JP2018503059A - 照明システム及びフーリエタイコグラフィイメージングの装置 - Google Patents

Abstract

実質的に半透明の試料（１０２）の画像（１１０）を形成するシステムは、複数の照明角度から試料を可変照明する照明器（１０８）を有し、（ａ）試料の与えられたポイントでの各角度（４９５）が光軸（４９０）に垂直な面（４２０）のポイント（４４５）にマップされる場合に、面のポイントが面の軸位置に向かって増加する密度（例えば、図４、図１１Ｃ、図１１Ｅ、図１２Ｃ、図１２Ｅ、図１３Ａ、図１４Ａ、図１４Ｃ、図１４Ｅ、図１５Ａ、図１５Ｃ、図１５Ｅ）を有する；又は（ｂ）照明角度は、光軸からの距離の大きさに依存する動径座標、及び、光軸に関連する角度の姿勢に対応する角座標によって定義された極座標系（図１３Ａ、図１３Ｂ）における実質的に均一なパターンで配置される。検出器は、可変照明に従う照明器から射出され、光学素子（１０９）によってフィルタされた光に基づいて、複数の可変照明された、試料の相対的に低い解像度の強度画像（１０４）を取得する。プロセッサは、可変照明された、低い解像度の強度画像を備えて、フーリエ空間（図１０Ｂ）において相対的に高い解像度の画像のオーバーラップ領域（１００５）を反復してアップデートすることによって、試料の相対的に高い解像度の画像を計算的に再構成する。

Description

本願は、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１１９条に基づいて、２０１４年１２月２３日に出願されたオーストラリア特許出願第２０１４２８０８９４号の出願日の利益を請求するものであり、それを、本願に全て記述されているように、全体として参照により本願に援用する。

本発明は、フーリエタイコグラフィイメージングのシステム及び装置に関する。

フーリエタイコグラフィ顕微鏡（ＦＰＭ）は、フーリエタイコグラフィイメージングを用いて試料の画像を形成する一種の顕微鏡である。このイメージング方法は、種々の照明条件の下で多くの低い解像度の画像をキャプチャし、高い解像度の画像を生成するための反復計算処理を用いてそれらを結合することに基づいている。低い解像度の画像は実画像であるが、高い解像度の画像は複素画像である。ＦＰＭは、結像光学系に関連する試料を移動させずに、高い解像度及び広視野を同時に実現することができる。

バーチャル顕微鏡は、医師に、彼らが顕微鏡を制御しているかのように、種々のシミュレーションされた倍率で、及び、種々の２次元（２Ｄ）又は３次元（３Ｄ）ビューを介して、生物学的試料を操作及び観察する能力を与える技術である。バーチャル顕微鏡は、試料の顕微鏡画像の画像データベースを入手可能なコンピュータモニタ又はタブレットなどのディスプレイ装置を用いて実現することができる。従来の顕微鏡をよりもバーチャル顕微鏡の多くの利点がある。まず、試料自身が観察時に必要ではなく、そのため、アーカイビング、テレメディスン及びエデュケイションを容易にする。バーチャル顕微鏡は、例えば、コンピュータ支援診断の一部として、焦点深度を変更する、及び、それ以外では目で観察することが困難な病的特徴を明らかにする試料画像の処理も可能にする。

バーチャル顕微鏡のための画像の従来のキャプチャは、一般的に、高速（ｈｉｇｈ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）スライドスキャナを用いて実行される。試料は、ステージの上に機械的にロードされ、試料の種々の部分の画像がセンサでキャプチャされるように、顕微鏡対物の下に移動させられる。撮像されている試料に関する深度及び厚さ情報は、一般的に、効率的なキャプチャを行うために必要である。

２つの隣接する画像は、顕微鏡に取り付けられたコンピュータシステムにおいて、同一の試料の複数の画像が２Ｄレイヤ又は３Ｄボリュームに結合される、又は、つなぎ合わされるように、オーバーラップの領域を有する。モザイキング及びその他のソフトウェアアルゴリズムは、シームレスな２Ｄ又は３Ｄビューを与えるために、隣接している画像の間に欠陥がないように、同一の深度及び種々の深度における両方の隣接する画像を登録するために使用される。バーチャル顕微鏡は、多くの重要な方法において、その他の画像モザイキングタスクとは異なる。まず、パノラマで行われるような対象の種々の部分をキャプチャするために、光学を移動させるよりも、試料は、典型的には、光学の下のステージによって移動させられる。ステージ移動は、非常に正確に制御され、試料は、基板に固定される。

顕微鏡は、制御環境において使用され、例えば、システムの光学公差（光学部品とステージのアライメント及び姿勢）が非常に厳しいように、カスタム照明セットアップを備えたラボラトリーの振動絶縁プラットフォームの上に載置される。従って、モザイキングのためのキャプチャされたタイルの粗いアライメントは、かなり正確であり、照明は均一で、タイルの間の変換は、剛体の変換によって表される。一方、試料の特定の重要な特徴のスケールは、数ピクセルのオーダーであり、特徴は、キャプチャされたタイル画像の上で密に配置される。これは、バーチャル顕微鏡のための必要なスティッチ精度が非常に高いことを意味する。更に、顕微鏡が自動的にロードされてバッチモードで動作されるならば、処理スループット要件も高い。

フーリエタイコグラフィ顕微鏡（ＦＰＭ）は、上述の高速スライドスキャナに代わるものである。ＦＰＭは、対物レンズの下の試料の横断運動を必要とすることなく、高い解像度及び広視野の両方を備える試料の２Ｄ画像を生成することができる。これは、種々の照明条件の下で試料の多くの低い解像度の画像をキャプチャし、反復計算処理を使用してキャプチャされた画像を結合することによって実現される。各反復は、高品質、高い解像度の画像に収斂するために、キャプチャされた画像のセットを逐次的に分析する。実空間において画像シームがないように、キャプチャされた画像は、フーリエ領域において結合される。このように、空間領域における離散的なスティッチアーチファクトがなく、画像を生成する能力は、従来のスライドスキャナを越えるＦＰＭの第２の利点である。第３の利点は、生成された画像が複雑であること、換言すれば、位相情報を含むことである。

一方、画像のセットのキャプチャは、照明強度が低減されるにつれて、遅くなる。また、反復計算処理は、許容品質を実現するために、著しい処理及び記憶リソースを必要とする。従って、それは、効率的、且つ、正確であるＦＰＭのためのシステムを開発するために望ましい。

本開示の１つの側面によれば、実質的に半透明の試料の画像を形成する装置が提供される。装置は、試料の与えられたポイントでの各角度が光軸に垂直な面のポイントにマップされる場合に、面のポイントが面の軸位置に向かって増加する密度を有するように、複数の照明角度から試料を照明する可変照明器を含む。検出器は、光学素子によってフィルタされた光に基づいて、複数の可変照明された、試料の相対的に低い解像度の強度画像を取得する。プロセッサは、可変照明された、低い解像度の強度画像を備えて、フーリエ空間において相対的に高い解像度の画像のオーバーラップ領域を反復してアップデートすることによって、試料の相対的に高い解像度の画像を計算的に再構成するために使用される。

望ましくは、面の照明の位置は、近似的に均等に離間された、フーリエ再構成空間における２次元（２Ｄ）空間周波数にマップする。

別の実施において、面の照明の位置は、密度がフーリエ再構成のＤＣタームに対応する空間周波数に向かって大きくなるように、フーリエ再構成空間における２Ｄ空間周波数にマップする。

更に別の実施において、面の照明の位置は、密度が、指数法則に従って、フーリエ再構成のＤＣタームに対応する空間周波数に向かって大きくなるように、フーリエ再構成空間における２Ｄ空間周波数にマップする。

更に別の実施において、面の照明の位置は、光軸からの距離の大きさに依存する動径座標、及び、光軸に関連する角度の姿勢（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）に対応する角座標によって定義された極座標系における実質的に均一な（ｒｅｇｕｌａｒ）パターンで配置された照明角度によって、密度がフーリエ再構成のＤＣタームに対応する空間周波数に向かって大きくなるように、フーリエ再構成空間における２Ｄ空間周波数にマップする。

望ましくは、照明の位置の密度は、円領域の外で実質的にゼロに低下する。

好ましくは、可変照明器は、光軸に垂直な面の照明の位置が同心円の上に均等に離間するように、各円の周りで選択される角位置の数が円の半径によって単調に増加するように、構成される。

また、照明の位置は、１つ以上のスパイラルアレンジメントで定義される。

最も有利には、オーバーラップ領域の反復アップデートは、可変照明された、相対的に低い解像度の画像のフーリエ空間における対応する領域を使用して形成される。

本開示の別の側面によれば、可変照明器は、複数の照明角度から試料を照明し、照明角度は、光軸からの距離の大きさに依存する動径座標、及び、光軸に関連する角度の姿勢に対応する角座標によって定義された極座標系における実質的に均一なパターンで配置される。

この側面によれば、照明の位置は、好ましくは、光軸に垂直な面に配置され、各円の周りで選択される角位置の数が円の半径によって単調に増加するように、同心円の上に均等に離間される。望ましくは、装置は、円の中心に照明の位置を更に備える。

また、照明の位置は、１つ以上のスパイラルアレンジメントで定義される。特定の実施において、照明の位置の密度は、円領域の外で実質的にゼロに低下する。

別の側面は、それに記録されたプログラムを有する非一時的有形コンピュータ可読記憶媒体であって、プログラムは、実質的に半透明の試料の画像を形成するコンピュータ装置によって実行可能であり、プログラムは、
複数の照明角度から試料を可変照明するために、照明器を制御するコードと、
（ａ）試料の与えられたポイントでの各角度が光軸に垂直な面のポイントにマップされる場合に、面のポイントが面の軸方向に向かって増加する密度を有する、又は、
（ｂ）照明角度は、光軸からの距離の大きさに依存する動径座標、及び、光軸に関連する角度の姿勢に対応する角座標によって定義された極座標系における実質的に均一なパターンで配置される、
可変照明に従って照明器から放射され、光学素子によってフィルタされた光に基づいて、複数の可変照明された、試料の相対的に低い解像度の強度画像を取得するために、検出器を制御するコードと、
可変照明された、低い解像度の強度画像を備えて、フーリエ空間において相対的に高い解像度の画像のオーバーラップ領域を反復してアップデートすることによって、試料の相対的に高い解像度の画像を計算的に再構成するコードと、
を備える。

