳動させた後に、ＤＮＡを変性（denaturation) し、次いで、サザン・ブロッティング法により、ニトロセルロースなどの転写支持体上に、変性ＤＮＡ断片の少なくとも一部を転写し、目的とするＤＮＡと相補的なＤＮＡもしくはＲＮＡを蛍光色素で標識して調製したプローブと変性ＤＮＡ断片とをハイブリダイズさせ、プローブＤＮＡもしくはプローブＲＮＡと相補的なＤＮＡ断片のみを選択的に標識し、励起光によって、蛍光色素を励起して、生じた蛍光を検出することにより、画像を生成し、転写支持体上の目的とするＤＮＡを分布を検出したりすることができる。さらに、標識物質により標識した目的とする遺伝子を含むＤＮＡと相補的なＤＮＡプローブを調製して、転写支持体上のＤＮＡとハイブリダイズさせ、酵素を、標識物質により標識された相補的なＤＮＡと結合させた後、蛍光基質と接触させて、蛍光基質を蛍光を発する蛍光物質に変化させ、励起光によって、生成された蛍光物質を励起して、生じた蛍光を検出することにより、画像を生成し、転写支持体上の目的とするＤＮＡの分布を検出したりすることもできる。この蛍光検出システムは、放射性物質を使用することなく、簡易に、遺伝子配列などを検出することができるという利点がある。
【０００３】
このような化学発光や蛍光を、冷却ＣＣＤカメラにより検出して、化学発光画像や蛍光画像を生成する場合、化学発光や蛍光は非常に微弱な光であるため、長時間にわたって、露出をする必要があるが、長時間にわたり、露出をすると、ＣＣＤが発する熱により、画像にノイズが生ずることが知られている。このような熱によるノイズを低減させるため、化学発光や蛍光のような非常に微弱な光を検出するための冷却ＣＣＤカメラは、気密構造の金属製パッケージ内に、ＣＣＤ、金属により作られた伝熱板、ＣＣＤを冷却するための冷却素子、電子部品を載せた基板などを備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の気密構造の金属製パッケージは、加工性の観点から、ステンレスやコバールなどにより作られていたため、熱伝導率が低く、冷却素子の放熱および熱伝導が十分でなく、外部との温度差により、パッケージに取付けられる光学ガラスからなる光入射窓が結露してしまうという問題があり、従来は、ヒータなどを設け、結露を防止していた。
しかしなから、ヒータのような付加的手段を設けることは、冷却ＣＣＤカメラの構造を複雑化させ、コストアップの要因となるだけでなく、冷却効率を損なう結果を招いていた。
したがって、本発明は、構造が簡易で、容易に組み付けることができ、冷却効率が向上した冷却ＣＣＤカメラを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【発明の構成】
本発明のかかる目的は、ＣＣＤ（電荷結合素子）と、伝熱板と、前記ＣＣＤを冷却する冷却素子と、電子部品を載せた基板と、これらを収容する気密構造のパッケージとを備えた冷却ＣＣＤカメラであって、前記パッケージがアルミニウム合金によって形成され、融点が４００ないし４５０℃の低融点ガラスによって、光学ガラス板が前記パッケージに封着され、外部とのコネクタ端子が、融点が４００ないし４５０℃の低融点ガラスによって、前記パッケージに封着され、前記冷却素子が前記アルミニウム合金によって形成されたパッケージに取付けられている、冷却ＣＣＤカメラによって達成される。
アルミニウム合金は、ステンレスやコバールなどに比して、熱伝導率がはるかに高い一方で、溶接加工がしにくい。とくに、外部とのコネクタ端子を、溶接により、封着する場合には、高温が要求され、パッケージ内のＣＣＤや電子部品を損傷する虞れが高く、また、真空ろう付けによって封着することは技術的にきわめて困難であるため、アルミニウム合金は、冷却ＣＣＤカメラ用の気密構造のパッケージのための材料として、用いられることは少なかった。
【０００６】
しかしながら、本発明によれば、光入射窓となる光学ガラス板および外部とのコネクタ端子を融点が４００ないし４５０℃の低融点ガラスによって、パッケージに封着しているため、従来の気密構造のパッケージ用の材料であるステンレスやコバールなどに比して、熱伝導率がはるかに高いアルミニウム合金によって、冷却ＣＣＤカメラ用の気密構造のパッケージを形成することが可能になるから、冷却効率を大幅に向上させることができ、ヒータなどの付加的手段を用いなくとも、光入射窓の結露を防止することができるから、構造を簡易化することが可能になる。さらに、高温での溶接や真空ろう付けにより、光学ガラス板および外部とのコネクタ端子をパッケージに封着する必要がないから、冷却ＣＣＤカメラを容易に組み付けることが可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明にかかる好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる冷却ＣＣＤカメラを含む画像生成装置の略正面図である。
