(57)【要約】  試料の効果的なサブサンプリングを提供し、実際の情報の表現を再構成するために修復する、分析機器用のまばらなサンプリング手法およびプローブシステムが開示される。サブサンプリングは、第１の方向に向かってライン状に延び第２の方向にランダム摂動を有する走査経路に沿った位置にある、連続した測定値の逐次取得を意味する。摂動は、ラインから所定の距離内に限定される。修復技法が、試料に関する実際の情報の表現を再構成するために、測定値の間で利用される。
2019525408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析プローブを用いたまばらなサンプリングの方法であって：
ａ）第１の方向に向かってライン状に延び第２の方向にランダム摂動を有する走査経路に沿った位置にある、複数の連続した測定値を逐次モードで取得すること；および
ｂ）測定値の間で修復し、実際の情報の表現を再構成すること
を含む前記方法。
【請求項２】
ランダム摂動は、ラインから所定の距離内に限定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記取得する工程を試料領域の別々の部分で繰り返し、それによって、実質的に試料領域全体にわたって測定値を取得することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複数のラインは隣り合い、蛇行ライン形または鋸歯ライン形に似ている、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ラインは曲線状の形を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記取得することは、分析プローブおよび測定値が取得される試料を互いに動かすことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記取得することは、滞在時間の間に測定値が取得される位置のそれぞれに分析プローブを保持することをさらに含み、この滞在時間は、分析プローブの位置的不確実性に関連する立ち上がり時間未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
滞在時間は立ち上がり時間の５０％以上である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
滞在時間は立ち上がり時間の７０％から９０％の間である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記取得することは、物理的チップを用いて試料を検知することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記取得することは、試料を荷電粒子ビーム、中性粒子ビーム、電磁ビーム、または光学ビームで照明することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記照明することは、実質的に一定の照明強度で照明することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
まばらなサンプリング分析プローブシステムであって：
ａ）試料および分析プローブを互いに動かすように、かつ、第１の方向に向かってライン状に延び第２の方向にランダム摂動を有する走査経路に沿って、分析プローブを試料の上で走査するように構成された位置決めシステムであって、ランダム摂動はラインから所定の距離内に限定される、位置決めシステムと；
ｂ）走査経路に沿った位置にある複数の連続した測定値を逐次モードで取得するように構成された測定システムと；
ｃ）測定値に基づいて修復技法を適用するように、かつ、実際の情報の表現を再構成するように構成された修復再構成システムと
を含む前記まばらなサンプリング分析プローブシステム。
【請求項１４】
分析プローブは、試料を荷電粒子ビーム、中性粒子ビーム、電磁ビーム、または光学ビームを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
分析プローブは、測定値が取得されるすべての位置で実質的に一定の照明強度を有する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
位置決めシステムは電磁偏向器を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
電磁偏向器は走査コイルを含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
位置決めシステムは静電偏向器を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
分析プローブは物理的チップを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
位置決めシステムは圧電マニピュレータ、光学素子、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
ラインは蛇行形または鋸歯形の連続部分を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２２】
ラインは曲線状のライン形を有する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２３】
位置決めシステムは、滞在時間の間に測定値が取得される位置のそれぞれに分析プローブを保持するようにさらに構成され、この滞在時間は、分析プローブの位置的不確実性に関連する立ち上がり時間未満である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２４】
滞在時間は立ち上がり時間の５０％以上である、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
滞在時間は立ち上がり時間の７０％から９０％の間である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
修復再構成システムは、メモリデバイスに記憶された修復ソルバを含み、この修復ソルバはベルヌーイ辞書学習技法、β処理ファクタ分析技法、またはこれらの組み合わせを適用する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２７】
