用于位置分辨地确定在物体成像的图像平面中电磁场的相位和幅度的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于位置分辨地确定物体成像的图像平面中电磁场的相位和幅度的一种方法。在此图像被生成，其方式是该物体利用相干光线被照射并在一个图像平面中被成像，光线在该图像平面中位置分辨地按像素被探测，其中针为每个像素确定光线的强度，按图像点被存储，并把这些图像点分配给一个图像。首先生成一个第一图像，然后生成至少另一图像，其中光线的相位和／或幅度以给定的方式被改变，并且每个图像的所述改变都与其他图像的改变不相同。由所生成的图像位置分辨地确定物体在图像平面中成像的相位。本发明专利技术还涉及用于执行该方法的一种装置。在这种方法中光线的相位和／或幅度通过在物体与图像平面之间的一个位置频率过滤器而被改变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于位置分辨地确定在物体成像的图像平面中电磁场的 相位和幅度的方法和装置本专利技术的领域本专利技术涉及一种用于位置分辨地(ortsaufgeloesten )确定在物体成 像的图像平面中电磁场的相位和幅度的方法，其中图像的生成是通过 (a)该物体利用一种照明装置的相干光线被照射并在一个图像平面中 被成像，(b)光线在该图像平面中位置分辨地以像素被探测，(c)其 中针对每个像素确定光线强度，按图像点来存储并把这些图像点分配给 图像。在此首先生成一个第一图像。然后生成至少另一图像，其中光线 的相位和/或幅度以给定的方式被改变，并且对于每个图像所述改变都与 对于其他图像的改变不相同。该第一图像在此通常在没有任何改变的情 况下被记录。然后由所生成的.图像中，位置分辨，确定在物体该图像平 面中的成像的相位。本专利技术还涉及一种用于位置分辨地确定在物体成像的图像平面中 电磁场的相位和幅度的装置。这种装置包括具有辐射出相干光线的光源 的照明装置、物体支架、成像光学装置、进行位置分辨的像素探测器、 存储器模块以及分析模块。该装置通过如下方式生成图像(a)该物 体利用相干光学被照射，并通过该成像光学装置在该图像平面中被成 像，(b)光线在该图像平面中位置分辨地按像素(in den Pixeln)被探 测，(c)其中对于每个像素光线强度被确定，并按图像点被存储在该 存储器模块中，并把这些图像点分配给图像。当前技术为了在利用相干光线照射的一个未知物体的成像中确定波前 (Wellenfront)的相位，在当前技术中存在不同的方法。在此通常涉及 迭代方法，其中在成像中的相位以及在成像中的波前由两个或多个位置 分辨的强度测量而被迭代地重建。所述强度测量在此以预定的、充分确 定的方式相互不同。这样比如就可以记录一个第一图像，其中物体和进 行位置分辨的探测器分别位于该成像光学装置的焦点位置。然后可以记 录一个第二图像，其方式是进行有针对性的散焦。如果该物体位于一个支架上，那么可以沿着该光轴把该支架移动一个确定的长度。代替地并 且等效地，也可以移动该探测器，其中该成像光学装置的放大越大，所 述移动就相应越大。在该探测器中入射的光线被记录并被转换为强度 值。在相同的记录条件下以及同时被记录的强度值按图像点被存储，并 被组合为图像。然后由所述至少两个图像，就可以借助所谓的相位恢复 算法来计算当该物体成像在位于焦点处的图像平面中时来自其的光线 的相位以及波前。最常使用的相位恢复算法包括所谓的Gerchberg-Saxton算法(R.B.Gerchberg、 W.O.Saxton,光学装置，35巻， 237页，1972)或Yang-Gu算法(G.Yang,应用光学，33巻，209页， 1994)系列。虽然原理上两个图像就足以计算相位，但是迭代可能延续非常长。 因此希望记录尽可能多的图像，其中这样虽然一些信息是冗余的，但最 终能够达到较高的精确度。如果仅仅基于散焦来生成不同的图像，那么 就迅速地突破该界限，因为散焦在仅仅一个有限的调整范围内是可以 的，以便还能够合理地进行分析，并且否则该图像就可能被模糊。另一方面在显微镜中公开了一些方法，其中利用该方法可以提高在 成像时的相位对比。在这些方法中，光线在微观或宏观物体之中或之上 所经受的不可见的、微小的相位变化被转换为强度变化。这样其就变成:衍射的光S在相位和幅度上都被改变,、其中该物^的衍射光谱在一个 睹孔平面中被影响。