DE102020102419A1

DE102020102419A1 - Partikelanalyse mit Lichtmikroskop und Mehrpixelpolarisationsfilter

Info

Publication number: DE102020102419A1
Application number: DE102020102419.3A
Authority: DE
Inventors: Indrajati Nicole Kastanja; Markus Cappellaro; Achim Schwarz
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-08-05
Also published as: US20230280260A1; US20210239596A1; US11692928B2; CN113203664A

Abstract

Es werden Techniken im Zusammenhang mit der Verwendung eines Mehrpixelpolarisationsfilters (121) bei der lichtmikroskopischen Untersuchung eines Probenobjekts (111) beschrieben. Derart kann z.B. eine Partikelanalyse durchgeführt werden, z.B. insbesondere zur Bestimmung der technischen Sauberkeit einer Oberfläche des Probenobjekts (111).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Beispiele der Erfindung betreffen im Allgemeinen Techniken zur optischen Partikelanalyse mittels eines Lichtmikroskops. Verschiedene Beispiele betreffen insbesondere die Verwendung eines Mehrpixelpolarisationsfilters.
HINTERGRUND
Bei der Partikelanalyse werden Oberflächen von Probenobjekten untersucht. Es werden Verunreinigungen in Form von Partikeln gesucht, erkannt und oftmals statistisch ausgewertet. Eine Form der Partikelanalyse ist die Analyse der technischen Sauberkeit.
Bei der Partikelanalyse - etwa zur Bestimmung der technischen Sauberkeit - werden partikuläre Verunreinigungen auf Filtermedien, Partikelfallen oder anderen Materialien durch ein Abscannen der Oberfläche untersucht. Dies dient allgemein der automatischen Detektion von Objekten ohne Verlust dieser durch die Bewegung eines Probenhalters, typischerweise mit Hilfe eines motorisierten Scanningtisches. Die in der Praxis oftmals erforderliche Unterscheidung („Typisierung“) zwischen Partikeln mit metallischem Glanz von Partikeln ohne Metallglanz erfordert typischerweise die Aufnahme der gesamten Probenfläche, die in der Regel mindestens 1100 mm² beträgt, einmal mit Polarisation und einmal ohne Polarisation. Es wird dann ein Polarisationsbild und ein Intensitätsbild untersucht. Die Bildaufnahme ist der zeitkritische Faktor im gesamten Arbeitsablauf.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken zur Partikelanalyse. Insbesondere besteht ein Bedarf für Techniken, welche eine zügige und zuverlässige Partikelanalyse mittels lichtmikroskopisch erfasster Bilder ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
Nachfolgend werden verschiedene Techniken im Zusammenhang mit der Partikelanalyse beschrieben.
Die hierin beschriebenen Techniken betreffen allgemein die Verwendung eines Mehrpixeldetektors im Zusammenhang mit der lichtmikroskopischen Partikelanalyse einer Oberfläche eines Probenobjekts.
Die hierein beschriebenen Techniken verwenden ein optisches System mit einem Mehrpixeldetektor und einem zugeordneten Mehrpixelpolarisationsfilter. Der Mehrpixeldetektor umfasst mehrere Detektor-Pixelelemente. Der Mehrpixelpolarisationsfilter umfasst mehrere Polarisationsfilter-Pixelelemente. Derart kann ein ortsaufgelöstes Polarisationsbild eines Probenobjekts erhalten werden.
Zum Beispiel könnte der Mehrpixelpolarisationsfilter mehrere Gruppen von Polarisationsfilter-Pixelelementen umfassen, die jeweils unterschiedliche Polarisationsrichtungen filtern. Dann kann die Polarisationsrichtung und die Stärke der Polarisation bestimmt werden, z.B. codiert in entsprechenden Polarisationsbildern.
Basierend auf ein oder mehreren Polarisationsbildern kann dann die Partikelanalyse durchgeführt werden. Das bedeutet, dass Partikel bzw. Partikelobjekte auf der Oberfläche des Probenobjekts erkannt und (zum Beispiel statistisch) ausgewertet werden können. Z.B. kann durch Verwendung des einen oder der mehreren Polarisationsfilter besonders gut und zuverlässig ein metallischer Glanz der Partikelobjekte erkannt werden. Dadurch können im Zusammenhang mit der Partikelanalyse signifikante Eigenschaften der Partikelobjekte ermittelt werden.
Ein optisches System umfasst einen Probenhalter. Der Probenhalter ist eingerichtet, um ein Probenobjekt zu fixieren. Das optische System umfasst außerdem ein Lichtmikroskop. Das Lichtmikroskop definiert einen Beleuchtungslichtpfad und einen Detektionslichtpfad zur Mikroskopie des Probenobjekts. Dazu kann z.B. polarisiertes Licht verwendet werden. Außerdem umfasst das optische System mindestens eine Kamera. Die mindestens eine Kamera weist einen Mehrpixeldetektor sowie einen Mehrpixelpolarisationsfilter auf. Der Mehrpixeldetektor umfasst eine Vielzahl von Detektor-Pixelelementen. Der Mehrpixelpolarisationsfilter umfasst eine Vielzahl von Polarisationsfilter-Pixelelementen. Der Mehrpixeldetektor ist eingerichtet, um basierend auf einem Belichtungsvorgang Bilddaten bereitzustellen. Das optische System umfasst ferner ein Computerlogikelement. Dieses ist eingerichtet, um basierend auf Pixelwerten der Bilddaten mindestens ein Polarisationsbild des Probenobjekts zu berechnen. Das Computerlogikelement ist außerdem eingerichtet, um basierend auf dem mindestens einen Polarisationsbild eine Partikelanalyse für eine Oberfläche des Probenobjekts durchzuführen.
Ein Verfahren umfasst das Ansteuern eines Mehrpixeldetektors. Der Mehrpixeldetektor ist mit einem Mehrpixelpolarisationsfilter assoziiert. Außerdem umfasst das Verfahren das Empfangen von Bilddaten vom Mehrpixeldetektor. Das Verfahren umfasst weiterhin das Berechnen von mindestens einem Polarisationsbild eines Probenobjekts basierend auf Pixelwerten der Bilddaten. Ferner umfasst das Verfahren das Durchführen einer Partikelanalyse für eine Oberfläche des Probenobjekts basierend auf dem mindestens einen Polarisationsbild.
Ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt oder ein computerlesbares Speichermedium umfasst Programmcode, der von einem Prozessor geladen und ausgeführt werden kann. Wenn der Prozessor den Programmcode ausführt, wird ein Verfahren ausgeführt. Das Verfahren umfasst das Ansteuern eines Mehrpixeldetektors. Der Mehrpixeldetektor ist mit einem Mehrpixelpolarisationsfilter assoziiert. Außerdem umfasst das Verfahren das Empfangen von Bilddaten vom Mehrpixeldetektor. Das Verfahren umfasst weiterhin das Berechnen von mindestens einem Polarisationsbild eines Probenobjekts basierend auf Pixelwerten der Bilddaten. Ferner umfasst das Verfahren das Durchführen einer Partikelanalyse für eine Oberfläche des Probenobjekts basierend auf dem mindestens einen Polarisationsbild.
