(57)【要約】  本発明は、光学式走査装置(10)に関し、該装置は：格子点、Pmn＝mT1＋nT2  （m＝1からL1、n＝1からL2）での放射線スポットの２次元アレイを生成するスポット発生器(20)であり、T1は第1格子ベクトルであってT2は第２格子ベクトルである、スポット発生器；及び放射線スポットがサンプル(26)に関して根本的に等距離であるライン(81,82,83)をトレースするように、走査方向において放射線スポットのアレイを通ってサンプルを走査するための走査手段；を有する。本発明によれば、走査方向と第1格子ベクトルT1との間の角度γは最大限でも走査方向と第２格子ベクトルT2との間の角度の大きさであり、比L1／L2は0.6未満である。望ましい実施形態によれば、L1は、Λとは1.0未満で異なるか、又はL1は、Λに10%の許容差で等しく、Λは、Sqrt(2)D/R＝(1＋Λ2)によって定義され、Dは、格子対角線の長さであり、Rは解像度である。本発明は、さらに、光学式走査方法に関する。
2011515710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
‐格子点、
Pmn＝mT1＋nT2  （m＝1からL1、n＝1からL2）
での放射線スポットの２次元アレイを生成するスポット発生器であり、T1は第1格子ベクトルであってT2は第２格子ベクトルである、スポット発生器；及び
‐放射線スポットがサンプルに関して根本的に等距離であるラインをトレースするように、走査方向において放射線スポットのアレイを通ってサンプルを走査するための走査手段；
を有する光学式走査装置であり、
前記走査方向と前記第1格子ベクトルT1との間の角度は、最大限でも前記走査方向と前記第２格子ベクトルT2との間の角度の大きさであり、比L1／L2は0.6未満である、光学式走査装置。
【請求項２】
前記比L1／L2が0.4未満である、請求項１に記載の光学式走査装置。
【請求項３】
前記比L1／L2が0.2未満である、請求項１に記載の光学式走査装置。
【請求項４】
L1は、２、３又は４である、請求項１に記載の光学式走査装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光学式走査装置であり、許容差10％であり、単位セルの形状、解像度及び格子対角線の長さが一定であるという制限下において、積L1L2が最大であるか又は格子単位セルが最小である、光学式走査装置。
【請求項６】
前記格子単位セルが正方形又は六角形である、請求項１に記載の光学式走査装置。
【請求項７】
L1はΛとは1.0未満の数分異なり、又はL1は許容差10％においてΛに等しく、Λは、
【数１】
2011515710.tif 000033
によって定義され、Dは格子対角線の長さでありRは解像度である、請求項１に記載の光学式走査装置。
【請求項８】
‐検出器、及び
‐該検出器において放射線スポットのアレイの光学画像を生成するための画像光学系、
をさらに有する、請求項１に記載の光学式走査装置。
【請求項９】
前記検出器は、根本的に円形の視野を有し、格子対角線の画像は、該検出器の視野の直径の0.9倍と1.0倍との間の大きさである、請求項８に記載の光学式走査装置。
【請求項１０】
前記検出器は、３：４と４：３との間のアスペクト比を持つ敏感領域を有する、請求項８に記載の光学式走査装置。
【請求項１１】
前記スポット発生器は、２相位相構造又はアマイクロレンズのアレイを含む、請求項１に記載の光学式走査装置。
【請求項１２】
前記光学式走査装置が顕微鏡である、請求項１に記載の光学式走査装置。
【請求項１３】
‐格子点、
Pmn＝mT1＋nT2  （m＝1からL1、n＝1からL2）
での放射線スポットの２次元アレイを生成するステップであり、T1は第1格子ベクトルであってT2は第２格子ベクトルである、ステップ；及び
‐放射線スポットがサンプルに関して根本的に等距離であるラインをトレースするように、走査方向において放射線スポットのアレイを通ってサンプルを走査するステップ；
を含む光学式走査方法であり、
前記走査方向と前記第1格子ベクトルとの間の角度は、最大限でも前記走査方向と前記第２格子ベクトルとの間の角度の大きさであり、比L1／L2は0.6未満である、光学式走査方法。
【請求項１４】
前記方法が、
‐検出器において放射線スポットのアレイの光学画像を生成するステップ、
をさらに含む、請求項１３に記載の光学式走査方法。
【請求項１５】