別の側面によれば、実質的に半透明の試料の画像を形成する装置が開示され、装置は、
（ａ）試料を照明し、光学素子によってフィルタされた光に基づいて試料の像を取得する結像系と、
（ｂ）複数の試料の相対的に低い解像度の強度画像を取得するセンサと、画像のコンテントは、空間周波数空間における部分的なオーバーラップ領域に対応し、空間周波数の係数（ｍｏｄｕｌｕｓ）に依存する動径座標、及び、動径空間周波数の角度に依存する角座標によって定義された極座標系における実質的に均一なパターンで配置され、
（ｃ）光学素子によってフィルタされた光に基づいて、複数の試料の相対的に低い解像度の強度画像を取得する検出器と、
（ｄ）低い解像度の強度画像を備え、フーリエ空間における相対的に高い解像度の画像のオーバーラップ領域を反復してアップデートすることによって、試料の相対的に高い解像度の画像を計算的に再構成するプロセッサと、
を備える。

その他の側面も開示する。

発明の少なくとも１つの実施形態は、以下の図面を参照して説明される。
図１は、フーリエタイコグラフィ顕微鏡システムのためのハイレベル系統図を示す。 図２Ａは、正方格子に基づくフーリエタイコグラフィ顕微鏡システムのための従来技術の可変照明器デザインを示す。 図２Ｂは、六方格子に基づくフーリエタイコグラフィ顕微鏡システムのための従来技術の可変照明器デザインを示す。 図３Ａは、（ＬＥＤなどの）小さな光源３３０、試料３８０及び顕微鏡１０１の光軸３９０の相対配置（ｒｅｌａｔｅｉｖｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を示す。 図３Ｂは、（ＬＥＤなどの）小さな光源３３０、試料３８０及び顕微鏡１０１の光軸３９０の相対配置（ｒｅｌａｔｅｉｖｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を示す。 図４は、フラットではなく、半球体４１０の形をとる、ＦＰＭのための可変照明器システム１０８を示す。 図５は、本開示におけるフーリエタイコグラフィイメージングによって試料の高い解像度の画像を生成するプロセス５００の概略フローチャートである。 図６は、低い解像度のキャプチャされた画像１０４のセットから高い解像度の画像１１０を生成する方法の概略フローチャートである。 図７Ａは、方法６００のステップ６１０で使用される画像の典型的なパーティショニングを示す。 図７Ｂは、方法６００のステップ６１０で使用される画像の典型的なパーティショニングを示す。 図８は、低い解像度のパーティション画像のセットから高い解像度のパーティション画像を生成する方法の概略フローチャートである。 図９は、単一の低い解像度のパーティション画像に基づいて、高い解像度のパーティション画像をアップデートする方法の概略フローチャートである。 図１０Ａは、試料の実空間表現を示す。 図１０Ｂは、試料のフーリエ空間表現を示す。 図１１Ａは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトル（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｗａｖｅｖｅｃｔｏｒｓ）を示す。 図１１Ｂは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１１Ｃは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１１Ｄは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１１Ｅは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１１Ｆは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１２Ａは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１２Ｂは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１２Ｃは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１２Ｄは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１２Ｅは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１２Ｆは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１３Ａは、可変照明器１０８のための光源の空間的アレンジメントを示す。 図１３Ｂは、可変照明器１０８のための光源の空間的アレンジメントを示す。 図１４Ａは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１４Ｂは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１４Ｃは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１４Ｄは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１４Ｅは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１４Ｆは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１５Ａは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１５Ｂは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１５Ｃは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１５Ｄは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１５Ｅは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１５Ｆは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１６Ａは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１６Ｂは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１６Ｃは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１６Ｄは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１６Ｅは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１６Ｆは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメント及び対応する横波数ベクトルを示す。 図１７は、ここで説明された多数の可変照明器コンフィギュレーションのための光源のシミュレートされた数に対するＳＳＩＭ指標のプロットを示す。 図１８Ａは、説明されたアレンジメントが実行される汎用コンピュータシステムの概略ブロック図を形成する。 図１８Ｂは、説明されたアレンジメントが実行される汎用コンピュータシステムの概略ブロック図を形成する。 図１９Ａは、個々のスペクトル領域を処理するためのフーリエ空間において機能するアレンジメントを示す。 図１９Ａは、個々のスペクトル領域を処理するためのフーリエ空間において機能するアレンジメントを示す。 図１９Ａは、個々のスペクトル領域を処理するためのフーリエ空間において機能するアレンジメントを示す。

コンテクスト
図１は、フーリエタイコグラフィ顕微鏡（ＦＰＭ）に好適な顕微鏡キャプチャシステム１００のためのハイレベル系統図を示す。試料１０２は、レンズ１０９などの光学素子の下のステージ１１４の上に、且つ、顕微鏡１０１の視野内に物理的に位置決めされる。顕微鏡１０１は、説明される実施において、試料を適切な震度で顕微鏡の視野に正確に置くために、移動するステージ１１４を有する。ステージ１１４は、顕微鏡１０１に実装されたカメラ１０３によって試料１０２の複数の画像がキャプチャされるように、移動することも可能である。標準コンフィギュレーションにおいて、ステージ１１４は、試料の画像キャプチャの間、固定されてもよい。

可変照明システム（照明器）１０８は、試料１０２が異なる角度でコヒーレントまたは部分的にコヒーレントな光によって照明されるように、顕微鏡１０１に関連して位置決めされる。照明器１０８は、典型的には、試料１０２から距離をおいて配置された小さい光エミッタ１１２を含み、かかる距離は、エミッタのサイズに比べて大きく、試料１０２のサイズに比べても大きい。このような配置によって、光エミッタ１１２は、点光源のように作動し、エミッタ１１２からの光は、試料１０２において平面波に近似される。代替のコンフィギュレーションは、平面波に光の焦点を合わせるために、より大きい光エミッタ及びレンズを使用してもよい。照明光が試料１０２を通過し、カメラ１０３による検出のために、顕微鏡１０１のレンズ１０９によって焦点を合わせられるように、試料１０２は、典型的には、実質的に、半透明である。顕微鏡１０１、レンズ１０９及びカメラ１０３の配置は、光軸を形成し、照明器１０８によって提供される可変照明の対象となる試料１０２の画像をキャプチャ又は取得する検出器を表す。

顕微鏡１０１は、光学系の手段によって、カメラ１０３のセンサの上に試料１０２の画像を形成する。光学系は、低い開口数（ＮＡ）又はその他の配置を備えた対物レンズ１０８を含む光学素子に基づいている。カメラ１０３は、各照明コンフィギュレーションに対応する１つ以上の画像１０４をキャプチャする。複数の画像は、種々のステージ位置及び／又は照明の種々の色でキャプチャされる。配置は、コンピュータ１０５への試料１０２の複数の画像のキャプチャ及び供給を含む試料１０２のイメージングを提供する。

相対的に低い又はより低い解像度の画像とも称される、キャプチャされた画像１０４は、センサ及び照明に依存するグレイスケール画像又はカラー画像である。画像１０４は、画像を直ちに処理し始めることができる、或いは、後で処理するために、それらを一時記憶装置１０６に記憶することができるコンピュータシステム１０５に渡される。処理の一部として、コンピュータ１０５は、試料１０２の１つ以上の領域に対応する相対的に高い又はより高い解像度の画像１１０を生成する。より高い解像度の画像は、ディスプレイ装置１０７において再生される。説明するように、コンピュータ１０５は、制御ライン１１６を介して、照明器１０８の個々の光エミッタ１１２の動作を制御する。また、コンピュータ１０５は、制御ライン１１８を介して、ステージ１１４の移動を制御し、その結果、試料１０２の移動を制御する。更なる制御ライン１２０は、コンピュータ１０５が画像１０４のキャプチャのためのカメラ１０３を制御するのに使用される。

顕微鏡の横光学解像度は、顕微鏡１０１の光学的コンフィギュレーションに基づいて推定され、顕微鏡の点広がり関数に関連している。空気中におけるこの解像度の標準近似は、

で与えられ、ＮＡは、開口数であり、λは、光の波長である。従来のスライドスキャナは、０．７のＮＡを備える空気浸漬（ａｉｒ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）対物レンズを使用する。５００ｎｍの波長において、推定解像度は、０．４μｍである。典型的なＦＰＭシステムは、推定解像度が４μｍに低下する０．０８のオーダーのより低いＮＡを使用する。

レンズの開口数は、レンズに入射する、又は、レンズから射出する光の最大錐の半角、θ_Ｈ、を定義する。空気中において、これは、

で定義される。レンズのフル受光角に関して、θ_Ｆ＝２θ_Ｈとして表される。

観察される試料１０２は、基板に固定され、特定の特徴を強調するために染色された組織からなる組織スライドなどの生体学的試料である。そのような試料は、実質的には、半透明である。そのようなスライドは、広範囲のスケールにおける種々の生体学的特徴を含む。与えられたスライドにおける特徴は、組織スライドを生成するために使用された特定の組織サンプル及び染色に依存する。スライドの上の試料の寸法は、１０ｍｍ×１０ｍｍのオーダー又はそれより大きい。バーチャルスライドの横解像度が０．４μｍとして選択されると、各レイヤは、少なくとも２５，０００×２５，０００ピクセルからなる。

コンピュータによる実現
図１８Ａ及び図１８Ｂは、説明される様々な形態が実行される汎用コンピュータシステム１８００を示す。コンピュータシステム１８００は、図１のコンピュータ１０５、データ記憶装置１０６及びディスプレイ装置１０７の機能及び動作を行い、それにより、顕微鏡１０１は、生体学的試料などのタイコグラフィックイメージングのための装置を形成する。

図１８Ａに示すように、コンピュータシステム１８００は、コンピュータモジュール１８０１（１０５）と、キーボード１０８２、マウスポインタ装置１８０３、スキャナー１８２６、カメラ１０３及びマイクロフォン１８８０などの入力装置と、プリンター１８１５、ディスプレイ装置１８１４（１０７）及びラウドスピーカー１８１７を含む出力装置とを含む。外部変調復調器（モデム）トランシーバー装置１８１６は、コネクション１８２１を介して、通信ネットワーク１８２０と通信するコンピュータモジュール１８０１によって使用される。通信ネットワーク１８２０は、インターネット、携帯電話の電気通信網、プライベートＷＡＮなどの広域ネットワーク（ＷＡＮ）である。コネクション１８２１が電話線である場合、モデム１８１６は、従来の「ダイアルアップ」モデムである。また、コネクション１８２１が高容量（例えば、ケーブル）コネクションである場合、モデム１８１６は、ブロードバンドモデムである。ワイヤレスモデムは、通信ネットワーク１８２０とのワイヤレス接続のためにも使用される。

