(57)【要約】全反射分光法のための光学的装置は、内部反射面（１６）を有する透明体（１５）と、放射が反射面（１６）で内部反射され、角度範囲にわたる放射の入射角を経時的に連続的に走査するような透明体へのビーム（単数または複数）を検出するための走査装置（１３，１４）と、透明体を出る電磁放射を検出するための少なくとも一つの検出器と、角度走査の間の平面の照射された領域での照射量の変化または反射されたビーム（単数または複数）の変化などの効果を相殺することとを含む。光学的厚さおよび／または屈折率に関する変化に対する表面出の薄膜構造を検査するための光学的装置および全反射分光法のための方法とがまた開示される。【選択図】図２
2004527741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射電磁放射（１９；３７）のための第一の入り口表面（１８；３８）、透明体を通過して該第一の表面から伝送された放射を反射するための第二の平面内部反射表面（１６；３６）、および、該第二の表面で反射された電磁放射が第三の出口表面（２１；４０）を介して該透明体を出る該透明体（１５；３５）と、
少なくとも一つの電磁放射源（１０；３０）と、
該少なくとも一つの電磁放射源から平行にされた電磁放射（１９；３７）の少なくとも一つのビームに出射される放射を平行にするための平行にする手段（１１；３１）と、
該平行にする手段（１１；３１）と該透明体（１５；３５）との間に配置され、放射が該第二の表面（１６；３６）で内部反射されるように少なくとも該平行にされた電磁放射（１９；３７）の一部を該透明体に指向するために、および、角度領域にわたって該第二表面で放射の入射角を経時的にまたは連続して走査する光学的走査手段（１３，１４；３３，３４）であって該照射された領域（単数または複数）は、少なくとも実質的に固定された中心位置を有する、光学的走査手段と、
該透明体（１５；３５）から出る電磁放射を指向するための少なくとも一つの検出器（Ｄ）と
を含む全反射分光法のための光学的装置であって、
該装置は、
（ｉ）該透明体（１５；３５）の該第二の平面表面上に平行にされた電磁放射（１９；３７）入射の少なくとも一つのビームと（ｉｉ）透明体（１５；３５）の第二の平面表面から反射される平行にされた電磁放射の少なくとも一つのビームとの少なくとも一つの断面強度を変化するための機器（１３，１４，１７，１８；３３，３４，３８）とをさらに含み、角度走査の間の第二の表面（１６；３６）での入射角の依存において、これにより、角度走査の間に照射される領域（単数または複数）の入射の平面において変化する長さ伸長変化による該第二の平面表面の固定された中心位置の照射される領域（単数または複数）での照射量の変化、または、該反射したビーム（単数または複数）のこのような変化の影響が打ち消しあうことを特徴とする全反射分光法のための光学的装置。
【請求項２】
前記透明体（１５；３５）の前記第二の平面表面に入射する平行にされた電磁放射（１９；３７）の前記少なくとも一つのビームの前記断面強度が変化することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
平行にされた電磁放射（１９；３７）の前記ビームの前記断面強度を変化するための前記手段は、前記角度走査の間の前記入射角の依存における前記透明体（１５；３５）の前記第二の平面表面（１６；３６）の入射面に平行にされた電磁放射（１９；３７）の前記少なくとも一つのビームの前記断面領域の長さを変化するための手段を含むことを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記透明体の前記第一の表面（１８；３８）は平面であって、平行にされた電磁放射の少なくとも一つのビームの断面領域の長さを変化するための前記手段は、該第一の表面への入射角が、前記第二の内部反射表面（１６；３６）に対する入射角が増加するにつれて、連続して減少されるように該第一の表面上への斜方入射角におけるビーム（単数または複数）（１９；３７）を指向するための手段を備えることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
光学的走査手段により提供される前記角度走査振幅は、走査の中心角の周りに対称であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項６】
平面な側面のウェッジ形の体（１７）は、前記光学的走査手段と前記透明体との間に配置され、該透明体に関して固定されていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ウェッジ形の体が、平面側面プリズム（１７）であることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記走査手段は、第一および第二の振動ミラー（１３，１４；３３，３４）を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項９】
前記第一の振動ミラーの前記走査角度振幅と前記第二の振動ミラーの該走査角度振幅との比がおよそ１から１０であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記走査手段が第一および第二の回転ミラーであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１１】
前記第一の回転ミラーの前記走査角度振幅と前記第二の回転ミラーの該走査角度振幅との比がおよそ１から１０であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
光学的走査手段により提供される前記角度走査振幅は、走査の中心角の周りに非対称であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１３】
前記走査手段は第一および第二の振動ミラー（１３，１４；３３，３４）を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第一の振動ミラーの前記走査角度振幅と前記第二の振動ミラーの該走査角度振幅との比がおよそ１から１０であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記走査手段は、第一および第二の回転ミラーを備えることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記第一の回転ミラーの前記走査角度振幅と前記第二の回転ミラーの該走査角度振幅との比がおよそ１から１０であることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記走査手段は、第一および第二の振動ミラー（１３，１４）と、前記角度走査振幅の該走査の中心角の周りに対称である角度走査振幅であって、走査の中心角は、前記平行にされたビーム（１９）の入射範囲の動作角の中心に対応し、および、平面側面楔形体であって好ましくはプリズム（１７）は、光学走査機器（１３，１４）と透明体（１５）との間に配置され、透明体に関しては固定されることを特徴とする
請求項１から４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１８】
透明体に入射する平行にされた電磁放射または透明体の前記第二の平面表面から反射された前記少なくとも一つのビームの断面強度を変化するための前記手段は、入射または反射されるビームの放射出力を変化するための手段を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項１９】
前記ビームの前記放射出力は、該ビームが前記走査機器によって反射される前に変化されることを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
平行にされた電磁放射の前記少なくとも一つのビームの前記放射出力を変化するための前記手段は、前記少なくとも一つの電磁放射源の前記駆動電流または電圧を規定するための手段を備えることを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの電磁放射源の前記駆動電流または電圧を規定するための手段は、検出器に少なくとも一つのビームの検出された強度に対する制御信号比を含むことを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
