(57)【要約】試料（７）を撮像するための撮像装置（１）は、電子的にアドレス指定可能な画素のアレイ（６）を備え、各画素は、その中で表面プラズモン共鳴を支持するように配置され、試料（７）を照射するために、アレイの平面から突出するように、画素から横方向に延在するエバネッセント電磁場（８）を生成するように配置される。光学検出器（１２）は、試料（７）によってエバネッセント電磁場（８）から散乱された光放射（９、１０、１１）を検出するために配置される。処理ユニット（４）は、検出された光放射（９、１０、１１）を、表面プラズモン共鳴が生成されたアレイ内の１つまたは複数の画素のアドレスと関連付けるために配置される。【選択図】図１
2021507235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を撮像するための撮像装置であって、
電子的にアドレス指定可能な画素のアレイであって、各画素は、その中で表面プラズモン共鳴を支持して、前記試料を照射するために、前記アレイの平面から突出するように、前記画素から横方向に延在するエバネッセント電磁場を生成するように配置される、アレイと、
前記試料によって前記エバネッセント電磁場から散乱された光放射を検出するために配置された光学検出器と、
前記検出された光放射を、前記表面プラズモン共鳴が生成された前記アレイ内の１つまたは複数の前記画素の前記アドレスと関連付けるために配置された処理ユニットと、
を備える、撮像装置。
【請求項２】
前記画素の温度が第一の温度値であるとき、前記表面プラズモン共鳴を生成するために前記アレイを照射するように配置された光源を備え、前記処理ユニットは、前記第一の温度値から、前記第一の温度値と十分に異なる第二の温度値に前記温度を可逆的に変化させるように配置され、前記表面プラズモンを非共鳴にするか、または共鳴からさらに遠ざけて、前記エバネッセント電磁場を減少させる、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第二の温度値は、前記第一の温度値を上回る、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記画素は、導電線の部分を備え、前記導電線の部分は、前記導電線に沿った前記画素のいずれかの側の前記導電線の隣接部位よりも断面積が小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記画素アレイは、互いに離間した導電線の重なり合う２つのアレイによって形成され、画素は、前記２つのアレイのうちの一方の導電線を、前記２つのアレイのうちの他方の導電線に電気的に接続する導電ブリッジを形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記画素アレイは、互いに離間した導電線の重なり合う２つのアレイによって形成され、画素は、前記２つのアレイのうちの一方の導電線が、前記２つのアレイのうちの他方の導電線と重なり合うように規定される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
試料を撮像するための撮像方法であって、
電子的にアドレス指定可能な画素のアレイを提供するステップであって、各画素は、その中で表面プラズモン共鳴を支持して、前記試料を照射するために前記アレイの平面から突出するように、前記画素から横方向に延在するエバネッセント電磁場を生成するように配置される、ステップと、
１つまたは複数の前記画素を電子的にアドレス指定するステップと、
前記試料によって前記エバネッセント電磁場から散乱された光放射を検出するステップと、
検出された前記光放射を、前記表面プラズモン共鳴が生成された前記アレイ内の１つまたは複数の前記画素のアドレスと関連付けるステップと、
を含む、試料を撮像するための撮像方法。
【請求項８】
前記画素の温度が第一の温度値であるときに前記表面プラズモン共鳴を生成するように前記アレイを照射するステップと、
前記表面プラズモンを非共鳴にするか、または共鳴からさらに遠くにして、それによって前記エバネッセント電磁場を減少させるために、前記温度を前記第一の温度値から前記第一の温度値と十分に異なる第二の温度値に可逆的に変化させるステップと、
を含む、請求項７に記載の撮像方法。
【請求項９】
前記第二の温度値は、前記第一の温度値を上回る、請求項８に記載の撮像方法。
【請求項１０】
前記画素は、導電線の部分を備え、前記導電線の部分は、前記導電線に沿った前記画素のいずれかの側の前記導電線の隣接部位よりも断面積が小さい、請求項７〜９のいずれか一項に記載の撮像方法。
【請求項１１】
前記画素アレイは、互いに離間した導電線の重なり合う２つのアレイによって形成され、画素は、前記２つのアレイのうちの一方の導電線を、前記２つのアレイのうちの他方の導電線に電気的に接続する導電ブリッジを形成する、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の撮像方法。
【請求項１２】
前記画素アレイは、互いに離間した導電線の重なり合う２つのアレイによって形成され、画素は、前記２つのアレイのうちの一方の導電線が、前記２つのアレイのうちの他方の導電線と重なり合うように規定される、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アドレス指定可能なプラズモンアレイに関する。特に、本発明は、表面プラズモンが個別にアドレス指定可能で制御可能に生成できる画素またはアレイ素子の電子的にアドレス指定可能なアレイに関する。本発明は、超分解能撮像デバイスなどの光学デバイスに適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡の分解能は観察される光の波長に比例し、顕微鏡の対物レンズの大きさに反比例する。顕微鏡でサブ波長構造を観察することは、回折限界が存在するため、困難である。これは、屈折率ｎの媒質中を進み、半角θのスポットに収束する波長λの光が、以下の式：
ｒ＝λ／［２ｎｓｉｎ（θ）］
で与えられる半径ｒのスポットを作ることを示している。
【０００３】
光学顕微鏡の分解能を定量化するのに適切な近似は、顕微鏡の「点広がり関数」の「半値幅」（ＦＷＨＭ）の値である。可視光の開口数が高い光学顕微鏡は、通常、約２００ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲の分解能に達する。その結果、通常の光学顕微鏡は、対象物の分解能が回折限界によって制限され、約２００ｎｍ以下の対象物しか分解できない。
【０００４】
しかしながら、分解能をより向上させるためには、従来、以下のいずれかを必要している：
（ａ）走査型近接場技術の使用（例：原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、走査型近接場光学顕微鏡（ＳＮＯＭ））。小さなプローブ（例えば、寸法がｎｍスケールの場合）を試料の表面に非常に近づけ、そのように接近している間にその表面を横切って走査する。これは、プローブが試料表面に非常に近接している必要があり、細心の注意と多大な時間を必要とするため、遅い技術である。
（ｂ）走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）技術、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）技術、または走査イオン技術の使用。これは、高速の質量の大きな荷電粒子（電子、イオン）のドブロイ波長が光の波長より著しく小さいという事実を利用する。その結果、このような粒子の回折限界は、光の回折限界よりも何桁も小さくなる。しかしながら、これらの技術は、真空技術を使用する必要があり、そのため、費用と制約が生じる。
（ｃ）比較的非常に短い波長（ＵＶ、Ｘ線）の光子の使用。これは、光学的光の光子よりも回折限界が著しく小さい。これらの技術は、このような短い波長に対して要求される開口数（ＮＡ）の高い光学部品の作成に関連する困難に悩まされている。
【０００５】
しかしながら、上述した全ての撮像方法は、画像コントラストおよび画像取得速度の点で可視光顕微鏡法よりも劣っている。上記の非光学的方法はまた、（例えば、真空の存在またはイオン化照射によって引き起こされる）撮像される試料への変化、または（例えば、近接物理的走査技術によって引き起こされる）試料中の潜在的な物理的アーチファクトの生成を引き起こすという課題に悩まされる。
【０００６】
生物学的、生化学的および医学的に関連する試料の撮像は、ナノメートルの空間スケールでのメカニズムを解明するために、回折限界を超える空間分解能を必要とする。さらに、生体試料、特に生細胞は、試料またはそれらの機構を変化させることなく、インビボまたは少なくともインビトロで最もよく試験される。したがって、真空条件を必要とする技術（例えば、ＴＥＭ．ＳＥＭ．Ｘ線光電子分光法、ＸＰＳ）は、良い選択ではない。
【０００７】
サブ回折限界技術には、以下が含まれる：
（ａ）誘導放出抑制（ＳＴＥＤ）顕微鏡法は、超分解能顕微鏡法を構成する技術の１つである。これは、フルオロフォアの選択的失活化（リング／ドーナツ型レーザモードを使用）によって画像を作成し、焦点での照射領域を最小化し、これにより、所与のシステムに対して達成可能な分解能を向上させる。
（ｂ）走査型近接場光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の光学変形例であり、（サブ回折サイズの頂点を有する）走査光ファイバまたは振動散乱チップ無開口型走査近接場光学顕微鏡（ＡＳＮＯＭ）のいずれかを用いている。
（ｃ）確率関数技術は、光活性化局在性顕微鏡（ＰＡＬＭ）および確率的光学再構築顕微鏡（ＳＴＯＲＭ）を含む。これらの方法は（決定論的であるＳＴＥＤとは異なり）数学モデルを用いて、多くの回折限界画像の組からサブ回折限界を再構築する。単一分子局在化と組成物（ＰＡＬＭ／ＳＴＯＲＭ）は、多数の画像を組み合わせて発光点広がり関数を確率的に狭くする（すなわち雑音を減らす）ことができるという考えに基づく非線形効果である。全ての光子が同じ光源から放出される条件下では、画像上の簡単な当てはめ手順、または質量中心の判定によって、放出点広がり関数の幅で表されるように、わずか１つの放出光子の不確実性で可能であるよりも正確な位置判定が可能になる。
（ｄ）構造化照射は、追加のサブ回折限界情報を抽出するために、試料表面を横切って並進移動され、回転される既知の照射パターンを使用することを含む方法である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＳＮＯＭ／ＡＳＮＯＭを除く上記技術の全ては、フルオロフォアによる試料の標識化を必要とし、非サブ回折限界画像のモデルベースの再構築に基づくか、または非常に高いレーザパワー（例えば、ＳＴＥＤ）を採用するかのいずれかである。ＳＮＯＭは、比較的低速の走査技術であり、非常にアーチファクトが多いので、この技術を用いて日常的に結果を得ることは困難である。さらに、上記の技術の全ては、例えば、共焦点顕微鏡法よりもはるかに高い空間分解能への日常的なアクセスを提供することができない。典型的な分解能を比較すると、共焦点分解能（２００ｎｍ）、ＳＴＥＤ（８０〜１００ｎｍ）である。より良好な分解能が得られるのは、まれな場合と、ダイヤモンドの空孔のような選択された（頑丈な）試料においてのみである。全ての既存の技術は、高価であり、低速であり、ビデオレート撮像速度を提供しない。
【０００９】
本発明は、これに対処することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
