KR20100139077A

KR20100139077A - 주사형 촬상 장치

Info

Publication number: KR20100139077A
Application number: KR1020107023856A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 마쯔모또
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2010-12-31
Also published as: CN101981437B; US20100230580A1; EP2263074A1; JP5072688B2; US8716641B2; CN101981437A; JP2009250671A; KR101260290B1; WO2009123359A1; EP2263074A4

Abstract

주사형 촬상 장치는 기판(4)의 유로에 여기용의 제1 스폿광 및 초점 검출용의 2개의 제2 스폿광을 조사하는 스폿 광 투영부(101) 및 제1 스폿 광에 의해 여기될 때 유로 내의 피검체로부터 방출되는 광의 화상을 촬상하기 위한 촬상부(102)를 갖는다. 제2 스폿 광들 중 하나는 유로의 최상면에서 반사되고 제2 스폿 광들 중 다른 하나는 유로의 최하면에서 반사되며, 유로의 깊이 방향으로의 제1 및 제2 스폿 광 각각의 초점 위치들을 조절하기 위한 초점 위치 조절 기구를 포함하고, 초점 위치 조절 기구는 유로에서 반사된 제2 반사광들 중 하나와 다른 하나의 강도를 비교하여 결정된 유로의 깊이 방향으로의, 제1 및 제2 스폿 광들의 초점 위치들의 편차량에 따라서 동작하도록 구성된다.

Description

주사형 촬상 장치{SCANNING IMAGING DEVICE}

본 발명은 기판에 대한 초점을 조절하면서, 피검 기판을 촬상하는 주사형 촬상 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 기판의 유로에 배열된 피검체에 여기광을 조사함으로써 피검체로부터 방출된 광을 검출하는 주사형 촬상 장치에 관한 것이다.

기판내에 미세 유로를 형성하고, 그 안에 시료 DNA 및 시약을 흘리고, 생화학적 반응을 행하는 마이크로 TAS 기법은 많은 분야에서 사용되고, 그 유용성 및 이점은 잘 알려져 있다.

이 미세 유로 내의 이중 나선 DNA량을 검출하기 위하여 인터칼레이터 방식 형광 표지(intercalator type fluorescence label)를 사용하는 기법도 알려져 있다. 이 기법에서는 이중 나선 DNA를 약 50℃ 내지 90℃ 정도까지 가열하고, 형광 강도의 변화를 보고 이중 나선 DNA가 단일 나선 DNA로 분리되는 온도를 결정해서 DNA의 유형을 안다.

그러나, 미세 유로는 매우 작고 그 단면의 한 변이 수 μm 내지 수백 μm 정도로 짧다. 미세 유로의 온도를 변화시키면서 미세 유로 내의 형광 강도를 관찰할 때, 온도 변화에 의해 기판이 휘어져서 유로가 변위된다. 특히, 기판이 플라스틱 재료로 만들어져 있을 경우에는 기판의 변형이 크고, 유로의 변위도 크다. 또한, 유로 내의 형광 표지로부터의 미약한 형광을 검출할 때는 기판 재료의 자가 형광의 영향을 피하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 촬상 장치의 촬상 에리어를 최소화하여, 자가 형광은 수광하지 않고 형광 표지로부터의 형광만을 픽업하는 것이 바람직하다. 이것은, 촬상 광학계의 NA를 크게 해 초점 심도를 작게 하는 기법, 공초점 촬상의 원리 또는 광 절단의 원리에 기초해서 촬상 심도를 감소시켜 광을 검출하는 기법이나, 소정의 다른 유사한 기법에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 이들 기법에 의해 촬상 심도를 작게 할 때, 유로 안에 이 촬상 심도가 정확하게 위치되도록 유로가 정렬되지 않으면, 형광을 고정밀도로 검출할 수 없다. 또한, 기판의 변형이나, 유로의 제작 오차, 배치 오차 등에 의해, 유로면이 주사면으로부터 부분적으로 벗어나기 때문에, 형광이 정확하게 관찰될 수 없다는 문제가 생길 수 있다.

이러한 문제를 해결하는 수단으로서, 촬상 장치에 오토 포커싱 기구를 제공하는 것이 생각될 수 있다. 실시간으로 오토 포커싱을 행하는 기구가, 일본공개특허공보 제2001-242081호에 개시되어 있다. 이 장치는 DNA 칩의 프로브에 결합한 형광 표지를 검출하는 장치에 탑재되어, 여기광의 DNA 칩 표면으로부터의 반사광을 4분원 포토다이오드(quadrant photodiode)로 수광하고, 4분원 포토다이오드 4 소자에 의해 수광된 광량의 차분을 보아 초점 위치가 타겟의 앞인지 뒤인지를 판단한다. 그 후, 렌즈 위치를 조정해서 항상 칩 표면에 초점을 유지한다.

일본특허번호 제3551860호는 1차원의 센서들(다채널 광전자증배관(multi-channel photomultiplier tubes))을 사용하여 형성된 촬상계에 AF(auto-focusing) 기구를 구비한 장치가 개시되어 있다. 일본공개특허공보 제2006-322707호에는 4분원 포토다이오드를 사용해서 유로의 상하의 벽면을 검출하고, 그 사이를 지그재그로 주사하는 방법이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 제2001-242081호에 개시되어 있는 장치는 더블 스캐닝 방식의 장치이다. 더 구체적으로, 여기광의 스폿을 피검체 상에 형성하고, 발생한 형광을 광전자증배관(PMT) 등의 광량 검출 소자에 유도하고, 피사체 상의 광 스폿의 상대적인 위치를 이동하면서, 피사체 전체면의 정보를 얻는다. 이 방식은 피사체를 이차원적으로 구동해 주사할 경우에는 주사에 시간이 걸리고, 장치가 대규모라고 하는 결점이 있다. 또한, 액체를 내부에 갖는 유로 기판을 움직이는 것은 거품의 발생이나 액체 누설 등의 우려가 있기 때문에 현실적이지 않다. 위에서 인용된 특허문헌에는, 고정된 피사체에 대하여, 여기광의 투영 및 형광의 수렴에 사용되는 대물 렌즈를 포함하는 광학 헤드를 구동하는 방법도 개시되어 있다. 이 방법은 촬상 타겟을 움직이는 것보다는 작은 구동 유닛에 의해, 광학 헤드를 구동하여 더 빨리 주사하는 것이 가능하나, 그것을 위해서는 구동 유닛의 사용이 불가결하기 때문에 장치가 불가피하게 대형화하고, 또한 촬상 동작에 시간이 걸린다고 하는 문제는 해소되지 않는다. 또한, AF(auto-focusing) 전용의 센서의 사용이 필요하다. 그리고, 대물 렌즈를 광축 방향으로 구동하는 보이스 코일 모터를 주사 동작시에 대물 렌즈와 함께 구동하는 것이 필요하기 때문에, 주사를 위해 동작되는 광학 헤드가 불가피하게 무거워져, 주사 동작에 시간이 걸린다.

일본특허번호 제3551860호에 개시된 장치는 촬상계과 포커스 검출 광학계를 가지며, 한 점에 대하여만 포커스를 조절하도록 구성된다. 주사 동작 중의 포커스는 고정이다. 이로 인해, 1 라인 주사 도중에 유로 위치의 어긋남에 적응하기 위하여 실시간으로 초점 조절을 할 수는 없다.

일본공개특허공보 제2006-322707호에 개시된 주사 방법은 더블 스캐닝 스캐너에 응용되는 방법이다. 그것을 사용하는 주사 동작은 시간이 걸리기 때문에 비효율적이다.

[발명의 개시]

그리하여, 본 발명의 목적은 초점을 조절하면서 주사에 의해 화상을 얻기에 적합한 장치를 제공하는 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 목적은, 피사체가 변형 또는 경사진 유로를 갖는 기판이어도, 1회의 주사 동작에 의해 양호하게 피검체의 촬상을 행하는 것이 가능한 주사형 촬상 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 주사형 촬상 장치는,

적어도 포커싱용 스폿 광을 피검 기판에 조사하는 조사 유닛;

피검 기판의 피검체로부터의 광 및 피검 기판으로부터 반사된 스폿 광을 수광하는 센서 어레이를 갖는 광학계; 및

적어도 주주사 방향으로 피검 기판을 주사하기 위해 광학계를 구동하는 주사 유닛을 포함하고,

피검 기판의 피검체와 상이한 위치에 스폿 광이 조사되고,

피검 기판으로부터 반사된 스폿 광이 수광되어 포커싱 신호 및 검출 신호가 취득되는 신호를 판독한다.

본 발명의 다른 양태에서, 주사형 촬상 장치가 제공되고, 주사형 촬상 장치는, 기판 내에 형성된 유로에 배열된 피검체에 조사되는 여기용의 제1 스폿 광과, 유로에 조사되는 포커싱용의 2개의 제2 스폿 광들을 각각 기판 상의 서로 다른 위치들에 조사하고, 제1 스폿 광 및 제2 스폿 광을 적어도 유로를 따라 주사하는 스폿 광 투영계;

제1 스폿 광에 의해 여기되어서 피검체로부터 방출된 광, 제2 스폿 광들 중 하나가 유로의 최상면에서 반사되어 발생한 제1 반사광, 및 제2 스폿 광들 중 다른 하나가 유로의 최하면에서 반사되어 발생한 제2 반사광을 촬상하는 촬상계; 및

유로의 깊이 방향으로의, 제1 스폿 광 및 제2 스폿 광의 초점 위치를 조절하는 초점 위치 조절계를 포함하고,

초점 위치 조절계는 제1 반사광의 강도와 제2 반사광의 강도를 비교함으로써 결정된, 유로의 깊이 방향으로의, 제1 스폿 광 및 제2 스폿 광의 초점 위치들의 편차 방향 및 편차량에 따라서 동작하도록 구성된다.

