JP2013541021A - ２次元試料配列を検出及び撮像するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

２次元（２Ｄ）配列のための検出システムが提供される。検出システムは、電磁放射源と、位相差発生器と、試料を収容することができる複数の試料フィールドを有する検出面と、２以上の空間的に分離されたポイントを区別するように構成されたイメージング分光器とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、検出及び撮像に関し、より詳細には、２次元（２Ｄ）試料配列を検出及び撮像するためのシステム及び方法に関する。

表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）は、分光法技術を用いて、金属膜の表面近くの屈折率変化を検知することによって検出される。屈折率変化の高い感度は、金属／溶液界面での化学反応の観察及び定量化のための基盤をもたらす。ＳＰＲ技術は、バイオセンサを含む多種多様な化学システムに用いることができる。

通常はＳＰＲセンサは、薄い金属層を支持するプリズムを使用する。リガンドなどの検出すべき試料は、金属面の一方の側に固定されて、改質された金属面を形成する。改質された金属面の反射スペクトルは、光を結合し、入射角又は波長の関数として反射光の強度を測定することによって測定される。

ＳＰＲでは通常は所与の時点で単一の試料が監視される。複数の試料の場合は検出するのに必要な時間は、試料の数の増加と共に増加する。２以上の試料を走査するためには通常は、走査角度ＳＰＲが用いられる。走査角度ＳＰＲでは通常は、入射角の関数として反射光の強度が測定される。光は光源からプリズムを通して改質された金属面上に導かれる。光の入射角が変化するのに従って特定の角度にて表面プラズモン共鳴は、その特定の入射角でプリズム内で内部的に反射された光の強度の鋭い窪みとして観察される。共鳴が起きる入射角は、金属膜上に配置された薄い試料層の屈折率によって影響を受ける。従って共鳴に対応する入射角は、薄い試料層の特性の直接的尺度となる。不利な点として、走査角度ＳＰＲは狭い角度範囲に限られる。角度範囲が制限されることにより試料エリアの範囲が制限され、一部の場合には測定できる屈折率も制限される。更に一部のシステムは、光源を機械的に走査することによって２Ｄ ＳＰＲ撮像を達成している。角度範囲を走査する間の角度制御の精度が欠けることが、ＳＰＲ測定結果の再現性に影響を及ぼす。更に機械的なタイプの走査は計測器の複雑さを増す。

角度を走査するための非機械的な方法はより高い感度を有することができるが、ＳＰＲ画像フレームレートはカメラの実際のフレームレートより依然として低い。これは時間上の各点は単一の角度に対応し、時間上の走査角度は実際のフレームレートを低下させるからである。

従って、試料の２Ｄ配列を検出及び撮像するための改良されたシステム及び方法をもたらすことが望ましい。

Sims M R et al., "The specific molecular identification of life experiment (SMILE)", PLANETARY AND SPACE SCIENCE, Vol.53, no.8 p.781-791. PERGAMON PRESS, OXFORD, GB 2005-07-01

一実施形態では２次元（２Ｄ）配列のための検出システムが提供される。検出システムは、電磁放射源と、位相差発生器と、試料を収容することができる複数の試料フィールドを有する検出面と、２以上の空間的に分離されたポイントを区別するように構成されたイメージング分光器とを備える。

他の実施形態では、２次元（２Ｄ）表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）撮像システムが提供される。このシステムは、１以上の対応する試料フィールド内に配置された試料の２Ｄ配列を有するＳＰＲ面と、試料フィールドの１つ以上を照射する広帯域光源と、試料の２Ｄ配列からの反射によって得られる試料ビームの経路長に差を導入する位相差発生器と、試料の２Ｄ配列から得られる光ビームを受け取る検出器とを備える。

他の実施形態では、２Ｄ配列内の試料を同時に撮像する方法が提供される。この方法は、試料ビーム及び対照ビームを用意するステップと、試料ビームで２Ｄ配列内の試料を照射して、得られる試料ビームを生じさせるステップと、対照ビーム又は得られる試料ビームのうちの１つに経路差を導入するステップと、得られる試料ビームを対照ビームと干渉させて、干渉スペクトルを形成するステップと、干渉スペクトルをスペクトル的に別々に取得するステップと、取得した干渉スペクトルのフーリエ変換を用いて２Ｄ配列の画像を再構成するステップとを含む。

本発明の上記その他の特徴、態様、及び利点は、各図面を通して同様な文字は同様な部分を表す添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、より良く理解されよう。

試料の２Ｄ配列を同時に検出するための本発明の検出及び撮像システムの一実施形態のフローチャートである。 本発明の光学エンジンの一実施形態の概略図である。 本発明の位相差発生器の実施形態の断面図である。 本発明の位相差発生器の実施形態の断面図である。 本発明の位相差発生器の実施形態の断面図である。 試料の２Ｄ配列を同時に検出及び撮像するための本発明の２Ｄ ＳＰＲ撮像システムの一実施形態の概略図である。 試料の２Ｄ配列を同時に検出及び撮像するための本発明の方法の一例のフローチャートである。 ２Ｄ配列の画像を再構成するための本発明の方法の一例のフローチャートである。 検出面上の３つのポイントに対する吸光係数のガウス分布のシミュレーション結果の例のグラフである。 逆フーリエ変換が計算された、図９の３つのポイントに対応するグラフである。 図９の３つのポイントに対する取り出されたＳＰＲのグラフである。 ビームエリアを４つの領域に分割するためにビームの経路内に配置された位相板を有する構成の断面図である。 ビームエリアが更に４つの領域に分割されて４×４スポット配列を生じる、図１２のビームエリアの概略図である。 ４×４スポット配列の個々のスポットをフィルタしフーリエ変換した後に得られる分光吸収のグラフである。 直線偏光子を９０度だけ回転したときのスペクトルにおける特性的なＳＰＲ窪みを示すユーザインターフェースの絵画的表現図である。

本発明のシステムの１以上の実施形態は、２次元（２Ｄ）配列に配置された２以上の試料の同時検出を実行する。システムは又、試料を撮像するように構成される。一実施形態では、第１の方向（例えばｘ方向）にて２Ｄ配列にスペクトル分離を導入し、第１の方向とは異なる第２の方向（例えばｙ方向）にて２Ｄ配列を撮像することによって、２Ｄ配列を再構成することができる。２Ｄ配列内の試料は、単一ショット即ち単一フレームで検出及び撮像できるので有利である。それにより方法は、高スループットの試料検出及び撮像システムに組み込むことができる。