最も一般的には、本発明は、アドレス指定可能に表面プラズモンを励起し、励起された表面プラズモンから散乱された検出光を、撮像されている試料対象物とのその相互作用によって、問題のプラズモン励起の空間アドレスに、したがって、撮像されている試料対象物（またはその一部）の位置に空間的に相関させる。表面プラズモンの励起は、この目的のために多くの方法で生成され得る。以下は、プラズモン励起法のいくつかの例にすぎない。明確にするために、以下では、表面プラズモン励起のためのアドレス指定可能な位置を「画素」と呼び、表面プラズモンを、以下の技術のうちのいずれか１つを使用して、そこで励起し得る。
【００１１】
表面プラズモンは、誘電関数の実部が界面を横切って符号を変える材料の界面（例えば、空気中の金属表面のような金属−誘電体界面）に存在するコヒーレントな電子振動である。表面プラズモン中の電荷運動は、金属の外側に広がる電磁場を作り出す。電荷運動および関連する電磁場の両方を含む全励起は、平滑または平坦な界面で、表面プラズモンポラリトンと呼ばれ、あるいは小さい粒子または小さい突出表面パターン要素の表面上で、局在化表面プラズモンと呼ばれることがある。以下では、「表面プラズモン」という用語は、表面プラズモンポラリトンおよび局在化表面プラズモンを含む、あらゆるタイプの表面プラズモンを組み込むことを意図している。
【００１２】
クレッチマン構成：励起光は、導電性（例えば金属）表面に、その導電性表面が配置された表面（典型的には平坦な表面）を有する光学的に透明な光結合ブロック（例えば、プリズム）を介して、結合される。光結合ブロックは、その下側を介して光を導電性表面に結合し、表面プラズモンは、その（露出した）上側で導電性表面において励起されてもよい。この導電性表面は、本発明に従って、撮像された試料がその上に存在する表面である。ガラスプリズムのようなプリズムを使用してもよいが、プリズム形状が便利であるが、この形状は必須ではない。光結合ブロックは、入射光のｋベクトルを表面プラズモン共鳴の要件に一致させる。材料（プリズム、金属層、および試料対象物）と励起光の固定波長との所与の組合せに対して、最適な表面プラズモン励起が得られる明確な角度が存在する。この構成の微調整は、導電性表面への励起光の入射角を変化させることによって、および／または使用される励起光の波長を変化させることによって達成することができる。以下の図１および図２は、一例としてこの技術に関する。
【００１３】
オット構成：クレッチマン構成の以前の変形例は、オット構成である。それによって、光結合ブロック（例えば、プリズム）および導電性（例えば、金属）表面は、互いに直接接触せず、（約１００ｎｍの）小さな空隙によって分離される。
【００１４】
格子励起構成：励起光は、導電性（例えば、金属）表面に導かれる。導電性表面が周期構造を有し、空間周期が約１００λ〜約λ／１００（λは励起光の波長）の範囲内にある場合、光回折格子構造とみなすことができる。このような構造は、また、導電性表面上の電子に、表面プラズモン励起に必要な追加の運動量（ｋベクトル）を送達することができる。この場合、光結合ブロック（クレッチマン技術による）は厳密には必要とされず、また、励起は、本発明に従って、撮像された試料が存在する表面を含む、導電性表面のいずれかの側から達成され得る。この構成の微調整は、導電性表面への励起光の入射角を変化させることによって、および／または使用される励起光の波長を変化させることによって達成することができる。以下の図３Ａ、図３Ｂ、図５および図８は、例として、この技術に関連し、そのような例における画素構造は、典型的には、周期的であり、励起を達成するために利用され得る。
【００１５】
局在プラズモン励起構成：小さな金属粒子（例えば、アレイ内に配置されている）または金属表面パターンは、入ってくる励起光と共鳴させることができ、局在表面プラズモンを生成することができる。このような表面プラズモンは、この構成では、粒子またはパターン素子から離れて伝播することができないという意味で局在化される。この励起のための条件は、使用される励起光の波長に関連して、粒子または表面パターン素子のサイズおよび形状によって決定される。例えば、粒子またはパターン素子が、所与の材料の球形／円形構造である場合、一般に、そのような構造の直径は、所与の励起光の波長に対して、表面プラズモン励起の調整を実施するために変化させることができる唯一のパラメータである。しかしながら、粒子またはパターン素子が扁長構造（ナノロッド、楕円を含む）である場合、関連する調整パラメータは、直接的には、絶対サイズまたは構造ではなく、表面プラズモン励起の調整は、代わりに、扁長構造の長軸と短軸との比（例えば、縦横比）に依存する。
【００１６】
エッジ効果構成：導電性表面のエッジなどの材料構造のエッジは、急激に変化する光学定数（例えば、本明細書に記載される画素のエッジ）を有する。また、これらのエッジでは、弱いものの、かなりの有用な表面プラズモン励起が生じる。以下の図３Ａ、図３Ｂ、図５、および図８は、例としてのこの技術に関するものであり、そのような例における画素構造は、典型的には、そのようなエッジ効果を示す。
【００１７】
粗表面励起：粗い導電性表面は、表面プラズモンを励起する可能性がある。特に、粗い表面の空間プロファイルは、表面プラズモンの空間プロファイルとの整合を可能にする空間「ｋベクトル」（フーリエ変換を介して実証されたように）を含み、次いで、その運動量の表面プラズモンは、適切に表面に向けられた入射光によって励起され得る。
【００１８】
イオン化粒子ビーム構成：表面プラズモン共鳴は、イオン化粒子ビームを導電性（例えば、金属）表面に向けて、その表面の原子をイオン化することによって励起されてもよい。イオン化ビームは、この目的のために、電子またはイオンを含むことができる。
【００１９】
したがって、導電性表面上の表面プラズモン共鳴の生成は、本発明に従った使用のために、多数の方法で実施されてもよいことを理解されたい。
【００２０】
本発明の一態様では、電子的にアドレス指定可能な画素のアレイを含む試料を撮像するための撮像装置が提供され、各画素は、その中に表面プラズモン共鳴を支持して、試料を照射するためにアレイの平面から突出するように画素から横方向に延在するエバネッセント電磁場を生成するように配置される。試料によってエバネッセント電磁場から散乱された光放射を検出するために、光学検出器を配置する。処理ユニットは、検出された光放射を、表面プラズモン共鳴が生成されたアレイ内の１つまたは複数の画素のアドレスと関連付けるために配置される。撮像装置は、クレッチマン構成、オット構成、格子励起構成、局在プラズモン励起構成、エッジ効果構成、粗表面励起構成、イオン化粒子ビーム構成のいずれかを採用する構成に従って、アレイの所与の画素で表面プラズモン共鳴を生成するように配置されてもよい。画素のアレイの画素は、好ましくは、導電性であって、その導電性表面上で表面プラズモンを支持することができる。表面プラズモンは、アレイを電気的にアドレス指定することによって、アレイの各アドレス指定画素で個別に生成可能であってもよい。これは、アドレス指定された画素に印加される電気信号（例えば、アドレス指定された画素に印加される電圧、および／またはアドレス指定された画素の本体を通る電流）、またはアドレス指定された画素に印加される電気誘導信号または相互作用（例えば、誘導）を印加することによって行うことができる。当然、アレイの複数の別個の分離された画素は、同時にアドレス指定されてもよい。各画素は、（例えば、アレイの導電性電気アドレス指定ラインの位置へのように）画素の外側に／画素を超えて移動するべきであった場合に、問題の特定の表面プラズモンがもはや支持されなくなる（例えば、実用的な使用には強度が不十分である、または強度が全くない）という意味で、その中の表面プラズモンを支持するように配置されてもよい。
【００２１】
撮像装置は、アレイを照射して前記表面プラズモン共鳴を生成するように構成された光源を備えてもよい。光源は、そこで表面プラズモン共鳴を励起／生成するのに適した電磁放射線で画素アレイを照射するように配置されてもよい。表面プラズモン共鳴は、前記画素の温度が第一の温度値であるときに生成されてもよい。アドレス指定された画素の温度は、アドレス指定された画素に電気信号（例えば、アドレス指定された画素に印加される電圧、および／またはアドレス指定された画素の本体を流れる電流）を印加してアドレス指定された画素を加熱することにより、または電気的に制御された加熱または相互作用を印加することにより、制御可能に変化させることができる。イオン化粒子ビーム構成が、表面プラズモンを励起するために採用される場合、代替の構成において、光源は、イオン化粒子ビーム源（例えば、電子ビーム、イオンビーム）と置換されてもよい。粒子ビーム源および画素アレイは、好ましくは、使用時にビーム内のイオン化粒子の流れが妨げられないようにするために、そのような構成の真空チャンバ内に配置され得る。光源、すなわち粒子ビームは、アレイの画素の複数または全てを同時に照射する意味でアレイを照射するように配置されてもよく、その結果、同時にアドレス指定されるアレイの複数の別個の分離された画素で、複数の別個の分離された表面プラズモンが同時に生成および支持され得る。光学検出器は、試料によってプラズモンのエバネッセント場（またはエバネッセント場によって放出された蛍光を含む光学現象）から直接散乱された光放射を検出するように配置され、したがって、散乱放射は、散乱場所から放射電磁波として光学検出器に向かって放射する。これは、本質的に非放射性であり、短距離にわたって急速に減衰するために、放射することができない非放射性エバネッセント場とは対照的である。
【００２２】
処理ユニットを、前記温度を前記第一の温度値から前記第一の温度値と十分に異なる第二の温度値まで可逆的に変化させるように構成して、前記表面プラズモンを非共鳴にさせ（あるいは少なくとも共鳴からさらに遠ざけ）、それによって前記エバネッセント電磁場を減少させるようにしてもよい。このようにして、画素の温度は、画素での共鳴のための必要条件を制御し、したがって、現在の条件下での表面プラズモン共鳴を支持するその画素の能力を制御するための制御パラメータとして使用されてもよい。したがって、画素温度を制御して変化させることを使用して、選択された画素を、そこでの表面プラズモンの存在または強度の観点から、必要に応じて、「オフ」または「オン」切り換えることができる。
【００２３】
望ましくは、第二の温度値は、前記第一の温度値を上回る。第一の温度値は、第一の温度閾値以下の任意の温度値であってもよく、第二の温度値は、第二の温度閾値を上回る任意の温度値であってもよい。望ましくは、第二の温度閾値は、第一の温度閾値を上回る。したがって、所与の画素は、表面プラズモン共鳴をより良好に支持することができる低温状態から、表面プラズモン共鳴を支持することがあまりできない（または不可能である）高温状態へ、およびその逆へと、画素を転移させるために、加熱してもよく、またはその温度を上昇させてもよい。低温状態は画素「オン」状態と見なされ、高温状態は画素「オフ」状態と見なされることもある。このような構成において、最も好ましくは、撮像装置は、表面プラズモン共鳴を励起する機構が、所与の画素が第一の温度にある場合（または、少なくとも画素が第二の温度にある場合よりも共鳴に近い場合）に、表面プラズモン共鳴を共鳴励起するように配置されるように構成される。この構成は、励起機構（例えば、光）の表面プラズモンへの結合の強度が、低温（例えば、オン共鳴）において、高温におけるこのような結合の強度よりも強い場合に可能である。低温は、第一の温度（低温）での共鳴（または近共鳴）条件と、第二の温度（高温）での非共鳴（または共鳴から近くない）条件との間のように、表面プラズモン共鳴への結合の強度において、より強い差／コントラストをもたらすことが分かっている。画素を加熱すると、表面プラズモン発生を妨げる可能性のある材料の複素光学定数（熱膨張、ノイズなど）が変化するので、その結果、励起機構（例えば、光）と、プラズモンを発生する導電性表面における電子との間の結合強度を低下させると考えられる。
