KR20210145741A

KR20210145741A - 이미지 데이터 취득 방법

Info

Publication number: KR20210145741A
Application number: KR1020217030236A
Authority: KR
Inventors: 사토시 가와타; 쇼고 가와노
Original assignee: 유겐가이샤 세렌디프 겐큐쇼
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-12-02
Also published as: EP3951469A4; EP3951469A1; CN113853544B; US20220130071A1; CN113853544A; US11810324B2; WO2020195154A1

Abstract

피사체의 이미지 데이터를 취득하기 위한 방법은: 복수의 단계 W를 포함하는 제1 주사 단계- 각각의 단계 W는 1차원, 2차원 또는 3차원 제1 공간에 존재하는 하나의 장소를 결정하는 단계임 -; 및 장소들 중 적어도 하나를 포함하는 제2 공간들의 내부들을 주사하는 제2 주사 단계- 제2 주사 단계는 관측 점의 위치를 랜덤하게 결정하는 단계 X 및 관측 점에 대한 이미지 데이터를 취득하는 단계 Y를 포함하고, 제2 공간들 중 하나의 내부를 주사하는 종료 시점에서, 제2 공간은 관측 점들의 50%를 포함하는 제1 영역 및 제1 영역의 외부에 존재하고 관측 점들의 나머지 50%를 포함하는 제2 영역을 갖고, 제2 영역은 제1 영역보다 적어도 15%만큼 더 큼 -를 포함한다.

Description

이미지 데이터 취득 방법

본 발명은: 이미지 데이터 취득 방법; 이미지 데이터 취득 방법을 실행하도록 구성되는 프로그램; 이미지 데이터 취득 방법을 실행하도록 구성되는 공초점 현미경; 및 이미지 데이터 취득 방법을 실행하도록 구성되는 라만(Raman) 현미경에 관한 것이다.

주로 다음과 같은 관점에서 다양한 연구가 수행되었다: 현미경들 및 망원경들과 같은 이미지 취득 디바이스들이 개선된 공간 해상도들 및 개선된 파장 해상도들을 가질 수 있게 하는 방법; 이미지 취득 디바이스들이 관찰되고 있는 대상물에 관한 정보를 신속하게 취득할 수 있게 하는 방법; 등.

예를 들어, 이하에 열거된 특허 문헌 1은 데이터를 신속하게 취득할 수 있는 공초점 분광 영상 시스템을 설명한다. 이 문헌의 청구항 1에 설명된 바와 같이, 공초점 분광 비디오 시스템은: 광원 수단; 조명 개구를 형성하고, 검사되고 있는 대상물의 위치가 공액(conjugate)이기 위해 미리 결정된 조명 패턴을 안내하도록 구성되는 광 변조 수단; 및 검출 개구, 분광 분산 소자 및 검출기 카메라를 포함하는 분석 수단을 포함한다. 조명 및 검출 개구들은 공액 광 평면 상에 위치된다. 이 공초점 분광 비디오 시스템에서, 광 변조 수단은 광 변조 소자들의 2차원 어레이로 구성되고, 2차원 어레이를 구성하는 소자들의 그룹은 조명 패턴에 따른 조명 개구를 형성하도록 배치되고, 광 변조 수단은 조명 패턴이 시간에 따라 대상물의 공액 위치를 변경하도록 제어가능하게 구성된다.

특허 문헌 1(단락 [0014])에 기술된 바와 같이, 공초점 분광 비디오 시스템의 기본적인 아이디어는 공간 광 변조기(spatial light modulator)(이하, SLM이라고 함) 수단이 제공된 분광 분석 수단을 포함하는 공초점 광 비디오 시스템의 동작에 있다. SLM 수단은 광 변조 소자들의 어레이를 포함한다. 하나의 어레이는 광 변조 소자들로 구성되는 마스크이고, 광 변조 소자들은 개별적으로 제어가능하다. 광 변조 소자들의 제어가능성은 송신, 반사 또는 회절과 같은 소자들의 광학적 특징들과 관련된다. 조명 및/또는 검출 개구로서 인코딩된 조명 패턴은 광 변조 소자들의 그룹, 또는 전부를 변경함으로써 형성된다. 서로 매칭되는 조명 또는 검출을 위한 패턴들은 상이한 변조기들 또는 공통 변조기에 의해 생성된다.

특허 문헌 1(단락 [0015])에 설명된 바와 같이, 임의의 조명 패턴 시퀀스가 공초점 분광 비디오 시스템의 조명 패턴 시퀀스로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 다음 중 어느 하나를 선택하는 것이 허용된다: 유한한 길이들을 갖고 의사-랜덤 시퀀스(pseudo-random sequence) 또는 S-매트릭스 하다마드 시퀀스(S-matrix Hadamard sequence) 중 어느 하나에 따라 규칙적 간격들 또는 랜덤 간격들로 체계적으로 시프트된 라인들; 예를 들어, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 육각형 등의 형상을 갖는, 규칙적으로 점선인 그리드; 유한한 길이를 갖고 소위 월시(Walsh) 시퀀스, 실베스터(Sylvester) 시퀀스, 하다마드 시퀀스, 또는 골레이(Golay) 시퀀스에 기초하는 랜덤 패턴 또는 의사-랜덤 패턴; 교차-라인 패턴으로 형성된 정사각형 또는 직사각형 그리드; SLM 소자들 상의 정수 회전 횟수에 적합하고 SLM 상에서 순차적으로 취득되는 테셀레이션(tessellation) 패턴들; 또는 전술한 패턴 시퀀스들의 조합.

특허 문헌 1: 일본 공개 특허 공보 H11-249023호

그러나, 특허 문헌 1에는, 피사체(관찰되고 있는 대상물)에 관한 정보를 취득하는 속도를 높이기 위해 특정 조명 패턴 시퀀스를 사용하는 것이 효과적이라는 어떠한 구체적인 진술도 기재되어 있지 않다. 속도의 증가의 정도는 단지 조명 패턴 시퀀스를 변경함으로써 변경되는 것으로 간주되지 않는다. 본 발명의 목적은 피사체의 이미지 데이터를 보다 짧은 시간에 효율적으로 취득하는 방법을 제공하는 것이다.

[1] 전술한 목적을 달성한 본 발명의 제1 양태에 따른 이미지 데이터 취득 방법은 피사체의 이미지 데이터를 취득하는 방법이고, 이미지 데이터 취득 방법은:

복수의 단계 W를 포함하는 제1 주사 단계- 각각의 단계 W는 1차원, 2차원 또는 3차원 제1 공간에 존재하는 하나의 장소를 결정하는 단계임 -; 및

장소들 중 적어도 하나를 포함하는 제2 공간들의 내부들을 주사하는 제2 주사 단계를 포함하고,

제2 주사 단계는 관측 점의 위치를 랜덤하게 결정하는 단계 X(이하, "제2 랜덤 결정"으로 기재됨) 및 관측 점에 대한 이미지 데이터를 취득하는 단계 Y를 포함하고,

제2 공간들 중 하나의 내부를 주사하는 것의 종료 시점에서, 제2 공간은 관측 점들의 50%를 포함하는 제1 영역 및 제1 영역의 외부에 존재하고 관측 점들의 나머지 50%를 포함하는 제2 영역을 갖고, 제2 영역은 제1 영역보다 적어도 15%만큼 더 크다.

