KR20220038577A - 물리적 캘리브레이션 슬라이드 - Google Patents

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KR20220038577A
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윈루 조우
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라이카 바이오시스템즈 이미징 인크.
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    • G02B21/34—Microscope slides, e.g. mounting specimens on microscope slides
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Abstract

복수의 식각된 특징부를 포함하는 물리적 캘리브레이션 슬라이드. 식각된 특징부들은: 상기 슬라이드의 장축 및 단축에 대해 경사진 적어도 하나의 평행선 세트를 포함하는 경사진 론치 룰링 특징부; 상기 장축 또는 상기 단축과 평행한 적어도 하나의 평행선 세트를 포함하는 곧은 론치 룰링 특징부; 복수의 웨지 쌍을 가지는 원을 포함하는, 별 타겟 특징부; 적어도 하나의 십자선을 포함하는 십자선 특징부; 클리어 영역; 원을 포함하는 "O"자 특징부; 하나 이상의 해상도 타겟을 포함하는 해상도 타겟 특징부; 2차원 불스아이 어레이를 포함하는 불스아이 특징부; 적어도 하나의 이등변 삼각형을 포함하는 삼각형 특징부; 또는 L자 형상으로 배치된 기하학적 형상 세트를 대칭적으로 2세트 포함하는 대칭 코너 특징부; 중 2개 이상을 포함할 수 있다.

Description

물리적 캘리브레이션 슬라이드
본 명세서에 기재된 실시예들은 일반적으로 캘리브레이션에 관한 것이며, 보다 상세하게는 슬라이드 스캐닝 시스템을 교정하는데 사용될 수 있는 물리적 캘리브레이션 슬라이드에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 8월 6일에 출원된 미국 가특허출원 제62/883,585호에 대하여 우선권을 주장하며, 이에 의하여, 그 기재 전부가 참조에 의해 본 명세서에 통합된 것으로 간주된다.
또한, 본 출원은 아래의 출원들과 관련이 있으며, 이에 의하여, 그들의 기재 전부가 참조에 의해 본 명세서에 통합된 것으로 간주된다.
국제특허출원 PCT/US2016/053581(출원일: 2016. 9. 23), 국제특허출원 PCT/US2017/028532(출원일: 2017. 4. 20), 국제특허출원 PCT/US2018/063456(출원일: 2018. 11. 30), 국제특허출원 PCT/US2018/063460(출원일: 2018. 11. 30), 국제특허출원 PCT/US2018/063450(출원일: 2018. 11. 30), 국제특허출원 PCT/US2018/063461(출원일: 2018. 11. 30), 국제특허출원 PCT/US2018/062659(출원일: 2018. 11. 27), 국제특허출원 PCT/US2018/063464(출원일: 2018. 11. 30), 국제특허출원 PCT/US2018/054460(출원일: 2018. 10. 4), 국제특허출원 PCT/US2018/063465(출원일: 2018. 11. 30), 국제특허출원 PCT/US2018/054462(출원일: 2018. 10. 4), 국제특허출원 PCT/US2018/063469(출원일: 2018. 11. 30), 국제특허출원 PCT/US2018/054464(출원일: 2018. 10. 4), 국제특허출원 PCT/US2018/046944(출원일: 2018. 8. 17), 국제특허출원 PCT/US2018/054470(출원일: 2018. 10. 4), 국제특허출원 PCT/US2018/053632(출원일: 2018. 9. 28), 국제특허출원 PCT/US2018/053629(출원일: 2018. 9. 28), 국제특허출원 PCT/US2018/053637(출원일: 2018. 9. 28), 국제특허출원 PCT/US2018/062905(출원일: 2018. 11. 28), 국제특허출원 PCT/US2018/063163(출원일: 2018. 11. 29), 국제특허출원 PCT/US2017/068963(출원일: 2017. 12. 29), 국제특허출원 PCT/US2019/020411(출원일: 2019. 3. 1), 미국특허출원 29/631,492(출원일: 2017. 12. 29), 미국특허출원 29/631,495(출원일: 2017. 12. 29), 미국특허출원 29/631,499(출원일: 2017. 12. 29), 및 미국특허출원 29/631,501(출원일: 2017. 12. 29).
물리적 캘리브레이션 슬라이드가 개시된다.
일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드는 장변을 따르는 장축과 단변을 따르는 단축을 가지며, 복수의 식각된 특징부(etched feature)를 포함하며, 상기 복수의 식각된 특징부는: 상기 장축 및 상기 단축에 대해 경사진 적어도 하나의 평행선 세트를 포함하는 경사진 론치 룰링(slanted Ronchi ruling) 특징부; 상기 장축 또는 상기 단축과 평행한 적어도 하나의 평행선 세트를 포함하는 곧은 론치 룰링(straight Ronchi ruling) 특징부; 복수의 웨지 쌍(wedge pair)을 가지는 원을 포함하며, 상기 복수의 웨지 쌍 각각은 식각된 웨지(etched wedge)와 식각되지 않은 웨지를 포함하는, 별 타겟(star target) 특징부; 적어도 하나의 십자선(crosshair)을 포함하는 십자선 특징부; 클리어 영역(clear area); 원을 포함하는 "O"자(letter-O) 특징부; 하나 이상의 해상도 타겟(resolution target)을 포함하는 해상도 타겟 특징부; 2차원 불스아이(bullseye) 어레이를 포함하는 불스아이 특징부; 적어도 하나의 이등변 삼각형을 포함하는 삼각형 특징부; 또는 L자 형상으로 배치된 기하학적 형상 세트를 대칭적으로 2세트 포함하는 대칭 코너(symmetric corner) 특징부; 중 2개 이상을 포함한다. 일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드는 상기 경사진 론치 룰링, 상기 곧은 론치 룰링, 상기 별 타겟 특징부, 상기 십자선 특징부, 상기 "O"자 특징부, 상기 해상도 타겟 특징부, 상기 불스아이 특징부(bullseye feature), 상기 삼각형 특징부, 및 상기 대칭 코너 특징부 각각을 포함한다. 물리적 캘리브레이션 슬라이드는 25mm의 폭과 75mm의 길이를 가질 수 있다. 상기 복수의 특징부는 크롬으로부터 식각될 수 있다.
상기 경사진 론치 룰링 특징부는, 상기 단축에 대해 제1 각도로 경사진 제1 평행선 세트, 및 상기 단축에 대해 상기 제1 각도와는 다른 제2 각도로 경사진 제2 평행선 세트를 포함할 수 있다. 상기 제1 각도는 95°이며 상기 제2 각도는 5°일 수 있다.
상기 곧은 론치 룰링 특징부는, 상기 장축과 평행한 제1 평행선 세트, 및 상기 단축과 평행하며 상기 제1 평행선 세트와 직교하는 제2 평행선 세트를 포함할 수 있다.
상기 별 타겟 특징부에서, 상기 원은, 중심 도트(dot)를 가지는 식각된 코어를 포함할 수 있다. 상기 별 타겟 특징부는 외부 원 내에 내부 원을 포함할 수 있다.
상기 십자선 특징부는 중심 십자선과, 상기 중심 십자선보다 작은 오프셋 십자선을 포함하며, 상기 중심 십자선은 상기 복수의 특징부의 좌표계의 중심을 나타낸다. 상기 십자선 특징부는 상기 중심 십자선과 상기 오프셋 십자선 둘레의 직사각형 박스를 더 포함할 수 있으며, 상기 중심 십자선은 상기 직사각형 박스 내의 중앙에 있다.
상기 해상도 타겟 특징부는 매크로 포커싱(macro focusing) 및 마이크로 포커싱(micro focusing)을 위한 복수의 해상도 타겟을 포함할 수 있다. 상기 복수의 해상도 타겟 중 하나 이상은 원에 의해 둘러싸일 수 있다.
상기 불스아이 특징부에서, 상기 2차원 불스아이 어레이는, 1,000 x 1,000개의 불스아이 어레이를 포함할 수 있으며, 각 불스아이는, 중심에 도트를 가지는 원을 포함한다.
상기 삼각형 특징부는 45° 이등변 삼각형을 포함할 수 있다.
상기 대칭 코너 특징부에서, 상기 기하학적 형상은 도트를 포함할 수 있다. 상기 대칭 코너 특징부에서, 상기 기하학적 형상은 정사각형을 포함할 수 있다. 상기 대칭 코너 특징부에서, 상기 각각의 기하학적 형상 세트는, 가장 큰 형상과, 상기 가장 큰 형상으로부터 2개의 직교하는 방향으로 연장되는 2개 이상의 작은 형상들을 포함할 수 있으며, 각 방향에서의 상기 2개 이상의 작은 형상들은 상기 가장 큰 형상으로부터 멀어질수록 크기가 감소한다.
