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特許7029821顕微鏡検査において大面積の撮像を容易にするためのカメラと検体の整列
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-24
(45)【発行日】2022-03-04
(54)【発明の名称】顕微鏡検査において大面積の撮像を容易にするためのカメラと検体の整列
(51)【国際特許分類】
G02B 21/36 20060101AFI20220225BHJP
G02B 21/26 20060101ALI20220225BHJP
【ＦＩ】
G02B21/36
G02B21/26
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2019543248
(86)(22)【出願日】2017-05-16
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-03-12
(86)【国際出願番号】 US2017032826
(87)【国際公開番号】W WO2018147888
(87)【国際公開日】2018-08-16
【審査請求日】2020-05-01
(31)【優先権主張番号】62/457,470
(32)【優先日】2017-02-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】511289471
【氏名又は名称】ナノトロニクス イメージング インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＮＡＮＯＴＲＯＮＩＣＳ ＩＭＡＧＩＮＧ，ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】２２５１ ＦＲＯＮＴ ＳＴＲＥＥＴ，ＳＵＩＴＥ １１０，Ｐ．Ｏ．ＢＯＸ ３０６，ＣＵＹＡＨＯＧＡ ＦＡＬＬＳ，ＯＨＩＯ ４４２２３，Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002321
【氏名又は名称】特許業務法人永井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】プットマン，マシュー シー
(72)【発明者】
【氏名】プットマン，ジョン ビー
(72)【発明者】
【氏名】スコット，ブランドン
(72)【発明者】
【氏名】ファシュバウ，ディラン
【審査官】堀井 康司
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－０８５８３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０８３７４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１１００４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１１４５４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１５５００９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／００９９８５２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ １９／００－２１／００
Ｇ０２Ｂ ２１／０６－２１／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
検体を前記検体の所望のｘ’方向に沿って撮像する方法であって、画像センサを、前記画像センサの画素行が前記検体の前記所望のｘ’方向と実質的に平行となるように回転させるステップであって、前記検体の前記所望のｘ’方向は、前記検体が配置されたＸＹ移動ステージのｘ方向から、角度的にオフセットされるものであり、前記ＸＹ移動ステージは、前記画像センサに対して前記ｘ方向およびｙ方向に移動可能であり、
前記所望のｘ’方向に沿って整列されひいてはそれを規定していた前記検体における第１の焦点特徴と前記検体の第２の焦点特徴の間の参照線を計算するために画像のモザイクを取得することと、コンピュータビジョンを用いて前記画像センサの前記画素行を前記参照線と整列させることとを含む、
回転させるステップと；
前記ＸＹ移動ステージの前記ｘ方向と比較しての前記所望のｘ’方向のオフセット角を判定するステップと；
前記ＸＹ移動ステージを用いて前記検体を前記所望のｘ’方向に沿って第２の位置に移動させるステップとを含む、方法。
【請求項2】
オフセット角を判定する前記ステップが、前記所望のｘ’方向に沿って整列されひいてはそれを規定していた前記検体における前記第１の焦点特徴と前記第２の焦点特徴の間のｘ距離およびｙ距離を測定することであって、前記ｘ距離およびｙ距離は、前記ＸＹ移動ステージの前記ｘ方向およびｙ方向に対して測定されることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記ｘ距離およびｙ距離を測定する前記ステップが、前記第１の焦点特徴を、前記画像センサの１つまたは複数のターゲット画素と重なるように配置することと、その後に、
前記検体を移動させて、前記第２の焦点特徴を前記１つまたは複数のターゲット画素と重なるように配置することであって、前記ｘ距離およびｙ距離を測定する前記ステップが、前記検体を移動させて、前記第２の焦点特徴を前記同一の１つまたは複数のターゲット画素と重なるように配置する前記ステップを達成するのに必要な、前記ＸＹ移動ステージのｘおよびｙ移動の大きさ（ΔＸ、ΔＹ）である、移動させることとを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記１つまたは複数のターゲット画素が、前記画像センサの中心を包含する、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記画像センサを回転させる前記ステップが、前記所望のｘ’方向に走っている、前記検体上の軸規定特徴を特定することと、コンピュータビジョンを用いて前記画素行を前記検体の前記軸規定特徴に実質的に平行に整列させることとを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項6】
前記画像センサを回転させる前記ステップが、前記ｘ距離およびｙ距離を測定する前記ステップの前に行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
オフセット角を判定する前記ステップが、前記ｘ’方向に沿って整列されかつそれを規定している第１の焦点特徴と第２の焦点特徴の間のｘ距離およびｙ距離を測定することであって、前記ｘ距離およびｙ距離は、前記ＸＹ移動ステージの前記ｘ方向およびｙ方向に対して測定されることを含み、画像のモザイクを取得する前記ステップが、前記ｘ距離およびｙ距離を測定する前記ステップを実行しながら実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記画像センサを回転させる前記ステップが、前記検体上の軸規定特徴を特定することであって、前記軸規定特徴の特定は、前記所望のｘ’方向に走っている検出可能形状を有する、特定することと；
コンピュータビジョンを用いて前記画素行を前記検出可能形状に実質的に平行に整列させることとを含み、
前記オフセット角を判定する前記ステップが、
前記画像センサの、前記画素行を前記ＸＹ移動ステージの前記ｘ方向に実質的に平行に整列させる前記ステップ後のその位置から、前記画像センサを回転させる前記ステップ後のその位置までの回転度を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
顕微鏡と；画素行および画素列を含む、画像データを記録する画像センサと；
ｘ方向およびｙ方向に移動可能であるＸＹ移動ステージと；
前記画像センサを前記ＸＹ移動ステージ上の検体に対して、前記画素行が前記検体のｘ’方向と実質的に平行となるように回転させ、
