Procedimiento y aparato para proporcionar datos de imagen.

Un procedimiento para proporcionar datos de imagen para generar una imagen de una región de un objeto destino (41),

que comprende las etapas de:

proporcionar una radiación incidente (40) desde una fuente de radiación;

enfocar la radiación a través de al menos un elemento de enfoque (43) situado aguas abajo o aguas arriba de un objeto destino (41); y

a través de al menos un detector situado aguas abajo del elemento de enfoque (43), detectar una intensidad de radiación dispersada por el objeto destino (41), en un plano de observación desplazado con respecto a un plano focal trasero asociado con el elemento de enfoque (43).

Procedimiento y aparato para proporcionar datos de imagen

La presente invención se refiere a un procedimiento y un aparato para proporcionar datos de imagen adecuados para generar una imagen de una región de un objeto destino. En particular, pero no exclusivamente, la presente invención se refiere a un proceso de generación de imagenes en el que una intensidad de radiación dispersada por un objeto destino se detecta en un plano de observación que esta desplazado con respecto a un plano focal trasero de una lente (u otro elemento de enfoque de este tipo) utilizada durante la generación de imagenes.

Un ejemplo de un proceso de generación de imagenes se muestra en el documento US 3689772.

La difracción se produce cuando la luz, o cualquier fenómeno ondulatorio, interactua con un limite entre dos medios diferentes. Ejemplos pueden ser los patrones de onda formados por el agua en torno a los diques de un puerto, o el borde difuso de una sombra, el cual estaria definido de manera muy nitida si no fuera por la difracción. Un patrón de difracción se forma cuando una onda interactua con una estructura que contiene muchos limites de este tipo, cada uno de los cuales retardara la onda y cambiara su magnitud en distinto grado. El cambio en magnitud y el retardo de fase de la onda incidente pueden expresarse matematicamente como la función de transmisión de la estructura de difracción, la cual es un numero complejo Aexp (jφ) . 0 ≤ A ≤ 1 representa el cambio en magnitud, -π ≤ φ ≤ π representa el retardo de fase. Patrones de difracción particularmente bien definidos se forman cuando una onda que incide sobre una estructura de este tipo es coherente (es decir, cuando la posición de los picos y valles de la onda esta bien definida) . En este caso, la onda puede interferir de manera constructiva o destructiva para formar areas luminosas y oscuras. El clasico experimento de las rendijas de Young ilustra bien este efecto y se ilustra en la Figura 1 junto con patrones de difracción esperados (a-c) que varian dependiendo de la separación entre las rendijas adyacentes.

Cuando la distancia entre una estructura de difracción y el plano de observación del patrón de difracción se vuelve grande, se cumple la condición de campo lejano. Los patrones de difracción formados en el campo lejano son particularmente utiles por dos razones. En primer lugar, su relación con respecto a las caracteristicas de 25 transmitancia de la estructura de difracción se modeliza de manera precisa mediante una transformada de Fourier (una función matematica ampliamente conocida y potente que tambien se implementa facilmente en un ordenador) . En segundo lugar, la introducción de un elemento de enfoque entre la estructura y el plano de observación provoca que se forme un patrón de difracción de campo lejano en su plano focal trasero. El elemento de enfoque puede ser una lente, una placa zonal o cualquier elemento que enfoque una onda plana incidente hacia un punto en una ubicación bien definida.

La Figura 2 ilustra la generación de imagenes de un objeto destino que dispersa radiación incidente y la manera en que puede usarse una lente como un elemento de enfoque para enfocar componentes de onda dispersadas en un plano de observación que coincide con un punto focal de la lente.

Siempre que puedan cuantificarse las distorsiones introducidas por aberraciones en el elemento de enfoque, no es necesario que la calidad del elemento de enfoque sea muy alta. Esto difiere de otros sistemas convencionales de generación de imagenes en los que la calidad de la imagen depende en gran medida de la calidad de la lente utilizada; es mas facil formar un patrón de difracción usando una lente aberrada que producir una imagen.

