特許 7592321 エバネッセント場の共鳴イメージング顕微鏡装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-22

(45)【発行日】2024-12-02

(54)【発明の名称】エバネッセント場の共鳴イメージング顕微鏡装置および方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/17 20060101AFI20241125BHJP

   G02B 21/06 20060101ALI20241125BHJP

【ＦＩ】

G01N21/17 N

G01N21/17 B

G02B21/06

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2021564595

(86)(22)【出願日】2020-04-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-06

(86)【国際出願番号】 AU2020050427

(87)【国際公開番号】W WO2020220083

(87)【国際公開日】2020-11-05

【審査請求日】2023-04-07

(31)【優先権主張番号】2019901484

(32)【優先日】2019-05-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AU

(73)【特許権者】

【識別番号】304054507

【氏名又は名称】ザ ユニバーシティー オブ メルボルン

(74)【代理人】

【識別番号】100092783

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120134

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 規雄

(74)【代理人】

【識別番号】100141025

【弁理士】

【氏名又は名称】阿久津 勝久

(72)【発明者】

【氏名】ボルトン，クリストファー グラハム

(72)【発明者】

【氏名】ダガスティン，レイモンド ライリー

【審査官】伊藤 裕美

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３１８１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９０１２８７２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第０６２８０９６０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１７－０２１０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０２４００４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１４５１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０９０７５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】定在エバネセント波照明による超解像イメージング，光学，2009年07月10日，第38号，364-372

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－Ｇ０１Ｎ ２１／８３

Ｇ０２Ｂ ２１／００－Ｇ０２Ｂ ２１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イメージング領域の中に位置付けされているサンプルを特徴付けるための方法であって、前記方法は、
２つまたは複数のエバネッセント場を発生させるステップであって、前記エバネッセント場のそれぞれが、固有の方向で前記イメージング領域に方向付けられている、ステップと；
前記イメージング領域のイメージをキャプチャーするステップと；
空間的な強度パターンにしたがって、前記サンプルの１つまたは複数のサンプル特質を決定するステップであって、前記強度パターンは、前記エバネッセント場のそれぞれと、前記イメージの中の前記サンプルとの間の相互作用から結果として生じる、ステップと、
を含み、
少なくとも２つの前記エバネッセント場は、同時に発生させられる少なくとも２つのエバネッセント場を含み、各エバネッセント場が固有の特徴付けスペクトルに関連付けられている、かつ／または
少なくとも２つの前記エバネッセント場は、シーケンスにしたがって生成される少なくとも２つのエバネッセント場を含み、前記シーケンスは、少なくとも１つの他のエバネッセント場の後に発生させられる少なくとも１つのエバネッセント場を含む、前記方法。

【請求項2】

前記１つまたは複数のサンプル特質は、１つまたは複数の形状パラメータを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記１つまたは複数のサンプル特質は、１つまたは複数のサイズパラメータを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記強度パターンは、１つまたは複数の局所的強度最大を含み、前記１つまたは複数のサンプル特質は、前記１つまたは複数の局所的強度最大の識別された場所に少なくとも部分的に基づいて決定される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記サンプルのサイズパラメータおよび／または形状パラメータを決定するステップは、前記イメージの中の少なくとも１つの局所的な光強度最大に基づいて、前記サンプルの少なくとも１つの表面の場所を決定するステップを含む、請求項２または３に従属する場合の請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記エバネッセント場それぞれは、２つのエバネッセント場が同時に前記イメージング領域の中に存在しないように、固有の時間に発生させられる、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記エバネッセント場に関連付けられる複数の局所的な光強度最大を識別するステップと；
前記複数の局所的な光強度最大の相対的位置と一貫するサンプルサイズパラメータおよび／または形状パラメータを決定するステップと
をさらに含む、請求項４、および、請求項４に従属する場合の請求項５～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

複数の局所的最大を識別するステップは、前記強度パターンの中の局所的最大の１つまたは複数の中心場所を識別するためのフィルターを適用するステップを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記サンプルサイズパラメータおよび／または形状パラメータは、前記エバネッセント場それぞれに関連付けられる前記方向に依存して決定される、請求項２または３に従属する場合の請求項７または８に記載の方法。

【請求項10】

前記イメージは、光学拡大鏡に連結されているイメージセンサによってキャプチャーされ、前記イメージング領域が、前記光学拡大鏡を介して前記イメージセンサによって見ることができるようになっている、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

イメージングセンサと、
第１の表面を有し、サンプルが前記第１の表面の上方に位置決め可能である光学媒体と、
複数の光入力部であって、前記複数の光入力部は、前記光入力部によって受け入れられる光を固有の方向からそれぞれ前記光学媒体の中へ方向付けるようにそれぞれ構成されており、サンプルが存在していないときに、前記第１の表面からの全反射を作り出すようになっている、前記複数の光入力部と
を備えたサンプル特徴付け装置であって、
前記イメージングセンサは、前記光入力部それぞれに関連付けられるエバネッセント場とサンプルが相互作用することに起因して、空間的な強度パターンのイメージをキャプチャーするように配置されており、かつ
少なくとも２つの前記光入力部が、固有の特徴付け波長にそれぞれ関連付けられており、光を前記光学媒体の中へ同時に方向づけるよう構成され、前記イメージングセンサは、前記光入力部それぞれが区別可能であるように、前記第１の表面をイメージングするように構成されている、かつ／または
少なくとも２つの前記光入力部が、固有の特徴付けスペクトルにそれぞれ関連付けられており、シーケンスにしたがって光を前記光学媒体の中へ方向づけるよう構成され、前記シーケンスは、少なくとも１つの他のエバネッセント場の後に発生させられる少なくとも１つのエバネッセント場を含み、前記イメージングセンサは、前記光入力部それぞれが区別可能であるように、前記第１の表面をイメージングするように構成されている、前記サンプル特徴付け装置。

【請求項12】

前記光入力部それぞれは、光源に連結されており、前記光源は、光学カプラーの中に固定されている、請求項１１に記載のサンプル特徴付け装置。

【請求項13】

前記光源のうちの少なくとも１つは、レーザーである、請求項１２に記載のサンプル特徴付け装置。

【請求項14】

前記光源のうちの少なくとも１つは、ＬＥＤ光源である、請求項１２に記載のサンプル特徴付け装置。

【請求項15】

前記ＬＥＤ光源は前記光学カプラーの中に固定されている、請求項１４に記載のサンプル特徴付け装置。

【請求項16】

前記光入力部それぞれに関して、光が、前記サンプルが位置付けられているイメージング領域の中へ投射される角度は調節可能である、請求項１１から１５のいずれか一項に記載のサンプル特徴付け装置。

【請求項17】

前記イメージングセンサに光学的に連結されている拡大鏡を含み、随意的に、前記拡大鏡の倍率は調節可能である、請求項１１から１６のいずれか一項に記載のサンプル特徴付け装置。

【請求項18】

請求項１１から１７のいずれか一項に記載のサンプル特徴付け装置を含むサンプル特徴付けシステムであって、前記システムは、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されている、サンプル特徴付けシステム。

【請求項19】

前記空間的な強度パターンは、前記イメージング領域にわたって変化する強度パターンである、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項20】

前記空間的な強度パターンは、イメージング領域にわたって変化する強度パターンである、請求項１１～１７のいずれか一項に記載のサンプル特徴付け装置。

【請求項21】

少なくとも２つの前記エバネッセント場のうちの一方は、前記少なくとも２つのエバネッセント場の他方の固有の方向とは異なる角度方向にて固有の方向を有し、前記少なくとも２つのエバネッセント場は、２つの異なる角度方向にて前記イメージング領域に方向付けられている、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項22】

前記少なくとも２つの前記光入力部のうちの一方からのエバネッセント場は、前記少なくとも２つの前記光入力部のうちの他方からのエバネッセント場の固有の方向とは異なる角度方向にて固有の方向を有し、前記少なくとも２つの前記光入力部からの前記エバネッセント場は、２つの異なる角度方向にて、前記サンプルが位置付けられているイメージング領域に方向付けられている、請求項１１～１７のいずれか一項に記載のサンプル特徴付け装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般的に、エバネッセント場の散乱／共鳴を使用して、サンプルの（たとえば、粒子、構造体、基材）の幾何学形状をイメージングおよび／または特徴付けることに関する。