回転は、前記ｘ’方向に沿って整列されひいてはそれを規定していた前記検体における第１の焦点特徴と前記検体の第２の焦点特徴の間の参照線を計算するのに適した画像のモザイクを取得することと、コンピュータビジョンを用いて前記画像センサの前記画素行を前記参照線と整列させることとを含み、
前記ＸＹ移動ステージを移動させ、
前記ＸＹ移動ステージの前記ｘ方向と比較しての前記ｘ’方向のオフセット角を判定し、
前記検体全体を前記ｘ’ 方向にスキャンするように構成されているプロセッサとを備える、顕微鏡システム。
【請求項10】
前記オフセット角の判定が、前記ｘ方向および前記方向に対する、前記ｘ’方向に沿って整列されひいてはそれを規定している前記検体の第１の焦点特徴と第２の焦点特徴の間のｘ距離およびｙ距離の測定を含む、請求項９に記載の顕微鏡システム。
【請求項11】
前記ｘ距離およびｙ距離を測定することが、前記第１の焦点特徴を、前記画像センサの１つまたは複数のターゲット画素と重なるように配置することと、その後で、
前記検体を移動させて、前記第２の焦点特徴を前記同一の１つまたは複数のターゲット画素と重なるように配置することとを含み、前記ｘ距離およびｙ距離を測定するステップは、前記検体を移動させて、前記第２の焦点特徴を前記同一の１つまたは複数のターゲット画素と重なるように配置する前記ステップを達成するのに必要な、前記ＸＹ移動ステージのｘおよびｙ移動の大きさ（ΔＸ、ΔＹ）である、請求項１０に記載の顕微鏡システム。
【請求項12】
前記ターゲット画素が、前記画像センサの中心を包含する、請求項１１に記載の顕微鏡システム。
【請求項13】
前記画像センサを回転させることが、前記ｘ’方向に走っている、前記検体上の軸規定特徴を特定することと、コンピュータビジョンを用いて前記画素行を前記検体の前記軸規定特徴と実質的に平行に整列させることとを含む、請求項１１に記載の顕微鏡システム。
【請求項14】
前記画像センサを回転させることが、前記ｘ距離およびｙ距離を測定する前に行われる、請求項１３に記載の顕微鏡システム。
【請求項15】
画像のモザイクを取得することが、前記ｘ距離およびｙ距離を測定することを実行しながら実行される、請求項９に記載の顕微鏡システム。
【請求項16】
前記画像センサを回転させることが、前記検体上の軸規定特徴を特定することであって、前記軸規定特徴は、前記ｘ’方向に走っている検出可能形状を有する、特定することと；
コンピュータビジョンを用いて前記画素行を前記検出可能形状と実質的に平行に整列させることとを含み、
前記オフセット角を判定することが、
前記画像センサの、前記画素行を前記ＸＹ移動ステージの前記ｘ方向と実質的に平行に整列させるステップ後のその位置から、前記画像センサを回転させる前記ステップ後のその位置までの回転度を測定することを含む、請求項９に記載の顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１７年２月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／４５７，４７０号の利益を主張する。
この出願は、２０１７年２月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／４５７，４７０号の利益を主張する。
【0002】
本発明は、一般に、顕微鏡検査撮像技術に関する。詳細には、本発明は、検体全体を所望の方向に沿って正確にスキャンできるように、カメラ／画像センサを検体と整列させる装置および方法に関する。
【背景技術】
【0003】
顕微鏡検査において、撮像される検体において興味のあるエリアは、顕微鏡を用いて単一画像を撮像することによって表示し得るエリアよりも大きい場合も多い。したがって、所望エリア全体を撮像するためのスキャン技術が用いられる。自動化スキャンにおいて、検体は、顕微鏡が所望のエリア全体をスキャンすることができるように、ＸＹ移動ステージによって顕微鏡の対物レンズ下に移動され、複数の画像が収集され、そしてまとめられまたはつなぎ合わせられて、単一のより大きな画像を形成する。このつなぎ合わせは、標準的なソフトウェア技術を用いて、または、第１の画像が撮像されると、ステージが第１の画像の幅と完全に等しい距離だけ移動し（高さ方向には移動せず）、第２の画像が撮像されて、共通の境界において結合されるといった非常に正確なステージ移動フィードバックを用いて、画像が具体的な位置で撮像されることを確保することによって、達成することができる。十分に正確であれば、第１の画像の左縁は、第２の画像の右縁に完全に一致しぴったりと合う。
【0004】
カメラの画素を検体に対して具体的な方位に整列させ、そしてその検体を具体的な所望方向で、かつ所望の方位を保持するようにスキャンすることは有利であることが多い。例えば、シリコンウェハ上のコンポーネント（例えば、マイクロ電子デバイスまたはフォトリソグラフィを介すなどしたパターン化されたフィルム）が、しばしば行方向（ｘ方向）または列方向（ｙ方向）に方位付けられ、カメラの画素行をコンポーネントの行に平行に整列させ、または、カメラの画素列をコンポーネントの列に平行に整列させて、その後、それらの間の平行関係を保持しながら所望の行または列に沿って正確なスキャンを行うことは有用である。
【0005】
当技術分野の現況では、カメラの画素方位は、目視観察によって、ステージのＸＹ移動に対して手動で整列されることが多く、それは、通常関わるサイズスケールを鑑みると、多くの撮像のニーズに対して適切な精度レベルを提供するものではない。画素行をステージのｘ方向とかつ画素列をステージのｙ方向と正確に整列させる可能性は非常に低い。この起こり得る不正確な整列後、画像センサの画素行を、検体をスキャンする所望のｘ’方向と整列させ、かつ／または、画素列を、検体をスキャンする所望のｙ’方向と整列させようとして、検体は、ステージに対して回転される。すなわち、検体の所望のｘ’スキャン方向を、ステージのｘ方向移動に平行に位置決めしかつ／または検体の所望のｙ’スキャン方向を、ステージのｙ方向移動に平行に位置決めする（すなわち、ｘ’方向およびｘ方向が同一であることが意図され、ｙ’方向およびｙ方向が同一であることが意図される）ために、検体は、ＸＹ移動ステージに対して回転される。ＸＹステージのｘ方向とカメラの画素の行が先に視覚的に整列されている（自明に、ステージのｙ方向と画素の列も同じように）と、所望のｘ方向または所望のｙ方向におけるステージの移動は、所望の整列を保持するが、ステージのＸＹ移動に対する画像センサの画素の手動での整列が高度に正確かつ精密である範囲内に限る。
【0006】
パターン化されたシリコンウェハの例に戻ると、所望のｘ方向は、マイクロ回路の行であってもよく、この行は、ＸＹ移動ステージのｘ方向の移動に平行に、ひいてはカメラの画素の行に平行に整列されている。したがって、マイクロ回路の行は、画素の行とマイクロ回路の行の平行関係を保持しつつ、単にＸＹ移動ステージをｘ方向に移動させることによってスキャンすることができ、画像センサは、ｙ’方向にシフトされず、したがって正確な記録およびつなぎ合わせが促される。
【0007】
このように、正確な結果は、カメラ画素、ステージのＸＹ移動、そして検体の所望のｘ’および／またはｙ’スキャン方向の高度に正確な整列に依存する。このことは、、機械加工における所与の一般公差および単なる視覚的な観察による整列に内在する誤差を考えると、達成が難しい。わずかでも整列がずれた場合、画像センサは、検体が移動ステージによって移動されるにつれて、ｘ’方向および／またはｙ’方向に許容不能な程度までシフトされ、したがって、画像を分析かつ／または一体につなぎ合わせることができることの容易性を妨げる。加えて、検体は、検体を処理する量を最小として分析されることが望ましいことが多い。したがって、検体の移動に頼らずかつ画像センサと検体の正確な整列を確保する整列およびスキャンの新しい方法が、当技術分野において必要とされる。
【発明の概要】
【0008】