Ein Mehrpixeldetektor und ein Mehrpixelpolarisationsfilter werden bei der lichtmikroskopischen Untersuchung eines Probenobjekts verwendet.
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 System gemäß verschiedenen Beispielen.
2 illustriert schematisch ein System umfassend einen Mehrpixelpolarisationsfilter und einen Mehrpixeldetektor gemäß verschiedenen Beispielen.
3 illustriert schematisch eine laterale Anordnung von Pixeln des Mehrpixelpolarisationsfilters und zugehörige Bilddaten, gemäß verschiedenen Beispielen.
4 illustriert schematisch Gruppen von Pixeln von Bilddaten, die vom Mehrpixeldetektor erhalten werden und die mit den Pixeln des Mehrpixelpolarisationsfilters korrelieren, gemäß verschiedenen Beispielen.
5 illustriert schematisch ein Kanalbild, welches aus den Bilddaten vom Mehrpixeldetektor gemäß verschiedenen Beispielen erhalten werden kann.
6 illustriert schematisch ein Polarisationsbild und ein Intensitätsbild gemäß verschiedenen Beispielen.
7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
8 illustriert schematisch das Mitteln von Pixelwerten eines Kanalbilds gemäß verschiedenen Beispielen.
9 illustriert schematisch das Interpolieren von Pixelwerten eines Kamerabilds gemäß verschiedenen Beispielen.
10 illustriert schematisch ein optisches System gemäß verschiedenen Beispielen.
11 illustriert schematisch ein System umfassend einen Mehrpixelpolarisationsfilter, einen Mehrpixeldetektor und einen Mehrpixelspektralfilter gemäß verschiedenen Beispielen.
12 illustriert Bilddaten des Mehrpixeldetektors aus 11 gemäß verschiedenen Beispielen, wobei ein Bayer-Supermuster für eine Vielzahl von Spektralfilter-Pixelelemente des Mehrpixelspektralfilters verwendet wird.

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 genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. 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.
Nachfolgend werden verschiedene Techniken im Zusammenhang mit der lichtmikroskopischen Untersuchung von Probenobjekten beschrieben. Insbesondere können die hierin beschriebenen Techniken eine Kamera mit einem Mehrpixeldetektor zur digitalen Erfassung von Bilddaten, die das Probenobjekt abbilden, verwenden. In verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen wird im entsprechenden Detektionslichtpfad ein Mehrpixelpolarisationsfilter angeordnet.
Der Mehrpixelpolarisationsfilter kann mehrere Polarisationsfilter-Pixelelemente aufweisen. Die Polarisationsfilter-Pixelelemente können daher eine Ortsauflösung für die Polarisation des Lichts vom Probenobjekt bereitstellen. Es wäre möglich, dass die Polarisationsfilter-Pixelelemente jeweils unterschiedliche Polarisationsrichtungen filtern (d.h. das jeweils polarisierte Licht entweder passieren lassen oder blockieren).
Die Polarisationsfilter-Pixelelemente des Mehrpixelpolarisationsfilters können korrespondierend mit den Detektor-Pixelelementen des Mehrpixeldetektors angeordnet werden. Das bedeutet, dass unterschiedliche Polarisationsfilter-Pixelelemente des Mehrpixeldetektors mit unterschiedlichen Detektor-Pixelelementen des Mehrpixelpolarisationsfilters assoziiert sind. Das bedeutet, dass unterschiedlich polarisiertes Licht, das entlang des Detektionslichtpfads propagiert, durch die verschiedenen Polarisationsfilter-Pixelelemente des Mehrpixelpolarisationsfilters gefiltert wird und anschließend von den Detektor-Pixelelementen des Mehrpixeldetektors detektiert wird.
In verschiedenen Beispielen können der Mehrpixeldetektor und der Mehrpixelpolarisationsfilter integriert sein, das heißt auf einem gemeinsamen Substrat - typischerweise Silizium - gefertigt sein. Dies wird manchmal auch als „onchip polarizer filter“ bezeichnet. Siehe beispielsweise WO 2017/064845 A1 .
Maßgebliche Vorteile der Verwendung eines solches Mehrpixelpolarisationsfilters - insbesondere im Vergleich zu Verwendung eines mechanisch in den Detektionsstrahlengang einzubringenden großflächigen Polarisationsfilters - sind begründet in: (1) Reduktion optischer Crosstalk-Effekte. Dies ermöglicht eine homogene, ortsgenaue Auflösung der Polarisationseffekte am Lichtmikroskop(2) Performancesteigerung: Die zeitgleiche Aufnahme der gesamten Polarisationsinformation über eine definierte Probenoberfläche ist verbunden mit einer substantiellen Geschwindigkeitssteigerung gegenüber der sequentiellen Aufnahme mit mechanisch oder elektronisch (LCD) gedrehten Polarisatoren. (3) Qualitätssteigerung: Durch Vermeidung von beweglichen, z.B. elektrisch oder mechanisch betriebenen optischen oder LCD-Polarisationsfiltern ist eine solche Technik robuster gegenüber Verunreinigungen und/oder Materialversagen im Dauerbetrieb. Eine mögliche Shift-Problematik bei sequentieller Aufnahme mit verschiedenen Polarisationsrichtungen entfällt grundsätzlich bei einer Single-Shot Aufnahme.
Den verschiedenen Beispielen ist es insbesondere möglich, eine Partikelanalyse für eine Oberfläche des Probenobjekts (Probenoberfläche) durchzuführen. Als Ergebnis der Partikelanalyse könnte zum Beispiel eine Markierung von Partikelobjekten in einem Ergebnisbild, das die Probenoberfläche darstellt, erhalten werden. Es könnte auch eine Auswertung der auf der Probenoberfläche vorhandenen Partikelobjekte erhalten werden, zum Beispiel eine statistische Auswertung. Mögliche Kenngrößen umfassen zum Beispiel: Anzahl von Partikelobjekten pro Fläche; Partikelobjekttypen; Anzahl von Partikelobjekten je nach Größenklasse der Partikelobjekte; usw.
Eine spezifische Implementierung der Partikelanalyse ist die Bestimmung einer Maßzahl, die indikativ für die technische Sauberkeit der Oberfläche des Probenobjekts ist. Die technische Sauberkeit ist eine standardbasierte Anwendung. Der Arbeitsablauf und das Verfahren zur Detektion von partikulären Verunreinigungen werden in nationalen, internationalen und firmeninternen Normen und Richtlinien beschrieben. Beispielsweise kann die technische Sauberkeit bestimmt sein nach einem der Standards: VDA 19 oder ISO 16232.
Insbesondere kann durch die Verwendung der Kombination aus Mehrpixeldetektor und Mehrpixelpolarisationsfilter eine Analyse der Polarisation des von Partikelobjekten reflektierten Lichts durchgeführt werden. Aus den Bilddaten, die vom Mehrpixeldetektor empfangen werden, können nämlich ein oder mehrere Polarisationsbilder erzeugt werden.
Als allgemeine Regel kann ein Polarisationsbild einen Kontrast aufweisen, der abhängt von der Polarisation des einfallenden Lichts. Zum Beispiel wäre es möglich, dass ein Polarisationsbild einen Kontrast aufweist, der die Polarisationsrichtung oder die Stärke der Polarisation codiert. Ein Polarisationsbild könnte auch eine bestimmte Komponente der Polarisation codieren, zum Beispiel 0° oder 90°.