전술한 이미지 데이터 취득 방법에서, 제2 랜덤 결정은 중심 위치에 더 가까운 위치에서 출현 확률이 더 높은 확률 분포에 따라 실행된다. 따라서, 시야 중심 지역은 더 높은 정확도로 인식된다. 한편, 시야 주변 지역에 관련하여, 지역의 인식은 약간 대략적이지만 넓은 범위에 걸쳐 있고, 인식의 방식은 인식을 위해 육안으로 정보를 취득하는 방식과 유사하다. 따라서, 중심 위치에 더 가까운 위치에서 출현 확률이 더 높은 확률 분포에 따라 제2 랜덤 결정이 실행되는 경우, 주사의 시작 후에 초기 스테이지로부터 관찰자에게 쉽게 인식가능한 이미지 데이터를 취득하는 것이 가능한 것으로 간주된다.

[2] 전술한 이미지 데이터 취득 방법은 제2 주사 단계의 시작 전에 제2 공간들의 내부들을 주사하고, 제2 주사 단계에서의 주사의 중심을 사전 제2 주사 단계를 통해 결정된 특정 위치로 조정하는 사전 제2 주사 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

[3] [1] 또는 [2]에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 제공하는 것이 바람직하고, 제2 주사 단계에서, n번째("n"은 자연수) 관측 점의 위치를 결정하는 단계가 단계 Xn으로서 정의되고, 관측 점에 대응하는 n번째 이미지 데이터를 취득하는 단계가 단계 Yn으로서 정의되는 경우, 제2 주사 단계에서 취득될 관측 점들의 수는 단계 X1의 실행 시점에서 고정되지 않고, 제2 주사 단계는 단계 Y1 내지 단계 Yn을 통해 취득된 하나의 이미지 데이터 또는 복수의 이미지 데이터가 미리 결정된 조건을 만족할 때 종료된다.

[4] 전술한 목적을 달성한 본 발명의 제2 양태에 따른 이미지 데이터 취득 방법은 피사체의 이미지 데이터를 취득하는 방법이고, 이미지 데이터 취득 방법은:

제2 주사 단계는 각각의 제2 공간 내의 관측 점의 위치를 랜덤하게 결정하는 단계 X(이하, "제2 랜덤 결정"이라고 기재됨) 및 관측 점에 대한 이미지 데이터를 취득하는 단계 Y를 포함하고,

제2 주사 단계에서, n번째("n"은 자연수) 관측 점의 위치를 결정하는 단계가 단계 Xn으로서 정의되고 관측 점에 대응하는 n번째 이미지 데이터를 취득하는 단계가 단계 Yn으로서 정의되는 경우, 제2 주사 단계에서 취득될 관측 점들의 수는 단계 X1의 실행 시점에서 고정되지 않고, 제2 주사 단계는 단계 Y1 내지 단계 Yn을 통해 취득된 하나의 또는 복수의 이미지 데이터가 미리 결정된 조건을 만족시킬 때 종료된다.

[5] [3] 또는 [4]에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 제공하는 것이 바람직하고, 미리 결정된 조건은 하나의 이미지 데이터 또는 복수의 이미지 데이터를 인수들로서 갖는 강도 함수가 미리 결정된 값보다 크지 않은 값을 취하는 것이다.

[6] [5]에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 제공하는 것이 바람직하고, 단계 Yn을 통해 n번째 데이터를 취득하는 완료 시점에서의 강도 함수는, 인수들로서, 제2 주사 동안 가장 최근에 취득된 m개의 이미지 데이터를 갖고, 여기서 "m" 및 "n"은 자연수들(m<n)이다.

[7] [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 제공하는 것이 바람직하고, 각각의 제2 공간에서 이미 주사된 관측 점으로부터 미리 결정된 거리 내에 있고 그 안에 있는 영역에 대해서는 주사가 실행되지 않는다.

[8] [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 제공하는 것이 바람직하고, 제1 주사 단계를 통해 위치들이 결정되는 복수의 제2 공간이 서로 이산적이도록 선택되었다.

[9] [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 제공하는 것이 바람직하고, 제1 주사 단계는 제1 공간 내의 제2 공간들의 위치들을 랜덤하게 결정하는 단계(이하, "제1 랜덤 결정"으로 기재됨)이다.

[10] [9]에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 제공하는 것이 바람직하고, 제1 랜덤 결정은 균일 난수(uniform random number)에 따라 실행된다.

[11] [1] 내지 [10] 중 어느 하나에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 제공하는 것이 바람직하고, 제2 랜덤 결정은 정규 난수(normal random number)에 따라 실행된다.

[12] [1] 내지 [11] 중 어느 하나에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 제공하는 것이 바람직하고, 제2 주사 단계는 단계들 W 중 하나와 단계들 W 중 다른 하나 사이에서 실행된다.

[13] [1] 내지 [12] 중 어느 하나에 따른 이미지 데이터 취득 방법으로서, 제2 공간들은 제1 공간에서 미리 결정된 그리드를 따라 배열된다.

[14] [13]에 따른 이미지 데이터 취득 방법으로서, 제1 주사 단계에서, k번째("k"는 자연수임) 시간에 대한 제2 공간의 장소를 결정하는 단계가 단계 Wk로서 정의되는 경우, 미리 결정된 그리드 내에 위치되고 단계 W1 내지 단계 Wk의 실행을 통해 이미 결정된 k개의 제2 공간 이외의 나머지 제2 공간들은 k+1번째 제2 공간으로서 결정되는 확률의 관점에서 서로 동일하다.

[15] [1] 내지 [14] 중 어느 하나에 따른 이미지 데이터 취득 방법으로서, 제1 공간에서, 단계들 W의 누적된 실행 횟수가 미리 결정된 값이 되는 경우, 이미지 데이터의 취득이 종료된다.

[16] 전술한 목적을 달성한 본 발명의 제3 양태에 따른 이미지 데이터 취득 방법은 피사체의 이미지 데이터를 취득하는 방법이고, 이미지 데이터 취득 방법은:

제2 주사 단계는 각각의 제2 공간 내의 관측 점의 위치를 랜덤하게 결정하는 단계 X(제2 랜덤 결정) 및 관측 점에 대한 이미지 데이터를 취득하는 단계 Y를 포함하고,

제2 공간들 중 하나의 내부를 주사하는 것의 종료 시점에서, 제2 공간은 관측 점들의 50%를 포함하는 제1 영역 및 제1 영역의 외부에 존재하고 관측 점들의 나머지 50%를 포함하는 제2 영역을 갖고, 제2 영역은 제1 영역보다 크고,

이미지 데이터 취득 방법은 제2 주사 단계의 시작 전에 제2 공간들의 내부들을 주사하고, 제2 주사 단계에서의 주사의 중심을 사전 제2 주사 단계를 통해 결정된 특정 위치로 조정하는 사전 제2 주사 단계를 추가로 포함한다.

[17] 전술한 목적을 달성한 본 발명의 제4 양태에 따른 이미지 데이터 취득 방법은 피사체의 이미지 데이터를 취득하는 방법이고, 이미지 데이터 취득 방법은:

단계 W는 제1 공간 내의 하나의 장소의 위치를 랜덤하게 결정하는 단계(제1 랜덤 결정)이다.