본 발명의 구조 및 동작 모두에 대한 본 발명의 세부 사항은 첨부된 도면을 연구함으로써 부분적으로 얻어질 수 있으며, 첨부의 도면에서, 같은 부호는 같은 부분을 지칭한다.
도 1a는, 본 명세서에 설명된 다양한 실시예와 관련하여 사용될 수 있는, 일 실시예에 따른 프로세서 가능 장치의 일 예를 도시한다.
도 1b는 하나의 선형 어레이를 갖는, 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라(line-scan camera)를 도시한다.
도 1c는 3개의 선형 어레이를 갖는, 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라를 도시한다.
도 1d는 복수의 선형 어레이를 갖는, 일 실시예에 따른 라인 스캔 카메라를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 실시예에 따른 물리적 캘리브레이션 슬라이드를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 경사진 론치 룰링(론치 격자; Ronchi ruling) 특징부를 도시한다.
도 4a는 일 실시예에 따른 곧은 론치 룰링 특징부를 도시한다.
도 4b 내지 4e는 다양한 실시예에 따른 곧은 론치 룰링을 이용한 다양한 테스트를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 다양한 실시예에 따른 별 타겟 특징부를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 십자선 특징부를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 "O"자(letter-O) 특징부를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 해상도 타겟 특징부를 도시한다.
도 9a는 일 실시예에 따른 불스아이(bullseye) 특징부를 도시한다.
도 9b 내지 9e는 다양한 실시예에 따른 불스아이 특징부를 이용한 다양한 테스트를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 삼각형 특징부를 도시한다.
도 11은 실시예에 따른 대칭 코너(symmetric corner) 특징부의 예를 도시한다.
스캐닝 시스템을 캘리브레이션하기 위한 물리적 캘리브레이션 슬라이드의 실시예들이 이하에 설명된다. 이 설명을 읽으면, 다양한 대안적인 실시예 및 대안적인 애플리케이션에서 본 발명을 구현하는 방법이 통상의 기술자에게 명백해질 것이다. 그러나, 비록 본 발명의 다양한 실시예가 본 명세서에서 설명될 것이지만, 이들 실시예들은, 한정이 아닌, 예시 및 설명의 목적으로서만 제공되는 것이 이해될 것이다. 이와 같이, 다양한 실시예에 대한 상세한 설명은 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 범위 또는 광협을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
1. 스캐닝 시스템의 예
도 1a는, 본 명세서에 설명된 다양한 실시예와 관련하여 사용될 수 있는, 프로세서 기반(processor-enabled) 슬라이드 스캐닝 시스템(100)의 일 예의 블록도이다. 대안적인 형태의 스캐닝 시스템(100)은 또한 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 스캐닝 시스템(100)은, 하나 이상의 프로세서(104), 하나 이상의 메모리(106), 하나 이상의 모션 컨트롤러(108), 하나 이상의 인터페이스 시스템(110), 하나 이상의 샘플(116)을 가지는 하나 이상의 유리 슬라이드(114)를 지지하는 하나 이상의 가동 스테이지(112), 샘플(116)을 조명하는 하나 이상의 조명 시스템(118), 각각 광축을 따라 이동하는 광경로(122)를 정하는 하나 이상의 대물 렌즈(120), 하나 이상의 대물 렌즈 포지셔너(positioner; 124), 하나 이상의 선택적인 에피 조명(epi-illumination) 시스템(126)(예를 들어, 형광 스캐닝 실시예에 포함됨), 하나 이상의 포커싱 광학계(128), 하나 이상의 라인 스캔 카메라(130) 및/또는 각각 샘플(116) 및/또는 유리 슬라이드(114)상에 별도의 시야(field of view ; 134)를 정하는 하나 이상의 영역 스캔 카메라(132)를 포함하는 디지털 이미징 장치로서 제시된다. 스캐닝 시스템(100)의 다양한 요소는 하나 이상의 통신 버스(102)를 통해 통신 가능하게 결합된다. 스캐닝 시스템(100)의 다양한 요소들 각각이 복수개 있을 수 있지만, 이하의 설명에서는 단순화를 위해, 이들 각 요소는, 적절한 정보를 전달하기 위해 복수로 설명될 필요가 있는 경우를 제외하고는, 단수로 설명한다.
프로세서(104)는 예를 들어 중앙 처리 장치(CPU) 및 병렬로 명령을 처리할 수 있는 별도의 그래픽 처리 장치(GPU) 또는 병렬로 명령을 처리할 수 있는 멀티 코어 프로세서를 포함할 수 있다. 특정한 구성 요소를 제어하거나 이미지 처리와 같은 특정 기능을 수행하기 위해 추가적인 별도의 프로세서들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 추가 프로세서들은 데이터 입력을 관리하는 보조 프로세서, 부동 소수점 수학 연산들(floating-point mathematical operation)을 수행하기 위한 보조 프로세서, 신호 처리 알고리즘의 빠른 실행에 적합한 아키텍처를 갖는 특수 목적 프로세서(예를 들어, 디지털 신호 프로세서), 메인 프로세서에 종속되는 슬레이브 프로세서(예를 들어, 후치 프로세서(back-end processor)), 라인 스캔 카메라(130), 스테이지(112), 대물 렌즈(120) 및/또는 디스플레이를 제어하기 위한 추가 프로세서(예를 들어, 스캐닝 시스템(100)에 마련된 터치 패널 디스플레이를 포함하는 콘솔). 이러한 추가 프로세서들은 별도의 개별 프로세서들이거나 단일 프로세서에 통합될 수 있다.
메모리(106)는 프로세서(104)에 의해 실행될 수 있는 프로그램에 대한 데이터 및 명령의 저장 공간을 제공한다. 메모리(106)는 데이터 및 명령을 저장하는 하나 이상의 휘발성 및/또는 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 이들 매체에는, 예를 들어 램(RAM; random-access memory), 판독 전용 메모리(ROM; read-only memory), 하드 디스크 드라이브, 이동식 저장 드라이브(removable storage drive; 예를 들어, 플래시 메모리를 포함함) 등이 포함될 수 있다. 프로세서(104)는 메모리(106)에 저장된 명령을 실행하고, 통신 시스템(100)의 전체 기능을 수행하기 위해, 통신 버스(102)를 통해 스캐닝 시스템(100)의 다양한 요소들과 통신하도록 구성된다.
통신 버스(102)는 아날로그 전기 신호 및/또는 디지털 데이터를 전달하도록 구성될 수 있다. 따라서, 통신 버스(102)를 통한 프로세서(104), 모션 컨트롤러(108) 및/또는 인터페이스 시스템(110)으로부터의 통신은, 전기 신호 및 디지털 데이터를 모두 포함할 수 있다. 프로세서(104), 모션 컨트롤러(108) 및/또는 인터페이스 시스템(110)은 또한, 무선 통신 링크를 통해 스캐닝 시스템(100)의 하나 이상의 다양한 요소와 통신하도록 구성될 수 있다.
모션 컨트롤 시스템(108)은 스테이지(112)의 X, Y 및/또는 Z 이동(예를 들어, XY 평면 내에서), 대물 렌즈(120)의 X, Y 및/또는 Z 이동(예를 들어, 대물 렌즈 포지셔너(124)를 통해, XY 평면에 직교하는 Z축을 따라), 본 명세서의 다른 곳에 기재된 컨베이어 벨트(carousel)의 회전 운동, 본 명세서의 다른 곳에 기재된 푸시/풀 어셈블리의 횡방향 이동 및/또는 스캐닝 시스템(100)의 다른 가동 구성 요소의 이동을 정밀하게 제어하고 조정하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 에피 조명 시스템(126)을 포함하는 형광 스캐닝 실시예에서, 모션 컨트롤 시스템(108)은 에피 조명 시스템(126)에서 광학 필터 등의 이동을 조정하도록 구성될 수 있다.
