(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル（１０２）上に光プロファイル（１１０）を生成するための光源（１０１）と、
前記サンプル（１０２）と前記光源（１０１）からの光の相互作用から生成される特性光を検出するための少なくとも１つの受光素子（１０４）を有する受光器（１０３）と、
前記サンプル（１０２）を支持するための支持体（１０９）であって、前記光プロファイル（１１０）に対して移動可能である支持体（１０９）と、
前記支持体（１０９）と前記光プロファイル（１１０）の間に発生したと予期される相対運動に基づいて、特定の時間において前記受光素子（１０４）によって記録されたスペクトル値を、前記特定の時間において前記受光素子（１０４）によって記録された前記特性光を生成したと予測される前記サンプル（１０２）上の点に関連づけるように構成された処理ユニット（１２１）と
を備え、
前記処理ユニット（１２１）は、既知の異なる時間での前記光プロファイル（１１０）に対する前記支持体（１０９）の以前の既知の位置から外挿することによって前記サンプル（１０２）上の点を予測するように構成されていることを特徴とする分光装置。
【請求項２】
前記処理ユニット（１２１）は、前記以前の既知の位置から予測される、前記光プロファイル（１１０）に対する前記支持体（１０９）の相対運動に基づいて、前記受光器（１０３）を起動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の分光装置。
【請求項３】
前記処理ユニット（１２１）は、前記受光素子（１０４）が測定期間中に等間隔の時間間隔でスペクトル値を記録するように、光プロファイル（１１０）に対する前記支持体（１０９）の移動を制御するように構成されており、前記支持体（１０９）は、前記測定期間中に一定速度で光プロファイル（１１０）と相対的に移動し、かつ、前記受光器（１０３）を制御することを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一項に記載の分光装置。
【請求項４】
前記処理ユニット（１２１）は、前記支持体（１０９）および／または光プロファイル（１１０）は、加速期間中に前記一定速度まで加速されるように、前記支持体（１０９）および／または光プロファイル（１１０）を制御するように構成されており、処理ユニット（１２１）は、前記加速期間の終了後に前記特性光に対するスペクトル値を記録し始めるように前記受光器（１０３）を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の分光装置。
【請求項５】
前記処理ユニット（１２１）は、サンプリングしようとする初期点を識別し、前記支持体（１０９）および／または光プロファイル（１１０）を制御するように構成されており、従って、
前記支持体（１０９）および／または光プロファイル（１１０）が、交差位置から後退させられた位置から動かされ、前記交差位置において、前記初期点が、前記光プロファイル（１１０）によって照射されて、前記初期点が前記交差位置になる時間までに前記加速期間が終了するように、前記受光素子（１０４）上に特性光を生成することを特徴とする請求項４に記載の分光装置。
【請求項６】
前記処理ユニット（１２１）は、前記以前の既知の位置からの前記光プロファイル（１１０）に対する前記支持体（１０９）の既知の相対運動から前記点を外挿するように構成されており、
前記既知の相対運動は、前記支持体（１０９）および／または光プロファイル（１１０）の事前設定加速度プロファイル、ならびに／または前記支持体（１０９）および／または光プロファイル（１１０）の事前設定速度プロファイルであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の分光装置。
【請求項７】
前記支持体（１０９）の位置を検出するためのセンサ（１１４）を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の分光装置。
【請求項８】
前記処理ユニット（１２１）は、前記検出された位置から、前記サンプル（１０２）上の所与の点が光プロファイル（１１０）によって照射されて前記受光素子（１０４）上に特性光を生成する時間を外挿するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の分光装置。
【請求項９】
前記処理ユニット（１２１）は、前記検出された位置から前記支持体（１０９）の速度を特定し、前記特定された速度を使用して、前記サンプル（１０２）上の所与の点が、前記光プロファイル（１１０）によって照射されて、前記受光素子（１０４）上に特性光を生成する時間を特定するように構成されており、
前記処理ユニット（１２１）は、前記特定された速度から前記支持体（１０９）の加速度を特定し、前記特定された加速度を使用して、前記サンプル（１０２）上の所与の点が、前記光プロファイル（１１０）によって照射されて、前記受光素子（１０４）上に特性光を生成する時間を特定するように構成されており、
前記処理ユニット（１２１）は、前記特定された速度および／または加速度に基づいて、前記受光器（１０３）を始動させる時間を更新するように構成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の分光装置。
