EP4630883A1 - Feld-abhängige aberrationskorrektur bei kohärenter bildgebung, insbesondere digitalholographie - Google Patents

Feld-abhängige aberrationskorrektur bei kohärenter bildgebung, insbesondere digitalholographie

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EP4630883A1
EP4630883A1 EP23818007.9A EP23818007A EP4630883A1 EP 4630883 A1 EP4630883 A1 EP 4630883A1 EP 23818007 A EP23818007 A EP 23818007A EP 4630883 A1 EP4630883 A1 EP 4630883A1
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EP
European Patent Office
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field
pupil function
image
computer
implemented method
Prior art date
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Pending
Application number
EP23818007.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Seidel
Matthias Wald
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Carl Zeiss AG
Original Assignee
Carl Zeiss AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss AG filed Critical Carl Zeiss AG
Publication of EP4630883A1 publication Critical patent/EP4630883A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0866—Digital holographic imaging, i.e. synthesizing holobjects from holograms
    • G—PHYSICS
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    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/0443—Digital holography, i.e. recording holograms with digital recording means
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/0005—Adaptation of holography to specific applications
    • G03H2001/005—Adaptation of holography to specific applications in microscopy, e.g. digital holographic microscope [DHM]

Definitions

  • Various examples of the disclosure relate to methods for imaging using an optical imaging system which is configured for coherent measurement of a sample object with amplitude information and phase information.
  • Various examples relate to digital holography.
  • Various examples particularly relate to aberration correction in digital holography.
  • Digital holography is a coherent imaging process that allows the reconstruction of the complex-valued image field of an object. Due to the coherent relationship between the image field and the exit pupil, the complex-valued field in the exit pupil of the imaging system is also known.
  • Image errors in the holographic imaging not only lead to a disturbed visualization of the object, but also introduce quantitative errors in the image phase, which, for example, renders a surface or die metrology based on the measured phase of the sample object incorrect.
  • This also applies to other imaging techniques that measure a sample object coherently with amplitude information and phase information.
  • An example of another imaging technique would be Fourier ptychography. See, for example, Tian, Lei, and Laura Waller. "Quantitative differential phase contrast imaging in an LED array microscope.” Optics express 23.9 (2015): 11394-11403. See also Song, Pengming, et al. "Full-field Fourier ptychography (FFP): Spatially varying pupil modeling and its application for rapid field-dependent aberration metrology.” APL Photonics 4.5 (2019): 050802.
  • a method is disclosed with which the field-independent and field-dependent image errors (aberrations) can be measured in a coherent imaging process and can then be calculated out of a measured object field.
  • the techniques disclosed herein can be used, for example, in digital holography or Fourier ptychography.
  • a computer-implemented method for imaging using an optical imaging system is disclosed.
  • the optical imaging system is set up for coherent measurement of a sample object with amplitude information and phase information.
  • the method comprises controlling the optical Imaging system to measure the pupil function of an imaging optics of the optical imaging system using a calibration object at several discrete field positions as part of a calibration process.
  • the method also includes determining a constant and continuous representation of the pupil function as a function of the field position based on the pupil function measured in the several discrete field positions.
  • the method also includes controlling the optical imaging system to measure the sample object. Based on the measurement of the sample object, an image of the sample object is reconstructed taking into account the constant and continuous representation of the pupil function.
  • a two-stage process is disclosed. First, calibration is carried out and then the sample object is measured. During calibration, a calibration object is used that makes it possible to measure the pupil function. The calibration object is different from the sample object. The calibration object has properties that make it possible to measure the pupil function.
  • the pupil function describes the change in the complex amplitude of a light source after imaging by an optical system at a specific location.
  • the pupil function is related to the point transfer function or point image function.
  • the point transfer function (sometimes also point image blurring function) is used to describe the intensity distribution of the image of a point-shaped object lying on the optical axis generated by an optical system.
  • the point transfer function is the absolute square of the normalized Fourier transform of the pupil function of the imaging optical system.
  • a point-shaped object or several point-shaped objects are used as calibration objects.
  • point-shaped means a particularly small object (e.g. with a diameter that is smaller than the resolution limit of the optical system).
  • the multiple discrete field positions correspond to the different positions of the point-like object perpendicular to the optical axis (different lateral positioning). This corresponds to certain support points at which the pupil function is measured.
  • the continuous and steady representation of the pupil function corresponds to an interpolation between the different sampling points at the multiple discrete field positions.
  • FIG. 1 schematically illustrates a system with a data processing device and an optical imaging system designed as a microscope for the coherent measurement of a sample object with amplitude information and phase information according to various examples.
  • FIG. 2 is a flow chart of an exemplary method.
  • FIG. 3 illustrates a simulated pupil function with aberrations at a specific field position.
  • FIG. 4 illustrates basis functions of a principal component analysis of the field-dependent pupil function from FIG. 3 up to the third order.
  • FIG. 5 illustrates the magnitude of the coefficients of the basis functions from FIG. 4.
  • FIG. 6 illustrates the image field simulated with the pupil function from FIG. 4 for a calibration object with several point-shaped apertures according to various examples.
  • FIG. 7 illustrates the pupil function measured using the image field from FIG. 6 at a specific field position according to various examples.
  • FIG. 8 illustrates the image field of a sample object when imaged using the pupil function according to FIG. 3.
  • FIG. 9 illustrates the corrected image field according to various examples.
  • an image of a sample object can be reconstructed based on the measurement of the sample object using the corresponding imaging technology.
  • the reconstruction is based on taking into account information on one or more aberrations of the optical imaging system, so that the influence of the one or more aberrations on the reconstructed image can be reduced.
  • the image is obtained with higher quality and image artifacts due to imperfections of the optical imaging system are reduced.
  • the techniques disclosed herein are based on calibration with a corresponding calibration object.
  • the calibration could be carried out immediately before measuring the sample object. It would also be conceivable that the calibration is carried out once for a specific optical set-up of the optical imaging system. The calibration could, for example, be carried out in an end-of-line test during production.
  • the pupil function of the imaging optics of the optical imaging system is measured using the calibration object.
  • 0(%,y) be the (generally complex) object transmission distribution (or reflection distribution) of the light and P(f, g) be the imaging pupil function of the imaging optics, which contains the numerical aperture (NA) of the exit pupil as well as the image errors of the imaging optics.
  • the electric field in the sensor plane/image plane for coherent imaging is given by x,y and x',y' are coordinates in position space.
  • f, g are coordinates in a pupil plane.
