JP2007503574A - 媒体特性の非侵襲的検出および測定のためのデバイスおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、干渉分光法による媒体の特性の非侵襲的検出に用いられるデバイス（１）に関する。本発明によるデバイス（１）は、上記試験対象媒体（３４）の少なくとも１つのゾーンを光線（１９）で照射する際に用いられる光源（３）と、上記光線（１９）を基準ビーム（２１）およびプローブビーム（２３）に分割する干渉計（５）であって、上記干渉計（５）は、上記基準ビーム（２１）および上記プローブビーム（２３）の各長さの自動制御のためのカットオフ周波数ｆｃを有する、干渉計（５）とを含む。上記デバイス（１）はまた、走査手段（３３）も含む。上記走査手段（３３）は、上記試験対象ゾーン（３４）の走査を周波数ｆ（上記カットオフ周波数ｆｃよりも大きい上記光線（７））の位相変化を測定する手段によって記録された画像の取得の周波数）において行う際に、上記プローブビーム（２３）と共に用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、媒体の光学的特性および電界の非侵襲的検出および測定のためのデバイスおよび方法に関する。

より詳細には、本発明は、干渉分光法を用いた媒体特性の非侵襲的検出のためのデバイスに関する。本デバイスは、以下を含む。

試験対象媒体の少なくとも１つの領域を照射するため、経路が光軸を規定する光線を伴う光源、および、上記光線が上記試験対象領域媒体を通過する際の位相の変化を測定する手段を有する。これらの測定手段は、上記光線を基準ビームおよびプローブビームに分ける干渉計であって、上記基準ビームおよび上記プローブビームの各経路長さのサーボ制御は、カットオフ周波数ｆ_ｃまで活性となる干渉計を含み、信号サンプリング周波数ｆ_ａを有する。

米国特許公開第５，３９４，０９８号文書において、レーザからなる光源を用いた光電子コンポーネント試験のためのデバイスの一例について記載がある。より詳細には、少なくとも試験対象コンポーネントの一部を被覆する光学的活性媒体を構成する材料層により、光電子コンポーネント中の電界が測定される。

本文書において、「光学的活性媒体」という表現は、電気光学特性を有する媒体を意味するものとして理解され、より詳細には、線形的な電気光学的効果（ポッケルス効果とも呼ばれる）または二次電気光学的効果を有する媒体を意味するものとして理解される。しかし、その明示閾値は、線形のものと比較してより高く、それでもなお、短パルスパワーレーザの使用に匹敵する。

しかし、この種のデバイスは、信号サンプリング周波数ｆ_ａがカットオフ周波数ｆ_ｃよりも高くないと測定が不可能であるという欠陥を実際に持つ。詳細には、この種のデバイスは、生物媒体の量内の電界の検出には使用することができない。なぜならば、生物系中の電界に起因する屈折率変化は、１ｋＨｚ未満の周波数で実質的に発生するのに対し、周波数ｆ_ｃは、外部の（例えば、熱的、機械的、音的）ノイズを除去するために数ｋＨｚでなければならないからである。

詳細には、本発明の目的は、上記の欠陥を軽減することである。

本発明は、上記目的のため、干渉分光法による媒体特性の非侵襲的検出のためのデバイスを提供する。本デバイスは、上述した特徴とは別に、以下のような走査手段を含む点において特徴付けられる。この走査手段は、カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い光線の位相の変化を測定する手段によって記録された画像の画像取得周波数ｆで、試験対象領域および基準領域の走査をプローブビームで行うのに適している。

よって、基準ビームおよびプローブビームの各経路長さの（ローパス）サーボ制御のために、より高い周波数ｆおよび有利にはカットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い周波数において、観察された電気光学現象に対応する信号の変化の周波数の変調を得る。

本発明者らは、基準領域の画素サイズを最小にしてもよい点についても留意する。

本発明の実施形態において、以下の構成のうちいずれかを必要に応じて設けてもよい。

上記走査手段は、試験対象領域および上記基準領域の走査を、空間中の第１の方向に沿って周波数ｆ_ｘでかつ空間中の第２の方向に沿って周波数ｆ_ｙで行って、画像を形成する。この画像は、上記第１の方向に沿ったｎ個の画素および上記第２の方向に沿ったｍ個の画素から構成される。これらの周波数ｆ_ｘおよび周波数ｆ_ｙは、ｆ_ｘ＝ｆ_ｙ／ｎおよびｆ_ｙ＝ｆ_ａ／ｍとなるように選択され、ｆ_ｘおよびｆ_ｙは、ｆ_ｃよりも大きくなるように選択される。実際、空間中のこれらの第１の方向および第２の方向は、光軸に対して垂直である。