【請求項１０】
前記受光素子（１０４）がスペクトル値をその間に記録するサンプリング時間間隔が、前記支持体（１０９）の検出された位置が前記処理ユニット（１２１）にその間に報告される検出時間間隔よりも短いこと
を特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の分光装置。
【請求項１１】
前記受光素子（１０４）が前記サンプル（１０２）上の点に対するスペクトル値を記録する、データ速度が、前記支持体（１０９）の位置を検出するためのデータ率よりも大きいことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の分光装置。
【請求項１２】
前記受光器（１０３）が受光器タイマ（１２６）を備え、前記受光素子（１０４）が、前記受光器タイマ（１２６）からの信号に基づく時間にスペクトル値を記録するように構成されており、
前記処理ユニット（１２１）は、前記支持体（１０９）が、前記光プロファイル（１１０）に対して所定の位置にあると予測される時間に、前記受光器タイマ（１２６）を起動するように構成されており、
前記支持体（１０９）を駆動するモータ（１１１ａ、１１１ｂ）を備え、前記モータの速度が、前記受光器タイマ（１２６）からの信号に基づいて制御されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の分光装置。
【請求項１３】
サンプル（１０２）に対して分光法を実施する方法であって、
前記サンプル（１０２）を照射する光プロファイル（１１０）に対して、前記サンプル（１０２）を移動させて、前記サンプル（１０２）上の複数の点を連続して照射するステップと、
受光器（１０３）の受光素子（１０４）を用いて、前記サンプル（１０２）と、前記光プロファイル（１１０）を形成する光との相互作用によって前記複数の点から生成される特性光を検出するステップと、
支持体（１０９）と前記光プロファイル（１１０）の間に発生したと予期される相対運動に基づいて、特定の時間において前記受光素子（１０４）によって記録されたスペクトル値を、前記特定の時間において前記受光素子（１０４）によって記録された前記特性光を生成したと予測される前記サンプル（１０２）上の点に関連づけるステップとを含み、
前記サンプル（１０２）上の点は、既知の異なる時間での前記光プロファイル（１１０）に対する前記支持体（１０９）の以前の既知の位置から外挿されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の分光装置の処理ユニット（１２１）によって実行されると、前記処理ユニット（１２１）に請求項１３の方法を実施させる命令を記憶していることを特徴とするデータキャリア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光装置および方法に関する。これはラマン分光法において特に有用であるが、例えば、蛍光、狭線幅光ルミネセンス、または陰極ルミネセンスを使用する、その他の形態の分光法においても同等に使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
ラマン分光装置の例が示されている（Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒら、特許文献１）。レーザ光源からの光が、サンプル上のスポットに集束させられる。光とサンプルの分子の間の相互作用によって、ラマン散乱が、励起レーザ周波数に対してシフトされた周波数および波数を有するスペクトルになる。レーザ周波数をフィルタリングした後に、回折格子などの分散素子が、この散乱ラマンスペクトルを、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）の形態の２次元受光器アレイの全域にわたって分散させる。異なる分子種は異なる特性ラマンスペクトルを有しており、それゆえ、この効果を利用して存在する分子種を分析することができる。ラマンスペクトルは、サンプル内の局所的な応力または歪などの、その他の情報も与えることができる。
【０００３】
単一点ではなく、サンプルの区域をマッピングすることが望ましい場合には、直交方向Ｘ、Ｙに移動させることのできるステージ上にサンプルを装着することが知られている。代替的に、可動ミラーによって、Ｘ方向およびＹ方向にサンプルの表面の全域にわたり、光ビームを偏向させてもよい。すなわち、サンプルのラスタ走査を行い、走査における各点におけるラマンスペクトルを得ることができる。
【０００４】
そのようなラスタ走査における各点において、レーザビームは、ラマンスペクトルを取得するのに十分に長い時間だけ、サンプルを照射しなくてはならない。サンプルの大きな区域にわたるマップを取得することは、したがって時間がかかる可能性がある。したがって、点焦点によってではなく、線焦点によってサンプルを照射することが知られている。これによって、線内の複数点から同時にスペクトルを取得することが可能になる。ＣＣＤ受光器上で、線の画像が、スペクトル分散の方向に直交して延びるように構成されている。これによって、受光器の２次元的性質を有効に使用して、複数スペクトルを同時に取得することが可能になる。この複数スペクトルは、ＣＣＤアレイの複数行または複数列において同時に形成される。