그리하여, 본 발명에 따르면, 초점 위치에서의 광신호 및 초점 검출 신호가 센서 어레이에 의해 취득될 수 있어 적절한 주사 화상이 취득될 수 있다.

또한, 본 발명은 피사체가 변형되거나 경사진 유로이어도, 1회의 주사 동작에 의해 피검체를 촬상하는 것이 가능한 주사형 촬상 장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 특징들은 첨부 도면들을 참조하여 하기의 예시적인 실시예들의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 주사형 촬상 장치의 실시예의 구성을 도시하는 개략 블록도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 스폿 광 투영부, 촬상부 및 기판 등을 도 1의 화살표 A 방향으로 보았을 때의 개략 투시도이다.
도 3은 미세 유로에 대한 스폿 광의 주주사 방향을 도시하는 개략도이다.
도 4는 미세 유로의, 각 레이저 빔원으로부터 방출된 스폿 광의 위치 관계의 개략도이다.
도 5는 각 레이저 빔원으로부터 방출된 레이저 빔이 미세 유로의 최상면 및 최하면에서 반사하는 것을 도시하는 개략도이다.
도 6은 라인 센서의 수광부 상의 반사 상의 위치의 개략도이다.
도 7은 도 6에 도시한 라인 센서의 수광부에 의해 반사 상을 수광했을 때, 도 6의 라인 센서의 화소로부터의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 8은 기판 및 그 내부에 형성된 미세 유로가 도 5에 나타낸 위치로부터 거리(4d)만큼 스폿 광 투영부 및 촬상부에 접근한 위치로 이동한 상태를 도시하는 개략도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 상태의, 라인 센서의 수광부에서의 각 반사 상의 위치의 개략도이다.
도 10은 도 9에 도시된 바와 같이 라인 센서의 수광부에 의해 반사 상을 수광했을 때, 라인 센서의 화소들로부터의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 11은 기판 및 그 내부에 형성된 미세 유로가, 도 5에 나타낸 위치보다도 거리(4e)만큼 스폿 광 투영부 및 촬상부에서 멀어진 위치로 이동한 상태의 개략도이다.
도 12는 도 11에 나타내는 상태에서, 라인 센서의 수광부에서의 각 반사 상의 위치를 도시하는 개략도이다.
도 13은 반사 상을 도 12에 나타낸 바와 같이 라인 센서의 수광부에 의해 수광했을 경우의, 라인 센서의 화소들로부터의 출력을 나타내는 그래프이다.
도 14는 도 1에 도시된 라인 센서의 구성의 개략도이다.
도 15는 미세 유로에 투영된 스폿 광의 위치의 개략도이다.
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 도 15에 나타낸 바와 같이 미세 유로에 각 스폿 광을 투영했을 때 라인 센서로부터 판독된 신호의 파형을 도시하는 그래프이다.
도 17은 라인 센서에 배열된 화소들의 화소 배열 방향으로의 위치(횡축)와, 각 화소로부터의 신호 강도(종축) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 라인 센서의 각각의 화소로부터의 출력을 도시하는 그래프이다.
도 19는 화소의 전하의 축적 상태와, 라인 센서의 화소들로부터 전하를 판독하는 동작의 개략도이다.
도 20은 주주사 방향 및 기판 두께 방향으로 스폿 광의 편향을 행하는 것이 가능한 주사부의 개략 사시도이다.
도 21은 도 20에 나타낸 주사부를 사용하여, 기판의 유로에 대한 스폿 광의 초점을 조절하는 동작의 개략도이다.
도 22는 기판의 재질의 굴절률과 기판의 유로의 내부를 흐르는 유체의 굴절률과 기판의 온도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 23은 그래프의 횡축에 시간 T와, 종축에 1회의 주주사 동작 중의 2개의 반사 상의 강도 P와의 관계를 나타내는 그래프이다.

하기에 본 발명에 따른 주사형 촬상 장치의 실시예를 설명한다. 본 실시예의 장치에 의한 주된 검출 대상은 미세 유로 내의 이중 나선 DNA의 양, DNA 칩의 프로브에 결합한 타겟 DNA의 양 등이다. 즉, 본 실시예의 장치의 주된 목적은 생화학 반응의 유무에 따라 광학 특성이 변하는 현상을 이용하여 타겟 물질의 유무를 검출하는 것이다. 또한, 장치에 사용될 수 있는 타겟 물질은 단백질, 리간드, 및 미생물을 포함한다. 광학 특성이 변하는 현상을 관찰하는데 사용될 수 있는 방법은 형광 물질, 화학 발광 물질 또는 색소 등의 표식 물질을 타겟 물질 또는 타겟 물질을 특이적으로 포착하는 프로브 중 어느 하나에 커플링하고 그들 사이의 반응의 유무를 검출하는 방법을 포함한다.

[A] 장치 구성

도 1은 본 발명에 따른 주사형 촬상 장치의 실시예의 구성을 도시하는 개략 블록도이다. 도 2는 도 1에 나타낸 스폿 광 투영부, 촬상부 및 기판 등을 도 1의 화살표 A 방향으로부터 본 개략 투시도이다.

본 실시예의 주사형 촬상 장치는 캐비넷(14)에 배치된 스폿 광 투영부(101) 및 촬상부(102)와, 복수의 미세 유로(5, 6 및 7)가 형성된 기판(4)을 지지하는 온도 조절 블록(8), 및 온도 조절부(9)를 포함한다. 본 실시예의 주사형 촬상 장치는 또한, 캐비넷(14)을 도 1에 나타내는 방향(15a)으로 구동하는 구동부(15)와, 메모리(17), CPU(18) 및 A/D 변환부(19)를 갖는 제어 회로(16)와, 온도 조절부(9)의 온도를 제어하는 온도 조절 제어부(10)를 포함한다.

스폿 광 투영부(101)는 피검 기판에의 포커싱을 위해 스폿 광을 조사하기 위한 조사 수단이다. 스폿 광 투영부(101)는 미세 유로(5 내지 7) 내의 피검체에 더하여진 형광 표지를 여기하는 여기용의 파장 488nm의 여기 레이저 빔을 방출하는 레이저 빔원(1)과, 파장 532nm의 초점 검출용 레이저 빔을 방출하는 레이저 빔원(21 및 22)을 갖고 있다. 따라서, 레이저 빔원(1)으로부터 조사되는 제1 스폿 광(1a)(도 4 참조)은 제1 파장(488nm)을 갖고, 레이저 빔원(21 및 22)으로부터 각각 조사되는 2개의 제2 스폿 광(21a 및 22a)(도 4 참조)은 각각 제2 파장(532nm)을 갖는다. 스폿 광 투영부(101)는 레이저 빔 등을 주사하는 주사 미러 등을 사용하여 형성되는 주사부(2)와, 레이저 빔의 주사 위치를 주사부(2)의 편향 각도에 비례하는 위치로 변환하는 fθ 렌즈(3)를 더 갖는다. 기판에 조사된 스폿 광은 fθ 렌즈(3)에 의해 평행광으로 변환된다.

또한, 촬상부(102)는 결상 광학계인 결상 소자 어레이(예를 들어, 셀폭 렌즈 어레이: 닛폰 시트 글래스사의 상표명)(11)와, 형광 필터(12)와, 센서 어레이인 라인 센서(13)를 갖고 있다. 형광 필터(12)는 여기를 위한 제1 파장(488nm)의 광을 차단하고, 제1 파장의 광에 의해 여기된, 형광 표지로부터 방출되는 형광(파장 500nm 내지 530nm) 및 제2 파장(532nm)의 광을 투과시키는 특성을 갖는다. 그리하여, 피검체 기판의 유로의 피검체로부터의 광 및 피검체 기판으로부터 반사된 스폿 광을 수광하는 센서 어레이를 갖는 광학계가 이들 소자에 의해 형성된다. 상술된 구성의 경우, 포커싱을 위해 조사되고 유로에 의해 반사된 스폿 광이 피검체로부터의 광과 함께 센서 어레이에 의해 수광될 수 있다. 포커싱을 위해 반사된 스폿 광은 피검체로부터의 형광과 분리될 수 있으므로 피검출 기판으로부터의 광을 수광함으로써 얻어진 신호들이 분리적으로 판독될 수 있어 그 신호들에 따라 포커싱 신호 및 검출 신호가 얻어진다.

포커싱을 위한 스폿 광은 초점 위치와 다른 위치들에 대한 정보를 얻도록 구성된다. 바람직하게는, 두 개의 상이한 스폿 광들이 형성되고, 광학계가, 유로의 최상면으로부터의 반사광 및 유로의 최하면으로부터의 반사광에 대한 정보를 얻을 수 있도록 배치된다. 그 후, 초점 위치는 후술되는 방식으로, 유로의 최상면과 최하면 사이의 위치에 용이하게 규정될 수 있다.