In den verschiedenen Beispielen wäre es denkbar, dass zum Beispiel basierend auf einem Kontrast von einem oder mehreren Polarisationsbildern ein metallischer Glanz eines Partikelobjekts ermittelt wird. Es wäre möglich, dass Partikelobjekttypen im Polarisationsbild segmentiert werden. Das Bild mit 90° Polarisation könnte z.B. zur Auswertung von Partikelobjektgröße, Partikelobjekttyp (z.B. Faser, Staub, usw.) und anderen Merkmalen der extrahierten Partikelobjekte verwendet werden. Für die Partikelobjekte könnte eine Analyse der Pixelhelligkeit in dem einen oder den mehreren Polarisationsbildern durchgeführt werden (und z.B. miteinander verglichen werden, um derart einen Grad der Polarisation zu bestimmen), etwa unter Anwendung mathematischer Randbedingungen. Durch Vergleich eines Polarisationsbilds, das 0°-Polarisation codiert, mit dem 90°-Polarisationsbild könnte z.B. eine Differenzierung zwischen Objekten mit und ohne Metallglanz (starke Asymmetrie der Helligkeit vs. geringe Asymmetrie der Helligkeit) vorgenommen werden.
1 illustriert schematisch ein optisches System 100.
Das optische System 100 umfasst einen Probenhalter 102. Der Probenhalter 102 ist eingerichtet, um ein Probenobjekt 111 zu fixieren. Der Probenhalter 102 kann ein Fixierelement umfassen, welches das Probenobjekt 111 ergreift und fixiert. Das Fixierelement könnte z.B. als Einlegerahmen implementiert sein. Der Probenhalter 102 könnte zum Beispiel motorisiert ausgebildet sein, das heißt einen Scanningtisch mit ein oder mehrere Motoren umfassen, die eine laterale Verschiebung für eine zusammengesetzte Bildaufnahme des Probenobjekts 111 ermöglichen (Stitching). Dazu kann der Probenhalter 102 von einem Computerlogikelement 130 angesteuert werden, wie in 1 dargestellt.
Das Computerlogikelement 130 könnte z.B. implementiert sein durch einen CPU, der Programmcode aus einem Speicher laden und ausführen kann. Es wäre auch möglich, dass das Computerlogikelement 130 durch einen applikationsspezifischen integrierten Schaltkreis oder ein FPGA implementiert ist.
Das optische System 100 umfasst auch ein Lichtmikroskop 101. Das Lichtmikroskop 101 ist eingerichtet, um lichtmikroskopische Aufnahmen (Mikroskopie) einer Oberfläche des Probenobjekts 111 zu ermöglichen, im Beispiel der 1 in Auflicht-Geometrie. Dazu umfasst das Lichtmikroskop 101 eine Lichtquelle (in 1 nicht dargestellt), um entlang eines Beleuchtungslichtpfads 108 das Probenobjekt 111 zu beleuchten. Das auf das Probenobjekt 111 auftreffende Licht ist typischerweise polarisiert, d.h. typischerweise linear polarisiert. Dazu kann ein Polarisator im Beleuchtungslichtpfad 108 angeordnet sein. Es wäre auch möglich, eine Lichtquelle zu verwenden, die polarisiertes Licht bereitstellt.
In manchen Beispielen könnte in unterschiedlichen Betriebsmodi jeweils (i) polarisiertes Licht oder (ii) unpolarisiertes Licht zur Beleuchtung des Probenobjekts 111 verwendet werden. Dazu könnte z.B. der Polarisator in den Beleuchtungslichtpfad 108 ein- und ausschiebbar sein.
Das Lichtmikroskop 101 definiert ferner einen Detektionslichtpfad 109 zur Mikroskopie des Probenobjekts 111.
An das Lichtmikroskop 101 ist eine Kamera 120 angeschlossen. Die Kamera 120 umfasst einen Mehrpixeldetektor 122 sowie einen mit dem Mehrpixeldetektor 122 assoziierten Mehrpixelpolarisationsfilter 121. Deshalb wirken der Mehrpixelpolarisationsfilter 121 und der Mehrpixeldetektor 122 als Analysator für das polarisierte Probenlicht. Das entlang des Detektionslichtpfads 109 propagierende Licht trifft auf den Mehrpixeldetektor 122, der entsprechende Bilddaten erfasst. Dazu kann die Kamera 120 auch noch eine Objektiv-Optik umfassen (in 1 nicht dargestellt). Die Kamera 120 und insbesondere der Mehrpixeldetektor 122 können vom Computerlogikelement 130 angesteuert und ausgelesen werden.
Der Mehrpixeldetektor 122 kann eine Sensitivität in unterschiedlichen Spektralbereichen aufweisen, zum Beispiel im sichtbaren Spektrum oder auch im Infrarotspektrum oder nahen Ultraviolett-Spektrum. Der detektierte Spektralbereich kann z.B. sein: 350-1000 nm.
Als allgemeine Regel kann das Computerlogikelement 130 ein oder mehrere der folgenden Techniken implementieren: Steuerung von motorischen Komponenten des Mikroskops 101; Steuerung des Probenhalters 102, z.B. insbesondere eines Scanningtisches des Probenhalters 102; Steuerung der digitalen Kamera 120, mit Polarisationssensor 121-122 zur Bildaufnahme mit einer definierten Polarisation; Zeitgleiche Bildaufnahme verschiedener, ausgewählter Polarisationsrichtungen; Bestimmung der Bildhelligkeit einer definierten Probenfläche mit einem entsprechenden Polarisationsbild; Erzeugung von fokussierten Abbildern des Probenobjekts mit Shadingkorrektur, einer definierten Bildhelligkeit; Bestimmung von Polarisationsbildern, die eine Polarisationsrichtung, eine Polarisationsstärke, und/oder eine Komponente der Polarisation in einer definierten Richtung codieren; Segmentierung und Bildanalyse zur Extraktion von Partikelobjekten vom Bildhintergrund, etwa im Rahmen einer Partikelanalyse; Analyse der Polarisationsinformation der detektierten Partikelobjekte, etwa im Rahmen einer Partikelanalyse; Auswertung der detektierten Partikelobjekte im Hinblick Größe, Typ und Metallglanz, etwa im Rahmen einer Partikelanalyse; Ausgabe der Klassifizierungsergebnisse nach Größe und Typ, etwa im Rahmen einer Partikelanalyse; und/oder Archivierung der Ergebnisse.
2 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit dem Mehrpixelpolarisationsfilter 121 sowie mit dem Mehrpixeldetektor 122. Im Beispiel der 2 ist ein Szenario dargestellt, bei dem der Mehrpixelpolarisationsfilter 121 und der Mehrpixeldetektor 122 auf einem gemeinsamen Substrat 501, z.B. Silizium, integriert sind. Auf dem Substrat 501 sind entsprechende Schichten 502, 503 aus Halbleitermaterial aufgebracht, in und/oder auf denen die Polarisationsfilter-Pixelelemente 125 des Mehrpixelpolarisationsfilters 121 sowie die Detektor-Pixelelemente 126 des Mehrpixeldetektors 122 definiert sind. Die Polarisationsfilter-Pixelelemente 125 des Mehrpixelpolarisationsfilters 121 können z.B. durch entsprechend der gefilterten Polarisationsrichtung orientierten Gitterstrukturen implementiert sein.
