(57)【要約】  レーザ走査型顕微鏡において少なくとも１つの走査軸でスキャナを作動する方法であって、走査フィールドが複数の部分領域に区分され、１つの部分領域から往走査によって生成された第１の画像を、その部分領域から復走査によって生成された第２の画像と比較し、第１と第２の画像間の偏差から、スキャナ作動に対する補正値を決定する方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ走査型顕微鏡において少なくとも１つの走査軸でスキャナを作動する方法であって、走査フィールドが複数の部分領域に区分され、１つの部分領域から往走査によって生成された第１の画像を、その部分領域から復走査によって生成された第２の画像と比較し、第１と第２の画像間の偏差から、スキャナ作動に対する補正値を決定する、方法。
【請求項２】
前記走査フィールドが、部分領域を形成する線条に区分される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
線条の切断方向が、走査される画像の画像周縁と平行である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ライン型の走査の際、線条の長手軸が、画像の走査ラインの方向に対して垂直に位置する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
いずれの走査軸に対しても、部分画像の相関を特定する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
部分領域の相関から偏差を求める、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記偏差がデータ点として偏差曲線にまとめられ、この偏差曲線を用いてスキャナ作動信号補正値を求める、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
スキャナ作動の補正値を求めるため、偏差曲線が、スキャナ作動の個別の周波数割合（正弦曲線）と相関され、この相関値を介してスキャナ作動の補正値が求められる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
補正値が測定の時刻とともに記憶される、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
異なる時間に記録された補正値の比較が行われる、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
光学的および／または電気的に検出されたスキャナの周波数応答が、求められた補正値で制御され、または補正される、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
部分画像の切断方向が、走査フィールドの画像周縁と平行である、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
部分画像の切断方向が走査軸と一致する、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
部分画像の切断方向が、少なくとも１つの走査軸に対して角度を持つ、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
補正値を求めるためテスト・パターンを用いる、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
レーザ走査型顕微鏡において少なくとも１つの走査軸でスキャナを作動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ走査型顕微鏡においてスキャナを作動する方法は、例えば独国特許発明第１９７０２７５２号明細書に記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スキャナを（例えば線形化された電気信号によって）校正したにもかかわらず、往走査と復走査の位相差（双方向間偏差  ｂｉｄｉｒ）により、垂直な線のにじみが、下記によって生じる。
１．  スキャナ応答の経時変化。
２．  温度／荷重によって生じる変動。
３．  スキャナ応答のズーム依存性。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記を本発明によって改善する。
この課題は請求項１に記載の構成によって解決される。
好ましい発展形を、従属請求項に記載した。
【０００５】
本発明のアイデアは、走査画像を次のようにして評価することに基づく。すなわち、走査画像に対して双方向間偏差を測定し、顕微鏡の動作中を通じて（例えば走査と走査の間）、スキャナ作動のための係数を連続的に補正することにより、走査画像を評価する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
下記に模式図を用いて、本発明をさらに詳しく説明する。
図１は、走査モジュールＳＣと検出モジュールＤＥとを備えるレーザ走査型顕微鏡ＬＳＭを示す。
【０００７】
この詳細は、例えば独国特許出願公開第１９７０２７５３号明細書から知られている。
作動ユニットＡＳ、例えばリアル・タイム・コンピュータによって、ＳＣとＤＥの作動と、作動状態検出のフィードバックとが行われる。
【０００８】
ＡＳはユーザのためのインタフェースであるＰＣと結合されている。
本発明による画像評価と、スキャナの作動データの変更とは、リアル・タイム・コンピュータまたはＰＣで行われる。