上記光線の位相の変化を測定する手段は、以下のような共焦点顕微鏡を含む。この共焦点顕微鏡において、上記試験対象領域は、上記試験対象領域の平面の画像を形成するのに適した様態で配置される。そのため、上記共焦点顕微鏡のおかげで、３次元空間分解能が得られる。そして、媒体の量を調査することが可能となる。この構成により、当該媒体が電気光学特性を持つ場合、特段の作製の必要無く、当該媒体の調査が可能となる。電界測定の空間分解能は、用いられる光学素子のみによって限定される。

これは、プローブビーム中の空間中の３方向に沿って媒体を移動させる手段を含む。

上記走査手段は、４つの音響光学偏光器を含む。これらの４つの音響光学偏光器のうち２つは、光線を偏向させ、上記共焦点顕微鏡の上流にそれぞれ有り、空間中の第１の方向および第２の方向に有り、これらの４つの音響光学偏光器のうち２つは、光線を偏向させ、それぞれ空間中の第１の方向および第２の方向に有り、共焦点顕微鏡の下流に有る。

共焦点顕微鏡の下流の少なくとも１つの音響光学偏光器は、光軸に傾けられた光線の０次を作製し、かつ、近軸を１次に保持するように、設定される。よって、ビームの０次は光軸を残し、第１の偏光器によって出力されるビームの１次の１つは、光軸上の平均位置を有する。ビームの０次強度が非ゼロである場合、当該ビームの対応部分は光軸を残し、試験対象領域またはビーム光検出手段のいずれにも到達しない。必要に応じて、ガリレオ望遠鏡を用いて、１次と光軸との間の角度を増加させることができる。

これは、共焦点顕微鏡の上流において、試験対象領域上に入射するプローブビームの偏光を制御する手段を含む。

他にも、上述したもの以外にも多数の種類の走査が想起され得る。そのうち、数種のみが記述され得る。

矩形走査：矩形走査は、試験対象領域および有効アクセス領域よりも小さな基準領域を含む対象領域上で行われる。この種の走査は、当該試験対象領域が小さい場合に特に有用である。その場合、これは、同一解像度でのより高い周波数での走査において有利に用いられ得、または、画素または任意の中間ソリューションを限定することによって解像度を増加させるために有利に用いられ得る。

マルチ矩形走査：マルチ矩形走査は、一連の矩形（例えば、上記段落において述べたもの）に対応する領域上で実施される。基準領域は単一領域であり得、一方、多様な試験対象領域が、異なる矩形に対応する。これは、試験対象領域を単一矩形でカバーできない場合に有用であり得る。

様々な形状の領域上の走査：この走査は、円形、楕円、三角などの領域またはこれらの領域の合成物の領域上で行われる。

複雑表面上の走査：この走査は、用途に応じて、複雑形状の表面上で行われる。このような用途としては、例えば、光電子コンポーネントまたは生物系（ニューロン、細胞膜、人工膜（例えば、ラングミュア−ブロジェット膜種））の全体または一部を調査するための用途がある。

パラメータ化走査：この走査は、下のようにパラメータ化された座標ｘおよびｙによる経路に沿って行われる。
ｘ＝ｃｏｓ（ｗ．ｎ．ｔ）
ｙ＝ｃｏｓ（ｗ．ｎ．ｍ．ｔ）
ここで、ｎおよびｍは実質的には、それぞれｘ座標およびｙ座標に沿った取得期間に対応する画素数である。この種の走査により、音響光学モジュレータの限界にできるだけ近づくことが可能となる。もちろん、これら２つの座標のうち１つのみの上でこのパラメータ化を保持することも可能である。

これらの様々な種類の走査を制御するシステムの構成は当業者にとって公知である点について留意されるべきである。

別の局面によれば、本発明は、本発明によるデバイスを使用する方法に関する。より詳細には、この方法は、媒体特性を干渉分光法によって非侵襲的に検出する方法である。本方法において、
試験対象媒体の少なくとも１つの領域を、光線を生成する光源で照射する。上記光線の経路は、光軸を規定する。
干渉計を用いて、上記光線を基準ビームおよびプローブビームに分け、プローブビームが試験対象領域を通過した後の基準ビームとプローブビームとの間の位相シフトを測定する。
基準ビームおよびプローブビームの各経路長さを、光検出手段によってサーボ制御する。
試験対象領域中の様々な点における位相シフトの測定に対応する画像の取得を、光検出手段によって、信号サンプリング周波数ｆ_ａで行う。信号サンプリング周波数ｆ_ａは、基準ビームおよびプローブビームの各経路長さのサーボ制御のためのカットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い。試験対象領域および基準領域は、カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い光線の位相の変化を測定する手段によって記録された画像用の画像取得周波数ｆにおいて、プローブビームによって走査される点において特徴付けられる。

