KR20100023888A

KR20100023888A - 3차원 영상화

Info

Publication number: KR20100023888A
Application number: KR1020097026775A
Authority: KR
Inventors: 존 마리우스 로덴버그
Original assignee: 페이즈 포커스 리미티드
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2010-03-04
Also published as: CA2687763C; KR101455338B1; US20100241396A1; GB0709796D0; JP2010528279A; CN101820817A; CN101820817B; AU2008252706B2; EP2152164B1; EP2152164A1; US9116120B2; AU2008252706A1; CA2687763A1; JP5314676B2; WO2008142360A1

Abstract

3차원 목표 물체 영역의 영상을 구성하는 영상 데이터를 제공하는 방법 및 장치가 공개된다. 상기 방법은 입사 방사선을 제공하는 단계, 적어도 하나의 탐지기로 상기 목표 물체에 의해 산란된 방사선의 세기를 탐지하는 단계, 상기 목표의 하나 이상의 깊이에서 상기 입사 방사선의 적어도 하나의 특징의 추정을 표시하는 탐침 기능을 결정하는 단계 및 상기 탐침 기능을 이용하여 상기 목표 물체의 하나 이상의 영역의 영상이 반복적 과정을 통해 구성되는 영상 데이터를 제공하는 단계를 포함한다.

3차원, 영상, 목표 물체, 데이터, 입사광, 탐지기, 반복 과정

Description

3차원 영상화{THREE DIMENTIONAL IMAGING}

본 발명은 목표 물체의 영상을 생성하는 영상 데이터를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 데이터 세트로부터 쓰루-포컬 시리즈(through-focal series)를 얻는 장치 및 방법에 관한 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 결합되었을 때, 상기 시리즈는 목표 물체의 3차원 구조를 검사하는데 사용될 수 있다.

목표 물체(또는 표본)에 대한 공간적 정보를 얻는 것에 관하여 많은 종류의 영상 기술이 알려져 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 전통적인 투과 영상에서 물체는 평면파 조명(10)에 의해 조사된다. 상기 물체에 의해 산란된 파는 영상을 형성하기 위해 렌즈(12)에 의해 다시 간섭된다. 매우 짧은 파장 영상(X-ray 또는 전자)의 경우에, 이러한 기술은 형성되는 영상의 해상도 및 판독력을 제한하는 상기 렌즈에 의해 발생하는 수차(aberration) 및 불안정성과 관련하여 알려진 많은 문제가 있다. 전통적으로 달성가능한 해상도는 이론적인 파장 한계보다 수십배 더 크다.

전통적인 스캐닝 투과 영상은 목표 물체를 통과하여 방사선의 한 스폿(spot)에 초점을 맞추기 위해 렌즈가 사용되는 영상 기술의 다른 예이다. 산란된 방사선 을 탐지하기 위해 하나 이상의 탐지기가 목표 물체의 다음 지점(즉, 하류)에 위치된다. 환상의 탐지기, 4분의 탐지기 및/또는 탈축(off-axis) 탐지기와 같은 여러 유형의 탐지기 전략이 알려져 있다. 그러나 이러한 방법은 상기 목표 물체의 영상이 얻어지는 모든 지점(point)에 방사선의 상기 초점된 스폿을 스캐닝하는 것에 의존한다. 만약 1000*1000 픽셀 화상을 요구될 경우 백만의 정확한 측정-위치 지점이 사용되어야 하기 때문에, 상기 스폿의 매우 정확한 제어가 필요하다는 사실과 같이 이러한 기술과 관련된 많은 문제가 있다. 다른 문제는 사용되는 렌즈가 매우 고성능이어야 한다는 것이다. 이것은 최종 영상의 해상도가 상기 스폿의 정확도 및 국소성(localisation)만큼 좋아야 하고, 전자와 X-ray 같이 여러 형태의 방사선으로 영상 형성에 영향을 주고 해상도를 약화시킬 수 있는 수차 효과, 색 번짐 및 렌즈 불안정성과 같은 많은 문제 때문이다. 이것은 전자 또는 X-ray선과 같은 입사 방사선(15)이 상기 목표 물체를 형성하는 표본(16)에 입사되는 도 2에 도식적으로 도시되어 있다. 상기 목표 물체에 의해 산란된 방사선은 상기 목표 물체를 떠나 탐지기 평면(17) 상으로 진행한다.

전통적인 스캐닝 투과 영상의 알려진 문제는 방사선의 입사 스폿과 함께 측정되어야 하는 많은 지점들 때문에 많은 시간이 소요된다는 것이다. 또한 만약 데이터 수집 동안 상기 목표 물체가 이동하면, 이것은 부정확한 데이터 및 극히 부정확한 영상으로 이어진다. 또한 다른 전통적인 스캐닝 투과 영상 방법은 상기 목표 물체에서 나오는 방사선의 위상과 관련된 어떤 정보도 측정되는 것을 허용하지 않는다. 단지 탐지기에서 전체 산란된 세기만 측정될 수 있다. 따라서 상기 목표 물 체를 넘어서 방출되는 상기 방출파와 관련된 위상 정보는 수집될 수 없다.

전통적인 스캐닝 투과 영상의 변형은 4차원 디콘볼루션(deconvolution) 영상이다. 이러한 기술은 도 1에 도시된 것과 유사한 장치를 이용하나 모든 측정 지점에서 모든 회절 패턴을 측정한다. 이것은 상기 렌즈의 스폿 크기 또는 응답 함수보다 더 좋은 해상도로 상기 목표 물체의 구조를 결정하는 방법을 제공하나, 많은 중요한 문제를 갖고 있다. 가장 알려진 문제는 적당한 시야를 위해서는 수 시간 데이터를 모아야 하므로 거대한 양의 데이터가 저장되어야 하는 것이다. 측정 조명을 매우 정확히 제어하고 최종 영상 구현을 위해 매 (백만) 화소를 스캔하기 위해 정확하게 이동해야 하기 때문에 이것은 상기 실험을 실행하기 거의 어렵게 만든다. 또한 긴 시간 동안의 측정을 위해 많은 양의 입사 방사선이 필요하기 때문에 상기 목표 물체에 심각한 손상 및 파괴를 가져올 수 있다.

또 다른 잘 알려진 영상 기술은 순수 회절 영상이다. 이러한 방법에서, 상기 렌즈는 생략되고, 목표 물체는 단지 측정 방사선의 평면파에 의해 조명된다. 원거리에서 측정되는 산란 패턴은 푸리에 평면 회절 패턴을 형성하고 그것의 세기가 기록될 수 있다. 이때, 예상되는 물체 방출 파동장(wave field)을 계산하기 위해 측정된 세기로부터 유도된 정보를 적용함으로써 반복적 방법이 사용된다. 상기 예상된 물체 방출 파동장으로부터 상기 목표 물체에 대한 실제적인 정보를 결정하기 위해, 상기 물체가 일정한 정의된 방법으로 부재하거나 은폐된 것으로 알려진 실공간 영역이 제공되어야 한다. 이러한 사실을 알게됨으로써 상기 물체를 표시하는 상기 파동장의 현재 예상은 반복적으로 변화될 수 있다. 그러나 순수 회절 영상과 관련 하여 다수의 문제가 있다. 가장 알려진 것으로 상기 목표 물체는 일정한 방법으로 일정한 고정된 지점에 정지되거나 고립되어야 한다. 이것을 실제로 달성하기 매우 어렵다. 또한 상기 물체의 새로운 또는 다른 부분에 상기 해결책을 연장하거나 좋은 해상도로 큰 영상을 얻는 것이 불가능하다. 물체 중 단지 하나의 고립된 영역만 조명되고 해결될 수 있다. 또한 상기 목표 물체는 단일 값을 가져야 한다. 즉, 하나의 실수로 대표되어야 한다. 그 수는 흡수량 또는 위상 변화를 대표하나 양자를 대표할 수는 없다. 사실 대부분의 실제 목표 물체 파동(즉 목표 물체에서 방출되는 조명과 관련된 파동 함수)은 위상과 진폭 성분을 모두를 갖는 복소수로 나타난다.

순수 회절 영상의 다른 중요한 문제는 상기 목표 물체의 가장자리는 날카롭게 정의되어야 하고, 뚜렷한 가장자리를 가져야 한다. 이것은 일정한 방법으로 상기 물체가 부재하거나 은폐된 것으로 알려진 영역을 잘 정의하기 위한 것이다. 실제로 그렇게 정의된 가장자리를 갖는 물체 또는 어퍼처(aperture)를 생산하는 것은 어렵다.

또 다른 문제는 X-ray 또는 전자 산란에서 목표 물체의 일반적인 유형인 약하게 산란하는 물체에 있어서 상기 물체를 통과하는 대부분의 방사선은 회절 패턴의 중심에서 종단된다. 이 영역에서 정보는 영상 형성 과정에 도움이 되지 않고 상기 물체를 통과한 방사선은 상기 물체를 손상시켜 버려진다. 또한 나란한 조명이 요구된다. 그러나 이것은 주어진 밝기를 갖는 광원에 있어 상대적으로 적은 수가 물체 평면에 제공되는 것을 의미한다. 상기 언급한 바와 같이 약하게 산란하는 물체를 통과하는 많은 방사선이 중심 영역에서 종단하는 사실과 조합하여, 이것은 실 제로 모든 실험이 충분한 수를 얻기 위해 긴 시간을 소요한다. 데이터 수집 단계 동안 상기 물체 또는 어떤 다른 영상 장치가 노출 동안 이동하면 데이터가 파괴된다.