平行にされた電磁放射の前記少なくとも一つのビームの前記出力を変化するための前記手段は、電気機械的ビーム出力減衰器を含むことを特徴とする、請求項１８または１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記電気機械的ビーム出力減衰器は、共同直線偏光子および可変密度フィルタから選択されることを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記装置は、前記ビームの前記電磁放射出力を変化するための前記手段に加えて、角度走査の間に、前記入射角に依存する前記透明体の前記第二の平面表面での入射面で平行にされた電磁放射の少なくとも一つのビームの前記断面領域の長さを変化するための手段を含むことを特徴とする、請求項１８から２３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項２５】
平行にされた電磁放射の少なくとも一つのビームの断面領域の長さを変化するための前記手段は、請求項４から１８のいずれか一つにおいて定義されることを特徴とする、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
平行にされた電磁放射の前記ビームの前記断面強度を変化するための手段は、前記透明体の前記第二の平面表面での入射面に平行にされた電磁放射の前記少なくとも一つのビームの該断面領域を変化するため、および、角度走査の第二の範囲のための手段と、好ましくは、前記ビームが前記走査機器によって反射される前に平行にされた電磁放射の少なくとも一つのビームの前記放射出力を変化するための手段を含むことを特徴とする、請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記透明体は平面側面プリズム（１５；３５）であることを特徴とする、請求項１から２６のいずれか一つに記載の装置。
【請求項２８】
前記検出器（単数または複数）（Ｄ）は、前記第二の表面（１６；３６）で全反射された電磁放射を検出するために配置され、前記透明体（１５；３５）の前記第三の表面（２１；４０）から出ることを特徴とする、減衰された全反射（ＡＴＲ）分光法のための、請求項１から２７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項２９】
前記検出器（単数または複数）は、前記透明体の前記第二の表面と接触する物質（単数または複数）の蛍光または燐光を促すエバネッセント波から生じる電磁放射を検出するために配置することを特徴とする、請求項１から２７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項３０】
前記検出器（単数または複数）は、前記透明体の前記第二の表面に散乱することによって生じる電磁放射を検出するために配置されることを特徴とする、請求項１から２７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項３１】
前記検出器（単数または複数）は、前記第二の表面で全反射される電磁放射、光または燐光を促されるエバネッセント波によって生じる電磁放射、および、透明体の前記第二の表面で散乱することから出る電磁放射の少なくとも二つを検出するために配置されることを特徴とする請求項１から２７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項３２】
光学的厚さに関して、差に対する表面の薄膜構造を検査するための光学装置であって、
特にサンプルとの密着の結果として、光学的厚さを変化する薄膜構造の表示し得る複数のゾーンで少なくとも一つのセンサ表面（１６；３６）を有するセンサユニットと、
少なくとも一つの電磁放射源（１０；３０）と、
電磁放射（１９；３７）の少なくとも一つの平行にされたビームに対して電磁放射の少なくとも一つの源から照射された平行な放射に対するコリメート手段（１１；３１）と、
そのセンサ表面領域（単数または複数）を照射するための該センサユニットに対する該電磁放射の少なくとも一部に結合するための光学的手段と、
第一の検出手段（Ｄ）と、
該照射された領域（単数または複数）の該異なる部分からそれぞれ反射されまたは、起こる該放射の該強度を検出するために（ｉ）照射されたセンサ表面領域（単数または複数）から初めに反射された放射と、（ｉｉ）シミュレートされた蛍光または燐光のエバネッセント波を通って該センサ表面上のサンプルから起こる放射と、（ｉｉｉ）該センサ表面でサンプルから散乱することから起こる放射と、の少なくとも一つで該第一の検出手段上に映像を映すための手段と、
入射角の領域にわたる該少なくとも一つのセンサ表面（１６；３６）の光学的に結合する手段および該照射された領域（単数または複数）にて該入射した放射を経時的にまたは連続的に走査するための手段（１３，１４；３３，３４）であって、該照射された領域（単数または複数）は、少なくとも実質的に固定された中心位置を有し、
少なくとも一つのセンサ表面（１６；３６）に衝突する電磁放射のそれぞれの入射角を決定するための手段、および、
該第一の検出手段に映された放射の検出された強度と該センサ表面（単数または複数）で反射する該放射の入射角との間の関係から決定するための評価手段であって、それぞれのセンサ表面ゾーンの該光学的厚さは、該少なくとも一つのセンサ表面の該光学的厚さの映像を生成し、
該手段が、
角度走査の間にセンサ表面（単数または複数）での該入射角の依存性において、（ｉ）該センサユニットの該少なくとも一つのセンサ表面領域（１６；３６）に入射する平行にされた電磁放射（１９；３７）の該少なくとも一つのビームと、（ｉｉ）少なくとも一つのセンサ表面領域（１６；３６）から反射された平行にされた電磁放射（１９；３７）の該少なくとも一つのビームとの少なくとも一つの断面強度を変化するための手段（１３，１４，１７，１８；３３，３４，３８）であって、これにより、角度走査の間の該照射された領域（単数または複数）の入射平面における長さ延長を変化することによる該センサ表面（単数または複数）の固定された中心位置の該照射された領域（単数または複数）における照射量の変化または該反射されたビーム（単数または複数）のこのような変化の効果は影響を弱められる
ことを特徴とする光学的装置。
【請求項３３】
前記装置は、少なくとも一つのセンサ表面（１６；３６）上に入射する平行にされた電磁放射（１９；３７）の前記少なくとも一つのビームの断面強度を変化するための手段を備えることを特徴とする、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
平行にされた電磁放射の前記少なくとも一つのビーム前記断面強度を変化するための前記手段が、前記角度走査の間に、前記入射角に依存する前記少なくとも一つのセンサ表面での入射面において平行にされた電磁放射（１９；３７）の前記少なくとも一つのビームの前記断面領域の長さを変化するための手段を備えることを特徴とする、請求項３２または３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記センサ表面（単数または複数）に入射する、または、から反射される平行にされた電磁放射の少なくとも一つのビームの前記断面強度を変化するための前記手段は、前記ビームの放射されたパワーを変化するための手段を備えることを特徴とする、請求項３２または３３に記載の装置。
【請求項３６】
前記走査手段によって前記ビームが反射される前に、該ビームの放射パワーが変化されることを特徴とする、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
平行にされた電磁放射の前記少なくとも一つのビームの前記パワーを変化するための手段は、電磁放射の前記少なくとも一つの源の駆動電流または電圧を規定するための手段を備えることを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
電磁放射の前記少なくとも一つの源の前記駆動電流または電圧を規定するための前記装置は、前記センサ表面領域（単数または複数）または、随意的にセンサ機能のないセンサ表面領域（単数または複数）で反射された前記少なくとも一つのビームの少なくとも一部にあらわにされた検出器から導出された制御信号を含むことを特徴とする、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記装置は、第二の検出器手段に前記結合する手段およびセンサ機能のないセンサ表面の少なくとも一つで反射される電磁放射の一部をフォーカスするための手段を備え、フォーカスされた放射のそれぞれの位置は、少なくとも一つのセンサ表面に入射する放射の特定の角度および／または波長に関連することを特徴とする請求項３２から３８のいずれか一つに記載の装置。
【請求項４０】
前記センサ表面（単数または複数）が、表面プラズモン共振を支持する金属の層を含むことを特徴とする、請求項３２から３９のいずれか一つに記載の装置。