【００２４】
それにもかかわらず、代替実施形態では、第一の温度値が、第二の温度値を上回ることがある。第一の温度値は、第一の温度閾値以上の任意の温度値であってもよく、第二の温度値は、第二の温度閾値未満の任意の温度値であってもよい。望ましくは、第一の温度閾値は、第二の温度閾値を上回る。特に、このような構成において、撮像装置は、表面プラズモン共鳴を励起する機構が、所与の画素が第一の温度にある場合（または、少なくとも画素が第二の温度にある場合よりも共鳴に近い場合）に、表面プラズモン共鳴を共鳴励起するように配置されるように構成されてもよい。これは、第一の温度での共鳴（または近共鳴）状態と第二の温度での非共鳴（または共鳴から近くない）状態との間で、表面プラズモン共鳴への結合の強度に十分な差／コントラストをもたらし得る。したがって、所与の画素は、表面プラズモン共鳴を支持する能力が低い低温状態から、表面プラズモン共鳴を支持する能力がより高い高温状態へ、およびその逆へと、画素を転移させるために、加熱してもよく、またはその温度を上昇させてもよい。低温状態は画素「オフ」状態と見なされ、高温状態は画素「オン」状態と見なされることもある。この構成は、励起機構（例えば、光）の表面プラズモンへの結合の強度が、高温（例えば、オン共鳴）において、低温におけるこのような結合の強度よりも強い場合に可能である。
【００２５】
処理ユニットは、直接的または間接的に、第一の温度値から第二の温度値まで、アドレス指定された画素の温度の可逆的変化を実装するように配置されてもよい。間接加熱は、導電性、誘導性および／または放射加熱のプロセスを介して行うことができ、それによって、各画素は、それに隣接して配置され、それと熱的に連通した専用の加熱素子を備える。加熱素子は、画素のアレイの空間分布と実質的に一致する空間分布で、加熱素子のアレイを形成してもよい。好ましくは、加熱素子のアレイの各加熱素子は、それが専用にされる１つの対応する画素素子とともに位置合わせされて空間的に配置される。したがって、専用の加熱素子のアドレスは、関連する画素のアドレスに対応することができる。処理ユニットは、その関連する加熱素子をアドレス指定して、その加熱素子を加熱させ、その加熱素子が位置合わせされているアドレス指定された画素に熱（例えば、赤外線（ＩＲ）光）を伝導および／または放射させることによって、所与の画素をアドレス指定するように構成されてもよい。加熱素子およびその関連する画素は、例えば、誘電体材料などのそれらの間に介在する電気絶縁材料を介して、互いに電気的に分離され、絶縁されてもよい。誘電体材料は、加熱素子から関連画素への放射熱伝達を可能にするために、光学的に透明であってもよい（例えば、ＩＲスペクトルにおいて）。好ましくは、各加熱素子は、介在材料と物理的に接触し、同様に、その関連画素であり、好ましくは、介在材料は、効果的な熱伝導を促進するために、熱伝導材料（複数可）（例えば、連続ブリッジ）のブリッジを提供する。直接加熱は、電流を画素内に、画素を通って、または画素に沿って通過させることから生じる画素のオーム／ジュール加熱を使用して、電気的に実行されてもよい。
【００２６】
望ましくは、前記画素は、導電線の部分を備えてもよく、この導電線の部分は、導電線に沿った画素のいずれかの側の導電線の隣接部位よりも断面積が小さくてもよい。したがって、画素は、電位差が導電経路の両端に印加される場合に、導電経路のその部位で、電流密度が高くなる導電経路内の構成によって規定されてもよい。電流密度が増加すると、画素でオーム／ジュール加熱効果を生じる。画素は、導電線の部分を備えてもよく、前記導電線の部分は、前記導電線に沿った前記画素のいずれかの側の前記導電線の隣接部位よりも幅および／または厚さが小さくてもよい。
【００２７】
画素のアレイは、それぞれがアレイ内のアドレス指定可能な行を規定する複数の別個の第一の導電線を備えてもよく、各第一の導電線は、それぞれがアレイ内のアドレス指定可能な列を規定する複数の第二の導電線のうちの少なくとも１つと交差する。画素は、連続する第二の導電線の間に位置する第一の導電線の一部に規定または配置されてもよい。好ましくは、第一および第二の導電線は、それらが交差する場所（またはその隣）で電気的に接続される。任意に、第一の導電線は、複数の第二の導電線によって交差されてもよい。画素は、連続する第二の導電線が交差する間に位置する第一の導電線の一部内に規定または配置することができる。
【００２８】
処理ユニットは、所与の第一の導電線および／または所与の第二の導電線の端部または各端部に電位を印加するように構成することができる。電位を印加して、そのような端部間の電位差を最小限に抑制するように、あるいは電圧が生じないように（例えば、正味の電圧がないように制御されてもよい。電位を印加して、導電線の端部または各端部に印加される電位を変化させ、それによってそのような端部間に電圧を提供するように制御することができる。望ましくは、画素は、アレイのアドレス指定された画素に関連する第一の導電線および第二の導電線のうちの少なくとも１つの端部または各端部に印加される電位を制御することによってアドレス指定され得る。
【００２９】
したがって、例えば、アレイ内の画素の「行および列」座標アドレスを集合的に共有するアレイの第一および第二の導電線への電位の印加を適切に制御することによって、選択された画素をアドレス指定する（例えば、所望に応じて「オン」または「オフ」になるように制御する）ことができる。電位の印加は、アドレス指定された画素にわたって電圧を生成するように制御され、それによって、電流がアドレス指定された画素を通って流れることを可能にしてもよい。例えば、これは、上述したように、電流を使用して、画素を加熱して、より共鳴する「オン」状態（低温の場合）から、より共鳴しない（または非共鳴の場合）「オフ」状態（加熱時）に切り換える場合に採用され得る。あるいは、電位を印加して、アドレス指定された画素の間の電圧を最小限に抑制するように、あるいは電圧が生じないように制御されてもよい。例えば、これは、上述したように、電流を減少または除去して、画素を冷却し、共鳴の多い「オン」状態（電流を流すことによる加熱時）から共鳴の少ない（または非共鳴の）「オフ」状態（電流の流れが少ない、または全くない低温時）に切り換える場合に用いることができる。
【００３０】
画素は、所与の第一の導電線と所与の第二の導電線との間に導電ブリッジを形成し、画素を介して、所与の第一の導電線と所与の第二の導電線との間に電流が流れるようにし得る。所与の第一の導電線は、そのような１つまたは複数の導電ブリッジを介してのみ、所与の第二の導電線に（例えば、直接的に、または物理的に）電気的に接続することができる。これは、所与の第一の導電線および所与の第二の導電線から電流を流すためには、問題の２つの導電線を接合する画素を介して流さなければならないことを意味する。電気絶縁材料は、第一の導電線のそれぞれを、それらが重なり合う第二の導電線のそれぞれから分離して、そこでの電気的接続を防止することができる。
【００３１】
望ましくは、画素アレイは、互いに離間した導電線の２つの重なり合うアレイによって形成されてもよく、画素は、２つのアレイのうちの一方の導電線が、２つのアレイのうちの他方の導電線と重なり合うように規定される。重なり合うアレイのうちの一方またはそれぞれの導電線は、平行であってもよい。これは、規則的な画素アレイパターンに導かれ得る。あるいは、重なり合うアレイのうちの一方またはそれぞれの導電線は、平行以外であってもよく、そのような第一のアレイは、共通の焦点から外側に放射する個別の導電線を備え、第二のアレイは、第一のアレイの共通の焦点を中心とする同心ループであってもよい１つまたは複数のループ状導電線（例えば、円形）を備える。ここでは、画素は、放射状の線がループと重なり合う場所で規定される。各アレイ内の導電線は、それぞれの長さに沿って実質的に均一な幅および／または厚さであってもよい。これは、導電線に沿った表面プラズモン共鳴の位置を局在化する必要がない場合があるため、アレイ内の導電線の断面積における意図的な狭窄が不要な場合があることを意味する。これにより、表面プラズモンは、一方のアレイ内であって、２つの重なり合うアレイの他方のアレイの複数の導電線によって重なり合う一方のアレイ内で、導電線の長さに沿って広がるか、または伝播することが可能になる。好ましくは、２つのアレイは、電気的に接触または接続されておらず、２つのアレイのいずれか一方の導電線が他方の導電線とは独立して電気的にアドレス指定可能なようになっている。導電線のアドレス指定は、導電線に沿って電位差を印加することを含んでもよい。これは、好ましくは、導電線に沿って電流を流し、それをオーム加熱（別名、ジュール加熱）することができる。
【００３２】
したがって、表面プラズモン励起は、２つのアレイのうちの一方の選択された導電線上に生成されてもよい。続いて、表面プラズモン励起は、２つのアレイのうちの他方の選択された導電線上に生成されてもよい。撮像された対象物（またはその一部）が、第一のアレイのアドレス指定された導電線の任意の部位に沿った位置に存在する場合、光の信号は、対象物と相互作用するときに、その導電線上で、表面プラズモンから散乱されてもよく、これが検出されてもよい。続いて、撮像された対象物（またはその一部）が、第二のアレイのアドレス指定された導電線の任意の部位に沿った位置に存在する場合、光の信号は、対象物と相互作用するときに、その導電線上で、表面プラズモンから散乱されてもよい。この場合も、これを検出することができる。散乱光が、第一のアレイの導電線がこのようにアドレス指定されたときに検出され、第一のアレイの導電線がアドレス指定されたときに検出される場合、これは、２つの導電線の両方が光学検出器の視野内（例えば、両方のアレイが平行であり得る平面）に、すなわち、光学検出器の視野内でその２つの導電線が交差して見える位置に、撮像された対象物（またはその一部）が存在しなければならないことを意味する。
【００３３】
導電線の２つの重なり合うアレイ（例えば、平行）は、誘電体材料（例えば、ガラス）の介在層によって互いに離間して配置されてもよい。介在誘電体層は、光学的に透明であってもよい。これにより、（例えば、入射光励起光を介して）それぞれにおける表面プラズモンの生成を妨げることなく、２つのアレイ間で所望の分離が維持される。２つのアレイ間の間隔は、５０ｎｍまたは１００ｎｍのオーダー（例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍの間）であってもよく、２つのアレイ間の間隔は、その任意の対向する部分において実質的に均一であってもよい。
【００３４】
画素もしくは各画素、またはアレイの導電線もしくは各導電線は、金属を含むことができる。金属は、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウムから選択される金属であってもよい。金属の選択は、金属上の表面プラズモンを励起するために使用される励起光の波長に依存し得る。例えば、アルミニウムおよびマグネシウムは、励起光が青色光または紫外線（ＵＶ）光である場合に、表面プラズモンを生成するのにより有効である。導電線またはアレイ、またはアレイの画素、またはアレイの画素を含むアレイの導電線は、望ましくは、誘電体材料の表面上に配置されてもよい。誘電体材料は、光学的に透明であることが望ましい。誘電体材料は、ガラスまたはプラスチックであることが望ましい。