【０００５】
ＣＣＤアレイ上の電荷が、線焦点に対するサンプルの移動と同期して、アレイの素子間でシフトされる方法が記載されている（特許文献２）。電荷のシフトは、スペクトル分散の方向と垂直な方向としてもよい。したがって、線焦点の長さに沿って異なる位置からの光によって点が連続的に照射されて、光強度が線焦点の長さに沿って変動しても、各点が同じ合計強度の光によって照射されることが保証される。
【０００６】
特許文献２に記載された方法の実装形態において、サンプルがその上に装着されるステージを駆動して移動させるモータが、ＣＣＤアレイの素子間の電荷のシフトを制御するコントローラとは独立した、ステージコントローラによる制御下にある。スペクトルが、サンプルの特定のターゲット位置に対して記録される前に、ターゲット位置がステージコントローラに送られて、このステージコントローラがモータを起動してステージをターゲット位置まで駆動する。ＣＣＤアレイを制御しているコントローラは、ターゲット位置をステージコントローラへ送付してから所与の時間が経過した後に、ＣＣＤアレイを起動して、スペクトルを記録する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５４４２４３８号明細書（Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒら）
【特許文献２】米国特許第８１７９５２６号明細書
【特許文献３】米国特許第５４４２４３８号明細書
【特許文献４】国際公開第２００８／０９０３５０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この構成での問題は、高いデータ収集率に対しては、スペクトルが記録されるときに、ステージの位置がターゲット位置に対してある距離だけ遅れることがあり、これによってスペクトルに対する記録位置が不正確になることである。
【０００９】
図１は、位置の不正確さ、および速度の変動を示すグラフである。このグラフは、１０８ｍｓにおけるＣＣＤアレイの７７行のデータ収集率に対するものである。一点鎖線は、ステージの期待位置を示し、これに対して点線（長い点符号）はステージの実際位置と、それがどの程度、期待位置から遅れているかを示す。点１は、ＣＣＤによってデータが記録される最終時間であり、点２および３は、それぞれ、この時間における、テーブルの実際位置および期待位置である。小さい点符号による点線によって表示された平均速度から、ＣＣＤアレイによってデータが記録される期間中、ステージの速度が変動することがわかる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、
サンプル上に光プロファイルを生成するための光源と、
サンプルと、光源からの光の相互作用から生成される特性光を検出するための少なくとも１つの受光素子を有する受光器と、
サンプルを支持するための支持体であって、光プロファイルに対して移動可能である支持体と、
支持体と光プロファイルの間に発生したと予期される相対運動に基づいて、特定の時間において受光素子によって記録されたスペクトル値を、特定の時間において受光素子によって記録された特性光を生成したと予測されるサンプル上の点に関連づけるように構成された処理ユニットと
を備える分光装置が提供される。
【００１１】
このように、データが受光器によって記録される率は、受光器と、スポット、線焦点、またはその他好適な光のパターンなどの光プロファイルに対する支持体の相対的移動を制御するためのコントローラとの間の通信の速度によって限定されない。特に、処理ユニットは、スペクトル値が記録された時間以外の時間において取得された可能性のある、光プロファイルに対する支持体の相対位置ついての情報に基づいて、スペクトル値をサンプル上の点と関連づけてもよい。
【００１２】
特性光は、ラマン散乱によって生成された光などの、サンプルから散乱された光としてもよい。
【００１３】
受光器は、以前の既知位置から予測される、光プロファイルに対する支持体の相対運動に基づいて、起動することができる。例えば、支持体を動かして、その後、予期される支持体の運動に基づいて、間隔をおいてスペクトル値を記録するように受光器を構成することができる。
【００１４】
装置は、支持体を駆動して光プロファイルに対して移動させるためのモータを備えてもよい。モータは、光プロファイルに対して支持体に所定の運動をさせるように制御してもよい。
【００１５】
測定期間中の光プロファイルに対する支持体の移動は一定速度であってもよく、処理ユニットは、受光素子が測定期間中に等間隔の時間間隔でスペクトル値を記録するように、受光器を制御するように構成してもよい。支持体および／または光プロファイルは、加速期間中に一定速度まで加速してもよく、処理ユニットは、加速期間の終了時に特性光に対するスペクトル値を記録し始めるように受光器を制御するように構成されてもよい。サンプリングしようとする初期点を識別して、支持体および／または光プロファイルを、交差位置から後退させられた位置から動かしてもよく、この位置において、初期点が、光プロファイルによって照射されて、初期点が交差位置になる時間までに加速期間が終了するように、受光素子上に特性光を生成する。