第１の実施形態では、本発明は、検体を検体の所望のｘ’方向に沿って撮像する顕微鏡検査方法を提供する。検体は、ＸＹ移動ステージ上に配置され、検体の一部が画像センサの視野内に配置されるようにＸＹ移動ステージによって移動可能なものである。ＸＹ移動ステージは、画像センサに対して検体を移動させるようにｘ方向およびｙ方向に移動可能であり、画像センサは、画素行および画素列を規定するように配置された多数の画素を有し、検体の所望のｘ’方向は、ＸＹ移動ステージのｘ方向から、それに対する傾斜およびオフセット角を規定するように角度的にオフセットされるものであり、画像センサが一度に見るのは検体の個別区分のみである。方法は、画素行が検体の所望のｘ’方向と実質的に平行となるように画像センサを回転させるステップと；ＸＹ移動ステージのｘ方向と比較しての所望のｘ’方向のオフセット角を判定するステップと；当該回転させるステップにおいて回転されたとき画像センサに対する検体における第１の位置を確立するステップであって、当該第１の位置は、検体の少なくとも一部を画像センサの視野内に配置する、確立するステップと；当該判定するステップおよび当該確立するステップの後で、ＸＹ移動ステージを用いて検体を所望のｘ’方向に沿って第２の位置に移動させるステップであって、第２の位置は、検体の少なくとも第２の一部を画像センサの視野内に配置し、第２の位置は、検体のｙ’方向に実質的にシフトされず、ｙ’方向は、検体のｘ’方向に直交しており、当該移動させるステップは、当該判定するステップにおいて判定されたオフセット角に基づくものである、移動させるステップとを含む。
【0009】
第２の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該オフセット角を判定するステップが、所望のｘ’方向に沿って整列されひいてはそれを規定している第１の焦点特徴と第２の焦点特徴のｘ距離およびｙ距離を測定することを含み、ｘ距離およびｙ距離は、移動ステージのｘ方向およびｙ方向に対して測定される、方法を提供する。
【0010】
第３の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該ｘ距離およびｙ距離を測定するステップが、第１の焦点特徴を画像センサの１つまたは複数のターゲット画素と重なるように配置することと、その後、検体を移動させて、第２の焦点特徴を同一の１つまたは複数のターゲット画素と重なるように配置することとを含み、当該ｘ距離およびｙ距離を測定するステップは、検体を移動させて、当該第２の焦点特徴を同一の１つまたは複数のターゲット画素と重なるように配置するステップを達成するのに必要な、移動ステージのｘおよびｙ移動の大きさ（ΔＸ、ΔＹ）である、方法を提供する。
【0011】
第４の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、該ターゲット画素が、画像センサの中心を包含する、方法を提供する。
【0012】
第５の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該画像センサを回転させるステップが、ｘ’方向に走っている、検体上の軸規定特徴を特定することと、コンピュータビジョン（画像認識）を用いて画素行を検体の検出可能方向に実質的に平行に整列させることとを含む、方法を提供する。
【0013】
第６の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該画像センサを回転させるステップが、当該ｘ距離およびｙ距離を測定するステップより前に行われる、方法を提供する。
【0014】
第７の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該画像センサを回転させるステップが、第１の焦点特徴と第２の焦点特徴の間の参照線を計算するのに適した画像のモザイクを取得することと、コンピュータビジョンを用いて画像センサの画素行を参照線と整列させることとを含む、方法を提供する。
【0015】
第８の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該画像のモザイクを取得するステップが、当該ｘ距離およびｙ距離を測定するステップを実行しながら実行される、方法を提供する。
【0016】
第９の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該画像センサを回転させるステップの前に、画素行をＸＹ移動ステージのｘ方向に実質的に平行に整列させるステップを含む、方法を提供する。
【0017】
第１０の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該画像センサを回転させるステップが、検体上の軸規定特徴を特定することとであって、軸規定特徴は、所望のｘ’方向に走っている検出可能形状を有する、特定することと；コンピュータビジョンを用いて画素行を検出可能形状に実質的に平行に整列させることとを含み、当該オフセット角を判定するステップが、画像センサの、当該画素行をＸＹ移動ステージのｘ方向に実質的に平行に整列させるステップ後のその位置から、当該画像センサを回転させるステップ後のその位置までの回転度を測定することを含む、方法を提供する。
【0018】
第１１の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該ＸＹ移動ステージが、検体を保持する検体チャックを提供するものであり、検体チャックまたはその上に配置された検体のいずれかが参照マークを含み、当該画素行をＸＹ移動ステージのｘ方向に実質的に平行に整列させるステップが、参照マークを画像センサの視野内の第１の位置に配置し、画像データを取得して画素行に対して参照マークの位置における第１の画素の行番号を判定することと、検体チャックをＸＹ移動ステージのｘ方向のみに沿って移動させて、参照マークを画像センサの視野内の第２の位置に配置し、画像データを取得して画素行に対して参照マークの位置における第２の画素の行番号を判定することと、当該配置するステップおよび当該移動させるステップの後で、参照マークを、当該第１の画素の行番号と当該第２の画素の行番号の間にある第３の画素の行番号を有する第３の位置に配置するように、画像センサを回転させることとを含む、方法を提供する。
【0019】
第１２の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該参照マークを第３の位置に配置するように画像センサを回転させるステップ後、（ｉ）当該参照マークを第１の位置に配置するステップ、（ｉｉ）当該検体チャックをｘ方向のみに沿って移動させるステップ、および（ｉｉｉ）当該マークを第３の位置に配置するように画像センサを回転させるステップが、画素行がＸＹ移動ステージのｘ方向と実質的に平行となるまで繰り返される、方法を提供する。
【0020】
第１３の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該判定するステップが、当該画素行をＸＹ移動ステージのｘ方向と実質的に平行に整列させるステップ後に実行される、方法を提供する。
【0021】
第１４の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該画像センサを回転させるステップが、検体上の軸規定特徴を特定することであって、軸規定特徴は所望のｘ’方向に走っている検出可能形状を有する、特定することと；コンピュータビジョンを用いて、画素行を検出可能形状に実質的に平行に整列させることとを含み、当該オフセット角を判定するステップが、画像センサの、当該画素行をＸＹ移動ステージのｘ方向に実質的に平行に整列させるステップ後のその位置から当該画像センサを回転させるステップ後のその位置までの回転度を測定することを含む、方法を提供する。
【0022】
第１５の実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかのような顕微鏡検査方法であって、当該画像センサの回転度を測定するステップが、画像センサを回転させる機器から出力された信号を取得することを含む、方法を提供する。
【0023】
第１６の実施形態では、本発明は、
顕微鏡と；
画素行および画素列を含む、画像データを記録する画像センサと；
ＸＹ移動ステージと；
当該ＸＹ移動ステージ上のかつ当該画像センサによって見られる検体であって、ＸＹ移動ステージは、画像センサに対して検体を移動させるようにｘ方向およびｙ方向に移動可能であり、画像センサは、画素行および画素列を規定するように配置された多数の画素を有するものであり、検体は、ＸＹ移動ステージのｘ方向から、それに対するオフセット角を規定するように角度的にオフセットされているｘ’方向に沿う特徴を提示し、検体は、第１の焦点特徴および第２の焦点特徴をさらに含む、検体と；