【００３５】
撮像装置が、そこで表面プラズモン共鳴を発生させるために励起電磁放射線で画素アレイを照射するように配置された光源を備える場合、励起電磁放射線は、関心のある任意の適切な波長の波長範囲を有してもよい。適切な波長は、次の電磁波長範囲、すなわち、無線周波数（ＲＦ）、マイクロ波、赤外線（ＩＲ）、近赤外線（ＮＩＲ）、可視光線、紫外線（ＵＶ）のうちの１つであってもよい。表面プラズモンが画素で試料と相互作用するときに、表面プラズモンから放射される散乱光を使用して、撮像のために達成可能なコントラストを高めることが望ましい。好ましくは、励起光の波長は、アドレス指定された画素に印加される電流の所与の（例えば、最小の）変化に対して、アドレス指定された画素で生成される近接場光の電場に最大の変化を生じる波長である。このような励起光の波長は、画素の選択された材料（例えば、金属材料）のプラズマエッジでの波長、またはプラズマエッジに近い波長であってもよい。このエッジは、画素から反射された反射スペクトル励起光において識別可能であるとしてよく知られており、励起波長が短くなると反射率が急速に低下し始める場所で生じる。これは、反射画素の材料（例えば、金属）中の電子の移動度が限られている結果である。プラズマエッジは、金では、５００ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲の波長で見出され、銀では、３００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲の波長で見出される。他の金属は、そのプラズマエッジをＵＶ内でさらに有するか（例えば、Ａｌ、Ｍｇ）、または、より長い波長にシフトしている（例えば、Ｃｕ）。さらに、金属合金（例えば、二元の金銀合金）を画素の材料として使用して、この合金の作製される純元素の間のプラズマエッジ波長を選択／調整してもよい。
【００３６】
撮像装置は、画素の表面の上に少なくとも１０ｎｍ、または少なくとも２０ｎｍの高さまで延在するエバネッセント場を有する画素に表面プラズモンを生成するように構成され得る。画素表面での電場強度（例えば、絶対電場強度）は、画素表面における値の１／ｅ（ｅ＝２．７１８２８…）以上である。好ましくは、この高さは、少なくとも３０ｎｍ、または少なくとも５０ｎｍ、または少なくとも１００ｎｍ、または少なくとも２００ｎｍであり得る。この高さは、例えば、２５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内の高さであってもよいし、７５ｎｍ〜１２５ｎｍの範囲内の高さであってもよい。エバネッセント場の大きさは、それを支持する表面から垂直距離だけ離れると指数関数的に減衰する。様々な材料（例えば、金属）は、より大きな１／ｅ減衰長／高さを有するより強い表面プラズモンを支持する点で、他の材料よりも有効である。例えば、金または銀表面上の表面プラズモンの１／ｅ減衰高さは、好ましい実施形態では、約７５ｎｍ〜約１２５ｎｍであってもよい。しかしながら、金または銀の代わりに、マグネシウムまたはアルミニウムが画素の材料として使用される他の好ましい実施形態では、画素表面上の表面プラズモンの１／ｅ減衰高さは、約２５ｎｍ〜約５０ｎｍの間であってもよい。本発明は、好ましい実施形態において、生成された表面プラズモンのエバネッセント場の電場強度の大きな変化を誘導することができ、この変化は、周囲の自然現象によってランダムに誘導され得るよりも数桁大きい。
【００３７】
アレイの画素、またはアレイの各画素は、その最大寸法（長さまたは幅）が５００μｍを超えないように、または好ましくは２５０μｍを超えないように、または好ましくは１００μｍを超えない、または好ましくは５０μｍを超えないように、または好ましくは２５μｍを超えないように、または好ましくは１０μｍを超えないように、または好ましくは５００ｎｍを超えないように、または好ましくは２５０ｎｍを超えないように、または好ましくは１００ｎｍを超えないように、または好ましくは７５ｎｍを超えないように、または好ましくは５０ｎｍを超えないように、または好ましくは３０ｎｍを超えないように、または好ましくは１０ｎｍを超えないように、または好ましくは１ｎｍを超えないように寸法決めされてもよい。アレイの画素、またはアレイの各画素は、その最大寸法（長さまたは幅）が、アレイを照射して、表面プラズモンを生成するために生成される照射光の波長の値を超えないように寸法決めされてもよい。
【００３８】
望ましくは、画素アレイは、少なくとも９画素（例えば、３×３アレイ）、または少なくとも２０画素、または少なくとも５０画素、または少なくとも１００画素、または少なくとも５００画素、または少なくとも１０００画素、または少なくとも５０００画素、または少なくとも１００万画素を含む。画素アレイは、各側に少なくとも１０画素（例えば、（少なくとも）１０×（少なくとも）１０）、または各側に少なくとも１００画素（例えば、（少なくとも）１００×（少なくとも）１００）、または各側に少なくとも１０００画素（例えば、（少なくとも）１０００×（少なくとも）１０００））を番号付けする画素の矩形（例えば、正方形など）アレイを含むことができる。画素アレイは、実質的に平坦であってもよい。画素アレイは、実質的に平坦な表面（例えば、誘電体表面）上に配置されてもよい。画素アレイは、その上に直接（撮像されるべき）試料を受け取るために周囲環境に曝されてもよく、またはガラスまたはプラスチック保護カバーのような光学的に透明であることが好ましい保護カバー（例えば、誘電体材料）によって覆われてもよい。
【００３９】
光源は、制御可能で調節可能な入射角でアレイを照射する照射光を出力するように構成されてもよい。処理ユニットは、光源がアレイを照射する間に入射角を変化させるように配置されて、アドレス指定された画素に関連する検出された光放射が最大化される入射角を決定してもよい。
【００４０】
光学検出器は、光源によってアレイ上に生成された表面プラズモンのエバネッセント電磁場から散乱された光に応答する光学検出器を含んでもよい。光学検出器は、光源によってアレイ上に生成された表面プラズモンのエバネッセント電磁場から散乱される光学検出器光に焦点を合わせるように配置された光集束部分を含んでもよい。光源は、照射光を出力するレーザを備えることができる。
【００４１】
撮像装置は、光結合ブロックの表面の上（例えば、直上）に配置された画素のアレイを含んでもよく、それによって、光源は、光結合ブロックを通る照射光の透過を介して画素のアレイを照射するように配置される。撮像装置は、クレッチマン構成またはオット構成で構成された画素アレイおよび光結合ブロックを含んでもよい。光源は、光結合ブロック内で、光結合ブロックの表面に内部入射角を照射光に向けて配置され、そこで全内部反射（ＴＩＲ）を達成することができる。撮像装置は、（例えば、ＴＩＲによって）反射された照射光を光結合ブロックの内部表面から受け取るように配置された第二の光学検出器を備えることができ、処理ユニットは、光源がアレイを照射する間、照射光の入射角を変化させるように配置され、反射照射光の強度が最小化される入射角を決定することができる。このようにして、第二の光学検出器を使用して、表面プラズモンに対する照射光の最も強い結合を達成するために必要な照射光の入射角、すなわち、最大量のエネルギーが照射光から画素アレイの表面における電子に結合されて、表面プラズモンを共鳴的に生成するために、反射照射光の強度が最小化される入射角を識別し、微調整することができる。加えて、共鳴微調整の後、通常操作の場合、第二の光学検出器を使用して、第一の光学検出器と同じ空間分解能で、試料に関する独立情報として、反射依存光学定数を生じさせてもよい。
【００４２】
本発明は、周囲大気環境で操作／使用することができる。それは、分子の標識なしで使用され得る。しかしながら、分子の標識が使用される場合、本発明の生成された表面プラズモンは、標識された分子を励起し、試料（すなわち、試料内の標識された分子）との相互作用のために表面プラズモンから散乱された検出された光の強度をさらに増加させるために使用されることができる。本発明は、低いレーザパワー（またはＬＥＤを含む他の光源）で使用されることができる。既存の光学顕微鏡に組み込むことは容易であり、比較的低コストを必要とする。この撮像方法は、ナノスケールプロセスのビデオレート（またはより高速）での撮像を可能にする高速技術である。
【００４３】
任意選択で、透明な誘電体カバー層を保護層として画素アレイの頂部を覆って配置してもよい。いくつかの実施形態では、この結果、導波路として集合的に機能する２つの誘電体層の間に、画素層が挟まれる場合がある。これは、励起光を画素アレイに結合して、そこでより効率的に表面プラズモンを生成するのを補助し得る。
【００４４】
本発明の別の態様では、試料を撮像するための撮像方法が提供され、この方法は、電子的にアドレス指定可能な画素のアレイを提供するステップであって、各画素は、その中で表面プラズモン共鳴を支持して、前記試料を照射するために前記アレイの平面から突出するように、前記画素から横方向に延在するエバネッセント電磁場を生成するように配置される、ステップと、（１つまたは複数の）前記画素を電子的にアドレス指定するステップと、前記試料によって前記エバネッセント電磁場から散乱された光放射を検出するステップと、検出された前記光放射を、前記表面プラズモン共鳴が生成された前記アレイ内の前記１つまたは複数の画素のアドレスと関連付けるステップと、を含む。
【００４５】
本方法は、前記画素の温度が第一の温度値であるときに前記表面プラズモン共鳴を生成するように前記アレイを照射するステップと、前記表面プラズモンを非共鳴にするか、または共鳴からさらに遠くにして、それによって前記エバネッセント電磁場を減少させるために、前記温度を前記第一の温度値から前記第一の温度値と十分に異なる第二の温度値に可逆的に変化させるステップを含むことができる。第二の温度値が、第一の温度値を上回ることがある。
【００４６】
画素は、導電線の部分を備えてもよく、この導電線の部分は、導電線に沿った画素のいずれかの側の導電線の隣接部位よりも断面積が小さい。画素アレイは、互いに離間した導電線の２つの重なり合うアレイによって形成されてもよく、画素は、２つのアレイのうちの一方の導電線を、２つのアレイのうちの他方の導電線に電気的に接続する導電ブリッジを形成する。１つのアレイまたは各アレイの／内の導電線は、平行であってもよい。画素アレイは、互いに離間した導電線の２つの重なり合うアレイによって形成されてもよく、画素は、２つのアレイのうちの一方の導電線を、２つのアレイのうちの他方の導電線と重なるように規定される。重なり合うアレイのうちの一方またはそれぞれの導電線は、平行であってもよい。あるいは、重なり合うアレイのうちの一方またはそれぞれの導電線は、平行以外であってもよく、そのような第一のアレイは、共通の焦点から外側に放射する個別の導電線を備え、第二のアレイは、第一のアレイの共通の焦点を中心とする同心ループであってもよい１つまたは複数のループ状導電線（例えば、円形）を備える。したがって、画素は、放射状の線がループと重なり合う場所で規定されてもよい。
【００４７】
この方法は、上述の装置を使用して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態による撮像装置を概略的に示す。
【図２】図１の撮像装置における光放射の入射角の関数として、反射光信号強度（反射率または反射強度）における共鳴プロファイルを概略的に示す。