【背景技術】

【0002】

粒子特性評価（たとえば、１つまたは複数のサイズおよび／または形状パラメータの決定）は、製品の製作、配合、および品質制御を調整するための多くの産業プロセスにとって重要である。それは、たとえば、Ｒ＆Ｄプログラムの一部として、または、品質制御のエレメントとして、日常的に実施されている。それは、医薬品、化学的処理、鉱業および鉱物プロセス、食品および飲料、消費者製品、およびコーティング（たとえば、塗料）、ならびに、多くの他のものを含む産業部門において、製品の配合および製造において日常的に使用されている。

【0003】

粒子特性評価のための多くの既存の方法が存在している。これらは、顕微鏡方法（光学的またはその他）、フロー方法、回折方法、および拡散ベースの方法を含むカテゴリーへと大まかに配置され得る。これらの方法のほとんどは、球形に形状決めされた粒子を想定しており、そうでないときには、超高真空サンプルの準備または複雑な化学的標識のいずれかを必要とすることが多い。

【0004】

明視野イメージ分析技法（たとえば、ビデオ顕微鏡イメージから粒子のサイズおよび／または形状パラメータを抽出する）のために白色光を使用する標準的な光学顕微鏡の精度は、可視光の波長によって基本的に制限されており、ここで、実際には、粒子サイズおよび形状は、１ミクロン未満で解像することが困難である。観察は、液体または空気の中で行われ得、そこでは、粒子は、スライドまたは基材に固定されなければならない。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などのような技法は、光学顕微鏡がイメージングを実施するために光のビームを使用する方式と同様の方式で、電子のビームを用いる。ＳＥＭ／ＴＥＭ技法は、一般的に、広範なサンプル準備を必要とし、真空下で動作する。ＳＥＭおよびＴＥＭは両方とも電子のビームを使用するので、ほとんどの準備は、サンプルの炭化を防止するために、金属サンプルまたはサンプルの上の金属コーティングのいずれかを必要とする。顕微鏡の別のサブカテゴリーは、蛍光を用いる方法を含む。これらの方法では、粒子は、蛍光染料によってコーティングまたは含浸されなければならない。特定の波長の光が使用され、これらの染料（または、分子）の蛍光を励起し、既知のスペクトルの光のみが放出されるようになっている。これらの技法は、生物学において非常に成功した幅広い用途を見出したが、粒子を化学的にタグ付けまたは染色する課題は、入念なサンプル準備および化学経路を必要とする。追加的に、これらの技法をして可能な限り最良の空間分解能を取得することは、観察下にあるサンプルが比較的に静止したままであることを必要とすることが多く、時間依存のまたはオンラインの用途において、産業的なおよび商業的な有用性をさらに制限する。

【0005】

粒子サイジングのための他の技法は、一般的に、フロー（たとえば、テイラー分散分析（オリフィスプレート方法とも呼ばれる））、平面波光散乱／回折（たとえば、動的光散乱またはレーザー回折）、または、溶液の中の粒子の拡散運動をモニタリングおよび定量化すること（たとえば、ナノ粒子トラッキング分析、たとえば、Ｍａｌｖｅｒｎ ＮａｎｏＳｉｇｈｔ）に基づいている。これらの技法は、通常、球形の粒子を明示的に想定している。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様によれば、イメージング領域の中に位置付けされているサンプルを特徴付けるための方法であって、方法は、イメージング領域の中に、所定の方向にそれぞれ関連付けられている１つまたは複数のエバネッセント場を発生させるステップと；イメージング領域のイメージをキャプチャーするステップと；エバネッセント場またはそれぞれのエバネッセント場とイメージの中のサンプルとの間の相互作用から結果として生じる空間的な強度パターンにしたがって、サンプルの１つまたは複数のサンプル特質を決定するステップとを含む、方法が提供される。

【0007】

ある実施形態において、１つまたは複数のサンプル特質は、１つまたは複数の形状パラメータを含む。ある実施形態において、１つまたは複数のサンプル特質は、１つまたは複数のサイズパラメータを含む。

【0008】

ある実施形態において、強度パターンは、１つまたは複数の局所的強度最大を含み、１つまたは複数のサンプル特質は、１つまたは複数の局所的強度最大の識別された場所に少なくとも部分的に基づいて決定される。サンプルのサイズパラメータおよび／または形状パラメータを決定するステップは、イメージの中の少なくとも１つの局所的な光強度最大に基づいて、サンプルの少なくとも１つの表面の場所を決定するステップを含む。

【0009】

随意的に、少なくとも２つのエバネッセント場は、同時に発生させられ、固有の特徴付けスペクトル（characterising spectrum）にそれぞれ関連付けられる。同様にまたは代替的に、オプションによれば、なくとも２つのエバネッセント場が、シーケンスにしたがって生成され、シーケンスは、少なくとも１つの他のエバネッセント場の後に発生させられる少なくとも１つのエバネッセント場を含む。それぞれのエバネッセント場は、２つのエバネッセント場が同時にイメージング領域の中に存在しないように、固有の時間に発生させられる。

【0010】

方法は、エバネッセント場に関連付けられる複数の局所的な光強度最大を識別するステップと；複数の局所的最大の相対的位置と一貫するサンプルサイズパラメータおよび／または形状パラメータを決定するステップとをさらに含むことが可能である。随意的に、複数の局所的最大を識別するステップは、強度パターンの中の局所的最大の１つまたは複数の中心場所を識別するためのフィルターを適用するステップを含む。サンプルサイズパラメータおよび／または形状パラメータは、それぞれのエバネッセント場に関連付けられる方向に依存して決定され得る。

【0011】

随意的に、イメージは、光学拡大鏡に連結されているイメージセンサによってキャプチャーされ、イメージング領域が、光学拡大鏡を介してイメージセンサによって見ることができるようになっている。

【0012】

本発明の別の態様によれば、イメージングセンサと、光学媒体と、複数の光入力部とを含むサンプル特徴付け装置であって、光学媒体は、第１の表面を含み、サンプルが、第１の表面の上方に位置決め可能であり、複数の光入力部は、光入力部によって受け入れられる光を固有の方向から光学媒体の中へ方向付けるようにそれぞれ構成されており、サンプルが存在していないときに、第１の表面からの全反射を作り出すようになっており、イメージングセンサは、それぞれの光入力部に関連付けられるエバネッセント場とサンプルが相互作用することに起因して、空間的な強度パターンのイメージをキャプチャーするように配置されている、サンプル特徴付け装置が提供される。

【0013】

ある実施形態において、少なくとも１つの光入力部は、一度に１つの光入力部のみが光学媒体の中へ光を投射するように制御可能である。随意的に、少なくとも２つの光入力部が、固有の特徴付け波長にそれぞれ関連付けられており、イメージングセンサは、それぞれの光入力部が区別可能であるように、第１の表面をイメージングするように構成されている。

【0014】

それぞれの光入力部は、光源に連結され得る。少なくとも１つの光源は、レーザーであることが可能である。少なくとも１つの光源は、ＬＥＤ光源であることが可能であり、たとえば、光学カプラーは、少なくとも１つのＬＥＤ光源を含むことが可能である。

【0015】

随意的に、それぞれの光入力部に関して、光がイメージング領域の中へ投射される角度は調節可能である。

【0016】

装置は、イメージングセンサに光学的に連結されている拡大鏡を含み得、随意的に、拡大鏡の倍率は調節可能である。

【0017】

本発明のさらに別の態様によれば、以前の態様のサンプル特徴付け装置を含むサンプル特徴付けシステムであって、システムは、以前の態様の方法を実装するように構成されている、サンプル特徴付けシステムが提供される。

【0018】

本明細書で使用されているように、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語、または、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」もしくは「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などのような変化形は、包括的な意味で使用されており、すなわち、述べられている特徴の存在を特定しているが、本発明のさまざまな実施形態におけるさらなる特徴の存在または追加を除外するものではない。

【0019】

本発明がより明確に理解され得るようにするために、実施形態が、ここで、例として、添付の図面を参照して説明されることとなる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態によるエバネッセント場イメージング装置を示す図である。

