CN103201648B

CN103201648B - 重叠关联成像术中探测的校准

Info

Publication number: CN103201648B
Application number: CN201180032119.1A
Authority: CN
Inventors: 安德鲁·迈登
Original assignee: Phase Focus Ltd
Current assignee: Phase Focus Ltd
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-06-27
Also published as: GB2481589A; ES2536222T3; AU2011273132B2; JP5917507B2; BR112012033669A2; DK2585853T3; EA026014B1; EP2585853B1; JP2013534633A; AU2011273132A1; WO2012001397A2; CA2803105A1; KR101810637B1; KR20130098290A; EA201201577A1; GB201010822D0; IL223814A; US8942449B2; CN103201648A; US20130223685A1

Abstract

一种提供图像数据的方法，所述图像数据用于构造目标对象的区域的图像，该方法包括提供参考目标对象的参考衍射图案；基于参考衍射图案确定探测函数的初始猜测；以及通过基于探测函数的初始猜测和目标函数的初始猜测的迭代过程，确定响应于至少一个检测器检测到的辐射强度的目标对象的图像数据。

Description

重叠关联成像术中探测的校准

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（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射函数）的特征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。

本发明的目的是至少部分地减轻上述问题。

重叠关联成像术适用于在反射模式（其中照明光束从目标试样被反射）或者透射模式（其中照明光束透射通过目标试样）中执行的成像。在此，当使用透射/透射的/透射过时，应当理解可同样使用反射/反射的/使反射。

发明内容

根据本发明，提供一种提供图像数据的方法，该图像数据用于构造目标对象的区域的图像，包括：提供参考目标对象的参考衍射图案;基于所述参考衍射图案确定探测函数的初始猜测；以及通过基于探测函数的初始猜测和目标函数的初始猜测的迭代过程，确定响应于由至少一个检测器检测到的辐射的强度的目标对象的图像数据。

参考衍射图案可以基于由至少一个检测器检测到的辐射的强度。

可以从参考目标对象反射由至少一个检测器检测到的辐射，或者由至少一个检测器检测到的辐射可以透射通过参考目标对象。

探测函数的初始猜测可用于确定一个或多个目标对象的图像数据。

参考目标对象可以是确定图像数据的第一目标对象。

参考目标对象可以是只用于校准目的的目标对象。

确定探测函数的初始猜测可包括：基于参考衍射图案，估计入射在参考目标对象的探测区域上的辐射的功率，以及选择探测函数的初始猜测，使得探测函数的初始猜测具有的平均强度等于估计的平均强度。

估计平均强度可以包括：对参考衍射图案执行快速傅立叶变换，以产生复数的矩阵，以及对复数的绝对值求和以产生实数，其中选择探测函数的初始猜测包括：取所述实数的平方根，以产生实值的数N，选择探测函数的初始猜测P，使P = MN / K，其中M是代表探测区域的矩阵，K是归一化因子。

K可以是矩阵M中的值的总和。

可提供探测区域的估计，其中在估计的探测区域之外矩阵M中的值为零，并且在估计的探测区域之内矩阵M中的值为1，以及K等于矩阵M中的 1值的数目。

本发明的一个方面提供了一种机器可读的数据存储介质，包括计算机可执行指令，当由计算机执行时，其执行上述的方法。

通过提供探测函数的迭代细化期间发散可能性的降低或消除，本发明的实施例可用于改进ePIE方法和系统的性能。

附图说明

下面仅通过示例，参照附图来描述本发明的实施例，其中：

图1示出了在目标对象上的入射;

图2示出了带有目标对象的衍射图案的形成和探测函数;