【図３】図１の撮像装置内で電子的にアドレス指定可能な画素のアレイを概略的に示す。
【図４】図３に示されるアレイ内の電子アドレス指定可能な画素によって支持される表面プラズモン共鳴によって生成されるエバネッセント電磁場を概略的に示す。
【図５】代替実施形態による図１の撮像装置内で電子的にアドレス指定可能な画素のアレイを概略的に示す。
【図６】図５の撮像装置内で電子的にアドレス指定可能な画素のアレイに関する等価回路図を概略的に示す。
【図７】代替実施形態による図１の撮像装置内で電子的にアドレス指定可能な画素のアレイを概略的に示す。
【図８】図３、図５および図７のいずれかの電子的にアドレス指定可能な画素のアレイを概略的に示す。
【図９】代替実施形態による図１の撮像装置内で電子的にアドレス指定可能な画素のアレイを概略的に示す。
【図１０】代替実施形態による図１の撮像装置内で電子的にアドレス指定可能な画素のアレイを概略的に示す。
【図１１】本発明の代替実施形態による撮像装置を概略的に示し、この代替実施形態において、表面プラズモン（ＳＰ）は、アレイの一端／側面にそのエッジで結合された光によって、撮像装置内で電子的にアドレス指定可能な画素のアレイの中で励起される。
【図１２】本発明の代替実施形態による撮像装置を概略的に示し、この代替実施形態において、表面プラズモン（ＳＰ）は、アレイの下側を介してアレイの一端／側面に結合された光によって、撮像装置内で電子的にアドレス指定可能な画素のアレイの中で励起される。
【図１３】本発明の代替実施形態による撮像装置を概略的に示し、この代替実施形態において、表面プラズモン（ＳＰ）は、アレイ上の試料を検出するための散乱光を収集するために使用されるのと同じ光学素子を使用してアレイに向けられた光によって、撮像装置内で電子的に指定可能な画素のアレイの中で励起される。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図面では、一貫性のために、同様のアイテムには同様の参照符号が付されている。
【００５０】
図１を参照すると、生体試料などの試料（７）を撮像するための撮像装置（１）の一例が概略的に示されている。撮像装置は、クレッチマン型プリズム（２）を含み、このプリズムは、光学プリズムブロック（５）をその１つの平面上に形成し、電子的にアドレス指定可能な画素の平面アレイ（６）を備える。アレイの各画素は、その表面上に表面プラズモンを支持するように配置され、そうすることで、画素のアレイの平面から突出するか、または隆起するように画素から横方向に延在するエバネッセント電磁場（８）を生成する。
【００５１】
レーザまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源（１５）は、アレイとそれを支持する光学プリズムブロックの表面との間の界面において、光学放射（１３）を光学プリズムブロック（５）内で、画素のアレイ（６）の下側に向けるように配置される。鏡面反射は、反射面に対して法線／垂直方向に対して測定される、入射角に一致する反射の角度（θ）での入射光放射の撓みをもたらす界面で生じる。反射放射線（１４）は、反射面から発せられる反射放射線の強度を検出する共鳴検出器ユニット（１６）に向かい、それによって収集される。
【００５２】
光源（１５）は、画素アレイ（６）の裏面全体を均一に照射するように配置されている。例えば、光源によって放射される光は、既存の「明視野」顕微鏡システムで使用されるような集光システム（例えば、コリメートレンズまたはレンズ）のような光学システムによってコリメートされる。当然、集光システムは、本実施形態に適用されるとき、コリメートされた光放射（１３）を斜めの入射角に導くように配置され、したがって、集光システムの光軸は、画素のアレイ（６）の下側に対して傾斜している。光源として高品質のレーザが使用される場合、それは、典型的には、追加のコリメーションを必要とすることなく、十分にコリメートされた光出力を提供することができる。このようにして照射されるプリズムブロック表面の下側の領域は、典型的には、プリズム裏面領域全体よりも著しく小さくてもよい。
【００５３】
共鳴検出器ユニット（１６）は、好ましい特徴として本明細書で説明する実施形態には存在するが、他の実施形態（後述）では省いてもよいことが理解される。例えば、本実施形態では、表面プラズモン（ＳＰ）を共鳴励起するために必要な画素アレイへの光放射の共鳴入射角が既に知られている場合、光源（１５）は、使用中または製造中に、装置の構造内で、この角度位置に固定されてもよい。しかしながら、図１に示すような本発明のこの実施形態では、共鳴検出器ユニット（１６）は、共鳴角を検出して、その角度を最適化できるように、したがってＳＰＰへの結合の程度を最適化できるようにするために存在する。共鳴角検出器（１６）は、最適化のための最良の角度を見つけるのに役立つ。その理由は、最適な角度は、それぞれプリズムブロックおよび画素アレイ材料の屈折率に依存するだけでなく、試料の平均／アベレージ屈折率にもある程度依存するからである。光源（１５）の角度位置は、光源（１５）の角度位置と共有され、鏡面反射対称性とされる。あるいは、システムの構成を最適化するために、試料からの光放射（１０）が最大となる光源（１５）の角度位置を求めることができ、そのような構成は、画素アレイに対する光源の角度位置を変更する能力を含まれるが、反射率検出器（１６）を使用する必要がないであろう。しかしながら、反射率検出器（１６）を介して、反射率の値を使用する方が、より容易な（高コントラストの）選択であることが分かっている。
【００５４】
入射／反射角（θ）が、画素アレイ（６）の平面に平行な入射光（１３）の波数ベクトルの成分が、画素アレイの画素内で励起可能な表面プラズモンの波数ベクトルの値と一致する値を獲得するとき、反射光放射（１４）の強度に共鳴が生じる。画素アレイは、任意の金属から形成され得るが、（光学スペクトルの可視部分において）銀または金が好ましく、ＵＶにおいて、アルミニウムまたはマグネシウムが好ましい。入射光は、問題の画素の金属表面で進行するエバネッセント電場（表面プラズモン）を生成する表面プラズモンを励起（結合）する。この強結合は、図２に概略的に示す反射光放射の強度が劇的に低下する（１９）。反射強度の劇的な低下は、共鳴角
【数１】
2021507235.tif 000003
で生じ、比較的狭い幅であるので、共鳴角から逸脱して、反射光強度は速やかに非共鳴値（１８）に戻る。
【００５５】
この共鳴の深さ、幅および位置は、表面プラズモン共鳴が生じる画素の温度を変化させることによって可変であることを、発明者は発見した。これは、共鳴角
【数２】
2021507235.tif 000004
を中心とする鋭く深い共鳴プロファイル（１９）が第一の画素温度（Ｔ１）で生じる図２に概略的に示されている。しかしながら、画素の温度が第一の画素温度を超えて、第二の画素温度（Ｔ２）に上昇すると、より広く、より浅い異なる共鳴プロファイル（２０）を生成する。これは、表面プラズモンを形成する電子の熱励起によるものと考えられる。第二の共鳴プロファイル角
【数３】
2021507235.tif 000005
の角度位置は、第一の共鳴プロファイル（１９）の角度位置とは著しく異なる（より大きい）。より詳細に以下で説明するように、この特性を利用して、アレイの個々の画素を電子的にアドレス指定できるようにする。
【００５６】
原則として、２つの配置のうちの１つに配置された図１の装置を提供することができる。第一の配置では、光源（１５）は、照射光放射（１３）の入射角が共鳴角
【数４】
2021507235.tif 000006
と実質的に一致するように配置されてもよい。第二の配置では、光源（１５）は、照射光放射（１３）の入射角が第二の共鳴プロファイル角
【数５】
2021507235.tif 000007
の角度位置と実質的に一致するように配置されてもよい。第一の配置では、上記で規定したように、システム（画素）は、温度Ｔ１で共鳴（「オン」状態）にある。温度をＴ２に上昇させることにより、共鳴状態を低減または除去し、画素は「オフ」状態になる。画素がそれほど加熱または冷却されない場合、入射光に共鳴結合し、再び「オン」状態になる。第二の配置では、画素が能動的に加熱されず、温度Ｔ１を有する場合、画素は「オフ」状態にある。画素を能動的に加熱することにより、画素は共鳴状態になり、「オン」状態になる。第一の配置は、第二の配置と比較すると、画素「オン」状態と「オフ」状態との間のＳＰＰ結合強度のコントラストをより高くすることができる鋭く深い共鳴プロファイル（１９）を有するので、好ましい。
【００５７】
エバネッセント電磁場（８）は、生体試料（７）を照射するために、画素のアレイから十分な距離にわたって延在する。エバネッセント電磁場（８）は生体試料と相互作用して、試料から光（９）放射線が散乱する。代替実施形態では、エバネッセント電磁場（８）は生体試料と相互作用して、試料内に配置／標識されたフルオロフォアを励起し得る。試料をフルオロフォアで標識する必要はないが、標識は画像コントラストを強調するので、したがって代替として興味深い。画素のアレイ（６）から離れたところで、散乱光放射（１０）の一部は、対物レンズ（３）と光学検出器ユニット（１２）とを含む光学検出器ユニットによって集められる。対物レンズ（３）によって集められた散乱光放射（１１）は、集束光に応答する光学検出器ユニット（１２）の感光素子に集束され、処理ユニット（４）に入力するための電気信号を生成する。対物レンズ（３）は、ここでは、簡単にするために単一のレンズ素子として示されていることを理解されたい。しかしながら、本発明の他の実施形態は、２つ以上のレンズ素子を含む光学列を使用してもよく、光を適切に導くために、および／または検出用の光を適切に操作するために、所望に応じて、反射光学素子を使用してもよい。
【００５８】
処理ユニット（４）は、電子的にアドレス指定可能な画素（６）のアレイの個々の画素、または画素のグループを選択的に電子的にアドレス指定して、アドレス指定された画素がその中に表面プラズモン、および関連する突出したエバネッセント電磁場（８）を生成（または消滅）させるように配置される。処理ユニット（４）は、また、画素アレイ（６）の１つまたは複数の画素を光学的にアドレス指定したことに応答して生成された、光学検出器ユニット（１２）からの結果として生じる電気信号入力を待つように配置される。
【００５９】
処理ユニットは、画素アレイ（６）から発する光信号の検出に応答して生成される受信電気信号を、処理ユニット（４）によってアドレス指定された画素のアレイアドレスに関連付けるように配置される。各アドレス指定された画素の画素アレイ上の正確な配置および位置は既知であるため、したがって、光学検出器ユニット（１２）によって後に受け取られる光（９、１０、１１）の散乱に関与する試料（７）の位置も、直接の関連によって既知である。その結果、撮像装置（１）によって達成可能な分解能は、画素アレイ（６）内でアドレス指定可能な個々の画素（およびそれらのエバネッセント電磁場）の物理的サイズによってのみ制限される。試料が一群の複数の画素を横切って延在する場合、一群の画素の形状は、画素アレイの平面上に投影される試料の対応する形状に従うであろう。したがって、次々と、アレイを横切って、画素アレイの連続した画素をアドレス指定することによって、装置の処理ユニット（４）は、画素毎に、試料の投影形状の「ピクチャ」を構築することができる。
【００６０】