【図2】全反射の表現を示す図である。

【図3A】３つの連結ポイントを有する光学カプラーを示す図である。

【図3B】８つの連結ポイントを有する光学カプラーを示す図である。

【図3C】光源が光学カプラーのコンポーネントである実施形態を示す図である。

【図3D】光学カプラーが複数のファセットを含む実施形態を示す図である。

【図4A】サンプルが存在しない状態での実施形態によるイメージング装置の動作を示す図であり、それぞれの光源が、固有の特徴付け波長に関連付けられている、図である。

【図4B】サンプルが存在しない状態での実施形態によるイメージング装置の動作を示す図であり、それぞれの光源が、固有の時間的位置に関連付けられている、図である。

【図5A】実施形態による、エバネッセント場との相互作用に起因して照射されているサンプルの例を示す図である。

【図5B】エバネッセント場との相互作用に起因して照射されているサンプルの例を示す図であり、その実施形態は、バッフル領域を含む、図である。

【図6A】実施形態のイメージングデバイスによってイメージングされた実質的に球形のサンプルの例を示す図である。

【図6B】実施形態のイメージングデバイスによってイメージングされた不規則な形状を有するサンプルの例を示す図である。

【図6C】実施形態による、サンプルを特徴付けることを示すサンプルの例を示す図であり、イメージが回折効果を強調している、図である。

【図7】実施形態による、イメージングデバイスを動作させるための例示的な方法を示す図である。

【図8】実施形態による、イメージングデバイスを動作させるための例示的な方法を示す図である。

【図9】サンプルの粒子がイメージング領域を横切って移動する実施形態を示す図である。

【図10】単一の光源および連続的に可変の光入力部方向を利用する実施形態を示す図である。

【図11】サンプルのイメージングの例を示す図である。

【図12】複数の粒子を含むサンプルをイメージングすることの例を示す図である。

【図13】異なるサイズの粒子を含むサンプルをイメージングすることの別の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１は、実施形態によるエバネッセント場イメージング装置（イメージング装置）１０を示している。イメージング装置１０は、サンプル５０を受け入れるように構成されている光学カプラー１４を含む。また、イメージング装置１０は、随意的に、拡大鏡１２を含み、拡大鏡１２は、イメージングセンサ１３に光学的に連結されている１つまたは複数のレンズ（図示せず）の構成体を含む。拡大鏡１２は、たとえば、複合顕微鏡であることが可能である。イメージングセンサ１３は、たとえば、デジタルカメラまたは特注設計のイメージングセンサであることが可能である。光学カプラー１４は、イメージング領域１１を画定しており、サンプル５０が、イメージング領域１１の中に位置付け可能である。また、イメージング装置１０は、１つまたは複数の光入力部１５を含む。光入力部１５は、たとえば、光ファイバーケーブル２２を使用して、または、光入力部１５の上への自由空気を通して１つまたは複数の光ビーム（たとえば、レーザービームなど）の方向を介して、光学カプラー１４に連結されており、または、光学カプラー１４を提供された直接的に連結されている光源１６（たとえば、ＬＥＤなど）によって、１つまたは複数の光源１６に連結されている。図１において、それぞれの光入力部１５は、光源１６に一意に連結されており、それぞれの光入力部１５に対して異なる光源１６が存在しているようになっている。しかし、他の実施形態において、光入力部１５のうちの１つまたは複数は、共通の光源１６に連結されており、これらの実施形態は、より詳細に下記に説明されることとなる。少なくとも１つの光源１６は、レーザーであることが可能である。別の実施形態では、少なくとも１つの光源１６は、ＬＥＤ源である。２つ以上の異なるタイプの光源１６が利用され得るということが予想される（たとえば、ＬＥＤ源およびレーザー源の両方）。

【0022】

図２を参照すると、ある実施形態において、光学カプラー１４は、光学媒体２０を含み、光学媒体２０は、第１の表面２１を有しており、サンプルが第１の表面２１の上方に位置付けされる。「上方の」という用語の使用は、説明を容易にするためのものであり、光源１６からの光が方向付けられる第１の表面２１の側（すなわち、第１の表面２１の「下方」）と第１の表面２１の反対側（すなわち、第１の表面２１の「上方」）との間を差別化することを意図している。２つだけの光入力部１５が、図示を容易にするために示されているが、しかし、一般的に、光学カプラー１４は、第１の表面２１の上方にエバネッセント場を生成させるのに適切な様式で、１つまたは複数の光入力部１５によって受け入れられる光を光学媒体２０の中へ方向付けるように構成されているということが留意されるべきである。ある実施形態において、光学カプラー１４は、複数の光入力部１５からの光を受け入れ、受け入れられた光の少なくとも一部分を光学媒体２０の第１の表面２１に向けて方向付けるように構成されている。第１の表面２１の上方に位置付けされているエバネッセント場は、第１の表面２１からの距離とともに指数関数的に減衰する。本明細書でのエバネッセント場「侵入」への言及は、イメージング可能なまたは観察可能な効果を作り出すためにエバネッセント場がサンプル５０と十分に相互作用することができる第１の表面２１からの距離を指す。したがって、エバネッセント場の侵入深さを増加させることが言及される場合、その言及は、第１の表面２１から特定の（通常は、任意の）距離において、エバネッセント場の大きさを増加させることを意味している。

【0023】

また、図２は、表面２１に向けて放出された光の全反射の表現を含む。図は、２つの関連する角度を図示している。θ_ｉは、入射角度であり、θ_ｒは、伝達角度である。角度θ_ｉおよびθ_ｒは、表面２１に対する法線に関するものである。光学媒体は、屈折率ｎ_１を有しており、サンプル領域は、屈折率ｎ_２を有している。臨界角度θ_ｃよりも大きい入射角度θ_ｉに関して、全反射が起こることとなる。臨界角度は、以下の式にしたがって計算され得る

【0024】

【数1】

【0025】

角度θ_ｉ、θ_ｒ、およびθ_ｃのそれぞれは、（示されているように）関連する光線と表面２１に対する法線との間の角度として定義される。臨界角度よりも大きい入射角度に関して、θ_ｉ＝θ_ｒである。

【0026】

広い意味でのサンプル５０は、イメージング装置１０によってイメージングされることとなる特徴に対応している。たとえば、サンプル５０は、単一の粒子に対応している。別の例では、サンプル５０は、複数の個々の粒子を含む。さらに別の例では、サンプル５０は、基材の表面特徴を含み、これは、窪み部および突出部などのような表面特徴を含むことが可能である。特定の例では、光学媒体２０の第１の表面２１の表面特徴がイメージングされ得る（このケースでは、光学媒体２０は、サンプル５０であるとも考えられ得る）。サンプル５０は、サンプル媒体の中に位置付けされており、サンプル媒体は、実験装置に応じて、真空（すなわち、本開示の目的のために、真空は、一種のサンプル媒体であると考えられる）もしくは空気（すなわち、屈折率ｎ_２≒１を有する）であることが可能であり、または、（図１および図２に示されているように）屈折率ｎ_２＞１を有する任意の流体もしくは固体の媒体であることが可能である。サンプル媒体は、光学媒体２０の屈折率よりも低い屈折率を有し（すなわち、ｎ_１＞ｎ_２）、臨界角度を超える入射角度で光が表面２１に入射するときに全反射を可能にするということが好適である。また、本開示の目的のために、および、言語の簡単化のために、また、別段の記述がない限り、サンプル５０は、単一の粒子を含むということが想定される。

【0027】

イメージングセンサ１３は、すべてのイメージングされた特徴を含む単一のイメージ、または、一連の合成イメージ（それらは、その後に、イメージング領域１１のイメージを作り出すために組み合わせられる）を取得するように構成され得るということが一般的に理解されるべきである。たとえば、後者のケースにおいて、個々の光源１６は、固有の波長スペクトルに関連付けられ、イメージングセンサ１３は、複数のセンサを含み、複数のセンサは、光源１６にそれぞれ一意に関連付けられ、光源１６に関連付けられた光を受け入れるように構成されている。別の例において、時系列の合成イメージが、イメージを形成するために組み合わせられる。また、イメージは、複数の合成イメージに後で分解するのに適切である可能性があるということが理解される。

【0028】

ある実施形態において、光学カプラー１４は、固定された角度連結を提供する。すなわち、連結角度は、固定されており、サンプル媒体屈折率および光学媒体２１屈折率の予期される組み合わせに対して全反射を提供するように選択される。別の実施形態では、光学カプラー１４は、それぞれの光入力部１５に関して修正可能な角度連結を提供する。たとえば、機械的にまたは電気的に作動させられる手段が、それぞれの光入力部１５のための連結角度を変化させるために提供され得、入射角度の変化を可能にするようになっている。別の例では、可動プリズムが、光学媒体２０の中への光の方向を調節するために利用され得る。これは、有益である可能性がある。その理由は、たとえば、それが、入射角度の調節を可能にし、エバネッセント場の侵入深さおよび／または位置を調節することが可能であるからである。

