(57)【要約】【課題】本発明の目的は、表面トポグラフィー及び／又は表面下構造を決定する向上した３Ｄ超分解能イメージングシステム及び方法を実現することである。【解決手段】これは、物体の界面（１００）の４次元特性を決定する装置であって、光源（１０２）を備える装置によって実現される。界面（１００）のイメージングに利用されるフォトニックジェットを形成する手段（１０４）と、界面（１００）とこれら（１０４，１０６）の組合せの広視野の干渉イメージングを実行する手段（１０５ａ，ｂ）と、界面（１００）に近接する光を通過させるとともに光を界面に導く手段（１０８）と、を備え、前記手段（１０８）は、像を形成し、界面（１００）の位相シフト干渉イメージングを実行する手段（１０６）と、光干渉及びフォトニックジェットを組み合わせることによって超分解能イメージ情報を形成するマイクロスフェア（１０８）と近接場修正構造のうちの少なくとも一方によって変調される界面（１００）からの光を受光するイメージング手段（１１０）と、フォトニックジェットの影響を利用することにより位相シフト干渉イメージングによって形成されたイメージ情報に基づいて界面（１００）の４次元特性を決定するプロセッサ装置（１１２）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の界面（１００）の４次元特性を決定する装置であって、光源（１０２）を備える装置において、前記界面（１００）のイメージングに利用されるフォトニックジェットを形成する手段（１０４）と、前記界面（１００）とこれら（１０４，１０６）の組合せの広視野の干渉イメージングを実行する手段（１０５ａ，ｂ）と、前記界面（１００）に近接する光を通過させるとともに前記光を前記界面に導く手段（１０８）と、を備え、前記手段（１０８）は、像を形成し、前記界面（１００）の位相シフト干渉イメージングを実行する手段（１０６）と、光干渉及びフォトニックジェットを組み合わせることによって超分解能イメージ情報を形成するマイクロスフェア（１０８）と近接場修正構造のうちの少なくとも一方によって変調される前記界面（１００）からの光を受光するイメージング手段（１１０）と、前記フォトニックジェットの影響を利用することにより前記位相シフト干渉イメージングによって形成された前記イメージ情報に基づいて前記界面（１００）の４次元特性を決定するプロセッサ装置（１１２）と、を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記界面（１００）は、前記物体の表面であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記界面（１００）は、前記物体の表面下であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記界面（１００）の位相シフト干渉イメージングを実行する手段（１０６）として前記物体を動かす手段（１０６）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記界面（１００）の位相シフト干渉イメージングを実行する手段（１０６）は、ストロボ照明の利用を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
広視野を有するために上部構造と下部構造の少なくとも一方をステッチするイメージステッチングを行う手段（１２０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
同時のｚ軸キャリブレーション及びｘｙ軸キャリブレーションを可能にするためにグリッドを最低ステップに追加することによるナノルーラの概念に基づいて同一視野のキャリブレーションを実行する手段（１２２）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
フォトニックジェットレイヤーの衝撃を除去するとともに最大分解能を可能にするために十分なサイドローブの減少があるという条件の下で最小メインローブのコヒーレンス関数を形成する手段（１２４）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
位相シフト、過渡的なイメージング及び向上したイメージコントラストの少なくとも一つを形成するために偏光を制御する手段（１２６）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記フォトニックジェットの有限サイズ形状によって形成される表面トポグラフィーの歪みを説明する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
物体の界面（１００）の４次元特性を決定する方法であって、光を生成する方法において、前記界面（１００）のイメージングに利用されるフォトニックジェットを形成し、前記界面（１００）とこれら（１０４，１０６）の組合せの広視野の干渉イメージングを実行し、前記界面（１００）に近接する光を通過させるとともに前記光を前記界面に導き、像を形成し、前記界面（１００）の位相シフト干渉イメージングを実行し、光干渉及びフォトニックジェットを組み合わせることによって超分解能イメージ情報を形成するマイクロスフェア（１０８）と近接場修正構造のうちの少なくとも一方によって変調される前記界面（１００）からの光を受光し、前記フォトニックジェットの影響を利用することにより前記位相シフト干渉イメージングによって形成された前記イメージ情報に基づいて前記界面（１００）の４次元特性を決定することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記界面（１００）は、前記物体の表面であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記界面（１００）は、前記物体の表面下であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記界面（１００）の位相シフト干渉イメージングを実行する手段（１０６）として前記物体を動かすことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
界面（１００）の位相シフト干渉イメージングの実行は、ストロボ照明の利用を備えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
広視野を有するために上部構造と下部構造の少なくとも一方をステッチするイメージステッチングを行うことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
同時のｚ軸キャリブレーション及びｘｙ軸キャリブレーションを可能にするためにグリッドを最低ステップに追加することによるナノルーラの概念に基づいて同一視野のキャリブレーションを実行することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
フォトニックジェットレイヤーの衝撃を除去するとともに最大分解能を可能にするために十分なサイドローブの減少があるという条件の下で最小メインローブのコヒーレンス関数を形成することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
位相シフト、過渡的なイメージング及び向上したイメージコントラストの少なくとも一つを形成するために偏光を制御することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
フォトニックジェットの有限サイズ形状によって形成される表面トポグラフィーの歪みを説明することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
低コヒーレンス干渉法（ＬＣＩ）、特に、走査型白色干渉法（ＳＷＬＩ）は、垂直方向におけるサブナノメーター分解能を特徴とする（ｆｅａｔｕｒｉｎｇ）広く用いられる３次元表面特徴化方法である。ＳＷＬＩと光学ジェット（ｏｐｔｉｃａｌ  ｊｅｔ）構造とを組み合わせることによって、３Ｄ超解像イメージングを実現する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＷＬＩの光源は、ケーラー幾何学において対物レンズの瞳（ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ  ｐｕｐｉｌ）に像を形成する（ｉｍａｇｅｄ）ハロゲンランプ又は白色発光ダイオード（ＬＥＤ）である。照明領域及び孔は制御される。光源は、振動を凍結するためにストロボスコピックであってもよく、発光スペクトルを電子的に制御できるようにしてもよい。光源の波長は、可視又は赤外（１〜２μｍ又は１０μｍ）である。
【０００３】
ＳＷＬＩのエリアイメージングセンサカメラ（ａｒｅａ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｅｎｓｏｒ  ｃａｍｅｒａ）（ＣＣＤ，ＣＭＯＳ）は、６４０×４８０画素から４０００万以上（４０＋  ｍｉｌｌｉｏｎ）の画素を有する。カメラ選択は、視野寸法，画素数、取得速度（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  ｓｐｅｅｄ）、レスポンスリニアリティ、量子井戸深さ及びデジタル分解能（ｄｉｇｉｔｉｚａｔｉｏｎ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を含む。