  • T is the Fourier transformation
  • J 7-1 is the inverse Fourier transformation.
  • This electric field (which corresponds to the image of the object in the sensor plane, also referred to as the image field) is particularly accessible through digital holography. It is reconstructed from the measured quantities; the concrete reconstruction method, based on the measured interferogram m or in- interference pattern between object and reference wave can be implemented according to reference techniques, see e.g. Myung K. Kim, "Principles and techniques of digital holographic microscopy," SPIE Rev. 1 (1) 018005 (1 April 2010). Typically, a CMOS or CCD sensor is used to measure the interference pattern between object wave (sample beam) and reference wave (reference beam). The image field can then be reconstructed from the interference pattern; a process known as numerical diffraction. The image field is also accessible using other coherent imaging techniques, e.g. using Fourier ptychography.
  • the calibration object can comprise at least one point-shaped contrast object, e.g. at least one point-shaped opening or at least one point-shaped aperture.
  • T[0(x,y)] is a very weakly varying function of f and g, which is also generally known. Small here means that the diameter is in the order of the resolution limit of the optical system. For a circular opening, for example, you have the central part of an Airy function, and for rectangular openings you have the central part of a sinc function. See also TAB. 1 below.
  • the field distribution of one or more aberrations of the imaging optics can be determined based on the Zernike basis functions. This can be helpful, for example, to obtain an estimate of the resolution or inaccuracy in the imaging of the sample object. This can be helpful in a quantitative evaluation for determining uncertainties or error bars.
  • the pupil function can also be determined for other field locations, and thus the field-dependent pupil function can be determined:
  • the field-dependent pupil function is connected to the field-dependent complex-valued amplitude point transfer function (sometimes also called amplitude point spread function, APSF) via a Fourier transformation:
  • amplitude point transfer function sometimes also called amplitude point spread function, APSF
  • APSF amplitude point spread function
  • TAB. 1 Various examples for the implementation of a calibration object with one or more point-like contrast objects and, related to this, for the measurement of the pupil functions of several discrete field positions. By means of the preceding calibration process, the pupil function is then known at several discrete field positions, compare equation (4).
  • the calculation can also be carried out as follows:
  • M is in the range of 5 to 10. Even such a development up to the fifth or tenth order shows a high accuracy in aberration correction.
  • the continuous spatial dependence allows an interpolation of the coefficient matrix Kj(x c ,y c to a finer spatial grid, e.g. the target grid (x,y) of the image acquisition:
  • FIG. 1 schematically illustrates a system 70 which comprises a data processing device 90 and a microscope 80.
  • the microscope 80 can be, for example, a digital holographic microscope which uses a detector to record an interference pattern between a sample beam and a reference beam of a coherent light source, e.g. a laser. An interferometric image can be generated.
  • a Mach-Zehnder interferometer or a Michelson interferometer can be used.
  • the microscope could be a digital Fourier ptychography microscope, which has an illumination module with several coherent light sources in the illumination pupil plane that can be individually switched on and off. In this way, several intensity images can be captured with oblique illumination and the phase of the object can then be quantitatively reconstructed based on these several intensity images.
  • the microscope 80 can provide corresponding measurement data to an interface 91 of the data processing device 90.
  • a processor 92 can process the corresponding measurement data.
  • the processor 92 can load and execute program code from a memory 93.
  • executing the program code from the memory 93 causes the processor 92 to carry out techniques as described herein, for example: controlling the microscope 80 by sending control data via the interface 91; carrying out a ca- libration process; measuring a pupil function at several discrete field positions; determining a steady and continuous representation of the pupil function; controlling the microscope 80 to measure a sample object or a calibration object; reconstructing an image of the sample object using a reconstruction algorithm, for example a numerical diffraction algorithm in connection with digital holography or a Fourier ptychography reconstruction algorithm; etc.
  • a reconstruction algorithm for example a numerical diffraction algorithm in connection with digital holography or a Fourier ptychography reconstruction algorithm; etc.
  • the holographic interference pattern is optically generated by superimposing object and reference beams, which are digitally scanned by a camera (e.g. CCD camera) and transmitted to a computer as a series of numbers.
  • the interference between the object and reference beams thus generates an interference pattern, also known as a hologram.
  • the interference pattern contains both the amplitude and phase information of the object beam, which enables the reconstruction of a three-dimensional image of the object.
  • the propagation of (typically fully coherent) optical fields is in fact completely and accurately described by diffraction theory, which allows a numerical reconstruction of the image as a series of complex numbers representing the amplitude and phase of the optical field.
  • the reference beam can be obtained as an external reference, for example, i.e. it can be generated separately from the object beam or it can be split off from the object beam before the object is illuminated.
  • a Michelson interferometer setup or a Mach-Zehnder interferometer setup can be used to generate the interference pattern.
  • the incident light beam is split into two paths at a beam splitter. One of these paths illuminates the object (object beam), while the other serves as a reference beam. After reflection or transmission, the two beams are brought together again at the beam splitter, where they interfere.
  • the Mach-Zehnder interferometer works in a similar way, but with a different arrangement of the optical components:
  • the object beam and the reference beam are spatially separated and guided along different paths before they are brought together again to generate the interference pattern. It would also be possible to split the reference beam using an optical fiber. water into the object beam, which means that beam splitters and beam combiners can be avoided. This allows a compact and robust design to be achieved.
  • processor 92 Details relating to techniques that may be performed by processor 92 are described below.
  • FIG. 2 is a flow chart of an exemplary method.
  • the method of FIG. 2 is computer-implemented, that is, it can be carried out, for example, by a data processing device such as the data processing device 90 of FIG. 1.
  • the method of FIG. 2 is for imaging using an optical imaging system, such as the microscope 80 of FIG.
  • the optical imaging system is controlled in order to measure the pupil function of an imaging optics of the optical imaging system using a calibration object at several discrete field positions as part of a calibration process. Examples of calibration objects were discussed above in connection with TAB. 1. The measurement of the pupil function at the various discrete field positions was described above in connection with equation (4).
  • a steady and continuous representation of the pupil function is then determined as a function of the field position based on the pupil function measured in the several discrete field positions. For example, an interpolation can be carried out between the measured support points. A principal component analysis can be carried out; corresponding techniques were described above in connection with equation (9).
  • the pupil function of the optical imaging system is known.
  • This pupil function includes the aberrations.
  • a field profile of at least one of the aberrations of the imaging optics is quantified. Relevant techniques were described above in connection with equation (3), where the decomposition of the phase of the pupil function into Zernike basis functions was discussed. The components of the various Zernike basis functions are indicative of a respective strength of the associated aberration.
