DE102018127083A1

DE102018127083A1 - Abbildung von Korngrenzen mittels Differenzialinterferenzkontrast

Info

Publication number: DE102018127083A1
Application number: DE102018127083.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Vaupel
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-04-30

Abstract

Es werden Techniken zum Sichtbarmachen von Kornstrukturen eines Probenobjekts, z.B. mittels eines Mikroskops, beschrieben. Dabei wird ein Differenzialinterferenzkontrast verwendet, etwa DIC nach Normarski oder CDIC mit zirkular polarisiertem Licht. Es werden mehrere Bilder bei unterschiedlichen Konfigurationen des Differenzialinterferenzkontrasts erfasst. Daraus wird ein Ergebnisbild erhalten, das die Kornstrukturen sichtbar macht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Beispiele der Erfindung betreffen Techniken zum Sichtbarmachen von Kornstrukturen eines Probenobjekts mittels Differenzialinterferenzkontrast.
HINTERGRUND
Die Analyse von Korngrößen eines Materials kann in verschiedenen Anwendungsgebieten, wie z.B. der Werkstoffprüfung oder bei der Dünnschichttechnik bzw. lithographischen Verfahren oder Ätzschritten, von Interesse sein. Die Korngrößenanalyse wird etwa nach International Organization for Standardization (ISO) Norm 643 oder ASTM International Norm E112 durchgeführt. Demnach werden mikroskopische Bilder einer Probenfläche aufgenommen, um die Größenverteilung der Körner durch verschiedene in den Normen beschriebenen Verfahren zu erhalten.
Um die Korngrößenanalyse genau durchführen zu können, benötigt man ein Bild, welches die Korngrenzen von Kornstrukturen mit gutem Kontrast sichtbar macht, d.h. mit einem Helligkeitsunterschied gegenüber dem Bildhintergrund. Dann kann unter Verwendung des Bilds eine Bildanalyse durchgeführt werden. Zur Sichtbarmachung der Korngrenzen wird häufig im Hellfeld, Dunkelfeld, oder Polarisationskontrast (d.h. mittels gekreuzter Polarisatoren, ggf. mit Lambda-Verzögerungsplatte) gearbeitet. Mit letzterem erkennt man die Körner an unterschiedlichen Farben oder Graustufen, d.h. unterschiedlichen Helligkeiten. Dann kann eine Analyse auf den entsprechenden Bildern angewendet werden. Differenzialinterferenzkontrast (engl. differential interference contrast, DIC; siehe FR 1 059 123 A ) kann ebenso verwendet werden, um die Korngrenzen sichtbar zu machen. Dies ist beispielsweise beschrieben in: San Martin, D., et al. „Application of Nomarski differential interference contrast microscopy to highlight the prior austenite grain boundaries revealed by thermal etching.“ Materials characterization 61.5 (2010): 584-588.
Um die einzelnen Körner in der Bildanalyse zu erkennen, wird gelegentlich eine Mehrphasen-Analyse durchgeführt, indem Körner derselben Farbe in einem jeweiligen Schritt segmentiert werden. Dabei wird eine endliche Anzahl von Farben zur Identifikation verwendet.
Solche voranstehend beschriebenen Techniken weisen bestimmte Nachteile und Einschränkungen auf. Bei Verwendung einer Hellfeld-Bildgebung oder einer Dunkelfeld-Bildgebung zeichnen sich nicht immer alle Korngrenzen in den derart erhaltenen Bildern ab. Im Polarisationskontrast liegen die Farben/Graustufen der Körner häufig so nahe beieinander, dass sie für automatische Bildanalyse ununterscheidbar sind. Bei DIC erscheinen die Korngrenzen - sofern überhaupt abgebildet - im entsprechenden Bild je nach Orientierung teilweise heller, teilweise dunkler als der Hintergrund. Das macht eine zuverlässige automatische Bildanalyse fehleranfällig und häufig unmöglich. In all diesen Fällen können Korngrenzen nicht komplett erkannt und die Korngrößenbestimmung nicht korrekt durchgeführt werden.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken zur Sichtbarmachung von Korngrenzen, um derart eine genaue Korngrößenanalyse zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
Ein Verfahren zum Sichtbarmachen von Kornstrukturen eines Probenobjekts umfasst das Erfassen eines entsprechenden Bilds, jeweils bei jeder von mehreren Konfigurationen eines Differenzialinterferenzkontrasts. Das Verfahren umfasst außerdem das Erhalten eines Ergebnisbilds basierend auf den mehreren Bildern. Das Ergebnisbild macht die Kornstrukturen sichtbar.
