(57)【要約】【課題】被写体の像データをより短時間で効率的に取得する方法を提供することを目的とする。【解決手段】１次元または２次元または３次元である第１空間内を走査する第１走査ステップと、第１空間に含まれる第２空間内を走査する第２走査ステップとを有する被写体の像データを取得する方法であって、第１走査ステップは、第１空間内において第２空間の位置を決定するステップＷを有しており、第２走査ステップは、第２空間においてランダムに観測点の位置を決定するステップＸと、観測点の像データを取得するステップＹとを有しており、第２ランダム決定により定められた観測点の集合は、観測点のうち５０％を含んでいる第１領域と、当該第１領域の外側に存在しており残りの５０％の観測点を含んでいる第２領域を有しており、当該第２領域を前記第１領域よりも広くする。【選択図】図１
2020166042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元または２次元または３次元である第１空間内を走査する第１走査ステップと、
前記第１空間に含まれる第２空間内を走査する第２走査ステップと、
を有する、被写体の像データを取得する方法であって、
前記第１走査ステップは、第１空間内において第２空間の位置を決定するステップＷを有しており、
前記第２走査ステップは、前記第２空間においてランダムに観測点の位置を決定（以下、「第２ランダム決定」と記載）するステップＸと、前記観測点の像データを取得するステップＹとを有しており、
前記第２ランダム決定により定められた観測点の集合は、観測点のうち５０％を含んでいる第１領域と、当該第１領域の外側に存在しており残りの５０％の観測点を含んでいる第２領域とを有しており、当該第２領域は前記第１領域よりも広いことを特徴とする像データの取得方法。
【請求項２】
前記第２走査ステップを開始する前に前記第２空間内を走査するプレ第２走査ステップを更に有しており、前記第２走査ステップの走査中心を前記プレ第２走査ステップにより決められる特定位置に合せる請求項１に記載の像データの取得方法。
【請求項３】
前記第２走査ステップにおいてｎ個目（ｎは自然数）の観測点の位置を決定するステップをステップＸｎとし、当該観測点に対応するｎ個目の像データを取得するステップをステップＹｎとしたとき、ステップＸ１を実行する時点においては前記第２走査ステップにおいて取得する観測点の個数は確定しておらず、ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された一又は複数の像データが所定条件を満足したときに当該第２走査ステップを終了する請求項１または２に記載の像データの取得方法。
【請求項４】
１次元または２次元または３次元である第１空間内を走査する第１走査ステップと、
前記第１空間に含まれる第２空間内を走査する第２走査ステップと、
を有する、被写体の像データを取得する方法であって、
前記第１走査ステップは、第１空間内において第２空間の位置を決定するステップＷを有しており、
前記第２走査ステップは、前記第２空間においてランダムに観測点の位置を決定（以下、「第２ランダム決定」と記載）するステップＸと、前記観測点の像データを取得するステップＹとを有しており、
前記第２走査ステップにおいてｎ個目（ｎは自然数）の観測点の位置を決定するステップをステップＸｎとし、当該観測点に対応するｎ個目の像データを取得するステップをステップＹｎとしたとき、ステップＸ１を実行する時点においては前記第２走査ステップにおいて取得する観測点の個数は確定しておらず、ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された一又は複数の像データが所定条件を満足したときに当該第２走査ステップを終了することを特徴とする像データの取得方法。
【請求項５】
前記所定条件は、前記一又は複数の像データを引数とする強度関数が所定値以下となることである請求項３または４に記載の像データの取得方法。
【請求項６】
前記ステップＹｎによるｎ点目のデータ取得が完了した時点における前記強度関数は、（ｎ−ｍ）点目からｎ点目までのｍ個の像データを引数とするものである請求項５に記載の像データの取得方法。但し、ｍおよびｎは自然数であり、ｍ＜ｎである。
【請求項７】
前記第２空間内において既に走査された観測点から所定距離以内の領域は走査しない請求項１〜６のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項８】
前記第１走査ステップにより位置を決定された複数の第２空間は、互いに離散的となるように選択されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項９】
前記第１走査ステップは、該第１空間内においてランダムに前記第２空間の位置を決定（以下、「第１ランダム決定」と記載）するものである請求項１〜８のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項１０】
前記第１ランダム決定は、一様乱数にしたがうものである請求項９に記載の像データの取得方法。
【請求項１１】
前記第２ランダム決定は、正規乱数にしたがうものである請求項１〜１０のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項１２】
一の前記ステップＷと他の前記ステップＷとの間に、前記第２走査ステップが実行される請求項１〜１１のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項１３】
前記第１空間内において、前記第２空間は、所定グリッドに沿って配置される請求項１〜１２のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項１４】
前記第１走査ステップにおいて、ｋ番目（ｋは自然数）に第２空間の位置を決定するステップをステップＷｋとしたとき、前記所定グリッド内の空間であって前記ステップＷ１〜Ｗｋの実行により既に決定されたｋ個の第２空間以外である残存第２空間が（ｋ＋１）番目の第２空間に決定される確率は、それぞれ同様に確からしい請求項１３に記載の像データの取得方法。
【請求項１５】
前記第１空間内において、ステップＷの累積実行回数が所定値となった場合に像データの取得を終了する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の像データの取得方法を実行するプログラム。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の像データの取得方法を実行する共焦点顕微鏡。