図１において、画像生成装置は、撮像装置１、暗箱２およびパーソナルコンピュータ４を備えている。図１に示されるように、パーソナルコンピュータ３は、ＣＲＴ４とキーボード５を備えている。
図２は、撮像装置１の略縦断面図である。
図２に示されるように、撮像装置１は、冷却ＣＣＤカメラ６と、冷却ＣＣＤカメラ６が生成したアナログ画像データをディジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換器７と、Ａ／Ｄ変換器７によってディジタル化された画像データを一時的に記憶する画像データバッファ８と、撮像装置１の動作を制御するカメラ制御回路９とを備えている。撮像装置１の周囲には、熱を放熱するための放熱フィン１０が、長手方向のほぼ１／２にわたって形成されている。放熱フィン１０の壁面１０ａに、冷却ＣＣＤカメラ６が密着して固定され、冷却ＣＣＤカメラ６からの熱が放熱されるようになっている。
【０００８】
撮像装置１に設けられた冷却ＣＣＤカメラ６の前部には、シャッタ１１が設けられ、撮像装置１の前面には、イメージ・インテンシファイア１２が暗箱２内に設けられ、イメージ・インテンシファイア１２の前面には、カメラレンズ１３が取付けられている。
図３は、暗箱２の略縦断面図である。
図３に示されるように、暗箱２内には、発光波長中心が４５０ｎｍの励起光を発する第一の青色ＬＥＤ光源２１が設けられており、第一の青色ＬＥＤ光源２１の斜め上方には、発光波長中心が４５０ｎｍの励起光を発する第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３が設けられている。第一の青色ＬＥＤ光源２１の上面には、フィルタ２４が貼着され、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３の前面には、それぞれ、フィルタ２５およびフィルタ２６が貼着されている。フィルタ２４、２５、２６は、４５０ｎｍ近傍の波長以外の蛍光物質の励起に有害な光をカットし、４５０ｎｍ近傍の波長の光のみを透過する性質を有している。カメラレンズ１３の前面には、４５０ｎｍ近傍の励起光をカットするフィルタ２７が、取り外し可能に設けられている。
【０００９】
図４は、パーソナルコンピュータ３の周辺のブロックダイアグラムである。
図４に示されるように、パーソナルコンピュータ３は、撮像装置１の露出を制御するＣＰＵ３０と、撮像装置１の生成した画像データを画像データバッファ８から読み出す画像データ転送手段３１と、画像データ転送手段３１によって読み出された画像データに画像処理を施し、画像データ記憶手段３２に記憶させる画像処理手段３３と、画像データ記憶手段３２に記憶された画像データに基づき、ＣＲＴ４の画面上に可視画像を表示する画像表示手段３４とを備えている。第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３は、光源制御手段３５により制御されており、光源制御手段３５には、キーボード５から、ＣＰＵ３０を介して、指示信号が入力されるように構成されている。ＣＰＵ３０は、撮像装置１のカメラ制御回路９に種々の信号を出力可能に構成されている。
【００１０】
図５は、冷却ＣＣＤカメラ６の詳細を示す略縦断面図である。
図５に示されるように、冷却ＣＣＤカメラ６は、気密構造のアルミニウム合金製パッケージ４０を備え、パッケージ４０内には、ＣＣＤ４１と、アルミニウム合金などの金属により作られた伝熱板４２と、ＣＣＤ４１を冷却するためのペルチエ素子４３と、ＣＣＤ４１のカメラレンズ１３側のパッケージ４０に取付けられた光入射窓となる光学ガラス板４４と、電子部品を載せた基板４５を備えている。図５に示されているように、ペルチエ素子４３は、アルミニウム合金製パッケージ４０に取付けられている。
ＣＣＤ４１の端子４６は、後述するソケットを介して、基板４５の所定の箇所に接続され、外部とのコネクタ端子４７が、同じく後述するソケットを介して、基板４５の所定の箇所に接続されている。コネクタ端子４７とパッケージ４０との間および光学ガラス板４４とパッケージ４０との間は、ともに、融点が４００ないし４５０℃の低融点ガラス５３よって、ハーメチックシールされている。