【００１６】
処理ユニットは、既知の時間における光プロファイルに対する支持体の既知の相対位置から、点が光プロファイルによって照射されて、受光素子上に当たる特性光を生成する、時間を外挿するように構成してもよい。次いで、このときに記録されたスペクトル値は、サンプル上の点と関係づけることができる。高いデータ収集率に対しては、十分に高速で光プロファイルに対する支持体の相対位置を特定して伝達して、所与の点が光プロファイルによって照射される、時宜を得た情報を提供することは不可能であるかもしれない。本発明は、光プロファイルに対する支持体の相対位置を検出して伝達することのできる率よりも高いデータ率で、受光器がスペクトル値を記録することを可能にしてもよい。
【００１７】
光ファイルに対する支持体の相対位置は、既知の位置からの光ファイルに対する支持体の既知の運動から外挿してもよい。例えば、支持体は、既知の位置から、光プロファイルに対して一定速度で進むと仮定してもよい。
【００１８】
装置は、支持体の位置を検出するためのセンサを備えてもよい。処理ユニットは、検出された位置から、所与の時間において受光素子によって記録された特性光を生成する、サンプル上の点を外挿するように構成してもよい。処理ユニットは、検出された位置から、支持体の速度、および任意選択で、加速度を特定するように構成してもよい。処理ユニットは、特定された速度および、任意選択で加速度に基づいて、受光器を始動させる時間を更新するように構成してもよい。処理ユニットは、例えば、サンプル上の所定の点が光源によって照射されて、受光素子上に特性光を生成するときに、受光器が始動される場合には、検出された位置に基づいて受光器を始動させる時間を更新するように構成してもよい。しかしながら、支持体の運動が、一定速度などの、指定の速度または加速度基準に合致する時間において、この時間に受光素子上の特性光を生成するサンプル上の点とは無関係に、受光器を始動させることも可能であることが理解されるであろう。
【００１９】
（スペクトル値がシフトされる前、または受光素子から読み出される前に）例えば、電荷を蓄積することによって、受光素子がスペクトル値をその間に記録する、サンプリング時間間隔は、検出された支持体の位置が、その間に処理ユニットに報告される、検出時間間隔よりも短くてもよい。したがって、受光素子が、（点の連続体などの）サンプル上の点に対するスペクトル値を記録するデータ率は、検出された支持体の位置を記録するためのデータ率よりも大きくてもよい。
【００２０】
受光器は、受光器タイマを備えてもよく、受光素子は、受光器タイマからの信号に基づいてスペクトル値を記録するように構成される。受光器タイマは、センサからの検出位置に基づいて、支持体が光プロファイルに対して所定の位置にあると予測される時間に、始動させてもよい。光プロファイルに対する支持体の運動は、支持体が所定の位置にあるときに、支持体が、光プロファイルに対して一定速度で移動するように構成してもよい。所定の位置は、交差位置としてもよい。
【００２１】
支持体を駆動するモータのモータ速度は、支持体タイマに基づいて制御してもよい。支持体タイマは、受光器タイマと同じタイマまたは異なるタイマとしてもよい。
【００２２】
処理ユニットは、サンプリングしようとする初期点が光プロファイルから間隔を空けられている位置から、光プロファイルがサンプルの走査を開始するように、光ファイルに対する支持体の相対的な移動を制御するように構成してもよい。このようにして、支持体および／または光プロファイルは、初期点が光プロファイルと交差する前に、必要とされる、場合によっては一定の、速度まで加速させることができる。支持体および／または光プロファイルは、事前設定された加速率を有してもよく、初期点が光プロファイルから間隔を空けられている距離は、事前設定された加速度に基づいて特定してもよく、サンプリングが行われるターゲット速度は、ユーザによって選択されてもよい。ターゲット速度は、例えば、ユーザがデータ収集率を選択することによって、直接的または間接的に選択されてよい。
【００２３】
本発明の第２の態様によれば、サンプルに対して分光法を実施する方法であって、
サンプルを照射する光プロファイルに対して、サンプルを移動させて、サンプル上の複数の点を連続して照射するステップと、
受光器の受光素子を用いて、サンプルと、光プロファイルを形成する光との相互作用によって点から生成される特性光を検出するステップと、
支持体と光プロファイルの間に発生したと予期される相対運動に基づいて、特定の時間において受光素子によって記録されたスペクトル値を、特定の時間において受光素子によって記録された特性光を生成したと予測されるサンプル上の点に関連づけるステップと
を含む方法が提供される。
【００２４】
本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様による分光装置の処理ユニットによって実行されると、処理ユニットに本発明の第２の態様による方法を実施させる命令を記憶しているデータキャリアが提供される。
【００２５】
本発明の第４の態様によれば、
サンプル上に光プロファイルを生成するように構成された光源と、
サンプルと、光源からの光との相互作用から生成される特性光を検出するための少なくとも１つの受光素子を有する受光器と、