一部の実施形態では試料の２Ｄ配列を同時に検出するためのシステムは、試料の２Ｄ配列を有する検出面と、電磁放射源と、位相差発生器と、２以上の空間的に分離されたポイントを区別することができる２Ｄ検出器とを備える。検出器は、検出した２Ｄ配列の画像を生成するために用いることができる。

図１は、試料の２Ｄ配列を同時に検出するための検出及び撮像システム１０の一例を示す。システム１０は、試料の２Ｄ配列を電磁放射１４で照射するための電磁放射源１２を備える。放射源１２は、検出すべき試料のタイプに応じて可視光、又は近赤外光を発生することができる。放射源１２は、発光ダイオード、表面発光ダイオード、タングステン電球、相補的なスペクトルを有して広帯域光源を形成する複数の発光ダイオード又はスーパルミネッセントダイオード、白色光源、広帯域光源、キセノンランプ、メタルハライドランプ、又は蛍光源を含むことができる。本明細書で用いられる「広帯域光源」という用語は、任意の所与の時点で波長のある範囲にわたる連続したスペクトルの出力を発する光源を指す。

放射源１２からの放射１４は光学エンジン１６に導かれる。光学エンジン１６は検出面（図示せず）を備える。試料の２Ｄ配列は検出面上に配置される。マイクロ流体チップなどのマイクロ流体デバイス１８は、試料を検出面に供給するように検出面に動作的に結合することができる。マイクロ流体デバイス１８のマイクロ流体動作を制御するためにマイクロ流体コントローラ２０を設けることができる。任意選択で、マイクロ流体デバイス１８から又はそれに試料を移動又は蓄えるために試料ハンドリングユニット３６を用いることができる。

光学エンジン１６は、マイケルソン又はマッハツェンダ干渉計構成を有することができる。光学エンジン１６は、試料を照射する放射に、対照ビームに対して位相差を誘起するための位相差発生器を備える。光学エンジン１６は、放射を試料の２Ｄ配列と対照とに導くための光学構成を備える。試料は、試料放射を対照放射と干渉させることによって形成される干渉スペクトルを分析することによって検出される。光学エンジン１６からの干渉スペクトルは、画像収集ユニット２５によって受け取られる。画像収集ユニット２５は、スペクトルドメインでの干渉を含む画像データを収集する。画像収集ユニット２５は、検出器と回折格子との組み合わせを含むことができる。一実施形態では回折格子は、１ミリメートル当たり３６００本のラインを有するが、他のミリメートル当たりの回折格子ラインの値を選択することもできる。回折格子は、周波数の追加の空間的分離を得るために所定の角度に傾けることができる。画像収集ユニット２５は、放射をコリメート又は焦点合わせするためのレンズなどの追加の光学素子を含むことができる。収集した画像は信号処理ユニット３５を用いて処理することができる。ユーザが検出システム１０と対話できるようにするためのユーザインターフェースをもたらすようにグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）３２を用いることができる。

図２は光学エンジン１６内の光学構成の一例を示す。光学エンジン１６は、放射１４の一部分を放射源１２から試料３０の２Ｄ配列２０に導くための光学構成を備える。２Ｄ配列２０は、非限定的に試料の４×４配列、試料の６×６配列、又は試料３０の８×８配列などの様々なサイズのものとすることができる。２Ｄ配列２０は検出面２２上に配置される。ビームスプリッタ３８は、放射１４を試料ビーム４０と対照ビーム４２とに分割するために用いられる。試料ビーム４０は試料３０の２Ｄ配列２０に向かって導かれ、対照ビーム４２は対照２６に向かって導かれる。放射源１２から検出面２２に向かう全体的な方向は試料アームと呼ばれ、放射源１２から対照２６に向かう全体的な方向は対照アームと呼ばれる。

試料３０の２Ｄ配列２０は検出面２２上に配置することができる。検出面２２は、試料３０を含んだ複数の試料フィールド２８を備えることができる。検出面２２は、入射試料ビーム４０の少なくとも一部分を反射、吸収、又は透過することができるスペクトル的に改質させる面とすることができる。検出面２２は用いられる検出技術に応じて変わり得る。検出技術の非限定的な例には、非限定的に局部的表面ＳＰＲ又はナノ格子ＳＰＲなどの表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）、又は反射型干渉分光法（ＲＩｆＳ）を含むことができる。局部的表面ＳＰＲの場合は検出面２２は、金属コーティングを有するガラス基板を含むことができる。ＲｉｆＳの場合は検出面２２はガラス面を含むことができる。ナノ格子ＳＰＲの場合は検出面２２はナノ格子を有するガラス面を含むことができる。

検出面２２上の試料フィールド２８は、リガンド分子を用いて官能化することができる。リガンド分子は層又はコーティングの形で存在することができ、官能化されたコーティングとも呼ばれる。一実施形態では検出は、リガンドの結合部位への試料の競合結合に基づくものとすることができる。同じ又は異なるリガンドを、２Ｄ配列２０の異なる試料フィールド２８内に配置することができる。リガンドは、個別の試料−結合領域の配列を形成するように、個別のエリア（２Ｄ配列２０の試料フィールド２８に対応する）に配置することができる。リガンドは、試料フィールド２８の１つ以上が他の領域とは異なるリガンド分子を備えるように、個別の試料フィールド２８内に配置することができる。一実施形態ではすべての異なる試料フィールド２８は異なるリガンド分子を備えることができる。リガンドはバイオポリマー、抗原、抗体、核酸、及びホルモンリガンドの１つ以上を備えることができる。一例では、抗体結合測定のために抗原を試料フィールド２８上に固定することができ、検出面は関心のある抗体を含んだ溶液に曝すことができ、結合が進行する。

試料３０は化学的又は生物学的試料とすることができる。一実施形態では試料３０は化学的又は生物学的に活性な試料とすることができる。これらの化学的又は生物学的に活性な試料３０は、それらがそれぞれ化学的又は生物学的要素と接触したときに所定の応答を生じることができる。一例では試料３０は時定数的な光学的特性を有することができる。試料３０は光学的に活性な材料を含むことができる。一例では試料３０は入射する放射を吸収、透過、又は反射することができる。

