(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源によって物体を照明し、複数個の光子エネルギサブレンジからなる光子エネルギレンジに属する光子をそれぞれが含む、互いの間に間隔が設けられた複数の線状信号光を発生すると共に、その複数の線状信号光を光透過横変特性を有する透過構造に照射するステップと、
集積回路に内蔵され光子検知用のセルを複数個含み、上記透過構造が設けられたフォトセンサアレイおよび上記複数の線状信号光に、または上記物体に走査運動をさせるステップと、
それぞれ１個または複数個のセルを含む、フォトセンサアレイにおける複数個の経路部分のそれぞれが、各線状信号光の信号光内光子を検知するステップであって、各経路部分がそれぞれ何れかの光子エネルギサブレンジに割り当てられており且つそのうち少なくとも２個の経路部分が別々の光子エネルギサブレンジに割り当てられており、経路部分毎に且つその経路部分内のセルにより、各線状信号光について、その経路部分に割り当てられた光子エネルギサブレンジに属する光子の量を検知するステップと、
を有する信号光検知方法。
【請求項２】
それぞれ光子を受け取ってその量を検知するセルを複数個含み、光透過横変特性を有する透過構造が設けられたフォトセンサアレイを内蔵する集積回路と、
光源によって物体を照明し、複数個の光子エネルギサブレンジからなる光子エネルギレンジに属する光子をそれぞれが含む、互いの間に間隔が設けられた複数の線状信号光を発生すると共に、その複数の線状信号光を上記透過構造に照射する信号光発生部と、
上記フォトセンサアレイおよび上記複数の線状信号光に、または上記物体に走査運動をさせ、それぞれ１個または複数個のセルを含む、フォトセンサアレイにおける複数個の経路部分のそれぞれに、各線状信号光の信号光内光子を検知させる走査器と、
を備え、各経路部分がそれぞれ何れかの光子エネルギサブレンジに割り当てられており且つそのうち少なくとも２個の経路部分が別々の光子エネルギサブレンジに割り当てられており、経路部分毎に且つその経路部分内のセルにより、各線状信号光について、その経路部分に割り当てられた光子エネルギサブレンジに属する光子の量を検知する、信号光検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣ（集積回路）上に形成されたフォトセンサアレイを用い信号光に含まれる光子又はそのエネルギ(photon energy)を検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されている分光装置は、複数個の感光素子から構成された光電薄膜アレイと、連続可変な光学フィルタと、を有するスペクトラム分解センサを備えている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５１６６７５５号明細書
【非特許文献１】Nicholas J. Goddard, Kirat Singh, Fatah Bounaira, Richard J. Holmes, Sara J. Baldock, Lynsay W. Pickering, Peter R. Fielden and Richard D. Snook, "ANTI-RESONANT REFLECTING OPTICAL WAVEGUIDES (ARROWS) AS OPTIMAL OPTICAL DETECTORS FOR MICROTAS APPLICATIONS", [Online] Internet URL: http://www.dias.umist.ac.uk/NJG/Abstracts/MicroTAS/MicroTas2.htm
【非特許文献２】K. Singh and N.J. Goddard, "Leaky ARROW Waveguides for Optical Chemical and Biosensors", Abstract Submitted to Biosensors 1998, [Online] Internet URL: http://www.dias.umist.ac.uk/NJG/Abstracts/Biosensors/ARROW-Biosensors.htm
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来用いられていた光情報取得方法には幾つかの問題点があった。第１に、急峻に変化する信号光についてスペクトラム情報を得るには大規模で高価な装置が必要であり、そうした装置無しではスペクトラム情報取得が困難であった。第２に、書類等の薄板状物体(two-dimensional object)からのスペクトラム情報取得に使用しても、スペクトラムをさほど精細には分解できなかった。
【０００５】
本発明は、上述の問題点に鑑みなされた発明であり、ＩＣを用いた信号光検知技術の改良を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光源によって物体を照明し、複数個の光子エネルギサブレンジからなる光子エネルギレンジに属する光子をそれぞれが含む、互いの間に間隔が設けられた複数の線状信号光を発生すると共に、その複数の線状信号光を光透過横変特性を有する透過構造に照射するステップと、集積回路に内蔵され光子検知用のセルを複数個含み、上記透過構造が設けられたフォトセンサアレイおよび上記複数の線状信号光に、または上記物体に走査運動をさせるステップと、それぞれ１個または複数個のセルを含む、フォトセンサアレイにおける複数個の経路部分のそれぞれが、各線状信号光の信号光内光子を検知するステップであって、各経路部分がそれぞれ何れかの光子エネルギサブレンジに割り当てられており且つそのうち少なくとも２個の経路部分が別々の光子エネルギサブレンジに割り当てられており、経路部分毎に且つその経路部分内のセルにより、各線状信号光について、その経路部分に割り当てられた光子エネルギサブレンジに属する光子の量を検知するステップと、を有する。
【０００７】
また、本発明は、それぞれ光子を受け取ってその量を検知するセルを複数個含み、光透過横変特性を有する透過構造が設けられたフォトセンサアレイを内蔵する集積回路と、光源によって物体を照明し、複数個の光子エネルギサブレンジからなる光子エネルギレンジに属する光子をそれぞれが含む、互いの間に間隔が設けられた複数の線状信号光を発生すると共に、その複数の線状信号光を上記透過構造に照射する信号光発生部と、上記フォトセンサアレイおよび上記複数の線状信号光に、または上記物体に走査運動をさせ、それぞれ１個または複数個のセルを含む、フォトセンサアレイにおける複数個の経路部分のそれぞれに、各線状信号光の信号光内光子を検知させる走査器と、を備え、各経路部分がそれぞれ何れかの光子エネルギサブレンジに割り当てられており且つそのうち少なくとも２個の経路部分が別々の光子エネルギサブレンジに割り当てられており、経路部分毎に且つその経路部分内のセルにより、各線状信号光について、その経路部分に割り当てられた光子エネルギサブレンジに属する光子の量を検知する。
【０００８】
また、本発明の一実施形態は、光源によって物体を照明し、複数個の光子エネルギサブレンジからなる光子エネルギレンジに属する光子を含み且つ複数個の場所に２次元的に広がる信号光を前記物体上の各位置から発生するステップと、集積回路に内蔵され光子検知用のセルを複数個含み、光透過横変特性を有する透過構造が設けられたフォトセンサアレイまたは上記物体に走査運動をさせつつ、上記信号光を、上記フォトセンサアレイにて受光するステップと、走査方向に沿って配置され、それぞれ何れかの光子エネルギサブレンジに割り当てられており且つそのうち少なくとも２個が別々の光子エネルギサブレンジに割り当てられている複数の部分それぞれについて、且つその部分内のセルにより、上記信号光のうちその部分に割り当てられた光子エネルギサブレンジに属する光子の量を検知するステップと、上記複数個の場所またはその組合せ毎に、光子量の検知結果を走査方向沿いの各部分内のセルから寄せ集めて組み合わせることにより、当該複数個の場所またはその組合せにおける信号光スペクトラムについての情報を取得するステップと、を有する。