コンピュータモジュール１８０１は、典型的に、少なくとも１つのプロセッサユニット１８０５と、メモリユニット１８０６とを含む。例えば、メモリユニット１８０６は、半導体ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び半導体リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）を有する。また、コンピュータモジュール１８０１は、ビデオディスプレイ１８１４、ラウドスピーカー１８１７及びマイクロフォン１８８０に接続するオーディオ−ビデオインターフェース１８０７を含む多数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースと、キーボード１８０２、マウス１８０３、スキャナー１８２６、カメラ１０３、照明器１０８、ステージ１１４及び任意のジョイスティック又はその他のヒューマンインターフェース装置（不図示）に接続するＩ／Ｏインターフェース１８１３と、外部モデム１８１６及びプリンター１８１５のためのインターフェース１８０８とを含む。また、コンピュータモジュール１８０１は、コネクション１８２３を介して、コンピュータシステム１８００と、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）として知られるローカルエリア通信ネットワーク１８２２との接続を可能にするローカルネットワークインターフェース１８１１を有する。図１８Ａに示すように、ローカル通信ネットワーク１８２２は、典型的には、所謂、「ファイアウォール」装置又は同様な機能の装置を含むコネクション１８２４を介して、広域ネットワーク１８２０に接続する。ローカルネットワークインターフェース１８１１は、イーサネット（登録商標）回路カード、ブルートゥース（登録商標）ワイヤレスアレンジメント又はＩＥＥＥ ８０２．１１ワイヤレスアレンジメントを備え、但し、多数の他の種類のインターフェースがインターフェース１８１１として実行される。

Ｉ／Ｏインターフェース１８０８及び１８１３は、シリアル及びパラレル接続のいずれか又は両方を提供し、前者は、典型的には、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）標準に従って実現され、対応するＵＳＢコネクタ（不図示）を有する。記憶装置１８０９は、提供され、典型的には、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１８１０を含む。フロッピーディスクドライブや磁気テープドライブ（不図示）などのその他の記憶装置も使用される。光ディスクドライブ１８１２は、典型的には、不揮発性のデータソースとして機能するように提供される。ポータブルメモリ装置、そのような光ディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク（登録商標））、ＵＳＢ−ＲＡＭ、ポータブル外部ハードドライブ及びフロッピーディスクは、例えば、適切なデータソースとして、システム１８００に使用される。説明される配置において、図１のデータ記憶装置１０６は、記憶サーバー又は同種のものとして動作する、メモリ１８０６、ＨＤＤ１８１０、ディスク１８２５又はネットワーク１８２０又は１８２２のいずれか１つ以上による全部又は一部によって実現される。

コンピュータモジュール１８０１のコンポーネント１８０５乃至１８１３は、典型的には、相互接続バス１８０４及び従来技術でそれらに知られているコンピュータシステム１８００の動作の従来のモードをもたらす方法を介して、通信する。例えば、プロセッサ１８０５は、コネクション１８１９を使用してシステムバス１８０４に接続される。同様に、メモリ１８０６及び光ディスクドライブ１８１２は、コネクション１８１９によってシステムバス１８０４に接続される。説明されたアレンジメントが実行されるコンピュータの例は、ＩＢＭ−ＰＣと互換機、ＳＵＮスパークステーション、アップル Ｍａｃ（登録商標）又は同様なコンピュータシステムを含む。

説明される画像取得の方法は、コンピュータシステム１８００を使用して実行され、図３Ａ乃至１７の処理は、コンピュータシステム１８００内で実行可能な１つ以上のソフトウェアアプリケーションプログラム１８３３として実装される。特に、画像取得の方法のステップは、コンピュータシステム１８００内で実行されるソフトウェア１８３３の命令１８３１（図１８Ｂを参照）によって達成される。ソフトウェア命令１８３１は、１つ以上の特定のタスクをそれぞれ実行する１つ以上のコードモジュールとして形成される。ソフトウェアは、２つの別々の部分に分割され、第１部分及び対応するコードモジュールは、画像取得方法を実行し、第２部分及び対応するコードモジュールは、第１部分とユーザーとの間のユーザーインターフェースを管理する。

例えば、ソフトウェアは、以下で説明される記憶装置を含むコンピュータ可読媒体に格納される。ソフトウェアは、コンピュータ可読媒体からコンピュータシステム１８００にロードされ、そして、コンピュータシステム１８００によって実行される。そのようなソフトウェアを有するコンピュータ可読媒体又はコンピュータ可読媒体に格納されたコンピュータプログラムは、コンピュータプログラム製品である。コンピュータシステム１８００のコンピュータプログラム製品の使用は、好ましくは、タイコグラフィイメージングのための有利な装置を達成する。

ソフトウェア１８３３は、典型的には、ＨＤＤ１８１０又はメモリ１８０６に格納される。ソフトウェアは、コンピュータ可読媒体からコンピュータシステム１８００にロードされ、コンピュータシステム１８００によって実行される。従って、例えば、ソフトウェア１８３３は、光ディスクドライブ１８１２によって読み出される光可読ディスク記憶媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）１８２５に格納される。そのようなソフトウェアを有するコンピュータ可読記憶媒体又はそれに格納されたコンピュータプログラムは、コンピュータプログラム製品である。コンピュータシステム１８００のコンピュータプログラム製品の使用は、好ましくは、タイコグラフィイメージングのための装置を達成する。

いつくかの例において、アプリケーションプログラム１８３３は、ユーザーに提供され、１つ以上のＣＤ−ＲＯＭ１８２５においてエンコードされ、対応するドライブ１８１２を介して読み出され、又は、代替的に、ネットワーク１８２０又は１８２２からユーザーによって読み出される。更に、ソフトウェアは、そのほかのコンピュータ可読媒体からコンピュータシステム１８００にロードすることもできる。コンピュータ可読記憶媒体は、実行及び／又は処理のために、格納された命令及び／又はデータをコンピュータシステム１８００に提供する任意の非一時的有形記憶媒体を参照する。そのような装置がコンピュータモジュール１８０１の内部又は外部であるかにかかわらず、そのような記憶媒体の例は、フロッピーディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク（登録商標）、ハードディスクドライブ、ＲＯＭ又は集積回路、ＵＳＢメモリ、光磁気ディスク、又は、ＰＣＭＣＩＡカードなどのコンピュータ可読カードを含む。コンピュータモジュール１８０１に対するソフトウェア、アプリケーションプログラム、命令及び／又はデータの供給に関与する一時的又は非有形コンピュータ可読伝送媒体の例は、別のコンピュータ又はネットワーク装置とのネットワークコネクションに加えて、無線又は赤外線伝送路と、電子メール送信及びウェブサイトなどに格納された情報を含むインターネット及びイントラネットとを含む。

上述したアプリケーションプログラム１８３３の第２部分及び対応するコードモジュールは、ディスプレイ１８１４に描画される、又は、別の方法で示される１つ以上のグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を実現するために実行される。典型的なキーボード１８０２及びマウス１８０３の操作を介して、コンピュータシステム１８００及びアプリケーションのユーザーは、ＧＵＩと関連するアプリケーションに対するコマンド及び／又は入力の制御を提供するために、機能的に適応可能な方法でインターフェースを操作する。機能的に適応可能なユーザーインターフェースのその他の形態は、ラウドスピーカー１８１７を介するスピーチプロンプト出力及びマイクロフォン１８８０を介するユーザボイスコマンド入力を利用するオーディオインターフェースなどで実現される。

図１８Ｂは、プロセッサ１８０５及び「メモリ」１８３４の詳細な概略ブロック図である。メモリ１８３４は、図１８Ａのコンピュータモジュール１８０１によってアクセスすることができる（ＨＤＤ１８０９及び半導体メモリ１８０６を含む）全てのメモリモジュールの論理的な集合体を示す。

コンピュータモジュール１８０１が最初に電源を入れられると、パワーオンセルフテスト（ＰＯＳＴ）プログラム１８５０は実行する。ＰＯＳＴプログラム１８５０は、典型的には、図１８Ａの半導体メモリ１８０６のＲＯＭ１８４９に格納される。ソフトウェアを格納するＲＯＭ１８４９などのハードウェア装置は、ファームウェアと称されることもある。ＰＯＳＴプログラム１８５０は、適切な機能を保証するために、コンピュータモジュール１８０１内のハードウェアを検査し、典型的には、正確な動作のために、プロセッサ１８０５、メモリ１８３４（１８０９，１８０６）及び典型的にはＲＯＭ１８４９に格納された基本入出力システムソフトウェア（ＢＩＯＳ）モジュール１８５１をチェックする。ＰＯＳＴプログラム１８５０が成功裏に実行されたら、ＢＩＯＳ１８５１は、図１８Ａのハードディスクドライブ１８１０を起動する。ハードディスクドライブ１８１０の起動は、プロセッサ１８０５を介して実行するために、ハードディスクドライブ１８１０に常駐するブートストラップローダープログラム１８５２を動作させる。これは、オペレーティングシステム１８５３が動作を開始するＲＡＭメモリ１８０６にオペレーティングシステム１８５３をロードする。オペレーティングシステム１８５３は、プロセッサ管理、メモリ管理、装置管理、記憶管理、ソフトウェアアプリケーションインターフェース及びグラフィックユーザーインターフェースを含む様々なハイレベル機能を実現するために、プロセッサ１８０５によって実行可能なシステムレベルアプリケーションである。

オペレーティングシステム１８５３は、コンピュータモジュール１８０１で動作している各処理又はアプリケーションが別の処理に割り当てられたメモリと衝突せずに実行するのに十分なメモリを有することを保証するために、メモリ１８３４（１８０９，１８０６）を管理する。更に、図１８Ａのシステム１８００で利用可能な種々のタイプのメモリは、各処理が効率的に動作することができるように、適切に使用されなければならない。従って、集合メモリ１８３４は、どのようにメモリの特定のセグメントが割り当てられるのか（特に明記しない限り）を明らかにすることを目的としていないが、コンピュータシステム１８００によってアクセス可能なメモリの一般的概念及びどのようにそれらを用いるのかを提供することを目的とする。

図１８Ｂに示すように、プロセッサ１８０５は、制御ユニット１８３９、論理演算ユニット（ＡＬＵ）１８４０及びキャッシュメモリとも称されるローカル又は内部メモリ１８４８を含む多数の機能モジュールを含む。キャッシュメモリ１８４８は、典型的に、レジスタ部に多数の記憶レジスタ１８４４乃至１８４６含む。１つ以上の内部バス１８４１は、これらの機能モジュールを機能的に相互接続する。プロセッサ１８０５は、典型的には、コネクション１８１８を使用して、システムバス１８０４を介して外部装置と通信するための１つ以上のインターフェース１８４２も有する。メモリ１８３４は、コネクション１８１９を使用してバス１８０４に接続される。

