改进基于辐射的成像的垂直分辨率的人工制品的制作方法

本公开涉及用于改进诸如例如显微镜法的基于辐射的成像的垂直分辨率的人工制品。此外，本公开涉及用于改进基于辐射的成像的垂直分辨率的方法。此外，本公开涉及用于基于辐射的成像的系统。

背景技术：

在显微镜法和其他相应的基于辐射的成像中，重要的度量包括放大率、视场“fov”、横向分辨率、垂直分辨率、灵敏度以及垂直方向中的景深“dof”。垂直方向基本上与基于辐射的成像中使用的辐射的主传播方向平行，而横向方向垂直于垂直方向。横向分辨率取决于与基于辐射的成像相关的数值孔径“na”，使得可以在横向方向中分辨的最精细的细节的尺寸与λ/2na成比例，其中λ是辐射的中心波长。na是n×sinθ，其中n是物镜工作的介质的折射率，θ是可以进入或离开物镜的光锥的最大半角。垂直分辨率取决于上述na，因此可以在垂直方向中分辨的最精细的细节的尺寸与λ/na²成比例。

在显微镜法和其他相应的基于辐射的成像中，光束不是通过单个理想焦点引导的，而是光束分布变成沙漏形状，在焦平面中具有有限的腰部。作为垂直方向中的位置的函数的光束分布的横向宽度通常被称为腰函数。腰函数的非理想性限制了利用显微镜法和/或其他相应的基于辐射的成像可实现的分辨率。特别是由于腰函数的非理想性，垂直方向中的分辨率受到限制。

技术实现要素：

以下给出简化的内容以提供对不同发明实施例的一些方面的基本理解。该发明内容不是对本发明的广泛的综述。它既不旨在识别出本发明的关键或重要元素，也不旨在描述本发明的范围。以下的发明内容仅以简化的形式给出本发明的一些概念，作为对本发明的示例性和非限制性实施例的更加详细的说明的序言。

根据本发明，提供用于改进基于辐射的成像的垂直分辨率的新人工制品。基于辐射的成像可以是显微镜法或其他相应的基于辐射的成像。在本文件中，术语“垂直分辨率”应在广义上理解，使得根据所考虑的情况，垂直分辨率确定利用其可以确定单个特征的垂直位置的精度和/或区分两个或更多个垂直地相近的特征的能力和/或垂直剖面准确度。

根据本发明的人工制品具有带有阶梯的阶梯式厚度轮廓。相邻的阶梯布置成与在基于辐射的成像中使用的辐射不同地相互作用，使得与首次提及的阶梯相邻的任何阶梯相比，每个阶梯被布置成与辐射不同地相互作用。因此，可以识别出在每个成像情况下哪个阶梯最垂直地接近与基于辐射的成像相关的成像平面。因此，与阶梯中最接近的一个相关的预定垂直位置值可以用作与在所考虑的成像情况下获得的基于辐射的成像结果有关的垂直位置值。

由于可以将适当的垂直位置值与利用成像平面的不同垂直位置获得的基于辐射的成像结果相关联，因此可以将例如，设计用于二维“2d”成像的普通显微镜，用于三维“3d”成像，使得2d图像与基于根据本发明的人工制品的适当的垂直位置值相关联。

根据本发明的示例性和非限制性实施例的人工制品包括具有预定厚度的层。这些层沿垂直方向堆叠在彼此的顶部上。这些层以部分重叠的方式堆叠在彼此的顶部上，以形成上述的阶梯式厚度轮廓。

一个或多个上述的层可以是，例如，但并不是必要地，langmuir-blodgett(朗缪尔-布罗杰特)膜“lbf”。可以以已知的方式制造lbf以具有恒定的厚度，例如，2.5nm。因此，通过控制彼此堆叠的lbf的数量，可以以大约2.5nm的阶梯控制人工制品的厚度轮廓。可以通过在人工制品的不同部分上布置不同数量的堆叠lbf，来实现阶梯式厚度轮廓。该人工制品可以进一步包括由一个或多个层产生的阶梯，每个层由高度有序的热解石墨“hopg”制成并且其厚度大于lbf的厚度。每个hopg层的厚度可以是例如，大约2μm。每个hopg层的厚度可以用约0.3nm的阶梯控制。借助于一个或多个hopg层，可以用较少数量的lbf实现足够厚度的人工制品。在人工制品的不同部分中可以存在不同数量的hopg层，以便实现阶梯式厚度轮廓。在许多情况下，有利的是，构成使辐射从人工制品偏离的人工制品的外表面的至少一部分的每个层是lbf，因为，与例如hopg相比，lbf的光学特性更接近许多生物样本的光学特性。