【請求項１８】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の像データの取得方法を実行するラマン顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は像データの取得方法、像データの取得方法を実行するプログラム、像データの取得方法を実行する共焦点顕微鏡、像データの取得方法を実行するラマン顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡や望遠鏡を始めとする像取得装置は、如何にして空間分解能や波長分解能を高めることができるか、或いは如何にして観測対象物の情報を迅速に取得できるか等の観点を中心にして様々な研究がなされている。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、迅速なデータ取得が可能とされる共焦点分光映像システムが記載されている。この共焦点分光映像システムは、同文献の請求項１に記載されているように光源手段と、照明開口を形成し検査している対象物の位置を共役するために予め定められた照明パターンを導くように構成されている光変調手段と、検出開口と分光分散素子と検出器カメラとを備えている解析手段とを具備し、照明および検出開口は共役光学平面に配置されている共焦点分光映像システムにおいて、光変調手段は光変調素子の２次元アレイから構成され、それら２次元アレイを構成する素子のグループは照明パターンにしたがって照明開口を形成するように配置され、その照明パターンが対象物の共役位置を時間に依存して変化するように光変調手段が制御可能に構成されているものである。
【０００４】
特許文献１の段落［００１４］に記載されているように、この共焦点分光映像システムの基本的なアイディアは、空間的光変調手段（以下ＳＬＭと言う）を備えた分光解析手段を有する共焦点光学的映像システムの動作にある。ＳＬＭ手段は光変調素子のアレイを備えている。１つのアレイは光変調素子から構成されたマスクであり、それらの光変調素子は個々に制御可能である。その制御性は、透過、反射、または回折のような素子の光学的特徴に関係している。光変調素子のグループまたは全てを変更することによって照明および、または検出開口としてコード化された照明パターンを形成する。相互に整合された照明または検出のためのパターンは別々の、または共通の変調器によって発生されているものである。
【０００５】
特許文献１の段落［００１５］に記載されているように、共焦点分光映像システムの照明パターンシーケンスは、どのようなものを用いても良い。例えば、有限長の疑似ランダムシーケンスまたはＳマトリックス型のアダマールシーケンスのいずれかにしたがった規則的な間隔またはランダムな間隔の系統的にシフトとされたライン、例えば三角形、正方形、長方形、六角形等の規則的なドット格子、いわゆるウォルシュ、シリベスター、アダマールまたはゴリーシーケンスに基づいた有限長のランダムパターンまたは疑似ランダムパターン、交差するラインパターンから形成された正方形または長方形の格子、ＳＬＭ上の順次取得された整数回数のＳＬＭ素子上における回転に適している平面充填パターンまたは上記パターンシーケンスの組合せのいずれかであるように選択することができるとされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２４９０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１には、被写体（観測対象物）の情報取得を迅速化するために特定の照明パターンシーケンスを用いることが有効であるといった具体的構成が記載されておらず、照明パターンシーケンスを変えたところで迅速化の程度は変わるものではないものとみられる。本発明は、被写体の像データをより短時間で効率的に取得する方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［１］上記目的を達成し得た本発明の第１の局面における像データの取得方法は、１次元または２次元または３次元である第１空間内を走査する第１走査ステップと、第１空間に含まれる第２空間内を走査する第２走査ステップとを有する、被写体の像データを取得する方法であって、前記第１走査ステップは、第１空間内において第２空間の位置を決定するステップＷを有しており、前記第２走査ステップは、前記第２空間においてランダムに観測点の位置を決定（以下、「第２ランダム決定」と記載）するステップＸと、前記観測点の像データを取得するステップＹとを有しており、前記第２ランダム決定により定められた観測点の集合は、観測点のうち５０％を含んでいる第１領域と、当該第１領域の外側に存在しており残りの５０％の観測点を含んでいる第２領域とを有しており、当該第２領域は前記第１領域よりも広いものである。
【０００９】
上記像データの取得方法では、第２ランダム決定が中心位置に近い箇所ほど出現確率の高い確率分布にしたがうものであるため、視野中心エリアをより高精細に把握し、視野周辺エリアはやや大雑把ではあるが広範囲に把握しようとする肉眼による情報取得形態に似ている。このように第２ランダム決定が中心位置に近い箇所ほど出現確率の高い確率分布にしたがうことにより、走査開始後の早い段階から観察者にとって把握されやすい像データを取得することが可能となっているものと考えられる。
【００１０】
［２］上記像データの取得方法において、前記第２走査ステップを開始する前に前記第２空間内を走査するプレ第２走査ステップを更に有しており、前記第２走査ステップの走査中心を前記プレ第２走査ステップにより決められる特定位置に合せることが好ましい。
【００１１】
［３］前記第２走査ステップにおいてｎ個目（ｎは自然数）の観測点の位置を決定するステップをステップＸｎとし、当該観測点に対応するｎ個目の像データを取得するステップをステップＹｎとしたとき、ステップＸ１を実行する時点においては前記第２走査ステップにおいて取得する観測点の個数は確定しておらず、ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された一又は複数の像データが所定条件を満足したときに当該第２走査ステップを終了する［１］または［２］に記載の像データの取得方法とすることが好ましい。
【００１２】
［４］上記目的を達成し得た本発明の第１の局面における像データの取得方法は、１次元または２次元または３次元である第１空間内を走査する第１走査ステップと、前記第１空間に含まれる第２空間内を走査する第２走査ステップとを有する、被写体の像データを取得する方法であって、第１走査ステップは、第１空間内において第２空間の位置を決定するステップＷを有しており、第２走査ステップは、前記第２空間においてランダムに観測点の位置を決定（以下、「第２ランダム決定」と記載）するステップＸと、前記観測点の像データを取得するステップＹとを有しており、前記第２走査ステップにおいてｎ個目（ｎは自然数）の観測点の位置を決定するステップをステップＸｎとし、当該観測点に対応するｎ個目の像データを取得するステップをステップＹｎとしたとき、ステップＸ１を実行する時点においては前記第２走査ステップにおいて取得する観測点の個数は確定しておらず、ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された一又は複数の像データが所定条件を満足したときに当該第２走査ステップを終了するものである。