Dabei ist es möglich, dass unterschiedliche Polarisationsfilter-Pixelelemente 125 des Mehrpixeldetektors 122 jeweils unterschiedliche Polarisationsrichtungen filtern (d.h. die entsprechenden können jeweils anders in der Ebene des Substrats 501 orientiert sein).
Aus 2 ist ersichtlich, dass jeweils ein Polarisationsfilter-Pixelelement 125 einem Detektor-Pixelelement 126 zugeordnet ist. Das bedeutet, dass Licht, dass entlang des Detektionslichtpfads 109 propagiert, ein bestimmtes Polarisationsfilter-Pixelelement 125 durchläuft und entsprechend seiner Polarisation gefiltert wird und anschließend auf ein zugehöriges Detektor-Pixelelement 126 des Mehrpixeldetektors 122 auftrifft.
Es wird angenommen, dass die Fehler die durch Offsets, Nichtlinearitäten, Sensorempfindlichkeits- oder Polarisationsfilter-Inhomogenitäten entweder hinreichend klein sind oder durch Kalibrierung behandelt wurden. Dadurch kann man die gefilterte Lichtintensität an einem Detektor-Pixelelement 126 als proportional zur gemessen Pixelintensität - d.h. dem Pixelwert der entsprechenden Bilddaten - annehmen.
Mit der Kombination aus Mehrpixeldetektor 122 und Mehrpixelpolarisationsfilter 121 ist es also möglich, in einem Belichtungsvorgang Bilddaten zu erfassen, bei denen unterschiedliche Pixelwerte jeweils der Lichtstärke in unterschiedlichen Polarisationsrichtungen codiert sind.
Während 2 Aspekte im Zusammenhang mit der vertikalen Anordnung der Polarisationsfilter-Pixelelemente 125 bzw. der Detektor-Pixelelemente 126 illustriert sind(das heißt senkrecht zur Oberfläche des Substrats 501), sind im Zusammenhang mit 3 Aspekte betreffend die laterale Anordnung der Polarisationsfilter-Pixelelemente 125 (bzw. Detektor-Pixelelemente 126, wobei die Detektor-Pixelelemente 126 des Mehrpixeldetektors 122 aber in 3 nicht dargestellt sind) illustriert.
3 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit dem Mehrpixelpolarisationsfilter 121. 3 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit der lateralen Anordnung der Polarisationsfilter-Pixelelemente 125-1 - 125-4. Die Polarisationsfilter-Pixelelemente 125-1 - 125-4 entsprechen den Polarisationsfilter-Pixelelemente 125 aus 2, wobei aber in 3 hinsichtlich der gefilterten Polarisationsrichtung 195 unterschieden wird (in 3 ist die jeweils gefilterte Polarisationsrichtung 195 durch die Pfeile dargestellt).
Aus 3 ist ersichtlich, dass die Polarisationsfilter-Pixelelemente 125-1 des Mehrpixelpolarisationsfilters 121 eine Filterung in Bezug auf 0° Polarisationsrichtung durchführen; dass die Polarisationsfilter-Pixelelemente 125-2 eine Filterung in Bezug auf 90° Polarisationsrichtung durchführen; dass die Polarisationsfilter-Pixelelemente 125-3 eine Filterung in Bezug auf 45° Polarisationsrichtung durchführen; und dass die Polarisationsfilter-Pixelelemente 125-4 eine Filterung in Bezug auf 135° bzw. -45° Polarisationsrichtung durchführen.
Die Polarisationsfilter-Pixelelemente 125-1 - 125-4 sind lateral verschachtelt angeordnet. Das bedeutet, dass jeweils für jeden der Bereiche 191 - 194 alle Polarisationsrichtungen aus der Menge {0°, 45°, 90°, 135°} gemessen werden können. Das bedeutet, dass die native Auflösung des Systems aus Mehrpixelpolarisationsfilter 121 und Mehrpixeldetektor 122 mit der Größe der Bereiche 191 - 194 korreliert.
Im Beispiel der 3 bilden also die Polarisationsfilter-Pixelelemente 125-1 und 125-2 eine Basis für den Raum der Polarisationsrichtungen (das heißt die Polarisationsrichtungen in der Ebene der Pixel 125-1 - 125-4). Wenn die zu den Polarisationsfilter-Pixelelementen 125-1 und 125-2 zugehörigen Pixelwerte des vom Mehrpixeldetektor 122 erfassten Bilds geeignet ausgewertet werden, kann auf die Richtung der Polarisation des einfallenden Lichts zurückgeschlossen werden (durch Vektoraddition bzw. grundlegende geometrische Überlegungen). Eine weitere Basis wird durch die Polarisationsfilter-Pixelelemente 125-3 und 125-4 gebildet.
Die Werte I(a) repräsentieren die Intensität für die den Filter passierende Lichtmenge entsprechend der Polarisationsrichtung, d.h. I(a) ist proportional zum Pixelwert für das jeweilige Pixel der Bilddaten.
Die Intensität I eines Lichtstrahls kann für einen beliebigen Winkel a in zwei zueinander orthogonale Komponenten I(a) und I(a + 90°) aufgespalten werden, die damit eine Basis bilden. Hierbei bezeichnet a den Winkel der Polarisationsrichtung: $l = l (a) + l (a + 90 °)$
Für zwei Polarisationswinkel a und b - die z.B. durch zwei der Polarisationsfilter-Pixelelemente 125-1 - 125-4 selektiert werden können - führt das zu: $l = l (a) + l (a + 90 °) = l (b) + l (b + 90 °)$
Eine Transformation der Gleichung (2) zeigt, dass ein Pixelwert der Bilddaten (z.B. für Bereich 191), der I(a) entspricht, durch die drei übrigen Pixelwerte der Bilddaten im Bereich 191 errechnet werden kann: $l (a) = l (b) + l (b + 90 °) - l (a + 90 °)$
Zur Verdeutlichung soll hier a = 0° und b = 45° gelten, was zu dieser Gleichung führt: $l (0 °) + l (90 °) = l (45 °) + l (135 °)$
Das sind auch die im Beispiel der 3 gefilterten Polarisationsrichtungen, nämlich die beiden Basen {0°, 90°} und {45°, 135°}, wie oben beschrieben.
Die umgeformten Gleichungen sind demnach: $l (0 °) = l (45 °) + l (135 °) - l (90 °)$
$l (45 °) = l (0 °) + l (90 °) - l (135 °)$
$l (90 °) = l (45 °) + l (135 °) - l (0 °)$
$l (135 °) = l (0 °) + l (90 °) - l (45 °)$
3 illustriert auch Bilddaten 160, die vom Mehrpixeldetektor erhalten werden. Dabei ist aus 3 ersichtlich, dass die verschiedenen Pixelwerte der Bilddaten 160 zugeordnet sind zu den verschiedenen Polarisationsfilter-Pixelelementen 125-1 bis 125-4, und somit I(a) codieren. Das bedeutet also, dass die Bilddaten 160 Pixelwerte beinhalten, deren Kontrast unterschiedliche Komponenten der Polarisationsrichtung codieren. Es ist möglich, diese unterschiedlichen Pixelwerte unterschiedlich zu behandeln, um derart gezielt Information über die polarisierende Eigenschaft von Partikelobjekten zu sammeln, wie in 4 dargestellt ist.