Ein Computerprogramm oder ein Computerprogramm-Produkt oder ein computerlesbares Speichermedium umfasst Programmcode, der von einem Prozessor ausgeführt werden kann. Das Ausführen des Programmcodes bewirkt, dass der Prozessor ein Verfahren zum Sichtbarmachen von Kornstrukturen eines Probenobjekts ausführt. Dieses Verfahren umfasst das Erfassen eines entsprechenden Bilds, jeweils bei jeder von mehreren Konfigurationen eines Differenzialinterferenzkontrast. Das Verfahren umfasst außerdem das Erhalten eines Ergebnisbilds basierend auf den mehreren Bildern. Das Ergebnisbild macht die Kornstrukturen sichtbar.
Eine Steuerung ist eingerichtet, um einen Motor eines optischen Geräts anzusteuern, so dass dieser - etwa durch Bewegen eines Probenhalters und/oder eines Prismas - mehrere Konfigurationen eines Differenzialinterferenzkontrasts implementiert. Außerdem ist die Steuerung eingerichtet, um einen Detektor des optischen Geräts anzusteuern, um bei jeder der mehreren Konfigurationen des Strahlversatzes jeweils ein entsprechendes Bild zu erfassen. Die Steuerung ist ferner eingerichtet, um basierend auf den mehreren Bildern ein Ergebnisbild zu erhalten. Das Ergebnisbild macht die Kornstrukturen sichtbar.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Figurenliste

1 illustriert schematisch ein optisches Gerät gemäß verschiedener Beispiele.
2 illustriert schematisch eine Optik des optischen Geräts gemäß verschiedener Beispiele.
3 ist ein Flussdiagram eines beispielhaften Verfahrens.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und ihr genereller Zweck dem Fachmann verständlich werden. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
Verschiedene Beispiele betreffen Techniken, um Kornstrukturen eines Probenobjekts in Bildern besonders gut sichtbar zu machen. Das bedeutet, dass die Kornstrukturen mit besonders großem Kontrast abgebildet werden können. Insbesondere können die Korngrenzen sichtbar gemacht werden.
In verschiedenen Beispielen kann es dann möglich sein, Korngrenzen zwischen den Kornstrukturen zu erkennen bzw. maschinenlesbar zu annotieren, d.h. maskiert werden. Beispielsweise kann anschließend eine Analyse durchgeführt werden, etwa eine Korngrößenanalyse nach ISO 643 oder ASTM E112.
Das Erfassen der Bilder kann in den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen mittels unterschiedlicher optischer Geräte erfolgen. Beispielsweise könnte ein Mikroskop verwendet werden oder aber auch eine einfache Kamera ohne Vergrößerung oder ein Makroskop. Die Bildgebung kann in Auflicht-Geometrie erfolgen oder aber auch in Durchlicht-Geometrie.
Verschiedene Beispiele beruhen auf der Verwendung eines Differenzialinterferenzkontrasts zur Bildgebung im Zusammenhang mit dem Sichtbarmachen der Kornstrukturen. Dabei wird das Probenobjekt mit Licht beleuchtet und es wird die Interferenz von unterschiedlichen Komponenten des Lichts ausgenutzt. Dabei kann z.B. die DIC nach Normarski verwendet werden, oder aber auch ein zirkularer DIC (CDIC), sh. Danz, Rainer, and Peter Gretscher. „C-DIC: a new microscopy method for rational study of phase structures in incident light arrangement.“ Thin Solid Films 462 (2004): 257-262. CDIC setzt anstelle von linear polarisiertem Licht zirkular polarisiertes Licht ein.