[18] 목적을 달성한 본 발명의 제5 양태에 따른 이미지 데이터 취득 방법은 피사체의 이미지 데이터를 취득하는 방법이고, 이미지 데이터 취득 방법은:

제2 주사 단계는 단계들 W 중 하나와 단계들 W 중 다른 하나 사이에서 실행된다.

[19] [1] 내지 [18] 중 어느 하나에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 실행하도록 프로그램을 구성하는 것이 바람직하다.

[20] [1] 내지 [18] 중 어느 하나에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 실행하도록 공초점 현미경을 구성하는 것이 바람직하다.

[21] [1] 내지 [18] 중 어느 하나에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 실행하도록 라만 현미경을 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 이미지 데이터 취득 방법은 기본적으로 적어도 두 개의 주사 단계, 즉 제1 주사 단계 및 제2 주사 단계를 포함한다. 이미지 데이터 취득 방법은, 특히 (1) 제2 랜덤 결정의 실행 절차와 관련하여, 제2 랜덤 결정은 출현 확률이 주변 위치에서보다 중심 위치에 더 가까운 위치에서 더 높은 확률 분포에 따라 실행되기 때문에, 또는 (2) 제2 주사에서 취득된 이미지 데이터가 미리 결정된 조건을 만족할 때 제2 주사 단계가 종료되기 때문에, 주사의 시작 후에 초기 스테이지로부터 관찰자에게 쉽게 인식가능한 이미지 데이터를 취득하는 것을 가능하게 한다.

[도 1] 도 1은 본 발명의 실시형태 1 또는 실시형태 2에 따른 이미지 데이터 취득 방법의 흐름도이다.
[도 2] 도 2는 본 발명의 실시형태 1에 따른 제2 공간들의 결정된 위치들을 도시한다.
[도 3] 도 3은 참조 예의 이미지 데이터 취득 방법에 따른 제2 공간들의 결정된 위치들을 도시한다.
[도 4] 도 4는 본 발명의 실시형태 1에 따른 관측 점들의 분포 예를 도시한다.
[도 5] 도 5는 본 발명의 실시형태 1에 따른 관측 점들의 분포 예를 도시한다.
[도 6] 도 6은 본 발명의 실시형태 1에 따른 관측 점들의 분포 예를 도시한다.
[도 7] 도 7은 본 발명의 실시형태 1 또는 실시형태 2에 따른 관측 점들의 분포 예를 도시한다.
[도 8] 도 8은 실시예 1 및 비교예 1의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 9] 도 9는 실시예 1 및 비교예 1의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 10] 도 10은 실시예 1 및 비교예 1의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 11] 도 11은 실시예 1 및 비교예 1의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 12] 도 12는 실시예 1 및 비교예 1의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 13]도 13은 실시예 1 및 비교예 1의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 14] 도 14는 실시예 1 및 비교예 1의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 15] 도 15는 실시예 1 및 비교예 1의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 16] 도 16은 실시예 2 및 비교예 2의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 17] 도 17은 실시예 2 및 비교예 2의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 18] 도 18은 실시예 2 및 비교예 2의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 19] 도 19는 실시예 2 및 비교예 2의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 20] 도 20은 실시예 2 및 비교예 2의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 21] 도 21은 실시예 2 및 비교예 2의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 22] 도 22는 실시예 2 및 비교예 2의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.
[도 23] 도 23은 실시예 2 및 비교예 2의 이미지 데이터를 형성하는 스테이지를 도시한다.

현재의 최첨단 과학 분석 및 측정에서는, 측정 샘플의 큰 면적 또는 부피로부터, 매우 약한 방출된 광 또는 산란된 광의 공간 분포를 짧은 측정 시간에 검출하는 것이 요구되었다. 그러나, 최첨단 측정 기법들 및 현미경 기법들에서도, 약한 신호, 큰 면적, 및 짧은 시간의 조건들을 동시에 만족시키는 것은 매우 어렵다. 본 발명자들의 아이디어는, 이미지 데이터를 얻기 위한 주사 경로를 결정론적으로 결정하는 대신에, 브라운 운동(Brownian motion) 등의 확률적 프로세스(stochastic process)에 기초하여 주사를 실행하는 것이다. 이 주사의 방식은: 사람이 맵(map) 내로부터 예상하지 못한 위치를 찾는 방식; 또는 동물이 넓은 면적 위로부터 먹이를 발견하는 방식과 유사할 수 있다. 이 아이디어의 특정 응용의 예는 다음과 같다. 즉, 단시간에 높은 공간 분해능(spatial resolution)으로 라만 산란 스펙트럼 현미경으로 이미징함으로써 살아있는 세포의 분자 분포가 취득될 수 있다. 또한, 이 아이디어는 탄소 나노튜브들과 같은 나노재료의 결함 분포 및 카이랄성(chirality), 최신 기술의 반도체 디바이스의 변형 분포 등에 대한 이미징에도 적용가능할 수 있다. 본 발명에서, 주사 경로 결정 프로세스는 적어도 2개의 주사 스테이지를 포함한다. 스테이지들은 예를 들어, 균일 난수, 랜덤 워크(random walk) 및 정보 엔트로피의 통계적 및 확률적 프로세스에 따라 주사 경로들을 결정하는 단계를 수반한다. 이 방법이 적용될 수 있는 관측 타겟은 1차원 및 2차원 이미지들로 제한되지 않고, 물론, 이 방법은 3차원 구조에 대한 이미징에서도 효과적으로 실행될 수 있다.

이하, 본 발명은 이하의 실시형태들에 기초하여 보다 구체적으로 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은, 이하의 실시형태들에 한정되는 것은 아니고, 물론, 위에서 그리고 아래에서 설명된 요지의 범위 내에서 적절한 변경을 행함과 함께 실시될 수도 있고, 이러한 변경들 중 임의의 것은 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

(실시형태 1)

본 발명의 실시형태 1에 따른 이미지 데이터 취득 방법은 피사체의 이미지 데이터를 취득하는 방법이다. 방법은: 복수의 단계 W를 포함하는 제1 주사 단계- 각각의 단계 W는 1차원, 2차원 또는 3차원 제1 공간에 존재하는 하나의 장소를 결정하는 단계임 -; 및 장소들 중 적어도 하나를 포함하는 제2 공간들의 내부들을 주사하는 제2 주사 단계를 포함한다. 제2 주사 단계는 관측 점의 위치를 랜덤하게 결정하는 단계 X 및 관측 점에 대한 이미지 데이터를 취득하는 단계 Y를 포함한다. 제2 공간들 중 하나의 내부를 주사하는 것의 종료 시점에서, 제2 공간은 관측 점들의 50%를 포함하는 제1 영역 및 제1 영역의 외부에 존재하고 관측 점들의 나머지 50%를 포함하는 제2 영역을 갖고, 제2 영역은 제1 영역보다 적어도 15%만큼 더 크다.