  • the sample object can then be measured in box 3015. This means that the calibration object is removed from the beam path of the microscope and the sample object is placed in the beam path instead.
  • the measurement signal for the sample object is corrected for these aberrations.
  • the image of the sample object can then be reconstructed in box 3020 after the measurement signals have been corrected.
  • the object field for the sample object is determined based on a backward propagation of the image field (which is conventionally reconstructed) from the detector plane to the object plane using the inverse of the continuous representation of the pupil function. This was described in connection with equation (11).
  • FIG. 3 shows the phase 62 of the pupil function used for the simulation for a position at the field edge.
  • FIG. 5 shows the magnitudes of the coefficients of the principal component analysis (
  • the holographic image field can be simulated that would have been measured by the holographic reconstruction of an interferogram recorded with an optical system with the given field-dependent image errors (if the aberrations are present).
  • Seven pinholes on the x-axis with a diameter below the resolution limit of the optics used are chosen as the object structure, which scan the field-dependent image errors on the x-axis. This corresponds to a calibration object with a 1x7 array of point-shaped openings; see TAB. 1 : Example 2.
  • the field-dependent pupil function can be obtained by cutting out the point images (inset in FIG. 6 and dashed squares; the cutting is shown in FIG. 6 as an example for a single position at the field edge, but is repeated for all seven point images in order to obtain several support points for the pupil function) and Fourier transformation.
  • the pupil function measured based on the section of the image of the corresponding point image in FIG. 6 is shown in FIG. 7. From a comparison of FIG. 3 (“ground truth”) with FIG. 7 (sampling of the pupil function), it is clear that the pupil function can be measured in this way to a good approximation.
  • the pupil function can thus be determined at several support points (at different field positions). A principal component analysis can then be carried out. The calibration is then complete. The "backward path" of the calculation is shown as an example in FIG. 8 and FIG. 9. If the field-dependent pupil function is known through such a calibration step, any sample object can be corrected field-dependently as described above. This is shown in FIG. 8 and FIG. 9.
  • the image field of a row of points, imaged with field curvature and coma (FIG. 8), can be corrected by the conjugated or inverted pupil function by the backward propagation according to equation (11). In particular, the deviations in the image field between the image and the actual object at the edge of the field are highlighted with the arrow in FIG. 9.

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Abstract

Verschiedene Beispiele der Offenbarung betreffen kohärente Bildgebung wie zum Beispiel digitale Holographie oder Fourier-Ptychographie. Es erfolgt eine Korrektur von Aberrationen. Die Aberrationen werden dabei abhängig von der Feldposition korrigiert.

Description

B E S C H R E I B U N G
FELD-ABHÄNGIGE ABERRATIONSKORREKTUR BEI KOHÄRENTER BILDGE- BUNG, INSBESONDERE DIGITALHOLOGRAPHIE
TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Beispiele der Offenbarung betreffen Verfahren zur Bildgebung mittels eines optischen Bildgebungssystems, welches zur kohärenten Vermessung eines Probenobjekts mit Amplitudeninformation und Phaseninformation eingerichtet ist. Verschiedene Beispiele betreffen Digitalholographie. Verschiedene Beispiele betreffen insbesondere die Aberrationskorrektur bei der Digitalholographie.
HINTERGRUND
Digitalholographie ist ein kohärentes Abbildungsverfahren, welches die Rekonstruktion des komplex-wertigen Bildfeldes eines Objektes erlaubt. Durch die kohärente Beziehung zwischen Bildfeld und Austrittspupille ist damit auch das komplex-wertige Feld in der Austrittspupille des Bildgebungssystems bekannt.
Diese Eigenschaft erlaubt eine Reihe interessanter Manipulationen von digitalen Hologrammen, wie z.B. digitales Nachfokussieren bzw. die Kompensation von Bildfehlern der Optik. Dies ist beschrieben in: Myung K. Kim, "Principles and techniques of digital holographic microscopy," SPIE Rev. 1 (1 ) 018005 (1 April 2010)
Bildfehler in der holografischen Abbildung führen nicht nur zu einer gestörten Visualisierung des Objektes, sondern führen auch quantitative Fehler in der Bildphase ein, was beispielsweise eine Oberflächen- oder Dieken-Metrologie, basierend auf der gemessenen Phase des Probenobjekts, fehlerhaft macht. Das gilt auch für andere Bildgebungsverfahren, die ein Probenobjekt kohärent mit Amplitudeninformation und Phaseninformation vermessen. Ein Beispiel für ein anderes Bildgebungsverfahren wäre zum Beispiel die Fourier-Ptychographie. Siehe z. B. Tian, Lei, and Laura Waller. "Quantitative differential phase contrast imaging in an LED array microscope." Optics express 23.9 (2015): 11394-11403. Siehe auch Song, Pengming, et al. "Full-field Fourier ptychography (FFP): Spatially varying pupil modeling and its application for rapid field-dependent aberration metrology." APL Photonics 4.5 (2019): 050802.
Beispielsweise sind aus Alexander Stadelmaier and Jürgen H. Massig, "Compensation of lens aberrations in digital holography," Opt. Lett. 25, 1630-1632 (2000) Techniken bekannt, um Aberrationen bei der Digitalholographie zu reduzieren. Die dort beschriebenen Techniken weisen eine begrenzte Genauigkeit auf.
KURZE BESCHREIBUNG
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken zur digitalen Korrektur von Aberrationen bei Bildgebungsverfahren mit quantitativer Phaseninformation.
Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
Es wird ein Verfahren offenbart, mit dem bei einem kohärenten Bildgebungsverfahren die feldunabhängigen und die feldabhängigen Bildfehler (Aberrationen) gemessen werden können und anschließend aus einem gemessenen Objekt-Feld herausgerechnet werden können.
Die hierin offenbarten Techniken können z.B. bei der Digitalholographie oder der Fourier-Ptychographie eingesetzt werden.