图3示出了相位恢复算法；以及

图4示出了没有目标对象的衍射图案的形成和探测函数；

图5示出了带有校准对象的衍射图案的形成和探测函数；

图6示出了用于提供可用来构建目标对象的区域的高分辨率图像的图像数据的设备。

具体实施方式

在附图中相同的附图标记指相同的部件。

图1示出了如何显影散射图案以及如何使用散射图案来确定对应于目标对象结构的信息的图像数据。将会理解，术语目标对象是指放置在入射辐射路径中、引起该辐射散射的任何试样或物品。将会理解，目标对象对入射辐射应该是至少部分透明的。目标对象可能会或可能不会具有一些重复的结构。作为选择，目标对象可以是全部或部分反射的，在这种情况下，基于反射的辐射来测量散射图案。

使入射辐射10落在目标对象11上。将会理解，术语辐射应被广义地解释为来自辐射源的能量。这将包括：包含X射线的电磁辐射，诸如电子和/或声波的发射的粒子。这样的辐射可以用波函数表示。如本领域技术人员所理解的，这种波函数包括实部和虚部。这可以用波函数的模数和相位表示。是的复共轭，并且，其中是强度，它对于波函数是可测量的。

入射辐射10在通过并超出试样11时被散射。于是，在从试样出射时入射辐射的波函数将相对于试样的目标前侧的入射辐射的波函数，在幅度和相位上都会有改变。发生的散射可包括：傅立叶衍射，折射和/或菲涅耳衍射，以及其中作为试样之后传播的结果改变入射辐射的特性的任何其他形式的散射。如果诸如CCD检测器12这样的检测器的阵列被布置成距试样有一个长的距离，则在衍射平面13形成衍射图案。如果检测器12定位成距试样有距离D，其中D对于待形成的衍射图案来说有效地距点源足够长，将形成傅立叶衍射图案。如果形成的衍射平面更接近试样，通过将检测器定位成更靠近，则形成菲涅耳衍射图案。

入射辐射10落在目标对象11的第一表面上。入射辐射在试样中被散射，并且透射的辐射传播直到形成衍射图案的衍射平面13。

图2更详细地示出了图1的过程。辐射10例如由弱透镜粗略地聚焦，使得目标对象的第一表面的区域被照射。当然，弱透镜可包括任何适当的聚焦设备，例如用于电子束或X射线的反射表面的一组板和电压源。弱聚焦足以基本上限制了探测辐射束。因此，没有必要对辐射进行锐聚焦，当然，尽管可以使用强聚焦的辐射。在此，目标对象提供目标函数O(r)，它表示由于穿过感兴趣对象的结果而引入入射波的相位和幅度的变化。入射在目标对象上的照射辐射表示探测函数P(r)，其P(r)，其形成如由透镜或其他光学部件形成的焦散或照明分布所生成的照射函数。P(r)是在对象平面处计算的这种波场的复平稳值。当从目标对象的下游表面出射时，出射波函数定义散射的辐射。由于这种出射波传播通过空间，它会在衍射平面13形成衍射图案。

将会理解，未聚焦的辐射可以与后目标孔径一起使用，而不是对象上的弱（或确实强）聚焦照射。孔径位于目标对象之后以便因此选择目标的区域以供调查。该孔径形成在掩模中，以使该孔径限定“支承”。支承是函数不为零的该函数的区域。换句话说，在该支承之外，函数为零。在该支承之外，掩模阻挡辐射的透射。术语孔径描述了辐射的局限化的透射函数。这可以用具有在0和1之间的模数值的二维复变量来表示。一种例子是具有变化透射率的物理孔径区的掩模。

入射辐射因此落在试样的上游侧，并且在透过试样时被试样散射。作为与对象相互作用后的辐射的出射波函数因此形成由此形成试样波O(r)。这样，O(r)表示二维复函数，使得O(r)中的每个点与复数相关联，O(r)中的每个点与其相关一个复数，其中r是二维坐标。O(r)在物理上表示从平面波照射的对象发出的出射波。例如，在电子散射的情况下，O(r)代表作为穿过感兴趣对象的结果的、引入入射波的相位和幅度的改变。该孔径提供探测函数P(r)（或透射函数），其选择对象出射波函数的一部分以供分析。将会理解，透射光栅或其他这样的滤波函数可位于目标函数的下游，而不是选择孔径。探测函数P(r-R)是孔径透射函数，其中孔径在位置R处。探测函数可表示为具有复值的复函数，其复值由模数和相位给出，该模数和相位表示由探测引入到入射在其上的完全平面波的模数和相位的改变。