실시형태 1에 따른 이미지 데이터 취득 방법에서, 제2 랜덤 결정은 각각의 제2 공간의 중심 위치에 더 가까운 위치에서 출현 확률이 더 높은 확률 분포에 따라 실행된다. 따라서, 시야 중심 지역은 더 높은 정확도로 인식된다. 한편, 시야 주변 지역에 관련하여, 지역의 인식은 약간 대략적이지만 넓은 범위에 걸쳐 있고, 인식의 방식은 인식을 위해 육안으로 정보를 취득하는 방식과 유사하다. 따라서, 중심 위치에 더 가까운 위치에서 출현 확률이 더 높은 확률 분포에 따라 제2 랜덤 결정이 실행되는 경우, 주사의 시작 후에 초기 스테이지로부터 관찰자에게 쉽게 인식가능한 이미지 데이터를 취득하는 것이 가능한 것으로 간주된다.

이하, 본 발명의 실시형태 1에 따른 이미지 데이터 취득 방법의 바람직한 모드가 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 이미지 데이터 취득 방법의 흐름도이다. 흐름도는 이하에서 설명되는 단계들을 포함한다.

(1) 제1 주사 단계

제1 주사 단계는 복수의 단계 W를 포함한다. 각각의 단계 W는 제1 공간 내의 하나의 장소를 결정하는 단계이다. 단계 W는 제2 공간의 존재 경계를 한정하는 단계, 제2 공간에 포함된 지점을 결정하는 단계, 또는 제2 공간의 중심 위치를 결정하는 단계일 수 있다.

제2 공간의 존재 경계에 관련하여, (i) 제1 주사 단계에서 단계 W가 실행되었고 후술하는 제2 주사 단계의 시작에 선행하는 시간에 존재 경계가 미리 결정될 수 있거나, 또는 (ii) 제2 주사 단계의 시작 전에 제2 공간의 존재 경계가 결정되지 않을 수 있고, 제2 주사 단계의 완료 시에, 관측 점들의 집합체를 포함하는 제2 공간의 존재 경계가 결과적으로 결정될 수 있다.

제1 주사 단계에서, 한 장소를 결정하는 순서 또는 방법은 특별히 제한되지 않고, 복수의 제2 공간이 순차적으로 결정되거나 동시에 결정될 수 있다. 짧은 시간에 제1 공간 내의 광범위한 영역들을 커버하기 위해, 제2 공간들은 바람직하게는 서로 이산적이도록 결정되고, 더 바람직하게는 랜덤하게 결정된다(제1 랜덤 결정). 본 발명에서, 용어 "랜덤"은 불규칙한 선택을 지칭한다. 필요에 따라, 불규칙한 값들이 컴퓨터에 의해 생성될 수 있거나, 컴퓨터 및 컴퓨터 이외의 디바이스로부터 얻어진 우발적인 값들(노이즈 등)을 결합함으로써 생성될 수도 있다. 또한, 매번 불규칙한 값들을 생성하는 대신에 미리 결정된 우발적인 값 목록(소위 난수 표)이 미리 준비될 수 있다.

도 2는 각각의 단계 W를 통해 제1 공간에서 결정된 하나의 장소(전형적으로, 각각의 제2 공간의 중심 위치) 1 내지 장소 7을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 공간들의 장소 1 내지 장소 7은 불규칙한 위치들에 위치된다, 즉, 랜덤하게 위치된다. 따라서, 장소 1 내지 장소 7은 제1 공간 전체에 걸쳐 서로 이산적이도록 위치된다.

도 3은, 참조를 위해, 실시형태 1의 범위 내에 있지 않지만 래스터 스캔(raster scan)을 통해 배치되는 제2 공간들의 장소 1 내지 장소 7을 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 래스터 스캔은 제1 공간의 코너로부터의 순차적인 주사를 포함한다. 따라서, 스크린의 상부 부분의 출현은 주사의 시작 후에 비교적 조기에 확인되는 반면, 스크린의 하부 부분의 출현은 주사가 최종 스테이지로 실행될 때까지 확인되지 않는다.

(2) 제2 주사 단계

(2-1) 단계 X

단계 X는 제2 주사 단계의 일부이고, 단계 W를 통해 지정된 하나의 장소에서의 적어도 하나의 관측 점의 위치를 랜덤하게 결정하는 단계(이하, "제2 랜덤 결정"으로 기재됨)이다. 여기서, 제2 랜덤 결정은 중심 위치에 더 가까운 위치에서 출현 확률이 더 높은 확률 분포에 따라 실행된다. 구체적으로, 제2 공간들 중 하나의 내부를 주사하는 것의 종료 시점에서, 제2 공간은 관측 점들의 50%를 포함하는 제1 영역 및 제1 영역의 외부에 존재하고 관측 점들의 나머지 50%를 포함하는 제2 영역을 갖고, 제2 영역은 제1 영역보다 적어도 15%만큼 더 크다.

제1 영역은, 예를 들어, 중심이 제2 공간의 중심 위치인 구 형상 또는 원형 형상을 갖고, 관측 점들의 50%를 포함하도록 최소 반경을 갖는 영역일 수 있다. 제2 영역은, 예를 들어, 제2 공간 내의 모든 관측 점을 포함하는 영역들 중에서 최소 반경을 갖는 구형 또는 원형 영역으로부터 제1 영역을 제외시킴으로써 취득된 영역일 수 있다. 단계 X가 픽셀들이 3차원 공간 또는 2차원 평면 내에 배치되는 픽셀별로 실행되는 경우에, 전술된 구형 또는 원형 영역의 경계는 물론, 매끄럽지 않다. 전술한 반경들 각각은 제2 공간의 중심 위치와 대응하는 셀의 중심 위치 사이의 거리로 설정될 수 있다. 픽셀들은 3차원 공간 또는 2차원 평면 내에서 그리드 패턴으로 배열될 수 있거나, 제2 공간의 중심에 대해 점대칭(point-symmetric)이도록 배열될 수 있다.

관측 점의 수가 홀수인 경우에, 제1 영역 내의 관측 점의 수는 제2 영역 내의 관측 점의 수보다 1만큼 클 수 있다.

복수 회의 제2 랜덤 결정에 의해 선택된 관측 점들의 집합체는 관측 점들의 50%를 포함하는 제1 영역, 및 제1 영역 외부에 존재하고 관측 점들의 나머지 50%를 포함하는 제2 영역을 가질 수 있고, 제2 영역은 제1 영역보다 적어도 15%만큼 더 크다.

본 발명의 실시형태들에서, "제2 영역이 제1 영역보다 크다"라는 문구의 의미는 다음과 같다. 제2 공간이 1차원인 경우에, 문구는 "제1 영역의 하나의 측 및 다른 측에 존재하는 제2 영역들의 총 길이가 제1 영역의 길이보다 길다"는 것을 의미한다. 제2 공간이 2차원인 경우에, 문구는 "제2 영역의 면적이 제1 영역의 면적보다 크다"는 것을 의미한다. 제2 공간이 3차원인 경우에, 문구는 "제2 영역의 부피가 제1 영역의 부피보다 크다"는 것을 의미한다.

