JPS62503055A - 差動イメ−ジング・デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 差動イメージング・デバイス 背景技術 本発明は、一般的に、イメージングの分野に関し、より詳細には、特定の構造あ るいはこの構造を構成する諸成分の配向の結果として生じるある構造の細部全表 示するためのイメージング（結像）技術に関する。

政府は、国立保健研究所によって認められた譲渡（ｇｒａｎｔ　）ＡＩＯ８４２ ７及びｃＭ１０８４．ｏだけでなく米国エネルギ省によッテ認めらノｔた契約番 号ＤＥ−ＡＣ，０３−７６ＳＦＯＯＯ９８及びＤＥ−ＡＴＯ３−８２−ＯＲ６０ ０９０に従って本発明における権利を有している。

イメージは、試料のある特徴のあるいは異なった特徴の別の立体分布にイメージ 化されている立体分布のマツピングとして定義することができる。例えば、ある 対象の典型的な白黒写真ネガは、この対象における各点からでる光の強度の立体 分布のマツピングである。このマツピンググロセス（は、試料における対応する 。壱から出る光の強度に比例してネガにおける各点に釧粒子の密度をセットする ことから放る。

試料の多数の異なった物理的特性のマツピングに基づくイメージングシステムは 、当該技術分野では公知である。例えば、Ｘ線イメージは、試料のイメージ化さ れた部分における各点のＸ線周波数範囲における電磁線の吸収能力のマツピング である。

単純なＮＭＲイメージは患者の体を横断する平面における各点における水素核密 度のマツピングである。

近年、生物イメージングシステムにおいて有意な進歩がなさ力、できている。例 えば、イメージ化されている試料における特定のタンパク質の濃度に基づいてイ メージを形成するための特定の染料（着色剤）が開発されてきている。染料は、 特定の吸収帯域を有する分子が結合している単分枝系抗体（単クローン抗体）を 用（・て構成される。次に、問題の帯域における光の吸収を測定することによっ てイメージが形成される。斯かる染色システムによると、このシステムが適用可 能な場合において太幅に改良されたイメージが得られるが、抗体が結合している 特定のタンパク質の県度についての情報だけが得られるのが通常である。問題の タンパク質又はその組織のより大きな構造への配向についての情報は、その組織 がタンパク質分子の密度を有意に変えない限り得られない。斯かる染色システム はまた、この染色剤を導入するのに必要な試料の分裂がち生じる人為結果を与え 得る。最後に、各イメージングの問題（で対して個々の染料を作らなければなら ず、こハはかなりの経費と時間を伴なう。

２つの試料において特定のタンパク質の濃度が同じであるが、そのタンパク質分 子のより大きな構造への組織化が異なる場合が多くある。タンパク質は、より大 きな構造に組織さｊることか多い。これらの構造の幾つかは、タンパク質分子の 「束」どなっており、この束の中で、個々の分子が、互いに整列している。試料 が異なると、異なった組織を含んでいることになる。

斯かる組織における詳細は、単分枝系抗体に基づく非常に特殊な染色システムを 用いても検出するのが困難である。

多くのイメージングにおける問題において、イメージを構成するのに用いる最良 のパラメータを前もって知ることが無い。

これらの場合において、通常、１つは正常で１つは異常な２つの試料を用意し、 この異常な試料から正常な試料を区別するイメージｆ構成することを望むのであ る。これら２つの試料が、ある既知の化合物の一度において異なる場合、染料に 基づ（イメージングシステムが可能となり得る。・しかしながら一般的に、この ような化合物は前もって知られておらず、従って、これら２つの試料を区別する 様相を見つけようと試みて多数の異なったイメージング様相を試すということに なる。この２つの試料は、ある化合物の一度ではなくその組織において主に異な る場合は、この作業は、特に困難となろう。

偏光（基づく組織上の差を表示するイメージングシステムは、従来において公知 である、例えば、スマー）　（Ｓｍａｒｔ　：米国特許第３．５２５．８０３号 ）は、試料が平面偏光で照射され、イメージが、偏光フィルタによって且つ偏光 フィルタ無しで見られるというイメージングシステムを教示している。この偏光 は、２つの成分からなっている。この偏光フィルタは、観察するためにこれらの 成分の１つを選択する。特定の配向に束ねられた分子からなるイメージにおける 構造は、上記諸成分の他の残りの成分に優先してこの偏光の１つの成分を吸収す る。従って原理上は、偏光フィルタ無しで生じ几イメージは、斯かる構造が存在 する場合は偏光フィルタによって生じたイメージとは異なる。