出射波函数是辐射离开孔径时辐射的出射波函数。这种出射波在衍射平面形成衍射图案。在此，r是实空间中的向量坐标，u是衍射空间中的向量坐标。

将会理解，利用关于图1和2描述的孔径形成的实施例和非孔径实施例，如果检测到散射辐射的衍射平面移近试样，则会检测到菲涅耳衍射图案而非傅立叶衍射图案。在这样的情况下，从出射波至衍射图案的传播函数将会是菲涅耳变换，而非傅立叶变换。

图3示出了按照本发明实施例的迭代过程，其可用于恢复这种类型的图像数据，即它可被用来从一组衍射图案构造对象的区域的图像。图示的迭代过程30开始于对象猜测31和所使用的探测函数形式的猜测32。随后，这些初始猜测被迭代过程中运行猜测所取代。图像函数的初始猜测可以是随机分布，或者可以是基于其他测量或先前的计算而预先计算的近似值。下面，更详细地描述探测函数的初始猜测。在许多采样点模拟猜测，并因此用矩阵表示猜测。这样的矩阵可以由计算机或其他这样的处理单元存储和操纵。适当地，采样点等距隔开，并形成矩形阵列。k次迭代后的探测函数估计表示为P_k(r)，以及O_k(r)表示k次迭代后恢复的图像表示为O_k(r)。因此，探测函数和目标函数的原始猜测分别是P₀(r)和O₀(r)，其中r是适当的坐标向量。

如果与探测函数和对象的相对位置有关的当前平移向量表示为R _K，则猜测的对象分布和探测函数之间的相互作用用下式模拟：

…………… （1）。

这是当前的出射波前。按照本发明的实施例，迭代过程被用来更新对象猜测33。还迭代计算了更新的探测函数猜测34。

有关对象猜测的更新，第一步是在步骤35确定出射波前。这通过使用上面提到的方程式（1）实现。下一步是将出射波前传播到测量平面，这通过使用相干波前的适当传播模型来完成。传播由算符T来表示，其中：

…………… （2）。

如步骤36所示的正向变换T生成传播的波前，其中u指测量平面上的坐标。由于是复值，这可写为：

…………… （3）。

接下来，这种模拟的波前必须与测量的衍射图案进行比较。如果猜测的对象是正确的，那么下面的等式对每一个k值都成立:

…………… （4）。

传播的出射波前的模数等于所记录的衍射图案强度的平方根。一般来说，情况不是这样，因为猜测的对象没有正确表示采样点的真实对象。为了执行该等式，如下所示，用记录的衍射图案强度的平方根替换传播的出射波前的模数：

…………… （5）。

在步骤37，用记录的衍射图案强度的平方根替换传播的出射波前的模数。

然后，使用逆传播算符，将校正后的波前传播回对象平面：

…………… （6）。

这种逆传播步骤39提供校正后的出射波形式。然后，计算更新步骤40，以生成改进的对象猜测。按照下式执行更新步骤40：

…………… （7）。

该更新函数在图3中被标记为U1，其生成对象猜测的更新。参数α控制对象猜测的变化率。此值应在0和2之间调整，因为更高的值可能导致更新的对象猜测中的不稳定性。按照本发明的实施例，以与目标函数非常相同的方式重建探测函数。适当地，与目标猜测的更新同时地实施探测函数猜测（将会认识到，与目标函数相比，可任选地更经常或不那么经常地更新探测函数）。为了实现这一点，起校准衍射图案作用的其他衍射图案可以记录在测量平面中，其中目标对象从系统中被移除。在目标对象被放置就位之前，或在前面提到的衍射图案已被测量后除去目标对象之后，可记录这种校准衍射图案，或者这种校准衍射图案可以是目标对象被适当地定位之前和之后记录的衍射图案的组合。备选地，校准衍射图案可以记录在测量平面中，其中用校准对象511代替目标对象。再一次，在目标对象被放置就位之前，或在前面提到的衍射图案已被测量后除去目标对象之后，可记录这种校准衍射图案，或者这种校准衍射图案可以是目标对象被适当地定位之前和之后记录的衍射图案的组合。校准对象511是具有已知目标函数的对象，以便可以从测量的衍射图案和目标函数得出探测函数。

