專利名稱：使用波數(shù)域反射技術(shù)及背景振幅減少和補(bǔ)償?shù)亩鄬庸步垢缮骘@微術(shù)的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)本發(fā)明是由H.A.Hill申請(qǐng)的文檔號(hào)為5391-A-09，1998年6月2日遞交的申請(qǐng)序列號(hào)為09、089,105，題為“通過(guò)使用波數(shù)域反射技術(shù)及背景振幅減少和補(bǔ)償?shù)墓步垢缮骘@微術(shù)的多層、多跡道光盤(pán)訪問(wèn)”的共有未決的美國(guó)專利申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，而后者是1997年1月28日遞交的申請(qǐng)序列號(hào)為08/789,885(1998年6月2日授權(quán)，專利號(hào)為5,760,901(的題為“用于帶有背景振幅減少和補(bǔ)償?shù)墓步垢缮骘@微術(shù)的方法和設(shè)備”的共有未決的美國(guó)專利申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，它們被結(jié)合在此作為參考。
該申請(qǐng)要求由先前Henry A.Hill申請(qǐng)的于1999年3月18日遞交的未決的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)為60、125,057，題為“通過(guò)使用波數(shù)域反射技術(shù)及背景振幅減少和補(bǔ)償?shù)墓步垢缮骘@微術(shù)的多層、多跡道光盤(pán)訪問(wèn)”的美國(guó)專利申請(qǐng)的利益。
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及光學(xué)和聲學(xué)成橡，包括利用這些象來(lái)對(duì)生物樣品、晶片、集成電路、光盤(pán)和其他樣品進(jìn)行光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和抽取，及執(zhí)行活組織切片檢查。
本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及快速、精確地產(chǎn)生一個(gè)物體或其截面的在焦圖象的技術(shù)，其中來(lái)自離焦前景和/或背景光源的光信號(hào)對(duì)統(tǒng)計(jì)誤差和系統(tǒng)誤差的影響大部分已被消除。
共焦顯微鏡和共焦干涉顯微鏡例如在生命科學(xué)、生物樣品研究、工業(yè)檢驗(yàn)和半導(dǎo)體計(jì)量等領(lǐng)域有許多應(yīng)用。這是因?yàn)檫@些儀器具有獨(dú)特的三維成圖象能力。
或許當(dāng)離焦圖象造成的背景明顯強(qiáng)于在焦圖象信號(hào)時(shí)將遇到最困難的多維成圖象。當(dāng)研究厚樣品時(shí)，特別是當(dāng)共焦系統(tǒng)工作于反射模式而不是透射模式時(shí)，這種情況常常會(huì)出現(xiàn)。
有兩種一般的方法可以確定三維顯微鏡樣品的體特性。這兩種方法是基于普通顯微鏡和共焦顯微鏡的。一般地說(shuō)，相對(duì)于共焦顯微鏡方法而言，普通的顯微鏡方法獲取三維圖象的數(shù)據(jù)所需的時(shí)間較短，但處理這些數(shù)據(jù)所需的時(shí)間較長(zhǎng)。
在普通的成圖象系統(tǒng)中，當(dāng)被成圖象物體的某一部分沿軸向偏離其最佳聚焦位置時(shí)，圖象的對(duì)比度將下降但其亮度卻保持不變，所以圖象中的偏離、非聚焦部分將對(duì)物體的聚焦部分的觀察產(chǎn)生干擾。
如果已知系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，并且獲得了物體每個(gè)獨(dú)立斷面的圖象，則可以對(duì)這些圖象應(yīng)用已知的計(jì)算機(jī)算法來(lái)有效地除去離焦光所貢獻(xiàn)的信號(hào)，產(chǎn)生僅含在焦數(shù)據(jù)的象。這些算法叫做“計(jì)算機(jī)退卷積”，有幾種不同的類(lèi)型，為了獲得所希望的統(tǒng)計(jì)精度，一般需要昂貴的計(jì)算機(jī)設(shè)備，很長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間和大量的數(shù)據(jù)。
寬場(chǎng)方法(WFM)利用一個(gè)普通的顯微鏡相繼地獲取整個(gè)感興趣體積內(nèi)的一組相鄰焦平面的圖象。每個(gè)圖象都用一個(gè)致冷的電荷耦合器件(CCD)象傳感器記錄，其中包含同時(shí)來(lái)于在焦圖象面和離焦圖象面的數(shù)據(jù)。關(guān)于WFM請(qǐng)參見(jiàn)D.A.Agard(阿加德)和J.W.Sedat(塞達(dá)特)的論文“three-dimensional Analysis of BiologicalSpecimens Utilizing Image Processing Techniques(利用象處理技術(shù)對(duì)生物樣品的三維分析)”，Proc SPIE，264，110-117，1980；D.A.Agard、R.A.Steinberg(斯坦伯格)和R.M.Stroud(史屈勞德)的論文“Quantitative Analysis of EletrophoretogramsAMathematical Approach to Super-Resolution(電泳圖的定量分析一種超分辨的數(shù)學(xué)方法)”，Anal Biochem 111，257-268，1981；D.A.Agard、Y.Hiraoka(希拉奧卡)、P.Shaw(肖)和J.W.Sedat的論文“Fluorescence Microscopy in Three Dimensions(三維熒光顯微鏡)”，Methods Cell Biol 30，353-377，1998；D.A.Agard的論文“Optical Sectioning MicroscopyCellular Architecture inThree Dimensions(光學(xué)層析顯微鏡三維蜂窩體系)”，Annu.Rev.Biophys.Bioeng.13，191-219，1984；Y.Hiraoka、J.W.Sedat和D.A.Agard的論文“The Use of a Charge-Coupled Device forQuantitative Optical Microscopy of Biological Structure(利用電荷耦合器件的生物結(jié)構(gòu)定量光學(xué)顯微鏡)”，Sci，238，36-41，1987；以及W.Denk(鄧克)、J.H.Strickler(史曲列克勒)和W.W.Webb(韋伯)的論文“Two-Photon Laser Scanning FluorescenceMicroscopy(雙光子激光掃描熒光顯微鏡)”，Sci.248，73-76，1990。關(guān)于致冷的CCD象傳感器請(qǐng)參見(jiàn)J.Kristian(克里斯汀)和M.Blouke(勃魯克)的論文“Charge-coupled Devices in Astronomy(天文學(xué)中的電荷耦合器件)”，Sci.Am.247，67-74，1982。
激光計(jì)算層析技術(shù)已用普通顯微鏡實(shí)現(xiàn)。S.Kawata(卡瓦塔)、O.Nakamura(那卡姆拉)、T.Noda(挪達(dá))、H.Ooki(奧基)、K.Ogino(奧其諾)、Y.Kuroiwa(克勞依瓦)、和S.Minami(米那米)等人的論文“Laser Computed Tomography microscope(激光計(jì)算層析顯微鏡)”(Appl.Opt.29，3805-3809，1990)中所討論的系統(tǒng)基于一種與X射線計(jì)算層析技術(shù)緊密相關(guān)的原理，但它不是采用二維分層重建，而采用了三維體重建。一個(gè)厚的三維樣品的一些投影象由一個(gè)修改成帶有傾斜照明系統(tǒng)的普通透射式顯微鏡獲取，而樣品內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)則由計(jì)算機(jī)重建。其中獲取數(shù)據(jù)所需的時(shí)間短于處理三維圖象數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。S.Kawata等人的上述論文中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于80×80×36體圖象素(voxel)的重建需要幾分鐘的時(shí)間來(lái)獲取全部投影圖和把它們送于微型計(jì)算機(jī)。其后，為了獲得重建的數(shù)字象約需30分鐘，雖然他們使用了一個(gè)速度為每秒2千萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算(20MFLOPS)的矢量處理器。
在普通的點(diǎn)或針孔共焦顯微鏡中，來(lái)自一個(gè)點(diǎn)光源的光被聚焦在一個(gè)稱之為斑(spot)的十分小的空間內(nèi)。顯微鏡把由這個(gè)斑反射、散射、或透射的光聚焦到一個(gè)點(diǎn)狀檢測(cè)器上。在反射型點(diǎn)共焦顯微鏡中，入射光被樣品的位于斑中的那一部分反射或后向散射。樣品的位于斑外的部分所反射或后向散射的光都不能聚焦在檢測(cè)器上，于是這些光將彌散，使得點(diǎn)檢測(cè)器只接收到這些反射或后向散射光的一小部分。在透射型點(diǎn)共焦顯微鏡中，除了在樣品的斑部分被散射或吸收之外，入射光將被透射。通常，點(diǎn)光源和點(diǎn)檢測(cè)器可以分別用在普通的光源和普通的檢測(cè)器前面放置一個(gè)帶針孔的掩膜來(lái)近似。
類(lèi)似地，在普通地狹縫共焦顯微鏡系統(tǒng)中，來(lái)自一個(gè)線光源的光被聚焦在一個(gè)十分狹長(zhǎng)的空間內(nèi)，這個(gè)空間也叫做斑。狹縫共焦顯微鏡把自這個(gè)斑反射、散射、或透射的光聚焦在一個(gè)線檢測(cè)器上。線光源和線檢測(cè)器可分別用在普通的光源前面放置一個(gè)帶狹縫的掩膜和一排普通的檢測(cè)器來(lái)近似?；蛘?，線光源也可以用一個(gè)聚焦激光束掃描被成圖象或被檢驗(yàn)物體來(lái)近似。
由于只有物體的一小部分被共焦顯微鏡成圖象，所以為了獲得足夠的象數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生物體的完整二維或三維影圖象，被成圖象物體必須運(yùn)動(dòng)，或者光源和檢測(cè)器必須運(yùn)動(dòng)。以往，為了獲得二維圖象數(shù)據(jù)的相繼各線，狹縫共焦顯微鏡使物體沿著垂直于狹縫的方向線性運(yùn)動(dòng)。另一方面，為了獲取二維圖象數(shù)據(jù)只有一個(gè)針孔的點(diǎn)共焦系統(tǒng)必需按二維方式運(yùn)動(dòng)；而為了獲取一組三維圖象數(shù)據(jù)它必須按三維方式運(yùn)動(dòng)。典型地，先把原始象數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)，然后再對(duì)它們進(jìn)行處理以獲得被檢驗(yàn)或被成圖象物體的二維截面(two-dimensionalsection)或三維圖象。由于相對(duì)于普通顯微鏡來(lái)說(shuō)離焦圖象的敏感度被降低，所以對(duì)于一定量的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)精度得到了改善，并且與處理由普通顯微術(shù)方法獲得的數(shù)據(jù)相比，所需的處理操作被大為簡(jiǎn)化。
在一種稱之為“串聯(lián)掃描光學(xué)顯微鏡(TSOM)”的系統(tǒng)中，在一個(gè)尼普科(Nipkow)圓盤(pán)上蝕刻了照明和檢測(cè)器針孔的一個(gè)螺旋形圖形，當(dāng)該圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)靜止的物體將被二維掃描，請(qǐng)參見(jiàn)M.Pe’tran(杯特蘭)和Hadravsky(哈德拉夫斯基)的論文“Tandem-Scanning Reflected-Light Microscope(串聯(lián)掃描反射光顯微鏡)”，J.Opt.Soc.A.58(5)661-664(1968)；和G.Q.Xiao(肖)、T.R.Corle(考爾)和G.S.Kino(基諾)的論文“Real-Time ConfocalScanning Optical Microscope(實(shí)時(shí)共焦掃描光學(xué)顯微鏡)”，Appl.Phys.Lett.53，716-718(1988)。從光學(xué)處理的角度看，TSOM基本上是一個(gè)單點(diǎn)共焦顯微鏡，其中帶有一個(gè)能有效地逐點(diǎn)掃描一個(gè)二維截面的裝置。
從下述兩項(xiàng)工作中可以發(fā)現(xiàn)兩種能減少用共焦系統(tǒng)獲取二維圖象所需的掃描量的技術(shù)的例子H.J.Tiziani(梯齊尼)和H.-M.Uhde(烏德)的論文“three-dimensional Analysis by a Microlens-ArrayConfocal Arrangement(用微透鏡陣列共焦布局進(jìn)行三維分析)”，Appl.Opt.33(4)，567-572(1994)；以及P.J.Kerstens(克爾斯登斯)，J.R.Mandeville(曼德維爾)和F.Y.Wu(吳)的專利“Tandem LinearScanning Confocal Imaging Systems With Focal Volumes atDifferent Heights(具有不同高度處的聚焦體積的串聯(lián)線性掃描共焦成圖象系統(tǒng))”，美國(guó)專利No.5,248,876，發(fā)布于1993年9月。上述Tiziani和Uhde論文中的微透鏡共焦布局的離焦圖象鑒別能力與在一個(gè)共焦系統(tǒng)中使用多針孔光源和多元素檢測(cè)器的情況相同。這種系統(tǒng)可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)點(diǎn)，但其代價(jià)是降低鑒別離焦圖象的能力。微透鏡的密度愈大，系統(tǒng)鑒別離焦圖象的能力愈差。從而為得到三維圖象所需的計(jì)算機(jī)退卷積的復(fù)雜程度和成本將愈大。此外，Tiziani和Uhde上述論文的系統(tǒng)在軸向范圍上受到嚴(yán)重限制。這個(gè)范圍不能超過(guò)微透鏡的焦距，而在一定的數(shù)值孔徑下該焦距是正比于微透鏡的直徑的。因此，隨著微透鏡密度的增大，所容許的軸向范圍將相應(yīng)地減小。
在上述Kerstens等人的專利的系統(tǒng)中，為了能同時(shí)檢測(cè)多個(gè)點(diǎn)，需在共焦布局中引入多個(gè)針孔和多個(gè)相匹配的針孔檢測(cè)器。然而，如上一段所指出的，這一得益的代價(jià)是降低對(duì)離焦圖象的鑒別能力，結(jié)果將使后續(xù)計(jì)算機(jī)退卷積所需的復(fù)雜程度和成本增大。針孔的密度愈高，系統(tǒng)鑒別離焦圖象的能力將愈差。最高鑒別能力只能在僅使用一個(gè)針孔時(shí)才能達(dá)到。
在T.Zapf(柴普夫)和R.W.Wijnaendts-van-Resandt(維納恩茨、凡、雷森特)的論文“Confocal Laser Microscope For SubmicronStructure Measurement(用于亞微米結(jié)構(gòu)測(cè)量的共焦激光顯微鏡)”，Microelectronic Engineering 5，573-580(1986)；以及J.T.Lindow(林多)、S.D.Bennett(貝內(nèi)特)和I.R.Smith(史密斯)的論文“ScannedLaser Imaging for Integrated Circuit Metrology(用于集成電路測(cè)量的激光掃描成圖象)”，Proc.SPIE，565，81-87(1985)中，建議應(yīng)用共焦顯微鏡來(lái)檢驗(yàn)電子電路。共焦系統(tǒng)所具有的軸向鑒別能力使它們可使用于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域。例如，這種系統(tǒng)能改善與高度有關(guān)的特性的檢測(cè)，例如，脫層、起泡、以及結(jié)構(gòu)和鍍層的厚度等。不過(guò)，用共焦成圖象系統(tǒng)檢測(cè)電子電路也會(huì)引起一些問(wèn)題。例如，單針孔系統(tǒng)需要太長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)對(duì)物體進(jìn)行兩個(gè)方向的掃描。用于使激光束對(duì)物體進(jìn)行掃描的光系統(tǒng)太復(fù)雜；而且以往TSOM所采用的旋轉(zhuǎn)盤(pán)方法有對(duì)準(zhǔn)和維護(hù)問(wèn)題。
所需不同深度斷面的數(shù)目(從而所需收集的象數(shù)據(jù)的量)取決于必需測(cè)量的高度范圍以及所希望的高度分辨率和光學(xué)系統(tǒng)性能。對(duì)于典型的電子電路檢測(cè)，一般需要10至100個(gè)不同深度斷面的象。此外，為了區(qū)分不同的材料，可能還需要有幾個(gè)顏色波段下的數(shù)據(jù)。在共焦成圖象系統(tǒng)中，對(duì)于每一個(gè)希望的高度都需要一次獨(dú)立的二維掃描。如果希望有多個(gè)顏色波段，則對(duì)每個(gè)高度還需要多次二維掃描。通過(guò)移動(dòng)聚焦點(diǎn)高度，可以從一些相鄰平面得到類(lèi)似的數(shù)據(jù)，從而獲得一組三維強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
這樣，沒(méi)有一種以往技術(shù)的共焦顯微鏡系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)得能實(shí)現(xiàn)快速的和/或可靠的三維層析成圖象，在檢測(cè)或成圖象領(lǐng)域中更是如此。
雖然共焦方法是比較直接和工作較好的，例如被著色的結(jié)構(gòu)有高濃度時(shí)的共焦熒光工作，但普通的顯微術(shù)方法仍然有一些實(shí)際優(yōu)點(diǎn)。其中最重要的是，后者可以使用由紫外(UV)范圍輻射激發(fā)的染料，它們常常顯得比由可見(jiàn)光激發(fā)的染料更為穩(wěn)定和更為高效。雖然可以用UV激光器作為共焦顯微鏡的光源，或者用“雙光子”技術(shù)由紅外(IR)光激發(fā)UV染料，但這些技術(shù)需要昂貴的成本并存在實(shí)際困難。關(guān)于使用UV激光器作為光源請(qǐng)參見(jiàn)二M.Montag(蒙塔格)、J.Kululies(科羅列斯)、R.Jorgens(約更斯)、H.Gundlach(貢德拉赫)、M.F.Trendelduberg(特萊恩德倫堡)、和H.Spring(史潑林)的論文“Working with the Confocal Scanning UV-LaserMicroscopeSpecific DNA Localization at High Sensitivity andMultiple-Parameter Fluorescence(共焦掃描UV激光顯微鏡的使用高靈敏度和多參數(shù)熒光下的特定DNA的定位)”，J.Microsc(Oxford)163(Pt.2)，201-210，1991；K.Kuba(庫(kù)巴)、S-Y.Hua(華)和M.Nohmi(諾米)的論文“Spatial and Dynamic Changes inIntracellular Ca2+Measured by Confocal Laser-ScanningMicroscopy in Bullfrog Sympathetic Ganglion Cells(用共焦激光掃描顯微鏡在牛蛙交感神經(jīng)細(xì)胞中測(cè)得的細(xì)胞內(nèi)Ca2+離子的空間和動(dòng)態(tài)變化)，”Neurosci，Res，10，245-249，1991；C.Bliton(勃列登)、J，Lechleiter(萊史賴特)、和D.E.Clapham(克萊法姆)的論文“OpticalModifications Enabling Simultaneous Confocal Imaging With DyesExcited by Ultraviolet-and Visible-Wave-length light(能用由紫外和可見(jiàn)波長(zhǎng)光激發(fā)的染料實(shí)現(xiàn)同時(shí)共焦成圖象的光學(xué)修改)”，J，Microsc.169(Pt.1)，15-26，1993。關(guān)于雙光子技術(shù)紅外光激發(fā)請(qǐng)參見(jiàn)前述W.Denk等人的論文。
此外，普通顯微系統(tǒng)中所使用的致冷CCD檢測(cè)器是并行地采集數(shù)據(jù)，而不是圖象共焦顯微鏡系統(tǒng)中的光電倍增管(PMT)那樣串行地采集數(shù)據(jù)。因此，如果能使CCD更快速地讀出數(shù)據(jù)而不降低其性能，那末盡管計(jì)算機(jī)退卷積計(jì)算所需的時(shí)間意味著在把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能實(shí)際看到的三維圖象這前還可能會(huì)有一個(gè)額外的時(shí)間延遲，普通顯微鏡系統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)記錄速度也仍可明顯高于共焦顯微鏡系統(tǒng)。
當(dāng)在用來(lái)并行地記錄二維數(shù)據(jù)陣列的CCD與狹縫或針孔共焦顯微鏡之間作出決時(shí)，關(guān)系到統(tǒng)計(jì)精度的信噪比也是必需要考慮的。二維CCD圖象素的阱容量為20萬(wàn)個(gè)電子的量級(jí)。與其他諸如PMT或光電壓效應(yīng)器件這類(lèi)光(電子)發(fā)射檢測(cè)器所能達(dá)到的統(tǒng)計(jì)精度相比，這個(gè)量級(jí)限制了單次曝光CCD所能達(dá)到的統(tǒng)計(jì)精度。結(jié)果，對(duì)于那些離焦背景貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于在焦圖象信號(hào)的應(yīng)用情況，如果所有其他方面的考慮都相同的話，則關(guān)于信噪比的考慮將導(dǎo)致這樣的結(jié)論狹縫共焦顯微鏡中的一維并行數(shù)據(jù)記錄將優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡中的二維數(shù)據(jù)記錄；或者，單針孔共焦顯微鏡中的逐點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄將優(yōu)于狹縫共焦顯微鏡中的一維并行數(shù)據(jù)記錄。
雖然關(guān)于以信噪比度量的統(tǒng)計(jì)精度的考慮將影響系統(tǒng)的選擇，例如狹縫共焦顯微鏡優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡，或單針孔共焦顯微鏡優(yōu)于狹縫共焦顯微鏡，但所選系統(tǒng)中來(lái)自離焦圖象的剩余信號(hào)仍可能相近于或大于在焦信號(hào)。例如當(dāng)以光學(xué)波長(zhǎng)檢測(cè)生物樣品深部時(shí)因光輻射的散射遠(yuǎn)大于吸收，就會(huì)出現(xiàn)上述情況。在這種情形下將會(huì)需要長(zhǎng)時(shí)間的計(jì)算機(jī)退卷積，也就是說(shuō)該時(shí)間要長(zhǎng)于獲取數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。應(yīng)該指出，不論對(duì)于單針孔共焦顯微鏡還是狹縫共焦顯微鏡，在尋找遠(yuǎn)小于剩余離焦象信號(hào)的在焦象信號(hào)時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)上述情況。
雖然使來(lái)自CCD檢測(cè)器的信號(hào)精確地?cái)?shù)字化要比來(lái)自PMT的信號(hào)容易，但PMT是一個(gè)能被精確標(biāo)定特性的單一器件而CCD則實(shí)際上是一個(gè)許多分立檢測(cè)器的大陣列，而且還存在著與校正標(biāo)志其工作特性的圖象素間的靈敏度和偏置差異相關(guān)的附加噪聲。其中關(guān)于CCD信號(hào)數(shù)字化問(wèn)題請(qǐng)參見(jiàn)J.B.Pawley(泡利)的論文“Fundamental andPractical Limits in Confocal Light Microscopy(共焦光顯微術(shù)中的基本限制和實(shí)際限制)”，Scanning 13，184-198，1991)；關(guān)于附加噪聲問(wèn)題請(qǐng)參見(jiàn)前述Y.Hiraoka等人的論文；J.E.Wampler(汪普勒)、和K.Kutz(庫(kù)茨)的論文“Quantitative Fluorescence MicroscopyUsing Photomultiplier Tubes and Imaging Detectors(采用光電倍增管和成圖象檢測(cè)器的定量熒光顯微術(shù))”，Methods CellBiol.29，239-267，1989；Z.Jericevic(日里塞維奇)、B.Wiese(維斯)、J.Bryan(勃萊恩)和L.C.Smith(史密斯)的論文“Validationof an Imaging SystemSteps to Evaluate and Validate a MicroscopeImaging System for Quantitative Studies(一種成圖象系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)和實(shí)現(xiàn)用于定量研究的顯微鏡成圖象系統(tǒng)的步驟)”，MethosCell Biol 30，47-83，1989。
應(yīng)該指出，由于致冷CCD檢測(cè)器是最適合于那些利用旋轉(zhuǎn)盤(pán)上的一些孔來(lái)完成掃描功能的共焦顯微鏡的光檢測(cè)器，所以不應(yīng)該認(rèn)為上述用于三維顯微術(shù)的兩種方法中的兩類(lèi)光檢測(cè)器之間的差異是完全的。