【0029】

図３Ａおよび図３Ｂは、２つの実施形態による、光学カプラー１４の上から見た図を示している。光学カプラー１４は、光入力部１５への連結のための複数の連結ポイント２３を含む。１つの実施形態では、図３Ａに示されているように、３つの連結ポイント２３ａ～２３ｃが存在している。別の実施形態では、４つ以上の連結ポイント２３が存在していることも可能である（たとえば、図３Ｂに示されている８つの連結ポイント２３ａ～２３ｈなど）。一般的に、連結ポイント２３が光学媒体２０の周りに等しい間隔で位置付けされるということが好適である可能性がある。一般的に、それぞれの連結ポイント２３は、固有の光入力部１５に関連付けられる。たとえば、図３Ａでは、連結ポイント２３ａ～２３ｃにそれぞれ関連付けられる光入力部１５Ａ～１５Ｃが存在しており、図３Ｂでは、連結ポイント２３ａ～２３ｈにそれぞれ関連付けられる光入力部１５Ａ～１５Ｈが存在している。これらの実施形態では、光を吸収するバッフル領域２４が、光学媒体２０の第１の表面２１の上に提供されている。バッフル領域２４は、光入力部１５から放出される光（それは、臨界角度（θ_ｃ）を下回る角度で第１の表面２１に入射する）がイメージング領域１１に進入することを阻止するように構成されている。１つの実装形態において、バッフル領域２４の材料は、黒色に着色されている（または、黒色の外観を有している）。その理由は、それが広範囲の放射線を吸収するように構成されているからである。典型的に、バッフル領域２４は、光入力部１５によって放出される光がコリメートされていないときに利用され、イメージング領域の中に存在し得る、臨界角度（θ_ｃ）を下回る角度で入射する光の量を低減させるようになっている。

【0030】

本開示の目的のために、図に示されている一般的な特徴は、数値参照記号によって表されている（たとえば、図３Ａおよび図３Ｂの連結ポイント２３）。そのような参照記号は、適当な場合には、図の間で共通である。特徴の特定の事例に対する言及が望ましい場合、小文字の接尾辞が、数値参照記号に付加される（たとえば、図３Ａは、連結ポイント２３ａ、２３ｂ、および２３ｃを示している）。

【0031】

図３Ｃは、光源１６自身が光学カプラー１４のコンポーネントである実施形態を示している（典型的に、それぞれの光源１６は、光学カプラー１４の本体部の中に固着されている）。光源１６は、光学カプラー１４の中に固定され得、または、除去可能であり得る（光源１６を交換可能にするようになっている）。示されている実装形態では、光源１６は、ＬＥＤであり、それぞれの光入力部１５のための別個のＬＥＤ光源１６が存在している。実施形態に応じて、ＬＥＤ光源１６は、異なるスペクトルを放出することが可能であり、または、同じスペクトルを放出することが可能である。ＬＥＤ光源１６は、単一のスペクトル（すなわち、単一の「色」）または複数のスペクトル（すなわち、マルチダイＬＥＤのケースのように、２つ以上の「色」）を放出するように構成され得る。ＬＥＤ光源１６は、コリメートされていない光を放出する可能性があり、したがって、本実施形態による光学カプラー１４は、典型的に、バッフル領域２４を組み込むこととなる。光学カプラー１４は、電源がそれぞれの光源１６に接続されることを可能にする電気的インターフェース２５を含むことが可能である。電気的インターフェース２５は、示されているように接続の単一のポイントとして、または、複数のポイント（たとえば、それぞれの光源１６のための接続ポイント）として実装され得る。

【0032】

図３Ｃの実装形態では、それぞれの光源１６は、実質的に同じ光スペクトルを作り出す。この実装形態によれば、それぞれの光源１６は、独立して制御可能であり、それぞれの光源１６が、他の光源１６から独立して放出状態または非放出状態になることができるようになっている。たとえば、電気的インターフェース２５は、それぞれの光源１６のための制御ライン、および、共通のグランドラインを含むことが可能である（たとえば）。図３Ｃの別の実装形態では、それぞれの光源１６が、固有の光スペクトルを作り出し、それは、連続的または離散的のいずれかであることが可能である。この実装形態によれば、それぞれの光源１６は、独立して制御可能であり得、それぞれの光源１６が、他の光源１６から独立して放出状態または非放出状態になることができるようになっている。しかし、別のオプションでは、それぞれの光源１６は、共通に制御される（すなわち、それぞれの光源１６は、同時に放出状態または非放出状態のいずれかになっている）。たとえば、この後者のケースでは、電気的インターフェース２５は、共通の制御ラインおよび共通のグランドライン（たとえば）を含むことが可能である。制御ラインは、コントローラーに接続され得、コントローラーは、たとえば、下記に説明されているようなコンピューター１７であることが可能である。代替的に、コントローラーは、特異的にプログラムされたマイクロコントローラー（たとえば、ＡＴＭｅｇａ２５６０マイクロコントローラーなど）であることが可能である。

【0033】

ある実施形態において、光学カプラー１４の光学媒体２０は、図３Ｄに示されているように、光学カプラー１４の側部を画定する複数のファセットを含む。示されている例では、６つのファセット５４ａ～５４ｃが存在しているが（図では、３つが見えなくなっており、ラベル付けされていない）、しかし、一般的に、任意の有用な数のファセットが利用され得る。光源１６からの光（それは、好ましくは、コリメートされ得る）は、ファセット５４ａ～５４ｃに方向付けられ得る。この実施形態の光学カプラー１４は、角柱状構造を画定している。したがって、ファセット５４は、光入力部１５になるように考えられ得、ファセット５４ａ～５４ｃの角度、および／または、光がファセット５４ａ～５４ｃに向けて方向付けられる角度が、第１の表面２１において全反射を引き起こすように選択されている。光学カプラー１４は、必要に応じて不透明領域を含むことが可能である（たとえば、第１の表面２１のサンプル５０場所エリアを除いて、第１の表面２１をカバーする）。

【0034】

図４Ａおよび図４Ｂは、図３Ａの３つの連結ポイント２３ａ～２３ｃの実装形態に関して、２つの実施形態によるイメージング装置１０の動作を示しており、それぞれのケースにおいて、サンプルがイメージング領域１１の中に存在していない状態になっている。図４Ａにおいて、それぞれの光源１６（図には示されていない）は、固有のスペクトルに関連付けられており（スペクトルが実質的に重なっていないということが好適である可能性がある）、したがって、それぞれの光源１６は、同時に活性化させられる（矢印によって示されている）。図４Ｂにおいて、それぞれの光源１６（図には示されていない）は、同じ（または、同様の）スペクトルを作り出すが、しかし、光源１６は、一度に１つの光源１６だけが照射されるように切り替えられる。図４Ｂは、（矢印によって示されているように）３つの別個の時間間隔Ｉ－ＩＩ－ＩＩＩにおけるイメージング領域１１の中の照射を示している。ある実施形態において（図示せず）、それぞれの光源１６は、固有のスペクトルおよび固有の時点の両方に関連付けられる。図４Ａおよび図４Ｂの両方において、それぞれの連結ポイント２３は、チャネルに関連付けられる。図４Ａでは、チャネルは、主に光源１６のスペクトルによって特徴付けられ、図４Ｂでは、チャネルは、主に、対応する光入力部１５が活性化させられる時間期間によって特徴付けられる。

【0035】

図１を参照して説明されているように、イメージング領域１１は、随意的に、拡大鏡１２を介して、イメージングセンサ１３によってイメージングされる。サンプル５０が存在していないときには、光源１６によって放出される光は、全反射に起因して、イメージングセンサ１３によってほとんどイメージングされないか全くイメージングされないということが予期される（放出される光のいくらかは、たとえば、光学カプラー１４の中の反射または光漏れに起因してイメージングされる可能性があるということが理解される）。