인터페이스 시스템(110)은 스캐닝 시스템(100)이 다른 시스템 및 인간 조작자와 접속할 수 있게 한다. 예를 들어, 인터페이스 시스템(110)은, 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 조작자에게 직접 정보를 제공, 및/또는 터치 센서를 통해 조작자로부터의 직접 입력을 허용하기 위한 콘솔(예를 들어, 터치 패널 디스플레이)을 구비할 수 있다. 또한 인터페이스 시스템(110)은, 스캐닝 시스템(100)과, 그 스캐닝 시스템(100)에 직접적으로 연결된 하나 이상의 외부 장치(예를 들어, 프린터, 이동식 저장 매체 등)의 사이, 및/또는 그 스캐닝 시스템(100)에 간접적으로 연결된 하나 이상의 외부 장치 사이에, 예를 들어 하나 이상의 네트워크(예를 들어, 이미지 저장 시스템, 스캐너 관리 운영자(SAM; scanner administration manager) 서버 및/또는 다른 관리 서버, 조작자 스테이션, 사용자 스테이션 등)를 통해, 통신 및 데이터 전송을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
조명 시스템(118)은 샘플(116)의 적어도 일부를 조명하도록 구성된다. 조명 시스템(118)은, 예를 들어 하나 이상의 광원 및 조명 광학계를 포함할 수 있다. 광원(들)은, 광 출력을 최대화하기 위하여 오목한 반사경을 갖는 가변 강도 할로겐 광원과, 열을 억제하기 위하여 KG-1 필터를 포함할 수 있다. 광원(들)은, 임의의 유형의 아크 램프, 레이저 또는 다른 광원을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 조명 시스템(118)은, 라인 스캔 카메라(130) 및/또는 영역 스캔 카메라(132)가 샘플(116)을 투과하는 광 에너지를 감지하도록, 투과 모드로 샘플(116)을 조명한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 조명 시스템(1i8)은, 라인 스캔 카메라(130) 및/또는 영역 스캔 카메라(132)가 샘플(116)으로부터 반사되는 광 에너지를 감지하도록, 반사 모드로 샘플(116)을 조명하도록 구성될 수 있다. 조명 시스템(118)은, 광학 현미경 검사의 임의의 공지된 모드에서 샘플(116)의 조사에 적합하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 스캐닝 시스템(100)은 형광 스캐닝을 위한 스캐닝 시스템(100)을 최적화하기 위한 에피 조명시스템(126)을 포함한다. 형광 스캐닝이 스캐닝 시스템(100)에 의해 지원되지 않으면 에피 조명 시스템(126)은 생략될 수 있음을 이해해야 한다. 형광 스캐닝은 특정 파장에서 광을 흡수(즉, 여기)할 수 있는 광자 민감성 분자들(photon-sensitive molecules)인 형광 분자들을 포함하는 샘플(116)의 스캐닝이다. 이들 광자 민감성 분자는 또한, 더 높은 파장에서 광을 방출한다. 이 광루미네선스(photoluminescence) 현상의 효율성은 매우 낮기 때문에 방출된 광의 양은 흔히 매우 낮다. 이 낮은 양의 방출된 광은, 전형적으로 샘플(116)을 스캐닝 및 디지털화하기 위한 종래의 기술(예를 들어, 투과 모드 현미경 검사)을 좌절시킨다.
유리하게는, 형광 스캐닝을 이용하는 스캐닝 시스템(100)의 일 실시예에서, 다수의 선형 센서 어레이를 포함하는 라인 스캔 카메라(130)(예를 들어, 시간 지연 적분(TDI; time-delay-integration) 라인 스캔 카메라)의 사용은, 샘플(116)의 동일한 영역을 라인 스캔 카메라(130)의 복수의 선형 센서 어레이 각각에 노출시킴으로써, 라인 스캔 카메라(130)의 광에 대한 민감도를 증대시킨다. 이는 낮은 레벨의 방출된 광으로 미약한 형광 샘플을 스캐닝할 때 특히 유용하다. 따라서, 형광 스캐닝 실시예에서, 라인 스캔 카메라(130)는 단색 TDI 라인 스캔 카메라(monochrome TDI line-scan camera)인 것이 바람직하다. 단색 이미지들은, 샘플(116) 상에 존재하는 다양한 채널로부터의 실제 신호를 보다 정확하게 표현하므로, 형광 현미경 검사에 이상적이다. 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 형광 샘플은 상이한 파장에서 광을 방출하는 다수의 형광 염료("채널"이라고도 불림)에 의해 분류될 수 있다.
또한, 다양한 형광 샘플의 로우 엔드 및 하이 엔드 신호 레벨이, 라인 스캔 카메라(130)가 감지하는 파장들의 넓은 스펙트럼을 나타내므로, 라인 스캔 카메라(130)가 감지할 수 있는 로우 엔드 및 하이 엔드 신호 레벨도 마찬가지로 넓은 것이 바람직하다. 따라서, 형광 스캐닝 실시예에서, 라인 스캔 카메라(130)는 단색 10 비트의 64-선형 어레이 TDI 라인 스캔 카메라를 포함할 수 있다. 이러한 실시예와 함께 사용하기 위해, 라인 스캔 카메라(130)용의 다양한 비트 심도(bit depths)가 사용될 수 있음을 알아야 한다.
가동 스테이지(112)는, 프로세서(104) 또는 모션 컨트롤러(108)의 제어하에 정확한 X-Y 이동을 하도록 구성된다. 가동 스테이지(112)는, 프로세서(104) 또는 모션 컨트롤러(108)의 제어하에 정확한 Z 이동을 하도록 구성될 수도 있다. 가동 스테이지(112)는, 라인 스캔 카메라(130) 및/또는 영역 스캔 카메라(132)에 의해 이미지 데이터가 캡처되는 동안, 샘플(116)을 원하는 위치에 위치시키도록 구성된다. 가동 스테이지(112)는 또한, 실질적으로 일정한 속도로 스캐닝 방향으로 샘플(116)을 가속시킨 다음, 라인 스캔 카메라(130)에 의해 이미지 데이터가 캡처되는 동안, 상기 실질적으로 일정한 속도를 유지하도록 구성된다. 일 실시예에서, 스캐닝 시스템(100)은 가동 스테이지(112)상의 샘플(116)의 위치를 유지시키기 위해, 고정밀의 단단하게 조정된 X-Y 그리드를 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 가동 스테이지(112)는, X축 및 Y축 모두에 구비된 고정밀 인코더들을 갖는 리니어 모터 기반 X-Y 스테이지이다. 예를 들어, 매우 정밀한 나노미터 인코더들이, 스캐닝 방향의 축과, 그 스캐닝 방향에 대해 수직이며 스캐닝 방향과 동일 평면상에 있는 방향의 축에서 사용될 수 있다. 스테이지(112)는 또한, 샘플(116)이 배치된 유리 슬라이드(114)를 지지하도록 구성된다.
샘플(116)은 광학 현미경 검사에 의해 조사될 수 있는 것일 수 있다. 예를 들어, 유리 현미경 슬라이드(114)는 조직과 세포, 염색체, 디옥시리보핵산(DNA), 단백질, 혈액, 골수, 소변, 박테리아, 구슬, 생체 검사 재료, 또는, 죽어 있거나 살아있는 혹은 착색되었거나 착색되지 않은 혹은 분류되거나 분류되지 않은 다른 유형의 생물학적 물질이나 재료를 구비한 시편을 보기 위한 기판으로서 자주 사용된다. 샘플(116)은 또한, 상보적 DNA(cDNA; complementary DNA ) 또는 리보 핵산(RNA) 등과 같은, 임의의 유형의 DNA 또는 DNA 관련 물질이나, 임의의 유형의 슬라이드 또는 다른 기판 상에 놓이는 단백질의 어레이일 수 있으며, 마이크로 어레이로서 공지된 임의의 모든 샘플을 포함할 수 있다. 샘플(116)은 미량정량판(microtiter plate)(예를 들어, 96개의 작은 홀을 가지는 플레이트)일 수 있다. 샘플(116)의 다른 예로는 집적 회로 기판, 전기 영동 기록, 페트리 접시, 필름, 반도체 재료, 법의학적 물질 및 가공 부품이 포함된다.
대물 렌즈(120)는, 일 실시예에서, 대물 렌즈(120)에 의해 정해진 광축을 따라 대물 렌즈(120)를 이동시키기 위해 매우 정밀한 리니어 모터를 사용하는 대물렌즈 포지셔너(124)에 장착된다. 예를 들어, 대물 렌즈 포지셔너(124)의 리니어 모터는 50nm 인코더를 포함할 수 있다. X, Y 및/또는 Z축 상에서의 스테이지(112)와 대물 렌즈(120) 간의 상대 위치가, 스캐닝 시스템(100)의 전반적인 작동을 위한 컴퓨터 실행 가능 프로그램 단계를 포함하는 정보 및 명령을 저장하기 위한 메모리(106)를 사용하는 프로세서(104)의 제어하에, 모션 컨트롤러(108)를 사용하여 폐루프 방식으로 조정되고 제어된다.