【０００４】
基準面／ミラー（マイケルソン干渉計形態）は、サンプルの反射率に応じたアルミメッキが施されたガラス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はベアガラスである。ミロー干渉計形態のミラーは、視野より径がわずかに小さい小型の金属被覆透明基準面である。ＬＣＩ装置の光学系は、テレセントリックイメージング（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ）を有する無限共役光学系（ｉｎｆｉｎｉｔｅ  ｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ）と、対物レンズとチューブレンズの複合動作によって決定される倍率と、を用いる。測定原理は、零の群速度の光路差の位置（ｚｅｒｏ  ｇｒｏｕｐ−ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｔｈ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）が最適な焦点（ｂｅｓｔ  ｆｏｃｕｓ）の位置と同一となるように対物レンズを設計及び調整することを要求する。マイケルソン対物レンズは、これを、分散バランスキューブ型ビームスプリッタ（ｄｉｓｐｅｓｉｏｎ  ｂａｌａｎｃｅｄ  ｃｕｂｅ  ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ）によって実現する。ミロー顕微鏡において、ビームスプリッタ及び基準面は、分散を最小にする光学的な厚さに調和する必要がある。方位分解能を、例えば、次のようにして決定することができる。アッベ回折限界（dx,y）は、像において区別することができる構造の最小方位周期（ｓｍａｌｌｅｓｔ  ｌａｔｅｒａｌ  ｐｅｒｉｏｄｉｃｉｔｙ）である。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
この場合、λは、光の中心波長であり、ＮＡは、レンズの開口数である。可視光（λ〜４００〜７５０ｎｍ）を用いるとともにＮＡ＝１．４の一般的な対物レンズを用いて結像するとき、方位分解能は、約２００ｎｍとなる。
【０００７】
回折限界は、非近接場のエバネッセント波の損失が原因となる。これらのエバネッセント波は、物体の高い空間周波数のサブ波長情報（ｈｉｇｈ  ｓｐａｔｉａｌ  ｆｒｅｑｕｎｃｙ  ｓｕｂ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を搬送し、距離と共に指数関数的に減衰する。
【０００８】
距離分解能（ａｘｉａｌ  ｉｍａｇｅ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）（ｄｚ）は、方位分解能の２〜３倍の大きさであり、約４４０ｎｍである。
【０００９】
【数２】
2018537695.tif 000004
【００１０】
この場合、ｎは、光が伝搬する媒体の屈折率である。
【００１１】
２以上の因子による分解能限界を克服するあらゆる顕微鏡検査技術は、超分解能を提供すると考えられる。
【００１２】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、例えば、複数の電子銃又は検出器を同時に用いることによって３Ｄナノ分解能像を提供することができる。これらの装置は、超分解能を提供しない。
【００１３】
低コヒーレンス干渉法、すなわち、ＳＷＬＩは、距離分解能限界を克服するとともに垂直方向に沿った優れた分解能（ｓｕｐｅｒｉｏｒ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）（サブナノメーター）を可能にする。
【００１４】
近接場技術は、水平方向及び垂直方向の優れた分解能（ｌａｔｅｒａｌ  ａｎｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を提供する。光学近接場顕微鏡は、近接場プローブに近接する散乱光の測定に基づき、散乱光は、近接場プローブとサンプルとの間の光学的な近接場相互作用（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）によって生成される。既知の形状の近接場プローブチップは、高い局所的な分解能（ｌｏｃａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を実現するために用いられ、例えば、接触型の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）チップ及び非接触型の走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）チップである。近接場プローブを、散乱光を生成するために集束した光によって照明することができる。
【００１５】
５０ｎｍの方位分解能をｘ−ｙ面において許容するが距離分解能（ｚ方向）が更に悪化するフォトニックナノジェットに基づく非接触技術がある。
【００１６】
フォトニックナノジェットは、波長λより大きい径の照明無損失誘電マイクロシリンダ又はマイクロスフェア（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ  ｌｏｓｓｌｅｓｓ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｉｃｒｏｃｙｌｉｎｄｅｒ  ｏｒ  ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ）の影面（ｓｈａｄｏｗ−ｓｉｄｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）から出現した後に波長λより長い距離を伝播することができる狭くて強力な非エバネッセント波である。ナノジェットの最小ビーム幅を、標準的な（ｃｌａｓｓｉｃａｌ）回折限界より小さくすることができ、実際には、マイクロスフェアに対してλ／３以下にすることができる。
【００１７】
米国特許出願公開第２０１０／０２４５８１６号明細書は、ラマン顕微鏡のサンプル表面の上に（ｏｎ  ｏｒ  ｊｕｓｔ  ａｂｏｖｅ）（例えば、ポリスチレンの）誘電マイクロスフェアを保持することによって実行される近接場ラマンイメージングを記載している。照明レーザビームは、サンプルとの近接場相互作用を生じさせるためにマイクロスフェアによって集束される。シフトした波長のラマン散乱光が収集されるとともに分析される。マイクロスフェアを、ＡＦＭカンチレバー又はマイクロスフェアのサンプル表面に対する位置を維持するためのフィードバックを提供する他の走査型プローブ顕微鏡に装着することができる。代替的に、マイクロスフェアを、照明レーザビームの光ピンセット効果によってサンプル表面に保持することができる。この装置の一つの欠点は、使用されるラマン顕微鏡の共焦点設計に大きく依存する垂直分解能（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）である。（十分に調整可能な共焦点ピンホール口径を包含する）正確な共焦点設計のために、深さ分解能は１〜２μｍ程度である。
【００１８】
走査型近接場光顕微鏡のプローブは、ナノサイズのポイント（小規模の孔、小規模のチップ、蛍光ナノ粒子、蛍光分子、誘電コーナ及び金属コーナ）付近で極大となる電磁場特性を与える。しかしながら、広い領域に亘って分布するプローブ電界は、超分解能も与えることができる。このために、フィールドスペクトルを、サンプルの小寸法に対応する高い空間周波数によって強める必要がある。そのような近接場の例として、米国特許出願公開第２００９／０２７６９２３号明細書は、端面が先鋭な線形エッジを特徴付ける光ファイバのモデル及びランダムに分布したナノ粒子のモデルを提案するとともに理論的に研究している。これらの種類のプローブは、２段階の化学エッチング及び集束イオンビームミリングの組合せを用いることによって製造されるとともに製造にナノスケールの精度を必要としない従来のプローブよりも機械的に頑丈である。光プローブは、入射光を従来のプローブの場合よりも十分に分布させて利用することによってサンプルへの光及びサンプルからの光の限界損失での導波を行うことができる。数値モデルは、相当の測定ノイズがある場合でもこれらのプローブがプローブ寸法より著しく小さい物体を判別することができるとともに所定のケースにおいて従来のナノプローブより良好であることを示す。この装置の一つの欠点は、装置が逐一測定を行うことである。
【００１９】
国際特許出願公開第２０１３／０４３８１８号明細書は、カンチレバー及びカンチレバーの遠位端に結合した光学的に透明なマイクロスフェアレンズ（ｍｉｃｒｏｓｈｅｒｅ  ｌｅｎｓ）を含むナノ位置決め装置を含む表面イメージングシステム及び方法を記載している。光学素子は、マイクロスフェアレンズによって光を表面の少なくとも一部に集束することができ、集束した光は、マイクロスフェアレンズを介して表面から反射して戻る。ナノ位置決め装置に通信可能となるように結合した制御装置を、マイクロスフェアレンズを予め決定された距離で表面の上に配置するように構成することができる。この装置の一つの欠点は、回折制限された（ｄｉｆｆｒａｃｔｅｄ  ｌｉｍｉｔｅｄ）垂直分解能である。
【００２０】