一実施形態では、検出面２２上の１以上の試料フィールド２８に試料３０を供給するように、マイクロ流体デバイス（図示せず）の複数のフローセルを検出面２２に動作的に結合することができる。各フローセルは１以上の流体流路を備えることができる。各フローセルは検出面２２上の１以上の試料フィールド２８に対応することができる。例えば流体流路のそれぞれは特定の試料フィールド２８に対して整列させることができる。異なる試料フィールド２８が異なるリガンド分子を含む実施形態では、異なる試料フィールド２８は対応するリガンド分子を有する対応する流体流路に整列させることができる。

図示されていないが任意選択で、試料フィールド２８の幾何形状及び数を画定するために画定要素を設けることができる。又試料フィールド２８とそれらの中間領域の間のコントラストは画定要素によって定めることができる。一部の実施形態では画定要素は検出面２２の選択された領域内に配置することができる。例えば画定要素は試料フィールド２８の周りの領域内に配置することができる。画定要素を有する領域は試料を含まなくてもよい。ＳＰＲ撮像の場合には画定要素は、ＳＰＲセンサ表面エリア（試料フィールド２８）内で生じている表面プラズモン共鳴の外側にコントラストを生成するために用いることができる。個々の試料フィールド、及び個々のセンサフィールドを取り囲む画定要素は、画定要素の反射率が個々の試料フィールドの反射率よりも低くなるように構成される。

簡単には画定要素は適当な材料のパターン形成された膜とすることができる。画定要素は光吸収材料を含むことができる。画定要素のために適当な材料としては、光吸収金属、半導体、又はフォトレジストポリマーなどのポリマーの層を含むことができる。一実施形態では検出面２２上の試料フィールド２８は、画定要素によって画定することができる。即ち画定要素は、検出面２２と共に検出面２２上の試料フィールド２８を画定することができる。例えば画定要素は、検出面２２上に連続して隆起した構造を形成することができ、これらの隆起した構造によって囲まれたエリアを試料フィールド２８として画定することができる。試料３０の２Ｄ配列２０の位置決め及び調整は、画定要素の適当なパターン形成された膜を選択することによって行うことができる。コントラストを生成することにより、試料フィールドを非試料フィールドと容易に見分けることができるようになる。試料フィールド２８を非試料フィールドと見分けることに加えて、画定要素は又隣接する試料フィールド２８の間、又は試料フィールド２８と検出面２２の間の汚染を最小化又は防止することができる。例えば画定要素は、基板と垂直の方向にＳＰＲセンサ表面エリアの上に盛り上がりを形成することができる。水性試料溶液の場合は、隣接する試料３０との相互汚染の可能性なしに水溶液が試料フィールド２８内に十分に抑制されるように、画定要素は疎水性である又は疎水性化されることが望ましい。

画定要素に加えて又はその代わりに、試料フィールド２８から反射されない光をフィルタ除去又は吸収するためにフィルタ要素（図示せず）を用いることができる。例えばフィルタ要素は、試料フィールド２８の周りのエリアから反射された光を阻止（例えば光を吸収することによって）することができる。望ましくない光を阻止することにより検出器での負荷が軽減され、ノイズを低減することによって装置の性能が向上する。フィルタ要素は試料アーム内の任意の場所に配置することができる。一実施形態ではフィルタ要素は検出面２２より検出器３４に近く配置することができる。他の実施形態ではフィルタ要素は検出面２２上に配置することができる。一実施形態ではフィルタ要素は画定要素と同じ材料から作製することができる。フィルタ要素は画定要素と同様な形状／パターンを有することができる。一実施形態ではフィルタ要素及び画定要素は１つの構造体となるように一体化することができる。この実施形態では一体化された構造体は光吸収材料から作製することができる。

試料ビーム４０は試料の２Ｄ配列へ導かれ、試料３０の２Ｄ配列と相互作用する。全体的に符号４４で示す得られる試料放射は、入射試料ビーム４０と試料３０の２Ｄ配列との相互作用によって生じる反射性放射又は透過性放射とすることができる。一実施形態では試料ビーム４０は、２以上の空間的に広がった個別のスポットを生成するためにマルチスポット発生器光学系に導かれる。空間的に広がった個別のスポットは試料３０の２Ｄ配列上に入射する。一例では、空間的に広がった個別のスポットのそれぞれは２Ｄ配列２０内の試料３０に対応する。

２Ｄ配列２０の撮像は、フーリエ変換を用いて試料３０の吸収スペクトルを再構成することによって得られる。様々な試料３０から得られる試料放射４４は、２Ｄ配列２０内の個々の試料３０を識別するために、検出器３４によって別々に識別される必要がある。一部の実施形態では試料３０の２Ｄ配列２０は単一ショットにて撮像することができる。フーリエ変換を用いて、何れの機械部品又は対照ビームを移動せずに、取得したスペクトルから空間的に分離されたポイント（試料３０）を確定することができ、それにより撮像速度が改善される。

試料フィールド２８の画像を再構成するためにフーリエ変換が適用されるので、試料フィールド２８内の個々の試料３０を見分けるのに画定要素を用いるだけでは不十分となり得る。一部の実施形態では得られる試料ビーム４４及び対照ビーム４２の干渉スペクトルに位相差を導入することができる。位相差は試料アーム又は対照アームの何れかに導入することができる。即ち位相差は、対照ビーム４２、又は２Ｄ配列２０から得られる試料ビーム４４の何れかに導入することができる。例えば得られる試料ビーム４４は、検出器３４に到達する前に位相差発生器５０を通過させることができる。図に示されていないが、別法としてスペクトル分離は、対照ビーム４２を位相差発生器を通過させることによって得ることができる。位相差発生器５０は、２Ｄ配列内の試料フィールド２８の解像に用いることができる。幾つかの実施形態では位相差発生器５０は、異なる試料３０から得られる試料ビームの間に経路長差を導入することができる。経路長差は干渉スペクトルでの位相差に形を変えることができる。このようして得られた位相差は、フーリエ変換において異なる試料を空間的に分離するために用いられる。

位相差は所定の方向に導入することができ、所定の方向とは異なる方向に撮像を実行することができる。位相差が導入された方向と異なる方向に撮像することにより、試料３０をｘ及びｙ方向の両方に解像する。一例では、位相差発生器５０はｘ方向に位相差を導入することができ、撮像はｙ方向に行うことができる。この実施例では位相差発生器５０は試料３０をｘ方向に沿った解像を容易にし、検出器はｙ方向に沿って配置された試料３０を解像し空間的に分離する。

