动态高速高灵敏度成像装置及成像方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种动态高速高灵敏度成像装置及成像方法。具体而言，使用具有结构化的照明模式的光学系统或具有光特性不同的多个区域的结构化的检测系统中的任一者或双方。并且，在改变观测对象与光学系统或检测系统中任一者的相对位置的同时，用一个或少量像素检测元件检测来自观测对象的光信号，从而得到光信号的时间序列信号信息，从时间序列信号信息重建与观测对象相关的图像。

【技术实现步骤摘要】
动态高速高灵敏度成像装置及成像方法本申请是申请日为2016年2月24日、申请号为201680011390.X、名称为“动态高速高灵敏度成像装置及成像方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及观测对象物和投射结构照明的光学系统或具有结构的检测系统相对位移的动态高速高灵敏度成像技术。本申请基于2015年2月24日在日本申请的日本特愿2015-033520号要求优先权，其内容援用于本文。
技术介绍
日本特开2014-175819号公报(专利文献1)公开了包括排列成二维阵列状的电磁波检测元件的成像系统。使用了阵列型检测元件的成像装置存在如下问题：因使元件动作的电性限制而造成拍摄速度有限，且价格昂贵，尺寸也大。日本特表2006-520893号公报(专利文献2)公开了单一像素检测装置。另外，日本专利3444509号公报(专利文献3)公开了具有一个像素检测单元的图像读取装置。进行一个像素检测的成像装置需要在时间空间上使照明光结构化以拍摄图像。因此，进行一个像素检测的成像装置随着在时间空间上改变照明光而产生机械/电性限制，从而在成像速度方面有限。例如，共聚焦显微镜机械地空间扫描激光的速度有限，不能高速地拍摄像。鬼成像(Ghostimaging)是使用空间光调制器等照射数量不同的大量结构化照明，重复检测而重构图像的方法。对于该方法而言，由于受到照射照明的速度的限制，所以成像的速度很低。日本特开2013-15357号公报(专利文献4)公开了使用连续时间编码振幅显微镜法(STEAM)的流式细胞仪。在该公报中，从激光照射部以恒定时间间隔射出波长宽度足够宽的激光脉冲，由二维空间分散器使各脉冲的波长二维分散。将由二维空间分散器分散的各波长的激光照射到试样上的不同位置，进行反射。该被反射的各波长的激光反过来通过二维空间分散器，从而返回到一个脉冲。使该脉冲通过傅立叶变换器，将频率分量转换为时间后，用光电二极管检测。由于采用连续时间编码振幅显微镜法使频率(波长)与试样上的位置相对应，并且采用傅立叶变换器将频率分量变换为时间，因此，时间具有试样上的位置信息。即，将二维的强度分布变换为时间序列。能够从如此获取的各脉冲的强度信号的时间变化得到被检测粒子的表面结构的信息。连续时间编码振幅显微镜法(STEAM)受到脉冲激光的重复频率的限制。另外，使用STEAM的成像装置价格非常昂贵而且尺寸也大，适用的光波长区域局限于长波长，在可见光区域难以实现高灵敏度。因此，STEAM存在不能适用于应用到生命科学/医疗领域所需要的可见荧光波长区域的问题。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2014-175819号公报专利文献2：日本特表2006-520893号公报专利文献3：日本专利3444509号公报专利文献4：日本特开2013-15357号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题于是，本专利技术的目的在于，提供高速、高灵敏度、低成本且紧凑的成像装置。解决问题的技术方案本专利技术的第一方面涉及高速成像方法。该方法使用具有结构化的照明模式的光学系统或具有光特性不同的多个区域的结构化的检测系统中的任一者或双方。而且，在改变观测对象与光学系统或检测系统中任一者的相对位置的同时，用一个或少量像素检测元件检测来自观测对象的光信号，从而得到光信号的时间序列信号信息，从时间序列信号信息重建与观测对象相关的图像。本专利技术的第二方面涉及成像装置。该成像装置的第一方式涉及具有有着结构化的照明模式的光学系统的成像装置。该成像装置具有光学系统11、一个或少量像素检测元件15、相对位置控制机构17以及像重建部19。光学系统11是具有有着光特性不同的多个区域的结构化的照明模式的光学系统。一个或少量像素检测元件15是检测观测对象物13接受从光学系统11放出的光而发出的光信号的检测元件。相对位置控制机构17是使光学系统11与观测对象物13的相对位置发生变动的机构。像重建部19是用于使用一个或少量像素检测元件15检测到的光信号来重建观测对象物的像的构件。具有结构化的照明模式的光学系统11具有光特性不同的多个区域。光信号的例子为，荧光、发光、透射光或反射光，但不限于此。光特性的例子为，光强度、光波长和偏振中的任意一个以上的特性(例如，透射特性)，但不限于此。相对位置控制机构17的例子为，使观测对象物13的位置发生变动的机构、或者使光学系统11的位置发生变动的机构。像重建部19的例子为，使用一个或少量像素检测元件15检测到的光信号以及与具有结构化的照明模式的光学系统11中包含的多个区域相关的信息来重建观测对象物的像的构件。该成像装置的第二方式涉及一个或少量像素检测元件55具有光特性不同的多个区域的成像装置。该成像装置具有：光学系统51、一个或少量像素检测元件55、相对位置控制机构57以及像重建部59。光学系统51是用于将光照射到观测对象物的构件。一个或少量像素检测元件55是检测观测对象物53接受从光学系统51放出的光而发出的光信号的构件。相对位置控制机构57是使光学系统51与观测对象物53的相对位置或者观测对象物53与一个或少量像素检测元件55的相对位置发生变动的机构。像重建部59是用于使用一个或少量像素检测元件55检测到的光信号来重建观测对象物的像的构件。相对位置控制机构57的例子为，使观测对象物53的位置发生变动的机构或者使一个或少量像素检测元件55的位置发生变动的机构。像重建部59的例子为，使用一个或少量像素检测元件55检测到的光信号以及与一个或少量像素检测元件57中包含的多个区域相关的信息来重建观测对象物的像的构件。专利技术效果根据本专利技术，能够提供能够在世界上首次充分利用单一或非阵列型高速/高灵敏度检测元件的频带(信号检测极限速度)(若为～GHz，则109张(线)/秒)，大大超出以往的连续拍摄技术的速度界限的高速的成像装置。根据本专利技术，通过有效利用普遍的光学系统，能够进行包括以往单一元件成像不能实现的可见荧光成像的、通用且各种高灵敏度拍摄。而且，根据本专利技术，由于能够采用简单的光学系统，因此，光信号难以丢失且噪声难以进入，从而能够进行具有高S/N比的拍摄。根据本专利技术，由于使用的光学系统和电系统简单，因此，与以往的所有成像技术相比，能够大大降低成本，而且能够实现紧凑化。附图说明图1是表示成像装置的第一方式中观测对象物移动的成像装置的概略结构图。图2是表示成像装置的第一方式中具有使光学系统11的位置发生变动的机构的成像装置的概略结构图。图3是表示成像装置的第二方式中观测对象物移动的成像装置的概略结构图。图4是表示成像装置的第二方式中观测对象物移动的成像装置的概略结构图。图5是表示观测对象物通过模式(Pattern)化的照明的概念图。图6是表示图5所示的观测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像方法，其使用具有结构化的照明模式的光学系统或具有光特性不同的多个区域的结构化的检测系统中的任一者或双方，/n在改变观测对象与所述光学系统或所述检测系统中任一者的相对位置的同时，用一个或少量像素检测元件检测来自所述观测对象的光信号，从而得到所述光信号的时间序列信号信息，从所述时间序列信号信息重建与观测对象相关的图像。/n