상기 언급된 영상 기술의 대부분은 목표 물체의 단지 2차원 분석만을 허용한다. 때때로 목표 물체의 3차원 구조를 검사하는 것이 도움이 된다. 이것은 일단 운동량을 가지면 파동처럼 행동하는 광자, 전자, 중성자, 원자 등과 같이 어떤 유형의 파장 조명을 이용하여 상기 언급된 것과 같은 광대폭 투과 영상 기술에 적용된다. 3차원 목표 물체의 3차원 구조를 조사하는데 있어, 쓰루-포컬 시리즈를 얻는 것이 필요하다. 이때 3차원 데이터 세트로써 함께 모아졌을 때 그러한 쓰루-포컬 시리즈는 실시간 또는 몇 일 후 상기 3차원 구조를 조사하는데 사용될 수 있다. 사용자는 관심있는 특정한 특징 또는 조사될어야 할 구조 내에서의 위치를 선택할 수 있다.

그러한 쓰루-포컬 시리즈는, 예를 들어 렌즈를 사용하는 전통적인 현미경(광자, 전자, X-ray 등)에서 얻어질 수 있다. 상기 렌즈의 초점 제어가 변화됨에 따라, 상기 영상은 한번에 표본에서 한 층을 얻는 것으로 보인다. 관심있는 선택된 평면(렌즈가 초점되는 평면)의 위 또는 아래에 있는 상기 물체의 체적은 초점이 맞지 않는 배경 이미지 같은 이미지로 나타난다. 이미 알려진 기술에 따라, 상기 렌즈의 초점 맞추기는 여러 방법으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 광자 또는 X-ray의 경우에 대물 렌즈(또는 전체 현미경)는 물리적으로 상기 표본을 향하여 또는 상기 표본으로부터 멀리 이동될 수 있다. 선택적으로 상기 표본은 상기 렌즈를 공간에서 동일한 평면에 초점된 것을 유지하면서 상기 렌즈로부터 멀리 또는 상기 렌즈를 향하여 이동될 수 있다. 전자기 (전기 또는 자기) 렌즈를 사용하는 전자의 경우에, 상기 렌즈 상에 또는 내에 전력, 전압 및/또는 전류, 또는 그러한 다른 변수는 변화될 수 있고 따라서 상기 렌즈의 강도에 변화를 줄 수 있다. 이러한 방법으로 관심있는 현재의 평면의 위 또는 아래의 층 상에 초점을 맞추는 것이 제어될 수 있다. 또한, 선택적으로 상기 목표 물체 표본은 상기 렌즈 장치에 대하여 물리적으로 이동될 수 있다.

그러나 그러한 알려진 기술로 얻어진 영상은 세기만 측정된다. 이것은 물체를 통과함으로써 파장에 유도된 위상 변화는 관측될 수 없다는 것을 의미한다. 상기 파장의 위상을 해결하기 위하여 쓰루 포컬 시리즈를 이용하는 다수의 알려진 기술이 있으나 이들 모두는 복잡하고 정교하며 잘 제어된 렌즈 처리가 요구된다.

3차원 물체에 대하여 3차원 정보를 획득하는 알려진 기술과 관련된 다수의 또 다른 문제가 있다. 상기에 언급된 바와 같은 첫번째 중요한 문제는 알려진 기술이 렌즈를 요구한다는 것이다. 광자를 이용하는 영상 기술에 있어서, 근본적으로 렌즈가 특히 매우 높은 해상도 영상 단계에서 표본 제한 접근을 한다는 것이다. 전자, X-ray, 자외선 주파수 및 테라헤르츠 주파수와 같은 상기 목표 물체를 탐지하는 조명원으로 사용되는 많은 다른 유형의 방사선의 경우에, 좋은 성능의 렌즈는 사용될 수 없다. 모든 렌즈는 비싸다.

3차원 목표 물체의 3차원 조사에 관한 알려진 선행기술과 관련하여 다른 문제는 일련의 영상이 수집되어야 하다는 것이다. 일련의 영상에서 각 영상은 상기 설명에 의해 달성될 수 있는 다른 흐린 초점을 요구하고 따라서 물체를 상당량의 방사선에 노출하고 잠재적으로 상당한 시간을 필요로 한다. 방사선은 X-ray 및 전자 방사선 아래서 회복할 수 없는 손상을 받는 많은 종류의 목표 물체를 영상하는데 중요한 문제이다. 그러한 물체에서 빠르게 노출된 영상을 형상하는 것을 불가능하다.

본 발명의 실시예들의 목표는 적어도 부분적으로 상기 언급된 문제를 해결하는 것이다.

본 발명의 실시예들의 다른 목표는 목표에서 선택된 영역 또는 층의 고해상도 영상뿐만 아니라 3차원 목표 물체의 고해상도 영상을 구성하는데 사용될 수 있는 영상 데이터를 제공하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예들의 목표는 목표 물체에 상대적인 입사 방사선을 위치시키는 고해상도 위치 기술의 필요 없이 목표 물체의 3차원 구조를 검사하는 것이 가능하도록 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예들의 목표는 상기 목표를 파괴하거나 실질적으로 손상시키지 않고 넓은 종류의 탐침 조명을 이용하여 3차원 목표 물체를 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 방사원으로부터 3차원 목표 물체에 입사 방사선을 제공하는 단계;

적어도 하나의 탐지기로 상기 목표 물체에 대하여 제1 위치에서 상기 입사 방사선이 상기 목표 물체에 의해 산란된 방사선의 세기를 탐지하는 단계;

상기 목표 물체에 대하여 상기 입사 방사선을 재위치시키는 단계;

상기 목표 물체에 대하여 제2 위치에서 상기 입사 방사선이 상기 목표 물체에 의해 산란된 방사선의 세기를 순차적으로 탐지하는 단계;

상기 3차원 목표에서 하나 이상의 깊이로 상기 입사 방사선의 적어도 하나의 특징의 평가를 지시하는 탐침 함수를 결정하는 단계; 및

상기 탐침 함수를 이용하여 반복적 과정을 통해 상기 목표의 하나 이상의 영역의 영상을 구성하는 영상 데이터를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 목표 물체 영역의 영상을 구성하는 영상 데이터를 제공하는 방법이 제공된다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 3차원 목표 물체에 입사 방사선을 제공하는 방사원;

상기 목표 물체에 의해 산란된 방사선의 세기를 탐지하는 적어도 하나의 탐지기;

상기 입사 방사선에 대하여 적어도 2이상의 기 설정된 위치에서 상기 목표 물체를 선택적으로 위치시키는 위치 장치; 및

2이상의 위치에서 상기 산란된 방사선의 탐지된 세기에 응답하여 상기 영상 데이터를 제공하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 3차원 목표 물체 내의 각각의 깊이에서 영역의 구조를 표시하는 영상 데이터를 제공하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 목표 물체의 적어도 하나의 영역의 영상을 생성하는 영상 데이터를 제공하는 장치가 제공된다.

본 발명의 실시예들은 3차원 목표 물체의 3차원 구조를 조사하는데 사용될 수 있는 영상 데이터를 제공하는 반복적 방법을 이용한다. 사용된 방법론은 고정밀 초점이 가능한 렌즈를 요구함이 없이 실행될 수 있다. 오히려, 사용되는 특정 방사선 영역의 파장에 상대적으로 클 수 있는 국소화된(localized) 영역 조명만이 필요하다. 이것은 예를 들어, 불완전하거나 근접한 초점 효과를 나타낼 수 있는 저렴한 렌즈 또는 국소화된 조명 기능을 형성하는 광원으로부터 방사선을 통과시키는 어퍼처에 의해 제공될 수 있다.

본 발명은 실시예들은 조명 작용을 하는 탐지기 또는 광학기구들이 목표 물체로부터 먼 거리에 있을 수 있는 장치 및 방법을 제공한다. 그것에 의해 상기 표본에 대한 좋은 접근이 항상 유지된다.

본 발명의 실시예들은 목표 물체가 많은 회수 또는 긴 시간이 아니라 한번 또는 적은 시간 방사선에 노출되는 장치 및 방법을 제공한다. 이것은 상기 목표 물체의 손상 또는 파괴를 방지한다.

본 발명의 실시예들은 3차원 조사가 오프라인에서 일어날 수 있게 한다. 다시 말해, 조사 과정 동안 사용된 데이터의 수집에 이은 어떤 시간일 수 있다. 이것은 상기 3차원 목표 물체의 구조가 원하면 어떤 나중 시간에 상기 목표 물체의 다른 부분에 초점을 맞춤으로써 조사될 수 있다. 선택적으로 상기 조사는 실시간으로 이루어질 수도 있다.

본 발명의 실시예들은 첨부된 도면을 참고하여 예로써 이후에 설명될 것이다.

도 1 및 도 2는 각각 전통적인 투과 영상 및 전통적인 스캐닝 투과 영상의 사용을 도시한다.

도 3은 회절이 각도 범위를 제한하지 않는 방법을 도시한다.

도 4는 이동 초점 탐침이 넓은 시야가 측정되게 하는 방법을 도시한다.

도 5는 3차원 목표 물체 또는 탐지기 평면을 도시한다.

도 6은 목표 앞 어퍼처를 도시한다.

도 7A 및 도 7B는 입사 평면파의 k-벡터를 도시한다.

도 8은 반복적 과정을 도시한다.

도 9는 방사원, 어퍼처, 목표 및 탐지기 배열을 도시한다.

도 10은 3차원 조사 장치를 설명한다.

도 11은 두개의 분리된 평면 물체를 구성하는 단순한 3차원 물체에 대한 세기 및 위상 결과를 도시한다.

도 12는 선택가능한 방사원 구성을 도시한다.

도면에서 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 표시한다.

도 4는 산란 패턴이 형성되고 3차원 목표 물체의 구조에 관한 고해상도 정보를 결정하는데 사용되는 방법을 도시한다. 목표 물체라는 용어는 방사선의 산란을 일으키는 입사 방사선의 경로에 위치한 어떤 표본 또는 물건을 말한다는 것을 알 수 있다. 상기 목표 물체는 적어도 부분적으로 입사 방사선에 투과되는 것이어야 한다는 것을 알 수 있다. 상기 목표 물체는 일부 반복적 구조를 가지거나 가지지 않을 수 있다.

입사 방사선(30)은 상기 목표 물체(31)에 입사된다. 상기 방사선은 상기 목표 물체를 조명한다. 이때 조명은 반드시 가시광선 영역의 파장을 갖는 방사선을 사용할 필요는 없다. 오히려 방사선이라는 용어는 방사원으로부터의 에너지로 넓게 해석되는 것으로 이해될 수 있다. 이것은 전자 및/또는 탄성파(acoustic wave)와 같이 방출된 물질, X-ray를 포함하는 전자기 방사선을 포함할 것이다. 그러한 방사선은 파동 함수 Ψ(r) (이때, r은 공간에서 위치를 표시하는 3차원 벡터)로 표시된다. 이러한 파동 함수는 당업자가 용이하게 알 수 있듯이 실수부와 허수부를 포함한다. 이것은 파동 함수 절대값과 위상으로 표시될 수도 있다. Ψ^*(r)는 Ψ(r)의 켤레 복소수이고 Ψ(r)×Ψ^*(r)=|Ψ(r)|²는 파동 함수에 관하여 측정될 수 있는 절대값이다.

입사 방사선(30)은 상기 표본(31)을 넘어 또는 통과함으로써 산란된다. 상기 물체에 의해 상기 조명 체적 내에서 상기 파동 교란이 진폭 및 위상에서 변화됨에 따라 상기 목표의 하류의 파동의 진폭 및 위상을 변화시킨다. 때문에 상기 표본을 통과하여 또는 뒤로 진행의 결과로써 상기 입사 방사선의 특징이 변형된다. CCD 탐지기(32)와 같은 탐지기들의 배열은 상기 표본으로부터 먼 거리에 배치되어, 회절 패턴이 회절 평면(33)에 형성된다. 상기 탐지기들(32)이 상기 표본의 선택된 부분 으로부터 회절 패턴이 효과적으로 형성되도록 점광원(목표 평면에서 실질적으로 작은 조명 체적)으로부터 충분히 먼 거리 L에 위치되면 푸리에 회절 패턴이 형성될 것이다. 상기 탐지기들을 더 가까이 위치시킴으로써 상기 회절 평면이 상기 표본에 더 가까이 형성되면, 프레넬 회절 패턴이 형성될 것이다. 상기 물체의 작은 영역 내에서 상기 조명을 제한하기 위해 렌즈 또는 근접한 어퍼처(nearby aperture)와 같은 장치가 사용된다. 상기 목표 평면의 특정 영역이 어떤 산란 파동을 일으키지 않도록 선행 기술은 상기 물체가 유한하고 정교하게 정의된 조명 함수에 의해 조명되는 것을 요구한다. 수학적으로 이것은 지지대 영역 외부의 산란이 0인 지지대를 갖는 목표 물체로써 설명된다. 반대로, 본 발명의 실시예에서 사용을 위해 조명된 영역은 매우 국소화되거나 정교하게 정의될 필요가 없다. 그들은 가장자리에서 천천히 변화할 수 있다. 이러한 방법에서 상기 부드럽게 변하는 조명 함수는 높은 공간 주파수를 필수적으로 포함하지 않는다. 다시 말하면, 비록 실질적으로 국소화되지만 형식적으로 넓이에서 무한할 수 있는 대역폭 제한된 함수일 수 있다.

본 발명의 실시예들은 상기 3차원 목표 물체로부터 일정 거리에서 세기 측정하고 상기 물체의 3차원 구조를 추정하는데 사용될 수 있는 데이터를 생성하기 위해 아래 설명된 반복적 과정에서 이 데이터를 이용한다. 상기 데이터를 수집하기 위해 상기 관심인 목표에 입사하는 일정한 유형의 조명 함수가 만들어 진다. 상기 조명은 여러 상황에서 생성될 수 있다. 예를 들어, 상기 조명은 일정 유형의 렌즈 또는 상기 물체의 상류의 어퍼처 또는 지름 D인 상기 물체의 체적 내에 실질적으로 위치된 빔 같은 조명을 생성하는 어떤 다른 종류의 광학 배열에 의해 생성될 수 있 다. 이후 상기에 언급한 바와 같이 프레넬 회절 패턴 영역 또는 푸리에 도메인과 같은 상기 물체의 하류에서 세기 데이터가 수집될 수 있다. 탐지기에 선택된 물체 평면에서 파동의 진행 함수로부터 계산이 실행될 수 있도록 넓은 범위의 탐지기 배열이 사용될 수 있다. 포함된 변형은 구면파 잔물결이 호이겐스의 원리에 따라 추가되는 방법으로 기하학적 변형을 포함할 수 있다. 예를 들어, 평면 탐지기가 상기 입사 방사선의 방향에 대하여 일정 각도로 및 (프레넬 회절 조건에서) 상기 물체에 상대적으로 가까운 위치로 상기 물체의 하류에 장착될 수 있다. 당업자는 그러한 탐지기의 표면 넘어로 상기 파동의 세기 또는 위상을 계산하기 위해 적분이 실행될 수 있다(즉, 상기 표본의 체적에 대해 아래에서 T⁺¹로 불리는 선택적인 적분이 정의된다)는 것을 알 수 있다. 상기 물체의 각 기초 체적은 상기 탐지기에 도달할 때 특정 세기 및 위상을 갖는 구면파를 산란시킬 것이다. 산란의 넓은 각에서, 상기 파동의 진폭은 기울어진 성분 또는 선행 기술에 잘 제시된 바와 같은 산란 함수에 의해 변형될 것이다. 상기 물체의 산란 특성에 의존할 뿐만 아니라 이러한 세기 및 위상도 또한 상기 물체의 기본 체적과 상기 탐지기의 위치 사이의 경로 거리에 영향을 받을 것이다. 정확한 경로 거리는 상기 탐지기의 위치에 대한 상기 물체의 기본 체적의 특정 배열을 계산하는 삼각법에 의해 계산될 수 있다. 상기 구면파 진폭은 전파와 함께 감소하므로 상기 경로 거리는 또한 상기 파동의 전체 진폭의 변화를 결정한다. 때문에 일반적으로 적분은 각진 탐지기 또는 실제로는 탐지기의 어떤 구성을 계산하는데 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서, 상기 프레넬 및 푸리에 적분 은 기하학적으로 간단한 추정에 대응하는 그러한 적분의 예이다. 그러한 적분은 T로 표시될 것이다. 우리가 설명하는 특정 실시예는 이것이 푸리에 변환인 것으로 가정할 것이다. 다른 탐지기 구성과 관련하여 어떤 적당한 적분 변환이 푸리에 변환에 적당할 수 있다는 것은 용이하게 알 수 있다.

도 5는 이러한 과정의 예를 더 자세하게 설명한다. 상기 목표 물체의 제1 체적이 36으로 표시된 파동에 의해 조명되도록 방사선(34)은 예를 들어 35로 표기된 저성능의 렌즈 또는 어퍼처에 의해 대략적으로 초점된다. 상기 방사선은 상기 제1 위치에서 벡터 R만큼 이동한 다른 위치(37)로 이동될 수 있다. 상기 저성능 렌즈는 일 세트의 평판 및 전자 빔을 공급하는 접압 공급기 또는 반사면 또는 X-ray를 위한 존 프레이트(zone plate)와 같은 어떤 적당한 초점 장치을 포함할 수 있다. 상기 저성능 초점은 탐침 방사선 빔을 실질적으로 제한하기에 충분하다. 때문에 비록 정교하게 초점된 방사선이 사용될 수 있지만 방사선을 정밀하게 초점맞추는 것을 불필요하다. 원하면 추가적인 위치들이 사용될 수 있다.

도 5와 관련하여, z가 상기 탐지기를 향한 방향에 놓인 직각좌표 x,y,z가 정의될 수 있다. 상기 탐지기에 상대적인 정확한 방향은 중요하지 않다는 것을 알 것이다. 또는 직교좌표 성분 x,y,z로 표시할 수도 있지만 3차원인 상기 물체를 O(r)(r은 벡터)로 표시하자. O(r)의 각 기초 체적은 그것을 통과하는 어떤 조명 파동에서 위상 변화 또는 진폭 감소를 일으킬 수 있다고 추정된다. 본 발명의 실시예들은 3차원에서 O(r)의 구조의 추정을 얻는 방법에 관한 것이다. O(r)는 비록 전체적으로 z=0의 상류 또는 z=0의 하류 또는 바람직하게는 z=0을 포함하는 z 깊이를 가질 수도 있지만 그 일부분이 z=0 주위인 z축에 실질적으로 한정되도록 넓이 및 크기를 가지는 것으로 가정한다. x-y 방향으로 O(r)의 크기에는 제한이 없다.

상기 목표 물체에 입사하는 조명 방사선은 상기 렌즈 또는 다른 광학 기구에 의해 형성된 식각 또는 조명에 의해 생성된 것과 같은 3차원 공간에서 조명 함수를 형성하는 탐침 함수 P(r)(r은 3차원 벡터)로 구성된다. P(r)은 관심있는 상기 물체가 위치한 공간의 전체 체적에 대하여 계산된 이 파동장의 복소 상수값이다. 특정값 R에 대하여 상기 탐침이 P(r-R)로 표시되도록 그것은 3차원 벡터 R로 표시되는 거리만큼 이동될 수 있다. 상기 파동 함수 Ψ(r,R)는 r의 각 점에서 및 특정 위치 R에서 상기 물체에 의해 산란된 방사선의 위상 및 절대값을 정의한다. 일단 상기 물체의 각 체적으로부터 산란되고 투과된 잔파장들이 상기 탐지기 공간으로 이동하면 진폭 및 위상에서 추가되어 세기 분산 I(u,v,R)(즉, 프레넬 또는 프론호퍼 회절 패턴) (u,v 좌표는 특정 조명 R에 대해 상기 탐지기 평면에서의 위치를 정의한다)를 생성한다.

도 5에 도시된 탐지기는 상기 물체의 하류, 즉 거리 L, 에 위치한 평면을 갖는다. 이 실시예에서 노출의 단순화를 위해, 상기 탐지기는 z축과 나란한 평면, 즉 (x,y,L) 평면에 위치하고 L은 상기 탐지기가 푸리에(프론호퍼) 회절 평면에 놓이게 하기 위해 충분히 큰 값으로 선택된다. 상기 탐지기에서 사각 픽셀의 물리적인 넓이 및 높이는 절대값 d로 표시되고, X_D 및 Y_D는 상기 탐지기 평면에서 어떤 하나의 그러한 픽셀의 좌표를 표시한다. 탄젠트 함수의 작은 각 근사값은 대략;

(1)

(이때, Δβ는 상기 물체 평면에서 상기 탐지기 픽세의 (사각) 변에 의해 경계지는 x 또는 y 어느 한 방향으로의 입체각)이다. 이제 우리는 좌표들;

(2a)

(2b)

(이때,

(3a)

(3b))

를 정의한다.

작동에서, 세기 측정은 상기 탐지기에서 여러 픽셀에서 실행되고, 상기 조명 함수의 특정 위치 R에 대해, 이것들은 상기 설명된 변환에 따라 컴퓨터 또는 다른 처리 장치 또는 데이터 저장에서 배열 I(u,v,R)로 배열된다.

그 다음, 평면파를 다음 식으로 표시하는 관례가 채용된다;

(4)

(이때, 위에 설명된 바와 같이 r은 3차원 벡터 및 k는 상기 평면파에서 상수 위상의 평면들에 수직인 방향을 가리키는 역공간 벡터이고, A는 x=y=z=0인 지점에서 상기 파동의 진폭 및 위상을 설명하는 복소수이다). k의 절대값은 다음과 같이 주어 진다;

(5)

(이때, λ는 사용된 상기 방사선의 파장이다). 상기 파장의 공간 변수만 고려되어, 시간 독립적인 파동 방정식이라는 것을 확인할 수 잇다. 또한 관심있는 모든 k 벡터가 동일한 절대값을 갖도록 상기 방사선은 단색인 것을 추측할 수 있다. 그럼에도 불구하고 여기에 설명된 영상 방법은 작은 범위의 k 벡터 절대값(즉 실질적으로 간섭되는)으로 구성된 조명에도 적용될 수 있다.

(6a)

는 u, v 좌표(방정식 2)에 대응하는 2차원 함수 f(x,y)의 정방향 푸리에 변환을 정의하고,

(6b)

는 대응하는 역푸리에 변환이다. 물론, 이 특정 실시예에서 설명된 바와 같은 상기 물체로부터 매우 먼 거리에 놓이지 않은 탐지기 구성에서는 프레넬 또는 다른 전개 적분은 당업자에 의해 알 수 있는 바와 같이 더 적당할 수 있다.

상기 물체에 입사하는 조명 함수는 상기 물체 근처의 공간에서 평면에 대해 추정될 수 있다. 렌즈 또는 광학 기구에 의해 생성된 상기 조명의 경우에, 렌즈에서의 (알려진) 수차는 그러한 평면에서 조명 함수를 계사하는데 사용될 수 있다. (알려진) 어퍼처와 같은 광학 기구가 그러한 평면에 놓이면, 상기 어퍼처의 면 너머에서 상기 파동은 동일한 위상이고, 상기 진폭은 상기 어퍼처의 모양에 의해 결 정되는 것을 알 수 있다. 또는, 알려진 물체 함수는 아래에 설명된 방법과 유사한 방법으로 조명 함수를 결정하는데 사용될 수 있지만, 상기 물체도는 조명 함수의 수학적 표현은 변화될 수 있다. 사용가능한 조명 세기가 낮은 일부 실시예에서, 도 12에 도시된 바와 같이 어퍼처 또는 다른 광학 기구 상에 세기를 압축하기 위해 렌즈를 사용하는 것이 유리할 수 있고, 상기 물체의 상류의 마지막 광학 기구에서 위상과 진폭은 상기의 방법의 조합에 의해 계산될 수 있다.

예를 들어, 어퍼처(60)는 z=0인 x 및 y에 놓인 평면에서 상기 물체에 근접하게 존재하는 것을 알 수 있다. 이것은 도 6에 도시된다. 상기 파동의 시간 변화가 고려되지 않았기 때문에(조명은 시간적으로 고정된 것으로 고려되기 때문에), 상기 어퍼처의 바로 하류의 파동장은 함수 P(x,y,0)에 의해 설명될 수 있고, 이것은 z=0인 평면에서 조명 함수의 복소수 값(진폭과 위상을 표시하는)을 대표하는 것으로 이해될 수 있다. 이하의 경우에서,

(7)

(이때, Δβ는 x=y=z=0인 위치에서 탐지기 픽셀의 폭(또는 높이)에 의해 경계되는 각이다)

인 D보다 작은 |x|, |y|의 값에서 큰 절대값을 갖는다는 측면에서 P(x,y,0)는 실질적으로 국소화되는(localized) 것이 유리하다. 작은 각 산란 근사에 있어서, D는

(8)

와 같이 상기 탐지기 픽셀의 물리적 폭(또는 높이) 및 "카메라" 길이 L에 의하여 표현될 수 있다.

P(x,y,0)는 z=0인 평면에 입사하는 일 세트의 평면파의 푸리에 합에 의하여 표현될 수 있다. 이러한 평면파들은 각 스펙트럼을 포함하고, 도 5에 도시된 바와 같이 각 입사면 파동 k-벡터는 각도 좌표 u 및 v에 의해 표현될 수 있다. 그러한 각도 좌표는 A(u,v)에 의해 표시될 수 있고, 각각이 각도 좌표 u 및 v에 놓인 특정 평면파의 절대값과 위상을 결정하는 복소값을 갖는 2차원 배열 픽셀로 표시될 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 7A 및 도 7B는 컴퓨터 배열 또는 어떤 다른 처리 장치 또는 데이터 저장소에 대표되는 것과 같이 입사 k-벡터와 u,v 좌표 사이의 관계를 도시한다. 70₁, 70₂, 70₃ 및 70₄는 점선으로 표시된 구 내에서 3차원 조명 함수를 형성하는 입사 평면파의 k-벡터를 표시한다. 모든 k-벡터는 동일한 길이이나, 다른 각도에서 입사된다. 나란한 선들(71₁-71₄)은 입사파들 각각에서 동일한 위상의 평면을 도시한다. 도 7B에서 공통의 기원을 갖도록 벡터들은 재배열된다. 2차원 배열의 단면이 k-벡터(3차원 조명 함수 P(x,y,z)의 대응하는 실공간 표현) 의 이러한 분포를 표시하도록 도시된다. 이 배열(v=0일 때, u의 함수로 도시된)에서 각 값은 방정식 2a에 정의된 바와 같이 각 β_x에 놓인 평면파 성분의 진폭 및 위상을 설명하는 관련된 복소수 값을 갖는다. 이 다이어그램에서 β_y=0이다. k-성분에 대한 β_x는 70₃으로 도시된다.

그러한 각 스펙트럼은 약하게 초점된 렌즈에 의해 용이하게 생성될 수 있다. 이때 함수 A(u,v)는 상기 렌즈의 출구 퓨필(pupil)로부터 나오는 구면 상에 놓이는 것을 생각할 수 있다. 어퍼처가 후면 초점면에 놓인 렌즈에 있어서, A(u,v)는 반지름 w인 원형 디스크(disc)의 형태이다. 이때

인 모든 값은 0을 갖는다. 상기 디스크 내에 놓인 A(u,v) 값은 렌즈의 수차 또는 상기 렌즈의 조명의 균일함에 의존하는 계수에 의해 결정되는 위상을 가질 수 있다.

P(x,y,0)과 A(u,v) 사이의 관계는 푸리에 변환을 통해 주어지는데,

(9)

A(u,v)에 대한 2차원 푸리에 변환은 z=0인 x-y 평면에서 조명 함수를 만든다는 것을 알 수 있다.

만약 P(x,y,0)가 알려지면, 대응하는 분포 A(u,v)는 푸리에 변환을 통해 계산될 수 있다.

(10)

P(x,y,z)의 추정치는 다음과 같이 계산될 수 있다. 이것은 상기 물체 부근에서 3차원 공간 영역을 채우는 조명 함수이다.

(11)

(이때,

(12)

유사하게 P(x,y,z)는 다음 단계를 통해 P(x,y,0)의 지식으로부터 생성된다:

(13)

상기 방정식에서 좌표들을 정의하는 푸리에 연산자를 아래첨자로 나타내는 관행을 채용하였다. 다시 말해, z의 특정 평면에 관해 P(x,y,z)를 형성하기 위해, x 및 y 좌표에 대하여 P(x,y,0)를 푸리에 변환하고, 관심있는 특정 z 값을 위해 위상 함수

를 곱하고, 다시 역푸리에 변환한다.