不幸にも、実際は、この差は、他のプロセスによって隠されることが多い。

スマートの装置において用いられるこの平面偏光は、２つの成分、即ちある方向 Ｖにおける偏光を有する成分及び第１成分に対して直角の第２方向における偏光 を有する成分Ｈからなっている。偏光フィルタ無しで測定されたイメージは、試 料によって伝送されるＶＸ分及びＨ成分の吸光度の和である。■成分を選択する ようにセットされた偏光フィルタによって測定されたイメージは、試料によって 伝送されたＶ成分に、Ｈ成分の散乱によって、■偏光及びＨ偏光の混合を有する 光が強くなるため、この散乱が大きい場合、配向された構造から生じるＶ成分の 吸収における差をマスクすることがある。この問題は、これら２つの成分の混合 を照射して、次にフィルタを用いて試料によって伝送され容光を分類することに よってこの２つの異なった偏光成分の吸光度における差を測定しようと試みるこ とから生じる。

スマートの特許によって例示された型式の装置についての更に別の問題は、この 装置が、適当な偏光フィルタを構成することができる周波数範囲の偏光電磁線（ 放射）に限定されることである。非常に高いエネルギの偏光電磁線、即ち、ガン マ線の場合については、この装置は実用的でない。

最後に、スマートによって例示された型式の装置は、整夕１ルたより大きな構造 の特定の形においては存在しないキラル（ｃｈｉｒ＆ｌ　）　構造を観察するの には有用でない。キラル構造とは、その鏡像がその構造と異なる構造である。例 えば、供線（ヘリカル）分子は、供線のねじりに応じて左手にもなりあるいは右 手にもなる。これらの分子は、右手標線の鏡像が、右手螺線ではなく左手標線で あるためキラルである。斯かる分子は。

円偏光電磁線を優先的に吸収するが、上記のような直線偏光電磁線を優先的に吸 収する特定のより大きな構造に組織されない限り直線偏光電磁線を優先的に吸収 することが無い。

従って、本発明の目的は、ある試料（被検物）における整列さｆ″Ｌり構造を強 調するこの試料のイメージを形成するための手段を提供することにある。

本発明の別の目的は、キラル分子の存在に基づいて試料をイメージ化する手段を 提供することにある、本発明の更に別の目的は、試料を染色剤によって処理する ことを必要としない試料をイメージ化する手段を提供することにある。

本発明の上記及び他の目的は、本発明の以下の詳細な説明及び添付の図面から明 らかとなろう。

発明の概要 本発明は、偏光電磁線（放射）のイメージ化されている試料との相互作用に基づ く試料を形成するための装置及び方法を含む。本発明の装置によって形成された イメージは、それぞれが異なった偏光を有する電磁放射によって作られた試料の ２つのイメージの差である。本発明の装置は、２つの所定の偏光のどちらかの一 方の電磁線を生成する偏光電磁放射源及び差イメージを形成するための手段から なる。この差イメージにおける各点の強度は、２つのイメージが各偏光を用いて 別々に形成された場合且つこれら２つのイメージの各々における各、壱における 電磁放射の強度が、上記差イメージにおける対応する点によって表わされる電磁 放射の強度を生成するために互いから減算さ九る場合に測定される電磁放射の強 度の差に等しい。この偏光電磁放射源は、可視範囲の電磁線だけでなく低周波ラ ジオ波から高エネルギガンマ線に至る任意の波長の電磁線を生成し得る。

波長及び偏光の選択は、イメージにおいて強調されるべき構造又は化合物に依存 する。

これらのイメージは、２つの走査モードのどちらかによって構成し得る。先ず、 試料は、偏光電磁放射ビームによってイメージに含まれる各点において順次に走 査され、その結果生じる電磁放射は検出器に到達して測定される。ここで、この 検出器に接続されているデータ処理システムは、試料の各点が一方の偏光の偏光 電磁放射によって照射され、次に他方の偏光の偏光電磁放射によって照射された 時に検出器によって測定される電磁放射の強度を記録する。２番目に、差イメー ジは、先ず、試料を一方の偏光の偏光電磁放射によって照射し、次にイメージ化 レンズによって平面にイメージを形成することによって偶成される。このイメー ジは次に、他方の偏光を用いて同様に生じたイメージと共にデータ処理システム に入力される。

与えられた走査モードに対して、本発明の装置は、以下に詳細に述べられる４つ のモードの任意のモードによって作動し得る。これらのモードは、イメージ形成 手段と偏光電磁放射源との幾何学的関係、偏光電磁放射源によって生成され九偏 光電磁線のイメージ形成手段によって検出さ九た波長に対する相対的な波長、及 び偏光電磁放射源による偏光電磁線の放射のタイミングに対する電磁線の検出の 相対的なタイミングを選択することによって選定される。これらのモードの各々 は、調査中の試料の異なった特性が強調されている差イメージを生成する。

どの形の偏光電磁線が用いられるべきであるかという選択は、強調されるべき構 造の種類に基づく。整えられた構造は、直線偏光電磁線を用いてイメージ化され る。キラル構造は、円偏光電磁線を用いてイメージ化される。

第１図は、本発明に係る装置のブロック図である。

第２図は、本発明の好ましい実施例のブロック図である。

第３図は、本発明に係る第２の装置のブロック図で多・る。

発明の詳細な説明 本発明の装置は、試料が異なった偏光の電磁線（放射）によって照射さ才また時 に試料の各点を出る電磁線の強度の差を測定することによって試料のイメージを 構成すｂ０検出された電磁線は、吸収されること無しに試料を通過したあるいは 試料によって散乱さｎた入射電磁線の結果であり得る。こ：ｎＪｊ：また、試料 によって吸収され、次に即座に再放射さｆｌ−た入射電磁線（螢光と呼ぶ）ある いはある時間遅延の後に再放射された入射電磁線（燐光ど呼ぶ）の結果でもあり 得る。この再放射さｔ″したＮ磁線は、一般的に、入射電磁線のエネルギよりも 少ないエネルギである。電磁線は、その径路における固定点におけ乙放射を表わ す電界又は磁界のベクトルの振動の方向又は向きに対して優先を表わす場合に偏 光されると言われている。斯くして、直線偏光放射線を表わす電界ベクトルは、 固定された方向に対して平行に振動する。電磁放射線は、放射線の径路における 固定さね５た点において、電界ベクトルの先端が、時間における円形パターンを 発生する場合に円形に偏光されると言われている。円偏光波は、等しいマグニチ ュードの２つの直交する直線偏光波に数学的に同等であるが、位相は四分の一波 だけ異なる。円偏光の向き、即ち右又は左は、円形パターンの向き即ち時計方向 か反時計方向かによって定められる。

光学的に活性な媒体において、偏光電磁線の相互作用は、偏光の方向即ち向きに 依存する。例えば、わらの束に顛似ｌ〜でいるヘモグロビン分子の束からたる構 造が、偏光の方向が束の軸に平行になっている直線偏光電磁線によっで胛射さｎ る場合、電磁線は、偏光の方向が束の軸に直交している場合よりも弱く吸収され る。同様にして、キラル分子の溶液が円偏光電磁線によって照射さｊ−る場合、 この溶液によって吸収される円偏光電磁線の量は、左手（左回り）円偏光電磁線 の場合と右手（右回り）円偏光電磁線の場合とでは異なる。

この差吸収は、分子の構造を特徴イづげるのに用いられてきているが、イメージ 化には用いられていなかった。例えば、問題の分子の溶液が右手円偏光電磁線に 優先ｌ、７て左手円偏光電磁線を吸収することがあるいはその逆であることが判 った場合、問題の分子はキラルであることが、即ちその鏡像と異なることを仮定 することができる。本発明は、ＤＮＡ等のキラル分子を含む試料の一部が一方の 方向の円偏光Ｎ８線を他方の方向の円偏光電磁線に優先して吸収するという観察 に基づいている。従って、右手円偏光電磁線によってとられれた試料のイメージ を右手円偏光電磁線を用いてとられた試料のイメージから引くことによって構成 されるイメージは、キラル分子を含む試料のこれらの範囲内においてのみゼロで ない。こハは、キラル分子が染色さｎる「染色」システムに同等である。異なっ た波長を選択することによって、異なったキラル分子がイメージにおいて強調さ ｎ得る。同様にして、Ｗ線偏光電伍線を用いる２つの異なった偏光によってとら ｔ″ＬＬタイメージくことによって、締約に整えらｊ、た構造を含む試料の領域 が「染色」され得る。

本発明に係る装置が、第１図の１０に示されている。概述すると、こｒＬは試料 】８を２つの偏光のどちらかの一方を有する単色偏光１３線によって照射するた めの手段３０、イメージに含まｉ″Ｌ得る試料における諸点の各点を出る電磁線 の強度を測定するための検出器２８、及び試料が先ず上記偏光の一方の偏光の電 磁線によって押射さね、次に上言己儂光の他方の偏、光の電磁線によって照射さ ｉた時に上記のように測定される強度の差２６を形成するための手段から成って いる。

赤外から紫外に至７−周波数範囲において、試料を照射するための手段は、偏光 子１４によって偏光される単色偏光１３線を供給するモノクロメータ】２及び偏 光子を出て試料】８に至る電許紳の諸点を合わせるレンズ１６からなっている。

このモノクロメータは、従来の設計を有する。好ましい実施例におし・て、これ は、光沖、に基づく高強度フィラメント及び不用波長の光を除くための適当なフ ィルタである。レーザに基づくモノクロメータに、当業者には明白となろう。