実際の情報の表現は、Ｎ個の画素を有する画像を含み、複数の測定値は、Ｎ個の画素の１％、２％、３％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３３％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、または９０％以下である、請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権
本発明は、２０１７年７月７日出願のＳｐａｒｓｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｂｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓという名称の米国特許出願第１５／６４３，８６２号の優先権を主張し、同特許出願は、２０１６年７月１９日出願のＡｃｃｕｒａｔｅ  Ｓｐａｒｓｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｌｏｗ−Ｄｏｓｅ  ＳＴＥＭ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｏｎｌｙ  ｔｈｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  Ｓｃａｎ  Ｃｏｉｌｓという名称の米国特許仮出願第６２／３６４，１７６号の優先権を主張する。
【０００２】
政府支援の確認
本発明は、米国エネルギー省から認められた契約ＤＥ−ＡＣ０５７６ＲＬ０１８３０の政府支援により行われた。政府は本出願の一定の権利を有する。
【０００３】
本発明は一般に、分析計測装置およびコンピュータイメージングと、このような分析計測装置およびコンピュータイメージングの使用とに関し、詳細には、分析プローブを用いたまばらなサンプリングと、実際の情報の表現を再構成するための修復とに関する。
【背景技術】
【０００４】
顕微鏡、分光計および回折計を例として含み得る分析機器の進歩により、これらの機器から得られるデータの量と質が劇的に改善した。たとえば、試料の顕微鏡写真において現在達成できる空間分解能は過去のものよりずっと洗練されている。しかし、実際には、得られる情報の量と質は現在、試料の観察者効果および／またはあまりに長い取得時間によって制限されることが多い。
【０００５】
試料をサブサンプリングすることによって得られた疎データセットから、完全にサンプリングされた情報の表現を再構成するためのコンピュータイメージング技法を適用することにより、観察者効果および取得時間を理論的に最小限にすることができる。しかし、分析機器の操作上の制限事項がサブサンプリングの成功を妨げるおそれがあり、このことがこのようなコンピュータイメージング技法の実施を困難および／または不可能なものにし得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、観察者効果および取得時間を最小限にするサブサンプリングおよび関連のコンピュータイメージング技法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
分析プローブを用いたまばらなサンプリングの方法が開示される。まばらなサンプリング分析プローブシステムもまた開示される。本発明者らは、逐次モードのまばらなサンプリング中の分析プローブ位置割り当てに関する高い不確実性の問題が、本明細書に開示されるまばらなサンプリング方法および分析プローブシステムの実施形態により成功裏に解決されると判断した。この高い不確実性は、試料と分析プローブを互いに動かす位置決めシステムの動的応答により、目標位置と実際のサンプリング位置の間に著しい遅延が生じる可能性があるために存在する。本発明者らは、実際の情報の表現を再構成するために帰属値を決定するように測定値間で修復することが、圧縮センシングと区別され、走査分析プローブを伴うサンプリングの逐次モードで特に効果的であると判断した。
【０００８】
１つの実施形態では、分析プローブを用いたまばらなサンプリングの方法が、第１の方向に向かってライン状に延び第２の方向にランダム摂動を有する走査経路に沿った位置にある、複数の連続した測定値を逐次モードで取得することを含み、ランダム摂動は、ラインから所定の距離内に限定される。この方法は、測定値の間で修復し、実際の情報の表現を再構成することをさらに含む。特定の実施形態では、取得する工程は、試料領域の別々の部分で繰り返され、それによって、実質的に試料領域全体にわたって測定値が取得される。特定の実施形態では、複数のラインが隣り合い、蛇行ライン形または鋸歯ライン形に似ている。特定の実施形態では、ラインは曲線状の形を有する。特定の実施形態では、取得することは、分析プローブおよび測定値が取得される試料を互いに動かすことをさらに含む。特定の実施形態では、取得することは、滞在時間の間に測定値が取得される位置のそれぞれに分析プローブを保持することをさらに含み、この滞在時間は、分析プローブの位置的不確実性に関連する立ち上がり時間未満である。特定の実施形態では、滞在時間は立ち上がり時間の５０％以上である。特定の実施形態では、滞在時間は立ち上がり時間の７０％から９０％の間である。特定の実施形態では、取得することは、物理的チップを用いて試料を検知することをさらに含む。特定の実施形態では、取得することは、試料を荷電粒子ビーム、中性粒子ビーム、電磁ビーム、または光学ビームで照明することを含む。
【０００９】
１つの実施形態では、まばらなサンプリング分析プローブシステムは、試料および分析プローブを互いに動かすように、かつ、第１の方向に向かってライン状に延び第２の方向にランダム摂動を有する走査経路に沿って、分析プローブを試料の上で走査するように構成された位置決めシステムであって、ランダム摂動がラインから所定の距離内に限定される位置決めシステムと；走査経路に沿った位置にある複数の連続した測定値を逐次モードで取得するように構成された測定システムと；測定値に基づいて修復技法を適用するように、かつ、実際の情報の表現を再構成するように構成された修復再構成システムとを含む。特定の実施形態では、分析プローブは、荷電粒子ビーム、中性粒子ビーム、電磁ビーム、または光学ビームを含む。特定の実施形態では、分析プローブは、測定値が取得されるすべての位置で実質的に一定の照明強度を有する。特定の実施形態では、位置決めシステムは電磁偏向器を含む。特定の実施形態では、電磁偏向器は走査コイルを含む。特定の実施形態では、位置決めシステムは静電偏向器を含む。特定の実施形態では、分析プローブは物理的チップを含む。特定の実施形態では、位置決めシステムは圧電マニピュレータ、光学素子、またはこれらの組み合わせを含む。特定の実施形態では、ラインは蛇行形または鋸歯形の連続部分を含む。特定の実施形態では、ラインは曲線状のライン形を有する。特定の実施形態では、位置決めシステムは、滞在時間の間に測定値が取得される位置のそれぞれに分析プローブを保持するようにさらに構成され、この滞在時間は、分析プローブの位置的不確実性に関連する立ち上がり時間未満である。特定の実施形態では、滞在時間は立ち上がり時間の５０％以上である。特定の実施形態では、滞在時間は立ち上がり時間の７０％から９０％の間である。特定の実施形態では、修復再構成システムは、メモリデバイスに記憶された修復ソルバを含み、この修復ソルバはベルヌーイ辞書学習技法、β処理ファクタ分析技法、またはこれらの組み合わせを適用する。特定の実施形態では、実際の情報の表現は、Ｎ個の画素を有する画像を含み、複数の測定値は、Ｎ個の画素の２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、または９０％以下である。