前記検出器の敏感領域の一部分が無効化される、請求項１３に記載の光学式走査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式走査装置に関し、該装置は：
‐格子点、
Pmn＝mT1＋nT2  （m＝1からL1、n＝1からL2）
での放射線スポットの２次元アレイを生成するスポット発生器であり、T1は第1格子ベクトルであってT2は第２格子ベクトルである、スポット発生器；及び
‐放射線スポットがサンプルに関して根本的に等距離であるラインをトレースするように、走査方向において放射線スポットのアレイを通ってサンプルを走査するための走査手段；
を有する。
【０００２】
本発明は、さらに、光学式走査の方法に関し、該方法は：
‐格子点、
Pmn＝mT1＋nT2  （m＝1からL1、n＝1からL2）
での放射線スポットの２次元アレイを生成するステップであり、T1は第1格子ベクトルであってT2は第２格子ベクトルである、ステップ；及び
‐放射線スポットがサンプルに関して根本的に等距離のラインをトレースするように、走査方向において放射線スポットのアレイを通ってサンプルを走査するステップ；
を含む
【背景技術】
【０００３】
光学式走査顕微鏡法は、微小サンプルの高解像度画像をもたらす、定着した技術である。この技術によれば、１つ又は数個のはっきりと異なる高強度の放射線スポットが、サンプルにおいて生成される。そのサンプルは、放射線スポットの放射線を変調することから、その放射線スポットから来る放射線を検出し解析すると、その放射線スポットでのサンプルに関する情報が得られる。そのサンプルの完全な２次元又は３次元画像は、その放射線スポットに関するサンプルの相対的位置を走査することによって得られる。その技術は、生命科学の分野（生物試料の検査及び調査）、デジタル病理学（顕微鏡スライドのデジタル化された画像を使用する病理学）、自動画像に基づいた診断法（例えば、子宮頸がん、マラリア、結核など用）、及び産業用計測学において適用が見られる。
【０００４】
サンプルにおいて生成される放射線スポットは、如何なる方向からも撮像することができ、それは、その方向においてその放射線スポットから出る放射線を集めることによってできる。特に、その放射線スポットは、透過において、すなわちサンプルの遠い側で放射線を検出することによって、撮像されてよい。その代わりに、放射線スポットは、反射において、つまりサンプルの近い側で放射線を検出することによって、撮像されてもよい。共焦点走査顕微鏡法の技術において、放射線スポットは、その放射線スポットを生成する光学系を通した反射において習慣的に撮像される。
【０００５】
特許文献１は、物体を照らす、焦点が合わせられた複数の離れた光点の２次元アレイ及び離れたスポットの各々に対し、その物体からの光を検出する、対応するアレイ検出器を特徴付けるマルチスポット走査光学顕微鏡を提案している。アレイと物体との相対的位置をそれらのスポットの行に対してわずかな角度で走査すると、その物体の全領域が連続的に照らされ、ピクセル範囲で撮像することが可能になる。従って、その走査速度は、かなり増加する。
【０００６】
この目的に必要とされる放射線スポットのアレイは、通常、スポット発生器からある距離において放射線スポットが形成されるように、そのスポット発生器によって適切に変調された光の平行ビームから生成される。最新技術によれば、スポット発生器は、屈折型又は回折型のいずれか一方である。屈折型スポット発生器は、マイクロレンズ・アレイなどのレンズ系を含む一方、回折型スポット発生器は、特許文献２において提案されている２相位相構造などの位相構造を含む。
【０００７】
放射線スポットのアレイが撮像される検出器は、一般的に、１と実質的に異ならないアスペクト比を持つ。言いかえれば、敏感な領域は通常、大体は正方形である。入手可能な画像センサーは、通常、３：４又は４：５のアスペクト比を持ち、それは、従来型のディスプレイで画像を見るのに適している。在庫部品の使用は、費用の視点から好まれる。さらに、その画像センサーの敏感領域の使用を最大限にするために、放射線スポットのアレイのアスペクト比は、一般的に、画像センサーのアスペクト比に一致するように選択される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第6,248,988号明細書
【特許文献２】PCT国際公開第2006／035393号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