画素行が検体のｘ’方向と平行となるように、画像センサを検体に対して回転させ、ＸＹ移動ステージを移動させ、ＸＹ移動ステージのｘ方向と比較してのｘ’方向のオフセット角を判定し、かつ、画像行がｘ’方向と平行となるときの画像センサに対する検体における第１の位置を確立することであって、第１の位置は、検体の少なくとも一部を画像センサの視野内に配置する、確立すること；およびＸＹ移動ステージを用いて検体を、所望のｘ’方向に沿って第２の位置に移動させることによって、検体全体を所望のｘ’方向にスキャンするように機能するプロセッサであって、第２の位置は、検体の少なくとも第２の一部を画像センサの視野内に配置するものであり、第２の位置は、検体のｙ’方向に実質的にシフトされず、ｙ’方向は検体のｘ’方向に直交するものであり、移動は、プロセッサによって判定されたオフセット角に基づくものである、プロセッサとを備える顕微鏡システムを提供する。
顕微鏡と；
画素行および画素列を含む、画像データを記録する画像センサと；
ＸＹ移動ステージと；
当該ＸＹ移動ステージ上のかつ当該画像センサによって見られる検体であって、ＸＹ移動ステージは、画像センサに対して検体を移動させるようにｘ方向およびｙ方向に移動可能であり、画像センサは、画素行および画素列を規定するように配置された多数の画素を有するものであり、検体は、ＸＹ移動ステージのｘ方向から、それに対するオフセット角を規定するように角度的にオフセットされているｘ’方向に沿う特徴を提示し、検体は、第１の焦点特徴および第２の焦点特徴をさらに含む、検体と；
画素行が検体のｘ’方向と平行となるように、画像センサを検体に対して回転させ、ＸＹ移動ステージを移動させ、ＸＹ移動ステージのｘ方向と比較してのｘ’方向のオフセット角を判定し、かつ、画像行がｘ’方向と平行となるときの画像センサに対する検体における第１の位置を確立することであって、第１の位置は、検体の少なくとも一部を画像センサの視野内に配置する、確立すること；およびＸＹ移動ステージを用いて検体を、所望のｘ’方向に沿って第２の位置に移動させることによって、検体全体を所望のｘ’方向にスキャンするように機能するプロセッサであって、第２の位置は、検体の少なくとも第２の一部を画像センサの視野内に配置するものであり、第２の位置は、検体のｙ’方向に実質的にシフトされず、ｙ’方向は検体のｘ’方向に直交するものであり、移動は、プロセッサによって判定されたオフセット角に基づくものである、プロセッサとを備える顕微鏡システムを提供する。
【0024】
第１７の実施形態では、本発明は、画像センサの画素行をＸＹ移動ステージのｘ方向と整列させる方法であって、当該ＸＹ移動ステージは、検体を保持する検体チャックを提供し、検体チャックは、ＸＹ移動ステージによってｘ方向およびｙ方向に移動されるものであり、検体チャック上にまたは検体チャック上に配置された検体上に参照マークを提供するステップと；参照マークを画像センサの視野内の第１の位置に配置し、画像データを取得して画像センサの画素行に対して参照マークの位置における第１の画素の行番号を判定するステップと；検体チャックをＸＹ移動ステージのｘ方向のみに沿って移動させて、参照マークを画像センサの視野内の第２の位置に配置し、画像データを取得して画素行に対して参照マークの位置における第２の画素の行番号を判定するステップと；当該配置するステップおよび当該移動させるステップの後で、参照マークを、当該第１の画素の行番号と当該第２の画素の行番号の間にある第３の画素の行番号を有する第３の位置に配置するように、画像センサを回転させるステップとを含み、当該参照マークを第３の位置に配置するように画像センサを回転させるステップの後で、（ｉ）当該参照マークを第１の位置に配置するステップ；（ｉｉ）当該検体チャックをｘ方向のみに沿って移動させるステップ；および（ｉｉｉ）当該マークを第３の位置に配置するように画像センサを回転させるステップが、画素行がＸＹ移動ステージのｘ方向と実質的に平行となるまで繰り返される、方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1A】この発明による顕微鏡システムの概略側面図である。
【図2A】単軸の移動ステージの概略側面図である。
【図2C】２つの単軸の移動ステージから形成されるＸＹ移動ステージの概略上面図である。
【図3A】この発明の実施形態で有用なカメラローテータの概略上面図である。
【図4】画像センサの画素の概図である。
【図5】ＸＹ移動ステージのｘ方向と比較しての、検体全体をスキャンする所望のｘ’方向のオフセット角を判定するための、本発明の実施形態の適用に対する一般条件を示す、画像センサ５６に対するＸＹ移動ステージ（１８ａ、１８ｂ）上の検体Ｓの概略図である。
【図6B】オフセット角を判定するための第２のステップの概略図である。
【図7A】ｘ’方向の傾斜（ΔＸおよびΔＹ）ひいてはそのオフセット角を判定する機能をもってもたらされる、オフセット角を判定するための第３のステップの概略図である。
【図7B】画像センサの画素の行がｘ’方向に実質的に平行となるようになされる、回転ステップの概略図である。
【図8】検体を画像センサに対して所望のｘ’方向に沿って所望のｄ’の距離移動させる方法の概略図である。
【図9A】画像センサの画素行をＸＹ移動ステージのｘ方向と整列させるための、本発明の実施形態の適用に対する一般条件を示す、画像センサ５６と、ＸＹ移動ステージ（１８ａ、１８ｂ）上の検体チャック３０上の参照マーク６４の概略図である。
【図12】この発明による画像のつなぎ合わせの技術の概略図である。
【図13】画像（画像データ）のモザイクを利用する回転技術の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
従来技術に対して、本発明は、所望のｘ’方向をＸＹステージのｘ方向と整列させることは求めないが、代わりに、検体全体をスキャンする所望のｘ’方向が、ＸＹ移動ステージの移動のｘ方向と整列がずれることを許容する。本発明は、所望の整列を達成するように画像センサを回転させ、それによって、移動ステージのＸＹ方向と画像センサの画素行および列の間にオフセットを生成する。本発明はまた、ＸＹ移動ステージのｘ方向に対する所望のｘ’方向のオフセット角または傾斜を判定する。オフセット角／傾斜が把握されかつ画素行が所望のスキャン方向、すなわちｘ’方向と整列されている状態で、ＸＹ移動ステージを制御して、ｙ’方向における検体に対する画像センサの実質的なシフトなしで、画像センサに対して検体を所望のｘ’方向に沿う異なる位置に移動させることができる。ｙ’方向は、検体のｘ’方向に直交している。
【0027】
本発明はまた、画像センサの画素行をＸＹ移動ステージのｘ方向と正確かつ精密に整列させる方法を提供する。そして、この整列は、ＸＹ移動ステージのｘ方向に対する検体の所望のｘ’方向のオフセット角／傾斜を判定する方法に通じる。
【0028】
本発明の一般プロセスは、本明細書中において様々な実施形態に開示され、プロセスの一般物理条件が確立されると、プロセスは、コンピュータビジョン、モーションコントロールおよび測定などといった適切に構成された顕微鏡検査システムおよび関連するコンピュータ処理および顕微鏡検査技術を用いて、自動化されて実行することができる。本明細書中で用いられる「コンピュータビジョン」は、画像処理、パターン認識、コンピュータビジョン、または画像分析の他の既知の技術に関するアルゴリズムをカバーするものとして理解されよう。まず、一般の顕微鏡装置の態様が開示され、本発明の方法がその後に開示される。
【0029】
図１Ａおよび１Ｂは、反射光型顕微鏡システム２の実施形態を、本発明の例として示すものであり、発明は、透過光型顕微鏡、倒立顕微鏡、電子顕微鏡などといった他のタイプの顕微鏡に同等に適用可能であることを示す。典型的な顕微鏡システム２の標準部品には、スタンド４、垂直照明器６、カメラ８、レンズチューブ１０、ノーズピース１２、対物レンズ１４、ｚ軸フォーカスアーム１６、およびＸＹ移動ステージ１８が含まれる。これらのコンポーネントは、当業者によく知られている。カメラローテータ２０は、ＸＹ移動ステージ１８と一体となって機能して、この発明によるスキャンおよび／または撮像の特有な方法を達成する。