アプリケーションプログラム１８３３は、条件付き分岐及びループ命令を含む一連の命令１８３１を含む。プログラム１８３３は、プログラム１８３３の実行に使用されるデータ１８３２も含む。命令１８３１及びデータ１８３２は、記憶場所１８２８、１８２９、１８３０及び１８３５、１８３６、１８３７にそれぞれ格納される。命令１８３１及び記憶場所１８２８乃至１８３０の相対的なサイズに依存して、特定の命令は、記憶場所１８３０に示される命令によって表されるように、単一の記憶場所に格納される。また、命令は、記憶場所１８２８及び１８２９に示される命令セグメントによって表されるように、各々が別々の記憶場所に格納される多数の部分にセグメント化される。

一般的に、プロセッサ１８０５は、その中で実行される命令のセットを与えられる。プロセッサ１８０５は、プロセッサ１８０５が別の命令のセットを実行することに対応する後続入力を待つ。各入力は、図１８Ａに全て示された、１つ以上の入力装置１８０２、１８０３によって生成されたデータ、ネットワーク１８２０、１８２２のうちの１つを越える外部ソースから受け取ったデータ、記憶装置１８０６、１８０９のうちの１つから読み出したデータ又は対応するリーダー１８１２に挿入された記憶媒体１８２５から読み出したデータを含む、多数のソースのうちの１つ以上から提供される。命令のセットの実行は、場合によっては、データの出力をもたらす。実行は、データ又は変数をメモリ１８３４に格納することも含む。

開示されたタイコグラフィイメージングのアレンジメントは、対応する記憶場所１８５５、１８５６、１８５７のメモリ１８３４に格納された入力変数１８５４を使用する。アレンジメントは、対応する記憶場所１８６２、１８６３、１８６４のメモリ１８３４に格納される出力変数１８６１を生成する。中間変数１８５８は、記憶場所１８５９、１８６０、１８６６及び１８６７に格納される。

図１８Ｂのプロセッサ１８０５を参照するに、レジスタ１８４４、１８４５、１８４６、論理演算ユニット（ＡＬＵ）１８４０及び制御ユニット１８３９は、プログラム１８３３を作り出している命令セットの命令ごとに「フェッチ、デコード、エクセキュート」サイクルを行うために必要なマイクロオペレーションのシーケンスを行うために協同する。各フェッチ、デコード、エクセキュートサイクルは、
（ｉ）記憶場所１８２８、１８２９、１８３０から命令１８３１を取り出す又は読み出すフェッチ動作、
（ｉｉ）制御ユニット１８３９がどの命令が取り出されたのかを決定するデコード動作、
（ｉｉｉ）制御ユニット１８３９及び／又はＡＬＵ１８４０が命令を実行するエクセキュート動作、
を備える。

その後、次の命令のための更なるフェッチ、デコード、エクセキュートサイクルが実行される。同様に、記憶サイクルは、制御ユニット１８３９が記憶場所１８３２に値を格納する又は書き込むことによって行われる。

図３Ａ乃至１７の処理の各ステップ又はサブプロセスは、プログラム１８３３の１つ以上のセグメントと関連し、プログラム１８３３の注目セグメントのための命令セットの命令ごとにフェッチ、デコード及びエクセキュートサイクルを行うために、プロセッサ１８０５におけるレジスタ部１８４４、１８４５、１８４６、ＡＬＵ１８４０及び制御ユニット１８３９の協同によって行われる。

概要
可変照明システム１０８は、ＬＥＤマトリクスと称される、平坦基板の上に配列されたＬＥＤのセットを用いて形成される。ＬＥＤは、単色又は多波長であり、例えば、赤、緑及び青光に対応する３つの個々の波長で照明する、又は、試料の特定の特徴を観察するために適切な波長の代わりのセットで照明する。基板上のＬＥＤの適切な間隔は、顕微鏡光学及び試料１０２から、エミッタ１１２を支持する平坦基板によって定義された面である照明面までの距離に依存する。点光源として機能する各エミッタ１１２は、試料１０２に対して、照明４９５の対応する角度を規定する。光源１１２と試料１０２との間の距離が十分に大きい場所では、光源１１２から射出された光は、平面波に近似される。一般的には、基板上のＬＥＤの間隔は、近接のＬＥＤの対から受光する照明角の差が上述の式２に従ってレンズ１０９の開口数によって定義される受光角θ_Ｆより小さくなるように、選択されるべきである。

典型的な照明器１０８は、約４ｍｍの間隔によって、６２３ｎｍ、５３２ｎｍ及び４７２ｎｍで照明することができるマトリクスを形成するＬＥＤのセットで形成される。ＬＥＤマトリクスは、サンプルステージ１１４の下に８ｃｍで設置され、０．０８のＮＡ及び２倍の倍率を備える光学系、及び、５．５μｍのセンサピクセルサイズと協力する。図２Ａは、１２１個のＬＥＤ２２０の正方配置で形成されたＬＥＤマトリクス２１０を示し、ＬＥＤ間隔２３０が示されている。図２Ｂは、１１５個のＬＥＤ２２０の２Ｄ六方格子配置で形成されたＬＥＤマトリクス２４０を示し、ＬＥＤ間隔２６０も示されている。

ＬＥＤマトリクスの代わりの可変照明システムが使用されてもよい。例えば、ＬＣＤ、プラズマ、ＯＬＥＤ、ＳＥＤ、ＣＲＴ又はその他のディスプレイテクノロジーなどの、特定の場所（ピクセル）から光を射出することができる種々のディスプレイテクノロジーが使用される。また、可変照明は、ＬＥＤなどの光源を様々な場所に機械的に移動することによって、或いは、機械的な運動と、多重光源と、ディスプレイテクノロジーとの組み合わせによって、実現されてもよい。

図３Ａは、（ＬＥＤなどの）小さな光源３３０（２２０）、試料３８０（１０２）、及び、典型的には、カメラ１０３の光軸と一致する顕微鏡１０１の光軸３９０の相対配置を示す。平面３１０は、顕微鏡１０１の光軸３９０に垂直に構成され、光源３３０を含む。フラットＬＥＤマトリクスが可変照明器１０８として使用されるならば、そのときの平面３１０及びＬＥＤマトリクスは、ほぼ一致しているはずである。光軸３９０は、ｚ軸を定義すると考えられ、ｘ及びｙ軸は、平面３１０で定義される。理想的には、ｘ及びｙ軸は、カメラ１０３におけるセンサの軸と一致するように選択されるべきである。光源３３０の位置は、試料３３５上のポイントに関連する軸、及び、光軸３９０に沿って平面３１０に投影された対応するポイント３４０に関して定義される。ポイント３４０は、ＤＣポイントとして参照され、この位置の光源から試料３３５に到達する光は、光軸３９０に沿って伝播する。光源の位置は、３つのオフセットｄｘ３６０、ｄｙ３７０及びｄｚ３８０によって示される。図３Ｂは、光軸３９０に対して横の平面３１０における図３Ａの配置を示す。

可変照明システム１０８は、フラットであることに制約されない。照明システム１０８は、図４に示す半球体４１０などの幾つかの非フラット配置をとることができる。半球体４１０は、光源４３０（２２０）の離散的なセットによってカバーされる、又は、別に装着される。光源の１つに対する軸距離（図３の３８０）と同じであってもよいし、異なってもよい距離ｄｚ４８０を隔てて光軸４９０（３９０）に垂直な平面４２０を構成することが可能である。試料４４０上のポイント４３５は、軸位置４４５でそれと交差するように、光軸４９０に沿って平面４２０に投影される。軸位置４４５は、ＤＣポイントとして参照され、この位置の光源から試料４３５に到達する光は、光軸４９０に沿って伝播する。各光源４５０の位置は、光源４５０と試料４３５の上のポイントとを投影された平面４２０上のポイント４６０に繋ぐライン４５５に沿って投影される。このポイントは、投影された平面の上の３６０、３７０及び３８０を一般化する３つのオフオフセットｄｘ４６５、ｄｙ４７０及びｄｚ４７５に関して、ｘ、ｙ及びｚ軸に関して定義される。ライン４５５及び光軸４９０は、光源４５０に関連する照明角度４９５の範囲を定める。

正規化オフセットベクトルは、試料ポイントから照明（即ち、４３５から４２０又は３３５から３３０）に対応する平面上のポイントまでの距離で分割することによって（ｄｘ_ｉ，ｄｙ_ｉ，ｄｚ_ｉ）における第ｉ角度照明のオフセットベクトルのために形成される。

このアプローチを使用して、この照明のための正規化オフセットベクトルと真空における照明の波数との積として、第ｉ角度照明の波数ベクトルを定義することが可能である、ｋ_０＝２π／λ。

１６９個のＬＥＤを備えるＬＥＤマトリクスのための投影された位置（図４の４６０）は、図１４Ａに示され、対応する横波数ベクトル（ｋ_ｘ ^ｉ，ｋ_ｙ ^ｉ）は、図１４Ｂに示される。距離ｄｚが試料サイズと比べて大きいならば、照明は、湾曲のない試料で平面波に近似され、横波数ベクトルは、試料にわたってほぼ一定である。

それは、フーリエ空間における光学系の態様を考慮するのに有用である。２次元（２Ｄ）フーリエ空間は、キャプチャ画像が形成される、又は、試料の横空間特性が定義される２Ｄ実空間の２Ｄフーリエ変換によって定義される空間である。このフーリエ空間の座標は、横波数ベクトル（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）である。横波数ベクトルは、画像の空間周波数を表し、低周波数（又はゼロ近傍）は、座標表現の中央に向いており（即ち、図１４Ｂ）、高周波数は、座標表現の周辺に向いている。この説明において、「横波数ベクトル」及び「空間周波数」のタームは、交換可能に使用される。放射横波数ベクトル及び放射空間周波数のタームは、同様に、交換可能である。

低い解像度のキャプチャ画像のそれぞれは、光学素子の光学的伝達関数及び可変照明器によって設定される照明角度によって定義されるフーリエ空間の領域に関連する。光学素子が対物レンズである場合のために、フーリエ空間の領域は、真空における照明波長と、ｋ_０＝２π／λと、開口数との積によって定義される半径ｒ_ｋの円として近似することができる。