スポットの２次元アレイを使用してサンプルを光学的に走査するための手段及び方法を提供することが本発明の目的であり、スループットは、従来技術に比較して増加される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、走査方向と第１格子ベクトルT1との間の角度γは、最大限でもその走査方向と第２格子ベクトルT2との間の角度の大きさであり、L1/L2の比は、0.6よりも小さい。２つの格子ベクトルのうち、T1は、従って、他方よりも走査方向に並んでいる。付録Bに示されるように、アスペクト比、μ＝L1/L2が
【００１１】
【数１】
2011515710.tif 000003
よりも小さいか又は等しいことは、走査装置のスループットが、光検出器の所定のフレームレート及びアレイの所定の拡張及び解像度に対して最大となるための必要条件である。この特定の値は、正方形の単位セルを持つアレイ（付録B参照）に対して導かれているが、それは、六角形の単位セルを持つアレイの場合にも有利に適用することができる。それは、後方が、格子ベクトルT1及びT2が両方のアレイのタイプにおいて同じ大きさ（すなわち、｜T1｜＝｜T2｜）を持ち、同程度の大きさの角度を定めるという事実によって正方形の単位セルを持つアレイに非常に似ているためである。正方形の単位セルの場合、T1及びT2は直角を定め、一方、六角形の単位セルの場合、T1及びT2は60°の角度を定める。拡張D（アレイのより長い方の対角線の長さ）は、通常、収集光学系（すなわち、サンプルと相互作用した後に、スポット・アレイを収集する光学系）の利用可能な視野によって決定される。拡張Dの所定値及び所定の解像度R、アスペクト比μ＝L1/L2及び数L1は、独立していない（再び、付録B参照）。従って、条件μ＜0.6は、L1の上限を暗に設定する。付録Aから分かるように、アレイの整列許容差は、従って改善される。L1/L2＜0.6の範囲は、また、放射線スポット（例えば、ピクセルで構成された画像センサーを使用して）を検出するために必要な最小読み出し期間（フレームレートの逆数）が、光点のアレイの画像のサイズに比例すると推定すると、スループットは従来技術に対して増加することから、好まれている。これらの態様は、さらに、付録A及びBにおいて明確化される。表記法（Lx，Ly）及び（L1，L2）は、この適用において同意語として用いられる。表記（Lx，Ly）は、一般的に正方形の単位セルを持つアレイを呼ぶ際に使用される。
【００１２】
比L1/L2は、0.4よりも小さくてもよい。実際に、十分に大きい値のβ＝2D/R及び所定のフレームレートFに対してスループットを最大にするには、L1/L2＜0.4であること必要がある。
【００１３】
比L1/L2は、0.2よりも小さくてもよい。実際に、十分に大きい値のβ＝2D/R及び所定のフレームレートFに対してスループットを最大にするには、L1/L2＜0.2である必要がある。
【００１４】
L1の値は、有利にも、２、３、又は４であってもよい。これらの値は、放射線スポットのアレイを撮像するための検出器の敏感領域がそのアレイのサイズに一致する場合、その検出器のフレームレートが敏感領域のサイズに反比例すると推定すると、有利である。さらに、整列許容差は、L1のこれらの値に対して特に大きい。
【００１５】
望ましい実施形態によれば、許容差が10%であり、単位セルの形状、解像度及び格子対角線の長さが一定であるという制限下において、積L1L2は最大であるか、又は格子単位セルの面積は最小である。従って、走査装置のスループットは、検出器のフレームレートが与えられているか又はそのフレームレートは放射線スポットのエリアのサイズに反比例するかのいずれか一方を推定すると、最大となる。
【００１６】
格子の単位セルは、好ましくは、正方形又は六角形である。正方形の単位セルを持つ格子は、特に実施が簡単である。六角形格子セルを持つ格子は、放射線スポットが最も近く密集することを可能にし、それによって面積ごとの放射線スポットの数が最大となる。
【００１７】
望ましい実施形態によれば、L1は、Λとは1.0未満の数分異なるか、又はL1は、Λに10%の許容差で等しく、Λは、
【００１８】
【数２】
2011515710.tif 000004
によって定義され、Dは、格子対角線の長さであり、Rは解像度である。従って、スループットは、付録Bに示されるように、固定されたフレームレートを持つ如何なる検出器に対しても最適化される。
【００１９】