【０００９】
図２は、例を挙げてこの基本原理を説明する。
ここでは走査されるクロス格子サンプルは格子縞ＧＳを備え、このサンプルを用いて、往走査および復走査される部分画像Ｂ１、Ｂ２が図示されている。図２ａではＸ−スキャナ方向のものを、図２ｂではＹ−スキャナ方向のものを示す。
【００１０】
部分画像Ｂ１、Ｂ２は、それぞれたがいにオフセット位置にあり、たがいに相関する。すなわち、位置をシフトすると重なり合い、補正値が求められる。
図３は、Ｘ−スキャナの誤差を求める線条形の部分画像Ｂｓの切断方向が、Ｘ方向に垂直な方向、すなわちＹ方向である場合を示す（回転された走査ではない）。
【００１１】
Ｙ−スキャナは走査ラインの間で停止しているので、ここではＹ方向の誤差を求めることはできない。
スキャナのライン運動によって生じる画像ゆがみの詳細な評価が可能なのは、その画像を走査ラインに垂直な線条に切断し、いずれの線条自体も評価される場合である。その全体を加えると、１本の走査ライン内における双方向間偏差の推移を得ることができる。この推移を知ることにより、順ラインと逆ラインのシフトを画像全体にわたって一定に行うよりも、補正を簡単に改善することができる。
【００１２】
［回転されない走査のバリエーション］
この場合、スキャナの１つが速度の速いライン・スキャナ（以下ではＸ−スキャナと呼ばれる）として、他方のスキャナは速度の遅いライン・スキャナ（以下ではＹ−スキャナと呼ばれる）として動作する。有利な方法としてＹ−スキャナは、Ｘ−スキャナの反転段階の間、ラインからラインへジャンプするものとし（改行）、本来のデータ検出の間は停止するものとする。以下では、走査のこの回転角度を、走査角度０°と表示する。線条の切断方向は、画像周縁に平行とし、走査角度０°の時はＹ方向にも平行である。
【００１３】
Ｘ−スキャナの誤差を求めるためのシフト方向は、Ｘ−スキャナの走査方向に平行であり、すなわち偶数番目と奇数番目の走査ライン（往走査と復走査）の両者部分画像は、画像内を次のような方向に沿ってたがいにシフトされる。すなわち、Ｘ−スキャナの運動によって指定されている方向、つまり０°走査の場合、走査ラインに平行な方向である。
【００１４】
Ｙ−スキャナの誤差を求めるのは、０°走査の場合、不可能である（Ｙ−スキャナは、ライン走査の間、停止する）。
図４は、回転された走査の場合を示す（走査角度は０°、１８０°、９０°および−９０°と不等間隔）。この場合、両者のスキャナは、同時にライン・スキャナとして動作する。有利な方法として両者のスキャナは、両者スキャナの反転時、走査ラインの間を次のラインにジャンプする。両者スキャナの走査振幅を調整することにより、走査角度が調整される（サンプル内の走査ラインの方向付け）。この場合、線条形の部分画像のための切断方向付けが、走査方向ＸおよびＹに対する角度で行われる。この切断方向は、主として走査された画像の周縁方向にも位置する。
【００１５】
Ｘ−スキャナの誤差を求めるため、往走査および復走査による部分画像のシフトがＸ方向（Ｘ−スキャナの方向であって、走査ラインの方向ではない）で、Ｙ−誤差を求めるためにはＹ方向で行われる（Ｘ−スキャナの方向であって、走査ラインの方向ではない）。
【００１６】
そのときどきに両者の補正値が求められ、両者の値から補正ベクトルが特定される。
［回転された走査、すなわち走査角度が０°、９０°、−９０°および１８０°と不等間隔である走査のバリエーション：］
Ｘ−スキャナもＹ−スキャナも速く動き、両者スキャナはラインの間をわずかにジャンプする。
【００１７】
両者スキャナが等しい振幅で同時にスタートするならば、光点はサンプルの中を左から右へではなく、左下から右上へ動き、（例えば）−−＞４５°回転された走査となる。Ｙ−スキャナが振幅の半分だけ動くならば、光点は左下から右上に半分動き、走査角度−−＞約２２°となる．．．。回転された走査ラインの間を、両者スキャナはわずかにジャンプし（運動の一定のオフセットがオーバラップされる）、こうして最後の走査ラインに隣接して次の走査ラインが位置する。
【００１８】
線条の切断方向は、ここでも有利な方法として（？）、画像周縁に平行に、かつ走査ラインの方向には垂直とする。
Ｘ−スキャナの誤差を求めるためのシフト方向は、Ｘ−スキャナの走査方向に平行である。すなわち、偶数番目および奇数番目走査ライン（往走査および復走査）の両者の部分画像は、Ｘ−スキャナの運動によって指定されている方向（Ｘ−スキャナだけが動く場合に、サンプル内を光点が動くであろう方向）に沿って、たがいに画像内をシフトする。
【００１９】
Ｙ−スキャナの誤差を求めるためのシフト方向は、Ｙ−スキャナの走査方向に平行である。
画像ゆがみの時間的推移を求めるため、画像をさらに走査ラインの方向と平行に分割するのも有効であろう。
【００２０】
回転された走査の場合、両者スキャナは走査ラインに沿ってではなく、画像を「斜めに」通って走査する。この場合、Ｂｉｄｉｒ偏差にとって重要なのは、両者の走査運動方向であって、走査ラインの方向ではない。
【００２１】
Ｂｉｄｉｒ偏差の特定は、下記のように行う：
画像を、好ましくは速度の遅い走査軸（速度の速い走査軸と垂直に交わる走査軸）に沿って、幅が等しい（例えば）１０本の線条に分割する。
【００２２】
その線条を往走査と復走査による２つの部分画像に分割する（欠落するラインがあれば、隣接するラインの平均値によってこれを補間する）。
両者部分画像の（一次元的）交差相関関数を、両者の走査方向に沿って計算する（両者のスキャナを補正できるよう、両者の走査方向に対して、下記の評価を行う）。
【００２３】
両者の部分線条をたがいにシフトさせる場合、すべての画像データを当然利用できる。すなわち、部分画像の周縁領域における欠落したデータは、隣接線条から取るものとする。