Pueden usarse patrones de difracción para deducir en gran medida la estructura a partir de la cual se forman, gracias a la relación de la transformada de Fourier y a un buen entendimiento del comportamiento de las ondas.

Sin embargo, cuando la naturaleza de la estructura de difracción es tal que en el plano focal trasero de una lente hay una gran diferencia entre las intensidades de luz maxima y minima sobre el area del dispositivo de grabación, pueden producirse problemas en la grabación precisa del patrón de difracción. Esto puede ocurrir normalmente cuando la estructura de difracción no tiene un gran efecto sobre la onda incidente.

Bajo estas circunstancias, cuando una onda incidente llega a la estructura de difracción, se dispersa en una 45 pluralidad de ondas diferentes que se desplazan hacia delante en muchos angulos diferentes. Si este efecto de dispersión es pequeno, aun asi habra una gran componente de onda que se desplaza de manera rectilinea a traves de la estructura con un angulo de dispersión de cero o de casi cero y, por lo tanto, de gran intensidad. En comparación, las ondas mas dispersadas seran significativamente menos intensas. El efecto de una lente es enfocar cada componente de onda hacia un punto del plano de observación. La ubicación de este punto se 50 determina mediante el angulo de dispersión de la componente de onda particular, por lo que aquellas ondas con un gran angulo de dispersión se enfocan en puntos alejados del centro del plano de observación, mientras que la gran componente de onda que se desplaz6 sin modificarse a traves de la estructura de difracción se enfoca en un punto situado directamente en el medio. Si un dispositivo de grabación, tal como una camara CCO, esta colocada en el plano de observación, el dispositivo grabara algo similar a lo mostrado en la Figura 3. El punto luminoso situado 55 en el centro de la figura corresponde a esta onda 'rectilinea' inalterada, los anillos y los puntos mas alejados

representan las ondas dispersadas por la estructura.

Oesafortunadamente, en la practica, es muy dificil grabar este patrón porque la diferencia entre las intensidades mas altas y mas bajas en el plano de observación es muy grande. Los dispositivos de grabación sólo pueden capturar una parte limitada de este intervalo antes de que se saturen, debido a las altas intensidades, o de que la senal desaparezca en el ruido cuando la intensidad es baja. Veanse, por ejemplo, los documentos US 5341213 y US 6630996.

Un procedimiento conocido para grabar de manera precisa un patrón de difracción con un gran intervalo dinamico (es decir, una gran diferencia entre los niveles de intensidad mas altos y mas bajos) es juntar patrones recopilados por el dispositivo de grabación a diferentes longitudes de exposición. Los datos de baja intensidad recopilados a partir de patrones de alta exposición pueden combinarse con los datos de alta intensidad tomados a partir de las bajas exposiciones para producir un unico patrón con un mayor intervalo dinamico, sin comprometer la sensibilidad de la camara. Oe hecho, normalmente el nivel de detalle en los bordes de una primera exposición se pierde a medida que se reduce el tiempo de exposición; el centro y las extremidades del patrón sólo se reproducen fielmente en el patrón combinado. Esta tecnica es razonablemente eficaz, pero se basa en un conocimiento preciso de la respuesta del CCO y en un movimiento y vibraciones minimos del sistema entre las exposiciones; en algunos casos tambien puede ser dificil reducir el tiempo de exposición hasta tal punto que el centro del patrón no este saturado. Ademas, el tiempo requerido para grabar todos estos datos puede ser innecesariamente largo.

Un objetivo de la presente invención es mitigar al menos parcialmente los problemas mencionados anteriormente.

Un objetivo de las realizaciones de la presente invención es proporcionar un procedimiento y un aparato para proporcionar datos de imagen adecuados para generar una imagen de una región de un objeto destino.

Un objetivo de las realizaciones de la presente invención es proporcionar un procedimiento y un aparato para detectar una intensidad de radiación dispersada por un objeto destino que eviten la saturación de los detectores situados en una región central con respecto a un patrón de difracción formado.