望ましくは、光学的走査装置は、検出器及びその検出器において放射線スポットのアレイの光学画像を生成するための画像光学系をさらに有する。さらに望ましくは、その検出器は、ピクセルで構成された画像センサーである。
【００２０】
望ましくは、検出器は、根本的に円形の視野を持ち、格子対角線の画像は、その検出器の視野の直径の0.9倍と1.0倍との間の大きさである。従って、放射線スポットのアレイの画像は、その視野に十分に収まる。有利にも、敏感領域の未使用部分は、フレームレートを増やすために無効にすることができる。
【００２１】
スポット発生器は、望ましくは、２相位相構造又はマイクロレンズのアレイを含む。そのスポット発生器は、従って、入射する放射線ビームを変調し、そのスポット発生器から望まれる距離において望まれる放射線スポットのアレイを形成することを可能にする。
【００２２】
光学的走査装置は、顕微鏡であってもよい。
【００２３】
本発明に従って光学的走査方法は、走査方向と第１格子ベクトルT1との間の角度γは、最大で走査方向と第２格子ベクトルT２との間の角度の大きさであることを特徴とし、比L1/L2は0.6未満であることを特徴とする。
【００２４】
当該方法は、検出器において放射線スポットのアレイの光学的画像を生成するための追加のステップを含む。望ましくは、その検出器は、ピクセルで構成された画像センサーである。
【００２５】
望ましくは、その検出器の敏感領域の部分は、無効化される。上記で述べたように、放射線スポットのアレイのアスペクト比は、実質的には１未満である。それにもかかわらず、標準の画像センサーは、大体は正方形である方形の敏感領域を有し、アスペクト比は、３：４よりも小さくない。従って、本発明によるアレイが画像センサーに投射されるとき、そのセンサーの表面のかなりの部分は余分である。センサーのフレームレートは、その結果、その表面の未使用部分を無効化することによって、つまり放射線スポットのアレイによって覆われる表面の部分を読み出すことによって、実質的に増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一般的なマルチスポット走査顕微鏡を概略的に説明する図である。
【図２】従来技術における放射線スポットのアレイを概略的に説明する図である。
【図３】本発明に従って放射線スポットのアレイを概略的に説明する図である。
【図４】本発明に従って方法を説明するプロセスチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図において、異なる図に見られる同様の又は類似の特徴は、同じ参照記号を使用して指定され、必ずしも1度以上説明されていない。
【００２８】
図１は一般的な従来技術のマルチスポット走査顕微鏡を概略的に説明する。その顕微鏡は、レーザー12、コリメータ・レンズ14、ビーム・スプレッタ16、前方感知光検出器18、スポット発生器20、サンプル・アセンブリ22、走査ステージ30、画像光学系32、ピクセルで構成された光検出器34、ビデオ処理集積回路（IC）36、及びパソコン（PC）38を含む。サンプル・アセンブリ22は、カバー・スリップ24、サンプル層26、及び顕微鏡スライド28で構成される。そのサンプル・アセンブリ22は、電動機（非表示）に結合された走査ステージ30に置かれる。画像光学系32は、画像を形成するための第１対物レンズ32a及び第２レンズ32bで構成される。対物レンズ32a及び32bは、複合対物レンズであってもよい。レーザー12は、コリメータ・レンズ14によって平行にされ、ビーム・スプレッタ16に入射する光ビームを発する。そのビームの透過部分は、レーザー12の出力光を測定するための前方感知光検出器18によって捕らえられる。この測定の結果は、レーザー・ドライバー（非表示）によって使用され、レーザー12の出力を制御する。その光ビームの反射部分は、スポット発生器20に入射する。スポット発生器20は、入射光ビームを変調し、サンプル層26に置かれたサンプルにおいて光点のアレイを生成する。画像光学系32は、ピクセルで構成された光検出器において、走査スポットのアレイによって照らされているサンプル層26の光学画像を生成する。捕らえられた画像は、ビデオ処理IC36によってデジタル画像に処理され、そのデジタル画像は、表示され、場合によってはPC38によってさらに処理される。費用の視点において、光検出器34は、望ましくは、在庫のある入手可能な画像センサーである。有利にも、画像センサー34の全帯域幅は、ウィンドウイング（windowing）方法が適用される場合に使用される。この方法において、行（及び／又は列）のある部分は、その「ウィンドウ」内のピクセルだけが読み出されるように、閉鎖される。これは、フレームレートを増加させ、従って、センサーの全エリアとウィンドウのエリアとの比に等しいスループットを与える。