【請求項４１】
前記第一の検出器手段（Ｄ）が、照射されたセンサ表面の領域（単数または複数）から最初に反射された放射を検出することを特徴とする、請求項３２から４０のいずれか一つに記載の装置。
【請求項４２】
前記第一の検出器手段が、シミュレートされた偏光、特にＳＰＲ励起偏光のエバネッセント波から発生する放射を検出するためことを特徴とする、請求項３２から４０のいずれか一つに記載の装置。
【請求項４３】
前記装置は、シミュレートされた偏光、特にＳＰＲ励起偏光のエバネッセント波から発生する放射を検出するために配置された第三の検出器手段をさらに備えることを特徴とする、請求項４１に記載の装置。
【請求項４４】
前記装置は、シミュレートされた燐光、特にＳＰＲ励起燐光のエバネッセント波から発生する放射を検出するために配置された第三の検出器手段をさらに備えることを特徴とする、請求項４１に記載の装置。
【請求項４５】
前記装置は、シミュレートされた燐光、特にＳＰＲ散乱のエバネッセント波から発生する放射を検出するために配置された第三の検出器手段をさらに備えることを特徴とする、請求項４１に記載の装置。
【請求項４６】
分光法に基づく全反射（ＴＩＲ）を実行する方法であって、
該方法は、
電磁放射（１９；３７）の少なくとも一つの平行にされたビームで透明体（１５；３５）の平面表面（１６；３６）の少なくとも一つの領域を照射する工程と、
（ｉ）該照射された領域（単数または複数）から最初に反射された放射と、（ｉｉ）エバネッセント波シミュレーションによって生じる照射された領域（単数または複数）からの偏光または燐光放射と、（ｉｉｉ）照射された領域（単数または複数）での散乱をシミュレートされたエバネッセント波から発生する放射と、の少なくとも一つをそれぞれの二つの次元の検出器アレイ（Ｄ）に映す工程と、
角度範囲にわたり前記入射角を経時的にまたは連続的に走査する工程であって、該照射された領域（単数および複数）は、角度走査の間に少なくとも実質的に固定された中心位置を有し、
該透明体の該表面で反射された該放射の少なくとも複数の入射角を測定する工程であって、該検出器アレイの異なる部分に映された該放射の該強度と、
検出された放射強度から、該透明体表面での該異なる入射角、少なくとも一つの光学的厚さ像（ｉｍａｇｅ）、屈折率像、該表面の表面集光像、および、時間に対するこのような像の変化を決定する工程とを含む工程であって、
該角度走査の間照射された領域（単数または複数）の入射平面における長さ延長の変化により、表面の固定された中心位置の照射された領域（単数または複数）における照射量の変化を低減するために該角度走査の間の該表面での入射角の依存において、（ｉ）透明体（１５；３５）の該平面表面（１６；３６）での平行にされた電磁放射（１９；３７）入射の該少なくとも一つのビームと、（ｉｉ）該透明体の該平面表面（１６；３６）から反射された平行にされた電磁放射（１９；３７）の該少なくとも一つのビーム、との少なくとも一つの前記断面強度を連続的に変化する工程により特徴付けられる、方法。
【請求項４７】
前記透明体（１５；３５）の前記平面表面（１６；３６）に対する平行にされた電磁放射（１９；３７）の少なくとも一つのビームの前記断面強度を変化することによって特徴付けられる、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記方法は、前記角度走査の間に前記入射角に依存する少なくとも一つの感知表面での入射面において前記少なくとも一つの平行にされた電磁放射（１９；３７）の前記断面領域の長さを変化する工程を含むことを特徴とする、請求項４６または４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記方法は、前記平面表面に入射または反射する前記少なくとも一つの平行にされた電磁放射のビームの前記パワーを変化する工程を含むことを特徴とする、請求項４６または４７に記載の装置。
【請求項５０】
前記少なくとも一つのビームのパワーは、前記ビームを走査する以前に変化されることを特徴とする、請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記照射された領域（単数または複数）から最初に反射された放射は、前記検出器アレイ上に映されることを特徴とする、ＡＴＲ分光器を実行するための請求項４６から５０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５２】
前記方法は、少なくとも二つの異なる波長で実行されることを特徴とする請求項４６から５１のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全反射（ＴＩＲ）分光法における改良に関し、より詳細には、改良された角度走査によるＴＩＲベースの分光画像、特に全反射減衰（ＡＴＲ）画像分光法および顕微鏡法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内面反射分光法（ＩＲＳ）としても知られる全反射減衰（ＡＴＲ）分光法は、低屈折率媒体と接触している高屈折率媒体で全反射（ＴＩＲ）する放射伝達波が、低屈折率媒体でエバネッセント場を生じるという、２世紀も前のニュートンによる観察に由来する。しかしながら、この現象は、吸収スペクトルを生成するために利用されることが１９６０年までわからなかった。そのときから、複数のＡＴＲベースの用途が、それらの多くがバイオセンサー場で、発達した。ＡＴＲに基づくバイオセンサーにおいて、エバネッセント場は、固体／液体界面にてサンプルを含む媒質の薄膜（およそ一波長の侵入深さ）を精査し、結果として、薄膜の屈折率の虚部に比例して反射された放射の測定可能な減衰を生じる（すなわち、吸収分光法）。
【０００３】
周知のように、ＡＴＲ分光法におけるスペクトルは、反射率対波長の曲線またはスペクトルからなり、ここで、入射の角度は、エバネッセント波侵入深さ（例えば、Ｈａｒｒｉｃｋ，Ｎ．Ｊ．の１９６７年、ニューヨーク、Ｈａｒｒｉｃｋ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ＣｏｒｐのＩｎｒｅｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、および、Ｍｉｒａｂｅｌｌａ，Ｆ．Ｍ．ｊｒ．の１９８５年、ニューヨークＨａｒｒｉｃｋ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｒｐ．のＲｅｖｉｅｗ  ａｎｄ  Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔを参照）を変化するために精査され得る。エバネッセント電場強度増強金属膜または金属微粒子を用いて、または、それを用いることのないＡＴＲセンサ表面における光子吸光度は、全反射（ＴＩＲ）曲線において、多かれ少なかれ鋭く深い最小値、すなわちディップとして示され、そして、深さ（吸収ピーク）は、示されたサンプルの量の尺度であり、波長は、分子の種類を識別するために使用される。
【０００４】
以下で、ＳＰＲ分光器として参照される種々のＡＴＲ分光器は、金属膜の電気場強化層、または、固体／液体表面での固体媒質に適用されるあるいは、金属島微粒子における表面プラズモン共振に基づいている。光子吸収度ピークの最小値または中心に対応する角度（すなわち波長）または反射率傾斜および／または角度の変化は、示されたサンプルの量の尺度である。より特別には、ＳＰＲ角度および／またはＳＰＲ波長における変化は、屈折率（ｎ）の実数部における変化および／または、固体／液体インターフェースでのサンプル相互作用層（単数または複数の）の厚さ（ｄ）における変化である。サンプルはまた、光子吸収度を可能にする場合、光子吸収度は、ＳＰＲ−ＡＰＲ曲線の形状（反射率最小値および傾斜幅）における変化を介して測定され得る。
【０００５】
サンプルの表面集中は、表面集中と構造的および経験的なパラメータｎ，ｄまたは計算されたサンプル溶質の屈折率増加との間の周知の関係の使用によるＳＰＲ角度および／またはＳＰＲ波長におけるシフトから計算され得る（Ｄｅ  Ｆｅｉｊｔｅｒ．らのＢｉｏｐｏｌｙｍｅｒ１７（１９７８）、１７５９；Ｓａｌａｍａｎ，Ｚ．らのＢｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ３３（１９９４），１３７０６）。
【０００６】
例えば、ＰおよびＳの両方の偏光を使用した、いくつかのＳＰＲ分光学光学構成において、光子吸収度は、反射率曲線において傾斜とピークが変換され、角度（または波長）位置で、ピーク位置がシフトする。というのは、このピークは、示されたサンプルの量の定量的な尺度または量における変化として使用されるからである。