Un objetivo de las realizaciones de la presente invención es proporcionar un procedimiento iterativo para determinar datos de imagen, en el que las etapas del proceso iterativo se incorporan para ajustarse al hecho de que un plano de observación en el que se detecta una intensidad esta desplazado con respecto a un plano focal trasero asociado con un elemento de enfoque.

Segun un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para proporcionar datos... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para proporcionar datos de imagen para generar una imagen de una región de un objeto destino (41) , que comprende las etapas de:

proporcionar una radiación incidente (40) desde una fuente de radiación;

enfocar la radiación a traves de al menos un elemento de enfoque (43) situado aguas abajo o aguas arriba de un objeto destino (41) ; y a traves de al menos un detector situado aguas abajo del elemento de enfoque (43) , detectar una intensidad de radiación dispersada por el objeto destino (41) , en un plano de observación desplazado con respecto a un plano focal trasero asociado con el elemento de enfoque (43) .

2. El procedimiento segun la reivindicación 1, que comprende ademas las etapas de:

enfocar la radiación dispersada por el objeto destino (41) con el elemento de enfoque (43) situado aguas abajo del objeto destino (41) o enfocar la radiación procedente de la fuente de radiación con el elemento de enfoque (43) situado aguas arriba del objeto destino (41) .

3. El procedimiento segun la reivindicación 2, que comprende ademas las etapas de: proporcionar datos de imagen en respuesta a la intensidad detectada a traves de un proceso iterativo.

4. El procedimiento segun la reivindicación 3, que comprende ademas las etapas de:

detectar la intensidad de radiación dispersada por dicho objeto destino (41) con la radiación incidente (40) o en una abertura posterior al objeto destino en una primera posición con respecto al objeto destino (41) ; volver a posicionar la radiación incidente (40) o la abertura con respecto al objeto destino (41) ; y posteriormente, detectar la intensidad de radiación dispersada por dicho objeto destino (41) con la radiación incidente (40) o la abertura en una segunda posición; en el que dichos datos de imagen se proporcionan en respuesta a la intensidad detectada en dichas primera y segunda posiciones.

5. El procedimiento segun la reivindicación 3 6 4, en el que dicha etapa de proporcionar dichos datos de imagen comprende las etapas de: estimar una función objeto que indique al menos una caracteristica de dicha región del objeto destino (41) o estimar una función objeto que indique al menos una caracteristica de una función de onda posterior al objeto destino inmediatamente antes de una abertura posterior al objeto destino; y volver a estimar de manera iterativa dicha función objeto, donde la precisión de una estimación en curso de la función objeto mejora con cada iteración.

6. El procedimiento segun la reivindicación 5, que comprende ademas las etapas de: multiplicar la función objeto estimada por una función sonda que indica al menos una caracteristica de la radiación incidente (40) en dicho objeto destino (41) o multiplicar la función objeto estimada por una función sonda que indica al menos una caracteristica de una abertura posterior al objeto destino; proporcionar una función de onda de salida en respuesta a un resultado de dicha multiplicación; propagar la función de onda de salida para proporcionar una estimación de un patrón de dispersión esperado; y corregir al menos una caracteristica de dicho patrón de dispersión esperado segun una intensidad detectada.

7. El procedimiento segun la reivindicación 6, que comprende ademas las etapas de:

invertir la propagación del patrón de dispersión esperado corregido para proporcionar una función de onda de salida actualizada; y actualizar la estimación en curso de la función objeto en respuesta a dicha función de onda de salida actualizada segun la función:

8. El procedimiento segun la reivindicación 7, en el que dicha función de actualización es:

9. El procedimiento segun la reivindicación 6, en el que dicha etapa de propagación comprende una transformada de Fourier modificada.