초점 위치가 포커싱을 위한 스폿 광의 반사 위치로부터의 변위량으로서 정의될 수 있다면 오직 하나의 스폿 광이 형성될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 그러한 경우에는, 초점은, 예를 들어, 유로의 최하면으로부터 2μm 이상 10μm 이하의 위치에 규정될 수 있다.

기판(4)에는 복수 종류의 상이한 시약에 대응한 미세 유로들(5, 6 및 7)이 제공되고, 미세 유로들(5, 6 및 7) 안에는 버퍼 액에 의해 서로 분리된 복수의 유형의 타겟 DNA 및 형광 표지가 들어 있다. 형광 표지는 이중 나선 DNA의 두 개의 나선 속으로 취해질 때 여기되어, 형광을 방출하는 인터칼레이터 방식의 형광 표지(예를 들어, SYBR Greenl: 몰레큘러 프로브사의 상표명)이다. 이 형광 표지의 여기 파장은 470nm 내지 490nm이며, 500nm 내지 530nm의 파장의 형광을 방출하도록 구성된다. 이 액체는 송액 수단(도시 안됨)에 의해 유로 내에서 이동된다. 기판(4)은 온도 조절 블록(8)에 의해 그 최하면이 커버되고, 온도 조절 블록(8)은 온도 조절부(9)에 의해 가열 및 냉각된다. 온도 조절부(9)의 온도는 온도 조절 제어부(10)에 의해 제어된다.

스폿 광 투영부(101) 및 촬상부(102)를 수용하는 캐비넷(14)은 스테핑 모터나 초음파 모터를 사용하여 형성되는 구동부(15)에 의해, 주사부(2)의 주주사 방향(2a)(도 2 참조)에 대하여 수직한 부주사 방향(15a)으로 이동하게 구동되도록 구성된다. 본 실시예의 주사형 촬상 장치는 주사부(2)의 주주사 방향(2a)으로 주사하고, 캐비넷(14)(즉, 스폿 광 투영부(101) 및 촬상부(102))의 부주사 방향(15a)으로 이동하도록 구동됨으로써, 유로들(5 내지 7) 중 임의의 유로 내의 형광 표지의 형광 화상을 촬상하는 것이 가능하다.

각각의 레이저 빔원(21 및 22)으로부터 방출되는 파장 532nm의 초점 검출용레이저 빔은 형광 필터(12)를 투과한다. 광원들(21 및 22)로부터 방출된 레이저 빔은 레이저 빔원(1)으로부터 방출된 레이저 빔과 마찬가지로 주사부(2)에 의해 주사하도록 만들어진다. 레이저 빔들 중, 유로들(5 내지 7) 중 임의의 유로의 최상면에서 반사된 반사광 및 최하면에서 반사된 반사광이, 결상 소자 어레이(11)에 의해 라인 센서(13)에 유도된다.

결상 소자 어레이(11)를 구성하는 소자들은 굴절률 분포형의 재료(grated index type material)를 사용하여 준비된 광학 소자들이다. 그들은 피사체상을 렌즈 세트 내부에 일단 결상한 후, 화상면에 정립의 피사체상을 형성한다. 결상 소자 어레이(11)는 이러한 렌즈를 직선 상에 배열하여 준비된 부재이며, 화상면에 넓은 에리어를 갖는 정립 피사체상을 형성할 수 있다.

주사형 촬상 장치의 전체를 제어하는 제어 회로(16)는 메모리(17), CPU(18) 및 A/D 변환부(19)를 갖고, 주사부(2)의 동작 제어, 및 라인 센서(13)의 동작 제어를 행한다. 그것은 또한 온도 조절 제어부(10)의 제어, 및 구동부(15)의 제어를 행한다. 제어 회로(16)의 제어하에서, 라인 센서(13)로부터의 출력은 A/D 변환부(19)에 보내지고, A/D 변환부(19)에 의한 A/D 변환 결과는 메모리(17)에 보내진다.

메모리(17)는 제어 회로(16)가 장치의 제어에 사용하는 영역 이외의 영역에서 주사 동작시의 주주사용의 메모리 영역을 갖는다. 주주사용의 메모리 영역은 라인 센서(13)의 데이터의 저장을 위한 복수의 라인 메모리로서 동작한다. 광 스폿이 화소들 중 하나를 통과하는 때와 광 스폿이 다음번에 그 화소를 통과하는 때 사이의 기간 동안 라인 센서(13)에 의해 얻어진 전체 화소에 대한 데이터를 저장하기 위해 라인 메모리들의 부분 영역이 확보된다. 라인 메모리들의 상기 부분 영역을 이하에서 타임 슬롯 데이터 라인 메모리라고 칭한다. 상기 메모리의 부분 영역에 저장된 데이터로부터 얻어지는 값을 저장하기 위해서 라인 메모리의 별도 영역도 확보된다. 라인 메모리들의 후자의 영역을 이하에서 합성 데이터 라인 메모리라고 칭한다.

또한, 다른 라인 메모리도 주주사와 부주사와의 조합의 2차원 데이터를 저장하기 위해서 주주사의 복수회에 대응하는, 합성 데이터 라인 메모리의 데이터를 저장하는 영역으로서 확보된다.

본 실시예의 장치의 주사부(2)는 갈바노 미러, MEMS 미러, 마이크로미러 어레이, 폴리곤 미러 등에 의해 형성될 수 있다. 본 실시예의 장치의 결상(focusing) 광학계는 결상 소자 어레이, 마이크로 렌즈 어레이, 또는 통상의 결상 광학계를 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예의 장치의 센서 어레이는 라인형의 CCD 센서 및 복수 라인을 갖는 에리어형의 CCD 센서, 라인형의 CMOS 센서 또는 복수 라인을 갖는 에리어형의 CMOS 센서를 사용하여 형성될 수 있다.

[B] 검출

이제, 도 1 및 도 2를 참조하면서, 상술한 주사형 촬상 장치를 사용하여, 기판(4) 내에 형성된 유로들(5 내지 7) 중 임의의 유로의 형광 표지의 촬상 방법(형광 검출)을 하기에서 설명한다.

형광 검출법이 아닌 임의의 방법은 초점 위치에 조사될 여기광이 필요하지 않다는 것을 제외하고는 원리에 있어서 동일하다는 것에 유의한다.

레이저 빔원(1)으로부터 방출된 레이저 빔은 주사부(2)에 의해 반사되고 수렴되어, fθ 렌즈(3)에 의해 약 10μm의 직경을 갖는 제1 스폿 광(1a)을 형성한다. 주사부(2)는 레이저 빔의 반사 점을 포함하고, 서로 직교하는 2개의 회전축 주위로 자유롭게 회전 가능한 마이크로미러 장치이다. 그것은 제1 회전축(2b)을 중심으로 한 각진동에 의해 주주사를 행하고, 제2 회전축(2c)을 중심으로 하는 각도 조정에 의해 초점 조절도 행한다. 주사부(2)에 의해 반사된 레이저 빔은 주주사 방향(2a)으로 1초당 약 10회의 속도로 왕복 진동한다.

이에 의해, 스폿 광은 도 3에 나타낸 바와 같이, 유로들(5, 6 및 7)에 거의 평행한 방향(2301)으로 초당 약 10번 왕복하도록 주사된다. 이 주사는 등속 주사인 것이 바람직하지만, 실제로는 등속 주사를 유지하는 것은 어렵고 상이한 속도들로 주사가 이루어진다. 그로 인해, 주사는 정현파 형상을 나타내는 비등속 주사일 수 있다. 스폿 광의 주사 개시의 기준 위치는 광 스폿이 광센서(도시 안됨)를 통과할 때 검출된다.

주사부(2)의 빔 반사 점은 fθ 렌즈(3)의 초점 위치와 일치한다. 그로 인해, fθ 렌즈(3)에 의한 굴절에 의해 레이저 빔은 주사부(2)에 의한 편향 각도에 비례하는 거리만큼 이동되어, 광축에 평행하게 진행하는 수렴 광 빔이 된다. 결상 소자 어레이(11)와 라인 센서(13)는, 이 스폿 광의 투영 위치와 라인 센서(13)의 수광부가 서로 공액이 되게 배치된다. 이러한 구성의 경우, 조명 광속의 통과 영역만이 조명 영역이 되기 때문에, 이 빔 폭이 촬상 심도가 되어, 자가 형광의 영향을 받지 않는 고정밀도의 촬상(형광 검출)이 실현가능해진다. 따라서, 촬상 광로와 조명 광로와의 교점에 유로들(5 내지 7) 중 임의의 유로가 일치한 경우에는 유로(5, 6 또는 7) 내의 형광 표지로부터 방출된 형광은, 어느 것이든 적절하게, 결상 소자 어레이(11)에 의해 라인 센서(13)의 수광부에 유도된다.