【０００７】
ＳＰＲベースのセンサは、研究および開発における使用のために商業的に利用可能である。例えば、スウェーデン、Ｕｐｐｓａｌａ、ＢｉａｃｏｒｅＡＢからのＢＩＡＣＯＲＥ（Ｒ）器具ラインである。これらの器具は、サンプル流体および他のセンサチップを覆う他の流体を通過する（ｐａｓｓｉｎｇ）ために、薄い金膜および内蔵された流体カートリッジを覆うセンサガラスチップを使用する。扇型の光線は、プリズムを介してセンサチップと連結される。入射光の角度の範囲が金膜／流体表面にプラズモンエバネッセント場を作るガラス／金膜表面上の線に沿って最初に反射され、照射された線に沿ったセンサスポットの列に対する範囲の角に対する反射された光強度分布は、光検出器アレイによって検出される。ＳＰＲスペクトルの傾斜またはピーク（または、いくつかのケースにおける傾斜またはピーク）での角度（または、波長）の検出可能な変化の感度は、主にＴＩＲ曲線の背景光強度の定常性、ドリフトおよびノイズの程度によって限定される。しかしながら、光源からの入射角および放射分配（ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）の変化による実行において、ＴＩＲ曲線は、概して、少なくとも一つの最大値を有するガウス曲線であり、低および高角度限界でのガウス曲線は、それぞれ多かれ少なかれ傾斜である。もちろん特に、ＳＰＲ分光法の感度は、運動学（反射率の曲線、形状および／または位置の時間依存の測定）の場合、全反射率でのより高いより安定した光強度は、関心の角度または波長の範囲にわたっている。すなわち、「背景」ＴＩＲ曲線の低依存は、角度（または波長）上にある。
【０００８】
従って、ＳＰＲ分光法の感度は、ＴＩＲ曲線が、コンピュータソフトウェアアルゴリズムによってなどで正規化された場合、さらに増加され得る。これは通常、高く安定したＴＩＲ曲線データを必要とする。すなわち、低時間ノイズおよびドリフトおよび、ＴＩＲ曲線は、できる限りの低曲率および低傾斜であり、できる限り滑らかである。例えば、このようなＴＩＲ曲線の計算された正規化は、上述のＢＩＡＣＯＲＥ（Ｒ）機器において達成される。ここで、正規化手順は、使用される角度範囲に対してＴＩＲを与えるために十分高い反射率のサンプルを有するＴＩＲスペクトル上で実行される。現在のＢＩＡＣＯＲＥ（Ｒ）機器においてフォーカスされた光ビーム（スポットまたは線）および静電気（ｓｔａｔｉｃ）光学システムの使用により、ＴＩＲに対して照射されたセンサ表面は固定されている（静止している）。提供された照射量の安定性は、それゆえ、光源におけるノイズおよびドリフトによってのみ制限される。
【０００９】
従来のＡＴＲ分光法は、固定された少スポットまたは薄い線におけるサンプルの表面特性を測定する。表面領域にわたる入射光ビームの空間的走査は、走査エリアにわたりスペクトル特性分配のイメージを生成する。この技術は、通常、ＡＴＲ顕微鏡法と言われる。従って、例えば、表面プラズマ顕微鏡法（ＳＰＭ）に対する種々の改変は、反射率の訓間分配の検出のために提案された。時間と共にセンサ表面領域を横切る収束された線または光を空間的に走査するというよりも、疑問（ｑｕｅｓｔｉｏｎ）における全ての表面領域を短い時間照射し描くこと、および、時間と共に入射光角度またははちょうを走査することはまた、示された。ＡＴＲ顕微鏡法に基づくバイオセンサは、例えば、同時に多くのサンプルスポット分析または配列するために使用され得る。
【００１０】
全ての表面領域を照射する厳密に視準（平行）ビームの発生の角度をスキャニングすることに基づく最後に言及された（ｌａｓｔ−ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ）タイプのＡＴＲセンサ装置の例は、ＷＯ９８／３４０９８において開示される。（全ての開示が、本明細書で参照として援用される。）本システムの代表的な図は、本明細書の図１において与えられる。ここで光源ＬＳは、平行な光ビームを生成するためにコリメータオプティクスＣＯに照射する。ビームは、単色ビームとして干渉フィルタを通過し、第二スキャニングミラーＳＭ２上に偏向させられるように第一平面スキャナミラーＳＭ１に当たる。ＳＭ２は、センサ表面ＳＳに光を結合するためにプリズムＰｒにビームを偏向し、ビームは、結合プリズムのセンサインターフェイス側面にて全て最初に反射される。その後、ビームのＰ偏光された成分は、ポラライザＰを通過する。ポラライザＰ上で、ビームは、その反射された光強度パターンからセンサ表面領域のフォト検出器アレイまたはマトリクスＤ上にリアルな像を生成するために球体に方向付けられる。
【００１１】
検出器アレイＤは、センサ領域のリアルな像が、アレイの直角部分Ｄ、フォト検出器アレイの平面に配置されるそのリアルな像平面を有する対象ＳＯ上に生成されるように配置される。検出器アレイＤの数１、２および３は、１’、２’および３’それぞれに示された線さ表面ＳＳ上に対応するサブゾーン（ｓｕｂｚｏｎｅ）のそれぞれの像を示す。
【００１２】
二つのスキャニングミラーＳＭ１およびＳＭ２は、プリズムＰｒのセンサ表面側面上の入射角度範囲内で角度的に走査され視準された入射ビームを生成するために、関連のある回転性または振動の動きを有する。入射口の角度の走査の間プリズムＰｒの入射口で視準された光の屈折によって起こり、センサ表面での不規則な照射（単位領域当たりの照射パワー）を与える照射された領域の「ビームワーキング（ｗｏｒｋｉｎｇ）」は、センサ表面ＳＳに入射視準された光ビームの断面の固定された中心を提供するために、スキャニングミラーＳＭ１およびＳＭ２（ミラーとプリズムの間の距離および角度およびミラーの走査された角度範囲を適合させるのと同様に）の動きを同調することによって避けられる。
【００１３】
上述のＡＴＲマイクロスコープの一般的なタイプにおいて、角度走査の間にセンサ表面を照射する視準された光ビームの瞬間の入射角度は、種々の機器よって決定され得る。ＷＯ９８／３４０９８は、第２の検出器のセンサ表面で反射される光ビームのいちぶを検出することによって瞬間的表示を決定することを目的とする。より特別に、対象物ＳＯは、検出器エリアの直線部分であるマイナー（ｍｉｎｏｒ）にフォーカスされるように反射され視準されたビームのマイナー部分を許可する（ｐｅｒｍｉｔ）ためにフォト検出器アレイの平面に位置されたその後焦点面を有するさらなる部分を備え、それにより、それぞれの反射角は検出器領域内で特有の直線検出器位置に対応する。
【００１４】
従って、ＡＴＲ顕微鏡において、照射された領域の固定された中心は、より安定した照射量、または、ビームワーキングの場合に比べセンサ表面にてビームの断面を越える光出力分布がＷＯ９８／３４０９８において示されるが、このＡＴＲ顕微鏡は別の欠点を有する。
【００１５】
従って、ＷＯ９８／３４０９８において、従来のＡＴＲ分光法におけるように、平行にされたビームの中心角は、直交性にＡＴＲプリズムの入り口表面に入射する。しかしながら、平行にされたビームの角度走査の間、プリズムの入り口表面での入射角は、斜方であり、一般的な角度範囲は１５度である。従って、除外されたビームワーキングでの照射されたＡＴＲセンサ領域（すなわち角度走査の間の修正された中心）に対してすら、ＡＴＲ表面を有する入射する（主に一定のビームが交差する領域の）平行にされたビームは、Ｌａｍｂｅｒｔ’ｓ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｌａｗに従って変化するので、光の強度または照射量の変化がある。従って、断面領域の長さは、修正された中心を有するが、長さは、その中心の周りで「振動する」すると言われている。
【００１６】
例えば、断面領域の長さがＬで表わされる場合、長さＬ＝ビーム直径／コサイン（入射角）であり、または、長方形ビーム断面の場合、Ｌ＝（ビーム断面長）／コサイン（入射角）である。このことは、たとえビームワーキングが除外されても、Ｌ（および照射された領域）が増加し、照射量が減少し、センサ領域でのより大きい入射角の原因になる。照射量は、以下の例示的なファクタ、入射角に対する走査６３度から７７度：２．０ｘ、入射角走査６２度から７２度：３．３７ｘ、および、入射角走査６４度から８４度：４．１９ｘ、による角度走査の間にコサイン（入射角）に比例する。
【００１７】
コサイン（入射角）でのこの単調連続減少光強度は、対応する勾配のあるＴＩＲデータ、対、角度曲線を作る。容易にわかるように、７７度での反射率は、６３度での反射率のおよそ５０％であり、８４度での反射率は、６３度での反射率のおよぼ２５％に過ぎない。
【００１８】