Ein Computer-implementiertes Verfahren zur Bildgebung mittels eines optischen Bildgebungssystems wird offenbart. Dabei ist das optische Bildgebungssystem zur kohärenten Vermessung eines Probenobjekts mit Amplitudeninformation und Phaseninformation eingerichtet. Das Verfahren umfasst das Ansteuern des optischen Bildgebungssystems, um im Rahmen eines Kalibrationsprozesses an mehreren diskreten Feldpositionen die Pupillenfunktion einer Abbildungsoptik des optischen Bildgebungssystems mittels eines Kalibrationsobjekts zu vermessen. Das Verfahren umfasst außerdem das Bestimmen einer stetigen und kontinuierlichen Repräsentation der Pupillenfunktion in Abhängigkeit von der Feldposition basierend auf der in den mehreren diskreten Feldpositionen vermessenen Pupillenfunktion. Ferner umfasst das Verfahren das Ansteuern des optischen Bildgebungssystems, um das Probenobjekt zu vermessen. Basierend auf der Vermessung des Probenobjekts wird ein Bild des Probenobjekts unter Berücksichtigung der stetigen und kontinuierlichen Repräsentation der Pupillenfunktion rekonstruiert.
Es wird also ein zweistufiges Verfahren offenbart. Zunächst erfolgt die Kalibration und anschließend die Vermessung des Probenobjekts. Bei der Kalibration wird ein Kalibrationsobjekt verwendet, welches es ermöglicht, die Pupillenfunktion zu vermessen. Das Kalibrationsobjekt ist verschieden vom Probenobjekt. Das Kalibrationsobjekt weist Eigenschaften auf, die es ermöglichen, die Pupillenfunktion zu vermessen.
Die Pupillenfunktion beschreibt die Veränderung der komplexen Amplitude einer Lichtquelle nach Abbildung durch ein optisches System an einem bestimmten Ort. Die Pupillenfunktion hängt mit der Punktübertragungsfunktion bzw. Punktbildfunktion zusammen. Die Punktübertragungsfunktion (manchmal auch Punktbildverwaschungsfunktion) dient der Beschreibung der Intensitätsverteilung des durch ein optisches System erzeugten Bilds eines auf der optischen Achse liegenden punktförmigen Objekts. Die Punktübertragungsfunktion ist das Absolutquadrat der normierten Fourier-Transform ierten der Pupillenfunktion des abbildenden optischen Systems.
Deshalb werden als Kalibrationsobjekt in Beispielen ein punktförmiges Objekt oder mehrere punktförmige Objekte verwendet. Punktförmig bedeutet hierbei in der Praxis, ein besonders kleines Objekt (z.B. mit einem Durchmesser, der kleiner ist, als die Auflösungsgrenze des optischen Systems).
Die mehreren diskreten Feldpositionen entsprechen den dabei unterschiedlichen Positionen des punktförmigen Objekts senkrecht zur optischen Achse (unterschiedliche laterale Positionierung). Dies entspricht bestimmten Stützstellen, an denen die Pupillenfunktion vermessen wird. Die stetige und kontinuierliche Repräsentation der Pupillenfunktion entspricht einer Interpolation zwischen den verschiedenen Stützstellen an den mehreren diskreten Feldpositionen.
Durch die Verwendung einer stetigen und kontinuierlichen Repräsentation der Pupillenfunktion kann eine genauere und numerisch einfach handhabbare Rekonstruktion des Bilds des Probenobjekts unter Berücksichtigung der Pupillenfunktion erfolgen.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
FIG. 1 illustriert schematisch ein System mit einer Datenverarbeitungseinrichtung und einem als Mikroskop ausgeführten optischen Bildgebungssystem für die kohärente Vermessung eines Probenobjekts mit Amplitudeninformation und Phaseninformation gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 2 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
FIG. 3 illustriert eine simulierte Pupillenfunktion mit Aberrationen an einer bestimmten Feldposition.
FIG. 4 illustriert Basisfunktionen einer Hauptkomponentenanalyse der feldabhängigen Pupillenfunktion aus FIG. 3 bis zur dritten Ordnung.
FIG. 5 illustriert den Betrag der Koeffizienten der Basisfunktionen aus FIG. 4.
FIG. 6 illustriert das mit der Pupillenfunktion aus FIG. 4 simulierte Bildfeld für ein Kalibrationsobjekt mit mehreren punktförmigen Blenden gemäß verschiedenen Beispielen.
FIG. 7 illustriert die anhand des Bildfelds aus FIG. 6 vermessene Pupillenfunktion an einer bestimmten Feldposition gemäß verschiedenen Beispielen. FIG. 8 illustriert das Bildfeld eines Probenobjekts bei Abbildung mittels der Pupillenfunktion gemäß FIG. 3.
FIG. 9 illustriert das korrigierte Bildfeld gemäß verschiedenen Beispielen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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 Techniken zur kohärenten Bildgebung mit Amplitudeninformation und Phaseninformation für ein Probenobjekt beschrieben. Beispielsweise könnte Digitalholographie oder Fourier-Ptychographie als Bildgebungsverfahren eingesetzt werden.
Nachfolgend werden insbesondere Techniken beschrieben, wie ein Bild eines Probenobjekts basierend auf der Vermessung des Probenobjekts mittels der entsprechenden Bildgebungstechnik rekonstruiert werden kann. Die Rekonstruktion beruht dabei auf der Berücksichtigung von Informationen zu ein oder mehreren Aberrationen des optischen Bildgebungssystems, so dass der Einfluss der ein oder mehreren Aberrationen auf das rekonstruierte Bild reduziert werden kann. Das Bild wird mit höherer Qualität erhalten und Bildartefakte aufgrund von Imperfektion des optischen Bildgebungssystems sind reduziert.
Die hierin offenbarten Techniken beruhen auf einer Kalibration mit einem entsprechenden Kalibrationsobjekt.
Beispielsweise könnte die Kalibration unmittelbar vor der Vermessung des Probenobjekts durchgeführt werden. Es wäre auch denkbar, dass die Kalibration einmal für ein bestimmtes optisches Set-Up des optischen Bildgebungssystems durchgeführt wird. Die Kalibration könnte zum Beispiel in einem Linienendtest bei der Fertigung durchgeführt werden.
Im Rahmen des Kalibrationsprozesses wird dabei die Pupillenfunktion der Abbildungsoptik des optischen Bildgebungssystems mittels des Kalibrationsobjekts vermessen.
Sei 0(%,y) die (i.a. komplexwertige) Objekt-Transmissionsverteilung (bzw. - Reflekti- onsverteilung) des Lichts und P(f, g) die Abbildungs-Pupillenfunktion der Abbildungsoptik, welche die numerische Apertur (NA) der Austrittspupille sowie die Bildfehler der Abbildungsoptik enthält. Dann ist das elektrische Feld in der Sensor- ebene/Bildebene bei kohärenter Abbildung (z.B. Digitalholographie) gegeben durch x,y sowie x',y'sind dabei Koordinaten im Ortsraum. f, g sind Koordinaten in einer Pupillenebene. T ist die Fourier-Transformation; J7-1 die inverse Fourier-Transformation.