可以以例如以下方式制造上述类型的人工制品。首先，采用hopg基底并以已知的方式剥离足够数量的hopg层，以具有所期望的厚度。通过使用电子束光刻切除hopg材料可以实现更加可控的厚度。接下来，以已知的方式，通过位于含有例如乙酸双氧铀或cdcl2的单层稳定抗衡离子的亚相(sub-phase)上的单层来浸泡hopg基底来将脂质膜的lbf，例如硬脂酸或卵磷脂，沉积在hopg基底的顶部上。阶梯式厚度轮廓可以通过将制造的校准人工制品较浅地浸泡到用于后续制作lbf层的亚相中来实现。例如通过使用不同的和/或不同地掺杂的lbf膜材料用于相邻的阶梯、通过使用例如电子束光刻以在相邻的阶梯的表面上生成不同的图案和/或纹理、以及/或者以其他合适的方式，人工制品的相邻的阶梯可以布置成与成像辐射不同地相互作用。

通过langmuirblodgett“lb”沉积来准备人工制品的可能的材料是脂肪酸、脂肪醇、脂肪胺、磷脂、甾醇类以及它们的两亲衍生物，因为这些可以用于形成甚至在2-4nm的精确厚度的单层。优选的阶梯高度可以通过langmuirblodgett技术重复多次这些扁平单层的沉积来生成。

上述的层并不一定包含lbf，而是也可以通过模塑、旋压、冲压、或浇铸来生成构成这些层的膜。这些膜可以在载玻片或任意其他基底上生成。在一些情况下，有利的是基底对于辐射是透明的。可以首先在基底上生成基层，然后可以在基层的顶部上生成构成阶梯式厚度轮廓的层。

制造根据本发明的另一个示例性和非限制性实施例的人工制品，使得首先在基底上生成足够厚的层，然后由例如金属构成并具有阶梯状的轮廓的形状抵压在该层上，以使该层成形为具有阶梯式厚度轮廓。

值得注意的是，上述材料和制造方法是非限制性示例，并且根据本发明的不同实施例的人工制品可以以不同的方式制造并且由不同的材料制造，该材料具有合适的与在成像中使用的辐射相互作用特性，并适用于制造合适的阶梯式厚度轮廓。

根据本发明，还提供了用于改进样本的基于辐射的成像的垂直分辨率的新方法。根据本发明的方法包括：

-在基于辐射的成像期间将样本和根据本发明的人工制品同时放置在视场“fov”中，

-当人工制品的阶梯中的一个在垂直方向中比人工制品的任何其他阶梯更接近于与基于辐射的成像相关的成像平面时，生成基于辐射的成像结果，以及

-将与阶梯中的一个相关的预定垂直位置值与基于辐射的成像结果相关联。

根据本发明，还提供了用于样本的基于辐射的成像的新系统。根据本发明的系统包括：

-根据本发明的人工制品，以及

-成像装置，用于在样本和人工制品同时处于成像装置的视场中时，生成基于从样本到达的第一波和从人工制品到达的第二波的成像结果。

成像装置包括用于垂直地转换与基于辐射的成像相关的成像平面的转换机制。

在所附的从属权利要求中对本发明的许多示例性和非限制性实施例进行说明。

当结合附图阅读时，从以下具体示例性实施例的说明中，可以最好地理解本发明的示例性和非限制性实施例的无论是结构还是操作方法，以及其附加目的和优点。

动词“包括”和“包含”在本文中用作开放式限制，既不排除也不要求存在未列举的特征。除非另有明确说明，从属权利要求中的特征可以相互自由地组合。此外，应该理解的是，在整个文件中使用“一个(a)”或“一个(an)”，即单数形式，并不排除多个。

附图说明

下面参考附图更加详细地对本发明的示例性和非限制性实施例及其优点进行解释，其中：

图1a和图1b示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的人工制品，

图2示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的人工制品，

图3示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的人工制品，

图4a和图4b示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的人工制品，

图5a和图5b示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的人工制品，

图6示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改进基于辐射的成像的垂直分辨率的方法的流程图。

图7示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于基于辐射的成像的系统，

图8示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于基于辐射的成像的系统的一部分，

图9示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于基于辐射的成像的系统的一部分，以及

图10a-10f示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的人工制品的示例性用法。

具体实施方式

以下给出的说明中提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。除非另有明确说明，否则以下给出的说明中提供的列表和示例组并非详尽无遗。