【技术特征摘要】
20150224 JP 2015-0335201.一种成像方法，其使用具有结构化的照明模式的光学系统或具有光特性不同的多个区域的结构化的检测系统中的任一者或双方，
在改变观测对象与所述光学系统或所述检测系统中任一者的相对位置的同时，用一个或少量像素检测元件检测来自所述观测对象的光信号，从而得到所述光信号的时间序列信号信息，从所述时间序列信号信息重建与观测对象相关的图像。


2.一种成像装置，具有：
光学系统(11)，具有有着光特性不同的多个区域的结构化的照明模式；
一个或少量像素检测元件(15)，检测观测对象物(13)接受从所述光学系统(11)放出的光而发出的光信号；
相对位置控制机构(17)，使所述光学系统(11)与观测对象物(13)的相对位置发生变动；以及
像重建部(19)，使用所述一个或少量像素检测元件(15)检测到的光信号来重建所述观测对象物的像。


3.如权利要求2所述的成像装置，其中，
所述光信号为荧光、发光、透射光或反射光。


4.如权利要求2所述的成像装置，其中，
所述光特性为光强度、光波长和偏振中的任意一个以上。


5.如权利要求2所述的成像装置，其中，
所述相对位置控制机构(17)是使所述观测对象物(13)的位置发生变动的机构。


6.如权利要求2所述的成像装置，其中，
所述相对位置控制机构(17)是使所述光学系统(11)的位置发生变动的机构。


7.如权利要求2所述的成像装置，其中，
所述像重建部(19)是使用所述一个或少量像素检...

【专利技术属性】
技术研发人员：太田祯生，堀崎辽一，桥本和树，
申请(专利权)人：国立大学法人东京大学，国立大学法人大阪大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP