JP4926944B2 - 高分解能撮像 - Google Patents

Description

本発明は、目標物体の画像を生成し得る画像データを提供する方法及び装置に関する。画像データは、目標物体の構造に関する高分解能の情報を提供し、結果として得られる画像を高分解能にすることを可能にする。特に、限定するものではないが、本発明は、目標の探査に用いられる入射放射をその目標に対して高精度に位置合わせする必要なく、波長限度の分解能の画像(wavelength-limited resolution images)を提供する方法及び装置に関する。

目標物体（又は検体）に関する空間情報を導出するための多くのタイプの撮像技法が既知である。従来の透視撮像では、物体が平面波の照明１０を照射される。図１Ａに示すように、物体により散乱された波は、レンズ１２によって再干渉されて画像を形成する。非常に短い波長の撮像の場合（Ｘ線又は電子）、この技法には、レンズによって導入される光学収差及び不安定性に関連する多くの問題があり、結果として得られる画像の分解能及び解釈可能性が制限されることが知られている。通常達成可能な分解能は理論上の波長限界より何倍も大きい。従来の走査型透視撮像は、レンズを用いて目標物体を通る放射スポットを集束させるこのような撮像技法のもう１つの例である。１つ又は複数の検出器が、目標物体の目標後方側に位置決めされて散乱放射を検出する。環状検出器、象限検出器(quadrant detector)、及び／又はオフアクセス検出器(off-access detector)等の様々なタイプの検出器戦略が既知である。しかし、これらの方法は、目標物体の画像が必要とされる全ての点に対する集束された放射スポットの走査に依存している。そのような技法には、１０００×１０００画素の画像が望まれる場合、百万個の正確なプローブ位置の点を使用しなければならないため、スポットの非常に正確な制御が必要とされること等のいくつかの問題が伴う。もう１つの問題は、使用されるレンズが非常に高品質のものでなければならないことである。これは、最終的な画像の分解能がスポットの鮮鋭度(sharpness)及び局所化(localization)と同程度でしかないというためだけでなく、電子又はＸ線等の様々な形態の放射を用いる場合、画像の生成に影響を及ぼし分解能を損なう可能性がある光学収差効果、色拡散（chromatic spread）、及びレンズ電流の不安定性等の多くの問題があるためでもある。これを図１Ｂに概略的に示し、図１Ｂでは、電子ビーム又はＸ線ビーム等の入射放射１５が、目標物体を成す検体１６に入射する。物体により散乱された放射は、目標物体から出射して、検出面１７上に伝播する。

従来の走査型透視撮像に伴う既知の問題は、入射する放射スポットにより探査しなければならない点の数のために画像が完成するのにかかる時間が長いことである。このことにより、目標物体がデータ収集中に移動する場合、不正確なデータが収集され、最終的には不正確な画像が生成されることになる可能性がある。また、従来の走査型透視撮像方法では、目標物体から出射する放射の位相に関する情報を測定することができない。検出器における全散乱強度しか測定することができない。よって、目標物体の向こう側に放射される出射波に関連する位相情報は収集することができない。

従来の走査型透視撮像の修正形態が４次元逆重畳(de-convolution)撮像である。これは、図１に示すのと同様の装置を利用するが、全てのプローブ位置について回折パターン全体を記録する。これは、目標物体の構造を、スポットサイズ、又は使用されるレンズの応答関数よりも高い分解能で求める方法を提供するが、いくつかの重要な問題がある。最も顕著な問題は、大量のデータを記録しなければならず、これを十分な視野について収集するには何時間もかかることである。これは、探査用の照明を非常に正確に制御して正確に動かし、最終的な画像の再構成のために全ての（百万の）画素を走査することが不可欠であるため、実際に実験を行うことを非常に難しくする。また、長時間にかけて多量の入射放射が必要とされるため、目標物体を重度に損傷する可能性がある。

別の既知の撮像技法は純粋な回折撮像である。この代替的な方策では、レンズを省いてもよく、目標物体は、探査用放射の単純な平面波により照明される。遠視野で測定される散乱パターンはフーリエ平面回折パターンを形成し、この強度を記録することができる。次に、測定された強度から導出した情報を適用することにより反復法を用いて、推定される物体出射波動場(object exit wave field)を計算する。推定された波動場から目標物体に関する本当の情報を判定するために、物体が存在しないか、又は何らかの定義された方法で隠されていることが分かっている実空間のエリアを提供しなければならない。この事実を知ることでしか、物体を表す波動場の動的推定値（running estimate）を反復的に変更することはできない。しかし、純粋な回折撮像には多数の問題が伴う。最も顕著なものとして、目標物体は、何らかの方法で何らかの固定された場所に懸架又は隔離されていなければならない。これを実際に達成することは非常に難しい。また、このソリューションを物体の新たな若しくは異なる部分に拡張するか、又は大きな画像全体を高い分解能で得ることは不可能である。物体の１つの隔離された領域のみを照明し解くことができる。また、目標物体は単一値でなければならない。すなわち、目標物体は単一の実数によって表されなければならない。この数字は、吸収又は位相変化を表すが、両方を表すことはできない。実際に、ほとんどの実際の目標物体波（すなわち目標物体から出射する波動関数）は、位相成分と振幅成分との両方を有する複素数として現れる。

純粋な回折撮像に伴う別の大きな問題は、目標物体のエッジがはっきりと定義され、よって明確なエッジを有しなければならないことである。これは、物体が存在しないか、又は何らかの方法で隠されていることが分かっているエリアを定義するためである。実際には、このような明確なエッジを有する物体又は開口を生成することは難しい。

さらなる問題は、Ｘ線散乱及び電子散乱において一般的なタイプの目標物体である低散乱物体の場合、物体を通過する放射の大部分が、回折パターンの中央にたどり着くことである。このゾーンの情報は、画像形成プロセスに役立たないために無駄になるが、物体を通過する放射はその物体を損傷する可能性がある。また、平行な照明も必要である。しかしこれは、所与の輝度の照明源について、物体平面において与えられる数値が比較的少ないことを意味する。低散乱物体を通過する放射の大部分が上記のように中央ゾーンで終端するという事実と併せて、これは、実験全体が実際には十分な数値を得るために長い時間がかかることを意味する。データ収集段階において、物体又は他の何らかの撮像装置が露光中にドリフト又は移動する場合、データは損なわれる場合がある。

この解決として大きな関心を集めた方法は、Gerchberg及びSaxton［R. W. Gerchberg and W. O. Saxton. Optik, 35(2): 237-246, 1972］が初めて提案した反復法である。このような反復法は、最近では、電子及びＸ線の両方について図２に示す幾何形状に応用されている。この配置において、入射放射２０は、目標物体を成す検体２１に向けられる。この目標物体は、入射放射を広い角度範囲に散乱し、回折平面２２において回折パターンを形成する。回折平面２２における回折パターンは、写真用フィルム又はＣＣＤ検出器等の任意の好適な方法により記録してもよい。回折の実験上の利点は、目標物体自体の内部の散乱のみによって干渉条件が決まるため、短波長レンズの使用が意味する重大な問題が回避されることである。

本発明の実施の形態の目的は、上記問題を少なくとも部分的に軽減することである。

本発明のさらなる実施の形態は、反復技法の利点を利用するが、従来技術の反復法の欠点のない、目標物体の高分解能の画像を構成するために用いられ得る画像データを提供する方法及び装置を提供することである。

本発明の実施の形態の目的は、入射放射を目標物体に対して位置合わせするため、又は目標を定義された場所に支持するために、高分解能の位置合わせ技法を使用する必要なく、目標物体の高分解能の画像を構成するために用いられ得る画像データを提供する方法及び装置を提供することである。

本発明の実施の形態の目的は、レンズ及び／又はホログラフィック参照波及び／又は任意の形態の遠視野干渉法(far-field interferometry)の使用に依存しない分解能を有する、全ての形態の放射rに適した透過型顕微鏡の方法を提供することである。

本発明の実施の形態の目的は、波長限度の分解能の画像を生成するために用いられ得る画像データを提供する方法及び装置を提供することである。画像は、目標物体の一部のものであっても、又は、目標構造が明確である場合、実験経路内の選択された場所における放射のものであってもよい。

本発明の第１の態様によれば、目標物体の領域の高分解能画像を構成するための画像データを提供する方法が提供され、本方法は、
放射源からの入射放射を目標物体に供給するステップと、
少なくとも１つの検出器により、上記目標物体により散乱された放射の強度を検出するステップと、
入射放射又は目標物体後方の開口を目標物体に対して高分解能で位置合わせすることなく、検出された強度に応じて画像データを提供するステップと
を含む。

本発明の第２の態様によれば、目標物体の領域の高分解能画像を構成するための画像データを提供する方法が提供され、本方法は、
放射源からの入射放射を目標物体に供給するステップと、
少なくとも１つの検出器により、上記目標物体により散乱された放射の強度を検出するステップと、
可動の(movable)緩やかに変化する(softly varying)透過率関数又は照明関数を用いる反復プロセスにより、検出された強度に応じて上記画像データを提供するステップと
を含む。

好ましくは、本方法は、実質的に波長限度の分解能を有する画像データを提供する。

目標物体の領域の画像データは、実質的にリアルタイムで提供されるのが好都合である。

有利には、入射放射は実質的に局所化された波動場を含む。

本発明の第３の態様によれば、ロードされると、目標物体の領域の画像をユーザディスプレイに表示する手順をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品が提供され、上記画像を生成するための画像データは、コンピュータによって、検出された強度測定値に応じて求められ、可動の緩やかに変化する透過率関数又は照明関数を用いる反復プロセスにより計算される。

本発明の第４の態様によれば、目標物体の領域の高分解能画像を生成するための画像データを提供する装置が提供され、本装置は、
目標物体を所定の場所に位置決めする位置決め手段と、
上記位置決め手段により位置決めされた目標物体に入射放射を供給する放射源と、
上記目標物体により散乱された放射の強度を検出する少なくとも１つの検出素子と、
入射放射又は目標物体後方に位置決めされる開口を上記目標物体に対して１つ又は複数の場所に位置決めする手段と、
散乱された放射の検出された強度に応じて上記画像データを提供する処理手段と
を備える。

本発明の実施の形態は、反復法を用いて、目標物体の領域の、波長限度の分解能の画像を構成するために用いられ得る画像データを提供する。緩やかに集束されたビームが目標物体に入射するか、又は可動開口が物体の下流に位置合わせされる。目標物体を移動させるか、又は開口を移動させて、物体出射波動関数の異なる領域が検出できるようにすることによって、１つ、２つ又はそれ以上の回折パターンが収集される。有利には、開口は、それらの位置における散乱パターンを記録する前に、比較的大きな距離（開口幅の半分以上）を移動させることができる。これは、本発明の方法が、広視野を走査し、非常に高分解能の画像をリアルタイムで得ることができることを意味する。代替的に、目標又は開口を移動させる代わりに、プローブ又は目標の事前に選択された特性を変化させてもよい。

本発明の実施形態を以下で、例としてのみ、添付図面に関して説明する。

図面中、同様の参照番号は同様の部品を指す。

図３は、散乱パターンを現像して、目標物体の構造に関する高分解の能情報を求める方法を示す。目標物体という用語は、入射放射の経路内にあり、その放射の散乱を生じる任意の検体又は品物を指すことが理解されるであろう。目標物体は、入射放射に対して少なくとも部分的に透過性でなければならないことが理解されるであろう。目標物体は、何らかの繰り返し構造を有していても、又は有していなくてもよい。

入射放射３０が目標物体３１に当てられる。放射という用語は、放射源からのエネルギーとして広く解釈されることを理解されたい。これは、Ｘ線、放射される電子等の粒子、及び／又は音波を含むことになる。このような放射は、波動関数Ψ（ｒ）として表され得る。この波動関数は当業者に理解されるように実数部及び虚数部を含む。これは、波動関数の係数及び位相として表され得る。Ψ（ｒ）^＊はΨ（ｒ）の複素共役であり、Ψ（ｒ）Ψ（ｒ）^＊＝｜Ψ（ｒ）｜^２であり、ここで、｜Ψ（ｒ）｜^２は、波動関数について測定され得る強度である。

入射放射３０は、検体３１を通り抜ける際に散乱される。よって、検体から出射する際の入射放射の波動関数は、検体の目標前方側における入射放射の波動関数に対して振幅及び位相の両方において修正されることになる。生じる散乱は、フーリエ回折、屈折、及び／又は、フレネル回折、並びに、入射放射の特性が検体後の伝播の結果として修正される任意の他の形態の散乱を含み得る。ＣＣＤ検出器３２等の検出器アレイが検体から遠く離れて配置される場合、回折平面３３において回折パターンが形成される。検出器３２が検体から距離Ｄのところに位置決めされる場合（ここで、Ｄは、回折パターンが点光源から効果的に形成されるほど十分に長い）、フーリエ回折パターンが形成されることになる。検出器をより近くに位置決めすることで回折平面が検体のより近くに形成される場合、フレネル回折パターンが形成されることになる。開口３４が目標物体後方に位置決めされることにより、調査すべき目標の領域を選択する。開口はマスクに形成され、開口が「サポート」を画定するようにする。サポートは、関数がゼロでない関数のエリアである。言い換えれば、サポートの外部では、関数はゼロになる。サポートの外部では、マスクが放射の透過を遮断する。従来技術の技法と異なり、本発明とともに用いられる開口は、有限且つはっきりと画定されなくてもよい。開口は、可動であり、且つ、縁において徐々に変化してもよい。これにより、緩やかに変化する照明関数又は透過率は、高い空間周波数から成るものではない。言い換えれば、これは帯域幅限度の関数(bandwidth limited function)である。レンズが用いられないため、検出器３２により広い視野が測定され得る。開口という用語は、放射の局所化された透過関数を記述する。これは、０と１の間の係数値を有する２次元の複素変数によって表現され得る。一例は、透過率の変化する物理的開口領域を有するマスクである。

図４は、図３の配置を通る波の伝播を概略的に示す。入射放射３０は、検体３１の上流側に当たり、透過の際に検体によって散乱される。検体波Ｏ（ｒ）は、物体３１と相互作用した後の放射の出射波動関数である。こうして、Ｏ（ｒ）は２次元複素関数を表し、Ｏ（ｒ）（ここでｒは２次元座標である）の各点に複素数が関連付けられるようにする。Ｏ（ｒ）は物理的に、平面波によって照明される物体から放射される出射波を表す。例えば、電子散乱の場合、Ｏ（ｒ）は、関心物体を通過した結果として入射波に導入される位相及び振幅の変化を表す。開口３４は、分析するための物体出射波動関数の一部を選択するプローブ関数Ｐ（ｒ）（又はフィルタリング関数）を提供する。開口を選択する代わりに、透過型回折格子等の他のフィルタリング関数を物体関数の下流に位置決めしてもよいことが理解されるであろう。プローブ関数Ｐ（ｒ−Ｒ）は、開口が位置Ｒにあるときの開口透過関数である。プローブ関数は、プローブに入射する完全な平面波にプローブが導入する係数及び位相の変化を表す係数及び位相によって複素値が与えられる複素関数として表すことができる。

出射波動関数ψ（ｒ，Ｒ）４３は、開口から出射されるときの放射の出射波動関数である。この出射波Ψ（ｒ，Ｒ）４３は、回折平面３３において回折パターンΨ（ｋ，Ｒ）４４を形成する。ここで、ｒは実空間におけるベクトル座標であり、ｋは回折空間におけるベクトル座標である。

図５は、開口を必要としない本発明のさらなる実施形態を示す。これにおいて、入射放射５０は、目標物体５１の第１の表面に当たる。入射放射は検体内で散乱され、透過した放射は、回折パターンが形成される回折平面５２へと伝播する。

図６は、このプロセスをより詳細に示す。放射５０は例えば弱いレンズによって大まかに集束され、目標物体の第１の表面の領域が照明されるようにする。弱いレンズは当然、一組の板等の任意の適切な集束装置、電子ビームのための電圧供給源、又はＸ線のための屈折面を含んでもよい。弱い集束は、プローブ用の放射ビームを実質的に制限するために十分である。よって、放射を鮮明に集束する必要はないが、強く集束した放射も当然用いることができる。ここで、目標物体は、関心物体を通過した結果として入射波に導入される位相及び振幅の変化を表す物体関数Ｏ（ｒ）を提供する。目標物体に入射する照明放射は、レンズ又は他の光学部品によって形成される火面(caustic)又は照明プロファイルによって生成されるような照明関数を形成するプローブ関数Ｐ（ｒ）を表す。Ｐ（ｒ）は、物体の平面において計算されるこの波動場の複素定常値である。出射波動関数Ψ（ｒ，Ｒ）６３は、目標物体の下流面から出射するときの散乱放射を定義する。この出射波は、空間を伝播するに従い、回折平面３３において回折パターンΨ（ｋ，Ｒ）６４を形成することになる。図４に示す開口が形成される実施形態と、図６に関して説明する開口のない実施形態との両方において、散乱放射が検出される回折平面が検体のより近くへと移動される場合、フーリエ回折パターンではなくフレネル回折パターンが検出されることが理解されるであろう。その場合、出射波Ψ（ｒ，Ｒ）から回折パターンΨ（ｋ，Ｒ）への伝播関数は、フーリエ変換ではなくフレネル変換となるであろう。

図７は、物体の波動関数を得るため、よって、後に物体の高分解能画像を生成するために用いられ得る画像データを得るためのアルゴリズムを示す。図７は、図３及び図４に示した本発明の第１の実施形態を用い、回折パターンを測定した後に、第１の位置から、第２のそれぞれの回折パターンが測定され得る第２の位置へ、開口を移動させる１つの可能な方法を示す。本発明の実施形態は、開口について１つ又は複数の位置を使用し得ることが理解されるであろう。また、図５及び図６による実施形態も使用することができ、開口を移動させる代わりに、弱く集束される放射が検体に当たる場所を選択してもよい。

上記のように、Ｏ（ｒ）及びＰ（ｒ）は２次元複素関数を表す、すなわち、Ｏ（ｒ）又はＰ（ｒ）（ここでｒは２次元座標である）の各点に複素数が関連付けられる。以下、Ｏ（ｒ）は、平面波によって照明される物体関数から放射される出射波を物理的に表すことになる。例えば、電子散乱の場合、Ｏ（ｒ）は、関心物体を通過した結果としての入射波の位相及び振幅の変化を表す。

以下、Ｐ（ｒ）は、レンズ又は他の光学部品（例えば図５及び図６に示すように、Ｐ（ｒ）は、物体関数の平面において計算されるこの波動場の複素定常値であることが理解される）によって形成される火面又は照明プロファイルによって生成されるような照明関数、又は（図３及び図４に示すように）物体関数の下流に取り付けられる開口又は透過型回折格子等のフィルタリング関数のいずれかを表す。

以下、Ｏ（ｒ）又はＰ（ｒ）は様々な距離Ｒだけ互いに移動させることができるものと仮定し得る。採用される用語は、Ｐ（ｒ）を移動させることに関して書かれるが、同等に、Ｐ（ｒ）に対してＯ（ｒ）を代わりに移動させることもできる。両方の状況において、Ｏ（ｒ）の複素値は、Ｏ（ｒ）とＰ（ｒ−Ｒ）の積を形成して、ψ（ｒ）の全出射波動関数、すなわち、
ψ（ｒ，Ｒ）＝Ｏ（ｒ）Ｐ（ｒ−Ｒ） ...１
を与えることによって変更される。これは一般に満足される。物体関数又はプローブ／開口関数に対する実際の制約が非常に少ないことは注目に値する。いずれの関数も平面波でなく、また、Ｒの異なる値間の差の倍数である繰り返し距離で周期的であり得ない。これは、アルゴリズムが機能するためにいくつかの異なる測定値を必要とするためである。実験では事実上、これらの基準は容易に満たされる。

アルゴリズムは、複素関数ψ（ｒ，Ｒ）の位相及び強度を求めるように機能する。これは、入力として関数Ｐ（ｒ−Ｒ）、及び検体を含む平面とは異なる平面における波動関数の強度の１つ又は複数の（好ましくはいくつかの）測定値の知識を必要とする。フーリエ変換によって検体平面に関連付けられる回折平面を使用することが好都合である。この場合、測定される入力データは、１つ又は複数のプローブ／開口位置における回折パターンの強度である。回折データを使用することには、収集が容易であること、出射波動関数を画像に集束する必要がないこと、及び高角度においてデータを測定することによって達成される分解能の向上を含むいくつかの利点がある。