주사부(2)의 주사 주기가 종료되면, 스폿 광 투영부(101) 및 촬상부(102)를 수용하는 캐비넷(14)은 주주사 방향(2a)에 대하여 수직인 방향인 부주사 방향(15a)으로 구동부(15)에 의해 이동하도록 구동된다. 즉, 주사부(2)에 의해 주주사가 행해지고, 구동부(15)에 의해 부주사가 행해진다. 이 주주사와 부주사를 조합함으로써, 도 3에 파선으로 나타내는 촬상 범위들(2302, 2303 및 2304) 중 임의의 범위에서의 형광 화상이 촬상된다. 도 3에 나타낸 바와 같이 유로들(5 내지 7)의 길이 방향과 평행한 방향으로 주주사를 실현할 때에는 유로들(5 내지 7)을 분리하는 간극들을 스킵하도록 부주사하는 것이 가능하기 때문에, 주사 동작이 효율적으로 수행될 수 있다. 본 실시예에서는 결상 소자 어레이(11)와 같은 작은 광학 부품을 사용하고 있기 때문에, 이러한 스킵을 단시간 안에 행하는 것이 가능하다.

[C] 포커스 검출

상술한 바와 같이, 레이저 빔원들(21 및 22)은 각각 파장 532nm의 레이저 빔을 방출하는 광원들이다. 이 파장의 빔은 형광 필터(12)를 투과한다. 레이저 광원들(21 및 22)로부터 방출된 레이저 빔들은, 상술한 레이저 빔원(1)로부터의 레이저 빔과 마찬가지로, 주사부(2)에 의해 반사되어, fθ 렌즈(3)에 의해 직경 10μm의 제2 스폿광들(21a 및 22a)로 수렴된다. 이때, 레이저 빔들은 주사부(2)의 반사면의 여기 스폿 광(1a)의 위치들과 일치하지만 도 4에 도시된 바와 같이 기판(4)의 유로들(5 내지 7)이 형성된 평면의 여기용 스폿광(1a)과는 다른 위치들에 투영된다. 도 4는 미세 유로(6)에 있어서의, 각 레이저 빔원(1, 21 및 22)으로부터 방출된 스폿 광들(1a, 21a 및 22a)의 위치 관계의 개략도이다. 도 4에서, 파선으로 된 화살표(30)는 스폿 광(1a)의 주사 궤적을 나타내며, 스폿 광들(21a 및 22a)은 스폿 광(1a)의 주사 방향 및 이 주사 방향에 대해 수직인 방향에 대하여, 서로 역방향으로 변위되어서 투영된다.

도 5는 각 레이저 빔원(1, 21 및 22)로부터 방출된 레이저 빔이 미세 유로의 최상면 및 최하면에 의해 어떻게 반사되는지를 개략적으로 도시한다.

여기광의 광원인 레이저 빔원(1)으로부터의 여기광의 투영 광축(1b)과, 미세 유로(6) 내의 형광 표지가 여기되어서 방출되는 형광의 촬상 광축(13b)과의 교점이 미세 유로(6) 내에 위치한 합초 상태(focused state)에서, 광축들(1b 및 13b)은 하기의 관계를 나타낸다. 즉, 레이저 빔원(1)로부터의 여기광의 투영 광축(1b)과, 라인 센서(13)의 수광부에 입사하는 광의 촬상 광축(13b)은 미세 유로(6)의 유로 최상면(6a)과 유로 최하면(6b) 사이의 위치에서 서로 교차한다. 즉, 라인 센서(13)는 미세 유로(6) 내로부터 방출되는 형광만을 수광한다.

여기광은 유로(5 내지 7)에 이르기까지의 도중 및 유로들(5 내지 7)을 통과한 후에, 기판(4)의 재료를 여기하고, 기판(4)도 자가 형광을 방출한다. 그러나, 촬상 광축(13b)과의 교점으로부터 이격된 위치에서 방출된 자가 형광은 라인 센서(13)의 화소에서 볼 때 화소의 배열 방향에 대하여 수직인 방향으로 변위된 위치에 투영되기 때문에, 기판(4)의 자가 형광이 신호로서 라인 센서(13)에 수광되지 않는다. 그로 인해, 라인 센서(13)는 라인 센서(13)의 검출 대상인 미세 유로(6) 내부로부터 방출되는 형광만을 검출한다. 그러므로, 라인 센서(13)는 S/N비가 양호하게 형광을 검출한다.

각 레이저 빔원(21 및 22)으로부터 조사된 2개의 스폿 광(21a 및 22a) 중, 레이저 빔원(21)로부터 조사된 스폿 광(21a)은 광축(21b)을 따라 기판(4)의 최상면(4a)에 있어서 여기광의 투영 광축(1b)에 대하여 편심된 위치에 투영된다. 그런 다음, 그것은 유로 최상면(6a)을 향하여 진행한다. 기판(4)의 재료의 굴절률과 유로(6) 중의 유체의 굴절률이 다르기 때문에, 광축(21b)을 따라 조사된 스폿 광(21a)은 유로 최상면(6a)에서 그 일부가 반사된다. 유로 최상면(6a)에 의해 반사한 광인 스폿 광(21a)의 제1 반사광은 형광 필터(12)를 투과하고, 결상 소자 어레이(11)에 의해 라인 센서(13)에 유도된다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 레이저 빔원(21)으로부터의 방출광에 의한 스폿 광(21a)의, 유로 최상면(6a)에 형성되는 반사 상(21c)은, 라인 센서(13)의 수광부(13a)의 화소 배열 방향에 대하여 수직인 방향으로, 그 일부가 라인 센서(13) 상에 놓이는 정도로 편심되고 있다.

레이저 빔원(22)으로부터 방출된 조사된 다른 스폿 광(22a)도 마찬가지로, 도 5에 나타낸 바와 같은 광축(22b)을 따라 진행하고, 광축(1b)에 대하여 광축(21b)과는 반대측에 편심된 위치에 투영된다. 이 스폿 광(22a)은 광축(21b)을 따라 진행하는 스폿 광(21a)과 마찬가지로 유로 최상면(6a)에 의해 일부가 반사되고, 스폿 광(22a)의 나머지는 미세 유로(6)를 투과하여 유로 최하면(6b)에 도달한다. 기판(4)의 재료의 굴절률과 유로(6) 내의 유체의 굴절률이 서로 다르기 때문에, 유로 최하면(6b)에서도 스폿 광(22a)의 일부가 반사된다. 유로 최하면(6b)에 의해 반사된 스폿 광(22a)의 일부인 제2 반사광은 형광 필터(12)를 투과하고, 결상 소자 어레이(11)에 의해 라인 센서(13)에 투영된다. 유로 최하면(6b)에 의해 형성된 이 스폿 광(22a)의 반사 상(22c)은 도 6에 나타낸 바와 같이 수광부(13a)에 대하여 반사 상(21c)과는 반대측에 편심된 위치에 유도된다. 이때, 반사 상(22c)은 그 일부가 라인 센서(13)의 수광부(13a)에 놓이는 정도로 편심된 위치에 투영된다. 또한, 반사 상(22c)은 라인 센서(13)의 라인 방향에 대하여, 레이저 빔원(21)으로부터의 스폿 광(21a)에 의해 형성된 반사 상(21c) 및 레이저 빔원(1)으로부터의 여기광에 의한 반사 상(1c)에 놓이지 않는 정도로 편심된 위치에 투영된다.

광축(21b)을 따라 진행하는 스폿 광(21a)의 유로 최하면(6b)에서의 반사 상 및 광축(22b)을 따라 진행하는 스폿 광(22a)의 유로 최상면(6a)에서의 반사 상은 각각 라인 센서(13)의 수광부(13a)로부터 반사 상(21c 및 22c)보다 더 이격된 각각의 위치에 투영되어, 그러한 반사 상들이 라인 센서(13)에 의해 신호로서 인식되지 않는다.

도 7은 반사 상(1c, 21c 및 22c)을 도 6에 나타낸 라인 센서(13)의 수광부(13a)로 수광할 때, 도 6의 라인 센서의 화소로부터의 출력 P를 나타내는 그래프이다. 도 7에서, 부호(1d, 21d 및 22d)는 각각 반사 상(1c, 21c 및 22c)의 출력 P를 나타내고 있다. 상술한 바와 같이, 여기광의 투영 광축(1b)과 촬상 광축(13b)이 유로 내에서 서로 교차할 때, 반사 상(21c 및 22c)의 초점 위치들에 있어서의 라인 센서(13)의 수광 영역(13a)의 화소들로부터의 출력 P는 도 7의 참조 부호(21d 및 22d)로 나타낸 바와 같이 서로 거의 동등하다.

도 8은 기판(4) 및 그 내부에 형성되어 있는 미세 유로(6)가, 도 5에 나타낸 위치보다도 거리(4d)만큼 스폿 광 투영부(101) 및 촬상부(102)에 접근한 상태를 나타내고 있다.

미세 유로(6)가 스폿 광 투영부(101) 및 촬상부(102)(도 1 참조)에 대하여 도 8에 나타내는 위치 관계에 있을 때, 레이저 빔원(21)로부터 방출되어서 광축(21b)을 따라 진행하는 광 빔은 유로 최상면(6a)의 촬상 광축(13b)에 가까운 위치(701)에서 반사된다. 또한, 레이저 빔원(22)으로부터 방출되어서 광축(22b)을 따라 진행하는 광 빔은 유로 최하면(6b)의 촬상 광축(13b)으로부터 이격된 위치(702)에서 반사된다. 이에 의해, 이들 광축(21b 및 22b)을 따라 각각 진행하는 광 빔에 의해 형성된 반사 상(21c 및 22c)은, 도 9에 도시된 바와 같은 라인 센서(13)의 수광부(13a)에 대한 위치 관계를 나타낸다. 즉, 레이저 빔원(21)로부터의 광 빔에 의해 형성된 반사 상(21c)은 라인 센서(13)의 수광부(13a)에 가까운 위치에 포커싱되지만, 레이저 빔원(22)으로부터의 광 빔에 의해 형성된 반사 상(22c)은 수광부(13a)로부터 먼 위치에 포커싱된다. 이렇게 미세 유로(6)가 스폿 광 투영부 및 촬상부에 근접하고 있을 경우에는, 반사 상(21c)의 초점 위치에 있는 라인 센서(13)의 수광부(13a)의 화소로부터의 출력(21d)은 반사 상(22c)의 초점 위치에 있는 화소의 출력(22d)보다도 강하다(도 10 참조).