【0030】
ＸＹ移動ステージは、当技術分野でよく知られている。それらは、中でも、ステッパ、サーボ、またはリニアモータによって駆動され得る。ＸＹ移動ステージの構成は、通常、１つの単軸ステージをｚ軸フォーカスアーム１６に固定しかつ第２の単軸ステージを第１のステージに、移動軸を互いと９０度として固定するものであるが、実施に際して、ＸおよびＹステージの直交整列においてわずかな誤差は経験される。直交整列は、一般に知られている用語であり、２つのステージがｘおよびｙ軸に沿って正確に移動するために、ｙ軸に対する移動の線がｘ軸の移動の線に直交していなければならないということを述べる。２つの移動線が直交していない場合、ｘ軸の移動は、ｙ方向において位置誤差を生成する。直交誤差は、ｙ方向において生じる位置誤差に照らして、理論上のｘ軸方向と経験的なｘ軸移動の方向の間のオフセット度として表すことができる。それはまた、ｘ方向移動の長さに対するｙ位置のオフセットとして表すこともできる（例えば、４００ｍｍのｘ方向移動に対して１０ミクロンのｙ位置のシフト）。
【0031】
図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、ＸＹ移動ステージの典型的な構成の例を提供する。図２Ａは、駆動モータ２３、駆動スクリュー２４、ならびにクッションブロック２６ａおよび２６ｂを有するスタンド２６を備える単軸ステージ１８ａの正面図を表す。クッションブロック２６ａおよび２６ｂは、駆動モータ２３に結合（示さず）によって取り付けられている駆動スクリュー２４を支持するベアリングおよびリテイナ（示さず）を含む。図２Ｂは、単軸ステージ１８ａの上からの図である。この実施形態では、案内ロッド２８ａおよび２８ｂは、検体チャック３０の移動に安定性および案内を提供するために存在する。検体チャック３０は、案内ロッドがそれを通って移動するリニアベアリング（示さず）、および駆動スクリュー２４の回転の方向次第で、チャック３０を駆動スクリュー２４に沿って推進するボールナット３２を含む。スタンド２６には、ｚ軸フォーカスアームに結合するための取付け穴３４ａおよび３４ｂが設けられる。第１の単軸ステージ１８ａおよび第２の単軸ステージ１８ｂは結合されて、当技術分野で一般に知られるようなかつ図２Ｃに示されるＸＹ移動ステージを生成し得、ステージ１８ｂは、ステージ１８ａを保持し、ステージ１８ａは、検体チャック３０を保持する。
【0032】
この特定のＸＹ移動ステージは、単なる例として提供され、既存のまたは今後作成されるＸＹ移動ステージの他の構成が本発明において有用であることが見つけられ得ると理解されよう。本明細書中の開示から理解されるように、本発明で用いられる移動ステージは、ＸＹステージの精密な制御を可能にすることならびにＸおよびＹステージの正確な位置情報を提供することが可能でさえあればよい。例えば、スクリュードライブを利用する移動ステージにおいて、フィードバックは、移動した距離と正比例する信号を提供する回転エンコーダの形をとり得る。他の移動ステージでは、ステージの位置の直接フィードバックを提供するのに、リニアエンコーダを用い得る。
【0033】
図３Ａおよび３Ｂは、図１Ａに示すもののようなカメラローテータ２０のさらなる詳細を提供する。この構成は単なる例として示されること、および、ＸＹステージに対してカメラの回転をもたらす他の構成が可能であることに留意すべきである。ここで、ローテータハウジング３６には、レンズチューブ１０に取り付けられかつ係止スクリュー４０ａおよび４０ｂによって適所に保持され得るように、フランジ３８が設けられる。回転式カメラマウント４２は、ハウジング３６に保持され、ベアリング５５内で回転自在である。コネクタ４６は、カメラ８をカメラマウント４２に取り付ける役割をする。プーリ５０と共に駆動モータ４８、駆動ベルト５２およびカメラローテータのプーリ５４は、カメラ８を回転させる手段を提供する。回転エンコーダ、電位差計、ステッパモータコントロール、または他の同様のデバイスを、角回転αが分かるように用いることができる。これらは、回転度に比例する信号出力を（例えばプロセッサ２２に）提供し、その信号から高度に正確なオフセット角が判定される。いくつかの実施形態では、回転エンコーダがモータ組立体内に設けられて、カメラの正確な回転度を提供する。
【0034】
顕微鏡の調節可能な全部品は、追加の適切なハードウェアおよび１つまたは複数のプロセッサによって制御され得ることを理解すべきである。プロセッサ２２はここで、カメラローテータ２０、カメラ８、およびＸＹ移動ステージ１８（およびｚ軸フォーカスアーム１６）を制御するとして示され、適切なハードウェアおよびソフトウェアが関与し、プロセッサ２２によって一般に示される。複数のプロセッサが用いられ得、図ではプロセッサ２２の単純な使用によってそれらが包含されると理解されよう。顕微鏡システム２の他の態様も、そのように制御され得る。ソフトウェアは、ＸＹ移動ステージ１８のＸ、ＹおよびＺの移動、ならびにカメラ８の回転、そして画像データを画像センサ５６を介して記録するためのカメラのアクティブ化を制御するようにプログラム化されている。フォーカス合わせは、同様に既知の方法によって自動化することができる。当技術分野で知られているように、ステージ移動は、回転またはリニアエンコーダを用いて正確に把握かつ制御され得る。カメラ回転は、回転エンコーダ、電位差計、ステッパモータコントロールなどによって正確に把握され得る。これらの正確な位置決めデバイスは、発明の実施を助けるように入力をソフトウェアに提供するのに用いられる。コンピュータ、プログラマブルコントローラ、またはプロセッサ２２などの他のプロセッサは、入力を分析しかつ制御出力をステージおよびローテータに提供するために用いられる。
【0035】
カメラ８は、検体Ｓの画像（または画像データ）をキャプチャするのに用いられる画像センサ５６（ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサなど）を含み得る。本明細書中で用いる「画像」は、観察者が見ることができる画像の実際の生成を必要とせず、単に、所望の画像を作成するのに用いられ得るデジタルデータの取得を必要とする。かくして、「画像」および「画像データ」は、本明細書中で、顕著な区別なしで用いられる。画像センサは、画素から構成される。典型的なセンサは、０．６～１０メガピクセル以上を有し得る。画素のサイズは変わるものであり、通常３～１０マイクロメータ（ｕｍ）であり、典型的なセンサのサイズは、２５平方ｍｍ未満～８００平方ｍｍより大きくあり得る。画像センサ５６の表現が、図４に示される。画像センサの視野は顕微鏡の対物レンズ１４の倍率の関数であることを理解するのが重要である。１０ｘ１２ｍｍである画像センサは、１００ｘ倍率において０．１０ｘ０．１２ｍｍである視野を有するだろう。拡大された視野は、調べられる検体よりもかなり小さいことが理解され得る。
【0036】
述べたように、実行されるプロセスは、２つの主要ステップ、すなわち、画像センサを、画像センサの画素行が検体の所望のｘ’方向（すなわち所望のスキャン方向）と実質的に平行となるように回転させるステップと、ＸＹ移動ステージのｘ方向と比較しての所望のｘ’方向のオフセット角を判定するステップとを含む。本明細書中の異なる実施形態では、これらのステップは別々で異なることもあり、それらは重なることもある。一実施形態によれば、画像センサを回転させて画素行を検体のｘ’方向と整列させる前に、画像センサの画素行をＸＹ移動ステージのＸ方向と整列させるプロセスがまず実施されて、画像センサの正確な参照位置を提供する。
【0037】
画素行がｘ’方向に実質的に平行な状態で、かつ、オフセット角が把握されている状態で、検体全体の有利なスキャンは、画像センサに対する検体における第１の位置を確立することであって、第１の位置は、検体の少なくとも一部を画像センサの視野内に配置する、確立すること、および、ＸＹ移動ステージを用いて検体を所望のｘ’方向に沿って第２の位置に移動させることによって達成することができ、第２の位置は、検体の少なくとも第２の一部を画像センサの視野内に配置し、第２の位置は、検体のｙ’方向に実質的にシフトされず、ｙ’方向は、検体のｘ’方向に直交する。移動させるステップにおいて、移動は、当該判定するステップにおいて判定されたオフセット角に基づくものである。