【００１０】
前述の概要および後述の要約の目的は、米国特許商標局および公衆一般が、特許または法律用語または語法になじみのない当技術分野の特に科学者、技術者、および実践者が、本出願の技法的開示の特質および本質を大まかな検証によりすぐに確認できるようにすることである。概要も要約も、特許請求の範囲によって判断される本出願の発明を画成するものではなく、特許請求の範囲に関してもまた何ら制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１Ａ〜図１Ｂは、本明細書に記載の走査経路の図である。図１Ａは、本明細書に記載の実施形態による、走査経路が横方向に向かってライン状に延び（黒ライン）、ライン間にランダム垂直スペーシング（すなわち、スキップライン）がある、ランダムラインスキップサブサンプリングの図である。図１Ｂは、従来のラスタスキャン経路を５０％、３３％、および２０％ラインホップサブサンプリングと比較する図であり、本明細書に記載の実施形態により、ランダム垂直摂動がラインから所定の距離内に制限されている。
【図２】図２Ａ〜図２Ｆは、本明細書に記載の実施形態による、走査経路の要素を構成するライン形を示す図である。第２の方向に沿った摂動は示されていない。図２Ａは、分析プローブフライバック（点線）と共に横ライン形を示す。図２Ｂは鋸歯ライン形である。図２Ｃは螺旋多角形であり、具体的には四辺形ライン形である。図２Ｄは非正弦波形であり、具体的には矩形波形ライン形である。図２Ｅは曲線状のライン形であり、具体的には螺旋である。図２Ｆは別の曲線状のライン形であり、具体的には蛇行波形または正弦波形である。
【図３−１】ＳＴＥＭ（図３Ａ）、ＳＥＭ（図３Ｂ）、ＳＩＭＳ（図３Ｃ）、ＡＦＭ（図３Ｄ）、および走査型近接場光学分光計（図３Ｅ）を含む、様々な分析機器を示す図である。
【図３−２】図３−１の続き。
【図３−３】図３−２の続き。
【図４】図４Ａ〜図４Ｆは、ベルヌーイサンプリングによる理論的サブサンプリングとラインホップによる理論的サブサンプリングとを比較している画像およびグラフである。分析プローブによってサブサンプリングされた部位の完全ランダム配置の（比較目的のための）一例として、試料の二次元ベルヌーイサンプリングを示す図である。図４Ｂは、電子ビームの動きが走査コイルの誘導によって決定されるという仮定に基づいて、ＪＥＯＬ  ＡＲＭ  ２００の走査コイルで実験的に得られた立ち上がり時間を示すグラフである。図４Ｃは、試料の「ラインホップ」サンプリングを示す図であり、本発明の実施形態により、複数の走査経路が第１の方向に向かってライン状に延び、第２の方向にランダム摂動を有する。図４Ｄおよび図４Ｅは、それぞれＸ軸およびＹ軸に沿って電子ビームのシミュレーションされた位置を、立ち上がり時間の８０％に相当する滞在時間について示すグラフである。図４Ｆは、ベルヌーイランダムサンプリングと図１および図２Ａに示された走査パターンのようなラインホップサンプリングとを比較する、デジタルサブサンプリングされたＡｕ標準画像から理論的に得られたピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）を示すグラフである。
【図５】図５Ａ〜５Ｆは、ＮｉＴｉＯ３試料を完全にサンプリングすること、およびサブサンプリングすることから得られた顕微鏡写真である。図５Ａは、ＮｉＴｉＯ３試料を完全にサンプリングすることによって得られた完全なデータセットから生成された顕微鏡写真である。図５Ｂは、完全なデータセットに含まれる測定値の数の５０％のラインホップサブサンプリングによって得られた疎データセットから生成された顕微鏡写真である。図５Ｃは、図５Ａに示されたようなフルサンプリング顕微鏡写真を表すために、図５Ｂの疎データセットから再構成された顕微鏡写真である。図５Ｄは、完全なデータセットに含まれる測定値の数の２０％でのラインホップサブサンプリングによって得られた疎データセットから生成された顕微鏡写真である。図５Ｅは、図５Ａに示されたようなフルサンプリング顕微鏡写真を表すために、図５Ｄの疎データセットから再構成された顕微鏡写真である。すべてのデータセットが３１．３５ｓの滞在時間で取得された。
【図６】図６Ａ〜図６Ｂは、ＣａＣＯ３試料の顕微鏡写真である。図６Ａは、２０％でのラインホップサブサンプリングによって得られた疎データセットから生成された顕微鏡写真である。図６Ｂは、フルサンプリング顕微鏡写真を表すために、図６Ａの疎データセットから再構成された顕微鏡写真である。疎データセットは、滞在時間が３１，３５ｓである６ｐＡ電子ビームプローブを用いて取得された。画像の画素サイズは０．２７１９であり、３１７５ｅ／Ａ２の線量と関係づけられる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
コンピュータイメージング技法は、顕微鏡、分光計、および回折計などの分析機器によって分析される試料の総取得時間ならびに有害な観察者効果の大幅な低減を可能にする。本開示によれば、試料に関する有用な情報が、適切な基底系を用いてよりずっとまばらな形で適切に表される。この適切な基底系は、従来の「画素ごと」の取得よりも著しく少ない測定値から完全に回復される（したがって、観察者効果が低減する）。たとえば、電子ビームプローブを利用する分析機器では、試料をサブサンプリングすることによって取得された疎データセットから完全な顕微鏡写真を回復するには、必要とされる取得時間が（完全な画素ごとのサンプリングと比較して）短く、線量が少なく（すなわち、試料の電子ビーム露光が少なく）、それによって試料の電子ビームダメージが最小限になる。
【００１３】