しかし、検体／開口の出射面から或る距離を置いて測定される焦点外れ画像(defocused image)の集合に基づいてアルゴリズムを実行することも可能である。この状況では、フーリエ変換に自由空間伝播関数(free space propagator)が代入される。

アルゴリズムは、これらの２つの変換の使用に制限されない。他の有効な変換を用いて、情報の一方の平面から他方の平面に移動することもできる。以下、波動関数を、平面１と呼ばれる第１の平面から、平面２と呼ばれる第２の平面に変換する一般変換Ｔに言及する。

アルゴリズムは以下のように、図７に関して働く。

１．ステップＳ７００において、物体関数Ｏ_ｇ，ｎ（ｒ）の推測により開始し、ここで、下付き文字ｇ，ｎはアルゴリズムのｎ回目の反復における推測波を表す。これらの関数は平面１（フーリエ変換を用いる場合、実空間平面である）にある。好ましくは、Ｏ_ｇ，ｎ（ｒ）の１回目の推測は全ての点ｒにおいて１に等しい。これは、検体が存在しない状態に対応する。

２．位置及び特性に関して既知の開口をステップＳ７０１において選択する。これはプローブ関数Ｐ（ｒ−Ｒ）を提供する。ステップＳ７０２において、物体関数の現在の推測に、現在位置Ｒにおける開口又はプローブＰ（ｒ−Ｒ）を乗算する。これにより、位置Ｒについて（依然として平面１にある）推測出射波動関数が生成される。
ψ_ｇ，ｎ（ｒ，Ｒ）＝Ｏ_ｇ，ｎ（ｒ）Ｐ（ｒ−Ｒ） ...２

３．次に、ステップＳ７０３において、（フーリエ変換を用いる場合、回折空間平面となる）平面２における対応する波動関数をその位置Ｒについて得るためのψ_ｇ，ｎ（ｒ，Ｒ）の変換。ここで、Ｔを用いて、何らかの一般的な変換を表現する。この変換は、フーリエ変換である場合が多いが、フレネル自由空間伝播関数、又はアルゴリズムの特定用途に適した何らかの他の変換であってもよい。
Ψ_ｇ，ｎ（ｋ，Ｒ）＝Τ［ψ_ｇ，ｎ（ｒ，Ｒ）］ ...３
ｋは平面２における座標である。（フーリエ変換の場合、ｋは通常の逆格子空間座標(reciprocal space coordinate)となる。伝播関数の場合、ｋは焦点外れ平面におけるｘｙ座標となる。）Ψ_ｇ，ｎ（ｋ，Ｒ）は、推測された物体関数Ｏ_ｇ，ｎ（ｒ）によって生成されたものであるため、平面２における実際の波動関数を「推測」したものであることに留意することが重要である。アルゴリズムの連続反復により、次第に精度を高めたΨ_ｇ，ｎ（ｋ，Ｒ）が生成される。

Ψ_ｇ，ｎ（ｋ，Ｒ）は次の形式で書くことができることに留意されたい。
Ψ_ｇ，ｎ（ｋ，Ｒ）＝｜Ψ_ｇ，ｎ（ｋ，Ｒ）｜ｅ^{ｉθｇ，ｎ（ｋ，Ｒ）} ...４
ここで、｜Ψ_ｇ，ｎ（ｋ，Ｒ）｜は平面２における、反復ｎ回、位置Ｒでの（推測される）導関数振幅であり、θ_ｇ，ｎ（ｋ，Ｒ）は同じく（推測される）位相である。

検出器アレイ３２のような既知の技法によって回折パターンの強度を測定することによって、実際の変換された出射波動関数に関する情報が分かる。よって、開口が第１の位置にあるときの回折パターンの測定された強度は、回折パターンの複素波動関数の推定値の基礎を成す。しかし、測定された強度は、波動関数の位相に関する情報を提供しない。むしろ、測定された強度は、Ψ（ｒ）の係数の二乗に類似する(comparable)。これは｜Ψ（ｒ）｜^２である。ステップＳ７０４において平面２における回折パターンの放射の強度が分かると、以下のステップが行われ得る。

４．ステップＳ７０５において、推測される平面２の波動関数の強度を既知の値に補正する。
Ψ_ｃ，ｎ（ｋ，Ｒ）＝｜Ψ（ｋ，Ｒ）｜ｅ^{ｉθｇ，ｎ（ｋ，Ｒ）} ...５
ここで、｜Ψ（ｋ，Ｒ）｜は既知の平面２の係数である。これは、像平面における測定された強度の平方根である。

５．実空間へ逆変換（Ｓ７０６）して、（平面１における）出射波動関数の新たな改良された推測を得る（Ｔ^−１は前に用いた変換Ｔの逆変換を表す）。
ψ_ｃ，ｎ（ｒ，Ｒ）＝Τ^−１［Ψ_ｃ，ｎ（ｋ，Ｒ）］ ...６

６．ステップＳ７０７により、以下の更新関数を用いて開口又はプローブによってカバーされるエリアにおける推測された物体波動関数を更新する。

ここで、パラメータβ、δ及びｌは適切に選択され、｜Ｐ_ｍａｘ（ｒ−Ｒ）｜はＰ（ｒ）の振幅の最大値である。この結果は、物体関数の新たな推測である（Ｓ７０８）。

更新関数は、生じ得る効果的な逆重畳を行うのを助け、プローブ関数が最大振幅を有するところで物体関数を最も強く更新させる重み係数を導入する。選択可能な定数ｌは１に設定され得る。これは、０〜３の範囲の任意の値に選択することができ、整数値である必要はない。雑音が多い場合、ｌ>１に設定することが有用である。ｌは、散乱幾何形状のために検出される強度がガボールホログラム又は同様の形状である場合、ｌ＜１に設定され得る。値δは、｜Ｐ（ｒ−Ｒ）｜＝０である場合に生じる０で割ることを防ぐために用いられる。δは、ウィーナーフィルタ(Weiner Filters)において一般に適用されるような小さな実数であり、通常（不可欠ではないが）Ｐ_ｍａｘよりも小さく、記録データに存在する雑音が小さい場合はかなり小さくすることができる。定数βは、アルゴリズムのフィードバック量を制御し、有利には、ほぼ０．１〜１の間で変化し得る。β＝０．５未満である場合、物体の以前の推定値が新たな推定値よりも重要であるとみなされる。中間の値は、２つの推定値の相対的な重要度を変化させる。βは、解に到達する速さを決める。

δは、固定値に設定されても変化してもよいパラメータである。これは、記録データの雑音の多さを示し、これらの状況に応じて更新が行われる程度を減衰させるために用いられる。データ収集に良い状況が存在する場合、すなわちビーム電流が高く（フラックスが高く）、ショット雑音が低いことが暗示される場合、収集した結果を使用して推測された推定値を更新するほうが安全である。したがって、δの値はＰ_ｍａｘの小さな分数（例えば１／１０未満）とすることができる。