また、一群の画素内の異なる画素に隣接する試料の異なる部分によって、異なる量の光を散乱し得る可能性があり、その結果、光学検出器ユニット（１２）によって検出される光信号の異なる強度が、試料の特性のピクチャを与える。例えば、試料の密度が低い領域ほど、密度が高い領域よりも散乱する光が少なくなる。つまり、検出された強度の画素マップは、試料内の光学密度の変化量の尺度になり得ることを意味する。反射率検出器（１６）の角度位置、および鏡面反射対称性による光源（１５）の同じ角度を同時に変化させ、試料内で空間的に分布した局所屈折率ｎを測定するために、対応する光の強度の変化量を光学検出器ユニット（１２）によって同時に検出することができる。その理由は、共鳴ＳＰＰ結合が生じる光源の正確な角度位置は、試料の平均／アベレージ屈折率に依存するからである。最大ＳＰＰ結合は、その共鳴角に関連する必要な屈折率を有する試料の局所領域に対応する特定の共鳴入射角で生じる。その結果、光学検出器ユニット（１２）によって、その局所領域は、同じ屈折率を共有しない試料の他の局所領域と比較して、明るく見えることになる。これらの他の局所領域は、光学検出器ユニット（１２）によって、反射率検出器（１６）の角度位置が、その他の領域の屈折率に関連する共鳴入射角に対応するように変更されると、より明るく見えるであろう。したがって、光源（１５）のある範囲の角度位置を通過し、同時に鏡面反射対称性によって光源（１５）の同じ角度を走査することにより、試料の材料内の屈折率変動の空間分布を走査することができる。
【００６１】
図３は、図１の装置の電子的にアドレス指定可能な画素のアレイ（６）の例を概略的に示す。アレイは、好ましくは金または銀である任意の適切な金属を含み、複数の平行な第一の導電線（３０）を含み、各導電線は、画素アレイのアドレス指定列（ｃｏｌ．［ｊ］；ｃｏｌ．［ｊ＋１］；ｃｏｌ．［ｊ＋２］；など）を規定する。また、アレイは、第一の導電線（３０）を横切って通過する複数の平行な第二の導電線（３２）を備える。第二の導電線は、好ましくは金または銀である任意の適切な金属を含み、各導電線は、画素アレイのアドレス指定行（ｒｏｗ［ｉ］；ｒｏｗ［ｉ＋１］；ｒｏｗ［ｉ＋２］；など）を規定する。
【００６２】
複数の画素（３１）は、第一の導電線のそれぞれに沿って規則的な間隔で形成される。各画素は、所与の第一の導電線と所与の第二の導電線との間に導電ブリッジを形成し、画素を介して所与の第一の導電線と所与の第二の導電線との間に電流が流れるようにする。所与の第一の導電線は、導電線に沿った画素導電ブリッジを介してのみ、所与の第二の導電線に電気的に（直接的に、および物理的に）接続される。電気絶縁材料は、第一の導電線のそれぞれを、それらが重なり合う第二の導電線のそれぞれから分離し、そこでの電気的接続を防止する。これは、所与の第一の導電線および所与の第二の導電線から電流を流すためには、問題の２つの導電線を接合する画素を介して流さなければならないことを意味する。各導電線の端部において、問題の導電線は、スイッチユニット「Ｓ」を介して所定の電位または電圧に接続される。このスイッチユニットは、「開」状態にあるときに所定の電位／電圧から所定の導電線を電気的に絶縁し、「閉」状態にあるときに所定の電位／電圧に所定の導電線を電気的に接続するように動作可能である。スイッチユニットのそれぞれは、制御ユニット（４）によって制御され、選択された画素をアドレス指定するために、「開」状態と「閉」状態との間で変化するが、これは、以下に説明するとおりである。
【００６３】
画素（３１）は、それぞれ、その方向の画素の寸法に対応する導電線に沿った距離にわたって、導電線の断面積を単に狭小化することだけで構成される。断面積の狭小化は、導電性トラックを、その三次元のうちの２つの次元で、狭めることによって実現される。すなわち、導電性トラックを横切るが、画素アレイの平面内に存在する第一の次元において、また同時に、導電性トラックと平面画素アレイとの両方に垂直な第二の次元において、導電性トラックを狭めることによって実現される。画素の横方向とは、単に、問題の導電線の幅である。
【００６４】
図４は、概略的に、導電線（３０）の断面図は、画素アレイの平面に垂直な第二の次元における画素（３１）での導電線の厚さの狭まり、および問題の導電線（３０）を図示する。また、この図は、画素内で生成された表面プラズモンによって支持されたエバネッセント電磁場（８）を概略的に示す。この電磁場は、上述したように、試料（７）を排除して、図１の対物レンズ（３）によって収集可能な光放射（９）を試料が散乱できるようにする。
【００６５】
個々の画素（３１）は、第一の導電線（３０）のいずれかの端部に電位（例えば、電圧「Ｖ」）を印加し、同時に、第二の導電線（３２）のいずれかの端部に電位（例えば、Ｖ＝接地）を印加することによって、このアレイ内でアドレス指定されてもよい。これは、図３において、導電線の端部を電圧レベル「Ｖ」に保持された電気接点に接続するスイッチ「Ｓ」の動作によって、アレイの列「ｊ」を表す第一の導電性トラックを電圧「Ｖ」に接続することによって概略的に示されている。同時に、アレイの列「ｉ」を表す第二の導電性トラックの端部は、第二の導電線の端部を接地レベルに保持された電気接点に接続するスイッチ「Ｓ」の動作によって、「接地」された電位に接続される。これらの接続の結果として、行「ｉ」と列「ｊ」とをブリッジする画素素子（３１）を介して、列「ｊ」の閉じたスイッチと行「ｉ」の閉じたスイッチとの間で電流が流れることのできる電流経路が形成される。その結果、アレイアドレス（ｉ，ｊ）にある画素がアドレス指定される。画素を通る電流の流れは、表面プラズモン共鳴特性の結果として生じる変化を伴って、画素をオーム加熱（別名、ジュール加熱）させる。
【００６６】
画素の位置での導電性トラックの寸法を狭小化するために、画素を介して導かれる電流は、導電性トラックの他の部分よりも電流密度が高くなり、そのため、画素で、局所的に導電性トラックが加熱され、画素を介して、電流が流れるようになる。しかしながら、画素に電流を流さないように条件を制御すると、画素の温度は下がる。再び図２を参照すると、電流が画素を流れるようにして、結果的に画素が加熱されると、共鳴プロファイルは、図２に示す広くて浅いプロファイル（２０）によって表される。逆に、電流が画素を流れないようにして、結果的に画素が冷却されると、より低温の画素に関連する共鳴プロファイルは、図２に示す狭くて深い共鳴プロファイル（１９）によって表される。
【００６７】
アレイの他の全ての行および列（すなわち、行「ｉ」および列「ｊ」を除く）を接続するスイッチ「Ｓ」は、そのような行と列との端部間の電位差が実質的にゼロになるように動作せず、開いたままにされ、したがって、そのような端部間の電流の流れが抑制される。２つの電位が実質的に同じである場合、アドレス指定された画素の間で、実質的に電位差（電圧）が生じないので、そのため、画素を通る電流の流れが抑制または阻止される。逆に、２つの印加された電位が異なる場合、電圧が画素の間に生成され、それによって、画素を通る電流の流れが可能になる。
【００６８】
したがって、画素アレイの画素は、図１の装置の処理ユニット（４）によってアドレス指定され、電流がアドレス指定された画素を通って流れないようにされると、「オン」に切り換えられて突出するエバネッセント電磁場（８）を生成する。これにより、冷却されて強力な共鳴プロファイル（１９）を達成することができる。処理ユニット（４）は、装置（１）の本使用例において、画素アレイ（６）のアドレス指定されていない画素の全てを「オフ」状態に維持し、それらを通って電流が流れることのできるように配置される。これにより、図２の浅くて広い共鳴プロファイル（２０）に関連する比較的加熱された状態に維持される。
【００６９】
電流が流れないときに画素が「オン」になるが、電流が流れるときに「オフ」状態になる条件は、入射光放射の最初に選択された共鳴角位置から生じる。この例では、光放射（１３）の入射角は、電流が流れないときに共鳴するように選択される（図２のプロファイル１９）。画素は、電流が流れないときに「オン」であるが、電流／熱があるときに「オフ」である。あるいは、電流が流れるときに光放射（１３）の入射角が共鳴するように選択される場合（図２のプロファイル２０）、画素は、電流／熱が流れるときに「オン」になるが、電流が流れないときに「オフ」になる。
【００７０】
本実施形態では、「オフ」状態において、画素が加熱されると、関連する共鳴プロファイル（２０）の共鳴角が異なる角度位置になる。しかしながら、画素アレイ（６）を照射するために採用される光放射（１３）の入射角は、図１の装置において固定されており、そのため、画素が加熱された場合には、表面プラズモン共鳴が達成されない。したがって、非共鳴である表面プラズモンのエバネッセント場は、画素が「オン」に切り換わったときのものよりも、非常に小さく、かつ、顕著ではない。この減少したエバネッセント場は、画素から試料（７）に向かって延びるのに効果的ではない。その結果、強いエバネッセント場（８）を浴びることはなく、装置の光学検出器ユニットの対物レンズ（３）に向かって光放射（９）を効率的に散乱させることはできない。
【００７１】
ここで、代替実施形態による、図１の撮像装置内の電子的にアドレス指定可能な画素のアレイの一部を概略的に示す図５を参照する。画素のアレイは、複数の構造的にほぼ同一のサブアレイ（８０、８１、など）を含み、各サブアレイは、共通の単一の導電線（３２）から延びる複数の導電性トラック（３０）を含む。各導電性トラック（３０）は、トラック長の断面を含み、この断面は、その幅が狭められ、および／またはその厚さ（３１）が狭められ、それによって画素を規定する。導電性トラック（３０）のそれぞれは、サブアレイの導電線（３２）から横方向に延在する。
【００７２】
サブアレイの第一の複数の導電性トラックは、導電線（３２）の一方の共通の側から平行に横方向に延在して、また隣同士で共通の間隔を置いて分離するように配置される。それによって、互いに位置合わせされ、それらが共有する導電線（３２）の片側に隣接する画素（３１）の第一の規則的な線形列を規定する。サブアレイの第二の複数の導電性トラックは、導電線（３２）の他方の側から平行に横方向に延在して、隣同士で共通の間隔を置いて分離するように配置される。また、これらの導電性トラックは、第二の規則的な線形画素列（３１）を規定し、これらの画素列は、相互に位置合わせされ、第一の画素列と共有する導電線（３２）の他方の側に隣接する。画素の第一の列にある画素を規定する各導電性トラックは、画素の第二の列にある画素とともにレジスタ内で横方向に配置される。これは、画素の規則的な線形行の一部を規定する。複数のサブアレイの画素の第二のサブアレイ（８１）は、複数のサブアレイの画素の第一のサブアレイ（８０）とともにレジスタ内で横方向に配置され、第二のサブアレイは、構造的に、第一のサブアレイと実質的に同一であり、第二のサブアレイの画素の第一の列を、第一のサブアレイの画素の第二の列から、各サブアレイの第一の列と第二の列との間の分離を一致させる均一な間隔だけ離間させる間隔だけ、そこから離間される。これは、第二のサブアレイの各行の画素が、第一のサブアレイの対応する行の画素と協働して、それらが集合的に規定する行の画素間に規則的な間隔を提供することを可能にする。
【００７３】
導電性トラック（３１）および導電線（３２）は、金、銀、または他の適切な導電材から形成され得る。画素の所与のサブアレイのトラックは、サブアレイの導電線（３２）と電気的に連絡しているので、個々の画素（３１）は、導電線（３２）の端子端に電位（Ｖ１）を印加し、同時に、画素が存在するサブアレイの「ｉ番目の」行および「ｊ番目の」列に対応する導電性トラック（３０）の端子端に電位（Ｖｉｊ）を印加することによって、このアレイ内でアドレス指定され得る。２つの電位が実質的に同じ（Ｖｉｊ＝Ｖ１）である場合、アドレス指定された画素の間で、実質的に電位差（電圧）が生じないので、そのため、画素を通る電流の流れが抑制または阻止される。逆に、２つの印加された電位が異なる（Ｖｉｊ＞Ｖ１またはＶｉｊ＜Ｖ１）場合、電圧が画素の間に生成され、それによって、画素を通る電流の流れが可能になる。その結果、画素位置（ｉ，ｊ）がアドレス指定される。