Beim Differenzialinterferenzkontrast wird im Allgemeinen das Licht durch Verwendung eines Differenzialinterferenzkontrast-Strahlteilungsprismas in zwei Komponenten aufgespaltet.
Verschiedene Beispiele beruhen auf der Erkenntnis, dass bei Verwendung eines Differenzialinterferenzkontrasts die Korngrenzen eine Komponente senkrecht zum Strahlversatz aufweisen müssen, um einen signifikanten Kontrast im jeweiligen Bild zu erhalten. Entsprechendes gilt für DIC, als auch für CDIC: Bei CDIC gilt für helle Korngrenzen, dass sie senkrecht zur Richtung des Strahlversatzes des CDIC verlaufen, und dass bei ihnen die Höhendifferenz oder Brechungsindexdifferenz benachbarter Körner das gleiche Vorzeichen haben.
Verschiedene Beispiele beruhen außerdem auf der Erkenntnis, dass bei Verwendung des Differenzialinterferenzkontrasts die Korngrenzen hell oder dunkel gegenüber dem Hintergrund abgebildet werden können - je nach Phasenlage der Komponenten und in Abhängigkeit vom Höhenprofil der angrenzenden Körner.
Dies bedeutet, dass die Helligkeit der Korngrenzen je nach Konfiguration des Differenzialinterferenzkontrasts im jeweiligen Bild stark variieren kann.
Gemäß verschiedener Beispiele werden Bilder bei mehreren Konfigurationen eines Differenzialinterferenzkontrasts - etwa DIC oder CDIC - erfasst. Dann kann ein Ergebnisbild erhalten werden, basierend auf den mehreren Bildern. Dieses Ergebnisbild weist einen Kontrast auf, welcher die Kornstrukturen sichtbar macht.
Insbesondere kann das Ergebnisbild einen wohldefinierten Kontrast für die Korngrenzen aufweisen (z.B. alle Korngrenzen heller als der Hintergrund), der eine Auswertung einfacher macht.
Dabei können die verschiedenen Konfigurationen des Differenzialinterferenzkontrasts in unterschiedlichen Beispielen auf unterschiedliche Arten und Weisen erfolgen. Insbesondere können die Komponenten des Lichts relativ zueinander konfiguriert werden.
In einem ersten Beispiel wäre es z.B. möglich, dass die mehreren Konfigurationen des Differenzialinterferenzkontrasts durch eine Veränderung der Phasenlage der Komponenten des Lichts erfolgt. Dazu kann z.B. die optische Weglänge der beiden Komponenten zwischen Differenzialinterferenzkontrast-Strahlteilungsprisma und Probenobjekt durch Verkippung verändert werden. Dazu kann ein Motor verwendet werden. Es wäre aber auch möglich, Phasenschieber etc. zu verwenden, die selektiv in den Strahlengang einer Komponente eingebracht werden.
In einem zweiten Beispiel - das alternativ oder zusätzlich zum ersten Beispiel angewendet werden kann - wäre es z.B. möglich, dass die mehreren Konfigurationen des Differenzialinterferenzkontrasts durch eine Veränderung der Orientierung des Strahlversatzes der Komponenten des Lichts erfolgt. Die Orientierung des Strahlversatzes kann in Bezug auf das Koordinatensystem des Probenobjekts definiert sein. Das bedeutet, dass insbesondere die Orientierung des Strahlversatzes gegenüber dem Probenobjekt variiert werden kann. Dies kann durch Drehung des Probenobjekts und/oder des Differenzialinterferenzkontrast-Strahlteilungsprismas erfolgen. Dabei können je nach verwendetem Differenzialinterferenzkontrast unterschiedliche Techniken eingesetzt werden, um die Orientierung des Strahlversatzes zu verändern. Zum Beispiel kann die Orientierung bei DIC durch Drehung des Probenhalters verändert werden. Bei der CDIC kann die Orientierung durch Drehung des CDIC-Strahlteilungsprismas verändert werden. Typischerweise ist es besonders einfach möglich, dass CDIC-Prisma zu drehen, insbesondere im Vergleich zu einer Rotation des Probenhalters, die typischerweise eine Kalibrierung erfordert. Um eine solche Drehung zu erreichen, können ein oder mehrere Motoren verwendet werden, die entsprechend angesteuert werden können.