另一種稱之為“光學(xué)相干域反射測(cè)量術(shù)”(OCDR)的技術(shù)已被用來(lái)獲取關(guān)于一個(gè)系統(tǒng)的三維性質(zhì)的信息。這個(gè)方法在以下論文中有所描述(1)R.C.Young quist(揚(yáng)奎斯特)、S.Carr(卡爾)、和D.E.N.Davies(戴維斯)的“Optical Coherence-DomainReflectometryA New Optical Evaluation Technique(光學(xué)相干域反射測(cè)量術(shù)一種新的光學(xué)評(píng)估技術(shù))”，Opt.Lett.12(3)，158-160(1987)；(2)K.Takada(塔卡達(dá))、I.Yokohama(約科哈馬)、K、Chida(契達(dá))、和J.Noda(挪達(dá))的“New Measurement System for FaultLocation in Optical Waveguide Devices Based on anInterforometric Technique(用于測(cè)量光波導(dǎo)器件錯(cuò)位的一種基于干涉測(cè)量術(shù)的新測(cè)量系統(tǒng))”，Appl.Opt.26(9)，1603-1606(1987)；(3)B.L.Danielson(丹尼爾遜)和C.D.Whittenberg(威吞伯格)的“Guided-Wave Reflectometry with Micrometer Resolution(具有微米分辨率的導(dǎo)波反射測(cè)量術(shù))”，Appl.Opt.26(14)，2836-2842(1987)。OCDR方法與相干光學(xué)時(shí)域反射測(cè)量術(shù)(OTDR)技術(shù)的區(qū)別在于，前者使用一個(gè)短相干長(zhǎng)度的寬帶連續(xù)波光源來(lái)替代后者的脈沖光源。光源發(fā)出的光束進(jìn)入一個(gè)干涉儀，該干涉儀的一臂含有一個(gè)可動(dòng)反射鏡，由此反射鏡反射的光形成參考光束，而干涉儀的另一臂則包含了待測(cè)光學(xué)系統(tǒng)。來(lái)自兩個(gè)臂的相干混合反射光中的干涉信號(hào)用通常的外差方法探測(cè)，產(chǎn)生希望得到的關(guān)于該光系統(tǒng)的信息。
OCDR技術(shù)中后向散射信號(hào)的外差探測(cè)是用“白光干涉術(shù)”完成的，其中光束被分解到干涉儀的兩個(gè)臂中，分別被可調(diào)反射鏡和后向散射地點(diǎn)反射，再被相干地結(jié)合。這個(gè)方法利用了這樣一個(gè)事實(shí)僅當(dāng)兩個(gè)臂之間的光程差小于光束的相干長(zhǎng)度時(shí)才會(huì)在重新結(jié)合的光束中出現(xiàn)干涉條紋。上述參考文獻(xiàn)(1)和(3)中所描述的OCDR系統(tǒng)利用了這一原理，并且文獻(xiàn)(3)示出了通過(guò)掃描可調(diào)反射鏡和測(cè)量重新結(jié)合信號(hào)的強(qiáng)度所得到的關(guān)于被測(cè)系統(tǒng)內(nèi)光纖縫隙的干涉圖。文獻(xiàn)(1)還描述了一種經(jīng)修改的方法，其中讓參考臂中的反射鏡以可控的頻率和振幅振蕩，以引起參考信號(hào)中的多普勒頻移，同時(shí)重新結(jié)合的信號(hào)則被導(dǎo)入一個(gè)濾波電路，以探測(cè)拍頻信號(hào)。
文獻(xiàn)(2)中說(shuō)明了該技術(shù)的另一種變體，其中參考臂反射鏡位置固定，而且兩臂之間的光程差可以超過(guò)相干長(zhǎng)度、然后結(jié)合的信號(hào)被導(dǎo)入第二個(gè)邁克耳遜干涉儀，其中有兩個(gè)反射鏡，一個(gè)的位置固定，而另一個(gè)則是可移動(dòng)的。掃描該可移動(dòng)反射鏡，使得當(dāng)它位于一些對(duì)應(yīng)于各個(gè)散射地點(diǎn)的分立位置處時(shí)，第二干涉儀兩臂間的光程差將會(huì)補(bǔ)償前述后向散射信號(hào)與參考信號(hào)之間的相位延遲。實(shí)際上是利用光纖中的一個(gè)壓電換能調(diào)制器對(duì)來(lái)自后向反射地點(diǎn)的信號(hào)加上一個(gè)確定頻率的振蕩相位變化，從而引導(dǎo)到上述補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)。來(lái)自第二邁克耳遜干涉儀的輸出信號(hào)被饋送給一個(gè)鎖相放大器，后者同時(shí)探測(cè)壓電換能器調(diào)制和由掃描反射鏡運(yùn)動(dòng)所引起的多普勒頻移。這一技術(shù)已被用來(lái)測(cè)量玻璃波導(dǎo)中的不規(guī)則性，分辨率高達(dá)15μm。請(qǐng)參見(jiàn)K.Takaca、N.Takato、J.Noda、和Y.Noguchi的論文“Characterization ofSilica-Based Wave guides with a Interferometric OpticalTime-Domain Reflectometry System Using a 1.3μm-WavelengthSuperluminescent Diode(借助于采用1.3μm波長(zhǎng)超發(fā)光二極管的干涉光學(xué)時(shí)域反射測(cè)量術(shù)系統(tǒng)的硅基波導(dǎo)特性標(biāo)定)”，Opt.Lett.14(13)，706-708(1989)。
OCDR的另一種變體是雙光束部分相干干涉儀(PCI)，它已被用來(lái)測(cè)量眼睛中各個(gè)底層的厚度，請(qǐng)參見(jiàn)W.Drexler(德萊克斯勒)、C.K.Hitzenberger(希陳伯格)、H.Sattmann(薩特曼)、和A.F.Fercher(費(fèi)歇爾)的論文“Measurement of the Thickness of Fundus Layersby Partial Coherence Topography(用部分相干層析術(shù)測(cè)量眼底層厚度)”，Opt.Eng.34(3)，701-710(1995)。在Drexler等人所用的PCI中，一個(gè)外部的邁克耳遜干涉儀把一個(gè)具有高空間相干性但相干長(zhǎng)度十分短(15μm)的光束分解成兩部分參考光束(1)和測(cè)量光束(2)。在該干涉儀的出口處，這兩個(gè)成份又被合成一個(gè)共軸的雙光束。這兩個(gè)具有兩倍于干涉儀臂長(zhǎng)差的光程差的光束用來(lái)照明眼睛并在幾個(gè)眼內(nèi)界面處被反射，其中，這些界面是不同折射率媒質(zhì)之間的分界面。因此每個(gè)光束成份(1和2)都被這些界面的反射進(jìn)一步分解成一些子成份。被反射的各個(gè)子成份在一個(gè)光檢測(cè)器上疊加。如果眼內(nèi)兩個(gè)界面之間的光學(xué)距離等于干涉儀臂長(zhǎng)差的兩倍，則有兩個(gè)成份將經(jīng)歷了相同的總光程長(zhǎng)度，結(jié)果發(fā)生干涉。每當(dāng)觀察到干涉圖案時(shí)，所對(duì)應(yīng)的干涉儀臂長(zhǎng)差的值將等于一個(gè)眼內(nèi)光學(xué)長(zhǎng)度。如果附近沒(méi)有強(qiáng)的反射，則這些界面的絕對(duì)位置能在眼的自然狀態(tài)下以5μm的精度確定。可是，PCI因物體在三維掃描所需時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)而受到限制。
OCDR的另一種變體叫做光學(xué)相干層析術(shù)(OCT)，它已被報(bào)導(dǎo)用于現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)膜成圖象，請(qǐng)參見(jiàn)E.A.Swanson(史汪遜)、J.A.Izatt(依扎F)、M.R.Hee(希)、D.Huang(黃)、C.P.Lin(林)、J.S.Schuman(舒曼)、C.A.Puliafito(普里阿費(fèi)托)、和J.G.Fujimoto(富士莫托)的論文“In Vivo Retinal Imaging by Optical Coherence Tomography(利用光學(xué)相干層析術(shù)的自然狀態(tài)網(wǎng)膜成圖象)”，Opt.Lett.18(21)，1864-1866(1993)和E.A.Swanson、D.Huang、J.G.Fujimoto、C.A.Puliafito、C.P.Lin、和J.S.Schuman的美國(guó)專利“Method andApparatus for Optical Imaging with Means for Controlling theLongitudinal Range of the Sample(利用控制樣品縱向范圍的裝置的光學(xué)成圖象方法和設(shè)備)，”美國(guó)專利號(hào)No.5,321,501，1994年6月14日頒發(fā)。上述所引起的專利描述了用來(lái)對(duì)一個(gè)樣本進(jìn)行光學(xué)成圖象的一種方法和設(shè)備，其中，在樣品中的縱向掃描或定位是通過(guò)改變導(dǎo)向樣品和導(dǎo)向一個(gè)參考反射鏡的相對(duì)光程長(zhǎng)度，或者通過(guò)改變?cè)O(shè)備光源的輸出的光學(xué)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)樣品的一維或二維橫向掃描是這樣實(shí)現(xiàn)的。提供樣品與一個(gè)探測(cè)模塊之間在橫向方向上的受控相對(duì)運(yùn)動(dòng)，和/或把探測(cè)模塊內(nèi)的光輻射導(dǎo)向一個(gè)所選的橫向位置。所報(bào)告的高靈敏度時(shí)的空間分辨率＜20μm(動(dòng)態(tài)范圍100dB)。不過(guò)，該OTC因物體在三維掃描所需的時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)而受到限制。
當(dāng)需要非接觸測(cè)量方法時(shí)，光學(xué)干涉輪廓儀被廣泛用來(lái)測(cè)量物體表面的三維輪廓。典型地，這些輪廓儀采用移相干涉測(cè)量(PSI)技術(shù)，并且速度快、精度高和重復(fù)性好，但它要求被測(cè)表面相對(duì)于光源平衡波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)是光滑的。由于干涉的循環(huán)性質(zhì)，使用單波長(zhǎng)測(cè)量將不能唯一地求得大于四分之一波長(zhǎng)(典型地約為150nm)的表面不連續(xù)性。多波長(zhǎng)測(cè)量可以擴(kuò)大這一范圍，但對(duì)波長(zhǎng)精度和環(huán)境穩(wěn)定性的要求將是嚴(yán)格的，見(jiàn)美國(guó)專利No.4,340,3061982年7月20授予N.Balasubramanian(巴拉蘇巴拉曼尼恩)，標(biāo)題為“Optical System forSurface Topography Measurement(用于表面形狀測(cè)量的光學(xué)系統(tǒng))”。
基于掃描白光干涉儀(SWLI)的輪廓儀在測(cè)量粗糙或不連續(xù)表面方面克服了普通PSI輪廓儀的限制性。許多文獻(xiàn)詳細(xì)地說(shuō)明了這個(gè)技術(shù)，例如見(jiàn)L.Deck(德克)和P.de Groot(德格魯特)在Appl.Opt.33(31)，7334-7338(1994)上發(fā)表的論文中的參考文獻(xiàn)2-7。這些輪廓儀典型地是一邊軸向地移動(dòng)一個(gè)被寬帶光源照明的等光程干涉儀的一臂，一邊記錄某一對(duì)比參考特征(即峰值對(duì)比或峰坑點(diǎn))的位置。這種技術(shù)的一個(gè)共同問(wèn)題是，為了實(shí)時(shí)地計(jì)算每一點(diǎn)的對(duì)比需要大量的計(jì)算。由于分立的采樣間隔，僅僅計(jì)算對(duì)比往往是不夠精確的，這使得不是必需增加采樣密度就是必需采用插值技術(shù)，總之將進(jìn)一步減慢獲取過(guò)程。相干探測(cè)顯微鏡(CPM)是這類(lèi)輪廓儀的一個(gè)例子，請(qǐng)參見(jiàn)于1989年4月4日授予M.Davidson(戴維遜)的美國(guó)專利No.4,818,110，標(biāo)題為“Method and Apparatus of Using aTwo Beam Interference Microscope for Inspection of IntegratedCircuits and the Like(利用雙光束干涉顯微鏡檢測(cè)集成電路等的方法和設(shè)備)”；M.Davidson、K.Kaufman(考夫曼)、I.Mazor(馬佐)和F.Cohen(科恩)的論文“An Application of InterferenceMicroscope to Integrated Circuit Inspection and Metralogy(干涉顯微鏡應(yīng)用于集成電路檢驗(yàn)和測(cè)量)”，Proc SPIE，775，233-247(1987)；以及1992年5月12日授予M.Davidson、K.Kaufman和I.Mazor的美國(guó)專利No.5,112,129，標(biāo)題“Method of ImageEnhancement for the Coherence Probe Microscope with Applicationsto Integrated Circuit Metrology(相干探測(cè)顯微鏡應(yīng)用于集成電路測(cè)量時(shí)的象增強(qiáng)方法)”。一般地說(shuō)輪廓儀，以及特殊地說(shuō)CPM，它們都不能對(duì)三維物體工作；帶有普通干涉顯微鏡所典型具有的背景；對(duì)振動(dòng)敏感；以及需要大量的計(jì)算機(jī)分析。
基于三角測(cè)量的輪廓儀也克服了常規(guī)的PSI輪廓儀的許多限制但也具有高度及水平空間分辨率降低的缺點(diǎn)且具有形成圖象外的大背景。這種技術(shù)的應(yīng)用請(qǐng)參見(jiàn)G.Hausler(豪斯勒)和D.Ritter(瑞特)的論文“Parallel Three-Dimensional Sensing by ColorcodedTriangulation(通過(guò)彩色編碼的三角測(cè)量的平行三維檢測(cè))”Appl.Opt.，32(35)，7164-7169(1993)。G.Hausler和D.Ritter使用的該方法是基于以下原理一白光的彩色頻譜通過(guò)來(lái)自某一方向的照明而被成象到物體上。自不同于該照明方向的一觀察方向，該物體通過(guò)一彩色TV被觀察。各象素的色彩(色相)是其距一基準(zhǔn)平面的距離的量度。該距離可通過(guò)一電耦合器件(CCD)照相機(jī)的三色(紅—綠—藍(lán))輸出信道而被估算且該估算可實(shí)時(shí)地在TV內(nèi)被實(shí)現(xiàn)。然而，高度和一水平空間維度中的分辨率被顯著地減低到用PSI和SWLI實(shí)現(xiàn)的分辨率之下，有一大背景，且該三角測(cè)量輪廓儀具有非干涉測(cè)量技術(shù)的噪聲特性。而且，該三角測(cè)量輪廓儀被限制于表面輪廓成型。
白光干涉測(cè)量術(shù)(WLI)所遇到的問(wèn)題之一是相位不確定性問(wèn)題。針對(duì)相位不確定性問(wèn)題的一種已受到人們注意的輪廓測(cè)量方法是J.Schwider(史維德?tīng)?和L.Zhou(周)在一篇標(biāo)題為“DispersiveInterferometric Profilemeter(色散干涉輪廓儀)”(Opt.Lett.19(13)，995-997，1994)的論文中所提出的色散干涉輪廓儀(DIP)方法。關(guān)于WLI的一種類(lèi)似方法也還被U.Schuell(史奈耳)、E.Zimmermann(齊末曼)和R.Dandliker(但德里克)在標(biāo)題為“AbsoluteDistance Measurement with Synchronously Sampled White-LightChannelled Spectrum Inter-ferometry(利用同步采樣白光溝通光譜干涉測(cè)量術(shù)的絕對(duì)距離測(cè)量)”(Pure Appl.Opt.4，643-651，1995)的論文中作過(guò)報(bào)導(dǎo)。
一般而言，相位不確定性問(wèn)題完全可以通過(guò)使用DIP來(lái)避免。在DIP設(shè)備中，一個(gè)來(lái)自白光光源的平行光束垂直地入射到一個(gè)位于消色差顯微物鏡前方的菲索(Fizeau)干涉儀的真實(shí)光楔板上。菲索干涉儀由該參考平板的內(nèi)表面和物體表面形成。然后光被反射回到一個(gè)光柵光譜儀的狹縫上，光柵光譜儀將使當(dāng)時(shí)尚看不見(jiàn)的干涉條紋圖集發(fā)生色散，并把光譜投射到一個(gè)線性陣列檢測(cè)器上。在該檢測(cè)器上將呈現(xiàn)出由光譜儀狹縫所選出的表面上每個(gè)點(diǎn)的菲索干涉儀空氣隙的色散光譜?？梢岳貌├锶~變換和濾波方法來(lái)評(píng)估條紋圖案，以從楔形干涉圖的強(qiáng)度分布得到相位信息。
雖然使用了DIP可以避免相位不確定性問(wèn)題，但DIP并不適合于那些需要檢測(cè)三維物體的應(yīng)用。這是因?yàn)樵贒IP中必然存在由離焦圖象所產(chǎn)生的較大的背景。這一背景問(wèn)題與試圖利用標(biāo)準(zhǔn)干涉顯微鏡產(chǎn)生三維圖象時(shí)所面臨的背景問(wèn)題是相當(dāng)?shù)摹?br> 在授予A.E.Dixon(迪克森)，S.Damaskinos(德馬斯科諾斯)及J.W.Bowron(勃洛恩)等人的題為“Apparatus and Method forSpatially-and Spectrally-resolved Measurements(用于空間及光譜分辨的測(cè)量的設(shè)備和方法)”的美國(guó)專利號(hào)No.5,192,980中公開(kāi)了一種用于進(jìn)行自一樣品反射、發(fā)射或散射的光的光譜分辨的測(cè)量的設(shè)備和技術(shù)。在Dixon等人的該設(shè)備和方法的一組實(shí)施例中，一樣品的特性通過(guò)自該樣品反射、發(fā)射或散射的光的強(qiáng)度而被特征化，其中該設(shè)備和方法包括非相干、非共焦型，在檢測(cè)器前有一擴(kuò)散元件。Dixon等人的該組實(shí)施例具有標(biāo)準(zhǔn)的顯微鏡固有的離焦象大背景，該組實(shí)施例是非共焦型的。
Dixon等人的設(shè)備和方法還包括一非相干共焦實(shí)施例，其允許帶有背景減少的測(cè)量。然而，該對(duì)共焦實(shí)施例以及非共焦實(shí)施例進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)量有所限制，使用非相干技術(shù)的后果嚴(yán)重限制了可從反射的或散射的光獲得的有關(guān)樣品的信息。強(qiáng)度測(cè)量提供了有關(guān)由該樣品反射的或散射的光的一幅度量值的平方信息，結(jié)果是丟失了有關(guān)該反射的或散射的光的幅度相位的信息。Dixon等人的設(shè)備和方法還包括一實(shí)施例在一非共焦成圖象系統(tǒng)中結(jié)合有一傅里葉變換分光儀。Dixon等人的傅里葉變換分光儀實(shí)施例具有非共焦成圖象系統(tǒng)所固有的離焦圖象較大背景的缺陷。
在1996年7月授予G.Xiao的題為“Single Aperture ConfocalImaging Suetem(單孔針孔焦成圖象系統(tǒng))”的美國(guó)專利號(hào)No.5,537,247中公開(kāi)了用一非相干共焦成圖象系統(tǒng)進(jìn)行同時(shí)多波長(zhǎng)測(cè)量的設(shè)備。Xiao的該設(shè)備包括對(duì)于來(lái)自光源的入射光和來(lái)自物體的返回光僅利用一針孔的一共焦掃描成圖象系統(tǒng)和用于選擇地將差分波長(zhǎng)的返回光分別引導(dǎo)至一序列檢測(cè)器的光學(xué)波長(zhǎng)濾波器。該Xiao的設(shè)備具有一優(yōu)點(diǎn)以不同的波長(zhǎng)和一共焦成圖象系統(tǒng)相對(duì)于減少的離焦圖象產(chǎn)生的背景的若干特征同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。然而，對(duì)進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)量有所限制，使用非相干技術(shù)的后果嚴(yán)重限制了可從反射的或散射的光獲得的有關(guān)樣品的信息。強(qiáng)度測(cè)量提供了有關(guān)由該樣品反射的或散射的光的一幅度量值的平方信息，結(jié)果是丟失了有關(guān)該反射的或散射的光的幅度相位的信息。
在G.Q.Xiao，T.R.Corle(科勒)和G.S.Kino(凱諾)所著的題為“實(shí)時(shí)共焦掃描光學(xué)顯微鏡”Appl.Phys.Lett.，53(8)，716-718(1988)的論文中指出當(dāng)在共焦顯微鏡中使用白光時(shí)，目鏡的色差確保來(lái)自樣品中的不同高度的圖象全部呈現(xiàn)且全部在焦點(diǎn)上但是以不同的顏色。Xiao等人通過(guò)以四個(gè)不同的波長(zhǎng)產(chǎn)生一硅集成電路的圖象證明了這一點(diǎn)。H.J.Tiziani(蒂在尼)和H.-M.Uhde(豪達(dá))在題為“Three-Dimensional Image Sensing by Chromatic ConfocalMicroscopy(通過(guò)彩色共焦顯微鏡的三維圖象感測(cè))”Appl.Opt.，33(10)，1838-1843(1994)的論文中描述了一白光、非相干、共焦顯微鏡，其中為了不實(shí)際地掃描該物體地獲得高度信息，色差被故意引入顯微鏡目鏡。帶有黑和白膜的照相機(jī)實(shí)際上用三個(gè)選擇的彩色濾波器組合了各目標(biāo)點(diǎn)的色強(qiáng)和色調(diào)。盡管在Xiao等人和Tiziani及Uhde的論文中使用了共焦顯微鏡且因此減少了離焦圖象背景，它們?nèi)允艿较拗苼?lái)進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)量。對(duì)進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)量有所限制，使用非相干技術(shù)的后果嚴(yán)重限制了可從反射的或散射的光獲得的有關(guān)樣品的信息，如在Dixon等人和Xiao的論文中所述的。
在G.S.Kino和S.C.Chim所著的題為“Mirau CorrelationMicroscope(相關(guān)顯微鏡)”，Appl.Opt.，26(26)，3775-3783(1990)和S.S.C.Chim(欽)和G.S.Kino(科諾)所著的基于Mirau干涉儀結(jié)構(gòu)的“Three-Dimensional Image Realization in InterferenceMicroscopy(采用干涉顯微術(shù)實(shí)現(xiàn)三維圖象)”Appl.Opt.，31(14)，2550-2553(1992)的論文中描述了一種干涉顯微鏡。該Kino和Chim的設(shè)備采用了帶有空間和時(shí)間不相參的光源的一干涉、非共焦顯微鏡且使用自物體反射的光束和自反射鏡反射的光束之間的相關(guān)性信號(hào)作為檢測(cè)的輸出信號(hào)。該Kino和Chim的設(shè)備可能測(cè)量自該物體反射的光束的幅度和相位。然而，該Kino和Chim的干涉設(shè)備具有一嚴(yán)重的背景問(wèn)題缺陷離焦圖象背景水平是在標(biāo)準(zhǔn)的相干、非共焦顯微系統(tǒng)中的典型的背景水平。
在1996年10月15日授予A.Knuttel(康納泰歐)的題為“Stationary Optical Spectroscopic Imaging in Turbid Objects bySpecial Light Focusing and Signal Detection of Light with VariousOptical Wavelengths(通過(guò)特別的光聚焦和帶有各種光學(xué)波長(zhǎng)的光的信號(hào)檢測(cè)在不透明物體中的靜態(tài)光學(xué)光譜成圖象)”的美國(guó)專利號(hào)No.5,565,986中公開(kāi)了一種干涉設(shè)備以獲得一物體的光譜圖象，在水平方向上的空間分辨率和深度方向上的視場(chǎng)。Knuttel所述的設(shè)備具有一非共焦成圖象系統(tǒng)且通常包括在一干涉儀的一臂中的一色散光學(xué)元件和一彩色目鏡。該色散光學(xué)元件使得可能以不同的光學(xué)波長(zhǎng)記錄有關(guān)散射的光幅度的信息，干涉儀的使用使得可能記錄有關(guān)反射的或散射的光的幅度的大小和相位，且彩色目鏡的使用使得可能記錄有關(guān)深度方向上的一視場(chǎng)的信息。然而，Knuttel的干涉設(shè)備具有一嚴(yán)重的背景問(wèn)題，背景的水平是在標(biāo)準(zhǔn)的相干、非共焦顯微系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的典型的背景水平。
Knuttel所述的設(shè)備的一實(shí)施例的主要目的之一是能夠通過(guò)使用在一區(qū)段板的部分中包括的一彩色目鏡的兩不同級(jí)而在深度維度上同時(shí)成圖象一物體的兩區(qū)域。結(jié)果，由該實(shí)施例的檢測(cè)器記錄的信號(hào)包括來(lái)自該物體中的兩分開(kāi)的深度位置的疊加的圖象。因此，除了存在如上指出的離焦圖象生成的一高背景外，必須由計(jì)算機(jī)執(zhí)行一復(fù)合反向計(jì)算以從該疊加的在焦圖象抽取一給定深度的圖象。用Knuttel的參考實(shí)施例獲取的疊加圖象所需的該種反向計(jì)算存在有一嚴(yán)重問(wèn)題反向計(jì)算的結(jié)果在接近物體的表面的附近是相對(duì)精確的而隨著樣品中的深度的增大則快速劣化。在該檢測(cè)器該物體僅有一點(diǎn)在焦時(shí)，反向計(jì)算中通常不會(huì)遭遇該問(wèn)題。
在D.K.Hamilton(哈密爾頓)和C.J.R.Sheppard(雪派德)的論文“A Confocal Interference Microscope(一種共焦干涉顯微鏡)”(Optic Acta 29(12)，1573-1577，1982)中，描述了共焦顯微鏡的一種干涉型形式，其中減少了干涉顯微鏡中所遇到的上述背景問(wèn)題。該系統(tǒng)的基礎(chǔ)是共焦顯微鏡，其中的物體被相對(duì)于一個(gè)聚焦激光斑掃描，而該激光斑的位置與一個(gè)點(diǎn)檢測(cè)器的后向投射圖象相重合。該反射型共焦顯策鏡的干涉形式是一種改型的邁克耳遜干涉儀，其中的一個(gè)光束被聚焦在物體上。該系統(tǒng)的一個(gè)重要特性是能減少共焦干涉顯微系統(tǒng)所固有的離焦圖象背景。上述Hamilton和Sheppard論文中的共焦干涉顯微鏡一次只測(cè)量三維物體中的一個(gè)點(diǎn)的反射信號(hào)，使得系統(tǒng)敏感于樣品在獲取所需三維數(shù)據(jù)的掃描期間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。