【００１３】
［５］前記所定条件は、前記一又は複数の像データを引数とする強度関数が所定値以下となる［３］または［４］に記載の像データの取得方法とすることが好ましい。
【００１４】
［６］前記ステップＹｎによるｎ点目のデータ取得が完了した時点における前記強度関数は、（ｎ−ｍ）点目からｎ点目までのｍ個の像データを引数とするものである［５］に記載の像データの取得方法とすることが好ましい。但し、ｍおよびｎは自然数であり、ｍ＜ｎである。
【００１５】
［７］前記第２空間内において既に走査された観測点から所定距離以内の領域は走査しない［１］〜［６］のいずれか一項に記載の像データの取得方法とすることが好ましい。
【００１６】
［８］前記第１走査ステップにより位置を決定された複数の第２空間は、互いに離散的となるように選択されている［１］〜［７］のいずれか一項に記載の像データの取得方法とすることが好ましい。
【００１７】
［９］前記第１走査ステップは、該第１空間内においてランダムに前記第２空間の位置を決定（以下、「第１ランダム決定」と記載）するものである［１］〜［８］のいずれか一項に記載の像データの取得方法とすることが好ましい。
【００１８】
［１０］前記第１ランダム決定は、一様乱数にしたがうものである［９］に記載の像データの取得方法とすることが好ましい。
【００１９】
［１１］前記第２ランダム決定は、正規乱数にしたがうものである［１］〜［１０］のいずれか一項に記載の像データの取得方法とすることが好ましい。
【００２０】
［１２］一の前記ステップＷと他の前記ステップＷとの間に、前記第２走査ステップが実行される［１］〜［１１］のいずれか一項に記載の像データの取得方法とすることが好ましい。
【００２１】
［１３］前記第１空間内において、前記第２空間は、所定グリッドに沿って配置される［１］〜［１２］のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【００２２】
［１４］前記第１走査ステップにおいて、ｋ番目（ｋは自然数）に第２空間の位置を決定するステップをステップＷｋとしたとき、前記所定グリッド内の空間であって前記ステップＷ１〜Ｗｋの実行により既に決定されたｋ個の第２空間以外である残存第２空間が（ｋ＋１）番目の第２空間に決定される確率は、それぞれ同様に確からしい［１３］に記載の像データの取得方法。
【００２３】
［１５］前記第１空間内において、ステップＷの累積実行回数が所定値となった場合に像データの取得を終了する［１］〜［１４］のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【００２４】
［１６］前記［１］〜［１５］のいずれか一項に記載の像データの取得方法を実行するプログラムを構成することが好ましい。
【００２５】
［１７］前記［１］〜［１５］のいずれか一項に記載の像データの取得方法を実行する共焦点顕微鏡を構成することが好ましい。
【００２６】
［１８］前記［１］〜［１５］のいずれか一項に記載の像データの取得方法を実行するラマン顕微鏡を構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の像データの取得方法によれば、第１走査ステップと第２走査ステップという少なくとも２段階の走査を行うことを前提とし、その中でも、（１）第２ランダム決定の実行手順を、中心位置に近い箇所は周辺部分に比べて出現確率の高い確率分布にしたがうものとすることにより、或いは、（２）第２走査において取得された像データが所定条件を満足したときに当該第２走査ステップを終了することにより、走査開始後の早い段階から観察者にとって把握されやすい像データを取得することを可能にしたものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１又は２に係る像データ取得方法のフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態１に係る第２空間の決定位置を示すものである。
【図３】参考例の像データの取得方法に係る第２空間の決定位置を示すものである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る観測点の分布例を示すものである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る観測点の分布例を示すものである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る観測点の分布例を示すものである。
【図７】本発明の実施の形態１または実施の形態２に係る観測点の分布例を示すものである。
【図８】実施例１および比較例１における像データの形成過程を示すものである。
【図９】実施例１および比較例１における像データの形成過程を示すものである。
【図１０】実施例１および比較例１における像データの形成過程を示すものである。
【図１１】実施例１および比較例１における像データの形成過程を示すものである。
【図１２】実施例１および比較例１における像データの形成過程を示すものである。
【図１３】実施例１および比較例１における像データの形成過程を示すものである。
【図１４】実施例１および比較例１における像データの形成過程を示すものである。
【図１５】実施例１および比較例１における像データの形成過程を示すものである。
【図１６】実施例２および比較例２における像データの形成過程を示すものである。
【図１７】実施例２および比較例２における像データの形成過程を示すものである。
【図１８】実施例２および比較例２における像データの形成過程を示すものである。
【図１９】実施例２および比較例２における像データの形成過程を示すものである。
【図２０】実施例２および比較例２における像データの形成過程を示すものである。
【図２１】実施例２および比較例２における像データの形成過程を示すものである。
【図２２】実施例２および比較例２における像データの形成過程を示すものである。
【図２３】実施例２および比較例２における像データの形成過程を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