图1a和图1b示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改进基于辐射的成像的垂直分辨率的人工制品(artifact)100。假设基于辐射的成像的垂直方向与坐标系199的z轴平行。图1a示出沿图1b中示出的线aa截取的截面图，而图1b示出人工制品100的示意性俯视图。在图1a中，截面平面与坐标系199的xz平面平行。在该示例性的情况下，人工制品100包括基底116和在基底的顶部上的层101、102、103、104以及105。层101-105以部分重叠的方式堆叠在彼此的顶部上，以形成具有阶梯106、107、108、109以及110的阶梯式厚度轮廓。阶梯式厚度轮廓在图1a中示出。层101-105可以包括有机材料，以便实现人工制品100的适当材料特性足够接近于待检查的生物或合成有机样本的适当材料特性的情况。在现代化学中将有机材料定义为最初来自生物体的碳基化合物，但现在也包括实验室合成的形式。层101-105可以是，例如，但并不是必要地，langmuir-blodgett膜“lbf”或合适的聚合物膜。基底102可以由例如高度有序的热解石墨“hopg”、sio2、金属、金属氧化物、或硅制成。

人工制品100的阶梯式厚度轮廓的相邻台阶布置成与在基于辐射的成像中使用的辐射不同地相互作用。因此，可以识别出在每个成像情况下阶梯106-110中的哪一个最垂直地接近与基于辐射的成像相关的成像平面。因此，与阶梯106-110中最接近的一个相关的预定垂直位置值可以用作与在所考虑的成像情况下获得的成像结果相关的垂直位置值。

在图1a和图1b中示出的示例性人工制品100中，阶梯106-110的基本上水平的表面111、112、113、114以及115布置成具有就在基于辐射的成像中使用的辐射而言具有不同的反射和/或散射特性。在该文件中，“反射特性”是描述表面如何反射到达的辐射的特性，使得相对于垂直于表面的矢量的反射角与相对于上述垂直于表面的矢量的入射角基本相同。在该文件中，“散射特性”是描述表面如何将到达的辐射散射到许多方向的特性。层101-105可以包括，例如，具有波长相关的与在基于辐射的成像中使用的辐射相互作用特性的物质，使得相邻的阶梯的相互作用特性具有不同的波长相关性。在辐射是多色可见光的情况下，上述物质可以是彩色颜料，使得阶梯106-110中的相邻的阶梯具有不同的颜色。彩色颜料可以混合到层101-105的基础材料中，或者彩色颜料可以构成层101-105的最顶部的表面。在图1b中，具有不同间距的水平影线描绘出不同的波长相关的与辐射相互作用特性，例如，不同的颜色和/或不同的干涉图案。在一些情况下，波长相关的相互作用特性还可以取决于视角。

在根据本发明的示例性和非限制性实施例的人工制品中，层101-105包括与在基于辐射的成像中使用的辐射相互作用的颗粒，使得相邻的阶梯具有不同的与辐射相互作用特性。通过在层101-105中的不同层中使用不同的颗粒，可以使人工制品的相邻的阶梯彼此不同。在层101-105的不同层中的每单位体积的颗粒的数量也可以不同。此外，还可以使颗粒不均匀地分布在层101-105中，使得颗粒布置成在层101-105的不同层中构成不同的几何图案。

图2示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改进基于辐射的成像的垂直分辨率的人工制品200的侧视图。假设基于辐射的成像的垂直方向与坐标系299的z轴平行。人工制品200包括基底216和在基底的顶部上的层201、202、203、204以及205。层201-205以部分重叠的方式堆叠在彼此的顶部上，以形成具有阶梯206、207、208、209以及210的阶梯式厚度轮廓。人工制品200的阶梯206-210中的相邻的阶梯布置成与在基于辐射的成像中使用的辐射不同地相互作用。在该示例性的情况下，阶梯206-210中的相邻的阶梯对于沿着坐标系299的正z方向穿过人工制品200的辐射而言具有不同的辐射透射(radiation-transmission)特性。在图2中，在正z方向中穿透人工制品200的辐射用虚线箭头表示。阶梯206-210的不同的辐射透射特性可以，例如，通过为基本上水平的表面211、212、213、214以及215提供合适的涂层和/或通过布置表面211-215的粗糙度和/或其他特性以使彼此不同来实现。还可以通过以下来实现不同的辐射透射特性，即，通过在人工制品的不同层上使用不同材料和/或通过在不同层的基础材料中使用不同的混合组分和/或通过在不同层的基础材料中混合不同的颗粒和/或通过以不同方式在不同层的基础材料中混合颗粒，例如，使得对于不同层，每单位体积所混合的颗粒的数量不同。因此，存在许多方式来实现阶梯206-210的不同的辐射透射特性。