また、本発明の一実施形態は、信号光スペクトラムについての情報を取得する装置において、集積回路に内蔵され光子検知用のセルを複数個含み、光透過横変特性を有する透過構造が設けられたフォトセンサアレイと、光源によって物体を照明し、複数個の光子エネルギサブレンジからなる光子エネルギレンジに属する光子を含み且つ複数個の場所に２次元的に広がる信号光を前記物体上の各位置から発生する信号光発生部と、上記フォトセンサアレイまたは上記物体に走査運動をさせつつ、上記信号光を上記フォトセンサアレイにて受光させる走査器と、を備え、上記フォトセンサアレイは、走査方向に沿って配置され、それぞれ何れかの光子エネルギサブレンジに割り当てられており且つそのうち少なくとも２個が別々の光子エネルギサブレンジに割り当てられている複数の部分それぞれについて、且つその部分内のセルにより、上記信号光のうちその部分に割り当てられた光子エネルギサブレンジに属する光子の量を検知し、上記装置は、上記複数個の場所またはその組合せ毎に、光子量の検知結果を走査方向沿いの各部分内のセルから寄せ集めて組み合わせることにより、当該複数個の場所またはその組合せにおける信号光スペクトラムについての情報を取得する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、まず本発明の特徴である相対走査運動について図１及び図２を参照しながら説明し、次いでその相対走査運動を実行するために使用されるＩＣ及びセンシングアセンブリの特徴について図３〜図９を参照しながら説明する。また、本発明又はその実施形態の動作を記述するため、以下、信号光・フォトセンサアレイ間「相対運動」、信号光・他部材間「相対走査運動」等の用語を使用する。即ち、以下説明する実施形態においては、信号光が照明対象物体上の別々の場所（スポット）に由来する複数通りのスポット光（以下単にスポットともよぶ）を形成し、それらがフォトセンサアレイ上に入射する。信号光・フォトセンサアレイ間「相対運動」(relative movement/motion)とは、フォトセンサアレイ上へのスポット入射位置のうち少なくとも１個が変化することをいう。実施形態においては、こうした相対運動を、総じて信号光発生用部材のうち何個かの運動、信号光入射先たるフォトセンサアレイの運動、又はその双方の組合せによって発生させる。
【００１０】
また、信号光・他部材間「相対走査運動」(relative scanning movement/motion)とは、信号光を形成するスポットのうちあるものが所定移動経路、例えばフォトセンサアレイを横断する（表面をなぞること；以下同様）経路、照明対象物体表面を横断する経路、信号光に作用する光学部品を横断する経路等を辿って移動するよう、信号光が当該他の部材に対して“走査的に”相対運動することである。
【００１１】
図１に示すように、センシングアセンブリ２２には信号光２０のうち一部が入射している。同図中、光線３２として表されているのは信号光２０のうちセンシングアセンブリ２２に入射するスポット光３０であり、このスポット光３０はスポットＳに由来している。センシングアセンブリ２２はこのスポット光３０内の光が入射するＩＣ４０を備えており、ＩＣ４０は更にセル群４４から構成されたフォトセンサアレイ４２を備えている。また、図中の矢印線５０及び５２は、信号光２０・フォトセンサアレイ４２間相対走査運動を表している。この相対走査運動は、スポット状の光線３２の移動（矢印線５０）、フォトセンサアレイ４２を含むセンシングアセンブリ２２の移動（矢印線５２）又はその組合せによって実現される。
【００１２】
また、スポットＳ内には、信号光２０の生成、伝搬に関与する各種部材例えば光源、照明対象物体、（もしあるなら）照明対象物体・フォトセンサアレイ間所在光学部品等の作用によって、光子エネルギ分布が生じる。また、これら光源、照明対象物及び光学部品は様々な形態にて実現されうる。例えば、従来から知られている各種の結像レンズ（例えば屈折レンズ）、回折光学系（例えばフレネルレンズ）、マイクロレンズ、傾斜屈折率レンズ（例えばＧＲＩＮやＳｅｌｆｏｃレンズ）等の光学部品若しくは光学部品群を、照明対象物体・フォトセンサアレイ間に配置することができる。なお、ＧＲＩＮは商標、Ｓｅｌｆｏｃは登録商標である。煩雑さを避けるため、以下の欄ではこれらについての商標表記・登録商標表記を省略する。
【００１３】
スポットＳにおけるこうした光子エネルギ分布をフォトセンサアレイ４２によって情報として取得するため、ここでは、フォトセンサアレイ４２を構成する各セル群４４にて検知可能な光子の波長域即ち光子エネルギサブレンジを、セル群４４毎に違えている。即ち、図中曲線６０で示されているように、そのｙ方向（横方向）位置によって光子エネルギサブレンジが異なっている。本願ではこの種の変化乃至相違を「横変」と称している。また、ここで例示されている曲線６０は、フォトセンサアレイ４２内最左端セル群４４にて検知可能な最短波長λｍｉｎから同最右端セル群４４にて検知可能な最長波長λｍａｘまで検知可能波長λが単調増加することを示す直線であり、従ってこの図のフォトセンサアレイ４２を使用可能な光子エネルギレンジ即ち光子検知可能波長域全体は、最短波長λｍｉｎから最長波長λｍａｘに及んでいる。但し、この曲線６０は単なる例に過ぎず、光子エネルギサブレンジの横変具合を表す関数は、ｙ方向位置を変数とする適当な関数とすることができる。
【００１４】
図２に、フォトセンサアレイ４２に対する信号光２０の相対走査運動をより詳細に示す。同図中の信号光２０は線状信号光であり、ｘ方向に沿って延びている。ｘ方向はｙ方向に対しほぼ直交している。ｙ方向は信号光２０がフォトセンサアレイ４２を横切っていく方向、即ち走査方向である。信号光２０は、ｙ方向沿いに延びる走査経路に沿ってフォトセンサアレイ４２の表面をなぞってゆき、フォトセンサアレイ４２に対する射突位置をこの走査に伴い変化させてゆく。同図中、Ｙ１〜ＹＮはフォトセンサアレイ４２に対する信号光２０の射突位置のｙ座標値である。また、信号光２０はｘ方向に沿ってＭ個の部分Ｌ１〜ＬＭに分かれている。空間的に分離しているのでこれらの部分Ｌ１〜ＬＭを「場所」(location)と呼ぶ。場所Ｌ１〜ＬＭはそれぞれ画素に相当するものであり、その個数Ｍはｘ方向における信号光２０の空間的広がり（線の長さ）を表している。例えばＭ＝１という極端なケースなら、信号光２０は点状信号光、即ち単一の場所Ｌ１のみからなる光である。また、信号光２０は線状ではなく二次元にすることもできる。その場合、使用される二次元信号光は、ちょうど図２に示したものと同じく複数個の場所を含みｘ方向に延びる線状信号光を、ｙ方向沿いに複数個横並びにして寄せ集めたものに相当する。二次元信号光を使用する場合も、フォトセンサアレイ４２の表面をなぞるようｙ方向に沿って射突位置を動かしていく。即ち、ｙ方向に沿った走査運動は線状信号光２０でも二次元信号光でも同様に行う。
【００１５】
場所Ｌｍは信号光２０の構成要素であり、先に示した定義によるスポット光３０の一例に該当する。また、装置構成や実施環境、照明対象物等が決まると各場所Ｌｍにおける光子エネルギ分布Ｄｍが決まる。即ち、Ｌ１にはＤ１、ＬｍにはＤｍ、ＬＭにはＤＭ、というように一般に場所毎に異なる光子エネルギ分布が現れる。また、ここで「場所」という用語を用いていることから理解できるように、各スポット光３０は照明対象物体上の互いに別々の場所に由来しフォトセンサアレイ４２上の別々の場所に射突する。後に様々な手段を示して説明するように、信号光２０及びその成分であるスポット光３０を発生、形成させる際、フォトセンサアレイ４２上にてこれら信号光２０乃至スポット光３０の射突位置をどのようにまたどの程度細分化できるかによって、信号光２０の分解能を画定、確保することができる。また、以下の説明を参照することによってより全面的に理解できることとなろうが、相対走査運動方向即ちｙ方向における線状信号光２０や二次元信号光の広がりを防ぎ、或いは抑えることが、望まれる。即ち、信号光成分がその集中状態を保ち、各スポット光３０がそれに対応するセル群４４の検知エリア内に収まり、対応する光子エネルギサブレンジでの光子検知が行われるようにすることが、有益である。
【００１６】