式

は、｜Ｐ（ｒ−Ｒ）｜が大きい領域の更新効果を最大にする。これは、その領域が最も大量の入射放射を受け取り、よって信号対雑音比が比較的高い情報を含むため、有用である。この情報は明らかに、入射する放射が非常に少なく、雑音の影響を大きく受ける領域からの情報よりも有用である。

β＝１、ｌ＝０及びδ＝０であり、関数Ｐ（ｒ−Ｒ）がマスクまたはサポート関数（ある領域によって表され、その領域では値が１であり、他の領域では値が０である）である状況の場合、アルゴリズムは、よく知られたFienupアルゴリズムといくらか類似する。この状況において、１つの位置Ｒのみを用いる場合、アルゴリズムは、基本的なFineupアルゴリズムに数学的に等しくなる。２つ以上の位置Ｒを用いる場合、アルゴリズムは従来の方法に対して、一意性の問題がないこと、及び広い視野を撮像できることを含む著しい利点を有する。

推測の動的推定値の更新の後に、図７に示すアルゴリズムは、前の位置に少なくとも部分的に重なる新たな位置Ｒの選択に進む。この重なりは、好ましくは２０％よりも大きく、好ましくは５０％以上であるべきである。これは、開口を図３に示す矢印Ａの方向に所定の量だけ動かすか、又は図５に示す照明放射を目標の異なる領域に当てることによって達成され得る。本発明の実施形態は、開口又は入射放射の場所の変更を全く行うことなく、目標物体の１つの場所についての画像データを首尾よく提供することができることが理解される。このような実施形態において、ステップＳ７０８の後、アルゴリズムはステップＳ７０２に戻る。物体関数Ｏ（ｒ）の初期推定値がロードされる代わりに、ステップＳ７０８のＯ（ｒ）の新たな推測がロードされる。反復毎に入射放射の既知の強度、よって既知の振幅成分の情報が追加されて推定値の精度を高めるにつれて、反復毎に物体関数の新たな推測は実際の物体関数をより正確に近似するようになる。

それにもかかわらず、より好ましい方法は、図７に示すように、前の位置に部分的に重なる新たな位置Ｒに移動することである。

第２の位置における既知のプローブ関数Ｐ（ｒ−Ｒ_２）がステップＳ７０９において特定される。その後、上記のようなステップが繰り返され、ステップＳ７０８において生成される新たな推測に、ステップＳ７０９において特定される新たな既知のプローブ関数が乗算される。これをステップＳ７１０に示す。これは事実上、関連する実施形態に応じて検体後方又は開口後方の出射波動関数を生成する。結果として得られる出射波動関数はステップＳ７１１において伝播されて、その位置において検出されるべき散乱パターンの推定値を与える。回折パターンはステップＳ７１２において測定され、変換された波動関数に関する強度情報、よって振幅情報を与える。強度情報はステップＳ７１３において、位相情報を保持したまま、変換された波動関数の振幅を補正するために用いられる。この補正された波動関数は、フーリエ変換（画像が遠視野において形成される場合）、フレネル変換（フレネル回折が支配する場所において画像が形成される場合）又は任意の他の適切な変換により逆伝播される。これをステップＳ７１４に示す。Ｏ（ｒ）の動的推定値を次にステップＳ７１５において、上で示した更新関数に従って補正し、その結果は、ステップＳ７１６に示す物体関数の新たな推測となる。

この段階において、照明又は開口をさらに第３の又はさらなる位置へ移動させてもよい。ここでもまた、以前の照明場所の間にいくらかの重なりが生じる場所が好ましい。これにより、任意選択として、目標物体全体を写像し得る。代替的に、ステップＳ７１６において生成される新たな推測を、既知の回折パターン結果を知りながらさらなる位置合わせなしに繰り返してもよい。図７では、ステップＳ７０２に戻り、ステップＳ７００において供給される物体関数の初期推定値の代わりに、ステップＳ７１６において生成される新たな推測を乗算段に入力することによって、反復法が繰り返されるものとして示される。

反復法は、所定の事象が発生するまで繰り返してもよい。例えば、反復は所定回数、例えば１０００回、又は二乗誤差の和(sum squared error)（ＳＳＥ）が十分に小さくなるまで繰り返されてもよい。ＳＳＥは平面２において、

として測定され、ここで、Ｎは、波動関数を表すアレイの画素数である。

反復プロセス中、物体関数の最も最新の推測がその物体関数の動的推定値を提供する。所定の事象の発生によって判定されるように反復プロセスが完了すると、物体関数の動的推定値が、入射放射により照明される場所における画像データか、又は目標物体後方の開口の場所により選択される場所における画像データを与える。この画像データは振幅情報及び位相情報を含み、次にこれらの情報を用いて、目標物体の選択された領域の高分解能画像を生成することができる。

１行目に示す透過関数により、ＳＴＥＭプローブが物体上に入射するときに作成される波動関数の位相を回復するために、可動プローブアルゴリズムが用いられてきた。この透過は、無定形炭素の背景の上の金粒子についてＣＣＤカメラにより測定される画像を撮影し、この画像を振幅物体としてのみ処理し、この結果を１０００Åだけ伝播して、図示の強度及び位相を得ることによって生じた。

ＳＴＥＭプローブは、開口サイズ０．２５Å^−１、焦点外れ３０００Ａ、及び１．０×１０^６の数の総数を有する。この結果、図８に示す強度及び位相が得られる。このプローブには、１２８×１２８画素アレイにおけるいくつかの異なるプローブ位置について物体透過関数が乗算される。結果として得られる波動関数はフーリエ変換されて、図８の３行目に示すプローブ位置（６０，４０）の回折パターンのような回折パターンが得られる。

アルゴリズムは、２０００回の反復についてβ＝１、ｌ＝１及びδ＝０．０００１という式７からのパラメータを用いて実行され、この時点で、回折空間におけるＳＳＥは１．４４４×１０^−７であり、依然として高速に減少していた。この段階における回復された波動関数を図８の４行目に示す。明らかに、このアルゴリズムは非常に良好に動作する。同じ実験をさらに２回、付加されたポワソン雑音を含めて繰り返した。１回目の平均値は１．０であり、２回目の平均値は５．０であった。βの値はβ＝０．６に修正した。これにより収束が進んだ。これらのシミュレーションの結果を図９に示す。明らかに、雑音の付加はアルゴリズムに影響を及ぼす。物体透過関数は、その回復に用いたプローブ位置の集合の付近でのみ効果的に回復されることは特に明らかである。これは、プローブが無視できるほど小さい領域の物体について分かっていることが非常に少ないために予期される挙動である。図示の結果は、元の物体透過関数と同じグレイスケールにスケーリングされている。雑音が比較的高い場合でも、物体の構造及び細部の一部が回復されることは明らかである。