이러한 방식으로, 중심 위치에 더 가까운 위치에서 출현 확률이 더 높은 확률 분포에 따라 관측 점들이 존재한다. 따라서, 중심 영역인 제1 영역은 더 높은 정확도로 인식된다. 한편, 주변 영역인 제2 영역에 관해서는, 제2 영역의 인식은 약간 대략적이지만, 단시간에 넓은 범위의 정보를 취득할 수 있다. 이러한 유리한 효과들을 더 효과적으로 나타내기 위해, 제2 영역은 바람직하게는 제1 영역보다 적어도 20%만큼 더 크고, 더 바람직하게는 제1 영역보다 적어도 30%만큼 더 크고, 더 바람직하게는 제1 영역보다 적어도 50%만큼 더 크고, 훨씬 더 바람직하게는 제1 영역보다 적어도 80%만큼 더 크다.

실시형태 1의 단계 W 및 단계 X를 광학 현미경에 적용한 경우에, 갈바노미터 미러(galvanometer mirror)를 사용하여 광을 편향시킴으로써 관찰되고 있는 샘플을 조사하는 광을 제어하면, 효율적이고 신속한 주사를 실행할 수 있다.

도 4 내지 도 6 각각은 제2 공간에 설정된 관측 점들의 분포 예를 1차원적으로 도시한다. 도 4는 관측 점들이 정규 분포에 따라 존재하는 예를 도시한다. 도 5는 관측 점들이 삼각 분포에 따라 존재하는 예를 도시한다. 도 6은 관측 점들이 계단식으로(stepwise) 분포되는 예를 도시한다.

제2 주사의 중심은 반드시 각각의 제2 공간의 중심으로 조정될 필요는 없다. 바람직하게는, 각각의 제2 공간의 내부는 제2 주사(이하, "사전 제2 주사"로 기재됨)의 실행 전에 주사되어, 예를 들어, 강한 콘트라스트를 갖는 의미있는 데이터가 존재하는 특정 위치가 제2 공간에서 확인되고, 그 다음 특정 위치를 주사의 중심으로 하여 제2 주사가 실행된다. 따라서, 의미있는 데이터가 있는 특정 위치는 더 집중된 방식으로 해결될 수 있다. 사전 제2 주사를 위한 주사 방법으로서, 래스터 스캔 또는 균일 랜덤 주사와 같은 균일한 주사 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

(2-2) 단계 Y

단계 Y는 전술한 단계 X를 통해 특정된 관측 점에 대응하는 위치에서 이미지 데이터를 취득하는 단계이다. 기본적으로, 관측 점들의 수와 동일한 수의 이미지 데이터가 취득된다. 그러나, 취득될 이미지 데이터의 수는 관측 점의 수보다 작을 수 있다. 정보를 취득하기 위해, 공개적으로 공지된 어레이 센서가 사용될 수 있거나, 포토다이오드와 같은 단일 센서가 사용될 수 있다.

(3) 제2 주사 계속/종료 단계

제2 공간 내의 특정 관측 점에 대응하는 위치에서의 이미지 데이터의 취득이 완료될 때, 처리는, 도 1에 도시된 바와 같이, 다음 관측 점을 결정하는 프로세스가 동일한 제2 공간에서 실행되는 단계 X로 되돌아간다. 따라서, 제2 주사는 반복적으로 계속된다. 관측 점들의 수가 미리 결정된 값에 도달하는 경우, 제2 공간 내의 이미지 데이터들이 충분히 취득되었다고 결정하고; 제2 주사 단계를 종료하는 것이 가능하다.

한편, 항목 (3)에서 위에서 설명된 바와 같이 관측 점들의 수가 미리 결정된 값에 도달한 경우 제2 주사 단계를 종료하는 대신에, 제2 주사가 "n"회 반복적으로 계속된 후에 관측 점들의 수가 미리 결정된 값에 도달하지 않더라도 제2 주사 단계를 종료하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제2 주사 단계에서, n번째("n"은 자연수) 관측 점의 위치를 결정하는 단계가 단계 Xn으로서 정의되고, 관측 점에 대응하는 n번째 이미지 데이터를 취득하는 단계가 단계 Yn으로서 정의되는 경우, 제2 주사 단계는 다음과 같을 수 있다. 즉, 제2 주사 단계에서 취득될 관측 점들의 수는 단계 X1의 실행 시점에서 고정되지 않고, 제2 주사 단계는 단계 Y1 내지 단계 Yn을 통해 취득된 하나의 또는 복수의 이미지 데이터가 미리 결정된 조건을 만족할 때에도 조기에 종료된다.

(i) 조기 종료 1

예를 들어, 단계 Y1 내지 단계 Yn을 통해 취득된 이미지 데이터로 충분한 콘트라스트와 같은 의미있는 정보가 이미 취득된 경우, 제2 공간의 전체 이미지가 취득되었다고 결정하고; 다른 제2 공간의 주사로 진행하기 위해 제2 주사 단계를 조기에 종료하는 것이 가능하다. 한편, 단계 Y1 내지 단계 Yn을 통해 취득된 이미지 데이터만으로 의미있는 정보가 아직 취득되지 않은 경우, 제2 공간을 더 상세히 분해하기 위해 제2 주사 단계를 계속하는 것도 가능하다.

(ii) 조기 종료 2

전술된 항목 (i)과는 대조적으로, 전술된 단계 Y1 내지 단계 Yn을 통해 취득된 이미지 데이터로 충분한 강도에 대한 정보가 아직 취득되지 않은 경우, 의미있는 정보가 이 영역에 충분히 포함되지 않았다고 결정하고; 제2 주사 단계를 조기에 종료하여 처리가 다른 제2 공간의 주사가 시작되는 단계 W로 진행하게 하는 것이 가능하다. 한편, 단계 Y1 내지 단계 Yn을 통해 얻어진 이미지 데이터를 사용하여 콘트라스트와 같은 의미있는 이미지에 대한 정보가 취득된 경우, 이미지의 해상도를 추가로 증가시키기 위해 제2 주사 단계를 계속하는 것도 가능하다.

도 7은 실시형태 1에 따른 조기 종료 방법 또는 다음에 설명되는 실시형태 2에 따른 조기 종료 방법에 의해 주사된 관측 점들의 분포 예를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 3개의 제2 공간 각각에서 복수의 관측 점이 주사되고, 관측 점들의 수는 제2 공간들마다 다르다. 이 방식으로, 미리 결정된 조건이 만족되는 타이밍은 제2 공간들마다 다르다. 따라서, 적은 수의 관측 점들만이 주사된 제2 공간과 비교적 많은 수의 관측 점들이 주사된 제2 공간들이 혼합된다. 적은 수의 관측 점들만이 주사된 제2 공간은 특히 이미지 데이터의 조기 취득에 기여하는 부분이다.

제2 주사 단계를 종료하는 조건들은 더 구체적인 방법들을 포함한다. 그러나, 이러한 방법들의 설명은 다음에 설명되는 본 발명의 실시형태 2에 따른 이미지 데이터 취득 방법의 설명과 부분적으로 동일하고, 따라서 이제 조기 종료의 설명이 종료된다.