在有效利用高性能計(jì)算機(jī)中的重要的一主元件是存儲(chǔ)器。因?yàn)檫@些設(shè)備的巨大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求，需要緊湊、低成本、非常高容量、高速的存儲(chǔ)器來(lái)處理通過(guò)并行計(jì)算所所承受的高數(shù)據(jù)量。這樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求可通過(guò)一三維存儲(chǔ)器被提供。
在一二維存儲(chǔ)器中，最大理論存儲(chǔ)密度(與l/λ2成正比)是3.5×108位/cm2，λ＝532nm，而在三維存儲(chǔ)器中最大存儲(chǔ)密度是6.5×1012位/cm3。這些最大值代表當(dāng)在各存儲(chǔ)器點(diǎn)使用一單個(gè)位二進(jìn)制格式時(shí)對(duì)存儲(chǔ)容量的上限。這些上限可通過(guò)使用一記錄介質(zhì)而被提高，在該記錄介質(zhì)上記錄有不同級(jí)的振幅或振幅與相位信息。在相位記錄媒介中進(jìn)行全息記錄是后面模式的一個(gè)例子。
在記錄的不同模式中，在各存儲(chǔ)器點(diǎn)，單位二進(jìn)制格式的模式，在基本N格式中的振幅或在(基本N)×(基本M)格式中的振幅和相位，在可被使用的一存儲(chǔ)器點(diǎn)的一體圖象素的大小，且因此存儲(chǔ)密度受到可被獲得的信噪比的限制，該信噪比通常與該體圖象素的體積成正比。具體地，對(duì)于振幅或振幅與相位記錄模式，可被存儲(chǔ)在一體圖象素中的單獨(dú)段信息的數(shù)量也受到可獲得的信噪比的限制。
所需要的是，一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)能結(jié)合以下各項(xiàng)特性圖象數(shù)據(jù)對(duì)離焦圖象的敏感度被減小到小于以往技術(shù)共焦和共焦干涉顯微系統(tǒng)所固有的敏感度，圖象數(shù)據(jù)對(duì)離焦圖象的敏感度的減小將導(dǎo)致系統(tǒng)誤差和統(tǒng)計(jì)誤差的減?。慌c減小的離焦圖象敏感度相關(guān)連的對(duì)計(jì)算機(jī)退卷積的要求的降低；可能達(dá)到共焦干涉顯微系統(tǒng)所固有的高信噪比；平行記錄軸向和橫向的數(shù)據(jù)的能力以及，可能測(cè)量散射和/或反射光束或聲束的復(fù)振幅。
本發(fā)明的概述因此，本發(fā)明的目的是提供用于在一光盤(pán)內(nèi)的不同深度的位置記錄信息的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于在一光盤(pán)內(nèi)的多個(gè)深度的位置記錄信息的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于在一光盤(pán)內(nèi)的多個(gè)深度的位置同時(shí)記錄信息的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于在一光盤(pán)內(nèi)或上的多個(gè)跡道的位置記錄信息的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于在一光盤(pán)內(nèi)或上的多個(gè)跡道的位置同時(shí)記錄信息的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于在一光盤(pán)內(nèi)或上的多個(gè)跡道的位置和在這些跡道上的多個(gè)位置同時(shí)記錄信息的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于在一光盤(pán)內(nèi)的多個(gè)深度和多個(gè)跡道的位置同時(shí)記錄信息的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于將信息寫(xiě)至在一光盤(pán)內(nèi)的多個(gè)深度的位置的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于將信息同時(shí)寫(xiě)至在一光盤(pán)內(nèi)的多個(gè)深度的位置的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于將信息寫(xiě)至在一光盤(pán)內(nèi)或上的多個(gè)跡道的位置的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于將信息同時(shí)寫(xiě)至在一光盤(pán)內(nèi)或上的多個(gè)跡道的位置的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于將信息同時(shí)寫(xiě)至在一光盤(pán)內(nèi)的多個(gè)深度和多個(gè)跡道的位置的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于將信息寫(xiě)至在具有更高密度的一光盤(pán)內(nèi)的多個(gè)深度的位置的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于將信息同時(shí)寫(xiě)至在具有更高密度的一光盤(pán)內(nèi)的多個(gè)深度的位置的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于將信息寫(xiě)至在具有更高密度的一光盤(pán)內(nèi)或上的多個(gè)跡道的位置的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于將信息同時(shí)寫(xiě)至在具有更高密度的一光盤(pán)內(nèi)的多個(gè)深度的位置的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于將信息同時(shí)寫(xiě)至在具有更高密度的一光盤(pán)內(nèi)的多個(gè)深度和多個(gè)跡道的位置的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供快速、可靠的一維、二維、及三維層析X射線復(fù)振幅成象。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供避免上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷的一種改進(jìn)的層析X射線復(fù)振幅成象技術(shù)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種方便地減少或消除來(lái)自離焦圖象點(diǎn)的光的統(tǒng)計(jì)誤差效應(yīng)的層析X射線復(fù)振幅成象技術(shù)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種層析X射線復(fù)振幅成象技術(shù)，其中離焦光圖象的系統(tǒng)誤差效應(yīng)被大大地減少或消除。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種層析X射線復(fù)振幅成象技術(shù)，其允許在多個(gè)圖象點(diǎn)的一物體的基本上同時(shí)成象。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于在一、二、和三維中層析X射線復(fù)振幅成象以獲得用一干涉系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的圖象的信噪比的方便技術(shù)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種層析X射線復(fù)振幅成象系統(tǒng)和技術(shù)，其避免了求解非線性差分方程的計(jì)算難度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于一物體中的線段或兩維部分的層析X射線復(fù)振幅成象而不管其運(yùn)動(dòng)的方便技術(shù)。
以下描述的實(shí)施例及其變型落在五組實(shí)施例中。
第一組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型中的某些生成基本上與由第二組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型中對(duì)應(yīng)的一些生成的一維圖象相正交的一維圖象。一維圖象中的信息同時(shí)地被獲取，帶有背景減少和補(bǔ)償。第一組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型中的另外一些生成基本上與由第二組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型中對(duì)應(yīng)的一些生成的二維圖象相正交的二維圖象。二維圖象中的信息同時(shí)地被獲取，帶有背景減少和補(bǔ)償。
第三組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型中的某些生成基本上與由第四組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型中對(duì)應(yīng)的一些生成的一維圖象相正交的一維圖象。一維圖象中的信息同時(shí)地被獲取，沒(méi)有背景減少和補(bǔ)償。第三組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型中的另外一些生成基本上與由第四組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型中對(duì)應(yīng)的一些生成的二維圖象相正交的二維圖象。二維圖象中的信息同時(shí)地被獲取，沒(méi)有背景減少和補(bǔ)償。
第五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型生成作為一序列單點(diǎn)圖象的多維圖象，這些單點(diǎn)圖象被獲取，帶有背景減少和補(bǔ)償。
簡(jiǎn)明地說(shuō)，且根據(jù)一實(shí)施例，本發(fā)明自第一組實(shí)施例提供了一種用于通過(guò)將來(lái)自一寬帶空間非相干點(diǎn)光源的光輻射聚焦到一源針孔上而從一離焦圖象的復(fù)振幅中鑒別出一在焦圖象的復(fù)振幅。自該源針孔輻射的光線被準(zhǔn)直且引導(dǎo)至第一移相器。該被準(zhǔn)直的光線的第一部分的相位通過(guò)該移相器被移動(dòng)以產(chǎn)生第一量移相的光線。該被準(zhǔn)直的光線的第二部分的相位通過(guò)該移相器被移動(dòng)以產(chǎn)生第二量移相的光線。該第一和第二量移相的光線被聚焦到第一光點(diǎn)。
自該光點(diǎn)輻射的第一量移相的光線的光線被準(zhǔn)直且引導(dǎo)至一分束器。該被準(zhǔn)直的光線的第一部分通過(guò)該分束器以形成一探測(cè)光束的第一量且該被準(zhǔn)直的光線的第二部分通過(guò)該分束器被反射以形成一參考光束的第一量。自該光點(diǎn)輻射的第二量移相的光線的光線被準(zhǔn)直且引導(dǎo)至一分束器。該被準(zhǔn)直的光線的第一部分通過(guò)該分束器以形成一探測(cè)光束的第二量且該被準(zhǔn)直的光線的第二部分通過(guò)該分束器被反射以形成一參考光束的第一量。
該探測(cè)光束的第一和第二量的光線被引導(dǎo)至第二移相器。該探測(cè)光束的第一量光線被移相以形成該探測(cè)光束的第三量且該探測(cè)光束的第二量光線被移相以形成該探測(cè)光束的第四量。由第一和第二移相器對(duì)該探測(cè)光束的第三和第四量所產(chǎn)生的凈移相是相同的。該探測(cè)光束的第三和第四量通過(guò)第一探測(cè)透鏡被聚焦以在一物體材料中形成一線圖象，從而照明該物體材料。該線圖象近似地沿第一探測(cè)透鏡的光軸被對(duì)準(zhǔn)且該線圖象沿該光軸的長(zhǎng)度由例如可被調(diào)節(jié)的該第一探測(cè)透鏡的焦深和色差及該光源的光學(xué)帶寬的若干因素的組合所確定。
該參考光束的第一和第二量光線被引導(dǎo)至第三移相器。該參考光束的第一量光線被移相以形成該參考光束的第三量且該參考光束的第二量光線被移相以形成該參考光束的第四量。由第一和第三移相器對(duì)該參考光束的第三和第四量所產(chǎn)生的凈移相是相同的。該參考光束的第三和第四量通過(guò)一參考透鏡被聚焦到一參考反射鏡上的一光點(diǎn)。
沿該探測(cè)透鏡的方向從被照明的物體輻射的該探測(cè)光束的第三和第四量的反射和/或散射光線形成一散射的探測(cè)光束并通過(guò)該探測(cè)透鏡被準(zhǔn)直且引導(dǎo)至第二移相器。該被準(zhǔn)直的光線的第一部分的相位被移動(dòng)以產(chǎn)生移相光線的第一散射的探測(cè)光束量，且該被準(zhǔn)直的光線的第二部分的相位被移動(dòng)以產(chǎn)生移相光線的第二散射的探測(cè)光束量。該第一和第二散射的探測(cè)光束量的光線被引導(dǎo)至該分束器。第一散射的探測(cè)光束量的一部分和第二散射的探測(cè)光束量的一部分通過(guò)該分束器被反射以分別形成該散射的探測(cè)光束的第三和第四量。該散射的探測(cè)光束的第三和第四量的準(zhǔn)直的光線通過(guò)一空間濾波器透鏡被聚焦到一空間濾波器針孔上。
沿該參考透鏡的方向自該參考反射鏡上的該光點(diǎn)輻射的反射光線形成一反射的參考光束且通過(guò)該參考透鏡被準(zhǔn)直且引導(dǎo)至第三移相器。該被準(zhǔn)直的光線的第一部分的相位被移動(dòng)以產(chǎn)生移相光線的第一反射的參考光束量且該被準(zhǔn)直的光線的第二部分的相位被移動(dòng)以產(chǎn)生移相光線的第二反射的參考光束量。該第一和第二反射的參考光束量的光線被引導(dǎo)至該分束器。該第一和第二反射的參考光束量的一部分通過(guò)該分束器被透射以分別形成該反射的參考光束的第三和第四量。該反射的參考光束的第三和第四量的準(zhǔn)直的光線通過(guò)該空間濾波器透鏡被聚焦到該空間濾波器針孔上。
該散射的探測(cè)光束的第三量的一部分和第四量的一部分通過(guò)該空間濾波器針孔以分別形成散射的探測(cè)光束的空間濾波的第三和第四量。該散射的探測(cè)光束的空間濾波的第三和第四量通過(guò)一色散元件透鏡被準(zhǔn)直和引導(dǎo)到一色散元件，最好是一反射衍射光柵。
該反射的參考光束的第三量的一部分和第四量的一部分通過(guò)該空間濾波器針孔以分別形成空間濾波的反射的參考光束的第三量和第四量。該空間濾波的反射的參考光束的第三量和第四量通過(guò)該色散元件透鏡被準(zhǔn)直和引導(dǎo)到該色散元件。
從該色散元件輻射的散射的探測(cè)光束的各空間濾波的第三和第四量的一部分通過(guò)一檢測(cè)器透鏡分別形成散射的探測(cè)光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量。該散射的探測(cè)光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量通過(guò)該檢測(cè)器透鏡被聚焦以在包含檢測(cè)器針孔的一線性陣列的一平面上形成一線圖象。從該色散元件輻射的反射的參考光束的各空間濾波的第三和第四量的一部分通過(guò)該檢測(cè)器透鏡以分別形成反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量。該反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量通過(guò)該檢測(cè)器透鏡被聚焦以在包含該針孔的線性陣列的平面上形成反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的一線圖象。
通過(guò)一多象素檢測(cè)器測(cè)量由這些檢測(cè)器針孔透射的散射的探測(cè)光束的空間濾波的第三和第四量和反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的重疊部分的強(qiáng)度作為測(cè)量的強(qiáng)度值的第一陣列，該多象素檢測(cè)器包括一象素的線性陣列。反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的相位通過(guò)第四移相器被移動(dòng)π弧度以形成反射的參考光束的第一移相的、波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量。通過(guò)該多象素檢測(cè)器測(cè)量由這些檢測(cè)器針孔透射的散射的探測(cè)光束的空間濾波的第三和第四量和反射的參考光束的第一移相的、波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的重疊部分的強(qiáng)度作為測(cè)量的強(qiáng)度值的第二陣列。
反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的相位通過(guò)第四移相器被移動(dòng)附加的-π/2弧度以分別形成反射的參考光束的第二移相的、波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量。通過(guò)該多象素檢測(cè)器測(cè)量由這些檢測(cè)器針孔透射的散射的探測(cè)光束的空間濾波的第三和第四量和反射的參考光束的第二移相的、波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的重疊部分的強(qiáng)度作為測(cè)量的強(qiáng)度值的第三陣列。
反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的相位通過(guò)第四移相器被移動(dòng)附加的π弧度以分別形成反射的參考光束的第三移相的、波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量。通過(guò)該多象素檢測(cè)器測(cè)量由這些檢測(cè)器針孔透射的散射的探測(cè)光束的空間濾波的第三和第四量和反射的參考光束的第三移相的、波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的重疊部分的強(qiáng)度作為測(cè)量的強(qiáng)度值的第四陣列。
在下一步驟中，測(cè)量的強(qiáng)度值的第一、第二、第三和第四陣列被發(fā)送給一計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。通過(guò)該計(jì)算機(jī)從測(cè)量的強(qiáng)度值的第一陣列的對(duì)應(yīng)元素中減去測(cè)量的強(qiáng)度值的第二陣列的元素以實(shí)現(xiàn)在這些檢測(cè)器針孔的平面上在焦的該散射的探測(cè)光束的一復(fù)振幅的分量值的第一陣列的測(cè)量，來(lái)自離焦圖象的光的影響基本上被抵消。通過(guò)該計(jì)算機(jī)從測(cè)量的強(qiáng)度值的第三陣列的對(duì)應(yīng)元素中減去測(cè)量的強(qiáng)度值的第四陣列的元素以實(shí)現(xiàn)在這些檢測(cè)器針孔的平面上在焦的該散射的探測(cè)光束的一復(fù)振幅的分量值的第二陣列的測(cè)量，來(lái)自離焦圖象的光的影響基本上被抵消。
該散射的探測(cè)光束的振幅的分量值的第一和第二陣列的元素是正交分量的值且這樣，在一復(fù)常數(shù)中給出(give within a complexconstant)這些檢測(cè)器針孔的平面上在焦的該散射的探測(cè)光束的復(fù)振幅的精確測(cè)量。來(lái)自離焦圖象的光的影響基本上被刪除。使用該計(jì)算機(jī)和本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)算法，不需對(duì)物體材料進(jìn)行掃描，可獲得該物體材料的一線段的一精確的一維表示。該線段的方向是在該探測(cè)透鏡的光軸的方向上。該線段可切過(guò)該物體材料的一或多個(gè)表面或位于該物體材料的一平面內(nèi)。使用該計(jì)算機(jī)和本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)算法，分別從通過(guò)在一維和二維中掃描該物體材料獲取的測(cè)量的強(qiáng)度值的第一、第二、第三和第四陣列的兩維和三維陣列獲得該物體材料的精確的二維和三維表示。該物體材料的二維和三維表示可包括該物體材料的一或多個(gè)表面。該物體材料的掃描是通過(guò)用由該計(jì)算機(jī)控制的一移動(dòng)器分別在一維和二維中系統(tǒng)地移動(dòng)該物體材料而實(shí)現(xiàn)的。如果希望的離焦圖象校正超出了本發(fā)明設(shè)備在散射的探測(cè)光束的振幅的分量值的第一和第二陣列中能做到的補(bǔ)償，該計(jì)算機(jī)算法可包括本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)退卷積和積分方程反演技術(shù)。
根據(jù)第二實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種用于通過(guò)將來(lái)自一寬帶、空間擴(kuò)展的、空間非相干線光源的光學(xué)輻射成象到一源針孔的線性陣列上，來(lái)從一離焦圖象的復(fù)振幅中鑒別出一在焦圖象的復(fù)振幅的方法和設(shè)備，其包括先前所述實(shí)施例的該設(shè)備和電子處理裝置，其中第一實(shí)施例的源針孔由該源針孔的線性陣列所替代，第一實(shí)施例的空間濾波器針孔由空間濾波器針孔的一線性陣列所替代，且第一實(shí)施例的檢測(cè)器針孔的線性陣列和多象素檢測(cè)器分別由檢測(cè)器針孔的一二維陣列和包括一象素的二維陣列的一多象素檢測(cè)器所替代。該源針孔的線性陣列和該空間濾波器針孔的線性陣列垂直于由色散元件確定的該平面。這些檢測(cè)器針孔和檢測(cè)器象素的二維陣列通過(guò)在多象素檢測(cè)器的該在焦平面中的該源針孔的線性陣列的圖象被取向。
波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的振幅的第一和第二分量值的測(cè)量的陣列的元素是正交分量的值且這樣，在一復(fù)常數(shù)中給出在該檢測(cè)器針孔的二維線性陣列的平面上在焦的該散射的探測(cè)光束的復(fù)振幅的一精確測(cè)量，來(lái)自離焦圖象的光的影響基本上被刪除。使用本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)算法，基本上不需要掃描，可獲得該物體材料的一二維截面的精確的二維表示。該二維截面是通過(guò)該源針孔的線性陣列和該探測(cè)透鏡的光軸的各自取向被選擇的。該二維截面可切過(guò)該物體材料的一或多個(gè)表面或位于該物體材料的一表面內(nèi)。使用本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)算法，從通過(guò)在基本上一維中該物體的掃描獲得的第一、第二、第三和第四強(qiáng)度值的三維陣列，可獲得該物體的精確的三維表示。該物體材料的三維表示可包括該物體材料的一或多個(gè)表面的表示。如果希望的離焦圖象校正超出了本發(fā)明設(shè)備在散射的探測(cè)光束的振幅的分量值的第一和第二陣列中能做到的補(bǔ)償，該計(jì)算機(jī)算法可包括本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)退卷積和積分方程反演技術(shù)。
根據(jù)第二實(shí)施例的一個(gè)變型，本發(fā)明提供了一種用于通過(guò)將來(lái)自一寬帶、空間擴(kuò)展的、空間非相干線光源的光學(xué)輻射成象到一源狹縫上，來(lái)從一離焦圖象中鑒別出一在焦圖象的方法和設(shè)備，其包括先前所述的第二實(shí)施例的設(shè)備和電子處理裝置，其中第二實(shí)施例的源針孔的線性陣列由該源狹縫所替代，第二實(shí)施例的空間濾波器針孔的線性陣列由一空間濾波器狹縫所替代。該源狹縫和該空間濾波器狹縫的方向垂直于由該色散元件確定的平面。
波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的振幅的第一和第二分量值的測(cè)量的陣列的元素是正交分量的值且這樣，在一復(fù)常數(shù)中給出在該檢測(cè)器針孔的二維陣列的平面上在焦的該波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的復(fù)振幅的一精確測(cè)量，來(lái)自離焦圖象的光的影響基本上被刪除。使用本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)算法，不需要掃描，可獲得該物體材料的一二維截面的精確的二維表示。該二維截面是通過(guò)該源狹縫和該探測(cè)透鏡的光軸的各自取向被選擇的。使用本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)算法，從通過(guò)在一維中該物體材料的掃描獲得的第一、第二、第三和第四強(qiáng)度值的三維陣列，可獲得該物體材料的精確的三維表示。該物體材料的掃描是通過(guò)用由該計(jì)算機(jī)控制的一移動(dòng)器在一維中系統(tǒng)地移動(dòng)該物體材料而實(shí)現(xiàn)的。如果所希望的離焦圖象校正超出了本發(fā)明設(shè)備能做到的補(bǔ)償，則該計(jì)算機(jī)算法可包括本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)退卷積和積分方程反演技術(shù)。
對(duì)本發(fā)明的第一和第二優(yōu)選實(shí)施例的替代性實(shí)施例包括使用附加的光學(xué)裝置和與本發(fā)明的第一和第二優(yōu)選實(shí)施例的主要設(shè)備中采用的電子處理裝置基本上相同的電子處理裝置來(lái)改善和/或最優(yōu)化信噪比的能力。這些附加的光學(xué)裝置包括用于參考光束和探測(cè)光束的修改的路徑，從而可相對(duì)于或者第一實(shí)施例或者第二實(shí)施例的選擇的檢測(cè)器針孔上成象的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的振幅，調(diào)節(jié)用于或者第一實(shí)施例或者第二實(shí)施例的一選擇的檢測(cè)器針孔上聚焦的波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束的振幅。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例，提供了帶有改進(jìn)和優(yōu)化信噪比的裝置的用來(lái)把在焦圖象的復(fù)振幅從離焦圖象的復(fù)振幅鑒別出來(lái)的一種方法和設(shè)備，該設(shè)備包括前述第一實(shí)施例的設(shè)備以及一個(gè)光學(xué)裝置，后者用來(lái)相對(duì)于被成圖象在選擇的檢測(cè)器針孔上的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射探測(cè)光束的振幅調(diào)節(jié)被聚焦在選擇的檢測(cè)器針孔上的波數(shù)濾波的、空間濾波的反射參考光束的振幅。來(lái)自一個(gè)寬帶空間非相干點(diǎn)光源的光線被聚焦在一個(gè)光源針孔上。從光源針孔射出的光線被準(zhǔn)直和導(dǎo)向一個(gè)第一移相器。準(zhǔn)直光線的一個(gè)第一部分的相位被移動(dòng)而產(chǎn)生相移光線的一個(gè)第一量，準(zhǔn)直光線的一個(gè)第二部分的相位被移動(dòng)而產(chǎn)生相移光線的一個(gè)第二量。