よって、本発明の実施形態は、顕微鏡使用法の多くの状況に適用可能であり、走査用透過型電子顕微鏡への適用性を特に強調する新たな位相回復方法を提供する。この方法は入力強度情報として、少数（１つ又は複数）の異なるプローブ位置又は開口位置からの測定値のみを必要とし、したがってこれは、検体後方のレンズに対する必要性をなくし、よってこのようなレンズの光学収差に伴う問題を回避する。使用されるアルゴリズムは、高速で収束し、物体透過関数の位相が回復される。これにより、目標物体の構造を示す高分解能画像をリアルタイムで生成することが可能になる。このアルゴリズムはまた、雑音の多い状況において有効であり、多種多様な異なる物体及びプローブ関数について機能する。本発明の実施形態はまた、所定の構造を有する目標物体を用いるときにプローブ関数を計算することを可能にする。

図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃは、本発明の代替的な実施形態を示し、特に、目標における入射放射がどのように生成され、目標から散乱された放射のアスペクトを特定するデータが検出され得るかを示す。図１０Ａは、目標１００１の近くに位置決めされ得る放射源１０００をいかに用いて検出器アレイ１００２上の散乱パターンを形成することができるかを示す。放射源は、目標物体の照明エリアが十分に小さく、検出平面におけるナイキストサンプリング条件が確実に満足されるように、目標物体に十分に近くなければならない。この実施形態は、目標１００１の高分解能画像を生成するための画像データを提供するためにレンズも開口も必要としない。しかし、この分解能を達成するには、これらの特定の条件下において、放射源１０００を目標１００１の上流面の十分近くに位置決めすることが重要である。更新プロセスに２つ以上の位置を提供するために、検体又は放射源は可動であってもよい。

図１０Ｂは、平面波放射源１００３を集束管１００４に当てる本発明のさらなる実施形態を示す。管１００４は、通過することができ目標１００１における入射放射となる、放射１００３の領域を選択する。この特定の実施形態によればレンズ又は目標後方の開口は必要ない。

図１０Ｃは、点放射源１０００が、低角ミラー１００５又は他の何らかの反射面に当たる放射を放射する、さらに別の実施形態を示す。このような反射面は、点放射源１０００がＸ線源であるときに特に適用可能である。放射は、ミラー１００５によってグレージング角に近い角度で反射されて、目標１００１に入射する。ここでもまた、散乱された放射が検出器アレイ１００２によって検出される。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明のさらに別の実施形態を示す。特に、図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の実施形態をいかに適用して表面プロフィルメータ（surface profilometer）を提供することができるかを示す。点放射源１１００が、目標検体１１０１の表面に当たる放射を放射する。上述のように検体を透過する代わりに、この検体は全反射性又は部分反射性である。隆起及び他の表面特徴が、入射放射に位相の変化を生じ、目標から反射されたこの放射は検出器アレイ１１０２へ散乱され、この検出器アレイ１１０２において上述のように散乱パターンが検出され得る。図１１Ｂは、放射源１１００からの放射が目標物体１１０１と相互作用する前に、まずレンズ１１０３に集束される表面プロフィルメータの代替的な実施形態を示す。上述のアルゴリズムは、上述の透過率モード(transmittance mode)と、図１１に関して説明した反射型実施形態とに等しく適用可能であることが理解されるであろう。図１０及び図１１において説明される様々な実施形態の各々において、放射源１０００、１１００、目標１００１、管１００４及び／又は反射ミラー１００５の移動を用いて、上述のアルゴリズムの次の反復において使用される照明関数又はプローブ関数の位置を変えることができる。

図１２は、図５及び図６に示した上述の実施形態による、目標物体の領域の高分解能画像を構成するために用いられ得る画像データを提供する装置を示す。放射源１２００はレンズ１２０１上に照明を提供し、レンズ１２０１は放射を目標５１の選択された領域上に弱く集束する。入射放射は入射波動関数１２０２及び出射波動関数１２０３を有する。この出射波動関数は、距離Ｄにわたって伝播され、回折パターンが検出器アレイ１２０４上に形成される。距離Ｄは十分に長く、伝播された出射波動関数１２０３が遠視野でフーリエ回折パターンを形成することが有利である。検出器アレイは、目標物体５１によって散乱された放射の強度を検出することができる少なくとも１つの検出器を提供する。マイクロアクチュエータであってもよい位置決め装置１２０５が設けられ、この位置決め装置１２０５は、目標物体を所望通りに目標物体に対して１つ又は複数の場所に位置決めすることができる。こうして、放射源１２００からの放射を、目標５１の上流面の異なる場所に入射させることができる。

制御ユニット１２０６が、制御信号をマイクロアクチュエータに供給するとともに、検出器アレイ１２０４の画素検出器の各々から強度測定結果を受け取る。制御ユニット１２０６は、マイクロプロセッサ１２０７及びデータ記憶装置１２０８を、ユーザディスプレイ及びユーザ入力キーパッドを含み得るユーザインタフェース１２０９とともに含む。制御ユニットは、遠隔制御のためにラップトップ１２１０又はＰＣ等のさらなる処理装置に接続され得る。代替的に、制御ユニット１２０６はラップトップ又はＰＣによって提供されてもよいことが理解されるであろう。制御ユニット１２０６は、画像データの生成をリアルタイムで自動制御することができる。代替的に、ユーザは、ユーザインタフェース１２０９を用いて、撮像すべき目標物体のエリアを選択するか、又はさらなるユーザ入力を提供することができる。

使用時に、放射源１２００はレンズ１２００を放射で照明する。目標物体１２００は、制御ユニット１２０６の制御下でアクチュエータ１２０５によって選択的に位置決めされる。放射は、検出器アレイ１２０４の検出器の各々によってそれぞれの場所で検出される回折パターンを形成する。これらの検出器からの結果は、制御ユニットに入力され、データ記憶装置１２０８に記憶され得る。画像データを導出するために１つの位置のみが用いられている場合、マイクロプロセッサは、この検出された情報を、上記アルゴリズムに関する情報を含むプログラム命令とともに用いて、画像データを導出する。しかし、画像データを完成させる前に１つ又は複数のさらなる位置が必要である場合、制御ユニットが次に、アクチュエータ１２０５に信号を発行し、これが検体を別の選択された場所に位置決めする。アクチュエータ１２０５は、検体を多くの異なる位置のうちの１つに配置してもよい。位置を変えた後、検出器アレイ上に形成されるさらなる回折パターンが測定され、その結果が制御ユニットに記憶される。例として、アレイ１２０４は１２００×１２００画素のＣＣＤアレイであってもよい。さらなる強度測定値が必要とされない場合、画像データがこの段階で制御ユニットによって、２つの新たに記憶された結果セットに従って、上記アルゴリズムを用いて生成されてもよい。ユーザインタフェース１２０９、又はＰＣ若しくは他のそのような装置のリモートディスプレイ上に、生の画像データが表示されても、又はこの画像データから生成される高分解能画像が表示されてもよい。