本発明による方法を実施する方法のうちいくつかのうち、必要に応じて以下の構成のうち１つ以上をさらに用いてもよい。

試験対象領域および基準領域を、空間中の第１の方向に沿って周波数ｆ_ｘで走査し、空間中の第２の方向に沿って周波数ｆ_ｙで走査して、これにより、第１の方向に沿ったｎ個の画素および第２の方向に沿ったｍ個の画素からなる画像を形成する。周波数ｆ_ｘおよび周波数ｆ_ｙは、ｆ_ｘ＝ｆ_ｙ／ｎおよびｆ_ｙ＝ｆ_ａ／ｍとなるように選択される。ｆ_ｘおよびｆ_ｙは、ｆ_ｃよりも大きい。

媒体は周波数ｆ_ｅで励起され、この同じ周波数ｆ_ｅで、プローブビームの位相の基準ビームの位相に対する変化を測定する。

当該媒体の電気光学特性の分布が分かったので、当該媒体中の電界のマッピングを行う。

公知構成の電界を当該媒体中にて生成して、当該媒体の電気光学特性を明らかにする。

電気光学特性を有するかまたは当該媒体上の電気光学特性を提供する分子またはイオンなどで当該媒体をドープし、これにより、当該媒体の電気光学特性を強調する。ただし、これは後者に既にそれが備わっている場合であり、あるいは、このような特性を内在的に所有しない媒体中の電界の存在を明らかにする。

本発明によれば、調査対象媒体の性質が大幅に変わり得る。既述した光電子コンポーネントとは別に、任意の固有電気光学活動をそれぞれ持たない２つの異なる誘電媒体の間の局所的分布（例えば界面）があり得る。これら２つの媒体の間の界面は、個々に非電気光学特性を有するため、不連続部近隣の中心対称性における構造破壊および電気光学的効果の可能性を誘起する。電気光学特性の局所的分布の別の例において、当該媒体は非晶質である。例えば、当該媒体は、非中心対称性の無秩序な順番で局所的に配置された電気光学分子からなる固溶体を含むポリマーマトリクスであり得る（これは、適切な電極または全光学的配置（これは、方向付けビームの焦点において局所的に機能する）と呼ばれる構成における光学フィールドによって局所的に誘起される電界の効果によるものである）。このような電気光学特性の局所的発生は、以下に示唆される手段のいずれによっても検出され得る：「電気光学表面」（細胞膜種の２次元または準２次元分布の場合）または周囲媒体に対して外因性の電気光学構造の内包物の場合の「電気光学アイランド」（またはボクセル）。例えば、この場合、固有電気光学特性を持たない非晶質ポリマーの膜中の電気光学構造の内包物があり得る（これらの内包物は、ナノスケール寸法またはミクロスケール寸法（例えば、二次非線形特性を有するナノ結晶）を有する）。逆に言えば、軸方向配向解除により、初期ホモジニアス電気光学構造（例えば、コロナニードル型の従来構成中の電界中の準一様配置によって得られるようなもの）内の電気光学的効果を有する局所的欠陥を生成することが可能である。詳細には、本発明は、以下の２つの対称的状況において有用である。第１に、本発明は、電気光学特性分布が不明な場合において、この先験的に不明の分布の空間マッピングを明らかにすることを可能にする。その際、１組の単純電極による電界を付加して、試料内の電界の分布を制御することを可能にする。第２に、電気光学特性の空間的分布が他の手段によって既知である場合（例えば、この分布の形成制御のための技術的方法の場合）において、本発明は、当該分布中の内部電界または外部電界のマッピングを決定することを可能にする。外部電界は、この電気光学特性の先験的に既知の分布だけにではなく、外部電界が付加される電極のジオメトリにも依存する。特定の中間的場合において、電界分布および当該構造の電気光学特性に関する知識は限られていることが分かっている。その場合において、本発明は、これらの２つの未知情報が有っても、当該媒体をプローブする入射波が経験する光学的位相シフトのマッピングを確実に行うことを可能にする。よって、これらの不確定性の解消を進展させるために、当業者は、電気光学媒体の構造または電界分布、あるいはこれらの組み合わせのいずれかに関する構造的かつ／または物理的仮説を提案する。