現在の最先端の科学分析・計測においては、計測試料の広大な面積、或いは体積から極めて微弱な発光或いは散乱光の空間分布を短い測定時間で検出することが求められている。しかし、最先端の計測技術と顕微鏡技術でもってしても、微弱信号と広大な面積と短時間を同時に満足させることは非常に困難である。本発明者らの着想は、像データ取得のための走査ルートを決定論的に決めるのではなく、ブラウン運動などの確率過程に走査を任せるというものであり、これは人が地図の中から意外な場所を発見したり、動物が広範なエリアから獲物を見つけ出したりする手法に似ているかもしれない。具体的応用として、例えば、生きた細胞内の分子分布を高い空間分解能かつ短時間でラマン散乱分光顕微鏡イメージングすることが可能である。また、カーボンナノチューブなどのナノ材料の欠陥分布やカイラリティー、先端半導体デバイスの歪み分布のイメージングなどに応用することも可能である。本発明においては走査ルートを決めるプロセスは少なくとも２つの走査階層を有しており、それぞれの階層が例えば、一様乱数、ランダムウオーク、そして情報エントロピーという統計、確率過程に従って走査ルートを決める。この手法を適用し得る観測対象は１次元や２次元画像に制限されることはなく、３次元構造に対するイメージングにおいても勿論有効に実施可能である。
【００３０】
以下、下記実施の形態に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施の形態によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００３１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における像データの取得方法は、１次元または２次元または３次元である第１空間内を走査する第１走査ステップと、第１空間に含まれる第２空間内を走査する第２走査ステップとを有する被写体の像データを取得する方法であって、第１走査ステップは、第１空間内において第２空間の位置を決定するステップＷを有しており、第２走査ステップは、第２空間内においてランダムに観測点の位置を決定（第２ランダム決定）するステップＸと、観測点の像データを取得するステップＹとを有しており、第２ランダム決定により定められた観測点の集合は、観測点のうち５０％を含んでいる第１領域と、当該第１領域の外側に存在しており残りの５０％の観測点を含んでいる第２領域とを有しており、当該第２領域は前記第１領域よりも広いものである。
【００３２】
実施の形態１における像データの取得方法では、第２ランダム決定が中心位置に近い箇所ほど出現確率の高い確率分布にしたがうものであるため、視野中心エリアをより高精細に把握し、視野周辺エリアはやや大雑把ではあるが広範囲に把握しようとする肉眼による情報取得形態に似ている。このように第２ランダム決定が中心位置に近い箇所ほど出現確率の高い確率分布にしたがうことにより、走査開始後の早い段階から観察者にとって把握されやすい像データを取得することが可能となっているものと考えられる。
【００３３】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態１における像データの取得方法の好ましい形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における像データの取得方法のフローチャートであり、以下に説明する各ステップを有している。
【００３４】
（１）第１走査ステップ
第１走査ステップは、基本的には複数のステップＷにより構成されるものであり、各第１走査ステップＷは第１空間内において１つの第２空間の位置を決定するステップである。このステップＷは、第２空間の存在界域を画定するステップであってもよいし第２空間の中心位置を特定するステップであってもよい。第２空間の位置を決定する順番や秩序に特に制限はなく複数の第２空間を順次決定してもよいし同時に決定してもよい。短時間で第１空間内の広範囲の領域をカバーするために第２空間は互いに離散的に決定されることが望ましく、より好ましくはランダムに決定（第１ランダム決定）されることが好ましい。本発明において「ランダム」とは、規則的ではない選択を示すものであり、必要に応じて不規則な値をコンピュータにより生成しても良いし、コンピュータと当該コンピュータ以外のデバイスから得られる偶発値（ノイズ等）の複合により生成することも可能である。また、不規則な値を都度生成するのではなく所定の偶発値リスト（いわゆる乱数表）を予め準備しておくこともできる。
【００３５】
図２は、ステップＷにより第１空間中に決定された複数の第２空間の中心位置１〜７を示すものである。図２に示すように、第２空間の中心位置１〜７は規則的ではない位置、つまりランダムに位置決めされているため各々、第１空間の全体にわたって互いに離散的に配置されている。
【００３６】
図３は、実施の形態１の範囲にあるものではなく、参考のために示されるラスタースキャンにより配置されている第２空間の中心位置１〜７を示すものである。図３に示すように、ラスタースキャンでは第１空間の隅から順次走査していくものであるため、画面上部の様子については走査開始後、比較的早期に判明するが、画面下部の様子は終盤まで走査しない限り判明しない。
【００３７】
（２）第２走査ステップ
（２−１）ステップＸ
ステップＸは、第２走査ステップの一環をなすものであり、ステップＷによって特定された１つの第２空間においてランダムに少なくとも１つの観測点の位置を決定（以下、「第２ランダム決定」と記載）するステップである。ここで第２ランダム決定は、中心位置に近い箇所ほど出現確率の高い確率分布にしたがうものであり、具体的には、複数回の第２ランダム決定によって選び出された観測点の集合は、観測点のうち５０％を含んでいる第１領域と、当該第１領域の外側に存在しており残りの５０％の観測点を含んでいる第２領域とを有しており、第２領域は第１領域よりも広い。ここで、「第２領域は第１領域よりも広い」の意味は、第２空間が１次元のものである場合は、「第１領域の一方側および他方側に存在している第２領域の合計長さは第１領域の長さより長い」ことを意味し、第２空間が２次元のものである場合は、「第２領域の面積は第１領域の面積よりも広い」ことを意味し、第２空間が３次元のものである場合は、「第２領域の体積は第１領域の体積よりも大きい」ことを意味するものとする。
【００３８】
このように、観測点が中心位置に近い箇所ほど出現確率の高い確率分布にしたがうものであるため、中心エリアである第１領域をより高精細に把握し、周辺エリアである第２領域はやや大雑把ではあるが短時間で広範囲の情報を把握することができる。このような効果を一層有効に発揮させるため、第２領域は第１領域よりも１５％以上広いことが好ましく、３０％以上広いことがより好ましく、５０％以上広いことがさらに好ましく、８０％以上広いことがいっそう好ましい。
【００３９】
光学顕微鏡に実施の形態１のステップＷおよびステップＸを適用する場合、観察対象となる試料に照射する光をガルバノミラーで偏向させることによって制御すれば効率的で迅速な走査を行える。
【００４０】
図４〜図６は、それぞれ第２空間に設定された観測点の分布例を一次元的に示すものである。図４は観測点が正規分布にしたがって存在している例であり、図５は観測点が三角分布にしたがって存在している例であり、図６は観測点が階段状に分布している例である。
【００４１】