매우 작은 산란각 만을 고려하면(전자파 전파의 경우에서와 같이),

(14)

앞으로 벡터 표시 r을 사용하여 P(r)로 표시될 P(x,y,z)는 물체 함수 O(r) 상에 입사되고, P(r)을 x, y에 관하여 거리 X, Y, Z 만큼 이동시킬 수 있다. 다시 말해, 벡터 표시에서, P(r-R)이 형성될 수 있다. 그러므로, 조명 함수는 P(r-R)로 이동될 수 있거나 물체 함수가 O(r-R)로 이동될 수 있다. 조명 함수를 이동시키는 상황만을 언급하였으나, 본 발명의 실시예들에 따라 물체 또는 조명 중 어느 하나 또는 양자가 이동될 수 있고 많은 사실상의 실시에서 상기 조명보다 상기 물체를 이동시키는 것이 더 편리할 수 있다는 것을 알 수 있다. 상기 물체 함수에 의한 파동장에서 교란(상류, 하류 또는 z=0인 평면이든 아니든)은 다음에 의해 주어진다:

(15)

데이터 세트 I(u,v,R)는 2개 또는 3개의 R 값에 대해 방정식 2a 및 2b에서 각 변환(angular transform)에 의해 특정된 것과 같이 u, v 좌표 상에서 먼 거리에 서 측정된다. R₁ 및 R₂와 같은 이러한 R 값들은 상기 조명이 어떤 다른 R값에 위치할 때 적어도 하나의 다른 조명 함수에 의해 조명되는 상기 물체의 체적과 부분적으로 중첩하는 위치로 이동하도록 선택된다. 상기 물체의 넓은 시야를 획득하기 위해, R 위치의 수는 클 수 있고, 바람직한 방법은 어떤 하나의 R_n에 있어서, R_n 조명 위치에서 방사된 체적과 실질적으로 중첩하는 적어도 하나의 다른 조명 위치 R_m이 있는 것이다.

데이터는 도 8에 도시된 반복적 과정을 따라 처리된다. 바람직하게는, O(x,y,z)=O(r)가 전체 좌표에서 1 값을 갖도록 상기 과정은 빈 물체 함수(s801)를 가정함으로써 시작한다. 상기 과정이 진행함에 따라, O(r) 값은 계속적으로 갱신된다. O(r)의 n번째 추정치는 O_n(r)로 표시된다.

s802 단계에서, 조사될 및 앞서 측정되거나 추정된 목표 물체 내의 위치에서 알려진 탐침 함수가 제공된다.

위에 언급된 바와 같이, 상기 탐침 함수는 요구되는 편리성에 의존하는 많은 다른 방법으로 결정될 수 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 상기 목표로부터 일정 거리에 위치한 알려진 어퍼처가 사용된다면 상기 탐침 함수는 결정될 수 있다. 택일적으로, 계산되고 알려진 값을 갖는 광학 배열이 사용될 수 있거나 더욱이 탐침 함수는 알려진 물체를 경로 상에 위치시키고 측정된 세기 결과를 생성하기 위해 상기 탐침 함수를 역계산함으로써 사전에 결정될 수 있다. 일단 상기 탐침 함수가 알려지면, 다음 단계

(16)

가 방정식 15마다 형성된다.

이것은 상기 목표 물체 내의 관심있는 평면에서 상기 산란된 파동 함수의 추정치를 제공한다. 상기 탐지기 평면(33)에서 이 파동장의 추정치를 제공하기 위해, 추측된 파동 함수의 정변환이 다음 방정식에 따라 M_g(u,v,z)를 형성함으로써 s804 단계에서 이루어진다. Ψ_g(r)에서 z=상수일 때, 각 면이 x, y 좌표에 대해 푸리에 변환되어 z=상수일 때 M_g(u,v,z)에서 상기 면에 위치하도록 이 푸리에 변환은 x, y 좌표에 대하여 이루어진다는 것을 알 수 있다:

(17)

M_g(u,v,z)는 다음과 같이 절대값과 위상 성분으로 분해된다:

(18)

특정 조명 함수에 있어서, 위치 R에서 회절 패턴 I(u,v,R)가 저장된다. 이것은 도 8에 도시된 위치 1에서 평면(2)의 알려진 세기이고 s805 단계에서 제공된다. 다음, 이 세기의 제곱근이 형성되고 s806 단계에서 방정식 18에 제시된 M_g(u,v,z)의 절대값은 다음과 같이 세기의 제곱근으로 대체된다:

(19)

동일한 절대값(u,v 좌표에 대하여만 측정된)이 M_c(u,v,z)에서 어떤 한 값에 놓인 픽셀에 인가된다. 그러나, 인가되는 위상 θ(u,v,z)는 다른 z 값에서 일반적으로 다를 것이다.

다음, 방정식 19에서 생성된 M_c(u,v,z)는 다음 식에 따라 s807 단계에서 역변환된다:

(20)

이것은 실공간에서 상기 파동 함수의 보정된 함수를 제공한다. 역푸리에 변환은 단지 u, v 좌표에 대하여 실행된다.

물체 함수

의 다음 추정은 다음 식을 삽입함으로써 s808 단계에서 실행된다:

(21)

여기서 U(r)은 다음식으로 주어진다:

(22)

(이때, β, δ 및 ℓ 파라미터는 대략적으로 선택되고, |P_max(r-R)|는 P(r-R)의 진폭의 최대값이다. 그 결과는 물체 함수 (s809)에 대한 새로운 추정이다.)

갱신 함수는 발생하는 효과적인 디컨볼루션(deconvolution)을 가능하게 하고 상기 탐침 함수가 가장 큰 진폭을 가질 때 상기 물체 함수를 매우 강하게 갱신하는 가중치를 도입한다. 선택가능한 상수 ℓ은 1로 설정될 수 있다. 0에서 3 사이에서 어떤 값으로 선택될 수도 있고 정수일 필요는 없다. 노이즈가 많으면 ℓ>1로 설정 하는 것이 유용하다. 산란 형태 때문에 탐지된 세기가 가보 홀로그램(Gabor hologram) 또는 이와 유사한 형태일 때, ℓ은 ℓ<1로 선택될 수 있다. δ 값은 |P(r-R)|=0이면 일어날 수 있는 0에 의한 나눔을 방지하는데 사용될 수 있다. δ는 와이너 필터(Weiner Filters)에 일반적으로 적용되는 작은 실수이고 일반적으로(필수적이진 않지만) P_max보다 더 작고 기록된 데이터에 존재하는 노이즈가 작다면 상당히 더 작을 수 있다. 상수 β는 알고리즘에서 피드백의 양을 제어하고 대략 0.1 및 1 사이에서 유리하게 변화될 수 있다. β가 0.5보다 작을 때, 상기 물체의 이전 추정치는 새로운 추정치보다 더 중요하게 고려된다. 그 사이 값은 상기 두 추정치의 상대적 중요성을 변화시킨다. β는 처리가 얼마나 빨리 도달되는지를 결정한다.

δ는 고정값으로 설정되거나 변하는 파라미터이다. 그것은 상기 기록된 데이터에 얼마나 노이즈가 많은지를 표시하고 이러한 환경에 응답하여 갱신이 실행되는 방법을 감소시키는데 사용된다. 작은 산탄 잡음을 의미하는 높은 빔 흐름(높은 유동량)을 갖는 데이터 수집에 좋은 상태가 존재하면, 상기 추정된 추정치를 갱신하기 위해 수집된 결과를 사용하는 것이 더 안전하다. 결과적으로, δ 값은 P_max의 작은 부분(즉, 1/10보다 작은)일 수 있다.

(23)

상기 표현은 |P(r-R)|이 큰 영역의 갱신 효과를 최대화한다. 이것은 입사 방사선의 가장 큰 양을 받고 따라서 노이즈 비율에 비해 상대적으로 높은 신호를 갖는 정보 를 포함하는 영역이기 때문에 유용하다. 이러한 정보는 적은 방사선이 입사되고 노이즈에 의해 큰 영향을 받는 영역으로부터의 정보보다 확실히 더 중요하다.

β=1, ℓ=0 및 δ=0이고, 다른 곳은 0인 반면에 P(r-R) 함수는 그 값이 1인 영역에 의해 대표될 수 있는 마스크(mask)이거나 지지 함수인 경우에, 알고리즘은 잘 알려진 피엔업(Fienup) 알고리즘과 유사한 면을 갖는다. 이러한 상황에서 만약 단지 하나의 위치 R이 사용된다면, 상기 알고리즘은 기본적인 피엔업 알고리즘과 수학적으로 동일하게 된다. 하나 이상의 위치 R이 사용되면, 상기 알고리즘은 특이성의 문제로 해방되고 더 넓은 시야로 영상된다는 사실을 포함하여 알려진 방법보다 상당한 장점을 갖는다.

현재의 추정치 갱신에 이어, 도 8에 도시된 과정은 적어도 부분적으로 이전 위치와 중첩되는 새로운 위치 R로부터 수집된 데이터를 선택하는 단계로 넘어간다. 상기 중첩은 바람직하게는 20%이상이어야 하고 바람직하게는 50% 또는 그 이상이다. 상기 데이터의 수집은 어퍼처를 기 설정된 양만큼 이동시키거나 도 5에 도시된 조명 방사선을 상기 목표의 다른 영역에 조사되도록 하는 것 중 어느 하나에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 어퍼처 또는 입사 방사선이 만들어 지는 위치에서 어떤 변화도 없이 목표 물체의 하나의 위치에 대한 영상 데이터를 성공적으로 제공할 수 있다. 그러한 실시예들에서 s808 단계 후에 상기 알고리즘은 s802 단계로 돌아간다. 상기 물체 함수 O(r)의 초기 추정치가 s808 단계의 O(r)에 대한 새로운 추측에 부여되는 대신에 s809 단계에서 부여된다. 각각의 반복에서 상기 물체 함수에 대한 상기 새로운 추측은 알려진 세기의 각 반복 정보로써 상기 실제 물체 함수에 점점 더 근접할 것이고, 상기 입사 방사선의 알려진 진폭이 상기 추정치의 정확도를 향상시키기 위해 추가된다.