【0038】
いくつかの実施形態では、オフセット角が用いられると述べるのが正確であるが、ＸＹ移動ステージのｘ’方向と比較しての所望のｘ’方向の傾斜が代わりに用いられ得ることが理解されよう。本明細書中の目的のために、「オフセット角」は、傾斜（ｍ）または角度（度）のいずれかとして表されまたは概念化され得、基線に対する傾斜ｍの線の角度は、ｔａｎ－１（ｍ）である。すなわち、傾斜が分かれば、角度を計算することができ、逆もしかりである。
【0039】
発明の第１の実施形態が図５～８を参照して記載される。これらの図には、顕微鏡システム２の関連部分が示され、本実施形態によって対処されている一般スキャン条件を説明するのに役立つ。検体Ｓは、カメラ８の画像センサ５６の近傍に位置する検体チャック３０上に配置される。画像センサ５６は、その中心軸周りを回転可能な固定位置にあり、そして案内ロッドおよび検体Ｓによって表されるＸＹ移動ステージ１８は、検体Ｓを画像センサ５６の下に配置するように移動可能である。いくつかの実施形態では、カメラ８および画像センサ５６は、顕微鏡の一部であり、画像センサ５６は、対物レンズ１４および他のよく知られている顕微鏡のコンポーネントを通して画像センサ５６に到達する画像データを記録するのに用いられ得ることが理解されよう。当業者は、顕微鏡の使用がどのように関与しているかを理解するために、ここに提示されている概略を超えるこれ以上の開示を必要としない。
【0040】
図５～８のこの特定の例では、検体Ｓを、検体の所望のｘ’方向に沿ってスキャンすることが望まれる。特に、検体の所望のｘ’方向は、検体チャック３０のｘおよびｙ移動方向（ｘおよびｙの矢印によって表されるような）から角度的にオフセットされ、したがって、所望のｘ’方向は、ステージ１８のｘおよびｙ方向に対する傾斜を規定する。この例では、ｘ’移動の方向は、整列マーク６０と整列マーク６２の間に描写された線によって示される。開示の目的で、オフセット角は、極めて大きなものとして示され、かつ、そうであり得るが、１度のほんの一部分でさえもオフセット角は、高倍率での画像のスキャンおよび／またはつなぎ合わせに重大な問題を生じさせ得るので、オフセット角が非常に小さい場合に本発明が頻繁に用いられるだろうことも理解すべきである。
【0041】
図４に見られるようにかつ当技術分野で一般に知られるように、画像センサ５６は、画素行Ｐ（１，１）～Ｐ（ｊ，１）および画素列Ｐ（１，１）～Ｐ（１，ｉ）として概略的に表される画素行および画素列を含む。背景において述べたように、カメラ８およびその画像センサ５６は、通常、画素行を移動ステージ１８／検体チャック３０のｘ方向に平行に配置させ、ひいては、画素列も移動ステージ１８および検体チャック３０のｙ方向に平行に配置させるよう取り付けられる。しかしながら、自動化法を介そうが、より通常には視覚法を介そうが完璧な整列を達成するにおける機械加工の公差および限界によって、画像センサ５６の行および列は、通常、移動ステージ１８のｘおよびｙ方向と整列がずれる。かくして、この実施形態では、センサの行および列は、スキャンのｘ’またはｙ’の所望の方向に平行ではない。
【0042】
従来技術と対照的に、本発明は、カメラ８を、ひいてはカメラ８内に含まれる画像センサ５６を、画素行を検体の所望のｘ’の方向と平行となる位置に配置するように、回転させる。いくつかの実施形態では、相対的な回転は、画像センサ、画像センサを保持しているカメラ、あるいはカメラを保持している顕微鏡を回転させることによって、または、システムのコンポーネントの任意の他の適切な操作を通して達成することができる。
【0043】
図５の実施形態では、オフセット角は、検体Ｓ上の、本明細書中では整列マークである２つの参照マーク間の傾斜を評価することにより判定される。画素行を所望のｘ’方向に実質的に平行に配置するための画像センサの回転は、傾斜を評価する前にまたは後に実施することができ、そうした回転のための様々な方法を実施することができる。
【0044】
図５において、検体Ｓは、内接する２つの整列マーク６０および６２を有することが見られる。マーク６０および６２を通る線の方向は、所望のスキャン方向ｘ’を規定する。参考のために、直交中心線が、画像センサ５６を通って示され、それらの交点は、画像センサの中心Ｃとマークする。図６Ａは、検体チャック３０を、整列マーク６０が画像センサ５６の中心に位置付けられるような位置に移動させることを例示する。この移動および位置付けは、コンピュータビジョンおよび標準的な移動ステージのモーションコントロールを用いて判定される。ＸＹ移動ステージ１８の座標が記録され、未来の移動のために起点として設定される。例えば、プロセッサ２２は、本明細書中の教示にしたがって、位置および移動データを記録かつ分析し得る。コンピュータビジョンおよびモーションコントロールを用いて（例えば、プロセッサ２２を介して）、ＸＹステージ１８は、図６Ｂに示すように、整列マーク６２が画像センサ５６の中心にくるように再配置される。ステージをｘ方向およびｙ方向に移動させる距離は、本明細書中の教示にしたがって、判定され、かつ、未来の処理のために記録またはそれ以外の方法で保持される。図７Ａは、この移動を例示し、ｘ方向の変化はΔＸとしてｙ方向の変化はΔＸとしてマークされる。
【0045】
ΔＸおよびΔＹを評価するために整列マーク６０、６２は画像センサ５６の中心Ｃ上で焦点を合わせられるが、整列マークを配置しかつΔＸおよびΔＹを評価するためのターゲット画素（複数可）として任意の画素または画素セットを指定することが可能であることが理解されよう。かくして、整列マーク６０を、画像センサ５６の１つまたは複数のターゲット画素と重なるように配置し、その後検体を移動させて、整列マーク６２を同一の１つまたは複数のターゲット画素と重なるように配置すれば十分であり、その後、ｘおよびｙ移動を評価してΔＸおよびΔＹを取得する。
【0046】
いくつかの実施形態では、整列マークは、画素よりも小さく、かくして、ΔＸおよびΔＹを評価するために単一画素上を標的とする。他の実施形態では、整列マークは、複数の画素を包含する。いくつかの実施形態では、整列マークは複数の画素を包含するものであり、整列マークの中心が計算され、ターゲット画素（例で用いられる中心Ｃなど）における位置付けに用いられる。中心は、コンピュータビジョンを介して計算することができる。
【0047】
検体上に意図的に配置された整列マークを用いる代わりに、いくつかの実施形態では、所望のｘ’方向に延在する超小型回路コンポーネント（いくつかの実施形態において）またはフォトリソグラフィ特徴（他の、非限定的な実施形態において）などの、検体Ｓ上のコンポーネント特徴を用いることが可能である。識別可能なコンポーネント特徴は、整列マークと同じように用いられる。
【0048】
ΔＸおよびΔＹを把握すると、ΔＹ／ΔＸである傾斜（ｍ）がもたらされる。傾斜を用いて、所望の移動方向ｘ’は、ＸＹ移動ステージのｘ方向およびｙ方向と比較して規定される。傾斜ΔＹ／ΔＸによって規定されかつ整列マーク６０、６２を通る線は、ｘ方向に延在しかつ整列マーク６０を通って延在する線に対して角度αを形成する。図８を参照すると、角度αは、ｔａｎ－１（ｍ）として計算することができる。角度αを把握すると、任意の起点（例えば、整列マーク６０によって包含される点）からのｘ’方向の任意の移動を計算することができる。例えば、図８において、整列マーク６０における起点からｘ’方向にｄ’の距離を移動するために、検体チャックは、ΔＸ＝ｄ’（ｃｏｓ（α））、ΔＹ＝ｄ’（ｓｉｎ（α））移動し得る。起点は、移動ステージ１８のｘ方向およびｙ方向における最大移動によって画定される平面内の任意の位置で設定することができる。ｙ’方向における移動を計算するのに同一の手続きを用い得ることが理解され得る。ｘ’およびｙ’方向における移動を計算するのに他の数学的技術を用い得ることも理解され得る。
【0049】
ｙ’方向の実質的なシフトなしにｘ’方向に沿って異なる位置に正確に移動可能であることによって、特に画像センサの画素行がｘ’方向に実質的に平行であるとき、ｘ’方向における正確なスキャンが可能になり、画像センサによって記録された複数の画像または画像データの正確なつなぎ合わせが容易になる。かくして、本実施形態では、上述のように傾斜／オフセット角を判定する前または後のいずれかで、画像センサは、画素行をｘ’方向に実質的に平行に方位付けるように回転される。そのようなことを行ういくつかの方法が次に開示される。