測定を行っている間に分析プローブが移動して試料の１つの領域を走査する分析機器で使用されるような、逐次データ取得モードでは、疎データセットを取得するには分析プローブを適切な、ランダムでまばらな測定位置に位置決めする必要がある。しかし、分析プローブ位置決めシステムにおけるダイナミクスにより、目標プローブ位置と実際のプローブ位置の間に遅延が生じ得る。分析プローブの制御に影響を及ぼす不十分なダイナミクスの例としては、プローブの位置の振動、およびプローブの動きのヒステリシスがあり得る。プローブ位置の速い、および／または大きい変化が、プローブ位置決めシステムダイナミクスに関連する問題を悪化させる。走査分析プローブシステムにおける、まばらなサンプリング中の分析プローブ位置割り当てに関する高い不確実性の問題により、コンピュータイメージング技法およびその付随する利点を実際的に実現することが妨げられる。
【００１４】
試料を効果的にサブサンプリングするための、およびコンピュータイメージング技法を適用するための実施形態が開示される。これらの実施形態は、第１の方向に向かってライン状に延び第２の方向にランダム摂動を有する走査経路に沿った位置にある、連続した測定値の逐次取得を含む。摂動は、ラインから所定の距離内に制限される。修復技法が、試料に関する実際の情報の表現を再構成するために、測定値の間で利用される。
【００１５】
１つの実施形態では、特定のステップサイズが与えられて試料に対する分析プローブ位置を変えることに付随する時間は、その分析プローブステップが、所与の位置での測定に対して選択された滞在時間よりも短い時間分で実現されることを確実にするために、滞在時間よりも短いことが好ましい。それに応じて、特定の実施形態では、位置決めシステムの動的応答が、滞在時間継続期間（ｄｗｅｌｌ  ｔｉｍｅ  ｄｕｒａｔｉｏｎ）の範囲および／または分析プローブ（および／または試料）を動かすために使用可能なステップサイズの範囲を決定するために評価される。１つの例では、分析プローブ立ち上がり時間は、所与の分析機器について測定されて、試料上の所望の位置に達するための分析プローブの応答時間が決定される。分析プローブ応答が遅い（すなわち、立ち上がり時間が所望の滞在時間以上である）場合では、滞在時間はその立ち上がり時間の一部に制限される。
【００１６】
ラインホッピングまばらなサンプリングの利点としては、分析プローブへの露光、言い換えると試料にもたらされる総線量、による全体的観察者効果の最小化がある。いくつかの実施形態では、利点にはまた、画素ごとの一定の滞在時間に基づいてフルサンプリングと比較したときの取得時間の最小化、および／または総取得時間に基づいて比較したときの線量率の最小化もある。電子ビームプローブ、電磁プローブ、および荷電粒子の場合では、線量率はプローブビーム電流と関連する。試料を低ビーム電流で調べるには従来、滞在時間を増加させて信号対雑音比が同程度の画像を得ることが必要になる。滞在時間を増加させると、試料ドリフトによって悪影響を受ける、露光の長期化が結果として生じる。しかし、まばらなサンプリングに伴う時間節減により、ビーム電流を低減すること、および滞在時間を長くすることが取得時間全体を長くすることなく可能になり、それによってドリフトが最少になる。ビーム電流の低減は、酸化物、炭酸塩、および他の材料の群を分析するのに特に重要であり、総線量と線量率の両方が観察者効果を最小化するのに重要な役割を果たす。
【００１７】
用語および略語についての以下の説明は、本発明をより適切に記述するために、また本開示を実施することに関して当業者を案内するために提供される。本明細書で「含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は「含むこと（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」を意味し、単数形「ａ」または「ａｎ」または「ｔｈｅ」は、それ以外の明確な指示がない限り複数形もまた含む。用語「または」、述べられた代替要素のうちの単一の要素、または２つ以上の要素の組み合わせを、それ以外の明確な指示がない限り含む。
【００１８】
特に説明されていない限り、本明細書に使用されているすべての技術的および科学的用語は、本開示が関連する技術分野の当業者によって一般に理解されているものと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと同様または同等の方法および材料を本開示の実施または試験において使用できるが、適切な方法および材料を以下に記述する。これらの材料、方法、および例は説明のためのものにすぎず、限定するものではない。本開示の他の特徴は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかになる。
【００１９】
特に示されていない限り、本明細書または特許請求の範囲で用いられる構成要素の数量、分子量、百分率、温度、時間などを表すすべての数値は、用語「約」で修正されるものと理解されたい。したがって、特に暗示的または明示的に示されていない限り、または、より最終的な構造物が得られるように本明細書が当業者によって適切に理解されるのでなければ、論述された数値パラメータは、当業者に知られている標準的な試験条件／方法のもとで求められる所望の特性および／または検出限界によって決まり得る近似値である。論じられた従来技術から諸実施形態を直接および明示的に区別する場合には、実施形態の数値は、「約」という語が示されていない限り近似値ではない。
【００２０】
特に示されていない限り、試料に対する分析プローブの動きおよび／または位置に関する記述は通常、分析プローブに対する試料の動きおよび／または位置、または試料に対する分析プローブの動きおよび／または位置を指し得る。いくつかの実施形態では、一方に対するもう一方の相対的な動きは、どちらかの手法を用いて同等に実現される。別の実施形態では一方の手法が、位置決めシステム、分析機器、および／または試料要件の状況および／または制限事項によって必要とされる。さらに別の実施形態では、分析プローブと試料の両方が、所望の走査経路を実現するように動くことができる。
【００２１】
本開示の様々な実施形態を評価しやすくするために、特定の用語についての以下の説明が提供される：
【００２２】
定義および略語：
本明細書でＡＦＭとは、原子間力顕微鏡を意味する。
【００２３】
本明細書で分析機器とは、分析プローブを使用して試料の要素および／または構造を検査、表現、測定および／または記録するのに有用なシステムを意味する。このシステムは通常、ユーザインターフェース、試料ホルダ、分析プローブ、位置決めシステム、検出器、ならびに分析プローブおよび検出器によって取得されたデータを処理するための処理回路を含む、少なくともいくつかのサブシステムを含む。分析機器の例としては、それだけには限らないが、ＡＦＭ、光学分析技法、ＳＥＭ、ＳＩＭＳ、ＴＥＭ、およびＳＴＥＭがあり得る。
