DE102005047200B4

DE102005047200B4 - Verfahren zur Korrektur einer Steuerung eines optischen Scanners in einer Vorrichtung zur scannenden Abbildung einer Probe und Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes einer Probe durch Abscannen der Probe

Info

Publication number: DE102005047200B4
Application number: DE102005047200.1A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Steinert Jörg
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2005-10-01
Filing date: 2005-10-01
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2025-10-02
Also published as: DE102005047200A1; US7679045B2; US20090008539A1

Abstract

Verfahren zur Korrektur einer Steuerung eines optischen Scanners (14) in einer Vorrichtung zur scannenden Abbildung einer Probe (2), der zur Erfassung eines Bildes der Probe (2) wenigstens einen Strahlengangabschnitt (4', 18') eines Beleuchtungsstrahlengangs der Vorrichtung von einer Beleuchtungseinrichtung (10) zu der Probe (2) und/oder eines Abbildungsstrahlengangs der Vorrichtung von der Probe (2) zu einer Erfassungseinrichtung (10) der Vorrichtung über die Probe (2) führt und der dazu unter Verwendung von zur Steuerung und/oder Regelung verwendeten Parametern und/oder einer Übertragungsfunktion des Scanners (14) Ansteuersignale entsprechend einer vorgegebenen Soll-Bewegung erzeugt und in Ansprechen auf die Ansteuersignale den wenigstens einen Strahlengangabschnitt (4', 18') bewegt, wobei bei dem Verfahren- mittels der Vorrichtung ein Bild einer Referenzprobe (2') mit vorgegebenen, durch die Vorrichtung abbildbaren Strukturen (36) erfaßt wird, indem einer vorgegebenen Soll-Prüfbewegung entsprechende Ansteuersignale erzeugt werden und der wenigstens eine Strahlengangabschnitt (4', 18') in Ansprechen auf die Ansteuersignale bewegt und dabei das Bild erfaßt wird,- aus dem erfaßten Bild eine Abweichung der Ist-Lagen der vorgegebenen Strukturen (36) der Referenzprobe (2') von vorgegebenen Soll-Lagen ermittelt wird, und- in Abhängigkeit von den Abweichungen wenigstens einer der zur Steuerung und/ oder Regelung verwendeten Parameter oder die Übertragungsfunktion so korrigiert wird, daß bei Verwendung des korrigierten, zur Steuerung oder Regelung verwendeten Parameters bzw. der korrigierten Übertragungsfunktion die Abweichung der Ist-Lage wenigstens einer der Strukturen (36) von der Soll-Lage der Struktur reduziert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Korrektur einer Steuerung eines optischen Scanners in einer Vorrichtung zur scannenden Abbildung einer Probe und Vorrichtungen zur Erzeugung eines Bildes einer Probe durch Abscannen der Probe.
Ein wichtiges Beispiel für Vorrichtungen zur scannenden Abbildung einer Probe sind Laser-Scanning-Mikroskope. Bei diesen wird eine Probe mit einem auf eine Schicht der Probe in der Regel punktförmig fokussierten Laserstrahl abgetastet bzw. abgescannt, wobei der Fokus konfokal auf eine Erfassungseinrichtung abgebildet wird. Zur Ablenkung des Laserstrahls auf eine vorgegebene Position der Probe und zur Ablenkung der von dem Fokus ausgehenden Detektionsstrahlung auf die Erfassungseinrichtung wird eine Ablenkeinrichtung verwendet, die auch als Scanner bezeichnet wird und eine gesteuerte Ablenkung des Laserstrahls bzw. der Detektionsstrahlung ermöglicht. Zur Erfassung eines Bildes einer Schicht der Probe wird der Laserstrahl bzw. dessen Fokus zeilenweise über die Probe von einer ersten Endlage in eine zweite Endlage und zurück geführt, wobei in jeder der Endlagen eine Ablenkung in einer zu der Bewegungsrichtung in der Zeile orthogonalen Richtung erfolgt, so daß der Fokus in die nächste Zeile springt. Der Fokus wird dabei in der Zeile möglichst geradlinig-gleichförmig bewegt, so daß durch Erfassung der Detektionsstrahlung in konstanten Zeitabständen von äquidistanten, matrixartig angeordneten Orten in der Schicht der Probe eine Pixeldarstellung des Bildes erhalten wird, in der die dann ebenfalls matrixartig angeordneten Pixel den Orten zugeordnet sind. Ein unverzerrtes Bild ergibt sich daher nur dann, wenn die Bewegung des Fokus genau einer geradlinig-gleichförmigen Bewegung entspricht.
Um eine hohe Genauigkeit zu erzielen, kann, wie beispielsweise in der DE 197 02 752 C2 beschrieben, mittels eines Stellungssensors die Stellung des Antriebs bzw. Spiegels des Scanners in Form eines Rückmeldesignals erfaßt werden, auf Basis derer Abweichungen von einer Soll-Stellung korrigiert werden. Dieses Vorgehen ist jedoch für hohe Scangeschwindigkeiten nicht genau genug. Die elektronische Verarbeitung von Rückmeldesignal und Detektionssignal führt zu Verzerrungen der Signale und zu Phasendifferenzen zwischen den Signalen. Darüber hinaus stimmt aufgrund von Verformungen der Scannerwelle, über die die Antriebsbewegung auf den Spiegel übertragen wird, und des Scannerspiegels selbst die rückgemeldete Stellung nicht mit der tatsächlichen Stellung des Spiegels und damit der Ist-Lage des Spiegels überein.
Es ist daher denkbar, eine optische Kalibrierung des Scanners durchzuführen, bei der die Steuerung des Scanners so eingestellt wird, daß die Ist-Bewegung des Fokus der Soll-Bewegung möglichst genau entspricht. Bisher bekannte Verfahren wie beispielsweise in der DE 197 02 752 C2 beschrieben erlauben zwar bei niedrigen Scangeschwindigkeiten eine gute Übereinstimmung der Pixelpositionen, d.h. der Lagen von Pixeln des erfaßten Bildes, mit vorgegebenen Soll-Positionen, führen jedoch bei höheren Scangeschwindigkeiten zu deutlichen Bildverzerrungen bzw. deutlichen Abweichungen zwischen Hin- und Rückbewegung des Fokus wegen einer schlechten Linearität im Bild.
Durch die Verzerrungen des Ansteuersignals für den Antrieb des Scanners durch die Scannerelektronik entstehen darüber hinaus bei frei durch einen Benutzer definierten Scanbewegungen deutliche Abweichungen zwischen der vorgegebenen Bewegung und der tatsächlich ausgeführten Bewegung. Dies kann beispielsweise dazu führen, daß eine in einem Übersichtsbild angezeigte Bahn für den Fokus teilweise deutlich neben der tatsächlichen Ist-Bahn des Fokus liegt.
Die EP 1178344 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildentzerrung in der Scanmikroskopie sowie ein Scanmikroskop und die EP 1817542 B1 offenbart eine Messung des Elastizitätsmoduls dielektrischer Dünnfilme unter Verwendung eines optischen Metrologiesystems.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Korrektur einer Steuerung eines optischen Scanners in einer Vorrichtung zur scannenden Abbildung einer Probe sowie eine entsprechende Vorrichtung mit einem optischen Scanner zu schaffen, die eine genaue Ansteuerung des Scanners ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Korrektur einer Steuerung eines optischen Scanners in einer Vorrichtung zur scannenden Abbildung einer Probe, der zur Erfassung eines Bildes der Probe wenigstens einen Strahlengangabschnitt eines Beleuchtungsstrahlengangs der Vorrichtung von einer Strahlungsquelle zu der Probe und/oder eines Abbildungsstrahlengangs der Vorrichtung von der Probe zu einer Erfassungseinrichtung , insbesondere wenigstens einem Detektionselement, der Vorrichtung über die Probe führt und der dazu unter Verwendung von zur Steuerung und/oder Regelung verwendeten Parametern und/oder einer Übertragungsfunktion des Scanners Ansteuersignale entsprechend einer vorgegebenen Soll-Bewegung erzeugt und in Ansprechen auf die Ansteuersignale den wenigstens einen Strahlengangabschnitt bewegt. Bei dem Verfahren wird mittels der Vorrichtung ein Bild einer Referenzprobe mit vorgegebenen, durch die Vorrichtung abbildbaren Strukturen erfaßt, indem einer vorgegebenen Soll-Prüfbewegung entsprechende Ansteuersignale erzeugt werden und der wenigstens eine Strahlengangabschnitt in Ansprechen auf die Ansteuersignale bewegt und dabei das Bild erfaßt wird. Aus dem erfaßten Bild wird eine Abweichung der Ist-Lagen der vorgegebenen Strukturen der Referenzprobe von vorgegebenen Soll-Lagen ermittelt, und in Abhängigkeit von den Abweichungen wird wenigstens einer der zur Steuerung und/ oder Regelung verwendeten Parameter oder die Übertragungsfunktion so korrigiert, daß bei Verwendung des korrigierten, zur Steuerung oder Regelung verwendeten Parameters bzw. der korrigierten Übertragungsfunktion die Abweichung der Ist-Lage wenigstens einer der Strukturen von der Soll-Lage der Struktur reduziert wird.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes einer Probe durch Abscannen der Probe, insbesondere ein Laser-Scanning-Mikroskop, mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung von sich entlang eines Abbildungsstrahlengangs von der Probe zu der Erfassungseinrichtung ausbreitender Detektionsstrahlung von der Probe und Abgabe von Detektionssignalen, und einem in einem Beleuchtungsstrahlengang von einer Beleuchtungseinrichtung zu der Probe und/oder in dem Abbildungsstrahlengang der Vorrichtung angeordneten optischen Scanner, der ein relativ zu der Vorrichtung bewegbares strahlablenkendes Element, und einen Antrieb zur gesteuerten Bewegung des strahlablenkenden Elements in Ansprechen auf Ansteuersignale umfaßt, und einer Steuereinrichtung, die Ansteuersignale zur Ansteuerung des Antriebs erzeugt. Dabei ist die Steuereinrichtung so ausgebildet, daß sie zur Erfassung eines Bildes der Probe entsprechend einer vorgegebenen Soll-Bewegung unter Verwendung von zur Steuerung und/oder Regelung verwendeten Parametern und/oder einer Übertragungsfunktion des Scanners Ansteuersignale erzeugt, auf die hin der Antrieb das strahlablenkende Element so bewegt, daß wenigstens ein Strahlengangabschnitt eines Beleuchtungsstrahlengangs der Vorrichtung von einer Strahlungsquelle zu der Probe und/oder eines Abbildungsstrahlengangs der Vorrichtung von der Probe zu der Erfassungseinrichtung entlang einer Bewegungsbahn über die Probe geführt wird, wobei wenigstens Teile eines Bildes der Probe mittels der Erfassungseinrichtung erfaßt werden. Die Steuereinrichtung weist weiter einen Eingang für Detektionssignale der Erfassungseinrichtung auf. Die Vorrichtung ist weiter so ausgebildet, daß zur Korrektur einer Steuerung des Scanners die Vorrichtung ein Bild einer vorgegebenen Referenzprobe mit vorgegebenen, durch die Vorrichtung abbildbaren Strukturen erfaßt, indem die Steuereinrichtung einer vorgegebenen Soll-Prüfbewegung entsprechende Ansteuersignale erzeugt und der Antrieb wenigstens einen Strahlengangabschnitt in Ansprechen auf die Ansteuersignale bewegt, und die Erfassungseinrichtung dabei das Bild erfaßt, und daß die Steuereinrichtung aus dem erfaßten Bild eine Abweichung der Ist-Lagen der vorgegebenen Strukturen der Referenzprobe von vorgegebenen Soll-Lagen ermittelt, und in Abhängigkeit von den Abweichungen wenigstens einer der zur Steuerung und/ oder Regelung verwendeten Parameter oder die Übertragungsfunktion so korrigiert wird, daß bei Verwendung des korrigierten zur Steuerung oder Regelung verwendeten Parameters bzw. der korrigierten Übertragungsfunktion die Abweichung der Ist-Lage wenigstens einer der Strukturen von der Soll-Lage der Struktur reduziert wird.
Unter einer Soll-Bewegung wird dabei eine Bewegung entlang einer Bahn verstanden, wobei noch eine Bewegung in einer anderen Richtung, die keine Komponenten in Richtung der Bahn aufweist, überlagert sein kann. Im Falle eines Laser-Scanning-Mikroskops mit einem punktförmigen Fokus auf der Probe kann insbesondere die Bewegung entlang einer Zeile die Soll-Bewegung darstellen, wobei die dann langsamere Bewegung in der zu der Zeile orthogonalen Richtung, nicht berücksichtigt zu werden braucht. Selbstverständlich kann das Verfahren jedoch auch auf diese Bewegung angewendet werden.
Die Soll-Bewegung kann je nach Konstruktion des Scanners dadurch vorgegeben werden, daß die Soll-Lage des abgelenkten bzw. bewegten Strahlengangabschnitts vorgegeben wird. Es ist jedoch auch möglich, die Soll-Bewegung durch Vorgabe einer Soll-Bewegung des Fokus des Strahlengangs in einer Fokusebene vorzugeben.
Bei dem Verfahren und der Vorrichtung wird eine Soll-Prüfbewegung verwendet, die vorgegeben ist. Diese braucht nicht unbedingt mit den Soll-Bewegungen des von dem Scanner bewegten Teils des Strahlengangs und damit des Fokus auf oder in der Probe übereinzustimmen, vorzugsweise ist dies jedoch der Fall.