【００１１】
図６は、ＣＣＤ４１の端子４６およびコネクタ端子４７と基板４５との接続態様を示す略側面図である。
図６に示されるように、ＣＣＤ４１の端子４６およびコネクタ端子４７は、いずれも、貫通孔５０を備えたソケット５１を介して、基板４５の所定の箇所に接続されている。各ソケット５１は、基板４５に形成された孔５２に固定されている。図７は、ソケット５１の略斜視図であり、組み付け前には、ＣＣＤ４１の端子４６およびコネクタ端子４７は、ソケット５１に形成された貫通孔５０内を移動可能で、組み付け時に、伝熱板４２、ペルチエ素子４３、基板４５などの部材の厚みによって決定された位置で、ソケット５１内に固定されるように構成されている。
【００１２】
図８は、光学ガラス板４４をパッケージ４０に組み付け、ハーメチックシールする方法を説明するための略分解図である。
図８に示されるように、パッケージ４０に上面に形成された開口部５５に、低融点ガラスリング５６と低融点ガラスリング５６の内径よりもわずかに小さな外径を有する円板状の光学ガラス板４４が嵌め込まれ、熱によって、低融点ガラスリング５６を溶融することによって、光学ガラス板４４がパッケージ４０の開口部５５に融着される。
図９は、コネクタ端子４７をパッケージ４０に組み付け、ハーメチックシールする方法を説明するための略分解図である。
図９に示されるように、一対の低融点ガラスリング６０、６１とその間のスペーサ６２に形成された孔６０ａ、６１ａ、６２ａに、コネクタ端子４７を挿通して、パッケージ４０に下面に形成され、低融点ガラスリング６０、６１およびスペーサ６２の外径よりもわずかに大きな内径を有するパッケージ４０の孔６３に挿入し、熱によって、低融点ガラスリング６０、６１を溶融することによって、コネクタ端子４７がパッケージ４０の孔６３に融着される。
【００１３】
本実施態様にかかる冷却ＣＣＤカメラを含む画像生成装置は、蛍光物質の画像を担持している画像担体からの蛍光および化学発光物質と標識物質との接触により生ずる化学発光を検出し、蛍光画像および化学発光画像を生成可能に構成されている。
蛍光画像を生成する場合には、以下のようにして、蛍光物質の画像を担持している画像担体からの蛍光を検出し、可視画像を生成する。ここに、画像担体が蛍光物質の画像を担持しているとは、蛍光色素によって標識された試料の画像を担持している場合と、酵素を標識された試料と結合させた後に、酵素を蛍光基質と接触させて、蛍光基質を、蛍光を発する蛍光物質に変化させ、得られた蛍光物質の画像を担持している場合とを包含している。
【００１４】
まず、ユーザーにより、フィルタ２４上に、サンプルである画像担体１８が載置されて、ピント合わせがなされ、暗箱２が閉じられた後、ユーザーがキーボード５に露出開始信号を入力すると、光源制御手段３５によって、第一の青色ＬＥＤ光源２１あるいは第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３がオンされて、画像担体１８に向けて、励起光が発せられる。同時に、露出開始信号は、ＣＰＵ３０を介して、撮像装置１のカメラ制御回路９に入力され、ＣＰＵ１２によって、シャッタ１１が開かれ、ＣＣＤ４１の露出が開始される。
第一の青色ＬＥＤ光源２１あるいは第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３から発せられた励起光は、フィルタ２４、２５、２６により、４５０ｎｍ近傍の波長の光以外の波長成分がカットされ、その結果、４５０ｎｍ近傍の波長の光により、画像担体１８中の蛍光物質が励起されて、蛍光が発せられる。
【００１５】
画像担体１８中の蛍光物質から発せられた蛍光は、フィルタ２７およびカメラレンズ１３を介して、イメージ・インテンシファイア１２の光電面に入射し、増幅されて、イメージ・インテンシファイア１５の蛍光面に画像を形成する。撮像装置１のＣＣＤ４１は、こうして、イメージ・インテンシファイア１２の蛍光面に形成された画像の光を受け、これを電荷の形で蓄積する。フィルタ２７によって、励起光である４５０ｎｍ近傍の波長の光がカットされるため、画像担体１８中の蛍光物質から発せられた蛍光のみが、撮像装置１のＣＣＤ４１によって受光される。