【００２４】
本明細書で分析プローブとは、試料を調べてその試料に関する分析データを取得するための、分析機器の一部でもよい装置を意味する。このプローブは、試料を調べるための物理的手段、光学的手段、電磁的手段、中性粒子手段および荷電粒子手段のうちの１つまたはそれ以上を利用することができる。例としては、ＡＦＭナノチッププローブ、電子ビームプローブ、イオンビームプローブ、Ｘ線プローブ、光学プローブがあり得る。
【００２５】
本明細書で圧縮センシングとは、信号が時間領域、周波数領域、時間周波数領域などのどれかの領域においてまばらな特性を有するならば、また信号がその領域に関してインコヒーレントであるならば、ナイキストレートさえも下回る低いレートの検出またはサンプリングによってその信号の再構成を可能にする技法およびアルゴリズムを意味する。たとえば、従来のシステムでは、単一の高周波数成分を有する信号は、損失なく信号を再生するためにこの高周波数成分の２倍でサンプリングされるはずである。ただ１つの周波数成分しかないために、この信号の周波数領域は疎になっている。圧縮センシングを使用すると、このように疎になっていることが分かっているので、単一の高周波数成分の周波数よりもかなり低い（すなわち、ナイキストレートよりもかなり低い）サンプリングレートにおいて最小限の損失で信号をサンプリングすることが可能になり得る。
【００２６】
本明細書で滞在時間とは、試料上のある位置において分析プローブがサンプリングの間費やす期間を意味する。
【００２７】
本明細書で画像とは、試料に関する実際の情報の一種の描写または表現を意味する。この画像は通常、試料の走査領域の顕微鏡写真を指しており、この顕微鏡写真は分析機器から得られる。この画像はまた、それだけには限らないが、分光マップ、要素マップ、回折パターン、およびハイパースペクトル画像も含む。
【００２８】
本明細書で帰属値とは、数学的技法を用いて帰属させている、計算的に決定されたデータポイントを意味し、たとえば修復に関連したものである。
【００２９】
本明細書で修復とは、欠けている画素の修復を意味する。この修復は、類似している画像のライブラリまたは訓練された統計モデル（たとえば、ニューラルネットワーク）などの外部情報を用いて達成されるが、しかしまた、修復予定の画像からの低減された画素の組だけを用いても達成される（たとえば、β処理ファクタ分析）。
【００３０】
本明細書でラインホッピングとは、分析プローブを用いたサブサンプリングの様々な開示された実施形態を指しており、この分析プローブは、第１の方向に向かってライン状に延び第２の方向にランダム摂動を有する走査経路に沿った位置にある、複数の連続した測定値を逐次モードで取得し、このランダム摂動はラインから所定の距離内に制限されている。
【００３１】
本明細書で測定値とは、試料上のある位置で分析プローブによって測定され実際の情報の表現を構成するために使用される、取得されたデータ点を意味する。測定値は、計算的に決定された値、たとえば帰属値と対比される。
【００３２】
本明細書で観察者効果とは、観察されている試料に対して観察行為が引き起こす効果を意味する。観察者効果は、分析機器、特に分析プローブの結果であり、検査されている試料の状態が変わる。観察者効果の例としては、電子ビームプローブおよび／または電磁ビームプローブそれぞれに対する露光による高線量の電子および／または電磁放射が引き起こす、組成的および／または構造的ダメージがあり得る。同様に、ＡＦＭナノチッププローブが、検査されている試料の表面を傷つける可能性がある。
【００３３】
本明細書で、画像の文脈における画素とは、画像の基本論理単位を意味する。本明細書で、分析プローブを使用して試料をサンプリングする文脈における画素とは、走査領域の基本論理単位を指し得る。画像の分解能、および分析プローブのサンプリングレートに応じて、画像中の画素は、分析プローブによるサンプリングが行われた１つまたはそれ以上の実際の測定位置を表すことができる。試料のサンプリング距離と画像の画素サイズとの間の関係は、サンプリング距離と同等の画像の倍率で割った画素のサイズとして記述される。
【００３４】
本明細書で立ち上がり時間とは、分析プローブが試料上の目標位置に達するための、位置決めシステムに関連した応答時間を意味する。
【００３５】
本明細書でＳＥＭとは、走査型電子顕微鏡を意味する。
【００３６】
本明細書で走査経路とは、プローブが測定値を取得するときに分析プローブが試料を横断する経路を意味する。
【００３７】
本明細書で逐次取得とは、分析プローブが試料の走査領域を走査経路に沿って横断しつつ、特定の位置で連続してデータを取得することを意味する。単一走査の走査経路に沿った各サンプリング位置において、測定値の取得が行われる。対照的に、並列取得では複数の取得が行われ、各取得は走査領域の全体を包含する。
【００３８】
本明細書でＳＩＭＳとは、二次イオン質量分析を意味する。
【００３９】
本明細書で試料とは、分析機器によって分析される物体を意味する。この試料は、生物学的物体、有機物体、または無機物体であってもよい。
【００４０】
本明細書でまばらなとは、分析プローブ、検出器、および／またはセンサから来たデータがその後、要素のほとんどが空またはゼロであるアレイまたはマトリクスとして配列されるデータを指す。本明細書でまばらなサンプリングとは、結果がまばらなデータのアレイになるようにサブサンプリングすることを指す。まばらであることは、圧縮センシングおよび修復の技法を含む多くのコンピュータイメージング技法によって処理予定のデータのために必要な条件である。
【００４１】
本明細書でＳＴＥＭとは、走査型透過電子顕微鏡を意味する。
【００４２】
本明細書でステップサイズとは、分析プローブが走査経路を横断するときに、試料に対する分析プローブの位置に関連する動きの基本物理単位を意味する。
【００４３】
本明細書でサブサンプリングとは、分析プローブを使用して、最大可能よりも少ない取得位置で試料をサンプリングすることを意味する。サブサンプリングは、分析機器の分析プローブの、完全な、画素ごとのサンプリングレートを下回るレートで測定値を取得することを指し得る。いくつかの実施形態では、サブサンプリングレートはフルサンプリングレートの８０%以下である。いくつかの実施形態では、サブサンプリングレートはフルサンプリングレートの５０％、４０％、３３％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、８％、５％、３％、２％、または１％以下である。
【００４４】