【００７４】
特に、図５に示す例では、共通導電線（３２）または第一のサブアレイに電圧Ｖ１が印加されると、電圧Ｖｉｊが第一のサブアレイ（８０）の以下の画素位置（行，列）に印加される。
（１，１）＝Ｖ１１；  （１，２）＝Ｖ１２
（２，１）＝Ｖ２１；  （２，２）＝Ｖ２２
（３，１）＝Ｖ３１；  （３，２）＝Ｖ３２
（４，１）＝Ｖ４１；  （４，２）＝Ｖ４２
（５，１）＝Ｖ５１；  （５，２）＝Ｖ５２
など。
【００７５】
同様に、共通導電線（３２）または第二のサブアレイに電圧Ｖ１が印加されると、第二のサブアレイ（８０）の以下の画素位置（行，列）に電圧Ｖｉｊが印加される：
（１，３）＝Ｖ１３；  （１，４）＝Ｖ１４
（２，３）＝Ｖ２３；  （２，４）＝Ｖ２４
（３，３）＝Ｖ３３；  （３，４）＝Ｖ３４
（４，３）＝Ｖ４３；  （４，４）＝Ｖ４４
（５，３）＝Ｖ５３；  （５，４）＝Ｖ５４
など。
【００７６】
電圧Ｖｉｊは、画素アレイの後続のサブアレイ（図示せず）の画素（行，列）に印加され、電圧Ｖ１は、共通導電線（３２）またはそのサブアレイに印加される。
【００７７】
画素の位置での導電性トラックの寸法を狭小化するために、画素を介して導かれる電流は、導電性トラックの他の部分よりも電流密度が高くなり、そのため、画素で、局所的に導電性トラックが加熱され、画素を介して、電流が流れるようになる。しかしながら、画素に電流を流さないように条件を制御すると、画素の温度は下がる。再び図２を参照すると、電流が画素を流れるようにして、結果的に画素が加熱されると、共鳴プロファイルは、図２に示す広くて浅いプロファイル（２０）によって表される。逆に、電流が画素を流れないようにして、結果的に画素が冷却されると、より低温の画素に関連する共鳴プロファイルは、図２に示す狭くて深い共鳴プロファイル（１９）によって表される。
【００７８】
したがって、画素アレイの画素は、図１の装置の処理ユニット（４）によってアドレス指定され、電流がアドレス指定された画素を通って流れないようにされると、「オン」に切り換えられて突出するエバネッセント電磁場（８）を生成する。これにより、冷却されて強力な共鳴プロファイル（１９）を達成することができる。処理ユニット（４）は、装置（１）の本使用例において、画素アレイ（６）のアドレス指定されていない画素の全てを「オフ」状態に維持し、それらを通って電流が流れることのできるように配置される。これにより、図２の浅くて広い共鳴プロファイル（２０）に関連する比較的加熱された状態に維持される。
【００７９】
図６は、抵抗器のネットワークに関して、図５のアレイに対応する等価回路図を概略的に示す。実施形態を理解するのに有用なこの概念的等価図において、各画素（３１）は、それを通る電流に応じてオーム加熱する抵抗素子として概念的に表されている。各導電性トラック（３０）は、概念的には、回路線断面として表され、それぞれが共通電圧Ｖ１の印加される共通接続点から半径方向外方に延びる。これは、各導電性トラックが接続されるサブアレイの導電線に印加される電圧である。各回路線断面の端子端には、それぞれの電圧Ｖｉｊが印加されている。Ｖｉｊ＝Ｖ１である場合、アドレス指定された画素（ｉ，ｊ）の間に実質的に電位差（電圧）が生成されず、それによって、画素を通る電流の流れを抑制または阻止する。逆に、Ｖｉｊ＞Ｖ１またはＶｉｊ＜Ｖ１の場合、電流が流れて、位置（ｉ，ｊ）の画素を加熱する。画素アレイの各画素が個々にアドレス指定されることを可能にする別の単純な方法は、各導電線（３２）を除去することによって、画素を含む他の導電性トラックのいずれかから各導電性トラック（３０）を電気的絶縁状態にすることである。電圧Ｖ１は、所与の画素についての絶縁トラックの一方の端子端に印加されてもよく、電圧Ｖｉｊは、そのトラックの反対側の端子端に印加されてもよい。問題の画素は、ＶｉｊをＶ１とは異なるように変化させることによって、またはそうでなければ、その中の電流フロー／加熱を制御することによって、アドレス指定され得る。したがって、画素のそれぞれを独立して接続する、すなわち、アレイの他の画素のいずれかとは独立して接続することが可能である。
【００８０】
図７は、図１の装置の電子的にアドレス指定可能な画素のアレイ（６）の別の例を概略的に示す。アレイは、好ましくは金または銀である任意の適切な金属を含む複数の平行な導電線（３０）を含み、それぞれは、当該導電線に沿って規則的な間隔で形成された複数の画素（３１）を含む。これらの画素は、それぞれ、その方向の画素の寸法に対応する導電線に沿った距離にわたって、導電線の断面積を単に狭小化することだけで構成される。断面積の狭小化は、導電性トラックを、その三次元のうちの２つの次元で、狭めることによって実現される。すなわち、導電性トラックを横切るが、画素アレイの平面内に存在する第一の次元において、また同時に、導電性トラックと平面画素アレイとの両方に垂直な第二の次元において、導電性トラックを狭めることによって実現される。画素の横方向とは、単に、問題の導電線の幅である。
【００８１】
図４は、図３および図５を参照して上述したように、画素（３１）における導電線の厚さの狭小化を示す導電線（３０）の断面図を概略的に示す。
【００８２】
導電性トラック（３０）のそれぞれの間には、複数の導電線（３２）（例えば、金、銀、または他の適切な導電材から形成される）が延在しており、これらの導電線は、それぞれの導電性トラック（３０）と電気的に連絡しており、それらは、個々に、問題の導電線に垂直な方向に横切って延在している。個々の画素（３１）は、導電線（３２）のいずれか１つの端部に電位を印加し、同時に導電線（３０）のいずれか１つの端部に電位を印加することによって、このアレイ内でアドレス指定されてもよい。２つの電位が実質的に同じである場合、アドレス指定された画素の間で、実質的に電位差（電圧）が生じないので、そのため、画素を通る電流の流れが抑制または阻止される。逆に、２つの印加された電位が異なる場合、電圧が画素の間に生成され、それによって、画素を通る電流の流れが可能になる。
【００８３】
図３および図５に図示されるアレイの画素を参照して上述されるように、画素の位置における導電性トラックの寸法の狭まりのために、画素を通って伝導される電流は、導電性トラックの他の部分におけるよりも高い電流密度を有し、それによって、電流が流れる画素において、局所的に導電性トラックの加熱を引き起こす。しかしながら、画素に電流を流さないように条件を制御すると、画素の温度は下がる。再び図２を参照すると、電流が画素を流れるようにして、結果的に画素が加熱されると、共鳴プロファイルは、図２に示す広くて浅いプロファイル（２０）によって表される。逆に、電流が画素を流れないようにして、結果的に画素が冷却されると、より低温の画素に関連する共鳴プロファイルは、図２に示す狭くて深い共鳴プロファイル（１９）によって表される。
【００８４】
したがって、画素アレイの画素は、図１の装置の処理ユニット（４）によってアドレス指定され、電流がアドレス指定された画素を通って流れないようにされると、「オン」に切り換えられて突出するエバネッセント電磁場（８）を生成する。これにより、冷却されて強力な共鳴プロファイル（１９）を達成することができる。処理ユニット（４）は、装置（１）の本使用例において、画素アレイ（６）のアドレス指定されていない画素の全てを「オフ」状態に維持し、それらを通って電流が流れることのできるように配置される。これにより、図２の浅くて広い共鳴プロファイル（２０）に関連する比較的加熱された状態に維持される。
【００８５】
電流が流れないときに画素が「オン」になるが、電流が流れるときに「オフ」状態になる条件は、入射光放射の最初に選択された共鳴角位置から生じる。この例では、光放射（１３）の入射角は、電流が流れないときに共鳴するように選択される（図２のプロファイル１９）。画素は、電流が流れないときに「オン」であるが、電流／熱があるときに「オフ」である。あるいは、電流が流れるときに光放射（１３）の入射角が共鳴するように選択される場合（図２のプロファイル２０）、画素は、電流／熱が流れるときに「オン」であるが、電流が流れないときに「オフ」である。
【００８６】
本実施形態では、「オフ」状態において、画素を加熱すると、関連する共鳴プロファイル（２０）の共鳴角は、例えば、より高い角度位置にある。しかしながら、画素アレイ（６）を照射するために採用される光放射（１３）の入射角は、図１の装置において固定されており、そのため、画素が加熱された場合には、表面プラズモン共鳴が達成されない。したがって、非共鳴である表面プラズモンのエバネッセント場は、画素が「オン」に切り換わったときのものよりも、非常に小さく、かつ、顕著ではない。この減少したエバネッセント場は、画素から試料（７）に向かって延びるのに有効ではなく、その結果、エバネッセント場（８）に基づくものではなく、装置の光学検出器ユニットの対物レンズ（３）に向かって光放射（９）を効率的に散乱させることができない。
【００８７】
図７に示される画素アレイにおいて、１つの画素行（行ｉ）を規定する導電性トラック（３０）と、１つのアレイ列位置（列ｊ）を規定する導電線（３２）との間に電位差を提供することによって生じる電流は、一般に、アドレス指定された画素（ｉ，ｊ）を主に通る電流の流れをもたらすであろう。しかしながら、より小さな大きさの迷走電流も、隣接する画素（３１）を通って流れ得る。これらの迷走電流は、温度をもたらす可能性があり、その結果、アドレス指定されていない隣接画素で弱い表面プラズモンを発生させ、それは、任意の撮像された試料（もし、隣接画素に存在する場合）と相互作用するときに、比較的小さな割合の光の散乱を誘発し得る。このため、他の画素アレイ構造（例えば、図３、図５および図９を参照）を使用して達成可能な画像分解能と比較すると、画像分解能がわずかに低下することもあるが、それでも、既存の撮像技術を使用して達成可能な画像分解能よりも高い。
【００８８】
それにもかかわらず、このような迷走電流の影響は、光学検出器（１２）からの生の画像データの後処理によって説明され、撮像装置の使用前に各画素に対して予め較正された点広がり関数に従って迷走電流の光学的効果を逆畳み込みすることができる。図７のアレイの画素（３１）の点広がり関数を決定するために、既知のサイズおよび形状の較正試料を問題の画素に配置し、それがアドレス指定されたときに画素から発せられる散乱光信号を検出することができる。較正試料のサイズは、アドレス指定されたときに問題の画素で生成される表面プラズモンからの散乱光の「点源」として働くように、問題の画素と同じサイズであることが好ましい。
【００８９】
アレイ（６）の個々の画素（３１）を一つずつアドレス指定することにより、処理ユニット（４）は、画素アレイの個々の領域を非常に高い分解能でサンプリングするように配置される。これは、画素アレイの画素の４×４個のサブセットを示す図８に概略的に示されており、各サブセットは、画素の座標（例えば、行１、行２、行３、行４、列Ａ、列Ｂ、列Ｃ、列Ｄ）に関して、プロセッサユニット（４）によって個別にアドレス指定可能である。以下の座標を有する画素が個別にアドレス指定される場合にのみ、処理ユニットは、光学検出器（１３）からの結果信号を受信し、それによって、試料が問題のアドレス指定された以下の画素に隣接していることを示す：
（２，Ｃ）、  （３，Ｂ）、  （３，Ｃ）