場所Ｌ１〜ＬＭに属する光子の検知は、フォトセンサアレイ４２上にてまたＮ通りのｙ方向位置Ｙ１〜ＹＮそれぞれにて行われる。フォトセンサアレイ４２上の各ｙ方向位置Ｙ１〜ＹＮには、同一光子エネルギサブレンジで光子を検知する複数個のサブレンジセルが、いわば１個の「列」を形成するよう配置されており、同列に属するサブレンジセルによってそのｙ方向位置に係るセル群４４が構成されている。また、そのｘ方向位置は同じだがそのｙ方向位置が異なる（従って担当する光子エネルギサブレンジが異なる）複数個のサブレンジセルの集合、即ち「行」を見ると、同一行内に属する複数個のサブレンジセルにより光子検知が行われる光子エネルギの中心波長は波長λ１から波長λＮまで横変している。総じていうなら、個々のｙ方向位置Ｙｎではその位置Ｙｎに対応する中心波長λｎを有する光子エネルギサブレンジでの信号光検知がその位置ＹｎにあるＭ個のサブレンジセルによって行われるので、信号光２０の射突位置をｙ方向位置Ｙ１からｙ方向位置ＹＮまで掃引的に変化させることによって全ての場所Ｌ１〜ＬＭについてまたそれぞれ中心波長λ１〜λＮを有する全ての光子エネルギサブレンジについて光子の量を検知することができ、それらの検知結果から各場所Ｌｍにおける光子エネルギ分布Ｄｍを導出することができる。
【００１７】
図１及び図２に示す手法においては、場所Ｌｍが重要な役割を演じている。第１に、実現可能な空間分解能が場所Ｌｍのサイズ縮小限界によって決まる。これは、フォトセンサアレイ４２を構成するセルの有効面積によって場所Ｌｍの精細さ即ち空間分解能が制限されるためである。第２に、各場所Ｌｍにて検知できるスペクトラムの精細さ即ちスペクトラム分解能もｙ方向セル有効寸法及びフォトセンサアレイ４２横断方向検知波長λｎ変化勾配に依存している。例えば、被覆厚みに変化を加えることによって検知波長λｎに勾配を付与する実施形態では被覆表面勾配乃至急峻さによってスペクトラム変化勾配が決まる。
【００１８】
従って、図１及び図２に示す如く、各セル内で検知可能な光子エネルギサブレンジが横方向に沿って異なるフォトセンサアレイ４２に対し、信号光２０を相対走査運動させることによって、その光信号２０についてのスペクトラム情報を得ることができる。各構成部品を形成する素材を適当な素材としさえすれば、深紫外域から遠赤外域更にはＴＨｚオーダの周波数域に至るまでのスペクトラム情報を、得ることが可能である。
【００１９】
図３に、ＩＣ４０及びフォトセンサアレイ４２の一例構成を模式的に示す。この図に示す構成は、後に示す図４〜図９の構成乃至手法にて使用乃至形成できる。図中のフォトセンサアレイ４２は、それぞれ複数個のフォトセンサを含むセルを２行以上並べた構成を有する二次元アレイである。
【００２０】
フォトセンサアレイ４２の各部分例えば行は、その部分に属するセルが他の部分に属するセルとは異なる波長域即ち光子エネルギサブレンジにて光子を検知するよう、例えばその被覆を別様にする等して構造を違えておく。そうすることによって、単一のＩＣ４０から得られる情報だけで、広い光子エネルギ分布域全体に亘り、入射光子を仔細に解析することが可能になる。加えて、基準セルを設け、空間的に分解されたリアルタイム基準信号を当該基準セルにて発生させることにより、信号光位置を連続モニタすること等が可能になる。
【００２１】
また、特徴的なことに、このフォトセンサアレイ４２においてはサブレンジセル近傍に何個かの基準セルが設けられている。
【００２２】
まず、行１０２内にある各セルは、適当に設定されたある共通の波長域（代表波長：λａｌｌ）にて光子を検知し、別の行１０４内にある至近のサブレンジセルに対し基準信号を供給する。こうした構成を採る場合、一般には、行１０２内セルから得られる信号強度と、行１０４内にありこれと対をなすサブレンジセルから得られる信号強度とを、同じオーダにすることが有益である。そうするためには、例えばセル同士で検知面積を違えるなり、設けるグレイフィルタ被覆をセル同士で違えるなり、行１０２内セルと行１０４内サブレンジセルとを別様に形成するなり、相応の措置を執る必要がある。
【００２３】
行１０２内セルとは異なり、行１０４内にあるサブレンジセルは、最短波長λｍｉｎから最長波長λｍａｘに至る波長域に属し且つ互いに別々の光子エネルギサブレンジにて、光子を検知する。例えば、図中のサブレンジセル１０６は波長λｐを中心とする光子エネルギサブレンジにて光子を検知する。こうして検知された情報は、ＩＣ４０内に設けられている周辺回路１１０によって読み出される。なお、図示しないがＩＣ４０内にはセルのアレイ化によりフォトセンサアレイ４２を形成する回路等も設けられている。また、周辺回路１１０は、上記以外の様々な機能的処理も実行する。
【００２４】
図４にセンシングアセンブリ２２の一例構造を示す。図示されていないが、センシングアセンブリ２２は、例えば適当な支持部材（後に例示）に取り付ける等しておく。
【００２５】
図４に示したのはフォトセンサアレイ４２の一断片１５０の断面であり、この断面中には当該断片１５０を構成する何個かのセル１５２が模式的に示されている。同図中、一群のサブレンジセル１５２の上方に位置しているのは、入射光１６２受入部となる透過構造１６０である。
【００２６】
透過構造１６０は、例えば、その光透過特性が各部の横方向位置により違う膜即ち光透過特性横変膜である。
【００２７】
透過構造１６０は、フォトセンサアレイ４２の上又は上方に適当な被覆を配することによって、形成することができる。透過構造１６０の構成要素である空胴（共振子）１７０、膜１７２及び１７４は、何れも、蒸着室内で堆積ビームにさらすことによって形成することができる。これらの構成部分のうち一定膜厚部分即ち膜１７２及び１７４は軸揃え堆積法(on-axis deposition)を使用することによって、また膜厚横変部分即ち共振子１７０は軸外し堆積法(off-axis deposition)を使用することによって、形成することができる。また、図４中の膜１７２及び１７４は共振子１７０に比べて厚みがあるが、こうした厚み設定は、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5等の非金属系素材の層の交互積層によってブラッグミラーを形成する場合等に適している。また、膜１７２及び１７４は反射素材によって形成することもでき、そうした場合は非金属系素材層により形成した場合に比べかなり薄くすることができる。
【００２８】
共振子１７０、膜１７２及び１７４の膜厚の設計値は、透過させたい波長λ及び共振子１７０を形成する素材の屈折率ｎから決定することができる。共振子１７０の膜厚は、λ／（２ｎ）又はその整数倍に設定するのが常道である。また、膜１７２及び１７４をブラッグミラーとして形成する際には、膜１７２及び１７４内の各ブラッグミラー層の膜厚を、λ／（４ｎ）に設定するのが常道であり、また膜１７２及び１７４各々におけるブラッグミラー層のペア数を、例えば２〜５ペアといった少数から２０〜３０ペアといった多数に至る範囲内で設定するのが妥当であろう。各膜内ブラッグミラー層ペア数は、使用する２種類の素材間の屈折率差、透過させたい波長域の幅及び阻止したい波長域における反射率に応じて変える。そのため、ブラッグミラーを使用する実施形態では、膜１７２及び１７４が共振子１７０に比べかなり厚くなるのが普通である。
【００２９】
図５に透過構造１６０の光透過横変特性を示す。共振子１７０の膜厚がｙ方向位置の関数に従い変化するため、共振子１７０を透過する光の波長もｙ方向位置の関数になる。図４に示した断片１５０内にある９組のセル１５２の反射率が極小になる波長、即ち光子が最もよく透過する波長は、図５中、番号１〜９が付された波長である。この図からも理解できるように、透過構造１６０においては、光子が高透過率で透過する光子エネルギレンジが、その構造上の横方向位置により異なっている（横変している）。
【００３０】
図６に、センシングアセンブリ２２の構成例をもう一つ示す。この図のセンシングアセンブリ２２に設けられた透過構造１８０は、横グレーデッドブラッグミラー(laterally graded Bragg mirror)を有している。即ち、透過構造１８０を構成する層１８２、１８４、１８６及び１８８それぞれの厚みが、横方向勾配を有している。これらの層１８２、１８４、１８６及び１８８は、例えば軸外し堆積法を用いて共振子１７０上に成長させる。なお、同図では共振子１７０や他の反射層の図示を省略してある。
【００３１】
図７に透過構造１８０の光透過横変特性を示す。透過構造１８０における反射波長はｙ方向位置の関数であり、各部分のｙ方向位置により異なっている。図示されている曲線２００、２０２、２０４及び２０６は、透過構造１８０の構成部分のうち、断片１５０中の最左端から４個分のサブレンジセル１５２の上方に位置する部分における反射率を表している。即ち、曲線２００は図６中の最左端サブレンジセル１５２の上方にある部分の反射率を表しており、曲線２０６はそれを含めて左から４番目（４個の中では一番右）のサブレンジセル１５２の上方にある部分の反射率を表している。このように、透過構造１８０が高反射率を呈する光子エネルギレンジは横変している。