したがって、本発明の実施形態は、目標物体の画像データを導出するための反復法を提供する。反復法は、一般化された照明系に対処できるような知的な方法で適用可能である。これらの照明系では、開口の透過率関数が弱く定義されるか、又は放射ビームが弱く集束され得る。代替的な実施形態では、物体の情報を導出する代わりに、物体が既知であれば、放射又は開口そのものに関する情報を導出してもよい。

本発明の実施形態は、検体の一部の高分解能画像を後に、波長限度の分解能で生成するために適した画像データを得る方法を提供する。これにより、その情報を導出するために用いられる装置の位置合わせ精度に必要とされる分解能よりも遥かに高い分解能を有する画像データを作成することができる方法及び装置が提供される。非常に短い波長（原子より小さい）の放射の場合、分解能の向上は従来技術の技法に対して４０以上であり得る。場合によって、分解能は、原子の動きそのものにより損なわれる。

上記では、本発明の実施形態を例としてのみ説明してきた。当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、開示した具体例に対して変形及び修正を行ってもよいことが理解されるであろう。

従来の透視撮像の使用を示す図である。 従来の走査型透視撮像の使用を示す図である。 回折がいかに角度範囲を制限しないかを示す図である。 可動開口の配置がいかに広視野の測定を可能にするかを示す図である。 目標物体後方の開口の移動を示す図である。 可動の集束されたプローブがいかに広視野の測定を可能にするかを示す図である。 目標物体上に入射するプローブを示す図である。 位相回復アルゴリズムを示す図である。 強度及び位相の結果を示す図である。 雑音を加えたさらなる強度及び位相の結果を示す図である。 放射を目標物体に供給し得る代替的な方法を示す図である。 放射を目標物体に供給し得る代替的な方法を示す図である。 放射を目標物体に供給し得る代替的な方法を示す図である。 本発明の実施形態によりいかに表面プロフィルメータを提供することができるかを示す図である。 本発明の実施形態によりいかに表面プロフィルメータを提供することができるかを示す図である。 画像データを提供する装置を示す図である。

Claims (46)

1. 目標物体の領域の画像を構成するための画像データを生成する方法であって、
   放射源からの入射放射を前記目標物体に供給するステップと、
   少なくとも１つの検出器により、前記目標物体により散乱された放射の強度を、目標物体後方の開口又は前記入射放射が前記目標物体に対して第１の位置にある状態で検出するステップと、
   前記目標物体に対する前記開口又は前記入射放射の位置を変えるステップと、
   その後、前記目標物体により散乱された放射の強度を、前記開口又は前記入射放射が前記目標物体に対して第２の位置にある状態で検出するステップと、
   反復近似により、前記画像データを生成するステップと
   を含み、
   前記開口又は前記入射放射は、少なくとも前記第１の位置と前記第２の位置とに可動であり、
   前記開口又は前記入射放射は、少なくとも前記第１の位置と前記第２の位置のそれぞれにおいて、緩やかに変化する透過率関数又は照明関数を生成し、
   前記反復近似において、前記画像データの初期推定値が与えられ、かつ、前記画像データの推定値が、少なくとも
   前記開口又は前記入射放射が前記第１の位置にあるときに生成された、前記緩やかに変化する透過率関数又は照明関数と、
   前記開口又は前記入射放射が前記第１の位置にあるときに検出された前記強度と、
   前記開口又は前記入射放射が前記第２の位置にあるときに生成された、前記緩やかに変化する透過率関数又は照明関数と、
   前記開口又は前記入射放射が前記第２の位置にあるときに検出された前記強度と、
   に基づいて反復的に再計算される、
   目標物体の領域の画像を構成するための画像データを生成する方法。
2. 前記画像データを生成する前記ステップは、前記目標物体の前記領域の少なくとも１つの特性を示す物体関数を推定するステップを含み、
   前記反復近似は、前記物体関数を反復的に再推定することであって、それによって、前記物体関数の動的推定値の精度を反復毎に高める、反復的に再推定することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記推定された物体関数に、前記目標物体における前記入射放射の少なくとも１つの特性を示すプローブ関数を乗算するステップと、
   前記乗算の結果に応じて出射波動関数を提供するステップと、
   前記出射波動関数を伝播するステップであって、それによって、予期される散乱パターンの推定値を提供する、伝播するステップと、
   前記予期される散乱パターンの少なくとも１つの特性を、検出された強度に従って補正するステップと
   をさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記画像データを生成する前記ステップは、
   目標物体後方の波動関数の少なくとも１つの特性を示す物体関数を、目標物体後方の開口の直前において推定するステップと、
   前記物体関数を反復的に再推定するステップであって、それによって、前記物体関数の動的推定値の精度を反復毎に高める、再推定するステップと
   を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記推定された物体関数に、前記目標物体後方の開口の少なくとも１つの特性を示すプローブ関数を乗算するステップと、
   前記乗算の結果に応じて出射波動関数を提供するステップと、
   前記出射波動関数を伝播するステップであって、それによって、予期される散乱パターンの推定値を提供する、伝播するステップと、
   前記予期される散乱パターンの少なくとも１つの特性を、検出された強度に従って補正するステップと
   をさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記補正された予期される散乱パターンを逆伝播するステップであって、それによって、更新された出射波動関数を提供する、逆伝播するステップと、
   前記更新された出射波動関数に応じて前記物体関数の前記動的推定値を、関数
   Ｏ_g,n+1（ｒ）＝Ｏ_g,n（ｒ）＋Ｕ（ｒ）（Ψ_c,n（ｒ，Ｒ）−Ψ_g,n（ｒ，Ｒ））
   に従って更新するステップと
   をさらに含み、ここで、
   Ｏ_g,n+1（ｒ）は前記物体関数の動的推定値であり、
   Ｏ_g,n（ｒ）は前記物体関数の以前の推定値であるか、又は以前の推定値がない場合には１であり、
   Ｕ（ｒ）は更新関数を表し、
   Ψ_c,n（ｒ，Ｒ）は出射波動関数の補正された推測であり、
   Ψ_g,n（ｒ，Ｒ）は１回の反復についての現在の推測された出射波動関数である、請求項３又は５に記載の方法。
7. 前記更新関数Ｕ（ｒ）は、
   

   