也就是说，在没有目标对象的情况下，可以记录探测函数本身的校准衍射图案。这种衍射图案的测量示出在图4中。在图5中示出了备选布置，其中替代目标对象，使用具有已知目标函数的校准对象511测量校准衍射图案。校准衍射图案被表示为测量。

如下面更详细描述的，在步骤32，P₀(r)被选择作为探测函数的初始猜测。以与上文详述的校正/更新步骤类似的方式处理更新步骤46利用了更新函数U2，它是：

……… （8）。

该更新函数的结果产生探测函数的运行估计。参数控制探测猜测的变化率。该值应在0和2之间调整，因为更高的值可能导致更新的探测猜测中的不稳定性。探测函数的运行猜测可以在步骤35中使用以生成出射波前。

在WO 2010/064051中描述了可用在一些实施例中的图3的迭代方法的备选迭代方法。

如上文所述，在某些情况下，由于算法的发散，该算法不能产生精确的图像。本发明者已经发现，当探测波前的强度没有被精确并入到其初始估计时，可能会产生发散。如果模拟的（猜测的）强度过大或过小，ePIE的每次迭代将产生比先前的迭代所产生的那些更不精确的探测的估计和试样的估计，并且该算法发散。

按照本发明的实施例，通过给ePIE提供使用利用参考试样测量的参考衍射图案的探测强度初始估计，可避免这种发散或不太可能产生发散。可以与从目标试样测量的那些衍射图案相同的方式记录该衍射图案，并且这些图案的其中之一的确可以在一些实施例中被用作参考衍射图案。当测量的是从参考试样反射的辐射时，优选的是，参考衍射图案来自反射高比例入射探测强度的试样的区域。当测得的量是透过参考试样的辐射时，优选的是，参考图案来自透射大部分入射探测强度的区域。这确保了参考衍射图案的强度大致等于探测的强度。参考试样的选择没有被特别限制，并且如上所述，可以是目标试样。备选地，在校准对象511用于确定校准衍射图案时，该校准衍射图案可以被用作参考衍射图案。

该测量的衍射图案用于计算入射在探测区域中的试样上的辐射功率。然后，该计算的功率与探测区域的近似了解一起，可被用于得出横跨探测区域的入射辐射的平均强度或者平均幅度。这里使用了术语探测区域，它表示导致测量的衍射图案的试样区域。

根据本实施例的例子，通过对参考衍射图案（例如利用参考试样测得的强度）执行快速傅立叶变换（FFT）形成初始探测。这会导致复数的矩阵，接下来，对其绝对值求和，给出代表入射在探测区域中的辐射功率的值。然后，取这个和的平方根，给出单个实值数N，该实值数N代表在探测区域上集中的辐射的RMS幅度。现在，估计由给出探测的粗略形状的区域做成，在该区域之外，真实探测下降到低强度水平。在计算机中其由矩阵M表示，在探测被认为低于阈值强度处其值为零（0），在探测被认为高于所述阈值处其值为一（1）。计算M中1的总数，给出实值的数K。然后，在计算机中由矩阵P表示初始探测估计，其中：

P = MN / K ………………………… （9）。

也就是说，矩阵M中的每个项目乘以N并除以K。这产生探测函数的初始猜测，其具有与横跨探测区域平均的入射辐射大致相同的幅度和因此相同的强度。探测函数的初始猜测在探测的近似区域以外是零，在探测区域内具有恒定的、均匀的值。