그럼에도 불구하고 도 8에 도시된 바와 같이 더 바람직한 방법은 상기 이전 위치와 부분적으로 바람직하게는 중첩되는 새로운 위치 R로부터 수집된 데이터를 처리하는 것이다.

상기 제2 위치에서 알려진 탐침 함수 P(r-R₂)는 s810 단계에서 확인되고 상기 언급된 단계는 반복되고 s809 단계에서 생성된 새로운 추정이 s810 단계에서 확인된 새로 알려진 탐침 함수로 곱해진다. 이것은 s811 단계에서 설명된다. 유리하게는 이것은 상기 물체의 체적 전체에 걸쳐 상기 조명에 의해 산란된 파동의 새로운 추정치를 생성한다. 얻어진 산란된 파동 함수는 그 위치에서 탐지되어야 하는 산란 패턴의 추정치를 제공하기 위해 s812 단계에서 전개된다. 위치 R₂에서 상기 조명으로 측정된 분산 패턴 데이터는 세기 정보를 제공하여 변환된 파동 함수에 관한 진폭 정보를 주는 s813 단계에서 제공된다. 위상 정보가 s814단계에서 유지되는 반면에 상기 세기 정보는 상기 변환된 파동 함수의 진폭을 수정하는데 사용된다. 이렇게 수정된 파동 함수는 푸리에 변환(상기 영상이 먼 거리에 형성될 때), 프레넬 변환(상기 영상이 프레넬 회절이 지배하는 위치에 형성될 때) 또는 다른 적당한 변환을 통해 역으로 전개된다. 이것은 s815 단계에서 설명된다. 이때 O(r)의 현재 추정치가 s816 단계에서 상기 기재된 갱신 함수에 따라 수집되고 그 결과는 s817 단계에 도시된 상기 물체 함수에 대한 새로운 추정이다.

이러한 단계에서, 상기 제1 조명 위치에서 수집된 데이터는 상기 과정 알고리즘의 차후 반복에 사용될 수 있다. 또는, 상기 조명 또는 어퍼처의 다른 이동이 제3 또는 다른 위치로 실행될 수 있고 제3 데이터 세트가 수집될 수 있다. 다시 이전에 조명된 위치 사이에 중첩이 일어나는 위치가 선호된다. 또는 s817 단계에서 생성된 새로운 추정은 알려진 회절 패턴 결과를 이용하여 다른 위치로의 이동없이 반복될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 상기 목표 물체에 대하여 단지 하나의 조명 위치가 제공될 때 사용될 수 있다. 도 8에서 상기 반복적 방법은 s817 단계에서 생성된 새로운 추정이 s801 단계에 제공된 상기 물체 함수의 초기 추정 대신에 상기 곱하기 단계에 입력되는 s803 단계로 회구함으로써 반복되도록 설명된다.

도 8에 도시된 상기 반복 루프는 여러 조명 위치 R로부터 수집된 동일한 데이터를 사용하여 많은 횟수 실행될 수 있고 R의 수는 제한이 없다는 것을 알 수 있다. 전체 반복 절차는 이전에 수집된 데이터를 사용하여 이후의 시점에 실행될 수 있다. 더욱이, 일단 데이터가 수집되면 z에 대한 어떤 또는 모든 면을 공개하는데 상기 반복적 계산을 반복할 수 있고 사용자는 관심있는 z의 값 또는 값들을 개량하는 것을 선택할 수 있지만, 단지 상기 물체의 특정 층 또는 단면만 관심이 있다면, 단지 z 값만이 한번 처리되는 것이 필요하다.

상기 반복적 방법은 기 설정된 사건이 일어날 때까지 반복될 수 있다. 예를 들어, 상기 반복은 기 설정된 회수, 예를 들어 1000번, 또는 상기 물체 함수의 현재 추정치로부터 계산된 추정된 세기(크기 보정 전)와 상기 탐지기(하나 또는 많은 탐침 위치에서)에서 수집된 실험적 세기 데이터 사이의 차이에서 측정된 합계제곱 오차(sum squared error, SSE)까지 반복될 수 있다.

상기 반복과정 동안 상기 물체 함수의 가장 최신의 추정은 상기 물체 함수에 대한 현재의 추정을 제공하는 것이다. 상기 반복적 과정이 기 설정된 사건의 발생에 의해 결정됨으로써 완료될 때, 상기 물체 함수의 현재 추정치는 상기 입사 방사선에 의해 조명된 위치의 체적에 대해 영상 데이터를 제공한다. 이 영상 데이터는 상기 목표 물체의 선택된 영역의 고해상도 영상을 생성하는데 사용될 수 있는 진폭 및 위상 정보를 포함한다.

본 발명의 실시예들은 주사투과전자현미경(scanning transmission electron microscopes)에 적용하는 특정 중요점에 대한 현미경 검사에서 많은 상황에 적용되는 새로운 방법의 위상 갱신을 제공한다. 입력 세기 정보로써 요구되는 방법은 적은 수(하나 이상)의 다른 탐침 또는 어퍼처 위치로부터 측정하고 이것은 표본-후 렌즈에 대한 필요성을 제거하여 그러한 렌즈의 수차와 관련된 문제를 회피한다. 상기 채용된 알고리즘은 빠르게 수렴해서 상기 물체 투과 함수의 위상을 갱신한다. 이것은 고해상도 영상이 실시간으로 생성된 목표 물체들의 구조를 영상하는 것을 가능하게 한다. 또한 상기 알고리즘은 노이즈가 많은 상황에서 효과적이고 매우 넓은 종류의 다른 물체 및 탐침 함수에 대해 작용한다. 또한 본 발명의 실시예들은 탐침 함수가 기 설정된 구조를 갖는 목표 물체가 사용될 때 계산되도록 할 수 있다.

도 9 및 도 10은 도 5에 도시된 상기 설명된 실시예에 따라 목표 물체 영역의 고해상도 영상을 구성하는데 사용될 수 있는 영상 데이터를 제공하는 장치를 도 시한다. 레이저와 같은 방사원(900)은 방사선을 팽창시키는 빔 스플리터(beam splitter) 상에 조명을 제공한다. 어퍼처(902)는 목표(903)의 선택된 영역 상에 조명이 비추도록 이동될 수 있다. 상기 입사 방사선은 입사 파동 함수 및 방출 파장 함수를 갖는다. 이 방출 파동 함수는 회절 패턴이 탐지기(904)의 배열 상에 형성되는 거리 L을 걸쳐 전개된다. 상기 거리 L은 상기 전개된 방출 파동 함수가 먼 거리에서 푸리에 회절 패턴을 형성하도록 유리하게는 충분히 길다. 상기 탐지기 배열은 상기 목표 물체(903)에 의해 산란된 방사선의 세기를 탐지할 수 있는 적어도 하나의 탐지기를 제공한다. 예를 들어 마이크로 액추에이터일 수 있는 위치 장치(905)가 제공되고 이것은 상기 어퍼처에 대하여 원하는 하나 또는 그 이상의 위치에 상기 목표 물체를 위치시킬 수 있다. 이러한 방법으로 방사원(900)으로부터의 방사선은 상기 목표(903)의 상류 표면의 다른 위치들에 입사되게 만들어질 수 있다.

제어 유닛(1000)은 제어신호를 상기 마이크로 액추에이터로 제공하고 상기 탐지기 배열(904)에서 픽셀 탐지기(1001)의 각각으로부터 세기 측정 결과를 수신한다. 상기 제어 유닛(100)은 사용자 디스플레이 및 사용자 입력 키패드를 포함할 수 있는 사용자 인터페이스(1004)와 함께 마이크로프로세서(1002) 및 데이터 저장소(1003)를 포함한다. 상기 제어 유닛은 원거리 제어를 위한 랩탑(1005) 또는 PC와 같은 다른 처리 장치에 연결될 수 있다. 또는, 상기 제어 유닛(1000)은 랩탑 또는 PC에 의해 제공될 수 있다는 것을 알 수 있다. 상기 제어 유닛은 실시간으로 영상 데이터의 생성을 자동적으로 제어할 수 있다. 또는, 사용자는 다른 사용자 입력을 제공하거나 영상을 위한 상기 목표 물체 영역을 선택하기 위해 사용자 인터페이스 또는 랩탑을 사용할 수 있다.

사용에 있어 방사원(900)은 방사선으로 상기 빔 스플리터(901)를 조명한다. 상기 목표 물체(903)는 상기 제어 유닛(1000)의 제어 하에 상기 액추에이터(905)에 의해 선택적으로 위치된다. 상기 방사선은 탐지기 배열(904)에서 탐지기들 각각에 의해 개개의 위치에서 탐지된 회절 패턴을 형성한다. 이러한 탐지기들로부터 결과들은 상기 제어 유닛에 입력되고 데이터 저장소(1003) 또는 랩탑 등에 저장될 수 있다. 단지 하나의 위치가 영상 데이터을 유도하기 위해 사용된다면 상기 마이크로프로세서는 상기 영상 데이터를 유도하는 상기 언급된 상기 과정에 대한 정보를 포함하는 프로그램 지시들과 함께 이 탐지된 정보를 이용한다. 그러나 하나 또는 그 이상의 다른 위치들이 상기 영상 데이터를 완성하기 전에 요구된다면, 상기 제어 유닛은 다른 선택 위치로 상기 표본을 위치시키는 상기 엑추에이터(905)로 신호를 전송한다. 상기 엑추에이터(905)는 많은 다른 위치들 중 하나에 상기 표본을 위치시킬 수 있다. 재위치 후에 상기 탐지기 배열 상에 형성된 다른 회절 패턴이 측정되고 상기 결과과 상기 제어 유닛에 저장된다. 예로써, 상기 배열(904)은 1200*1200 픽셀의 CCD 배열일 수 있다. 다른 세기 측정이 요구되지 않으면, 이 단계에서 영상 데이터는 위에 언급된 상기 알고리즘을 사용하여 2개의 새로이 저장된 결과 세트에 따라 상기 제어 유닛에 의해 생성된다. 원시 영상 데이터 또는 상기 영상 데이터로부터 생성된 고해상도 영상은 사용자 인터페이스 또는 PC 상의 원거리 디스플레이 또는 그러한 다른 장치 상에 디스플레이 될 수 있다.