サンプルを支持するための支持体であって、光プロファイルに対して移動可能である支持体と、
支持体の移動を制御する処理ユニットであって、光プロファイルによって走査しようとするサンプルの区域の選択を受け取り、光プロファイルが走査しようとする区域と交差するときに、支持体が所定の速度に到達しているように、ある位置から所定の速度まで支持体を加速するように構成されている、処理ユニットと
を備える分光装置が提供される。
【００２６】
処理ユニットは、光プロファイルが一定速度で区域の一面にわたり走査されるように、光プロファイルに対する支持体の相対移動を制御するように構成してもよい。
【００２７】
本発明の第５の態様によれば、サンプルに対して分光法を実施する方法であって、
走査しようとするサンプルの区域の選択を受け取るステップと、
光源によってサンプル上に生成された光プロファイルに対してサンプルを移動させて、サンプルの区域において、複数の点を連続して照射するステップと、
受光器の受光素子で、サンプルの、光プロファイルを形成する光との相互作用によって点から生成される特性光を検出するステップとを含み、
光プロファイルが走査しようとする区域と交差するときに、サンプルが所定の速度に到達しているように、サンプルは、ある位置から所定の速度まで加速される方法が提供される。
【００２８】
本発明の第６の態様によれば、本発明の第４の態様による分光装置の処理ユニットによって実行されるときに、処理ユニットに本発明の第５の態様の方法を実施させる命令を記憶しているデータキャリアが提供される。
【００２９】
本発明の第７の態様によれば、
サンプル上に光プロファイルを生成するように構成された光源と、
サンプルと、光源からの光との相互作用から生成された特性光を検出するための、複数の受光素子を備える受光器であって、受光素子が少なくとも１つの行または列に構成されている、受光器と、
サンプルを支持するための支持体であって、光プロファイルに対して移動可能な支持体と、
支持体が光プロファイルに対して所定の一定速度で移動しているときに、受光素子が特性光に対するデータを記録するように、受光器を始動させるように構成された処理ユニットであって、データは、少なくとも１つの行または列の受光素子の間で繰り返しシフトされ、各連続シフトは、以前のシフトから等しい時間間隔の後に行われる処理ユニットと
を備える分光装置が提供される。
【００３０】
このようにして、受光器と、支持体と光プロファイルの間の相対的移動を発生させる、コントローラ／モータとの間の通信を同期させることは、データ収集率に制限を加える可能性があり、起動後は必要としない可能性がある。特に、等しい時間間隔は、事前設定された一定速度に基づいて事前設定されてもよい。例えば、一定速度、およびデータがシフトされる間隔は、データが行または列に沿ってシフトされるときに、サンプルの所与の点または領域からの特性光に対して記録されたデータが、少なくとも１行または１列の連続的な受光素子に蓄積されるように選択してもよい。
【００３１】
一定速度は、所望の露出時間と、１つの受光素子の高さに対応する、サンプル上の距離とに基づいて事前選択してもよい。一定速度はまた、線焦点の長さなどの、光プロファイルの長さに基づいて事前選択してもよい。
【００３２】
本発明の第８の態様によれば、サンプルに対して分光法を実施する方法であって、
光源によってサンプル上に生成された光プロファイルに対してサンプルを移動させて、サンプルと光プロファイルを形成する光との相互作用により複数の点から生成された特性光が、受光器の複数の受光素子の上に当たるように、サンプルの区域内の複数の点を連続的に照射するステップであって、複数の受光素子が少なくとも１つの行または列に構成されているステップと、
受光素子が特性光に対するデータを記録するように、支持体が光プロファイルに対して所定の一定速度で移動するときに、受光器を起動するステップであって、データは、少なくとも１つの行または列の受光素子間で繰り返しシフトされ、各連続するシフトは、以前のシフトから等しい時間間隔の後に行われるステップとを含む方法が提供される。
【００３３】
本発明の第９の態様によれば、本発明の第７の態様による分光装置の処理ユニットによって実行されると、処理ユニットに、本発明の第８の態様の方法を実施させる命令を記憶しているデータキャリアが提供される。
【００３４】
本発明の上記の態様のデータキャリアは、機械に命令を与えるのに好適な媒体であってもよく、それには、非一時データキャリア、例えば、フロッピーディスク、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤＲＯＭ／ＲＡＭ（−Ｒ／−ＲＷおよび＋Ｒ／＋ＲＷを含む）、ＨＤＤＶＤ、ＢｌｕＲａｙ（商標）ディスク、（Ｍｅｍｏｒｙ  Ｓｔｉｃｋ（商標））、ＳＤカード、コンパクトフラッシュカード、その他などの）メモリ、（ハードディスクドライブなどの）ディスクドライブ、テープ、任意の磁気／光学記憶装置、またはワイヤまたは光ファイバ上の信号またはワイヤレス信号などの、一時的データキャリア、例えば、有線ネットワークまたは無線ネットワーク（例えば、インターネットダウンロード、ＦＴＰ転送、その他）上で送信される信号がある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】サンプルが走査されるときの、従来技術分光装置のステージの位置および速度を示すグラフである。
