[发明专利]用于分析显微镜的尺寸校准的系统和方法

说明书

描述了用于分析显微镜的校准元件的实施方案，所述校准元件包括当通过光束照射时表现出对比度的特征的大致上非周期性的图案。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月8日提交的美国临时专利申请62/418,969的权益。该申请的内容通过引用全部并入本文中。

技术领域

本发明一般地涉及改进的校准刻度和用于校准分析显微镜的方法。

背景技术

通常认为，分析显微镜的不同实施方案用于各种应用，并且通常通过共用光束路径提供多种操作模式，用于检查样品。例如，配置用于化学分析或材料分析的分析显微镜的实施方案可以提供两种或更多种操作模式，所述操作模式包括可见光观察以及使用分析光束来检查感兴趣波长的样品，用于化学分析或材料分析。本领域普通技术人员应该理解，可以使用红外光、拉曼散射光或相关领域中通常使用的其他方法来实现化学分析或材料分析。

分析显微镜的典型实施方案产生以各种放大率级别拍摄的样品的图像，所述图像具有物理单位的精确尺寸和坐标，所述物理单位的精确尺寸和坐标实现了对图像中的样品进行详细分析。所使用的物理单位的实例对于相关技术中的普通技术人员是公知的(例如公制单位如微米(μm)、英制单位如英寸、比率(例如μm：像素)等等)。通常，每个图像中提供的尺寸刻度取决于用户所选择的光学配置(例如放大级别、附件等)，并且重要的是每个图像中提供的尺寸刻度忠实于任何给定配置的显微镜的实际放大率。还应当理解，用于显微镜台的绝对位置基准对于能够使图像中的尺寸刻度与显微镜台的物理位置相关是重要的，使得例如用户可以在将来可靠地返回到标本上期望的感兴趣区域。

获取和应用精确比例因子和绝对坐标的过程通常被称为分析显微镜的“校准”。在某些情况下，使用校准的“镜台测微计”作为位置基准，通过费力且容易出错的过程实现校准。例如，镜台测微计通常包括掩模版，该掩模版包括精确刻度，所述刻度可以通过物镜观察或者通过显微镜(例如摄像机)使用光学成像部件成像。标准掩模版实施方案包括在单个轴上排序的一系列规则间隔的划分 (例如，线或其他视觉指示器)，当通过目镜或在图像中观察时，所述划分可以提供一个或多个参考元件。在当前描述的实施例中，两个掩模版划分可以提供参考点，使用参考点来计算像素中的距离值(例如，在掩模版上的两个选定点之间)。掩模版的划分的间隔被精确地校准且是已知的，使得基于该放大等级的转换因子可以被使用来确定处在该特定的显微镜配置处的尺寸刻度(例如μm：像素)。

通常理解的是，使用掩模版的基于视觉的校准过程容易出错，因为它需要用户手动选择掩模版上的点(例如，掩模版刻度线的边缘)，该掩模版用于基于特别放大的距离的测量。如果需要在不同的轴上进行校准，则还必须使用不同的掩模版定向来重复该过程。例如，用户选择的点取决于特定用户的个人判断和意见，并且不一定是真实于掩模版刻度提供的精确位置，或者与掩模版刻度提供的精确位置一致。然后，用户选择的点的变化转换为所计算的像素数量的误差和从像素计算确定的合成信息。这种错误的可能后果的实施例包括可称为“图像配准误差”的内容，其指的是由于与各个图像相关联的刻度的不准确性而不能精确地对准多个图像(例如，连接的或重叠的图像)。

还通常认识到，标准掩模版实施方案受到以下事实的影响：它们受限于难以在宽范围的放大率和多个轴上使用的单个周期性刻度水平。例如，在分析显微镜的一些实施方案中可用的全范围放大率可以跨越约20倍的放大率变化，其中单个标准掩模版不具有足够的刻度以使得能够在整个范围内精确地分辨划分。换句话说，标准掩模版的刻度中的单个周期可以在特定的放大范围内工作，但是在更高的放大率下对视场中的划分数量具有严格的限制，并且不能解决在较低的放大率下的划分。因此，必须使用具有不同刻度的标准掩模版的多个实施方案，或者必须选择在单个标准掩模版实施方案的有限放大率范围内工作。

同样重要的是要注意，标准掩模版实施方案的周期性不适于使用校准软件进行自动化，校准软件通常不能识别产生精确校准结果所需的刻度上的每个标记。在本实施例中，采用标准掩模版的图像的傅里叶变换的校准软件通常产生多个最大值(例如，峰值)而不是可以精确地用于校准图像的尺寸刻度的单个最大值。