Unter dem Scanner wird dabei jede Ablenkeinrichtung verstanden, die eine gesteuerte Ablenkung eines Strahls optischer Strahlung in einem für den Scanner geeigneten Wellenlängenbereich aufweist. Insbesondere kann der Scanner ein strahlablenkendes Element, beispielsweise einen Spiegel oder ein Prisma, einen durch Ansteuersignale steuerbaren Antrieb zur Bewegung des strahlablenkenden Elements sowie eine Steuereinrichtung zu Erzeugung der Ansteuersignale umfassen. Grundsätzlich braucht der Scanner nur eine Bewegung in einer Richtung zu ermöglichen, selbstverständlich können aber weitere Komponenten vorgesehen sein, die eine Ablenkung einer zusätzlichen anderen Richtung ermöglichen.
Der Scanner kann in der Vorrichtung je nach Aufbau derselben verschiedene Funktionen erfüllen. So kann bei einer Vorrichtung, bei der nur ein Beleuchtungsstrahl auf die Probe gerichtet bzw. fokussiert über diese geführt wird, der Scanner im Beleuchtungsstrahlengang zwischen einer Beleuchtungsquelle für optische Strahlung und der Probe angeordnet sein, so daß der Abschnitt des Beleuchtungsstrahlengangs zwischen Scanner und Probe durch den Scanner bewegbar, vorzugsweise schwenkbar ist. Damit wird auch der Beleuchtungsfokus entsprechend bewegt. Bei einer Vorrichtung, bei der nur Detektionsstrahlung von verschiedenen Bereichen der Probe durch den Scanner auf die Erfassungseinrichtung bzw. ein Detektionselement der Erfassungseinrichtung gelenkt wird, ist der Scanner in dem Detektionsstrahlengang zwischen der Probe und der Erfassungseinrichtung angeordnet, so daß der Scanner den Abschnitt des Detektionsstrahlengangs zwischen Probe und Scanner bewegt. Die Erfassungseinrichtung braucht nur zur Detektion der von der Probe ausgehenden Detektionsstrahlung ausgebildet zu sein und kann daher auch als Strahlungserfassungs- oder Detektionseinrichtung bezeichnet werden. Bei der Erfassungseinrichtung kann es sich im einfachsten Fall um ein einzelnes Detektionselement für von der Probe ausgehende Detektionsstrahlung handeln.
Bei Vorrichtungen wie einem Laser-Scanning-Mikroskop, bei denen sowohl ein Abschnitt des Beleuchtungsstrahlengangs als auch ein Abschnitt des Detektionsstrahlengangs geschwenkt werden, kann der Scanner vorzugsweise in beiden Strahlengängen liegen, so daß er den Abschnitt des Beleuchtungsstrahlengangs über die Probe führt bzw. scannt und gleichzeitig die Detektionsstrahlung „descannt“, d.h. den durch den Scanner bewegbaren Abschnitt des Detektionsstrahlengangs entsprechend der Bewegung des Abschnitts des Beleuchtungsstrahlengangs bewegt.
Zur Steuerung und/oder Regelung des Scanners wird wenigstens ein Parameter verwendet. Bei diesem Parameter kann es sich beispielsweise um einen Parameter handeln, der die Soll-Bewegung des beweglichen Strahlengangabschnitts bzw. des Fokus auf der Probe beschreibt. Es können jedoch auch weitere zur Steuerung oder Regelung verwendete Parameter verwendet werden. Darüber hinaus können darunter auch Parameter verstanden werden, die ein Signal eines zur Regelung verwendeten Sensors modifizieren.
Unter der Übertragungsfunktion, die teilweise auch als Frequenzgang bezeichnet wird, kann eine beliebige Übertragungsfunktion für einen Abschnitt des Scanners verstanden werden, die Eingangsgrößen mit Ausgangsgrößen des Abschnitts verknüpft. Insbesondere kann es sich um die optische Übertragungsfunktion handeln, die wiedergibt, wie Ansteuersignale, die aus einer Soll-Bewegung des von dem Scanner bewegbaren Teils des Strahlengangs bzw. Fokus als Eingangsgröße ohne eine mögliche Vorverzerrung erzeugt sind, oder eine Soll-Bewegung des von dem Scanner bewegbaren Teils des Strahlengangs bzw. Fokus als Eingangsgröße ohne eine mögliche Vorverzerrung mit der Ist-Bewegung des Strahlengangs bzw. Fokus verknüpft sind.
Die Übertragungsfunktion kann beispielsweise bei Darstellung im Fourier- oder Laplace-Raum durch eine komplexwertige Funktion der Frequenz gegeben sein. Wie dem Fachmann bekannt ist, kann zumindest im Fall der Fourier-Darstellung die Übertragungsfunktion in einer äquivalenten, reellen Darstellung zwei Anteile aufweisen, die sich auf Amplituden von Sinus- und Cosinus-Frequenzkomponenten oder Amplitude und Phase beziehen.
Zur Korrektur wird die Referenzprobe verwendet, die wenigstens zwei mittels der Vorrichtung erfaßbare Strukturen aufweist, deren Lage relativ zueinander als bekannt vorausgesetzt wird. Vorzugsweise wird eine Referenzprobe mit in Richtung der Soll-Prüfbewegung periodischen Strukturen verwendet, da diese sich leichter auswerten lassen. Als Strukturen können insbesondere Bereiche mit gegenüber der Umgebung der Strukturen erhöhter oder erniedrigter Absorption oder Reflektivität verwendet werden. Im Fall eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops können jedoch auch geometrische Strukturen, beispielsweise Stege oder Ausnehmungen bzw. Furchen, verwendet werden, wenn die Referenzprobe von dem die Referenzprobe umgebenden Medium verschiedene optische Eigenschaften im Bereich der von der Vorrichtung, insbesondere dem Laser-Scanning-Mikroskop, verwendeten bzw. detektierbaren optischen Strahlung aufweist.
Zur Korrektur wird unter Verwendung des Scanners ein Bild der Probe erfaßt. Dazu wird der von dem Scanner bewegbare Abschnitt des Strahlengangs entsprechend der Soll-Prüfbewegung über die Referenzprobe geführt. Dabei kann ein vollständiges Bild der Referenzprobe erfaßt werden, es genügt aber prinzipiell, einen Abschnitt der Probe zu erfassen, der die Strukturen aufweist.
Zur Korrektur werden die Ist-Lagen der Strukturen in dem erfaßten Bild mit den Soll-Lagen verglichen, indem Abweichungen zwischen diesen Lagen ermittelt werden. Zur Erkennung der Strukturen können vor Ermittlung der Ist-Lagen insbesondere bei komplizierteren Strukturen gegebenenfalls Bild- bzw. Mustererkennungsverfahren verwendet werden, wie sie beispielsweise aus der Bildverarbeitung bekannt sind.
Auf der Basis der Abweichungen wird die Korrektur des Parameters bzw. der Übertragungsfunktion ermittelt, so daß bei Verwendung des korrigierten Parameters die Abweichung zwischen Soll- und Ist-Lage wenigstens einer der Strukturen, vorzugsweise aller erfaßten Strukturen, reduziert wird. Eine solche Korrektur ist dabei selbstverständlich nur notwendig und möglich, wenn nach einer Prüfung, ob überhaupt entsprechend einem vorgegebenen Genauigkeitskriterium noch Abweichungen bestehen, die reduziert werden können, solche Abweichungen gefunden werden. Bei einer Korrektur der Übertragungsfunktion mit zwei Komponenten genügt es grundsätzlich, daß nur eine der Komponenten korrigiert wird, vorzugsweise werden jedoch beide Komponenten korrigiert.
Die korrigierten Werte können dann insbesondere in der Vorrichtung gespeichert werden, so daß sie bei einer Messung bzw. Erfassung einer Probe direkt verfügbar sind.
Ist als Wert des zu korrigierenden Parameters oder als Verlauf der Übertragungsfunktion zunächst nur ein grob geschätzter Wert oder Verlauf bekannt, die wenigstens einen Betrieb der Vorrichtung überhaupt ermöglicht, kann das Korrekturverfahren auch als Meßverfahren zur Ermittlung des Wertes des Parameters bzw. der Übertragungsfunktion verstanden werden.
Zur Durchführung des Verfahrens wie auch allgemein zur Steuerung des Scanners verfügt dieser über die Steuereinrichtung, die insbesondere einen Prozessor umfassen kann, der bei Ausführung von Instruktionen eines in der Vorrichtung gespeicherten Computerprogramms das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Die Steuereinrichtung kann grundsätzlich von einer Steuer- und Auswerteeinrichtung der Vorrichtung getrennt sein. Zur vorteilhaften Vermeidung eines komplizierten Aufbaus können jedoch vorzugsweise wenigstens Teile der Steuereinrichtung durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung gebildet sein.
Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Computerprogramm mit Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Prozessor das erfindungsgemäße Verfahren durchführen.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Speichermedium, insbesondere ein Datenträger wie beispielsweise optische, magnetische oder magneto-optische Datenträger oder nichtflüchtige Speicher, wie EEPROMs oder Flash-Speicher, auf dem ein Computerprogramm mit Instruktionen gespeichert ist, bei deren Ausführung ein Prozessor der Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Die Erfindung hat eine Reihe von Vorteilen. So kann nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Antrieb des Scanners mit Ansteuersignalen angesteuert werden, die sehr gut eine Soll-Bewegung wiedergeben. Damit wird eine sehr genaue Führung des von dem Scanner bewegbaren Abschnitts des Strahlengangs ermöglicht. Damit werden mögliche Bildverzerrungen vermindert, die durch Abweichungen der Ist-Bewegung von der Soll-Bewegung verursacht werden. Bei einer Erfassung eines Bildes einer Probe unter Verwendung der Soll-Bewegung wird ein Bild mit nur sehr kleinen oder idealerweise keine Abweichungen der erfaßten Geometrie von der tatsächlichen Geometrie der Probe erzielt.
Da der Scanner nun exakt synchron zu der Bilddatenerfassung mittels der Erfassungseinrichtung läuft, ist eine software-basierte Entzerrung des Bildes nach dessen Erfassung nicht notwendig.
Da im Fall einer Bewegung eines Fokus eines Beleuchtungslaserstrahls mittels des Scanners, der Scanner bei einer geradlinig-gleichförmigen Soll-Bewegung den Fokus mit sehr genau konstanter Geschwindigkeit über die Probe bewegt, treten keine oder nur sehr geringe Schwankungen in der Belastung der Probe durch die Beleuchtungsstrahlung auf.
Vorgegebene periodische Soll-Bewegungen bzw. Scankurven beliebiger, insbesondere auch vom Benutzer frei vorgegebener Form, können mit hoher Geschwindigkeit abgefahren werden, da anhand einer optisch gemessenen Übertragungsfunktion eine optimale Vorverzerrung der Ansteuersignale des Scanners während des Betriebs, also „online“, berechnet werden kann. Daher kann insbesondere sichergestellt werden, daß eine anhand eines von der Vorrichtung erzeugten Übersichtsbildes von einem Benutzer vorgegebene Kurve sehr genau getroffen wird.
Grundsätzlich genügt es, daß die Soll-Prüfbewegung nur in einer Bewegungsrichtung erfolgt. Es ist jedoch bevorzugt, daß bei dem Verfahren die Soll-Prüfbewegung bei einer Hinbewegung von einer vorgegebenen ersten Endlage zu einer vorgegebenen zweiten Endlage und bei einer Rückbewegung von der zweiten Endlage aus entlang wenigstens eines Abschnitts der Bahn der Hinbewegung erfolgt. Bei der Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß die Soll-Prüfbewegung bei einer Hinbewegung von einer vorgegebenen ersten Endlage zu einer vorgegebenen zweiten Endlage und bei einer Rückbewegung von der zweiten Endlage aus entlang wenigstens eines Abschnitts der Bahn der Hinbewegung erfolgt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß bei entsprechender Korrektur keine oder allenfalls sehr geringe Abweichungen zwischen Hin- und Rückbewegung des von dem Scanner beweglichen Abschnitts des Strahlengangs auftreten. Mit anderen Worten wird ein Ort in der Bewegungsrichtung auf oder in der Probe, der bei der Hinbewegung erfaßt wurde, auch bei der Rückbewegung erfaßt. Das bedeutet bei einem zeilenweise Abscannen der Probe in aufeinanderfolgenden Zeilen an der gleichen Pixelposition liegenden Pixel auch in aufeinanderfolgenden Zeilen an der gleichen Stelle der Zeile in dem Bild liegenden Orten entsprechen. Obwohl es grundsätzlich genügt, daß bei der Rückbewegung nur ein Teil der Bahn bei der Hinbewegung überstrichen wird, erfolgt die Rückbewegung vorzugsweise bis in die erste Endlage, so daß die Bewegung zyklisch und bei wiederholter Ausführung periodisch ist. Dadurch ist eine größere Datenmenge zur Ermittlung der Korrektur verfügbar, so daß deren Genauigkeit über den gesamten genutzten Bereich erhöht werden kann.
Grundsätzlich können Bilddaten während der gesamten Soll-Prüfbewegung erfaßt werden. Typischerweise treten jedoch bei einer Soll-Bewegung und insbesondere auch einer Soll-Prüfbewegung beschleunigte Phasen auf, in denen sich beispielsweise bei einer periodischen Bewegung die Richtung der Bewegung umkehrt. In diesen Bereichen ist eine genaue Übereinstimmung zwischen Soll- und Ist-Lagen jedoch nicht notwendig, da diese Bereiche auch bei Verwendung der Vorrichtung zur Untersuchung von Proben nicht genutzt werden. Bei dem Verfahren werden daher vorzugsweise Bilddaten nur in einem Nutzbereich erfaßt, der kleiner als das Doppelte der vorgegeben Amplitude der Soll-Prüfbewegung ist. Bei der Vorrichtung werden vorzugsweise Bilddaten nur in einem Nutzbereich erfaßt, der kleiner als das Doppelte der vorgegeben Amplitude der Soll-Prüfbewegung ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß eine Korrektur nur in dem für die Bilderfassung genutzten Bereich und daher schneller erfolgt. Darüber hinaus kann eine höhere Genauigkeit erzielt werden, da eine genaue Anpassung außerhalb des Nutzbereichs nicht notwendig ist.