このような、入射角の増加にともなう光強度における実質的な減少は、上述のＴＩＲ曲線の正規化または少なくとも複雑な正規化方法およびソフトウェア無しではないような演算されたデータ処理によって容易には補われ得ない。従って、ＡＴＲベースの顕微鏡での角の走査の間の光強度を変化させる問題を解決する手順が必要である。
【００１９】
ＡＴＲ顕微鏡に関して、他の顕微鏡技術はまた、例えば、全反射蛍光性（ＴＩＲＦ）、全反射燐光性、および、散乱された全反射（ＳＴＩＲ）などの向上した金属膜または組織のエバネッセント場を有さないまたは有する全反射でのエバネッセント波現象に基づく。したがって、角走査の間の光強度の変化の上述された問題を解決することは、他と関連するＴＩＲ技術と同様に価値がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
（発明の要旨）
本発明は、ＡＴＲ−顕微鏡などの従来技術のＴＩＲベースの欠点を克服し、さらなる利点を提供する。つまり、入射角としての照射されたセンサ表面の縦に長い伸長が増加し、または、コンピューターのような長さ延長が相殺されるように、本発明は入射角での固定された中心位置のＴＩＲセンサ表面上への平行にされたビーム入射の強度を変化すること（すなわち、排除されたビームワーキング）のコンセプトに基づく。したがって、この方法において、角度走査中の固定された中心位置のＴＩＲセンサ表面における放射強度の変化は、排除され得、少なくともかなり減少する。
【００２１】
一つの局面において、したがって本発明は、全反射（ＴＩＲ）分光法のための光学的装置を提供し、
入射電磁放射のための第一の入り口表面、透明体を通過して該第一の表面から伝送された放射を反射するための第二の平面内部反射表面、および、該第二の表面で反射された電磁放射が該透明体を出る第三の出口表面を有する該透明体と、
少なくとも一つの電磁放射源と、
該少なくとも一つの電磁放射源少なくとも一つの平行にされた電磁放射のビームから出射される放射を平行にするための平行にする手段と、
該平行にする手段と該透明体の間に配置され、放射が該第二の表面で内部反射されるように該透明体に少なくとも該平行にされた電磁放射の部分を方向付けるために、および、経時的にまたは連続して角度範囲にわたる該第二表面で放射の入射角を走査する光学的走査機器であって該照射された領域（単数または複数）は、少なくとも実質的に固定された中心位置を有する、光学的走査装置と、
該透明体から出る電磁放射を方向付けるための少なくとも一つの検出器（Ｄ）とを含む。
【００２２】
装置は、（ｉ）該透明体の該第二の平面表面上に平行にされた電磁放射入射の少なくとも一つのビームと（ｉｉ）透明体の第二の平面表面から反射される平行にされた電磁放射の少なくとも一つのビームとの少なくとも一つの断面強度を変化するための機器と、角度走査の間の第二の表面での入射角の依存において、これにより、角度走査の間に照射される領域（単数または複数）の入射の平面において長さ延長変化による該第二の平面のこていされた中心位置の照射される領域（単数または複数）での照射量の変化、または、反射されるビーム（単数または複数）のこのような変化の効果は相殺されることをさらに含むことにおいて特徴付けられる。
【００２３】
本発明の上述の局面の一実施形態において、装置は、減衰全反射法（ＡＴＲ）分光法のために使用されるべきであり、検出器（単数または複数）は、第二の表面で最初に反射され、透明体の第三の表面から出る電磁放射の全てを検出するために配置される。
【００２４】
別の実施形態において、検出器（単数または複数）は、透明体の第二の反射表面と接する物質（複数）の偏光または燐光に促されるエバネッセント波から発生する電磁放射を検出するために配置される。
【００２５】
さらに、別の実施形態において、検出器（単数また複数）は、透明体の第二の表面で物質の散乱から発生する電磁放射を検出するために配置される。
【００２６】
さらなる別の実施形態において、検出器（単数または複数）は、第二の表面で最初に反射される全ての電磁放射、偏光または燐光に促されるエバネッセント波から発生する電磁放射、および、透明体の第二の表面で散乱することから発生する電磁放射の少なくとも二つを検出するために配置される。
【００２７】
上述の透明体の入り口および出口は、随意的に一つおよび同じ面である。
【００２８】
別の局面において、本発明は、光学的厚さ（および／または屈折率）に関して、差に対する表面の薄膜構造を検査するための光学装置であって、
特にサンプルとの密着の結果として、光学的厚さを変化する薄膜構造の表示し得る複数のゾーンで少なくとも一つのセンサ表面を有するセンサユニットと、
少なくとも一つの電磁放射源と、
電磁放射の少なくとも一つの平行にされたビームに対して電磁放射の少なくとも一つの源から照射された平行な放射に対するコリメート装置と、
そのセンサ表面領域（単数または複数）を照射するための該センサユニットに対する該電磁放射の少なくとも部分に結合するための光学的装置と、
第一の検出装置（Ｄ）と、
該照射された領域（単数または複数）の該異なる部分からそれぞれ反射されまたは、起こる該放射の該強度を検出するために（ｉ）照射されたセンサ表面領域（単数または複数）から初めに反射された放射と、（ｉｉ）シミュレートされた蛍光または燐光のエバネッセント波を通って該センサ表面上のサンプルから起こる放射と、（ｉｉｉ）該センサ表面でサンプルから散乱することから起こる放射と、の少なくとも一つで該第一の検出装置上に映像を映すための装置と、
入射角の領域にわたる該少なくとも一つのセンサ表面の光学的に結合する装置および該照射された領域（単数または複数）にて該入射した放射を経時的にまたは連続的に走査するための装置であって、該照射された領域（単数または複数）は、少なくとも実質的に固定された中心位置を有し、
少なくとも一つのセンサ表面に衝突する電磁放射のそれぞれの入射角を決定する装置、および、
該第一の検出装置に映された放射の検出された強度と該センサ表面（単数または複数）で反射する該放射の入射角との間の関係から決定するための評価装置であって、それぞれのセンサ表面ゾーンの該光学的厚さは、該少なくとも一つのセンサ表面の該光学的厚さの映像を生成する。
【００２９】
該装置が、角度走査の間にセンサ表面（単数または複数）での該入射角の依存性において、（ｉ）該センサユニットの該少なくとも一つのセンサ表面領域に入射する平行にされた電磁放射の該少なくとも一つのビームと、（ｉｉ）少なくとも一つのセンサ表面領域から反射された平行にされた電磁放射の該少なくとも一つのビームとの少なくとも一つの断面強度を変化するための装置であって、これにより、角度走査の間の該照射された領域（単数または複数）の入射平面における長さ延長を変化することによる該センサ表面（単数または複数）の固定された中心位置の該照射された領域（単数または複数）における照射量の変化または該反射されたビーム（単数または複数）のこのような変化の効果は影響を弱められることを特徴とする。
【００３０】
さらに別の局面において、本発明は分光法に基づく全反射（ＴＩＲ）を実行する方法を提供し、該方法は、
電磁放射の少なくとも一つの平行にされたビームで透明体の平面表面の少なくとも一つの領域を照射する工程と、
（ｉ）該照射された領域（単数または複数）から最初に反射された放射と、（ｉｉ）エバネッセント波シミュレーションによって生じる照射された領域（単数または複数）からの偏光または燐光放射と、（ｉｉｉ）照射された領域（単数または複数）での散乱をシミュレートされたエバネッセント波から発生する放射と、の少なくとも一つをそれぞれの二つの次元の検出器アレイ（Ｄ）に映す工程と、
角度範囲にわたり前記入射角を経時的にまたは連続的に走査する工程であって、該照射された領域（単数および複数）は、角度走査の間に少なくとも実質的に固定された中心位置を有し、
該透明体の該表面で反射された該放射の少なくとも複数の入射角を測定する工程であって、該検出器アレイの異なる部分に映された該放射の該強度と、
検出された放射強度から、該透明体表面での該異なる入射角、少なくとも一つの光学的厚さ像（ｉｍａｇｅ）、屈折率像、該表面の表面集光像、および、時間に対するこのような像の変化を決定する工程とを含む。
【００３１】
該角度走査の間照射された領域（単数または複数）の入射平面における長さ延長の変化により、表面の固定された中心位置の照射された領域（単数または複数）における照射量の変化を低減するために該角度走査の間の該表面での入射角の依存において、（ｉ）透明体の該平面表面での平行にされた電磁放射入射の該少なくとも一つのビームと、（ｉｉ）該透明体の該平面表面から反射された平行にされた電磁放射の該少なくとも一つのビーム、との少なくとも一つの前記断面強度を連続的に変化する工程により特徴付けられる。
【００３２】
一実施形態において、前記方法は、センサ表面での結合された事象（ｂｉｎｄｉｎｇ  ｅｖｅｎｔ）の力学的な研究のために使用される。