4 illustriert Aspekte in Bezug auf vier Gruppen 171-174 von Pixelwerten 161 der Bilddaten 160, die vom Mehrpixeldetektor 122 erhalten werden. Diese Gruppen 171-174 von Pixelwerten 160 können auch Kanäle genannt werden. Ein erster Kanal 171 umfasst die gemessenen Signale der Detektor-Pixelelemente des Mehrpixeldetektors 122, die mit den Pixeln 125-1 des Mehrpixelpolarisationsfilters 121 assoziiert sind. Das bedeutet, dass der Kanal 171 die Polarisationsrichtung 0° codiert. Entsprechend codiert der Kanal 172 die Polarisationsrichtung 90°; der Kanal 173 die Polarisationsrichtung 45°; und der Kanal 174 die Polarisationsrichtung 135°. Das ergibt sich auch aus einem Vergleich der 4 mit 3.
Der Kanal 171 und der Kanal 172 beinhalten also Polarisationsinformation, die eine Basis für den Raum der Polarisationsrichtungen bildet; ebenso der Kanal 173 und der Kanal 174.
Aus 4 ist wiederum ersichtlich, dass für jeden der Bereiche 191-194 ein einzelner Pixelwert für jeden der Kanäle 171 - 174 erhalten wird. 5 illustriert ein entsprechendes Kanalbild 251, das basierend auf den Pixelwerten für den Kanal 171 erhalten wird. Für jeden Kanal 171-174 kann ein entsprechendes Kanalbild 251 -254 durch Extraktion der der zugehörigen Pixelwerte 161 aus den Bilddaten 160 erhalten werden. D.h. es können gezielt Pixelwerte 161 des jeweiligen Kanals 171-174 selektiert werden.
Aus den Pixelwerten 161 der Kanäle 171 - 174 (bzw. auf Grundlage der Kanalbilder) kann dann ein Polarisationsbild 201 und ein Intensitätsbild 202 berechnet werden, vgl. 6.
Das Polarisationsbild 201 kann z.B. die Polarisationsrichtung oder die Stärke der Polarisation codieren. Das Polarisationsbild 201 könnte auch die Stärke der Polarisation entlang einer bestimmten Polarisationsrichtung codieren, d.h. eine Komponente der Polarisation: insoweit kann jedes Kanalbild 251-254 bereits als Polarisationsbild 201 bezeichnet werden.
Die Intensität des Lichts - für das Intensitätsbild 202 - kann durch Entfernung des Polarisationskontrasts gem. Gl. (1) erhalten werden. Das Intensitätsbild 202 könnte aber im Allgemeinen auch mit einem separaten Detektor - ohne vorgeschalteten Polarisationsfilter - detektiert werden. Dazu kann die Kamera 120 einen Strahlteiler aufweisen, der den Detektionsstrahlengang 109 für die beiden Detektoren teilt.
7 illustriert ein Verfahren gemäß verschiedener Beispiele. Beispielsweise könnte das Verfahren aus 6 von einem Computerlogikelement eines optischen Systems ausgeführt werden, z.B. vom Computerlogikelement 130 des optischen Systems 100 ausgeführt werden. Dies kann beispielsweise auf Grundlage von Programmcode geschehen, der aus einem computerlesbaren Speichermedium geladen wird.
In Block 3001 wird das Erfassen von Bilddaten ausgelöst. Dazu könnte zum Beispiel der Mehrpixeldetektor 122 geeignet angesteuert werden und anschließend die entsprechenden Bilddaten empfangen werden. Ein Belichtungsvorgang kann ausgelöst werden. Zum Beispiel können die verschiedenen Detektor-Pixelelemente 126 des Mehrpixeldetektors 122 im Zusammenhang mit dem Belichtungsvorgang initialisiert werden und anschließend - nach Belichtung - ausgelesen werden.
Anschließend werden in Block 3002 die Pixelwerte der Bilddaten aus Block 3001 nachbearbeitet. Auf Grundlage dieser Nachbearbeitung kann das Polarisationsbild 201 und optional das Intensitätsbild 202 erhalten werden.
Als allgemeine Regel können unterschiedliche Techniken im Zusammenhang mit der Nachbearbeitung in Block 3002 angewendet werden.
Beispielsweise kann das Polarisationsbild 201 berechnet werden, indem gezielt zum Beispiel die Pixelwerte des Kanal 171 ausgelesen werden, d.h. das Kanalbild 251 berechnet wird, und der jeweilige Kontrast von Pixeln des Polarisationsbilds 201 basierend auf dem Kontrast der Pixel des Kanals 171 bestimmt wird. Es könnte zum Beispiel die Polarisationsrichtung oder die Stärke der Polarisation bestimmt werden, z.B. indem der Kanal 171 sowie der Kanal 172 (die eine Basis bilden) ausgelesen werden und miteinander verrechnet werden.
Es wäre möglich, benachbarte Pixelwerte eines Kanals 171-174 zu mitteln, z.B. für jeden Kanal 171-174. Das ist in 8 dargestellt, wo ein entsprechendes gemitteltes Kanalbild 251' mit reduzierter Auflösung aus dem Kanalbild 251 erhalten wird. Während in 8 eine 1x2 Mittelung dargestellt ist (d.h. die Pixelwerte der Bereiche 191 und 192 werden miteinander verrechnet und die Pixelwerte der Bereiche 193 und 194 werden miteinander verrechnet), wäre auch eine 2x2 Mittelung oder eine 2x1 Mittelung oder andere Mittelungen denkbar.
Als Teil von Block 3002 kann auch eine Verbesserung der Bildqualität des Polarisationsbilds angestrebt werden. Dies kann z.B. durch Erhöhung der Auflösung des Polarisationsbilds im Rahmen eine Kompensation oder Reduktion des Auflösungsverlusts durch die Verwendung des Mehrpixelpolarisationsfilters 121 (und optional eines Mehrpixelspektralfilters, vgl. 11-12) angestrebt werden. Nachfolgend werden ein paar entsprechende Beispiele beschrieben.
Ein erstes Beispiel verwendet eine Interpolation: In manchen Beispielen kann im Rahmen der Nachbearbeitung auch eine Interpolation von Pixelwerten der Bilddaten erfolgen. Beispielsweise könnte jeweils für jeden Kanal 171 - 174 eine Interpolation der jeweiligen Pixelwerte erfolgen, um die Auflösung des jeweiligen Kanals 171 - 174 zu erhöhen. Eine beispielhafte Interpolation ist in 9 mittels der Pfeile für den Kanal 171 bzw. das Kanalbild 251 dargestellt. Das Kanalbild 251 erhält dadurch eine höhere Auflösung. Dadurch kann das Polarisationsbild 201 eine höhere Auflösung aufweisen.