조기 종료의 조건을 만족시키는 제2 공간 내의 관측 점의 수는 다른 제2 공간에 포함된 관측 점의 수보다 적다. 따라서, 본 발명의 제1 양태에서의 요건들 중 하나를 충족시키지 않는 제2 공간이 있을 수 있다. 요건들 중 하나는 "제2 공간은 관측 점들의 50%를 포함하는 제1 영역, 및 제1 영역의 외부에 존재하고 관측 점들의 나머지 50%를 포함하는 제2 영역을 갖고, 제2 영역은 제1 영역보다 적어도 15%만큼 더 크다"는 조건이다. 그러나, 그러한 제2 공간이 실시형태에서 존재하더라도, 실시형태는 그 조건을 만족시키는 다른 제2 공간이 제1 공간에 존재하는 한 본 발명의 제1 양태에 부합하는 것으로 간주된다.

(4) 제1 주사 계속/종료 단계

미리 결정된 제2 공간의 이미지 데이터의 취득이 완료되지 않은 경우, 처리는, 도 1에 도시된 바와 같이, 단계 W로 되돌아가서, 다음 제2 공간의 위치를 결정하는 처리가 제1 공간에서 실행된다. 제1 주사는 이 방식으로 반복적으로 계속되고, 그에 의해 복수의 제2 공간의 이미지 데이터가 취득될 수 있다. 제2 공간들의 수가 미리 결정된 값에 도달하는 경우, 제1 공간 내의 이미지 데이터가 충분히 취득되었다고 결정할 수 있고; 제1 주사 단계를 종료하고; 이미지 데이터를 취득하는 전체 처리를 완료하는 것이 가능하다.

(실시형태 2)

본 발명의 실시형태 2에 따른 이미지 데이터 취득 방법은 피사체의 이미지 데이터를 취득하는 방법이다. 방법은: 복수의 단계 W를 포함하는 제1 주사 단계- 각각의 단계 W는 1차원, 2차원 또는 3차원 제1 공간에 존재하는 하나의 장소를 결정하는 단계임 -; 및 장소들 중 적어도 하나를 포함하는 제2 공간들의 내부들을 주사하는 제2 주사 단계를 포함한다. 제2 주사 단계는 각각의 제2 공간 내의 관측 점의 위치를 랜덤하게 결정하는 단계 X 및 관측 점에 대한 이미지 데이터를 취득하는 단계 Y를 포함한다. 제2 주사 단계에서, n번째("n"은 자연수) 관측 점의 위치를 결정하는 단계가 단계 Xn으로서 정의되고 관측 점에 대응하는 n번째 이미지 데이터를 취득하는 단계가 단계 Yn으로서 정의되는 경우, 제2 주사 단계에서 취득될 관측 점들의 수는 단계 X1의 실행 시점에서 고정되지 않고, 제2 주사 단계는 단계 Y1 내지 단계 Yn을 통해 취득된 하나의 또는 복수의 이미지 데이터가 미리 결정된 조건을 만족시킬 때 종료된다.

실시형태 2에 따른 이미지 데이터 취득 방법은 실시형태 1에서와 같이 도 1의 흐름도에 따라 실행된다. 실시형태 1과 실시형태 2 사이의 유일한 차이점은 2가지인데, 이는 도 1의 "제2 공간 내의 하나의 관측 점의 위치를 랜덤하게 결정하는 (2-1) 단계 X"의 상세; 및 도 1의 "(3) 제2 공간의 계속/종료 주사"의 상세이다. 따라서, 이하, 2개의 차이점을 중심으로 설명한다.

먼저, 전술한 항목 (2-1)의 단계에 대해서 설명한다. 실시형태 1은, 관측 점을 랜덤하게 결정하는 요건에 더하여, "제2 공간들 중 하나의 내부를 주사하는 것의 종료 시점에서, 제2 공간은 관측 점들의 50%를 포함하는 제1 영역 및 제1 영역의 외부에 존재하고 관측 점들의 나머지 50%를 포함하는 제2 영역을 갖고, 제2 영역은 제1 영역보다 적어도 15%만큼 더 크다"는 요건을 갖는다. 한편, 실시형태 2는 관측 점을 랜덤하게 결정하는 요건 이외의 특별한 요건을 갖지 않는다.

이어서, 도 1의 단계 "(3) 제2 공간의 계속/종료 주사"에 대해 설명한다. 실시형태 1은 특정한 요건을 갖지 않지만, 실시형태 2는, 실시형태 2가 "제2 주사 단계에서, n번째("n"은 자연수) 관측 점의 위치를 결정하는 단계가 단계 Xn으로서 정의되고, 관측 점에 대응하는 n번째 이미지 데이터를 취득하는 단계가 단계 Yn으로서 정의되는 경우, 제2 주사 단계에서 취득될 관측 점들의 수는 단계 X1의 실행 시점에서 고정되지 않고, 단계 Y1 내지 단계 Yn을 통해 취득된 하나 또는 복수의 이미지 데이터가 미리 결정된 조건을 만족할 때 제2 주사 단계가 종료된다"라는 요건을 갖는다는 점에서 실시형태 1과 상이하다. 그러나, 이 요건은 이미 실시형태 1의 항목 (3)에서 충분히 설명되었다. 따라서, 그에 대한 반복 설명은 생략될 것이다.

(공통 특징들)

이하, 실시형태 1 및 실시형태 2에 공통되는 선택적 특징들에 관한 설명이 주어질 것이다. 실시형태 1 및 실시형태 2의 모드의 일부에서 미리 결정된 조건에 기초하여 각각의 제2 공간에서 주사를 종료하는 것에 관한 설명이 주어졌다. 미리 결정된 조건은 하나의 이미지 데이터 또는 복수의 이미지 데이터를 인수로서 갖는 강도 함수가 미리 결정된 값보다 크지 않은 값을 취하는 조건을 포함한다. 강도 함수는 단순히 하나의 이미지 데이터 또는 복수의 이미지 데이터에서의 강도들의 총 합일 수 있거나, 또는 가중치를 갖는 이들의 총 합일 수 있다. 게다가, 강도 함수로서, 강도의 엔트로피를 표시하는 강도 함수, 또는 강도의 표준 편차를 표시하는 강도 함수가 사용될 수 있다.

실시형태 1 및 실시형태 2의 모드의 일부에서, 단계 Yn을 통해 n번째 데이터를 취득하는 완료 시점에서의 강도 함수는, 인수들로서, n-m번째부터 n번째까지의 m개의 이미지 데이터를 가질 수 있다. 그 이유는 다음과 같다. 즉, 단계 Yn을 통해 취득된 1번째부터 n-m-1번째까지의 이미지 데이터를 의도적으로 제외하고, n-m번째부터 n번째까지의 m개의 이미지 데이터를 인수로서 사용함으로써, 제2 주사를 종료할지 여부가 제2 주사 동안 가장 최근에 취득된 m개의 이미지 데이터에 기초하여 결정될 수 있다.

실시형태 1 및 실시형태 2에서, 또한 각각의 제2 공간에서 이미 주사된 관측 점으로부터 미리 결정된 거리에 있고 그 안에 있는 영역에 대해 주사, 즉 단계 X를 실행하지 않는 것이 바람직한 모드이다. 단계 X가 실행되지 않기 때문에, 단계 Y도 실행되지 않는다. 그 이유는 다음과 같다. 즉, 이미 주사된 지점으로부터 미리 결정된 거리에 있고 미리 결정된 거리 내에 있는 영역에서의 이미지 데이터는 이미 취득된 이미지 데이터와 유사할 확률이 비교적 높으므로, 이미지 데이터의 조기 완료의 관점에서 관측 점으로부터 미리 결정된 거리보다 많이 떨어진 영역의 우선적인 주사가 바람직하다.

실시형태 1 및 실시형태 2에서는, 제2 공간에서 이미 주사된 관측 점들이 단계 X를 거치지 않도록 제외되고; 대신에, 이미 관측된 지점들(이미 관측된 픽셀들)에 근접한 미관측 지점들(미관측 픽셀들)은 단계 X의 대상이 되도록 설정된다. 근접한 미관측 지점들 중에서 제2 공간의 중심 위치로부터 가장 먼 미관측 지점이 단계 X 및 단계 Y의 대상이 되는 경우, 제2 주사의 진행과 관련하여, 제2 주사가 실행되는 미리 결정된 확률 분포(예를 들어, 가우시안 분포)보다 큰 폭을 갖는 범위에 걸쳐 관측을 수행하는 것이 또한 가능하다.

실시형태 1 및 실시형태 2에서, 제1 공간의 전체 이미지를 더 적은 수의 제2 공간들로 조기에 커버하는 관점에서, 제1 주사 단계를 통해 위치들이 결정되는 복수의 제2 공간들은 서로 이산적이도록 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 공간의 외측 주변 라인(또는 외측 주변 표면)에 내접되고 제2 주사가 이미 완료된 제2 공간에 외접된 원(또는 구)이 최대 직경을 갖도록 다음 제2 공간을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 주사가 이미 완료된 제2 공간들이 서로 접촉하지 않도록 다음 제2 공간을 선택하는 것이 바람직하다.

실시형태 1 및 실시형태 2에서, 제1 주사 단계는 제1 공간 내에서 제2 공간의 위치를 랜덤하게 결정하는 단계(제1 랜덤 결정)인 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 공간의 전체 이미지를 인식하는 데 48시간을 요구하는 약한 신호에 기초한 관찰의 경우에, 제1 주사 단계가 래스터 스캔에 의해 실행되는 경우, 제1 공간의 전체 이미지는 48시간이 경과할 때까지 인식될 수 없다. 한편, 제1 랜덤 결정에 의해, 예를 들어, 처음 24시간 내에 전체 이미지가 대략 인식될 수 있다. 따라서, 취득된 이미지 데이터로부터 판단하여 나머지 24시간에 대한 선택을 취득하는 것이 가능하다. 선택들은 관측을 취소할지 또는 해상도를 추가로 증가시키기 위해 관측을 계속할지 여부이다. 또한, 제1 랜덤 결정은, 예를 들어, 균일 난수에 따라 실행되는 것이 바람직할 수 있다.

실시형태 1 및 실시형태 2에서, 제2 주사 단계는 단계 W 중 하나와 단계 W 중 다른 하나 사이에서 실행되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 복수의 단계 W는 첫번째 제2 주사를 시작하기 전에 모든 제2 공간의 지정 위치들을 완료하기 위해 동시에 실행될 수 있다.

실시형태 1 및 실시형태 2에서, 제2 공간들은 제1 공간에서 미리 결정된 그리드를 따라 배열되는 것이 바람직하다. 그 이유는 제2 공간들의 중첩으로 인한 비효율성의 발생이 그리드의 존재로 인해 방지될 수 있기 때문이다.

실시형태 1 및 실시형태 2에서, 제1 주사 단계에서, k번째("k"는 자연수임) 시간에 대한 제2 공간의 위치를 결정하는 단계가 단계 Wk로서 정의되는 경우, 미리 결정된 그리드 내에 위치되고 단계 W1 내지 단계 Wk의 실행을 통해 이미 결정된 k개의 제2 공간들 이외의 나머지 제2 공간들은 k+1번째 제2 공간으로서 결정될 확률의 관점에서 서로 동일한 것이 바람직하다. 이것은 이미 설명된 바와 같이, 제2 공간들이 서로 이산적이도록 복수의 제2 공간을 배치하는 수단이다.

위에서 설명된 이미지 데이터 취득 방법들을 실행하기 위한 프로그램은 컴퓨터 상에서 방법들을 실행하는 것에 유용하다. 프로그램은 이미지 데이터 측정 디바이스에 저장될 수 있거나 인터넷을 통해 사용가능하도록 저장될 수 있다.

위에서 설명된 이미지 데이터 취득 방법들의 구현을 가능하게 하는 공초점 현미경 및 라만 현미경은 고속 및 고해상도 이미지 취득 디바이스들로서 매우 유용하다.

실시예들

광학 현미경은 실제로: 샘플들의 이미지들을 형성하는 과정에서, 전술한 실시형태 1(실시예 1)에 따른 방법 및 상술한 실시형태 2(실시예 2)에 따른 방법에 의해 이미지 데이터를 생성하는 테스트들; 및 샘플들의 이미지들을 형성하는 과정에서 2-스테이지 주사(비교예 1 및 비교예 2)를 실행하지 않고 종래의 래스터 스캔을 채택하는 방법에 의해 이미지 데이터를 생성하는 테스트들을 수행하기 위해 사용되었다. 이하, 취득된 이미지들이 설명될 것이다. 이미지들을 형성하는 구체적인 조건들은 다음과 같다.

사용된 현미경: 나노포톤사(Nanophoton Corporation)에 의해 제조된 RAMAN drive

테스트들에 사용된 샘플들: 폴리스티렌 입자들(polystyrene particles)

현미경의 배율: 100배

관측 점들의 총 수: 8000픽셀

(실시예 1 및 비교예 1)

도 8 내지 도 15는 각각 실시예 1 및 비교예 1에 따른 방법들에 의해 취득된 이미지 데이터를 도시한다. 각각의 도면들에서, 실시예 1의 이미지 데이터는 좌측 절반에 디스플레이되고 비교예 1의 이미지 데이터는 그 부분들이 서로 인접하도록 우측 절반에 디스플레이된다. 도 8 내지 도 15는 이미지 데이터의 생성 동안 이루어지는 진행들을 표시한다. 도 8은 1000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 9는 2000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 10은 3000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 11은 4000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 12는 5000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 13은 6000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 14는 7000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 15는 8000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다.

도 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1을 통해 취득되고 스크린의 우측 절반에 디스플레이된 이미지 데이터에서는, 전체 스크린의 약 80%만이 주사되었고, 스크린의 약 20%를 점유하는 하부 부분에 있는 영역에서는 이미지 정보가 전혀 취득되지 않았다. 한편, 실시예 1을 통해 취득되고 스크린의 좌측 절반에 디스플레이된 이미지 데이터는 전체 시야 평면에 걸쳐 거의 완료되었고, 이미지 데이터 상에 나타나는 특성 이미지 8을 갖는다. 이미지 8은 비교예 1에 따른 이미지에서 전혀 볼 수 없다.

(실시예 2 및 비교예 2)

도 16 내지 도 23은 각각 실시예 2 및 비교예 2에 따른 방법에 의해 취득된 이미지 데이터를 도시한다. 각각의 도면들에서, 실시예 2의 이미지 데이터가 좌측 절반에 디스플레이되고 비교예 2의 이미지 데이터가 우측 절반에 디스플레이되어 그 부분들이 서로 인접한다. 도 16 내지 도 23은 이미지 데이터의 생성 동안 이루어지는 진행들을 표시한다. 도 16은 1000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 17은 2000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 18은 3000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 19는 4000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 20은 5000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 21은 6000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 22는 7000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다. 도 23은 8000픽셀의 주사를 완료한 시점에서의 이미지 데이터를 도시한다.