まばらなサンプリング分析プローブシステム、および同システムを使用するまばらなサンプリング方法が開示される。一般に、本明細書に開示される実施形態では、試料に関する実際の情報の表現の再構成に必要なデータを取得しながら、取得時間と観察者効果の両方を最小限にする。それに応じて本発明者らは、走査プローブを使用する分析機器における逐次データ取得のために、最少時間に最少必要サンプリングを得るシステムおよび方法を決定した。多くの場合で、本明細書に記載の実施形態から得られる表現は、フルサンプリングから構成される表現と実質的に同等である。
【００４５】
１つの実施形態では、特に、応答ダイナミクスが低い位置決めシステムを備えた分析機器システムでは、分析プローブによるサンプリングが走査経路に沿って行われ、それによって測定値が取得される。特定の実施形態では、１つの画素のサイズに相当する試料上の空間領域内で取得された測定値が平均され、次に、その平均測定値がそれぞれの画素に割り当てられる。開示されたまばらなサンプリング実施形態によれば、完全な画素ごとのサンプリングとは異なり、すべての画素が割り当て測定値を有するわけではない。分析プローブは摂動され、それによって、通常ではサンプリングされているサンプリング位置がスキップされる。
【００４６】
１つの実施形態では、分析プローブは、固定ステップサイズで第１の方向にまっすぐ一定速度で動く。特定の実施形態では、プローブは、第２の方向に沿って２つの可能な位置のうちの一方に向けてランダムに動く：１）摂動なし、または２）固定ステップサイズによる第２の方向の正摂動、もしくは固定ステップサイズによる第２の方向の負摂動のいずれか一方。別の実施形態では、プローブは、第２の方向に沿って３つの可能な位置のうちの一方に向けてランダムに動く：１）固定ステップサイズによる第２の方向の正摂動、２）固定ステップサイズによる第２の方向の負摂動、および３）摂動なし。所定の境界制約により、ラインからの、分析プローブが移動できる総距離（すなわち、ステップ数）が制限される。所定の境界制約によって許容されるステップ数は、サブサンプリング量と関連する。
【００４７】
一例として図１の図を参照すると、Ｘ−Ｙ座標系において第１の方向はｘ軸と平行であり、第２の方向はｙ軸に平行である。図では、画素アレイが走査領域の上に重なっている。分析プローブは、ｘ方向に左から右へ動き、次に、プローブが列の終端に達すると先頭にフライバックすることによって、走査領域にラスタ走査する（ｒａｓｔｅｒ）。従来のフルサンプリングでは、プローブは、画素の各水平列に沿って、それぞれの画素すべてで測定値を取得する。次いでプローブは先頭にフライバックし、垂直下方に動いて次の下方画素列を走査する。
【００４８】
１つの実施形態によれば、５０％サブサンプリングでは分析プローブが水平方向に一定速度で動き、垂直方向に垂直摂動する。垂直摂動は、２つの画素列からなる帯の範囲内に限定される。別の実施形態では、垂直摂動は、３つの画素列からなる帯の範囲内に限定される。その結果は３３％サブサンプリングになる。さらに別の実施形態では、垂直摂動は、５つの画素列からなる帯の範囲内に限定される。その結果としては２０％サブサンプリングになる。１つの実施形態では、帯の間に第２の方向に沿った重なり合いがない。いくつかの実施形態では、１つの帯の中のステップ数（すなわち画素数）は、サブサンプリング量と反比例する。ラインホップサブサンプリングのさらなる利点は、試料のより大きい部分をビームが一度にサンプリングするので、フライバックのかなりの部分をなくすことにより総取得時間および／または分析プローブ露光が低減することである。
【００４９】
図１に示された走査経路は、ＸＹ座標系においてｘ軸と平行な第１の方向に延びるラインを含む。摂動は、ｙ軸に平行であった第２の方向で行われた。第１の方向に延びる複数のラインは、試料領域全体にわたって測定値が取得されるようにするための走査経路の一部として反復される。いくつかの実施形態では、複数のラインそれぞれの間のスペースは変化し得る。このスペース、すなわち複数のラインそれぞれ（たとえば各列）の間のステップ数、同様に、第１の方向に沿ったステップサイズは、複数のラインそれぞれ（たとえば各列）の間で変化し得る。
【００５０】
図２Ａは、図１に示された走査経路の第１の方向成分の図である。図２Ｂ〜２Ｆは、走査経路の第１の方向成分の他の例の図であり、第２の方向の摂動は示されていない。図２Ｂは鋸歯ライン形の図である。図２Ｃは螺旋四辺形ライン形の図である。図２Ｄは矩形波形ライン形の図である。図２Ｅは螺旋ライン形の図である。図２Ｆは蛇行ライン形の図である。
【００５１】
本発明者らは、サブサンプリングデータから適切なまばらな表現を学習するためのクラスカル因子分析（ＫＦＡ）を使用する。ＫＦＡはパッチベース（小画像セグメント）の統計的画像モデルである。このモデルは、行列倍のガウスランダムベクトルが事後分布の共分散にしか影響を及ぼさないことに注目することによって、修復および圧縮センシングの場合に適用される。ギブス抽出法を実施してＫＦＡの事後を概算した。ランダム初期化モデルから始めて、４０個の試料（修復画像）がバーンインとして除去され（これにより、モデルパラメータが確率空間の有効領域に到達できる）、次に数百個が平均されて画像の最大事後確率再構成が見いだされる。
【００５２】
１つの実施形態では、拡大専用、高精度ビーム応答特性評価が不要であり、したがって、実施されない。１つの実施形態では、サブサンプリングは、各画素で一定の滞在時間および／または信号対雑音比を用いて行われる。
【００５３】
１つの実施形態では、本明細書に記載の諸実施形態で、原子分解能分析に関して線量および取得時間が、分析機器の大幅な修正を必要とせずに少なくとも５分の１に減少する。
【００５４】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、特定の実施形態において、分析機器は、ＳＴＥＭ、ＴＥＭ、およびＳＥＭを含む電子顕微鏡であり、分析プローブは電子ビームを含む。位置決めシステムは、電磁走査コイルおよび／または静電板を含むことができる。ビームダイナミクスは少なくとも一部は誘導に帰され、その結果として、目標ビーム位置と実際のビーム位置の間に遅延が生じる。図３Ａに示されているように、位置決めシステムは、ＴＥＭの試料に対して電子ビーム３０２を動かすための走査コイル３０１を含み得る。同様に、ＳＥＭでは（図３Ｂ）、走査コイル３０５が電子ビームプローブ３０７を試料に対して動かす。ＴＥＭの検出器３０３、およびＳＥＭの検出器３０６は、測定値を取得し、それぞれ修復再構成システム３０４および３０８に提供する。
【００５５】