偏光子１４は、モノクロメータの出力′（ｉ−偏光されたソースに変換するため にモノクロメータによって生成さｆ′ｌ−た電磁線の適当な成分を選択する。偏 光子１４の出力は、直線偏光電磁線あるいは円偏光電磁線のどちらかである。直 線偏光−磁線が選択された場合、２つの偏光は、３１及び３２によってそれぞれ 示された矢印によって示される２つの直交方向に漬って整合されている電界ベク トルに対応する。円偏光電磁線が選択さハた場合、偏光子２４に出る偏光電磁線 は、左手あるいは右手偏光電磁線である。

赤外から紫外圧至る周波数範囲にわたって、偏光子１４は、当業者には公知のポ ソケルズ効果を用いて構成さｆ”Ｌ得る。ここで、例えば燐酸二重水素カリウム （ＫＤ２ＰＯ４）等の適当な結晶に印加された電界が当てられる。この結晶への 光の入射の角度及び印加電圧′ｆ選択することによって、円偏光あるいは直線偏 光のどちらかである宣研紳を得ることができる。この効果は、参照とし又引用さ ｎている１９６６年６月の［Ａｎａｌ、ｙｔｉｃ　Ｃｈｅｍｉ−ｓｔｒｙＪ第３ ８巻２９Ａページの　「円形二色性理論及び機器」（Ｃ１ｒｃｕｌａｒ　Ｄｉｃ ｈｒｏｉｓｍ　−ＴｈＣｏｒｙ　ａｎｄ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　） 　に詳細に論じられている。

無線周波数１囲の波長の円偏光電磁線は、標線（ヘリカル）アンテナを用いて生 成し得る。無線周波数の直線偏光電磁線は、双極（ダイポール）アンテナの位相 配列を用いて発生し得る。

磁線アンテナと双極アンテナの位相配列は両方共尚該技術分野においては周知の ものである。Ｘ線及びガンマ線範囲において、直線偏光電磁線と円偏光電磁線は 両方共、本明細書に参照として引用されている１９８４年の「Ｎｕｃｌｅ２Ｌｒ 　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄＭｅｔｈｏｄｓ　Ｊ第２１９巻４２５ページ の［任意に調節可能な楕円偏光を有するシンクロトロン放射Ｈ９，Ｊ　（５ｙｎ ｃｈｒｏｔｒｏｎ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ５ｏｕｒｃｅ　ｗｉｔｈ　Ａｒｂｉｔｒ ａｒｉｌｙ　Ａｄ、ｙｕｓｔａｂｌｅ　Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ　Ｐｏ１ａｒｉｚ ａｔｉｏｎ）の題名のクワングφキム（Ｋｗａｎｇ　Ｋｉｎ　）による論文に詳 細に述べられているキムの方法を用いてシンクロトロン放射から生成し得る。

試料を照射するために用いらｊ、るべき偏光電磁線の波長の選択は、イメージに おいて強調されるべき化合物即ち対象物の種類に依存する。キラル性対象物が強 調されるべきである場合、吸光度の最大差及び偏光電磁線の散乱の差は、問題の キラル性対象物の直径と同じ次元のマグニチュードである波長において生じる。

しかしながら、満足する信号は、多くの場合においてこの直径の千乃至一万倍大 きいかあるいは小さい波長によって得ることができる。もし、偏光電磁線を用い て地球の表面を定態線周波数帯域の波長が適当であろう。タンパク質分子のがた まりに基づく生物的試料のイメージは、可視範囲における波長及び線側光並びに 円偏光を用いて生成することができる。

特定の分子種が試料の中に存在し、且つこの種の分配が強調さｉるべ永であるこ とが知られている場合、問題の種の強い吸収帯域に一致する波長が適当であろう 。例えば、特定の波長の電ために、偏光電磁線源の波長をこの波長にセットし、 円偏光を用いることによって、イメージを構成することができる。

この装置が、「異常な」サンプルから「正常な」サンプルを区別するのに用いら れる場合、これら２つのサンプルの差を最大にする波長が見い出される迄波長を 変えることができる。

検出器２８の選択は、用いられている偏光電磁線の周波数範囲に依存する。赤外 と紫外の間の周波数を有する電磁線の場合、この検出器は、レンズ２０と及びこ の検出器に関連する平面における各点における電磁線の強度を測定する二次元検 出器２４から構成し得る０レンズ２０ば、試料を出てこの平面に至る電磁線の焦 点を合わせる。このイメージが先ず平面以外の表面に焦点を合わせｋれるイメー ジ検出器は、当業者にとっては明白となろう。

可視範囲の電磁線の場合、従来のテレビジョンカメラを検出器２４に用いること ができる。赤外における感度を有するビジコンカメラもまた当技術において従来 のものである。可視光の周波数範囲の上の周波数、即ち紫外線、Ｘ線あるいはガ ンマ線の周波数の電磁線の場合、可視範囲の上の周波数範囲の電磁線が当たると 可視範囲の光を放射するスクリーン並びにテレビジョンカメラからなる検出器は 、当該技術において従来のものである。−１：た、その後に電子増倍管及び電子 検出器が続く可視範囲における又は可視範囲の上の電磁線が当たった時に電子を 放射する材料から構成される検出器も当技術においては従来のものである。