【0036】

図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、サンプル５０が、光学カプラー１４のイメージング領域１１の中に存在していることが示されている。図示の目的のために、サンプル５０は、単純な球（すなわち、示されているように円形断面を有している）として示されている。図５Ａは、１つの光源１６からのコリメートされた光線２６ａ、２６ｂ、２６ｃが光入力部１５を介して光学媒体２０の中へ放出されていること、および、光線２６ａ～２６ｃが第１の表面２１において反射されていることを示している。図５Ｂは、１つの光源１６からのコリメートされていない光線２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇが光入力部１５を介して光学媒体２０の中へ放出されていること、および、光が第１の表面２１において反射されていることを示している（見ることができるように、それぞれの図示されている光線２６ｄ～２６ｇは、異なる経路を辿っている）。光線２６ｄは、第１の表面２１における全反射を結果として生じさせることとなるのではなくバッフル領域２４によって吸収される（または、少なくとも実質的に吸収される）経路を辿っている。しかし、光線２６ｅ～２６ｇは、第１の表面２１において全反射を受ける。当然のことながら、光線２６ａ～２６ｇは、単に例示目的のためのものに過ぎない。バッフル領域２４は、環状になっていることが可能であり、または、イメージング領域１１の形状を写し出す境界を画定することが可能である。

【0037】

第１の表面２１の上に入射する光の一部分（それは、通常、（たとえば、図４Ａおよび図４Ｂに示されているケースにおいて）全反射を受けることとなる）は、実際には、サンプル５０によって散乱され、その効果は、入射光がエバネッセント波を介してサンプル５０に伝達されるかのようである。典型的に、散乱は、サンプル５０の表面境界において最も明るい（または、最も強力である）。したがって、全反射は、ここでは、サンプル５０の存在に起因してフラストレートされる（frustrated）。結果として生じるイメージは、イメージング領域１１に一致する検出される強度の変化を示しており、これは、本明細書で「強度パターン」と称され、それは、サンプルの１つまたは複数のサンプル特質を決定するために解釈され得る。

【0038】

任意の特定の理論に拘束されることなく、サンプル５０の領域において発生させられるエバネッセント場が、サンプル５０と相互作用し、サンプル５０の表面の場所と相関付けられるサンプル５０から発する光を結果として生じさせると考えられている。

【0039】

図６Ａは、おおよそ５ミクロンの直径を有する実質的に球形のサンプル５０のイメージ５５ａを示している。サンプル５０は、サンプル５０ａの周りにおおよそ等しい角度間隔をともなって配置されている３つの光源１６ａ～１６ｃによって照射され、それぞれの光源１６ａ～１６ｃは、異なる特徴付けスペクトルに関連付けられている。図６Ｃは、３つの異なる角度方向からサンプル５０ａと相互作用する３つの光源１６ａ～１６ｃを備えたイメージング装置１０によって形成されたイメージを示している。結果として生じる強度パターンは、それぞれの照射方向に関連付けられる回折パターンを含み、それは、明るい中心を取り囲むおおよそ同心円状のリングに対応している。このケースでは、サンプル５０ａのサイズおよび／または形状などのようなサンプル特質が、３つの回折パターンのそれぞれに関して中心の「明るいスポット」の相対的な場所を決定および解釈することによって推定され得る。したがって、サイズパラメータおよび／または形状パラメータなどのようなサンプル特質は、サンプル５０ａを直接的にイメージングするために適用可能であり得る回折限界の考慮事項にかかわらず推定され得る。回折効果の存在および程度は、光源１６のスペクトル、および、任意の拡大鏡１２のレンズの特性（たとえば、開口数）に依存する可能性があるということが留意されるべきである。いくつかのサンプル５０に関する特定の条件下において、サンプルが単一の光源と相互作用することから結果として生じる局所的な強度変化が、サンプルの上の複数の表面特徴を位置付けするために使用され得る（たとえば、半径を決定するために使用され得る球の表面の上の少なくとも２つのポイントに関連付けられる局所的最大または「明るいスポット」）。挿入図１～３は、イメージ５５ａの強度パターンの個々の明るい部分を示している。

【0040】

図６Ｂは、不規則な形状を有する別のサンプル５０のイメージ５５ｂを示している。しかし、図６Ａの球形の粒子５０に関するものと同じ原理が適用される。強度パターンは、サンプル５０ｂの上のその場所における表面部分に対応するものとして、直接的にまたは間接的に決定され得る。

【0041】

強度パターンは、局所的強度最大（すなわち、局所化された領域による最大強度）を含む強度パターンによって特徴付けられ得る。そのような局所的強度最大は、たとえば、いくつかのケースでは、サンプル５０の表面の実際の場所を表すことが可能である。しかし、他のケースでは、局所的強度最大は、サンプル５０の表面の場所と相関付けられてしており、既知の調節が、表面場所を識別するために適用され得る。強度パターンは、空間的なパターンであり、それは、イメージング領域１１にわたって変化するということが理解されるべきである。

【0042】

特定の条件下において、サンプル５０のサイズパラメータおよび／または形状パラメータなどのようなサンプル特質は、局所的強度最大（たとえば、イメージ５５の中のそれぞれの（または、少なくとも１つのもしくはそれ以上の、通常は、複数の）明るい領域の中心、または、イメージ５５を形成するために組み合わせられた（同じまたは異なるエバネッセント場にさらされる）サンプル５０の一連のイメージの中のそれぞれの（または、少なくとも１つのもしくはそれ以上の、通常は、複数の）明るい領域の中心）を識別および解釈することによって決定され得る。

【0043】

図６Ａにおいて、これは、サンプル５０の公称的に球形の形状に起因して、比較的にわずかである。サンプル５０のサイズは、特定の条件下において、複数の光源がイメージング可能な効果を作り出すためにサンプル５０と同時に相互作用しているときでも、複数の光源１６に関連付けられる明るい領域が、比較的に簡単に隔離できるようになっていることが可能であり、また、サンプル５０に関連付けられる光源１６にしたがってサンプル５０から発する光を分離するために、色彩的なまたは時間的なメカニズムが適切な場所にない。

【0044】

図６Ａにおいて、これは、説明するのが比較的に簡単である。その理由は、それぞれの明るい領域が、互いに明るい領域から十分にかなり遠くに離れており、それぞれの回折パターンのおおよそ中心が、容易に識別され得るようになっているからである。図６Ｂにおいて、明るい領域は、回折効果が最小であるので、サンプル５０の形状パラメータおよびサイズパラメータのインディケーションを取得するのに十分な明確性をともなって解釈され得る。

【0045】

図６Ｃを参照すると、３つの光源１６に関連付けられる回折パターンの中に重大なオーバーラップを備えたサンプル５０のイメージ５５ｃが示されている。フィルタリング手順は、それぞれの個々の回折パターン、および、したがって、それぞれのパターンの中心を隔離および識別するために適用され得る。このフィルタリング手順は、（たとえば、時間的なシーケンシングまたは色彩的なフィルタリングを介して）それぞれの光源に関連付けられる光を分離するための物理的な技法を含むことが可能であり、また、結果として生じるイメージの分析の間に適用される解釈技法を含むことが可能である。より一般的には、フィルターが、サンプル５０の縁部／表面に関連付けられる局所的な強度変化を識別することを支援するために利用され得る。代替的に、ユーザーは、（たとえば、定性的なイメージングを実施するときに、または、サイズパラメータの近似的な推定値を取得しようとするときに、または、サンプル５０の近似的な形状を決定しようとするときに、）結果として生じるイメージを解釈するためにそれらの判断を利用することが可能である。本明細書の実施形態の利点は、それが、そうでなければ回折効果に起因して過度にぼやけることとなる小さいサンプル５０をイメージングするかまたは特徴付けるための手段を提供するということであり得る。挿入図１～３は、イメージ５５ｃの空間的な強度パターンの特定の部分を示している。

【0046】

ある実施形態において、イメージングセンサ１３は、イメージング領域１１のイメージを継続的に（たとえば、定期的に）キャプチャーし、キャプチャーされたイメージをコンピューター１７に送信するように構成されている。コンピューター１７は、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を表示するためのディスプレイ３０を含む。ＧＵＩは、イメージングセンサ１３によってキャプチャーされた新しいイメージの受信時に更新し、新しいイメージを表示するように構成可能であり得る（典型的に、新しいイメージは、以前に表示されたイメージを交換することが可能であり、または、以前に表示されたイメージとともに表示され得、または、イメージング領域１１の複数のイメージに基づいて合成イメージを形成するために使用され得る）。したがって、コンピューター１７は、照射されたサンプル５０の最新の表現を表示するように効果的に構成され得、また、イメージング領域１１のイメージを分析するためのツールを提供することが可能である。