相移光線的第一和第二量入射到一個(gè)第一分束器上。相移光線第一量的一個(gè)第一部分透過(guò)第一分束器，形成探測(cè)光束的一個(gè)第一量，相移光線第一量的一個(gè)第二部分被第一分束器反射，形成參考光束的一個(gè)第一量。相移光線第二量的一個(gè)第一部分透過(guò)第一分束器，形成探測(cè)光束的一個(gè)第二量，相移光線第二量的一個(gè)第二部分被第一分束器反射，形成參考光束的一個(gè)第二量。探測(cè)光束的第一和第二量被聚焦在一個(gè)第一探測(cè)光束斑上。參考光束的第一和第二量被聚焦在一個(gè)第一參考光束斑上。
從第一探測(cè)光束斑射出的探測(cè)光束第一量的光線被準(zhǔn)直和導(dǎo)向一個(gè)第二分束器。該準(zhǔn)直光線的一部分透過(guò)第二分束器，形成探測(cè)光束的一個(gè)第三量。從第一探測(cè)光束斑射出的探測(cè)光束第二量的光線被準(zhǔn)直和導(dǎo)向第二分束器。該準(zhǔn)直光線的一部分透過(guò)第二分束器，形成探測(cè)光束的一個(gè)第四量。探測(cè)光束第三和第四量的光線被導(dǎo)向一個(gè)第二移相器。探測(cè)光束第三量的光線透過(guò)第二移相器，其相位被移動(dòng)，形成探測(cè)光束的一個(gè)第五量。探測(cè)光束第四量的光線透過(guò)第二移相器，其相位被移動(dòng)，形成探測(cè)光束的一個(gè)第六量，第一和第二移相器對(duì)探測(cè)光束第五和第六量產(chǎn)生的凈相移量是相同的。
從第一參考光束斑射出的參考光束第一量的光線被準(zhǔn)直和導(dǎo)向一個(gè)第三移相器，作為參考光束的一個(gè)第三量出射。從第一參考光束斑射出的參考光束第二量的光線被準(zhǔn)直和導(dǎo)向第三移相器，作為參考光束的一個(gè)第四量出射，第一和第三移相器對(duì)于參考光束第三和第四量產(chǎn)生的凈相移量是相同的。參考光束第三量的一部分被一個(gè)第三分束器反射，形成參考光束的一個(gè)第五量。參考光束第四量的一部分被第三分束器反射，形成參考光束的一個(gè)第六量。準(zhǔn)直的參考光束第五和第六量被一個(gè)參考透鏡聚焦在一參考反射鏡上的一個(gè)第二參考光束斑上。
準(zhǔn)直的探測(cè)光束第五和第六量被一個(gè)探測(cè)透鏡聚焦在物體材料中的一線圖象上，由此來(lái)照明物體材料。該線圖象近似地沿該探測(cè)透鏡的光軸被對(duì)準(zhǔn)且該線圖象沿該光軸的長(zhǎng)度通過(guò)例如該探測(cè)透鏡的焦深和色差及該光源的光學(xué)帶寬的因素的組合被確定。。
從被照明物體射出的沿探測(cè)透鏡方向的探測(cè)光束的第五和第六量的反射和/或散射光線形成一個(gè)散射探測(cè)光束。散射探測(cè)光束被探測(cè)透鏡準(zhǔn)直和導(dǎo)向第二移相器。該準(zhǔn)直光線的一個(gè)第一部分的相位被移動(dòng)，產(chǎn)生相移光線的一個(gè)第一散射探測(cè)光束量，準(zhǔn)直光線的一個(gè)第二部分的相位被移動(dòng)，產(chǎn)生相移光線的一個(gè)第二散射探測(cè)光束量。第一和第二散射探測(cè)光束量的光線被導(dǎo)向第二分束器。第一和第二散射探測(cè)光束量的一部分被第二分束器反射，分別形成散射探測(cè)光束的第三量和第四量。散射探測(cè)光束第三和第四量的準(zhǔn)直光線被一個(gè)空間濾波器透鏡聚焦在一空間濾波器針孔上。
從參考反射鏡上的第二參考光束斑射出的沿參考透鏡方向的反射光線形成一個(gè)反射參考光束，然后它通過(guò)該參考透鏡被準(zhǔn)直和導(dǎo)向到第三分束器上。反射參考光束的一部分透過(guò)第三分束器，入射到一個(gè)第四移相器上。透射光束的一個(gè)第一部分的相位被移動(dòng)，產(chǎn)生相移光線的一個(gè)第一反射參考光束量。透射光束的一個(gè)第二部分的相位被移動(dòng)，產(chǎn)生相移光線的一個(gè)第二反射參考光束量。第一和第二反射參考光束量的光線被導(dǎo)向第二分束器。第一和第二反射參考光束量的一部分透過(guò)第二分束器，分別形成反射參考光束的第三和第四量。反射參考光束第三和第四量的準(zhǔn)直光線被空間濾波器透鏡聚焦在空間濾波器針孔上。
該散射的探測(cè)光束的各第三量和第四量的一部分通過(guò)該空間濾波器針孔以分別形成散射的探測(cè)光束的空間濾波的第三和第四量。該散射的探測(cè)光束的空間濾波的第三和第四量通過(guò)一色散元件透鏡被準(zhǔn)直和引導(dǎo)到一色散元件，最好是一反射衍射光柵。
該反射的參考光束的各第三量和第四量的一部分通過(guò)該空間濾波器針孔以分別形成反射的參考光束的空間濾波的第三量和第四量。該反射的參考光束的空間濾波的第三量和第四量通過(guò)該色散元件透鏡被準(zhǔn)直和引導(dǎo)到該色散元件。
從該色散元件射出的散射的探測(cè)光束的各空間濾波的第三和第四量的一部分通過(guò)一檢測(cè)器透鏡分別形成散射的探測(cè)光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量。該散射的探測(cè)光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量通過(guò)該檢測(cè)器透鏡被聚焦以在包含檢測(cè)器針孔的一線性陣列的一平面上形成一線圖象。從該色散元件射出的反射的參考光束的各空間濾波的第三和第四量的一部分通過(guò)該檢測(cè)器透鏡以分別形成反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量。該反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量通過(guò)該檢測(cè)器透鏡被聚焦以在包含該檢測(cè)器針孔的線性陣列的平面上形成一線圖象。
通過(guò)一多象素檢測(cè)器測(cè)量由這些檢測(cè)器針孔透射的散射的探測(cè)光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量和反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的重疊部分的強(qiáng)度作為測(cè)量的強(qiáng)度值的第一陣列，該多象素檢測(cè)器包括一象素的線性陣列。反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的相位通過(guò)第五移相器被移動(dòng)π弧度以形成反射的參考光束的第一移相的、波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量。通過(guò)該多象素檢測(cè)器測(cè)量由這些檢測(cè)器針孔透射的散射的探測(cè)光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量和參考光束的第一移相的、波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的重疊部分的強(qiáng)度作為測(cè)量的強(qiáng)度值的第二陣列。
反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的相位通過(guò)第五移相器被移動(dòng)附加的-π/2弧度以分別形成反射的參考光束的第二移相的、波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量。通過(guò)該多象素檢測(cè)器測(cè)量由這些檢測(cè)器針孔透射的散射的探測(cè)光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量和反射的參考光束的第二移相的、波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的重疊部分的強(qiáng)度作為測(cè)量的強(qiáng)度值的第三陣列。
反射的參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的相位通過(guò)第五移相器被移動(dòng)附加的π弧度以分別形成反射的參考光束的第三移相的、波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量。通過(guò)該多象素檢測(cè)器測(cè)量由這些檢測(cè)器針孔透射的散射的探測(cè)光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量和反射的參考光束的第三移相的、波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的重疊部分的強(qiáng)度作為測(cè)量的強(qiáng)度值的第四陣列。
在下一步驟中，測(cè)量的強(qiáng)度值的第一、第二、第三和第四陣列被發(fā)送給一計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。通過(guò)該計(jì)算機(jī)從測(cè)量的強(qiáng)度值的第一陣列的對(duì)應(yīng)元素中減去測(cè)量的強(qiáng)度值的第二陣列的元素以實(shí)現(xiàn)在這些檢測(cè)器針孔的平面上在焦的該散射的探測(cè)光束的一復(fù)振幅的分量值的第一陣列的測(cè)量，來(lái)自離焦圖象的光的影響基本上被抵消。通過(guò)該計(jì)算機(jī)從測(cè)量的強(qiáng)度值的第三陣列的對(duì)應(yīng)元素中減去測(cè)量的強(qiáng)度值的第四陣列的元素以實(shí)現(xiàn)在這些檢測(cè)器針孔的平面上在焦的該散射的探測(cè)光束的一復(fù)振幅的分量值的第二陣列的測(cè)量，來(lái)自離焦圖象的光的影響基本上被抵消。
該波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的振幅的分量值的第一和第二陣列的元素是正交分量的值且這樣，在一個(gè)復(fù)常數(shù)內(nèi)給出這些檢測(cè)器針孔的平面上在焦的該散射的探測(cè)光束的復(fù)振幅的精確測(cè)量。來(lái)自離焦圖象的光的影響基本上被抵消。使用該計(jì)算機(jī)和本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)算法，不需對(duì)物體材料進(jìn)行掃描，可獲得該物體材料的一線段的一精確的一維表示。該線段的方向是在該探測(cè)透鏡的光軸的方向上。使用該計(jì)算機(jī)和本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)算法，分別從通過(guò)在一維和二維中掃描該物體材料獲取的測(cè)量的強(qiáng)度值的第一、第二、第三和第四陣列的兩維和三維陣列獲得該物體材料的精確的二維和三維表示。該物體材料的掃描是通過(guò)用由該計(jì)算機(jī)控制的一移動(dòng)器分別在一維和二維中系統(tǒng)地移動(dòng)該物體材料而實(shí)現(xiàn)的。如果希望的離焦圖象校正超出了本發(fā)明設(shè)備在散射的探測(cè)光束的振幅的分量值的第一和第二陣列中能做到的補(bǔ)償，該計(jì)算機(jī)算法可包括本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)退卷積和積分方程反演技術(shù)。
在第三實(shí)施例中，關(guān)于測(cè)量所希望復(fù)振幅的信噪比可被調(diào)整或改善和/或優(yōu)化。該優(yōu)化是通過(guò)改變第一、第二、第三分束器的反射/透射性質(zhì)而調(diào)節(jié)聚焦在一選擇的檢測(cè)器針孔上的散射探測(cè)光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的振幅與聚焦在該選擇的檢測(cè)器針孔上的反射參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的振幅之間的比值來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例，提供了一帶有能通過(guò)把來(lái)自一個(gè)寬帶、空間擴(kuò)展、空間非相干的光源的光輻射成圖象到一個(gè)光源針孔的線性陣列上來(lái)調(diào)節(jié)和/或優(yōu)化信噪比的裝置的、用來(lái)把在焦象的復(fù)振幅從離焦象的復(fù)振幅鑒別出來(lái)的一種方法和設(shè)備，該設(shè)備包括上述第三實(shí)施例的設(shè)備和電子處理裝置，只是其中第三實(shí)施例的光源針孔已被一個(gè)光源針孔的線性陣列所取代，第三實(shí)施例的空間濾波器針孔已被一個(gè)空間濾波器針孔的線性陣列所取代，并且第三實(shí)施例的檢測(cè)器針孔的線性陣列和多象素檢測(cè)器已被檢測(cè)器針孔的一二維陣列和由一象素的二維陣列組成的一多象素檢測(cè)器所取代。該光源針孔的線性陣列和該空間濾波器針孔的線性陣列的方向垂直于由該色散元件確定的平面。這些檢測(cè)器針孔和這些檢測(cè)器象素的二維線性陣列被用在該多象素檢測(cè)器的在焦平面中的光源針孔的線性陣列的圖象進(jìn)行取向。
該波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的振幅的第一和第二分量值的測(cè)量的陣列的元素是正交分量的值且這樣，在一個(gè)復(fù)常數(shù)內(nèi)給出這些檢測(cè)器針孔的二維線性陣列的平面上在焦的該散射的探測(cè)光束的復(fù)振幅的精確測(cè)量。來(lái)自離焦圖象的光的影響基本上被抵消。使用該計(jì)算機(jī)和本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)算法，不需對(duì)物體材料進(jìn)行掃描，可獲得該物體材料的一二維截面的一精確的二維表示。該二維截面是通過(guò)這些光源針孔的線性陣列和該探測(cè)透鏡的光軸的取向而被選擇的。使用該計(jì)算機(jī)和本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)算法，從通過(guò)在一維中掃描該物體材料獲取的第一、第二、第三和第四強(qiáng)度值的三維陣列獲得該物體的精確的三維表示。如果希望的離焦圖象校正超出了本發(fā)明設(shè)備在散射的探測(cè)光束的振幅的分量值的第一和第二陣列中能做到的補(bǔ)償，該計(jì)算機(jī)算法可包括本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)退卷積和積分方程反演技術(shù)。
在第四實(shí)施例中，關(guān)于測(cè)量所希望復(fù)振幅的信噪比可被調(diào)整或改善和/或優(yōu)化。該調(diào)整或改善和/或優(yōu)化是通過(guò)改變第一、第二、第三分束器的反射/透射性質(zhì)而調(diào)節(jié)聚焦在一選擇的檢測(cè)器針孔上的散射探測(cè)光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的振幅與聚焦在該選擇的檢測(cè)器針孔上的反射參考光束的波數(shù)濾波的、空間濾波的第三和第四量的振幅之間的比值來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)第四實(shí)施例的一個(gè)變型，本發(fā)明提供了一種用于通過(guò)將來(lái)自一寬帶、空間擴(kuò)展的、空間非相干線光源的光學(xué)輻射成象到一源狹縫上，來(lái)從一離焦圖象中鑒別出一在焦圖象的方法和設(shè)備，其包括先前所述的第四實(shí)施例的設(shè)備和電子處理裝置，其中第司實(shí)施例的源針孔的線性陣列由該源狹縫所替代，第四實(shí)施例的空間濾波器針孔的線性陣列由一空間濾波器狹縫所替代。該源狹縫和該空間濾波器狹縫的方向垂直于由該色散元件確定的平面。
波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的振幅的第一和第二分量值的測(cè)量的陣列的元素是正交分量的值且這樣，在一復(fù)常數(shù)中給出在該檢測(cè)器針孔的二維陣列的平面上在焦的該波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的復(fù)振幅的一精確測(cè)量，來(lái)自離焦圖象的光的影響基本上被抵消。使用本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)算法，不需要掃描，可獲得該物體材料的一二維截面的精確的二維表示。該二維截面是通過(guò)該源狹縫和該探測(cè)透鏡的光軸的各自取向被選擇的。使用本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)算法，從通過(guò)在一維中該物體材料的掃描獲得的第一、第二、第三和第四強(qiáng)度值的三維陣列，可獲得該物體材料的精確的三維表示。該物體材料的掃描是通過(guò)用由該計(jì)算機(jī)控制的一移動(dòng)器在一維中系統(tǒng)地移動(dòng)該物體材料而實(shí)現(xiàn)的。如果所希望的離焦圖象校正超出了本發(fā)明設(shè)備能做到的補(bǔ)償，則該計(jì)算機(jī)算法可包括本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)退卷積和積分方程反演技術(shù)。
根據(jù)以上第一、第二、第三和第四實(shí)施例及其變型，本發(fā)明的設(shè)備采用一探測(cè)透鏡，該探測(cè)透鏡可具有作為波長(zhǎng)的函數(shù)的一擴(kuò)展的聚焦范圍同時(shí)保持對(duì)于頻率分量的高的橫向空間分辨率。通過(guò)采用焦距被設(shè)計(jì)成取決于波長(zhǎng)的一透鏡，聚焦范圍可被擴(kuò)展超出由用于一單一波長(zhǎng)的的探測(cè)透鏡的數(shù)值孔徑定義的范圍。通過(guò)使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)，該波長(zhǎng)依賴性可被設(shè)計(jì)在該透鏡中。這些技術(shù)包括由不同色散的折射材料組成的透鏡多重譜線的設(shè)計(jì)。這些透鏡設(shè)計(jì)可還包括波帶片。如果使用波帶片，該探測(cè)透鏡單元最好被設(shè)計(jì)成按這些波帶片的一次序，在一給定波長(zhǎng)的一光束分量的大部分在焦點(diǎn)上。這些波帶片可通過(guò)全息技術(shù)被生成。為獲得在擴(kuò)展的焦距范圍的優(yōu)點(diǎn)，來(lái)自光源的光束必須包括匹配該探測(cè)透鏡的特性的特性，即具有匹配于該探測(cè)透鏡的波長(zhǎng)范圍的一波長(zhǎng)帶寬。
該第一、第二、第三和第四實(shí)施例及其變型包括第一組實(shí)施例。該第二組實(shí)施例包括第五、第六、第七和第八實(shí)施例及其變型。該第五、第六、第七和第八實(shí)施例及其變型分別對(duì)應(yīng)于第一、第二、第三和第四實(shí)施例及其變型的某些修改的結(jié)構(gòu)，其中，具有一軸向或縱向色差的第一組實(shí)施例的第一探測(cè)透鏡被具有橫向色差的一探測(cè)透鏡所替換。該具有橫向色差的探測(cè)透鏡對(duì)于第二組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型，在物體材料中生成一線圖象，其近似垂直于各自探測(cè)透鏡的光軸地被對(duì)準(zhǔn)，且該線圖象的圖象點(diǎn)實(shí)際上被同時(shí)獲取。
垂直于各自探測(cè)透鏡的光軸的線圖象的長(zhǎng)度由例如各自探測(cè)透鏡的焦距和各自探測(cè)透鏡的橫向色差的幅度(該兩因素可被調(diào)節(jié))，和光源的光學(xué)帶寬的因素的組合所確定。
第三組實(shí)施例包括第九、第十、第十一和十二實(shí)施例及其變型。該第九、第十、第十一和十二實(shí)施例及其變型分別對(duì)應(yīng)于第一、第二、第三和第四實(shí)施例及其變型的某些其他的修改的結(jié)構(gòu)。其中未結(jié)合有多元件移相器。該多元件移相器的去除對(duì)于第三組實(shí)施例降低了離焦圖象的背景的減少和補(bǔ)償?shù)某潭?。用于第三組實(shí)施例的探測(cè)透鏡具有軸向色差，在一物體材料中生成一線圖象。該線圖象近似地沿具有軸向色差的探測(cè)透鏡的光軸對(duì)準(zhǔn)且該線圖象的圖象點(diǎn)基本上同時(shí)被獲取。
第四組實(shí)施例包括第13、14、15和16實(shí)施例及其變型。該第13、第14、第15和16實(shí)施例及其變型分別對(duì)應(yīng)于第五、第六、第七和第八實(shí)施例及其變型的某些其他的修改的結(jié)構(gòu)。其中未結(jié)合有多元件移相器。該多元件移相器的去除對(duì)于第四組實(shí)施例降低了離焦圖象的背景的減少和補(bǔ)償?shù)某潭?。用于第四組實(shí)施例的探測(cè)透鏡具有軸向色差，在一物體材料中生成一線圖象。該線圖象近似地正交于具有軸向色差的探測(cè)透鏡的光軸對(duì)準(zhǔn)且該線圖象的圖象點(diǎn)基本上同時(shí)被獲取。
第五組實(shí)施例包括第17、18、19和20實(shí)施例及其變型。該第17、第18、第19和20實(shí)施例及其變型分別對(duì)應(yīng)于第一、第二、第三和第四實(shí)施例及其變型的第二組的某些其他的修改的結(jié)構(gòu)。其中具有軸向色差的探測(cè)透鏡被基本上沒(méi)有軸向色差的探測(cè)透鏡所替代。由第五組的實(shí)施例在一物體材料中生成的圖象標(biāo)稱地是一點(diǎn)圖象。對(duì)于第五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的來(lái)自離焦圖象的背景的減少和補(bǔ)償程度與對(duì)于第一組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的來(lái)自離焦圖象的背景的減少和補(bǔ)償程度相同。第五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的圖象點(diǎn)在時(shí)間上順序地被獲取。
根據(jù)第五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型，對(duì)于光源的多光學(xué)頻率分量，可調(diào)節(jié)和/或最優(yōu)化信噪比。這是通過(guò)以下手段實(shí)現(xiàn)的在參考和/或反射參考光束的路徑中，最好和/或在該探測(cè)和/或散射探測(cè)光束的路徑中放置一波長(zhǎng)濾波器且構(gòu)成該波長(zhǎng)濾波器的發(fā)射以具有一特定的波長(zhǎng)相關(guān)性來(lái)調(diào)節(jié)和/或最優(yōu)化透射通過(guò)各自用于不同波長(zhǎng)的檢測(cè)器針孔的波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束和波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的比例。當(dāng)在通過(guò)該物體材料中的探測(cè)和散射的探測(cè)光束有強(qiáng)烈衰減時(shí)，該特征是特別有用的。
對(duì)于該五組實(shí)施例的各實(shí)施例及其變型，有一用于將信息寫(xiě)至一包括一記錄介質(zhì)的物體材料的對(duì)應(yīng)的實(shí)施例或變型用于寫(xiě)信息的各實(shí)施例及其變型包括一對(duì)應(yīng)實(shí)施例或變型的方法和設(shè)備，除了以下結(jié)構(gòu)的變化外該光源和參考反射鏡子系統(tǒng)被相互轉(zhuǎn)換且該檢測(cè)器和檢測(cè)器針孔由一反射鏡替換，其中該反射鏡將來(lái)自光源投射在該反射鏡上的光基本上引導(dǎo)回其自身，帶有連同一移相程序一起由配置的反射鏡引入的反射率的時(shí)間上及空間上相關(guān)度和一時(shí)間上及空間上相關(guān)相移以在物體材料中生成期望的圖象。對(duì)于該五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型，該相移程序執(zhí)行與在波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束中引入一序列相移以獲得第一、第二、第三和第四測(cè)量的強(qiáng)度值的程序相類(lèi)似的功能。
對(duì)于在此所述的寫(xiě)入實(shí)施例及其變型的某一些，一單位二進(jìn)制格式被使用以在物體材料中的一給定位置存儲(chǔ)信息。在此所述的寫(xiě)入實(shí)施例及其變型的某一些中，通過(guò)在一幅度或幅度及相位記錄介質(zhì)中的各數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位以用于幅度的基N格式或用于幅度及相位信息的(基N)×(基M)格式進(jìn)行記錄，獲得比在這些實(shí)施例及其變型的某一些中更高密度的信息存儲(chǔ)。
本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可理解在不超出本發(fā)明的范圍和精神的前提下，對(duì)于應(yīng)用的實(shí)施例及其變型的在波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束中引入一序列相移以獲得第一、第二、第三、和第四測(cè)量的強(qiáng)度值的程序也可用相敏檢測(cè)和外差檢測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，由0、π、-π/2和π弧度的四個(gè)離散相移值組成的相移程序可由在頻率ω的幅度β的一正弦相變所替代。該波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的復(fù)振幅的第一和第二分量值通過(guò)相敏檢測(cè)被檢測(cè)分別為ω的第一和第二諧波。該幅度β被選擇以使有對(duì)第一和第二諧波兩者的檢測(cè)的高靈敏度。在第二例中，參考光束的頻率相對(duì)于探測(cè)光束的頻率，例如通過(guò)一聲光調(diào)制器被移位，且該波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的復(fù)振幅的第一和第二分量值通過(guò)外差檢測(cè)被獲取。