Grundsätzlich können bei dem Verfahren die Soll-Lagen der vorgegebenen Strukturen quantitativ vorgegeben werden. Vorzugsweise werden jedoch bei dem Verfahren zur Ermittlung der Soll-Lagen wenigstens zweier der vorgegebenen Strukturen die Ist-Lagen wenigstens einer der vorgegebenen Strukturen der Referenzprobe bei der Hin- und der Rückbewegung ermittelt und unter Verwendung der Ist-Lagen und vorgegebener Relativlagen der vorgegebenen Strukturen der Referenzprobe die Soll-Lagen wenigstens zweier der vorgegebenen Strukturen ermittelt. Bei der Vorrichtung ist dazu vorzugsweise die Steuereinrichtung so ausgebildet, daß sie zur Ermittlung der Soll-Lagen wenigstens zweier der vorgegebenen Strukturen die Ist-Lagen wenigstens einer der vorgegebenen Strukturen der Referenzprobe bei der Hin- und der Rückbewegung ermittelt und unter Verwendung der Ist-Lagen und vorgegebener Relativlagen der vorgegebenen Strukturen der Referenzprobe die Soll-Lagen wenigstens zweier der vorgegebenen Strukturen ermittelt. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß die Referenzprobe nicht genau relativ zu dem Scanner positioniert zu werden braucht, was sonst einen erheblichen Justieraufwand erfordert. Die Korrektur kann damit einfacher und schneller durchgeführt werden. Die ermittelten Soll-Lagen werden dann vorzugsweise in der Vorrichtung gespeichert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Soll-Prüfbewegung eine im Erfassungsbereich wenigstens abschnittsweise geradlinig-gleichförmige Bewegung und in konstanten Zeitabständen werden sowohl bei der Hin- als auch der Rückbewegung Intensitäten erfaßt und Orten auf der Referenzprobe entsprechenden Pixeln zugeordnet. Zur Ermittlung der Abweichungen werden die Abweichungen für Pixel mit jeweils gleichem Ort entlang der Soll-Bewegungsbahn sowohl bei der Hin- als auch der Rückrichtung ermittelt, und die Ermittlung der Abweichungen erfolgt pixelweise, d.h. meßpunktweise den Pixeln zugeordnet, und getrennt für die Hin- und Rückbewegung. Zur Ermittlung der Abweichungen als Funktion der Zeit werden die den Pixeln zugeordneten Abweichungen für eine von Hin- und Rückbewegung in ihrer Reihenfolge umgekehrt und einer Folge der den Pixeln für die andere von Hin- und Rückbewegung zugeordneten Abweichungen vor- oder nach geordnet. Bei der Vorrichtung ist es hierzu bevorzugt, daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß die Soll-Prüfbewegung eine im Erfassungsbereich wenigstens abschnittsweise geradlinig-gleichförmige Bewegung ist, in konstanten Zeitabständen sowohl bei der Hin- als auch der Rückbewegung Intensitäten erfaßt und Orten auf der Referenzprobe entsprechenden Pixeln zugeordnet werden, daß zur Ermittlung der Abweichungen die Abweichungen für Pixel mit jeweils gleichem Ort entlang der Soll-Bewegungsbahn sowohl bei der Hin- als auch der Rückrichtung ermittelt werden, und die Ermittlung der Abweichungen pixelweise und getrennt für die Hin- und Rückbewegung erfolgt, und daß zur Ermittlung der Abweichungen als Funktion der Zeit die den Pixeln zugeordneten Abweichungen für eine von Hin- und Rückbewegung in ihrer Reihenfolge umgekehrt und einer Folge der den Pixeln für die andere von Hin- und Rückbewegung zugeordneten Abweichungen vor- oder nach geordnet wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß zum einen zur Erfassung des Bildes das sonst für die Erfassung von Bildern verwendete Verfahren verwendet werden kann, bei dem eine Erfassung nur geordnet nach Pixeln erfolgt, und somit keine entsprechenden Änderungen an der Vorrichtung nur zum Zweck der Korrektur notwendig sind, zum anderen aber eine einfache Ermittlung der Abweichungen von einer als Zeitfunktion vorgegebenen Soll-Prüfbewegung möglich ist. Wird die Referenzprobe beispielsweise zeilenartig abgescannt, wobei die Soll-Prüfbewegung entlang der Zeile und eine Bewegung orthogonal dazu an den Umkehrpunkten erfolgt, bedeutet, daß Abweichungen für Pixel mit jeweils gleichem Ort entlang der Soll-Bewegungsbahn ermittelt werden, solche Pixel sind, die in der Zeile die gleiche, orthogonal zu der Zeile jedoch nicht notwendigerweise die gleiche Position haben.
Die Soll-Bewegungen und insbesondere die Soll-Prüfbewegung kann grundsätzlich auf beliebige Art und Weise vorgegeben werden. Bei dem Verfahren ist jedoch vorzugsweise die Soll-Prüfbewegung durch eine Überlagerung von Frequenzkomponenten gegeben, und zur Ermittlung wenigstens einer der Frequenzkomponenten der Ist-Bewegung wird eine Kreuzkorrelation der Ist-Bewegung oder der ermittelten Abweichungen mit einer der Frequenzkomponente entsprechenden harmonischer Funktion ermittelt. Bei der Vorrichtung ist dazu vorzugsweise die Steuereinrichtung so ausgebildet, daß die Soll-Prüfbewegung durch eine Überlagerung von Frequenzkomponenten gegeben ist und die Steuereinrichtung zur Ermittlung wenigstens einer der Frequenzkomponenten der Ist-Bewegung eine Kreuzkorrelation der Ist-Bewegung oder der ermittelten Abweichungen mit einer der Frequenzkomponente entsprechenden harmonischer Funktion ermittelt. Die Darstellung mittels Frequenzkomponenten kann dabei beispielsweise durch Laplace-Transformierte oder vorzugsweise durch Fourier-Reihen bzw. näherungsweise Fourier-Summen erfolgen. Insbesondere im Fall der Verwendung von Fourier-Summen bietet diese Ausführungsform den Vorteil, daß die Frequenzkomponenten der Abweichungen auch bei nicht äquidistanten Stützstellen und/oder Lücken in der Zeitfunktion zuverlässig und einfach ermittelt werden können, obwohl beispielsweise eine schnelle Fourier-Transformation nicht ohne weiteres angewendet werden kann.
Als zur Steuerung oder Regelung verwendete Parameter können grundsätzlich beliebige geeignete Parameter verwendet werden. Bei dem Verfahren werden jedoch vorzugsweise als zur Steuerung verwendete Parameter Amplituden und/oder Phasen von Frequenzkomponenten korrigiert, die vor der Korrektur in Überlagerung die vorgegebene Soll-Prüfbewegung wiedergeben. Bei der Vorrichtung ist dazu die Steuereinrichtung so ausgebildet, daß als zur Steuerung verwendete Parameter Amplituden und/oder Phasen von Frequenzkomponenten korrigiert werden, die vor der Korrektur in Überlagerung die vorgegebene Soll-Prüfbewegung wiedergeben. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß nur sehr geringe Eingriffe in die Steuerung des Scanners notwendig sind. Insbesondere brauchen nur anstatt der unkorrigierten Frequenzkomponenten die korrigierten Frequenzkomponenten in der Vorrichtung gespeichert zu werden.
Alternativ kann die Übertragungsfunktion korrigiert werden. Dies ist zum einen in analoger Weise wie bei den Bewegungsparametern möglich, wenn die Korrektur durch einen Faktor erfolgt, der statt mit dem Parameter mit der entsprechenden Frequenzkomponente der Übertragungsfunktion multipliziert wird. Bei dem Verfahren ist es jedoch bevorzugt, daß zur Korrektur der Übertragungsfunktion die Soll-Prüfbewegung durch diese beschreibende Frequenzkomponenten vorgegeben wird, durch Überlagerung der Frequenzkomponenten die Ansteuersignale gebildet werden, nach Ermittlung der Abweichungen wenigstens eine der Frequenzkomponenten geändert und durch Überlagerung der so erhaltenen Frequenzkomponenten geänderte Ansteuersignale gebildet werden, mittels der Vorrichtung ein weiteres Bild der Referenzprobe mit vorgegebenen, durch die Vorrichtung abbildbaren Strukturen erfaßt wird, indem einer vorgegebenen Soll-Prüfbewegung entsprechende Ansteuersignale erzeugt werden und der wenigstens eine Strahlengangabschnitt in Ansprechen auf die Ansteuersignale bewegt und dabei das weitere Bild erfaßt wird, aus dem erfaßten weiteren Bild weitere Abweichungen der Ist-Lagen der vorgegebenen Strukturen der Referenzprobe von vorgegebenen Soll-Lagen ermittelt werden, und aus den Abweichungen und den weiteren Abweichungen und der Änderung der Frequenzkomponente ein Wert der Übertragungsfunktion ermittelt wird. Bei der Vorrichtung ist es hierzu bevorzugt, daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß zur Korrektur der Übertragungsfunktion die Soll-Prüfbewegung durch diese beschreibende Frequenzkomponenten vorgegeben wird, durch Überlagerung der Frequenzkomponenten die Ansteuersignale gebildet werden, nach Ermittlung der Abweichungen wenigstens eine der Frequenzkomponenten geändert und durch Überlagerung der so erhaltenen Frequenzkomponenten geänderte Ansteuersignale gebildet werden, mittels der Vorrichtung ein weiteres Bild der Referenzprobe mit vorgegebenen, durch die Vorrichtung abbildbaren Strukturen erfaßt wird, indem einer vorgegebenen Soll-Prüfbewegung entsprechende Ansteuersignale erzeugt werden und der wenigstens eine Strahiengangabschnitt in Ansprechen auf die Ansteuersignale bewegt und dabei das weitere Bild erfaßt wird, aus dem erfaßten weiteren Bild weitere Abweichungen der Ist-Lagen der vorgegebenen Strukturen der Referenzprobe von vorgegebenen Soll-Lagen ermittelt werden, und aus den Abweichungen und den weiteren Abweichungen und der Änderung der Frequenzkomponente ein Wert der Übertragungsfunktion ermittelt wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Übertragungsfunktion unmittelbar über ihre Definition gemessen werden kann.
Wird bei der Steuerung des Scanners ein Rückmeldesignal eines Stellungssensors, der die Stellung des Antriebs erfaßt, für eine Stellungsregelung verwendet, kann bei einer anderen Alternative auch als Parameter ein Korrekturfaktor für das Stellungssignal des Stellungssensors verwendet werden.
Die Referenzprobe kann in unterschiedlicher Weise bereitgestellt werden. Gemäß einer Alternative wird sie von einem Benutzer wie eine zu untersuchende Probe in den Abbildungsstrahlengang, beispielsweise auf einen Objekttisch, gebracht.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Referenzprobe fest mit der Vorrichtung verbunden. Dies hat den Vorteil, daß der Benutzer nicht mit der Referenzprobe zu hantieren braucht und die Korrektur einfach über Betätigung eines entsprechenden, beispielsweise durch eine graphische Benutzerschnittstelle bereitgestellten, Bedienelements ausgelöst werden kann. So ist es beispielsweise denkbar, die Referenzprobe in den Objekttisch zu integrieren.
Besonders bevorzugt verfügt die Vorrichtung über eine Referenzoptik zur Abbildung der Referenzprobe auf die Erfassungseinrichtung. Bei dem Verfahren ist es dann bevorzugt, daß die Referenzprobe fest mit der Vorrichtung verbunden ist und zur Erfassung des Bildes der Referenzprobe wenigstens ein Teils des bewegten Strahlengangabschnitts auf eine Referenzoptik der Vorrichtung zur Abbildung der Referenzprobe auf die Erfassungseinrichtung gelenkt wird. Hierzu kann insbesondere ein strahlumlenkendes Element, beispielsweise ein Spiegel, vorgesehen sein, das in den zur Untersuchung von normalen Proben vorgesehenen Abbildungsstrahlengang bewegbar ist, um den von dem Scanner bewegten Strahlengangabschnitt auf die Referenzoptik bzw. die Referenzprobe zu richten. Die Bewegung des strahlumlenkenden Elements kann dabei manuell oder mittels eines Antriebs der Vorrichtung erfolgen.