所定の露出時間が経過すると、ＣＰＵ３０は、撮像装置１のカメラ制御回路９に露出完了信号を出力する。カメラ制御回路９は、ＣＰＵ３０から露出完了信号を受けると、冷却ＣＣＤカメラ６のＣＣＤ４１が電荷の形で蓄積したアナログ画像データを、Ａ／Ｄ変換器７に転送し、ディジタル化させ、画像データバッファ８に一時的に記憶させる。同時に、ＣＰＵ３０は、画像データ転送手段３１にデータ転送信号を出力し、撮像装置１の画像データバッファ８に一時的に記憶されたディジタル画像データを読み出させ、画像処理手段３３に入力させる。画像処理手段３３は、画像データ転送手段３１から入力された画像データに画像処理を施し、画像データ記憶手段３２に記憶させる。
【００１６】
その後、ユーザーがキーボード５に画像生成信号を入力すると、画像表示手段３５により、データ記憶手段３３に記憶された画像データが読み出され、読み出された画像データに基づいて、ＣＲＴ４の画面上に、蛍光画像が表示される。
化学発光画像を生成する場合には、フィルタ２７を取り除き、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３をいずれもオフ状態に保持し、フィルタ２４上に、化学発光を発するサンプル１８が載置して、サンプル１８から発せられる化学発光を検出する以外は、蛍光画像を生成する場合と全く同様にして、サンプル１８から発せられる化学発光を、カメラレンズ１３およびイメージ・インテンシファイア１２を介して、ＣＣＤ４１により光電的に検出させ、画像データを生成して、ＣＲＴ４の画面上に化学発光画像を表示させる。
【００１７】
本実施態様によれば、光入射窓となる光学ガラス板４４および外部とのコネクタ端子４７を、融点が４００ないし４５０℃の低融点ガラスによって、パッケージ４０に封着しているため、従来の気密構造のパッケージ用の材料であるステンレスやコバールなどに比して、熱伝導率がはるかに高いアルミニウム合金によって、冷却ＣＣＤカメラ６の気密構造のパッケージ４０を形成することが可能になるから、冷却効率を大幅に向上させることができ、ヒータなどの付加的手段を用いなくとも、光学ガラス板４４の結露を防止することができるから、冷却ＣＣＤカメラ６の構造を簡易化することが可能になる。さらに、高温での溶接や真空ろう付けにより、光学ガラス板４４および外部とのコネクタ端子４７をパッケージ４０に封着する必要がないから、冷却ＣＣＤカメラ６を容易に組み付けることが可能になる。また、本実施態様によれば、組み付け前には、ＣＣＤ４１の端子４６およびコネクタ端子４７は、ソケット５１に形成された貫通孔５０内を移動可能で、組み付け時に、伝熱板４２、ペルチエ素子４３、基板４５などの部材の厚みによって決定された位置で、ソケット５１内に固定され、基板４５に接続されるように構成されているから、ＣＣＤ４１、伝熱板４２、ペルチエ素子４３、基板４５などの部材の厚みにばらつきがあっても、これらの部材を容易に組み付けて、ＣＣＤ４１の光軸がつねに一定の冷却ＣＣＤカメラ６を得ることが可能になる。
【００１８】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることがいうまでもない。
たとえば、前記実施態様においては、ＣＣＤ４１の端子４６およびコネクタ端子４７の双方が、ソケット５１を介して、基板４５に接続されているが、ＣＣＤ４１の端子４６およびコネクタ端子４７の少なくとも一方が、ソケット５１を介して、基板４５に接続されていればよい。
また、前記実施態様においては、撮像装置１の前面に、イメージ・インテンシファイア１２を設けているが、イメージ・インテンシファイア１２を設けることは必ずしも必要がない。
【００１９】
さらに、前記実施態様においては、暗箱２内に、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３を設けているが、第一の青色ＬＥＤ光源２１のみ、あるいは、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３のみを設けるようにしてもよい。
また、前記実施態様においては、発光波長中心が４５０ｎｍの励起光を発する青色ＬＥＤ光源２１、２２、２３を用いているが、蛍光物質の種類に応じて、発光波長中心が４００ｎｍないし７００ｎｍの波長の励起光を発するＬＥＤ光源を選択して、使用することができる。