【0047】

ある実施形態において、コンピューター１７または他の制御システムは、光入力部１５とインターフェース接続されており、光入力部１５の１つまたは複数の出力パラメータが、コンピューター１７または他の制御システムから光入力部１５へ伝えられるコマンドを通して調節され得るようになっている。たとえば、光入力部１５の強度は、このように調節可能であり得る。そのうえ、その（または、それぞれの）光入力部１５のオン／オフ状態は、コンピューター１７または制御システムから送られるコマンドによって設定され得る。

【0048】

別の実施形態では、光入力部１５は、コントローラー１９とインターフェース接続されており、コントローラー１９は、光入力部１５の１つまたは複数のパラメータを制御するように構成されている。コントローラー１９自身は、コンピューター１７とインターフェース接続され得、コントローラー１９が特定の様式で動作することをコンピューター１７が引き起こすようになっている。たとえば、コントローラー１９は、コンピューター１７によって複数のモードから選択されるモードにしたがって、光入力部１５を自動的に制御することが可能である。

【0049】

より一般的な意味では、ある実施形態において、コンピューター１７は、光入力部１５および／または光源１６および／またはイメージングセンサ１３を制御し、本明細書で説明されているプロセスを実装するように構成されている。コンピューター１７は、コントローラー１９とインターフェース接続されている汎用コンピューターであることが可能であり、または、システム１０の関連するコンポーネントと直接的にインターフェース接続され得る。

【0050】

ある実施形態において、イメージングセンサ１３は、ＲＢＧセンサに対応している（たとえば、イメージングセンサ１３は、拡大鏡１２に装着され得るデジタルカメラのコンポーネントである）。ＲＧＢセンサは、光源１６が複数の実質的に赤色の、青色の、または緑色の波長を含む場合に、サンプル５０をイメージングするのにとりわけ有用である可能性があり、たとえば、それぞれの光源１６は、ＲＧＢセンサのカラーフィルターアレイの１つまたは複数の特定のエレメントの検出感度と優先的にオーバーラップするように選択されたそのスペクトルの物質を有することが可能である。次いで、いくつかのケースでは、イメージングセンサ１３によって作り出されるイメージが、より容易に分解され、個別の実質的な波長の明るい領域をそれらのそれぞれの光源１６に関連付けることが可能であるという点において、ＲＧＢセンサおよび対応する光源１６の使用は利点を提供することが可能である。

【0051】

いくつかのケースでは、ＲＧＢセンサ（たとえば、Ｂａｙｅｒ構成を有するＲＧＢセンサ）の隣接するサブピクセル同士の間のクロストークは、サンプル５０のサイズパラメータおよび／または形状パラメータなどのようなサンプル特質を決定するときに、エラーを導入する可能性がある。実施形態によれば、デコンボリューションフィルターが、ＲＧＢイメージングセンサ１３によって発生させられる信号（たとえば、イメージ５５に対応して取得されるイメージデータ）に適用され得る。デコンボリューションフィルターは、ＲＧＢセンサの既知のクロストーク特性（たとえば、赤色の、緑色の、および青色の入射光の関連するスペクトルに対する赤色のサブピクセルの感度）に基づいて構成され、イメージングセンサ１３の同じ物理的なピクセルに同様に入射する他のスペクトルからおおよそ独立して、イメージングセンサ１３の少なくとも１つの物理的なピクセルに入射する関連する光源１６のそれぞれに関連付けられる光を計算する（または、推定する）ことが可能である。

【0052】

図７は、イメージング装置１０を動作させ、サンプル基材５１の上におよびサンプル媒体５２（それは、真空、空気、またはいくつかの他の媒体であることが可能である）の中に位置決めされているサンプル５０の測定を行うための方法を示している。サンプル５０が、イメージング領域１１の中に位置付けされる。図７に示されているように、初期キャリブレーションステップ１００が必要とされ得る。キャリブレーションステップは、たとえば、使用され得る任意の拡大鏡１２に対して必要なフォーカシング調節を行うことを含むことが可能である。本実施形態によれば、それぞれの光源１６は、固有の特質スペクトルに関連付けられ得る（たとえば、図４Ａを参照）。照射ステップ１０１において、光学媒体２０が、光源１６のうちの少なくとも２つによって同時に照射される。以前に説明されているように、入射光のうちのほとんどが表面２１において全反射を受けることとなるということが予期される。ある実施形態において、理想的には、完全に内部に反射された光線のみが、光学媒体を通して伝播されることとなる。サンプル５０に近接して、この表面における全反射のための臨界角度にマッチするかまたはそれを超える角度で表面２１に入射する光は、フラストレートされた全反射（frustrated total internal reflection）を受ける可能性があり、入射光の一部分は、サンプル５０の表面に伝達され、サンプル５０からの散乱を作り出す可能性がある。

【0053】

イメージングステップ１０２において、イメージング領域１１のイメージが、イメージングセンサ１３を使用してキャプチャーされる。イメージングセンサ１３は、コンピューター１７（または、他の処理デバイス）に連結され得、および／または、不揮発性メモリー１８（たとえば、フラッシュメモリー）などのようなストレージ媒体に直接的に連結され得る。イメージングセンサ１３は、キャプチャーされたイメージにおける、特徴付けスペクトルのそれぞれの間の差別化を可能にするように構成されており、たとえば、イメージングセンサ１３は、ＲＧＢセンサを含むことが可能である。したがって、キャプチャーされたイメージは、光強度および光波長を示す情報を含む。次いで、イメージ５５は、分析ステップ２００において分析される（より詳細に下記に説明されている）。

【0054】

図８は、イメージング装置１０を動作させ、サンプル基材５１の上におよびサンプル媒体５２（それは、真空、空気、またはいくつかの他の媒体であることが可能である）の中に位置決めされているサンプル５０の測定を行うための別の方法を示している。サンプル５０が、イメージング領域１１の中に位置付けされる。図７に示されているように、初期キャリブレーションステップ１１０が必要とされ得る。キャリブレーションステップは、たとえば、使用され得る任意の拡大鏡１２に対して必要なフォーカシング調節を行うことを含むことが可能である。本実施形態によれば、それぞれの光源１６は、時間的位置に関連付けられ得る。照射ステップ１１１において、光学媒体２０が、光源１６のうちの少なくとも１つによって照射され得る。以前に説明されているように、入射光のうちの実質的にすべてが第１の表面２１において全反射を受けることとなるということが予期される。サンプル５０に近接して、この表面における全反射のための臨界角度にマッチするかまたはそれを超える角度で表面２１に入射する光は、フラストレートされた全反射を受ける可能性があり、入射光の一部分は、サンプル５０の表面に伝達され、サンプル５０からの散乱を作り出す可能性がある。

【0055】

図７および図８の方法は、効果的に組み合わせられ得、照射のシーケンスが起こるようになっており、ここで、シーケンスの中の少なくとも１つのステップは、少なくとも２つの光源が異なる固有の特徴付けスペクトルによって同時に光学媒体２０を照射することを含む。たとえば、照射のシーケンスが起こることが可能であり、ここで、シーケンスの中のそれぞれのステップにおいて、光学媒体２０は、赤色、緑色、および青色に対応する３つの光源１６によって照射される。好ましくは、それぞれの照射は、固有の角度からのものである。たとえば、それぞれのシーケンスステップが３つの光源１６によって照射し、シーケンスの中に４つのステップが存在している場合には、光学媒体２０が、１２個の異なる方向から照射される（すなわち、４つのシーケンスステップは、ステップごとに３つの照射の角度が掛けられる）。

【0056】

イメージングステップ１１２において、イメージング領域１１のイメージが、イメージングセンサ１３を使用してキャプチャーされる。イメージングセンサ１３は、コンピューター１７（または、他の処理デバイス）に連結され得、および／または、不揮発性メモリー１８（たとえば、フラッシュメモリー）などのようなストレージ媒体に直接的に連結され得る。キャプチャーされたイメージは、時間的位置に関連付けられる。

【0057】

ステップ１１３において、方法は、光源１６のすべてがイメージングされたかどうかをチェックする。「いいえ」の場合には、方法は、ステップ１１４に移動し、ステップ１１４において、新しい光源１６が選択され、次いで、ステップ１１１に戻り、ステップ１１１において、イメージング領域１１が、新しく選択された光源１６によって照射される。ステップ１１２が繰り返され、キャプチャーされたイメージは、新しく選択された光源１６に関連付けられた新しい時間的位置に関連付けられる。「はい」の場合には、イメージ５５が、次いで、分析ステップ２００において分析される（より詳細に下記に説明されている）。