   であり、ここで、βはフィードバック定数であり、Ｐ（ｒ−Ｒ）は位置Ｒにおけるプローブ関数であり、Ｐ^*（ｒ−Ｒ）は前記プローブ関数Ｐ（ｒ−Ｒ）の共役であり、Ｐ_max（ｒ−Ｒ）はＰ（ｒ）の振幅の最大値であり、δは選択可能なパラメータであり、ｌは選択可能なパラメータである、請求項６に記載の方法。
8. 前記伝播するステップは、前記検出された強度が遠視野において検出される場合にフーリエ変換を含む、請求項３又は５のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記伝播するステップは、前記少なくとも１つの検出器が前記目標物体から、フレネル回折が支配する距離にある場合にフレネル伝播である、請求項３又は５のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記第１の位置において求められる或るエリアが前記第２の位置において求められるさらなるエリアと重なるように前記第２の位置を選択するステップ
    をさらに含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記さらなるエリアは前記或るエリアの少なくとも２０％に重なる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記さらなるエリアは前記或るエリアの５０％よりも大きなエリアに重なる、請求項１０に記載の方法。
13. 前記補正された予期される散乱パターンは、
    Ψ_c,n（ｋ，Ｒ）＝｜Ψ（ｋ，Ｒ）｜ｅ^iθg,n(k,R)
    に従って補正され、ここで、Ψ_c,n（ｋ，Ｒ）は補正された波動関数であり、｜Ψ（ｋ，Ｒ）｜は第２の平面における既知の振幅であり、θ_g,n（ｋ，Ｒ）は前記第２の平面における推測される位相である、請求項３又は５のいずれか一項に記載の方法。
14. 伝播は
    Ψ_g,n（ｋ，Ｒ）＝Τ［ψ_g,n（ｒ，Ｒ）］
    に従って計算され、ここで、Ψ_g,n（ｋ，Ｒ）は第２の平面における推測される波動関数であり、Τは変換を示し、ψ_g,n（ｒ，Ｒ）は第１の平面における推測される波動関数である、請求項３又は５のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記逆伝播は、
    ψｃ，ｎ（ｒ，Ｒ）＝Τ^-1［Ψｃ，ｎ（ｋ，Ｒ）］
    に従って計算され、ここで、ψｃ，ｎ（ｒ，Ｒ）は第１の平面における推測される波動関数であり、Τ^-1は逆変換手順を示し、Ψｃ，ｎ（ｋ，Ｒ）は第２の平面における補正された波動関数である、請求項６に記載の方法。
16. 所定の事象が発生すると前記反復プロセスを終了するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記所定の事象は、所定の条件を満たす反復回数を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記所定の事象は、所定の条件を満たす二乗誤差の和を含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記入射放射が前記目標物体に当たる場所を選択することによって前記目標物体に対して前記入射放射を位置合わせするステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
20. レンズ又は他の光学部品により照明プロファイルを形成することによって前記入射放射が前記目標物体に当たる前記場所を選択するステップ
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記入射放射は実質的に局所化された波動場を含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記画像データは実質的に波長限度の分解能を有する、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記少なくとも１つの検出器は２つ以上の検出素子を含む、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記目標物体の前記領域についての前記画像データをリアルタイムで生成するステップ
    をさらに含む、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記領域の前記画像を前記画像データに基づいてユーザディスプレイ上に生成するステップ
    をさらに含む、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記入射放射を反射面から弱いレンズ又は火面を介して前記目標物体に供給するステップ
    をさらに含む、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 前記少なくとも１つの検出器の各々を、前記目標物体に対して遠視野において位置決めするステップ
    をさらに含む、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 前記少なくとも１つの検出器の各々を前記目標物体から、フレネル回折が支配する距離に位置決めするステップ
    をさらに含む、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 前記放射は、フーリエ回折及び／又はフレネル回折により散乱される、請求項１〜２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 前記少なくとも１つの特徴は振幅及び／又は位相を含む、請求項２〜５のいずれか一項に記載の方法。
31. 請求項１〜３０のいずれか一項に記載の方法をコンピュータに行わせるプログラム命令を含むコンピュータプログラム。
32. ロードされると、目標物体の領域の画像をユーザディスプレイに表示する手順を前記コンピュータに実行させる、コンピュータプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムであって、
    前記画像を生成するための画像データは、前記コンピュータによって、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の方法に従って求められる、コンピュータプログラム。
33. 目標物体の領域の画像を生成するための画像データを生成する装置であって、
    目標物体を所定の場所に位置決めする位置決め手段と、
    前記位置決め手段により位置決めされた目標物体に入射放射を供給する放射源と、
    前記目標物体により散乱された放射の強度を検出する少なくとも１つの検出素子と、
    入射放射又は目標物体後方に位置決めされる開口を、前記目標物体に対して２つ以上の場所に位置決めする位置決め手段と、
    反復近似により、前記画像データを生成する、処理手段と
    を含み、
    前記開口又は前記入射放射は、前記少なくとも２つ以上の位置のそれぞれにおいて、緩やかに変化する透過率関数又は照明関数を生成し、
    前記反復近似において、前記画像データの初期推定値が与えられ、かつ、前記画像データの推定値が、少なくとも
    前記開口又は前記入射放射が第１の位置にあるときに生成された、前記緩やかに変化する透過率関数又は照明関数と、
    前記開口又は前記入射放射が前記第１の位置にあるときに検出された前記強度と、
    前記開口又は前記入射放射が第２の位置にあるときに生成された、前記緩やかに変化する透過率関数又は照明関数と、
    前記開口又は前記入射放射が前記第２の位置にあるときに検出された前記強度と、
    に基づいて反復的に再計算される、
    目標物体の領域の画像を生成するための画像データを生成する装置。
34. 前記入射放射又は開口は、２つ以上の場所に位置決め可能である、請求項３３に記載の装置。
35. 前記開口は、緩やかに変化する透過率関数を提供する、請求項３３に記載の装置。
36. 前記入射放射は、緩やかに変化する照明関数を提供する、請求項３３に記載の装置。
37. 前記照明関数を決定する照明プロファイルを形成するレンズ又は光学部品
    をさらに備える、請求項３６に記載の装置。
38. 前記処理手段は、
    マイクロプロセッサと、
    前記マイクロプロセッサのためのデータ及び命令を保持するデータ記憶装置と、
    前記入射放射又は前記開口又は位置決めされる目標物体のうちの１つを移動させる命令を提供する手段と
    を備える、請求項３３に記載の装置。
39. 前記処理手段は、
    ユーザがデータを入力することを可能にするユーザ入力デバイスと、前記画像データ又は前記画像データから生成される高分解能画像を表示するユーザディスプレイとを備えるユーザインタフェース
    をさらに備える、請求項３３に記載の装置。
40. 前記放射源はコヒーレント放射源を含む、請求項３３に記載の装置。
41. 前記放射源はインコヒーレント放射源を含む、請求項３３に記載の装置。
42. 前記放射源は電子ビーム発生器である、請求項３３に記載の装置。
43. 前記放射源はＸ線ビーム発生器である、請求項３３に記載の装置。
44. 前記位置決めする手段は圧電マイクロアクチュエータを含む、請求項３３に記載の装置。
45. 前記目標物体は、前記入射放射に対して少なくとも部分的に透過性であり、
    前記目標物体によって散乱された放射の強度を検出することは、前記目標物体が透過させた放射の強度を検出することを含む
    請求項１〜３０のいずれか一項に記載の方法。
46. 前記目標物体は、前記入射放射に対して少なくとも部分的に反射性であり、
    前記目標物体によって散乱された放射の強度を検出することは、前記目標物体が反射した放射の強度を検出することを含む
    請求項１〜３０のいずれか一項に記載の方法。

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