도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 배열을 사용하여 본 발명의 실시예들에 의 해 제공된 결과들을 도시한다. 3차원 목표 물체에서 2개의 프로젝터 슬라이드가 나란히 제공되고 각각은 표면 상에 기 설정된 텍스트를 포함한다. 데이터는 두 개의 슬라이드의 z축에서 실제 위치에 대응하여 상기 설명된 바와 같이 2개 값의 z에 대해 수집되고 처리된다. 전체 4개의 영상을 제공하는 절대값 및 위상 양자에 대한 두 영상이 얻어진다. 도 11a는 제1 재구성된 영상의 절대값을 도시하나, 도 11b는 동일하게 재구성된 영상의 위상을 도시한다. 도 11c는 제2 재구성된 영상의 절대값 정보를 도시하나 도 11d는 상기 제2 재구성된 영상의 위상을 도시한다. 상기 제1 쌍의 영상들은 상기 제1 프로젝트 슬라이드의 위치에 따라 z의 값으로 계산되나 상기 제2 쌍은 상기 제2 프로젝터 슬라이드의 위치에 따라 z의 값으로 계산된다. 도 11a 및 도 11b의 상기 제1 쌍의 영상들에 있어서, "카메라"(상기 제1 프로젝터 슬라이드에 포함된)라는 단어는 초점은 맞으나 뒤집어진 글자들(제2 슬라이드의 면에 있는)은 초점이 맞지 않다. 제2 쌍의 영상들에서, "카메라"라는 단어는 초점이 맞지 않으나 뒤집어진 글자들(재구성에 사용된 z 값에 의해 선택됨으로써 상기 제2 슬라이드의 면에 있는)은 정확하게 초점이 맞다.

상기 결과들은 z 방향에서 두 층을 갖는 기능을 도시하나 상기 물체의 다른 층을 수집하는 z 방향에서 연속적인 배열을 제공하기 위해 본 발명의 다른 실시예에 따라 연장될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 목표 물체의 영상 데이터를 유도하는 반복적 방법을 제공한다. 상기 반복적 방법은 일반화된 조명 장치에 적용될 수 있도록 좋은 방법으로 적용된다. 어퍼처의 투과 함수는 약하게 정의되고 방사선 빔은 약하게 초점될 수 있다. 물체의 정보를 유도하기 보다는 선택적인 실시 예에서, 상기 물체가 잘 알려진다면, 상기 방사선 또는 어퍼처 자체에 대한 정보는 유도될 수 있다.

선행기술에서 상기 탐침의 2차원 추정치가 상기 2차원 물체의 평면에서 만들어진다는 가정하에 다수의 탐치 위치로부터 수집된 회절된 데이터를 이용하여 2차원 물체를 조사하는데 사용될 수 있는 알고리즘이 설명되어 있다. 본 발명의 실시예들은 이 알고리즘의 새롭고 창의적인 진행으로써 간주될 수 있고 상기 탐침은 3차원 물체의 두께에 걸쳐 다른 깊이로 많은 수의 다른 평면에 걸쳐 측정된다. 당업자는 그러한 선행기술의 3차원 물체의 조사에 대한 연장은 하나 또는 다수의 다음의 이유로 인해 실제로 달성하기 불가능한 것으로 이전에 생각되었다.

첫째, 반복적인 위상 갱신 방법은 상기 물체의 평면을 결정하는데 어려움이 있다는 것이 알려져 있다. 이것은 상기 탐지기 평면으로부터 또는 상기 탐지기 평면으로 상기 산란된 파동의 작은 이동은 탐지된 상기 세기에 상당한 영향을 주지 않기 때문이다. 2차원 물체에 대한 상기 언급된 선행기술의 성공은 상기 재구성에 사용된 2차원 조명 함수의 특정 추정치 및 2차원 물체의 입사 위치에 의존하는 것으로 보인다. 물체의 어떤 부분이 상기 추정된 탐침의 평면과 일치하지 않으면, 수집된 데이터는 상기 탐침의 상기 물체에 대한 상호작용에 대하여 만들어진 가정과 불일치하기 때문에 그러한 알고리즘은 실패할 것이라는 것이 이미 예측된다.

둘째, 3차원 물체에 있어서, 상기 물체의 다른 층에서 산란된 파동들은 상기 2차원 추정을 무효로 하는 방법으로 회절 평면에서 간섭될 것이다. 이것은 주어진 유한한 산란각에 있어서 추가적인 위상 변화가 상기 물체의 다른 깊이로부터 방출 하는 파동들로 도입되기 때문이다. 이것은 그러한 간섭 효과를 설명하지 못하기 때문에 그러한 간섭이 존재하는 선행기술을 2차원 알고리즘에 적용하는 가능성을 파괴하는 것을 제안한다.

셋째, 3차원 물체에서 상기 물체 자체로부터의 산란(또는 다수의 산란) 때문에 방사선의 입사면으로부터 실질적으로 떨어진 면들에서 상기 조명 함수는 상기 자유공간 조명 함수에 상대적으로 변경된다.

넷째, 선행기술 방법에서 단지 2차원 데이터가 수집되기 때문에, 지금까지 이것은 어떤 3차원 정보를 전혀 조성하지 못하는 것으로 판단되었다. 본 발명의 실시예들은 특정 기술이 3차원 응용에 적용될 수 없는 이전 믿음에도 불구하고 이미 알려진 기술의 특정 측면은 본 발명들의 지시로써 변형될 수 있고 3차원 표본에서 구조를 추정하고 조사하는데 사용될 수 있는 데이터를 제공하는 도구를 제공하는데 매우 예상치 못하게 적용되는 예상치 못한 결과를 이용한다.

본 명세서의 설명 및 청구항에 걸쳐, "포함한다" 및 이러한 단어의 변형, 예를 들어 "포함하는", 과 같은 단어들은 "포함하나 이에 한정되지 않는 것"을 의미하고 다른 일부분, 첨가물, 성분, 숫자 또는 단계를 배제하는 것으로 의도된 것은 아니다.

본 명세서의 설명 및 청구항에 걸쳐, 다른 내용이 없으면 단수는 복수를 포함한다. 특히, 불확정한 수가 사용될 때, 상기 명세서는 다른 내용이 없으면 단수뿐만 아니라 복수를 구성하는 것으로 이해된다.

특정 측면에 따라 설명된 특징, 숫자, 특징, 구성물, 화학적 부분 또는 그 룹, 본 발명의 예 또는 실시예는 양립불가능하지 않으면 여기에서 설명된 어떤 다른 측면, 실시예 또는 예에 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims

3차원 목표 물체 영역의 영상을 구성하는 영상 데이터를 제공하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

방사원으로부터 3차원 목표 물체에 입사 방사선을 제공하는 단계;

적어도 하나의 탐지기로 상기 목표 물체에 대하여 제1 위치에서 상기 입사 방사선이 상기 목표 물체에 의해 산란된 방사선의 세기를 탐지하는 단계;

상기 목표 물체에 상대적으로 상기 입사 방사선을 재위치시키는 단계;

상기 목표 물체에 대하여 제2 위치에서 상기 입사 방사선이 상기 목표 물체에 의해 산란된 방사선의 세기를 순차적으로 탐지하는 단계;

상기 3차원 물체에서 하나 이상의 깊이로 상기 입사 방사선의 적어도 하나의 특징의 추정을 표시하는 탐침 함수를 결정하는 단계; 및

상기 탐침 함수를 이용하여 반복적 과정을 통해 상기 물체의 하나 이상의 영역의 영상을 구성하는 영상 데이터를 제공하는 단계를 포함하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 영상 데이터를 제공하는 단계는 상기 목표 물체에 대하여 이동가능한 부드럽게 변하는 투과 함수 또는 조명 함수를 이용하여 상기 제1 및 상기 제2 위치에서 적어도 상기 탐지된 세기에 응답하여 상기 영상 데이터를 제공하는 단계를 더 포함하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 깊이에 대하여 조사될 상기 목표 물체의 각각의 영역에 대응하여 상기 목표 물체 내에서 다수의 깊이를 결정하는 단계;

각각의 깊이에 대해 각각의 탐침 함수를 결정하는 단계; 및

각각의 깊이에 대응하는 다수의 데이터 세트로서 상기 영상 데이터를 제공하는 단계를 더 포함하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제3항에 있어서, 각각의 데이터 세트를 이용하여 각각의 깊이에 대응하는 영상을 순차적으로 구현함으로써 상기 결정된 깊이에서 상기 목표 물체의 영상을 제공하는 단계를 더 포함하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 영상 데이터를 제공하는 단계는:

상기 목표 물체에 대하여 여러 위치에서 탐지된 상기 입사 방사선의 측정된 세기에 응답하여 상기 목표 물체의 상기 영역의 적어도 하나의 특징을 표시하는 물체 함수를 추정하는 단계; 및

상기 물체 함수의 재-추정에 의해 제공된 상기 물체 함수의 현재 추정의 정확도가 매반복마다 향상되도록 상기 물체 함수를 반복적으로 재-추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 탐침 함수를 상기 추정된 물체 함수에 곱하는 단계;

상기 곱의 결과에 응답하여 산란된 파동 추정 함수를 제공하는 단계;

예상된 산란 패턴의 추정을 제공하기 위해 상기 산란된 파동 추정 함수를 전개하는 단계; 및

탐지된 세기에 따라 상기 예상된 산란 패턴의 적어도 하나의 특징을 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제6항에 있어서,

갱신되고 산란된 파동 추정 함수를 제공하기 위해 상기 보정되고 예상된 산란 패턴을 역전개하는 단계; 및

함수

(단, r은 수직 좌표 x, y, z에 의해 표시되는 3차원 벡터이고, O_n ₊₁(r)은 상기 물체 함수의 현재 추정이고, O_n(r)는 상기 물체 함수의 이전 추정 또는 이전 추정이 없을 땐 1 또는 기 설정된 값이고, U(r)은 갱신 함수를 표시하고, Ψ_c,n(r)은 산란된 파동 추정 함수에 대한 보정된 추정이고, Ψ_g,n(r)은 반복을 위해 현재 추정되고 산란된 파동 추정 함수이다.)