非近接場顕微鏡において、イメージングコントラスト（ｉｍａｇｉｎｇ  ｃｏｎｔｒａｓｔ）は、しばしば低く、最後の像の焦点外の光（ｏｕｔ−ｏｆ−ｆｏｃｕｓ  ｌｉｇｈｔ）のために十分でない。コントラストを上げるために、顕微鏡の照明条件及び結像中の結像ソフトウェア設定を最適化することができる。非近接場顕微鏡とは対照的に、共焦点顕微鏡検査技術は、一般的には、良好な光学コントラスト及び向上した分解能を有する。これは、最後の像の焦点外の光を取り除くために検出器の前に小さいピンホールを配置することによって実現される。レーザ共焦点顕微鏡とマイクロスフェアとを組み合わせるとき、互いに近接して配置された球体（ｃｌｏｓｅｌｙ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄ  ｓｐｈｅｒｅｓ）を用いる場合に共焦点イメージングに複数のコンセントリックリングが出現する。これらのリングは、コヒーレントレーザ照明の下での粒子又は球体と基板との間の近接場相互作用に起因する。それに対し、インコヒーレント光源は、この問題を、非近接場顕微鏡においてより目立たなくする。これらのリングは、イメージング品質（ｉｍａｇｉｎｇ  ｑｕａｌｉｔｙ）を劣化させ、これによって、共焦点イメージングにおいて判別することができる最小の形態に実用限界が課されることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従来技術の実施の形態は、像の物体として誤って解釈されるおそれがあるこれらのアーチファクトに悩まされる。個別の既知の粒子に対して、物体の正確な像を，粒子を介して見ることができる。アーチファクトの問題は、インコヒーレント光源がしばしば用いられる非近接場顕微鏡システムにおいて目立たなくなる。
【００２２】
従来技術は、特に生体イメージングにおいてコントラストを上げる方法についての偏光を記載している。非近接場顕微鏡の偏光の複数の研究並びに静止したサンプル及び動くサンプルの両方のイメージングに対する偏光−ＳＷＬＩの複数の研究が存在する。近接場顕微鏡の偏光の使用の研究が存在するが、それは、３次元超分解能イメージングでは決して用いられない。従来技術の刊行物は、ナノメータ寸法の３Ｄキャリブレーションを提供しない。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の目的は、表面トポグラフィー及び／又は表面下構造を決定する向上した３Ｄ超分解能イメージングシステム及び方法を実現することである。これは、物体の界面の４次元特性を決定する装置であって、光源を備える装置によって実現される。界面のイメージングに利用されるフォトニックジェットを形成する手段と、界面とこれらの組合せの広視野の干渉イメージングを実行する手段と、界面に近接する光を通過させるとともに光を界面に導く手段と、を備え、前記手段は、像を形成し、界面の位相シフト干渉イメージングを実行する手段と、光干渉及びフォトニックジェットを組み合わせることによって超分解能イメージ情報を形成するマイクロスフェアと近接場修正構造のうちの少なくとも一方によって変調される界面からの光を受光するイメージング手段と、フォトニックジェットの影響を利用することにより位相シフト干渉イメージングによって形成されたイメージ情報に基づいて界面の４次元特性を決定するプロセッサ装置と、を備える。
【００２４】
本発明の方法は、物体の界面の４次元特性を決定する方法であって、光を生成する方法である。方法において、界面のイメージングに利用されるフォトニックジェットを形成し、界面とこれらの組合せの広視野の干渉イメージングを実行し、界面に近接する光を通過させるとともに光を界面に導き、像を形成し、界面の位相シフト干渉イメージングを実行し、マイクロスフェアと光干渉及びフォトニックジェットを組み合わせることによって超分解能イメージ情報を形成する近接場修正構造のうちの少なくとも一方によって変調される界面からの光を受光し、フォトニックジェットの影響を利用することにより位相シフト干渉イメージングによって形成されたイメージ情報に基づいて界面の４次元特性を決定する。
【００２５】
本発明は、界面のイメージングに利用されるフォトニックジェット及び界面とこれらの組合せの広視野の干渉イメージングの実行に基づく。界面に近接する光を通過させるとともに光を界面に導き、像を形成する。さらに、本発明は、界面の位相シフト干渉イメージング及びマイクロスフェアと光干渉及びフォトニックジェットを組み合わせることによって超分解能イメージ情報を形成する近接場修正構造のうちの少なくとも一方によって変調される界面からの光を受光することに基づく。
【００２６】
本発明の利点は、物体の界面の４次元特性の無標識であり、非接触であり、広視野であり、かつ、迅速な決定を実現できることである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による第１の典型的な実施の形態を示す。
【図２】本発明による第２の典型的な実施の形態を示す。
【図３】本発明による好適な実施の形態を示す。
【図４】本発明によってイメージングされた表面の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明によれば、ｚ軸に対する光干渉法及びｘｙ平面に対するフォトニックジェットを組み合わせることによって非接触で広視野の３Ｄ超分解能イメージングを実現することができる。光干渉法を、例えば、白色干渉法と称することができる。ｚ軸イメージングは、実像を使用し、光を近接場修正構造（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、例えば、球体に注入し、界面から反射した光を、球体を介して抽出する。ｘｙ平面において、球体に注入された光が結像され、球体を介して光が抽出されるとともに球体の外側から光が抽出され、界面の虚像が用いられる。
【００２９】
図１〜３において、本発明による典型的である好適な実施の形態を示し、この場合、物体の界面１００の４次元特性を決定する装置は、光源１０２を備える。４次元は、３Ｄ（ｘｙｚ次元）及び時間領域を意味する。界面１００を、物体の表面又は物体の表面下すなわちいわゆる埋没面（ｂｕｒｉｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）とすることができる。装置は、界面１００のイメージングに利用されるフォトニックジェットを形成する手段１０４と、界面１００とこれら１０４，１０６の組合せの広視野の干渉イメージングを実行する手段１０５ａ，ｂと、備える。一実施の形態において、装置は、広視野を有するために上部構造と下部構造の少なくとも一方をステッチするイメージステッチングを行う手段１２０を備える。フォトニックジェットを形成する手段１０４は、マイクロスフェア、マイクロシリンダ、マイクロレンズ（例えば、フレネル）、グリッド、キューブ、メタマテリアル、負の屈折率の材料及びいわゆる点広がり関数を抽出するために既知のターゲットを用いることができるときに特定の既知の形状又は特定されない形状の任意の近接場修正構造のうちの少なくとも一つを備えることができる。また、フォトニックジェットを形成する手段１０４は、例えば、フォトニックジェットを伴うポリマー又はポリマー状の材料を備えることができる。フォトニックジェットを、例えば、ナノジエット又は等価物とすることができる。一実施の形態において、装置は、偏光を用いて測定を行う手段を備えることもできる。
【００３０】
本発明による装置は、界面１００に近接する光を通過させるとともに光を界面に導き、像を形成する手段１０８と、界面１００の位相シフト干渉イメージングを実行する手段１０６と、を備える。手段１０８は、好適には、十分に薄い透明な母材に部分的な又は完全に埋め込まれたハイインデックス（ｈｉｇｈ−ｉｎｄｅｘ）マイクロスフェア１１８とすることができるマイクロスフェア１０８である。一実施の形態において、物体を動かす手段１０６を、界面１００の位相シフト干渉イメージングを実行する手段１０６として用いることができる。物体を動かす手段１０６を、例えば、マイクロスフェア１０８を動かすためにマイクロスフェア１０８に取り付けられたガラスマイクロピペット１１４及び細胞であるサンプルの表面を局所的に動作させる他のチップとすることができる。他の実施の形態において、界面１００の位相シフト干渉イメージングを実行する手段１０６は、ストロボ照明の利用を備えることができる。
【００３１】
本発明による装置は、光干渉及びフォトニックジェットを組み合わせることによって超分解能イメージ情報を形成するマイクロスフェア１０８によって変調される界面１００からの光を受光するイメージング手段１１０と、フォトニックジェットの影響を利用することにより位相シフト干渉イメージングによって形成されたイメージ情報に基づいて界面１００の４次元特性を決定するプロセッサ装置１１２とを、更に備える。イメージング手段１１０を、例えば、ＣＣＤカメラとすることができる。図４において、本発明によってイメージングされた表面１００の一例を示す。
【００３２】
一実施の形態において、装置は、同時のｚ軸キャリブレーション及びｘｙ軸キャリブレーションを可能にするためにグリッド（ｇｒｉｄ）を最低ステップ（ｔｈｅ  ｌｏｗｅｓｔ  ｓｔｅｐ）に追加することによるナノルーラの概念（ｎａｎｏｒｕｌｅｒ  ｃｏｎｃｅｐｔ）に基づいて同一視野のキャリブレーションを実行する手段１２２を備える。手段１２２を、例えば、顕微鏡のガラスの上にＬａｎｇｍｕｉｒ  Ｂｌｏｄｇｅｔｔ膜を堆積したものとすることができる。グリッドを、例えば、短波長リソグラフィによって形成することができる。