さらに、前記実施態様においては、キーボード５に、露出開始信号を入力すると、光源制御手段３５により、第一の青色ＬＥＤ光源２１あるいは第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３がオンされるように構成されているが、光源制御手段３５をパーソナルコンピュータ３により制御されように構成することは必ずしも必要がなく、光源制御手段３５をマニュアルで操作するようにしてもよい。
【００２０】
また、前記実施態様においては、画像生成装置は、４５０ｎｍ近傍の励起光をカットするフィルタ２７が取り外し可能に構成されており、フィルタ２７を取り外すことにより、きわめて微弱な化学発光を検出して、化学発光画像を生成可能に構成されているが、フィルタ２７をカメラレンズ１３の前面に固定的に設け、蛍光検出システムにおける蛍光画像のみを生成するように構成されていてもよい。
さらに、前記実施態様においては、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３を備えているが、化学発光を検出して、化学発光画像のみを生成する画像生成装置として使用する場合には、第一の青色ＬＥＤ光源２１、第二の青色ＬＥＤ光源２２および第三の青色ＬＥＤ光源２３は不要であり、また、フィルタ２４、２５、２６、２７も必要がない。
【００２１】
また、前記実施態様においては、撮像装置１の周囲に、ペルチエ素子８が発する熱を放熱するための放熱フィン１０が、長手方向のほぼ１／２にわたって形成されているが、長手方向のすべてにわたって、放熱フィン１０を設けてもよく、撮像装置１の周囲に、どの程度、放熱フィン１０を設けるかは、任意に決定することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、構造が簡易で、容易に組み付けることができ、冷却効率が向上した冷却ＣＣＤカメラを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる冷却ＣＣＤカメラを含む画像生成装置の略正面図である。
【図２】図２は、撮像装置の略縦断面図である。
【図３】図３は、暗箱の略縦断面図である。
【図４】図４は、パーソナルコンピュータの周辺のブロックダイアグラムである。
【図５】図５は、冷却ＣＣＤカメラの詳細を示す略縦断面図である。
【図６】図６は、ＣＣＤの端子およびコネクタ端子と基板との接続態様を示す略側面図である。
【図７】図７は、ソケットの略斜視図である。
【図８】図８は、光学ガラス板をパッケージに組み付け、ハーメチックシールする方法を説明するための略分解図である。
【図９】図９は、コネクタ端子をパッケージに組み付け、ハーメチックシールする方法を説明するための略分解図である。
【符号の説明】
１ 撮像装置
２ 暗箱
３ パーソナルコンピュータ
４ ＣＲＴ
５ キーボード
６ 冷却ＣＣＤカメラ
７ Ａ／Ｄ変換器
８ 画像データバッファ
９ カメラ制御回路
１０ 放熱フィン
１１ シャッタ
１２ イメージ・インテンシファイア
１３ カメラレンズ
２１ 第一の青色ＬＥＤ光源
２２ 第二の青色ＬＥＤ光源
２３ 第三の青色ＬＥＤ光源
２４、２５、２６、２７ フィルタ
３０ ＣＰＵ
３１ 画像データ転送手段
３２ 画像データ記憶手段
３３ 画像処理手段
３４ 画像表示手段
３５ 光源制御手段
４０ アルミニウム合金製パッケージ
４１ ＣＣＤ
４２ 伝熱板
４３ ペルチエ素子
４４ 光学ガラス板
４５ 基板
４６ ＣＣＤの端子
４７ コネクタ端子
５０ 貫通孔
５１ ソケット
５２ 孔
５３ 低融点ガラス
５５ パッケージの開口部
５６ 低融点ガラスリング
６０、６１ 低融点ガラスリング
６２ スペーサ
６０ａ、６１ａ、６２ａ 孔
６３ パッケージの孔
Claims (1)
- ＣＣＤ（電荷結合素子）と、伝熱板と、前記ＣＣＤを冷却する冷却素子と、電子部品を載せた基板と、これらを収容する気密構造のパッケージとを備えた冷却ＣＣＤカメラであって、前記パッケージがアルミニウム合金によって形成され、融点が４００ないし４５０℃の低融点ガラスによって、光学ガラス板が前記パッケージに封着され、外部とのコネクタ端子が、融点が４００ないし４５０℃の低融点ガラスによって、前記パッケージに封着され、
前記冷却素子が前記アルミニウム合金によって形成されたパッケージに取付けられている、
ことを特徴とする冷却ＣＣＤカメラ。
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|---|---|---|---|
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