第２走査の中心は、第２空間の中心に必ずしも合致させる必要はない。好ましくは、第２走査の実行前に、第２空間内を走査（以下、「プレ第２走査」と記載する）することにより第２空間内にコントラスが強い等の有意なデータが存在している特定の位置を把握しておき、当該特定位置を中心として第２走査を行えば、有意なデータが存在している特定位置をよりいっそう重点的に解像することができる。プレ第２走査の走査法として、ラスタースキャンや一様ランダム走査等の一様な走査法を用いることが望ましい。
【００４２】
（２−２）ステップＹ
ステップＹは、上述のステップＸにより特定された観測点に対応する箇所の像データを取得するステップであり、基本的には観測点と同数の像データを取得するものであるが、取得する像データの数は観測点の数より少なくても構わない。情報の取得には、公知のアレイセンサを用いることもできるし、フォトダイオードなど単数のセンサを用いることもできる。
【００４３】
（３）第２走査ステップの継続／終了
第２空間内の特定の観測点に対応する箇所の像データを取得が完了すれば、図１に示すように、処理はステップＸに戻され、同一の第２空間内において次の観測点を決定するプロセスが実行される。第２走査はこのようにして繰り返し継続されるのであるが、観測点の数が所定の値に到達した場合には第２空間内の像データが十分取得できたとして第２走査ステップを終了することができる。
【００４４】
なお上記（３）で説明したように観測点の数が所定の値に到達した場合に第２走査ステップを終了することとは異なり、第２走査がｎ回繰り返し継続された後、観測点の数が所定の値に到達していなくても終了することもできる。例えば、第２走査ステップにおいてｎ個目（ｎは自然数）の観測点の位置を決定するステップをステップＸｎとし、当該観測点に対応するｎ個目の像データを取得するステップをステップＹｎとしたとき、ステップＸ１を実行する時点においては第２走査ステップにおいて取得する観測点の個数は確定させずに、ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された一又は複数の像データが所定条件を満足したときにも当該第２走査ステップを早期に終了することができる。
【００４５】
（ア）早期終了その１
例えば、ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された像データにより既に十分なコントラストなど有意な情報を得ている場合は当該第２空間の概略像が把握できたとして第２走査ステップを早期に終了して他の第２空間の走査に移行することができる。他方ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された像データだけでは未だ有意な情報を得ていない場合は当該第２空間をさらに詳しく解像するために第２走査ステップを継続することもできる。
【００４６】
（イ）早期終了その２
上記（ア）とは逆に、上記ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された像データでは未だ十分な強度の情報を得ていない場合は、当該エリアには有意な情報があまり含まれていないと判断して第２走査ステップを早期に終了して処理をステップＷに移して他の第２空間の走査を開始することができる。他方ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された像データによりコントラストなど有意な像情報を得ている場合には当該像の解像度をさらに上げるため第２走査ステップを継続することもできる。
【００４７】
図７は、実施の形態１にかかる早期終了、または次に説明する実施の形態２にかかる早期終了の方法にて走査された観測点の分布例を示すものである。図７に示すように、３つの第２空間内でそれぞれ複数の観測点が走査されているが、第２空間によって観測点の数が異なる。このように各々の第２空間によって所定条件が満たされるタイミングが異なるため、観測点の数が少なく済んでいる第２空間と比較的多数の観測点を走査している第２空間とが混在している状態となる。観測点の数が少なく済んでいる第２空間は、像データの早期取得に特に貢献している部分である。
【００４８】
第２走査ステップの終了条件としては更に具体的な方法があるが、次に説明する本発明の実施の形態２にかかる像データの取得方法の説明と重複する部分もあるため早期終了に関する説明は一旦終了する。
【００４９】
（４）第１走査ステップの継続／終了
所定の第２空間の像データ取得が完了していなければ、図１に示すように、処理はステップＷに戻され、第１空間内において次の第２空間の位置を決定するプロセスが実行される。第１走査はこのようにして繰り返し継続されることにより複数の第２空間の像データが取得できる。第２空間の数が所定の値に到達した場合には第１空間内の像データが十分取得できたとして第１走査ステップを終了し、像データ取得の全工程を完了することができる。
【００５０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における像データの取得方法は、１次元または２次元または３次元である第１空間内を走査する第１走査ステップと、前記第１空間に含まれる第２空間内を走査する第２走査ステップとを有する被写体の像データを取得する方法であって、第１走査ステップは、第１空間内において第２空間の位置を決定するステップＷを有しており、第２走査ステップは、第２空間内においてランダムに観測点の位置を決定（以下、「第２ランダム決定」と記載）するステップＸと、観測点の像データを取得するステップＹとを有しており、第２走査ステップにおいてｎ個目（ｎは自然数）の観測点の位置を決定するステップをステップＸｎとし、当該観測点に対応するｎ個目の像データを取得するステップをステップＹｎとしたとき、ステップＸ１を実行する時点においては前記第２走査ステップにおいて取得する観測点の個数は確定しておらず、ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された一又は複数の像データが所定条件を満足したときに当該第２走査ステップを終了するものである。
【００５１】
実施の形態２における像データの取得方法は、実施の形態１と同じく図１のフローチャートによって実行されるものである。実施の形態１と実施の形態２が異なるのは、図１中の「（２−１）第２空間内においてランダムに１つの観測点の位置を決定するステップＸ」の具体的内容と、図１中の「（３）第２空間の走査継続／終了」の具体的内容の２点のみであるので、以下、この２つの相違部分を中心に説明する。
【００５２】
まず、上記（２−１）のステップに関し、実施の形態１では観測点がランダムに決定されることの要件の他に、「前記第２ランダム決定により定められた観測点の集合は、観測点のうち５０％を含んでいる第１領域と、当該第１領域の外側に存在しており残りの５０％の観測点を含んでいる第２領域とを有しており、当該第２領域は前記第１領域よりも広い」という要件が存在しているのに対して、実施の形態２では観測点がランダムに決定されることの以外に特段の要件はない。
【００５３】