【００２９】
図２を参照すると、従来技術に従って、サンプル層26（図３参照）において生成された光点の２次元アレイ8が概略的に示されている。その光点は、ピッチがpであり、単位セルの面積がp2である正方形の基本セルを持つ２次元格子を形成する。そのアレイは、（j，i）でラベル付けされたLx×Lyのスポットで構成され、i及びjは、それぞれ1からLx＝５及びLy＝４までに及ぶ。格子は従って、アスペクト比L1/L2＝1.25を有する。その格子の２つの主軸は、それぞれx方向及びy方向に伸びる。アレイは、x方向においてスキュー角γ＝arctan（1/Lx）＝11.31°となる方向においてサンプルを横断して走査される。各スポットは、従って、x方向にライン81、82、83、84、85、86を走査し、隣のライン間のy間隔はR/2であり、Rは解像度でありR/2はサンプリング距離である。解像度は、psinγ＝R/2及びpcosγ＝LxR/2によって角度γに関連する。走査された「ストライプ」の幅は、w＝LR/2である。スループット（単位時間に走査されるエリア）は、
【００３０】
【数３】
2011515710.tif 000005
であり、Fは画像センサーのフレームレートである。
【実施例】
【００３１】
図３を参照すると、本発明に従って、放射線スポットのアレイ8が概略的に示されている。アレイは、Lx=2列及びLy=7行で構成され、アスペクト比のLx/Ly＝0.286を与える。走査角度γは、arctan（1/Lx）＝26.565°である。パラメータβ＝2D/Rであり、Dはアレイ8の対角線の長さであり、
【００３２】
【数４】
2011515710.tif 000006
と測定する。βのこの特別な値及び所定の画像センサー34のフレームレートに対し、スループットBは、従って、最大である（付録B参照）。
【００３３】
もう１つの模範的実施形態（非表示）は、28×142スポット・アレイを使用することから、3976スポット及びアスペクト比の0.20を使用する。解像度は0.51μmであり、ピッチは7.30μmであり、視野は、1.04mmである（撮像側における20x対物に一致する）。スキュー角を整列させる際の精度は、1.3mradよりも良くなければいけなく、それは実現可能である。画像センサーは、1024×1280ピクセル（1.3Mpix、アスペクト比4：5）を有し、公称フレームレートの500Hzを有する。ウィンドウィングの使用によって、フレームレートは、倍数4によって増加される。スループットは、0.53mm2/secとなり、典型的な関連エリアの15mm×15mmを約7分で組織病理学のスライドを撮像することを可能にする。
【００３４】
スループットにおけるさらなる増加は、非正方形のスポット・アレイ、特に六角形スポット・アレイを使用することによって達成されてもよい。一般的に、そのアレイは、Rnm=np1E1+mp2E2によって与えられるアレイのスポットの横の位置によって特徴付けられ、n及びmは、スポットをラベル付けする整数であり、E1及びE2は、アレイの平面における独立した単位ベクトルであり、p1及びp2は、E1及びE2の方向におけるピッチである。それらのピッチは、任意の2つのスポットの間で可能な最小の距離よりも大きくなければいけない。スポットの最も近い密集（従って最大のスポット数）が、その結果p1=  p2＝pの場合に得られる。さらに、単位ベクトルE1とE2との間の角度αは、最小のスポット間隔pを維持するためにπ/3＝60°よりも大きくなければいけない。その結果、アレイLにおけるスポットの合計数は、αとは独立しており、そのスポット・アレイのアスペクト比は、1/sinαに比例する。従って、最小アスペクト比は、六角形スポット・アレイ（α＝π/3）に対して得られるということになる。画像センサーの読み出しにおいてウィンドウィングを使用することは、従って、スループットを正方形アレイの場合に比較して1/sin(π/3)＝2/Sqrt(3)＝1.15の倍数で増やすことができる（すなわち、スループットにおける15%の増加は、この方法で実現される）。
【００３５】
図４を参照すると、本発明による方法のフローチャートが示されている。該方法は、放射線スポットのアレイを生成し、そのアレイを通してサンプルを走査し、ピクセルで構成された画像センサーにおいて光学画像を生成する、同時のステップを含む。