円領域の位置は、照明角度に従って、オフセットされる。第ｉ照明角度に対して、オフセットは、波数ベクトルの横成分（ｋ_ｘ ^ｉ，ｋ_ｙ ^ｉ）によって定義される。これは、試料の実空間表現及びフーリエ空間表現のそれぞれを示す図１０Ａ及び図１０Ｂに示される。図１０Ｂの破線円は、横波数ベクトルが図１０Ｂの実線矢印で示される照明による単一のキャプチャ画像に関連する円領域を示す。横波数ベクトル（ｋ_ｘ ^ｉ，ｋ_ｙ ^ｉ）は、合成開口上の光源の位置を示すものとして考慮される。

フーリエタイコグラフィイメージングの代替モードにおいて、低い解像度のキャプチャ画像は、角度照明よりも（開口走査とも称される）光学素子としてのシフト開口を使用して取得される。このアレンジメントにおいて、サンプルは、光軸に沿って概略入射する単一の平面波を使用して照明される。開口は、結像系のフーリエ面に設定され、開口は、光軸に垂直な、この平面内で移動する。この種類の走査開口は、光学系を通過する光を制限する追加の小走査開口を備える高ＮＡレンズを使用して実現される。そのような走査開口システムにおける開口は、外側でスペクトル成分がブロックされる図１０Ｂの破線円によって示されるフーリエ空間の領域を選択するものとして考慮される。図１０Ｂの破線円のサイズは、低ＮＡレンズの小開口に対応する。横波数ベクトル（ｋ_ｘ ^ｉ，ｋ_ｙ ^ｉ）は、角度照明の横波数ベクトルよりも開口のシフト位置を示すものとして考慮される。なお、同一の効果を実現するために、走査開口よりもフーリエ面の空間光変調器が使用される。空間光変調器の例は、個々のピクセル又はピクセルのグループが透明から不透明に切り替えられる液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であり、それにより、ディスプレイを介して、光の通路を空間的に変調する。

フーリエタイコグラフィイメージングによって試料の高い解像度の画像を生成するのに使用されるプロセス５００の一般的な概要は、図５に示される。プロセス５００は、コンピュータシステム１８００を使用して実行される、幾つかが手動で又は自動で実行される種々のステップ及び特定の処理ステップを含む。そのような処理は、典型的には、タイコグラフィイメージングを実行するために、コンピュータ１８０１のプロセッサによって実行可能なソフトウェアアプリケーションを介して制御される。

プロセス５００において、ステップ５１０では、試料が顕微鏡ステージ１１４の上に随意的にロードされる。そのようなロードは、自動化される。いずれにしても、試料１０２は、イメージングのために位置決めされることを必要とする。次に、ステップ５２０では、試料は、焦点面の周囲で顕微鏡１０１の視野内にあるように位置決めするために移動させられる。そのような移動は、随意的であり、手動で実行される、又は、コンピュータ１８０１の制御の下でステージによって自動化される。次に、適切に位置決めされた試料とともに、ステップ５４０乃至５６０は、照明コンフィギュレーションの所定のセットのための試料の画像のセットをキャプチャ及び格納するループ構造を定義する。一般的に、これは、特定の位置から、又は、特定の角度で試料を照明することによって実現される。可変照明器１０８がＬＥＤマトリクスなどのＬＥＤのセットで形成される場合において、これは、個々のＬＥＤを順々にスイッチングすることによって実現される。それらが処理される順に（照明角度が大きくなる順に）画像をキャプチャすることが好ましいが、照明の順序は任意である。これは、画像キャプチャの完了より前に処理が開始される場合、キャプチャの処理が始められる前の遅延を最小化する。使用される照明コンフィギュレーションの所定のセットは、図１１乃至図１６を参照して更に説明される。

ステップ５５０は、次の適切な照明コンフィギュレーションを設定し、次いで、ステップ５６０では、低い解像度の画像１０４がカメラ１０３でキャプチャされ、データ記憶装置１０６（１８１０）に格納される。画像１０４は、ハイダイナミックレンジ画像、例えば、種々の露光時間でキャプチャされた１つ以上の画像から形成されるハイダイナミックレンジ画像である。適切な露光時間は、照明コンフィギュレーションの特性に基づいて選択される。例えば、可変照明器がＬＥＤマトリクスであれば、これらの特性は、現在のコンフィギュレーションにおけるスイッチが入れられたＬＥＤの照明強度を含む。

ステップ５７０は、全ての照明コンフィギュレーションが選択され、次のコンフィギュレーションでキャプチャするために処理がステップ５４０に戻らないかをチェックする。全ての所望のコンフィギュレーションがキャプチャされた場合、方法５００は、ステップ５８０に継続する。ステップ５８０では、プロセッサ１８０５は、低い解像度のキャプチャ画像１０４のセットから高い解像度の画像を生成するために動作する。このステップは、以下、図６に関して更に詳細に説明される。ステップ５９０では、高い解像度の画像が随意的に出力され、プロセス５００を完了する。高い解像度の画像の出力は、非一時的コンピュータ可読媒体への画像の記憶、ディスプレイ装置１８１４への画像の表示、プリンター１８１５での画像の印刷、又は、遠隔の記憶、表示又は印刷のための画像の通信を含む。

図６を参照して、ステップ５８０で使用される、低い解像度のキャプチャ画像１０４のセットから高い解像度の画像１１０を生成する方法６００が以下で更に詳細に説明される。方法６００は、好ましくは、中間一時記憶のためのメモリ１８０６を使用する間、ＨＤＤ１８１０に記憶された画像に作用しているプロセッサ１８０５によるソフトウェアアプリケーションの実行によって実行される。

方法６００は、プロセッサ１８０５が試料１０２のキャプチャ画像１０４のセットを取り出し、キャプチャ画像１０４のそれぞれを分割するステップ６１０で開始する。図７Ａ及び図７Ｂは、画像の適切な分割（パーティション）を示す。図７Ａの矩形７１０は、幅７２０及び高さ７３０によって形成されるサイズの単一の低い解像度のキャプチャ画像１０４を示す。サイズは、典型的には、カメラ１０３のセンサの解像度（例えば、５６１６×３７４４ピクセル）に対応する。ステップ６１０において、矩形７１０は、隣接するパーティション７４５の各対の間のオーバーラップを備えた規則的なグリッドで等しいサイズの正方形領域７４０に分割される。交差斜線のパーティション７５０は、右のパーティション７５５及び下のパーティション７６０に隣接し、これらの３つのパーティションの拡大図は、図７Ｂに示される。各パーティションは、サイズ７６５×サイズ７７５を有し、適切なサイズは、両方とも１５０×１５０ピクセルである。ｘ及びｙ次元におけるオーバーラップ領域は、適切なサイズが１０ピクセルである７７０及び７８０によって示される。

オーバーラップ領域は、パーティションが視野を正確にカバーするために、キャプチャ画像１０４の一面に種々のサイズをとる。また、オーバーラップ領域は、固定されていてもよく、その場合、パーティションは、キャプチャ画像７１０の境界の周囲の小領域を省略する。各パーティションのサイズ及びパーティションの総数は、メモリ使用及び処理時間に関してシステムの全体の性能を最適化するために変動する。パーティション画像のセットは、低い解像度のキャプチャ画像のセットのそれぞれに適用されたパーティション領域の幾何図形的配置（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）に対応して形成される。例えば、パーティション７５０は、パーティションのそのようなセットの１つを形成するために、各キャプチャ画像から選択される。

ステップ６２０乃至６４０は、低い解像度の画像のパーティションのセットを順々に処理するループ構造を定義する。パーティションのセットは、より速いスループットのために、並行して処理される。ステップ６２０は、キャプチャ画像の低い解像度のパーティションの次のセットを選択する。次いで、ステップ６３０は、パーティション画像のセットから、高い解像度のパーティション画像を生成する。高い解像度のパーティション画像のそれぞれは、メモリ１８０６又は１８１０に一時的に格納される。このステップは、図８に関して、以下で更に詳細に説明される。高い解像度のパーティション画像のそれぞれは、実質的に、低い解像度のキャプチャ画像のそれぞれの対応する領域７４０に対応するパーティションであるが、より高い解像度である。ステップ６４０は、低い解像度のキャプチャ画像のパーティション画像の全てのセットが処理されているかをチェックし、そうであるなら、処理はステップ６５０に続き、そうでないなら、処理はステップ６２０に戻る。

ステップ６５０では、単一の高い解像度の画像１１０を形成するために、高い解像度のパーティション画像のセットが結合される。画像を結合する適切な方法は、図７Ａを参照して理解される。パーティションセットによってカバーされたキャプチャ画像視野に対応する高い解像度の画像が定義され、高い解像度の画像は、低い解像度のキャプチャパーティション画像に関連する高い解像度のパーティション画像のスケールアップと同一のファクターによって、キャプチャ画像に関連してスケールアップされる。高い解像度のパーティション画像のそれぞれは、プロセッサ１８０５によって、同一の比率でスケールアップされた低い解像度のパーティション場所に対応する場所での高い解像度の画像の上に合成される。効率的な合成方法が存在し、この目的のために使用される。理想的には、合成は、領域７４５のアップスケールされた同等のものによって与えられたオーバーラップ領域における隣接する高い解像度のパーティション画像の内容を混合する。これは、方法６００の処理を完了する。

ここで説明されたアレンジメントは、図１９Ａに示す大円１９０４によって示されるような相対的に高い又はより高い解像度のシステム（例えば、高ＮＡレンズを備える）に対抗して、図１９Ａのフーリエ表現において小円１９０２によって示されるような相対的に低い又はより低い解像度のために提供される相対的に安価な光学系（例えば、低ＮＡレンズ、小開口）を提供するように機能する。これは、フーリエ空間において、パターンに従ってスペクトル領域をマッピングすること、及び、高い解像度の画像を形成するためのパターンにおける隣接する領域の間の関係を使用することによって実現される。図１９Ｂは、２つのオーバーラップ円を示し、各円は、特定の照明角度における対応する（相対的に低い解像度の）キャプチャ画像のフーリエ成分を代表するスペクトル領域である。各円の幅１９１８は、レンズ又はその他の光学部品の受光角θ_Ｆに対応し、隣接する円の間のシフト１９１６は、照明角度、又は、更に具体的には、キャプチャ画像の照明角度の差によって決定される。図１９Ｃは、（対応するキャプチャ画像からの）複数の円が、どのように図１９Ａに示す大円１９０４の相対的に大きな受光角に対抗することを提供するためのオーバーラップマトリクスに徐々にマッピングされるのかを示す部分（１）乃至（４）を有する。説明されたアレンジメントにおける処理が実行されるフーリエ空間は、マッピングを介して角度に関連する横波数ベクトルに関して定義される。