本発明の他の局面、目的および利点は、その実施形態の１つの記載を読めば明らかである。

また、本発明は、図面を参照すればより明確に理解される。

これらの図中、同一参照符号は同一構成要素を示す。

本発明によるデバイスの実施形態の一例を、図１〜図５に関連して下記に示す。

この例において、本発明によるデバイスは、光学的に活性でかつ構造が既知の媒体中の空間的かつ／または時間的導関数の電界または電位などの定量的かつ非侵襲的な検出およびマッピングのためのデバイスである。

図１に示すように、本デバイス１は顕微鏡である。本デバイス１は、光源３および干渉計５を含む。これらは、光線の位相シフトをマッピングするための手段７からなる。これにより、本デバイス１は、屈折率変化の測定を可能にする。

光源３は例えばレーザである。もちろん、このレーザの波長、出力および性質（パルスまたは連続）は、試験対象媒体（より詳細には、媒体中の電界を明らかにする光学的に活性の種（分子、イオン電子材料など））に合わせて個別調整される。例えば、光電子コンポーネントの調査を伴う用途においては、数ミリワットの出力で６３２．８ｎｍで照射するＨｅ／Ｎｅレーザが必要となり得る。

干渉計５は、スプリッタ手段９（例えば、２分の１波長板および偏光器、サーボ制御鏡１１、試料ホルダ１３、共焦点顕微鏡１５および光学素子１７からなる手段）を含む。図１に示す顕微鏡の実施形態例によれば、伝送モードにおいて電界が検出される。本教示を置き換えて、反射モードにおいてこの検出を行うことももちろん当業者の能力の範囲内である。

干渉計５は、ホモダイン検出モードにおいて取り付けられる。スプリッタ手段９は、ソース３から照射された光線１９を基準ビーム２１およびプローブビーム２３に分ける。基準ビーム２１とプローブビーム２３との間の直角位相をπ／２にスレーブさせて、光学的経路内の相対的変化を決定する。鏡１１のサーボ制御の例について、Ｐ．Ｆ．Ｃｏｈａｄｏｎによる博士論文（Ｌａｂｏｒａｔｏｉｒｅ Ｋａｓｔｌｅｒ−Ｂｒｏｓｓｅｌ、Ｐａｒｉｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ＶＩ、２０００年１月）に記載がある。

プローブビーム２３は、共焦点顕微鏡１５の第１の光学部品２７により、試料ホルダ１３中に取り付けられた試料２５の一領域中に集束する。共焦点顕微鏡１５の第２の光学部品２８は、試料２５から出された光線をこの領域中に収集する。反射モードにおける検出の場合、第２の光学部品２８後に反射を必要に応じて行ってもよい点に留意されたい。その後、この光線を光学素子１７によってフィルタリングする。光学素子１７は、第２の光学部品２８の焦点を通らない信号全体を遮断するダイヤフラムを含む。

試料ホルダ１３を空間中の３方向に移動させる圧電ブロックにより、試料２５をプローブビーム２３中で移動させる。そのため、試料２５は、ボリューム方向にプローブされる。この圧電ブロックのおかげで、試料２５中の電界を３次元でマッピングすることが可能となる。

プローブビーム２３は、光線の位相シフトをマッピングするための手段７により検出され、記録される。より正確には、これらの手段は、複数の検出器２９と、電子的処理およびサーボ制御ユニット３１とを含む。

これらの検出器２９は、超高速高感度フォトダイオード（例えば、上述したＰ．Ｆ．Ｃｏｈａｄｏｎの博士論文に記載のもの）である。これらの検出器２９は、基準ビーム２１およびプローブビーム２３の相対的光学経路長さのサーボ制御と、試料２５から伝送された信号の記録との両方に用いられる。

電子的処理およびサーボ制御ユニット３１は、当業者に公知の高周波数電子ユニットである。

デバイス１は、試料２５上でプローブビーム２３を走査する手段３３をさらに含む。

これらの走査手段３３を、図２中により詳細に示す。もちろん、走査手段３３の多くの実施形態が、当業者によって想起され得る。ここで、一実施形態のみを示す。この実施形態によれば、走査手段３３は、４つの音響光学偏光器３５を含む。

これらの偏光器３５のうち２つを共焦点顕微鏡１５の上流に配置して、プローブビーム２３を偏向させる。これらの共焦点顕微鏡上流の偏光器３５は、このビームのうち１次のみを光軸に対して平行に保持するよう、傾斜される。これらの２つの偏光器のうち１つは、プローブビーム２３による試料２５の走査を空間中の第１の方向に沿って周波数ｆ_ｘ（これは、取得周波数でもある）で行わせる。これらの２つの偏光器のうちもう１つは、プローブビーム２３による試料２５の走査を空間中の第２の方向に沿って周波数ｆ_ｙ（図３を参照）で行わせる。このようにして、第１の方向に沿ったｎ個の画素および第２の方向に沿ったｍ個の画素からなる１つの画像が形成される。信号サンプリング周波数がｆ_ａである場合、周波数ｆ_ｘおよびｆ_ｙは、ｆ_ｘ＝ｆ_ｙ／ｎおよびｆ_ｙ＝ｆ_ａ／ｍであり、かつ、これらの双方がカットオフ周波数ｆ_ｃよりも高いように、選択される。