도 23으로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 2를 통해 취득되고 스크린의 우측 절반에 디스플레이된 이미지 데이터에서는, 전체 스크린의 약 40%만이 주사되었고, 스크린의 약 60%를 점유하는 하부 부분에 있는 영역에서는 이미지 정보가 전혀 취득되지 않았다. 한편, 예 2를 통해 취득되고 스크린의 좌측 절반에 디스플레이된 이미지 데이터는 전체 시야 평면에 걸쳐 거의 완료되었고, 이미지 데이터 상에 나타나는 특성 이미지 8을 갖는다. 이미지 8은 비교예 2에 따른 이미지에서 전혀 볼 수 없다.

본 출원은 2019년 3월 28일에 출원된 일본 특허 출원 제2019-064034호, 및 2019년 11월 12일에 출원된 일본 특허 출원 제2019-204761호에 대한 우선권을 주장한다. 일본 특허 출원 제2019-064034호의 명세서의 전체 내용들 및 일본 특허 출원 제2019-204761호의 명세서의 전체 내용들은 본 명세서에 참조로 포함된다.

산업상 이용가능성

대형 스크린들은, 예를 들어, 라이다들(lidars), 천체 관측(astronomical observation), 전자 빔 리소그래피(electron beam lithography), 집속 이온-빔 처리(focused ion-beam processing), 3차원 프린터를 사용한 처리(2-광자 중합(two-photon polymerization)에 의한 처리를 포함함), 레이저 디스플레이들 및 레이저 텔레비전들과 같은 디스플레이 시스템들 및 레이저 주사 현미경들 및 주사 전자 현미경들 등의 분야에서, 미래에 더 짧은 시간에 더 효율적으로 주사될 필요가 있을 것이다. 이들은 본 발명이 적용가능한 분야들로서 적합하다. 또한, 라만 산란 현미경들과 같은 약한 신호들에 기초하여 이미지들을 분석하는 최첨단 측정 디바이스들은 본 발명을 구현하는 디바이스들로 대체될 수 있다.

1 내지 7 제1 주사의 궤적(제1 공간 내의 제2 공간의 장소)
8 비교예에서 관찰되지 않은 이미지

Claims

피사체의 이미지 데이터를 취득하는 방법으로서,
복수의 단계 W를 포함하는 제1 주사 단계- 각각의 단계 W는 1차원, 2차원 또는 3차원 제1 공간에 존재하는 하나의 장소를 결정하는 단계임 -; 및
장소들 중 적어도 하나를 포함하는 제2 공간들의 내부들을 주사하는 제2 주사 단계를 포함하고,
상기 제2 주사 단계는 관측 점의 위치를 랜덤하게 결정하는 단계 X(이하, "제2 랜덤 결정"으로 기재됨) 및 상기 관측 점에 대한 이미지 데이터를 취득하는 단계 Y를 포함하고,
상기 제2 공간들 중 하나의 내부를 주사하는 것의 종료 시점에, 상기 제2 공간은 관측 점들의 50%를 포함하는 제1 영역 및 상기 제1 영역의 외부에 존재하고 상기 관측 점들의 나머지 50%를 포함하는 제2 영역을 갖고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다 적어도 15%만큼 더 큰,, 이미지 데이터 취득 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 주사 단계의 시작 전에 상기 제2 공간들의 내부들을 주사하고, 상기 제2 주사 단계에서의 주사의 중심을 사전 제2 주사 단계를 통해 결정된 특정 위치로 조정하는 상기 사전 제2 주사 단계를 추가로 포함하는, 이미지 데이터 취득 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 주사 단계에서, n번째("n"은 자연수) 관측 점의 위치를 결정하는 단계가 단계 Xn으로서 정의되고, 상기 관측 점에 대응하는 n번째 이미지 데이터를 취득하는 단계가 단계 Yn으로서 정의되는 경우, 상기 제2 주사 단계에서 취득될 관측 점들의 수는 단계 X1의 실행 시점에서 고정되지 않고, 상기 제2 주사 단계는, 단계 Y1 내지 단계 Yn을 통해 취득된 하나의 또는 복수의 이미지 데이터가 미리 결정된 조건을 만족시킬 때 종료되는, 이미지 데이터 취득 방법.
피사체의 이미지 데이터를 취득하는 방법으로서,
복수의 단계 W를 포함하는 제1 주사 단계- 각각의 단계 W는 1차원, 2차원 또는 3차원 제1 공간에 존재하는 하나의 장소를 결정하는 단계임 -; 및
장소들 중 적어도 하나를 포함하는 제2 공간들의 내부들을 주사하는 제2 주사 단계를 포함하고,
상기 제2 주사 단계는, 각각의 제2 공간 내의 관측 점의 위치를 랜덤하게 결정하는 단계 X(이하, "제2 랜덤 결정"이라고 기재됨) 및 상기 관측 점에 대한 이미지 데이터를 취득하는 단계 Y를 포함하고,
상기 제2 주사 단계에서, n번째("n"은 자연수) 관측 점의 위치를 결정하는 단계가 단계 Xn으로서 정의되고 상기 관측 점에 대응하는 n번째 이미지 데이터를 취득하는 단계가 단계 Yn으로서 정의되는 경우, 상기 제2 주사 단계에서 취득될 관측 점들의 수는 단계 X1의 실행 시점에서 고정되지 않고, 상기 제2 주사 단계는, 단계 Y1 내지 단계 Yn을 통해 취득된 하나의 또는 복수의 이미지 데이터가 미리 결정된 조건을 만족시킬 때 종료되는, 이미지 데이터 취득 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 미리 결정된 조건은, 상기 하나의 또는 복수의 이미지 데이터를 인수들로서 갖는 강도 함수가 미리 결정된 값 이하의 값을 취하는 것인, 이미지 데이터 취득 방법.
제5항에 있어서, 상기 단계 Yn을 통해 n번째 데이터의 취득의 완료 시점에서의 상기 강도 함수는, 인수들로서, 상기 제2 주사 동안 가장 최근에 취득된 m개의 이미지 데이터를 갖고, "m" 및 "n"은 자연수들(m<n)인, 이미지 데이터 취득 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 제2 공간에서 이미 주사된 관측 점으로부터 미리 결정된 거리에 있고 상기 거리 내에 있는 영역에 대해 주사가 실행되지 않는, 이미지 데이터 취득 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 주사 단계는 상기 제1 공간 내의 상기 제2 공간들의 장소들을 랜덤하게 결정하는 단계(이하, "제1 랜덤 결정"으로 기재됨)인, 이미지 데이터 취득 방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 랜덤 결정은 균일 난수에 따라 실행되는, 이미지 데이터 취득 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 랜덤 결정은 정규 난수에 따라 실행되는, 이미지 데이터 취득 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 실행하도록 구성되는 프로그램.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 실행하도록 구성되는 공초점 현미경.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 이미지 데이터 취득 방법을 실행하도록 구성되는 라만 현미경.