【図２】本発明の実施形態による、ラマン分光装置の概略図である。
【図３】サンプルに対して移動する、ラマン分光装置によって生成される線焦点、およびＣＣＤ受光器内部の対応する電荷のシフトを示す図である。
【図４】本発明による分光装置に対する、サンプルが走査されるときのステージの位置および速度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図２および３を参照すると、ラマン分光装置１００は、サンプル１０２を照射するための光プロファイル１１０を生成するために構成された、光源１０１と、サンプル１０２から散乱された光を検出するための複数の受光素子１０４を有する受光器１０３とを備える。
【００３７】
光源１０１は、レーザ、ビームエキスパンダ、ならびにフィルタ１０５上にレーザビーム１１５を成形して誘導するための好適なレンズおよびミラー（図示せず）を備え、フィルタ１０５は、レーザ周波数／波数の光は反射するが、その他の周波数／波数の光は透過する。フィルタ１０５は、レーザビーム１１５を顕微鏡１０６上に誘導する。顕微鏡１０６において、レーザビーム１１５を、この実施形態においては線焦点１１０として、可動ステージ１０９上に支持されたサンプル１０２上に集束させるために、レーザビーム１１５は、１または複数の好適なミラー１０８を経由して対物レンズ１０７を通り誘導される。光学構成は、参照により本明細書に組み入られている特許文献３および特許文献４に記載されているものと類似している。
【００３８】
ステージ１０９は、サンプル１０２を線焦点１１０に対して、垂直方向ＸおよびＹにおいて移動させるために、移動可能である。モータ１１１ａ、１１１ｂは、各方向においてステージ１０９の駆動動作のために設けられている。モータ１１１ａ、１１１ｂの移動は、コントローラ１３３の制御下においてタイマ１１３によって調整してもよい。センサ１１４は、ステージ１０９の位置を検出する。この実施形態において、センサ１１４は、ステージ１０９の相対的に移動可能な要素上に装着された、エンコーダスケールと、対応する読取りヘッド（read-head）とを備える。ステージコントローラ１３３は、コンピュータ１１２と通信するように構成されている。
【００３９】
レーザビーム１１５によってサンプル１０２を照射することによって、レーザ周波数／波数に対して異なる周波数／波数における、散乱光、例えばラマン散乱光が生成される。散乱光は、顕微鏡対物レンズ１０７によって収集されて、受光器１０３に向かって誘導される。散乱光は、フィルタ１０５と、受光器１０３の全域に散乱光をスペクトル分散させるための、回折格子などの光学的要素１１６とを通過する。スペクトル分散光は、焦点レンズ１１７によって受光器１０３上に集束させられる。
【００４０】
この実施形態において、受光器１０３は、受光素子１０４の２次元アレイを備える電荷結合デバイス（ＣＣＤ）である。しかしながら、２次元ＣＭＯＳ受光器アレイなどの、その他の検出器も可能である。回折格子は、散乱光のスペクトルを、方向ＳにおいてＣＣＤ１０３の表面の全域にわたって分散させる。サンプル１０２上の線焦点１１０の各位置に対して、受光素子１０４の１行１１８の全域にわたって分散される散乱光が、サンプル１０２上の領域または部位から生ずる。
【００４１】
受光器１０３は、電荷結合デバイスを制御する、プロセッサ１４０を備える。プロセッサ１４０は、例えばＵＳＢバスを経由して、コンピュータ１１２と通信するとともに、シリアル通信バスなどの、さらなる通信ラインを介して、ステージコントローラ１３３と通信するように構成されている。プロセッサ１４０および受光器アレイ１０３は、単一ユニットとして構築されてもよい。
【００４２】
カメラ１１９は、レーザビーム１１５をサンプル１０２上に集束させるのに使用される顕微鏡１０６と同じ対物レンズ１０７を通して、サンプル１０２の画像がカメラ１１９によって取り込まれるように装着されている。カメラ１１９によって取り込まれた画像は、コンピュータ１１２に送付されて、ディスプレイ１２０上に表示されてもよい。
【００４３】
コンピュータ１１２は、メモリ１２２内に記憶されたコンピュータプログラム内の命令を実行する、処理ユニット１２１を備える。次に説明するように、コンピュータ１１２、プロセッサ１４０およびステージコントローラ１３３は、ステージの移動、およびＣＣＤ１０３内の電荷のシフトおよび読取りを制御して、サンプル１０２全域にわたって線焦点１１０をラスタ走査して、サンプルから散乱された光に対するスペクトル値を記録する。しかしながら、その他の実施形態においては、その他のプロセッサの組合せ、および処理の分布を用いてもよいことが理解されるであろう。
【００４４】
最初に、ユーザはサンプル１０２を可働ステージ１０９上に設置するとともに、カメラ１１９を使用してサンプルの画像を取り込む。この画像は、ディスプレイ１２０上に表示され、ユーザは、キーボードまたはポインティングデバイスなどの入力デバイス１２３を使用して、線焦点１１０を使用して走査しようとするサンプル１０２の区域１２４を選択することができる。このシステムは、画像の各ピクセルがステージ上の既知の場所に対応するように較正されている。したがって、処理ユニット１２１は、画像内で識別された区域１２４から、線焦点１１０を使用してサンプル１０２のこの区域を走査するのに必要とされる、ステージ１０９の移動を特定することができる。