適当な二次元イメージング検出器２４が構成することができないこ九らのエネル ギ範囲において、この装置は、以下に述べられる走査モードによって作動し得る 。

検出器２８は、検出器２８によって各点において測定される２つの強度の差を形 成するための手段を与えるイメージ処理シイメージ処理システム２６は、従来設 計のデジタルコンピュータである。このイメージ処理システム２６は、電磁線源 ３０に結合されている。これら２つの偏光の各々に対して、このイメージ処理シ ステムは、試料の各点において検出器２８によって測定される強度を記録し、次 にイメージにおける各点が偏光の２つの交互方向によってとられた測定強度の差 に関連する試料のイメージを形成する。好ましい実施例において、イメージにお ける各点は、試料の対応する点における偏光の異なった方向について測定された 強度の差に比例する強度を有している。イメージとして測定強度の差を表わす他 の方法は、当業者にとっては明白となろう。

本発明の方法は、４つのモードの１つによってイメージを形成するのに用いられ 得る。特定の選択されたモードは、照射源３０と検出器２８の幾何学的関係、照 射源によって放射される電磁線の周波数と検出器によって検出される電磁線の周 波数との関係、及び電磁線の放射の検出器による電磁線の検出に対する相対的な 一時的関係によって定められる。

第１図に示されている実施例は、これらのモードの算１モードにおける作動に意 図されている。ここで、照射汀３０の光軸は、検出器２８の光軸と同一である。

検出器２８け、照射訝（９）によって放射される電磁線と同一の波長の電磁線を 測定するように調節される。検出器２８によって測定される電磁線は、基本的に 、試料によって吸収あるいは散乱されなかった電磁線である。他方のモードの作 動においてイメージを発生するためには、照射源の光軸を検出器の光軸に対して 相対的に可動にしなければならず、検出器によって測定さｎる電磁線の波長をあ る範囲の波長にわたって可変となるようにしなければならず、且つ照射源は、短 いパルスの電磁線を放射できるようにしなければならない。

４つの全てのモードにおいて測定を行なうことができる本発明に係る装置の略図 が、第２図の５０に示されている。これは、サンプル平面４０にある試料を左手 あるいは右手円偏光電磁線あるいは矢印５４及び５５によって示されている２つ の直交方向の一方に平行な偏光の方向を有する直線偏光電磁線からなる単色電磁 線によって照射する照射源４４、サンプル平面４０を出てイメージ平面４７に至 る電磁線の焦点を合わせるためのレンズ４８等の手段、及び平面４７における各 点において特定の周波数インターバルの周波数を有する電磁線の強度を測定する ための検出器４６を含んでいる。この照射電磁線が試料を含んでいる平面４０に 当たる時の照射４２の角度は、矢印４３によって示される上記平面に対する法線 の角度及び矢印４５によって示さｆる電磁線の放射の方向によって規定される。

検出器の出力は、これもまた照射激４４に結合されているイメージ処理回路５２ への入力として用いられる。イメージ処理回路５２は、異なった偏光の電磁線が 試料を照射するのに用いられる時に平面４７における各点の測定強度の差をとる ことによって試料のイメージを形成する。このイメージ処理回路５２に対しては デジタルコンピュータが好ましい。

赤外の上のエネルギ範囲の電磁線に対しては、ビジコンカメラからなる検出器４ ６が好ましい。赤外と近紫外との間の電磁線エネルギに対しては、イメージ平面 ４７は、ビジコンカメラ即ちカメラの光電陰極に含まれてい乙。近紫外より高い エネルギ（即ち、紫外、Ｘ線及びガンマ線）においてに、イメージ平面４７ば、 それが電磁線を吸収する時に光を放射する材相から構成し得る。斯かるイメージ 平面は、Ｘ線透視イメージにおいて共通的に用いられている。硫化亜鉛に基づく スクリーンも、Ｘ線透視技術の業者には明白となろう。