【００３３】
本発明の上述の方法の局面の特定の実施形態において、ＡＴＲ分光法が実行される。すなわち、照射された領域（単数または複数）から最初に反射される放射は、検出器アレイ上に映される。
【００３４】
本発明の上記の装置および方法の局面の好ましい実施形態において、角度走査の間に照射された領域（複数）の長さ延長を変化することにより透明体の表面の照射された領域（複数）での放射の強度の変化は、より特に、表面での入射角は増加する場合、ビーム断面領域は減少されるように、角度走査の間の入射角の依存の平行にされた電磁放射の入射ビーム（複数）の入射面での長さ延長を変化することによって相殺される。
【００３５】
さらに、本発明の装置および方法はそれぞれ、少なくとも二つの異なる波長の使用を認めるように配置される。
【００３６】
本発明の上述および他の局面は、添付の図面の参照および以下の詳細な説明で理解される。
（発明の詳細な説明）
上述のように、本発明は、ＡＴＲ顕微鏡などのＴＩＲベースの顕微鏡において、（ビームワーキングを有するまたは有さない）表面を平行にされた電磁放射で照射する際、および、角の範囲にわたる入射角を走査する際、ＡＴＲ−プリズムの内部反射表面などの内部反射表面での照射の変化の問題を解決することを導く。既に示したように、照射における変化は、入射角がビーム交差された内部反射表面で増加するようにビーム交差が増加に起因する。
【００３７】
本発明によると、この問題は、平面の角度走査の間内部反射表面における入射平行ビームの実質的に一定の放射強度を提供する入射角によって内部反射表面での照射強度の所望されない変化の影響を弱めるため、または、反射されたビームでのこのような変化の効果の影響を弱めるための機器を提供することによって解決される。このことは、このことは、以下のどれかによって達成され得る。（ｉ）一定の光パワーのビームのため、反射表面での入射角が増加する場合、内部反射表面での入射するビーム（または円ビームに対するビーム直径の断面）の断面面積を連続的に減少する。（ｉｉ）可変の光学パワーののビームに対してであり、反射表面での入射角が増加される場合、電磁放射の（入射または反射された）ビームの強度を連続的に増加する。（ｉｉｉ）（ｉ）および（ｉｉ）の変形の組み合わせを使用する。
【００３８】
例えば、検出器からの応答信号を修正することなどの、上述の（ｉ）および（ｉｉ）の一つ以上のアプローチとの付加的な組み合わせて、検査器応答に影響を与えるまたは検査器反応を修正することによって反射表面での照射のこのような所望されない変化の影響を減少することも、本発明の範囲内である。
【００３９】
この明細書および添付の請求項において使用される、いくつかの技術的項目および表現は、以下で定義され、または、上で言及されたＷＯ９８／３４０９８（この開示は、その全てが本明細書で参照として援用される）において定義される。他の場合には、技術用語および表現は、本発明に属する一般的な当業者に共通して理解されるような同じ意味を有する。
【００４０】
ここで使用される項目「電磁放射」は、の可視領域（およそ４００からおよそ７００ｎｍ）および赤外領域（およそ７５０ｎｍからおよそ２０μｍ）、すなわち、０．４μｍから２０μｍの波長領域における放射を意味する。簡単のために、以下の説明においては「光」として参照される。
【００４１】
例えば、「電磁放射のソース」は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード、または、ＬＥＤまたはレーザダイオードのアレイまたはバー（ｂａｒ）であり得る。簡単のために、以下では、「光源」として参照される。
【００４２】
「透明体」は、不可欠な要素（ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ）であり得、二つ（随意的にそれ以上）の互いに接触した光学光結合において別の要素からなり得る。内部反射表面を備える透明体は、透明ＡＴＲ体、または、単なるＡＴＲ体またはＡＴＲプリズムとして以下でしばしば参照され、簡単のためにまた、全反射の文脈においては、ＡＴＲに制限されない。
【００４３】
本明細書で使用される項目「光学的厚さ」は、その光学的厚さおよびその屈折率の両方の関数である材料のコンポジット光学的特性を定義する（複素屈折率
【００４４】
【数１】
2004527741.tif 000003
は、媒質の場合、ビーム屈折率に対応する実部（ｎ）および吸収に対応する虚部（ｋ）、または、ビーム減衰から成る。すなわち、
【００４５】
【数２】
2004527741.tif 000004
）。
【００４６】
本発明で得られ得る、光学的厚さの形態計測画像は、屈折率および／または物理的厚さにおける変化に反映され得る。
【００４７】
内部反射表面は、ＡＴＲなどの全反射によって導出されたエバネッセント波によって精査されるように物質の薄膜を維持し、センサ表面として以下でしばしば訳される。
【００４８】
周知のように、プリズムによるか、格子によるかのどちらかで、エバネッセント波の生成のためにセンサ表面に光を結合する二つの一般的な方法がある。また周知のように、プリズム結合において、センサ表面は、プリズムの表面またはガラスまたはプラスチック板などの、プリズム結合の場合、屈折率整合媒質を介するなどのプリズムと光学的光結合接触する分離したセンサ要素の表面であり得る。後者の場合において、「内部反射表面」は、この分離したセンサ要素の表面であり得る。格子結合の場合において、センサ表面は、例えば、反対の面に形成される格子を有するガラスまたはプラスチックプレートの一面でありまたは、格子の一部である、格子要素を有する不可欠部分であり得る。プリズムの場合のように、センサ要素はまた、格子要素との光学的接触における分離した要素でもまたあり得る。
【００４９】
センサ要素は、代わりに、例えば、ＷＯ９２／０５４２６（この全ての開示が本明細書で参照として援用される）で示されるような、マイクロプリズムを有するガラスまたはプラスチックプレートの一面または反対の面に形成されたフレネルレンズであるように、屈折または回折を介して光学的結合を提供する表面を有するインテグラルであり得る。
【００５０】
上述の（ｉ）の変形の参照とともに、ビーム断面の制御された変化は、ＡＴＲ体の入り口表面でのビームの「斜方入射」によって得られ得る。「斜方入射」が満たされることによって、角度走査は、一つの角度、および通常の入り口表面のおなじ側面を含む。この方法において、センサ表面にプリズムを通るビームの入射の面の直径は、角度走査の間に変化し、これにより、ビーム入射面の直径は、ＡＴＲ体の内部反射表面での最も小さい入射角に対して最も大きく、最も大きい入射角に対して最も小さい。これによって、照射された領域の引き下げられた変化を与え、入射角のセンサ表面上の照射された領域の長さの依存を引き下げる。
【００５１】
一方、従って、ＡＴＲ体への斜方入射は、センサ表面の照射された領域の照射量の少なくとも実質的に引き下げられた変化のために供給されるが、一方、このような斜方入射は、（上で定義されたような）ビームワーキングを引き起こす。
【００５２】
照射量の変化を最小化するために、斜方入射を使用して、対称性の走査ミラー角度増幅を有するスキャナミラーのために、ビームワーキングは、ＡＴＲ体に到達する前に透明体を形成されたウェッジの平行にされたビーム光路を有することによって避けられ得、これによって、固定された照射領域中心を得る。
【００５３】
上述のＷＯ９８／３４０９８において開示された従来技術システムにおいてのような、ＡＴＲ体の入り口表面でのビームの直交入射および対称性の走査ミラー増幅はまた、例えば、７０．０±６．０度の対象性の入射角範囲（すなわち、スキャナミラーの中心角に対応する中心入射角の周りの対象性の入射角の増幅）を提供する。しかしながら、ＡＴＲ体およびビームワーキングを除去するための楔形の透明体の入射表面でのビームの「斜法入射に基づく」光学的設計において、入射振幅は、対称ではなく、例えば、７０．０＋７．０度から７０．０−６．０度の範囲である。
【００５４】
代わりに、ＡＴＲ体上の斜方入射表面を最小化する照射変化による平行にされたビームのビームワーキングは、非対称の走査ミラー角度振幅を使用することによって除去され得、走査ミラー振幅の非対称性は、所望される修正され照射された領域中心を提供する。
【００５５】
一実施形態において、走査ミラーは、第一および第二の振動ミラーを含み、その角度走査振幅は、スキャニングの中心角に対して対称であり、その中心化くは平行にされたビームの操作可能な中心入射角の範囲に対応する。好適には、第一の振動ミラーの走査角度振幅比に対する第二の振動ミラーの走査角度振幅比は、約１から約１０である。
【００５６】