【0058】

ステップ２００は、図７または図８にしたがって取得されるイメージ５５の分析に対応している。一般的に、１つのイメージ５５または複数のイメージ５５がキャプチャーされるかどうかにかかわらず、それぞれの光源１６が異なる方向からサンプル５０を照射することができるということに基づいて、分析は進行することが可能である。したがって、サンプル５０に関連付けられる散乱最大値（または、他の際立った強度変化）のそれぞれは、特定の光源１６および方向に関連付けられる。異なる光源１６に関連付けられる散乱パターンの中にオーバーラップが存在している可能性がある。複数のイメージ５５は、単一のイメージ５５へと組み合わせられ得、（たとえば）人工着色によって、それぞれのイメージの寄与に割り当てられ得る。

【0059】

実施形態によれば、特定の条件下において、サンプル５０のサイズパラメータおよび／または形状パラメータなどのようなサンプル特質は、イメージングされた最大値を識別および位置付けすることによって決定され得る。これは、たとえば、ユーザーがイメージ５５を見ることによって、または、そのような最大値を識別するように構成されたソフトウェアを使用することによって実施され得る。

【0060】

実施形態によれば、回折効果または光散乱効果が考慮されなければならない場合、分析は、イメージ５５の中の光強度の局所的最大に基づいて進行することが可能である。適切なフィルターまたは処理ステップは、異なる局所的最大を正確に特徴付けるために必要とされ得る。たとえば、１つまたは複数のパラメータは、サンプル５０のサイズパラメータおよび／または形状パラメータに対するイメージ５５の中の局所的最大の位置を決定するために調節され得る。これらの局所的最大は、サンプル５０の表面（または、表面の少なくとも１つまたは複数の領域）と相関付けられる。ユーザーは、サイズパラメータおよび／または形状パラメータなどのような、サンプル５５のサンプル特質を識別することが可能であり得、または、ソフトウェアは、この目的のために利用され得る。

【0061】

より一般的な意味では、取得されるイメージデータは、機器処理フィルターステップを受けさせられ得る。このステップの目的は、イメージング装置１０の既知の特性に基づいてデータを修正することである。たとえば、回折効果は、検出器オプティクスの既知の特性（たとえば、対物レンズの開口数）に基づいて考慮され得る。また、先に議論されているように、ＲＧＢイメージングセンサ１３の中のカラーフィルターアレイのカラーサブピクセル同士の間の任意のクロストークが考慮に入れられ得る。

【0062】

そのうえ、サンプル処理フィルターステップが利用され得る。これの目的は、サンプル５０の既知の特性を考慮することである。たとえば、特定のサンプル５０に関して、局所的最大がサンプル表面に対して変位させられるということが知られている可能性がある。したがって、ステップは、決定されたサンプル表面を効果的に「移動させる」ことによって、これを考慮することが可能であり、それによって、サンプル５０のその後の解釈および特性評価に影響を与える。

【0063】

サンプル５０の形状パラメータおよび／またはサイズパラメータなどのようなサンプル特質は、使用され得る任意の拡大鏡１２の倍率、および、イメージングセンサ１３の分解能を考慮するときに、イメージに示されているような局所的最大に基づいて決定され得る。これらの詳細から、局所的最大の間の距離が、イメージの中で決定され得る。

【0064】

ある実施形態において、図９に示されているように、サンプル５０は、流体５３（たとえば、空気などのような気体、または、水などのような液体）の中に含有されている粒子を含み、ここで、流体５３は、イメージング領域１１に対して移動しており、したがって、粒子も、イメージング領域１１に対して移動している。流体５３は、ガイド手段（たとえば、パイプまたは流体セル）（これは示されていない）の中に含有され得る。イメージング装置１０は、粒子の粒子特質測定値を取得するために利用され得る。光入力部１５は、ストロボされ（strobed）得る。すなわち、それぞれの光入力部１５の照射時間が、比較的に短く、粒子の平均移動が、照射の間の正確な粒子特性評価を可能にするのに十分に小さくなることができるようになっている。図４Ｂに示されているものなどのような実施形態では、光入力部１５照射のシーケンスは、また、比較的に短くなっていることが可能であり、シーケンス全体の間に、平均粒子移動が短くなるようになっている。好ましくは、イメージングセンサ１３によってキャプチャーされたそれぞれのイメージは、単一の照射または照射のシーケンスに対応している。図４Ｂに示されているものなどのような実施形態では、光入力部１５は、単一のスペクトルまたは複数のスペクトルを含むことが可能であり、たとえば、図７もしくは図８に示されているモードのいずれかで、または、これらのまたは他の動作モードのいくつかの組み合わせで、動作することが可能である。

【0065】

同様に、ある実施形態において、サンプル５０は、液体の中に懸濁されており、サンプル５０が、第１の表面２１の上方に含有されている間に、（たとえば、ブラウン運動に起因して）移動することができるようになっている。繰り返しになるが、ストロボする（strobing）アプローチが利用され得、サンプル５０の照射時間が、イメージ獲得の間のサンプル５０の最小変位を保証するために短くなるようになっている。

【0066】

図１０は、回転リング２８の回転光入力部１５に連結されている単一の光源１６を有する実施形態を示している。リング２８は、プリズム２９と光源１５との間に位置付けされている。単一の光源１６は、レンズおよび／またはミラー構成体２７を通して方向付けられ、それは、（示されているように）環状の光パターン３０を作り出すように構成されており、環状の光パターン３０は、リング２８の直径に対応する直径を有している。光入力部１５は、リング２８の中のアパーチャー３１に対応している。光入力部１５を出る光は、プリズム２９によって屈折され、それが全反射に適切な角度で光学媒体２０の中へ方向付けられるようになっている。したがって、サンプル５０が照射される角度は、リング２８の回転の速度にしたがって効果的に連続的に変化され得る。

【0067】

本明細書で説明されている実施形態は、空気または液体の中のサンプル５０の個々の粒子のサイズおよび形状などのようなサンプル特質の測定を提供することが可能である。実施形態は、有利には、１ミリメートル（または、それよりも大きいかもしれない）から数十ナノメートル（または、それよりも小さいかもしれない）までの範囲にあるサイズを有する特徴サイズ（たとえば、粒子など）によって有用である可能性がある。説明されている技法は、多数の単一粒子測定から粒子サイズパラメータおよび／または形状パラメータ分布を構築するのに適切である可能性がある。

【0068】

図１１は、合成イメージ６１、ならびに、合成イメージ６１を構成する４つのチャネルイメージ６０ａ～６０ｄの説明図を示している。すなわり、チャネルイメージ６０ａ～６０ｄは、照射の方向、および、このケースでは、特定の固有のスペクトルにそれぞれ対応している。異なるチャネルイメージ６０ａ～６０ｄは、エバネッセント場によって異なる方向からサンプルを照射する効果を示しており、合成イメージ６１は、たとえば、形状パラメータおよび／またはサイズパラメータを決定する際に、どのようにサンプル５０が特徴付けられ得るかということを示している。光学イメージ６２は、合成イメージ６１と実際の粒子形状との間の対応が一貫しているということを示している。

【0069】

図１２は、サンプル５０を構成する複数の粒子の例示的なイメージ５５ｄを示している。これらの粒子のそれぞれを特徴付けることが可能である可能性がある。また、平均形状パラメータおよび／またはサイズパラメータなどのような統計的特徴を決定することも可能である可能性がある。

【0070】

図１３は、サンプル５０を構成する複数の粒子の例示的なイメージ５５ｅを示している。このケースでは、より大きい粒子（破線の正方形ボックスを参照）およびいくつかのより小さい粒子が含まれており、挿入図は、より小さい粒子の拡大されたイメージを示している。有利には、本明細書で説明されている実施形態は、単一のイメージング手順において、サイズの大きく異なる（たとえば、このケースでは、大まかに１桁）特定の特質を識別するのに適切である可能性がある。