Zum Beispiel könnten vier oder mehr Bilder mit unterschiedlicher Orientierung und/oder unterschiedlicher Phasenlage des Strahlversatzes erfasst werden, um alle Korngrenzen unterschiedlicher Orientierungen im Ergebnisbild mit erhöhtem Kontrast hell darzustellen. Ein Beispiel ist in TAB. 1 wiedergegeben. TAB 1: Orientierung des Strahlversatzes und Vorzeichen der Phasenlage.

Bildnummer Orientierung des Strahlversatzes Vorzeichen der Phasen lage

1 -45° Positiv

2 -45° Negativ

3 +45° Positiv

4 +45° Negativ
Im Beispiel der Tab. 1 wird beispielsweise die Phasenlagen der Bilder je einmal positiv und negativ relativ zu einer Referenzphase verwendet, bei der die über das Bild gemittelte Reflektivität der Körner ein Minimum hat. Dies sichert einen starken Kontrast: wird eine Korngrenze im Bild #1 (aufgrund des entsprechenden Höhenunterschieds des Korns gegenüber dem Nachbarkorn) dunkel gegenüber dem Hintergrund angezeigt, so kann dieselbe Korngrenze im Bild #2 hell gegenüber dem Hintergrund angezeigt werden - aufgrund der Änderung des Vorzeichens der Phasenlage. Durch die Verwendung unterschiedlicher Konfigurationen kann sichergestellt werden, dass die Korngrenzen in zumindest einem Bild hell gegenüber dem Hintergrund dargestellt werden. Durch geeignete Kombination der Bilder können alle Korngrenzen hell gegenüber dem Hintergrund im Ergebnisbild dargestellt werden.
Das Erfassen der Bilder erfolgt vorzugsweise automatisch, d.h. von einem Computer-Programm gesteuert, das das CDIC-Prisma und/oder den Probenhalter motorisch in der Bildebene ausrichtet, um die erforderlichen vier Bilder aufzunehmen.
Dann kann eine digitale Nachbearbeitung erfolgen. Die Bilder mit unterschiedlichen Konfigurationen können in manchen Beispielen kombiniert werden, z.B. durch Mittelung und/oder Verwendung geeignetere logischer Operatoren: z.B. könnte jeweils der maximale Helligkeitswert eines Bildpunkts ins Ergebnisbild übernommen werden. Dadurch erscheinen im entsprechenden Ergebnisbild die Korngrenzen nun gleichmäßig heller als der Hintergrund. Das Ergebnisbild kann dann segmentiert werden. In einem weiteren Beispiel kann eine Bildsegmentierung in jedem der Bilder jeweils Bereiche gleicher Helligkeit bzw. einer Helligkeit innerhalb bestimmter Toleranzbereiche identifizieren. Die so erhaltenen Maskenbilder der Körner können miteinander zum Erhalten des Ergebnisbilds kombiniert werden.
Es wäre dabei also kurzgefasst möglich, dass die einzelnen Bilder segmentiert werden und entsprechende Maskenbilder zum Erhalten des Ergebnisbilds kombiniert werden; es wäre aber auch möglich, dass das Ergebnisbild - nach Kombination der Bilder (also der Bildpunktwerte) - segmentiert wird.
Z.B. könnte ein künstliches neuronales Netzwerk für die Bildsegmentierung eingesetzt werden.
Das Ergebnisbild kann dann durch die Verfahren nach ISO 643 und ASTM E112 ausgewertet werden.
Die digitale Nachbearbeitung kann automatisch durch ein Computer-Programm erfolgen.
TAB. 1 beschreibt lediglich ein Beispiel, welches in anderen Beispielen abgewandelt werden kann. Zum Beispiel wäre es möglich, statt der vier Bilder gemäß TAB. 1 nur zwei Bilder mit orthogonaler Orientierung des Strahlenversatzes in der Bildebene zu erfassen, bei gleicher Phasenlage. Dann kann nach der Mittelung der Bilder zum Erhalten des Ergebnisbilds je ein Maskenbild für die hellen und die dunklen Korngrenzen durch Segmentierung des Ergebnisbilds erhalten werden, und beide Maskenbilder mit logischen ODER (oder einer anderen passenden logischen Verknüpfung) verknüpft werden.