图3示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改进基于辐射的成像的垂直分辨率的人工制品300的侧视图。假设基于辐射的成像的垂直方向与坐标系399的z轴平行。人工制品300包括基底316和在基底的顶部上的层301、302、303、304以及305。层301-305以部分重叠的方式堆叠在彼此的顶部上，以形成具有阶梯306、307、308、309以及310的阶梯式厚度轮廓。人工制品300的相邻的台阶与在基于辐射的成像中使用的辐射不同地相互作用。在该示例性的情况下，阶梯306-310的表面311、312、313、314以及315具有纹理，使得相邻的阶梯的表面具有不同的纹理，这些纹理对于在基于辐射的成像中使用的辐射而言具有不同的散射特性。用图3中示出的部分放大的340和341示出表面313和314的不同的纹理。

图4a和图4b示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改进基于辐射的成像的垂直分辨率的人工制品300。假设基于辐射的成像的垂直方向与坐标系499的z轴平行。图4a示出人工制品400的示意性俯视图，而图4b示出沿图4a中示出的线aa截取的截面图。在图4b中，截面平面与坐标系499的xz平面平行。人工制品400包括以部分重叠的方式堆叠在彼此的顶部上的层401、402、403、404以及405，以形成具有阶梯406、407、408、409以及410的阶梯式厚度轮廓。人工制品400的相邻的阶梯布置成与在基于辐射的成像中使用的辐射不同地相互作用。在该示例性的情况下，阶梯406-410的表面411、412、413、414以及415具有区域的几何图案，该区域具有不同的与基于辐射的成像中使用的辐射相互作用特性，使得相邻的阶梯具有不同的几何图案。图4a中用交叉影线描绘的区域具有与辐射的第一相互作用特性，而图4a中没有用交叉影线描绘的区域具有与辐射的第二相互作用特性，其中第二相互作用特性不同于第一相互作用特性。在辐射是多色可见光的情况下，用交叉影线描绘的区域可以具有第一颜色，而没有用交叉影线描绘的区域可以具有与第一颜色不同的第二颜色。用交叉影线描绘的区域也可以生成第一干涉图案，并且没有用交叉影线描绘的区域可以生成不同于第一干涉图案的第二干涉图案。在某些情况下，相互作用特性还可以取决于视角。

图5a和图5b示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改进基于辐射的成像的垂直分辨率的人工制品500。假设基于辐射的成像的垂直方向与坐标系599的z轴平行。图5a示出人工制品500的示意性俯视图，图5b示出沿图5a中示出线aa截取的截面图。在图5b中，截面平面与坐标系599的xz平面平行。人工制品500包括已成形为形成具有阶梯506、507、508、509以及510的阶梯式厚度轮廓的层501。人工制品500的相邻的阶梯布置成与在基于辐射的成像中使用的辐射不同地相互作用。在该示例性的情况下，阶梯506-510的表面511、512、513、514以及515具有区域的几何图案，该区域具有不同的与在基于辐射的成像中使用的辐射相互作用特性，使得这些阶梯具有相似的几何图案。在图5a中示出的示例性的情况下，每个表面511-515具有由图5a中用垂直影线描绘的第一区域和图5a中用水平影线描绘的第二区域构成的对角线几何图案。表面511-515彼此不同，使得表面511-515中的不同表面的第二区域具有不同的与在基于辐射的成像中使用的辐射相互作用特性。在图5a中，相互作用特性的差异用水平影线的间距表示。

图6示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改进样本的基于辐射的成像的垂直分辨率的方法的流程图。该方法包括以下操作：

操作601：在基于辐射的成像期间将样本和根据本发明的实施例的人工制品同时放置在视场“fov”中，人工制品的阶梯式厚度轮廓的相邻的阶梯与在基于辐射的成像中使用的辐射不同地相互作用，