일 실시예에서, 대물 렌즈(120)는 투과 모드 조명 현미경 검사, 반사 모드 조명 현미경 검사 및/또는 에피 조명 모드 형광 현미경 검사에 적합한 플랜 아포크로매틱("APO") 무한 보정 대물 렌즈(plan apochromatic infinity-corrected objective lens)이다.(예를 들어, Olympus사의 40X, 0.75NA 또는 20X, 0.75 NA). 유리하게는, 대물 렌즈(120)는 색 수차 및 구면 수차를 보정할 수 있다. 대물 렌즈(120)는 무한 보정 렌즈이므로, 포커싱 광학계는, 대물 렌즈(120)를 통과하는 광 빔이 콜리메이팅 광 빔으로 되는 대물 렌즈(120) 상방의 광경로(122) 상에 배치될 수 있다. 포커싱 광학계(128)는, 대물 렌즈(120)에 의해 캡처된 광 신호를 라인 스캔 카메라(130) 및/또는 영역 스캔 카메라(132)의 광 반응성 요소들 상에 포커싱하며, 필터나 배율 변환기 렌즈(magnification changer lens) 등과 같은 광학 부품들을 포함할 수 있다. 포커싱 광학계(128)와 결합된 대물 렌즈(120)는 스캐닝 시스템(100)에 대한 전체 배율을 제공한다. 일 실시예에서, 포커싱 광학계(128)는 튜브 렌즈 및 선택적 2X 배율 변환기를 포함할 수 있다. 유리하게는, 2X 배율 변환기는 20X 대물 렌즈(120)가 40X로 샘플(116)을 스캐닝할 수 있게 한다.
라인 스캔 카메라(130)는 적어도 화소(픽셀; 142)들의 선형 어레이를 적어도 하나 포함한다. 라인 스캔 카메라(130)는 단색 또는 컬러 라인 스캔 카메라일 수 있다. 컬러 라인 스캔 카메라는 전형적으로 적어도 3개의 선형 어레이를 가지며, 단색 라인 스캔 카메라는 단일의 선형 어레이 또는 복수의 선형 어레이를 가질 수 있다. 카메라의 일부로 패키징되거나 이미징 전자 모듈에 맞춤형으로 통합된 임의의 유형의 단일 또는 복수의 선형 어레이도 사용될 수 있다. 예를 들어, 3개의 선형 어레이("적-녹-청" 또는 "RGB") 컬러 라인 스캔 카메라 또는 96 선형 어레이 흑백 TDI가 사용될 수도 있다. TDI 라인 스캔 카메라는 전형적으로, 표본의 미리 이미지화된 영역들부터의 강도 데이터를 합산함으로써, 출력 신호에서 실질적으로 더 나은 신호 대 잡음비( "SNR")를 제공하며, 통합 스테이지들(integration stages) 수의 제곱근에 비례하는 SNR의 증가를 만들어낸다. TDI 라인 스캔 카메라는 다수의 선형 어레이를 포함한다. 예를 들어, TDI 라인 스캔 카메라는 24, 32, 48, 64, 96 또는 더 많은 선형 어레이를 사용할 수 있다. 스캐닝 시스템(100)은 또한, 512픽셀을 가지는 것들, 1,024픽셀을 가지는 것들 및 4,096픽셀을 가지는 것들을 포함하는 다양한 포맷으로 제조된 선형 어레이들을 지원한다. 마찬가지로, 다양한 픽셀 크기를 갖는 선형 어레이들도 또한 스캐닝 시스템(100)에 사용될 수 있다. 임의의 유형의 라인 스캔 카메라(130)의 선택을 위한 핵심적인 요건은, 스테이지(112)의 움직임이 라인 스캔 카메라(130)의 라인 속도와 동기화되어, 샘플(116)의 디지털 이미지가 캡처되는 동안 스테이지(112)가 라인 스캔에 대해 동작할 수 있어야 하는 것이다.
일 실시예에서, 라인 스캔 카메라(130)에 의해 생성된 이미지 데이터는 메모리(106)의 일부에 저장되고 프로세서(104)에 의해 처리되어 샘플(116)의 적어도 일부의 연속된 디지털 이미지를 생성한다. 인접한 디지털 이미지는 프로세서(104)에 의해 추가로 처리될 수 있고, 처리된 연속된 디지털 이미지도 메모리(106)에 저장될 수 있다.
2개 이상의 라인 스캔 카메라(130)를 갖는 실시예에서, 라인 스캔 카메라(130) 중 적어도 하나는, 이미징 센서로서 기능하도록 구성된 적어도 하나의 다른 라인 스캔 카메라(130)와 함께 작동하는 포커싱 센서로서 기능하도록 구성될 수 있다. 포커싱 센서는 이미징 센서와 동일한 광축상에 논리적으로 위치될 수 있으며, 또는, 포커싱 센서는 스캐닝 시스템(100)의 스캐닝 방향에 대해 이미징 센서의 전방 또는 후방에, 논리적으로 위치될 수 있다. 이와 같이 포커싱 센서로서 기능하는 적어도 하나의 라인 스캔 카메라(130)를 갖는 일 실시예에서, 포커싱 센서에 의해 생성된 이미지 데이터가 메모리(106)의 일부분에 저장되고 프로세서(104)에 의해 처리되어 초점 정보를 생성함으로써, 스캐닝 시스템(100)이 샘플(116)과 대물 렌즈(120) 사이의 상대적인 거리를 조정하여 스캐닝 중에 샘플(116)상에 초점을 유지하게 하게 할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 포커싱 센서로서 기능하는 적어도 하나의 라인 스캔 카메라(130)는, 포커싱 센서의 복수의 개별 화소(142)들 각각이 광경로(122)를 따라 상이한 논리적 높이에 위치하도록, 향해져 있을 수 있다.
동작중에, 스캐닝 시스템(100)의 다양한 부품들 및 메모리(106)에 저장된 프로그래밍된 모듈은 유리 슬라이드(114) 상에 배치된 샘플(116)의 자동 스캐닝 및 디지털화를 가능하게 한다. 유리 슬라이드(114)는 샘플(116) 스캐닝을 위해 스캐닝 시스템(100)의 가동 스테이지(112) 상에 확고하게 배치된다. 프로세서(104)의 제어하에, 가동 스테이지(112)는 샘플(116)을, 라인 스캔 카메라(130)에 의해 감지되도록, 실질적으로 일정한 속도로 가속시키는데, 스테이지(112)의 속도는 라인 스캔 카메라(130)의 라인 속도와 동기화되어 있다. 이미지 데이터의 스트라이프를 스캐닝한 후, 가동 스테이지(112)는 샘플(116)을 감속시켜서 실질적으로 완전히 정지시킨다. 이어서, 가동 스테이지(112)는 스캐닝 방향과 직교하는 방향으로 이동하여 샘플(116)을 이미지 데이터의 후속 스트라이프(예를 들어, 인접한 스트라이프)의 스캐닝을 위한 위치에 위치시킨다. 이어서, 샘플(116)의 모든 부분 또는 전체 샘플(116)이 스캔될 때까지 추가의 스트라이프들이 스캐닝된다.
예를 들어, 샘플(116)의 디지털 스캐닝중에, 샘플(116)의 연속적인 디지털 이미지가, 인접한 이미지 스트라이프를 형성하기 위해 서로 결합된 복수의 연속된 시야로서 획득된다. 복수의 인접한 이미지 스트라이프는, 샘플(116)의 일부 또는 전체의 연속된 디지털 이미지를 형성하기 위해 마찬가지로 결합된다. 샘플(116)의 스캐닝은 수직 이미지 스트라이프들 또는 수평 이미지 스트라이프들을 획득하는 것을 포함할 수 있다. 샘플(116)의 스캐닝은 위에서부터 아래로, 또는 아래에서부터 위로, 또는 그 둘 모두(즉, 양방향으로)일 수 있으며, 샘플(116)상의 임의의 점에서부터 시작할 수 있다. 대안적으로, 샘플(116)의 스캐닝은 왼쪽에서부터 오른쪽으로, 또는 오른쪽에서부터 왼쪽으로, 또는 그 둘 모두(즉, 양방향으로)일 수 있으며, 샘플(116)상의 임의의 점에서부터 시작할 수 있다. 이미지 스트라이프들을 인접하거나 연속된 방식으로 획득할 필요는 없다. 또한, 얻어지는 샘플(116)의 이미지는 샘플(116) 전체의 이미지 또는 샘플(116)의 일부분 만의 이미지일 수 있다.
일 실시예에서, 컴퓨터 실행 가능 명령(예를 들어, 프로그래밍된 모듈 및 소프트웨어)은 메모리(106)에 저장되며, 실행될 때, 스캐닝 시스템(100)이 본 명세서에 기재된 다양한 기능(예를 들어, 그래픽 사용자 인터페이스의 디스플레이하여, 개시된 프로세스의 실행, 스캐닝 시스템(100)의 구성 요소들의 제어 등)을 수행할 수 있게 한다. 본 설명에서, "컴퓨터 판독 가능 저장 매체"라는 용어는, 프로세서(104)에 의한 실행을 위해 컴퓨터 실행 가능한 명령을 저장하고 스캐닝 시스템(100)에 제공하는데 사용되는 임의의 매체를 지칭하는데 사용된다. 이 매체의 예들에는, 메모리(106), 및 스캐닝 시스템(100)에 직접적으로(예를 들어 범용 직렬 버스(USB)나 무선 통신 프로토콜 등을 통해), 또는 간접적으로(예를 들어, 유선 및/또는 무선 네트워크를 통해) 통신 가능하게 결합된 임의의 이동식 혹은 외장 저장 매체(미도시)가 포함된다.