Typischerweise kann es erstrebenswert sein, eine größere Anzahl von Bildern N mit unterschiedlichen Konfigurationen zu erfassen. Etwa kann gelten, N>3. Dann können die Korngrenzen nämlich besonders gleichmäßig im entsprechenden Ergebnisbild sichtbar gemacht werden. In einem Beispiel könnte Anzahl N von mindestens zwei Bildern N>1 mit unterschiedlicher Orientierung erfasst werden, indem die Orientierung in Schritten Δ im Bereich von 2° bis 180° sequentiell gedreht wird, z.B. Δ=360°/N. Alternativ oder zusätzlich könnte auch die Phasenlage variiert werden.
Andererseits kann die Zeit zur Erfassung der Bilder mit steigender Anzahl der Bilder zunehmen. Deshalb kann es erstrebenswert sein, durch Aufteilung des Strahlengangs und Verwendung mehrerer Prismen die Bilder bei den verschiedenen Konfigurationen des Differenzialinterferenzkontrasts zumindest teilweise zeitparallel zu erfassen.
Durch solche Techniken können Korngrenzen besonders gut sichtbar gemacht werden und dann anschließend in der Analyse zuverlässig detektiert werden.
1 illustriert ein optisches Gerät 100 gemäß verschiedener Beispiele. Das optische Gerät 100 umfasst eine Optik 101, die für die Bildgebung mittels Differenzialinterferenzkontrast eingerichtet ist. Das optische Gerät 100 könnte beispielsweise ein Mikroskop oder ein Makroskop sein.
Außerdem umfasst das optische Gerät 100 auch eine Steuerung 102 sowie einem Probenhalter 103. Auf dem Probenhalter 103 kann ein Probenobjekt fixiert werden, so dass dieses mittels der Optik 101 optisch untersucht werden kann (Bildgebung). Die Steuerung 102 ist eingerichtet, um ein oder mehrere Betriebsparameter des optischen Geräts 100 einzustellen. Beispiele betreffen etwa die Positionierung und/oder Orientierung und/oder Verkippung (Ausrichtung) des Probenhalters 103 durch einen Motor, oder auch die Ausrichtung von bestimmten Filtern der Optik 101 (etwa eines Differenzialinterferenzkontrast-Strahlteilerprismas) durch einen Motor. Beispielsweise könnte ein Strahlteilerprisma in den Strahlengang der Optik 101 durch Ansteuern eines entsprechenden Motors eingefahren bzw. ausgefahren werden. Ein Phasenschieber könnte positioniert werden. Auch die Ausrichtung eines Prismas durch einen entsprechenden Motor wäre möglich, d.h. z.B. eine Drehung um eine Achse parallel zur optischen Achse des einfallenden primären Lichts und/oder eine Verkippung gegenüber einer Ebene, die senkrecht zu dieser optischen Achse steht.
2 illustriert Details im Zusammenhang mit der Optik 101. Die Optik 101 im Beispiel der 2 ist für die Bildgebung mittels Differenzialinterferenzkontrast eingerichtet. Dazu umfasst die Optik 101 eine Lichtquelle 200 und eine Kollektor-Linse 201. Die Lichtquelle 200 ist eingerichtet, um Licht 251 in Richtung der Kollektor-Linse 201 auszusenden.
Das Licht 251 durchläuft anschließend einen Polarisator 202. Im Zusammenhang mit dem DIC-Differenzialinterferenzkontrast ist der Polarisator 202 eingerichtet, um linear polarisiertes Licht zu erzeugen.
Dann ist ein Strahlteiler 203 vorgesehen, der das Licht 251 in Richtung des Probenhalters 103 ablenkt. Zunächst durchläuft das Licht 251 jedoch ein Differenzialinterferenzkontrast-Strahlteilerprisma 204, zum Beispiel ein modifiziertes Wollaston-Prisma. Dadurch wird das Licht 251 in zwei Komponenten 252, 253 aufgeteilt, die anschließend eine Linse 205 durchlaufen. Diese Komponenten 252, 253 weisen eine zueinander senkrechte Polarisation auf.