Das Interpolationsschema kann beispielsweise eine bekannte Methode wie Nächster-Nachbar, Bilineare oder Akima Spline Interpolation sein. Die Interpolation benötigt allerdings eine Randbehandlung, die mit den dort fehlenden Werten umgehen kann. Geeignete Randbehandlungsmöglichkeiten sind u.a. „Reflektieren“, „Spiegeln“ oder „Replizieren“ wie beispielsweise beschrieben in Hamey, Leonard GC. „A functional approach to border handling in image processing.“ 2015 International Conference on Digital Image Computing: Techniques and Applications (DICTA). IEEE, 2015.
Ein zweites Beispiel verwendet die Kombination von unabhängig ermittelten Werten für die Polarisation. Dazu kann auf Pixelwerte aus zwei Gruppen von Kanälen 171-172 sowie 173-174 zurückgegriffen werden. Die Kanäle 171-172 und die Kanäle 173-174 bilden jeweils eine Basis, wie obenstehend beschrieben. Das bedeutet, dass - für jeden Bereich 191-194 - die jeweilige Polarisationsstärke oder Polarisationsrichtung unabhängig aufgrund der Pixelwerte der Kanalbilder der Kanäle 171-172 sowie der Kanäle 173-174 berechnet werden kann. Dann kann zum Beispiel eine Mittelung oder Kombination erfolgen, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erhöhen. Die Kombination könnte z.B. gewichtet erfolgen.
Dies kann beschrieben werden durch eine Rekonstruktion der z.B. anhand der Kanäle 171-172 berechneten Polarisation für einen bestimmten Bereich 191-194 durch die Kanäle 173-174. Dadurch kann das Polarisationsbild 201 mit einem besseren Signal-zu-Rausch-Verhältnis bereitgestellt werden, beispielsweise, indem man den Durchschnitt berechnet oder eine andere Mittelung durchführt.
Beispielsweise könnte - in einer konkreten Implementierung - für jedes Kanalbild mindestens ein alternativer Wert I_alt(a) berechnet werden, indem - gemäß Gleichungen (5) bis (8) - die folgende Gleichung angewendet wird: $l_{alt} (a) = l (b) + l (b + 90 °) - l (a + 90 °) .$
I(x) bezeichnet die gemessenen oder interpolierten Pixelwerte aus den Kanalbildern.
Eine neuer Pixelwert Ir(a) kann durch eine Kombinationsfunktion berechnet, die den gemessenen oder interpolierten Wert I(a) mit den Alternativwerten I_alt(a) verrechnet. Der neue Pixelwert Ir(a) kann dann der finale Ausgabewert für das Pixel in diesem Kanal sein.
Ein Spezialfall einer Kombinationsfunktion für die Kombination von I(a) mit I_alt(a) - oder im Allgemeinen der durch Verwendung der zwei Basen errechneten Werte - wäre die Berechnung eines gewichteten Mittelwertes der Eingangswerte.
Ein weiterer Spezialfall einer Kombinationsfunktion wäre die Berechnung eines gewichteten Mittelwertes von zwei Eingangswerten mit Gewichten von 0,5.
Wieder Bezug nehmend auf 7: Anschließend erfolgt in Block 3003 das Durchführen der Partikelanalyse auf Grundlage des Polarisationsbilds 201. Z.B. könnte eine Maßzahl bestimmt werden, die indikativ für die technische Sauberkeit der Oberfläche des Probenobjekts ist.
In Block 3003 kann z.B. eine Detektion, Analyse und Identifikation von Kunststoffen (Mikropartikel in Trinkwasser & Meerwasser; Reinigung Prozesswasser chemische Industrie), auch in Kombination mit Fluoreszenzverfahren, erfolgen.
In Block 3003 kann ein Machine-Learning-Verfahren verwendet werden, zur Verbesserung bestehender Typisierungsergebnissen insbesondere solcher Materialien, die nur wenig Kontrast zur Probenmatrix aufweisen.
Dabei kann mittels solcher Techniken eine Untersuchung beliebiger Materialklassen in Art und Anzahl erfolgen, wie z.B. von Metallen, Kunststoffen, Materialien wie Holz, anorganische Materialien wie Korund oder Quarz.
In Block 3003 kann ein Ergebnis der Partikelanalyse an den Benutzer ausgegeben werden. Die Ergebnisdarstellung zur Beurteilung der Ergebnisqualität kann anhand von vordefinierten Grenzwerten erfolgen. Dies ermöglicht eine Dokumentation und Archivierung der Ergebnisse der Partikelanalyse. Sofern notwendig, kann eine Dokumentation des Arbeitsablaufs nach vorgegebenen Kriterien erfolgen. Der Arbeitsablauf kann automatisiert erfolgen, um den Benutzereinfluss zu minimieren sowie reproduzierbare Klassifizierungsergebnisse zu erhalten.
Die Detektion und Analyse der Partikelkontamination wird unter Verwendung eines Systems zur Technischen Sauberkeitsanalyse durchgeführt. Eingesetzt wird dabei ein Lichtmikroskop mit Polarisator bzw. Polarisationsfilter, ein Probenhalter mit motorisiertem Scanningtisch, eine Kamera mit Polarisationssensor, eine Workstation sowie eine Software zur Bildaufnahme mit einem Algorithmus zur Extraktion und Speicherung von Bildern mit definierten Polarisationsrichtungen.
Das Verfahren gemäß Blöcken 3001-3003 kann also beispielsweise einen nachfolgend beschriebenen Arbeitsablauf implementieren:

Eine oder mehrere Proben werden auf dem Scanningtisch platziert. Alle erforderlichen Grundeinstellungen, wie auch der vollständige Arbeitsablauf werden vorab in einer Job-Vorlage durch einen Supervisor vorkonfiguriert und gespeichert. Die vorkonfigurierte Jobvorlage wird von einem Operator ausgeführt. (In kleineren Laboren können Supervisor und Operator ein und dieselbe Person sein).
- (i) Die Grundeinstellungen zur Bildaufnahme werden in einem Bildaufnahmeprofil gespeichert. Diese umfassen die Einstellung von Objektivvergrößerung, je nach eingesetztem Lichtmikroskop die Feld- und Aperturblende, Kontrastverfahren, Licht- und Bildhelligkeit. Ferner werden die zu speichernden Bilder der gewünschten Polarisationsrichtungen und eine Shadingkorrektur definiert.
- (ii) Grundeinstellungen zur Probenaufnahme: Konfiguration der Anzahl, Größe und Lage der aufzunehmenden Probenbereiche.
- (iii) Die Grundeinstellungen zur Klassifizierung erfolgen über einen Standardeditor in dem neben der Festlegung der auszuwertenden Größenklassen nach Standard auch Grenzwerte zu Klassenergebnissen (erlaubte Objektanzahl pro Größenklasse/Typ) sowie zu Einzelobjekten (tolerierbare Objektgröße/Typ) definiert werden.

Die beschriebenen Grundeinstellungen (i bis iii) werden zusammen mit dem vollständigen Arbeitsablauf in einer sogenannten Jobvorlage gespeichert.