本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可理解用于將信息寫(xiě)至光盤(pán)的實(shí)施例及其變型可以一位二進(jìn)制格式在存儲(chǔ)器位寫(xiě)信息。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員還可理解用于將信息寫(xiě)至光盤(pán)的這些實(shí)施例及其變型可在一存儲(chǔ)器點(diǎn)(memeory site)以用于幅度的基N格式或用于幅度及相位的(基N)×(基M)格式的形式寫(xiě)入信息或作為采用待被存儲(chǔ)的信息的(基N)×(基M)格式的變換，例如傅里葉變換或希耳伯特變換的變換。
本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可理解信息可通過(guò)磁光效應(yīng)被存儲(chǔ)在一介質(zhì)中及存儲(chǔ)的信息通過(guò)測(cè)量一由物體材料透射或散射的探測(cè)光束的偏振狀態(tài)的變化而被檢索。
本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可理解在該五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型以及相關(guān)聯(lián)的寫(xiě)入實(shí)施例及其變型中的物體材料的期望的掃描也可通過(guò)在物體材料保持靜態(tài)時(shí)，掃描物體材料中的各自光源針孔、光源針孔的線性陣列或光源狹縫的圖象而被實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)該理解，本發(fā)明的“使能技術(shù)(enabling technology)”適用于任何電磁輻射和例如電子顯微鏡中所用的電子束，甚至適用于能獲得適合的準(zhǔn)直透鏡、成圖象透鏡、和移相器的聲波。對(duì)于那些其中探測(cè)的是光束振幅而不是光束強(qiáng)度的應(yīng)用，在檢測(cè)器后面的電子處理中必需有能產(chǎn)生振幅平方的功能。
應(yīng)該理解，物體材料中的線圖象的長(zhǎng)度可通過(guò)改變例如探測(cè)透鏡的焦深和/或軸向色差或探測(cè)透鏡的橫向色差，帶有必須的光源的光學(xué)帶寬的對(duì)應(yīng)變化而被改變。
第二或第四優(yōu)選實(shí)施例或它們的各自變型的情況下，線光源不需要在線光源的方向上空間非相干以取得減少的系統(tǒng)誤差，盡管當(dāng)使用一空間非相干線光源時(shí)系統(tǒng)誤差總體上是較低的。
相對(duì)于讀取一多層、多跡道光盤(pán)的第一和第三組實(shí)施例的某一些的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在光盤(pán)的深度方向上基本上同時(shí)成象一線段，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。在光盤(pán)的深度方向上同時(shí)成象一線段可被使用以大大地減少對(duì)在深度方向上的由光盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)、光盤(pán)的不平整度、和/或光盤(pán)的振動(dòng)生成的光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。在光盤(pán)的深度方向上同時(shí)成象一線段還可被使用來(lái)以自多層同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別一參考表面，該參考層用作為登記的目的。
相對(duì)于提供在集成電路的制造中使用的一晶片的層析X射線復(fù)振幅圖象的第一和第三組實(shí)施例的一些實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在晶片的深度方向上基本上同時(shí)成象一線段，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。在晶片的深度方向上同時(shí)成象一線段可被使用以大大地減少對(duì)在深度方向上的由例如晶片的移動(dòng)、掃描、或振動(dòng)生成的晶片的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。在晶片的深度方向上同時(shí)成象一線段還可被使用來(lái)以自多個(gè)深度同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該晶片的一表面和/或該晶片內(nèi)的一表面。
相對(duì)于提供自然條件下的一生物樣品的一層析X射線復(fù)振幅圖象，在生物樣品的一無(wú)創(chuàng)性活檢樣品中可被使用的一圖象的第一和第三組實(shí)施例的某一些的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在生物樣品的深度方向上基本上同時(shí)成象一線段，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。在生物樣品的深度方向上同時(shí)成象一線段可被使用以大大地減少對(duì)在深度方向上的由例如生物樣品的移動(dòng)、掃描、或振動(dòng)生成的生物樣品的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。在生物樣品的深度方向上同時(shí)成象一線段還可被使用來(lái)以自多個(gè)深度同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該生物樣品的一表面和/或該生物樣品內(nèi)的一表面。
相對(duì)于讀取一多層、多跡道光盤(pán)的第一和第三組實(shí)施例的其他一些的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象該光盤(pán)的一二維截面，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。該光盤(pán)的該二維截面的一軸平行于該光盤(pán)的深度方向且該光盤(pán)的該二維截面的正交軸可以或者平行于該光盤(pán)的徑向或平行于該光盤(pán)中一跡道的切線。該光盤(pán)的二維截面同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)在深度方向和徑向上的由光盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)、光盤(pán)的不平整度、和/或光盤(pán)的振動(dòng)生成的光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。該光盤(pán)中的二維截面的同時(shí)成象還可被使用以識(shí)別該光盤(pán)中或上的一參考表面，即參考層，和一參考跡道或被使用用于以在多層和多跡道同時(shí)獲取的信息來(lái)進(jìn)行跡道識(shí)別，該參考層和參考跡道用作為登記的目的。
相對(duì)于讀取一多層、多跡道光盤(pán)的第二和第四組實(shí)施例的一些的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象與該光盤(pán)中或上的一層相切的一線段，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。與該光盤(pán)中或上的一層相切的一線段的同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)由光盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)和/或光盤(pán)的振動(dòng)生成的光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。與該光盤(pán)中或上的一層相切的一線段的同時(shí)成象還可被使用以從多跡道同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該光盤(pán)中的一參考跡道，該參考跡道用作為登記的目的。
相對(duì)于提供在集成電路的制造中使用的一晶片的層析X射線復(fù)振幅圖象的第一和第三組實(shí)施例的一些實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象與該晶片的一表面相切的或在晶片中的一表面上的一線段，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。與該晶片的一表面相切的或在晶片中的一表面上的一線段的同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)由晶片的移動(dòng)、掃描、或振動(dòng)生成的晶片的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。與該晶片中或上的一表面相切的一二維截面的同時(shí)成象還可被使用以從多個(gè)位置同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該晶片中或上的一參考位置，該參考位置用作為登記的目的。
相對(duì)于提供在集成電路的制造中使用的一晶片的層析X射線復(fù)振幅圖象的第一和第三組實(shí)施例的一些實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象該晶片的一二維截面，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。該晶片的該二維截面的一軸平行于該晶片的深度方向。該晶片的二維截面的同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)由晶片的移動(dòng)、掃描、或振動(dòng)生成的晶片在深度和橫向方向的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。該晶片的二維截面的同時(shí)成象還可被使用以在其他多個(gè)位置同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該晶片的一表面或一內(nèi)部表面，該表面或內(nèi)部表面可能地用作為登記的目的。
相對(duì)于提供自然條件下的一生物樣品的一層析X射線復(fù)振幅圖象，在生物樣品的一無(wú)創(chuàng)性活檢樣品中可被使用的一圖象的第一和第三組實(shí)施例的另外一些的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象該生物樣品的一二維截面，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。該生物樣品的該二維截面的一軸平行于該生物樣品的深度方向。該生物樣品的二維截面的同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)由生物樣品的移動(dòng)、掃描、或振動(dòng)生成的生物樣品在深度和橫向方向的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。該生物樣品中的二維截面的同時(shí)成象還可被使用以在其他多個(gè)位置同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該生物樣品的一表面或一內(nèi)部表面，該表面或內(nèi)部表面可能地用作為登記的目的。
相對(duì)于讀取一多層、多跡道光盤(pán)的第二和第四組實(shí)施例的一些的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象與該光盤(pán)中或上的一層相切的一線段，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。與該光盤(pán)中或上的一層相切的一線段的同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)由光盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)和/或光盤(pán)的振動(dòng)生成的光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。與該光盤(pán)中或上的一層相切的一二維截面的同時(shí)成象還可被使用以從多跡道同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該光盤(pán)中的一參考跡道，該參考跡道用作為登記的目的。
相對(duì)于提供在集成電路的制造中使用的一晶片的層析X射線復(fù)振幅圖象的第一和第三組實(shí)施例的一些實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象與該晶片的一表面相切的或在晶片中的一表面上的一線段，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。與該晶片的一表面相切的或在晶片中的一表面上的一線段的同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)由晶片的移動(dòng)、掃描、或振動(dòng)生成的晶片的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。與該晶片中或上的一表面相切的一二維截面的同時(shí)成象還可被使用以從多個(gè)位置同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該晶片中或上的一參考位置，該參考位置用作為登記的目的。
相對(duì)于提供自然條件下的一生物樣品的一層析X射線復(fù)振幅圖象，在生物樣品的一無(wú)創(chuàng)性活檢樣品中可被使用的一圖象的第二和第四組實(shí)施例的一些的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象與該生物樣品中或上的一表面相切的一線段，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。與該生物樣品中或上的一表面相切的一線段的同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)由生物樣品的移動(dòng)、掃描、或振動(dòng)生成的生物樣品的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。與該生物樣品中或上的一表面相切的一線段的同時(shí)成象還可被使用以從多個(gè)位置同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該生物樣品中的一參考位置，該參考位置用作為登記的目的。
相對(duì)于讀取一多層、多跡道光盤(pán)的第二和第四組實(shí)施例的其他一些的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象該光盤(pán)的一二維截面，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔及狹縫共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。該光盤(pán)的該二維截面的一軸平行于該光盤(pán)的徑向且該光盤(pán)的該二維截面的正交軸可以或者平行于該光盤(pán)中或上的一跡道的切線。該光盤(pán)的二維截面同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)由光盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)和/或光盤(pán)的振動(dòng)生成的光盤(pán)在徑向上的的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。該光盤(pán)中或上的二維截面的同時(shí)成象還可被使用以用在多跡道和該多跡道上的多位置同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別一參考跡道用于跡道識(shí)別及用于一給定跡道的讀取誤差，該參考跡道用作為登記的目的。
相對(duì)于讀取一多層、多跡道光盤(pán)的第五組實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于生成一多層、多跡道光盤(pán)的一一維線段、一二維截面或一三維部分圖象，帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少的來(lái)自離焦圖象的背景。
相對(duì)于提供在集成電路的制造中使用的一晶片的層析X射線復(fù)振幅圖象的第五組實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于生成一晶片的一一維線段、一二維截面或一三維部分圖象，帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少的來(lái)自離焦圖象的背景。
相對(duì)于提供自然條件下的一生物樣品的一層析X射線復(fù)振幅圖象，在生物樣品的一無(wú)創(chuàng)性活檢樣品中可被使用的一圖象的第五組實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于生成該樣品的一一維線段、一二維截面或一三維部分圖象，帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少的來(lái)自離焦圖象的背景。
本發(fā)明的前四組實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象一線段，帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少的來(lái)自離焦圖象的背景。該基本上同時(shí)成象特征是通過(guò)引入稱為“光學(xué)波數(shù)域發(fā)射測(cè)量術(shù)”(OWDR)的技術(shù)而成為可能的。該背景的減少是通過(guò)對(duì)一干涉測(cè)量(interferometry)系統(tǒng)采用針孔共焦顯微術(shù)的基本原理而成為可能的。該基本上同時(shí)成象特征使得可能在測(cè)量過(guò)程期間生成一維、二維和三維圖象，帶有大大降低的對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的靈敏度。該運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題在生物系統(tǒng)的自然條件下的測(cè)量的情況下的當(dāng)前采用的技術(shù)中造成嚴(yán)重的限制。在未結(jié)合在此公開(kāi)的技術(shù)的PSI和SCLI中，由于振動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)，會(huì)遭遇嚴(yán)重的限制。在讀取多層、多跡道光盤(pán)或?qū)懭攵鄬?、多跡道光盤(pán)中，該未被追蹤的運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題也可造成嚴(yán)重的限制。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象一二維截面，帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少的來(lái)自離焦圖象的背景。該基本上同時(shí)成象特征是通過(guò)引入OWDR的技術(shù)而成為可能的。該背景的減少是通過(guò)對(duì)一干涉測(cè)量系統(tǒng)采用狹縫共焦顯微術(shù)的基本原理而成為可能的。該基本上同時(shí)成象特征使得可能在測(cè)量過(guò)程期間生成二維和三維圖象，帶有大大降低的對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的靈敏度。如上所述，該運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題在生物系統(tǒng)的自然條件下的測(cè)量的情況下的當(dāng)前采用的技術(shù)中造成嚴(yán)重的限制。在由于振動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)的PSI和SCLI中，會(huì)遭遇嚴(yán)重的限制。在讀取多層、多跡道光盤(pán)或?qū)懭攵鄬?、多跡道光盤(pán)中，由于未被追蹤的運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題也可造成嚴(yán)重的限制。
用于寫(xiě)至一多層、多跡道光盤(pán)的實(shí)施例及其變型、對(duì)應(yīng)于第一和第三組實(shí)施例的一些的實(shí)施例及其變型中的一些的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在光盤(pán)的深度方向上基本上同時(shí)成象一線段，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息成象進(jìn)行的一序列圖象中生成的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。在光盤(pán)的深度方向上同時(shí)成象一線段可被使用以大大地減少對(duì)在深度方向上的由光盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)、光盤(pán)的不平整度、和/或光盤(pán)的振動(dòng)生成的光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。在光盤(pán)的深度方向上同時(shí)成象一線段還可被使用來(lái)生成該光盤(pán)中的一參考表面，同時(shí)地在多層寫(xiě)入信息，該參考層用作為登記的目的。
用于寫(xiě)至一多層、多跡道光盤(pán)的實(shí)施例及其變型、對(duì)應(yīng)于第一和第三組實(shí)施例的另一些的實(shí)施例及其變型中的一些的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在光盤(pán)中基本上同時(shí)成象一二維截面，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔和狹縫共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列圖象中生成的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。該光盤(pán)的該二維截面的一軸基本上平行于該光盤(pán)的深度方向且該光盤(pán)的該二維截面的正交軸可以或者基本平行于該光盤(pán)的徑向、平行于該光盤(pán)中一跡道的切線或平行于兩者之間的任何方向。該光盤(pán)的二維截面同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)在深度方向和正交方向上的由光盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)、光盤(pán)的不平整度、和/或光盤(pán)的振動(dòng)生成的光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。該光盤(pán)中的二維截面的同時(shí)成象還可被使用以生成該光盤(pán)中或上的一參考表面、即參考層，和一參考跡道，該參考層和參考跡道用作為登記的目的。
用于寫(xiě)至一多層、多跡道光盤(pán)的實(shí)施例及其變型、對(duì)應(yīng)于第二和第四組實(shí)施例的一些的實(shí)施例及其變型中的一些的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象與該光盤(pán)中或上的一層相切的一線段，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列圖象中生成的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。與該光盤(pán)中或上的一層相切的一線段的同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)由光盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)和/或光盤(pán)的振動(dòng)生成的光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。
用于寫(xiě)至一多層、多跡道光盤(pán)的實(shí)施例及其變型、對(duì)應(yīng)于第二和第四組實(shí)施例的另一些的實(shí)施例及其變型中的一些的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于基本上同時(shí)成象光盤(pán)的一二維截面，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔和狹縫共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列圖象中生成的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。該光盤(pán)的該二維截面的一軸基本上平行于該光盤(pán)的徑向且該光盤(pán)的該二維截面的正交軸可以基本平行于該光盤(pán)中或上的一跡道的切線。該光盤(pán)的二維截面同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)在徑向上的由光盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)和/或光盤(pán)的振動(dòng)生成的光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。該光盤(pán)中或上的二維截面的同時(shí)成象還可被使用以生成一參考跡道用于跡道識(shí)別，同時(shí)在多個(gè)跡道和該多個(gè)跡道上的多個(gè)位置寫(xiě)入信息，該參考跡道用作為登記的目的。