【００３３】
他の実施の形態において、装置は、フォトニックジェットレイヤーの衝撃を除去するとともに最大分解能を可能にするために十分なサイドローブの減少があるという条件の下で最小メインローブのコヒーレンス関数を形成する手段１２４を備えることができる。手段１２４を、例えば、異なるコヒーレンス長を有する光源を用いることによって、光源のコヒーレンスを破壊するでこぼこなディスク（ｒｏｕｇｈ  ｄｉｓｋ）を用いることによって又は複数の光源を適切に組み合わせることによって実現することができる。
【００３４】
他の実施の形態において、装置は、位相シフト、過渡的なイメージング及び向上したイメージコントラストの少なくとも一つを形成するために偏光を制御する手段１２６を備えることができる。手段１２６を、例えば、光源の前に偏光子を配置するとともに大面積の検出器の前に検光子を配置することによって又は画素化した偏光子を用いることによって実現することができる。
【００３５】
本発明による一部の実施の形態において、装置は、フォトニックジェットの有限サイズ形状によって形成される表面トポグラフィーの歪みを説明する手段を備えることができる。当該手段を、例えば、ＡＦＭイメージングにおいて有限チップ寸法を補正するのに用いられるのと同様なデコンボリューション手法に依存することによって組み込むことができる。
【００３６】
以下、本発明による種々の実施の形態を更に詳しく説明する。ナノメータの十分の一の方位分解能及び垂直分解能となる３Ｄ超分解能を実現するためにＬＣＩ（ＳＷＬＩ）及びフォトニックナノジェット技術を組み合わせる。これは、これまで実現されたものより辺が等しくなる（対称になる）とともに小さくなるボクセル（ｖｏｘｅｌ）を提供する。装置は、静止している又は動いている表面と埋没表面の両方の無標識であるとともに非接触のイメージングを可能にする。十分な視野技術は、広大な領域において迅速かつ同時的な全ての視点を提供する。像寸法（ｉｍａｇｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）のトレーサビリティを、ナノルーラ手法を用いて実現することができる。装置すなわち本発明による装置をハンドヘルドにすることができる。
【００３７】
図１に示す一実施の形態において、ミロー顕微鏡対物レンズ１０５ｂを使用するＳＷＬＩ配置を用いる。ナノジェットを、マイクロスフェア、マイクロシリンダ、マイクロレンズ、グリッド、キューブ、メタマテリアル、負の屈折率の材料又はナノジェットを生成するための特定の既知の形状−球形、半球形又は他の形状のナノ粒子を用いることによって実現することができる。さらに、潤滑剤（ｌｕｂｒｉｃａｎｔ）としての役割を果たす湿潤層（ｗｅｔｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を用いることができる。ナノジェット粒子を、サンプルの上に自由に配置することができる、又は、自己集合法を用いてポリマー材料に部分的に若しくは全体的に組み込むことができる。後者の場合、層の厚さに注意を払うべきである。
【００３８】
図２に示す他の実施の形態において、種々の通常の対物レンズを使用することができるとともにポリマーが埋め込み材料として用いられる場合に層の厚さを補償することができるリンニク又はマイケルソン形態１０５ａを用いる。これによって、表面下イメージングすなわち埋め込み構造のイメージングを可能にする。
【００３９】
顕微鏡のこれらの実施の形態は、走査中のマイクロスフェアの位置決めの制御を必要とする。この問題を解決するための二つの手法は、（１）マイクロスフェアをマイクロスフェアに取り付けられたファインガラスマイクロピペット（ｆｉｎｅ  ｇｌａｓｓ  ｍｉｃｒｏｐｉｐｅｔｔｅ）と共に動かすこと及び（２）ハイインデックスマイクロスフェア（ＴｉＯ２又はＢａＴｉＯ３）を透明な母材（例えば、ＰＭＭＡ，ＰＤＭＳ）に部分的に又は完全に埋め込むことができるようにすることであり、母材は、標準的なカバースリップと同様な厚さを有し、この厚さは、通常の顕微鏡の対物レンズとサンプルとの間のギャップにマイクロレンズ又は近接場修正構造を直接挿入するのに十分である。マイクロスフェアの好適なサイズは、例えば、１０μｍであり、材料の屈折率は、例えば、１．６であり、装置に用いられる対物レンズの倍率は、例えば、５０×である。
【００４０】
本発明による実施の形態を、例えば、以下の用途に利用することができる。
【００４１】
Ｉ．本発明を薬剤開発に利用することができる。本発明は、ハイスループットスクリーニングに役立つ。薬剤開発は、がん治療の臨床での個別のカクテル療法の進展に役立つ。薬剤開発は、複雑な薬物保持薬物配送装置（ｄｒｕｇ−ｃａｒｒｙｉｎｇ  ｄｒｕｇ−ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｄｅｖｉｃｅｓ）において溶出試験（ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｅｓｔｓ）を行う自然科学的な方法である。このような超分解能技術を用いることによって、薬物送達装置のエロージョン（ｅｒｏｓｉｏｎ）を正確に測定することができる。これは、遅くなるおそれがあるとともに試験に更に多くの材料（ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）を必要とするおそれがある化学溶出試験（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｅｓｔｓ）を行う必要がないことを意味する。さらに、能動的又は受動的にナノ粒子を基板に付加する、ナノ粒子を構成する又はナノ粒子を除去する任意の種類のナノ化学のような手法（ｎａｎｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ−ｌｉｋｅ  ａｐｐｒｏａｃｈ）に対して同一の手法を用いることができる。
【００４２】
ＩＩ．本発明を、超音波増強電気スピニング加工（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｓｐｉｎｎｉｎｇ）−薬物保持ナノファイバ（ｄｒｕｇ−ｌａｄｅｎ  ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ）を製造する方法によって製造されたファイバ及び構成の試験に利用することができる。これらのファイバを、例えば、制御される放出特性を許容するように径が制御されたファイバ構成において用いることができる。そのようなファイバは、例えば、周囲の血糖値（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ  ｇｌｕｃｏｕｓｅ  ｌｅｖｅｌ）に反応するとともに要求に応じてインシュリンを放出することができる。
【００４３】
従来技術において、これらのナノスケールの構造を結像する方法は、複雑かつ低速なＡＦＭ又はＳＥＭのみである。
【００４４】
ＩＩＩ．本発明によって１００ｎｍより小さい寸法のナノ粒子の迅速な撮影を可能にする。これらの種類のナノ粒子は、存在する弱った薬成分（ｅｘｉｓｔｉｎｇ  ｆａｉｌｅｄ  ｄｒｕｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）に再び機会を与える。これらのナノ粒子を生成したときにこれらのナノ粒子を観察することは品質保証のために重要である。これをＳＥＭ又はＡＦＭによって行うことができない。その理由は、ＳＥＭ又はＡＦＭが非常に低速であるからである。
【００４５】
ＩＶ．本発明によれば、無標識かつナノメータの分解能で超表面及び表面下（ｓｕｐｅｒｓｕｒｆａｃｅ  ａｎｄ  ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ）生体イメージングのツールを提供することができる。従来技術による染料を用いるイメージング及び無標識ＡＦＭイメージングは、深刻な問題に悩まされる。
【００４６】
Ｖ．本発明によれば、真正性を保証する方法として埋め込みナノドットを用いることができるセキュリティ用途の読出し装置を提供することができる。
【００４７】
本発明を添付図面及び明細書を参照しながら説明したが、本発明は、これらに限定されず、本発明は、異なる種類の用途に応じた特許請求の範囲によって許可される範囲内の変形例に依存する。
【図１】
2018537695.tif 000005
【図２】
2018537695.tif 000006
【図３】
2018537695.tif 000007
【図４】
2018537695.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月12日(2018.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