【0050】
図面、特に図７Ｂに表される特定の方法では、センサは、画素行を所望のスキャン方向ｘ’に整列させるように、回転Ｒａ回転される。この実施形態では、回転は、ΔＸおよびΔＹの判定後に起こるが、他の実施形態では、まず画像センサが整列されそれからΔＸおよびΔＹが上記の移動を通して判定され得ることが理解されよう。回転技術は、本明細書中以下に開示される。
【0051】
いくつかの実施形態では、図１１Ａ、１１Ｂ、および１１Ｃに一般に表されるように、画像センサを回転させることは、検体Ｓ上の軸規定特徴６６を特定することを含み、軸規定特徴６６は、所望のｘ’方向に走っている検出可能形状を有する。軸規定特徴６６は、所望のスキャン方向ｘ’を規定するように設けられるものなので、そのように称される。コンピュータビジョンを用いて、軸規定特徴６６の検出可能形状に基づいて、画素行を検体のｘ’方向と平行に方位付ける。軸規定特徴６６として矩形が示される。
【0052】
別の回転技術が図１３に示され、第１の整列マーク６０および第２の整列マーク６２の両方を包含する、重なり画像（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４）のモザイクを形成することと、コンピュータビジョンを用いて２つの整列マークの間の参照線７０（この線はまた所望のｘ’方向である）を計算し画像センサの画素行を参照線７０と整列させることとを含む。図１３では、検体は、複数の画像（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４）を撮像するために画像センサ５６に対して移動されており、これらの画像（すなわち画像データ）は、整列マーク６０と整列マーク６２の間の参照線７０を規定するようにコンピュータによって処理されることが可能である。この画像データの合成を用いて、コンピュータビジョンを利用して、画像センサの画素行を、コンピュータ（例えばプロセッサ２２）によって計算されたような参照線７０と整列させる。
【0053】
例えば、画像ｍ１の位置から、整列マーク６０の位置を考慮に入れて、検体は、画像センサの視野幅より小さい増分距離でｘ方向に移動される。ここで、単に図面において概念を描写しやすくするために、距離は、幅の７５％である（すなわち、計４画素のうちの３画素移動される）。しかしながら、いくつかの実施形態では、これらの増分（以下に記載するｙの増分移動を含む）は、視野（の幅または高さ寸法）の５～５０％であり得る。他の実施形態では、増分は、視野の１０～３０％であり、他の実施形態では、視野の１０～２０％である。検体は、画像センサ５６を整列マーク６２の下に整列させるのに適した距離移動されるまで、ｘ方向にそのような増分で移動される。各増分移動において、画像が撮像される（例えば、ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４）。次いで、検体は、整列マーク６２がセンサの視野内に入るまで、ｙ方向に移動される。各増分において、画像が撮像される（例えば、ｍ５、ｍ６）。標準的な画像のつなぎ合わせの技術を用いて、合成画像が取得され、合成画像には整列マーク６０および６２が示される。さらに、この画像データの合成を用いて、コンピュータビジョンを利用して画像センサの画素行を参照線７０と整列させる。
【0054】
画素行が整列された状態で（それを行うために利用された方法を問わず）、図８に関して述べたように傾斜／オフセット角を利用して、ｘ’方向に沿って正確に移動／スキャンを行うことができる。
【0055】
画素行を所望のｘ’方向に平行に方位付けることに関して、特に高倍率で機能する可能性（小さい角度オフセットのほうが理解されやすい場合）を考慮すると、完全に平行な関係は、理論上のみであり得ることが理解されよう。本発明は、検体のｘ’方向と画素行が延在する方向の間のオフセット度が極度に低いまたは存在しないとなるように、画素行を所望のｘ’方向と整列させることを求める。このことは、ＸＹ移動ステージに関して上述された「直交誤差」に関する懸念と同様である。いくつかの実施形態では、画素行の、所望のｘ’方向とのずれは０．００２度より小ければ、本明細書中において十分である。いくつかの実施形態では、画素行は、所望のｘ’方向と０．００１５度より小さく、他の実施形態では、０．００１度より小さく、他の実施形態では、０．０００５度より小さく、他の実施形態では、０．０００２５度より小さく、他の実施形態では、０．０００２度より小さく、他の実施形態では、０．０００１５度より小さく、他の実施形態では、０．０００１度より小さく、他の実施形態では、０．００００５度より小さくずれがある。要するに、整列に関する本明細書中の記述は、絶対的に完全な整列を必要とするのではなく、どちらかと言うと、本発明の提供目的に適した実質的な整列（すなわち、実質的に平行な関係）を必要とする。いくつかの実施形態では、発明は、高倍率、１００ｘより高い程度の倍率において明らかな直交誤差を実質的に低減させる助けをする。特に、本発明は、高い倍率レベルでも、ｙ’方向に顕著なシフトなしで所望のｘ’方向に沿ってスキャンするのに適する、高度に正確な整列を提供する。
【0056】
発明の第２の実施形態が、図９～１１に示され、まず、画素行がｘ方向に実質的に平行になるように、画像センサ５６を移動ステージ１８と整列させる方法に関する。かくして、この実施形態の第１のステップは、センサ５６が、移動ステージ１８の移動と整列されること（すなわち、画素行および列が、ｘ方向移動およびｙ方向移動に平行であること）を必要とする。図９Ａは、検体チャック３０が画像センサ５６の左の位置にある移動ステージを示す。いくつかの実施形態では、検体チャック３０ａは、コンピュータビジョンによって見られかつ配置されるように提供されたその上に刻み込まれた参照マーク６４を有する。他の実施形態では、この方法において参照マークは検体チャックまたはその上に配置された検体のいずれかに含まれることが想定されるように、検体チャック３０ａ上に配置された検体Ｓが、その上に参照マークを有するが、方法は、検体チャック３０ａ上の参照マーク６４を示す画像に対して具体的に開示される。参照マークが、検体チャック上に配置された検体上に存在する状態でこの方法を実装する場合、チャックと検体の相対的な位置が検体チャックの移動中に変化することは可能とされるべきでない。
【0057】
図９Ｂで、検体チャック３０は、参照マーク６４が画像センサ５６の視野に入るまで、ｘ方向に移動される。先に記述したように、各画素は、Ｐ（ｊ，ｉ）によって指定される固有位置を有する。図９Ｂにおいて、そのマーク６４は、撮像されており、例示の目的で、Ｐ（１３，４）に位置する。図９Ｃに見られるように、検体チャック３０は、参照マーク６４が画像センサ５６に対して横方向（ｘ方向）に移動されるが依然画像センサの視野に入るように、ＸＹ移動ステージ１８によってｘ方向に移動される。参照マーク６４は、ここで、画素Ｐ（９，１７）の位置にある。示される例は実際の縮尺ではないことに留意すべきである。画像センサは、１０００台の画素行および１０００台の画素列を有し得る。
【0058】
