扫描类型显微镜中的数学图像组合的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用扫描类型显微镜累积标本图像的方法，包括以下步骤： -提供从源导向通过照明器的辐射射束以辐射所述标本； -提供用于检测响应于所述辐射从所述标本发出的辐射通量的检测器； -使所述射束经受相对于标本表面的扫描运动，并作为扫描位置的函数记录所述检测 器的输出。
[0002] 本发明还涉及一种扫描类型显微镜，在该扫描类型显微镜中可以执行这样的方 法。这样的显微镜可以使用带电粒子来辐射所述标本(如在例如扫描电子显微镜、扫描透射 电子显微镜、扫描离子显微镜和扫描透射离子显微镜的情况下)，或者他可以使用光子用于 这个目的(如在例如共焦显微镜中）。
【背景技术】
[0003] 带电粒子显微术是用于对微观物体成像(特别是以电子显微术的形式）的众所周 知的且愈发重要的技术。历史上，电子显微镜的基本属类（genus)已经经历发展成为许多 众所周知的设备种类，例如透射电子显微镜（TEM)、扫描电子显微镜（SEM)和扫描透射电子 显微镜（STEM)，并且还发展成为各种子种类，例如所谓的"双射束"工具(例如FIB-SEM)，其 附加地采用"加工的"聚焦离子射束（FIB)以允许诸如例如离子射束研磨或离子射束诱导沉 积（IBID)之类的支持活动。更特别地： -在SEM中，由扫描电子射束对标本的福射促成"辅助"福射以例如二级电子、反向散射 电子、X射线和光致发光(红外、可见和/或紫外光子)的形式从所述标本发出；然后，这个发 出的辐射通量中的一个或多个分量被检测到并用于图像累积目的。
[0004] -在??Μ中，用于辐射所述标本的电子射束被选为具有足够高的能量以穿透所述 标本(为此目的，该标本一般将比在SEM标本情况下的更薄）；然后，从所述标本发出的透射 电子通量可以用于创建图像。当这样的TEM操作在扫描模式中时（因此变为STEM)，所讨论 的图像将在辐射电子射束的扫描运动期间得以累积。
[0005] 关于这里所说明的主题中的一些的更多信息例如可以从以下的维基百科链接收 集： http://en. wikipedia. org/wiki/Electron_microscope http://en.wikipedia. org/wiki/Scanning_electron_microscope http://en. wikipedia. org/wiki/Transmission_electron_microscopy http://en. wikipedia. org/wiki/Scanning_transmission_electron_microscopy 作为使用电子作为辐射射束的替代，还可以使用其他种类的带电粒子来执行带电粒子 显微术。在这个方面，短语"带电粒子"应宽泛地解释为包含例如电子、正离子(例如Ga或 He离子)、负离子、质子和正电子。关于基于离子的显微术，一些另外的信息可以例如从诸如 以下各项的源收集： http://en. wikipedia. org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope -ff. H. Escovitzj Τ. R. Fox and R. Levi-Settij Scanning Transmission Ion Microscope with a Field Ion Source, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 72 (5), pp 1826-1828 (1975)〇
[0006] 应当注意，除了成像之外，带电粒子显微镜（CPM)还可以具有其他功能，例如执行 分光术、检查衍射图、执行(局部化的）表面改性(例如研磨、蚀刻、沉积）等。
[0007] 除了使用带电粒子作为辐射射束以外，还可以使用光子射束来执行扫描显微术。 这样的技术的实例是所谓的共焦显微术，其中由光子点源进行的扫描辐射激励从所述标本 局部化发出荧光辐射。可以使用检测器来收集这个荧光辐射通量(的部分)并基于此累积图 像。关于这个主题的更多信息例如可以从以下维基百科链接收集： http://en. wikipedia. org/wiki/Confocal_microscopy 在所有的情况下，扫描类型显微镜将包括至少以下部件： -辐射源，例如CPM情况下的离子枪或肖特基（Schottky)源，或光学显微镜情况下的激 光器或灯。 -照明器，其用于操纵来自源的"原生（raw)"辐射射束并对他执行某些操作，例如聚 焦、像差减轻、裁切(利用孔隙)、过滤等等。他一般将包括一个或多个(带电粒子)透镜，并还 可以包括其他类型的(粒子)光学部件。如果需要，所述照明器可以被提供有偏转器系统，可 以调用该偏转器系统来使得照明器的输出射束跨被研究的标本执行扫描运动。 -标本支架，在该支架上接受研究的标本可以得以支撑和定位(例如倾斜、旋转)。如果 需要，可以移动这个支架，以便实现射束相对于所述标本的期望的扫描运动。一般而言，这 样的标本支架将连接至诸如机械载台之类的定位系统。 -检测器，取决于被检测的辐射，该检测器在性质上可以是整体的或组合的/分布式 的，并且其可以采取许多不同的形式。实例包括光电倍增管(包括固态光电倍增管，SSPM)、 光电二极管、CMOS检测器、CCD检测器、光伏电池等，他们例如可以结合例如闪烁体薄膜来 使用。