低コヒーレンス干渉法（ＬＣＩ）、特に、走査型白色干渉法（ＳＷＬＩ）は、垂直方向におけるサブナノメーター分解能を特徴とする（ｆｅａｔｕｒｉｎｇ）広く用いられる３次元表面特徴化方法である。ＳＷＬＩと光学ジェット（ｏｐｔｉｃａｌ  ｊｅｔ）構造とを組み合わせることによって、３Ｄ超解像イメージングを実現する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＷＬＩの光源は、ケーラー幾何学において対物レンズの瞳（ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ  ｐｕｐｉｌ）に像を形成する（ｉｍａｇｅｄ）ハロゲンランプ又は白色発光ダイオード（ＬＥＤ）である。照明領域及び孔は制御される。光源は、振動を凍結するためにストロボスコピックであってもよく、発光スペクトルを電子的に制御できるようにしてもよい。光源の波長は、可視又は赤外（１〜２μｍ又は１０μｍ）である。
【０００３】
ＳＷＬＩのエリアイメージングセンサカメラ（ａｒｅａ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｅｎｓｏｒ  ｃａｍｅｒａ）（ＣＣＤ，ＣＭＯＳ）は、６４０×４８０画素から４０００万以上（４０＋  ｍｉｌｌｉｏｎ）の画素を有する。カメラ選択は、視野寸法，画素数、取得速度（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  ｓｐｅｅｄ）、レスポンスリニアリティ、量子井戸深さ及びデジタル分解能（ｄｉｇｉｔｉｚａｔｉｏｎ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を含む。
【０００４】
基準面／ミラー（マイケルソン干渉計形態）は、サンプルの反射率に応じたアルミメッキが施されたガラス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はベアガラスである。ミロー干渉計形態のミラーは、視野より径がわずかに小さい小型の金属被覆透明基準面である。ＬＣＩ装置の光学系は、テレセントリックイメージング（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ）を有する無限共役光学系（ｉｎｆｉｎｉｔｅ  ｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ）と、対物レンズとチューブレンズの複合動作によって決定される倍率と、を用いる。測定原理は、零の群速度の光路差の位置（ｚｅｒｏ  ｇｒｏｕｐ−ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｔｈ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）が最適な焦点（ｂｅｓｔ  ｆｏｃｕｓ）の位置と同一となるように対物レンズを設計及び調整することを要求する。マイケルソン対物レンズは、これを、分散バランスキューブ型ビームスプリッタ（ｄｉｓｐｅｓｉｏｎ  ｂａｌａｎｃｅｄ  ｃｕｂｅ  ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ）によって実現する。ミロー顕微鏡において、ビームスプリッタ及び基準面は、分散を最小にする光学的な厚さに調和する必要がある。方位分解能を、例えば、次のようにして決定することができる。アッベ回折限界（dx,y）は、像において区別することができる構造の最小方位周期（ｓｍａｌｌｅｓｔ  ｌａｔｅｒａｌ  ｐｅｒｉｏｄｉｃｉｔｙ）である。
【０００５】
【数１】
2018537695.tif 000009
【０００６】
この場合、λは、光の中心波長であり、ＮＡは、レンズの開口数である。可視光（λ〜４００〜７５０ｎｍ）を用いるとともにＮＡ＝１．４の一般的な対物レンズを用いて結像するとき、方位分解能は、約２００ｎｍとなる。
【０００７】
回折限界は、非近接場のエバネッセント波の損失が原因となる。これらのエバネッセント波は、物体の高い空間周波数のサブ波長情報（ｈｉｇｈ  ｓｐａｔｉａｌ  ｆｒｅｑｕｎｃｙ  ｓｕｂ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を搬送し、距離と共に指数関数的に減衰する。
【０００８】
距離分解能（ａｘｉａｌ  ｉｍａｇｅ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）（ｄｚ）は、方位分解能の２〜３倍の大きさであり、約４４０ｎｍである。
【０００９】
【数２】
2018537695.tif 000010
【００１０】
この場合、ｎは、光が伝搬する媒体の屈折率である。
【００１１】
２以上の因子による分解能限界を克服するあらゆる顕微鏡検査技術は、超分解能を提供すると考えられる。
【００１２】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、例えば、複数の電子銃又は検出器を同時に用いることによって３Ｄナノ分解能像を提供することができる。これらの装置は、超分解能を提供しない。
【００１３】
低コヒーレンス干渉法、すなわち、ＳＷＬＩは、距離分解能限界を克服するとともに垂直方向に沿った優れた分解能（ｓｕｐｅｒｉｏｒ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）（サブナノメーター）を可能にする。
【００１４】
近接場技術は、水平方向及び垂直方向の優れた分解能（ｌａｔｅｒａｌ  ａｎｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を提供する。光学近接場顕微鏡は、近接場プローブに近接する散乱光の測定に基づき、散乱光は、近接場プローブとサンプルとの間の光学的な近接場相互作用（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）によって生成される。既知の形状の近接場プローブチップは、高い局所的な分解能（ｌｏｃａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を実現するために用いられ、例えば、接触型の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）チップ及び非接触型の走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）チップである。近接場プローブを、散乱光を生成するために集束した光によって照明することができる。
【００１５】
５０ｎｍの方位分解能をｘ−ｙ面において許容するが距離分解能（ｚ方向）が更に悪化するフォトニックナノジェットに基づく非接触技術がある。
【００１６】
フォトニックナノジェットは、波長λより大きい径の照明無損失誘電マイクロシリンダ又はマイクロスフェア（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ  ｌｏｓｓｌｅｓｓ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｉｃｒｏｃｙｌｉｎｄｅｒ  ｏｒ  ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ）の影面（ｓｈａｄｏｗ−ｓｉｄｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）から出現した後に波長λより長い距離を伝播することができる狭くて強力な非エバネッセント波である。ナノジェットの最小ビーム幅を、標準的な（ｃｌａｓｓｉｃａｌ）回折限界より小さくすることができ、実際には、マイクロスフェアに対してλ／３以下にすることができる。
【００１７】
米国特許出願公開第２０１０／０２４５８１６号明細書は、ラマン顕微鏡のサンプル表面の上に（ｏｎ  ｏｒ  ｊｕｓｔ  ａｂｏｖｅ）（例えば、ポリスチレンの）誘電マイクロスフェアを保持することによって実行される近接場ラマンイメージングを記載している。照明レーザビームは、サンプルとの近接場相互作用を生じさせるためにマイクロスフェアによって集束される。シフトした波長のラマン散乱光が収集されるとともに分析される。マイクロスフェアを、ＡＦＭカンチレバー又はマイクロスフェアのサンプル表面に対する位置を維持するためのフィードバックを提供する他の走査型プローブ顕微鏡に装着することができる。代替的に、マイクロスフェアを、照明レーザビームの光ピンセット効果によってサンプル表面に保持することができる。この装置の一つの欠点は、使用されるラマン顕微鏡の共焦点設計に大きく依存する垂直分解能（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）である。（十分に調整可能な共焦点ピンホール口径を包含する）正確な共焦点設計のために、深さ分解能は１〜２μｍ程度である。
【００１８】
走査型近接場光顕微鏡のプローブは、ナノサイズのポイント（小規模の孔、小規模のチップ、蛍光ナノ粒子、蛍光分子、誘電コーナ及び金属コーナ）付近で極大となる電磁場特性を与える。しかしながら、広い領域に亘って分布するプローブ電界は、超分解能も与えることができる。このために、フィールドスペクトルを、サンプルの小寸法に対応する高い空間周波数によって強める必要がある。そのような近接場の例として、米国特許出願公開第２００９／０２７６９２３号明細書は、端面が先鋭な線形エッジを特徴付ける光ファイバのモデル及びランダムに分布したナノ粒子のモデルを提案するとともに理論的に研究している。これらの種類のプローブは、２段階の化学エッチング及び集束イオンビームミリングの組合せを用いることによって製造されるとともに製造にナノスケールの精度を必要としない従来のプローブよりも機械的に頑丈である。光プローブは、入射光を従来のプローブの場合よりも十分に分布させて利用することによってサンプルへの光及びサンプルからの光の限界損失での導波を行うことができる。数値モデルは、相当の測定ノイズがある場合でもこれらのプローブがプローブ寸法より著しく小さい物体を判別することができるとともに所定のケースにおいて従来のナノプローブより良好であることを示す。この装置の一つの欠点は、装置が逐一測定を行うことである。