도 11은 기판(4) 및 그 내부에 형성되어 있는 미세 유로(6)가, 도 5에 나타낸 위치보다도 거리(4e)만큼 스폿 광 투영부(101) 및 촬상부(102)로부터 멀어진 위치로 이동된 상태의 개략도이다.

스폿 광 투영부(101) 및 촬상부(102)(도 1 참조)에 대하여 미세 유로(6)가 도 11에 나타내는 위치 관계를 나타낼 때, 레이저 빔원(21)로부터 방출되어서 광축(21b)을 따라 진행하는 광 빔은 유로 최상면(6a)의 촬상 광축(13b)으로부터 먼 위치(1001)에서 반사된다. 레이저 빔원(22)으로부터 방출되어서 광축(22b)을 따라 진행하는 광 빔은 유로 최하면(6b)의 촬상 광축(13b)에 가까운 위치(1002)에서 반사된다. 이에 의해, 이들 광축(21b 및 22b)을 따라 각각 진행하는 광 빔들에 의해 형성된 반사 상들(21c 및 22c)은, 도 12에 도시된 바와 같은 라인 센서(13)의 수광부(13a)에 대한 위치 관계를 나타낸다. 즉, 레이저 빔원(21)으로부터의 광 빔에 의해 형성된 반사 상(21c)은 라인 센서(13)의 수광부(13a)로부터 먼 위치에 포커싱되지만, 레이저 빔원(22)으로부터의 광 빔에 의해 형성된 반사 상(22c)은 수광부(13a)에 가까운 위치에 포커싱된다. 이렇게 미세 유로(6)가 스폿 광 투영부 및 촬상부에서 먼 경우에는 반사 상(21c)의 초점 위치에 있는 라인 센서(13)의 수광부(13a)의 화소로부터의 출력(21d)은 반사 상(22c)의 초점 위치에 있는 화소의 출력(22d)보다도 약하다(도 13 참조).

상기로부터, 스폿 광 투영부(101) 및 촬상부(102)(도 1 참조)와 미세 유로(5 내지 7) 사이의 거리는, 라인 센서(13)의 수광부(13a)에 의해 검출되는 2개의 반사 상(21c 및 22c)의 강도가 실질적으로 서로 동등해지도록 유지되는 것을 알 것이다. 즉, 상기 거리가 그렇게 유지되어 있을 때에는, 레이저 빔원(1)으로부터의 여기광의 투영 광축(1b)과 촬상 광축(13b)과의 교점이 유로들(5 내지 7) 중 하나에 위치하기 때문에, 라인 센서(13)는 유로들(5 내지 7) 중 대응하는 하나 내의 형광 표지로부터 방출되는 형광을 항상 캐치할 수 있다.

[D] 라인 센서 제어

도 14는 도 1에 나타낸 라인 센서의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 라인 센서(13)의 수광부(13a)는 각각 포토다이오드 등의 광전 변환 소자인 복수의 화소(c1, c2, c3, ...)로 형성되고, 광전 변환된 전하를 축적하는 기능을 갖고 있다. 라인 센서(13)는 수광부(13a)에 축적된 전하를 전하 판독 지시 신호에 따라서 수취하는 CCD(13b)와, CCD 전송 지시 신호에 따라, CCD(13b)의 화소들의 축적된 전하를 화소들의 배열 순서대로 순차적으로 전압값으로 변환하는 증폭기(13c)를 더 갖고 있다. CCD(13b)는 수광부(13a)에 축적된 전하를 전하 판독 지시 신호에 따라서 수취한다. 그 후, CCD(13b)에 축적된 전하는 CCD 전송 지시 신호에 따라, 축적된 전하를 CCD(13b)의 화소의 배열 순서대로 순차적으로 전압값으로 변환하는 증폭기(13c)에 의해 라인 센서(13)의 외부로 차례차례로 출력된다.

도 14는 라인 센서(13)의 수광부(13a)의 화소(c1, c2, c3, ...) 상에 반사 상(1c, 21c 및 22c)이 가상적으로 투영된 모습도 나타내고 있다. 반사 상(1c, 21c 및 22c)은 주사부(2)에 의한 주사 동작에 따라서, 화소의 배열 방향으로 이동한다.

이제, 라인 센서(13)로부터의 신호를 판독하는 동작에 대해서 하기에 설명한다. 반사 상(1c, 21c 및 22c)이 주사에 의해 수광부(13a)로 보내지는 동안, 제어 회로(16)(도 1 참조)는 라인 센서(13)의 화소(13a)의 전하의 축적 동작과 전하의 판독 동작을 반복한다. 예를 들어, 초당 10번 왕복의 속도로 반사 상을 주사할 경우에는 1 라인의 주사에 걸리는 시간은 50msec이다. 길이 20mm의 유로의 화상을 10μm 피치로 샘플링하기 위해서는, 1/50msec/10μm*20mm=40kHz인 샘플링 주파수로 라인 센서(13)로부터 신호를 판독한다. 이때, 축적 시간은 25μsec이다.

도 15는 미세 유로(6)에 투영된 각 스폿 광의 배치의 개략도이다. 유로(6) 내에는 복수의 피검체(601, 603, 605 및 607)가 그들 사이에 버퍼 액(602, 604 및 606)을 두고 배열되어 있다. 시각이 T1으로부터 T2로, 그런 다음 T3으로 진행하면, 상기에서 설명한 주사부(2)의 주사 동작에 따라서, 3개의 스폿 광은 유로(6)를 따라 도 15에 도시된 우측 방향으로 이동한다.

그때 라인 센서(13)로부터 판독한 신호의 파형을 도 16a, 도 16b, 및 도 16c에 나타낸다. 도 16a, 도 16b, 및 도 16c 각각에 있어서, 횡축은 라인 센서(13)의 화소 배열 방향의 위치를 나타내고, 종축은 각 화소로부터의 신호 강도를 나타낸다. 도 16a에 나타낸 시각 T1에 있어서의 신호 파형은 3개의 피크(1501, 1502 및 1503)를 나타낸다. 3개의 피크 중 좌우의 2개의 피크(1501 및 1503)는 초점 검출용으로 사용될 반사 상(21c 및 22c)의 강도를 나타내고, 중앙의 피크(1502)는 여기광에 의해 형성된 반사 상(1c)의 유로(6) 내로부터의 형광 강도를 나타낸다. 시각 T1에 있어서는 여기 스폿 광(1a)이 피검체(601)를 조사하고 있기 때문에, 강한 형광 강도가 얻어진다. 도 16b의 시각 T2의 신호 파형으로 나타낸 바와 같이, 여기 스폿 광(1a)은 시각 T2에서 피검체(601)와 버퍼 액(602) 사이의 스폿을 조사하기 때문에, 시각 T2에서 검출되는 형광 강도는 시각 T1에서 보다 약해진다. 따라서, 시각 T2에 있어서의 중앙의 피크(1505)는 시각 T1에서의 중앙의 피크(1502)보다 낮다. 단, 시각 T2에 있어서의 좌우의 피크(1504 및 1506)의 강도는 유로 최상면 및 유로 최하면으로부터의 반사 상들의 강도들을 각각 나타내기 때문에, 그 강도에 큰 변화는 없다는 것에 유의한다. 여기 스폿 광(1a)이 시각 T3에서 버퍼 액(602)을 조사하기 때문에, 도 16c의 시각 T3에서의 신호 파형에 의해 나타내어진 바와 같이, 검출되는 형광 강도(중앙의 피크(1508)의 높이)는 시각 T2에서보다 시각 T3에서 훨씬 약하다.

도 17은 라인 센서(13)에 배열된 화소들의, 화소 배열 방향으로의 위치(횡축)와, 각 화소로부터의 신호 강도(종축)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 17 의 검정색 동그라미들은 신호 강도를 나타내는 실제의 파형으로부터 얻어진 값들을 나타낸다. 이 검정색 동그라미들의 위치는 형광 강도를 나타내는 피크(1502, 1505 및 1508)(도 16a, 도 16b, 및 도 16c)의 위치들에 대응한다. 도 16a, 도 16b, 및 도 16c에서는 피크의 파형을 곡선으로 나타냈지만, 실제로는 도 18에 나타낸 바와 같이 라인 센서의 대응하는 화소들의 피크 출력들을 나타낸다. 따라서 예를 들어, 형광 강도의 피크의 약 20%인 임계값을 사용하고 그 파형의 무게 중심 또는 에리어의 중심을 찾아서 각각의 피크의 위치를 결정할 수 있다. 각각의 검정색 동그라미의 높이는 피크(1502)의 파형을 구성하는 화소들의 출력을 더하여 얻어진 값을 나타낸다. 그 후, 이와 같이 하여 결정한 검정색 동그라미들의 좌표를 플롯하면, 도 17의 T1, T2 및 T3을 얻는다. 도 17의 그 밖의 검정색 동그라미도 실제의 파형들로부터 얻은 것이다. 이와 같이 하여, 라인 센서(13)의 전체 화소의 전하의 판독이 4MHz의 속도로 행해진다. 즉, 도 16a, 도 16b, 및 도 16c 중 임의의 것에 도시된 바와 같은 파형을 나타내는 데이터의 세트가, 1회의 주주사 동작에 의해 2,000세트 얻어진다.