【００３２】
図８に、図５及び図７に示したものと同様の光透過横変特性が二方向に沿って現れる透過構造２１０を、形成する手法の例を示す。なお、ここでも他の層の図示を省略してある。
【００３３】
図８に示した手法では、フォトセンサアレイ４２の断片１５０を構成するサブレンジセル１５２の上又は上方に透過構造２１０を形成するため、透過構造２１０の表面上の各点から見て傾いた方向から、それも二通りの断面（同図の左右両半分）の何れにおいても傾いた方向から、堆積ビーム２１４が発せられる。透過構造２１０の表面各点から見た堆積ビーム２１４の方向は従って二種類の傾斜角により特定でき、またそれら傾斜角は各点毎に異なっている。それらの傾斜角のうち一つは断片１５０切断面におけるｘ方向堆積ビーム２１４方向角であり、もう一つはｙ方向堆積ビーム２１４方向角である。従って、透過構造２１０における厚みの勾配は、ｘ方向についてもｙ方向についても、その大きさの差こそあれ同様の形態で変化する。即ち、ｙ方向に沿って延びる個々の列内においては、図７に示したものと同様、同一の光子エネルギレンジにて各サブレンジセルが光子を検知するが、所属先の列が異なるセル同士は、図７に示したものとは違い、列単位で異なる光子エネルギレンジにて光子を検知する。
【００３４】
図９に、光透過横変特性を有する透過構造２２０をその物理的な膜厚に変化を与えることなく形成する手法の例を示す。同図に示した手法の特徴は、厚みｄ及び屈折率ｎの積ｄ×ｎとして与えられる光学的厚みを横変させることとし、実際の厚みｄには変化を与えないで、光透過横変特性を実現している点にある。なお、ここでも他の層の図示を省略してある。
【００３５】
光学的厚みを横変させるため、この手法では、まず図９の上半分に示すように、フォトセンサアレイ４２の断片１５０の表面に向け堆積源２２４から均一に堆積ビーム２２６を送り、それによって均質な被覆２２２を成長させる。
【００３６】
次いで、図９の下半分に示すように、フォトセンサアレイ４２の断片１５０の表面をなぞるように、光源２３０が発する輻射光２３２によって被膜２２２上を走査し、これによってその屈折率に横変がある透過構造２２０を形成する。このとき使用する光源２３０は、例えば、ｘ方向位置による発光強度Ｉの変化はないがｙ方向位置による変化がある紫外光源である（或いはそのような強度変化が生じるように紫外光源を用いる）。即ち、断片１５０の表面に対して平行な面上でｘ方向に延び且つｙ方向に並んだ多数の直線を考える。ここで用いる紫外光源は、例えば、それらの直線それぞれの上では発光強度Ｉが一定だが直線間ではその発光強度Ｉに違いがあり、例えば図中最左端の直線は最小強度Ｉｍｉｎ、最右端の直線は最大強度Ｉｍａｘで発光する紫外光源である。このような光源２３０を用いて輻射光２３２を照射することによって、透過構造２２０の透過光の波長にはｙ方向位置による違い（横変）が生じる。即ち、形成される透過構造２２０を透過して断片１５０の各サブレンジセル１５２に到達する光の波長はそのｙ方向位置によって異なり、図示の如く最短波長λｍｉｎから最長波長λｍａｘに至る範囲内の何れかの値になる。また、単一の光源２３０から同時に多数のフォトセンサアレイ４２の断片１５０に向け且つ同一の強度パターンにて輻射光２３２を照射することもできる。そうする場合、複数個のアレイを適切に並べ光源２３０に対して適切に配置しさえすれば、単一の光源２３０を用いて透過構造２２０を複数アレイ分バッチ生産することができる。無論、アレイ上に二次元的な屈折率変化を形成することも可能である。
【００３７】
図６〜図８に示す構成、即ちＤＢＲ（分布ブラッグ反射）ミラーのうち１個だけに僅かな透過特性勾配を付した構成においては、その下方にあるフォトダイオードアレイ等のフォトセンサアレイへの入射光スペクトラムが、そのフォトセンサアレイを構成するセル毎に異なり、従って各サブレンジセルに流れる光電流が、その隣のサブレンジセルに流れる光電流とは僅かに異なる大きさになる。従って、各セルの上方部分におけるＤＢＲの透過特性が解っていれば、光電流の値から入射光の原スペクトラムを再現することができる。このとき、セルの個数によってスペクトラム再現点の個数が与えられ、従ってスペクトラム分解能も決まる。こうした原理によるスペクトラム再現は、セル間での透過率変化が急峻な波長にて最もうまくいく。
【００３８】
図４に示した被覆を試作してみたところ、各光子エネルギサブレンジにおける光子透過率の典型値が約６０％となった。これらの光子エネルギサブレンジの広さは、どのような構成の被覆を形成しその勾配をどの程度の勾配にするか、またフォトセンサアレイを構成する各サブレンジセルのサイズをどの程度にするか、等により決まり、波長でいうと例えば０．０１〜数十ｎｍの広さとなる。更に、高感度のフォトセンサを用いることによって、フォトセンサアレイ出力強度を顕著に高めることができる。
【００３９】
図１０〜図１９に、薄板状物体を用い線状信号光や二次元信号光を発生させる手法の例、特にそれに使用する照明手法及び部品の例を幾つか示す。これらの例では照明によって信号光を得ているが、その必要がない場合もある。例えば、カメラで撮影された画像のように外部から与えられた信号光や、自発蛍光(self-fluorescence)等のように照明以外の励起形態によって得られた信号光をフォトセンサアレイに供給する場合、照明は必要ない。
【００４０】
まず、図１０〜図１２に示す３個の例は、薄板状物体を照明して信号光を発生させる手法の例である。何れの手法においても単一の光源からの光によって物体を照らして信号光を発生させており、また何れの手法でも線状信号光や二次元信号光を発生させることができるが、その照明の仕方は例毎に異なっている。
【００４１】
そのうち図１０においては、光源２５２からの光によって物体２５０が照明され、物体２５０の表面における照明光の反射によって信号光２５４が生じている。この場合に照明対象にすることができる物体２５０は、その反射率が部位毎に異なる二次元的な表面を有する各種の物体である。例えば紙シート等のシート状媒体を照明対象にすることができ、更にはウェルプレートやバイオチップも照明対象になりうる。従って、この手法にて得られる信号光２５４は、物体表面の反射率を示す信号となる。
【００４２】
次に、図１１においては、光源２７２からの光によって物体２７０が背面から照明され、照明光がこの物体２７０を透過することによって、信号光２７４が生じている。従って、この構成においては、ウェルプレート、バイオチップ等のようにその吸収、内部反射等の特性が部位毎に異なり、その違いによって光の透過状況が変わる薄板状物体を、物体２７０とするのが適当である。従って、この手法にて得られる信号光２７４は、物体２７０の光吸収特性や内部反射特性を示す信号となる。
【００４３】
そして、図１２における物体２９０は光導波構造を呈している。この光導波構造内においては、光源２９２からの光による照明等、各種の励起に応じて光子が放射、散乱していく。物体２９０は、例えば、導波構造の内部又は近傍に流体を配し或いは導波構造の近傍に非流動性粒子を配したバイオチップとする。照明その他の形態による励起を受けると、物体２９０内にある粒子例えば検体が蛍光を発し、この蛍光が信号光２９４として出射される。この場合の信号光２９４は、従って、物体２９０の各部位間での蛍光スペクトラムの違いを表す信号となる。
【００４４】
バイオチップを初めとする各種薄板状物体は、照明その他の励起手法を用いて蛍光を発生させる構成とすることもできる。そうした構成を用い、例えば孤立した又は単一の粒子の特徴を抽出し或いは低濃度の生物学的若しくは化学的物質の特性を調べる場合、それらの粒子又は物質が被着し又は含まれている物体とそれに対する励起手段との相互作用をできるだけ強めること、例えば光対標的相互作用強化法(enhanced light-target interaction)を励起手法として使用することが、とりわけ重要である。
【００４５】
光対標的相互作用強化法は、例えば光導波構造を反共振導波構造(anti-resonant waveguide configuration)とすることによって実施できる。例えば、ガラスキャピラリ管内にエアロゾルを入れた構成或いはガラススライド間に液体膜を挟んだ構成を以て、反共振導波構造を実現することができる。これらを励起するには相応の電磁波を照射すればよい。