【００４５】
構成中に、ユーザは、サンプリングしようとする領域に対する露出時間を要求する。処理ユニット１２１は、要求された露出時間を、ＣＣＤ１０３上の単一の行１１８の高さに対応するステージ１０９における距離ｄを乗算した、ＣＣＤ１０３上の露出された行１１８の数で除算することによって、サンプリング中のステージ１０９の所望の速度を計算する。この速度は、ステージコントローラ１３３によって受け入れられる整数単元（whole units）に丸め込んでもよい。例えば、秒当たりのモータステップの１０の整数倍である。
【００４６】
次いで、処理ユニット１２１は、所望の速度から、ステージ１０９の運動と電荷のシフトが同期されるように、ＣＣＤ１０３の行１１８の間での電荷のシフトの間に必要とされるシフト遅延（サンプリング期間）を計算する。例えば、必要とされるシフト遅延は、所望の速度で除算された、ＣＣＤ１０３上の単一の行１１８の高さに対応する、ステージ１０９における距離ｄから特定してもよい。
【００４７】
処理ユニット１２１は、ステージ１０９が事前設定された定率で加速するように、モータ１１１ａを制御するように、プロセッサ１４０を介してステージコントローラ１３３を構成する。このような構成は、所望の速度およびシフト遅延の上述の計算の前または後に行われてもよい。
【００４８】
Ｙ方向におけるステージ１０９の移動に対して、線焦点１１０の前縁１３１は、区域１２４の縁１３０から、ある距離だけ最初に後退させられる。線焦点１１０が後退させられる距離は、線焦点１１０が区域１２４の縁と交差する前に、ステージ１０９を所望の速度まで加速することができるように、特定される。後退距離を特定するために、プロセッサ１２１は、事前設定された定率で加速するときに、（静止状態から）所望の速度に到達するのにステージ１０９が進まなくてはならない加速距離を特定する。後退距離は、ステージ１０９がその間は一定速度で進まなくてはならない設定期間、この実施形態においては２０ｍｓを可能にする、追加の距離を、加速距離に加算することによって計算される。以下さらに詳細に説明されるように、この追加の距離は、いくらかの余裕をもたらすとともに期間を与え、その間に、処理ユニット１２１はステージ１０９の位置を測定して、線焦点１１０の前縁１３１が区域１２４の縁１３０と交差する時間を特定することができる。
【００４９】
後退距離と区域１２４の既知の場所とから、開始位置を特定することができる。停止位置は、線焦点１１０が区域１２４の外側にある位置であり、停止位置は、ステージ１０９に、線焦点１１０が区域１２４を離れた後に減速するのに適当な距離を与える。
【００５０】
処理ユニット１２１は、ステージ１０９に対する開始位置および停止位置、ならびにステージ１０９に対する所望の速度を指定する、コントローラ１４０に対するコマンドと、以下に記述するような処理を実施する命令とを送る。コンピュータ１１２から開始コマンドを受け取ると、プロセッサ１４０は、開始位置および停止位置、ならに所望の速度をステージコントローラ１３３に送り、受光器１０３の制御のためのコマンドを実行する。
【００５１】
開始位置および停止位置を受け取ると、ステージコントローラ１３３は、モータ１１１ａ、１１１ｂを起動して、ステージを開始位置へと駆動する。
【００５２】
開始位置に到達した後に、ステージ１０９は、Ｙ方向に所望の速度まで加速される。ステージコントローラ１３３は、モータ１１１ａが一旦所望の速度に到達すると設定速度を維持するように、タイマ１１３からのクロックパルスを使用してモータ１１１ａの速度を調整する。
【００５３】
この加速期間中に、センサ１１４からの信号が、プロセッサ１４０に送られて、プロセッサ１４０は、時間によるステージ１０９の位置の変化について位置データを記録する。位置データから、プロセッサ１４０は、何時、線焦点１１０が区域の縁１３０と交差するかを予測する。この予測は、センサ１１４から新しいデータが受け取られるときに更新される。
【００５４】
位置データは、プロセッサ１４０が、加速期間中にステージコントローラ１３３に繰り返し問い合わせることによって収集してもよい。プロセッサ１４０は、内部タイマ（図示せず）からの第１のクロックカウントｔ1を記憶し、ステージコントローラ１３３に信号を送り、ステージ１０９の位置を要求する。要求の受け取りに応答して、ステージコントローラ１３３は、センサ１１４から読取り値を取得して、この読取り値をプロセッサ１４０に返す。読取り値を受け取ると、プロセッサ１４０は、第２のクロックカウントｔ2を記憶する。プロセッサ１４０は、時間（ｔ1＋ｔ2）／２において発生するものとして読取り値を記録する。これは、送受信フェーズは、等しい時間を要するという仮説に基づいている。
【００５５】
位置データから、プロセッサ１４０は、３つの読取り値など、事前定義された期間にわたって、平均速度および加速度を計算する。線焦点１１０の前縁１３１が区域１２４と交差すると予測される時間は、特定された速度および加速度に基づいて更新される。
【００５６】