次に、（３）の第２空間の走査継続／終了のステップに関し、実施の形態１では特段の要件がないのに対して、実施の形態２では、「第２走査ステップにおいてｎ個目（ｎは自然数）の観測点の位置を決定するステップをステップＸｎとし、当該観測点に対応するｎ個目の像データを取得するステップをステップＹｎとしたとき、ステップＸ１を実行する時点においては第２走査ステップにおいて取得する観測点の個数は確定しておらず、ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された一又は複数の像データが所定条件を満足したときに当該第２走査ステップを終了する」という要件が存在している点において異なる。しかし当該要件は、実施の形態１の（３）において十分に説明しているため、重複する説明は省略する。
【００５４】
（共通事項）
以下、実施の形態１においても実施の形態２においても共通する任意事項について説明する。実施の形態１の一部の態様および実施の形態２において、第２空間の走査を所定条件のもとに終了させることについて説明したが、当該所定条件は、一又は複数の像データを引数とする強度関数が所定値以下となることを含む。強度関数は、一又は複数の像データにおける強度の単純総和とすることもできるし、重み付けを伴った総和とすることもできる。その他、強度関数としては強度のエントロピーを示すもの、強度の標準偏差を示すものを用いることができる。
【００５５】
実施の形態１の一部の態様および実施の形態２において、ステップＹｎによるｎ点目のデータ取得が完了した時点における強度関数は、（ｎ−ｍ）点目からｎ点目までのｍ個の像データを引数とするものであってもよい。ステップＹｎによる１点目から（ｎ−ｍ−１）点目までの像データは敢えて無視して、（ｎ−ｍ）点目からｎ点目までのｍ個の像データを引数とすることにより、第２走査の走査途中で出現した直近のｍ個の像データに基づいて第２走査終了の可否を判断することができるからである。
【００５６】
実施の形態１および実施の形態２において、第２空間内において既に走査された観測点から所定距離以内の領域は走査しないことも好ましい態様である。既に走査された点から所定距離以内の領域の像データは、既に得た像データと近似している可能性が相対的に高いため、観測点から離れた領域を優先して走査するほうが像データの早期完成の観点で好ましいためである。
【００５７】
実施の形態１および実施の形態２において、より数の少ない第２空間によって第１空間全体像を早期にカバーする観点から、第１走査ステップにより位置を決定された複数の第２空間は、互いに離散的となるように選択されていることが好ましい。例えば、第１空間の外周線（または外周面）および既に第２走査が完了した第２空間に内接する内接円（または内接球）の直径が最大となるものの中において次なる第２空間が選択されることが好ましい。また、既に第２走査が完了した第２空間同士が接することがないように次なる第２空間が選択されることが好ましい。
【００５８】
実施の形態１および実施の形態２において、第１走査ステップは、該第１空間内においてランダムに第２空間の位置を決定（第１ランダム決定）するものであることが好ましい。例えば、第１空間の全体像の把握に４８時間を要するような微弱信号の観察をする場合、第１走査ステップをラスタースキャンによる走査を行う場合は４８時間が経過するまでは第１空間の全体像は把握できないが、第１ランダム決定によれば、最初の例えば２４時間で全体像が概ね把握可能であり、得られた像データから見て残りの２４時間は、観察を打ち切るか、更に解像度を上げるための観察を継続するかの選択肢を得ることができる。また第１ランダム決定は、例えば一様乱数にしたがうものであることも好ましく実施し得る。
【００５９】
実施の形態１および実施の形態２において、一のステップＷと他の前記ステップＷとの間に、第２走査ステップが実行されることも好ましく実施し得るが、複数のステップＷを同時に実行することにより最初の第２走査を開始する前に、全ての第２空間の位置の特定が完了していても良い。
【００６０】
実施の形態１および実施の形態２において、第１空間内において、第２空間は所定グリッドに沿って配置されることが好ましい。グリッドの存在により、第２空間同士が重なってしまうことによる非効率の発生を回避することができるからである。
【００６１】
実施の形態１および実施の形態２において、第１走査ステップにおいて、ｋ番目（ｋは自然数）に第２空間の位置を決定するステップをステップＷｋとしたとき、所定グリッド内の空間であって前記ステップＷ１〜Ｗｋの実行により既に決定されたｋ個の第２空間以外である残存第２空間が（ｋ＋１）番目の第２空間に決定される確率は、それぞれ同様に確からしいものとすることが好ましい。これは、既に説明したように複数の第２空間が互いに離散的に配置されるようにするための一つの手法である。
【００６２】
以上のように説明した像データの取得方法を実行するためのプログラムは、当該方法をコンピュータ上で実行するために有用なものである。当該プログラムは、像データの測定用装置に蓄積されているものであっても良いし、インターネットを経由して利用可能な状態に蓄積されているものであってもよい。
【００６３】
以上説明した像データの取得方法を実施できる共焦点顕微鏡、ラマン顕微鏡は高速高精細な像の取得デバイスとして非常に有用である。
【実施例】
【００６４】
以下、実際に光学顕微鏡を用いて、試料の像を形成する過程において上記実施の形態１にかかる方法（実施例１）、および実施の形態２にかかる方法（実施例２）によって像データを作成する実験、および、２段階走査を行わない従来のラスタースキャンの方法で像データ（比較例１、比較例２）を作成する実験を行ったので、以下、得られた像について説明する。像生成の詳細な条件は、以下の通りである。
【００６５】
使用した顕微鏡：ナノフォトン社製  ＲＡＭＡＮ  ｄｒｉｖｅ
実験に用いた試料：ポリスチレン粒子
顕微鏡の拡大倍率：１００倍
総観測点数：８０００ピクセル
【００６６】
（実施例１および比較例１）
図８〜図１５は、実施例１および比較例１の方法により得られた像データであり、各々の図において左半分に実施例１の像データ、右半分に比較例１の像データを隣接して表示したものである。図８〜図１５は、それぞれ像データ生成における途中過程を示しており、図８は、１０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図９は、２０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図１０は、３０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図１１は、４０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図１２は、５０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図１３は、６０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図１４は、７０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図１５は、８０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものである。