低い解像度のパーティション画像のセットから高い解像度のパーティション画像を生成するステップ６３０で使用される方法８００は、図８を参照して、以下で更に詳細に説明される。方法８００は、好ましくは、プロセッサ１８０５によって実行されるソフトウェアを使用して実行される。

まず、ステップ８１０では、高い解像度のパーティション画像がプロセッサ１８０５によって初期化される。画像は、好ましくは、２Ｄフーリエ変換によってフーリエ空間に変換された低い解像度のキャプチャ画像のそれと同じピクセルサイズを備えたフーリエ空間において定義される。なお、画像の各ピクセルは、実成分及び虚数成分を備える複素数を格納する。初期化された画像は、図１０Ｂの破線円によって示される領域などの可変照明された低い解像度のキャプチャ画像に対応するフーリエ空間領域の全てを含むために十分に大きい。１６９個のＬＥＤを備えるＬＥＤマトリクスに対応する横波数ベクトル（ｋ_ｘ ^ｉ，ｋ_ｙ ^ｉ）は、図１１Ｂに示される。この場合、高い解像度のパーティション画像は、横波数ベクトルのそれぞれの周囲の適切なフーリエ空間領域を含むために、十分に大きい必要がある。対物レンズの場合、半径ｒ_ｋの円形フーリエ空間領域によって、高い解像度のパーティション画像は、領域の半径ｒ_ｋによって横に広がった図１８Ｂの横波数ベクトルのセットの凸包をカバーすべきである。

なお、代替の実施形態において、高い解像度のパーティション画像は、対応する低い解像度のキャプチャ画像が処理されるにつれて、連続するフーリエ空間領域のそれぞれを含むように動的に増大するサイズで生成される。

ステップ８１０において高い解像度のパーティション画像が初期化されると、ステップ８２０乃至８７０は、反復回数までループする。反復の更新は、再構成された高い解像度の画像のエラーを低減するために、画像データの潜在的な位相を解像するのに使用される。反復回数は、固定され、好ましくは、４と１５の間であり、又は、再構成アルゴリズムに関して収斂基準をチェックすることによって動的に設定する。

ステップ８２０は、次の反復を開始し、次いで、ステップ８４０乃至８６０は、ステップ６１０で生成された低い解像度のキャプチャ画像のパーティション画像のセットの画像を介して進める。ステップ８４０は、セットから次の画像を選択し、次いで、ステップ８５０は、セットの現在選択された低い解像度のパーティション画像に基づいて、高い解像度のパーティション画像を更新する。このステップは、図９を参照して、以下で更に詳細に説明する。次いで、処理は、セットにおける全ての画像が処理されたかをチェックするステップ８６０に継続し、そして、そうでなければ、ステップ８４０に戻り、そうであれば、ステップ８７０に継続する。実行すべき更新があるなら、処理は、ステップ８７０から、ステップ８２０に戻り、又は、反復が完了しているなら、ステップ８８０に継続する。

方法８００の最後のステップ８８０は、高い解像度のパーティション画像において、それをもとの実空間に変換する逆２Ｄフーリエ変換を行うプロセッサ１８０５の使用によって生じる。

単一の低い解像度のパーティション画像に基づいて高い解像度のパーティション画像を更新するステップ８５０で使用される方法９００は、図９を参照して、以下で更に詳細に説明される。

ステップ９１０において、プロセッサ１８０５は、低い解像度のキャプチャから、現在選択されたパーティション画像に対応する高い解像度のパーティション画像のスペクトル領域を選択する。これは、試料のフーリエ空間表現、単一のキャプチャ画像に関連するスペクトル領域１００５を示す破線円、及び、照明のコンフィギュレーションに対応する実線矢印によって示される横波数ベクトルを示す図１０Ｂに示されるように実現される。スペクトル領域１００５は、円領域の内側又は外側で高い解像度のパーティション画像において各ピクセルを割り当て、領域の外側で０を、領域の内側で１を、全てのピクセルに乗算することによって、選択される。また、補間は、ピクセル配列上のスペクトル領域配列の近似化に関連するアーチファクトを避けるために、境界近傍のピクセルに対して使用することができる。この場合、境界の周囲のピクセルは、０から１の範囲の値で乗算される。

なお、可変照明器１０８が試料１０２を平面波で照明しないのであれば、任意の照明コンフィギュレーションに対する入射角は、試料にわたって、種々のパーティションの間で変化する。これは、単一の照明コンフィギュレーションに対応するスペクトル領域のセットが種々のパーティションに対して異なることを意味する。

随意的に、スペクトル領域の信号は、光学の収差を処理するために変更される。例えば、スペクトル信号は、特定の瞳収差を処理するために、位相関数で乗算される。位相関数は、キャリブレーション方法を介して、例えば、瞳収差関数の幾つかのパラメータに対する（テスト試料に対して高い解像度の画像の生成を実行する場合に形成される）収斂メトリックを最適化することによって決定される。瞳関数は、視野上の入射照明のローカル角度の僅かな差異に起因して、結果的に、種々のパーティションで異なる。

次に、ステップ９２０では、スペクトル領域からの画像データは、プロセッサ１８０５によって、低い解像度のキャプチャ画像パーティションと同じ解像度で、実空間に変換される。スペクトル領域は、逆２Ｄフーリエ変換を含む変換より前に、ゼロ詰めされる。ステップ９３０では、実空間画像の振幅が、対応する（現在の）低い解像度のパーティション画像の振幅と一致するように設定される。実空間画像の複雑な位相は、このステップで変更されない。ステップ９４０では、実空間画像は、スペクトル画像を与えるために、フーリエ変換される。最後に、ステップ９５０では、ステップ９１０で選択された高い解像度のパーティション画像のスペクトル領域の信号は、ステップ９４０で形成されたスペクトル画像のスペクトル領域からの対応する信号に置換される。なお、アーチファクトに関連した境界を処理するために、いかなる境界ピクセルも含まないスペクトル領域のサブセットに置換することが好ましい。スペクトル領域の信号が、収差を処理するために、ステップ９１０で変更されたならば、逆変更は、この段階での高い解像度のパーティション画像の領域を置換することより前に、ステップ９５０の一部として実行される。

第１実施形態
図１１Ａ、図１１Ｃ及び図１１Ｅは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメントを示す。対応する横波数ベクトルは、それぞれ、図１１Ｂ、図１１Ｄ及び図１１Ｆに示される。図１１Ａは、アレンジメントの中心での受光角θ_Ｆの０．４０のフラクションに対応するＬＥＤ間隔による、規則的な正方格子としての従来技術の光源のアレンジメントを示す。図１１Ｂに示される横波数ベクトルの対応するセットは、均等な間隔で配置されず、アレンジメントの外側と比較して、中心において増大した間隔を有する。

図１１Ｄは、受光角θ_Ｆの０．５のフラクションに対応する光源間隔によって、規則的に又は均等な間隔で配置された横波数ベクトルの代替セットを示す。このアレンジメントを実現するために、光源は、それらが図１１Ｃに示すアレンジメントを光軸に垂直な投影面に形成するように、位置決めされる。光源の密度は、アレンジメントの外側と比較して、中心で大きい。その結果、照明の位置の密度は、光学系内に提供される照明によって規定される円領域の外側で、実質的に、ゼロに低下する。

更なる変更は、変換を横波数ベクトルの所望のセットに適用することによってなされる。図１１Ｆは、このような方法で変更された横波数ベクトルのセットを示し、図１１Ｅは、光軸に垂直な投影面における対応するアレンジメントを示す。

適切な変換の変化は、ｋ_ｘ＋ｊｋ_ｙ＝ｋ_ｒｅ^ｊｋθで定義された横波数ベクトルの動径座標（ｋ_ｒ，ｋ_θ）に関して定義される幾つかの例に存在し、以下のように計算される。

適切な変換は、指数法則に従って、横波数ベクトルの径方向成分をスケールすることである、例えば；

ここで、光源の間隔が受光角θ_Ｆの０．５５のフラクションに対応するならば、パラメータγのための適切な値は、１．１５である。直交横波数ベクトルは、ｋ_ｘ＝ｋ_ｒｃｏｓθ及びｋ_ｙ＝ｋ_ｒｓｉｎθによって簡単に与えられる。その他の適切な変換は、多項式、論理的根拠（ｒａｔｉｏｎａｌ）、三角法、対数又はそれらの組み合わせなどの単純非線形関数形式に関して定義される。式（６）及び式（７）によれば、面（例えば、１１Ｅ、１２Ｅ、１４Ｅ、１５Ｅ、１６Ｅ）上の照明の位置は、密度がフーリエ再構成（例えば、それぞれ、１１Ｆ、１２Ｆ、１４Ｆ、１５Ｆ、１６Ｆ）のＤＣタームに対応する波数ベクトルに向かって大きくなるようなフーリエ再構成空間における２Ｄ波数ベクトルにマップする。光源の密度は、フーリエ空間の中心領域において、低動径波数ベクトルを増加させる。これは、例えば、図１１Ｆ、図１２Ｆ、図１４Ｆ、図１５Ｆ及び図１６Ｆに示される。

一般的に、図１１Ａ及び図１１Ｂに対応する照明コンフィギュレーションのセットは、（従来技術の）アレンジメント（Ｐ）として参照されるが、アレンジメントの光源及びパラメータの数は、説明図とは異なる。同様に、図１１Ｅ及び図１１Ｆに対応するアレンジメントは、（Ａ１）として参照される。図１１Ａ乃至図１１Ｆに示すアレンジメントは、図１に示すようなＦＰＭシステムに使用される。図１１Ｃ乃至図１１Ｆのアレンジメントは、図１１Ａ及び図１１Ｂのアレンジメントの全体の性能に関する再構成の向上された精度のために有利である。

第２実施形態
図１２Ａ、図１２Ｃ及び図１２Ｅは、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメントを示す。対応する横波数ベクトルは、それぞれ、図１２Ｂ、図１２Ｄ及び図１２Ｆに示される。光源の大部分に対応する位置、及び、横波数ベクトルは、図１１Ａ乃至図１１Ｆの対応する画像におけるそれらと同じである。なお、図１２Ｄに対して、横波数ベクトルは、実質的に、均等に間隔をおいて配置される。しかしながら、図１２Ａ乃至図１２Ｆに示すアレンジメントにおいて、光源のセットは、特定の動径波数ベクトルでのカットオフに基づいて選択される。このアレンジメントは、円形支持（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｓｕｐｐｏｒｔ）として参照される。