これら４つの偏光器３５のうち残り２つは、共焦点顕微鏡１５の下流に配置され、プローブビーム２３の整流を可能にする。これらはそれぞれ、空間中の第１の方向および第２の方向のうち１つに配置される。

走査手段３３は、カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い周波数ｆ_ｘにおいて、検出された可能電界から来る信号を変調することを可能にする。

図３に示すように、走査時に第１の方向および第２の方向に沿って試料２５から出た信号が記録される。この走査は、試験対象領域３４および基準領域３６を通過する。この基準領域３６は、内部で電界が変化しない試料２５そのものの領域であり得る。基準画像とは、いわば無電位かまたは基準電位または残留電位を持つ位相の画像であり、その後、検出された可能電界から来た信号の画像から減算される。よって、電界の可能な検出された変化から来たこの信号の画像が、黒色背景上に表示される。そのため、この検出は同期検出である。

検出された可能電界から来た信号は、電子的処理およびサーボ制御ユニット３１において従来の法式で復調される。

図４に示す本発明によるデバイスの別の変形例（これは、既述した実施形態と組み合わせ可能である）において、これは、プローブビーム２３の偏光を制御する手段３７を含む。これらの偏光制御手段３７により、試料２５上に入射したプローブビーム２３の偏光状態を、制御された様式で変化させることが可能となる。例えば、これらは、プローブビーム２３の線形偏光を得るのに適した偏光制御手段３７であり、プローブビーム２３の伝搬軸を横断する平面内の偏光角度ρは、３６０°よりも高くすることができる。このような偏光制御手段３７は、光軸を横断する平面内の線形偏光状態の作製および回転に関する当業者に公知の任意のデバイスによって形成され得る。詳細には、これらは、２分の１波長板および／または偏光器を含み得る。

このような偏光制御手段３７は、第１の光学部品２７の上流に配置される。そして、当業者であれば、この第１の光学部品２７の上流の線形偏光状態を試料２５中の楕円偏光状態へと切り換えるために必要な修正計算を実施することができる。必要に応じた偏光分析器３９を、偏光制御手段３７に対する補完物として、第２の光学部品２８の下流に配置してもよい。

本発明によるデバイスを用いて、カットオフ周波数ｆ_ｃよりも低い周波数において変化が発生する電界を検出して、基準ビーム２１およびプローブビーム２３の相対経路長さをサーボ制御することができる。そのため、これを用いて、周期的信号または非周期的信号（これは、過渡的であり得るかまたはあり得ず、かつ、再現可能であり得るかまたはあり得ない）を検出することができる。

上述したデバイスは、多くの用途において用いられ得る。

一例として、本デバイスは、本発明による光電子コンポーネントの試験方法において用いられ得る。

本文書において、「光電子コンポーネント」という用語は、電子、マイクロ電子、またはオプトエレクトロニクスコンポーネント、あるいは、これらの種類のうち少なくとも１つのコンポーネントを含む回路を意味するものとして理解される。有利なことに、これらの光電子コンポーネントは、調査対象領域および／マッピング対称領域のうち少なくとも一部において電気光学的効果を呈する。

より詳細には、この種の方法において、再現可能な周期的励起電位が、２つの電極間に生成される。試験対象領域３４は、この電位が付与される光電子コンポーネントの少なくとも一部を含む。

この種の方法は、セグメント化された媒体（図５（ａ）を参照）の調査に用いられ得る。そのため、これは、光電子コンポーネント製造プロセスを、ミクロンスケールおよび／またはサブミクロンスケールで特徴付けかつ有効化することを可能にする。よって、例えば、光学的に活性のエッチング領域の解像度を測定することが可能となる。

この種の方法はまた、電界勾配の調査（特に、自明でない形状の電極の使用によるもの（図５（ｂ）））にも用いられ得る。これらは、例えば、電位付与の経路となる多極電極（ｃｆ．Ｊ．Ｚｙｓｓによる、Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃｓの記事（Ｖｏｌ．１、ページ３、１９９１）に記載の八極ジオメトリ；図５（ｃ）も参照）である。電極の電気光学構造に適合した多極シンメトリの電気光学構造により、電界の導関数（例えば、図５（ｃ）に示すような１組の八極電極の中心における電界の第２の導関数、電界および同図中に図式的に示された配置ミクロセルの中心における対称によってゼロにされたその第１の導関数）が明らかになる。よって、本発明による方法のおかげで、光学的活性領域中の電界勾配または曲率をマッピングすることが可能となる。これらの電界マップは、モデルの有効化および精緻化のための計算と比較され得、あるいは、反対に、特定の特性の計算が容易ではない電界構成を調査することを可能にする。