도 1b는 전하 결합 소자(charge-coupled device; CCD) 어레이로서 구현될 수 있는 단일의 선형 어레이(140)를 가지는 라인 스캔 카메라(130)를 도시한다. 단일 선형 어레이(140)는 복수의 개별 픽셀(142)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 단일 선형 어레이(140)는 4,096개의 픽셀(142)을 가진다. 다른 실시예에서, 선형 어레이(140)는 더 많거나 적은 픽셀을 가질 수 있다. 예를 들어, 선형 어레이의 공통 포맷에는 512픽셀, 1,024 및 4,096 픽셀이 포함된다. 픽셀(142)들은 선형 어레이(140)를 위한 시야(134)를 정하도록 선형 방식으로 배치된다. 시야(134)의 크기는 스캐닝 시스템(100)의 배율에 따라 다르다.
도 1c는, 그 각각이 CCD 어레이로서 구현될 수 있는 3개의 선형 어레이(140)를 갖는 라인 스캔 카메라(130)를 도시한다. 3개의 선형 어레이(140)는 결합되어 컬러 어레이(150)를 형성한다. 일 실시예에서, 컬러 어레이(150)의 각각의 개별 선형 어레이는 예를 들어 적색, 녹색 또는 청색을 포함하는 상이한 색 강도를 검출한다. 컬러 어레이(150)의 각각의 개별 선형 어레이(140)로부터의 컬러 이미지 데이터는 결합되어서 컬러 이미지 데이터의 단일 시야(134)를 형성한다.
도 1d는, 그 각각이 CCD 어레이로서 구현될 수 있는 복수의 선형 어레이(140)를 갖는 라인 스캔 카메라(130)를 도시한다. 복수의 선형 어레이(140)는 결합되어서 TDI 어레이(160)를 형성한다. 유리하게는, TDI 라인 스캔 카메라는 표본의 미리 이미지화된 영역들부터의 강도 데이터를 합산함으로써, 출력 신호에서 실질적으로 더 나은 SNR을 제공하며, 선형 어레이(140)(통합 스테이지라고도 지칭됨) 수의 제곱근에 비례하는 SNR의 증가를 만들어낸다. TDI 라인 스캔 카메라는 다양한 수의 선형 어레이(140)를 포함할 수 있다. 예를 들어, TDI 라인 스캔 카메라의 공통 포맷에는 24, 32, 48, 64, 96, 120 및 더 많은 선형 어레이(140)가 포함된다.
2. 물리적 캘리브레이션 슬라이드
개시된 물리적 캘리브레이션 슬라이드는, 독일의 Nussloch의 Leica Biosystems®사에 의해 제조된 브라이트 필드슬라이드 스캐너(bright-field slide scanner)와 같은 스캐닝 시스템(100)을 설정, 정렬 및 캘리브레이션하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드는, 예를 들어 유리 슬라이드(114)와 같이, 25mm x 75mm x 1mm의 물리적 치수를 갖는 유리 슬라이드일 수 있다. 그러나, 다른 크기도 가능하다는 것을 이해해야 한다.
물리적 캘리브레이션 슬라이드는 복수의 특징부를 포함할 수 있으며, 각각의 특징부는 하나 이상의 캘리브레이션 동작을 대상으로 한다. 스캐닝 시스템(100)은 물리적 캘리브레이션 슬라이드상의 복수의 특징부 중 하나 이상을 자동으로 또는 수동 개입으로 스캔할 수 있다. 그리고, 스캐닝 시스템(100)은, 각 스캔된 특징부의 이미지를 사용하여, 캘리브레이션 파라미터들의 계산이나 카메라(130 및/또는 132)의 정렬 등과 같은 캘리브레션 동작을, 예를 들어 프로세서(104)에 의해, 수행할 수 있다. 계산된 캘리브레이션 파라미터들은, 스캐닝 시스템(100)의 설정 파일로 (예를 들어, 메모리(106)에) 저장되어, 스캐닝 시스템(100)을 초기화시마다 로딩 및 재사용될 수 있다.
2.1. 개요
도 2a는 일 실시예에 따른 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)를 도시한다. 도시된 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는, 25mm의 폭(즉, 단축을 따르는 치수) 및 75mm의 길이(즉, 장축을 따르는 치수)를 가진다. 도시된 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 단축 및 장축은 스캐닝 시스템(100)의 X축 및 Y축에 각각 대응하는 것을 이해해야 한다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 단축 및 장축은 각각 Y축 및 X축에 대응할 수 있다. 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는 라벨 영역(210) 및 특징부 박스(220)를 포함할 수 있다.
라벨 영역(210)은 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 목적을 식별하는 텍스트 및/또는 이미지(예들어, "설정-캘리브레이션 슬라이드"), 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 모델(예를 들어, 모델 번호, 개정 번호 등), 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200) 또는 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)와 함께 사용하려는 스캐닝 시스템(100)의 제조업체 등을 포함할 수 있다. 라벨 영역(210)은 디지털 병리학에 사용되는 전형적인 유리 슬라이드(114)의 라벨 영역(예를 들어, 바코드를 포함)의 크기 및 위치에 대응할 수 있다.
특징부 박스(220)는 캘리브레이션에 사용되는 좌표계의 경계 또는 스케일링 인자를 정하는 라인에 의해 구별될 수 있다. 일 실시예에서, 특징부 박스(220)는 48mm x 22mm 일 수 있고, 예를 들어, 크롬 식각된 50μm 두께의 투명한 경계선에 의해 묘사될 수 있다. 특징부 박스(220)는 복수의 특징부(222)를 포함한다. 각각의 특징부(222)는 스캐닝 시스템(100)에 의해 수행될 하나 이상의 교정 동작을 목표로 한다. 적어도 하나의, 잠재적으로는 모든, 특징부(222)은 크롬 식각에 의해 생성된 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 유리 기판 상에 크롬이 증착될 수 있고, 특징부(222)를 나타내는 패턴이, 임의의 잘 알려진 방법을 사용하여, 증착된 크롬에 식각될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 특징부를 나타내는 패턴을 생성하기 위해 크롬 식각 대신 다른 기술이 사용될 수 있다. 이러한 기술은 제한없이, 레이저 라이팅(laser writing)이나 전자빔 라이팅(e-beam writing) 등을 포함한다. 그러나 이러한 기술은, 더 높은 정밀도를 제공할 수 있는 반면에, 일반적으로 더 비싸다.
도 2b는 일 실시예에 따른 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 구체적인 예를 도시한다. 특징부(222)의 특정한 선택 및 배치가 도 2b에 도시되어 있는데, 특징부(222)의 다른 선택 및/또는 배치도 사용될 수 있다. 하나 이상의 특징부(222)는 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 양 축(즉, 단축 및 장축)을 따라 스캐닝하도록 설계될 수 있다. 하나의 주목할만한 예외는, (예를 들어, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 장축 또는 단축에 해당할 수 있는) 스캐닝 축을 따르도록 맞추어질 수 있는 (경사진 및/또는 곧은) 론치 룰링 특징부일 수 있다.
물리적 캘리브레이션 슬라이드(200) 상에 식각된 다양한 라인들(예를 들어, 특징부 박스(220)를 형성하기 위한 선, 특징부 박스(222)의 패턴 등)은, 달리 명시되지 않는 한, 일반적으로 균일한 두께의 것일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 라인들의 두께는 모두 일반적으로 50μm이다. 다른 실시예에서, 라인들의 두께는 모두 일반적으로 100μm일 수 있다. 그러나, 특정 설계 및 비용 목표에 따라, 상이한 라인들에 대하여 상이한 두께들이 사용되는 등, 다른 라인 두께들이 사용될 수도 있다.
일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)에는 커버 슬립(coverslip)이 사용되지 않는다. 커버 슬립은 불균일한 접착과 기포 및/또는 노화에 의한 접착제의 균열로 인해 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200) 전체에 걸쳐 이미지 변형을 초래할 수 있다. 이러한 변형은 스캐닝 시스템(100)의 테스트 중 일부에 영향을 미친다. 그러나, 스캐너가 커버 슬립에 의해 덮인 샘플들을 스캐닝하기에 최적화되어 있다면, 변조 전송 기능(modulation transfer function; MTF) 테스트를 위해 커버 슬립이 추가될 수 있다.