図１２Ａ及び図１２Ｂに示すコンフィギュレーションは、（Ａ２）として参照されるが、アレンジメントの光源及びパラメータの数は、説明図とは異なる。図１２に示すアレンジメントは、図１に示すようなＦＰＭシステムに使用され、図１１の同等なアレンジメントと比較した場合に、システム性能に関して有利である。

第３実施形態
図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１１及び図１２に示す幾つかのアレンジメントと比較して、システム性能に関して有利である可変照明器１０８のための光源の２つの代替的な空間的アレンジメントを示す。図１３Ａ及び図１３Ｂのアレンジメントによって形成される照明角度は、図２Ａに示す正方格子構造を定義する自然基底を形成する直交座標よりも、実質的に、極座標に関して定義される規則的なパターンを形成する。極座標系は、光軸に垂直な面に投影された光軸から光源の距離の大きさに依存する動径座標、及び、投影面の光軸の周囲の光源の角度に対応する角座標によって、空間領域に定義される。フーリエ領域において、極座標は、式（６）で定義された横波数ベクトルの動径座標（ｋ_ｒ，ｋ_θ）である。

図１３Ａは、多数の同心リング又は同心円に位置決めされた光源１３２０（２２０）を含む可変照明器１０８のための同心アレンジメント１３１０を示し、リングは、動径座標において、等しい間隔をおいて配置される。各リングの光源の数は、照明の位置又はゼロ（０）の半径距離を備える円である、中心１３１５での追加的な光源によって、同心リングのインデックスに比例する。例において、同心リングの間隔は、１３２５でマークされる。第１最内リング１３３０の光源の数は４であり、第２リング１３３５の光源の数は８であり、第ｉ同心リングの光源の数は、４ｉである。このように、照明の位置は、各円の周囲で選択された角位置の数がその径方向に単調に増加するように、同心円状に均等な間隔をおいて配置される。このコンフィギュレーションは、ｘ_ｉ，ｊ＝ｒ_ｉｃｏｓθ_ｉ，ｊ及びｙ_ｉ，ｊ＝ｒ_ｉｓｉｎθ_ｉ，ｊによって与えられる光源の位置のセットとして表される。

ここで、インデックスは、ｉ＝０，・・・，Ｎ_ｒ及びｊ＝０，・・・，最大（０，ｉＮ_θ−１）のレンジをとり、θ_０，０は、ゼロ値をとる。リングの数は、Ｎ_ｒによって定義され、同心リングあたりの追加的な光源の数は、Ｎ_θによって与えられる。図１３Ａの例では、パラメータは、Ｎ_ｒ＝８及びＮ_θ＝４である。同心リング１３２５のための適切な間隔は、受光角θ_Ｆの０．３と０．４５の間のフラクションに対応する。

図１３Ｂは、光源１３５０（２２０）を内蔵する可変照明器１０８のための空間的アレンジメント１３４０を示す。位置は、半径及び角度がインデックスの平方根に比例するように、インデックスのセットで選択される。このコンフィギュレーションは、ｘ_ｉ＝ｒ_ｉｃｏｓθ_ｉ及びｙ_ｉ＝ｒ_ｉｓｉｎθ_ｉによって与えられる光源の位置のセットとして表される。

ｉ＝０，・・・，（Ｎ−１）について、Ｎは、光源の総数である。設計のための適切なパラメータは、受光角θ_Ｆの０．３２５のフラクションに対応するＳ_ｒ及びＳ_θ＝０．３によって与えられる。

上述したように、同心及び空間的アレンジメントは、極座標に定義される場合、実質的に、規則的なパターンを形成する。同心アレンジメントにおいて、光源は、各同心リングの角度に等しい間隔をおいて配置される。空間的アレンジメントにおいて、角度は、光源のインデックスの平方根に比例する。

その他のアレンジメントは、これらのモデルに基づくことが可能である。例えば、同心アレンジメントは、各リングの等しい角度間隔を維持している間、同心アレンジメントにおける各同心リングの光源の数が非線形に、又は、不規則なステップで変化するように、変更される。また、パターンは、（好ましくは、中心での複数の光源を含むことなく）離散的な極アレンジメントの数と種々のパラメータ値とを結合することによって形成される。フーリエタイコグラフィに有用な注目アレンジメントは、向上された精度又は効率を実現するために、互いに異なる角度で配置されたスパイラルのセットから形成される。

図１４Ａ、図１４Ｃ及び図１４Ｅは、同心アレンジメント（例えば、図１３Ａ）に基づいて、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメントを示す。対応する横波数ベクトルは、それぞれ、図１４Ｂ、図１４Ｄ及び図１４Ｆに示される。これらのアレンジメントは、図１に示すようなＦＰＭシステムに使用され、精度及び／又は効率に対して、図１１Ａ及び図１１Ｂのアレンジメントの全体の性能の向上を提供する。

図１４Ａは、同心アレンジメントに基づいて、光軸に垂直な面に投影された光源の同心アレンジメントを示す。図１４Ｂに示す横波数ベクトルの対応するセットは、均等な間隔で配置されておらず、アレンジメントの外側と比較して、中心において増加した間隔を有する。同心リングの間隔１３２５は、アレンジメントの中心での受光角θ_Ｆの０．３５のフラクションに対応する。

図１４Ｄは、横波数ベクトル空間に定義される規則的な同心アレンジメントを形成する横波数ベクトルの代替的なセットを示す。このアレンジメントを実現するために、光源は、それらが図１４Ｃに示すアレンジメントを光軸に垂直な投影面に形成するように、位置決めされる。光源の密度は、アレンジメントの外側と比較して、中心で大きい。同心円の間隔１３２５は、受光角θ_Ｆの０．４５のフラクションに対応する。

更なる変更は、変換を横波数ベクトルの所望のセットに適用することによってなされる。図１４Ｆは、このような方法で変更された横波数ベクトルのセットを示し、図１４Ｅは、光軸に垂直な投影面における対応するアレンジメントを示す。図１１Ｆを参照して上述したように、適切な変換の変化が存在する。同心リングの間隔１３２５は、受光角θ_Ｆの０．４５のフラクションに対応し、パラメータγは、式（７）によって定義される非線形（指数法則）変換に対して、１．０５である。図１４Ｅ及び図１４Ｆに示すアレンジメントは、（Ａ１２３）として参照されるが、アレンジメントの光源の数及び正確なパラメータ化は、説明図とは異なる。指数法則の使用は、面の上の照明の位置を、密度がフーリエ再構成のＤＣタームに対応する波数ベクトルに向かって大きくなるようなフーリエ再構成空間における２Ｄ波数ベクトルにマップすることを提供する。

なお、同心又はスパイラルアレンジメントのサブセットは、選択され、その範囲で非円形である。例えば、正方配列（ｓｑｕａｒｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）に含まれる光源のセットが選択される。図１５Ａ乃至図１５Ｆは、図１４Ａ乃至図１４Ｆのアレンジメントに基づくが、正方配列に基づく選択を備える３つのそのようなアレンジメントを示す。図１５Ａ及び図１５Ｂに示すアレンジメントは、（Ａ３）として参照されるが、アレンジメントの光源の数及び正確なパラメータ化は、説明図とは異なる。

図１６Ａ、図１６Ｃ及び図１６Ｅは、スパイラルアレンジメント（図１３Ｂ）に基づいて、光軸に垂直な面に投影された光源の空間的アレンジメントを示す。対応する横波数ベクトルは、それぞれ、図１６Ｂ、図１６Ｄ及び図１６Ｆに示される。これらのアレンジメントは、図１に示すようなＦＰＭシステムに使用され、精度及び／又は効率に対して、図１１Ａ及び図１１Ｂのアレンジメントの全体の性能の向上を提供する。

図１６Ａは、スパイラルアレンジメントに基づいて、光軸に垂直な面に投影された光源のスパイラルアレンジメントを示す。図１６Ｂに示す横波数ベクトルの対応するセットは、均等な間隔で配置されておらず、アレンジメントの外側と比較して、中心において増加した間隔を有する。設計のための適切なパラメータは、受光角θ_Ｆの０．３２５のフラクションに対応するＳ_ｒ及びアレンジメントの中心でのＳ_θ＝０．３によって与えられる。

図１６Ｄは、横波数ベクトル空間に定義される規則的なスパイラルアレンジメントを形成する横波数ベクトルの代替的なセットを示す。このアレンジメントを実現するために、光源は、それらが図１６Ｃに示すアレンジメントを光軸に垂直な投影面に形成するように、位置決めされる。光源の密度は、アレンジメントの外側と比較して、中心で大きい。コンフィギュレーションのための適切なパラメータは、受光角θ_Ｆの０．３２５のフラクションに対応するＳ_ｒ及びＳ_θ＝０．３によって与えられる。

更なる変更は、変換を横波数ベクトルの所望のセットに適用することによってなされる。図１６Ｆは、このような方法で変更された、実質的に、規則的に間隔をおいて配置され横波数ベクトルのセットを示し、図１６Ｅは、光軸に垂直な投影面における対応するアレンジメントを示す。図１１Ｆを参照して上述したように、適切な変換の変化が存在する。コンフィギュレーションのための適切なパラメータは、受光角θ_Ｆの０．３５のフラクションに対応するｋ_ｒ及びｋ_θ＝０．３によって与えられ、パラメータγは、式（７）によって定義される非線形変換に対して、１．０５である。

第４実施形態
幾つかのアプリケーションにおいて、一回で複数の光源のスイッチを入れて、カメラ１０３で低い解像度の画像をキャプチャすることが有利である。従来技術の可変照明アレンジメントで同様な利点が得られたとしても、高い解像度の画像を生成するために必要なコンピュータ処理は、隣接していない光源及び角度から追加的な処理の必要性のため、この場合で異なる。

利点
上述のアレンジメントの比較性能の推定は、照明コンフィギュレーションの種々のセットに対応する種々の可変照明アレンジメントを備えるＦＰＭシステムのシミュレーションを使用して定量化される。組織病理スライドの大きい画像は、非常に薄い試料をシミュレーションするために使用され、深度の効果が小さく、無視されるように、試料がフォーカスされると仮定される。低い解像度のキャプチャ画像のそれぞれは、照明角度に対応する波数ベクトルオフセット位置での低いＮＡのレンズに対応するフーリエ空間における小開口を選択することによって合成される。低いＮＡのレンズは、結像系における光をフィルタするために、低い解像度の光学素子として機能する。空間的パディング及び適切な窓関数は、画像境界でのアーチファクトを避けるために、これらの画像の合成に使用される。テューキー及びプランク−テーパー窓関数は、この目的のための適切な窓関数である。合成キャプチャ画像は、窓関数がフラットであり、値１をとる合成画像の中心の領域から選択される。