別の実施形態において、スキャナミラーは第一および第二の回転ミラーを含む。好適には、第一の回転ミラーの走査角度振幅比に対する第二の回転ミラーの走査角度振幅比は、約１から約１０である。
【００５７】
上記の変形（ｉｉ）に関して、光源によって生成される光ビームのパワー（すなわち光出力）は、光源の駆動電流／電圧を規定することによって制御され得、より特別には、センサ表面での入射角が増加されるように、駆動電流／電圧は増加する。代わりに、光ビームは、、例えば、ビームの光強度の電気的に制御される可変の減衰効果を有するフィルタ機器、例えば、後のＰ偏光子に関連して回転される直線偏光子、または、可変のＮＤフィルタなどの電気機械的なビーム強度減衰器を通過することを引き起こされ得る。このようなフィルタ機器は、好ましくは、入射光ビームがスキャニング機器によって反射される前に、入射または反射された光ビームのどちらか（または、あるいは両方）の光路に配置される。光源が電流または電圧を駆動することまたはビーム強度減衰器に対する駆動電流または電圧を規定する際、フォト検出器からの制御信号は、（ここで制御信号は、検出器じょうの検出された照射量に比例している。）処理を規定することにおいて使用され得る。
【００５８】
上述された変形（ｉｉｉ）によると、変形（ｉ）（ｉｉ）の組み合わせが使用され得る。例えば、第一の入射角の範囲に対する変形（ｉ）および第二の入射角の範囲に対する変形（ｉｉ）を使用することが好都合であることが理解され得る。
【００５９】
通常、共にレンズシステムを有する単一光源（例えば、発光ダイオードまたはレーザダイオード）が、平行にされたビームを生成するために使用される間、複数の光源の使用は、スキャニング機器によって並行に走査されるための複数の平行にされたビームを生成することもまた検討され得る。この方法において、複数の平行センサ表面は、照射され検知され得る。もちろん、組み合わされた単一ビームを生成するために二つ以上の光源を使用してすることもまた可能である。これらの光源は、同一の波長または異なる波長を有し得る。
【００６０】
既に述べたように、上述された本発明の発明概念はまた、ＡＴＲ分光法と比べて他のＴＩＲベースの技術に対して適用可能である。従って、例えば、光の内部反射されたビーム全体の強度を測定することではなく、内部反射全体に起因するエバネッセント波による励起により検出表面から発光される蛍光または燐光は、入射角に対して測定され得る。このような、蛍光または燐光は、燐光性のあるサンプル分子の元々ある蛍光性または、蛍光または燐光を示すラベルをつけられた分子のどちらかから発光される。全反射蛍光は、一般的にＴＩＲＦとして参照される。
【００６１】
ＳＰＲ−ＴＩＲＦまたはＳＰＲ全反射燐光において、ＳＰＲ場は、蛍光または燐光の発光をシミュレートするために使用される。
【００６２】
代わりに、検出表面での励起され散乱するエバネッセント波から起こる光は、入射角に対して測定される。この技術は通常、ＳＴＩＲ（ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）として参照される。
【００６３】
ＴＩＲＦ、全反射燐光およびＳＴＩＲの使用は、それぞれ、例えばＵＳ−Ａ−５，３１３，２６４において示される。
【００６４】
上記非ＡＴＲ技術とＡＴＲとの組み合わせ、すなわち、全反射光ビームの強度を測定することとの組み合わせ、の任意の一つの使用もまた可能である。
【００６５】
例えば、ＵＳ−Ａ−６，１９４，２２３は、検体を検出するための方法を開示し、ＳＰＲ測定法からの第一の信号および蛍光測定法からの第二の信号は、独立して分析される。
【００６６】
ＷＯ９８／２２８０８は、センサ表面から反射された光を検出するための第一の検出器およびセンサ表面で固定する（ｂｏｕｎｄ）検体から散乱されまたは放射された光を検出するための第二の検出器を備えるＳＰＲ装置を開示する。
【００６７】
上述された三つの特許文献の全ての開示は、本明細書で参照として援用される。
【００６８】
以下において、本発明は、そのいくつかの特定の実施形態に関して例示の目的でのみ開示される。
【００６９】
本発明は、上述されたＷＯ９８／３４０９８において開示され、簡単に上述されたような図１において概略的に示された一般的なタイプのＴＩＲベースの光学的システムに有利に適用される。図２は、図１に示された従来技術システムの一部の、本発明に従った変形を示す。図１におけるシステムのように、図２の本発明の実施形態は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）である光源１０、コリメータ光学系１１、干渉フィルタ１２、第一の走査ミラー１３および第二の走査ミラー１４、およびセンサ表面１６を有するＡＴＲプリズム１５を備える。二つの走査ミラー１３および１４は、図２において示されたような対象性の走査ミラー角度振幅（α＝β）を有するように配置される。このような走査ミラーは、当業者に周知であり、例示的システムは上述のＷＯ９８／３４０９８において示される。
【００７０】
センサ表面１６は、当業者に周知であるように、プリズム１５上で直接、適用され、また、例えば、液浸油を介するプリズムに光結合された素子または、例えば、ＵＳ−Ａ−５，１６４，５８９において示されたようないわゆる光インターフェース（ｏｐｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ）である分離した素子上で供給される。センサ表面ｐｅｒ  ｓｅは、任意の種々のセンサ表面であり得、本明細書ではさらには説明されない。例示的なセンサ表面は、ＵＳ−Ａ−５，２４２，８２８およびＵＳ−Ａ−５，４３６，１６１で示されることを言うことが満足される。（上述された、米国およびヨーロッパ特許の開示は、本明細書で参照として援用される）
従来技術のシステムとの対比において、さらに、図２の付加的なシステムは、第二の走査ミラー１４およびＡＴＲプリズム１５との間に挿入された楔形のプリズム１７を備える。また、図２における実施形態において、入射角は、以下に示されるような走査された角度範囲の全てにわたり傾いているように、入射光に対するＡＴＲプリズム上の入射面１８は、入射光ビームに関連して傾かされる。
【００７１】
光源１０および平行にされた光学系から平行にされた光１９のビームは、プリズム１５に楔形プリズム１７を介して走査ミラー１３，１４によって反射される。ここで、ビームは、センサ表面１６で全反射される。その後、反射された光は、図示された場合において、センサ表面に平行な平面プリズム側面２１を通過してプリズムから出るために平面プリズム側面２０で全反射される。その後、反射光は、図１で示されたように（しかし、図２には示さず）、検出器アレイ上の映像を生成するために、偏光子および対象物を通過する。プリズム１５の後のビーム光路コンポーネント上さらなす詳細のために、光源およびコリメータと同様に、上述のＷＯ９８／３４０９８で参照される。センシング機能なしにセンサ表面の領域に反射された光の部分および／または瞬間の入射角（または波長）を決定するために離れた検出器アレイの一部または離れた検出器に結合したプリズムに反射された光をフォーカスするために有利である。
【００７２】
図２において、平行にされたビームは、斜方の入射角を有しプリズム１５に入射する。角度走査がプリズムに斜方に（または他の方法で表わされる）衝突する間の全てのビームは、図１における従来技術システムの状況に相対するように、プリズム１５の傾けられた入射面１８上の普通の一つおよび同じ側面に全てがある。ここで、中心ビームは、プリズムの入射面に直交して衝突する。
【００７３】
図２における斜方入射は、容易に理解されるように、センサ表面１６への入射角連続的に減少されるような傾いたプリズム入射面１８を有するビームの交差領域の長さ（長さＬ＝［ビーム径（角度）／コサイン（角度）］）は、増加され、それによって、固定された中心位置の照射されたセンサ表面領域の長さは、および／またはもに連続して保たれる。言い換えると、センサ表面１６（入射平面における）でのビーム入射の幅は、角度走査の間に変化し、これにより、センサ表面での最も小さい入射角に対して最も大きくなりおよびセンサ表面の最も大きい入射角に対して最も小さくなる。従って、プリズムへの斜方ビーム入射は、コサイン（角度）−１での断面領域（および、これにより照射されたセンサ表面領域）の依存を相殺し、角度走査の間のセンサ表面で、実質的に連続して照射された領域および照射量を提供する。
【００７４】