在此所利用的是，显微物镜近似如同傅立叶变换光 学装置来构建，使得在该成像光学装置的瞳孔平面中能够影响从该物体 所衍射的光线的强度分布的位置频语。能够用来确定在物体成像的图像平面中电磁场的相位和强度的一 种显微镜在WO 91/07682中被公开。其中描述了一种聚焦的激光扫描显 微镜，其中激光束被聚焦到物体的小部分上。来自该物体的这部分的光 线通过一个针孔而被成像在探测器上。通过该物体在没有干扰的情况下 被照射，而记录第一图像。对于第二图像，在光路中在两个瞳孔平面中 分别在该物体之前和之后引入一个过滤器。如果不仅在该照明側、而且 在成像侧都使用过滤器，那么这两个过滤器在此具有与给定数学函数相 对应的、改变强度或改变幅度的一个函数，其中该数学函数的特征使分 析简化。对于该物体的这个小部分，现在就可以计算图像中的相位。因7为光线通过针孔在探测器上被成像，所以位置分辨地测量是繁瑣而冗长 的。使用必须相互匹配的两个过滤器也是费事的。本专利技术的描述本专利技术的任务是开发一种方法，利用它可以简单地位置分辨地确定 在物体成像中的相位。另外还应开发一种装置，其中该装置以简单的方 式来执行该方法，并实现了在不同条件下对图像进行记录的 一种高度灵 活性。该任务在开头所述种类的一种方法中被解决，其方式是光线的相位和/或幅度通过位置频率过滤(Ortsfr叫uenzfilterung)而在该物体与图像 平面之间的一个瞳孔平面中被改变。与前述的显微镜相反，所述过滤仅 仅需要实施一次。位置频率过滤此外与散焦相比提供了更多的可能性， 使得图像在不同条件下都能够被记录，这大大改善了该方法的精确度， 并产生了其他的应用可能性。这种改变在此是精确给定的。其对于所有 的图像是不同的，这样在一组中获得不同的强度图像。但至少两个图像 被记录。在此所有的图像都可以利用位置频率过滤来生成。或者所述图 像之一也可以在没有过滤的情况下被生成。这对于相位的确定不是重要 的，但对于后处理可能是有利的。然后由所记录的图像数据组可以通过 一种迭代方法-比如Gerchberg-Saxton系列的一种算法-在物体空间中反 算到在图像空间的相位，并从而反算到由成像过程所限定的相位。所述 位置频率过滤的主要优点在于完全自由地选择频率选择操作。这样就能 够补偿散焦的缺点，其中所述散焦在相位调制中对高频图像分量有大得 多的影响。通过一种位置频率过滤，还能够以较小的计算耗费来进行更 精确的相位重建。优选地所述位置频率过滤通过引入至少一个位置频率过滤器来进 行。该位置频率过滤器的特征在此是已知的，因为它在该相位恢复算法 中作为参数而引入。显然也可以同时使用多个位置频率过滤器，其中比 如一个第一过滤器覆盖一个第一频率范围， 一个第二过滤器覆盖一个第 二频率范围。还可以把第一过滤器作为幅度过滤器来构造，把第二过滤 器作为相位过滤器来构造。也可以把相位和幅度过滤器组合为一个唯一 的过滤器。为了改变相位和/或幅度，所述至少一个位置频率过滤器符合 目线与光轴相交)旋转和/或垂直于光轴移动。这样光线的相位以及幅度就 可以以多种方式利用一个且同一个元件而被改变。其他的移动以及围绕 其他轴线的旋转也是可以的。作为至少一个位置频率过滤器比如可以使用单透镜、微透镜阵列、西门子星(Siemensstern )、螺旋过滤器、透射光栅或者相位光栅(相衍 射光栅)。这些过滤器也可以组合地使用。尤其单个透镜或微透镜阵列 是尤其良好地适合的，因为它们不遮挡零衍射级。正弦棋盘光栅也具有 这种优点。如果单透镜的位置在该阵列中是不规则的，而是统计分散的和/或非 周期性分布的，那么在大多对称的衍射光谱中获得了多样化的操作可能 性。在位置分辨地确定相位之前对位置频率过滤器实施一种校准，这也 是符合目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于位置分辨地确定在物体成像的图像平面中电磁场的相位和幅度的方法，其中　－生成图像，其方式是　ａ．该物体利用照明装置的相干的光线被照射，并在图像平面中被成像，　ｂ．光线在该图像平面中位置分辨地按像素被探测，　ｃ．其中针对每个像素确定光线的强度，将其按图像点存储，并且把这些图像点分配给图像，　－首先生成一个第一图像，以及然后生成至少另一图像，其中该光线的相位和／或幅度以预给定的方式被改变，并且所述改变对于每个图像都与对于其余图像的改变不相同，以及－由所生成的图像来位置分辨地确定在该图像平面中物体成像的相位，　－其特征在于，　－光线的相位和／或幅度在物体与图像平面之间的瞳孔平面中通过位置频率过滤而被改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2007-2-21 102007009661.7;DE 2006-8-31 1020060411. 