Die ermittelten Korrekturen können insbesondere dazu verwendet werden, bei einer Vorrichtung, die einen Stellungssensor zur Erfassung einer Stellung eines Antriebs des Scanners und Abgabe von entsprechenden Rückmeldesignalen aufweist, die Rückmeldesignale so zu korrigieren, daß diese die Ist-Bewegung des von dem Scanner bewegbaren Abschnitts des Strahlengangs wiedergeben. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Korrektur von Rückmeldesignalen eines Stellungssensors einer Vorrichtung zur Erzeugen eines Bildes einer Probe durch Abscannen der Probe, insbesondere eines Laser-Scanning-Mikroskops, bei der ein optischer Scanner einen Abschnitt eines Strahlengangs der Vorrichtung gesteuert ablenkt und dazu einen Antrieb und ein von dem Antrieb angetriebenes, bewegbares strahlablenkendes Element aufweist, bei dem der Stellungssensor die Stellung des Antriebs und oder des strahlablenkenden Elements erfaßt und ein die Stellung wiedergebendes Stellungssignal erzeugt, und bei dem das Stellungssignal, vorzugsweise unter Verwendung von mittels eines oben beschriebenen Verfahrens zur Korrektur der Scannersteuerung ermittelten, korrigierten zur Steuerung oder Regelung des Scanners verwendeten Parameters oder korrigierten Übertragungsfunktion, so korrigiert wird, daß es die Ist-Bewegung des von dem Scanner bewegten Strahlengangabschnitts wiedergibt. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Erzeugen eines Bildes einer Probe durch Abscannen der Probe, insbesondere ein Laser-Scanning-Mikroskop, bei der ein optischer Scanner einen Abschnitt eines Strahlengangs der Vorrichtung gesteuert ablenkt und dazu einen Antrieb und ein von dem Antrieb angetriebenes, bewegbares strahlablenkendes Element aufweist, bei dem der Stellungssensor die Stellung des Antriebs und oder des strahlablenkenden Elements erfaßt und ein die Stellung wiedergebendes Stellungssignal erzeugt, und bei dem das Stellungssignal so korrigiert wird, daß es die Ist-Bewegung des von dem Scanner bewegten Strahlengangabschnitts wiedergibt. Zur Korrektur kann das Stellungssignal vorzugsweise in Frequenzkomponenten zerlegt werden, wobei jede Komponente entsprechend einer Übertragungsfunktion, die durch Verknüpfung einer bekannten elektrischen Übertragungsfunktion, die die Antwort des Antriebs auf ein Ansteuersignal wiedergibt, die optische Übertragungsfunktion ergibt.
Vorzugsweise wird die optische Übertragungsfunktion mit dem Korrekturverfahren für die Übertragungsfunktion ermittelt. Weiterhin ist die Vorrichtung vorzugsweise eine oben genannte erfindungsgemäße Vorrichtung.
Dieses Verfahren und die entsprechende Vorrichtung haben den Vorteil, daß eine auf der Basis der korrigierten Rückmeldesignale angezeigte Bewegung des von dem Scanner bewegbaren Strahlengangabschnitts bzw. des Fokus des Strahlengangabschnitts in sehr guter Näherung die Ist-Bewegung des Fokus wiedergibt.
Die Erfindung ist insbesondere für konfokale Laser-Scanning-Mikroskope verwendbar.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen noch weiter erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Laser-Scanning-Mikroskops,
2 eine schematische Blockdarstellung von Komponenten des Laser-Scanning-Mikroskops in 1, die für einen optischen Scanner des Laser-Scanning-Mikroskops relevant sind,
3 ein vereinfachtes Weg-Zeit-Diagramm für eine Soll-Bewegung und eine angenäherte Soll-Bewegung,
4 eine Blockdarstellung für die Erzeugung von Ansteuersignalen für einen Antrieb des Scanners in 2,
5 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Korrektur der Steuerung des Scanners in 2
6 eine schematische Darstellung eines Pixelaufbaus eines mit dem Laser-Scanning-Mikroskop in 1 erfaßten Bildes,
7 eine schematische Darstellung einer Prüfprobe mit Soll-Lagen von strichförmigen Strukturen und bei einer Hin- und Rückbewegung erfaßten Ist-Lagen der strichförmigen Strukturen,
8a, b Diagramme, in denen Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Lagen von strichförmigen Strukturen für die Hin- und die Rückbewegung als Funktion der Pixelnummer aufgetragen sind,
9 ein Diagramm, in dem die Abweichungen in den 8a und 8b als Funktion der Zeit aufgetragen sind,
10 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Korrektur einer optischen Übertragungsfunktion, und
11 eine schematische Darstellung eines Laser-Scanning-Mikroskops nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In 1 verfügt eine nur vereinfacht dargestellte Vorrichtung zur Erzeugung eines Scanbildes nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Form eines Laser-Scanning-Mikroskops 1, das zur Untersuchung eines Objekts bzw. einer Probe 2 dient, über einen Beleuchtungsabschnitt 3 zur Abgabe eines kollimierten Beleuchtungsstrahls 4, einen Ablenkabschnitt 5 zur gesteuerten Ablenkung des Beleuchtungsstrahls 4, eine Abbildungs- bzw. Mikroskopoptik 6 und eine Erfassungseinrichtung 7 zur Erfassung von Aufnahmebilddaten für wenigstens Teilbilder des Objekts 2, die von der Abbildungsoptik 6 auf die Erfassungseinrichtung 7 abgebildet werden. Eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 ist mit der Erfassungseinrichtung 7 und einer Anzeigeeinrichtung 9 in Form eines Farbmonitors verbunden.
Bei diesem Laser-Scanning-Mikroskop 1 erfolgt die Abbildung der Probe 2 dadurch, daß diese mit dem Beleuchtungsstrahl 4 mit in einer abzubildenden Schicht der Probe 2 näherungsweise punktförmigem Querschnitt abgetastet wird.
Der Beleuchtungsabschnitt 3 dient zur Abgabe des kollimierten Beleuchtungsstrahls 4 mit einem vorgegebenen Strahlprofil und verfügt dazu entlang eines Beleuchtungsstrahlengangs über eine Quelle 10 für optische Strahlung, im Beispiel einen Laser, und eine feine Blende 12 (pinhole-Blende) in einer zu der Lage des Fokus des Beleuchtungsstrahls 4 auf der Probe 2 konjugierten Ebene.
Die aus dem Beleuchtungsabschnitt 3 austretende Beleuchtungsstrahlung 4 tritt durch einen Strahlteiler 13 in den Ablenkabschnitt 5 zur gesteuerten Ablenkung des durch den Strahlteiler 13 getretenen Beleuchtungsstrahls 4. Der Ablenkabschnitt 5 besitzt dazu eine mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 zur Ansteuerung verbundene Ablenkeinrichtung bzw. einen optischen Scanner 14 und eine Scanoptik 15.
Der Scanner 14 ist dazu ausgelegt, den Beleuchtungsstrahl 4 in einer Ebene orthogonal zu der Richtung des Beleuchtungsstrahls 4 vor der Ablenkeinrichtung, in 1 also orthogonal zu der Zeichnungsebene, zu schwenken. Er besitzt dazu zwei von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 über Ansteuersignale unabhängig voneinander ansteuerbare Antriebe, von denen in 2 nur der Antrieb 30 für Bewegungen in x-Richtung gezeigt ist, und zwei mittels der Antriebe um jeweils eine Achse schwenkbare strahlablenkende Elemente, hier Spiegel, von denen in 2 nur der von dem Antrieb 30 angetriebene Spiegel 31 gezeigt ist.
Im Beispiel werden galvanische Antriebe verwendet. Die Drehachsen, um die die Spiegel drehbar sind, verlaufen orthogonal zueinander, wobei der Spiegel 31 entsprechend der Ansteuerung des Antriebs 30 den Beleuchtungsstrahl 4 gesteuert in x-Richtung auslenkt. Der andere Spiegel bewirkt eine Ablenkung in y-Richtung. Weiterhin sind für jeden der Antriebe jeweils ein kapazitiver Stellungssensor zur Erfassung der Stellung des jeweiligen Antriebs bzw. Spiegels und Abgabe von entsprechenden Rückmeldesignalen und eine mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 zur Übermittlung von Ansteuersignalen und dem Stellungssensor verbundene Stellungsregelung vorgesehen, von denen in 2 wiederum nur der Stellungssensor 32 und die Stellungsregelung 33 gezeigt sind. Auf ein Ansteuersignal hin regelt die Stellungsregelung 33 unter Verwendung von Rückmeldesignalen des Stellungssensors 32 die Stellung des Antriebs 30 auf eine durch das Ansteuersignal definierte Stellung ein, so daß diese mit großer Genauigkeit, aber abhängig von den Eigenschaften des Stellungssensors 32, eingestellt werden kann.
Der aus dem Ablenkabschnitt 5 austretende, abgelenkte Beleuchtungsstrahl 4 wird durch die Mikroskopoptik 16 in einen Fokus 17 auf oder in der Probe 2 fokussiert. Zur Auswahl der Lage des Fokus 17 in z-Richtung, also in der Tiefe der Probe, kann ein Probentisch 34 mittels eines integrierten mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 verbundenen Antriebs durch entsprechende Signale der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 entlang der z-Richtung in an sich bekannter Weise verstellt werden.
Der Fokus 17, d.h. genauer von dem Fokus 17 ausgehende Detektionsstrahlung 18, beispielsweise durch die Beleuchtungsstrahlung in der Probe 2 angeregte Fluoreszenzstrahlung, wird durch die Abbildungsoptik 6 abgebildet. Diese umfaßt entlang eines Detektionsstrahlengangs die vergrößernde Mikroskopoptik 16, den Strahlteiler 13 und eine Detektionsoptik 19, die den Fokus 17 konfokal auf die Erfassungseinrichtung 7 abbildet.
Die Mikroskopoptik 16 umfaßt eine Tubuslinse 20 sowie ein Objektiv 21.
Der Strahlteiler 13 ist dazu ausgebildet, den Beleuchtungsstrahl 4 wenigstens teilweise durchzulassen und die Detektionsstrahlung 18 auf die Detektionsoptik 19 abzulenken.
Zwischen der Mikroskopoptik 16 und dem Strahlteiler 13 ist der Ablenkabschnitt 5 angeordnet, der die Detektionsstrahlung 18 descannt. Unter Descannen wird verstanden, daß der Ablenkabschnitt von dem auf bzw. in der Probe 2 entsprechend der Ablenkung des Beleuchtungsstrahls 4 wandernden Fokus 17 ausgehende Strahlung in eine festen Abschnitt des Detektionsstrahlengangs, insbesondere auf den Strahlteilers 13, ablenkt, so daß der Abschnitt des Detektionsstrahlengangs zwischen Probe 2 und Ablenkabschnitt 5 entsprechend der Bewegung des Abschnitts des Beleuchtungsstrahlengangs zwischen Ablenkabschnitt 5 und Probe 2 geschwenkt wird, der restliche Teil des Detektionsstrahlengangs jedoch unverändert bleibt.
Der Scanner 14 schwenkt also eine Strahlengangabschnitt 4' des Beleuchtungsstrahlengangs und 18' des Detektions- bzw. Abbildungsstrahlengangs 18.
Die Detektionsstrahlung 18 aus dem Fokus 17, von der Beleuchtungsstrahlung angeregte Fluoreszenzstrahlung oder von der Probe 2 aus dem Fokus 17 zurückgeworfene Beleuchtungsstrahlung, tritt durch die Mikroskopoptik 16 und den Ablenkabschnitt 5, wird von dem Strahlteiler 13 umgelenkt und gelangt dann in die konfokale Detektionsoptik 19, die eine Detektionslinse oder -linsengruppe 22 und eine feine Lochblende bzw. pinhole-Blende 23 umfaßt. Die Detektionslinse bzw. -linsengruppe 22 ist so ausgebildet und angeordnet, daß aus dem Fokus 17 kommende Detektionsstrahlung in die Öffnung der Lochblende 23 fokussiert wird und durch diese hindurchtritt, Strahlung aus anderen Bereichen der Probe 2 die Lochblende 23 aber im wesentlichen nicht passieren kann. Auf diese Weise findet eine konfokale Abbildung nur einer im wesentlichen parallel zu der x-y-Ebene verlaufenden Schicht der Probe 2 mit dem Fokus 17 statt. Die Größe der Öffnung der Blende 23 in Querrichtung bestimmt dabei unter anderem in bekannter Weise die Tiefenauflösung des Laser-Scanning-Mikroskops 1.
Hinter der Lochblende 23 ist optional ein in 1 nicht gezeigter Filter der Detektionsoptik 19 angeordnet, der unerwünschte Strahlungsanteile, bei Fluoreszenzuntersuchungen beispielsweise aus dem Fokus 17 zurückgeworfene Beleuchtungsstrahlung, nicht bzw. nur stark geschwächt passieren läßt.
Die Detektionsstrahlung 18 gelangt dann auf die Erfassungseinrichtung 7. Die Erfassungseinrichtung 7 besitzt ein Detektionselement 24, im Beispiel einen Photomultiplier, auf den der Fokus 17 abgebildet wird und das die Detektionsstrahlung, die die Lochblende 23 passiert hat, unter Erzeugung und Abgabe von Detektionssignalen detektiert.
Die Erfassungseinrichtung 7 und darin insbesondere das Detektionselement 24 ist über eine Signalverbindung mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 verbunden, die zum einen der Ansteuerung des Ablenkabschnitts 5 und des Antriebs des Probentischs 34 und zum anderen zur Auswertung der Signale des Erfassungseinrichtung 7, genauer der Bilddatenerfassungs- bzw. Detektionssignale des Photomultipliers 24, und Bildung von entsprechenden Bildern dient. Diese Bilder können mit der mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 über eine Signalverbindung verbundenen Anzeigeeinrichtung 9, im Beispiel ein Farbmonitor, angezeigt werden.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 ist als Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet und verfügt über eine Erfassungsschnittstelle 26 zu der Erfassungseinrichtung 7 bzw. deren Photomultiplier 24, eine mit der Anzeigeeinrichtung 9 verbundenen Graphikschnittstelle 27, einen Speicher 28, in dem Daten und Instruktionen eines Computerprogramms gespeichert sind, und einen mit den Schnittstellen 26 und 27 und dem Speicher 28 verbundenen Mikroprozessor 29, der bei Ausführung der Instruktionen das im Folgenden beschriebene Verfahren wenigstens teilweise ausführt. In dem Speicher 28, genauer einem nichtflüchtigen Teil des Speichers 28, sind weiter Instruktionen eines Computerprogramms gespeichert, das die Bedienung und Steuerung des Laser-Scanning-Mikroskops, beispielsweise durch Eingabe einer Scangeschwindigkeit und einer Scanamplitude über eine graphische Benutzerschnittstelle erlaubt. Alternativ könnte das Programm auch auf einem Datenträger wie einer CD gespeichert sein, die über ein nicht gezeigtes mit dem Mikroprozessor 19 verbundenes CD-Laufwerk gelesen werden kann.