Nach Start der Jobvorlage werden automatisch die Grundeinstellungen zur Bildaufnahme (i) angewendet und die Proben mit diesen Einstellungen aufgenommen. Dabei wird pro Probe jeweils ein Multikanalbild mit den vorkonfigurierten Polarisationsrichtungen erzeugt. Nach der Aufnahme aller Proben wird der weitere Arbeitsablauf für jede Probe einzeln bis zum Ende durchgeführt bis er für die nächste Probe erneut vollständig durchlaufen wird. Dieser Vorgang wird automatisch wiederholt bis alle Proben analysiert wurden. Abschließend werden die erzeugten Daten und Resultate in einem Archiv gespeichert.
Nach der Probenaufnahme und Bildverarbeitung wird das Multikanalbild z.B. getrennt nach seinen Polarisationsrichtungen ausgewertet, d.h. die verschiedenen Kanalbilder könnten einzelnen ausgewertet werden. Es erfolgt auf Basis einer automatischen Segmentierung die Extraktion der Objekte vom Bildhintergrund.
Das Ergebnis der Größen- und Typklassifizierung wird in einer interaktiven Ergebnisansicht mit Klassentabellen, Diagrammen und einer Bildgalerie der analysierten Objekte nach Typ gezeigt. Zur schnellen Beurteilung der Ergebnisqualität werden diejenigen Klassen und Objekte, welche außerhalb der vordefinierten Grenzwerte liegen farblich hervorgehoben dargestellt. Alle Daten, das umfasst die aufgenommenen Probenbilder, Tabellen, Diagramme und Ergebnisansichten, werden automatisch in einem Archiv gespeichert.
10 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit dem optischen System 100. Das optische System 100 gemäß 10 ist eine Variante des optischen Systems 100 gemäß 1. In 10 ist ein Szenario dargestellt, bei dem die Kamera 120 mehrere Paare von Mehrpixeldetektoren 122-1 - 122-3 und Mehrpixelpolarisationsfiltern 121-1 - 121-3 aufweist. Die Kamera 120 kann zum Beispiel einen Strahlteiler aufweisen, um den Detektionsstrahlengang 109 aufzuspalten. Die verschiedenen aufgespaltenen Teile des Detektionsstrahlengangs 109 können zum Beispiel unterschiedlichen Spektralbereichen, etwa rot-grün-blau (in 10 angedeutet), entsprechen; dazu können entsprechende Spektralfilter vorgesehen sein. Derart wäre es möglich, ein Farbbild der Oberfläche des Probenobjekts zu rekonstruieren oder auch die unterschiedliche Sichtbarkeit von Partikelobjekten in den verschiedenen Spektralbereichen im Zusammenhang mit der Partikelanalyse zu berücksichtigen. Z.B. können dadurch unterschiedliche Typen von Partikelobjekten im Zusammenhang mit deren Farbe festgelegt werden. Beispielsweise wäre es denkbar, dass das Verfahren gemäß 7 jeweils für jede der Bilddaten von den verschiedenen Mehrpixeldetektoren 122-1 - 122-3 ausgeführt wird.
Eine weitere Möglichkeit, um eine spektral-aufgelöste Bildanalyse durchzuführen, wäre, mehrere Kameras 120 gemäß einem Szenario aus 1 zu verwenden, wobei die verschiedenen Kameras 120 mit unterschiedlichen Spektralbereichen assoziiert sind (etwa in dem entsprechende Spektralfilter verwendet werden).
Noch eine weitere Möglichkeit, um eine spektral-aufgelöste Bildanalyse durchzuführen, wäre, eine Anordnung gemäß dem Beispiel der 11 zu verwenden.
11 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit dem Mehrpixelpolarisationsfilter 121 sowie mit dem Mehrpixeldetektor 122. Grundsätzlich entspricht das Beispiel der 11 dem Beispiel der 2. Im Beispiel der 11 ist ein Szenario dargestellt, bei dem der Mehrpixelpolarisationsfilter 121 und der Mehrpixeldetektor 122, sowie ein Mehrpixelspektralfilter 123 auf einem gemeinsamen Substrat 501, z.B. Silizium, integriert sind. Auf dem Substrat 501 sind entsprechende Schichten 502, 503, 504 aus Halbleitermaterial aufgebracht, in und/oder auf denen die Polarisationsfilter-Pixelelemente 125 des Mehrpixelpolarisationsfilters 121 sowie die Detektor-Pixelelemente 126 des Mehrpixeldetektors 122 und auch die Spektralfilter-Pixelelemente 127 des Mehrpixelspektralfilters 123 definiert sind.
Dabei ist die gemeinsame Integration des Mehrpixeldetektors 122, des Mehrpixelpolarisationsfilters 121 sowie des Mehrpixelspektralfilters 123 auf einem Substrat 501 nicht zwingend. Es wäre zum Beispiel auch denkbar, dass der Mehrpixelspektralfilter 123 separat auf einer Anordnung gemäß 2 angeordnet wird. Auch könnte der Mehrpixelspektralfilter 123 zwischen dem Mehrpixelpolarisationsfilter 121 und dem Mehrpixeldetektor 122 angeordnet sein.
Durch die Anordnung gemäß 11 sind die Pixel der Bilddaten auch spektralcodiert.
Dabei kann die laterale Anordnung der von den verschiedenen Spektralfilter-Pixelelementen 127 gefilterten Spektralbereiche variieren. Zum Beispiel wäre eine Mosaikanordnung gem. Bayer-Filter denkbar. Das ist z.B. in 12 dargestellt, wobei 12 grds. 4 entspricht.
In 12 sind die gefilterten Spektralbereiche 170 (hier rot-grün-blau) für die verschiedenen Pixel 161 der Bilddaten 160 indiziert sind. Dabei bildet das Bayer-Filter-Mosaik der Spektralfilter-Pixelelemente 127 ein Supermuster in Bezug auf das Muster der durch die Polarisationsfilter-Pixelelemente 125 gefilterten Polarisationen (in anderen Varianten könnten auch die Polarisationsfilter-Pixelemente 125 ein Supermuster von gefilterten Polarisationen in Bezug auf das Bayer-Filter-Mosaik ausbilden). Im Beispiel der 11 können dann jeweils vier Polarisationsfilter-Pixelelemente 125 pro Spektralfilter-Pixelelementen 127 verwendet werden (das heißt die Spektralfilter-Pixelelementen 127 sind größer als die Polarisationsfilter-Pixel Elemente und die Detektor-Pixelelementen 126).

Eine solche relative Anordnung der Polarisationsfilter-Pixelelemente 125 und der Spektralfilter-Pixelelemente 127 kann bei der Gruppenbildung (vgl. 4) berücksichtigt werden. Z.B. könnten die folgenden Gruppen gebildet werden (Dabei wird also je eine Gruppe für jede Permutation der gefilterten Polarisationsrichtungen und gefilterten Spektralbereiche gebildet): Tabelle 1: Beispiele für Gruppen bei einer Kombination von Mehrpixelpolarisationsfilter und Mehrpixelspektralfilter

Gruppe	Polarisationsrichtung	Spektral bereich
1a	0°	Rot
1b	45°	Rot
1c	90°	Rot
1d	135°	Rot
2a	0°	Grün
2b	45°	Grün
2c	90°	Grün
2d	135°	Grün
3a	0°	Blau
3b	45°	Blau
3c	90°	Blau
3d	135°	Blau

Die verschiedenen Gruppen können dann jeweils entsprechend den Gruppen 171 - 174 aus 4 ausgewertet werden. Z.B. könnte die Gruppen 1a-1d gemäß den Gruppen 171-174 ausgewertet werden, bzw. die Gruppen 2a-2d oder die Gruppen 3a-3d.