【００３６】
本発明は、図表及び上記の記載において詳細に説明され記載されている一方、該図表及び記載は、模範的であり限定的ではないとして見なされるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されない。上記に記載されていない均等物、組み合わせ及び改良型も、また、本発明の範囲から離脱することなく実現されてもよい。
【００３７】
「含む」という動詞及びその派生語は、その「含む」が言及する事項における他のステップ又は要素を除外しない。また、単一の単位は、請求項において述べられる数個の手段の機能を提供し得ることにも留意すべきである。ある一定の特徴が相互的に異なる従属工において記載されているというだけの事実は、それらの特徴の組み合わせを有利に使用することはできないことを示唆しない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものとして解釈すべきではない。
【００３８】
付録A：スキュー角許容差
スポットのアレイはLx列及びLy行で構成され、ピッチｐを有する。走査方向は、一式のスポットが一式の等距離の走査ラインを生成するように、行に対して角度γを成す。ライン間隔は、R/2であり、Rは解像度である。この走査方法は：
psinγ＝R/2
pcosγ＝LxR/2
を暗示する。これらの関係は、また、特許文献１において与えられている。従って、x方向におけるスポットの数は：
【００３９】
【数５】
2011515710.tif 000007
によって与えられる。
【００４０】
不整合の場合、角度γ（解像度R、ピッチp及び列Lxの数に関して定義された）は、異なる値、γ′＝γ＋δγを有してもよい。問題は、これが画像にどう影響するかである。アレイにおけるスポットを、行及び列をラベル付けする1対の整数（i,j）でラベル付けすると仮定する。iは1からLyまで及び、jは1からLxまで及ぶ。（x,y）座標システムの原点を左下のスポット（Ly,1）とすると、スポット（i,j）のx及びy方向は：
xij＝cosγ′（j−1）p−sinγ′（Ly−i）p
yij＝sinγ′（j−1）p＋cosγ′（Ly−i）p
によって与えられる。δγにおいて第1項に展開し、R及びLxを残しp及びγを消去すると：
【００４１】
【数６】
2011515710.tif 000008
が与えられる。
【００４２】
良く整列した場合であるδy＝0において、スポットは、距離R/2によって間隔が置かれた、等距離の走査ライン上に配置される。それらの走査ラインを整数指標ｋ＝i−１＋Lx(Ly−j)でラベル付けしてもよく、ｋは、1、2、3、…、LxLyの値をとる。指標kを持つ走査ラインのy値は、従って単に(k‐1)R/2である。走査方向（x方向）において隣り合う走査ラインの間において遅延が存在する。両方が同じ行にある走査ラインの間の遅延は、Lxサンプル（走査装置は、R/2で間隔が置かれたサンプルを取る）であり、ある行の最後の走査ラインと隣り合う行の第1の走査ラインとの間の遅延は、Lx(Lx−1)+1サンプルである。
【００４３】
不整合の場合、異なる走査ラインは、もはや等距離ではなく、隣り合う走査ラインの遅延は、もはやサンプルの整数での量ではない。これは、歪んだ画像をもたらす。同じ行において隣り合う走査ラインの間の間隔は、（1＋Lxδγ）R/2であり、y方向における均等な伸びに達するが、それは、画像の解像度がわずかに異なり、すなわちR′＝（１＋Lxδγ）Rであることを意味することから、大きな問題ではない。ある行の最後の走査ラインとその隣の行の第１の走査ラインとの間の間隔は、
【００４４】
【数７】
2011515710.tif 000009
であり、それは、拡大された解像度R’とは、(Lx2+1)δγR’/2の分異なる。これは、走査ラインの公称の間隔R/2よりもかなり小さくなければいけなく：
【００４５】
【数８】
2011515710.tif 000010
を必要とする。
【００４６】
従って、小さいLx及び小さい比2p/Rは、整列の視点からは有利であるということである。この状況は、隣り合う走査ラインの間の遅延がサンプル距離R/2よりもかなり小さいことを保証するにも十分である。
【００４７】
付録B：スループット
以下において、正方形の単位セルを持つ格子が考慮される。類似の考察が、非正方形の単位セル、特に六角形の単位セルを持つ格子に対してされる。
【００４８】
走査装置のスループットBは、単位時間において走査する領域として定義される。２次元アレイの場合、