【００１９】
国際特許出願公開第２０１３／０４３８１８号明細書は、カンチレバー及びカンチレバーの遠位端に結合した光学的に透明なマイクロスフェアレンズ（ｍｉｃｒｏｓｈｅｒｅ  ｌｅｎｓ）を含むナノ位置決め装置を含む表面イメージングシステム及び方法を記載している。光学素子は、マイクロスフェアレンズによって光を表面の少なくとも一部に集束することができ、集束した光は、マイクロスフェアレンズを介して表面から反射して戻る。ナノ位置決め装置に通信可能となるように結合した制御装置を、マイクロスフェアレンズを予め決定された距離で表面の上に配置するように構成することができる。この装置の一つの欠点は、回折制限された（ｄｉｆｆｒａｃｔｅｄ  ｌｉｍｉｔｅｄ）垂直分解能である。
【００２０】
非近接場顕微鏡において、イメージングコントラスト（ｉｍａｇｉｎｇ  ｃｏｎｔｒａｓｔ）は、しばしば低く、最後の像の焦点外の光（ｏｕｔ−ｏｆ−ｆｏｃｕｓ  ｌｉｇｈｔ）のために十分でない。コントラストを上げるために、顕微鏡の照明条件及び結像中の結像ソフトウェア設定を最適化することができる。非近接場顕微鏡とは対照的に、共焦点顕微鏡検査技術は、一般的には、良好な光学コントラスト及び向上した分解能を有する。これは、最後の像の焦点外の光を取り除くために検出器の前に小さいピンホールを配置することによって実現される。レーザ共焦点顕微鏡とマイクロスフェアとを組み合わせるとき、互いに近接して配置された球体（ｃｌｏｓｅｌｙ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄ  ｓｐｈｅｒｅｓ）を用いる場合に共焦点イメージングに複数のコンセントリックリングが出現する。これらのリングは、コヒーレントレーザ照明の下での粒子又は球体と基板との間の近接場相互作用に起因する。それに対し、インコヒーレント光源は、この問題を、非近接場顕微鏡においてより目立たなくする。これらのリングは、イメージング品質（ｉｍａｇｉｎｇ  ｑｕａｌｉｔｙ）を劣化させ、これによって、共焦点イメージングにおいて判別することができる最小の形態に実用限界が課されることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従来技術の実施の形態は、像の物体として誤って解釈されるおそれがあるこれらのアーチファクトに悩まされる。個別の既知の粒子に対して、物体の正確な像を，粒子を介して見ることができる。アーチファクトの問題は、インコヒーレント光源がしばしば用いられる非近接場顕微鏡システムにおいて目立たなくなる。
【００２２】
従来技術は、特に生体イメージングにおいてコントラストを上げる方法についての偏光を記載している。非近接場顕微鏡の偏光の複数の研究並びに静止したサンプル及び動くサンプルの両方のイメージングに対する偏光−ＳＷＬＩの複数の研究が存在する。近接場顕微鏡の偏光の使用の研究が存在するが、それは、３次元超分解能イメージングでは決して用いられない。従来技術の刊行物は、ナノメータ寸法の３Ｄキャリブレーションを提供しない。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の目的は、表面トポグラフィー及び／又は表面下構造を決定する向上した３Ｄ超分解能イメージングシステム及び方法を実現することである。これは、物体の界面の４次元特性を決定する装置によって実現される。装置は、干渉イメージングを行う手段を備える。干渉イメージングを行う手段は、
光源と、
物体の界面から干渉イメージングを行う手段に到達する光と干渉イメージングに関連する参照経路から干渉イメージングを行う手段に到達する光との間の干渉に基づいて干渉像を形成する手段と、
光源から干渉イメージングを行う手段までの参照経路を形成し、光源から物体の界面に光を導き、物体の界面から干渉イメージングを行う手段に光を導く手段と、
を備える。
【００２４】
装置は、物体の界面に導かれる一つ以上のフォトニックジェットを物体の界面に導かれた光から形成するために近接場修正構造を構成する手段を更に備え、干渉イメージングを行う手段は、近接場修正構造を構成する手段を介して干渉イメージングを行うように配置される。
【００２５】
本発明の典型的な実施の形態による装置は、物体の界面の４次元特性を決定する装置である。装置は、光源と、界面のイメージングに利用されるフォトニックジェットを形成する手段と、界面及び界面の組合せの広視野の干渉イメージングを実行する手段と、界面に近接する光を通過させるとともに光を界面に導く手段と、を備え、前記手段は、像を形成し、界面の位相シフト干渉イメージングを実行する手段と、光干渉及びフォトニックジェットを組み合わせることによって超分解能イメージ情報を形成するマイクロスフェアと近接場修正構造のうちの少なくとも一方によって変調される界面からの光を受光するイメージング手段と、フォトニックジェットの影響を利用することにより位相シフト干渉イメージングによって形成されたイメージ情報に基づいて界面の４次元特性を決定するプロセッサ装置と、を備える。
【００２６】
本発明の方法は、物体の界面の４次元特性を決定する方法である。方法は、
光源から干渉イメージングに関連する参照経路まで光を導くことと、
光源から物体の界面に光を導くことと、
物体の界面から到達する光と参照経路から到達する光の間の干渉に基づいて干渉像を形成するために干渉イメージングを行うことと、
を備える。
【００２７】
上述した干渉イメージングを、物体の界面に導かれる一つ以上のフォトニックジェットを物体の界面に導かれた光から形成するために近接場修正構造を構成する手段を介して行う。
【００２８】
本発明の典型的な実施の形態による方法は、物体の界面の４次元特性を決定する方法であって、光を生成する方法である。方法において、界面のイメージングに利用されるフォトニックジェットを形成し、界面とこれらの組合せの広視野の干渉イメージングを実行し、界面に近接する光を通過させるとともに光を界面に導き、像を形成し、界面の位相シフト干渉イメージングを実行し、マイクロスフェアと光干渉及びフォトニックジェットを組み合わせることによって超分解能イメージ情報を形成する近接場修正構造のうちの少なくとも一方によって変調される界面からの光を受光し、フォトニックジェットの影響を利用することにより位相シフト干渉イメージングによって形成されたイメージ情報に基づいて界面の４次元特性を決定する。
【００２９】
本発明は、界面のイメージングに利用されるフォトニックジェット及び界面とこれらの組合せの広視野の干渉イメージングの実行に基づく。界面に近接する光を通過させるとともに光を界面に導き、像を形成する。さらに、本発明は、界面の位相シフト干渉イメージング及びマイクロスフェアと光干渉及びフォトニックジェットを組み合わせることによって超分解能イメージ情報を形成する近接場修正構造のうちの少なくとも一方によって変調される界面からの光を受光することに基づく。
【００３０】
本発明の利点は、物体の界面の４次元特性の無標識であり、非接触であり、広視野であり、かつ、迅速な決定を実現できることである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による第１の典型的な実施の形態を示す。
【図２】本発明による第２の典型的な実施の形態を示す。
【図３】本発明による好適な実施の形態を示す。
【図４】本発明によってイメージングされた表面の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明によれば、ｚ軸に対する光干渉法及びｘｙ平面に対するフォトニックジェットを組み合わせることによって非接触で広視野の３Ｄ超分解能イメージングを実現することができる。光干渉法を、例えば、白色干渉法と称することができる。ｚ軸イメージングは、実像を使用し、光を近接場修正構造（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、例えば、球体に注入し、界面から反射した光を、球体を介して抽出する。ｘｙ平面において、球体に注入された光が結像され、球体を介して光が抽出されるとともに球体の外側から光が抽出され、界面の虚像が用いられる。
【００３３】
図１〜３において、本発明による典型的である好適な実施の形態を示し、この場合、物体の界面１００の４次元特性を決定する装置は、光源１０２を備える。４次元は、３Ｄ（ｘｙｚ次元）及び時間領域を意味する。界面１００を、物体の表面又は物体の表面下すなわちいわゆる埋没面（ｂｕｒｉｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）とすることができる。装置は、界面１００のイメージングに利用されるフォトニックジェットを形成する手段と、界面１００及び界面の組合せの広視野の干渉イメージングを実行する手段１０５ａ，ｂと、備える。一実施の形態において、装置は、広視野を有するために上部構造と下部構造の少なくとも一方をステッチするイメージステッチングを行う手段を備える。フォトニックジェットを形成する手段は、マイクロスフェア、マイクロシリンダ、マイクロレンズ（例えば、フレネル）、グリッド、キューブ、メタマテリアル、負の屈折率の材料及びいわゆる点広がり関数を抽出するために既知のターゲットを用いることができるときに特定の既知の形状又は特定されない形状の任意の近接場修正構造のうちの少なくとも一つを備えることができる。また、フォトニックジェットを形成する手段は、例えば、フォトニックジェットを伴うポリマー又はポリマー状の材料を備えることができる。フォトニックジェットを、例えば、ナノジエット又は等価物とすることができる。一実施の形態において、装置は、偏光を用いて測定を行う手段を備えることもできる。
