[发明专利]重叠关联成像术中探测的校准

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提供图像数据的方法和设备，该图像数据是这种类型的图像数据，它可以用于构造目标对象的区域的图像。尤其是，但不是排他地，本发明涉及使用利用了未知的探测函数的迭代过程来提供这种图像数据的方法。

背景技术

用于得出目标对象（有时称作为试样）的空间信息的许多类型的成像技术是已知的。然而，通过例如明视场显微术的常规手段对目标试样进行直接成像往往是不可能的。例如，在传统的透射成像中，通过平面波照明来照射对象。被对象散射的波通过透镜再次干涉以形成图像。在很短的波长成像（X-射线或电子）的情况下，该技术具有与透镜引入的像差和不稳定性相关的许多已知的困难，其限制了作为结果的图像的分辨率和解释性。一般可获得的分辨率比理论极限大许多倍。已知的还有其他类型的成像技术，但这些成像技术中许多都有这样的问题，例如分辨率限制、长的数据采集时间或者对复杂和昂贵仪器的需要。

在许多情况下，通过测量试样散射入射辐射的路线，可得出试样的一些性能。散射的辐射在距试样某一距离处的分布称为衍射图案，如果辐射是充分相干的，从其衍射图案的测量形成试样的图像是可能的。用于形成这种图像的一种技术被命名为重叠关联成像术（ptychography）。在这里，通过被称为“探测”的充分相干的波前来照亮目标试样，其强度集中在与试样相互作用的局限化的横向区域内。然后，由一个或多个检测器记录一组衍射图案，其中每个图案对应于试样和探测的不同的相对横向位置。选择这些位置，使得试样的感兴趣区域被探测的多个重叠位置所覆盖。在WO2005/1065312005/106531中已经公开了用于高分辨率成像的这种技术的例子，就所有目的而言，通过引用将其结合在此。在WO2005/1065312005/106531中公开的技术现在被本领域技术人员称为重叠关联迭代引擎（ptychographical iterative engine或PIE）。这涉及在目标对象处提供来自辐射源的入射辐射；通过至少一个检测器检测由目标对象散射的辐射的强度，并提供响应于所检测的强度的图像数据，而无需入射辐射的高分辨率定位或相对于所述目标对象的后目标对象孔径；以及使用所检测的强度来产生图像数据，该图像数据用于构造目标对象的区域的图像。利用使用可移动的轻柔变化的探测函数（例如透射函数或照射函数）的迭代过程，可产生图像数据。

PIE提供了一种强大的技术，用于从一组衍射图案的测量恢复涉及对象的区域的图像数据。通过用相干辐射的已知波前照射对象来形成每个衍射图案，相干辐射的已知波前具有这样的必要条件，即该波前的强度集中在与该对象相互作用的局限化的横向区域内。这样的波前的例子将会是在被平面波照射时生成超出孔径的短距离，或者是用平面波照射时由凸透镜生成的焦斑。该技术还适用的情景是，目标由平面波辐射照射以及后目标对象孔径被用于选择对象的区域散射的照射。

在这个意义上，衍射图案是由超出对象某一距离的光学配置并在垂直于照射波前的传播方向的平面上产生的强度分布。这个平面被指定为测量平面，在该平面进行的测量表示为                                                ，其中u是合适的坐标向量。要注意的是，当测量平面与样本平面之间的距离小时，衍射图案被称为近场衍射图案。当该距离大时，衍射图案被称为远场衍射图案。

重叠关联成像术（ptychography）利用在测量平面上使用诸如CCD摄像机或诸如此类的适当记录装置记录的若干衍射图案。对象的横向位置和局限化的照明波前对每个图案是不同的。

PIE的限制是这样的必要条件，即为了提供有用的图像数据，探测函数的特征（例如，与后目标对象孔径关联的透射函数或与入射辐射关联的照明函数）必须是已知的或估计的。这需要耗时的创立技术，并且如果所使用的探测函数不准确的话，可导致不准确性。

PIE的这种限制可以通过在WO2010/064051中公开的技术来解决，就所有目的而言，通过引用将其结合在此。在WO2010/064051中描述的技术被称为扩展的重叠关联迭代引擎（extended Ptychographical Iterative Engine）或ePIE。这种技术以探测波前的粗略初始估计和目标试样的粗略初始估计开始。ePIE的每一次迭代产生探测的和试样的更新的估计。初始估计不需要是精确的；对该算法来说，产生只给出探测形状的粗略初始猜测的图像是可能的。然而，可能的是该算法未能产生精确的图像。在某些情况下，ePIE的每次迭代将会产生比先前的迭代产生的那些更不准确的试样的和探测的估计，并且该算法据说会发散。