상기에서 설명한 것과 같이, 주사부(2)의 주사 속도를 일정한 수준으로 유지하는 것은 곤란하다. 즉, 스폿 광의 단위 시간당의 이동 거리는, 이 주사 속도에 따라 상이하다. 도 17은, 이 주사 속도가 점점 빨라져서, 스폿 광의 진행과 함께 검정색 동그라미를 가로 방향으로 분리하는 간격이 점점 증가하는 경우를 도시한다. 화상을 형성하기 위해 일정한 거리 간격에서의 정보가 필요하기 때문에, 연산에 의해, 도 17에 흰색 동그라미로 나타낸 바와 같은 일정한 거리 간격의 강도 데이터를 결정할 필요가 있다. 더 구체적으로, 각각의 검정색 동그라미의 좌표를 X로 정의하고 X에서의 강도를 결정하기 위한 근사 다항식 Y=F(X)를 정의한다. 그 후, X에 일정 거리 간격으로 배열된 점들의 좌표를 순차적으로 대입하여, 그들 좌표에 있어서의 강도를 결정한다. 이렇게 얻은 강도 데이터를 사용해서 화상을 형성함으로써, 주사 속도 오차에 영향을 받지 않고, 왜곡이 없고, 위치의 신뢰성이 높은 화상을 얻는다. 게다가, 얻어진 강도 데이터는 모두 축적 시간이 일정하기 때문에, 신뢰성도 높다.

포커싱 신호로서 포커스 검출용의 스폿 광들의 2개의 피크의 강도를 검출하고 그들을 실시간으로 비교함으로써, 디포커싱 방향(defocusing direction)(스폿 광 투영부 및 촬상부가 유로에 접근하는가, 또는 유로로부터 멀어지는가)을 검출할 수 있다. 또한, 포커스 검출용의 2개의 스폿 광의 신호에 대해서는 여기된 광(excited light)의 스폿 광에 의해 생성된 형광 강도에 관계없이 일정한 강도가 얻어진다는 것에 유의한다. 그로 인해, 여기된 광의 스폿 광에 의해 생성된 형광의 강도를 나타내는 중앙의 피크의 강도가 낮을 경우에는 이들 신호를 사용해서 중앙의 피크의 위치를 결정하는 것이 가능하다. 중앙의 피크의 위치는 포커스 검출용의 2개의 스폿 광의 사이에 위치하기 때문에, 중앙의 피크의 위치는 포커스 검출용의 2개의 스폿 광의 위치로부터 결정할 수 있다. 그리하여, 포커스 검출용의 2개의 스폿 광을 사용하여 얻어지는 강도 신호로부터, 신호 강도의 피크의 위치 및 초점 위치를 상술된 방식으로 고정밀도로 결정할 수 있기 때문에, 정확한 화상을 촬상하는 것이 가능하다.

상술된 방법은, 스폿 광을 주사하고 있는 동안, 일정 시간 간격으로 라인 센서(13)의 모든 화소로부터의 신호들을 판독해서 메모리에 기록한다. 그로 인해, A/D 변환부(19)(도 1 참조)에 처리 속도가 고속인 컴포넌트를 사용하는 것이 요구되고, 또한 다른 컴포넌트들 및 대용량의 메모리(17)(도 1 참조)가 필요하게 된다. 그러나, A/D 변환부의 처리 속도가 높지 않으면, 적은 용량의 메모리로 스폿 광을 주사하기 위해서, 스폿 광의 대략의 위치를 미리 메모리에 저장해 두고, 그 주변의 화소의 신호만을 취출하도록 대안적으로 구성될 수 있다. 이러한 구성의 경우에도, 상술된 방법과 마찬가지로 화상 정보를 얻을 수 있다.

또한, 스폿 광의 위치는 주사부(2)(도 1 등 참조)의 각도에 의해서만 결정되기 때문에, 주사부(2)의 각도를 검출하고, 스폿 광의 위치에 대응한 화소의 정보만을 판독함으로써, 신호 판독의 속도를 저하시켜서, 처리될 데이터량을 줄일 수 있다.

도 19는 라인 센서의 화소들의 전하의 축적 상태와, 라인 센서의 화소로부터의 전하 판독 동작을 도시하는 개략도이다. 도 19에서, 세로 방향은 순서대로 배열된 라인 센서의 화소들(c1, c2, ..., c20, ...)을 나타내고, 가로 방향은 시간 t의 진행을 나타내고 있다. 본 실시예의 라인 센서(13)는 각 화소의 축적 전하 판독의 타이밍을 외부로부터 제어가능한 CMOS 센서이다. 그리하여, 주사부(2)의 주주사 각도가 검출되고, 주사부(2)의 검출된 각도와 동기하여 전하 축적 화소를 바꾸면서, 전하 축적 화소의 전하가 순차적으로 판독된다. 보다 자세하게 설명하면 도 19의 "CH"에 의해 나타낸 바와 같이, 우선, 스폿 광들의 위치들에 대응하는 화소(c1, c5 및 c9)에 각각 전하가 축적된다. 그 후, 그들 화소로부터 판독한 전하를 A/D 변환부(19)에서 A/D 변환해서 메모리(17)에 저장한다. 동시에, 다음 화소(c2, c6 및 c10)에 전하 축적 동작을 각각 개시한다. 그 후, 축적된 전하를 판독하고, A/D 변환부(19)로 A/D 변환해서 메모리(17)에 저장한다. 이와 같이 하여, 상술한 방식으로 초점 검출용의 스폿 광들(21c 및 22c)의 강도를 검출한다. CPU(18)는 메모리(17)로부터 데이터를 순차적으로 판독하고, 2개의 스폿 광(21c 및 22c)의 강도를 비교함으로써, 디포커싱 방향을 검출하고 필요한 보정을 행한다. 먼저 언급한 것과 같이 전하의 축적 기간이 변화하기 때문에, 스폿 광(1c)의 형광 강도를 보정하도록 축적 기간을 검출하는 것이 바람직하다.

제어 회로(16)는 상술한 바와 같이, 제1 및 제2 반사광(반사 상(21c 및 22c))의 강도를 비교하고, 미세 유로의 깊이 방향으로의 각 스폿 광(1a, 21a 및 22a)의 편차 방향 및 편차량을 결정한다. 그 후, 후술하는 바와 같이, 편차 방향 및 편차량에 따라서 초점 위치 조절계를 동작시켜서, 각 스폿 광(1a, 21a 및 22a)의 초점 위치를 조절한다.

[E] 초점 보정

기판(4) 내의 미세 유로들(5 내지 7) 중 임의의 유로에 대한, 스폿 광 투영부(101)로부터 조사되는 각 스폿 광의 초점 위치의 조절은 후술되는 초점 위치 조절 기구를 사용해서 행할 수 있다.

우선, 도 1에 나타낸 바와 같이 캐비넷(14)에 배열되는 스폿 광 투영부(101) 및 촬상부(102)를, 기판(4)에 대하여 수직인 방향(미세 유로의 깊이 방향)으로 이동시키는, 상하 구동 기구(도시 안됨)를 제공할 수 있다. 그 후, 포커스 검출용의 2개의 반사 상(21c 및 22c)의 강도가 서로 동등해지도록 스폿 광 투영부(101) 및 촬상부(102)를 상하로 이동시킴으로써, 초점 보정을 행할 수 있다. 단, 도 1에 도시된 스폿 광 투영부(101) 및 촬상부(102)는 상당히 무거울 수 있다. 그리하여, 이것들을 빠르게 이동시키기 위해서는 대형의 상하 구동 기구를 사용할 필요가 있을 수 있다.

또한, 스폿 광 투영부(101)만을, 상하 구동 기구(도시하지 않음)나 구동부(15)에 의해, 기판(4)에 대하여 수직 방향 또는 수평 방향으로 이동하도록 구동함으로써도 초점 보정을 행하는 것이 가능하다. 이 경우는 이동시켜야 하는 것이 스폿 광 투영부(101)만이기 때문에 구동 기구의 부담을 경감할 수 있으므로, 초점 보정을 고속으로 행하는 것이 가능해진다.

둘째로, 기판(4)의 유로(5 내지 7)의 길이 방향을 따른 방향인 주주사 방향으로의 스폿 광의 주사를 행함과 동시에, 기판(4)의 깊이 방향으로 스폿 광을 편향되게 하는 수단이 제공될 수 있다. 이러한 수단을 사용한 경우에는 대형의 상하 구동 기구를 구동시키지 않고, 신속한 초점 보정을 행할 수 있다.