Zusammenfassend wurden voranstehend Techniken beschrieben, bei denen eine Partikelanalyse für eine Oberfläche eines Probenobjekts mit einem lichtmikroskopischen Polarisator-Analysator-Ansatz umgesetzt wird. Dabei wird der Analysator durch einen Mehrpixelpolarisationsfilter und einen Mehrpixeldetektor implementiert.
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.
Beispielsweise wurden voranstehend verschiedene Beispiele im Zusammenhang mit der Verwendung eines 2-D Arrays von Pixeln eines Mehrpixeldetektors und eines Mehrpixelpolarisationsfilters beschrieben. In anderen Beispielen können auch andere Anordnungen von Pixeln verwendet werden, zum Beispiel eine Linien-Anordnung.
Ferner wurden voranstehend verschiedene Techniken im Zusammenhang mit der Verwendung eines Mehrpixeldetektors im Zusammenhang mit der lichtmikroskopischen Partikelanalyse beschrieben. Die entsprechenden Techniken können aber allgemein auch für andere lichtmikroskopischen Anwendungen für die Untersuchung von Probenobjekten verwendet werden, z.B. im Zusammenhang mit einer Phasenkontrastbildgebung.
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

WO 2017/064845 A1 [0021]

Claims

Optisches System (100), das umfasst: - einen Probenhalter (102), der eingerichtet ist, um ein Probenobjekt (111) zu fixieren, - ein Lichtmikroskop (101), das einen Beleuchtungslichtpfad (108) und einen Detektionslichtpfad (109) zur Mikroskopie des Probenobjekts (111) mit polarisiertem Licht definiert, - mindestens eine Kamera (120), die einen Mehrpixeldetektor (122) mit einer Vielzahl von Detektor-Pixelelementen sowie einen Mehrpixelpolarisationsfilter (121) mit einer Vielzahl von Polarisationsfilter-Pixelelementen (125, 125-1, 125-2, 125-3, 125-4) umfasst, wobei der Mehrpixelpolarisationsfilter (121) zwischen dem Probenhalter (102) und dem Mehrpixeldetektor (122) im Detektionslichtpfad (109) angeordnet ist, wobei der Mehrpixeldetektor (122) eingerichtet ist, um Bilddaten bereitzustellen, und - ein Computerlogikelement (130), das eingerichtet ist, um basierend auf den Bilddaten mindestens ein Polarisationsbild (201, 251-254) des Probenobjekts (111) zu berechnen, wobei das Computerlogikelement (130) ferner eingerichtet ist, um basierend auf dem mindestens einen Polarisationsbild (201, 251-254) eine Partikelanalyse für eine Oberfläche des Probenobjekts (111) durchzuführen.
Optisches System (100) nach Anspruch 1, wobei das Computerlogikelement (130) ferner eingerichtet ist, um basierend auf dem mindestens einen Polarisationsbild (201, 251-254) eine Maßzahl zu bestimmen, die indikativ für eine technische Sauberkeit der Oberfläche des Probenobjekts (111) ist.
Optisches System (100) Anspruch 1 oder 2, wobei das Computerlogikelement (130) eingerichtet ist, um Pixelwerte der Bilddaten zu interpolieren, um eine erhöhte Auflösung für die Bilddaten zu erhalten.
Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Computerlogikelement (130) eingerichtet ist, um benachbarte Pixelwerte der Bilddaten zu mitteln, um ein erhöhtes Signal-zu-Rauschverhältnis für die Bilddaten zu erhalten.
Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Mehrpixelpolarisationsfilter (121) mindestens zwei Gruppen von Polarisationsfilter-Pixelelementen (125, 125-1, 125-2, 125-3, 125-4) umfasst, wobei die Polarisationsfilter-Pixelelemente der mindestens zwei Gruppen jeweils unterschiedliche Polarisationsrichtungen (195) von Licht filtern.
Optisches System (100) nach Anspruch 5, wobei die mindestens zwei Gruppen eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe umfassen, wobei die von den Polarisationsfilter-Pixelelementen (125, 125-1, 125-2, 125-3, 125-4) der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe gefilterten Polarisationsrichtungen (195) eine erste Basis für den Raum der Polarisationsrichtungen (195) bilden, wobei die mindestens zwei Gruppen eine dritte Gruppe und eine vierte Gruppe umfassen, wobei die von den Polarisationsfilter-Pixelelementen (125, 125-1, 125-2, 125-3, 125-4) der dritten Gruppe und der vierten Gruppe gefilterten Polarisationsrichtungen (195) eine zweite Basis für den Raum der Polarisationsrichtungen (195) bilden.
Optisches System (100) nach Anspruch 6, wobei das Computerlogikelement (130) eingerichtet ist, um Pixelwerte des mindestens einen Polarisationsbilds (201, 251-254) durch Kombination von Pixelwerten der Bilddaten, die Polarisationsfilter-Pixelelementen (125, 125-1, 125-2, 125-3, 125-4) der ersten Basis entsprechen, mit Pixelwerten der Bilddaten, die Polarisationsfilter-Pixelelementen (125, 125-1, 125-2, 125-3, 125-4) der zweiten Basis entsprechen, zu erhalten.
Optisches System (100) nach Anspruch 7, wobei die Kombination gewichtet erfolgt.
Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Lichtmikroskop (101) einen im Beleuchtungslichtpfad (108) angeordneten Polarisator umfasst, um das Licht zu polarisieren.
Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Kamera (120) ferner einen Mehrpixelspektralfilter (123) mit einer Vielzahl von Spektralfilter-Pixelelementen (127) umfasst, der vor dem Mehrpixeldetektor (122) im Detektionslichtpfad angeordnet ist.
Optisches System (100) nach Anspruch 10, wobei die von der Vielzahl der Spektralfilter-Pixelelemente gefilterten Spektralbereiche ein Supermuster in Bezug auf ein von den von der Vielzahl von Polarisationsfilter-Pixelelementen gefilterten Polarisationsrichtungen ausgebildetes Muster bilden.
Verfahren, das umfasst: - Ansteuern eines Mehrpixeldetektors (122), der mit einem Mehrpixelpolarisationsfilter (121) assoziiert ist, und Empfangen von ein Probenobjekt mikroskopisch abbildenden Bilddaten vom Mehrpixeldetektor (122), - basierend auf den Bilddaten: Berechnen von mindestens einem Polarisationsbild (201, 251-254) des Probenobjekts, und - basierend auf dem mindestens einen Polarisationsbild: Durchführen einer Partikelanalyse für eine Oberfläche des Probenobjekts (111).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren von dem Computerlogikelement des optischen Systems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt wird.
Verwendung eines Mehrpixeldetektors und Mehrpixelpolarisationsfilters bei der lichtmikroskopischen Untersuchung eines Probenobjekts.
Verwendung nach Anspruch 14, wobei die lichtmikroskopische Untersuchung eine Partikelanalyse einer Oberfläche des Probenobjekts umfasst.