Außerdem ist in 2 dargestellt, dass die Komponenten 252, 253 mit einem bestimmten Strahlversatz 261 auf dem Probenhalter 103 bzw. auf dem darauf befestigte Probenobjekt auftreffen. Außerdem weisen die Komponenten 252, 253 eine bestimmte Phasenlage 262 zueinander auf. Der Strahlversatz 261 und die Phasenlage 262 definieren dabei eine Konfiguration des Differenzialinterferenzkontrast, d.h. das erhaltene Bild weist einen Kontrast auf, der von dem Strahlversatz 261 und der Phasenlage 262 abhängt.
Im Beispiel der 2 ist die Optik 101 in Auflicht-Geometrie konfiguriert. Das heißt zurückgestreutes Licht 259 durchläuft wiederum das Differenzialinterferenzkontrast-Strahlteilerprisma 204 und anschließend einen weiteren Polfilter 207, um direkt transmittierte Anteile zu entfernen. Eine Linse 208 bildet das Licht 259 auf eine Bildebene 209, zum Beispiel auf einer Detektorfläche eines Detektors zur Bildgebung, ab.
Im Zusammenhang mit dem CDIC- Differenzialinterferenzkontrast können die Polfilter 202, 207 zirkular polarisiertes Licht erzeugen bzw. filtern. Dazu könnte zum Beispiel eine Viertelwellen-Platte im Zusammenhang mit jedem Polfilter 202, 207 vorgesehen sein.
Nachfolgend wird die - grundlegend wohlbekannte - Funktionsweise der Optik 101 im Zusammenhang mit der DIC-Bildgebung kurz erläutert. Die Phasenlagen der Komponenten 252, 253 können durch das Probenobjekt beeinflusst werden - die optische Weglänge der Komponenten 252, 253 wird durch das Probenobjekt variiert. Z.B. kann durch eine Höhenprofil des Probenobjekts aufgrund der Kornstruktur die optische Weglänge für die unterschiedlichen Komponenten 252, 253 unterschiedlich sein. Durch die Variation der Phasenlage wird ein Kontrast im Bild erzeugt. Dabei sollte verstanden werden, dass die Komponenten 252, 253 jeweils eine große Anzahl von Teilstrahlen aufweisen können, die kumulativ miteinander interferieren können, um diesen Kontrast zu erzeugen.
Durch geeignete Einstellung der Konfiguration des Differenzialinterferenzkontrasts kann erreicht werden, dass die verschiedenen Korngrenzen in zumindest einem Bild eine Helligkeit aufweisen, die sich vom Hintergrund abhebt. Um alle verschiedenen Korngrenzen mit einem systematischen Kontrast gegenüber dem Hintergrund sichtbar zu machen, kann zum Beispiel in verschiedenen Beispielen eine Drehung des Prismas 204 und/oder des Probenhalters 103 in der xy-Ebene (sh. Inset der 2), das heißt senkrecht zur optischen Achse 290 (definiert die z-Richtung) erfolgen. Zum Beispiel könnte die Steuerung 102 eingerichtet sein, um einen entsprechenden Motor anzusteuern. Dann können für die unterschiedlichen Orientierungen 701-704 (sh. Inset der 2) jeweils Bilder erfasst werden und daraus ein Ergebnisbild bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Drehung kann auch eine Verkippung des Prismas 204 und/oder des Probenhalters 103 erfolgen, gegenüber der xy-Ebene (gepunktete Linien in 2 für das Prisma 204). Durch solche oder weitere Modifikationen der Strahlengänge der Komponenten 252, 253 kann die Konfiguration des Differenzialinterferenzkontrasts eingestellt werden.
Ein entsprechendes Verfahren zur Veränderung der Konfiguration des Differenzialinterferenzkontrasts ist näher im Zusammenhang mit dem Flussdiagram aus 3 erläutert.