도 20은 유로의 길이 방향을 따른 방향인 주주사 방향(제1 방향)으로의 스폿 광의 편향과, 유로의 최상면 및 최하면과 평행한 평면에 있어서 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향으로도 스폿 광의 편향을 행하는 것이 가능한 주사부의 개략 사시도이다. 도 20에 나타내는 주사부(2)는 제1 샤프트들(1502 및 1503)에 의해 프레임체(1504)에 회전 가능하게 지지된 미러부(1501)를 갖고 있다. 또한, 프레임체(1504)는 제1 샤프트(1502 및 1503)에 대하여 직교하는 제2 회전 샤프트(1505 및 1506)에 의해 다른 프레임체(도 20에서는 도시 안됨)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 미러부(1501)는 기지의 구동 수단에 의해 제1 샤프트(1502 및 1503)를 중심으로 해서 회전 방향으로 요동하게 구동 제어되고, 이에 의해 스폿 광의 주주사가 행해진다. 미러부(1501)를 지지하는 프레임체(1504)는 기지의 구동 수단에 의해 제2 샤프트(1505 및 1506)를 중심으로 해서 회전하게 구동 제어되고, 이에 의해 기판(4)의 깊이 방향으로 스폿 광의 편향이 행해진다.

즉, 상술한 바와 같이 초점 검출 신호(반사 상(21c 및 22c))에 의해 유로의 상하 방향(깊이 방향)에 있어서의 디포커싱 상태(defocused situation)가 검출되었을 경우에는 도 21에 나타낸 바와 같이 주사부(2)를 주주사 방향과는 90° 다른 방향으로 각도 제어하면서 회전시켜서 초점 보정을 행한다. 예를 들어 도 11에 나타낸 바와 같이 유로(6)가 거리(4e)만큼 광학계로부터 이격되어 있을 경우에는 광축(21b 및 22b)을 따라 진행하는 스폿 광 중, 도 12에 나타낸 바와 같이 반사 상(21c)은 수광부(13a)로부터 먼 위치에 배치되고, 반사 상(22c)은 수광부(13a)에 가까운 위치에 배치된다. 이 경우, 도 21에 나타낸 바와 같이, 주사부(2)를 주주사 방향에 대하여 수직한 방향으로 회전하여 조절함으로써, 광원들(21 및 22)로부터 방출된 광 빔들은 참조 부호(21e 및 22e)로 나타낸 바와 같이 하방으로 편향된다. 이에 의해, 광 빔(21e 및 22e)의 2개의 반사 상을 라인 센서(13)의 수광부(13a)에 대하여 등거리의 위치에 형성할 수 있다. 이 상태에서, 여기광의 광원(1)으로부터 방출된 광 빔에 의해 형성되는 광축(1e)을 따라 진행하는 광 빔은 유로 최상면(6a)과 유로 최하면(6b) 사이의 중간 위치에서 촬상 광축(13b)과 교차하기 때문에, 라인 센서(13)는 유로(6)로부터의 형광 화상을 효율적으로 캐치할 수 있다.

이러한 초점 보정 제어 동작을 레이저 스폿 광을 주사하면서 실시간으로 행함으로써, 유로들(5 내지 7)의 일부에 대한 변형 또는 제조 오차에 기인하여 촬상 심도에 의해 형성되는 촬상면으로부터 유로들(5 내지 7)이 변위되는 경우에도, 유로들 중 임의의 유로 내의 형광 표지의 형광 화상을 효율적으로 촬상할 수 있다.

이상에서 설명한 예에서는 여기광의 투영 위치만을 변화시켜서 초점 보정을 행하고 있기 때문에, 형광 검출면이 촬상 소자 어레이(11)의 초점면으로부터 어긋나, 반사 상이 라인 센서(13) 상에 적절하게 형성되지 않는 것이 우려된다. 그러나, 일반적으로 이러한 결상 소자 어레이의 초점 심도는 200 내지 300μm이기 때문에, 몇 십 μm의 변위에 의해 반사 상의 측정값이 영향을 받지 않는다.

[F] 온도 측정

이제, 상술한 주사형 촬상 장치를 사용하여, 형광 화상의 촬상과 동시에 유로 내의 액체의 온도를 측정하는 방법에 대해서 설명한다.

전술한 바와 같이, 유로 내의 피검체를 가열 또는 냉각시켜, 그 때의 형광 강도의 변화에 대해 얻어진 정보를 바탕으로 타겟의 검사를 행하는 기법은 널리 행해지고 있다. 그러한 기법에서, 촬상 영역 전체에 걸쳐서 피검체의 온도를 파악하는 것은 중요하다. 형광 강도와 함께 피검체의 온도를 정확히 검출하는 것이 특히 중요하지만, 지금까지 제안된 스캐너 중에서 피검체의 온도를 측정하고 형광도 검출하는 스캐너는 없다.

기판의 표면의 온도를 측정해서 유로 내의 온도를 추정하는 기법이 생각될 수 있다. 그러나, 기판 표면의 온도는 외부 환경의 영향을 받기 쉽기 때문에 정확히 측정할 수는 없다. 따라서, 시시각각 변화하는 유로 내의 온도를 형광과 함께 측정하는 것이 가능하다면, 형광 강도의 검출의 정밀도를 더욱 개선할 수 있다.

유로의 최상면 및 최하면에서의 반사율은 기판의 재료의 굴절률, 및 유로의 내부를 흐르는 유체의 굴절률에 의해 결정된다. 그리고, 유로의 내부를 흐르는 유체의 굴절률은 도 22에 나타낸 바와 같이 온도에 의존한다. 그리하여, 유로의 상하면에서 반사한 광의 강도로부터, 유로 내의 액체의 온도를 결정할 수 있다.

도 22에 나타낸 바와 같이, 40℃에서의 굴절률은 물이 1.332, 석영이 1.4609이며, 50℃에서는 물이 1.3317, 석영이 1.4610이며, 60℃에서는 물이 1.3312, 석영이 1.4611이다. 따라서, 유로에 입사하는 광의 입사각을 30℃로 하면, 반사율은 40℃에서는 0.403%, 50℃에서는 0.407%, 60℃에서는 0.411%가 된다. 즉, 온도 변화에 대한 반사광 강도의 변화율은, 온도가 40℃로부터 50℃로 변화할 경우에는0.407/0.403=1.01이며, 50℃로부터 60℃로 변화할 경우에는 0.411/0.407=1.01이다. 이것으로부터, 온도가 10℃만큼 변화하면 반사광의 강도가, 약 1% 변화한다. 제어 회로(16)의 메모리(17)에는 상술한 바와 같은 기판(4)의 온도와, 그의 유로에 흘려지는 액체의 온도와, 그 온도에 있어서의 유로와 액체의 계면들(유로 최상면(6a) 및 유로 최하면(6b))에 있어서의 광의 반사율과의 상관 관계가 저장된다.

도 23은 횡축에 시간 T, 종축에 1회의 주주사 주기 동안의 반사 상들(21c 및 22c)의 강도 P를 나타내는 그래프이다. 참조 부호들(21f 및 22f)은 각각 포커스 검출용 레이저 빔원(21 및 22)으로부터 방출된 레이저 빔이 유로의 상하면에서 반사해서 형성된 반사 상들의 강도를 나타내고, 파선(1801)은 그 평균값을 나타낸다. 강도(21f 및 22f)는 디포커싱에 기인하여 개별적으로 변동할 수 있지만, 온도가 일정하기만 하다면 반사 상들(21c 및 22c)의 위치가 변화해도 그들은 항상 동등하다. 그러나, 상기와 같이, 유로 내의 액체의 온도가 변화하고, 굴절률의 변화에 의해 반사율이 변화한 경우에는, 이 평균 강도(1801)가 변화한다. 도 23에서 참조 부호(1802)로 나타낸 영역에서는 평균 강도가 높다. 이것은, 그 영역 및 그 근방에서는 반사율이 증가하고, 따라서 기판과 액체 간의 굴절률차가 커지는 것을 나타낸다. 이에 의해, 액체의 굴절률이 저하되고, 이에 따라 액체의 온도가 상승하는 것을 안다. 이 평균 강도(1801)의 그래프는 2개의 강도(22f 및 21f)가 서로 동등해지는 점들, 예를 들어 참조 부호(1802, 1803 및 1804) 등으로 나타내는 점들을 스무스하게 연결함으로써 얻을 수도 있다.

제어 회로(16)의 CPU(18)는 포커스 검출용 레이저 빔원들(21 및 22)로부터 방출된 레이저 빔들(제2 스폿 광들)의 강도에 대한, 이 평균 강도(1801)의 비율로부터, 유로 최상면 및 유로 최하면에서의 광의 반사율을 결정한다. 또한, 레이저 빔원들(21 및 22)로부터 방출되는 레이저 빔들의 강도에 관한 정보는 제어 회로(16)에 입력된다는 것에 유의한다. 그 후, 얻어진 반사율을 사용하여, 제어 회로(16)의 CPU(18)에 의해, 메모리(17)에 저장되어 있는 반사율과 액체의 온도와의 상관 관계로부터 유로 내의 액체의 온도를 결정할 수 있다. 또한, 제어 회로(16)의 CPU(18)에 의해, 디포커싱에 기인한 2개의 반사광 빔들의 강도의 평균값의 어긋나는 경향을 미리 저장해 두고, 경향 및 얻어진 값에 기초하여 액체의 온도를 연산하여 결정할 수도 있다.