図３Ｃを参照すると、１つの実施形態において、分析器はＳＩＭＳであり、分析プローブはイオンビーム３１０を含む。位置決めシステム３０９は電磁走査コイルおよび／または静電板を含み得る。検出器３１３は、測定値を修復再構成システム３１４に提供することができる。
【００５６】
図３Ｄを参照すると、１つの実施形態において、分析機器はＡＦＭであり、分析プローブは、カンチレバー上にＡＦＭナノチップ３１７を含む。位置決めシステム３１６は、ナノチップに対して試料を動かし位置決めする圧電素子を含み得る。検出器３１５は、測定値を修復再構成システム３１８に提供する。
【００５７】
図３Ｅを参照すると、１つの実施形態において、分析機器は走査型近接場光学分光計であり、分析プローブは光学ビーム３２０を含む。位置決めシステム３１９は、圧電素子、光学レンズ、アパーチャ、鏡、プリズム、格子および電磁偏向器のうちの１つを含むことができる。検出器３２２は、測定値を修復再構成システム３２１に提供することができる。
【００５８】
本明細書に記載のアルゴリズム、計算技法、および／または計算は、たとえば、デジタルコンピュータによって実行されるソフトウェアまたはファームウェアの命令として具現化される。たとえば、開示された修復技法のいずれも、まばらなサンプリング分析プローブシステムおよび／または分析機器の一部であるコンピュータまたは他のコンピュータハードウェア（たとえば、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、プロセッサなど）によって実行される。まばらなサンプリング分析プローブシステムは、分析プローブと検出器の間で相互接続および通信することができ、データ記憶媒体を読み取るようにプログラムまたは構成され、所望の修復計算（たとえば、本明細書に開示された修復技法のうちの１つまたはそれ以上）を実行することができる。コンピュータは、１つまたはそれ以上のプロセッサ（処理デバイス）および有形、非一時的コンピュータ可読媒体（たとえば、１つまたはそれ以上の光学媒体ディスク、揮発性メモリデバイス（ＤＲＡＭまたはＳＲＡＭなど）、または不揮発性メモリもしくは記憶デバイス（ハードドライブ、ＮＶＲＡＭ、および固体ドライブ（たとえば、フラッシュドライブ））を含むコンピュータシステムである。１つまたはそれ以上のプロセッサは、１つまたはそれ以上の有形、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータ実行可能命令を実行し、それによって、開示された技法のいずれも実施することができる。たとえば、開示された実施形態のいずれかを実施するためのソフトウェアは、１つまたはそれ以上の揮発性、非一時的コンピュータ可読媒体にコンピュータ実行可能命令として記憶することができ、この命令は、１つまたはそれ以上のプロセッサによって実行されると、１つまたはそれ以上のプロセッサが、開示された修復技法のいずれかを実施する。計算の結果は、１つまたはそれ以上の有形、非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶され（たとえば、適切なデータ構造体またはルックアップテーブルとして）、かつ／または他のソフトウェアプログラムで使用され、あるいはユーザに対し、たとえば、データ記憶媒体から読み出されたデータを表示デバイスに表示することによって、出力されもする。記憶または出力される結果には、それだけには限らないが、画像、顕微鏡写真、映像、スペクトル、回折パターン、ハイパースペクトル画像、およびこれらの組み合わせが含まれる。
【００５９】
例および比較
開示されたまばらなサンプリング分析プローブシステム、および同システムによるまばらなサンプリングの方法の特定の実施形態をさらに説明するために、また様々な比較分析およびデータを提供するための、比較試験データ付きのいくつかの例が以下である。
【００６０】
２Ｄベルヌーイ画素サンプリングと比較したＳＴＥＭまばらなサンプリング：
比較のために、図４Ａに示された二次元ベルヌーイ画素サンプリングが、まばらなサンプリングおよび修復のための「完全ランダム」方策として考察される。ベルヌーイ画素サンプリングは、コヒーレンス度が非常に低く、これにより、再構成歪みを導入することなく高度のアンダーサンプリングが可能になる。理論上、ベルヌーイサンプリングは、取得中にステップサイズをランダムに変化させて、分析プローブがランダム数の画素だけ任意の方向に動けるようにすることによって実現される。しかし、ランダムにステップサイズを変化さることによって実際にまばらなサンプリングを実施するには、それぞれのランダムな分析プローブステップが、滞在時間よりもずっと短い時間に実現されることが必要になる。従来のＳＴＥＭイメージングの場合、滞在時間は数マイクロ秒ほどに短い。
【００６１】
ＪＥＯＬ  ＡＲＭ２００ＣＦ  ＴＥＭの走査コイルおよび電子ビームプローブに関連する動的応答が、所望の設定位置に達するためのビームプローブの応答時間であるビーム立ち上がり時間を測定することによって、評価された。この立ち上がり時間は、異なる滞在時間のもとの飛び越し走査方式で取得された、一対の画像により評価された。図４Ｂに示されるように、本発明者らは、ビームが所望の位置の９０％に達するために必要な時間は約６０μｓであり、これは、従来のＳＴＥＭイメージングに使用される滞在時間よりも大幅に大きいことを見い出した。この比較的長い時間および複雑な応答を考えると、比較的長い滞在時間（約数十マイクロ秒）でも、ステップサイズを変化させることによってまばらなサンプリングを実施すると、ビームの動きが、検出器組み込み中の規定設定値から遅れる状況になり、設定位置が電流設定値によって指示されないだけでなく、いくつかの以前のビーム設定値の余効によっても指示されないことは明らかである。通常の完全走査（すなわち、画素ごとに測定値を取得する）では、数個の画素と同等の距離にわたって行うことができる初期加速の後にビームが所望の画素サイズ／滞在時間の安定状態速度に達するので、何らの画像歪みも生じないのはわずか数マイクロ秒の滞在時間であることに留意されたい。これには、走査発生器に加えられるいかなる他の追加補正もない。
【００６２】