対照放射が位相差発生器５０に通される実施形態では、干渉のための条件は、位相差を有する対照放射を、試料から得られる放射と組み合わせることによってもたらされる。別法として得られる放射が位相差発生器５０に通される実施形態では、干渉のための条件は、位相差を有する試料放射を対照放射と組み合わせることによってもたらされる。この干渉の効果のために、検出器３４にて受け取られるビームの強度は、２つのアーム内のビームの経路長の差に依存する。

図示されていないが光学エンジン１６は又、レンズ、フィルタ、コリメータなどの他の光学素子を含むことができる。例えば放射を検出器に導くために対照アーム及び試料アーム内にそれぞれレンズを配置することができる。

位相差発生器５０によって引き起こされる位相シフトに加えて、試料フィールド２８内に配置された試料３０は又、得られる試料放射内に位相シフトを発生することができる。試料によって発生される位相シフトは、位相シフト発生器５０によって発生される位相シフトのほんの一部分となり得る。小さな位相シフト成分は干渉パターンでの対応する周辺部をシフトさせ得る。周辺部のシフトは、その試料フィールド２８の試料３０の特性に対応する。試料３０によって引き起こされる放射での追加のシフトは、試料３０の化学的又は光学的特性の判定を容易にすることができる。

得られる試料放射４４と対照ビーム４２の間の干渉スペクトルは、イメージング分光器５４を用いて分析され撮像される。イメージング分光器５４は、スペクトル的に分離された２Ｄ検出器５８と、回折格子５６とを含むことができる。干渉スペクトル内のスペクトル周波数は、２Ｄ検出器５８及び回折格子５６を用いて分離される。検出器５８は、試料３０の２Ｄ配列からの反射光の光学的特性における変化を検出する。検出器５８は、試料内の検体濃度、或いは化学的又は生物学的組成を検出することができる。

検出器５８は、選択された波長の範囲にわたって試料からの反射光を測定するための光検出器、分光器、又は電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、フォトダイオード（アバランシェフォトダイオードなど）、固体光電子増倍管（ＰＭＴ）、受像器、又はカメラとすることができる。典型的には、単色光を用いるときは光検出器（フォトダイオードなど）を使用することができ、広帯域光を用いるときは分光器又はＣＣＤ又はカメラを使用することができる。検出器５８がＣＣＤ又はカメラである実施形態では、検出器５８は試料からの反射光のスペクトルを記録することができる。検出面２２上の試料３０のそれぞれに対して、検出面２２上の対応する試料の干渉スペクトルを測定するために、２Ｄ分光器内に対応する列と行が存在する。撮像が撮像面２２上のｙ方向（例えば列の方向）に行われる場合は、列内の異なる試料が個々に識別される。しかしｘ方向（例えば行の方向）に配置された試料３０に対しては、行内の異なる試料は位相差発生器５０を用いて位相差を導入することによって別々に識別される。フーリエ変換を用いて撮像した後に、試料の２Ｄ配列内の試料３０は検出器によって個々に識別される。

イメージング分光器は、信号処理ユニット６０の一部となり得る検出回路に結合することができる。一例では、検出回路は電流信号を電圧信号に変換することができる。又検出回路はイメージング分光器５４から受け取った信号を増幅することができる。検出回路は非限定的に、分光器などの検出器５８から干渉パターンの測定結果を受け取るため及びそれに対して分析を行うためのデータプロセッサなどの構成要素を含むことができ、分析は干渉スペクトルのパラメータを確定することを含む。このようなパラメータの非限定的な例には、周波数、位相、干渉周辺部の強度を含むことができる。

信号を処理し表示するためにコンピュータ（図示せず）を用いることができ、信号処理ユニット６０の一部となることができる。コンピュータは、多様な定量的又は定性的測定値を発生するために用いることができる。例えば定量的測定では横座標は時間を表すことができ、縦座標は検体の百分率濃度を表すことができる。更にコンピュータは、様々な要素又は化合物のスペクトル特性に関する情報を記憶したスペクトルライブラリを有することができる。このスペクトルライブラリは、未知の試料から受け取ったスペクトル情報をライブラリに保持されたスペクトルパターンと比較することによって未知の試料を識別するために用いることができ、比較によって未知の物質の識別を行うことができる。

図に示されていないが一実施形態では、環境ノイズを打ち消す、低減する、又は除去することによって画像を安定化するために画像安定化ユニットを光学エンジン１６に結合することができる。例えば温度安定化、又はキャビティのフリンジロックによって、温度ノイズ、又は機械的ノイズなどのシステムノイズを低減又は最小化することができる。他の実施形態では、時間に対して信号を積分又は平均することによってＳＮＲを改善することができる。ＳＮＲは、検出面を温度安定化することによっても改善することができる。

図３には位相差発生器の一例が示される。この実施例では位相差発生器６２は、複数の段階６４、６６、及び６８を有するくさび形状を備える。全体として符号７０、７２、及び７４によって表される得られる試料放射又は対照ビームは、それぞれ段階６４、６６、及び６８を通過する。ビーム７０、７２、及び７４は、位相差発生器６２の媒体内の異なる厚さを通って進行する。位相差発生器６２の媒体内をビーム７０、７２、及び７４が横切る経路長が異なることにより、結果としてビーム７０、７２、及び７４に経路長差が導入される。経路長差は位相差に形を変え、それにより画像において３つの異なるビーム７０、７２、及び７４のそれぞれを別々に認識することが可能になる。

段階６４、６６、及び６８に平行な方向の異なる試料フィールドは、位相差発生器６２によってスペクトル的に分離される。一方、段階６４、６６、及び６８と直角の方向の異なる試料は分光器上に撮像される。段階の数は、段階のそれぞれが試料に対応するように、そのｘ方向に配置された試料の数に応じたものとすることができる。位相差発生器６２は、対照ビーム、又は試料ビーム、又は得られる試料ビームが横切る媒体（空気など）の屈折率よりも高い屈折率を有する材料から作製することができる。位相差発生器の材料は、対照ビーム又は得られる試料ビームに対して透明である。位相差発生器のための材料の非限定的な例は、ガラス、ポリマー、誘電体材料、及び他の同様な材料を含むことができる。位相差発生器は、誘電体材料、多層誘電体コーティング、ガラス板の積層体、液晶ディスプレイ、又は屈折率の異なる材料のサンドイッチ構造体から作製することができる。