この種の方法はまた、多極電界（図５（ｃ）を参照）の調査にも用いられ得る。この場合、少なくとも１つの電極を通じて多極シンメトリに電位が付加される。多極シンメトリを持つ電極の構成により、多極電界構造の検査が可能となる。このような多極電界構造により、例えば、これらの多極電界の影響下の分子の配置分布を理解することが可能となる。

本発明による方法の別の用途において、導体中のパルス伝播（ワイヤ、集積回路、光電子コンポーネントなど）が調査され得る。その後、この導体を光学的活性媒体中に配置する。この媒体を超短波パルスに晒すことにより、この導体中のこれらのパルスの伝搬の周波数分析により、超短波過渡レジームおよび当該導体のオーム抵抗に関する情報（図５（ｄ）を参照）を検査することが可能となる。

本発明による方法の別の用途は、電界移動、空間的オーバーラップなどの現象の調査におけるものである。光電子コンポーネントにおいて、電極間に付与される電界は、単純な形態（図５（ｅ）を参照）をいつも持つわけではない。詳細には、電界移動の問題および空間的オーバーラップの問題が、静的場合（コンポーネントの活性層のポーリング）および動的な場合（変調電界）の両方において生じ得る。本発明による方法を用いて電界をマッピングすることにより、これらのコンポーネントの形状および構造を（例えば、制御電圧の低減が得られるように）最適化することが可能となる。

本発明による方法の別の用途は、フラクタル凝集体（特に、これらの凝集体におけるパーコレーション）の調査にある。試験対象領域３４において、フラクタル凝集体の少なくとも一部があり得る（図５（ｆ）を参照）。

本発明によるデバイスおよび方法の特に有用な別の用途として、生物学がある。この場合、試験対象領域３４は、天然生物媒体または人工生物媒体のうち少なくとも一部を含む。例えば、試験対象領域３４は、天然生物媒体または人工生物媒体のうち少なくとも一部を含む。

そのため、本発明による方法の１つの用途は、バイオメトリックシステム（例えば、人工膜を通じた分子種の拡散）の研究がある。本発明によるデバイスのおかげで、様々な種類の現象（化学的、生化学的、電気的、電磁気的放射など）に起因するこれらの細胞膜の変化が検出され得る。この種の用途は、マイクロ流体システム、カプセル、ベシクルなどの研究も含まれる。

また、本発明による方法を、生物系（例えば、ニューロン、動物細胞または植物細胞）の研究に用いてもよい。

健康なニューロンを研究する目的のために、試験対象領域３４は、ニューロンまたは神経回路網の少なくとも１つの部分を含み、本発明によるデバイスにより、神経電気的信号および／またはニューロン間電気的信号の伝播、これらの信号の始点などを決定することが可能となる。この場合、本発明によるデバイスは、「パッチクランプ」技術に有利に取って代わる。この「パッチクランプ」技術の場合、例えば１０×１０μｍ^２と測定される電界の場合は、相当するマッピングを得るためには数万個（またはそれ以上）の電極が必要となる。本発明によるデバイスはまた、接触問題、ステアリン妨害問題などを解消する。

本発明によるデバイスはまた、障害ニューロンまたは病的ニューロン、硬化症ニューロン、変性ニューロンなどの研究にも使用可能である。

本発明によるデバイスのおかげで、化学的リアクタ（これはナノスケールで、ミセル中、腐食泥合成物中などであり得る）中の小規模電気的現象（例えば、電圧現象を介するものまたは酸化還元化学的反応において発生するもの）の観察が可能となる。そのため、試験対象領域３４は、化学的媒体の少なくとも一部を構成する。

特定の場合において、電子中にしろ生物中にしろ、当該媒体を電気光学分子またはイオンでドープして、媒体の電気光学特性の強調および／またはこのような特性を持たない媒体中での電界の観察を行わなければならない。

電気光学分子の一例として、以下の分子が言及され得る。

分子「ＤＲ１」（Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｒｅｄ１）は、当業者にとって周知である。分子「ＤＲ１」は、光電子コンポーネントおよびバイオメトリックシステムの研究により多く用いられている。