Weiterhin ist eine Scansteuereinheit 35 vorgesehen, die zur Erzeugung von Ansteuersignalen für den optischen Scanner 14 dient. Hierzu kann die Scansteuereinheit 35 über wenigstens einen digitalen Signalprozessor verfügen, der Zugriff auf einen nicht gezeigten Speicher oder einen Bereich des Speichers 28 hat. Dieser Signalprozessor wird von dem Mikroprozessor 29 angesteuert.
In anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, daß die Scansteuereinheit 35 den Mikroprozessor 29 umfaßt, der dazu entsprechend programmiert ist.
Weiterhin sind in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 Einrichtungen zur Synchronisierung der Erfassung von Intensitäten durch den Photomultiplier 24 mit der Stellung des Scanners 14 vorgesehen, die teilweise durch den Mikroprozessor 29 realisiert sein können und daneben noch weitere, dem Fachmann bekannte, in 1 nicht gezeigte Komponenten umfassen können.
Aufnahmebilder einer Schicht in der Probe 2, deren Schichtdicke durch die Größe der Öffnung der Blende 23 und die Eigenschaften der Abbildungsoptik 6 gegeben ist, werden durch eine rechteckige Anordnung von Bildelementen bzw. Pixeln 25 wiedergegeben, wie schematisch in 6 gezeigt, in der jedoch die Anzahl der Pixel der besseren Darstellung halber gegenüber der tatsächlichen Anordnung reduziert dargestellt ist.
Die Erfassung eines Aufnahmebildes einer Schicht erfolgt folgendermaßen: Die Beleuchtungseinrichtung 10 gibt den Beleuchtungsstrahl 4 ab, der mittels des Scanners 14 zeilenweise in x-Richtung über die Probe 2 geführt wird. Von dort ausgehende Detektionsstrahlung wird über die Mikroskopoptik dem Ablenkabschnitt zugeführt, wo die descannt wird. Nach Umlenkung durch den Strahlteiler werden die konfokalen Anteile durch die Erfassungseinrichtung 7 erfaßt und an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 übermittelt. Dabei erfolgt nach Beendigung der Erfassung einer Zeile von Pixeln eine der x-Bewegung überlagerte Bewegung des Fokus in y-Richtung, wonach die nächste Zeile in x- Richtung, zum Beispiel mit umgekehrter Bewegungsrichtung erfaßt werden kann.
Die Bewegung in x-Richtung erfolgt dabei periodisch. Die Soll-Bewegung ist beispielhaft in 3 dargestellt, in der s die Lage des Fokus in x-Richtung und t die Zeit bezeichnen. Idealerweise bewegt sich der Fokus in x-Richtung auf seinem Weg von einer ersten Endlage zu einer zweiten Endlage und zurück in die erste Endlage, d.h. periodisch, wobei die Bewegung von einer Endlage in die andere jeweils zumindest in dem Nutzbereich, der zur Erfassung eines Bildes verwendet wird und in 3 die Breite 2A hat, geradlinig gleichförmig. Diese Bewegung ist in 3 durch die beiden Geraden 39 gekennzeichnet.
Tatsächlich kann der Fokus jedoch nicht mit unendlicher Beschleunigung aus einer der Endlagen beschleunigt bzw. bei Annäherung an die Endlage mit unendlicher Verzögerung gebremst werden. Daher erfolgt zunächst zu Beginn einer Periode, d.h. ausgehend von einem ersten Endpunkt, in 3 der Zeitpunkt 0, eine Beschleunigung auf eine im folgenden gewünschte Geschwindigkeit, die zur Zeit t₁ erreicht wird. In dem folgenden Zeitraum bis zur Zeit t₂ erfolgt die geradlinig-gleichförmige Hinbewegung, während derer Bilddaten erfaßt werden. Danach wird in der Zeit zwischen t₂ und t₃ der Antrieb 30 und der Spiegel 31 und damit Fokus 17 auf die Geschwindigkeit Null abgebremst, die im zweiten Endpunkt erreicht wird. Von dort werden der Antrieb 30 und der Spiegel 31 in umgekehrter Richtung bis zur Zeit t₄ beschleunigt, zu der wieder die gleiche Geschwindigkeit erreicht wird wie bei der Hinbewegung. Gleichzeitig wird in dem Zeitraum zwischen t2 und t₄ durch Ansteuerung des Antriebs für die Bewegung in y-Richtung der Fokus für eine vorgegebene Zeit bzw. um eine vorgegebene Strecke in y-Richtung bewegt, so daß bei der Rückbewegung die nächste Zeile eines Bildes erfaßt werden kann. In dem folgenden Zeitraum bis zur Zeit t₅ erfolgt die geradlinig-gleichförmige Rückbewegung, während derer wieder Bilddaten erfaßt werden können. Zwischen den Zeiten t₅ und t₆ werden der Antrieb 30 und der Spiegel 31 wieder abgebremst, wobei wieder eine Bewegung des Fokus 17 in y-Richtung in die nächste Zeile erfolgt. Die zwischen den Zeiten t₁ und t₂ bzw. t₄ und t₅ überstrichenen Bereiche stellen somit Nutzbereiche für die Bilderfassung dar, die Breite 2A ist die doppelte Amplitude A der Scanbewegung.
Während der geradlinig-gleichförmigen Hin- und Rückbewegung werden in konstanten Zeitabständen von dem Photomultiplier 24 Intensitäten bzw. Energien der Detektionsstrahlung erfaßt und entsprechende Signale über die Schnittstelle 26 erfaßt, den Pixeln zugeordnet und in dem Speicher 28 der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 gespeichert. Das bedeutet, daß die Anzahl der Pixel einer Zeile durch die Anzahl der Zeitpunkte gegeben ist, zu denen die Intensität der Detektionsstrahlung erfaßt wird. Die den Pixeln zugeordneten erfaßten Intensitätswerte werden als Matrix mit Elementen I(i,p) abgespeichert, wobei der Index p die Position der Zeile i bezeichnet. Der Abstand der durch die Pixel dargestellten Bereiche in dem Bild voneinander ergibt sich als Produkt aus der Geschwindigkeit des Fokus 17 und dem zeitlichen Abstand Δt zwischen der Erfassung aufeinanderfolgender Intensitäten. Da die Zeit bei der periodischen Bewegung weiterläuft, bei der Bewegung in x-Richtung jedoch jeder Ort in einer Periode zweimal überstrichen wird, werden in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 die Intensitäten direkt entsprechend ihren Pixeln und damit Orten zugeordnet abgespeichert. Dies ist in 6 veranschaulicht: So werden beispielsweise Intensitäten für das der ersten Endlage nächste Pixel mit Index j=1 zu den Zeitpunkten t₁ und t₂ und für das der zweiten Endlage nächste Pixel mit Index j=p_max, im Beispiel 512, zu den Zeitpunkten t₃ und t₄ erfaßt und direkt entsprechend abgespeichert.
Die der Soll-Bewegung s_Soll entsprechenden Ansteuersignale s werden durch eine Synthese von Frequenzkomponenten erzeugt. Dazu wird zunächst die Soll-Bewegung als Fourier-Reihe mit einer der Periode der x-Bewegung entsprechenden Grundfrequenz f dargestellt. Für die in 3 gezeigte Dreiecksbewegung ergibt sich folgende näherungsweise Darstellung für die Auslenkung s_soll(t) des Fokus 17 durch entsprechende Auslenkung des Spiegels 31 als Funktion der Zeit t: $s_{s o l l} (t) \approx \sum_{k = 1}^{N} s_{k s o l l} cos (2 π \cdot k \cdot f \cdot t + φ_{k s o l l}) = \frac{8}{π^{2}} \sum_{k = 1}^{N} \frac{α_{k s o l l}}{k^{2}} cos (2 π \cdot k \cdot f \cdot t + φ_{k}),$
wobei S_ksoll bzw. a_ksoll Amplitudenkoeffizienten und φ_ksol Phasenkoeffizienten für die Frequenzkomponente mit der Frequenz k·f bezeichnen. Je größer die positive natürliche Zahl N>1 gewählt wird, desto genauer stellt die Fourier-Summe die Soll-Bewegung dar. In der Praxis wird N so gewählt, daß eine vorgegebene Genauigkeit der Darstellung erzielt wird. In 3 stellt die geschwungene Kurve die Fourier-Summe für N=1 dar.
Die Scansteuereinheit 35 erzeugt die Ansteuersignale, die der Stellungsregelung 33 zugeführt werden. Die Ansteuersignale werden dabei vorzugsweise so erzeugt, daß der bewegliche Strahlengangabschnitt bzw. der Fokus 17 in möglichst guter Näherung die Soll-Bewegung ausführt. Dazu wird eine Vorverzerrung (vgl. 4) durchgeführt, die den Einfluß aller zwischengeschalteten Komponenten, beispielsweise der Ansteuerelektronik einschließlich des Antriebs und der mechanischen und optischen Komponenten wie Spiegel usw., in Form einer optischen Übertragungsfunktion berücksichtigt. Die optische Übertragungsfunktion ist dabei bei Verwendung der oben dargestellten Fourier-Darstellung der Soll-Bewegung durch zwei Anteile, einen Amplitudenanteil U_A und einen Phasenanteil U_P gegeben, die von der Frequenz abhängen. So gelten bei einer Darstellung von einer Soll-Bewegung entsprechenden Ansteursignalen als Fourier-Reihe bzw. -summe $s (t) \approx \sum_{k = 1}^{N} s_{k} cos (k \cdot f \cdot t + φ_{k})$
mit Fourier-Amplituden s_k und Fourier-Phasen φ_k, die sich aus den entsprechenden Fourierkomponenten der Soll-Bewegung ergeben, und einer entsprechenden Darstellung der Bewegung des Fokus $s_{F o k u s} (t) \approx \sum_{k = 1}^{N} s_{F o k u s, k} c o s (2 π \cdot k \cdot f \cdot t + φ_{F o k u s, k})$
die Beziehungen $s_{F o k u s, k} = s_{k} \cdot U_{A} (k \cdot f)$
und $φ_{F o k u s, k} = φ_{k} \cdot U_{P} (k \cdot f),$
wobei U_A(k f) der Amplitudenanteil der Übertragungsfunktion und U_P(k f) der Phasenanteil für die Frequenz kf ist.
Damit tatsächlich s_Fokus der Soll-Bahn folgt, wird die Vorverzerrung $s_{V, k} = s_{k} / U_{A} (k \cdot f)$
und $φ_{V, k} = φ_{k} / U_{P} (k \cdot f),$
berechnet und die Stellungsregelung mit Ansteuersignalen entsprechend der Fourier-Reihe bzw. -summe mit den vorverzerrten Amplituden s_V,k und vorverzerrten Phasen φ_V,k der Frequenzanteile angesteuert. Die Stellungsregelung 33 und der Stellungssensor 32, deren Funktion in der Übertragungsfunktion berücksichtigt ist, sorgen dann für eine exakte Ansteuerung des Antriebs so, daß die notwendige Stellung auch tatsächlich erreicht wird (vgl. 4). Bei vollständiger und exakter Kenntnis der Übertragungsfunktion wird dann bei exakt linearen Systemen der Fokus 17 exakt die Soll-Bewegung ausführen.
Die optische Übertragungsfunktion ist jedoch bei einem Laser-Scanning-Mikroskop basierend auf dessen Konstruktion allenfalls theoretisch bekannt. Tatsächlich weicht die tatsächliche Übertragungsfunktion von der theoretischen in aller Regel, beispielsweise aufgrund von Umgebungseinflüssen und Drift in Eigenschaften der verwendeten Bauteile, ab, so daß durch Ansteuerung entsprechend einer Soll-Bewegung eine Ist-Bewegung erreicht wird, die von der Soll-Bewegung abweicht. Diese Abweichungen können mit dem folgenden Korrekturverfahren nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung reduziert werden.
Bei diesem Verfahren wird als Probe 2 eine Referenzprobe verwendet, die Strukturen aufweist, die mit dem Laser-Scanning-Mikroskop 1 erfaßbar sind. Dabei wird vorausgesetzt, daß wenigstens die Formen der Strukturen und deren Lage zueinander bekannt sind. Es wird ein Bild der Referenzprobe unter Verwendung einer Soll-Prüfbewegung erzeugt, aus dem die Ist-Lagen der Strukturen ermittelt und nach Ermittlung der Soll-Lagen in dem Bild mit den Soll-Lagen der Strukturen verglichen werden. Auf der Basis der Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Lagen können dann Korrekturen für zur Steuerung oder Regelung verwendete Parameter ermittelt werden. Im ersten Ausführungsbeispiel werden als Parameter die Fourier-Amplituden und -phasen korrigiert, im zweiten Ausführungsbeispiel die optische Übertragungsfunktion bzw. deren Frequenzkomponenten.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Probe 2 mit einem periodischen Strichgitter verwendet, dessen Striche 36 einen Abstand voneinander einnehmen, der größer ist als der doppelte Abstand der Fokuslagen auf der Referenzprobe bei zwei aufeinanderfolgenden Erfassungen der Intensität bzw. Energie während einer Bewegung in x-Richtung.