操作602：当人工制品的阶梯中的一个在垂直方向中比人工制品的任何其他阶梯更接近于与基于辐射的成像相关的成像平面时，生成基于辐射的成像结果，以及

操作603：将与人工制品的阶梯中的一个相关的预定垂直位置值与基于辐射的成像结果相关联。

上述的人工制品可以，例如，但并不是必要地，类似于在图1a和图1b中示出的人工制品100，或者在图2中示出的人工制品200，或者在图3中示出的人工制品300，或者在图4a和图4b中示出的人工制品400，或者在图5a和图5b中示出的人工制品500。

根据本发明的示例性和非限制性实施例的方法包括，在生成成像结果之前，调整成像平面的垂直位置，使得人工制品的阶梯中的一个在垂直方向中比人工制品的任何其他阶梯更加接近成像平面。

在根据本发明的示例性和非限制性实施例的方法中，基于辐射的成像是显微镜法，并且成像平面是用于基于辐射的成像的显微镜的焦平面。

图7示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于样本724的基于辐射的成像的系统的示意图。该系统包括人工制品700，其可以，例如，但并不是必要地，类似于在图1a和图1b中示出的人工制品100，或者在图3中示出的人工制品300，或者在图4a和图4b中示出的人工制品400，或者在图5a和图5b中示出的人工制品500。人工制品700具有阶梯式厚度轮廓，其中相邻的阶梯布置成与在基于辐射的成像中使用的电磁辐射不同地相互作用。在图7中示出的示例性的情况下，人工制品700在由垂直位置值z1、z2、z3、z4、z5以及z6指示的垂直位置处具有六个阶梯。垂直位置可以定义为距合适参考水平的垂直距离。在图7中示出的示例性的情况下，沿坐标系799的z方向测量垂直距离。

该系统包括成像装置720，用于在样本和人工制品同时处于成像装置720的视场“fov”722中时，生成基于从样本724到达的第一波和从人工制品700到达的第二波的成像结果。在图7中示出的示例性系统中，成像装置720包括辐射源733和用于将辐射转向样本724以及人工制品700的分色镜732。成像装置720包括可以是例如电荷耦合装置“ccd”传感器的成像传感器727。此外，成像装置720包括用于以所期望的方式聚焦和校准辐射的透镜。成像装置720包括用于垂直地平移与基于辐射的成像相关的成像平面723的平移机构(translationmechanism)721。在图7中示出的示例性的情况下，成像平面723的垂直位置如下，即成像平面723基本上与人工制品700的阶梯709相一致。因此，在图7中示出的示例性的情况下获得的成像结果可以与垂直位置值z5相关联。

图8示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于样本824的基于辐射的成像的系统的一部分。该系统包括与样本824一起位于与基于辐射的成像相关的视场“fov”822中的人工制品800。在该示例性的情况下，辐射在坐标系899的正z方向中穿透样本824和人工制品800。人工制品800可以，例如，但并不是必要地，类似于在图2中示出的人工制品200。

图9示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于样本924的基于辐射的成像的系统的一部分。该系统包括与样本924一起位于与基于辐射的成像相关的视场“fov”922中的人工制品900。在该示例性的情况下，辐射从上方倾斜地到达并且辐射从样本924和人工制品900得到散射及反射。人工制品900可以，例如，但并不是必要地，类似于在图1a和图1b中示出的人工制品100，或者在图3中示出的人工制品300，或者在图4a和图4b中示出的人工制品400，或者在图5a和图5b中示出的人工制品500。

图10a-10f示出根据本发明的示例性和非限制性实施例的人工制品1000的用法。在示例性的情况下，人工制品1000和盐晶体处于光学显微镜的相同的视场“fov”中。人工制品1000具有五个阶梯，使得在坐标系1099的z方向中，第一阶梯在图10a中标记为0μm的基面之上2μm，第二阶梯在基面之上4μm，第三阶梯基面之上6μm，第四阶梯在基面之上10μm，并且第五阶梯在基面之上13μm。图10a示出光学显微镜的焦平面与基面一致的情况，图10b示出焦平面与2μm的第一阶梯一致的情况，图10c示出焦平面与4μm的第二阶梯一致的情况，图10d示出焦平面与6μm的第三阶梯一致的情况，图10e示出焦平面与10μm的第四阶梯一致的情况，图10f示出焦平面与13μm的第五阶梯一致的情况。

在上面给出的说明中提供的非限制性具体示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。此外，除非另有明确说明，否则本文件中提供的任何列表或示例组都不是详尽无遗的。