Dieses elektrische Feld (das der Abbildung des Objekts in die Sensorebene entspricht, also auch als Bildfeld bezeichnet wird) ist insbesondere durch die Digitalholografie zugänglich. Es wird aus den gemessenen Größen rekonstruiert; das konkrete Rekonstruktionsverfahren, basierend auf dem gemessenen Interferogram m bzw. In- terferenzm uster zwischen Objekt- und Referenzwelle, kann gemäß Referenztechniken umgesetzt werden, sh. z.B. Myung K. Kim, "Principles and techniques of digital holographic microscopy," SPIE Rev. 1 (1) 018005 (1 April 2010). Typischerweise wird ein CMOS- oder CCD-Sensor verwendet, um das Interferenzmuster zwischen Objektwelle (Probenstrahl) und Referenzwelle (Referenzstrahl) zu vermessen. Aus dem Interferenzmuster kann dann das Bildfeld rekonstruiert werden; ein Vorgang der als numerische Diffraktion bezeichnet wird. Das Bildfeld ist auch mittels anderer kohärenter Bildgebungsverfahren zugänglich, z.B. mittels Fourier-Ptychographie.
Zunächst wird der Kalibrationsprozess beschrieben. Dieser dient dazu, die Pupillenfunktion P(f,g) zu vermessen.
Im Rahmen des Kalibrationsprozesses wird ein Kalbrationsobjekt vermessen. Das Kalibrationsobjekt kann mindestens ein punktförmiges Kontrastobjekt umfassen, z.B. mindestens eine punktförmige Öffnung oder mindestens eine punktförmige Blende.
Wählt man zur Kalibrierung als Objektstruktur eine kleine, punktförmige Öffnung, so ist sein Spektrum T[0(x,y)] eine sehr schwach variierende Funktion von f und g, die im Allgemeinen auch bekannt ist. Klein bedeutet hierbei, dass der Durchmesser in der Größenordnung der Auflösungsgrenze des optischen Systems liegt. Für eine kreisförmige Öffnung hat man z.B. den zentralen Teil einer Airy-Funktion, für rechteckförmige Öffnungen den zentralen Teil einer sinc-Funktion. Vgl. auch TAB. 1 weiter unten.
Damit folgt, dass die komplexwertige Pupillenfunktion P f,g) innerhalb der Apertur der Abbildungsoptik aus dem rekonstruierten Bildfeld E und dem bekannten Objektspektrum des Kalibrationsobjekts erhalten werden kann als:
Die konkreten Bildfehler des Systems können dann (in einer herkömmlichen Weise) aus einer Zerlegung der Phase von P f,g) in Zernike-Basisfunktionen Zk(f,g gewonnen werden: arg[
Das bedeutet in anderen Worten: Ist die Pupillenfunktion bekannt, so kann der Feldverlauf von ein oder mehreren Aberrationen der Abbildungsoptik basierend auf den Zernike-Basisfunktionen bestimmt werden. Dies kann hilfreich sein, um beispielsweise eine Abschätzung für die Auflösung oder Ungenauigkeit bei der Abbildung des Probenobjekts zu gewinnen. Das kann bei einer quantitativen Auswertung für die Bestimmung von Unsicherheiten bzw. Fehlerbalken hilfreich sein.
Ist die punktförmige Öffnung des Kalibrationsobjekts auf der optischen Achse angeordnet, also i.a. in der Mitte des Bildfeldes (x = 0,y = 0), dann wird die Pupillenfunktion an diesem Feldort gemessen, also P f,g; x = 0,y = 0). Durch die Wahl eines beliebigen Ortes (xc,yc) für die punktförmige Öffnung des Kalibrationsobjekts kann die Pupillenfunktion auch für andere Feldorte bestimmt werden, und somit die feldabhängige Pupillenfunktion bestimmt werden:
Das bedeutet also in anderen Worten, dass im Rahmen des Kalibrationsprozesses die Pupillenfunktion an mehreren diskreten Feldpositionen {xc,yc} vermessen wird.
Die feldabhängige Pupillenfunktion ist über eine Fourier-Transformation mit der feldabhängigen komplex-wertigen Amplituden-Punktübertragungsfunktion (manchmal auch als Punktbildverwaschungsfunktion; engl amplitude point spread function, APSF) verbunden: Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten zur Wahl des Kalibrationsobjekts bzw. zur Implementierung des Kalibrationsprozesses. Einige Varianten für kreisförmige Kontrastobjekte sind in TAB. 1 zusammengefasst.
TAB. 1 : Verschiedene Beispiele für die Implementierung eines Kalibrationsobjekts mit ein oder mehreren punktförmigen Kontrastobjekten und damit zusammenhängend für die Vermessung der Pupillenfunktionen mehreren diskreten Feldpositionen. Mittels des voranstehenden Kalibrationsprozesses ist dann die Pupillenfunktion an mehreren diskreten Feldpositionen bekannt, vergleiche Gleichung (4).
Nachfolgend wird beschrieben, wie diese erweiterte Kenntnis über die Pupillenfunktion - nicht nur an einer Feldposition, sondern an mehreren Feldpositionen - ausgenutzt werden kann, um Aberrationen besonders gut zu korrigieren. Dabei ist zunächst anzumerken, dass die Korrektur von feldunabhängigen Bildfehlern (also für eine Pupillenfunktion, die nicht feldabhängig bestimmt wurde) vorbekannt ist, sh. Jürgen H. Massig, "Compensation of lens aberrations in digital holography," Opt. Lett. 25, 1630-1632 (2000). Die Korrektur gemäß solcher Referenztechniken folgt direkt aus Gleichung (1). Das gesuchte, ungestörte Objektfeld ist gegeben durch das rekonstruierte Bildfeld durch
Falls die Pupillenfunktion nur eine Phasenwirkung hat, aber keine Amplitudenwirkung über den Bereich der NA, kann die Rechnung auch folgendermaßen ausgeführt werden:
Nachfolgend wird - über diese herkömmlichen Techniken hinausgehend - die Korrektur feldabhängiger Bildfehler gemäß den hierin beschriebenen Techniken beschrieben. Dabei erfolgt eine Interpolation an der an diskreten Orten vermessenen Pupillenfunktion P(f,g; xc,yc). Es wird eine stetige und kontinuierliche Repräsentation der Pupillenfunktion basierend auf einer Hauptkomponentenanalyse bestimmt. Die Hauptkomponentenanalyse heißt auch Karhunen-Loeve-Transformation: In der Literatur ist das Verfahren auch als Proper Orthogonal Decomposition (pod) bekannt. Siehe Kerschen, G., Golinval, Je., VAKAKIS, A.F. et al. The Method of Proper Orthogonal Decomposition for Dynamical Characterization and Order Reduction of Mechanical Systems: An Overview. Nonlinear Dyn 41 , 147-169 (2005). In der praktischen Realisierung ist die Ortsabhängigkeit der Pupillenfunktion i.A. eine schwache und stetig variierende Funktion. Daher fallen die ortsabhängigen Koeffizienten Kj schnell über j ab, und es reicht, eine endliche und im allgemeinen kleine Anzahl M von Basisfunktionen Bj zu berücksichtigen:
Typischerweise ist M im Bereich von 5 bis 10. Bereits eine solche Entwicklung bis zur fünften oder zehnten Ordnung zeigt eine hohe Genauigkeit bei der Aberrationskorrektur.