プロセッサ１４０は、線焦点１１０の前縁１３１が区域１２４の縁１３０と交差したと予測される時間において、ＣＣＤ１０３を起動して測定期間を始める。これには、タイマ１２６を起動することを含めてもよく、このタイマ１２６は、ＣＣＤ１０３上で電荷がシフトされる率を調整する。電荷は、計算されたシフト遅延に対応する等間隔の時間間隔で、矢印１２７で表示された方向において、各行から隣接する行までシフトされる。したがって、電荷は、サンプリングしようとする区域１２４の全域で線焦点１１０の移動と同期して、ＣＣＤ１０３に沿ってシフトされる。
【００５７】
図３は、線焦点１１０によって照射されたサンプル１０２の区域１２４の一部を示す。Ｙは、ステージ１０９の移動の方向を示し、矢印１２７は、電荷がＣＣＤアレイ１０３上でシフトされる方向を示す。線焦点１１０上の各領域１３２（以後は、点と呼ぶ）に対して、ラマンスペクトル（影が付けられた区域で表示されている）は、ＣＣＤ受光器１０３の対応する行１１８に沿って、方向Ｓに、方向Ｙと垂直に分散されている。点１３２の大きさは、図３においては誇張されており、実際には、ＣＣＤ１０３上には、この点の数よりも何倍も多い点があるとともに、この行１１８の数よりも何倍も多い行があることを理解すべきである。
【００５８】
ＣＣＤ１０３が光に露出されると、各受光素子１０４内での電荷の蓄積が生じる。この電荷は、ラマンスペクトルに対するスペクトル値（またはビン（bin））を表わし、露出中にそれが受けた光の量に比例する。サンプル１０２は、電荷におけるシフトの間に受光素子１０４のいずれか１つの上に入射した光が、線焦点１１０上の点１３２よりも長い、サンプル内の領域から生じる散乱光となるように、線焦点１１０に対して連続的に移動する。したがって、受光器１０３の隣接する行は、サンプル１０２の重複領域をサンプリングすることになる。
【００５９】
電荷は、ＣＣＤ１０３の行の間で方向１２７にシフトされ、電荷は、サンプル１０２上の所与の領域から生じる散乱光に対して、電荷がシフトされる方向に連続する受光素子１０４内に着実に蓄積する。電荷のシフトは、電荷が読出しレジスタ１３４中にシフトされるまで続く。読出しレジスタ１３４内の電荷は、プロセッサ１４０へと読み出される。すなわち、ＣＣＤ１０３上の電荷におけるシフト間で、シフトレジスタ１３４は、所与の領域が線焦点１１０を通過して移動されたときに、サンプル１０２の所与の領域を照射することにより蓄積した、１つの完全なスペクトルに対するデータを保持する。
【００６０】
プロセッサ１４０は、ＣＣＤ１０３からのスペクトル読出し値を、処理ユニット１２１へと送る。プロセッサ１４０は、線焦点１１０による区域１２４の走査全体を通しての、センサ１１４からの信号に基づく位置データを受け取り続け、これらもコンピュータ１１２に回してもよい。
【００６１】
位置データから、コンピュータ１１２の処理ユニット１２１は、所与の時間におけるステージ１０９の位置を特定することができる。しかしながら、ＣＣＤ１０３によってデータが蓄積される率は、位置データがセンサ１１４から受け取られる率よりも速い。例えば、電荷がその間に検出器素子１０４内に蓄積される、サンプリング時間間隔は、プロセッサ１４０に送られている位置測定値間の検出時間間隔よりも短い。したがって、処理ユニット１２１は、ステージ１０９と線焦点１１０の間で発生したと予期される相対運動に基づいて、特定の時間における読出しレジスタ１３４から読み出された完全なスペクトルを、散乱光を生成したと予測されるサンプル上の領域と関連づける。このことは、ステージ１０９が進んでいる、既知の一定速度と、線焦点１１０が区域１２４と交差したと予測された、時間とから特定することができる。しかしながら、好ましくは、処理ユニット１２１はまた、走査中に受け取った位置データから、ラマンスペクトルを生成したと予測される、サンプル１０２上の領域を外挿する。
【００６２】
上記のプロセスは、線焦点１１０がサンプル１０２の全区域１２４を走査するように、異なるＸ位置に対して繰り返してもよい。
【００６３】
次いで、スペクトルを生成したと予測される、サンプルの領域に基づいて、記録されたスペクトルと空間分布を関連づけて、マップを形成することができる。マップは、特定の分子種に対してラマンピークが発生する、特定の波数などの、スペクトルの特定の要素に対して形成してもよい。
【００６４】
図４は、加速期間２０１、一定速度期間２０２、減速期間２０３、およびステージ１０９が次のＸ位置に対する区域の走査を行うために出発位置に戻る、復帰期間２０４を含む、ステージ１０９の動作の異なる期間を示す。スペクトルデータは、一定速度期間２０２中に収集され、それによって、等間隔でＣＣＤ全域において電荷がシフトされることにより、ＣＣＤ１０３の各素子１０４が、サンプル１０２上の等しい長さの領域から散乱された光に対するデータを収集することが確実になる。
【００６５】
上述の実施形態に対して、特許請求の範囲で定義されているような発明から逸脱することなく、修正および変更を行うことが可能であることが理解されるであろう。例えば、サンプルを照射する光プロファイルは、スポット焦点などの、異なる形状を有してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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