段階として示されるが位相差発生器は非限定的に、経路差を生成するための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）式位相板、液晶位相変調器、波長板などの他の幾何形状を有することができる。更に幾つかの実施形態では位相差発生器は、ｙ方向に沿った位相差誘起機能を含むことができる。これらの実施形態ではｘ及びｙ方向（試料の２Ｄ配列の行及び列）の両方に、反射された試料ビームと対照ビームとの間に相対位相差を導入することができる。

図４は、パターン形成された構造体７８及び８０を備える位相差発生器７６を示す。パターン形成された構造体７８は、第１の屈折率を有する第１の材料の組み込みの段階を有することができる。第２の屈折率を有する第２の材料の段階を有するパターン形成された構造体８０は、パターン形成された構造体７８に結合される。構造体７８及び８０の両方は平面構造体を形成するように結合することができる。この平面構造体は、位相シフト構成要素７６の一端から他端に横切る間に増加する又は減少する屈折率勾配を有する。

図５は、パターン形成された構造体を有する位相差発生器８２を示す。位相差発生器８２はパターン８４、８６、及び８８を備えることができる。パターン８４、８６、及び８８のそれぞれは、残りのパターンの屈折率とは異なる屈折率を有することができる。パターン８４、８６、及び８８の屈折率は、位相シフト構成要素８２の一端から他端へ横切る間に徐々に増加又は減少することができる。パターンのサイズは、パターン８４、８６、及び８８のそれぞれが２Ｄ配列内の試料の単一の行又は列に対応するように、試料のサイズに基づいて決定することができる。パターン８４、８６、及び８８は１以上の材料から作製することができる。一例ではパターン８４、８６、及び８８は、互いに異なる屈折率を得るために、異なるパターン内では材料の体積百分率が異なる２つの材料から作製することができる。

本発明の検出システムは、試料の２Ｄ配列のためのワンショット／同時検出を得るために種々の検出技術に用いることができる。検出面は異なる用途に応じて変更することができる。又用途に応じてカメラと検出器の相対位置などの他の構成を変更することができる。

一部の実施形態では、２以上の試料を同時に検出及び撮像するためのＳＰＲ撮像システムが提供される。例えばＳＰＲ撮像システムは、生体分子などの１以上の検体の濃度、又は検体溶液中の１以上の検体の会合及び／又は解離の速度を検出するために用いることができる。一部の実施形態では、溶液中の２以上の異なる検体の濃度、又は２以上の異なる検体溶液からの単一の検体の濃度を同時に検出するために２Ｄ配列が設けられる。複数検体フォーマットは又、溶液中の検体の反応の速度を検出するために用いることができる。一実施形態ではＳＰＲ撮像システムは、試料の２Ｄ配列の単一ショット画像にて異なる波長でのＳＰＲ曲線を測定できるように広帯域光源を使用する。

図６は試料の２Ｄ配列を検出及び撮像するための２Ｄ ＳＰＲ撮像システム９０の一例を示す。システム９０は、広帯域放射を放出するための広帯域光源９２を備える。放射源９２は光ファイバ９３を用いてコリメータ９４に光学的に結合される。コリメータ９４からのコリメートされた放射は、ミラー９８を用いてビームスプリッタ９６に導かれる。ビームスプリッタ９６はコリメートされた放射を２つのビーム１０４及び１０２に分割する。位相差発生器１１５を用いて対照ビーム１０２内に位相差が誘起される。対照ビーム１０２は直角プリズム１１７を用いてイメージング分光器１２５に導かれる。任意選択でビームスプリッタ１１０は対照ビーム１０２を２つの部分に分割する。

コリメートされた放射の第２の部分１０４はＳＰＲ面１０６上に入射する。一例では面１０６は、試料の２Ｄ配列を有する検出面（図示せず）を有する金属薄膜でコーティングされたプリズムである。試料ビーム１０４はプリズム１０６内の内部反射を経て、金属薄膜からＳＰＲ面１０６上の試料フィールドの外へ反射される。金属薄膜は、金、銀、又は銅を有することができる。プリズムはガラスから作製することができるが、入射ビームを内部的に反射し、反射されたＳＰＲビーム透過するのに適した光学的特性を有する他の様々な材料を用いてもよい。ＳＰＲ面１０６から得られる試料ビームは、ミラー１０７及び１０８を備える光学系を用いてイメージング分光器１２５に導かれる。

一実施形態では画定要素の材料、及びＳＰＲ現象に必要な金属は、検出面又はＳＰＲ面１０６上に選択的に配置／パターン形成することができる。即ち試料を収容するように構成されたＳＰＲ基板の一定の部分は金を含むことができ、他の部分は金を含まないようにすることができるが、画定要素の材料を含むことができる。試料放射は金属薄膜上に入射することができる。

ビームスプリッタ１１０では位相差発生器１１５によって誘起された位相差を有する対照ビーム１０２の一部分と、得られる試料ビーム１１２の一部分とは、干渉して干渉スペクトルを生じる。それによりビームスプリッタ１１０では、対照ビームと反射された試料ビームの間の干渉を生じ得る条件が生成され、ＳＰＲ面１０６から現れるビームの強度変化を生じさせる。干渉ビーム１１６はイメージング分光器１２５によって受け取られる。分光器１２５は、検出器１００と、回折格子１２８と、円柱レンズ１１８などの１以上の光学素子とを備える。干渉ビーム１１６は円柱レンズ１１８を通過し、モノクロメータ１２４によって受け取られる。図示の実施形態ではモノクロメータ１２４は、円筒ミラー１２６と、回折格子１２８とを備える。モノクロメータ１２４からの反射光は検出器１００によって受け取られる。

対照ビーム１０２内に導入された位相差は、干渉ビーム１１６内に存在する。干渉ビーム１１６は回折格子１２８を通過し、回折格子１２８は干渉スペクトルを異なる波長の光に分割し回折することができる。次いで異なる波長の光は検出器１００上に入射する。

イメージング分光器１２５では干渉スペクトルは、経路差の関数として測定することができる。この干渉の効果のために、検出器１００に進むビームの強度は、対照ビーム１０２と得られる試料ビーム１１２の経路長の差に依存する。任意選択で、整列させる目的で、対照検出器（図示せず）によって受け取るように干渉スペクトルの一部分はピンホール１１８及び１２０を通して導くことができる。

ＳＰＲ構成の検出面はパターン形成された薄い層の形に配置された試料の２Ｄ配列を備えることができる。試料はガラス基板上に配置された金属薄膜上に配置することができる。金属薄膜の表面に接触して、パターン形成された薄い層の形で金属薄膜上に置くように試料を供給するための１以上のフローセルを有することができる。