Weiterhin erlaubt die stetige Ortsabhängigkeit eine Interpolation der Koeffizientenmatrix Kj(xc,yc auf ein feineres Ortsraster, z.B. das Zielraster (x,y) der Bildaufnahme:
Kj x,y) = interpol [/<7(xc,yc)]
(10)
Die Korrektur feldabhängiger Bildfehler wird durch eine Rückwärtspropagation des gemessenen komplexen Bildfeldes E(x',y' durch die komplex konjugierte feldabhängige Pupillenfunktion (welche ja die Phasenwirkung der Zernikes rückgängig macht) erreicht. Aus Gleichungen (7) und (9) folgt für das Objektfeld: Dieses Ergebnis für das korrigierte Feld ist nun das geeignete Signal für eine quantitative Phasen- bzw. Höhenauswertung des gegebenen Objektes. Z.B. kann ein quantitatives Phasenbild des Probenobjekts ausgegeben werden.
Weiterhin folgt aus (1 ) und (9) die Vorwärtsrechnung einer holografischen Aufnahme, mit feldabhängigen Bildfehlern:
FIG. 1 illustriert schematisch ein System 70, welches eine Datenverarbeitungseinrichtung 90 und ein Mikroskop 80 umfasst.
Das Mikroskop 80 kann zum Beispiel ein digitales holographisches Mikroskop sein, welches mittels eines Detektors ein Interferenzmuster zwischen einem Probenstrahl und einem Referenzstrahl einer kohärenten Lichtquelle z.B. einem Laser aufzeichnet. Eine interferometrische Abbildung kann erzeugt werden. Ein Mach-Zehnder-Interfe- rometer oder ein Michelson-Interferometer kann verwendet werden.
Es wäre auch möglich, dass das Mikroskop ein digitales Fourier-Ptychographie-Mik- roskop ist, welches in der Beleuchtungspupillenebene ein Beleuchtungsmodul mit mehreren kohärenten Lichtquellen aufweist, die individuell an- und ausgeschaltet werden können. Derart können mehrere Intensitätsbilder mit schräger Beleuchtung erfasst werden und basierend auf diesen mehreren Intensitätsbildern kann dann quantitativ die Phase des Objekts rekonstruiert werden.
Das Mikroskop 80 kann entsprechende Messdaten an eine Schnittstelle 91 der Datenverarbeitungseinrichtung 90 bereitstellen. Ein Prozessor 92 kann die entsprechenden Messdaten verarbeiten. Dazu kann der Prozessor 92 Programmcode aus einem Speicher 93 laden und ausführen. Allgemeiner formuliert bewirkt das Ausführen des Programmcodes aus dem Speicher 93, dass der Prozessor 92 Techniken, wie sie hierin beschrieben sind, ausführt, zum Beispiel: Ansteuern des Mikroskops 80, in dem Steuerdaten über die Schnittstelle 91 gesendet werden; Durchführen eines Ka- librationsprozesses; Vermessen einer Pupillenfunktion an mehreren diskreten Feldpositionen; Bestimmen einer stetigen und kontinuierlichen Repräsentation der Pupillenfunktion; Ansteuern des Mikroskops 80, um ein Probenobjekt oder ein Kalibrationsobjekt zu vermessen; Rekonstruieren eines Bilds des Probenobjekts mittels eines Rekonstruktionsalgorithmus, beispielsweise eines numerischen Diffraktionsalgorithmus im Zusammenhang mit der Digitalholographie oder eines Fourier-Ptychogra- phie-Rekonstruktionsalgorithmus; usw.
Nachfolgend werden einige allgemeine Aspekte zur Digitalholographie erläutert. Bei der Digitalholographie wird das holografische Interferenzmuster optisch durch Überlagerung von Objekt- und Referenzstrahlen erzeugt, die von einer Kamera (z.B. CCD-Kamera) digital abgetastet und als Zahlenreihe auf einen Computer übertragen werden. Die Interferenz zwischen Objekt- und Referenzstrahl erzeugt also ein Interferenzmuster, das auch als Hologramm bezeichnet wird. Das Interferenzmuster enthält sowohl die Amplituden- als auch die Phaseninformation des Objektstrahls, was die Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildes des Objekts ermöglicht. Die Ausbreitung (typischerweise vollständig kohärenter) optischer Felder wird nämlich vollständig und genau durch die Beugungstheorie beschrieben, die eine numerische Rekonstruktion des Bildes als eine Reihe komplexer Zahlen ermöglicht, die die Amplitude und Phase des optischen Feldes darstellen.
Der Referenzstrahl kann z.B. als externe Referenz erhalten werden, also z.B. separat vom Objektstrahl erzeugt werden oder auch vom Objektstrahl vor Beleuchtung des Objekts abgespalten werden. Zur Erzeugung des Interferenzmusters kann z.B. ein Michelson-Interferometer-Aufbau oder ein Mach-Zehnder-Interferometer-Aufbau verwendet werden. Beim Michelson-Interferometer wird der einfallende Lichtstrahl an einem Strahlteiler in zwei Pfade aufgeteilt. Einer dieser Pfade beleuchtet das Objekt (Objektstrahl), während der andere als Referenzstrahl dient. Nach der Reflexion bzw. Transmission werden die beiden Strahlen wieder am Strahlteiler zusammengeführt, wo sie interferieren. Das Mach-Zehnder-Interferometer funktioniert ähnlich, jedoch mit einer anderen Anordnung der optischen Komponenten: Hier werden der Objektstrahl und der Referenzstrahl räumlich getrennt und auf unterschiedlichen Wegen geführt, bevor sie wieder zusammengeführt werden, um das Interferenzmuster zu erzeugen. Es wäre aber auch möglich, den Referenzstrahl mittels einer optischen Fa- ser in den Objektstrahl einzukoppeln, wodurch Strahlteiler und Strahlvereiniger vermieden werden können. Dadurch kann ein kompakter und robuster Aufbau erreicht werden.