「クリスタルバイオレット」分子も、当業者にとって周知である。「クリスタルバイオレット」分子は、八極の一例を構成する。これは、電界の連続的勾配に対して敏感であり、電界そのものに対しては敏感ではない。高次非線形性も用いられ得るため、本発明による方法は、二次非線形性を持つ電界の検出に限定されない。

フタロシアニンから導出された分子と、非中心対称ジオメトリ中の電子供与体群および受容体群との周辺置換も、当業者によって公知である。これらは、生物系の研究に使用可能である。

その他の多くの分子が使用され得る。詳細には、上述したものと異なる形状を有する分子またはこれらの分子の導関数も用いられ得る。

本発明によるデバイスの一実施形態例の要部を示す図である。 図１のデバイスの走査手段の概要図である。 図２の走査手段によって実施される走査の概要図である。 図１〜図３のデバイスの一部の変形例の概要図である。 （ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本発明による方法のいくつかの適用例のうちの一概要図である。

Claims (29)

1. 干渉分光法による媒体の特性の非侵襲的検出のためのデバイスであって、
   前記試験対象媒体の少なくとも１つの領域（３４）を照射するため、経路が光軸を規定する光線（１９）を伴う光源（３）と、
   前記光線が前記試験対象領域（３４）を通過する際の前記光線の位相変化を測定する手段（７）と、を含み、
   前記測定手段は、
   前記光線（１９）を基準ビーム（２１）およびプローブビーム（２３）に分ける干渉計（５）であって、前記干渉計（５）において、前記基準ビーム（２１）および前記プローブビーム（２３）の各経路長さのサーボ制御は、カットオフ周波数ｆ_ｃまで活性である、干渉計（５）を含み、
   信号サンプリング周波数ｆ_ａを有し、
   前記デバイスは、前記試験対象領域（３４）および基準領域（３６）の走査を前記プローブビーム（２３）で画像取得周波数ｆで行うのに適した走査手段（３３）を含み、前記画像取得周波数ｆは、前記カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い光線の位相変化を測定する手段（７）によって記録された画像のためのものである点において特徴付けられるデバイス。
2. 前記走査手段（３３）は、前記試験対象領域（３４）および前記基準領域（３６）の走査を空間中の第１の方向に沿って周波数ｆ_ｘでかつ空間中の第２の方向に沿って周波数ｆ_ｙで行って、これにより、前記第１の方向に沿ったｎ個の画素および前記第２の方向に沿ったｍ個の画素からなる画像を形成し、前記周波数ｆ_ｘおよびｆ_ｙは、ｆ_ｘ＝ｆ_ｙ／ｎでありかつｆ_ｙ＝ｆ_ａ／ｍとなるように選択され、ｆ_ｘおよびｆ_ｙは、ｆ_ｃよりも大きい、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記光線の位相変化を測定する手段（７）は共焦点顕微鏡（１５）を含み、前記共焦点顕微鏡（１５）において、前記試験対象領域（３４）は、前記試験対象領域（３４）の一平面の画像を形成するのに適した様態で配置される、請求項１および２のいずれかに記載のデバイス。
4. 前記プローブビーム（２３）中の空間中の３方向に沿って前記媒体を移動させる手段を含む、請求項１〜３の１つに記載のデバイス。
5. 前記走査手段（３３）は４つの音響光学偏光器（３５）を含み、前記音響光学偏光器（３５）のうち２つは前記光線を偏向させ、前記共焦点顕微鏡（１５）の上流にあり、空間中の前記第１の方向および第２の方向のうち１つにそれぞれ有り、前記音響光学偏光器（３５）のうち２つは前記光線を整流し、空間中の前記第１の方向および第２の方向のうち１つにそれぞれ有り、前記共焦点顕微鏡（１５）の下流にある、請求項１〜４の１つに記載のデバイス。
6. 前記共焦点顕微鏡（１５）の下流の少なくとも１つの音響光学偏光器（３５）が、前記光線の０次を前記光軸に向かって傾斜させかつ前記近軸１次を保持するように、設定される、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記１次と前記光軸との間の角度を増加させるためのガリレオ望遠鏡を含む、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記共焦点顕微鏡（１５）の上流において、前記試験対象領域（３４）上に入射する前記プローブビーム（２３）の偏光を制御する手段（３７）をさらに含む、請求項１〜７の１つに記載のデバイス。
9. 干渉分光法による媒体の特性の非侵襲的検出方法であって、
   前記試験対象媒体の少なくとも１つの領域（３４）を光線（１９）を生成する光源（３）で照射し、前記光線（１９）の経路は光軸を規定し、