3 ist ein Flussdiagram eines beispielhaften Verfahrens. Das Verfahren beginnt in Block 1001. In Block 1001 wird die (C)DIC-Konfiguration eingestellt. Dazu kann z.B. der Strahlversatz 261 relativ zum Probenobjekt orientiert werden, zum Beispiel durch Drehung des Probenhalters 103 oder im Zusammenhang mit CDIC auch durch Drehung des Prismas 204. Alternativ oder zusätzlich könnte aber auch die Phasenlage 262 eingestellt werden, etwa durch Verkippung des Prismas 204 und/oder des Probenhalters 103 oder durch Einbringen eines Phasenschiebers in den Strahlengang einer der Komponenten. Dafür können ein oder mehrere Motoren durch die Steuerung 102 angesteuert werden.
Dann wird in Block 1002 ein entsprechendes Bild 801 erfasst, durch Beleuchtung des Probenobjekts und Verwendung der Differenzialinterferenzkontrasts, also etwa DIC oder CDIC - mit der aktuellen Konfiguration. Dazu kann die Steuerung 102 beispielsweise einen Detektor der Optik 101 ansteuern.
Dann wird in Block 1003 überprüft, ob ein weiteres Bild 801, bei einer weiteren Konfiguration, erfasst werden soll. Falls ja, so werden Blöcke 1001 und 1002 erneut ausgeführt. In typischen Implementierungen könnte es zum Beispiel möglich sein, dass vier oder mehr Konfigurationen durch eine entsprechende Anzahl von Iterationen der Blöcke 1001 und 1002 verwendet werden. Zum Beispiel könnten die verschiedenen Orientierungen jeweils einen Strahlversatz 261 verwenden, der um Δ=360°/N zum vorangehenden Strahlversatz verdreht ist, wobei N die Anzahl der Iterationen von Blöcken 1001, 1002 bezeichnet.
Blöcke 1001-1002 entsprechen einer Bilderfassungs-Phase. In manchen Beispielen wäre es möglich, die Zeitdauer der Bilderfassungs-Phase zu reduzieren. Dazu kann es möglich sein, dass zumindest einige der Bilder zeitparallel erfasst werden, zum Beispiel indem mehr als ein einzelnes Prisma 204 und entsprechende Strahlteiler verwendet werden. Die verschiedenen Prismen 204 können dann den verschiedenen Konfigurationen zugeordnet sein.
Anschließend werden in Block 1004 das Ergebnisbild erhalten. Dies kann auf verschiedene Weisen implementiert werden. In einem Beispiel könnten die in den verschiedenen Iterationen von Block 1002 erfassten Bilder 801 miteinander kombiniert werden (wie in 3 dargestellt). Es wäre aber auch möglich, dass erst jedes Bild 801 segmentiert wird und dann entsprechende Maskenbilder kombiniert werden, und derart das Ergebnisbild erhalten wird.
Als Ergebnis wird ein Ergebnisbild 802 erhalten, welches die Kornstrukturen bzw. Korngrenzen mit besonders großem Kontrast sichtbar macht. Insoweit implementiert Block 1004 eine Phase der digitalen Nachbearbeitung.
Die Blöcke 1005 und 1006 implementieren anschließend eine Analyse-Phase. Die Analyse-Phase verwendet als Eingabe das Ergebnisbild aus Block 1004.
Zum Beispiel könnten in Block 1005 die Korngrenzen im Ergebnisbild erkannt werden. Sofern bereits eine Segmentierung vorliegt, kann darauf zurückgegriffen werden. Ansonsten können ein oder mehrere Bildsegmentierungen des Ergebnisbilds durchgeführt werden. Beispielsweise könnte eine erste Bildsegmentierung ein erstes Maskenbild bereitstellen und eine zweite Bildsegmentierung könnte ein zweites Maskenbild bereitstellen. Dabei könnte die erste Bildsegmentierung beispielsweise gegenüber dem Hintergrund mit hellem Kontrast abgebildete Korngrenzen im ersten Maskenbild kennzeichnen. Die zweite Bildsegmentierung könnte gegenüber dem Hintergrund mit dunklem Kontrast abgebildete Korngrenzen im zweiten Maskenbild kennzeichnen. Die Maskenbilder könnten dann mit ein oder mehreren logischen Verknüpfungen, die auf Bildpunkt-Ebene angewendet werden, kombiniert werden. Beispielhafte logische Verknüpfungen umfassen z.B.: ODER-Verknüpfung, Eklusive-ODER-Verknüpfung, und UND-Verknüpfung. Eine solche Technik kann insbesondere dann hilfreich sein, wenn zum Beispiel lediglich zwei um Δ=90° gegeneinander rotierte Orientierungen des Strahlversatzes 261 verwendet werden. Dann können nämlich manche Korngrenzen hell und andere Korngrenzen dunkel im Ergebnisbild wiedergegeben sein.