用于寫(xiě)至一多層、多跡道光盤(pán)的實(shí)施例及其變型、對(duì)應(yīng)于第五組實(shí)施例的實(shí)施例及其變型的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在一多層、多跡道光盤(pán)上生成一一維線段、一二維截面或一三維部分圖象，帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少的來(lái)自離焦圖象的背景。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于替代如在PCI合OCT的情況下的散射振幅的量值而獲得該物體的復(fù)散射振幅。相對(duì)于獲得一給定類(lèi)型的物體材料的一維、二維或三維圖象所需的計(jì)算機(jī)分析量，這是特別重要的。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于相比于在當(dāng)前采用的現(xiàn)有技術(shù)的共焦系統(tǒng)中所需的計(jì)算機(jī)處理，獲得在一維、二維及三維成象中的復(fù)散射振幅所需的計(jì)算機(jī)處理被大大地減少。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于如果需要對(duì)在本發(fā)明的設(shè)備中已被大大減少的離焦圖象進(jìn)行修正，相比于在現(xiàn)有技術(shù)的掃描單針孔和掃描狹縫共焦及掃描單針孔和掃描狹縫共焦干涉顯微術(shù)中所需的計(jì)算機(jī)處理，用本發(fā)明的設(shè)備實(shí)現(xiàn)一給定水平的修正所需的計(jì)算機(jī)處理被顯著地減少。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)于單光源針孔，在本發(fā)明的各自實(shí)施例及其變型中，背景輻射對(duì)于在一給定測(cè)量時(shí)間間隔在該物體材料中的一給定橫向距離上測(cè)量的復(fù)散射振幅中的統(tǒng)計(jì)噪聲的貢獻(xiàn)可被降低到在現(xiàn)有技術(shù)掃描單針孔共焦干涉顯微術(shù)中在同樣時(shí)間間隔可獲得的之下，達(dá)到基本上與在軸向圖象距離上的獨(dú)立的測(cè)量位置的數(shù)量的均方根成正比的一因數(shù)，其中獨(dú)立是相對(duì)于測(cè)量的復(fù)散射振幅而言的。相對(duì)于狹縫共焦干涉顯微術(shù)，給出了一類(lèi)似的優(yōu)點(diǎn)，其中對(duì)應(yīng)的減少因數(shù)基本上與在該物體材料的一成象的二維截面上的獨(dú)立的測(cè)量位置的數(shù)量的均方根成正比。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于背景輻射對(duì)于一給定測(cè)量時(shí)間間隔在一給定成象的軸向距離上的測(cè)量的復(fù)散射振幅中的統(tǒng)計(jì)噪聲的貢獻(xiàn)可被減少到從該復(fù)散射振幅自身的大小所主要導(dǎo)出的情況。對(duì)于背景輻射的量值相比于該復(fù)散射振幅的大小是相對(duì)地較大的情況，這是一特別重要的優(yōu)點(diǎn)。這在現(xiàn)有技術(shù)的掃描單針孔或狹縫共焦顯微術(shù)中是不能實(shí)現(xiàn)的。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于前四組實(shí)施例的某些實(shí)施例及其變型，要求基本上僅在一維上的掃描以生成一二維圖象且僅要求基本上在二維上的掃描以生成一三維圖象。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于前四組實(shí)施例的其他一些實(shí)施例及其變型，要求基本上僅在一維上的掃描以生成一三維圖象。
總之，本發(fā)明的設(shè)備可被操作以(1)減少系統(tǒng)誤差；(2)減少統(tǒng)計(jì)誤差；(3)減少檢測(cè)器、處理電子器件的動(dòng)態(tài)范圍要求；(4)提高光盤(pán)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的密度；(5)減少生成或者一一維、二維或三維圖象所需的計(jì)算機(jī)處理量；(6)減少對(duì)于修正離焦圖象的系統(tǒng)誤差效應(yīng)所需的計(jì)算機(jī)處理量；及/或(7)當(dāng)通過(guò)一混濁介質(zhì)成象時(shí)可進(jìn)行工作。通常，這些特征的一或多個(gè)可同時(shí)被實(shí)現(xiàn)。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明在各附圖中，相似的代號(hào)代表相似的元件。


圖1a-1n一起以示意圖形式說(shuō)明來(lái)自第一組實(shí)施例的本發(fā)明目前優(yōu)選的第一實(shí)施例，圖1a示出子系統(tǒng)80與81、81與82、81與83、82與81a、83與81a及81a和84之間的各個(gè)光路，從計(jì)算機(jī)118到移動(dòng)器116和子系統(tǒng)83中移相器44的電子信號(hào)路徑，以及從子系統(tǒng)84中的檢測(cè)器114到計(jì)算機(jī)118的電子信號(hào)路徑；圖1b說(shuō)明子系統(tǒng)80，其中圖1b的平面垂直于圖1a的平面；圖1c說(shuō)明子系統(tǒng)81，其中圖1c的平面垂直于圖1a的平面；圖1d說(shuō)明對(duì)于探測(cè)光束進(jìn)入子系統(tǒng)82的情況的子系統(tǒng)82，其中圖1d的平面垂直于圖1a的平面；圖1e說(shuō)明對(duì)于參考光束進(jìn)入子系統(tǒng)83的情況的子系統(tǒng)83，其中圖1e的平面垂直于圖1a的平面；圖1f說(shuō)明對(duì)于探測(cè)光束離開(kāi)子系統(tǒng)82的情況的子系統(tǒng)82，其中圖1f的平面垂直于圖1a的平面；圖1g說(shuō)明對(duì)于參考光束離開(kāi)子系統(tǒng)83的情況的子系統(tǒng)83，其中圖1g的平面垂直于圖1a的平面；圖1h說(shuō)明對(duì)于探測(cè)光束進(jìn)入子系統(tǒng)81a的情況的子系統(tǒng)81a，其中圖1h的平面垂直于圖1a的平面；圖1i說(shuō)明對(duì)于參考光束進(jìn)入子系統(tǒng)81a的情況的子系統(tǒng)81a，其中圖1i的平面垂直于圖1a的平面；
圖1j說(shuō)明對(duì)于探測(cè)光束進(jìn)入子系統(tǒng)84的情況的子系統(tǒng)84，其中圖1j的平面垂直于圖1a的平面；圖1k說(shuō)明對(duì)于參考光束進(jìn)入子系統(tǒng)84的情況的子系統(tǒng)84，其中圖1k的平面垂直于圖1a的平面；圖1l說(shuō)明了對(duì)于由子系統(tǒng)82中光的散射和/或反射在子系統(tǒng)84中產(chǎn)生離焦光束的情況的子系統(tǒng)82，其中圖1l的平面垂直于圖1a的平面；圖1m說(shuō)明了對(duì)于由子系統(tǒng)82中光的散射和/或反射在子系統(tǒng)81a中產(chǎn)生離焦光束的情況的子系統(tǒng)81a，其中圖1m的平面垂直于圖1a的平面；圖1n說(shuō)明了對(duì)于背景光束進(jìn)入子系統(tǒng)84情況的子系統(tǒng)84，其中圖1n的平面垂直于圖1a的平面；圖1aa-ai連同圖1a-1n中的一些一起，以概略的形式說(shuō)明了第二組實(shí)施例的本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選的第五實(shí)施例，圖1aa分別示出了分束器100和子系統(tǒng)82aa之間、分束器100和子系統(tǒng)83aa之間、子系統(tǒng)82aa和85、及子系統(tǒng)83aa和95之間的光路，和電子信號(hào)132和133到移動(dòng)器116及到子系統(tǒng)83aa中的移相器44的路徑；圖1ab說(shuō)明了對(duì)于探測(cè)光束進(jìn)入子系統(tǒng)82aa及圖1ab的平面垂直于圖1aa的平面的情況下的子系統(tǒng)82aa；圖1ac說(shuō)明了對(duì)于探測(cè)光束進(jìn)入子系統(tǒng)85及圖1ac的平面垂直于圖1aa的平面的情況下的子系統(tǒng)85；圖1ad說(shuō)明了對(duì)于參考光束進(jìn)入子系統(tǒng)83aa及圖1ad的平面垂直于圖1aa的平面的情況下的子系統(tǒng)83aa；圖1ae說(shuō)明了對(duì)于參考光束進(jìn)入子系統(tǒng)95及圖1ae的平面垂直于圖1aa的平面的情況下的子系統(tǒng)95；圖1af說(shuō)明了對(duì)于散射的探測(cè)光束離開(kāi)子系統(tǒng)85及圖1af的平面垂直于圖1aa的平面的情況下的子系統(tǒng)85；圖1ag說(shuō)明了對(duì)于散射的探測(cè)光束離開(kāi)子系統(tǒng)82aa及圖1ag的平面垂直于圖1aa的平面的情況下的子系統(tǒng)82aa；圖1ah說(shuō)明了對(duì)于反射的參考光束離開(kāi)子系統(tǒng)95及圖1ah的平面垂直于圖1aa的平面的情況下的子系統(tǒng)95；圖1ai說(shuō)明了對(duì)于反射的參考光束離開(kāi)子系統(tǒng)83aa及圖1ai的平面垂直于圖1aa的平面的情況下的子系統(tǒng)83aa；圖2a-2f一起以概略的形式說(shuō)明本發(fā)明目前的第二優(yōu)選實(shí)施例，其中圖2a示出子系統(tǒng)80a與81、81與82、81與83、82與81b、83與81b、81b和84a之間的光路，從計(jì)算機(jī)118到移動(dòng)器116和子系統(tǒng)83中的移相器44的電子信號(hào)路徑，以及從子系統(tǒng)84a中的檢測(cè)器114a到計(jì)算機(jī)118的電子信號(hào)路徑；圖2b說(shuō)明子系統(tǒng)80a，其中圖2b的平面垂直于圖2a的平面且線光源的方向及針孔8a的線性陣列位于圖2a的平面內(nèi)；圖2c說(shuō)明探測(cè)光束進(jìn)入子系統(tǒng)81b的情況，其中圖2c的平面垂直于圖2a的平面且針孔18b的線性陣列位于圖2a的平面內(nèi)；圖2d說(shuō)明參考光束進(jìn)入子系統(tǒng)81b的情況，其中圖2d的平面垂直于圖2a的平面且針孔18b的線性陣列位于圖2a的平面內(nèi)；圖2e說(shuō)明探測(cè)光束進(jìn)入子系統(tǒng)84a的情況，其中圖2e的平面垂直于圖2a的平面；圖2f說(shuō)明參考光束進(jìn)入子系統(tǒng)84a的情況，其中圖2f的平面垂直于圖2a的平面；圖2aa連同圖2a-2f中的一些一起，以概略的形式說(shuō)明了第二組實(shí)施例的本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選的第六實(shí)施例，圖2aa分別示出了分束器100和子系統(tǒng)82aa之間、分束器100和子系統(tǒng)83aa之間、子系統(tǒng)82aa和85、及子系統(tǒng)83aa和95之間的光路，和電子信號(hào)132和133到移動(dòng)器116及到子系統(tǒng)83aa中的移相器44的路徑；圖3a-3l一起以概略的形式說(shuō)明本發(fā)明目前的第三優(yōu)選實(shí)施例，其中圖3a示出子系統(tǒng)80與81、80與81c、81與82、81c與83a、82與81a、83a與81a、和81a和84之間的光路；從計(jì)算機(jī)118到移動(dòng)器116和子系統(tǒng)83a中的移相器44的電子信號(hào)路徑；以及從子系統(tǒng)84中的檢測(cè)器114到計(jì)算機(jī)118的電子信號(hào)路徑；圖3b說(shuō)明了子系統(tǒng)80，其中圖3b的平面垂直于圖3a的平面；圖3c說(shuō)明了子系統(tǒng)81a，其中圖3c的平面垂直于圖3a的平面；圖3d說(shuō)明探測(cè)光束進(jìn)入子系統(tǒng)82的情況，其中圖3d的平面垂直于圖3a的平面；圖3e說(shuō)明了子系統(tǒng)81c，其中圖3e的平面平行于圖3a的平面；圖3f說(shuō)明參考光束進(jìn)入子系統(tǒng)83a的情況，其中圖3f的平面平行于圖3a的平面且移相器34和34a分別繞軸3a和3c被旋轉(zhuǎn)90度，僅為說(shuō)明性的目的；圖3g說(shuō)明探測(cè)光束離開(kāi)子系統(tǒng)82的情況，其中圖3g的平面垂直于圖3a的平面；圖3h說(shuō)明參考光束離開(kāi)子系統(tǒng)83a的情況，其中圖3h的平面垂直于圖3a的平面且移相器34和34a分別繞軸3a和3c被旋轉(zhuǎn)90度，僅為說(shuō)明性的目的；圖3i說(shuō)明探測(cè)光束進(jìn)入子系統(tǒng)81a的情況，其中圖3i的平面垂直于圖3a的平面；圖3j說(shuō)明參考光束進(jìn)入子系統(tǒng)81a的情況，其中圖3j的平面垂直于圖3a的平面；圖3k說(shuō)明探測(cè)光束進(jìn)入子系統(tǒng)84的情況，其中圖3k的平面垂直于圖3a的平面；圖3l說(shuō)明參考光束進(jìn)入子系統(tǒng)84的情況，其中圖3l的平面垂直于圖3a的平面；圖3aa和3ab一起以概略的形式說(shuō)明自第二組實(shí)施例的本發(fā)明目前的第七優(yōu)選實(shí)施例，其中圖3aa示出了分束器100和子系統(tǒng)82aa之間、分束器100和子系統(tǒng)83ab之間、子系統(tǒng)82aa和85、及子系統(tǒng)83ab和95之間的光路，和電子信號(hào)132和133到移動(dòng)器116及到子系統(tǒng)83ab中的移相器44的路徑；
圖3ab說(shuō)明反射的參考光束離開(kāi)子系統(tǒng)83ab的情況，其中圖3ab平面平行于圖3aa的平面且移相器34和34a分別繞軸3b和3f被旋轉(zhuǎn)90度，僅為說(shuō)明性的目的；圖4a-4f一起以示意圖形式說(shuō)明本發(fā)明目前的第四優(yōu)選實(shí)施例，其中圖4a示出子系統(tǒng)80a與81、80a與81c、81與82、81c與83a、82與81b、83a與81b和81b與84a之間的光路，從計(jì)算機(jī)118到移動(dòng)器116和子系統(tǒng)83a中的移相器44的電子信號(hào)路徑，以及從子系統(tǒng)84a中的檢測(cè)器114a到計(jì)算機(jī)118的電子信號(hào)路徑；圖4b說(shuō)明了子系統(tǒng)80a，其中圖4b的平面垂直于圖4a的平面；圖4c說(shuō)明了散射的探測(cè)光束進(jìn)入子系統(tǒng)81b的情況，其中圖4c的平面垂直于圖4a的平面；圖4d說(shuō)明了反射的參考光束進(jìn)入子系統(tǒng)81b的情況，其中圖4d的平面垂直于圖4a的平面；圖4e說(shuō)明了散射的探測(cè)光束進(jìn)入子系統(tǒng)84a的情況，其中圖4e的平面垂直于圖4a的平面；圖4f說(shuō)明了反射的參考光束進(jìn)入子系統(tǒng)84a的情況，其中圖4f的平面垂直于圖4a的平面；圖4aa連同圖4a-4f中的一些一起，以概略的形式說(shuō)明自第二組實(shí)施例的本發(fā)明目前的第八優(yōu)選實(shí)施例，其中圖4aa示出了分束器100和子系統(tǒng)82aa之間、分束器100和子系統(tǒng)83ab之間、子系統(tǒng)82aa和85、及子系統(tǒng)83ab和95之間的光路，和電子信號(hào)132和133到移動(dòng)器116及到子系統(tǒng)83ab中的移相器44的路徑；圖5示出一個(gè)具有四個(gè)成圖象部分的反射共焦顯微鏡的幾何布局；圖6是根據(jù)本發(fā)明的四個(gè)優(yōu)選實(shí)施例及其本發(fā)明的這些優(yōu)選實(shí)施例的變型的空間濾波的針孔平面中的一離焦圖象的幅值的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的四個(gè)優(yōu)選實(shí)施例及其本發(fā)明的這些優(yōu)選實(shí)施例的變型的空間濾波針孔平面中的一反射的參考光束幅值的示意圖8a-8c涉及制造集成電路的石板印刷術(shù)及其應(yīng)用，其中圖8a是使用該共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)的一石板印刷術(shù)曝光系統(tǒng)的概略性示意圖，圖8b和8c是描述制造集成電路的步驟的流程圖；及圖9是使用該共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)的一掩模(mask)檢驗(yàn)系統(tǒng)的概略性示意圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明能夠把由三維物體材料空間的一個(gè)體元素所反射和/或散射的光的復(fù)振幅與由位于被測(cè)體元素前方、后方及邊上的結(jié)構(gòu)的重疊離焦圖象所產(chǎn)生的背景光的復(fù)振幅分離開(kāi)來(lái)。所說(shuō)明的層析技術(shù)能把一個(gè)圖象平面中的希望復(fù)振幅信號(hào)與由各種機(jī)制所產(chǎn)生的“背景”和“前景”復(fù)振幅信號(hào)分離開(kāi)來(lái)。這些背景和前景復(fù)振幅信號(hào)可以是(1)物體材料中不是被成圖象的一線段或二維截面的部分的離焦圖象，(2)希望振幅信號(hào)的散射信號(hào)，(3)源自非成圖象的一線段或二維截面的光源的信號(hào)的散射，和/或(4)熱輻射。散射地點(diǎn)和熱輻射源可能位在物體被測(cè)的物體的一線段或二維截面的前方、后方和/或其中的空間內(nèi)。
本發(fā)明的技術(shù)以兩種不同的對(duì)離焦圖象的鑒別級(jí)別中的一種級(jí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)。在第一個(gè)級(jí)別(級(jí)別1)中，本發(fā)明的設(shè)備的成圖象子系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)通過(guò)在本發(fā)明設(shè)備的各個(gè)子系統(tǒng)的光瞳上分別導(dǎo)入一維的相位變化圖案而在一個(gè)平面內(nèi)受到操作。在第二個(gè)級(jí)別(級(jí)別2)中，本發(fā)明的設(shè)備的成圖象子部分的脈沖響應(yīng)函數(shù)通過(guò)在各個(gè)子系統(tǒng)的光瞳上分別導(dǎo)入二維的相位變化圖案而在兩個(gè)正交的平面內(nèi)受到操作。級(jí)別2的實(shí)現(xiàn)比級(jí)別1的實(shí)現(xiàn)在把離焦圖象從在焦圖象鑒別出來(lái)的方面更為有效。這里所說(shuō)明的任何一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例都可以實(shí)現(xiàn)級(jí)別1和級(jí)別2的鑒別。
本發(fā)明的使能技術(shù)，對(duì)于不論是被構(gòu)形成級(jí)別1還是級(jí)別2鑒別的本發(fā)明設(shè)備的每個(gè)優(yōu)選實(shí)施例來(lái)說(shuō)，都是共同的，但這里僅對(duì)級(jí)別1鑒別的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的使能技術(shù)。級(jí)別1鑒別是基于一正交平面的一具體取向，其中實(shí)現(xiàn)了成象子系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)。其中成象子系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)被操作的該正交平面的取向的選擇對(duì)在本發(fā)明的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的背景光束對(duì)統(tǒng)計(jì)誤差的影響的減少程度有影響。
參考各附圖的詳細(xì)內(nèi)容，圖1a-1n以示意圖形式示出本發(fā)明目前的第一優(yōu)選實(shí)施例。如圖1a-1n所示，本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施例是一個(gè)干涉儀，其中包括一個(gè)分束器100、物體材料112、移動(dòng)器116、參考反射鏡120、色散檢測(cè)器元件130a和130b、和一個(gè)檢測(cè)器114。在本技術(shù)領(lǐng)域中該結(jié)構(gòu)叫做邁克耳遜干涉儀，這里示出的是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。本技術(shù)領(lǐng)域中已知的這種干涉儀的其他形式例如有偏振邁克耳遜干涉儀，在C.Zanoni(扎諾尼)的論文“DifferentialInterferometer Arrangements for Distance and AngleMeasurementsPrinciples，Advantages，and Applications(用于距離和角度測(cè)量的差分干涉儀布局原理、優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用)”(VDIBerichte NR/749，93-106，1989)中有所說(shuō)明，可以把它使用在圖1a-1n的設(shè)備中而不會(huì)明顯偏離本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的精神和范疇。
在第一優(yōu)選實(shí)施例中的其中一成象子系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)被操作的平面的取向垂直于圖1a的平面且平行于該成象子系統(tǒng)的光軸。
圖1b以示意圖形式示出圖1a所示的子系統(tǒng)80的一個(gè)實(shí)施例。圖1b的平面垂直于圖1a的平面。對(duì)于第一優(yōu)選實(shí)施例而言，光源10最好是一個(gè)點(diǎn)光源或一個(gè)其表面各處的輻射是空間非相干的光源，最好是一個(gè)激光器或類(lèi)似的相干光源，或部分相干輻射光源，而且最好是一超輻照激光器，較佳地是偏振的。光源10發(fā)出與子系統(tǒng)80的光軸3相對(duì)準(zhǔn)的輸入光束2。如圖1b所示，輸入光束2進(jìn)入聚焦透鏡6并被聚焦在圖象平面7中的針孔8上。由多個(gè)光束12-1、-2、-3、-4所組成的光束12從針孔8發(fā)散出來(lái)，進(jìn)入一個(gè)其光軸對(duì)準(zhǔn)于子系統(tǒng)80的光軸3的透鏡16。光束12從透鏡16射出時(shí)成為準(zhǔn)直光束12A，后者由光束12A-1、-2、-3、-4組成，準(zhǔn)直光束12A進(jìn)入移相器14。移相器14包括一些矩形移相器14-1、-2、-3、-4，它們各自的光軸都平行于子系統(tǒng)80的光軸3。應(yīng)該指出，這些移相器的數(shù)目可以是任何合適的數(shù)2m，其中m是一個(gè)整數(shù)。圖1b中所例子是m＝2的情況，4個(gè)移相器的情況已足以清楚地說(shuō)明本發(fā)明設(shè)備各個(gè)部件之間的關(guān)系。平行光束12A-1、-2、-3、-4分別透過(guò)移相器14-1、-2、-3、-4，出射時(shí)分別變成光束12B-1、-2、-3、-4，總的構(gòu)成光束12B。移相器14-2和14-4，所導(dǎo)入的相移量分別比移相器14-1和14-3所導(dǎo)入的多π弧度，而移相器14-1與14-3所導(dǎo)入的相移量是相同的。
在圖1a中，光束12B從子系統(tǒng)80射出而進(jìn)入子系統(tǒng)81。在圖1C中光束12B進(jìn)入透鏡26，透鏡26具有與子系統(tǒng)81的光軸3對(duì)準(zhǔn)的一光軸，出射時(shí)變成由光束12C-1、-2、-3、-4所組成的光束12C。圖1c的平面垂直于圖1a的平面。透鏡26使光束12C聚焦成在焦圖象平面17中的圖象點(diǎn)18。光束12C從圖象點(diǎn)18射出時(shí)變成由光束22-1、-2、-3、-4所組成的光束22。光束22進(jìn)入一個(gè)其光軸對(duì)準(zhǔn)于子系統(tǒng)81的光軸3的透鏡36。光束22從透鏡26射出并離開(kāi)子系統(tǒng)81時(shí)變成由光束22A-1、-2、-3、-4所組成的準(zhǔn)直的光束22A。
如圖1a所示，光束22A部分地透過(guò)分束器100，變成由光束P22B-1、-2、-3、-4所組成的光束P22B，并進(jìn)入圖1d中所示的子系統(tǒng)82。
在圖1d中，光束P22B入射到一個(gè)由移相器24-1、-2、-3、-4所組成的移相器24上。圖1d的平面垂直于圖1a的平面。移相器24與14含有與移相器14相同數(shù)目的2m個(gè)單元，圖1d中示出的是m＝2的情況。光束P22B-1、-2、-3、-4分別透過(guò)移相器24-1、-2、-3、-4，出射后分別變成光束P22C-1、-2、-3、-4，它們組成了光束P22C。移相器24-1與24-3所導(dǎo)入的相移量相同，是比移相器24-2和24-4所導(dǎo)入的相移大π的弧度，而移相器24-2和24-4所導(dǎo)入的相移量是相同的。
由每一對(duì)移相器14-1與24-1、14-2與24-2、14-3與24-3、14-4與24-4所產(chǎn)生的相移量之和都是π弧度。所以光束P22C-1、-2、-3、-4中的任意兩個(gè)光束之間都不存在凈相對(duì)相移。光束P22C透過(guò)透鏡46，變成由光束P22D-1、-2、-3、-4所組成的光束P22D，后者被聚焦成中心位于物體材料112中的在焦圖象平面27內(nèi)的圖象點(diǎn)28的一線圖象。該線圖象的軸基本上平行于成象子系統(tǒng)82的光軸3。該線圖象的長(zhǎng)度由例如探測(cè)透鏡46的焦深和色差及光源10的光學(xué)帶寬的因素的組合所確定。該線段可切過(guò)該物體材料的一或多個(gè)表面或位于該物體材料的一表面內(nèi)。透鏡46的光軸是對(duì)準(zhǔn)于子系統(tǒng)82的光軸3的。
在圖1a中，光束22A部分地被分束器100反射，變成由光束R22B-1、-2、-3、-4所組成的光束R22B。光束R22B進(jìn)入示于圖1e的子系統(tǒng)83。圖1e的平面垂直于圖1a的平面。如圖1e所示。光束R22B入射在一個(gè)由移相器34-1、-2、-3、-4所組成的移相器34上。移相器34與14含有相同數(shù)目2m的單元，圖1e中示出了m＝2的情況。光束R22B透過(guò)移相器34，然后又透過(guò)移相器44，出射后變成由光束R22C-1、-2、-3、-4所組成的光束R22C。由移相器44所導(dǎo)入的相移量受來(lái)自計(jì)算機(jī)118的信號(hào)132控制。移相器34-1與34-3所導(dǎo)入的相移量相同，比移相器34-2或34-4所導(dǎo)入的多π弧度，而移相器34-2與34-4所導(dǎo)入的移相量是相同的。所以在光束R22C-1、-2、-3、-4中的任何兩個(gè)光束之間沒(méi)有凈相對(duì)相移。光束R22C透過(guò)透鏡56后變成由光束R22D-1、-2、-3、-4所組成的光束R22D。光束R22D被透鏡56聚焦成參考反射鏡120上的在焦圖象平面37中的圖象點(diǎn)38。透鏡56的光軸是對(duì)準(zhǔn)于子系統(tǒng)83的光軸3a的。