10. El procedimiento segun la reivindicación 9, que comprende ademas las etapas de:

proporcionar una transformada de Fourier modificada dada como:

donde D (v) es una definición de un patrón de difracción esperado en el plano focal trasero y Q (k) es un factor de modificación sensible al desplazamiento del plano de observación con respecto al plano focal trasero.

11. El procedimiento segun la reivindicación 10, que comprende ademas las etapas de:

proporcionar la convolución de un patrón de difracción esperado con un factor de modificación Q (k) dado como:

donde d2 es el desplazamiento del plano de observación con respecto al plano focal trasero.

12. El procedimiento segun la reivindicación 6, en el que dicho patrón de dispersión esperado corregido se corrige segun:

donde ψc, n (k, R) es una función de onda corregida, 1ψ (k, R) 1 es la amplitud conocida en el plano 2 y θg, n (k, R) es la fase estimada en el plano 2; o en el que la propagación se calcula segun:

donde ψg, n (k, R) es la función de onda estimada en el plano 2, T indica una transformada y ψg, n (r, R) es la función de onda estimada en el plano 1; o en el que dicha propagación inversa se calcula segun:

donde ψc, n (r, R) es una función de onda estimada en el plano 1, T-1 ilustra un procedimiento de transformada inversa y ψc, n (k, R) es una función de onda corregida en el plano 2.

13. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que dicha radiación incidente (40) 30 comprende un campo de ondas sustancialmente localizado; y/o en el que el procedimiento comprende ademas la etapa de: proporcionar dichos datos de imagen para la región de dicho objeto destino (41) en tiempo real.

14. Un programa informatico que comprende instrucciones de programa para hacer que un ordenador lleve a cabo el proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.

15. Un producto de programa informatico que presenta en el mismo medios de código de programa informatico, cuando se carga dicho programa, para hacer que el ordenador ejecute un procedimiento para mostrar una imagen de una región de un objeto destino (41) en una pantalla de usuario, determinando el ordenador datos de imagen para generar dicha imagen en respuesta a las mediciones de intensidad detectadas y calculas segun el procedimiento reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.

16. Aparato para proporcionar datos de imagen para generar una imagen de una región de un objeto destino (41) , que comprende: una fuente de radiación que proporciona una radiación incidente (40) ; al menos un elemento de enfoque (43) , que enfoca la radiación, situado aguas abajo o aguas arriba de un objeto destino (41) ; y al menos un detector situado aguas abajo del elemento de enfoque (43) , que detecta una intensidad de radiación dispersada por el objeto destino (41) en un plano de observación desplazado con respecto a un plano focal trasero asociado con el elemento de enfoque (43) .

17. El aparato segun la reivindicación 16, que comprende ademas: al menos una unidad de localización que localiza el objeto destino (41) en una ubicación predeterminada y que localiza una radiación incidente (40) o una abertura, situada aguas abajo del objeto destino (41) , en una o mas ubicaciones con respecto al objeto destino (41) .

18. El aparato segun la reivindicación 16 o la reivindicación 17, que comprende ademas: al menos una unidad de procesamiento que proporciona datos de imagen en respuesta a una intensidad detectada de radiación dispersada.

19. El aparato segun la reivindicación 18, en el que dicha unidad de procesamiento comprende: un microprocesador; un medio de almacenamiento de datos para almacenar datos e instrucciones para dicho microprocesador; y medios para proporcionar instrucciones para mover uno de dicha radiación incidente (40) o dicha abertura o un objeto destino localizado (41) ; y/o en el que dicha unidad de procesamiento comprende ademas: una interfaz de usuario que comprende un dispositivo de entrada de datos de usuario para permitir que un usuario introduzca datos, y una pantalla de usuario para mostrar dichos datos de imagen o una imagen de alta resolución generada a partir de dichos datos de imagen.

20. El aparato segun la reivindicación 16, en el que dicha fuente de radiación comprende una fuente de radiación coherente; o en el que dicha fuente de radiación es un generador de haces de electrones o un generador de haces de rayos X.