ＳＰＲ撮像システム９０は一般に、イメージング分光器１２５にビームを導くために、その中に出口ビームポートを有する閉じられたハウジングを含むことができる。ハウジング内には広帯域光源を配置することができ、検出器はハウジングの外側に配置することができる。ＳＰＲ撮像システム９０では、プリズム１１７の代わりに回折格子を用いることができる。試料のそれぞれは、ＳＰＲ基板１０８上に配置された対応する回折格子を有することができる。

イメージング分光器１２５は、検出器によって取得された干渉スペクトルを測定する信号処理ユニットに動作的に結合することができる。一実施形態では共鳴の波長感度は、入射角を固定し、ＳＰＲ効果を波長の関数として測定することによって利用することができる。反射率スペクトルは、可視光から近赤外から赤外波長でのＳＰＲ効果により顕著な極小点を示す。反射率極小点の位置は金属膜の厚さを変えることによって変化し得る。一実施形態では反射率極小点の位置は、試料−金膜界面での屈折率の変化により、金属面上へ試料分子が吸着されるとすぐに波長がシフトする。本発明の検出システムは、気相から及び溶液から化学的に改質された金属面上への吸着を調べるために用いることができる。具体的には水溶液からの、ＤＮＡ、タンパク質、抗体、及び酵素などの生体分子の吸着を、検出システムを用いて原位置で監視することができる。有利には本発明の検出システムは、波長安定性及び測定の生産性、高速なデータ収集速度及び高い信号対雑音比の出力、及び広いスペクトル範囲をもたらす。

図７は、試料の２Ｄ配列を同時に検出及び撮像するための方法の一例を示す。段階１３０では試料ビーム及び対照ビームが用意される。試料ビーム及び対照ビームは広帯域光源などの単一の供給源から供給することができる。ビームはビームスプリッタを用いて試料ビームと対照ビームとに分割することができる。段階１３２では２Ｄ配列内の試料は試料ビームによって照射される。試料から得られる試料ビームは、反射性又は透過性ビームとすることができる。段階１３４では得られる試料ビーム又は対照ビームに所定の経路差が導入される。経路差は回折格子１２８の刻線方向と直角の方向に導入される。経路差が得られる試料ビームに導入される一例では、特定の行の試料から得られる試料ビームの間に相対経路差を導入することができる。行内の試料を横切る方向がｘ方向であるとすると、これはやはり回折格子の刻線方向に直角の方向となる。位相差発生器は、異なる経路を有する位相差発生器の諸部分がｘ方向に並列となるように配置することができる。このようにして特定の行に配置された試料は、それらの対応する試料ビーム内に誘起された経路長差を有することになる。しかし特定の列の試料は、位相差発生器によって導入される相対経路差をもっても、もたなくてもよい。列の試料に相対経路差が導入されない場合は、特定の行の試料からの試料ビームは、位相差発生器内部の同様な距離を横切って検出器に到達することになる。特定の列の試料は２Ｄ検出器を用いてスペクトル的に解像することができる。段階１３６では、得られる試料ビームと対照ビームとの間に干渉のための条件がもたらされる。段階１３８では干渉スペクトルはスペクトル的に別々に取得される。スペクトル差は、２Ｄ検出器がスペクトルを受け取る前に、干渉スペクトルを回折格子に通過させることによって発生することができる。段階１４０では受け取った干渉スペクトルのフーリエ変換を用いて、２Ｄ配列の画像が再構成される。経路長差（これは位相差に形を変える）を導入することにより、２Ｄ配列上の異なる試料は、誘起された経路長差を用いて再構成された画像内で別々に識別できるので有利である。

図８は２Ｄ配列の画像を再構成するのに必要な段階の一例を示す。段階１４２でスペクトル的に分離された干渉スペクトルを取得した後に、段階１４４では試料ポイントを再構成するために干渉スペクトルに対して逆フーリエ変換が行われる（符号１４６で示されるように）。段階１４８では周波数に応じて個々の試料ポイントを分離するためにフィルタリングが行われる。一実施形態では符号１５０で示されるように、個々の試料ポイントをスペクトル的に分離するためにウィンドウ処理技術を用いることができる。他の実施形態では段階１４２では時間周波数分析を用いて分析して、異なる試料ポイントのスペクトル及び／又は内容を確定することができる。段階１５２では異なる空間的位置（即ち試料）に対応する周波数を取り出すためにフーリエ変換が求められる。段階１５４では吸収（例えばＳＰＲ窪み）、又は透過の大きさを求めるために、周波数を波長に変換することができる。

図９〜１１は検出面上の３つのポイントに対する画像再構成のシミュレーション結果を示す。第１のポイント及び第２のポイントでの試料は、それぞれ６７５ｎｍ及び７０５ｎｍにてＳＰＲ現象を有すると仮定する。更に第３のポイントは７１５ｎｍにてＳＰＲを有する緩衝液であると仮定する。第１のポイントと第２のポイントは０．０６７８ｍｍの距離にあり、第１のポイントと第３のポイントは０．１３５ｍｍの距離にある。図９は３つのポイントに対する吸光係数のガウス分布を示し、曲線１６０は第１のポイントに対するガウス分布を表し、曲線１６２は第２のポイントに対するガウス分布を表し、曲線１６４は緩衝液である第３のポイントに対するガウス分布を表す。３つの曲線はＳＰＲ波長にて窪みを示す。即ち第１のポイント（曲線１６０）の場合はＳＰＲ窪みは６７５ｎｍにあり、第２のポイント（曲線１６２）の場合はＳＰＲ窪みは７０５ｎｍにあり、第３のポイント（曲線１６４）の場合はＳＰＲ窪みは７１５ｎｍにある。数値シミュレーション及び信号処理技術を用いて、試料又はポイントの間の取り出された空間的距離が確定される。

図１０は、それぞれ第１、第２、及び第３のポイントに対応する曲線１６６、１６８、及び１７０を示す。３つの点線の矩形１７２、１７４、及び１７６は、逆フーリエ変換が計算されたＳＰＲ曲線１６０、１６２、及び１６４（図９を参照）内の領域を表す。３つのポイントに対する空間的位置は、逆フーリエ変換を計算することによって取り出される。一実施形態では、空間的位置を分離するためにウィンドウ処理技術を行うことができる。