在圖1f中，光束P22D(見(jiàn)圖1d)的一部分被圖象點(diǎn)28處的線圖象中的物體材料反射和/或散射，變成組成了散射的探測(cè)光束P32的多個(gè)光束P32-1、-2、-3、-4。圖1f的平面垂直于圖1a的平面。散射的探測(cè)光束P32從在焦圖象平面27中的圖象點(diǎn)28發(fā)散，進(jìn)入透鏡46。如圖1f所示，散射的探測(cè)光束P32從透鏡46射出時(shí)變成由光束P32A-1、-2、-3、-4所組成的準(zhǔn)直光束P32A。光束P32A-1、-2、-3、-4分別透過(guò)移相器24-4、-3、-2、-1，出射時(shí)分別變成光束P32B-1、-2、-3、-4。光束P32B-1、-2、-3、-4組成了散射的探測(cè)光束P32B，從子系統(tǒng)82射出。由移相器24-1與24-3所導(dǎo)入的相移量相同，比移相器24-2或24-4所導(dǎo)入的多π弧度，而移相器24-2與24-4所導(dǎo)入的相移量是相同的。
在圖1g中，光束R22D(見(jiàn)圖1e)被參考反射鏡120反射，變成由光束R32-1、-2、-3、-4所組成的反射的參考光束R32。反射的參考光束R32自在焦圖象平面37中的圖象點(diǎn)38發(fā)散，進(jìn)入透鏡56。如圖1g所示，反射的參考光束R32從透鏡56射出時(shí)變成由光束R32A-1、-2、-3、-4所組成的準(zhǔn)直的反射的參考光束R32A。光束R32A-1、-2、-3、-4首先透過(guò)移相器44，再分別透過(guò)移相器34-4、-3、-2、-1，出射后分別變成反射的參考光束R32B，反射的參考光束R32B由光束R32B-1、-2、-3、-4組成。由移相器44所導(dǎo)入的相移量受來(lái)自計(jì)算機(jī)118的信號(hào)132控制。由移相器34-1與34-3所導(dǎo)入的相移量是相同的，比由移相器34-2或34-4所導(dǎo)入的多π弧度，而移相器34-2與34-4所導(dǎo)入的相移量是相同的。光束R32B-1、-2、-3、-4組成了從子系統(tǒng)83射出的光束R32B。
圖1a中示出散射的探測(cè)光束P32B被分束器100部分地反射，變成由光束P32C-1、-2、-3、-4所組成的散射的探測(cè)光束P32C。散射的探測(cè)光束P32C進(jìn)入圖1h中所示的子系統(tǒng)81a，圖1h的平面垂直于圖1a的平面。在圖1h中，散射的探測(cè)光束P32C進(jìn)入具有與子系統(tǒng)81a的光軸3a對(duì)準(zhǔn)的一光軸的透鏡26a并出射66變成由光束P32D-1、-2、-3、-4所組成的散射的探測(cè)光束P32D。透鏡26a將散射的探測(cè)光束P32D聚焦成圖象平面17a中的針孔18a上。散射的探測(cè)光束P32D的一部分從針孔18a出射變成由光束P42-1、-2、-3、-4組成的空間濾波的、散射的探測(cè)光束P42。散射的探測(cè)光束進(jìn)入具有與子系統(tǒng)81a的光軸3a對(duì)準(zhǔn)的一光軸的透鏡36a?？臻g濾波的、散射的探測(cè)光束P42從透鏡36a射出并離開(kāi)子系統(tǒng)81a變成準(zhǔn)直的、空間濾波的、散射的探測(cè)光束P42A，該探測(cè)光束P42A由光束P42A-1、-2、-3、-4組成。
圖1a示出光束R32B被分束器100部分地透過(guò)，變成由光束R32C-1、-2、-3、-4所組成的反射的參考光束R32C。反射的參考光束R32C進(jìn)入如圖1i所示的子系統(tǒng)81a。圖1I的平面垂直于圖1a的平面。在圖1i中，反射的參考光束R32透過(guò)透鏡26a變成由光束R32D-1、-2、-3、-4所組成的反射的參考光束R32D。光束R32D被透鏡26a聚焦成圖象平面17a中的針孔18a上。反射的參考光束R32D的一部分從針孔18a出射變成由光束R42-1、-2、-3、-4組成的空間濾波的、反射的參考光束R42?？臻g濾波的、反射的參考光束R42透過(guò)透鏡36a并離開(kāi)子系統(tǒng)81a變成準(zhǔn)直的、空間濾波的、反射的參考光束R42A，該探測(cè)光束R42A由光束R42A-1、-2、-3、-4組成。
圖1a中示出空間濾波的、散射的探測(cè)光束P42A投射在色散元件130a上，該色散元件130a最好是一反射衍射光柵。空間濾波的、散射的探測(cè)光束P42A的一部分在圖1a的平面中被第一色散檢測(cè)器元件130a衍射變成散射的探測(cè)光束P42B。散射的探測(cè)光束P42B投射在第二色散檢測(cè)器元件130b上，該色散檢測(cè)器元件130b最好是一透射衍射光柵。散射的探測(cè)光束P42B的一部分在圖1a的平面中被第二色散檢測(cè)器元件130b衍射變成波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42C。盡管光束P42B和P42C由光學(xué)頻率分量的一頻譜組成且因此在圖1a的平面內(nèi)成角度(in angle)被色散，僅光束P42B和P42C的一頻率分量的路徑被示出在圖1a中。所示出的路徑是典型的。對(duì)僅光束P42B和P42C的一頻率分量的說(shuō)明使得可在不超出本發(fā)明的精神和范圍且不將過(guò)分的復(fù)雜性引入圖1a及后續(xù)附圖，顯示相對(duì)于波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42C的子系統(tǒng)84的重要特性。
波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42C進(jìn)入子系統(tǒng)84，如圖1j中所示。圖1j的平面垂直于圖1a的平面。如圖1j所示，波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42C通過(guò)具有與子系統(tǒng)84的光軸3d對(duì)準(zhǔn)的一光軸的透鏡66并射出變成由光束P42D-1、-2、-3、-4組成的波數(shù)濾波的、空間濾波的光束P42D。被示出僅帶有一光學(xué)頻率分量的波數(shù)濾波的、空間濾波的光束P42D通過(guò)透鏡66被聚焦到圖象平面47中的圖象點(diǎn)48。圖象平面47中的圖象點(diǎn)48的位置且因此圖象點(diǎn)48在一位于圖象平面47中的一檢測(cè)器針孔的線性陣列上的位置將依據(jù)色散檢測(cè)器元件130a和130b而取決于波數(shù)濾波的、空間濾波的光束P42D的光學(xué)頻率。通過(guò)該檢測(cè)器針孔的線性陣列的光束的部分通過(guò)一多象素檢測(cè)器114被檢測(cè)，該多象素檢測(cè)器114最好是由例如線性陣列CCD的一象素的線性陣列組成的一檢測(cè)器。
在圖1a中示出空間濾波的、反射的參考光束R42A投射在色散檢測(cè)器元件130a上。空間濾波的、反射的參考光束R42A的一部分在圖1a的平面中被色散檢測(cè)器元件130a衍射變成反射的參考光束R42B。反射的參考光束R42B投射在第二色散檢測(cè)器元件130b上。反射的參考光束R42B的一部分在圖1a的平面中被第二色散檢測(cè)器元件130b衍射變成波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42C。盡管光束R42B和R42C由光學(xué)頻率分量的一頻譜組成且因此在圖1a的平面內(nèi)成角度(in angle)被色散，僅光束R42B和R42C的一頻率分量的路徑被示出在圖1a中。所示出的路徑是典型的。對(duì)僅光束R42B和R42C的一頻率分量的說(shuō)明使得可在不超出本發(fā)明的精神和范圍且不將過(guò)分的復(fù)雜性引入圖1a及后續(xù)附圖，顯示相對(duì)于波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束R42C的部分84的重要特性。
波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42C進(jìn)入子系統(tǒng)84，如圖1k中所示。圖1k的平面垂直于圖1a的平面。如圖1k所示，波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42C通過(guò)透鏡66并射出變成由光束R42D-1、-2、-3、-4組成的波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D。在圖1k中被示出僅帶有一光學(xué)頻率分量的波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D通過(guò)透鏡66被聚焦到圖象平面47中的圖象點(diǎn)48。圖象平面47中的圖象點(diǎn)48的位置且因此圖象點(diǎn)48在一位于圖象平面47中的一檢測(cè)器針孔的線性陣列上的位置將取決于波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的光學(xué)頻率。通過(guò)該檢測(cè)器針孔的線性陣列的光束的部分通過(guò)一多象素檢測(cè)器114被檢測(cè)。
在圖1l中，光束P22(見(jiàn)圖1d)的一部分被離焦圖象平面57內(nèi)的一個(gè)“離焦”圖象點(diǎn)58處的物體材料反射和/或散射，變成由光束B(niǎo)52-1、-2、-3、-4所組成的光束B(niǎo)52。圖1l的平面垂直于圖1a的平面。背景光束B(niǎo)52從離焦圖象點(diǎn)58發(fā)散并進(jìn)入透鏡46。如圖1l所示，背景光束B(niǎo)52從透鏡46出射時(shí)變成由光束B(niǎo)52A-1、-2、-3、-4所組成的基本上準(zhǔn)直的光束B(niǎo)52A。光束B(niǎo)52A-1、-2、-3、-4分別透過(guò)移相器24-4、-3、-2、-1，出射時(shí)分別成為光束B(niǎo)52B-1、-2、-3、-4。光束B(niǎo)52B-1、-2、-3、-4組成了背景光束B(niǎo)52B。由移相器24-1與24-3所導(dǎo)入的相移量是相同的。比移相器24-2或24-4所導(dǎo)入的多π弧度。由移相器24-2與24-4所導(dǎo)入的相移量是相同的。
如圖1a所示，背景光束B(niǎo)52B被分束器100部分地反射，變成由光束B(niǎo)52C-1、-2、-3、-4所組成的光束B(niǎo)52C。光束B(niǎo)52C進(jìn)入圖1m中所示的子系統(tǒng)81a并通過(guò)透鏡26a射出時(shí)變成由光束B(niǎo)52D-1、-2、-3、-4所組成的光束B(niǎo)52D。圖1m的平面垂直于圖1a的平面。背景光束B(niǎo)52D被透鏡26a聚焦在位于偏離了在焦圖象平面47的離焦圖象平面67中的圖象點(diǎn)68處且這樣對(duì)于背景光束B(niǎo)52D的各頻率分量，僅離焦背景光束B(niǎo)52D的一小部分被透射通過(guò)針孔18a。該離焦背景光束B(niǎo)52D的一小部分被透射通過(guò)針孔18a作為由光束B(niǎo)62-1、-2、-3、-4組成的空間濾波的背景光束B(niǎo)62。空間濾波的背景光束B(niǎo)62的一部分投射在透鏡36a上并射出變成由光束B(niǎo)62A-1、-2、-3、-4組成的基本上準(zhǔn)直的空間濾波的背景光束B(niǎo)62A?？臻g濾波的背景光束B(niǎo)62A射出子系統(tǒng)81a變成空間濾波的背景光束B(niǎo)62A。
在圖1a中示出空間濾波的背景光束B(niǎo)62A投射在色散檢測(cè)器元件130a上?？臻g濾波的背景光束B(niǎo)62A的一部分在圖1a的平面中被第一色散檢測(cè)器元件130a衍射變成背景光束B(niǎo)62B。背景光束B(niǎo)62B投射在第二色散檢測(cè)器元件130b上。背景光束B(niǎo)62B的一部分在圖1a的平面中被第二色散檢測(cè)器元件130b衍射變成波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62C。盡管光束B(niǎo)62B和B62C由光學(xué)頻率分量的一頻譜組成且因此在圖1a的平面內(nèi)成角度(in angle)被色散，對(duì)于光束B(niǎo)62B和B62C的一光學(xué)頻率分量的路徑被示出在圖1a中。波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62C進(jìn)入子系統(tǒng)84，如圖1n中所示。如圖1n所示，波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62C通過(guò)透鏡66并射出變成波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D。在圖1n中被示出僅帶有一光學(xué)頻率分量的波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D通過(guò)透鏡66被聚焦到圖象平面47中的圖象點(diǎn)48。圖象平面47中的圖象點(diǎn)48的位置將取決于波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的光學(xué)頻率。通過(guò)該檢測(cè)器針孔的線性陣列的光束的部分通過(guò)一多象素檢測(cè)器114被檢測(cè)。
圖1a-1n所示本發(fā)明設(shè)備的工作基于由檢測(cè)器114的各象素獲取的一序列4個(gè)強(qiáng)度測(cè)量值。這序列4個(gè)線性陣列的強(qiáng)度值I1、I2、I3和I4是檢測(cè)器114在移相器44導(dǎo)入一序列不同相移量(參考光束的總相移量，包括沿兩個(gè)方向透過(guò)移相器44時(shí)所產(chǎn)生的相移量)x0、x0+π、x0+π/2和x0+3π/2弧度的情形下分別測(cè)得的，其中x0是某一固定的相移值。(當(dāng)然，移相器34和44的作用可以結(jié)合在單個(gè)受計(jì)算機(jī)118控制的移相器中)。4個(gè)線性陣列的強(qiáng)度值I1、I2、I3、I4作為信號(hào)131以數(shù)字或模擬形式被傳送給計(jì)算機(jī)118，進(jìn)行后續(xù)的處理。在檢測(cè)器114或者在計(jì)算機(jī)118中含有普通的轉(zhuǎn)換電路即模/數(shù)移動(dòng)器，用來(lái)把4個(gè)線性陣列的強(qiáng)度值I1、I2、I3、I4轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。移相器44的相移量受信號(hào)132控制，該信號(hào)是計(jì)算機(jī)118根據(jù)后面將給出的等式(12a)和(12b)或等式(36)產(chǎn)生和發(fā)送的。移相器44可以是電光型的或者是后者將說(shuō)明的用于寬帶光波長(zhǎng)操作的類(lèi)型。然后，計(jì)算機(jī)118計(jì)算出強(qiáng)度差I(lǐng)1-I2和I3-I4，這兩個(gè)差中以較高效率所含的內(nèi)容僅為波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)。
以較高的效率分離出波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的復(fù)振幅(圖1j)與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅(圖1k)之間的干涉交叉項(xiàng)的原因來(lái)自兩個(gè)系統(tǒng)特性。第一個(gè)系統(tǒng)特性是，在一個(gè)復(fù)尺度因子內(nèi)，波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅在圖象平面47中的空間分布對(duì)于移相器44所導(dǎo)入任何相移量的情況都是基本相同的。第二個(gè)系統(tǒng)特性是，當(dāng)移相器44所導(dǎo)入的相移量增加或減小π、3π…弧度時(shí)，波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)將改變正負(fù)號(hào)。由于當(dāng)移相器44所導(dǎo)入的相移量增加或減小π、3π…弧度時(shí)，在圖象平面47中的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)將改變正負(fù)號(hào)。在強(qiáng)度差I(lǐng)1-I2和I3-I4中這個(gè)干涉交叉項(xiàng)不會(huì)互相抵消。然而，所有不是干涉交叉項(xiàng)的項(xiàng)，即波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D(圖1n)的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的強(qiáng)度，將在強(qiáng)度差I(lǐng)1-I2和I3-I4中抵消。上述的參考的系統(tǒng)特性是共焦干涉顯微鏡的共同特性，因此下面將叫做“共焦干涉系統(tǒng)特性”。
對(duì)于在圖象平面47中的波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D(見(jiàn)圖1n)，則由于共焦干涉系統(tǒng)特性，強(qiáng)度差I(lǐng)1-I2和I3-I4中將只會(huì)含有波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)。不過(guò)，在圖象平面47中的波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)的大小相對(duì)于以往在逐象素比較基礎(chǔ)上的共焦干涉顯微鏡中的相應(yīng)干涉交叉項(xiàng)被大大地減小。
對(duì)于在波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D和波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D同時(shí)出現(xiàn)的一般情況，強(qiáng)度差I(lǐng)1-I2和I3-I4中將有兩個(gè)干涉交叉項(xiàng)，即波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)和波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)。注意，由于共焦干涉系統(tǒng)特性，波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)在強(qiáng)度差I(lǐng)1-I2和I3-I4中是被抵消掉的。
波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)代表了來(lái)自離焦圖象的背景。與以往技術(shù)干涉共焦顯微系統(tǒng)相比，本發(fā)明設(shè)備中的波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)的大小在圖象平面47中一般是減小了，而在波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)的大小卻基本上沒(méi)有減小。在圖象平面47中的波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)的減小部分地是因?yàn)橐粋€(gè)光束的振幅是隨著至圖象平面的距離的增大而減小的。這個(gè)性質(zhì)是以往技術(shù)共焦干涉顯微鏡減小背景的基礎(chǔ)。然而，在本發(fā)明的設(shè)備中，這前一干涉交叉項(xiàng)大小的減小比以往技術(shù)共焦干涉顯微術(shù)的減小有所增強(qiáng)。
上一段中所說(shuō)的“減小有所增強(qiáng)”是通過(guò)提供移相器14、24、和34來(lái)實(shí)現(xiàn)的。移相器14、24和34改變了在焦圖象平面47處的在波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D、波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D和波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅的空間性質(zhì)。雖然波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D、波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅的空間性質(zhì)都被移相器14、24和34改變了，但它們各自的在圖象平面47中的復(fù)振幅的改變后的空間分布基本上是相同的。這個(gè)特性在先前討論強(qiáng)度差I(lǐng)1-I2和I3-I4對(duì)波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)的敏感性時(shí)曾指出過(guò)。
然而，波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅各自改變后的分布在在焦圖象平面47上是明顯不同的。波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅對(duì)于圖象平面47中的波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的中心是一個(gè)反對(duì)稱函數(shù)。反之，波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D中的那個(gè)與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅發(fā)生干涉的部分是主要與圖1m所示光束B(niǎo)52D-1、-2、-3或-4中的一個(gè)光束相關(guān)連的復(fù)振幅，這個(gè)復(fù)振幅在圖象平面47中的波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的象空間范圍內(nèi)只有小的相對(duì)變化。于是，波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)的空間分布的主要成分是關(guān)于在圖象平面47中的波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的中心的一個(gè)反對(duì)稱分布。
波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)對(duì)由檢測(cè)器114的一單象素所記錄的強(qiáng)度值的貢獻(xiàn)是在圖象平面47內(nèi)的波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D形成的象空間范圍內(nèi)干涉交叉項(xiàng)的積分。一個(gè)反對(duì)稱函數(shù)在以該函數(shù)的反對(duì)稱軸為中心的一個(gè)空間范圍內(nèi)的積分等于零。所以，波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)對(duì)由檢測(cè)器114的一單象素所記錄的強(qiáng)度值的凈貢獻(xiàn)的減小程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以往技術(shù)共焦顯微術(shù)所能達(dá)到的減小強(qiáng)度。
重要的是注意在圖象平面47中波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)導(dǎo)致系統(tǒng)誤差以及統(tǒng)計(jì)誤差兩者的降低。由于在圖象平面47中波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)的減少導(dǎo)致相比于現(xiàn)有技術(shù)的檢測(cè)器114的各象素中生成的光電子的數(shù)量的減少，統(tǒng)計(jì)誤差降低。由于積分電荷的統(tǒng)計(jì)不確定性且因此輸出信號(hào)與在檢測(cè)器的各象素中生成的光電子的積分?jǐn)?shù)量均方根有關(guān)，輸出信號(hào)中的統(tǒng)計(jì)誤差對(duì)于圖1a-1n中的設(shè)備基本上被降低。
這樣，由于以下兩原因，用本發(fā)明設(shè)備獲取的一成象的線段的每圖象點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)誤差基本上小于采用現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)在相同時(shí)間間隔內(nèi)獲得的統(tǒng)計(jì)誤差。第一個(gè)原因是在現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)中，成象的線段必須在時(shí)間間隔內(nèi)被掃描，該時(shí)間間隔減少了在各圖象點(diǎn)花費(fèi)的時(shí)間乘以該成象的線段中的圖象點(diǎn)的數(shù)量，以獲取對(duì)應(yīng)于在相同時(shí)間間隔內(nèi)在本發(fā)明的設(shè)備中同時(shí)獲得的強(qiáng)度差的陣列的一強(qiáng)度差的陣列。這導(dǎo)致與現(xiàn)有技術(shù)的干涉共焦顯微術(shù)中獲得的統(tǒng)計(jì)精度相比，對(duì)于本發(fā)明的設(shè)備，通過(guò)與在該成象的線段中的獨(dú)立的圖象點(diǎn)的數(shù)量的均方根成正比的一因素，由該成象的線段的若干圖象點(diǎn)組成的圖象的統(tǒng)計(jì)精度被提高。第二個(gè)原因的基礎(chǔ)在于在圖象平面47中波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)的大小相對(duì)于在現(xiàn)有技術(shù)的干涉共焦顯微術(shù)中獲得的對(duì)應(yīng)的干涉交叉項(xiàng)的大小被實(shí)際地減小了，如先前描述的段落中所述。這兩原因形成了結(jié)論的基礎(chǔ)當(dāng)考慮到在相同時(shí)間間隔中獲取的物體材料的一線段圖象的統(tǒng)計(jì)精度時(shí)，對(duì)于本發(fā)明的設(shè)備，由離焦圖象的振幅引入的統(tǒng)計(jì)誤差相比于在現(xiàn)有技術(shù)的干涉共焦顯微術(shù)中由離焦圖象的振幅引入對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)誤差被大大地降低了。
通過(guò)使用計(jì)算機(jī)和本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員公知的計(jì)算機(jī)退卷積和積分方程反演技術(shù)來(lái)逆反根據(jù)等式(32a)和(32b)的積分方程，可進(jìn)行對(duì)于影響即超出由第一實(shí)施例的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償?shù)碾x焦圖象的系統(tǒng)誤差的修正。