그리하여, 상술된 방법에 의해, 유로 내의 피검체를 검출하기 위해 형광을 주사할 때, 유로 내의 액체의 온도를 검출할 수 있다. 그로 인해, 유로 내의 액체의 온도를 검출하기 위한 특별한 구성을 장치에 구비할 필요가 없어, 대형 장치를 사용하지 않고, 피검체를 고정밀도로 검사하는 것이 가능하게 된다.

[G] 기타

상기에서는 광검출 수단으로서 센서 어레이 중에서도 특히 라인 센서를 사용한 예를 사용해서 설명했지만, 대안적으로, 촬상 소자가 이차원적으로 배열된 에리어 센서를 사용해서 광검출(촬상)을 행할 수 있다. 에리어 센서는 라인 센서가 복수 배열되어 형성되며, 에리어 센서의 특정한 라인을 사용해서 광을 검출함으로써, 에리어 센서에 의해 상술한 바와 같은 광검출을 행하는 것이 가능하다.

또한, 상기에서는 메모리(17), CPU(18) 및 A/D 변환부(19)를 포함하는 제어 회로(16)를 제어 수단으로서 주사형 촬상 장치가 갖고, 제어 회로(16)가 주사형 촬상 장치에 접속되어 있는 예를 설명했다. 그러나, 이 제어 회로(16)를, 메모리(17), CPU(18) 및 A/D 변환부(19)가 행하는 상술한 동작을 실행하는 외부 컴퓨터(도시하지 않음)로 대체하고, 그 외부 컴퓨터를 주사형 촬상 장치에 접속할 수 있다. 이 경우에는 그 외부 컴퓨터가 제어 수단으로서 동작한다.

상기에서는 피검체에 발광 표지로서 형광 표지를 부가하고, 그 형광 표지로부터 방출되는 형광을 검출하는 예에 대해서 설명했다. 그러나, 발광 표지로서 사용할 수 있는 표지는 이러한 형광 표지로 한정되지 않는다. 예를 들어, 인광을 발광하는 표지를 피검체에 대안적으로 부가하고, 그 발광 표지로부터 발광되는 인광을 검출할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예들로 한정되지 않으며 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 변형들이 이루어질 수 있다. 그리하여, 공중에 본 발명의 범위를 알리기 위해서, 하기의 청구항이 만들어졌다.

본 출원은 2008년 4월 2일자로 출원된 일본특허출원번호 제2008-096145호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.

Claims

주사형 촬상 장치이며,
적어도 포커싱용 스폿 광을 피검 기판에 조사하는 조사 유닛;
상기 피검 기판의 피검체로부터의 광 및 상기 피검 기판으로부터 반사된 스폿 광을 수광하는 센서 어레이를 갖는 광학계; 및
적어도 주주사 방향으로 상기 피검 기판을 주사하기 위해 상기 광학계를 구동하는 주사 유닛을 포함하고,
상기 피검 기판의 피검체와 상이한 위치에 상기 스폿 광이 조사되고,
상기 피검 기판으로부터 반사된 스폿 광이 수광되어 포커싱 신호 및 검출 신호가 취득되는 신호를 판독하는 주사형 촬상 장치.
제1항에 있어서,
상기 조사 유닛은 2개의 포커싱용 스폿 광 및 여기 스폿 광(exciting spot light)을, 상기 피검 기판 상의 서로 다른 각각의 위치에 조사하도록 구성되는, 주사형 촬상 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조사 유닛은 상기 피검 기판에 평행(collimated) 스폿 광을 조사하고, 상기 주사형 촬상 장치는 상기 피검 기판으로부터 반사되고 상기 센서 어레이에 의해 수광된 평행 스폿 광을 검출함으로써 포커싱 신호를 취득하는, 주사형 촬상 장치.
제2항에 있어서,
상기 주사 유닛은 상기 스폿 광들의 상기 센서 어레이와 평행한 주주사를 위한, 그리고 주주사에 수직인 방향으로의 편향에 의한 초점 조절을 위한 제어 하에서 2 방향으로 광을 편향시키도록 구성되는 미러인, 주사형 촬상 장치.
제2항에 있어서,
상기 센서 어레이는 어드레스 지정 판독을 위한 동작을 할 수 있도록 일직선 상에 촬상 소자들을 배열함으로써 형성된 라인 센서이며,
상기 주사형 촬상 장치는 상기 스폿들에 대응하는 위치들의 촬상 소자들로부터의 출력을 판독 및 저장하는 제어 유닛을 더 포함하는, 주사형 촬상 장치.
주사형 촬상 장치이며,
제1 파장의 광 빔을 방출하는 광원 및 제2 파장의 광 빔을 방출하는 광원으로부터의 광 빔들을 피사체로 이르게 하고 주사 유닛에 의해 주사될 피사체 상의 상이한 위치들에 적어도 두 개의 스폿 광을 형성하는 스폿 광 투영계;
상기 제1 파장의 광 빔을 차단하고 상기 제2 파장의 광 빔을 투과시키도록 구성된 형광 필터에 의해, 상기 주사 방향과 평행하게 배열된 센서 어레이 상에 상기 스폿 광들의 각각의 화상을 형성하기 위한 촬상 광학계; 및
상기 제2 파장의 광 빔에 의해 형성된 상기 화상의 강도에 기초하여 유로 내의 액체의 온도를 연산에 의해 결정하기 위한 산술 유닛을 포함하는 주사형 촬상 장치.
주사형 촬상 장치이며,
기판 내에 형성된 유로에 배열된 피검체에 조사되는 여기용의 제1 스폿 광과, 상기 유로에 조사되는 포커싱용의 2개의 제2 스폿 광들을 각각 상기 기판 상의 서로 다른 위치들에 조사하고, 상기 제1 및 제2 스폿 광들을 적어도 상기 유로를 따라 주사하는 스폿 광 투영계;
상기 제1 스폿 광에 의해 여기되어서 상기 피검체로부터 방출된 광, 상기 제2 스폿 광들 중 하나가 상기 유로의 최상면에서 반사되어 발생한 제1 반사광, 및 상기 제2 스폿 광들 중 다른 하나가 상기 유로의 최하면에서 반사되어 발생한 제2 반사광을 촬상하는 촬상계; 및
상기 유로의 깊이 방향으로 상기 제1 스폿 광 및 상기 제2 스폿 광들의 초점 위치를 조절하는 초점 위치 조절계를 포함하고,
상기 초점 위치 조절계는 상기 제1 반사광의 강도와 상기 제2 반사광의 강도를 비교함으로써 결정된, 상기 유로의 깊이 방향으로의, 상기 제1 스폿 광 및 상기 제2 스폿 광들의 초점 위치들의 편차 방향 및 편차량에 따라서 동작하도록 구성되는, 주사형 촬상 장치.
제7항에 있어서,
상기 스폿 광 투영계는 상기 제1 및 제2 스폿 광들을, 상기 유로를 따르는 제1 방향과, 상기 유로의 최상면 및 최하면과 평행한 평면 상의 상기 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향을 포함하는 2개의 방향으로 편향되게 하는 주사 유닛을 가지고,
상기 주사 유닛에 의한 상기 제2 방향으로의 상기 제1 및 제2 스폿 광들의 편향에 의해 상기 초점 위치들이 조절되는, 주사형 촬상 장치.
제7항에 있어서,
상기 초점 위치 조절계는 상기 스폿 광 투영계 및 상기 촬상계 중 적어도 상기 스폿 광 투영계를 상기 유로의 깊이 방향으로 구동하는 구동 기구에 의해 구성되는, 주사형 촬상 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촬상계는 상기 유로를 따르는 방향과 평행한 방향으로 복수의 화소가 배열된 라인 센서를 갖는, 주사형 촬상 장치.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 스폿 광은 제1 파장을 갖고, 상기 제2 스폿 광은 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장을 가지며,
상기 촬상계는 상기 제1 파장의 광 빔을 차단하고, 상기 제1 파장과는 상이한 파장의, 상기 피검체로부터 방출된 광 빔 및 상기 제2 파장의 광 빔을 투과시키도록 구성된 필터를 갖는, 주사형 촬상 장치.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주사형 촬상 장치는, 상기 제1 반사광의 강도와 상기 제2 반사광의 강도를 비교하여, 상기 유로의 깊이 방향으로의 상기 제1 및 제2 스폿 광들의 초점 위치들의 편차 방향 및 편차량을 결정하고, 상기 편차 방향 및 상기 편차량에 따라서 상기 초점 위치 조절계를 동작시켜서 상기 초점 위치들을 조절하는 제어 유닛에 접속되는, 주사형 촬상 장치.
제12항에 있어서,
상기 제어 유닛은 상기 유로 내의 액체의 온도를, 상기 제1 반사광의 강도 및 상기 제2 반사광의 강도에 기초해서 결정하도록 구성되는, 주사형 촬상 장치.
제13항에 있어서,
상기 제어 유닛은 상기 액체의 온도와, 상기 유로의 최상면 및 최하면에서의 광의 반사율과의 상관 관계를 저장하고,
상기 제어 유닛은 상기 스폿 광 투영계로부터 조사된 상기 제2 스폿 광의 강도에 대한, 상기 촬상계에 의해 촬상된 상기 제1 반사광과 상기 제2 반사광의 평균 강도의 비율로부터 상기 반사율을 결정한 후에, 상기 상관 관계에 따라서 상기 액체의 온도를 결정하는, 주사형 촬상 장치.