Nachfolgend werden Details im Zusammenhang mit Techniken beschrieben, die vom Prozessor 92 ausgeführt werden können.
FIG. 2 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. Das Verfahren aus FIG. 2 ist Computer-implementiert, das heißt es kann zum Beispiel von einer Datenverarbeitungseinrichtung wie zum Beispiel der Datenverarbeitungseinrichtung 90 aus FIG. 1 ausgeführt werden. Das Verfahren aus FIG. 2 dient der Bildgebung mittels eines optischen Bildgebungssystems, wie beispielsweise dem Mikroskop 80 aus FIG.
1 . Insbesondere kann eine kohärente Vermessung eines Probenobjekts mit Amplitudeninformation sowie mit Phaseninformation erreicht werden. Es kann eine Aberrationskorrektur ermöglicht werden.
In Box 3005 wird das optische Bildgebungssystem angesteuert, um im Rahmen eines Kalibrationsprozesses an mehreren diskreten Feldpositionen die Pupillenfunktion einer Abbildungsoptik des optischen Bildgebungssystems mittels eines Kalibrationsobjekts zu vermessen. Beispiele für Kalibrationsobjekte wurden obenstehend im Zusammenhang mit TAB. 1 diskutiert. Die Vermessung der Pupillenfunktion an den verschiedenen diskreten Feldpositionen wurde obenstehend im Zusammenhang mit Gleichung (4) beschrieben.
In Box 3010 erfolgt dann das Bestimmen einer stetigen und kontinuierlichen Repräsentation der Pupillenfunktion in Abhängigkeit von der Feldposition basierend auf der in den mehreren diskreten Feldpositionen vermessenen Pupillenfunktion. Beispielsweise kann eine Interpolation erfolgen, zwischen den vermessenen Stützstellen. Es kann eine Hauptkomponentenanalyse durchgeführt werden; entsprechende Techniken wurden obenstehend im Zusammenhang mit Gleichung (9) beschrieben.
Dann ist die Pupillenfunktion des optischen Bildgebungssystems bekannt. Diese Pupillenfunktion beinhaltet die Aberrationen. Beispielsweise wäre es denkbar, dass basierend auf der kontinuierlichen und stetigen Repräsentation der Pupillenfunktion ein Feldverlauf mindestens einer der Aberrationen der Abbildungsoptik quantifiziert wird. Entsprechende Techniken wurden obenstehend im Zusammenhang mit Gleichung (3) beschrieben, wo die Zerlegung der Phase der Pupillenfunktion in Zernike-Basis- funktionen diskutiert wurde. Die Komponenten der verschiedenen Zernike-Basisfunk- tionen sind indikativ für eine jeweilige Stärke der zugeordneten Aberration.
Anschließend kann in Box 3015 das Probenobjekt vermessen werden. Das bedeutet, dass das Kalibrationsobjekt aus dem Strahlengang des Mikroskops entfernt wird; und stattdessen das Probenobjekt im Strahlengang platziert wird.
Es wäre dann zum Beispiel denkbar, dass das Messsignal für das Probenobjekt hinsichtlich dieser Aberrationen korrigiert wird. Dann kann das Bild des Probenobjekts in Box 3020 nach erfolgter Korrektur der Messsignale rekonstruiert werden. Insbesondere im Zusammenhang mit der Digitalholographie wurde ein Szenario beschrieben, bei dem das Objektfeld für das Probenobjekt basierend auf einer Rückwärtspropagation des Bildfelds (das herkömmlich rekonstruiert wird) von der Detektorebene zur Objektebene unter Verwendung der inversen der kontinuierlichen Repräsentation der Pupillenfunktion bestimmt wird. Dies wurde im Zusammenhang mit Gleichung (11 ) beschrieben.
Nachfolgend wird eine beispielhafte Implementierung anhand einer Simulation einer digitalholografischen Abbildung beschrieben. Modelliert wird ein feldabhängiger Koma-Verlauf sowie eine feldabhängige Bildfeldwölbung (als beispielhafte Aberration). Die Pupillenfunktion sei über die entsprechende Zernike-Beschreibung von Koma und Sphäre an elf Feldorten (xn,y = 0),n = 1 ... 11, entlang der x-Achse (lateral, senkrecht zur optischen Achse, die in z-Richtung orientiert ist) gegeben. Beispielhaft zeigt FIG. 3 die Phase 62 der für die Simulation verwendete Pupillenfunktion für eine Position am Feldrand.
Die entsprechende Karhunen-Loeve-Zerlegung (Hauptkomponentenanalyse) dieser feldabhängigen Pupille zeigen FIG. 4 und FIG. 5. Im Detail zeigt FIG. 4 die Phase 62 der ersten drei Basisfunktionen (/=1 ,2,3) der Hauptkomponentenanalyse; und FIG. 5 zeigt die Beträge der Koeffizienten der Hauptkomponentenanalyse ( |Ä | in Gleichung (8)) für verschiedene Feldpositionen (bei einer vergleichsweise geringen lateralen Auflösung; diese kann durch Interpolation erhöht werden). In FIG. 5 zeigen die Legenden die Zuordnung der Werte der geplotteten Beträge der Komponenten der Hauptkomponentenanalyse zu Graustufen. Dabei ist ersichtlich, dass die Beträge von j=1 zu j=3 abnehmen (von ca. 160 auf 45). Dies entspricht dem Befund, dass nur eine begrenzte Anzahl von Hauptkomponenten (bis ca. M=5 oder /W=10) für eine genaue Betrachtung berücksichtigt werden müssen (darüber hinaus sind die Koeffizienten so klein, dass sie vernachlässigt werden können).
Nun kann mittels Gleichung (12) das holografische Bildfeld simuliert werden, welches durch die holografische Rekonstruktion eines Interferograms, aufgenommen mit einem optischen System mit den gegebenen feldabhängigen Bildfehlern gemessen worden wäre (wenn die Aberrationen vorhanden sind). Als Objekt-Struktur werden hier sieben Pinholes auf der x-Achse mit einem Durchmesser unterhalb der Auflösungsgrenze der verwendeten Optik gewählt, welche die feldabhängigen Bildfehler auf der x-Achse abtasten. Dies entspricht also einem Kalibrationsobjekt mit einem 1x7 Array aus punktförmigen Öffnungen; vgl. TAB. 1 : Beispiel 2. Das entsprechende Bildfeld ist in FIG. 6 - das durch die Abbildung mit feldabhängigem Koma und feldabhängiger Bildfeldwölbung erhalten wird - gezeigt (konkret die Amplitude 61 und die Phase 62; sowie ein Linienplot der Amplitude bei y=0).
