Obtención de imágenes de alta resolución.

Un método para proporcionar datos de imagen para la construcción de una imagen de alta resolución de una región de un objeto destino (31),

que comprende las etapas de:

proporcionar radiación incidente (30), desde una fuente de radiación, en el objeto destino (31);

mediante al menos un detector (32), detectar la intensidad de la radiación dispersada por dicho objeto destino con una abertura posterior al objeto destino (34) en una primera posición con respecto al objeto destino (31), volver a posicionar la abertura (34) con relación al objeto destino, detectar subsecuentemente la intensidad de la radiación dispersada por dicho objeto destino (31) con la abertura (34) en una segunda posición con respecto al objeto destino; o

mediante al menos un detector (32), detectar la intensidad de la radiación dispersada por dicho objeto destino con la radiación incidente (30) en una primera posición con respecto al objeto destino (31), volver a posicionar la radiación incidente (30) con relación al objeto destino, detectar subsecuentemente la intensidad de la radiación dispersada por dicho objeto destino (31) con la radiación incidente (30) en una segunda posición con respecto al objeto destino; y caracterizada por:

seleccionar dicha segunda posición de manera que una primera área de la región del objeto destino seleccionada en dicha primera posición se solapa al menos en parte con una segunda área de la región del objeto destino determinada en dicha segunda posición; y

en respuesta a al menos la intensidad detectada en dichas primera y segunda posiciones, proporcionar dichos datos de imagen mediante un proceso iterativo y mediante el uso de una función de transmitancia suavemente variable o función de iluminación móvil con respecto a dicho objeto destino en donde la transmitancia suavemente variable o función de iluminación es una función de ancho de banda limitado no compuesta de frecuencias espaciales altas.

Obtención de imágenes de alta resolución

La presente invención se refiere a un método y aparato para proporcionar datos de imagen a partir de los cuales puede generarse una imagen de un objeto destino. Los datos de imagen proporcionan información de alta resolución acerca de la estructura del objeto destino y permiten que la imagen resultante sea de una alta resolución. Particular, pero no exclusivamente, la presente invención se refiere a un método y aparato para proporcionar imágenes de resolución de longitud de onda limitada sin la necesidad de un posicionamiento de alta precisión de la radiación incidente, usada para sondear un destino, con relación a dicho destino.

Muchos tipos de técnicas de obtención de imágenes son conocidas por derivar información espacial acerca de un objeto destino (o muestra). En la obtención de imágenes de transmisión convencional un objeto se irradia por iluminación de onda plana 1. Las ondas dispersadas por el objeto se vuelven a interferir por una lente 12 para formar una imagen, como se muestra en la Figura 1A. En el caso de la obtención de imágenes de longitud de onda muy corta (rayos X o electrones) esta técnica tiene muchas dificultades conocidas asociadas con aberraciones e inestabilidades introducidas por la lente que limitan la resolución y la interpretación de la imagen resultante. La resolución alcanzable típica es muchas veces mayor que el límite de longitud de onda teórico. La obtención de imágenes de transmisión de exploración convencionales es otro ejemplo de tal técnica de obtención de imágenes en la cual una lente se usa para enfocar un punto de radiación a través de un objeto destino. Uno o más detectores se localizan en el lado posterior al destino de un objeto destino para detectar la radiación dispersada. Se conocen varios tipos de estrategias de detectores tales como detectores anulares, detectores de cuadrantes y/o detectores de acceso externo. Sin embargo estos métodos se basan en la exploración del punto focal de la radiación a todos los puntos donde se requiere una imagen del objeto destino. Hay un número de problemas asociados con tales técnicas tal como el hecho de que se requiere un control muy preciso del punto debido a que si se desea una Imagen de 1 x 1 pixeles deben usarse un millón de puntos de posición de la sonda precisos Otro problema es que la lente usada deberá ser de una calidad muy alta. Esto no solamente se debe a que la resolución de la Imagen final es sólo tan buena como la nitidez y la localización del punto sino también se debe a que con varias formas de radiación tales como los electrones o rayos X hay muchos problemas tales como efectos de aberración, propagación cromática e inestabilidad actual de la lente que pueden afectar la producción de la Imagen y pueden arruinar la resolución. Esto se muestra esquemáticamente en la Figura 1B en la cual la radiación Incidente 15 tal como un haz de electrón o de rayos X incide sobre una muestra 16 que forma un objeto destino. La radiación dispersada por el objeto sale del objeto destino y se propaga sobre el plano detector 17.

Los problemas conocidos con la obtención de imágenes de transmisión de exploración convencionales son que las imágenes toman un tiempo largo para completarse debido al número de puntos que debe sondearse con el punto incidente de radiación. Si el objeto destino se mueve durante la recolección de datos esto puede conducir a que se recojan datos inexactos y se produzcan en última instancia imágenes inexactas. Además los métodos de obtención de imágenes de transmisión de exploración convencionales no permiten que la información con relación a la fase de la radiación salga del objeto destino que se mide. Solamente puede medirse la intensidad de dispersión total en los detectores. Como tal no puede recogerse la información de fase con relación a la onda de salida que emanó más allá del objeto destino.