【００２４】
これら相関関数を評価する：
最大値の位置：このシフトにより、両者の部分画像が最もよく適合する。すなわち、そのようなシフトが、線条が位置する画像ポジションにおけるＢｉｄｉｒ偏差の望ましい補正値である。
【００２５】
ピーク値の半値幅と高さ：測定正確さの尺度である。
例えば、交差相関関数は、両者部分画像の自己相関に基準化されている。すなわち、相関１は、両者の部分画像がこのシフトの場合に正確に一致しているということである。
【００２６】
回転角度の偏差が、１つのスキャナの主軸から（例えば）１０°未満である場合、このスキャナだけを評価するべきであろう（例えば０°走査の場合、Ｘ−スキャナだけを評価できる）。
【００２７】
画像中のＢｉｄｉｒ偏差に対して、個別の画像線条のピーク値のポジションから、走査方向（ｘ，ｙ）ごとに、例えば１０個のデータ点（画像線条の個数）による曲線が得られる。
【００２８】
有利な方法として、測定の正確さに従って（交差相関ピークの半値幅と高さ）、これらのデータ点に重み付け係数でマーキングするか、または使用しない場合は破棄する。
有利な方法としてスキャナ作動の補正を、スキャナ作動信号の信号曲線のフーリエ級数係数を介して行う。
【００２９】
その場合、スキャナ係数の補正は下記のように行う：
見出された偏差曲線を最も好適に補正するスキャナ係数を求める。
測定された偏差曲線とｓｉｎ（１ｆ）、ｓｉｎ（２ｆ）、ｓｉｎ（３ｆ）、．．．との相関。
【００３０】
（測定された偏差曲線との最大相関からいかなる係数が得られるか。）
相関値から係数の位相誤差を計算することができる。
（偏差曲線の振幅が大きい＝係数の位相誤差が大きい。）
偏差が１つの係数のみによって生じる場合、それは常にスキャナの折り返し点（画像の外部）に節点を持つ正弦曲線である。
【００３１】
係数の位相の補正（スキャナ運動の線形性を長期に維持するため、振幅を変更しないことが有利である）。
測定の質によっては、該当する係数の位相は完全には補正できない可能性がある（重み付け係数。上記参照）。
【００３２】
この場合、最終的な補正は、例えば、次の画像走査の間に行う。
このような方法で、各走査毎に、（少なくとも）１つの係数を補正し得る。複数個のスキャナ周波数による偏差曲線の補正によって、複数個（測定の正確さによる）の係数を１動作で補正することができる。
【００３３】
この場合、時間の経過の中で、顕微鏡の制御コンピュータにおいては、絶えず適合されるスキャナ係数とともに、１つのパラメータ・フィールドが生じる。
これらのパラメータは、例えば速度、ズームである（例えばズーム０．７，０．８，１，２，４，８）。
【００３４】
中間ズームを用いる場合、近接する係数から補間することができる。同様にして、偏差測定を行った後、近接する係数（重み付けも行って）を適合させることができる。
有利な方法として、ハード・ディスク上のパラメータ・フィールドを、ゆっくり変化させることができる（例えば１日平均値と、ファイル内の現在の値との、重み付けされた平均値）。
【００３５】
それだけでなく、別の比較的早く変化するパラメータ・フィールドを設けることもできる。このパラメータ・フィールドは、例えば、その日の温度変動に反応する（可能であれば各画像毎に評価する）。
【００３６】
アクティブになっている係数の補正は、偏差が指定の閾値より大きい場合でも行い得る（例えば、ユーザによって調整可能な値）。
このパラメータ・フィールドも、記録されて記憶される。これらその日のパラメータの変動幅と質に応じて、ＬＳＭプログラム終了時に、ハード・ディスクに記憶されたフィールドを適合することができる（重み付けの可能性あるパラメータ：測定された偏差の変動幅、値の個数、動作時間など）。
【００３７】
オンライン補正機能は、スイッチオフ可能なものとすることができる。すなわち、ユーザは、スキャナ作動を自動的に補正する機構をアクティブにし、または抑制する手段を、持つことができる。工場渡しのオリジナル校正セットは、スキャナの機械的および電気的挙動の推移を評価するため、コピーとして常に記憶して置くことができる。ハード・ディスクのパラメータ・セットは、リセット可能とすることができる（オリジナル校正機能を用いる）。
【００３８】
生成されたパラメータ・セットとオリジナル・セットとの比較を行うと、例えばユーザのスクリーンに「スキャナを新たに校正してください」という勧告を生じるようにできる（閾値は走査速度によってさまざまとすることができる）。
【００３９】
多チャンネル画像の場合（走査中、例えば各ピクセルに関して、複数の検出器により異なるデータが記録される）、すべてのチャンネルを別個に評価して、比較することもできよう（スキャナによって生じる画像ゆがみは、すべての画像において等しくなるものとする）。
【００４０】
上記の補正によって、双方向性の改善だけでなく、線形性の改善も可能である。なぜならば、係数の位相は、正確に適切な状態に移動されるからである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】走査モジュールと検出モジュールとを備えるレーザ走査型顕微鏡を示す図。
【図２】本発明の基本原理を説明するための図。
【図３】Ｘ−スキャナの誤差を求める線条形の部分画像の切断方向が、Ｘ方向に垂直な方向、すなわちＹ方向である場合を示す図。
【図４】回転された走査の場合を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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