【００３４】
本発明による装置は、界面１００に近接する光を通過させるとともに光を界面に導き、像を形成する手段１０８と、界面１００の位相シフト干渉イメージングを実行する手段１０６と、を備える。手段１０８は、好適には、十分に薄い透明な母材に部分的な又は完全に埋め込まれたハイインデックス（ｈｉｇｈ−ｉｎｄｅｘ）マイクロスフェア１１８とすることができるマイクロスフェア１０８である。一実施の形態において、物体を動かす手段１０６を、界面１００の位相シフト干渉イメージングを実行する手段１０６として用いることができる。物体を動かす手段１０６を、例えば、マイクロスフェア１０８を動かすためにマイクロスフェア１０８に取り付けられたガラスマイクロピペット１１４及び細胞であるサンプルの表面を局所的に動作させる他のチップとすることができる。他の実施の形態において、界面１００の位相シフト干渉イメージングを実行する手段１０６は、ストロボ照明の利用を備えることができる。
【００３５】
本発明による装置は、光干渉及びフォトニックジェットを組み合わせることによって超分解能イメージ情報を形成するマイクロスフェア１０８によって変調される界面１００からの光を受光するイメージング手段１１０と、フォトニックジェットの影響を利用することにより位相シフト干渉イメージングによって形成されたイメージ情報に基づいて界面１００の４次元特性を決定するプロセッサ装置１１２とを、更に備える。イメージング手段１１０を、例えば、ＣＣＤカメラとすることができる。図４において、本発明によってイメージングされた表面１００の一例を示す。
【００３６】
一実施の形態において、装置は、同時のｚ軸キャリブレーション及びｘｙ軸キャリブレーションを可能にするためにグリッド（ｇｒｉｄ）を最低ステップ（ｔｈｅ  ｌｏｗｅｓｔ  ｓｔｅｐ）に追加することによるナノルーラの概念（ｎａｎｏｒｕｌｅｒ  ｃｏｎｃｅｐｔ）に基づいて同一視野のキャリブレーションを実行する手段を備える。手段を、例えば、顕微鏡のガラスの上にＬａｎｇｍｕｉｒ  Ｂｌｏｄｇｅｔｔ膜を堆積したものとすることができる。グリッドを、例えば、短波長リソグラフィによって形成することができる。
【００３７】
他の実施の形態において、装置は、フォトニックジェットレイヤーの衝撃を除去するとともに最大分解能を可能にするために十分なサイドローブの減少があるという条件の下で最小メインローブのコヒーレンス関数を形成する手段１２４を備えることができる。手段１２４を、例えば、異なるコヒーレンス長を有する光源を用いることによって、光源のコヒーレンスを破壊するでこぼこなディスク（ｒｏｕｇｈ  ｄｉｓｋ）を用いることによって又は複数の光源を適切に組み合わせることによって実現することができる。
【００３８】
他の実施の形態において、装置は、位相シフト、過渡的なイメージング及び向上したイメージコントラストの少なくとも一つを形成するために偏光を制御する手段１２６を備えることができる。手段１２６を、例えば、光源の前に偏光子を配置するとともに大面積の検出器の前に検光子を配置することによって又は画素化した偏光子を用いることによって実現することができる。
【００３９】
本発明による一部の実施の形態において、装置は、フォトニックジェットの有限サイズ形状によって形成される表面トポグラフィーの歪みを説明する手段を備えることができる。当該手段を、例えば、ＡＦＭイメージングにおいて有限チップ寸法を補正するのに用いられるのと同様なデコンボリューション手法に依存することによって組み込むことができる。
【００４０】
以下、本発明による種々の実施の形態を更に詳しく説明する。ナノメータの十分の一の方位分解能及び垂直分解能となる３Ｄ超分解能を実現するためにＬＣＩ（ＳＷＬＩ）及びフォトニックナノジェット技術を組み合わせる。これは、これまで実現されたものより辺が等しくなる（対称になる）とともに小さくなるボクセル（ｖｏｘｅｌ）を提供する。装置は、静止している又は動いている表面と埋没表面の両方の無標識であるとともに非接触のイメージングを可能にする。十分な視野技術は、広大な領域において迅速かつ同時的な全ての視点を提供する。像寸法（ｉｍａｇｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）のトレーサビリティを、ナノルーラ手法を用いて実現することができる。装置すなわち本発明による装置をハンドヘルドにすることができる。
【００４１】
図１に示す一実施の形態において、ミロー顕微鏡対物レンズ１０５ｂを使用するＳＷＬＩ配置を用いる。ナノジェットを、マイクロスフェア、マイクロシリンダ、マイクロレンズ、グリッド、キューブ、メタマテリアル、負の屈折率の材料又はナノジェットを生成するための特定の既知の形状−球形、半球形又は他の形状のナノ粒子を用いることによって実現することができる。さらに、潤滑剤（ｌｕｂｒｉｃａｎｔ）としての役割を果たす湿潤層（ｗｅｔｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を用いることができる。ナノジェット粒子を、サンプルの上に自由に配置することができる、又は、自己集合法を用いてポリマー材料に部分的に若しくは全体的に組み込むことができる。後者の場合、層の厚さに注意を払うべきである。
【００４２】
図２に示す他の実施の形態において、種々の通常の対物レンズを使用することができるとともにポリマーが埋め込み材料として用いられる場合に層の厚さを補償することができるリンニク又はマイケルソン形態１０５ａを用いる。これによって、表面下イメージングすなわち埋め込み構造のイメージングを可能にする。
【００４３】
顕微鏡のこれらの実施の形態は、走査中のマイクロスフェアの位置決めの制御を必要とする。この問題を解決するための二つの手法は、（１）マイクロスフェアをマイクロスフェアに取り付けられたファインガラスマイクロピペット（ｆｉｎｅ  ｇｌａｓｓ  ｍｉｃｒｏｐｉｐｅｔｔｅ）と共に動かすこと及び（２）ハイインデックスマイクロスフェア（ＴｉＯ２又はＢａＴｉＯ３）を透明な母材（例えば、ＰＭＭＡ，ＰＤＭＳ）に部分的に又は完全に埋め込むことができるようにすることであり、母材は、標準的なカバースリップと同様な厚さを有し、この厚さは、通常の顕微鏡の対物レンズとサンプルとの間のギャップにマイクロレンズ又は近接場修正構造を直接挿入するのに十分である。マイクロスフェアの好適なサイズは、例えば、１０μｍであり、材料の屈折率は、例えば、１．６であり、装置に用いられる対物レンズの倍率は、例えば、５０×である。
【００４４】
本発明による実施の形態を、例えば、以下の用途に利用することができる。
【００４５】
Ｉ．本発明を薬剤開発に利用することができる。本発明は、ハイスループットスクリーニングに役立つ。薬剤開発は、がん治療の臨床での個別のカクテル療法の進展に役立つ。薬剤開発は、複雑な薬物保持薬物配送装置（ｄｒｕｇ−ｃａｒｒｙｉｎｇ  ｄｒｕｇ−ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｄｅｖｉｃｅｓ）において溶出試験（ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｅｓｔｓ）を行う自然科学的な方法である。このような超分解能技術を用いることによって、薬物送達装置のエロージョン（ｅｒｏｓｉｏｎ）を正確に測定することができる。これは、遅くなるおそれがあるとともに試験に更に多くの材料（ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）を必要とするおそれがある化学溶出試験（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｅｓｔｓ）を行う必要がないことを意味する。さらに、能動的又は受動的にナノ粒子を基板に付加する、ナノ粒子を構成する又はナノ粒子を除去する任意の種類のナノ化学のような手法（ｎａｎｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ−ｌｉｋｅ  ａｐｐｒｏａｃｈ）に対して同一の手法を用いることができる。
【００４６】
ＩＩ．本発明を、超音波増強電気スピニング加工（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｓｐｉｎｎｉｎｇ）−薬物保持ナノファイバ（ｄｒｕｇ−ｌａｄｅｎ  ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ）を製造する方法によって製造されたファイバ及び構成の試験に利用することができる。これらのファイバを、例えば、制御される放出特性を許容するように径が制御されたファイバ構成において用いることができる。そのようなファイバは、例えば、周囲の血糖値（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ  ｇｌｕｃｏｕｓｅ  ｌｅｖｅｌ）に反応するとともに要求に応じてインシュリンを放出することができる。