【0071】

本明細書の精神および範囲から逸脱することなく、さらなる修正例が作製され得る。たとえば、本明細書で述べられているように、いくつかのケースでは、光入力部１５に隣接する散乱する明るい領域に加えて、光入力部１５の反対側に、見ることができる散乱する明るい領域が存在している可能性がある。サンプル５０の幾何学形状が比較的にまたは実質的に対称的であるということを知られている場合（たとえば、球）、単一の照射方向（すなわち、１つの光入力部１５）が、サンプル５０を特徴付けるのに十分である可能性がある。別の例では、少なくとも１つの照射方向およびスペクトルから結果として生じる散乱される光のパターンが、観察下にあるサンプル５０のタイプに関してよく知られている場合に、単一の照射方向（すなわち、１つの光入力部１５）が、既存のデータベースまたはモデルを参照することによって、サンプル５０を特徴付けるのに十分である可能性がある。サイズおよび形状パラメータが、例示の目的のために本明細書で説明されてきたが、サンプル５０をイメージングするときに結果として生じるイメージは、他のサンプル特質を識別するために解釈され得るということも予想される。これは、たとえば、サンプル５０の既知の特性に依存する可能性がある（たとえば、サンプル５０に対する以前の実験を通して開発されたモデル）。そのような変化は、サンプル５０の中に存在する材料のタイプを識別するためにとりわけ有用である可能性がある。１つの例において、サンプル５０のサイズまたは形状は、サンプル５０の中に存在していると予期される特定の材料と相関する可能性がある。

【0072】

本明細書における背景技術への言及は、その技術が、オーストラリアまたは任意の他の国において、その技術の通常の一般的な知識の一部を形成するということを自白するものではない。
なお、本発明には、下記態様が含まれることを付記する。
「態様１］
イメージング領域の中に位置付けされているサンプルを特徴付けるための方法であって、前記方法は、
前記イメージング領域の中に、所定の方向にそれぞれ関連付けられている１つまたは複数のエバネッセント場を発生させるステップと；
前記イメージング領域のイメージをキャプチャーするステップと；
空間的な強度パターンにしたがって、前記サンプルの１つまたは複数のサンプル特質を決定するステップであって、前記強度パターンは、前記エバネッセント場またはそれぞれのエバネッセント場と、前記イメージの中の前記サンプルとの間の相互作用から結果として生じる、１つまたは複数のサンプル特質を決定するステップと、
を含む、方法。
「態様２］
前記１つまたは複数のサンプル特質は、１つまたは複数の形状パラメータを含む、態様１に記載の方法。
「態様３］
前記１つまたは複数のサンプル特質は、１つまたは複数のサイズパラメータを含む、態様１または２に記載の方法。
「態様４］
前記強度パターンは、１つまたは複数の局所的強度最大を含み、前記１つまたは複数のサンプル特質は、前記１つまたは複数の局所的強度最大の識別された場所に少なくとも部分的に基づいて決定される、態様１から３のいずれか一項に記載の方法。
「態様５］
前記サンプルのサイズパラメータおよび／または形状パラメータを決定するステップは、前記イメージの中の少なくとも１つの局所的な光強度最大に基づいて、前記サンプルの少なくとも１つの表面の場所を決定するステップを含む、態様２または３に従属する場合の態様４に記載の方法。
「態様６］
少なくとも２つのエバネッセント場は、同時に発生させられ、固有の特徴付けスペクトルにそれぞれ関連付けられる、態様１から５のいずれか一項に記載の方法。
「態様７］
少なくとも２つのエバネッセント場が、シーケンスにしたがって生成され、前記シーケンスは、少なくとも１つの他のエバネッセント場の後に発生させられる少なくとも１つのエバネッセント場を含む、態様１から６のいずれか一項に記載の方法。
「態様８］
それぞれのエバネッセント場は、２つのエバネッセント場が同時に前記イメージング領域の中に存在しないように、固有の時間に発生させられる、態様７に記載の方法。
「態様９］
前記エバネッセント場に関連付けられる複数の局所的な光強度最大を識別するステップと；
前記複数の局所的最大の相対的位置と一貫するサンプルサイズパラメータおよび／または形状パラメータを決定するステップと
をさらに含む、態様４、および、態様４に従属する場合の態様５から７のいずれか一項に記載の方法。
「態様１０］
複数の局所的最大を識別するステップは、前記強度パターンの中の局所的最大の１つまたは複数の中心場所を識別するためのフィルターを適用するステップを含む、態様９に記載の方法。
「態様１１］
前記サンプルサイズパラメータおよび／または形状パラメータは、それぞれのエバネッセント場に関連付けられる前記方向に依存して決定される、態様２または３に従属する場合の態様９または１０に記載の方法。
「態様１２］
前記イメージは、光学拡大鏡に連結されているイメージセンサによってキャプチャーされ、前記イメージング領域が、前記光学拡大鏡を介して前記イメージセンサによって見ることができるようになっている、態様１から１１のいずれか一項に記載の方法。
「態様１３］
イメージングセンサと、光学媒体と、複数の光入力部とを含むサンプル特徴付け装置であって、前記光学媒体は、第１の表面を含み、サンプルが、前記第１の表面の上方に位置決め可能であり、前記複数の光入力部は、前記光入力部によって受け入れられる光を固有の方向から前記光学媒体の中へ方向付けるようにそれぞれ構成されており、サンプルが存在していないときに、前記第１の表面からの全反射を作り出すようになっており、前記イメージングセンサは、それぞれの光入力部に関連付けられるエバネッセント場とサンプルが相互作用することに起因して、空間的な強度パターンのイメージをキャプチャーするように配置されている、サンプル特徴付け装置。
「態様１４］
少なくとも１つの光入力部は、一度に１つの光入力部のみが前記光学媒体の中へ光を投射するように制御可能である、態様１３に記載のサンプル特徴付け装置。
「態様１５］
少なくとも２つの光入力部が、固有の特徴付け波長にそれぞれ関連付けられており、前記イメージングセンサは、それぞれの光入力部が区別可能であるように、前記第１の表面をイメージングするように構成されている、態様１３または１４に記載のサンプル特徴付け装置。
「態様１６］
それぞれの光入力部は、光源に連結されている、態様１３から１５のいずれか一項に記載のサンプル特徴付け装置。
「態様１７］
少なくとも１つの光源は、レーザーである、態様１６に記載のサンプル特徴付け装置。
「態様１８］
少なくとも１つの光源は、ＬＥＤ光源である、態様１６に記載のサンプル特徴付け装置。
「態様１９］
前記光学カプラーは、前記少なくとも１つのＬＥＤ光源を含む、態様１８に記載のサンプル特徴付け装置。
「態様２０］
それぞれの光入力部に関して、光が前記イメージング領域の中へ投射される角度は調節可能である、態様１３から１９のいずれか一項に記載のサンプル特徴付け装置。
「態様２１］
前記イメージングセンサに光学的に連結されている拡大鏡を含み、随意的に、前記拡大鏡の倍率は調節可能である、態様１３から２０のいずれか一項に記載のサンプル特徴付け装置。
「態様２２］
態様１３から２１のいずれか一項に記載のサンプル特徴付け装置を含むサンプル特徴付けシステムであって、前記システムは、態様１から１２のいずれか一項に記載の方法を実装するように構成されている、サンプル特徴付けシステム。

【符号の説明】

【0073】

１０ イメージング装置
１１ イメージング領域
１２ 拡大鏡
１３ イメージングセンサ
１４ 光学カプラー
１５ 光入力部
１６ 光源
２０ 光学媒体
２１ 第１の表面
２２ 光ファイバーケーブル
２３、２３ａ～２３ｈ 連結ポイント
２４ バッフル領域
２５ 電気的インターフェース
２６ａ～２６ｇ 光線
２７ レンズおよび／またはミラー構成体
２８ 回転リング
２９ プリズム
３０ 光パターン
３１ アパーチャー
５０ サンプル
５１ サンプル基材
５２ サンプル媒体
５３ 流体
５４ａ～５４ｃ ファセット
５５、５５ａ～５５ｅ イメージ
６０ａ～６０ｄ チャネルイメージ
６１ 合成イメージ
６２ 光学イメージ
１００ 初期キャリブレーションステップ
１０１ 照射ステップ
１０２ イメージングステップ
２００ 分析ステップ
１１０ 初期キャリブレーションステップ
１１１ 照射ステップ
１１２ イメージングステップ
１１３ ステップ
１１４ ステップ
θ_ｃ 臨界角度
θ_ｉ 入射角度
θ_ｒ 伝達角度
ｎ_１ 屈折率
ｎ_２ 屈折率

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】