Nach Positionierung der Referenzprobe auf dem Probentisch 34 führt die Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 folgendes Verfahren durch, wozu der Mikroprozessor 29 und die Scansteuereinheit 35 bzw. ein digitaler Signalprozessor darin in dem Speicher 28 der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 gespeicherte Instruktionen eines oder mehrerer Computerprogramme abarbeiten.
Zunächst liest die Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 in Schritt S10 den Abstand der Striche 36 der Referenzprobe über eine graphische Benutzerschnittstelle ein. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Abstand der Striche auch in einem nichtflüchtigen Teil des Speichers 28 gespeichert sein, der Wert wird dann aus dem Speicher 28 eingelesen.
Im folgenden Schritt S12 erfaßt die Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 ebenfalls über die graphische Benutzerschnittstelle die Frequenz f und die Amplitude A der Soll-Scanbewegung. Die Frequenz f ist dabei die Grundfrequenz der im folgenden zu bildenden Fourier-Summe. Für den Fall, daß Scan-Programme, d.h. Kombinationen von Scangeschwindigkeiten und -amplituden, bereits vorgegebenen sind, genügt es, daß der Benutzer das entsprechende Scan-Programm auswählt und die Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 die entsprechenden Werte aus einem nichtflüchtigen Teil des Speichers 28 ausliest.
In dem folgenden Schritt S14 erfaßt die Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 weiterhin die Zahl N der zu verwendenden Frequenzkomponenten, die wie die Parameter des Scan-Programms erfaßt werden können. Die Anzahl N soll vorteilhaft so gewählt werden, daß die Frequenz N f kleiner als eine vorgegebene Grenzfrequenz ist, die in Abhängigkeit von den Eigenschaften beispielsweise der Stellungsregelung 33 und des Antriebs 30 gewählt sein kann. Darüber hinaus soll die Anzahl N nicht größer als eine vorgegebene Maximalzahl sein, die in Abhängigkeit von der gewünschten Genauigkeit der Scanbewegung gewählt ist. Vorzugsweise liegt die Zahl N zwischen 10 und 50, um die für Laser-Scanning-Mikroskope notwendige Genauigkeit zu erzielen.
In Schritt S 16 setzt die Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 Anfangswerte für die zu korrigierenden, zur Steuerung oder Regelung verwendeten Parameter, d.h. die Amplituden s_k und die Phasen φ_k für die Frequenzkomponenten für Frequenzen k f, für k=1, ...., N. Wie bereits erwähnt, stellt die Scanfrequenz f dabei die Grundfrequenz dar, während die Frequenzen k f für k>2 die Oberschwingungen bzw. Oberfrequenzen sind. Aus den verwendeten zu korrigierenden Parametern ermittelt sie dann unter Verwendung der optischen Übertragungsfunktion, wie oben beschrieben, unter Vornahme der Vorverzerrung, die Ansteuersignale, die im folgenden Schritt S18 an die Stellungsregelung 33 abgegeben werden, um ein Bild der Referenzprobe zu erfassen. Die optische Übertragungsfunktion ist an vorgegebenen Stützstellen als Tabelle in dem nichtflüchtigen Teil des Speichers gespeichert, wobei entweder die zuletzt benutzten Werte oder geschätzte Werte verwendet werden können. Sollten Werte der Übertragungsfunktion bei benötigten Frequenzen nicht gespeichert sein, können diese durch Interpolation gewonnen werden.
In Schritt S18 wird durch periodisches Abscannen der Referenzprobe gemäß der berechneten Ansteuersignale wenigstens in x-Richtung, ein Bild der Referenzprobe, d.h. ein Bild wenigstens eines Abschnitts der Referenzprobe erfaßt. Die Referenzprobe ist dabei so orientiert, daß die Gitterstriche in guter Näherung orthogonal zur x-Richtung sind. Die Scanamplitude ist dabei in Abhängigkeit von dem Abstand der Striche und der Anzahl N der Frequenzkomponenten so gewählt, daß wenigstens so viele Gitterstriche erfaßt werden wie Frequenzkomponenten verwendet werden. Das Bild wird dann in Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 in dem Speicher 28, wie oben beschrieben, gespeichert. Dabei kann das Bild wie gewöhnlich mit y-Ablenkung zwischen den x-Zeilen, aber auch ohne aufgenommen werden.
Ein Ausschnitt aus der Referenzprobe und aus dem erfaßten Bild sind in 7 gezeigt. Die Striche 36 der Referenzprobe werden nicht an den Stellen erfaßt an denen sie liegen sollten. Vielmehr werden die Striche während der Hinbewegung an den grob gepunkteten Linien 37 und während der Rückbewegung an den fein gepunkteten Linien 38 erfaßt, so daß sich in den Lagen Abweichungen Δs ergeben.
Um diese Abweichungen quantitativ erfassen zu können, werden zunächst die Soll-Lagen der Strukturen bzw. Gitterstriche in dem erfaßten Bild ermittelt. Dadurch ist nicht notwendig die Probe mit sehr hoher Präzision auf dem Objekttisch zu positionieren.
Dazu wird in Schritt S20 aus dem Bild die Ist-Lage wenigstens einer ersten Struktur der Referenzprobe, im Beispiel des Strichs, die bzw. der während der Hinbewegung im Bild als der Scanzeilenmitte, d.h. der Mitte des Nutzbereichs, am nächsten liegend erfaßt wurde, ermittelt. Dann wird die Ist-Lage eines Strichs im Bild während der Rückbewegung ermittelt, der dem bei der Hinbewegung ermittelten Strich am nächsten liegt. Als berechnete Soll-Lage des Strichs wird nun der Mittelwert der ermittelten Ist-Lagen bei der Hin- und der Rückbewegung berechnet und gespeichert.
In Schritt S22 werden dann ausgehend von der Ist-Lage des mittleren Strichs unter Verwendung des bekannten Abstands der Strukturen bzw. Striche voneinander die Soll-Lagen der verbleibenden Striche der Referenzprobe im Bild ermittelt und gespeichert.
In Schritt S24 werden dann die Ist-Lagen der verbleibenden Striche und deren Abweichungen von den Soll-Lagen getrennt für die Hin- und Rückbewegung ermittelt. Dazu werden zunächst mit bekannten Verfahren die Ist-Lagen der Strukturen bzw. Striche in dem Bild ermittelt. Dabei erfolgt eine Zuordnung der Ist-Lagen zu Pixeln, d.h. deren Nummern und der Hin- bzw. Rückbewegung. Dann wird für die Striche die Abweichung Δs zwischen Soll- und Ist-Lage berechnet und abgespeichert. Abweichungen sind beispielhaft in 8a für die Hinbewegung und 8b für die Rückbewegung als Funktion der Pixelnummer p dargestellt. Zum besseren Verständnis auch der folgenden Schritte sind unter den Pixeln jeweils die Zeiten angegeben, zu denen die Werte erfaßt wurden. Durch Interpolation der Intensitätsverläufe kann die Lage der Striche mit Sub-Pixel-Genauigkeit ermittelt werden.
In Schritt S26 wird dann eine Abweichungsfunktion ermittelt, die die Abweichungen Δs als Funktion der Zeit t während der Bewegung und nicht als Funktion der Pixelnummer p darstellt. Eine solche Funktion, die nur durch die Werte an den Erfassungszeitpunkten gegeben ist, ist teilweise und beispielhaft in 9 dargestellt. Die erfaßten und den Pixeln zugeordneten Abweichungswerte werden dazu so umgeordnet, daß sie nach ihrer Erfassungszeit geordnet sind. Die Werte in den fünf verschiedenen Perioden der Prüfbewegung werden dazu unterschiedlich behandelt:

In der Zeit zwischen 0 und t₁, in der der Antrieb 32 und der Spiegel 33 vom Stillstand im Umkehrpunkt bzw. der ersten Endlage der Bewegung auf die gewünschte Scangeschwindigkeit beschleunigt wird, werden keine Abweichungen ermittelt. Daher brauchen für diesen Zeitraum auch keine Bildpunkte erfaßt zu werden.

Bei der Hinbewegung zwischen den Zeiten t₁ und t₂ bewegt der Scanner 14 den Fokus 17 mit entsprechend der Güte der aktuellen Kalibrierung wenigstens näherungsweise konstanter Geschwindigkeit, wobei die in konstanten Zeitabständen die Intensitäts- bzw. Energiewerte erfaßt werden. Diese werden nacheinander Pixeln mit aufsteigender Ordinalzahl für die y-Richtung zugeordnet. Den Pixeln bzw. den Abweichungen werden daher als Zeiten die Erfassungszeiten t_p zugeordnet. Diese ergeben sich aus der Ordinalzahl p des Pixels multipliziert mit dem konstanten Zeitabstand Δt zwischen der Erfassung unmittelbar aufeinanderfolgender Intensitätswerte zuzüglich der Zeit t₁: $t_{p} = p Δ t + t_{1}$
Ein Umordnen ist daher nicht notwendig.
Zwischen den Zeiten t₂ und t₃, d.h. der Umkehrzeit für das Abbremsen bis in die zweite Endlage und das Beschleunigen aus der zweiten Endlage in Richtung der ersten Endlage, werden keine Abweichungen bestimmt, so daß auch hier keine Intensitäten erfaßt zu werden brauchen.
Bei der Rückbewegung zwischen den Zeiten t₃ und t₄ bewegt der Scanner den Fokus 17 mit entsprechend der Güte der aktuellen Kalibrierung wenigstens näherungsweise konstanter Geschwindigkeit, wobei die in konstanten Zeitabständen die Intensitäts- bzw. Energiewerte erfaßt werden. Diese werden jedoch wegen der Rückbewegung zeitlich nacheinander Pixeln mit absteigender Ordinalzahl für die y-Richtung zugeordnet. Jedem der Pixel wird daher für die Rückbewegung die Erfassungszeit t_p zugeordnet, die sich beispielsweise aus der Maximalzahl pmax der erfaßten Pixel, der Ordinalzahl p des jeweiligen Pixels und dem Zeitabstand zwischen der Erfassung der Intensität für zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Pixel sowie der Zeit t₃ ergibt: $t_{p} = (p_{max} - p) Δ t + t_{3}$
Diese Zeiten werden den Abweichungen für die Pixel bei der Rückbewegung zugeordnet, wobei diese entsprechend den Zeiten t_p umgeordnet werden, indem deren Reihenfolge umgekehrt wird.
In dem Zeitraum zwischen den Zeiten t₄ und t₅, in dem in der ersten Hälfte der Umkehrbewegung der Antrieb 32 und der Spiegel 33 abgebremst werden, um dann in der ersten Endlage die Geschwindigkeit Null zu erreichen, werden wiederum keine Abweichungswerte ermittelt.
Das Ergebnis dieses Schritts ist eine Funktion bzw. Kurve für die Abweichungen der Ist-Prüfbewegung von der Soll-Prüfbewegung ermittelt anhand eines bidirektional aufgenommenen Bildes der Referenzprobe mit in ihren Relativlagen zueinander bekannten Strukturen. Die Stützstellen, an denen die Abweichungen, d.h. die Werte der Abweichungsfunktion gegeben sind, sind dabei nicht äquidistant, vielmehr treten durch die Umkehrperioden verursachte Lücken auf.
In dem folgenden Schritt S28 werden dann Korrekturanteile für die Frequenzkomponenten der Soll-Prüfbewegung ermittelt. Dazu wird für die Grundfrequenz und jede der Oberfrequenzen eine Kreuzkorrelation der Abweichungskurve mit einer normierten harmonischen Funktion gleicher Frequenz aber variabler Phase ermittelt, wobei die Phase so variiert wird, daß die Korrelation maximiert wird. Als harmonische Funktion wird hier die Testfunktion h_k(t, φ_k)=cos(k·f·t + φ_k) verwendet. Wurden Abweichungswerte für N_T Zeitpunkte ermittelt, lautet die zu verwendende Korrelationsfunktion K(k, φ_k): $K (k, φ_{k}) = \frac{\sum_{n = 1}^{N_{T}} Δ s (t_{n}) h_{k} (t_{n}, φ_{k})}{\sum_{n = 1}^{N_{T}} h_{k}^{2} (t_{n}, φ_{k})} .$
Diese Funktion wird nun für jeden verwendeten Wert k als Funktion von φ_k maximiert. Die ermittelten Maximalwerte der Funktion als auch die ermittelten Phasen φ_km maximaler Korrelation werden dann für jeden verwendeten Wert k gespeichert. Der gespeicherte Wert der Korrelationsfunktion entspricht gerade der Amplitude des Frequenzanteils der Abweichungsfunktion bei der Frequenz k·f, der im folgenden auch Korrekturanteil bezeichnet wird.
In Schritt S30 wird dann überprüft, ob die Beträge der Korrekturanteile einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten, der in Abhängigkeit von der angestrebten Genauigkeit der Bewegung gewählt ist. Dazu wird im Beispiel zunächst der Korrekturanteil bzw. die Zahl kmax bestimmt, für den bzw. die der Betrag des Korrekturanteils, d.h. der Betrag der Korrelation mit der Testfunktion, maximal ist. Dann wird geprüft, ob dieser den Grenzwert überschreitet. Überschreitet dieser den Grenzwert nicht, wird das Verfahren abgebrochen, da die gewünschte Genauigkeit erreicht wurde. Die korrigierten Amplituden und Phasen der Frequenzanteile der Soll-Bewegung stellen dann das Ergebnis der Korrektur dar und werden in Schritt S33 abgespeichert.