ＴＥＭ機器の遅いビーム応答の問題は、本明細書に開示された実施形態によるラインホッピングによって克服することができる。ラインホッピングの１つの実施形態によるまばらなサンプリングの図が図４Ｃに示されている。ビームは、ある範囲の画素を垂直（ｙ）方向に沿ってサンプリングしながら、水平（ｘ）方向に沿って一定速度で動く。ステップサイズは一定に保たれ、各ステップは、ｘおよびｙ方向に沿った１つだけの画素の動きに対応する。ビームの動きが、ちょうど従来の走査の場合のように、ｘ方向に沿って一定であるので、ｘに沿った平均ビーム位置は適切に規定される。ｙ方向では、ビームは、所定の画素の範囲内でランダムに上もしくは下に跳ねるか、または跳ねない。ビーム位置が確実に駆動され、下にある画素格子に割り当てられることを保証するために、滞在時間は、立ち上がり時間によって規定される所定の範囲に制限される。特定の実施形態では、立ち上がり時間の５０％以上の滞在時間で十分である。別の実施形態では、立ち上がり時間の７０％〜９０％に相当する滞在時間で十分である。ｙ方向（ならびにｘ方向）に沿った動きのシミュレーションビーム位置が、立ち上がり時間の８０％の滞在時間について図４Ｄおよび図４Ｅに示されている。図４Ｅで分かるように、ｙ方向に沿ったビームの平均位置は、十分に周期格子の中心内にあり、それによって確実な画素割り当てが可能になる。立ち上がり時間のわずか７０％に相当する滞在時間が、ＪＥＯＬ  ＡＲＭ２００ＣＦでは３０μｓをちょうど上回ることになり、これは従来の約１０μｓの時間よりも大きいが、まばらなサンプリングが用いられる場合ではなお時間低減になり、総取得時間が高分解能イメージング用途に妥当になり得る。
【００６３】
ラインホッピングサンプリングの理論的性能が、デジタル的にまばらにサンプリングされた画像を再構成し、これらの画像をピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）に基づいて比較することによって、ベルヌーイランダムサンプリングに対して比較された。図４Ｆに示されるように、再構成の最高品質（最高ＰＳＮＲ）がベルヌーイサンプリングで得られる。ラインホッピングサブサンプリングでは、ベルヌーイサンプリング画像の８０％アンダーサンプリングと同じＰＳＮＲが７５％アンダーサンプリングで得られることが予想される。アンダーサンプリングのほとんど最高レベルにおいて、ラインホッピング手法はこのように、取得のための時間を最適化しながら正確な再構成を提供すると予想される。
【００６４】
ＴＥＭにおける実施態様
上述のラインホッピング取得は、収差補正されたＪＥＯＬ  ＡＲＭ２００ＣＦで実施された。走査コイルおよびイメージング検出器は、注文製作の取得ユニットによって、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  ＰＣＩｅ−６３６１取得カードを使用して制御された。ＸおよびＹ位置を制御するためのアナログ出力（ＡＯ）すなわちデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）は１６ビット、２．８６ＭＨｚであった。高角度環状暗視野（ＨＡＡＤＦ）検出器を読み取るためのアナログ入力（ＡＩ）すなわちアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）は１６ビット、２ＭＨｚである。Ｌａｂｖｉｅｗプログラムが、（顕微鏡取得システムを試験するために）通常の取得とまばらな取得の両方を制御するために開発された。ラインホッピング取得のためのまばらな位置は、別個のフォートランプログラムによって生成された入力ファイルとしてプリロードされた。図示の画像では、顕微鏡は２００ｋＶで動作させ、画像は高角度環状暗視野（ＨＡＡＤＦ）検出器で記録された。修復再構成は、β処理ファクタ分析（ＢＰＦＡ）アルゴリズムで実施され、Ｍａｔｌａｂで行われた。この実証の目的のために、ラインホッピング走査を達成するためのシステムは顕微鏡の標準制御部とは別個であったが、通常の顕微鏡制御システムが取り込まれる手法を阻止する物理的制限はない。
【００６５】
ＮｉＴｉＯ３ＴＥＭ顕微鏡写真
図５は、本明細書に記載のラインホッピングを使用して、フルサンプリングならびに５０％および２０％の２つのまばらなサンプリングによって得られた、ＮｉＴｉＯ３の原子レベルの微小構造の顕微鏡写真を示す。画像は、３１．３５μｓの滞在時間、および５１２×５１２の画素アレイで取得された。図５Ａに示されるように、［１２０］投射からの
【数１】
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のフルサンプリング画像は、超格子強度変化が［００１］方向に沿っている、ダンベルモチーフを示す。図５Ｂおよび図５Ｄは、修復再構成によって決定された帰属値を用いずに測定値から生成された画像を示す。フルサンプリング画像（すなわち図５Ａ）および再構成画像（すなわち、図５Ｃおよび図５Ｅ）と比較すると、非常に高い画像忠実度が２０％サンプリングまで維持されていることが明らかになる。フルまたは５０％サンプリング画像と比較して、２０％サンプリング画像のほんのわずかな画質の相違点が確認されるだけである。おそらく最も目立つのは、一部の再構成原子列の鮮明度にノイズが多いことである。それにもかかわらず、２０％サンプリング画像は、フルサンプリング微小構造を表す高い解像度およびコントラストを維持している。
【００６６】
ＣａＣＯ３ＴＥＭ顕微鏡写真
図６Ａおよび図６Ｂはそれぞれ、２０％サンプリングの［２４１］ゾーン軸に沿った、ＣａＣＯ３のまばらに取得された原子分解能画像を、対応する修復再構成と共に示す。画像は、６ｐＡプローブ、および３１７５ｅ−／Ａ２の総線量を用いて取得された。ＣａＣＯ３は電子ビームの影響を非常に受けやすい材料であり、原子分解能で画像化するのが非常に困難である。１０００ｅ−／Ａ２程度の総線量が、ＣａＯとＣＯ２への変化が生じる観察者効果関連の劣化の始まりの限界値になる。本明細書に開示されたラインホッピング実施形態は、３１７５ｅ−／Ａ２までの総線量の低減を可能にし、これにより、ＨＡＡＤＦモードでＣａＣＯ３の原子構造の分解能が可能になり；（１１２）、（１０２）、（１０４）、および（２１０）の主格子面間隔を画像で鮮明に確認することができる。しかし、ラインホッピング取得の低減線量のもとであっても、アモルファス化の開始が画像で見られる。試料の同一の領域から続けて取得されたどんな画像も、深刻なビームダメージおよびアモルファス化をこうむることはまた留意する価値もある。
【００６７】
開示された本発明の原理が適用される多くの可能な実施形態を考慮して、説明された実施形態は本発明の好ましい例にすぎず、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではないことを理解されたい。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって画成される。したがって本発明者らは、これらの特許請求の範囲および趣旨に入るすべてを本発明として主張する。
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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