したがって、処理ユニットは、これら３つの画素の大きさおよび位置、ならびに３つの画素によって集合的に形成される形状に基づいて、試料の形状、ならびにその大きさおよび位置の画素を構築することができる。さらに、検出器は、所与の画素位置に試料材料が存在するか、試料材料が存在しないかを単に検出することができるだけでなく、異なる画素位置で異なる輝度レベルを検出することによって、検出器は、試料の材料の変化量（例えば、どの程度不透明であるか、散乱の程度）も検出することができる。さらに、画素アレイにわたる輝度変動を検出することによって、検出器は、画素が試料材料によって完全に覆われているか、あるいは全く覆われていないかではなく、画素が試料材料によって部分的にのみ覆われているかどうかも検出することができる。
【００９０】
図９および図１０は、図３に示す画素アレイの代わりに、図１の装置において採用され得る画素アレイ（６）のための代替配置を概略的に示す。
【００９１】
この配置では、画素アレイは、介在分離（ｈ）を横切って平行平面位置で互いに離間した平行な線形導電線（４１、４３）の２つの重なり合う平面アレイによって形成される。２つのアレイのいずれか一方の導電線は、一端において、それぞれの共通の接地端子（４０、４２）で終端し、個々のアドレス指定端子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ；１、２、３、４）が他のアドレス指定端子から電気的に絶縁されている他端において、終端する。２つの平面アレイの（平行な）平面に垂直な線に沿って見たときに、２つの平面アレイの一方にある導電線（４１）がその２つの平面アレイの他方にある導電線（４３）と交差する概念的な画素が規定される。
【００９２】
アドレス指定端子に電位を印加することによって、問題の導電線のアレイのアドレス指定端子と共通接地端子との間に電位差が生じ、そのアドレス指定端子を有する導電線を介して電流が流れることが可能になる。この電流の存在によって導電線が加熱され、図２を参照して説明したように、入射光放射（１３）によって、その導電線に沿って生成された表面プラズモンが非共鳴になる（または初期状態に応じて共鳴になる）。これによって、導電線は「オフ」状態になる。処理ユニット（４）は、全てのアドレス指定されていない導電線に電位を印加して、それらをこの「オフ」状態に維持し、選択された導電線をアドレス指定して、電位を除去することによって、それを「オン」状態に切り換え、それによって、電流の流れを防止し、導電線上の表面プラズモンがそれらの上の入射光放射（３０）と共鳴することを可能にするために、導電線を冷却できるように構成される。共鳴すると、それによって、突出するエバネッセント電磁場を生成する。これは、画素アレイ上に配置された試料（アイテム７、図１０）のこともあり、光学検出器（１２）による収集のために、それによって光放射を散乱させる。
【００９３】
試料（７）の位置は、以下のように処理ユニット（４）によって決定することができる。導電線（４１、４３）のそれぞれは、それらの導電線のそれぞれのアドレス指定端子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ；１、２、３、４）に印加される電位を連続的に除去することによって、個別に、独立して、線ごとにアドレス指定され、導電線を「オン」状態に切り換える。図１０のこの概略的な例では、この動作の結果として、導電線（４３）の下側アレイの導電線（２）が「オン」状態にアドレス指定／切り換えられたときに、導電線（４１）の上側アレイの導電線（Ｃ）が「オン」状態にアドレス指定／切り換えられたとき、散乱光が光学検出器ユニット（１２）によって検出されることになる。それにより、処理ユニット（４）は、試料が画素アレイ（６）の座標系内の座標位置（２，Ｃ）に存在しなければならないことを推定することができる。システムはまた、試料が存在するアドレス指定された画素のそれぞれにおいて、試料がどの程度不透明であるか、および画素がどの程度カバーされているかを検出することができる。複数の異なるフルオロフォアも、試料を標識する際に使用される場合、この方法は、例えば、細胞のどの部分／どの細胞器官が、アドレス指定された画素の上に／隣接して位置するかも区別することができる。
【００９４】
図１１は、本発明の代替実施形態による撮像装置を概略的に示し、この代替実施形態において、表面プラズモン（ＳＰ）は、アレイの一端／側面にそのエッジで結合された光によって、撮像装置内で電子的にアドレス指定可能な画素のアレイの中で励起される。特に、図１の実施形態で採用された光子とＳＰ運動量を整合させる機構の代わりに、「エンドファイア」結合配置を採用する。むしろ、この実施形態では、光源（１５）からの入射光子の空間電磁界プロファイルを、ＳＰの空間電磁界プロファイルに整合する。光学システム（５１）は、光源（１５）から光（１３）を受け取り、誘電体基板（例えば、光学的に透明／透過性の基板）の上面に配置された画素アレイ（６）の端面に焦点を合わせるように配置され、画素アレイのＳＰの場と適切に重なるようになる。好ましくは、集束入射光放射（５２）は、ＴＭ偏波光ビームである。そのような偏波光は、画素アレイの表面上のＳＰに、より効率的に結合する。さらに、任意に、光源からの入射放射線（５２）の直接散乱（レイリー散乱）から生じる光放射をブロックするように配向された光学検出器ユニット（１２）の前に、直線偏光フィルタ（分析器）素子（５４）を配置してもよい。このようなレイリー散乱光は、高度に偏光され、光学検出器ユニット（１２）への入射光から除去することができるが、ＳＰと試料（７）との相互作用によって生成される光（１０）は、同様に偏光されず、直線偏光フィルタ（５４）を透過することができる。さらに、そのような偏光フィルタは、画像コントラストを高めるために、本明細書に記載される任意の実施形態において使用されてもよい。これは、位置角度（すなわち、フィルタの偏光軸）を調整することで、撮像された試料によって、表面プラズモンのエバネッセント場から散乱した光の偏光が好ましいものとなるようにして、達成することができる。光学システム（５１）は、１つまたは複数のレンズによるシステムであってもよく、および／または（例えば、基板５０の端面に外部結合された）光ファイバの端部を含んでもよい。
【００９５】
図１２は、本発明の代替実施形態による撮像装置を概略的に示し、この代替実施形態において、表面プラズモン（ＳＰ）は、アレイの下側を介してアレイの一端／側面に結合された光によって、撮像装置内で電子的にアドレス指定可能な画素のアレイの中で励起される。この配置では、光は「段差漏れ（Ｓｔｅｐ−Ｇａｐ  Ｌｅａｋａｇｅ）」機構を介してＳＰと結合される。段差構造（６０、６１、６２）は、誘電体基板（５０）内に形成され、その上に画素アレイ（６）が配置される。段差構造は、屈折率が１．０より大きい誘電体支持層（６１）と、光学的に厚い頂部金属層（例えばＡｇ）と、金属画素アレイ層（６）を備え、この２つは、光学的に薄い金属膜（６２）によって接続され、段差を形成する。光源（１５）は、構造の底面から光を向けるように配置され、光子をその中に注入するる。光学的に厚い頂部金属層（６０）および画素アレイ金属層（６）は、デバイスを介して光子が直接的に伝送するのを妨げ、唯一の経路が段差を通るようにする。誘電体側からの光子が段差を通って漏れ出ると、それらの光子は画素アレイ層の頂面に沿ってＳＰを励起して、結合するための運動量を獲得する。したがって、段差漏れスキームは、入力光源（１５）のコリメーションに対する最小限の要求を有する。それは、外部結合されたＳＰから入力光子を分離し、光学検出器ユニット（１２）における信号対雑音比を最適化する。
【００９６】
好ましくは、アレイは、アレイを横切って間隔を置いて配置された複数の別個のそのような段差漏れ構造（図示せず）を含んでもよい。各段差漏れ構造は、光源（光源１５、または別個の光源など）から光を受け取り、上述のように表面プラズモンを生成するために光子をアレイに注入する役割を果たす。
【００９７】
図１３は、本発明の実施形態のさらなる任意の実装を示す。ここで、表面プラズモンを励起するための励起光は、試料によってプラズモンから散乱された光を収集するために使用されるのと同じ光学システムを通って導かれる。特に、光源（１５）からの光（７０）は、４５°のダイクロイックミラー（７１）（注：半透鏡は代替手段である）、その光を対物レンズ（３）に反射し、次に、その光を画素アレイ（６）に導いてプラズモンを励起する。プラズモン励起プロセスは、上述の「格子」および／または「粗面」励起レジームに従う。ダイクロイックミラーは、一般に励起光波長とは異なる波長を有する表面プラズモンから散乱された光（１１）を透過するように配置されている。これにより、散乱光は、対物レンズおよびダイクロイックミラーを介して光学検出器ユニット（１２）に到達することができる。光源（１５）から発生し、試料または画素アレイによって対物レンズおよびダイクロイックミラーに向かって散乱された後方散乱光（７０）は、プラズモン発生光（１１）とともに、ダイクロイックミラーによって検出器に到達するのを防ぐ。フィルタ（５４）は、ダイクロイックミラーと光学検出器ユニット（１２）との間の光路に任意に配置され、プラズモンに起因する散乱光の偏光に共鳴するように配置された偏光フィルタであってもよいし、あるいは励起光（７０）の波長を遮断するように配置されたカラーフィルタであってもよい。
【００９８】
「ダイクロイックミラー」は、薄膜干渉の原理に基づいて動作し（当分野でよく知られているように）、励起源の波長に対して高い反射率を有し、画素アレイ上の表面プラズモンからの後方散乱光に対して高い透過率（例えば、約９０％の透過率）を有する。その場合、特に、情報保持光が励起波長と比較して赤方偏移されるので、蛍光顕微鏡法に役立つ。その結果、長光路ダイクロイックミラー（ダイクロイックビームスプリッタとも呼ばれる）を使用することができる。しかしながら、他の分光技術（例えば、ラマン反ストークス）は、適宜、短光路ダイクロイックミラーを必要とする場合がある。
【００９９】
偏光フィルタ（５４）を任意に使用すると、光波長の代わりに、光偏光を使用して識別を行うことができる。あるいは、または加えて、ビームスプリッタ／ミラーは、特定の直線偏光の光を画素アレイおよび試料上に反射するように配置されるように複屈折性であってもよい。反射して偏光された光は、試料に到達する前に、例えば、ビームスプリッタ／ミラーの直下に位置するであろう四分の一波長板（図示せず）を通過することができ、その光の直線偏光が円偏光状態に変化する。四分の一波長板に向かって戻る試料からの散乱光は、四分の一波長板を再び通過し、円偏光状態から再び直線偏光状態に変化する。しかしながら、このようにして生成された直線偏光状態の向きは、複屈折ダイクロイックミラーから最初に反射された光の当初の直線偏光状態と直交する。この最終的な直線偏光の状態／向きは、複屈折ミラーによって反射されず、代わりに、その複屈折ミラーによって透過される。この技術は、有用な波長範囲に制限されることなく、励起光を検出光から識別することを可能にし、弾性散乱にも使用することができる。
【０１００】
上記の実施形態のいずれにおいても、任意選択で、透明な誘電体カバー層を保護層として画素アレイの頂部を覆って配置してもよい。いくつかの実施形態では、この結果、導波路として集合的に機能する２つの誘電体層の間に、画素層が挟まれる場合がある。
【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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【国際調査報告】
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