2.2. 경사진 론치 룰링
일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는 경사진 론치 룰링 특징부들(222A, 222B)를 포함한다. 경사진 롤치 룰링 특징부들(222A, 222B)은, MTF 테스트의 수행 및/또는 스캐닝 시스템(100)에 대한 분석 모델의 분석을 위해, 스캐닝 시스템(100)에 의해 사용될 수 있다. 도 3은 일 실시예에 따른 경사진 론치 룰링 특징부들(222A, 222B)의 일부분을 확대하여 도시한다. 도시된 바와 같이, 경사진 론치 룰링 특징부(222A)는 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 단축에 대해 95° 경사진 평행한 론치 룰링들을 포함하는 반면, 경사진 론치 룰링 특징부(222B)은 단축에 대하여 5° 경사진 평 행한 론치 룰링들을 포함한다. 일 실시예에서, 경사진 론치 룰링 특징부들(222A, 222B)의 해상도는 19.68LP(line pairs)/mm 또는 500LP/inch일 수 있다. 경사진 론치 룰링 특징부들(222A, 222B) 각각은, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 장축과 평행한 치수가 더 길고 4mm x 20mm일 수 있다.
2.3. 곧은 론치 룰링
일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는 곧은 론치 룰링 특징부들(222C, 222D)를 포함한다. 곧은 론치 룰링 특징부들(222C, 222D)은, 스캐닝 시스템(100)에 의해, 정렬, 모션 테스트, 색수차 테스트, 초점 확인, 진동 테스트, 좌우 초점 테스트 및/또는 매크로 초점(macro focus; MF) 한계 설정시에 사용될 수 있다. 하나의 곧은 론치 룰링 특징부(222C)는 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 장축과 평행하게 연장되는 평행선들을 포함할 수 있는 반면, 다른 곧은 론치 룰링 특징부(222D)은 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 단축과 평행하게 연장되는 평행선들을 포함할 수 있다. 즉, 곧은 론치 룰링 특징부들(222C, 222D)은 서로 직교할 수 있다. 곧은 론치 룰링 특징부(222C) 및/또는 곧은 론치 룰링 특징부(222D)의 해상도는 100LP/mm일 수 있다. 곧은 론치 룰링 특징부들(222C, 222D) 각각은, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 장축과 평행한 치수가 더 길고 4mm x 20mm일 수 있다.
전술한 바와 같이, 곧은 론치 룰링 특징부들(222C, 222D)은 초점을 확인하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4a는 동일한 곧은 론치 룰링 특징부(222c)을 나타내는 것으로, 왼쪽에서부터 오른쪽으로, 초점이 맞은 상태 및 초점이 맞지 않은 상태를 도시한다.
전술한 바와 같이, 곧은 론치 룰링 특징부들(222C, 222D)은 진동 테스트(예를 들어, 측정)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4b는 동일한 곧은 론치 룰링 특징부(222c)을 나타내는 것으로, 왼쪽에서부터 오른쪽으로, 무진동 상태 및 진동 상태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 인접한 평행한 론치 라인들 사이의 가변적인 거리는 스캐닝 시스템(100)에서 진동의 효과를 측정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 효과는 물리적 캘리브레이션 슬라이드의 스캔된 이미지에서의 인접한 평행한 론치 라인들 간의 거리와, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)에서의 론치 라인들 간의 알려진 실제 거리 사이의 차이에 기초하여 계산되는 오류로서 나타내어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 곧은 론치 룰링 특징부들(222C, 222D)은 색수차 테스트에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4c는 곧은 론치 룰링 특징부(222C)을 사용한 횡방향 색 테스트를 도시한다.
전술한 바와 같이, 곧은 론치 룰링 특징부들(222C, 222D)은 모션 테스트에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4d는 곧은 론치 룰링 특징부(222D)을 사용한 스캔 속도 테스트 및 3선형 센서(trilinear sensor) 간격 테스트를 도시한다. 좌측은 정확한 스캔 속도를 이용하여 획득된 곧은 롤치 룰링 특징부(222D)의 이미지를 도시한 반면, 우측은 잘못된 스캔 속도를 사용하여 획득된 동일한 곧은 론치 룰링 특징부(222D)의 이미지를 도시한다. 정확한 이미지 종횡비(aspect ratio)를 달성하기 위해, 스캐닝 시스템(100)의 스캔 속도(예를 들어, 스테이지(112)의 속도)는 라인 스캔 카메라(130)의 라인 속도와 동기화되어야 한다. 라인 스캔 카메라(130)에서의 라인 공간 보정 파라미터를 조정함으로써 컬러 시프트는 보정될 수 있지만, 이미지 종횡비는 부정확할 것이다.
전술한 바와 같이, 곧은 론치 룰링 특징부들(222C, 222D)은 정렬에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4e는 곧은 롤치 룰링 특징부(222D)을 사용하여 라인 스캔 카메라(130)의 단축에서의 카메라 회전의 검출을 도시한다. 좌측은 일방향으로의 회전을 나타내고, 우측은 반대 방향으로의 회전을 나타내고, 중간은 정렬 상태(즉, 회전 없는 상태)를 나타낸다.
2.4. 별 타겟
일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는 별 타겟 특징부(222E)를 포함한다. 별 타겟 특징부(222E)은 정렬 마크, 및 스캐닝 시스템(100)에 의한 포커싱 테스트용 타겟으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 5a는 일 실시예에 따른 별 타겟 특징부(222E)를 확대하여 도시한다. 도시된 바와 같이, 별 타겟 특징부(222E)은 36개의 웨지 쌍(wedge pair), 즉 총 72개의 웨지를 가지는 원(510)을 포함한다. 각각의 웨지 쌍은 완전히 식각된 웨지(fully etched wedge; 520A) 및 크롬 웨지(520b)를 포함하며, 각 웨지는 원(510)의 5°를 나타낸다. 또한, 원(510)은 코어(530)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 원(510)의 외경은 2mm이고, 원(510)의 코어(530)는 0.030mm의 직경으로 완전히 식각되어 있다. 제조 가능한 해상도에 따라 다른 수와 다른 크기의 웨지(520) 및/또는 다른 크기(예를 들어, 0.001mm 직경)의 코어(540)가 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 도 5에서, 별 타겟 특징부(222E)은 코어(530)와 원(510)의 원주 사이에 하나 이상의 식각된 내부 원(540)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 내부 원(540)은, 18LP/mm의 등가 매크로 이미지 해상도에 대하여 50μm의 라인 두께 및 0.637mm의 내경을 가질 수 있다. 매크로 초점 정렬 중에, 별 타겟 특징부(222E)는 이 내부 원(540)의 외부에서 분석할 수 있어야 한다. 따라서, 이 내부 원(540)은 매크로 이미징의 통과/실패 테스트에 사용될 수 있다.
도 5b는 일 실시예에 따른 별 타겟 특징부(222e)의 코어(530)를 확대하여 도시한다. 일 실시예에서, 별 타겟 특징부(222E)의 코어(530)는, 스타 별 타겟 특징부(222E)의 중심에 도트(dot; 550)(예를 들어, 크롬)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도트(550)는 1.3μm의 직경을 가질 수 있다. 코어(530) 및/또는 도트(550)는 미세 정렬, 위치 결정 및/또는 등록(예를 들어, 매크로 코너 인덱스 정렬(macro corner index alignment))에 사용될 수 있다.
2.5. 십자선
일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는 십자선 특징부(222F)를 포함한다. 예를 들어, 도 6은 일 실시예에 따른 십자선 특징부(222F)를 확대하여 도시한다. 도시된 바와 같이, 십자선 특징부(222F)는 외부 사각형(610)을 거의 채우는 중심 십자선(20)을 둘러싸는 외부 사각형(610)을 포함할 수 있다. 또한, 더 작은 오프셋 십자선(630)은 외부 사각형(610) 내의 일 코너(예를 들어, 오른쪽 아래 코너)에 위치될 수 있다. 십자선들(620, 630) 각각은, 직교하는 2개의 이방성 라인을 포함할 수 있다. 외부 직사각형(610) 및/또는 중심 십자선(620)의 라인 두께는 50μm일 수 있지만, 오프셋 십자선(630)의 라인 두께는 10μm(예를 들어, 0.26μm/픽셀 해상도를 가지는 약 38픽셀에 대응함)일 수 있다. 중심 십자선(620)은 3mm x 9mm일 수 있는 반면, 오프셋 십자선(630)은 1.5mm x 2mm일 수 있다. 일 실시예에서, 외부 사각형(610)의 폭(즉, 단축을 따르는 길이)는 4mm이다.