【００６７】
図１５から分かるように、画面右半分に表示されている比較例１により取得された像データは、走査がまだ画面全体の８０％程度しか走査が進んでおらず画面の下部約２０％の領域では像情報が全く得られていない。これに対して画面左半分に表示されている実施例１により取得された像データは視野全面にわたってほぼ完成しており、比較例１の像では全く確認できない特徴的な像８が現われている。
【００６８】
（実施例２および比較例２）
図１６〜図２３は、実施例２および比較例２の方法により得られた像データであり、各々の図において左半分に実施例２の像データ、右半分に比較例２の像データを隣接して表示したものである。図１６〜図２３は、それぞれ像データ生成における途中過程を示しており、図１６は、１０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図１７は、２０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図１８は、３０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図１９は、４０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図２０は、５０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図２１は、６０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図２２は、７０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものであり、図２３は、８０００ピクセルの走査が完了した時点の像データを示すものである。
【００６９】
図２３から分かるように、画面右半分に表示されている比較例２により取得された像データは、走査がまだ画面全体の４０％程度しか走査が進んでおらず画面の下部約６０％の領域では像情報が全く得られていない。これに対して画面左半分に表示されている実施例２により取得された像データは視野全面にわたってほぼ完成しており、比較例２の像では全く確認できない特徴的な像８が現われている。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
例えばレーザー走査顕微鏡や走査型電子顕微鏡の他、レーザーレーダーや天体観測、電子ビームリソグラフィーや集束イオンビーム加工、３次元プリンターによる加工（２光子光重合法によるものを含む）、レーザーディスプレイ、レーザーテレビなどの表示システムなどの分野において、今後ますます大画面の効率的短時間走査が必要となり、これらは本発明の利用分野として適している。更には、ラマン散乱顕微鏡を初めとした微弱信号の画像分析をする最先端の計測機器が本発明を用いたものに一新される可能性もある。
【符号の説明】
【００７１】
１〜７：  第１走査の走査軌跡（第２空間の中心位置）
８：  比較例では観察されていない像
【図１】
2020166042.tif 000003
【図２】
2020166042.tif 000004
【図３】
2020166042.tif 000005
【図４】
2020166042.tif 000006
【図５】
2020166042.tif 000007
【図６】
2020166042.tif 000008
【図７】
2020166042.tif 000009
【図８】
2020166042.tif 000010
【図９】
2020166042.tif 000011
【図１０】
2020166042.tif 000012
【図１１】
2020166042.tif 000013
【図１２】
2020166042.tif 000014
【図１３】
2020166042.tif 000015
【図１４】
2020166042.tif 000016
【図１５】
2020166042.tif 000017
【図１６】
2020166042.tif 000018
【図１７】
2020166042.tif 000019
【図１８】
2020166042.tif 000020
【図１９】
2020166042.tif 000021
【図２０】
2020166042.tif 000022
【図２１】
2020166042.tif 000023
【図２２】
2020166042.tif 000024
【図２３】
2020166042.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月13日(2019.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元または２次元または３次元である第１空間内を走査する第１走査ステップと、
前記第１空間に含まれる第２空間内を走査する第２走査ステップと、
を有する、被写体の像データを取得する方法であって、
前記第１走査ステップは、第１空間内において第２空間の位置を決定するステップＷを有しており、
前記第２走査ステップは、前記第２空間においてランダムに観測点の位置を決定（以下、「第２ランダム決定」と記載）するステップＸと、前記観測点の像データを取得するステップＹとを有しており、
前記第２ランダム決定により定められた観測点の集合は、観測点のうち５０％を含んでいる第１領域と、当該第１領域の外側に存在しており残りの５０％の観測点を含んでいる第２領域とを有しており、当該第２領域は前記第１領域よりも１５％以上広いことを特徴とする像データの取得方法。
【請求項２】
前記第２走査ステップを開始する前に前記第２空間内を走査するプレ第２走査ステップを更に有しており、前記第２走査ステップの走査中心を前記プレ第２走査ステップにより決められる特定位置に合せる請求項１に記載の像データの取得方法。
【請求項３】
前記第２走査ステップにおいてｎ個目（ｎは自然数）の観測点の位置を決定するステップをステップＸｎとし、当該観測点に対応するｎ個目の像データを取得するステップをステップＹｎとしたとき、ステップＸ１を実行する時点においては前記第２走査ステップにおいて取得する観測点の個数は確定しておらず、ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された一又は複数の像データが所定条件を満足したときに当該第２走査ステップを終了する請求項１または２に記載の像データの取得方法。
【請求項４】
１次元または２次元または３次元である第１空間内を走査する第１走査ステップと、
前記第１空間に含まれる第２空間内を走査する第２走査ステップと、