【００４９】
【数９】
2011515710.tif 000011
であり、Rは解像度であり、L＝LxLyは、放射線スポットの合計数であり、Fは、フレームレートである。格子ピッチpは、
【００５０】
【数１０】
2011515710.tif 000012
を満たす（図２参照）。
格子対角線の長さDは、
p2Lx2+p2Ly2＝D2
を満たし、それは、
【００５１】
【数１１】
2011515710.tif 000013
としても書き直すことができる。パラメータβ＝2D／Rは一定であると推定する。行の数Lyは、従って、
【００５２】
【数１２】
2011515710.tif 000014
によって列の数Lxに依存する。従って、点Lの合計数と列の数Lxとの間において以下の関係が得られ：
【００５３】
【数１３】
2011515710.tif 000015
以下の式として表わすこともでき、
【００５４】
【数１４】
2011515710.tif 000016
q＝Lx2であり、f＝L2である。qに関するfの1次導関数及び２次導関数は、
【００５５】
【数１５】
2011515710.tif 000017
である。１次導関数f’は、q＝q0でゼロになり、q0は、
【００５６】
【数１６】
2011515710.tif 000018
を満たす。さらに、f’’(q0)はマイナスである。従って、f(q)はq＝q0で最大になることを推定する。これは、唯一の最大値であることにさらに注目すべきである。所定値のβ及び所定のフレームレートFに対し、Lxが以下を最も満たす整数である場合、スループットは最大である。
【００５７】
【数１７】
2011515710.tif 000019
言いかえれば、制限β＝定数においてスループットを最大化するためには、Lxは、実数Λとは1よりも小さい数分だけ異ならなければいけなく、Λは、
【００５８】
【数１８】
2011515710.tif 000020
を満たす。同じ結果が、独立変数Lx及びLxを用いて、制限(1＋Lx2)(L  x2＋Ly2)を、ラグランジュ乗数によって又は比x＝2p/Rもしくはアスペクト比を独立変数として使用することによって考慮に入れて設立することができる。
【００５９】
Lx及びLyの任意の値において、アスペクト比は、
【００６０】
【数１９】
2011515710.tif 000021
であり、
【００６１】
【数２０】
2011515710.tif 000022
を満たす。
【００６２】
上記で決定された最適値q0をqに挿入し、恒等式β2＝2q0(1＋q0)2を使用すると、
【００６３】
【数２１】
2011515710.tif 000023
が得られ、μ0はq＝q0におけるアスペクト比であり、μ0は最適のアスペクト比である。q0≧1であることから、最適なアスペクト比は、
【００６４】
【数２２】
2011515710.tif 000024
を満たす。
【００６５】
最適のピッチp0、すなわちq＝q0においてp＝R2/4(1＋q)であるピッチは、
【００６６】
【数２３】
2011515710.tif 000025
を満たすと見られる。
【００６７】
非正方形の単位セル、特に六角形の単位セルを持つ格子の場合、左側が単位セルの面積によって置き換えられた類似の関係が保たれる。
【００６８】
スポットの数とアスペクト比との間の直接的な関係を設立することもまた可能である。上記の式からLxを消去すると、
【００６９】
【数２４】
2011515710.tif 000026
が得られる。
この関数は、上記の解析によって定義された点で最大となる。実際には、視野が非常に大きいため、数千個のスポットが適合され得る。これは、パラメータβが非常に大きく、通常1000‐5000の範囲にあることを意味する。βのこれらの値に対して、最適なアスペクト比は、適切な近似値として：
【００７０】
【数２５】
2011515710.tif 000027
によって与えられる。誤差は、β＞10に対して2%未満であり、β＞1000に対して0.1%未満である。
【００７１】
最適なスループットB0（すなわち、q＝q0に対するスループット）を同じパラメータβを有する正方形アレイで得られたスループットBSQRに比較すると興味深い。Lx＝Lyを恒等式(1＋Lx2)(Lx2＋Ly2)＝β2に代入し、Lx2に関して解くと：
【００７２】
【数２６】
2011515710.tif 000028
が得られる。より大きい値のβ、すなわちβ≫1に対して、及び同じフレームレートFが最適のアレイ及び正方形アレイに対して同じであると推定すると：