Andernfalls wird in Schritt S32 die Amplitude s_kmax und Phase φ_kmax desjenigen Frequenzanteils kmax der Ansteuersignale in Abhängigkeit von der ermittelten Phase und Amplitude der Abweichung so korrigiert, daß die gemessene Abweichung zwischen Soll- und Ist-Wert beseitigt wird.
Die korrigierten Amplituden und Phasen werden abgespeichert. Dabei wird dann aus den gemessenen Abweichungen in Amplitude und Phase der Frequenzkomponente und der aktuellen Amplitude und Phase der Frequenzkomponente unter Verwendung der unveränderten Übertragungsfunktion wie oben beschrieben eine korrigierte vorverzerrte Amplitude und Phase ermittelt und gespeichert werden, auf deren Grundlage die Ansteuersignale erzeugt werden.
Alternativ zu Schritt S32 können auch mehrere Frequenzkomponenten gleichzeitig korrigiert werden.
Im Ergebnis sind die Ansteuersignale so vorverzerrt, daß sich nach Umsetzung dieser Ansteuersignale in die Scanbewegung der Spiegel 32 in den Nutzbereichen im Rahmen der bei der Korrektur verwendeten Genauigkeit exakt so bewegt, wie es die vorgegebene Soll-Bewegung vorgibt. Die Iteration konvergiert häufig sehr schnell, d.h. die Abweichungskurve erreicht nach wenigen Durchläufen sehr geringe Abweichungsamplituden.
Bei dem Verfahren kann es genügen, die Korrektur nur für die im Vergleich zur y-Bewegung schnelle x-Bewegung durchzuführen. Insbesondere in dem Fall, das frei vorgegebene Scankurven abgefahren werden sollen, werden jedoch vorteilhafterweise Korrekturen für beide Scan-Richtungen vorgenommen.
Ebenso ist bei einer anderen Ausführungsform möglich, als Abbruchkriterium für die iterative Korrektur zu verwenden, daß die Standardabweichung der Abweichungskurve einen anderen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.
Ein Verfahren nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels darin, daß nun die Übertragungsfunktion korrigiert wird. Das entsprechende Laser-Scanning-Mikroskop unterscheidet sich von dem des ersten Ausführungsbeispiels nur durch die geänderte Programmierung der Steuer- und Auswerteeinrichtung. Da einige Schritte des Verfahrens die gleichen sind wie im ersten Ausführungsbeispiel werden diese mit den gleichen Bezeichnungen gekennzeichnet, und die Ausführungen zu diesen Schritten im ersten Ausführungsbeispiel gelten auch hier entsprechend.
Das Verfahren ist schematisch in dem Ablaufdiagramm in 10 gezeigt. Wie auch im ersten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß Werte einer Übertragungsfunktion bereits vorhanden und gespeichert sind. Sind keine für den Scanner spezifischen Werte bekannt, kann beispielsweise zunächst davon ausgegangen werden, daß die Amplitudenanteile U_A für alle betrachteten Frequenzen den Wert 1 annehmen und die Phasenanteile U_P den Wert Null.
Zuerst werden die Schritte S10 bis S26 des Verfahrens nach dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt, um die Abweichungsfunktion unter Verwendung der zuletzt gespeicherten Übertragungsfunktion zu ermitteln. Diese Abweichungsfunktion wird als Referenzabweichungsfunktion gespeichert. Diese Schritte sind in 10 als ein Block S34 dargestellt.
In Schritt S36 werden nun die Grundfrequenz als Testfrequenz gewählt und ein Parameter ktest auf den Wert 1 gesetzt.
In Schritt S38 wird zu dem Ansteuersignal eine Frequenzkomponente Z(t) mit der Testfrequenz ktest f addiert, deren Amplitude δs vorzugsweise so gewählt ist, daß sie einerseits deutlich kleiner ist als der Wert der Amplitude S_ktest, andererseits aber eine durch die Änderung hervorgerufene Änderung der Abweichung Δs noch mit nur geringem Fehler detektierbar ist. Die Phase φ_z der hinzugefügten harmonischen Funktion wird vorteilhafterweise so gewählt, daß die resultierende Abweichungskurve näherungsweise symmetrisch zum Mittelpunkt der Hin- und Rückbewegung liegt. Dies erleichtert die Auswertung der Antwort auf die Änderung
Dann werden wiederum die Schritte S16 bis S26 mit den veränderten Frequenzanteilen durchgeführt, wobei eine geänderte Abweichungsfunktion erhalten wird. Diese Schritte sind in 10 durch einen Block S40 dargestellt.
In Schritt S42 wird dann die Differenzfunktion der in Block S40 ermittelten Abweichungsfunktion und der Referenzabweichungsfunktion ermittelt. Die Differenz ist die Antwort des Scanners auf die zusätzlich angebrachte Anregung, die durch die Frequenzkomponente Z(t) beschrieben wird. Die Antwort ist, wenn ein lineares System vorausgesetzt wird, wiederum eine harmonische Funktion mit der Testfrequenz, aber gegenüber der Frequenzkomponente der Soll-Prüfbewegung geänderter Amplitude und Phase.
In Schritt S44 werden daher Amplitude Am und Phase P_m der Differenz- bzw. Antwortfunktion durch Anpassung mit einer harmonischen Funktion ermittelt.
In Schritt S46 wird dann die Übertragungsfunktion des Scanners korrigiert, indem die Frequenzkomponente der Übertragungsfunktion für die Testfrequenz geändert wird. Dazu werden der Amplituden- und der Phasenanteil U_A bzw. U_P anhand der Amplitude und Phase der Antwortkurve und der Amplitude und Phase ermittelt und statt der bisher gespeicherten Werte gespeichert. In einer Variante des Ausführungsbeispiels ist es auch denkbar, einen gleitenden Mittelwert über die aktuell gemessenen und die zuletzt gespeicherten Werte zu bilden und zu verwenden.
In Schritt S48 wird dann der Wert ktest um 1 erhöht. Ist der resultierende Wert kleiner als N, so wird die Testfrequenz auf den Wert k_test·f gesetzt und das Verfahren mit Schritt S38 fortgesetzt. Andernfalls wird das Korrekturverfahren beendet.
Auf diese Weise wird die Übertragungsfunktion des Scanners über den ganzen verwendeten Frequenzbereich so korrigiert, daß die Abweichungen zwischen Soll-Bewegung und Ist-Bewegung des Fokus 17 reduziert, im Idealfall minimiert, werden.
Diese Art der Ermittlung der Übertragungsfunktion hat vor allem dann Vorteile, wenn die Übertragungsfunktion von der Amplitude abhängt.
Je nach Art des verwendeten Scanners braucht bei anderen Ausführungsbeispielen die Amplitude der Soll-Prüfbewegung nicht berücksichtigt zu werden, da die Abweichungen in sehr guter Näherung nicht von der Amplitude abhängen.
In anderen Ausführungsbeispielen kann die Übertragungsfunktion in parametrisierter Funktion gegeben sein. Beispielsweise kann eine Darstellung als Spline-Funktion verwendet werden, wobei dann die Spline-Koeffizienten in dem Speicher 28 gespeichert sind, und das Computerprogramm Instruktionen zur Ermittlung der Werte der Übertragungsfunktion enthält.
Die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren korrigierte Übertragungsfunktion kann zur Ermittlung einer Korrektur des Rückmeldesignals des kapazitiven Stellungssensors 32 verwendet werden. Die von diesem abgegebenen Rückmeldesignal geben nämlich nur die Stellung des Antriebs nicht aber die Lage des Fokus 17 wieder. Darüber hinaus kann bei digitaler Verarbeitung der Rückmeldesignale eine Analog-Digital-Wandlung erforderlich sein, die Abweichung verursacht. Der entsprechende Analog-Digital-Wandler wird dann vorzugsweise dem Sensor zugerechnet und als Rückmeldesignale werden die digitalisierten Signale aufgefaßt. Außerdem werden die Rückmelde- bzw. Stellungssignale des Stellungssensors 32 elektronisch übertragen und dabei verzerrt. Werden die Rückmeldesignale zur Darstellung der Ist-Bewegung des Fokus 17 auf der Anzeigeeinrichtung 9 verwendet, so erkennt ein Betrachter unter Umständen eine Abweichung, die durch die Unterschiede zwischen der optischen Übertragungsfunktion und der elektrischen Übertragungsfunktion, die den Zusammenhang zwischen den der Soll-Bewegung entsprechenden Ansteuersignalen und der durch die übertragenen Rückmeldesignale beschriebenen Ist-Bewegung des Antriebs 32 wiedergibt, bedingt sind. Dies kann vermieden werden, wenn die Rückmeldesignale korrigiert werden.
Zur Darstellung der Ist-Bewegung bei einer Untersuchung wird die Rückmeldefunktion R_x(t) aufgezeichnet.
In einem nächsten Schritt erfolgt dann eine Fourier-Transformation der Rückmeldefunktion bei der die Fourier-Amplitude und -Phase Am(R_x, k·f) und Ph(R_x, k·f) mittels bekannter Formeln ermittelt werden.
Bei als bekannt vorausgesetzter elektrischer Übertragungsfunktion mit Komponenten U_A, elektrisch und U_P, elektrisch ergibt sich die korrigierte Fourier-Amplitude zu $A m_{k o r r} (k f) = \frac{U_{A, o p t i s c h} (k f)}{U_{A, e l e k t r i s c h} (k f)} A m (k f),$
und die korrigierte Phase zu $P h_{k o r r} (k f) = U_{P, o p t s i c h} (k f) - U_{P, e l e k t r i s c h} (k f) + P h (k f) .$
Daher können der Quotient U_A, _optisch/U_A, _elektrisch und die Differenz U_P, _optisch - U_P, _elektrisch als Korrekturfunktion der Frequenz k·f abgespeichert werden, so daß die beiden obigen Formeln einfach bei jeder Messung angewendet werden können.
Bei Rücktransformation der korrigierten Frequenzkomponenten des Rückmeldesignals wird so ein korrigiertes Rückmeldesignal erhalten, das die Ist-Bewegung des Fokus 17 wiedergibt. Ein Beobachter kann daher leicht kontrollieren, ob eine von ihm gewünschte Soll-Bewegung tatsächlich durchgeführt wurde.
Die so korrigierten Rückmeldesignale können z.B. auch zu Kalibrierzwecken verwendet werden, wenn z.B. eine Abnutzung des Scanners durch eine rein elektrische Kalibrierung kompensiert werden soll.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, daß die Referenzprobe fest mit dem Laser-Scanning-Mikroskop verbunden ist, indem sie in den Probentisch integriert ist.
Noch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, daß das Laser-Scanning-Mikroskop über eine Referenzprobe 2', die fest mit dem Laser-Scanning-Mikroskop verbunden ist, eine Referenzoptik 40 zur Abbildung der Referenzprobe 2' auf die Erfassungseinrichtung 7 und ein zwischen dem Ablenkabschnitt 5 und der Mikroskopoptik 6 angeordnetes, mit einem Antrieb 41 in den Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang bewegbares, strahlumlenkendes Element 42, im Beispiel einen Spiegel, verfügt. Alle anderen Teile sind unverändert, so daß für diese die gleichen Bezugszeichen verwendet werden und die Erläuterungen des ersten Ausführungsbeispiels auch hier gelten.
Zur Durchführung des Verfahrens wird das strahlumlenkende Element 42 in den Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang bewegt, so daß der von dem Ablenkabschnitt 5 bewegte Strahlengangabschnitt auf die Referenzoptik 40 und die Referenzprobe 2' gerichtet werden kann. Das Verfahren wird dann wie im ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt, wobei gegebenenfalls von den Eigenschaften der Mikroskopoptik 6 abweichende optische Eigenschaften der Referenzoptik 40 berücksichtigt werden.