図１１は、３つのポイントに対して取り出されたＳＰＲを示す。３つのポイントが分離された後に（図８に示されるように）、３つの空間的位置に対応する周波数を取り出すためにフーリエ変換が行われる。その後にこれらの周波数は、ＳＰＲ窪みを求めるために波長に変換される。図示の実施形態では、検出面上のそれぞれ第１、第２、及び第３のポイントに対応する取り出されたＳＰＲ曲線１７８、１８０、及び１８２は、もとのＳＰＲ曲線１６０、１６２、及び１６４と比較して示される。処理時には、データ内の非線形性を取り除くためにデータの再サンプリングを行うことができる。

本発明について主としてＳＰＲ技術に関連して論じたが、一実施形態では本技術は試料の２Ｄ配列を分析するために反射型干渉分光法（ＲＩｆＳ）に応用することができる。この実施形態では位相差発生器を、得られる試料ビーム又は対照ビームのビーム経路内に配置することができ、薄膜での広帯域光の干渉に基づく物理的方法であり、分子相互作用を調査するために用いることができる。ＲＩｆＳは、ＳＰＲと同様に無標識の技術であり、蛍光性又は放射性標識を用いずに結合パートナーの間の相互作用の時間的に分解された観測を可能にする。自由溶液及びＲｉｆＳの場合は検出は位相変化に基づくが、ＬＳＰＲ及びナノ構造型ゲート式ＳＰＲの場合は検出はスペクトル変化に基づく。

一実施形態では検出システムを何度も繰り返して使用できるように、検出面を再生処理することができ、それによって必要な作業物質が削減され、結果として大幅にコストが低減される。

一部の実施形態ではリガンドで固定された検出面の１以上の試料フィールドは、高濃度の試料により、又は検出面が長時間にわたって試料溶液に曝されることにより飽和する場合がある。これらの実施形態では更に試料を検出するために検出面を再生処理する必要がある。一例では検出面の再生処理は以前に用いられたものとは異なる溶液を適用することによって達成することができる。一例では検出面を再生処理するために検出面を、水酸化ナトリウムなどの基礎液、又はｐＨ２．０のグリシン塩化水素緩衝液などの酸性溶液に曝すことができる。リガンドを再生処理することにより、センサアセンブリのコストが著しく低減される。一実施形態ではリガンドの再生処理により異なる試料溶液の検出が可能になる。この実施形態ではリガンドは、試料溶液を検出した後に、及び流体流路に次の試料溶液を流す前に再生処理される。

機械的可動部がないことにより計測器の寿命が長くなり、比較的に機械振動に対する耐性が得られる。試料フィールドの２Ｄ配列に対する多数のＳＰＲ曲線を単一ショットにて撮像することができる。２Ｄ ＳＰＲに対するフーリエ変換の手法は、高い信号対雑音比の出力、高い波長精度、及び再現性、及び高い縦座標精度をもたらす。単一ショットによる撮像はデータ収集でのより高いフレームレートを可能にし、ＳＮＲを改善する。

本発明の検出システムは活性濃度、スクリーニング、及び親和性及び反応速度の両方に関する特性付けを確定するために用いることができる。蛍光法及び化学発光法と異なり、検査すべきタンパク質に対するＳＰＲでは染色マークされた試料及び又抗体は必要ない。

この光学的検知装置は例えば、生物活性分子のそれらの対応する結合パートナー例えばＤＮＡ、タンパク質への特定の結合を確定する必要がある、分子生物学及び医療診断などの多様な用途に用いることができる。特定の分子結合事象の電気的検出に基づいて親和性センサは例えば、臨床試料、食品試料、及び植物などの環境試料などの最も多様な試料内の、分子、ウイルス、バクテリア、及び細胞を監視するのに用いることができ、それによりこのような監視を時間効率の良いやり方で行うことができる。光学的検知装置は分子検出、及び生体分子の濃度分析、生化学反応の反応速度及び平衡分析、発酵プロセスの制御、リガンド−細胞相互作用、臨床分析、及び細胞デモーションの分野で用いることができる。一部の実施形態では光学的検知装置は、特定の分子結合事象を検出するために、分子生物学分野にて、例えば医療診断、バイオセンサ技術又はＤＮＡマイクロアレイ技術において用いることができる。

監視及び検出はリアルタイムで行うことができるので有利である。例えば結合反応をリアルタイムで監視することができ、それによってコストが低減される。説明され特許請求された本方法の原理及び実施は、非限定的に生体分子に関連するものを含む任意の結合反応を分析するために用いることができる。抗体結合親和性の測定の場合は、典型的には抗原は検知面上に固定される。次いでその面は関心のある抗体を含んだ溶液に曝され、結合が進行する。結合が起きた後に検知面は、緩衝溶液（例えば初めに遊離抗体をもたないもの）に曝され、解離速度がリアルタイムで連続して監視される。検知装置の１つ以上実施形態は低コストの簡単な光学的検知装置である。更に装置は複数ポイント検知に用いることができ、従って高いスループットをもたらす。

４×４試料配列のＳＰＲのハイパースペクトル再構成がもたらされる。金コーティングプリズム面上に配置された試料の４×４配列からなるＳＰＲスペクトルを再構成するために実験的セットアップが用いられる。実験的セットアップはマッハツェンダ構成からなる。ＨＯＲＩＢＡ Ｊｏｂｉｎ Ｙｖｏｎ Ｉｎｃ．（米国３８８０ Ｐａｒｋ Ａｖｅｎｕｅ，Ｅｄｉｓｏｎ Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ ＮＪ ０８８２０−０９７）製のキセノンアークランプモデルＦＬ−１０３９／４０が光源として用いられる。光源には２００ミクロンのコアのマルチモードファイバが結合される。ファイバはファイバコリメータに接続され、ファイバコリメータは直径が約１２ｍｍのビームを生じる。ファイバコリメータからのビームの経路内に直線偏光子が置かれる。直線偏光子は、金コーティングプリズム内にＳＰＲを生じるように方向付けられる。ＳＰＲ現象は、直線偏光された光を用いて金コーティングプリズム内で発生される。ＳＰＲは、約４５度の入射角で金コーティングプリズム上に入射する。対照アームがブロックされた状態でピンホールの経路内の光を集めるために、オーシャンオプティクス分光器モデルＮｏ．ＳＤ２０００（米国８３０ Ｄｏｕｇｌａｓ Ａｖｅ．，Ｄｕｎｅｄｉｎ，ＦＬ３４６９８）が用いられる。このセットアップの場合にＳＰＲ現象が観察されるが、偏光子が９０度だけ回転されたときにＳＰＲ現象は消滅し、それによってＳＰＲの存在が確認される。干渉計からの組み合わされたビームは、円柱レンズによって分光器スリット上に焦点合わせされる。スリットは高品質の周辺部を得るためにカメラ上の干渉ビームのスポットサイズを制限するように働く。フーリエドメインでの信号を分解するために、ホリバ（オーシャンオプティクス分光器、ＨＯＲＩＢＡ Ｊｏｂｉｎ Ｙｖｏｎ Ｉｎｃ．米国３８８０ Ｐａｒｋ Ａｖｅｎｕｅ，Ｅｄｉｓｏｎ Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ ＮＪ ０８８２０−０９７）から入手したＴｒｉａｘ１８０イメージング分光器が用いられる。