用于位置分辨地确定在物体成像的图像平面中电磁场的相位和幅度的方法，其中-生成图像，其方式是a. 该物体利用照明装置的相干的光线被照射，并在图像平面中被成像，b. 光线在该图像平面中位置分辨地按像素被探测，c. 其中针对每个像素确定光线的强度，将其按图像点存储，并且把这些图像点分配给图像，-首先生成一个第一图像，以及然后生成至少另一图像，其中该光线的相位和/或幅度以预给定的方式被改变，并且所述改变对于每个图像都与对于其余图像的改变不相同，以及-由所生成的图像来位置分辨地确定在该图像平面中物体成像的相位，-其特征在于，-光线的相位和/或幅度在物体与图像平面之间的瞳孔平面中通过位置频率过滤而被改变。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置频率过滤 通过引入至少一个位置频率过滤器来进行。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，用于改变相位和/或 幅度的所述至少一个位置频率过滤器在光路中围绕光轴和/或围绕垂直 于该光轴的、与该光轴相交的一个旋转轴线被旋转，和/或垂直于该光轴 被移动。4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，使用单透镜、 微透镜阵列、西门子星、螺旋过滤器、透射光栅或者相位光栅作为至少 一个位置频率过滤器。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，非周期性地和/或统 计地来选择透镜在该微透镜阵列上的位置。6. 根据权利要求2至5之一所述的方法，其特征在于，在位置分 辨地确定相位之前，对该位置频率过滤器进行校准。7. 根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在所述生 成之后对每个图像的图像点应用强度加权函数，该强度加权函数改变强度值，使得在该图像周期性延伸的情况下在图像中的强度的曲线对应于 连续的、优选为连续可微分的函数。8. 根椐权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，在所述生 成之后对每个图像的图像点-应用至频率空间的变换，以及-对;坡变换到频率空间的图像点应用瞳孔加权函数，其中该瞳孔加 权函数在睦孔的边缘向外连续地、优选为连续可微分地下降到零。9. 根据权利要求1至6之一所迷的方法，其特征在于，在该光路 中将明场光阑引入到该照明装置的物体平面中。10. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，生成其他的 图像，其中附加地改变光线到该物体的入射角。11. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，生成其他的 图像，其中该物体利用预给定偏振的光线被照射，并且该光线与偏振相 关地被探测。12. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，该光线的相 位和/或幅度附加地还通过散焦被改变。13. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在位置分辨 地确定相位之前，在单色像差方面进行校准。14. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在生成图像 之前，进行用于补偿随机的散焦的校准。15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在生成每个图像 之前实施所述的校准。16. 用于位置分辨地确定在物体成像的图像平面中...

【专利技术属性】
技术研发人员：S珀利茨，S韦森伯格，S福尔斯特，T谢鲁布尔，U斯特罗斯纳，H格罗斯，
申请(专利权)人：卡尔蔡司SMS有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]