Aus dem in FIG. 6 dargestellten simulierten Bildfeld kann die feldabhängige Pupillenfunktion durch Ausschneiden der Punktabbilder (Inset in FIG. 6 und gestrichelte Quadrate; der Beschnitt ist in FIG. 6 beispielhaft für eine einzelne Position am Feldrand gezeigt, wird aber wiederholt durchgeführt für alle sieben Punktabbilder, um mehrere Stützpunkte für die Pupillenfunktion zu erhalten) und Fourier-Transformation gewonnen werden. Die basierend auf dem Ausschnitt des Abbilds des entsprechenden Punktabbilds in FIG. 6 vermessene Pupillenfunktion ist in FIG. 7 gezeigt. Aus einem Vergleich der FIG. 3 („Grundwahrheit“) mit FIG. 7 (Abtastung der Pupillenfunktion) ist ersichtlich, dass die Pupillenfunktion auf diese Art und Weise in guter Näherung vermessen werden kann.
Die Pupillenfunktion kann damit an mehreren Stützstellen (an verschiedenen Feldpositionen) bestimmt werden. Dann kann eine Hauptkomponentenanalyse erfolgen. Dann ist die Kalibration abgeschlossen. Beispielhaft ist in FIG. 8 und FIG. 9 der „Rückwärtsweg“ der Berechnung dargestellt. Ist durch so einen Kalibrierschritt die feldabhängige Pupillenfunktion bekannt, so kann, wie obenstehend beschrieben, ein beliebiges Probenobjekt feldabhängig korrigiert werden. Das zeigen FIG. 8 und FIG. 9. Das Bildfeld einer Punktreihe, abgebildet mit Bildfeldwölbung und Koma (FIG. 8), kann durch die Rückwärtspropagation gemäß Gleichung (11) durch die konjugierte bzw. invertierte Pupillenfunktion korrigiert werden. Insbesondere sind z.B. die Abweichungen im Bildfeld zwischen Abbildung und tatsächlichem Objekt am Feldrand in FIG. 9 mit dem Pfeil hervorgehoben.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsfor- men 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.
Voranstehend wurden Techniken im Zusammenhang mit der Aberrationskorrektur, insbesondere für eine Bildgebung mittels Digitalholographie beschrieben. Entsprechende Techniken sind aber auch für andere kohärente Bildgebungsverfahren denkbar, wie beispielsweise Ptychographie, Fourier-Ptychographie oder iterative Verfahren, wie zum Beispiel Gerchberg-Saxton.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1 . Computer-implementiertes Verfahren zur Bildgebung mittels eines optischen Bildgebungssystem, das zur kohärenten Vermessung eines Probenobjekts mit Amplitudeninformation und Phaseninformation eingerichtet ist, wobei das Verfahren umfasst:
- Ansteuern des optischen Bildgebungssystems, um im Rahmen eines Kalibrationsprozesses an mehreren diskreten Feldpositionen die Pupillenfunktion einer Abbildungsoptik des optischen Bildgebungssystems mittels eines Kalibrationsobjekts zu vermessen,
- basierend auf der an den mehreren diskreten Feldpositionen vermessenen Pupillenfunktion: Bestimmen einer stetigen und kontinuierlichen Repräsentation der Pupillenfunktion in Abhängigkeit von der Feldposition,
- Ansteuern des optischen Bildgebungssystems, um das Probenobjekt zu vermessen, und
- basierend auf der Vermessung des Probenobjekts, Rekonstruieren eines Bilds des Probenobjekts unter Berücksichtigung der stetigen und kontinuierlichen Repräsentation der Pupillenfunktion.
2. Computer-implementiertes Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die stetige und kontinuierliche Repräsentation der Pupillenfunktion basierend auf einer Hauptkomponentenanalyse der an den mehreren diskreten Feldpositionen vermessenen Pupillenfunktion bestimmt wird.
3. Computer-implementiertes Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Bildgebungssystem (80) ein digitales holographisches Mikroskop ist, welches eingerichtet ist, um mittels eines Detektors ein Interferenzmuster zwischen einem Probenstrahl und einem Referenzstrahl aufzuzeichnen.
4. Computer-implementiertes Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Rekonstruieren des Bilds des Probenobjekts umfasst: - Bestimmen eines Objektfelds für das Probenobjekt basierend auf einer Rückwärtspropagation eines bei der Vermessung des Probenobjekts erfassten Bildfelds von einer Detektorebene zu einer Objektebene unter Verwendung einer Inversen der kontinuierlichen Repräsentation der Pupillenfunktion.
5. Computer-implementiertes Verfahren nach Anspruch 3 und 4, wobei das Verfahren weiterhin umfasst:
- Bestimmen des Bildfelds basierend auf dem Interferenzmuster mittels Techniken der Digitalholografie.
6. Computer-implementiertes Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Kalibrationsobjekt mindestens ein punktförmiges Kontrastobjekt umfasst.
7. Computer-implementiertes Verfahren nach Anspruch 6, wobei das mindestens eine punktförmige Kontrastobjekt mindestens eines von mindestens einer punktförmigen Öffnung oder mindestens einer punktförmigen Blende umfasst.
8. Computer-implementiertes Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Kalibrationsprozess die Anordnung des Kalibrationsobjekts in einer Objektebene und an mehreren Positionen senkrecht zur optischen Achse der Abbildungsoptik umfasst, um derart Messwerte für die Pupillenfunktion an den mehreren Feldpositionen zu erhalten.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin umfasst:
- basierend auf der kontinuierlichen und stetigen Repräsentation der Pupillenfunktion: Quantifizieren eines Feldverlaufs mindestens einer Aberration der Abbildungsoptik.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Bild ein quantitatives Phasenbild des Probenobjekts ist.
11 . Vorrichtung (90), die mindestens einen Prozessor (92) und einen Speicher (93) umfasst, wobei der mindestens eine Prozessor (92) eingerichtet ist, um Pro- grammcode aus dem Speicher (93) zu laden und auszuführen, wobei der mindestens eine Prozessor eingerichtet ist, um basierend auf dem Ausführen des Programmcodes das Computer-implementierte Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche auszuführen.
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