[0008] 尽管各种形式的扫描显微术已为人所知几十年了，但是他们具有共同的缺点，该 缺点开始在科学和技术的许多领域表明其自身成为瓶颈。这个缺点与以下事实有关：基于 扫描的成像倾向于是相对缓慢和冗长的过程，因此其传统上被限于研究很小的标本（的部 分)，例如在CPM中典型的尺度是几十纳米并且在共焦显微术中是几十微米。然而，在人类 努力的许多领域中，越来越需要保持由这些技术提供的分辨率，但要把他们的成像面积扩 展数个量级。例如： -在细胞生物学中，有扩展细胞级成像到组织级的期望，例如以便更加清楚地研究(不 同类型）细胞之间的相互作用，特别是在脑组织、肌肉组织、肿瘤(癌组织）等中。 -在矿物学/岩石学中，有扩展分子级的分析到晶粒和晶界级的需要，例如以便更加清 楚地研究水力压裂研究中石头基质材料中的气体捕获行为、石英形成中的贵金属封装、合 成宝石和其他晶体中不想要的内含物等。 -在半导体工业中，有把个体结级别的研究扩展到整个器件和器件阵列的更宽条件的 期望，例如比如在执行关于关键尺寸、重叠、污染物等的质量控制的时候。
[0009] 然而，把当前的扫描显微术技术扩展到这样大的成像尺度将会需要如此巨大增加 的图像累积次数以至于基本上呈现这样的扩展是不能维持的。因此，尽管有很大的期望和 需要，但就这一点而言，当前的技术是如此的不切实际以至于将其自身排除在现实适用性 之外。
[0010] 有关目前的扫描显微术技术的另一问题可以在对诸如(活的）生物标本、低温标本 等之类的辐射敏感标本进行成像时将其自身表现出来。利用能量射束(尤其是带电粒子射 束)来辐射这种标本的这一动作易于在所述辐射射束的撞击足迹处/附近导致损坏(例如分 子重新排列/突变、解冻、干燥等)。为了减轻这个效应，人们可能会想到降低辐射射束的强 度和/或增加辐射射束的扫描速度，但是这样的措施一般导致不期望的信噪比（SNR)的减 小。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是解决这些问题。特别地，本发明的目的是提供一种扫描显微术方 法，其能够成像相对大的标本面积，而不招致不能维持的处理能力的不利结果。而且，本发 明的一个目的在于，这样的方法应当允许在可接受的SNR以及还在降低的辐射损坏风险的 情况下对辐射敏感的标本成像。
[0012] 在上面开篇段落中所阐述的方法中，实现了这些和其他目的，所述方法的特征在 于其附加地包括以下步骤： -在第一米样时段S1，从跨标本稀疏分布的米样点的第一群集（collection) P1米集检 测器数据； -重复这个程序以便累积在采样时段的相关联集合{SJ期间采集的这样的群集的集合 {Pn}，每个集合的基数N> 1 ; -通过使用所述集合{Pn}作为对综合的数学重构程序的输入来组合所述标本的图像， 其中，作为所述组合过程的部分，进行数学配准校正来补偿集合{Pn}不同成员之间的 漂移失配。
[0013] 本发明的实质可以阐述如下，其中参照"扫描网格"的概念，扫描网格是叠加在标 本上并包含并列采样单元的阵列的假想数学网格。在传统扫描显微术中，这整个扫描网格 被"填充"，因为在标本上描绘出扫描路径时，所述扫描射束"观察"网格中的每个单元。然 而，在本发明中，每个采样时段S n仅观察网格中单元的相对稀疏的群集P n，并且这样的稀疏 群集的累积/产生的集合{Pn}(由重复采样时段的整个集合{s n}产生)也仅表示网格中单 元的部分"零星几个（sprinkling)"。因此： -因为所述扫描网格没被填充，本发明实现了针对所述标本的减少的(累积)扫描时间。 -因为所述扫描网格没被填充，本发明实现了针对所述标本的减少的(累积)辐射剂量。 -为了能够从部分填充的扫描网格组合"完整的"图像，本发明需要使用下文将更详细 说明的巧妙的计算技术。
[0014] 本发明通过使用"多次通过"方法累积图像而实现了进一步的实质性的优点，通过 所述"多次通过"方法，用于最终图像的数据在一系列的采样时段中而非在单个时段中被采 集。这个技术通过发明人允许如下事实来提升：例如归因于支架/载台振动、布朗运动、生 物运动等，显微镜标本基本上处于永久（perpetual)的（不想要的）运动状态。为了理解本 发明的这个方面，可以对于例如运动摄影进行一定程度的类比，在运动摄影中，移动的目标 (例如奔跑中的运动员）需要被捕获在照片中。如果使用单次长曝光，产生的图像将会是模 糊的，因为移动对象在曝光期间改变位置。另一方面，如果进行了一系列短的曝光，那么结 果将是"一连串"时间连续的清晰图像。然而，尽管运动摄影师一般将奢侈地自己做主具有 足够的照明，但是显微镜用户（通常在CPM的情况下）一般将受到(累积）剂量因素的(严重） 限制：太多的剂量可以毁坏标本，并且太少的剂量将导致差的SNR。因此，不同于运动摄影 师，所述显微镜用户一般将需要累加从各个采样时段产生的个体子图像，以便确保期望的 累积曝光。然而，在这样做时，他将不得不允许连续子图像捕获之间的"画面（frame)间"标 本运动。本发明通过进行前述的数学配准校正来实现这一点，所述数学配准校正是发明性 图像组合过程的重要方面，并且其将在下文更详细地说明。应当注意，以此方