キャプチャ画像は、反復の固定数のための方法６００（５８０）に従って処理され、再構成画像は、真の画像と比較される。平均二乗誤差及び構造類似性（ＳＳＩＭ）などの測定基準は、比較に適切である。

図１７は、ここで説明された多数の光源アレンジメントのための光源のシミュレートされた数に対するＳＳＩＭ指標のプロットを示す。各プロットは、多数の離散的なポイントからなるが、直線補間は、ポイントの間を含む。プロットされた光源アレンジメントは、Ｐ（図１１Ａ及び図１１Ｂ）、Ａ１（図１１Ｅ及び１１Ｆ）、Ａ２（図１２Ａ及び図１２Ｂ）、Ａ３（図１５Ａ及び図１５Ｂ）及びＡ１２３（図１４Ｅ及び図１４Ｆ）として参照される。同じ数の光源に関して、アレンジメントＡ１、Ａ３及びＡ１２３は、プロット範囲の実質的な部分で、従来技術のアレンジメントＰと比較して、向上されたＳＳＩＭを示す。これは、与えられた目標再構成精度（ＳＳＩＭスコア）に関して、要求される光源の数が従来技術Ｐに対してアレンジメントＡ１、Ａ３及びＡ１２３では少ないことを意味する。

図１７に示す補間データを使用して、与えられたスコアを実現するために、要求される光源の数の低減を推定することが可能である。例えば、１９６個の光源に関して、アレンジメントＰは、０．８９２のＳＳＩＭを有する。その他のアレンジメントに関して、同じＳＳＩＭを実現するための推定される光源の数は、以下の表１で与えられる。アレンジメントＡ１については、光源の数が１３４個に低減し、アレンジメントＡ２については、光源の数が１９４個に低減し、アレンジメントＡ３については、光源の数が１６４個に低減し、アレンジメントＡ１２３については、光源の数が１０８個に低減する。このシミュレーションにおいて、要求される光源の数は、コンフィギュレーションＡ１２３の設計向上の組み合わせを使用することによって、ほぼ半減される。図１７の曲線の形状に基づいて、利点は、要求されるＳＳＩＭが大きくなるにつれて、更に増大する。

ＦＰＭシミュレーションに関して、与えられたＳＳＩＭを実現するために、推定される、要求される光源の数及び％低減。

なお、図１７を参照して上述した利点の推定は、平面波照明の場合に対応する。可変照明器が相対的に試料に近接して位置決めされたＬＥＤマトリクスであれば、入射照明が平面波を形成すると考えられず、位置から波数ベクトルまでのマッピングは、試料の横ディメンションにわたって変化する。これは、ＦＰＭシステムの性能を順次変更する波数ベクトル空間におけるアレンジメントを変更する。一般的に、これは、従来技術のアレンジメントＰに対して、ＦＰＭアレンジメントの利点を低減する。

更に、上述した可変照明器アレンジメントは、規則的なグリッド上のＬＥＤの高密度アレンジメントを備えたＬＥＤマトリクスを使用して、実質的に、実現される。設計における各ＬＥＤ位置に関して、ＬＥＤマトリクスからのＬＥＤが選択され、可変照明器アレンジメントの対応する光源の位置に近接する。これは、照明器アレンジメントにおける所望の位置に近接する光源のサブセットを使用するために、実質的に、試料を照明するＬＥＤマトリクス光源のサブサンプリングを使用する。

産業上の利用可能性
説明した装置は、フーリエタイコグラフィイメージングのための装置の例であり、コンピュータ及びデータ処理産業、特に、生物学的マターを含む、顕微鏡検査のマターに適用可能である。例えば、本開示に従う特定のアレンジメントは、従来のアレンジメントと同様なイメージング効果を実現するために、光源の数の低減を提供し、又は、同等な数の光源を使用して向上された性能を提供する。開示されたアレンジメント、特に、フーリエタイコグラフィイメージングシステムを実現するために、適切にプログラムされた場合、（１１８を介する）照明器１０８及び（１２０を介する）カメラ１０３の制御は、コンピュータ１０５に提供する。更に特定的には、アプリケーションプログラム１８３３は、画像１０４のキャプチャし、試料の所望の（高い解像度の）画像を形成するための、説明したように画像１０４を処理するように、照明器及びカメラを制御する。

以上、本発明の一部の実施形態だけを説明したが、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、修正及び／又は変更がそれに対して行われる可能性があり、実施形態は例示的なものであって、限定的なものではない。

Claims (22)

1. 実質的に半透明の試料の画像を形成する装置であって、
   （ａ）前記試料の与えられたポイントでの各角度が光軸に垂直な面のポイントにマップされる場合に、前記面の前記ポイントが前記面の軸位置に向かって増加する密度を有するように、複数の照明角度から前記試料を照明する可変照明器と、
   （ｂ）光学素子によってフィルタされた光に基づいて、複数の可変照明された、前記試料の相対的に低い解像度の強度画像を取得する検出器と、
   （ｃ）可変照明された、低い解像度の強度画像を備えて、フーリエ空間において前記相対的に高い解像度の画像のオーバーラップ領域を反復してアップデートすることによって、前記試料の相対的に高い解像度の画像を計算的に再構成するプロセッサと、
   を有することを特徴とする装置。
2. 前記面の照明の位置は、近似的に均等に離間された、フーリエ再構成空間における２次元（２Ｄ）空間周波数にマップすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記面の照明の位置は、前記密度がフーリエ再構成のＤＣタームに対応する空間周波数に向かって大きくなるように、フーリエ再構成空間における２Ｄ空間周波数にマップすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記面の照明の位置は、前記密度が、指数法則に従って、フーリエ再構成のＤＣタームに対応する空間周波数に向かって大きくなるように、フーリエ再構成空間における２Ｄ空間周波数にマップすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記面の照明の位置は、光軸からの距離の大きさに依存する動径座標、及び、前記光軸に関連する角度の姿勢に対応する角座標によって定義された極座標系における実質的に均一なパターンで配置された前記照明角度によって、前記密度がフーリエ再構成のＤＣタームに対応する空間周波数に向かって大きくなるように、フーリエ再構成空間における２Ｄ空間周波数にマップすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 照明の位置の密度は、円領域の外で実質的にゼロに低下することを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記可変照明器は、前記光軸に垂直な面の照明の位置が同心円の上に均等に離間するように、各円の周りで選択される角位置の数が前記円の半径によって単調に増加するように、構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記照明の位置は、１つ以上のスパイラルアレンジメントで定義されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記オーバーラップ領域の反復アップデートは、前記可変照明された、相対的に低い解像度の画像のフーリエ空間における対応する領域を使用して形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 実質的に半透明の試料の画像を形成する装置であって、
    （ａ）前記試料を照明し、光学素子によってフィルタされた光に基づいて前記試料の像を取得する結像系と、
    （ｂ）前記試料の相対的に低い解像度の複数の強度画像を取得するセンサと、前記画像のコンテントは、空間周波数空間における部分的なオーバーラップ領域に対応し、空間周波数の係数に依存する動径座標、及び、動径空間周波数の角度に依存する角座標によって定義された極座標系における実質的に均一なパターンで配置され、
    （ｃ）光学素子によってフィルタされた光に基づいて、前記試料の相対的に低い解像度の複数の強度画像を取得する検出器と、
    （ｄ）前記低い解像度の強度画像を備え、フーリエ空間における前記相対的に高い解像度の画像のオーバーラップ領域を反復してアップデートすることによって、前記試料の相対的に高い解像度の画像を計算的に再構成するプロセッサと、
    を有することを特徴とする装置。
11. 可変照明器の個々の光源と前記試料との間の照明角度に従って、前記相対的に低い解像度の強度画像に関連する前記空間周波数を制御する可変照明器の使用を更に有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記強度画像に関連する前記空間周波数を制御する走査開口の使用を更に有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
13. 前記強度画像に関連する前記空間周波数を制御する空間光変調器の使用を更に有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
14. 照明の位置は、光軸に垂直な面に配置され、各円の周りで選択される角位置の数が前記円の半径によって単調に増加するように、同心円の上に均等に離間して配置されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
15. 前記円の中心での照明の位置を更に有することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 照明の位置は、１つ以上のスパイラルアレンジメントで定義されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
17. 照明の位置の密度は、円領域の外で実質的にゼロに低下することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
18. 面の照明の位置は、近似的に均等に離間された、フーリエ再構成空間における２次元（２Ｄ）空間周波数にマップすることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
19. 面の照明の位置は、密度がフーリエ再構成のＤＣタームに対応する空間周波数に向かって大きくなるように、フーリエ再構成空間における２Ｄ空間周波数にマップすることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
20. 面の照明の位置は、密度が、指数法則に従って、フーリエ再構成のＤＣタームに対応する空間周波数に向かって大きくなるように、フーリエ再構成空間における２Ｄ空間周波数にマップすることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
21. 前記オーバーラップ領域の反復アップデートは、前記相対的に低い解像度の画像のフーリエ空間における対応する領域を使用して形成されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
22. それに記録されたプログラムを有する非一時的有形コンピュータ可読記憶媒体であって、前記プログラムは、実質的に半透明の試料の画像を形成するコンピュータ装置によって実行可能であり、前記プログラムは、
    複数の照明角度から前記試料を可変照明するために、照明器を制御するコードと、
    （ａ）前記試料の与えられたポイントでの各角度が光軸に垂直な面のポイントにマップされる場合に、前記面の前記ポイントが前記面の軸位置に向かって増加する密度を有する、又は、
    （ｂ）前記照明角度は、前記光軸からの距離の大きさに依存する動径座標、及び、前記光軸に関連する角度の姿勢に対応する角座標によって定義された極座標系における実質的に均一なパターンで配置される、
    可変照明に従って照明器から放射され、光学素子によってフィルタされた光に基づいて、複数の可変照明された、前記試料の相対的に低い解像度の複数の強度画像を取得するために、検出器を制御するコードと、
    前記可変照明された、低い解像度の強度画像を備えて、フーリエ空間において前記相対的に高い解像度の画像のオーバーラップ領域を反復してアップデートすることによって、前記試料の相対的に高い解像度の画像を計算的に再構成するコードと、
    を有することを特徴とする非一時的有形コンピュータ可読記憶媒体。