【００４６】
図１２においては、光源２９２からの光に応じて物体２９０内の物質例えば検体が蛍光を発する。その結果放射される光は特徴的な光子エネルギスペクトラムを有する光であり、そのうち一部がセンシングアセンブリ２２方向に向かい信号光２９４の成分となる。この光は、（場合によっては何個かの光学部品を通過した上で）ＩＣ４０上にあるフォトセンサアレイ４２に達し、それを構成するサブレンジセルによって光子が検知されることとなる。
【００４７】
このように、図１０〜図１２に示す何れの構成においても、発生した信号光２５４、２７４又は２９４がセンシングアセンブリ２２へと送られる。その経路上には光学部品を設けることができるが、用途乃至構成によってはそうした光学部品の必要がない場合もある。
【００４８】
次に、図１３〜図１９に示す例は、信号光とフォトセンサアレイとの間に相対走査運動を発生させる手法の例である。相対走査運動のうち第１のものは主相対走査運動と称しうるものであり、第２のものは副相対走査運動と称しうるものである。主相対走査運動は、フォトセンサアレイが全光子エネルギサブレンジで光子エネルギ情報を得るために必要な相対走査運動のことであり、副相対走査運動は物体のあらゆる部分即ちスポットから光子エネルギ情報を得たい場合に実行される相対走査運動のことである（従って副相対走査運動が不要な構成乃至用途もある）。主及び副相対走査運動は、例えば図１６〜図１９に示す構成では単一の走査器により実行可能である。但し、これらを実行するのに２個の走査器が必要な構成もありうる。
【００４９】
また、図１３及び図１４に示す構成では、非常に細い線状の照明光で薄板状物体を照明し、例えば図示しないセンシングアセンブリ２２を図示の構成に対して動かすことによって主相対走査運動を実行し、それによって各光子エネルギサブレンジにて情報を得ることができる。更に、照明光・薄板状物体間での副相対走査運動を実施することによって、その物体の各部から信号光を得てそれをセンシングアセンブリ２２で検知することができる。こうした構成では、照明光の線の太さによりｙ方向空間分解能が決まり、使用する光学部品３２０の構成次第でｘ方向分解能が決まる。これに対し、図１５〜図１９に示す構成では、物体から得られる二次元信号光をある種の光学部品にて線状信号光（図１５）又はまた別の二次元信号光（図１６〜図１９）に変換し、変換により得られた信号光によってセンシングアセンブリ２２内のフォトセンサアレイ４２を走査するようにしている。
【００５０】
図１３〜図１５に例示する手法即ち照明及び光学部品の併用により線状信号光を得る手法は、基本的に、直線を模した形状の光即ち線状照明光を用いる第１の手法と、直線を模した形状の開口即ち線状開口を用いる第２の手法とに、大別することができる。
【００５１】
第１の手法を採る場合、照明野サイズ即ち照明光の断面サイズによって信号光のサイズが決まり、使用する光学部品によってその延長方向（ｘ方向）沿い分解能が決まる。従って、ｙ方向分解能を所望値まで高めたければ照明光の線幅をそれ相応に細くする必要があり、ｘ方向分解能を確保したければそれ相応の光学部品を用いる必要がある。また、物体全体をカバーしたければ、照明対象物体と照明用部材及び光学部品とを相対運動させる副相対走査用走査器を設ければよい。
【００５２】
第２の手法を採る場合、照明野サイズを信号光サイズより大きめに設定すると共に、線状開口を提供する光学部品によって照明対象物体からの光のサイズを絞って線状信号光に変換し、且つその光学部品によってｘ方向分解能を画定する。この場合にも、照明野と開口形成用光学部品の間、即ち照明対象物体と照明用部材及び開口形成用光学部品との間に副相対走査運動を発生させるには、副相対走査用走査器を設ければよい。
【００５３】
他方、図１６〜図１９に例示する手法即ち二次元物体を照明して二次元信号光を発生させる手法では、レンズ又はそれに類する光学部品を使用して照明対象物体の像を二次元フォトセンサアレイ４２上に結び、ｘ方向分解能、ｙ方向分解能共にこの結像用光学部品によって画定する。また、結像用光学部品によってフォトセンサアレイ４２上に結ばれる像においては、常に、照明対象物体上の個々の場所が照明対象物体上でのｘ方向位置及びｙ方向位置に対応したｘ方向位置及びｙ方向位置に結像する。従って、この手法によれば、照明対象物体上の様々な場所からの光子を同時に（但し光子到来位置のｙ方向位置に応じて異なる光子エネルギサブレンジにて）検知することができる。また、主相対走査運動によって照明用部材、照明対象物体及び光学部品と検知用のフォトセンサアレイ４２との位置関係を略ｙ方向に沿い変化させることにより、フォトセンサアレイ４２上の各サブレンジセルに射突する光子の発生元が照明対象物体上のある場所から次の場所へと変化していくので、主相対走査運動を完遂することにより全ての光子エネルギサブレンジにて且つ全ての場所について、光子検知を実行することができる。
【００５４】
以上概括した相対走査運動発生手法のうち図１３に示す例においては、画像を担持する適当なシート状媒体例えば紙シート３１０が、その画像担持面を下に向けて配置されており、例えば白色ＬＥＤ（発光ダイオード）に適当な光学系を付加した構成を有する光源３１２から出射される線状照明光によって、その下側から照明されている。従って光源３１２によって照明されるのはシート３１０のうちのある線状部分３１６であり、それによって発生した線状信号光３１４即ち図２に示した信号光２０と同様の形状を有する信号光は、例えばＳｅｌｆｏｃレンズアレイ３２０等の光学部品を介してセンシングアセンブリ２２等に送られる。このＳｅｌｆｏｃレンズアレイ３２０によって線状信号光３１４のｘ方向分解能が決まる。また、シート３１０の全体像を得るには、光源３１２とシート３１０とを矢印線３２２により示す如く相対運動例えば副相対走査運動させることによって、それぞれこの線状信号光３１４と同様な形状を有する複数通りの線状信号光を、シート３１０上からくまなく得る必要がある。
【００５５】
また、図１４に示す例においては、物体３５０が光源３５２により背面から照明されている（前面からでもよい）。照明される物体３５０は、例えば生体標本や化学標本の解析に使用される９６ウェルプレートのように、生物学的解析又は化学的解析の結果を光学的な形態で提示するアレイ等である。前面、背面のどちら側から照明するにせよ、この例においては、図１３の例と同様に線状の照明光を照射することによってプレート状の物体３５０上の線状部分３５６にて線状の信号光３５４を発生させ、Ｓｅｌｆｏｃレンズアレイ３２０を介しセンシングアセンブリ２２に送ることができる。この例でも、全体像を得るには、光源３５２と物体３５０とを矢印線３６０により示す如く相対運動例えば副相対走査運動させればよい。
【００５６】
更に、図１５に示す例においては、図１０〜図１２を参照して説明した方法のうち何れかで物体４００を照明することにより、二次元的な広がりを有する信号光４０２を発生させる。また、図示されている光学部品４０４は、ｘ方向に延びたスリット４１２を有する二次元的に広がった遮光層４１０と、図１３及び図１４に示したアレイ３２０と同様の構成を有しスリット４１２上に配されたＳｅｌｆｏｃレンズアレイ４２０とを、併有している。従って、二次元的な信号光４０２はスリット４１２により線状化され、そのｘ方向分解能がＳｅｌｆｏｃレンズアレイ４２０の構成により規定された線状信号光４２４として、センシングアセンブリ２２に送られる。また、図中矢印線４２２により示す如く物体４００及び光学部品４０４を相対運動例えば相対走査運動させることにより、線状信号光４２４の発生元のｙ方向位置を変えること、即ち線状信号光４２４を順繰りに複数通り発生させることができる。
【００５７】
また、図１３〜図１５に例示した手法を応用すれば、例えば点状光源からの照明光により点状信号光を発生させることも、また任意形状光源からの照明光により発生させた信号光を点状信号光に変換することも、可能である。
【００５８】