Una modificación de la obtención de imágenes de transmisión de exploración convencionales es la obtención de imágenes de deconvolución en cuatro dimensiones. Esto utiliza un aparato similar al que se muestra en la Figura 1 pero registra un patrón de difracción entero para cada posición de sonda. Esto proporciona una manera de determinar la estructura del objeto destino en una mejor resolución que el tamaño del punto o función de respuesta de la lente usada pero tiene un número de problemas mayor. El problema más notable es que deberán registrarse enormes cantidades de datos que toman horas recolectar para un campo razonable de visión. Esto hace el experimento prácticamente muy difícil de llevar a cabo debido a que es esencial controlar la iluminación de sondeo con mucha precisión y moverla con precisión para explorar cada (millones) de pixeles para la reconstrucción de la imagen final. Además pueden producirse daños severos al objeto destino debido a que se requieren grandes dosis de radiación incidente para los grandes tiempos empleados.

Otra técnica de obtención de imágenes bien conocida es la obtención de imágenes difractivas puras. En esta estrategia alternativa puede omitirse la lente y se ilumina un objeto destino por una onda plana sencilla de radiación de sondeo. El patrón de dispersión medido en el campo lejano forma un patrón de difracción plano de Fourier y puede registrarse la intensidad de este. Se usa entonces un método iterativo mediante la aplicación de información derivada de la intensidad medida para calcular un campo de onda de salida del objeto estimado. Para determinar la información real acerca del objeto destino a partir del campo de onda estimado debe proporcionarse un área en el espacio real donde se conoce que el objeto está ausente o enmascarado de alguna manera definida. Sólo conociendo este hecho puede alterarse de manera iterativa un valor estimado de funcionamiento del campo de onda que representa el objeto. Hay sin embargo una multitud de problemas asociados con la obtención de imágenes difractivas puras. Más notablemente el objeto destino debe excluirse o aislarse en alguna localización fija de alguna manera. Esto es prácticamente muy difícil de lograr. Además no es posible extender la solución a las partes nuevas o diferentes del objeto u obtener una imagen grande de buena resolución. Solamente una región aislada de un objeto puede iluminarse y solucionarse. Además el

objeto destino debe ser de un valor único. Es decir, debe representarse por un único número real. Ese número puede representar una absorción o un cambio de fase pero no puede representar ambos. De hecho la mayoría de las ondas de objeto destino reales (que es la función de onda que sale de un objeto destino) aparecen como números complejos que tienen componentes tanto de fase como de amplitud.

Otro gran problema con la obtención de imágenes difractivas puras es que el borde del objeto destino debe estar claramente definido y por lo tanto tener un borde distinto. Esto es de manera que está bien definida un área donde se conoce que el objeto está ausente o enmascarado de alguna manera. En la práctica es difícil producir un objeto o abertura que tiene tal borde definido.

Otros problemas son que para los objetos que se dispersan débilmente, que es un tipo común de objeto destino en la dispersión de rayos X y de electrones, la mayor parte de la radiación que pasa a través del objeto termina en el centro del patrón de difracción. Se pierde la información en esta zona ya que no ayuda en el proceso de obtención de Imágenes pero la radiación que pasa a través del objeto puede dañar el objeto. Además se requiere Iluminación paralela. Sin embargo esto significa que para una fuente de brillo dado se proporcionan relativamente pocos conteos en el plano objeto. En combinación con el hecho de que la cantidad de radiación que pasa a través de los objetos que se dispersan débilmente termina en una zona central como se mencionó anteriormente significa que todo el experimento en la práctica toma mucho tiempo para obtener suficientes conteos. SI durante la etapa de recolección de datos el objeto o algún otro aparato de obtención de imágenes se desvía o se mueve durante la exposición pueden arruinarse los datos.

Un método para encontrar esta solución que ha ganado considerable Interés es el método Iterativo sugerido por primera vez por Gerchberg y Saxton [R. W. Gerchberg and W. O.Saxton. Optlk, 35(2): 237-246, 1972], Tales métodos iterativos se han aplicado recientemente a la geometría ilustrada en la Figura 2 tanto para los electrones como para los rayos X. En este arreglo la radiación incidente 2 se dirige a una muestra 21 que forma un objeto destino. El objeto destino dispersa la radiación Incidente en un intervalo angular amplio que forma un patrón... [Seguir leyendo]