を有する、被写体の像データを取得する方法であって、
前記第１走査ステップは、第１空間内において第２空間の位置を決定するステップＷを有しており、
前記第２走査ステップは、前記第２空間においてランダムに観測点の位置を決定（以下、「第２ランダム決定」と記載）するステップＸと、前記観測点の像データを取得するステップＹとを有しており、
前記第２走査ステップにおいてｎ個目（ｎは自然数）の観測点の位置を決定するステップをステップＸｎとし、当該観測点に対応するｎ個目の像データを取得するステップをステップＹｎとしたとき、ステップＸ１を実行する時点においては前記第２走査ステップにおいて取得する観測点の個数は確定しておらず、ステップＹ１〜ステップＹｎにより取得された一又は複数の像データが所定条件を満足したときに当該第２走査ステップを終了することを特徴とする像データの取得方法。
【請求項５】
前記所定条件は、前記一又は複数の像データを引数とする強度関数が所定値以下となることである請求項３または４に記載の像データの取得方法。
【請求項６】
前記ステップＹｎによるｎ点目のデータ取得が完了した時点における前記強度関数は、（ｎ−ｍ）点目からｎ点目までのｍ個の像データを引数とするものである請求項５に記載の像データの取得方法。但し、ｍおよびｎは自然数であり、ｍ＜ｎである。
【請求項７】
前記第２空間内において既に走査された観測点から所定距離以内の領域は走査しない請求項１〜６のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項８】
前記第１走査ステップにより位置を決定された複数の第２空間は、互いに離散的となるように選択されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項９】
前記第１走査ステップは、該第１空間内においてランダムに前記第２空間の位置を決定（以下、「第１ランダム決定」と記載）するものである請求項１〜８のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項１０】
前記第１ランダム決定は、一様乱数にしたがうものである請求項９に記載の像データの取得方法。
【請求項１１】
前記第２ランダム決定は、正規乱数にしたがうものである請求項１〜１０のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項１２】
一の前記ステップＷと他の前記ステップＷとの間に、前記第２走査ステップが実行される請求項１〜１１のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項１３】
前記第１空間内において、前記第２空間は、所定グリッドに沿って配置される請求項１〜１２のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項１４】
前記第１走査ステップにおいて、ｋ番目（ｋは自然数）に第２空間の位置を決定するステップをステップＷｋとしたとき、前記所定グリッド内の空間であって前記ステップＷ１〜Ｗｋの実行により既に決定されたｋ個の第２空間以外である残存第２空間が（ｋ＋１）番目の第２空間に決定される確率は、それぞれ同様に確からしい請求項１３に記載の像データの取得方法。
【請求項１５】
前記第１空間内において、ステップＷの累積実行回数が所定値となった場合に像データの取得を終了する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の像データの取得方法。
【請求項１６】
１次元または２次元または３次元である第１空間内を走査する第１走査ステップと、
前記第１空間に含まれる第２空間内を走査する第２走査ステップと、
を有する、被写体の像データを取得する方法であって、
前記第１走査ステップは、第１空間内において第２空間の位置を決定するステップＷを有しており、
前記第２走査ステップは、前記第２空間においてランダムに観測点の位置を決定（第２ランダム決定）するステップＸと、前記観測点の像データを取得するステップＹとを有しており、
前記第２ランダム決定により定められた観測点の集合は、観測点のうち５０％を含んでいる第１領域と、当該第１領域の外側に存在しており残りの５０％の観測点を含んでいる第２領域とを有しており、当該第２領域は前記第１領域よりも広いものであり、
前記第２走査ステップを開始する前に前記第２空間内を走査するプレ第２走査ステップを更に有しており、前記第２走査ステップの走査中心を前記プレ第２走査ステップにより決められる特定位置に合せることを特徴とする像データの取得方法。
【請求項１７】
１次元または２次元または３次元である第１空間内を走査する第１走査ステップと、
前記第１空間に含まれる第２空間内を走査する第２走査ステップと、
を有する、被写体の像データを取得する方法であって、
前記第１走査ステップは、第１空間内において第２空間の位置を決定するステップＷを有しており、
前記第２走査ステップは、前記第２空間においてランダムに観測点の位置を決定（第２ランダム決定）するステップＸと、前記観測点の像データを取得するステップＹとを有しており、
前記第２ランダム決定により定められた観測点の集合は、観測点のうち５０％を含んでいる第１領域と、当該第１領域の外側に存在しており残りの５０％の観測点を含んでいる第２領域とを有しており、当該第２領域は前記第１領域よりも広いものであり、
前記第１走査ステップは、該第１空間内においてランダムに前記第２空間の位置を決定（第１ランダム決定）するものである像データの取得方法。
【請求項１８】
１次元または２次元または３次元である第１空間内を走査する第１走査ステップと、
前記第１空間に含まれる第２空間内を走査する第２走査ステップと、
を有する、被写体の像データを取得する方法であって、
前記第１走査ステップは、第１空間内において第２空間の位置を決定するステップＷを有しており、
前記第２走査ステップは、前記第２空間においてランダムに観測点の位置を決定（第２ランダム決定）するステップＸと、前記観測点の像データを取得するステップＹとを有しており、
前記第２ランダム決定により定められた観測点の集合は、観測点のうち５０％を含んでいる第１領域と、当該第１領域の外側に存在しており残りの５０％の観測点を含んでいる第２領域とを有しており、当該第２領域は前記第１領域よりも広いものであり、
一の前記ステップＷと他の前記ステップＷとの間に、前記第２走査ステップが実行される像データの取得方法。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の像データの取得方法を実行するプログラム。
【請求項２０】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の像データの取得方法を実行する共焦点顕微鏡。
【請求項２１】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の像データの取得方法を実行するラマン顕微鏡。