吸収モードと呼ばれる第１の作動モードにおいて、角度４２には、】８０度であ り、検出器４６によって検出される電磁線の周波数は、照射源４４によって放射 さｔｌ、る電磁線の周波数と同一である。ここで、イメージにおける各点は、２ つの異なった偏光；（ついて測定された電磁線の吸収の差を反映する。化合物が 異なると、照射源の波長及び検出器の周波数感度を変えることによって吸収する 電磁線のエネルギも異なるため、異なった化合物に対しては異なつ几イメージが 生成さｆｌ得る、第２の作動モード即ち、暗視野モードと呼ばれるモードにおい て、角度４２は１８０度未満である。この角度は、サンプル平面４０にサンプル が存在しない場合に照射源４４からの電磁線がイメージ平面４９に到達しないよ うにセットされる。検出器４６によって検出され素置磁線の周波数は、再び、照 射源４４によって放射された電磁線の周波数と同一となるように調節される。こ こで、照射源４４がらの電磁線、サンプル平面４０における試料によって散乱さ れる。この散乱された電磁線の幾らかは、イメージング手段４８によってイメー ジ平面てイメージ化される。角度４２が小さい場合、検出器は、「後方散乱」電 磁線を測定する。斯かる後方散乱は１．照射源４４によって放射され元側光電磁 線の波長に比較して大きな対象物を強調する。

このモードはまた。キラル性あるいは整列構造が強調されるべきである不透明対 象物の表面のイメージを形成するのにも有用である。

螢光モードと呼ば肛る第３の作動モードにおいて、検出２阿６によって検出され る電磁線の周波数は、照射源４４によって放射さｎ−る電磁線の周波数より小さ くなるように調節される。照射４２の角度は、１８０度より少ないかあるいは等 しくなり得る。好ましい実施例において、この角度は、サンプル平面４２試料が 何も存在１．ない時に検出器４６に電磁線が何も到達しないようにセットさｎる 。このモードにおいて、検出器４６は、より低い周波数のこの電磁線の即座の再 放射が後に続く試料を照射するのに用いら九る偏光電磁線の吸収の結果として放 射される電磁線を検出する。Ｎ磁線が吸収される周波数及びこれが再放射される 周波数は、試料の化学的組成だ依存する。検出器４６が電磁線を測定する周波数 を調節することによって異なった化学物１質に基づくイメージを作ることができ る。同様にして。

電磁線が吸収さ九る周波数ｉｄ、試料の化学組成に依存する。化学基が異なると 、有し、でいる既知の吸収帯域も異なる。従って。

このモードは、入射電磁線によって励起され螢光を発し得る化学基を含む整列構 造文にキラル性対象物を強調するのに有用である。先行技術の螢光イメージング の場合、イメージは、未偏光光を用いて作られ、螢光電磁線を放射する化学基を 強調する。

本発明の装置の場合、キラル性あるいは直線的に整列した構造に束縛されている これらの螢光基のみが強調される。従って、本発明の装置のこの作動モードは、 従来の螢光に基づくイメージングシステムよりもかなり大きな特異性を与える。

燐光又は磁界螢光モードと呼ばｎる第４の作動モードにおいて、検出された電磁 線の周波数及び照射の角度は、螢光モードの場合と同じように調節されるが、照 射電磁線に対Ｉ７ての所定の一時的関係を有する試料から放射さｎる電磁線のみ が、検出器４６によって仰］定さ几る。このモードの場合、照射源４４は、短い パルスの電磁線を放射し、検出器４６は、上記照射源４４が電磁線を放射してい ない時の期間においてイメージ平面４９における電磁線の強度ｆ測定するだけで ある。問題の多くの化学費質は、電磁線を吸収し、次に後の時間において１つ又 はそれ以上のより低い周波数の電磁線を放射する。螢光モードと同じようにして 、どの化学物質がイメージの基礎を形成するかについては検出器４６が電５！を 線強度を測定する周波数範囲をセットすることによって定められる。このモード は、既知の放射分光線を有している化学基を含む直線的に整列したあるいはキラ ル性対象物に基づくイメージを形成する別の手段を与えるものであり、この場合 は、既知の放射分光線は、入射電磁線によって励起される燐光放射線である。こ の作動モードは、螢光モードにおける同様の周波数の電磁線を放射する化学物質 から生じる効果に対して敏感性が少ないという利点を有している。

本発明の第２の実施例が、第３図の１００に示されている。

この実施例１げ、可視範囲外の周波数における測定によく適している。可視範囲 の上及び下の周波数においては、レンズと及び試料のイメージがその上に形成さ れる二次元検出器からなる満足の行く検出器２８を常に構成することが可能であ るとは限らない。短い波長、即ちＸ線及びガンマ線においては、可視範囲におい てビジコン又は他の二次元検出器によって観察される螢光スクリーンにＷＥＢ線 をイメージ化するのにピンホールレンズを用いることができる。しかしながら、 ピンホールレンズのアパーチュアの小ささ故に、測定を行うのに必要な時間が長 （なり過ぎることがある。同様にして、長波長、即ち無線周波数においては、満 足の行く二次元検出器を見い出すのが困難である。

この実施例は、試料が与えられた時間において１つの点のみにおいて照射される という点において第２図に示されている実施例とは異なる。第２図に示されてい る実施例において、照射源４４は、試料全体と及びイメージ平面４９に関連した レンズ４８を照射し、試料の各点１ｃおいて発生した電磁線を分離し、これによ り検出器４６が上記の諸点の各々を出る電磁線の強度を測定できるようにする。