【００７３】
【数２７】
2011515710.tif 000029
が得られる。
【００７４】
次に、光センサーが、フレームレートFがアレイのエリアに反比例するように放射線スポットのアレイに適合されている場合を調べる：
【００７５】
【数２８】
2011515710.tif 000030
この場合、スループット
【００７６】
【数２９】
2011515710.tif 000031
は、格子単位セルのエリアに反比例し、すなわち：
【００７７】
【数３０】
2011515710.tif 000032
である。その結果、スループットは、Lxが減少すると増加し、Lx＝1において最小値を有する。
【図１】
2011515710.tif 000034
【図２】
2011515710.tif 000035
【図３】
2011515710.tif 000036
【図４】
2011515710.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月22日(2010.9.22)
【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】
‐格子点、
Pmn＝mT1＋nT2  （m＝1からL1、n＝1からL2）
での放射線スポットの２次元アレイを生成するスポット生成器であり、T1は第1格子ベクトルであってT2は第２格子ベクトルである、スポット生成器；及び
‐放射線スポットがサンプルに関して根本的に等距離であるラインをトレースするように、走査方向において放射線スポットのアレイを通ってサンプルを走査するための走査手段；
を有する走査顕微鏡であり、
前記走査方向と前記第1格子ベクトルとの間の角度は、最大限でも前記走査方向と前記第２格子ベクトルとの間の角度の大きさであり、比L1／L2は0.6未満である、光学式走査装置。
【請求項２】
前記比L1／L2が0.4未満である、請求項１に記載の走査顕微鏡。
【請求項３】
前記比L1／L2が0.2未満である、請求項１に記載の走査顕微鏡。
【請求項４】
L1は、２、３又は４である、請求項１に記載の走査顕微鏡。
【請求項５】
請求項１に記載の走査顕微鏡であり、許容差10％であり、単位セルの形状、解像度及び格子対角線の長さが一定であるという制限下において、積L1L2が最大であるか又は格子単位セルが最小である、走査顕微鏡。
【請求項６】
前記格子単位セルが正方形又は六角形である、請求項１に記載の走査顕微鏡。
【請求項７】
L1はΛとは1.0未満の数分異なり、又はL1は許容差10％においてΛに等しく、Λは、
【数１】
2011515710.tif 000038
によって定義され、Dは格子対角線の長さでありRは解像度である、請求項１に記載の走査顕微鏡。
【請求項８】
‐検出器、及び
‐該検出器において放射線スポットのアレイの光学画像を生成するための画像光学系、
をさらに有する、請求項１に記載の走査顕微鏡。
【請求項９】
前記検出器は、根本的に円形の視野を有し、格子対角線の画像は、該検出器の視野の直径の0.9倍と1.0倍との間の大きさである、請求項８に記載の走査顕微鏡。
【請求項１０】
前記検出器は、３：４と４：３との間のアスペクト比を持つ敏感領域を有する、請求項８に記載の走査顕微鏡。
【請求項１１】
前記スポット生成器は、２相位相構造又はアマイクロレンズのアレイを含む、請求項１に記載の走査顕微鏡。
【請求項１２】
‐格子点、
Pmn＝mT1＋nT2  （m＝1からL1、n＝1からL2）
での放射線スポットの２次元アレイを生成するステップであり、T1は第1格子ベクトルであってT2は第２格子ベクトルである、ステップ；及び
‐放射線スポットがサンプルに関して根本的に等距離であるラインをトレースするように、走査方向において放射線スポットのアレイを通ってサンプルを走査するステップ；
を含む、走査顕微鏡でサンプルを撮像する方法であり、
前記走査方向と前記第1格子ベクトルとの間の角度は、最大限でも前記走査方向と前記第２格子ベクトルとの間の角度の大きさであり、比L1／L2は0.6未満である、方法。
【請求項１３】
前記方法が、
‐検出器において放射線スポットのアレイの光学画像を生成するステップ、
をさらに含む、請求項１２に記載の光学式走査方法。
【請求項１４】
前記検出器の敏感領域の一部分が無効化される、請求項１２に記載の光学式走査方法。
【国際調査報告】
2011515710.tif 000039
2011515710.tif 000040