正如对本领域技术人员来说清楚的是，一些或所有的上述数学运算可以使用计算机来实施。

根据这些实施例，基于测量的参考衍射图案，通过提供具有合适强度的探测函数的初始猜测，通过选择猜测的探测函数的强度为平均估计的强度，可降低或消除探测函数的迭代细化过程中发散的可能性。

在一些优选的实施例中，探测强度的估计可以使用在来自多个目标试样的多个迭代算法过程中。也就是说，可能没有必要为调查的每个目标试样收集探测强度的初始估计。

图6示出了用于提供图像数据的设备，该图像数据可用于构造按照图1和图2示出的上述实施例的目标对象的区域的高分辨率图像。辐射源50向透镜51提供照射，透镜51将辐射弱聚焦到目标11的选定区域。入射辐射具有入射波函数52和出射波函数53。该出射波函数传播越过距离D，其中在检测器阵列12上形成衍射图案。有利的是，距离D足够长，使得传播的出射波函数53形成远场傅立叶衍射图案。检测器阵列提供至少一个检测器，其可以检测到目标对象11散射的辐射的强度。提供定位装置54，其可以是微致动器，这可以相对于目标对象如所需的那样在一个或多个位置处定位目标对象。这样，可以使来自源50的辐射入射在目标11的上游表面的不同位置。

备选地，在一些应用中，距离D足够小可能是有利的，使得传播的出射波函数53在近场中于检测器阵列上形成菲涅耳衍射图案。

控制单元55向微致动器提供控制信号，并且还从检测器阵列12中的每个像素检测器接收强度测量结果。控制单元55包括微处理器56和数据存储器57，以及可包括用户显示器和用户输入键盘的用户接口58。所述控制单元可被连接到另外的处理装置，如膝上型电脑59或者PC，用于远程控制。备选地，将会理解，控制单元55可由膝上型电脑或PC提供。控制单元55可以实时自动地控制图像数据的生产。备选地，用户可以使用用户接口58来选择用于成像的目标对象的区域，或提供另外的用户输入。

在使用中，辐射源50用辐射照射透镜51。在控制单元55的控制下，由致动器54选择性地定位目标对象11。辐射形成通过检测器阵列12中的每个检测器在相应位置处检测的衍射图案。来自这些检测器的结果被输入到控制单元并且可以被存储在数据存储器57中。如果仅一个位置被用来获得图像数据，微处理器使用该检测的信息连同包括上面指出的算法的信息的程序指令来获得图像数据。然而，在最终确定图像数据之前，如果需要一个或多个另外的位置，控制单元接下来向在另一个选择的位置定位试样的致动器54发出信号。该致动器可以将试样放置在许多不同位置的其中之一处。重定位之后，测量在检测器阵列上形成的另外的衍射图案，以及将结果存储在控制单元中。作为一个例子，阵列12可以是1200×1200像素的CCD阵列。如果不需要进一步的强度测量，在此阶段可以通过控制单元根据新存储的两组结果使用上面指出的算法生成图像数据。在用户接口1209上或PC上的远程显示器或其他这样的设备上，可显示由图像数据生成的高分辨率图像，或者可显示原始图像数据。备选地或另外地，图像数据本身可以被用来确定与目标对象相关联的特性，例如，通过与预定值比较的数据值。

致动器可用于将目标对象移出光程，使得能够测量无目标对象的衍射图案。备选地，这种移动可通过另一种致动器（图中未示出）或通过用户干扰来实施。

根据本发明的另外的实施例，漫射器覆盖后目标孔径。该漫射器被布置成漫射来自目标的波前，使得入射在样本上的辐射在测量的衍射图案中在所有衍射角上更均匀地散布。通过实施恢复照射函数或探测函数所需的测量，利用在适当位置的漫射器，漫射器的效果也可自动恢复。因此，漫射器可以任意方式漫射来自目标的波前，并且没有必要事先知道漫射器的性质。