この第二実施例の場合、試料の１つの点のみが与えられた時間において照射され るため、従って検出器に到達する電磁線の全ては、照射されている点において発 生したことが判る。斯くして、レンズ４８及びイメージ平面４９は必要でなくな る。

第３図について説明すると、本発明のこの第２実施例は、偏光電磁線狭ビーム８ ０を生成する単色偏光電磁線ソース８２、上記狭ビーム８０をサンプル平面８６ における試料に順次に走査せしめるための手段８４、及び試料を出る電磁線の強 度を測定する検出器８８からなっている。検出器８８は、偏光電磁線ソース８２ の偏光の状態及び偏光電磁線が向けられる試料の点（ｘ　、　ｙ）を制御する従 来設計のデータ処理システム９０に接続されている。試料における１つの点のみ が与えられた時間において照射されるため、第１図に示されているレンズ２０及 び二次元検出器２８は、試料から出る全Ｎ破線を測定する唯１つの検出器８８に 置き換えられ得る。

ビーム８０を試料に走査せしめるための手段に、ソース８２に対して相対的に試 料を動かせしめる従来設計のＸ−Ｙ駆動であり得る。あるいは、このソースは、 試料に対して相対的駆動かすことのできるプラットフォームの上に取り付けるこ とができる。本発明の装置のこの実施例は、第２図に示されている実施例に関し て上で述べられた４つのモードにおいて用いられ得る。

本発明の装置のこの実施例は、無線周波数範囲の偏光電磁線ソースを用いている 衛星から地球の表面を走査するのに特に有用であろう。この装置は、上記の暗視 野モードにおいて作動される。直線偏光電磁線が用いら九る場合、地球の表面上 の建築物の列のような整列さｎた構造を検出することができる。円偏光電磁線が 用いられると、キラル性構造物が測定される。偏光電磁線のソースは、適当なア ンテナを駆動する関連の無線周波数範囲において通常の送信器から構成され得る 。円偏光電磁線の場合、習練アンテナ又は位相配列（フェーズド・プレイ）アン テナが用いられる。直線偏光電磁線が用いられる場合、双極アンテナのフェーズ ド・アレイが用いられる。このソースは、従来の機械的手段によってアンテナの 角度を変えることにょって地球の表面上の「試料」を走査する。

狭ビームＸ線ソースは、従来のＸ線ソース及び鉛シールドのホール等の照準デバ イスから構成することができる。これらのソースは、ソースを試料に対して相対 的に機械的に移動することによって試料を走査するように作ることができる。電 気手段によって機能する走査Ｘ線ソースはまた、ＣＴ−スキャンニングの技術の 業者には公知である。

検出器８８の選択は、検出されている電磁線の周波数範囲に依存する。無線周波 数範囲において、この検出器は、所望周波数の電磁線を受けるための通常のアン テナである。赤外から紫外に至る範囲においては多くの検出器が当業者に知られ ている。

光電子増倍管がソリッドステート光検出器が好ましい。紫外の上の周波数におい ては、従来設計のシンチレーションカウンタからなる検出器が好ましい。

本発明の種々の実施例が本明細書において論じられてきたが、種々の変化及び修 正が、請求の範囲に記載のように本発明から逸脱することなくなされ得ることが 認められよう。