次に、図１６に示す例においては、物体４５０を照明することにより二次元的な信号光４５２を発生させる。この例では、センシングアセンブリ２２内のフォトセンサアレイ４２上に照明対象物体４５０の鮮明な像が結ばれるよう、信号光４５２の成分光を合焦させる光学部品として従来型のレンズ４６０を配してある。従って、物体４５０上の各照明箇所からの光子は、フォトセンサアレイ４２上の対応するサブレンジセルにて、またそのサブレンジセルに係る光子エネルギサブレンジにて、検知される。また、物体４５０・フォトセンサアレイ４２間の距離がレンズ４６０の焦点距離の２倍になるようそれらを配置した場合、物体４５０の大きさと、フォトセンサアレイ４２上に結ばれた像の大きさとが、１対１の比率になる。勿論、物体４５０がより大きく結像するよう光学部品を用いることもより小さく結像するよう用いることもできる。像のサイズの大小によって、実現される分解能が高低し、また所要フォトセンサアレイサイズが増減する。
【００５９】
また、従来型のレンズ４６０を用いた結像プロセスでは、不具合が生じることを防ぐため、レンズ４６０を大抵の結像対象物体よりも大きめにしておくのが常套手段である。こうした不便をなくすには、レンズ４６０をＳｅｌｆｏｃレンズ又はＧＲＩＮレンズに置き換えればよい。例えば、図１７に示す例においては、図１６に示した例と同様、物体５００を照明することにより二次元的な信号光５０２を発生させているが、結像用の光学部品としては二次元のＳｅｌｆｏｃレンズアレイ５１０が用いられている。こうした構成においても、光学的出力としては、図１６に示した例とほぼ同じ出力が得られる。
【００６０】
図１８に、図１７に示した例の一実施形態をより詳細に示す。この実施形態においては、物体５００を照明することによって二次元的な信号光５３０〜５３４を発生させており、また二次元的なＳｅｌｆｏｃレンズアレイ５１０を用い物体５００の像をセンシングアセンブリ２２内のフォトセンサアレイ４２上に結んでいる。
【００６１】
副相対走査運動時には、物体５００が矢印線５１２により示される方向に動くにつれ、物体５００上の各所例えば図中の場所５２０、５２２及び５２４は照明野内を過ぎていく。場所５２０、５２２及び５２４からは反射現象、透過現象、蛍光現象等により光子が放射され、それら光子は場所毎に光線５３０、５３２又は５３４を形成してフォトセンサアレイ４２上に入射し、入射先のサブレンジセル５４０、５４２又は５４４により検知される。フォトセンサアレイ４２の各サブレンジセルから得られる読出値は、物体５００上の対応する場所例えば場所５２０、５２２又は５２４についての情報のうち、そのサブレンジセルに係る光子エネルギサブレンジに属するスペクトラムについての情報として、使用することができる。また、物体５００がフォトセンサアレイ４２の上方を通り抜けていくとき物体５００上の複数の場所がフォトセンサアレイ４２上の別々のサブレンジセル上を動いていくため、それらの場所についての情報をフォトセンサアレイ４２上の対応する別々のサブレンジセルにて同時に検知、取得できる。
【００６２】
図１９に、図１８に示した実施形態に代わる実施形態を示す。この実施形態においては、短い間隔で連なるよう物体５００に設けられている一群の場所が、照明野内を動いていく。
【００６３】
図１９においては、副相対走査運動時に、先頭の場所５６０と最後尾の場所５６４とその間にある何個かの場所５６２とを含む一群の場所が、照明野内を過ぎていく。反射、透過乃至蛍光により場所５６０、５６２及び５６４から放射される光子は、それぞれ光線５７０を形成する。形成された光線５７０はＳｅｌｆｏｃレンズアレイ５１０を通過し、その大部分が光子放射元の場所５６０、５６２及び５６４毎に別々のサブレンジセルへと入射していく。同じフォトセンサアレイ４２を構成する近隣のサブレンジセルに光子が入射することもあり得るが、その個数は少数である。フォトセンサアレイ４２の各サブレンジセルから得られる読出値は、物体５００上の対応する場所例えば場所５６０、５６２又は５６４についてのスペクトラム情報の一部を構成する。しかも、物体５００がフォトセンサアレイ４２の上方を通り抜けていくときそれら小間隔で連なる一群の場所が別々のサブレンジセル上を過ぎていくので、それらの場所についての情報を同時並行的に得ることができる。
【００６４】
図２０に相対走査運動発生システムの構成を示す。この図に示すシステム６００は、相対走査運動を伴う光検知によってスペクトラム情報を取得することが可能なシステムの例である。また、図示のシステム６００は、バス６０４を介し各種構成部材をＣＰＵ（中央処理ユニット）６０２に接続した構成を有しているが、これは一例であって、使用できるアーキテクチャは多種多様である。
【００６５】
システム６００は、バス６０４を介しＣＰＵ６０２に接続される部材としてまず外部Ｉ／Ｏ（入出力部）６０６及びメモリ６０８を備えている。それらのうち外部Ｉ／Ｏ６０６は、ＣＰＵ６０２とシステム６００外の装置との間で通信を行えるようにする部材である。インタラクティブな形態でこのシステム６００を運用する際には、例えばモニタやキーボード等、それに適したユーザインタフェースが外部Ｉ／Ｏ６０６に接続される。また、バス６０４には、システム６００に内蔵される部材やシステム６００に外付けされる部材を含め、更に他の部材を接続することができる。それらのうち集積回路Ｉ／Ｏ６１０は、ＣＰＵ６０２と各ＩＣとの間で通信を行えるようにする部材である。この図では、ＩＣが第０ＩＣ６１２から第Ｍ−１ＩＣ６１４までＭ個設けられており、そのうちの第ｍＩＣ６１６にはその内部のフォトセンサアレイ６１８も描かれている。同様に、走査器Ｉ／Ｏ６２０は、ＣＰＵ６０２と相対走査運動発生用の各種装置、例えばモータやセンサとの間で通信を行えるようにする部材である。この図ではその種の装置が第０装置６２２から第Ｎ−１装置６２４までＮ個設けられている。
【００６６】
また、メモリ６０８としてはプログラムメモリ６３０等が設けられており、このプログラムメモリ６３０内には、ＣＰＵ６０２により実行される走査ルーチン６４０及び読出結合ルーチン６４２が格納されている。
【００６７】
走査ルーチン６４０実行時には、ＣＰＵ６０２は、走査関連の装置６２２〜６２４との通信等を行う。例えば、一群のセンサから信号を受け取り、受け取った信号に基づき走査ルーチン６４０による計算を行い、目的とする走査運動を実現するのにどのような運動が必要かをその計算結果に基づき判別し、そして目的とする信号光・フォトセンサアレイ４２間相対運動が好適に発生するよう信号を送って一群のモータを作動させる。
【００６８】
読出結合ルーチン６４２実行時には、ＣＰＵ６０２は、第０〜第Ｍ−１ＩＣ６１２〜６１４それぞれに信号を送り、各サブレンジセルから各光子エネルギサブレンジにおける光子量の検知結果を読み出す。読み出された検知結果、即ち信号光中の各部分例えば個々のスポットについての検知結果は、同一の部分乃至スポットについての検知結果群により図示しない適当なデータ構造（例えばデータアレイやデータリスト等の構造）が形成されるよう、部分乃至スポット毎に結合されて格納される。即ち、読出処理によって各光子エネルギサブレンジ毎に得られた光子量検知結果情報を、結合処理に供して得られるスペクトラム情報が、場所毎に格納される。こうして格納されたスペクトラム情報は、図２に示す個々の場所Ｌｍを例としていえば、その場所Ｌｍに現れる光子エネルギ分布Ｄｍを良好に近似するものとなる。なお、満足のいく分解能を得るには、それ相応に短い周期で検知を行いそれ相応に高い速度で読出を行うことが必要である。こうして所与の部分乃至場所Ｌｍについて全検知結果の読出及び結合処理が済んだら、ＣＰＵ６０２はその結果を外部Ｉ／Ｏ６０６を介し出力する。或いは、照明野全体に亘り光子量検知結果を結合して単一のデータ構造を作成し、その結果を外部Ｉ／Ｏ６０８を介し適当なストリーミング動作により出力するようにしてもよい。
【００６９】
こうしたシステム６００を実現するには、相対走査運動を実行する走査器が必要である。そのための走査器は様々な構成を採りうる。図２１〜図２３に、図２０に示したシステム６００にて採用しうる走査器の仕組みについて、種々の例を示す。
【００７０】