십자선 특징부(222F)의 중심 십자선(620)은 매크로 이미징에서 좌표계의 중심을 정할 수 있고, 예를 들어 특징부 박스(220)의 정확한 중심에 위치할 수 있다. 오프셋 십자선(630)은 고해상도 카메라들(예를 들어, 초점 카메라(132) 및/또는 라인 스캔 카메라(130)의 이미징 센서) 간의 미세 정렬에 사용될 수 있다.
2.6. 클리어 영역
일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는 클리어 영역 특징부(222G)을 포함한다. 클리어 영역 특징부(222G)는 조명 보정에 사용될 수 있는 공백 영역 또는 예컨대 완전 식각에 의해 제거된 영역을 포함한다. 도시된 바와 같이, 경사진 론치 룰링 특징부(222B)와 곧은 론치 룰링 특징부(222C) 사이의 영역이 클리어 영역으로서 사용될 수 있다. 예로서, 클리어 영역 특징부(222G)는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 장축과 평행한 치수가 더 길고 4mm x 10mm일 수 있다.
2.7. "O"자
일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는 "O"자 특징부(222H)을 포함한다. "O"자 특징부(222H)는 매크로 이미징을 위한 문자 "O"를 포함한다. 도 7은 일 실시예에 따른 "O"자 특징부를 도시한다. "O"자 특징부(222H)는 회전 대칭이며 스캔 축에 대해 독립적일 수 있다. "O"자의 라인 두께는, 쉬운 식별을 위해 20픽셀을 근사화하여, 300μm 이상(예 : 350μm)일 수 있으며, "O"자의 직경은 3mm일 수 있다. "O"자은 크롬 식각에 의해 형성될 수 있으므로 문자 "O"자이 크롬에 남는다. 유리하게는, "O"자의 에지들은 매크로 포커싱을 판단하기 위해 사용할 수 있다.
2.8. 해상도 타겟
일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는 해상도 타겟 특징부(222I)를 포함한다. 해상도 타겟 특징부(222I)는 매크로 및/또는 마이크로 이미징을 위한 하나 이상의 해상도 타겟을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에서, 해상도 타겟 특징부(222I)는 국립 표준 및 기술 연구소(NIST) 및 국가 표준(NBS) 1010A 표준을 준수하는 7개의 해상도 타겟을 포함한다. 이 해상도 타겟들은 매크로 이미징을 위한 위치 마크로서 8.0cycle/mm(예를 들어, 62.5μm의 선폭)의 타겟, 매크로 이미징을 위한 14.0, 16.0 및 18.0cycle/mm 타겟들(예를 들어, 각각 약 2픽셀을 나타내는 선폭을 가짐), 4x 이미징을 위한 101.2cycle/mm 타겟, 10x 이미징(예: 최선의 노력)을 위한 255.2cycle/mm 타겟, 및 20x 이미징을 위한 510.0cycle/mm(또는 500.0 또는 510.2 cycle/mm) 타겟(예를 들어, 1μm의 선폭을 가짐)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 해상도 타겟 특징부(222I)에서의 적어도 하나의 해상도 타겟은 확대된 이미지에 대한 보다 쉬운 식별을 위해 둘러질 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 510.0 cycle/mm의 해상도 타겟과 255.2cycle/mm의 해상도 타겟 둘 모두의 둘레에 원이 식각될 수 있다.
2.9. 불스아이
일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는 불스아이 특징부(222J)를 포함한다. 불스아이 특징부(222J)는 왜곡 테스트, 스티칭 에러(stitching error) 테스트, 카메라 이탈(walk-off) 테스트, 영역 카메라 회전 테스트 및/또는 스트라이프 정렬 테스트에 사용할 수 있다. 불스아이 특징부(222J)는 불스아이들의 군집(즉, 불스아이들의 2차원 배열)을 포함할 수 있다. 상기 군집에는 정사각형상으로 밀접하게 배열된 1,000 x 1,000개의 불스아이(즉, 백만개의 불스아이)가 포함될 수 있다. 그러나, 설계 및 비용 제약 조건에 따라 다른 규모로 할 수도 있다. 도 9a는 일 실시예에 따른 7 x 11개의 불스아이들 부분을 도시한다. 각 불스아이는 20μm의 원의 중심에 5μm의 도트를 포함할 수 있으며, 불스아이 특징부(222J) 내의 불스아이들 전체의 군집은 양 축(즉, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 단축과 장축 모두)을 따라 대칭인 20mm x 20mm의 정사각 군집일 수 있다.
전술한 바와 같이, 불스아이 특징부(222J)는 왜곡 테스트에 사용될 수 있다. 도 9b는 불스아이들의 군집을 사용하여 1 차원 및 2 차원 왜곡의 예를 도시한다.
전술한 바와 같이, 불스아이 특징부(222J)는 스티칭 에러 테스트 사용될 수 있다. 도 9c는 불스아이들의 군집의 일부를 사용하여 상하 스티칭 오류 및 좌우 스티칭 에러의 예를 도시한다.
전술한 바와 같이, 불스아이 특징부(222J)는 카메라 이탈 테스트를 하기 위해(예를 들어, 스캐닝 시스템(100)이 복수의 카메라(130 및/또는 132)를 포함하는 경우에 동기되지 않은 카메라를 테스트하기 위해) 사용될 수 있다. 도 9d는 불스아이들의 군집을 이용한 카메라 이탈 테스트의 예를 도시한다.
전술한 바와 같이, 불스아이 특징부(222J)는 영역 스캔 카메라(132)의 회전을 검출하는데 사용될 수 있다. 도 9e는 영역 카메라 회전 테스트의 예를 도시한다. 좌측은 일방향으로의 회전을 나타내고, 우측은 반대 방향으로의 회전을 나타내고, 중간은 정렬 상태(즉, 회전 없는 상태)를 나타낸다.
2.10. 삼각형
일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는 적어도 하나의 삼각형 특징부(222K)를 포함한다. 삼각형 특징부(222K)는 2개의 카메라(130(예를 들어, 메인 이미징 및 포커싱 센서) 및/또는 132)의 시야(FOV)들의 일치 및/또는 매크로 이미지 포커싱을 위해 사용될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 삼각형 특징부(222K)는 45° 이등변 삼각형을 포함할 수 있다. 예를 들어, 삼각형은 3mm의 너비, 3.6mm의 높이를 가질 수 있으며, 50μm의 두께(예를 들어, 13μm/픽셀의 매크로 이미지 해상도에서 4픽셀로 분해됨)를 가지는 라인에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 서로에 대해 90° 배향된 2개의 삼각형 특징부(222K)가(예를 들어, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 단축을 따라 특징부(222F)의 대변(對邊)들에) 있을 수 있다.
2.11. 대칭 코너
일 실시예에서, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)의 단축 및 장축 모두를 따라 대칭이며, "L" 패턴으로 배열된 점들의 어레이 및/또는 정사각형의 어레이 등의, 1세트 이상의 대칭 코너 특징부(222)를 포함한다. 각 코너 특징부(222)는 강체(rigid-body) 정렬에서 예를 들어 횡방향 및/또는 회전방향의 증가된 감도를 위해, 즉 미세 정렬을 위해, 사용될 수 있다.
도 11은 코너 특징부(222)의 두 가지 예를 도시한다. 물리적 캘리브레이션 슬라이드(200)는 이 예들 중 하나 또는 모두를 포함할 수도 있고, 모두를 포함하지 않을 수도 있다. 두가지 예 모두에서, 코너 특징부(222)는 박스의 두 개의 대향하는 코너에 두 세트의 완전히 식각된 기하학적 형상 세트를 포함하며, 그 기하학적 형상 세트들은 박스의 두 대각선 모두에 대해 서로 대칭이다. 각 코너에, 기하학적 형상들은, 코너에 있는 가장 큰 형상과, 코너로부터 크기가 감소되면서 "L" 패턴으로 연장되는 추가의 형상들을 가지도록, 배치된다. 형상들은, 중심들간 거리 0.5mm만큼 서로로부터 이격되어 있고, 총 0.7mm FOV를 커버할 수 있다.
좌측 예에서, 기하학적 형상들은 정사각형들이며, 정사각형들은 코너 정사각형과, 코너 정사각형으로부터 직교하는 방향으로 연장되는 2개의 어레이의 정사각형들을 포함하며, 각 어레이의 정사각형들은(예를 들어, 0.05mm의 중심들간 거리만큼) 이격되어 있다. 코너 정사각형은 100μm의 폭을 가질 수 있으며, 각 어레이의 정사각형들은, 코너 정사각형으로부터 가장 먼 정사각형에서부터 코너 정사각형으로부터 가장 가까운 정사각형까지, 각각, 5μm, 10μm, 25μm 및 50μm의 폭을 가질 수 있다.