この第１の横方向移動および撮像の後で、目的は、画像センサ５６が検体チャック３０の視野全体をスキャンする際、参照マーク６４が、それがセンサを通過するときに同一の画素行または行（複数）において撮像されるように、すなわちｙ方向において相対的な位置の変化が実質的にないように、カメラを回転させることである。図１０Ａは、画像センサ５６ならびに参照マーク６４の図９Ｂの画像（Ｐ（１３，４）におけるマーク）および図９Ｃの画像（Ｐ（９，１７）におけるマーク）における相対的な位置を示す。中心線は、検体チャック３０の移動のｘおよびｙ方向（移動ステージ１８によって画定されるような）を示す。画像センサ５６が図９Ａ～９Ｃのように方位付けられた場合、画像センサ５６および検体チャック３０の相対的な移動中に、非常に大きなｙ方向のシフトが存在し、このシフトは、２つの位置における参照マーク６４の行番号を平均化することを含む方法によって低減かつ効率的に除去することができる。この例では、参照マーク６４は、図９Ｂの画像において行１３にあり、図９Ｃの画像において行９にある。平均（すなわち（９＋１３）÷２＝１１）を表す線が、図１０ａおよび１０ｂにおいて行１１を横切って示される。検体チャック３０が図９Ｃで示すような第２の位置に依然存在すると仮定して、カメラ８および画像センサ５６は、参照マーク６４が行１１に存在するように、カメラローテータ８によって、回転Ｒｂ（図１０Ａを参照）回転される。図１０Ｂに見られるように、このステップは、画像センサ５６の画素行を、検体チャック３０のｘ方向と平行により近くなるように配置する。これらのステップ、すなわち２つの位置において、画像センサにわたってマークを撮像するステップおよびそれからカメラを回転させるステップは、画像センサの画素行と移動ステージのｘ方向の間の所望の実質的な整列に到達するまで繰り返される。いくつかの実施形態では、画像センサ５６の全幅にわたってスキャンされるときに参照マーク６４の中心（コンピュータビジョンによって判定されるような）が単一の画素行にとどまるまで、ステップは繰り返される。特に、２つの位置における参照マーク６４の行番号を平均化することは、高度に正確な整列に繰り返し達するためのたった１つの方法である。他の実施形態では、Ｒｂによって表される回転は、２つの位置の間での画像センサの移動に際して、参照マーク６４を、参照マークに対する２つの行番号の間の行番号に単に配置すれば足りる。
【0059】
いくつかの実施形態では、参照マーク６４は、画素よりも小さく、かくして、この整列プロセスを行うために単一画素上を標的とする。他の実施形態では、参照マーク６４は、複数の画素を包含する。いくつかの実施形態では、参照マーク６４は複数の画素を包含するものであり、参照マーク６４の中心が計算され、ターゲット画素（例で用いられる中心Ｃなど）における位置付けに用いられる。中心は、コンピュータビジョンを介して計算することができる。
【0060】
いくつかの実施形態では、参照マーク６４は、各配置において、視野の縁部に近接して位置付けされるが、依然画像センサの視野内にある。このことは、ｙ方向のシフトをそれによって評価するためのより長いｘ方向移動が用いられるので、より正確な評価を提供する。例えば、図では、参照マーク６４は以下のように位置付けされる。図９Ｂに示される画像において、マークは、視野の縁部に近接して中心左寄りに位置付けされるが依然視野内にあり、一方、参照マーク６４は、その後再位置付けされ、図９Ｃにおいて、参照マーク６４は、視野の縁部に近接して中心右寄りに位置付けされるが依然視野内にある。
【0061】
画像センサ５６を検体チャック３０のｘ移動に対して整列させた後で、画像センサ５６は回転されて、画像センサ５６を、検体全体をスキャンする所望のｘ’方向と整列させる。この実施形態では、検体Ｓ１は、検体Ｓ１全体をスキャンする所望のｘ’および／またはｙ’方向を規定する明確な軸規定特性を有する、その上に刻み込まれた軸規定特徴６６を有する検体を表す。図１１Ａは、スキャンの前に検体チャック３０上に配置された検体Ｓ１を示し、線７２は、画像センサ５６が検体チャック３０のｘおよびｙ移動と整列されていることを視覚的に表すために提供される。図１１Ｂに見られるように、検体チャック３０は、特徴６６がセンサ５６の視野内に入るように移動される。図１１Ｃでは、画像センサ５６は、画像センサの画素行を特徴６６によって規定されたｘ’方向と整列させるように、αでもある、測定された度数Ｒｃ回転される。既に記述したように、画像センサの回転は、角回転αが分かるように、回転エンコーダ、電位差計、ステッパモータコントロールなどによって正確に把握することができる。
【0062】
代替として、画像センサ５６を検体チャック３０のｘ移動に対して整列させた後で、整列マークおよびモザイクを用いて、所望のｘ’方向を特定し画像センサを回転させ得る（図１３のように）。
【0063】
特に、参照マーク６４はＸＹ移動ステージと関連するので、画像センサの画素行の、ＸＹ移動ステージのｘ方向との整列は、一度行われればよく、整列された位置は、未来の使用のために記録され得る。かくして、異なる検体が、異なる方位および異なる軸規定特徴を有してチャック上に配置され得、画像センサは、画素行がｘ方向に対して整列された状態で位置付けされ得（上記のプロセスで）、そして、軸規定特徴まで回転されて、新しい検体の所望のｘ’方向のオフセット角を見つけ得る。
【0064】
画像センサの画素行がＸＹステージのｘ方向と整列されている状態に始まり、後続のカメラの角回転Ｒｃ（画素行を所望のｘ’方向に配置するための）は、図８に関して記載されたαと等しく、所望のｘ’方向における任意の移動ｄ’は、ここで、ΔＸ＝ｄ’（ｃｏｓ（α））、ΔＹ＝ｄ’（ｓｉｎ（α））によって判定され得る。
【0065】
画素行を所望のｘ’方向と整列させるためにかつＸＹ移動ステージのｘ方向に対するそのｘ’方向の傾斜／オフセット角を判定するために本明細書中で利用される方法を問わず、画素がそのように整列され、傾斜／角度が判定されると、検体Ｓは、第１の画像の左の境界を第２の画像の右の境界に正確につなぎ合わせることができるように移動され得る。「左」および「右」は、ｘ’方向において規定される。例えば、図１２において、第１の撮像位置は、ｐ１において画像センサ１４の位置決めによって示され、第２の撮像位置は、ｐ２において画像センサ１４の位置決めによって示される。やはりｙ’方向における顕著なシフトはなく、ｐ１における撮像センサ１４の左の境界は、ｐ２における画像センサ１４の右境界と整列される。画像ｐ１およびｐ２を領域が重なった状態で、すなわち、ｐ１における画像の左側の画素列がｐ２における画像の右側の画素列と重なるように撮像することが許容可能であることも理解すべきである。重なっている部分は、知られるように、正確なつなぎ合わせを助け得る。本発明は、しかしながら、画素行を所望のｘ’方向と整列させることによって、画像の正確な境界－境界のつなぎ合わせを容易にし、そのことは、必要となる画像および計算をより少なくすることによって、全体の撮像プロセスを低減し得る。
【0066】
本明細書中の様々なステップは、顕微鏡システム１０によって自動的に行うことができ、好ましくは行うことを理解すべきである。移動可能コンポーネントおよび回転可能コンポーネントの移動は、適切なソフトウェアおよびハードウェアによって対処され、コンピュータビジョンを用いて、画像センサ５６の検体に対する方位付けを制御する整列マーク６０、６２、参照マーク６４、および軸規定特徴６６などの検出可能な特徴を特定することができる。画像データの焦点合わせおよび撮像もまた自動化することができる。これら全ては、図にプロセッサ２２によって表される。かくして、本発明は、検体とＸＹ移動ステージが、整列からずれる（すなわち、検体の所望のｘ’およびｙ’方向が、移動ステージのｘおよびｙ方向との整列からずれる）ことを許容し、この整列の欠如を修復するために検体を操作することを必要としない。システムは、自己較正するものであり、画像センサの幅を把握すると、検体を徐々にスキャンし、別々の画像を境界が整列された状態で撮像して、その後一体につなぎ合わせて、検体の完成した所望の画像を形成することができる。
【0067】
本発明の一般概念は、本明細書中の図および明細書によって、当業者に対して適切に開示される。詳細な開示は、それらの一般概念を広範に開示するように提供されているが、当業者が本発明の概念を完全に実装するのに必須ではない。図面が概略的であるとしても同じことが言える。
【0068】
結論付ける前に、ｘおよびｙ方向は単に方位に基づくものであるという点で、この開示におけるｘ方向上での焦点合わせは決して限定的ではないことに留意すべきであり、本発明は、所望のｙ’方向におけるスキャンに対応するのに、同じ様に用いられる。したがって、ｘおよびｙへの言及は、単に方向の言及を行うという目的のためである。
【0069】
発明の特定の実施形態を本明細書中に詳細に開示してきたが、発明はそれに限定されないことが理解されるべきであり、または、それによって、本明細書中の発明に対する変形の程度は当業者によって容易に理解されよう。発明の範囲は、以下の特許請求の範囲から理解される。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12】
【図13】