まず、図２１に例示する装置７００は、物体７１０を照明することによって点状又は線状の信号光を発生させ、その信号光によってセンシングアセンブリ２２内のフォトセンサアレイ４２（図１参照）を走査、即ち当該フォトセンサアレイ４２を横切る経路に沿ってその信号光でフォトセンサアレイ４２の表面をなぞらせる仕組みであり、且つ、主相対走査運動を発生させるための内部走査器７２０と、副相対走査運動を発生させるための外部走査器７０２とを有している。即ち、まず外部走査器７０２は、副相対走査運動が発生するよう支持部材７０４、支持部材７０６又はその双方を駆動する。支持部材７０４は物体７１０、例えば紙シート、バイオチップ、ウェルプレート等を支持しており、支持部材７０６は内部走査アセンブリ７１２を支持しており、内部走査アセンブリ７１２は照明光源７３２や光学部品７３４やセンシングアセンブリ２２と共に内部走査器７２０を内蔵しているので、支持部材７０４、支持部材７０６又はその双方を駆動することによって、物体７１０に対する照明光源７３２、光学部品７３４、センシングアセンブリ２２及び内部走査器７２０の相対走査運動、即ち副相対走査運動を発生させることができる。
【００７１】
また、内部走査器７２０は、主相対走査運動が発生するよう支持部材７２２、支持部材７２４又はその双方を駆動する。支持部材７２２は信号光アセンブリ７３０を支持しており、支持部材７２４はセンシングアセンブリ２２を支持している。ここでいう信号光アセンブリ７３０とは、信号光が好適に発生するよう協調して動かす必要がある一群の部材、例えば照明光源７３２や光学部品７３４のことである。従って、支持部材７２２、支持部材７２４又はその双方を駆動することにより、主相対走査運動を発生させることができる。
【００７２】
信号光アセンブリ７３０内に設けられた照明光源７３２は、図示の如く点状又は線状の照明光を出射する。この照明光は物体７１０との相互作用例えば反射によって、点状又は線状の信号光になる。また、図中の光学部品７３４は例えば図１３に示すＳｅｌｆｏｃレンズアレイを含んでおり、図１に示す如くフォトセンサアレイ４２に対する主相対走査運動を実行する際、信号光のｘ方向分解能がこの光学部品７３４によって画定される。
【００７３】
装置７００の仕組みは、このように、内部走査器７２０によって物体７１０の各場所毎に全光子エネルギサブレンジを走査しつつ、外部走査器７０２によって物体７１０の各場所を走査することにより、物体７１０の全ての場所から全ての光子エネルギサブレンジについての情報を取得する、という仕組みである。図２０に示した走査ルーチン６４０は、この装置７００を制御するための信号を発生させる。発生させる信号の種類や信号の発生のさせ方は、走査ルーチン６４０の組み方次第であり、様々に定めることができる。例えば、物体７１０上の全ての場所にて信号光が発生するように外部走査器７０２を制御し、各場所毎に信号光・フォトセンサアレイ４２間相対走査運動即ち主相対走査運動が発生するように内部走査器７２０を制御することが、可能である。即ち、主相対走査運動が発生するように内部走査器７２０を制御してフォトセンサアレイ４２内の各サブレンジセル群に信号光を供給し、それらサブレンジセル群が順次物体７１０上の別の場所からの信号光により走査されるよう外部走査器７０２を制御することができる。
【００７４】
図２２に示す装置７５０は別の仕組みによる装置の例であり、物体７６０を照明することによって二次元信号光を発生させ、その信号光によってセンシングアセンブリ２２内のフォトセンサアレイ４２の表面を図１に示す走査経路沿いになぞらせる構成である。同図中の装置７５０に設けられた走査器は１個、即ち支持部材７５４、支持部材７５６又はその双方を駆動することによって相対走査運動を発生させる走査器７５２だけである。支持部材７５４は例えば紙シート、バイオチップ、ウェルプレート等の物体７６０を支持しており、支持部材７５６は走査センシングアセンブリ７６２を支持しており、走査センシングアセンブリ７６２は相対走査運動を適切に発生させるため協調して動かす必要がある一群の部材から構成されている。
【００７５】
走査センシングアセンブリ７６２内に設けられている照明光源７６４は、図示の如く二次元的な広がりを有する照明野内を照明する。この照明野内には物体７６０の下面全体又は大半が含まれている。照明光は物体７６０により反射され、それによって二次元信号光が発生する。光学部品７６６は信号光のｘ方向分解能及びｙ方向分解能を画定する。こうした動作は、走査センシングアセンブリ７６２内にあるセンシングアセンブリ２２内のフォトセンサアレイ４２に対し、走査器７５２によって信号光を相対走査運動させる間中、実行される。
【００７６】
装置７５０を制御する際、図２０に示した走査ルーチン６４０は、例えば、走査器７５２を制御することによってフォトセンサアレイ４２に対する信号光の相対走査運動を発生させ、それによって、フォトセンサアレイ４２の表面を適切な横断走査経路に沿って信号光によりなぞらせる。読出結合ルーチン６４２は、例えば、その走査経路沿いの各位置における光子量検知結果を読み出し、それら検知結果のうち物体７６０上の同一場所についての検知結果を走査速度に基づきつつ結合させて、スペクトラム情報を示す適当なデータ構造にまとめる。
【００７７】
図２３に示す装置８００は、相応の方法によって得られた二次元信号光によって、図１に示した走査経路、即ちセンシングアセンブリ２２内のフォトセンサアレイ４２を過ぎる経路をなぞらせる仕組みの装置であり、図示の如く備えている走査器は１個だけ、即ち支持部材８０４、支持部材８０６又はその双方を駆動することによって相対走査運動を発生させる走査器８０２だけである。支持部材８０４は、相対走査運動を適正に発生させる上で互いに協調して動かさねばならない一群の部材からなる光学アセンブリ８１０を支持しており、同様に、支持部材８０６はセンシングアセンブリ２２を支持している。
【００７８】
光学アセンブリ８１０内の信号光源８１２は、スペクトラム情報を伴った信号光を出射する部材であり、様々な形態にて実現することができる。例えば、何らかのまた何個かの面、静止物体又は低速物体を図１０〜図１２に示した如き形態で照明する光源として、構成することができ、また例えば、外部から信号光を取り込んで整形乃至変形し光学アセンブリ８１０に送り込む開口等、各種の適当な光学部品によって、実現することができる。
【００７９】
光学部品８１４は、図２２に示した走査センシングアセンブリ７６２と同様、センシングアセンブリ２２内のフォトセンサアレイ４２に対する相対走査運動の間、信号光のｘ方向分解能及びｙ方向分解能双方を画定する部材であるが、走査センシングアセンブリ７６２とは違い検知機能を備えていない。検知機能を提供するセンシングアセンブリ２２は、光学アセンブリ８１０外に設けられている。従って、走査器８０２により実現される相対走査運動は、光学アセンブリ８１０・センシングアセンブリ２２間の相対走査運動となる。
【００８０】
装置８００を制御する際には、図２０に示した走査ルーチン６４０及び読出結合ルーチン６４２を実行すればよい。また、例えばカメラ等とこの装置８００を併用する場合、走査器８０２に対しセンシングアセンブリ２２を動かす操作のみでセンシングアセンブリ２２・光学アセンブリ８１０間相対走査運動が実行されるよう、ひいてはカメラ等から入射してくる外部信号光がセンシングアセンブリ２２に対し相対走査運動するよう、光学アセンブリ８１０を走査器８０２に対し常時相対固定しておくとよい。
【００８１】
更に、図２１〜図２３に例示した装置７００、７５０及び８００においてはそれぞれ何個かずつ支持部材が使用されている。各図中、各支持部材はその支持元の走査器から延びた片持ち梁により実現されているが、一般論としては、支持元の走査器によって駆動・制御することができるよう当該走査器に連結されていれば足りる。即ち、そのサイズ、形状、構成素材等を含む各支持部材の構造や、各支持部材をその支持元の走査器に連結する手段には、取り立てて制約が課されておらず、従って各支持部材は様々な構造乃至支持形態にて実現することができる。更に、各支持部材とその支持対象物との連結は、直接か間接かの別等を問わず、適切な形態である限りどのような形態でもよい。例えば、支持対象物を好適に載置しうるプラテンを支持する等、走査時支持を好適に実現できる形態でありさえすれば、支持対象物の支持や支持対象物との連結をどのような形態で実現してもかまわない。また、一般論としては、相対走査運動は複数個の支持部材のうち１個又は複数個を駆動することによって実現できるのであるから、用途次第では、支持部材のうち何個か（但し全数ではない）を固定型としても差し支えない。
【００８２】
そして、図１〜図２３に示した構成においては、上述のもの以外に、多種多様な手法を使用することができる。
【００８３】