国際調を報告

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．試料のイメージを形成するための装置であつて、２つの異なつた所定状態の 偏光を有する偏光単色電磁放射によつて上記試料を照射するための手段と、上記 試料が先ず、上記所定状態の偏光の一方を有する電磁放射によつて照射され、次 に上記所定状態の偏光の他方を有する電磁放射によつて照射された時に上記試料 の所定の点を出る電磁放射の強度の差を検出するための手段と、上記強度の差を 二次元分布として表示するための手段であつて、上記二次元分布における各点が 上記所定点の１つに対応する手段と、から構成される装置。
2. ２．上記照射手段が、非偏光単色電磁放射源、及び非偏光電磁放射を上記２つの 可能な円偏光の一方を有する偏光電磁放射に変換するための偏光手段から成る請 求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．単色電磁放射源が、多色光源及び特定の波長の範囲にない光を除去するため のフイルタ手段を含んでいる請求の範囲第２項に記載の装置。
4. ４．上記偏光手段が、ＫＤ２ＰＯ４結晶及び上記ＫＤ２ＰＯ４結晶に静電位を加 えるための手段を含んでいる請求の範囲第２項に記載の装置。
5. ５．上記照射手段が、単色電磁放射源、及び非偏光電磁放射を２つの所定の直交 方向の一方に平行な電界ベクトルを有する直線偏光電磁線に変換するための直線 偏光手段から成る請求の範囲第１項に記載の装置。
6. ６．単色電磁放射源は、多色光源及び特定の範囲の波長外の光を除去するための フイルタ手段を含む請求の範囲第５項に記載の装置。
7. ７．上記直線偏光手段が、ＫＤ２ＰＯ４結晶及び上記ＫＤ２ＰＯ４結晶に静電位 を加えるための手段を含む請求の範囲第５項に記載の装置。
8. ８．上記検出手段が、上記試料を出る上記電磁放射を表面の上にイメージ化する レンズ手段及び上記表面における各点における電磁放射の強度を検出するための 手段から成る請求の範囲第１項に記載の装置。
9. ９．上記照射手段が、上記電磁放射が先ず上記試料によつて散乱されない限り上 記検出手段によつて上記照射手段からの電磁放射が何も検出されないように配向 されている請求の範囲第１項に記載の装置。
10. １０．上記検出手段が、特定の周波数範囲の電磁放射を検出し且つ検出された最 大周波数が、上記照射手段によつて放射された上記電磁放射の周波数より小さい 請求の範囲第１項に記載の装置。
11. １１．上記照射手段が更に、上記照射手段によつて発生された上記電磁放射を停 止せしめるための手段を更に有し且つ上記検出手段が更に、上記照射手段が上記 試料を照射していない時にのみ電磁放射を検出するための手段を有する請求の範 囲第１０項に記載の装置。
12. １２．上記照射手段が、２つの所定状態の偏光を有する単色偏光電磁放射の狭ビ ームを発生するための手段、及び上記検出手段に結合された手段であつて、上記 狭ビームを上記試料に順次に走査せしめるための手段から成る請求の範囲第１項 に記載の装置。
13. １３．上記検出手段及び上記照射手段が、アンテナから成る請求の範囲第１２項 に記載の装置。
14. １４．上記検出手段が、シンチレーシヨンカウンタから成る請求の範囲第１２項 に記載の装置。
15. １５．上記検出手段が、可視周波数範囲の電磁線を検出する手段から成る請求の 範囲第１２項に記載の装置。
16. １６．上記順次走査手段が、上記試料を上記狭ビームに対して相対的に移動する ための手段から成る請求の範囲第１２項に記載の装置。
17. １７．上記順次走査手段が、上記狭ビームを上記試料における所定の点に方向付 けるための手段から成る請求の範囲第１２項に記載の装置。
18. １８．試料のイメージを形成するための方法であつて、（ａ）第１の所定の状態 の偏光を有する所定周波数の単色偏光電磁放射によつて上記試料を照射するステ ツプと、（ｂ）上記試料がこのように照射された時に上記試料の所定の点を出る 所定範囲の周波数を有する電磁放射を検出するステツプと、（ｃ）第２の所定の 状態の偏光を有する単色偏光電磁放射によつて上記試料を照射するステツプと、 （ｄ）上記試料がこのように照射された時に上記試料の上記所定の点を出る所定 範囲の周波数を有する電磁放射を検出するステツプと、（ｅ）及び上記所定の点 の各々に対して、ステツブ（ｄ）において検出された電磁放射の強度からステツ プ（ｂ）において検出された電磁放射の強度を引き且つ上記減算の結果を二次元 分布として表示するステツプと、から構成される方法。
19. １９．上記所定の範囲の周波数が、上記単色電磁放射の周波数を含む請求の範囲 第１８項に記載の方法。
20. ２０．上記所定範囲の周波数が、上記単色電磁放射の周波数よりも少ない周波数 のみを含む請求の範囲第１８項に記載の方法。
21. ２１．上記所定の周波数が、上記試料に含まれる化学基の既知の吸収帯域に対応 するように選択される請求の範囲第１８項に記載の方法。
22. ２２．試料のイメージを形成するための方法であつて、（ａ）第１の所定の状態 の偏光を有する所定周波数の単色電磁放射によつて上記試料を照射するステツプ と、（ｂ）上記照射を停止させるステツブと、（ｃ）上記照射がこのように停止 された時に上記所定の周波数を含まない所定範囲の周波数を有する上記試料にお ける所定の点を出る電磁放射を検出するステツプと、（ｄ）第２の所定の状態の 偏光を有する上記所定周波数の単色電磁放射によつて上記試料を照射するステツ プと、（ｅ）上記照射を停止させるステツブと、（ｆ）上記照射がこのように停 止されている間に上記所定範囲の周波数を有する上記試料における上記所定の点 を出る電磁放射を検出するステツプと、（ｇ）上記所定の諸点の各々に対して、 ステツプ（ｆ）において検出された電磁放射の強度からステツブ（ｃ）において 検出された電磁放射の強度を引き且つ上記減算の結果を二次元分布として表示す るステツプと、から構成される方法。