에 따라 상기 갱신되고 산란된 파동 추정 함수에 응답하여 상기 목표 물체의 상기 현재 추정을 갱신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제7항에 있어서, 상기 갱신 함수 U(r)은

(단, R은 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 상기 탐침에 의해 이동된 거리 벡터이고, β는 피드백 상수이고, P(r-R)는 R 위치에서의 탐침 함수이고, P^*(r-R)는 상기 탐침 함수 P(r-R)의 켤레 복소수이고, P_max(r-R)는 P(r)의 진폭의 최대값이고, δ는 선택가능한 파라미터이고, ℓ는 선택가능한 파라미터이다. )

인 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 전개하는 단계는 상기 탐지된 세기가 원거리에서 탐지될 때 푸리에 변환을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 전개하는 단계는 상기 적어도 하나의 탐지기가 프레넬 회절이 적용되는 영역에서 상기 목표 물체로부터 이격된 위치에 있을 때 프레넬 전개인 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 위치에서 결정된 영역이 상기 제2 위치에서 결정된 다른 영역과 중첩되도록 상기 제2 위치를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 다른 영역은 상기 영역의 적어도 20%와 중첩되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 다른 영역은 상기 영역의 50% 이상과 중첩되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제6항 또는 제8항에 있어서, 전개는

(단, 변환 T⁺¹ _x,y는 x, y 좌표에 대하여만 이루어지고, 각 깊이에 대하여 Ψ_g(r)에서 z=상수에 대해 평면(1) 슬라이스는 x, y 좌표에 대해 푸리에 변환되고, z=상수인 M_g(u, v, z)에서 각각의 평면(2) 슬라이스로 위치된다.)

에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제16항에 있어서, 관계식

(단, M_c(u, v, z)는 M_g(u, v, z)의 보정된 추정이고, √(I(u,v,R))는 조명 위치 R에서 u, v 좌표 탐지기 평면에 대하여 측정된 상기 세기의 제곱근이고, eⁱ ^θ(u,v,z)는
과 같이 M_g(u, v, z)를 절대값과 위상 성분으로 분해하여 유도된 M_g(u, v, z)의 위상 성분이고, 이러한 과정 후에 M_c(u, v, z)의 절대값은 각 탐지기 좌표 u, v에 대해 모든 z에서 상수이나, 상기 위상 eⁱ ^θ(u,v,z)는 일반적으로 z의 다른 값에 대해 다른 것을 알 수 있다.)

을 통해, 특정 탐침 위치 R에 대하여 상기 탐지기에서 측정된 세기에 따라 M_c(u, v, z)의 보정된 추정을 유도하기 위해, u, v 좌표에 대해 M_g(u, v, z)를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제7항에 있어서, 상기 역전개는

에 따라 결정되고, Ψ_c,n(x, y, z)는 상기 계산의 n번째 반복을 대한 실공간에서 파동 함수의 보정된 추정이고, 상기 역변환은 u, v 좌표에 대하여만 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항에 있어서,

에 의해 제공된 상기 처리 알고리즘의 상기 n번째 반복을 위해 그 체적에 걸쳐 상기 물체에 의한 상기 산란된 파동의 위상 및 절대값을 추정하는 단계를 더 포함하고, 상기 추정은 상기 물체 함수의 대응하는 특정 현재 추정 및 상기 조명 함수의 특정 위치에 적용가능한 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제17항에 있어서, n=1인 O_n(r)의 상기 제1 추정은 상기 물체에 의해 점유되는 r의 모든 체적에 걸쳐 절대값 1 및 위상 0으로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제8항에 있어서,

(단,
)

이 되도록, 예를 들어 렌즈에 의해 생성된 입사 평면파의 푸리에 성분을 통해 P(x, y, z)를 계산하는 단계를 더 포함하고,

A(u,v)가 u, v 좌표의 함수로써 상기 목표 물체 상에 입사된 평면파의 각 스펙트럼(angular spectrum)의 절대값 및 위상을 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제19항에 있어서,

이 되도록, z=0인 어떤 기 설정된 평면에서 절대값 및 위상 값으로부터 P(x,y,z)를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 기 설정된 사건이 일어날 때 상기 반복 과정을 종결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 기 설정된 사건은 기 설정된 조건을 만족하는 반복 회수를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 기 설정된 사건은 기 설정된 조건을 만족하는 합계제곱오차(sum squared error)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 입사 방사선이 상기 목표 물체에 도달하는 위치를 선택함으로써 상기 목표 물체에 대하여 상기 입사 방사선을 위치시키는 단계를 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제24항에 있어서, 렌즈 또는 다른 광학 기구로 조명 프로파일을 형성함으로써 상기 입사 방사선이 상기 목표 물체에 도달하는 위치를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입사 방사선은 실질적으로 국소화된 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영상 데이터는 실질적으로 파장-제한된 해상도를 갖는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탐지기는 2이상의 탐지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 실시간으로 상기 목표 물체의 상기 영역에 대한 상기 영상 데이터를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영상 데이터에 기초하여 사용자 디스플레이 상에 상기 영역의 상기 영상을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 반사면으로부터 화면(caustic) 또는 얇은(weak) 렌즈를 경유하여 상기 목표 물체에 상기 입사 방사선을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 목표 물체에 대하여 원거리에 상기 적어도 하나의 탐지기 각각을 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 목표 물체로부터 프레넬 회절이 지배하는 거리에서 상기 적어도 하나의 탐지기 각각을 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사선은 푸리에 회절 및/또는 프레넬 회절을 통해 산란되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 특징은 진폭 및/또는 위상 을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제3항 및 제3항을 인용하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탐침 함수는 시간 독립적인 3차원 조명 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 방사원 및 상기 목표 물체 사이에 목표-전 어퍼처를 제공하는 단계; 및

상기 목표 물체에 대하여 상기 제1 및 상기 제2 위치에 입사 방사광을 제공하도록 상기 어퍼처 및/또는 방사원을 다른 위치로 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 방사원 또는 상기 목표 물체 사이에 렌즈를 제공하는 단계; 및

상기 목표 물체에 대하여 상기 제1 및 상기 제2 위치에 입사 방사선을 제공하도록 상기 렌즈 및/또는 상기 방사원을 다른 위치로 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제37항 또는 제38항에 있어서,

렌즈 또는 어퍼처와 상기 목표 물체 사이에 거리를 제공하는 단계를 더 포함 하고,

상기 거리는 상기 목표 물체로의 입사에 앞서 모양이 점진적으로 변하도록 상기 렌즈 또는 어퍼처의 방출 위치에서 방사선과 관련된 파동 함수를 허용하기 충분한 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제37항 또는 제38항에 있어서,

상기 목표 물체에 대하여 하나 이상의 다른 위치에서 상기 입사 방사선 또는 상기 목표 물체 후의 어퍼처로 상기 목표 물체에 의해 산란된 방사선의 세기를 탐지하는 단계; 및

상기 다른 위치 중 적어도 하나에서 산란된 방사선의 탐지된 세기를 이용하여 반복적 과정을 통해 상기 영상 데이터를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 방법.
제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 청구된 방법을 컴퓨터가 실행하게 하는 프로그램 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 청구된 방법에 따라 컴퓨터에 의해 결정된 영상을 생성하는 영상 데이터로, 프로그램이 설치되었을 때, 사용자 표시장치에 목표 물체 영역의 영상을 표시하는 절차를 상기 컴퓨터가 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램 코드 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
목표 물체의 적어도 하나의 영역의 영상을 생성하는 영상 데이터를 제공하는 장치에 있어서, 상기 장치는:

3차원 목표 물체에 입사 방사선을 제공하는 방사원;

상기 목표 물체에 의해 산란된 방사선의 세기를 탐지하는 적어도 하나의 탐지기;

상기 입사 방사선에 대하여 2이상의 기 설정된 위치에서 상기 목표 물체를 선택적으로 위치시키는 위치 장치; 및

2이상의 위치에서 상기 산란된 방사선의 탐지된 세기에 응답하여 상기 영상 데이터를 제공하는 프로세서를 포함하고,

상기 프로세서는 상기 3차원 목표 물체 내의 각각의 깊이에서 영역의 구조를 표시하는 영상 데이터를 제공하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 장치.
제43항에 있어서, 상기 입사 방사선은 부드럽게 변하는 조명 함수를 제공하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 장치.
제43항에 있어서, 상기 프로세서는:

마이크로프로세서;

상기 마이크로프로세서를 위한 데이터 및 명령어를 저장하는 데이터 저장소; 및

상기 입사 방사선 또는 상기 목표 물체의 적어도 하나를 이동시키는 명령어를 제공하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 장치.
제43항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 목표 물체의 각각의 깊이에서 상기 탐침 함수를 결정하도록 배열된 것을 특징으로 하는 영상 데이터를 제공하는 장치.
첨부된 도면을 참고하여 실질적으로 상기에 기재된 바와 같이 구성되고 배열된 장치.
첨부된 도면을 참고하여 실질적으로 상기에 기재된 방법.