例えば、複数通りの線状信号光を同時使用してフォトセンサアレイ４２上を走査してもよい。どの信号光によって得られた検知結果なのかを識別、特定できるよう検知周期を設定しまたそれが可能な検知手法を使用することによって、こうした走査即ち複数線状信号光による対単一走査経路同時走査が可能になる。但し、これを実施するには、同一フォトセンサアレイ４２上の同一走査経路上にある全てのサブレンジセルから情報を読み出してその結合によりスペクトラム情報を得るため、またそうした処理をｘ方向沿いにある各場所毎に実行するため、それなりの演算操作が必要となろう。明らかな通り、この手法によれば、複数の線状信号光を使用できる分、ｘ方向解像度及びｙ方向解像度共に高くなる。また、使用する複数通りの信号光間にある程度の間隔を設けた場合、各信号光で別々のフォトセンサアレイを走査することや、各信号光で別々の走査を実行する構成も実現可能である。そうした構成においても、上記同様にして、１個のフォトセンサアレイに対する１回の走査で二次元的な照明野全体についての完全なスペクトラム情報を得ることが可能である。
【００８４】
先に例示説明した何れの装置においても、信号光の分光計測等の機能を実現可能なコンポーネントをコンパクト且つ安価に実現することができ、しかも高い空間分解能及びスペクトラム分解能を得ることができる。更に、これらの装置は、既に消費者向け市場に出回っているものも含め、既存のスキャナや既存のプリンタに組み込むことができる。その検知結果は多数のＩＣから迅速に且つ並列的に読み出すことができる。広い光子エネルギレンジにて光子を検知できるようにするには、それ相応の被覆素材を用いると共にそれ相応の個数のＩＣを使用すればよい。原理的には、紫外域から遠赤外域更にはＴＨｚオーダの周波数に相当する波長まで、広い波長域をカバーすることが可能である。
【００８５】
上述した各種装置は、走査機能を有しているため、例えば文書スキャナ、文書コピア、ディジタルカメラ等、各種イメージング装置にて使用することができる。上述した各種走査型装置はまた、分光光度計等の色制御乃至プロセス制御用の分光器向けに構成することや、二次元フォトニッククリスタルセンサ乃至バイオセンサ等の光学センサ複数個からの並列読出向けに構成することも、可能である。そうした走査型装置が併設された分光器や光学センサは、固体例えば半導体素材を対象として或いは生体粒子その他の検体を含有する液体乃至エアロゾルを対象として分光計測を実行する際等に、使用することができる。相対運動は走査以外の様々な形態にて実行することができる。そして、フォトセンサアレイ及び信号光源は上述以外のものも含め様々な構成とすることができる。
【００８６】
上述した各種の部材は、何れも上述とは異なる様々な形状、寸法、特性数値、特徴品質等を有するものとすることができる。
【００８７】
先に例示した構成のうち幾つかにおいては、フォトセンサアレイや透過構造等を特定の素材によって形成しているが、それらの部材を例えば複数個の副層を組み合わせた層構造として形成する際、上記以外の素材も使用可能であり、また使用できる素材は数多くある。
【００８８】
更に、各サブレンジセルが互いに別々の光子エネルギサブレンジにて光子を検知するようフォトセンサアレイを構成する手法としては、上述のように透過構造を形成する手法のほか、様々な手法がある。
【００８９】
また、先に例示した構成のうち幾つかにおいては、導波構造内に光を入射することによりその導波構造を発光させているが、自発的に発光する物体(self-emitting/auto-fluorescing object)乃至粒子を導波構造内に入れておけば、入射光無しでも導波構造を発光させることができる。また、発光機構としては、ルミネッセンス、フォトルミネッセンス、ケモルミネッセンス、非弾性散乱等、様々な機構を使用することができる。更に、導波手法として示した反共振導波技術は使用できる種々の導波技術の一種に過ぎず、使用できる導波技術は連続的なものも間欠的なものも含め数多くあり、それぞれ各種パラメタを適切な値に調整設定すれば反共振導波を実現することができる。
【００９０】
更に、上述のもの以外の物体を照明対象とすることもできる。どのような仕方で発生させた信号光でも、上述した手法による光検知の対象にすることができる。
【００９１】
また、図２０に例示した構成ではＣＰＵを使用しているが、これに代え、他種マイクロプロセッサ等、適切な他種部材を用いることもできる。
【００９２】
そして、先に例示した各種の構成においては、総じて、様々な部材を様々な形態で製作及び使用しその部材により特定の動作を実行させているが、それらの部材は上述の動作とは異なる形態で動作させることもできるし、上述の動作範囲乃至数値範囲とは異なる動作範囲乃至数値範囲にて動作させることもできるし、また上述以外の動作をそれらの部材の動作に付加することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】センシングアセンブリ内に設けられたフォトセンサアレイ及びこれに対する信号光の相対走査運動を示す模式的側面図である。
【図２】図１における対フォトセンサアレイ線状信号光相対走査運動を示す模式的上面図である。
【図３】図１に示したセンシングアセンブリの平面構造を例示する模式的平面図である。
【図４】図１に示したセンシングアセンブリの断面構造、特に光透過横変特性を有する透過構造をフォトセンサアレイに添えたものを例示する模式的断面図である。
【図５】図４に示した透過構造の光透過横変特性を表すグラフである。
【図６】図４に示したものとは異なる透過構造を設けたセンシングアセンブリの断面構造を例示する模式的断面図である。
【図７】図６に示した透過構造の光透過横変特性を表すグラフである。
【図８】図１に示したセンシングアセンブリを得る際使用できる透過構造形成手法の第１例を示す図である。
【図９】図１に示したセンシングアセンブリを得る際使用できる透過構造形成手法の第２例を示す図である。
【図１０】対物照明による線状信号光発生方法、特に紙シート等の物体によって照明光を反射させる方法を例示する模式的斜視図である。
【図１１】対物照明による線状信号光発生方法、特に９６ウェルアレイ等の薄板状物体を透過するよう照明する方法を例示する模式的斜視図である。
【図１２】対物照明による線状信号光発生方法、特にバイオチップ等の薄板状物体内に照明光を入射し導波させる方法を例示する模式的斜視図である。
【図１３】線状信号光発生用照明方法及び光学部品を例示する模式的斜視図である。
【図１４】図１３に示したものに代わる例を示す模式的斜視図である。
【図１５】二次元信号光から線状信号光を生成する光学部品を例示する模式的部分斜視図である。
【図１６】センシングアセンブリ上に図２の如く二次元信号光を合焦させる光学部品を例示する模式的部分斜視図である。
【図１７】図１６に示したものに代わる例を示す模式的部分斜視図である。
【図１８】図１７に示した光学部品の第１実施形態を仔細に示す模式的部分斜視図である。
【図１９】図１７に示した光学部品の第２実施形態を仔細に示す模式的部分斜視図である。
【図２０】図１に示した相対走査運動を制御可能なシステムを例示する模式的ブロック図である。
【図２１】外部走査器及び内部走査器を備えその内部走査器により図１に示した主相対走査運動を行わせる装置の第１例を示す模式図である。
【図２２】図１に示した相対走査運動を行わせる装置の第２例を示す模式図である。
【図２３】図１に示した相対走査運動を行わせる装置の第３例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９４】
２０，２５４，２７４，２９４，３１４，３５４，４０２，４２４，４５２，５０２  信号光、４０，６１２，６１４，６１６  ＩＣ、４２，６１８  フォトセンサアレイ、４４  サブレンジセル群、５０，５２  主相対走査方向、６０  サブレンジ設定曲線、１０６，１５２，５４０，５４２，５４４  サブレンジセル、３２２，３６０，４２２，４６２，５１２  副相対走査方向、６００  システム、７００，７５０，８００  装置、７０２，７２０，７５２，８０２  走査器、Ｌ１，Ｌｍ，ＬＭ  場所、Ｍ  場所の個数、Ｎ  サブレンジセル群の個数、Ｙ１，Ｙｎ，ＹＮ  フォトセンサアレイ上のｙ方向位置、λ  波長、λ１，λｎ，λＮ  各サブレンジの代表波長。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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