漫射器的存在导致衍射图案的动态范围的降低。由于大多数检测器具有有限的动态范围，降低衍射图案的动态范围可允许待确定的衍射图案的更可靠的表示。此外，当入射在样本上的辐射在所有衍射角上更均匀地散布时，提供图像数据所需的入射通量可降低，从而降低了对目标对象造成损害的可能性。

可使用具有任意传递函数的任何类型的漫射器。如本领域技术人员所理解的，漫射器的选择取决于所使用的辐射的性质和期望的漫射效果。例如，对于可见光，漫射器可以包括磨砂玻璃漫射器。

在整个的本说明书的描述和权利要求书中，词语“包括”和“包含”及它们的变体指“包括但不限于”，并且它们不是用来（以及不）排除其它的部分、添加物、组件、整体或步骤。在整个的本说明书的描述和权利要求中，单数包括复数，除非上下文另有要求。尤其是，在使用不定冠词之处，本说明书和权利要求书应被理解为考虑了复数以及单数，除非上下文另有要求。

结合本发明的特定方面、实施例或示例所描述的特征、整体、特性、化合物，化学部分或基团，应被理解为适用于在此描述的任何其他方面、实施例或示例，除非与其不兼容。在本说明书（包括任何所附的权利要求书、摘要和附图）中公开的所有特征和/或因此公开的任何方法或过程的所有步骤，可以以任意的组合相结合，除了其中至少一些这样的特征和/或步骤相互排斥的组合。本发明并不限于任何前述实施例的细节。本发明延伸到在本说明书（包括任何所附的权利要求书、摘要和附图）中所公开的特征的任何新颖的特征或任何新颖的组合，或因此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。

读者的注意力指向所有文章和文件，它们是与本申请说明书同时或在其之前提交的，并且它们对公众检查本说明书是开放的，以及所有这样的文章和文件的内容通过引用结合在此。

Claims

1.一种提供图像数据的方法，所述图像数据用于构造目标对象的区域的图像，所述方法包括：

提供参考目标对象的参考衍射图案；

基于参考衍射图案确定探测函数的初始猜测，所述探测函数表示与后目标对象孔径关联的透射函数或者表示与入射辐射关联的照射函数；以及

通过基于探测函数的初始猜测和目标函数的初始猜测的迭代过程，确定响应于至少一个检测器检测到的辐射强度的目标对象的图像数据，所述目标函数表示作为穿过目标对象的结果而引入入射波的相位和幅度的变化。

2．根据权利要求1所述的方法，其中所述参考衍射图案基于由至少一个检测器检测到的辐射的强度。

3．根据权利要求1所述的方法，其中由至少一个检测器检测到的辐射反射自参考目标对象。

4．根据权利要求1所述的方法，其中由至少一个检测器检测到的辐射透射通过所述参考目标对象。

5．根据权利要求1所述的方法，其中探测函数的初始猜测用于确定一个或多个目标对象的图像数据。

6．根据权利要求1所述的方法，其中所述参考目标对象是确定图像数据的第一目标对象。

7．根据前述的任何一项权利要求所述的方法，其中所述参考目标对象是只用于校准目的的目标对象。

8．根据权利要求1所述的方法，其中确定探测函数的初始猜测包括：

基于参考衍射图案，估计入射在参考目标对象的探测区域上的辐射的功率，以及

选择探测函数的初始猜测，使得探测函数的初始猜测具有的平均强度等于估计的平均强度。

9．根据权利要求8所述的方法，其中估计平均强度包括：

对参考衍射图案执行快速傅立叶变换，以产生复数的矩阵，以及

对复数的绝对值求和，以产生实数，并且其中

选择探测函数的初始猜测包括：

取所述实数的平方根，以产生实值的数N，

选择探测函数的初始猜测P，使P = MN/ K，其中M是代表探测区域的矩阵，以及K是归一化因子。

10．根据权利要求9所述的方法，其中K是矩阵M中的值的总和。

11. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括提供探测区域的估计，其中

矩阵M中的值在估计的探测区域以外是零，以及在估计的探测区域内是1，以及

K等于矩阵M中1值的数目。