【００４７】
従来技術において、これらのナノスケールの構造を結像する方法は、複雑かつ低速なＡＦＭ又はＳＥＭのみである。
【００４８】
ＩＩＩ．本発明によって１００ｎｍより小さい寸法のナノ粒子の迅速な撮影を可能にする。これらの種類のナノ粒子は、存在する弱った薬成分（ｅｘｉｓｔｉｎｇ  ｆａｉｌｅｄ  ｄｒｕｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）に再び機会を与える。これらのナノ粒子を生成したときにこれらのナノ粒子を観察することは品質保証のために重要である。これをＳＥＭ又はＡＦＭによって行うことができない。その理由は、ＳＥＭ又はＡＦＭが非常に低速であるからである。
【００４９】
ＩＶ．本発明によれば、無標識かつナノメータの分解能で超表面及び表面下（ｓｕｐｅｒｓｕｒｆａｃｅ  ａｎｄ  ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ）生体イメージングのツールを提供することができる。従来技術による染料を用いるイメージング及び無標識ＡＦＭイメージングは、深刻な問題に悩まされる。
【００５０】
Ｖ．本発明によれば、真正性を保証する方法として埋め込みナノドットを用いることができるセキュリティ用途の読出し装置を提供することができる。
【００５１】
本発明を添付図面及び明細書を参照しながら説明したが、本発明は、これらに限定されず、本発明は、異なる種類の用途に応じた特許請求の範囲によって許可される範囲内の変形例に依存する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の界面（１００）の４次元特性を決定する装置であって、干渉イメージングを行う手段を備え、前記干渉イメージングを行う手段は、
光源（１０２）と、
前記物体の前記界面から前記干渉イメージングを行う手段に到達する光と前記干渉イメージングに関連する参照経路から前記干渉イメージングを行う手段に到達する光との間の干渉に基づいて干渉像を形成する手段（１１０）と、
前記光源から前記干渉イメージングを行う手段までの前記参照経路を形成し、前記光源から前記物体の界面に光を導き、前記物体の界面から前記干渉イメージングを行う手段に光を導く手段（１０５ａ，１０５ｂ，１２３，１３０，１３２，１３４）と、
を備える装置において、前記物体の前記界面に導かれる一つ以上のフォトニックジェットを前記物体の前記界面に導かれた光から形成するために近接場修正構造を構成する手段（１０８）を更に備え、前記干渉イメージングを行う手段は、前記近接場修正構造を構成する手段を介して前記干渉イメージングを行うように配置されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記参照経路から前記干渉イメージングを行う手段に到達する光と前記物体の前記界面から前記干渉イメージングを行う手段に到達する光との間の位相シフトを変更する手段（１０６）を備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記位相シフトを変更する手段（１０６）は、前記物体を動かす手段を備える請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記物体の界面の干渉像の時系列を生成するために前記干渉イメージングを行う手段を制御する処理装置（１１２）を備える請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記干渉イメージングを行う手段は、ストロボ照明によって干渉イメージングを行う手段を備える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
視野に対応する干渉像と視野の組合せに対応する組合せ干渉像とをステッチするイメージステッチングを行う手段を備える請求項１に記載の装置。
【請求項７】
垂直方向及び水平方向の同時のキャリブレーションを可能にするためにグリッドが同一の視野において結像物体と一緒になるというナノルーラの概念に基づいて干渉イメージングのキャリブレーションを行う手段を備える請求項１に記載の装置。
【請求項８】
分解能を最大にするために前記干渉イメージングで用いられる光のコヒーレンス関数を最適化する手段を備え、前記コヒーレンス関数を最適化する手段は、前記コヒーレント関数を提供するために選択されたコヒーレンス長を有する光源、前記干渉イメージングで用いられる光のコヒーレンスを破壊するためのディスク及び複数の光源の組合せによって構成される光源のうちの一つを備える請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記干渉イメージングで用いられる光の偏光を制御する手段を備える請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
一つ以上のフォトニックジェットの有限サイズ形状によって形成される表面トポグラフィーの歪みを説明する手段を備える請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記近接場修正構造を構成する手段（１０８）は、一つ以上の粒子を備え、その各々は、マイクロスフェア、マイクロセミスフィア（ｍｉｃｒｏｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ）、マイクロシリンダ、マイクロレンズ、マイクロチューブ、メタマテリアル及び負の屈折率の材料の一つである請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
物体の界面（１００）の４次元特性を決定する方法であって、
光源から干渉イメージングに関連する参照経路まで光を導くことと、
前記光源から前記物体の界面に光を導くことと、
前記物体の前記界面から到達する光と前記参照経路から到達する光の間の干渉に基づいて干渉像を形成するために干渉イメージングを行うことと、
を備える方法において、前記干渉イメージングを、前記物体の前記界面に導かれる一つ以上のフォトニックジェットを前記物体の界面に導かれた光から形成するために近接場修正構造を構成する手段（１０８）を介して行うことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記界面（１００）は、前記物体の表面であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記界面（１００）は、前記物体の表面下であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記参照経路から到達する光と前記物体の前記界面から到達する光との間の位相シフトを変更することを更に備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記位相シフトを変更するために前記物体を動かすことを備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ストロボ照明を前記干渉イメージングに用いる請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
野に対応する干渉像と視野の組合せに対応する組合せ干渉像とをステッチすることを備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
垂直方向及び水平方向の同時のキャリブレーションを可能にするためにグリッドが同一の視野において結像物体と一緒になるというナノルーラの概念に基づいて干渉イメージングのキャリブレーションを行うことを備える請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
分解能を最大にするために前記干渉イメージングで用いられる光のコヒーレンス関数を最適化することを備え、前記コヒーレンス関数を最適化することは、前記コヒーレント関数を提供するための光源のコヒーレンス長の選択、前記干渉イメージングで用いられる光のコヒーレンスを破壊するためのディスクの使用及び光源としての複数の光源の組合せの使用のうちの一つを備える請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記干渉イメージングで用いられる光の偏光を制御することを備える請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
一つ以上のフォトニックジェットの有限サイズ形状によって形成される表面トポグラフィーの歪みを説明することを備える請求項１２に記載の方法。
【請求項２３】
前記近接場修正構造を構成する手段（１０８）は、一つ以上の粒子を備え、その各々は、マイクロスフェア、マイクロセミスフィア（ｍｉｃｒｏｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ）、マイクロシリンダ、マイクロレンズ、マイクロチューブ、メタマテリアル及び負の屈折率の材料の一つである請求項１２に記載の方法。
【請求項２４】
前記物体の界面の干渉像の時系列を生成することを備える請求項１２に記載の方法。
【国際調査報告】
2018537695.tif 000011
2018537695.tif 000012
2018537695.tif 000013