本発明によるセンサ表面を有する実質的に連続的な交差エリアを維持するためのＡＴＲプリズムへの斜方ビーム入射口との組み合わせにおいて、図２において図示されたような対象性の走査角度振幅を有する走査ミラーを使用して、斜方ビーム入射は、ビームワーキング（すなわち、照射エリアの中心が動くこと）の原因になることが理解される。しかしながら、このことは、プリズムへの斜方入射ビームによって引き起こされる角度走査における非対称性を相殺するためおよび対称性の角度走査を生成するために選択された相対位置および位置にある楔形プリズム１７によって取り除かれる。固定された照射エリアなどを得るためおよびビームワーキングを取り除くための入射口の角度、厚さ、出射口の角度を含む適切な楔形相対位置は、それぞれの特定の状況において当業者によって容易に選択され得る。光学的システムにおける楔形プリズム（アナルモフィックプリズム）の使用を心に留める。
【００７５】
例えば、アナルモフィックプリズムに基づいて形成されたビームは、例えば、Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，ＩｎｃのＯ’ｓｈｅ、Ｄｏｎａｌｄ  Ｃの「Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ」１９８５年、２５９〜２６２ページと、Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ  ＩｎｃのＭａｒｓｈａｌｌ，Ｇｅｒａｌｄ  Ｆの「Ｌａｓｅｒ  Ｂｅａｍ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ」１９８５年３４６〜３４９ページとにおいて示されている。プリズム結合は、新しい断面比（ｃｒｏｓｓ‐ｓｅｃｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ）の平行にされたビームを得ることの目的で固定され（非走査）、平行にされたビームに組み込まれており、変化されたビームはまた、固定され、第一のビームと平行にされる。これの例は、例えば、市販のコリメーションレーザペンなどの円ビームにダイオードレーザの楕円形の出力の変形である。
【００７６】
楔形プリズムに基づくビーム走査は、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  ＩｎｃのＭａｒｓｈａｌｌ，Ｇｅｒａｌｄ  Ｆの「Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｖｏｌ．ｖｉ，１９８０年２４８〜２５０ページにおいて示されている。プリズムへの平行にされた入射ビームは、このビームを屈折することの目的のために入射ビームと同一直線状の軸について回転し、走査され屈折され発生した平行にされたビームによって、形成され空間に空間的なコーンを形成する。さらに、同じ原理によって示されたように、タンデム内の反対に回る二つの楔形プリズムは、スクリーン上の走査されたビーム位置の楕円のコーンを形成するために使用される（上記の二つの公報はの全てのコンテンツは本明細書で参照として援用される）。
【００７７】
対象性のミラー走査角度振幅の主な利点は、認識された入射角と時間の関係のおよその結果である。これは、走査角中心に対称的な周りで、測定された角度（時間）データの分布が提供される。このことは、代わりに演算されたＳＰＲ角度と時間のデータのスピードと正確さを改良する。対称性の走査角度振幅の他の利点は、二つの同調されたミラースキャナに対するより複雑でない駆動エレクトロニクスおよび対称性のあるねじれ（チューニング）モーメントによるスキャナベアリング設計（すなわち、より少ないねじれストレス）のより少ない磨耗である。
【００７８】
図３は、図２（曲線Ａ）に従って、直交入射および対称性の走査角度振幅（曲線Ｂ）での従来技術でのセットアップのための反射対入射角の変化と比較した光学的セットアップのための反射対入射角の変化を示す。図３によって明示されたように、図２の実施形態は、従来技術において得られたモノトーンの緩やかな曲線（Ｂ）ではなく、多かれ少なかれ対称性である曲線形状（Ａ）内の最大反射を有する入射角での反射率の依存を引き起こす。図２における装置で得られた測定データは角度走査の間の反射率の変化を実質的に引き下げられ制御されるために調節され得ることが、適切なコンピュータソフトウェアアルゴリズムの使用によって当業者に理解される。
【００７９】
上述のように、コンピュータソフトウェアアルゴリズムは、ＳＰＲバイオセンサ機器におけるＴＩＲ曲線を正規化するために従来技術が使用された。
正規化手順は、
ａ）連続的なＴＩＲデータ曲線を得るために、同じ入射角範囲内のそれぞれの角における測定された反射率データ対時間をフィルタリングするステップ（全反射率対角度曲線またはプロット）
ｂ）フィルタされたＴＩＲ曲線に分析する曲線をカーブフィッティングするステップ。より少ない複雑さの曲線形状、より速く、より少ない複雑さおよび寄り正確な曲線フィッティングデータ処理（演算）のステップ
ｃ）正規化であって、分析するＴＩＲデータ曲線に対して修正されたデータの演算が適応する。正規化修正データマトリクスは、コンピュータメモリに格納され、正規化された分析するＴＩＲデータを提供するために分析するＴＩＲデータ曲線に加えられる（入射角の関数と同等の連続的な全反射率）。
【００８０】
サンプルが、ＳＰＲセンサ表面に加えられ隣接される場合、測定されたＴＩＲ曲線、共振曲線において最小であることを引き起こす。共振曲線の反射率データは、リアルタイムでフィルタされ、正規化データマトリクスが加えられる。リアルタイムコンピュータ処理において、分析する曲線は、この正規化されたＳＰＲ曲線に適合され、曲線の角位置は、リアルタイムで演算される。正規化されたＴＩＲ曲線は、ＳＰＲ反射率傾斜（または、変化された反射率ピーク）の角度位置の測定精度を改善する。正規化が行われなかった場合、傾斜およびＴＩＲデータにおける低空間周波数散乱／ノイズは、ＳＰＲ曲線の曲線形状を乱し、測定された絶対屈折率の精度を制限し、ＳＰＲ形状パラメータまたはＳＰＲ角度、および、ＳＰＲ角度対時間動力測定において変化する。
【００８１】
このようなソフトウェアが図２における実施形態で得られるような角度走査の間の反射率の変化に対する調整もまた改善され得ることが理解される。
【００８２】
本発明の代替の実施形態は、図４において示される。図２における実施形態のように、この実施形態は、光源３０、コリメータ光学系３１、干渉フィルタ３２、第一の走査ミラー３３、第二の走査ミラー３４、およびセンサ表面３６を有するＡＴＲプリズム３５を備える。また、図２における実施形態と一致して、光源３０からの平行にされた光ビーム３７およびコリメータ光学系３１は、角度走査の間、センサ表面３６の照射された領域のこれにより相殺された変化に対するプリズム３５の入射表面３８にて、傾いた入射角で衝突するために走査ミラー３３，３４によって反射される。
【００８３】
図４の実施形態において、ビームワーキングを排除するために、固定され照射された領域の中心は、ＡＴＲプリズムでの傾いた入射によって引き起こされたひずみを相殺する方法において非対称（図において示されたように：α≠β）になる走査ミラー角度振幅によって確実にされる。したがって、この走査ミラー角度振幅のひずみは、図２における楔形プリズム１７を置き換える（ｒｅｐｌａｃｅ）。非対称走査ミラー角度振幅に対する技術は、当業者におけるｐｅｒ  ｓｅに公知である。
【００８４】
図２の実施形態のように、センサ表面３６で全反射されたビームは、その後、平面プリズム側面３９で反射され、検出器アレイ上でイメージされるようにプリズム側面４０を通過してプリズム３５から出る。
【００８５】
図４における実施形態で得られるＴＩＲ曲線は、図５の図表によって図示される。同様の方法において、図４における実施形態、に対して得られるＴＩＲ曲線に対するような、図５におけるＴＩＲ曲線は、適応可能なコンピュータソフトウェアアルゴリズムによって正規化され得る。
【００８６】
前述から、本発明の特定の実施形態が図示の目的のために本明細書に記述されたが、種々の変形が、本発明の意図および範囲から逸脱することなしに作られ得ることが理解される。したがって、本明細書は、添付された請求項によって以外は限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】図１は、従来技術であるＡＴＲ顕微鏡システムの概略図である。
【図２】図２は、本発明に従った一実施形態の概略図である。
【図３】図３は、角度走査の間に固定された中心での（Ａ）図２の装置および（Ｂ）従来技術のＡＴＲセンサに対する入射角に対する全反射を示す図である。
【図４】図４は、本発明に従った装置の他の実施形態の概略図である。
【図５】図５は、図４の装置のための角度走査の間の入射角に対する全反射（ＴＩＲ）を示す図である。
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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