図１２に示されるように、２ＤスポットエリアにてＳＰＲを再構成するために、ビーム１９２の経路内に位相板１９０が導入される。位相板１９０は、ビームエリアを４つの領域１９４に分割する４つのガラススライド１９３からなる。ガラススライド１９３の４つの異なる光学的厚さが、同時に４つの領域１９４の明確なＳＰＲを再構成する。

図１３はビーム断面に４×４スポット配列１９６を生じるように更に４つの行に人工的に分割された位相板によって生成された４つの領域１９４を示す。干渉画像の６０個の画像が収集された。４つのスポットの列に対応する４つのピークを有する逆フーリエ変換画像を生じるように６０個の画像が処理される。スポット列は４つの行に分割され、各スポット位置での分光吸収を求めるために個々のピークのフーリエ変換が行われる。

図１４は４×４スポット配列１９６の個々のスポットをフィルタしフーリエ変換した後に得られた分光吸収を示す。定性的に、オーシャンオプティクス分光器を用いて得られた応答と、行１〜４及びスポット１〜４に対する図１４に示される応答とが極めて良く似ているのが観察される。図１５は直線偏光子を９０度だけ回転したときのスペクトルを示す。グラフ１９８に示されるように特性的なＳＰＲ窪みが観察される。

本明細書では本発明の幾つかの特徴のみを図示し説明してきたが、当業者には多くの変形及び変更を思いつくであろう。従って添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲に含まれるものとしてこのような変形及び変更のすべてを包含するものであることを理解されたい。

Claims (22)

1. 電磁放射源と、
   位相差発生器と、
   試料を収容することができる複数の試料フィールドを有する検出面と、
   ２以上の空間的に分離されたポイントを区別するように構成されたイメージング分光器と
   を備える、２次元（２Ｄ）配列のための検出システム。
2. 前記位相差発生器が、得られる試料ビームの経路内に配置される、請求項１記載の検出システム。
3. 前記位相差発生器が対照ビームの経路内に配置される、請求項１記載の検出システム。
4. 前記位相差発生器が誘電体材料、ガラス板の積層体、又は液晶ディスプレイを備える、請求項１記載の検出システム。
5. 前記位相差発生器が、異なる厚さを有する部分を備える、請求項１記載の検出システム。
6. 前記位相差発生器が、複数の部分を有する平面構造体を備え、前記諸部分のそれぞれが他の部分とは異なる屈折率を有する、請求項１記載の検出システム。
7. 前記検出面が、基板上に配置された金属膜、基板上に配置されたナノ格子、ガラス基板を備える、請求項１記載の検出システム。
8. 前記検出器が回折格子に動作的に結合された、請求項１記載の検出システム。
9. 前記回折格子が１ミリメートル当たり１５０〜約３６００本のラインを備える、請求項８記載の検出システム。
10. 前記電磁放射源からのビームを試料ビームと対照ビームとに分割する、前記電磁放射源に動作的に結合されたビームスプリッタを更に備える、請求項１記載の検出システム。
11. 前記試料フィールドの間の前記検出面の少なくとも一部分上に配置された画定要素を更に備える、請求項１記載の検出システム。
12. 前記検出面の諸部分から反射された反射光ビームを少なくとも部分的に吸収するフィルタ要素を更に備える、請求項１記載の検出システム。
13. 前記イメージング分光器が、回折格子に動作的に結合された２Ｄ検出器を備える、請求項１記載の検出システム。
14. １以上の対応する試料フィールド内に配置された試料の２Ｄ配列を有するＳＰＲ面と、
    前記試料フィールドの１つ以上を照射する広帯域光源と、
    前記試料の２Ｄ配列からの反射によって得られる試料ビームの経路長に差を導入する位相差発生器と、
    前記試料の２Ｄ配列からの前記得られる光ビームを受け取る検出器と
    を備える、２次元（２Ｄ）表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）撮像システム。
15. 前記ＳＰＲ面が金属膜又はナノ格子を備える、請求項１４記載の２Ｄ ＳＰＲ撮像システム。
16. 前記ＳＰＲ面が、ガラス基板上に配置された金膜を備える、請求項１４記載の２Ｄ ＳＰＲ撮像システム。
17. ２Ｄ配列内の試料を同時に撮像する方法であって、
    試料ビーム及び対照ビームを用意するステップと、
    前記試料ビームで前記２Ｄ配列内の試料を照射して、得られる試料ビームを生じさせるステップと、
    前記対照ビーム又は前記得られる試料ビームのうちの１つに経路差を導入するステップと、
    前記得られる試料ビームを前記対照ビームと干渉させて、干渉スペクトルを形成するステップと、
    前記干渉スペクトルをスペクトル的に別々に取得するステップと、
    前記取得した干渉スペクトルのフーリエ変換を用いて前記２Ｄ配列の画像を再構成するステップと
    を含む方法。
18. 前記試料が一定の角度で照射される、請求項１７記載の方法。
19. 前記試料ビームの一部が、検出面上の非試料領域の少なくとも一部に到達するのを阻止するステップを更に含む、請求項１７記載の方法。
20. 得られる試料ビームからの光の少なくとも一部分をフィルタするステップを更に含み、光の前記一部分は前記検出面上の非試料領域によって反射される、請求項１７記載の方法。
21. 前記再構成するステップが、
    前記干渉スペクトルのフーリエ変換を求めるステップと、
    前記２Ｄ配列の前記試料に対応する１以上の曲線を空間的に分離するために、前記干渉スペクトルをフィルタするステップと、
    空間的位置に対応する周波数を取り出すために、逆フーリエ変換を適用するステップと
    を含む、請求項１７記載の方法。
22. 前記周波数を波長に変換するステップを更に含む、請求項２１記載の方法。