Als allgemeine Regel können unterschiedliche Techniken im Zusammenhang mit der Bildsegmentierung angewendet werden. Zum Beispiel könnten Kontrast-basierte Verfahren verwendet werden. Es wäre aber auch möglich, ein künstliches neuronales Netzwerk zu verwenden, welches auf Grundlage von Trainingsdaten, die entsprechende Kornstrukturen abbilden, trainiert wurde.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

FR 1059123 A [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 643 [0015, 0033]

Claims

Verfahren zum Sichtbarmachen von Kornstrukturen eines Probenobjekts, wobei das Verfahren umfasst: - bei mehreren Konfigurationen (701-704) eines Differenzialinterferenzkontrasts: jeweils Erfassen eines entsprechenden Bilds (801), und - basierend auf den mehreren Bildern (801): Erhalten eines Ergebnisbilds (802), welches die Kornstrukturen sichtbar macht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehreren Konfigurationen (701-704) des Differenzialinterferenzkontrasts mehrere Orientierungen (701-704) eines Strahlversatzes (261) von Strahlkomponenten (252, 253) von Licht zur Beleuchtung des Probenobjekts umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Konfigurationen des Differenzialinterferenzkontrasts mehrere Phasenlagen (262) von Strahlkomponenten (252, 253) von Licht zur Beleuchtung des Probenobjekts umfassen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Differenzialinterferenzkontrast ein zirkularer Differenzialinterferenzkontrast ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die mehreren Bilder (801) bei vier oder mehr Konfigurationen (701-704) des Strahlversatzes (261) erfasst werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die mehreren Bilder (801) durch Mittelung kombiniert werden, um das Ergebnisbild (802) zu erhalten.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, das weiterhin umfasst: - Erkennen von Korngrenzen der Kornstrukturen mittels ein oder mehreren Bildsegmentierungen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die ein oder mehreren Bildsegmentierungen eine erste Bildsegmentierung von gegenüber einem Hintergrund dunkel erscheinenden Korngrenzen zum Erhalten eines ersten Maskenbilds umfassen und weiterhin eine zweite Bildsegmentierung von gegenüber dem Hintergrund hell erscheinenden Korngrenzen zum Erhalten eines zweiten Maskenbilds umfassen, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: - Kombinieren des ersten Maskenbilds und des zweiten Maskenbilds durch eine logische Oder-Verknüpfung.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die ein oder mehreren Bildsegmentierungen das Anwenden eines künstlichen neuronalen Netzwerks umfassen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die mehreren Bilder (801) bei den mehreren Konfigurationen (701-704) zumindest teilweise zeitüberlappend durch Verwendung mehrerer Strahlteilungsprismen (204), die den verschiedenen Konfigurationen (701-704) des Strahlversatzes (261) des Differenzialinterferenzkontrasts zugeordnet sind, erfasst werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, das weiterhin umfasst: - Ansteuern eines Motors zum Ausrichten eines Strahlteilungsprismas (204) und/oder eines Probenhalters (103) zum Implementieren der mehreren Konfigurationen (701-704) des Strahlversatzes (261).
Steuerung (102), die eingerichtet ist, um: - einen Motor eines optischen Geräts (100) anzusteuern, um mehrere Konfigurationen eines Differenzialinterferenzkontrasts zu implementieren, - einen Detektor des optischen Geräts (100) anzusteuern, um bei jeder der mehreren Konfigurationen jeweils ein entsprechendes Bild (801) zu erfassen, und - ein Ergebnisbild (802), welches die Kornstrukturen sichtbar macht, basierend auf den mehreren Bildern zu erhalten.