Claims

Verfahren zur Korrektur einer Steuerung eines optischen Scanners (14) in einer Vorrichtung zur scannenden Abbildung einer Probe (2), der zur Erfassung eines Bildes der Probe (2) wenigstens einen Strahlengangabschnitt (4', 18') eines Beleuchtungsstrahlengangs der Vorrichtung von einer Beleuchtungseinrichtung (10) zu der Probe (2) und/oder eines Abbildungsstrahlengangs der Vorrichtung von der Probe (2) zu einer Erfassungseinrichtung (10) der Vorrichtung über die Probe (2) führt und der dazu unter Verwendung von zur Steuerung und/oder Regelung verwendeten Parametern und/oder einer Übertragungsfunktion des Scanners (14) Ansteuersignale entsprechend einer vorgegebenen Soll-Bewegung erzeugt und in Ansprechen auf die Ansteuersignale den wenigstens einen Strahlengangabschnitt (4', 18') bewegt, wobei bei dem Verfahren - mittels der Vorrichtung ein Bild einer Referenzprobe (2') mit vorgegebenen, durch die Vorrichtung abbildbaren Strukturen (36) erfaßt wird, indem einer vorgegebenen Soll-Prüfbewegung entsprechende Ansteuersignale erzeugt werden und der wenigstens eine Strahlengangabschnitt (4', 18') in Ansprechen auf die Ansteuersignale bewegt und dabei das Bild erfaßt wird, - aus dem erfaßten Bild eine Abweichung der Ist-Lagen der vorgegebenen Strukturen (36) der Referenzprobe (2') von vorgegebenen Soll-Lagen ermittelt wird, und - in Abhängigkeit von den Abweichungen wenigstens einer der zur Steuerung und/ oder Regelung verwendeten Parameter oder die Übertragungsfunktion so korrigiert wird, daß bei Verwendung des korrigierten, zur Steuerung oder Regelung verwendeten Parameters bzw. der korrigierten Übertragungsfunktion die Abweichung der Ist-Lage wenigstens einer der Strukturen (36) von der Soll-Lage der Struktur reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Soll-Prüfbewegung bei einer Hin-Bewegung von einer vorgegebenen ersten Endlage zu einer vorgegebenen zweiten Endlage und bei einer Rückbewegung von der zweiten Endlage aus entlang wenigstens eines Abschnitts der Bahn der Hinbewegung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem Bilddaten nur in einem Nutzbereich erfaßt werden, der kleiner als das Doppelte einer vorgegeben Amplitude der Soll-Prüfbewegung ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem zur Ermittlung der Soll-Lagen wenigstens zweier der vorgegebenen Strukturen (36) die Ist-Lagen wenigstens einer der vorgegebenen Strukturen (36) der Referenzprobe (2') bei der Hin- und der Rückbewegung ermittelt werden und unter Verwendung der Ist-Lagen und vorgegebener Relativlagen der vorgegebenen Strukturen (36) der Referenzprobe (2') die Soll-Lagen wenigstens zweier der vorgegebenen Strukturen (36) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Soll-Prüfbewegung eine im Erfassungsbereich wenigstens abschnittsweise geradlinig-gleichförmige Bewegung ist, bei dem in konstanten Zeitabständen sowohl bei der Hin- als auch der Rückbewegung Intensitäten erfaßt und Orten auf der Referenzprobe (2') entsprechenden Pixeln zugeordnet werden, bei dem zur Ermittlung der Abweichungen die Abweichungen für Pixel mit jeweils gleichem Ort entlang der Soll-Bewegungsbahn sowohl bei der Hin- als auch der Rückrichtung ermittelt werden, und die Ermittlung der Abweichungen pixelweise und getrennt für die Hin- und Rückbewegung erfolgt, und bei dem zur Ermittlung der Abweichungen als Funktion der Zeit die den Pixeln zugeordneten Abweichungen für eine von Hin- und Rückbewegung in ihrer Reihenfolge umgekehrt und einer Folge der den Pixeln für die andere von Hin- und Rückbewegung zugeordneten Abweichungen vor- oder nach geordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Soll-Prüfbewegung durch eine Überlagerung von Frequenzkomponenten gegeben ist, zur Ermittlung wenigstens einer der Frequenzkomponenten der Ist-Bewegung eine Kreuzkorrelation der Ist-Bewegung oder der ermittelten Abweichungen mit einer der Frequenzkomponente entsprechenden harmonischer Funktion ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als zur Steuerung verwendete Parameter Amplituden und/oder Phasen von Frequenzkomponenten korrigiert werden, die vor der Korrektur in Überlagerung die vorgegebene Soll-Prüfbewegung wiedergeben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Korrektur der Übertragungsfunktion die Soll-Prüfbewegung durch diese beschreibende Frequenzkomponenten vorgegeben wird, durch Überlagerung der Frequenzkomponenten die Ansteuersignale gebildet werden, nach Ermittlung der Abweichungen wenigstens eine der Frequenzkomponenten geändert und durch Überlagerung der so erhaltenen Frequenzkomponenten geänderte Ansteuersignale gebildet werden, mittels der Vorrichtung ein weiteres Bild der Referenzprobe (2') mit vorgegebenen, durch die Vorrichtung abbildbaren Strukturen (36) erfaßt wird, indem einer vorgegebenen Soll-Prüfbewegung entsprechende Ansteuersignale erzeugt werden und der wenigstens eine Strahlengangabschnitt (4', 18') in Ansprechen auf die Ansteuersignale bewegt und dabei das weitere Bild erfaßt wird, aus dem erfaßten weiteren Bild weitere Abweichungen der Ist-Lagen der vorgegebenen Strukturen (36) der Referenzprobe (2') von vorgegebenen Soll-Lagen ermittelt werden, und aus den Abweichungen und den weiteren Abweichungen und der Änderung der Frequenzkomponente ein Wert der Übertragungsfunktion ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Referenzprobe (2') fest mit der Vorrichtung verbunden ist und zur Erfassung des Bildes der Referenzprobe (2') wenigstens ein Teil des bewegten Strahlengangabschnitts (4', 18') auf eine Referenzoptik der Vorrichtung zur Abbildung der Referenzprobe (2') auf die Erfassungseinrichtung (10) gelenkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Korrektur von Rückmeldesignalen eines Stellungssensors (32) einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes einer Probe (2) durch Abscannen der Probe (2) ein optischer Scanner (14) einen Abschnitt eines Strahlengangs der Vorrichtung gesteuert ablenkt und dazu einen Antrieb (30) und ein von dem Antrieb (30) angetriebenes, bewegbares strahlablenkendes Element (31) aufweist, bei dem der Stellungssensor (32) die Stellung des Antriebs (30) und/oder des strahlablenkenden Elements (31) erfaßt und ein die Stellung wiedergebendes Stellungssignal erzeugt, und bei dem das Stellungssignal, vorzugsweise unter Verwendung von mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ermittelten korrigierten zur Steuerung oder Regelung des Scanners (14) verwendeten Parameters oder korrigierten Übertragungsfunktion, so korrigiert wird, daß es die Ist-Bewegung des von dem Scanner (14) bewegten Strahlengangabschnitts (4', 18') wiedergibt.
Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes einer Probe (2) durch Abscannen der Probe (2), insbesondere Laser-Scanning-Mikroskop, mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung (10) zur Erfassung von sich entlang eines Abbildungsstrahlengangs von der Probe (2) zu der Erfassungseinrichtung (10) ausbreitender Detektionsstrahlung von der Probe (2) und Abgabe von Detektionssignalen, einem in einem Beleuchtungsstrahlengang von einer Beleuchtungseinrichtung (10) zu der Probe (2) und/oder in dem Abbildungsstrahlengang der Vorrichtung angeordneten optischen Scanner (14), der ein relativ zu der Vorrichtung bewegbares strahlablenkendes Element (31) und einen Antrieb zur gesteuerten Bewegung des strahlablenkenden Elements (31) in Ansprechen auf Ansteuersignale umfaßt, und einer Steuereinrichtung (8), die Ansteuersignale zur Ansteuerung des Antriebs (30, 33) erzeugt, wobei die Steuereinrichtung (8) so ausgebildet ist, daß sie zur Erfassung eines Bildes der Probe (2) entsprechend einer vorgegebenen Soll-Bewegung unter Verwendung von zur Steuerung und/oder Regelung verwendeten Parametern und/oder einer Übertragungsfunktion des Scanners (14) Ansteuersignale erzeugt, auf die hin der Antrieb das strahlablenkende Element (31) so bewegt, daß wenigstens ein Strahlengangabschnitt (4', 18') eines Beleuchtungsstrahlengangs der Vorrichtung von einer Beleuchtungseinrichtung (10) zu der Probe (2) und/oder eines Abbildungsstrahlengangs der Vorrichtung von der Probe (2) zu der Erfassungseinrichtung (10) entlang einer Bewegungsbahn über die Probe (2) geführt wird, wobei wenigstens Teile eines Bildes der Probe (2) mittels der Erfassungseinrichtung (10) erfaßt werden, die Steuereinrichtung (8) einen Eingang für Detektionssignale der Erfassungseinrichtung (10) aufweist, und die Vorrichtung weiter so ausgebildet ist, daß zur Korrektur einer Steuerung des Scanners (14) die Vorrichtung ein Bild einer vorgegebenen Referenzprobe (2') mit vorgegebenen, durch die Vorrichtung abbildbaren Strukturen (36) erfaßt, indem die Steuereinrichtung (8) einer vorgegebenen Soll-Prüfbewegung entsprechende Ansteuersignale erzeugt und der Antrieb wenigstens einen Strahlengangabschnitt (4', 18') in Ansprechen auf die Ansteuersignale bewegt, und die Erfassungseinrichtung (10) dabei das Bild erfaßt, und daß die Steuereinrichtung (8) aus dem erfaßten Bild eine Abweichung der Ist-Lagen der vorgegebenen Strukturen (36) der Referenzprobe (2') von vorgegebenen Soll-Lagen ermittelt, und in Abhängigkeit von den Abweichungen wenigstens einer der zur Steuerung und/ oder Regelung verwendeten Parameter oder die Übertragungsfunktion so korrigiert wird, daß bei Verwendung des korrigierten zur Steuerung oder Regelung verwendeten Parameters bzw. der korrigierten Übertragungsfunktion die Abweichung der Ist-Lage wenigstens einer der Strukturen (36) von der Soll-Lage der Struktur reduziert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Steuereinrichtung (8) so ausgebildet ist, daß die Soll-Prüfbewegung bei einer Hinbewegung von einer vorgegebenen ersten Endlage zu einer vorgegebenen zweiten Endlage und bei einer Rückbewegung von der zweiten Endlage aus entlang wenigstens eines Abschnitts der Bahn der Hinbewegung erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der Bilddaten nur in einem Nutzbereich erfaßt werden, der kleiner als das Doppelte einer vorgegeben Amplitude der Soll-Prüfbewegung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der die Steuereinrichtung (8) so ausgebildet ist, daß sie zur Ermittlung der Soll-Lagen wenigstens zweier der vorgegebenen Strukturen (36) die Ist-Lagen wenigstens einer der vorgegebenen Strukturen (36) der Referenzprobe (2') bei der Hin- und der Rückbewegung ermittelt und unter Verwendung der Ist-Lagen und vorgegebener Relativlagen der vorgegebenen Strukturen (36) der Referenzprobe (2') die Soll-Lagen wenigstens zweier der vorgegebenen Strukturen (36) ermittelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der die Steuereinrichtung (8) so ausgebildet ist, daß die Soll-Prüfbewegung eine im Erfassungsbereich wenigstens abschnittsweise geradlinig-gleichförmige Bewegung ist, in konstanten Zeitabständen sowohl bei der Hinals auch der Rückbewegung Intensitäten erfaßt und Orten auf der Referenzprobe (2') entsprechenden Pixeln zugeordnet werden, daß zur Ermittlung der Abweichungen die Abweichungen für Pixel mit jeweils gleichem Ort entlang der Soll-Bewegungsbahn sowohl bei der Hin- als auch der Rückrichtung ermittelt werden, und die Ermittlung der Abweichungen pixelweise und getrennt für die Hin- und Rückbewegung erfolgt, und daß zur Ermittlung der Abweichungen als Funktion der Zeit die den Pixeln zugeordneten Abweichungen für eine von Hin- und Rückbewegung in ihrer Reihenfolge umgekehrt und einer Folge der den Pixeln für die andere von Hin- und Rückbewegung zugeordneten Abweichungen vor- oder nach geordnet wird
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der die Steuereinrichtung (8) so ausgebildet ist, daß die Soll-Prüfbewegung durch eine Überlagerung von Frequenzkomponenten gegeben ist und die Steuereinrichtung (8) zur Ermittlung wenigstens einer der Frequenzkomponenten der Ist-Bewegung eine Kreuzkorrelation der Ist-Bewegung oder der ermittelten Abweichungen mit einer der Frequenzkomponente entsprechenden harmonischer Funktion ermittelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei der die Steuereinrichtung (8) so ausgebildet, daß als zur Steuerung verwendete Parameter Amplituden und/oder Phasen von Frequenzkomponenten korrigiert werden, die vor der Korrektur in Überlagerung die vorgegebene Soll-Prüfbewegung wiedergeben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, bei der die Steuereinrichtung (8) so ausgebildet ist, daß zur Korrektur der Übertragungsfunktion die Soll-Prüfbewegung durch diese beschreibende Frequenzkomponenten vorgegeben wird, durch Überlagerung der Frequenzkomponenten die Ansteuersignale gebildet werden, nach Ermittlung der Abweichungen wenigstens eine der Frequenzkomponenten geändert und durch Überlagerung der so erhaltenen Frequenzkomponenten geänderte Ansteuersignale gebildet werden, mittels der Vorrichtung ein weiteres Bild der Referenzprobe (2') mit vorgegebenen, durch die Vorrichtung abbildbaren Strukturen (36) erfaßt wird, indem einer vorgegebenen Soll-Prüfbewegung entsprechende Ansteuersignale erzeugt werden und der wenigstens eine Strahlengangabschnitt (4', 18') in Ansprechen auf die Ansteuersignale bewegt und dabei das weitere Bild erfaßt wird, aus dem erfaßten weiteren Bild weitere Abweichungen der Ist-Lagen der vorgegebenen Strukturen (36) der Referenzprobe (2') von vorgegebenen Soll-Lagen ermittelt werden, und aus den Abweichungen und den weiteren Abweichungen und der Änderung der Frequenzkomponente ein Wert der Übertragungsfunktion ermittelt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, bei der die Referenzprobe (2; 2') fest mit der Vorrichtung verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der eine Referenzoptik (40) zur Abbildung der Referenzprobe (2') auf die Erfassungseinrichtung (10) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, bei der ein optischer Scanner (14) einen Abschnitt eines Strahlengangs der Vorrichtung gesteuert ablenkt und dazu einen Antrieb und ein von dem Antrieb angetriebenes, bewegbares strahlablenkendes Element (31) aufweist, bei dem der Stellungssensor die Stellung des Antriebs und oder des strahlablenkenden Elements (31) erfaßt und ein die Stellung wiedergebendes Stellungssignal erzeugt, und bei dem das Stellungssignal so korrigiert ist, daß es die Ist-Bewegung des von dem Scanner (14) bewegten Strahlengangabschnitts (4', 18') wiedergibt.