   干渉計（５）を用いて前記光線（１９）を基準ビーム（２１）およびプローブビーム（２３）に分け、前記プローブビーム（２３）が前記試験対象領域（３４）を通過した後に前記基準ビーム（２１）と前記プローブビーム（２３）との間の位相シフトを測定し、
   前記基準ビーム（２１）および前記プローブビーム（２３）の各経路長さは、光検出手段（２９）によってサーボ制御され、
   前記試験対象領域（３４）における様々な点における前記位相シフトの測定に対応する画像の取得を、前記光検出手段（２９）により、信号サンプリング周波数ｆ_ａで行い、前記信号サンプリング周波数ｆ_ａは、前記基準ビーム（２１）および前記プローブビーム（２３）の各経路長さのサーボ制御のためのカットオフ周波数ｆ_ｃよりも高く、
   前記試験対象領域（３４）および基準領域（３６）の走査は、前記プローブビーム（２３）でかつ画像取得周波数ｆで行われ、前記画像取得周波数ｆは、前記カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い光線の位相変化を測定する手段（７）によって記録された画像のためのものである点において特徴付けられる方法。
10. 前記試験対象領域（３４）および前記基準領域（３６）の走査を空間中の第１の方向に沿って周波数ｆ_ｘでかつ空間中の第２の方向に沿って周波数ｆ_ｙで行って、これにより、前記第１の方向に沿ったｎ個の画素および前記第２の方向に沿ったｍ個の画素からなる画像を形成し、前記周波数ｆ_ｘおよびｆ_ｙは、ｆ_ｘ＝ｆ_ｙ／ｎでありかつｆ_ｙ＝ｆａ／ｍとなるように選択され、ｆ_ｘおよびｆ_ｙは、ｆ_ｃよりも大きい、請求項９に記載の方法。
11. 前記試験対象領域（３４）は、前記試験対象領域（３４）の一平面の画像を形成するのに適した様態で、共焦点顕微鏡（１５）中に配置される、請求項９および１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記プローブビーム（２３）中の空間中の３方向に沿って前記媒体を移動させる、請求項９〜１１の１つに記載の方法。
13. 前記媒体は周波数ｆ_ｅで励起され、前記プローブビーム（２３）の位相の前記基準ビーム（２１）の位相に対する変化を前記周波数ｆ_ｅで測定する、請求項９〜１２の１つに記載の方法。
14. 前記共焦点顕微鏡（１５）の下流の少なくとも１つの音響光学偏光器（３５）により、前記光線の０次が前記光軸に対して偏光し、前記近軸１次が保持される、請求項９〜１３の１つに記載の方法。
15. 前記１次と前記光軸との間の角度αがガリレオ望遠鏡によって増加される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記試験対象領域（３４）は、電位が付与される光電子コンポーネントのうち少なくとも一部を含む、請求項９〜１５の１つに記載の方法。
17. 前記電位は、少なくとも１つの電極を通じて付与され、前記電位の形状は、電界勾配を生成するのに適している、請求項１６に記載の方法。
18. 前記電位は、少なくとも１つの多極電極を通じて付与される、請求項１６および１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記光電子コンポーネントは光学的活性媒体内に配置される、請求項１６〜１８の１つに記載の方法。
20. 前記光電子コンポーネント中の電気パルス伝搬が調査される、請求項１６〜１９の１つに記載の方法。
21. 前記試験対象領域（３４）は、フラクタル凝集体の少なくとも一部を含む、請求項９〜１５の１つに記載の方法。
22. 前記試験対象領域（３４）は、生物媒体の少なくとも一部を含む、請求項９〜１５の１つに記載の方法。
23. 前記試験対象領域（３４）は、生物細胞膜の少なくとも一部を含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記試験対象領域（３４）は、ニューロンまたは神経回路網の少なくとも一部を含む、請求項２２および２３のいずれかに記載の方法。
25. 前記試験対象領域（３４）は、人工膜の少なくとも一部を含む、請求項９〜１５の１つに記載の方法。
26. 前記試験対象領域（３４）は、化学的媒体の少なくとも一部を構成する、請求項９〜１５の１つに記載の方法。
27. 電気光学特性を有するかまたは前記媒体上の電気光学特性を提供する分子またはイオンで前記媒体をドープし、これにより、前記媒体の電気光学特性を強調し、ただし、これは後者に既にそれが備わっている場合であり、あるいは、このような特性を内在的に所有しない媒体中の電界の存在を明らかにする、請求項９〜２６の１つに記載の方法。
28. 前記媒体の電気光学特性の分布が分かった場合、前記媒体中の電界のマッピングを行う、請求項９〜２７の１つに記載の方法。
29. 前記媒体中に公知構成の電界を生成して、前記媒体の電気光学特性を明らかにする、請求項９〜２７の１つに記載の方法。

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