1. Un método para proporcionar datos de imagen para la construcción de una imagen de alta resolución de una región de un objeto destino (31), que comprende las etapas de:

proporcionar radiación incidente (3), desde una fuente de radiación, en el objeto destino (31); mediante al menos un detector (32), detectar la intensidad de la radiación dispersada por dicho objeto destino con una abertura posterior al objeto destino (34) en una primera posición con respecto al objeto destino (31), volver a posicionar la abertura (34) con relación al objeto destino, detectar subsecuentemente la intensidad de la radiación dispersada por dicho objeto destino (31) con la abertura (34) en una segunda posición con respecto al objeto destino; o

mediante al menos un detector (32), detectar la intensidad de la radiación dispersada por dicho objeto destino con la radiación incidente (3) en una primera posición con respecto al objeto destino (31), volver a posicionar la radiación incidente (3) con relación al objeto destino, detectar subsecuentemente la intensidad de la radiación dispersada por dicho objeto destino (31) con la radiación incidente (3) en una segunda posición con respecto al objeto destino; y caracterizada por:

seleccionar dicha segunda posición de manera que una primera área de la región del objeto destino seleccionada en dicha primera posición se solapa al menos en parte con una segunda área de la región del objeto destino determinada en dicha segunda posición; y

en respuesta a al menos la intensidad detectada en dichas primera y segunda posiciones, proporcionar dichos datos de imagen mediante un proceso iterativo y mediante el uso de una función de transmitancia suavemente variable o función de iluminación móvil con respecto a dicho objeto destino en donde la transmitancia suavemente variable o función de iluminación es una función de ancho de banda limitado no compuesta de frecuencias espaciales altas

2. El método como se reivindica en la reivindicación 1 en donde dicha etapa de proporcionar dichos datos de imagen comprende las etapas de:

estimar una función objetivo (41) que indica al menos una característica de dicha región del objeto destino (31);

y

volver a estimar iterativamente dicha función objetivo; de manera que se mejora una precisión de un valor estimado de funcionamiento de la función objetivo con cada iteración.

3. El método como se reivindica en la reivindicación 2 que comprende además las etapas de:

multiplicar la función objetivo estimada (61) por una función de sonda (62) que indica al menos una característica de la radiación incidente (3) en dicho objeto destino (31);

proporcionar una función de onda de salida (63) en respuesta a un resultado de dicha multiplicación; propagar la función de onda de salida (63) para proporcionar un valor estimado de un patrón de dispersión esperado (64); y

corregir al menos una característica de dicho patrón de dispersión esperado de acuerdo con una intensidad detectada.

4. El método como se reivindica en la reivindicación 1 en donde dicha etapa de proporcionar dichos datos de imagen comprende las etapas de:

estimar una función objetivo (41) que indica al menos una característica de una función de onda posterior al objeto destino inmediatamente antes de una abertura posterior al objeto destino (34); y volver a estimar iterativamente dicha función objetivo (41); de manera que se mejora una precisión de un valor estimado de funcionamiento de la función objetivo con cada iteración.

5. El método como se reivindica en la reivindicación 4 que comprende además las etapas de:

multiplicar la función objetivo estimada (41) por una función de sonda (42) que indica al menos una característica de una abertura posterior al objeto destino (34);

proporcionar una función de onda de salida (43) en respuesta a un resultado de dicha multiplicación; propagar la función de onda de salida para proporcionar un valor estimado de un patrón de dispersión esperado (44); y

corregir al menos una característica de dicho patrón de dispersión esperado de acuerdo con una intensidad detectada.

6. El método como se reivindica en la reivindicación 3 o 5 que comprende además las etapas de:

propagar inversamente el patrón de dispersión esperado corregido para proporcionar una función de onda de salida actualizada (43); y

actualizar el valor estimado de funcionamiento de la fundón objetivo en respuesta a dicha función de onda de salida actualizada de acuerdo con la función:

1g,n+1 r = Og,n r + U(r) (Vc>n r,R - n r,R )

donde g,n+i(r) es un valor estimado de funcionamiento de la función objetivo, g,n(r) es un valor estimado anterior de la función objetivo o es la unidad cuando no hay un valor estimado anterior, U(r) representa una 1 función de actualización, es una suposición corregida en una función de onda de salida y es la

función de onda de salida supuesta actual para una iteración.

7. El método como se reivindica en la reivindicación 6 en donde dicha función de actualización U(r) es:

P\P[r- R\* P*{r- R) \PmaXr- R KdP r - R \2 + 8

donde (3 es una constante de retroalimentación, P(r-R) es una función de sonda en una posición R, P*(r-R) es el conjugado de la función de sonda P(r-R), Pmáx(r-R) es el valor máximo de la amplitud de P(r), 5 es un

parámetro que puede seleccionarse y l es un parámetro que puede seleccionarse.

8. El método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 3 o 5 en donde dicha etapa de propagar comprende una transformación de Fourier cuando se detecta la intensidad detectada en el campo lejano.

9. El método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 3 o 5 en donde dicha etapa de propagar es una propagación de Fresnel cuando el al menos un detector está a una distancia de dicho objeto destino donde predomina la difracción de Fresnel.

1. El método como se reivindica en cualquier reivindicación anterior en donde dicha segunda área de la región del objeto destino solapa al menos 2% de dicha primera área.

11. El método como se reivindica en cualquier reivindicación anterior en donde dicha segunda área solapa más del

5% de dicha primera área.

12. El método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 3 o 5 en donde dicho patrón de dispersión 45 esperado corregido (44) se corrige de acuerdo con:

Vcr