우측 예에서, 기하학적 형상들은 도트(dot)들이며, 도트들은 코너 도트와, 코너 도트로부터 직교하는 방향으로 연장되는 2개의 어레이의 도트들을 포함하며, 각 어레이의 도트들은(예를 들어, 0.05mm의 중심들간 거리만큼) 이격되어 있다. 코너 도트는 100μm의 직경을 가질 수 있으며, 각 어레이의 도트들은, 코너 도트로부터 가장 먼 도트에서부터 코너 도트로부터 가장 가까운 도트까지, 각각, 5μm, 10μm, 25μm 및 50μm의 직경을 가질 수 있다. 동일한 코너 특징부(222) 내에, 도트 또는 정사각형이 아닌 다른 형상을 포함하는 다른 기하학적 형상들이 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
일 실시예에서, 코너 특징부(222)는 컬러 센서(예를 들어, 라인 스캔 카메라(130)의 메인 이미징 센서) 및 제2 센서(예를 들어, 영역 스캔 카메라(132) 및/또는 라인 스캔 카메라(130)의 초점 센서) 모두의 센서 직각도를 확인하는데 사용될 수 있다. 구체적으로, 코너 특징부(222)의 스캔된 이미지는, 각각의 센서가 왜곡되어 있는지(즉, 수직이 아닌지)의 여부를 보여줄 수 있다.
일 실시예에서, 코너 특징부(222)는 영역 스캔 카메라(132) 및/또는 라인 카메라(130)의 메인 이미징 센서 및 포커싱 센서와 같은 2개의 카메라를 정렬하는데 사용될 수 있다. 구체적으로, 양 카메라로부터의 코너 특징부(222)의 이미지들은 서로 중첩될 수 있다. 만일, 흐릿함이 있으면 2개의 카메라는 정렬되어 있지 않다. 그러면, 2개의 중첩된 이미지가 정렬될 때까지(즉, 더 이상 흐릿하지 않을 때까지) 카메라들의 횡방향 이동 및/또는 회전이 수행될 수 있다.
개시된 실시예의 상기 설명은 통상의 기술자가 본 발명을 제조하거나 사용할 수 있도록 하기 위해 제공된다. 이들 실시예들에 대한 다양한 변형은 통상의 기술자에게 충분히 명백할 것이며, 본 명세서에 기재된 일반적인 원리는, 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서, 다른 실시예에 적용될 수 있다. 그러므로, 본 명세서에 제시된 설명 및 도면은, 본 발명의 현재 바람직한 실시예를 나타내며 따라서, 본 발명에 의해 광범위하게 고려되는 주제를 대표한다는 것임이 이해될 것이다. 본 발명의 범위는, 통상의 기술자에게 자명한 다른 실시예들을 모두 포함하는 것이며, 따라서 본 발명의 범위는 제한되지 않는 것이라는 점도 이해될 것이다.
"A, B 또는 C 중 적어도 하나", "A, B 또는 C 중 하나 이상", "A, B 및 C 중 적어도 하나", "A, B 및 C 중 하나 이상", 및, "A, B, C, 또는 그들의 조합" 등과 같은, 본 명세서에 기재된 조합은, A, B, 및/또는 C의 조합을 포함하며, 다수의 A, 다수의 B, 또는 다수의 C를 포함할 수 있다. "A, B 또는 C 중 적어도 하나", "A, B 또는 C 중 하나 이상", "A, B 및 C 중 적어도 하나", "A, B 및 C 중 하나 이상", 및, "A, B, C, 또는 그들의 조합" 등과 같은, 본 명세서에 기재된 조합은, A, B, 및/또는 C의 조합을 포함하며, 다수의 A, 다수의 B, 또는 다수의 C를 포함할 수 있다. 특히, "A, B 또는 C 중 적어도 하나", "A, B 또는 C 중 하나 이상", "A, B 및 C 중 적어도 하나", "A, B 및 C 중 하나 이상", 및, "A, B, C, 또는 그들의 조합"과 같은 조합은, 'A만', 'B만', 'C만', 'A와 B', 'A와 C', 'B와 C', 또는 ' A와 B와 C'일 수 있으며, 이러한 조합은 A, B 및/또는 C 중 적어도 하나의 성분이, 하나 이상의 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, A와 B의 조합은, '하나의 A와 다수의 B', '다수의 A와 하나의 B', 또는, '다수의 A와 다수의 B'를 포함할 수 있다.

Claims (18)

  1. 장변을 따르는 장축과 단변을 따르는 단축을 가지며, 복수의 식각된 특징부(etched feature)를 포함하는 물리적 캘리브레이션 슬라이드로서,
    상기 복수의 식각된 특징부는 하기의 특징부들 중 2개 이상을 포함하는 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
    상기 장축 및 상기 단축에 대해 경사진 적어도 하나의 평행선 세트를 포함하는 경사진 론치 룰링(slanted Ronchi ruling) 특징부;
    상기 장축 또는 상기 단축과 평행한 적어도 하나의 평행선 세트를 포함하는 곧은 론치 룰링(straight Ronchi ruling) 특징부;
    복수의 웨지 쌍(wedge pair)을 가지는 원을 포함하며, 상기 복수의 웨지 쌍 각각은 식각된 웨지(etched wedge)와 식각되지 않은 웨지를 포함하는, 별 타겟(star target) 특징부;
    적어도 하나의 십자선(crosshair)을 포함하는 십자선 특징부;
    클리어 영역(clear area);
    원을 포함하는 "O"자(letter-O) 특징부;
    하나 이상의 해상도 타겟(resolution target)을 포함하는 해상도 타겟 특징부;
    2차원 불스아이(bullseye) 어레이를 포함하는 불스아이 특징부;
    적어도 하나의 이등변 삼각형을 포함하는 삼각형 특징부; 또는
    L자 형상으로 배치된 기하학적 형상 세트를 대칭적으로 2세트 포함하는 대칭 코너(symmetric corner) 특징부.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사진 론치 룰링, 상기 곧은 론치 룰링, 상기 별 타겟 특징부, 상기 십자선 특징부, 상기 "O"자 특징부, 상기 해상도 타겟 특징부, 상기 불스아이 특징부, 상기 삼각형 특징부, 및 상기 대칭 코너 특징부 각각을 포함하는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 물리적 캘리브레이션 슬라이드는 25mm의 폭과 75mm의 길이는 가지는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사진 론치 룰링 특징부는, 상기 단축에 대해 제1 각도로 경사진 제1 평행선 세트, 및 상기 단축에 대해 상기 제1 각도와는 다른 제2 각도로 경사진 제2 평행선 세트를 포함하는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 각도는 95°이며, 상기 제2 각도는 5°인, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 곧은 론치 룰링 특징부는, 상기 장축과 평행한 제1 평행선 세트, 및 상기 단축과 평행하며 상기 제1 평행선 세트와 직교하는 제2 평행선 세트를 포함하는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 별 타겟 특징부에서, 상기 원은, 중심 도트(dot)를 가지는 식각된 코어를 포함하는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 별 타겟 특징부는 외부 원 내에 내부 원을 포함하는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 십자선 특징부는 중심 십자선과, 상기 중심 십자선보다 작은 오프셋 십자선을 포함하며,
    상기 중심 십자선은 상기 복수의 특징부의 좌표계의 중심을 나타내는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 십자선 특징부는 상기 중심 십자선과 상기 오프셋 십자선 둘레의 직사각형 박스를 포함하며, 상기 중심 십자선은 상기 직사각형 박스 내의 중앙에 있는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 해상도 타겟 특징부는 매크로 포커싱(macro focusing) 및 마이크로 포커싱(micro focusing)을 위한 복수의 해상도 타겟을 포함하는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 해상도 타겟 중 하나 이상은 원에 의해 둘러싸인, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 불스아이 특징부에서, 상기 2차원 불스아이 어레이는, 1,000 x 1,000개의 불스아이 어레이를 포함하며,
    각 불스아이는 원을 포함하며, 그 원의 중심에 도트를 가지는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 삼각형 특징부는 45° 이등변 삼각형을 포함하는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 대칭 코너 특징부에서, 상기 기하학적 형상은 도트를 포함하는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 대칭 코너 특징부에서, 상기 기하학적 형상은 정사각형을 포함하는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 대칭 코너 특징부에서, 상기 각각의 기하학적 형상 세트는, 가장 큰 형상과, 상기 가장 큰 형상으로부터 2개의 직교하는 방향으로 연장되는 2개 이상의 작은 형상들을 포함하며, 각 방향에서의 상기 2개 이상의 작은 형상들은 상기 가장 큰 형상으로부터 멀어질수록 크기가 감소하는, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 특징부는 크롬으로부터 식각된, 물리적 캘리브레이션 슬라이드.
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