信噪比可被調(diào)節(jié)為光源光學(xué)頻率分量的波長(zhǎng)的函數(shù)以使生成例如與波長(zhǎng)的第一級(jí)獨(dú)立的信噪比。通常，在進(jìn)入物體材料112之前被歸一化代對(duì)應(yīng)的探測(cè)光束P22D的振幅的光學(xué)頻率分量的波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的振幅將隨波長(zhǎng)發(fā)生變化，因?yàn)樵谖矬w材料112中的探測(cè)光束P22D和散射的探測(cè)光束P32的透射的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)性及由于當(dāng)圖象點(diǎn)28進(jìn)入物體材料112中的深度增加時(shí)探測(cè)透鏡46的數(shù)值孔徑發(fā)生變化。而且波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的振幅與波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的振幅的比例通常在圖象點(diǎn)28進(jìn)入物體材料112中的深度增加時(shí)而減小。信噪比的變化通常將伴隨在進(jìn)入物體材料112之前被歸一化代對(duì)應(yīng)的探測(cè)光束P22D的振幅的光學(xué)頻率分量的波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的振幅的變化。這些因素對(duì)信噪比的影響可通過(guò)在參考反射鏡子系統(tǒng)83中和/或在探測(cè)光束子系統(tǒng)82中，最好在參考反射鏡子系統(tǒng)83中放置一波長(zhǎng)濾波器而被部分地補(bǔ)償，并構(gòu)成該波長(zhǎng)濾波器的透射以具有特別的波長(zhǎng)相依性來(lái)根據(jù)等式(39)調(diào)節(jié)和/或最優(yōu)化透射通過(guò)用于不同波長(zhǎng)的各自檢測(cè)器針孔的波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D和波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的比例。
在本第一實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中曾指出，在光束P22C-1、-2、-3、-4中的任何兩個(gè)光束之間沒(méi)有凈相移量。這一特性使得有可能達(dá)到本第一實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中所指出的下述目的所產(chǎn)生的針孔8在物體材料112內(nèi)的在焦圖象平面27中的，和參考反射鏡120上的在焦圖象平面37中的兩個(gè)共軛圖象，基本上不會(huì)因分別存在移相器14和24以及移相器14和34而有所改變，但與物體材料112內(nèi)的圖象點(diǎn)28和參考反射鏡120上的圖象點(diǎn)38相共軛的在象平面17a和47中的圖象中卻因這些移相器的存在而產(chǎn)生了明顯的變化。
通過(guò)考慮如果在第一實(shí)施例中除去了移相器14將會(huì)造成什么樣的后果，也可以得到關(guān)于移相器14、24、與34之間相互關(guān)系的深入了解。這時(shí)，波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D在圖象平面47中將由反對(duì)稱函數(shù)變成對(duì)稱函數(shù)，而在圖象平面47中波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的空間性質(zhì)卻基本沒(méi)有改變。于是，波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的復(fù)振幅與波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)的空間分布將基本是一個(gè)相對(duì)于在圖象平面47中波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的中心的對(duì)稱分布。但由于一個(gè)對(duì)稱涵數(shù)在中心位于函數(shù)對(duì)稱軸處的一個(gè)空間范圍內(nèi)的積分通常不等于零，所以由圖象點(diǎn)48處的檢測(cè)器114的一給定象素所記錄的強(qiáng)度值的減小程度將基本上不會(huì)超過(guò)以往技術(shù)共焦顯微術(shù)所能達(dá)到的減小程度。
雖然上面的說(shuō)明僅針對(duì)了物體材料112中一個(gè)特定部分處的一個(gè)特定的圖象點(diǎn)28，但計(jì)算機(jī)118可以通過(guò)給移動(dòng)器116以控制信號(hào)133使之把物體材料112的其他部分移動(dòng)到圖象點(diǎn)28處，從而讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體材料112中的希望線段、平面截面、或體積區(qū)域的“掃描”。該物體材料112中的希望線段、平面截面、或體積區(qū)域可切過(guò)或包括該物體材料的一或多個(gè)表面。
本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例中的水平1鑒別是通過(guò)在與色散檢測(cè)器元件130a和130b確定的平面正交的一平面內(nèi)操作本發(fā)明的設(shè)備的成象子系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)而實(shí)現(xiàn)的。在第一優(yōu)選實(shí)施例的一變型中也可實(shí)現(xiàn)一水平1型的鑒別，其中該變型的設(shè)備和電子處理裝置與第一優(yōu)選實(shí)施例的基本相同，帶有繞它們各自光軸轉(zhuǎn)過(guò)π/2弧度的移相器14、24和34。在第一優(yōu)選實(shí)施例的變型中離焦圖象的系統(tǒng)影響的降低與第一優(yōu)選實(shí)施例中相同。在第一優(yōu)選實(shí)施例的變型中由離焦圖象造成的統(tǒng)計(jì)影響也被降低到低于在現(xiàn)有技術(shù)共焦干涉顯微術(shù)中實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)影響，但通常不如用第一優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的有效。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖2a-2f，圖2a以示意圖形式示出了自第一組實(shí)施例及其變型的本發(fā)明的第二實(shí)施例，其中光源子系統(tǒng)80a、子系統(tǒng)81b和檢測(cè)器子系統(tǒng)84a被較佳地構(gòu)成用于狹縫共焦顯微術(shù)。在圖2a-2f中，與前面參考圖1a-1n所說(shuō)明的元件相類(lèi)似的元件用類(lèi)似的代號(hào)來(lái)表示。圖2b所示子系統(tǒng)80a中的改變發(fā)生在光源10a的區(qū)域中，現(xiàn)在該區(qū)域最好含有一個(gè)寬帶空間非相干的線光源，最好是一個(gè)燈絲或激光二極管陣列；改變還發(fā)生在第一實(shí)施例的針孔8的區(qū)域中，現(xiàn)在該區(qū)域最好是一個(gè)與透鏡6所形成的線光源10a的圖象相對(duì)齊的光源針孔線性陣列8a。圖2c和2d所示的子系統(tǒng)81b的改變?cè)谟谟米酉到y(tǒng)81b中的空間濾波器針孔18b的一線性陣列替代第一實(shí)施例的子系統(tǒng)81a中的針孔81b。圖2e和2f所示的子系統(tǒng)84a的改變?cè)谟跈z測(cè)器114a的區(qū)域，其中在第一實(shí)施例的圖象平面47中的針孔的線性陣列最好是檢測(cè)器針孔的一二維陣列且具有線性陣列的象素的第一實(shí)施例的檢測(cè)器114現(xiàn)是最好包括一二維陣列的象素的一檢測(cè)器114a。
在圖2b中，光源針孔線性陣列8a和光源10a沿垂直于圖2b平面的方向排列。圖2b的平面垂直于圖2a的平面。在圖2c和2d中，空間濾波器針孔18b的陣列被對(duì)準(zhǔn)垂直于圖2c和2d的平面，圖2c和2d的平面垂直于圖2a的平面。在圖2e和2f中，檢測(cè)器針孔的二維陣列和檢測(cè)器象素的二維陣列被對(duì)準(zhǔn)垂直于圖2e和2f的平面。
圖2a-2f所示第二實(shí)施例的其余部分最好與上述圖1a-1n的第一優(yōu)選實(shí)施例的對(duì)應(yīng)部分相同。
本發(fā)明的第二實(shí)施例中的水平1鑒別是通過(guò)在正交于由色散檢測(cè)器元件130a和130b確定的平面的一平面內(nèi)操作本發(fā)明的設(shè)備的成象子系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)而實(shí)現(xiàn)的。在第二優(yōu)選實(shí)施例的第一變型中也可實(shí)現(xiàn)一水平1型的鑒別，其中該變型的設(shè)備和電子處理裝置與第二優(yōu)選實(shí)施例的基本相同，帶有繞它們各自光軸轉(zhuǎn)過(guò)π/2弧度的移相器14、24和34。在第二實(shí)施例的第一變型中離焦圖象的系統(tǒng)影響的降低與第二優(yōu)選實(shí)施例中相同。在第二優(yōu)選實(shí)施例的第一變型中由離焦圖象造成的統(tǒng)計(jì)影響也被降低到低于在現(xiàn)有技術(shù)共焦干涉顯微術(shù)中實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)影響，但通常不如用第二優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的有效。
描述第二實(shí)施例的第二變型，其中該變型的設(shè)備和電子處理裝置與第二優(yōu)選實(shí)施例的基本相同，除了第二優(yōu)選實(shí)施例的光源針孔8a和空間濾波器針孔18a的線性陣列被一光源狹縫和一空間濾波器狹縫替代。在第二實(shí)施例的第二變型中離焦圖象的系統(tǒng)影響的降低與第二優(yōu)選實(shí)施例中相同。在第二優(yōu)選實(shí)施例的第二變型中由離焦圖象造成的統(tǒng)計(jì)影響也被降低到低于在現(xiàn)有技術(shù)共焦干涉顯微術(shù)中實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)影響，但通常不如用第二優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的有效。
替代各自狹縫而如在第二優(yōu)選實(shí)施例及其第一變型中使用光源針孔的一線性陣列和空間針孔的一線性陣列產(chǎn)生對(duì)物體材料的一受限制的掃描以生成該物體材料的一截面的二維表示的要求。該受限制的掃描的方向是沿該物體材料中的光源針孔的線性陣列的圖象的方向。該受限制的掃描出現(xiàn)，因?yàn)樵谠撐矬w材料中的光源針孔的線性陣列的圖象的方向上的針孔之間的間隔。另外，當(dāng)該物體材料中的光源針孔的線性陣列的圖象的方向上的針孔之間的間隔符合等式(54)的條件時(shí)，保持對(duì)波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的高靈敏性。
該受限制的掃描的步驟數(shù)是由該物體材料中的兩鄰接的光源針孔的圖象間的間隔比例和各自成象系統(tǒng)的角度分辨率來(lái)確定的。實(shí)踐中，該受限制的掃描中的步驟數(shù)將顯著地少于光源針孔和空間濾波器針孔的線性陣列中的針孔數(shù)。這樣使用帶有光源針孔和空間濾波器針孔的線性陣列的第二優(yōu)選實(shí)施例及其變型的設(shè)備，物體材料的一截面的二維表示可被獲取而基本上不進(jìn)行掃描。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3a-3l，其中示出了自第一組實(shí)施例的本發(fā)明的第三實(shí)施例，其中第一優(yōu)選實(shí)施例的參考光束和探測(cè)光束的光路已被改變，以改進(jìn)和優(yōu)化信噪比。第三實(shí)施例的設(shè)備和電子處理裝置基本上與第一優(yōu)選實(shí)施例中的相同，只是這里增加了用來(lái)對(duì)第一實(shí)施例的干涉儀重新構(gòu)形的附加光學(xué)裝置，使得反射的參考光束與散射的探測(cè)光束的振幅比值可被調(diào)節(jié)；在第三優(yōu)選實(shí)施例和第一優(yōu)選實(shí)施例中，具有類(lèi)似代號(hào)的光學(xué)元件執(zhí)行類(lèi)似的操作，電子處理裝置執(zhí)行所說(shuō)明的類(lèi)似電子操作。波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束與散射的探測(cè)光束的振幅比值是通過(guò)改變圖3a-3l中的分束器100、100a和100b的透射/反射系數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)的。
如圖3a-3l所示，本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例是一個(gè)由分束器100、100a和100b、物體材料112、移動(dòng)器116、一個(gè)參考反射鏡120，色散檢測(cè)器元件130a和130b以及一個(gè)檢測(cè)器114所組成的干涉儀。這種構(gòu)形在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)被認(rèn)為是邁克耳遜干涉儀的一種形式，這里示出的是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子?？梢栽趫D3a-3l的設(shè)備中采用本技術(shù)領(lǐng)域所知的其他形式的干涉儀，例如在前述Zanoni的論文“DifferentialInterferometer Arrangements for Distance and AngleMeasurementsPrinciples，Advantages，and Applications”中所說(shuō)明的偏振邁克耳遜干涉儀，這樣做不會(huì)明顯偏離本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的精神和范疇。
在第三實(shí)施例中的其中成象子系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)被操作的平面的取向垂直于圖3a的平面。
圖3b以示意圖形式示出圖3a所示子系統(tǒng)80的實(shí)施例。圖3b的平面垂直于圖3a的平面。對(duì)于第三優(yōu)選實(shí)施例，光源10最好是一個(gè)點(diǎn)光源或是一個(gè)其表面各處的輻射是空間非相干的光源，最好是一個(gè)激光器或類(lèi)似的相干光源或部分相干輻射光源，并且最好是一超輻照激光器，較佳地是一偏振的。光源10發(fā)出對(duì)準(zhǔn)于子系統(tǒng)80的光軸3的輸入光束2。如圖3b所示，光束2進(jìn)入聚焦透鏡6并被聚焦在圖象平面7中的一個(gè)針孔8上。由光束12-1、-2、-3、-4所組成的光束12從針孔8發(fā)散，進(jìn)入一個(gè)其光軸對(duì)準(zhǔn)于子系統(tǒng)80的光軸3的透鏡16。光束12從透鏡16出射時(shí)變成由光束12A-1、-2、-3、-4所組成的準(zhǔn)直光束12A，進(jìn)入移相器14。移相器14由一些矩形移相器14-1、14-2、14-2、14-4組成，它們各自的光軸都平行于子系統(tǒng)80的光軸3。應(yīng)該指出，這些矩形移相器的數(shù)目可以是一個(gè)任意適當(dāng)?shù)臄?shù)2m，其中m為整數(shù)。圖3b所示例子對(duì)應(yīng)于m＝2的情況，4個(gè)移相器已足以清楚地表明本發(fā)明設(shè)備各個(gè)部件之間的關(guān)系。平行光束12A-1、-2、-3、-4分別透過(guò)移相器14-1、14-2、14-3、14-4，從移相器14出射時(shí)分別變成光束12B-1、-2、-3、-4，這后4個(gè)光束組成了光束12B。移相器14-2和14-4所導(dǎo)入的相移量都比移相器14-1或14-3所導(dǎo)入的多π弧度，移相器14-1和14-3所導(dǎo)入的相移量是相同的。
在圖3a中，光束12B從子系統(tǒng)80射出，部分地透過(guò)分束器100a，變成由光束P12B-1、-2、-3、-4所組成的光束P12B。光束P12B進(jìn)入子系統(tǒng)81。在圖3c中，光束P12B進(jìn)入透鏡26，出射時(shí)變成由光束P12C-1、-2、-3、-4所組成的光束P12C。圖3c的平面垂直于圖3a的平面。透鏡26把光束P12C聚焦成圖象平面17中的圖象點(diǎn)18。光束P12C從圖象點(diǎn)18射出時(shí)變成由光束P22-1、-2、-3、-4所組成的光束P22。光束P22進(jìn)入一個(gè)其光軸對(duì)準(zhǔn)子系統(tǒng)81的光軸3的透鏡36。光束P22從透鏡36射出時(shí)變成由光束P22A-1、-2、-3、-4所組成的準(zhǔn)直光束P22A，然后離開(kāi)子系統(tǒng)81。
如圖3a所示，光束P22A被分束器100部分地透射，變成由光束P22B-1、-2、-3、-4所組成的光束P22B，然后進(jìn)入圖3d所示的子系統(tǒng)82。圖3d的平面垂直于圖3a的平面。
在圖3d中，光束P22B入射到一個(gè)含有單元24-1、-2、-3、-4的移相器24上。移相器24所含的單元數(shù)2m與移相器14的相同，圖3d示出的是m＝2的情況。光束P22B-1、-2、-3、-4分別透過(guò)移相器24-1、-2、-3、-4，出射時(shí)分別變成光束P22C-1、-2、-3、-4，它們組成了光束P22C。由移相器24-1和24-3所導(dǎo)入的相移量是相同的，都比移相器24-2或24-4所導(dǎo)入的多π弧度，移相器24-2與42-4所導(dǎo)入的相移量是相同的。于是如前面所說(shuō)明的，在光束P22C-1、-2、-3、-4中的任何兩個(gè)光束之間沒(méi)有凈相對(duì)相移。光束P22C透過(guò)透鏡46，變成由光束P22D-1、-2、-3、-4所組成的光束P22D，后者被聚焦形成中心物體材料112中的圖象平面27上的圖象點(diǎn)28的一線段。該線圖象的軸基本上平行于成象子系統(tǒng)82的光軸3。該線圖象的長(zhǎng)度由例如探測(cè)透鏡46的色差和焦深以及光源10的光學(xué)帶寬的因素的組合來(lái)確定，探測(cè)透鏡46的色差和焦深兩者可被調(diào)節(jié)。該線段可切過(guò)物體材料的一或多個(gè)平面或位于該物體材料的一個(gè)平面內(nèi)。透鏡46的光軸是對(duì)準(zhǔn)于子系統(tǒng)82的光軸3的。
在圖3a中，光束12B被分束器100a部分地反射，變成由光束R12B-1、-2、-3、-4所組成的光束R12B。光束R12B進(jìn)入圖3e中所示的子系統(tǒng)81c，圖3e的平面平行于圖3a的平面。
在圖3e中，光束R12B進(jìn)入透鏡26c，出射時(shí)變成由光束R12C-1、-2、-3、-4所組成的光束R12C。光束R12B-1、-2、-3、-4在垂直于圖3e的平面的一平面中被空間地分開(kāi)且在圖3e所示的視野中呈現(xiàn)重疊和在空間上共同擴(kuò)張的。透鏡26c的光軸是對(duì)準(zhǔn)于子系統(tǒng)81c的光軸3b的。透鏡26c和平面反射鏡120c一起把光束R12C聚焦成圖象平面17b上的圖象點(diǎn)18c。光束R12C從圖象點(diǎn)18b發(fā)散，變成由光束R22-1、-2、-3、-4所組成的光束R22。光束R22-1、-2、-3、-4在垂直于圖3e的平面的一平面中被空間地分開(kāi)且在圖3e所示的視野中呈現(xiàn)重疊和在空間上共同擴(kuò)張的。光束R22進(jìn)入一個(gè)光軸對(duì)準(zhǔn)于子系統(tǒng)81c的光軸3c的透鏡36c。光束R22從透鏡36c出射時(shí)變成由光束R22A-1、-2、-3、-4所組成的準(zhǔn)直光束R22A，然后離開(kāi)子系統(tǒng)81c。光束R22A-1、-2、-3、-4在垂直于圖3e的平面的一平面中被空間地分開(kāi)且在圖3e所示的視野中呈現(xiàn)重疊和在空間上共同擴(kuò)張的。
如圖3a所示，離開(kāi)了子系統(tǒng)81c的光束R22A進(jìn)入子系統(tǒng)83a。圖3f所示的子系統(tǒng)83a由透鏡56a、參考反射鏡120、分束器100b、和移相器34、34a及44組成。圖3f的平面平行于圖3a的平面。在圖3f中示出由移相器34-1、-2、-3、-4組成的移相器34和由移相器元件34a-1、-2、-3、-4組成的移相器34a分別繞光軸3a和3c轉(zhuǎn)過(guò)π/2弧度，為了使對(duì)光束R22A、R22B、R22C和R22D通過(guò)子系統(tǒng)83a的描述及跟蹤更加簡(jiǎn)單而不超出本發(fā)明的第三實(shí)施例的精神和范圍。因此，在圖3f中示出由光束R22A-1、-2、-3、-4組成的光束R22A和由光束R22B-1、-2、-3、-4組成的光束R22B繞光軸3c被轉(zhuǎn)過(guò)π/2弧度且在圖3f中示出由光束R22C-1、-2、-3、-4組成的光束R22C和由光束R22D-1、-2、-3、-4組成的光束R22D繞光軸3a被轉(zhuǎn)過(guò)π/2弧度。在子系統(tǒng)83a中，光束R22A入射到移相器34a上。移相器34a所含的單元數(shù)2m與移相器14所含的相同。光束R22A透過(guò)移相器34a后變成光束R22B，然后被部分反射成光束R22C。由移相器34a-1和34a-3所導(dǎo)入的相移量相同，比移相器34a-2或34a-4導(dǎo)入的多π弧度，移相器34a-2和34a-4所導(dǎo)入的相移量是相同的。因此在光束R22C-1、-2、-3、-4中的任何兩個(gè)光束之間沒(méi)有凈相對(duì)相移。光束R22C透過(guò)透鏡56a，變成光束R22D。光束R22D被透鏡56a聚焦成參考反射鏡120上的圖象平面37中的圖象點(diǎn)38。透鏡56a的光軸是對(duì)準(zhǔn)子子系統(tǒng)83a的光軸3a的。
在圖3g中，光束P22D(見(jiàn)圖3d)的一部分被圖象點(diǎn)28處的物體材料反射和/或散射，變成由多個(gè)光束P32-1、-2、-3、-4所組成的散射的探測(cè)光束P32。圖3g的平面垂直于圖3a的平面。散射的探測(cè)光束P32從在焦圖象平面27中的圖象點(diǎn)28處發(fā)散，進(jìn)入透鏡46。如圖3g所示，散射的探測(cè)光束P32從透鏡46射出時(shí)變成由光束P32A-1、-2、-3、-4所組成的準(zhǔn)直的散射的探測(cè)光束P32A。光束P32A-1、-2、-3、-4分別透過(guò)移相器24-4、-3、-2、-1，出射時(shí)分別變成光束P32B-1、-2、-3、-4。光束P32B-1、-2、-3、-4組成了散射的探測(cè)光束P32B，從子系統(tǒng)82射出。由移相器24-1與24-3所導(dǎo)入的相移量是相同的，比由移相器24-2或24-4所導(dǎo)入的多π弧度，移相器24-2與24-4所導(dǎo)入的相移量是相同的。
在圖3h中，光束R22D(見(jiàn)圖3f)被參考反射鏡120反射，變成由光束R32-1、-2、-3、-4所組成的反射的參考光束R32。圖3h中所示的子系統(tǒng)83a由透鏡56a、參考反射鏡120、分束器100b和移相器34、34a和44組成。移相器34由移相器元件34-1、-2、-3、-4組成及移相器34a由移相器元件34a-1、-2、-3、-4組成，該兩移相器在圖3h中被示出分別繞光軸3a和3c轉(zhuǎn)過(guò)π/2弧度，為了使對(duì)光束R32、R32A、R32B通過(guò)子系統(tǒng)83a的描述及跟蹤更加簡(jiǎn)單而不超出本發(fā)明的第三實(shí)施例的精神和范圍。因此光束R32A、由光束R32B-1、-2、-3、-4組成的光束R32B、和由光束R32C-1、-2、-3、-4組成的光束R32C在圖3h中被示出繞光軸3a轉(zhuǎn)過(guò)π/2弧度。圖3h的平面平行于圖3a的平面。反射的參考光束R32從圖象平面37中的圖象點(diǎn)38處發(fā)散，進(jìn)入透鏡56a。如圖3h所示，反射的參考光束R32從透鏡56a出射時(shí)變成由光束R32A-1、-2、-3、-4所組成的準(zhǔn)直光束R32A。光束R32A-1、-2、-3、-4首先透過(guò)移相器44，接著再分別透過(guò)移相器34-4、-3、-2、-1，出射時(shí)分別變成R32B-1、-2、-3、-4。由移相器44所導(dǎo)入的相移量受來(lái)自計(jì)算機(jī)118的信號(hào)132控制。由移相器34-1和34-3所導(dǎo)入的相移量是相同的，比由移相器34-2與34-4所導(dǎo)入的多π弧度，由移相器34-2與34-4所導(dǎo)入的相移量是相同的。反射的參考光束R32B從子系統(tǒng)83a射出。
圖3a示出，散射的探測(cè)光束P32B的一部分被分束器100反射，變成由光束P32C-1、-2、-3、-4所組成的散射的探測(cè)光束P32C。散射的探測(cè)光束P32C進(jìn)入圖3i所示的子系統(tǒng)81a。在圖3i中，散射的探測(cè)光束P32C進(jìn)入透鏡26a，出射時(shí)變成由光束P32D-1、-2、-3、-4所組成的光束P32D。圖3i的平面垂直于圖3a的平面。透鏡36a的光軸是對(duì)準(zhǔn)于子系統(tǒng)81a的光軸3a的。透鏡26a將散射的探測(cè)光束P32D聚焦到圖象平面17a中的空間濾波器針孔18a上。散射的探測(cè)光束P32D的一部分從空間濾波器針孔18a出射變成由光束P42-1、-2、-3、-4組成的空間濾波的散射的探測(cè)光束P42?？臻g濾波的散射的探測(cè)光束P42進(jìn)入光軸與子系統(tǒng)81a的光軸3a對(duì)齊的透鏡36a。空間濾波的散射的探測(cè)光束P42從透鏡36a出射并離開(kāi)子系統(tǒng)81a變成準(zhǔn)直的空間濾波的散射的探測(cè)光束P42A，探測(cè)光束P42A由光束P42A-1、-2、-3、-4組成。
圖3a示出，反射的參考光束R32B被分束器100部分地透射，變成由光束R32C-1、-2、-3、-4的組成的反射的參考光束R32C。接著反射的參考光束R32C進(jìn)入圖3j所示的子系統(tǒng)81a。圖3j的平面垂直于圖3a的平面。在圖3j中，反射的參考光束R32C進(jìn)入透鏡66，射出時(shí)成為由光束R32D-1、-2、-3、-4所組成的反射的參考光束R32D。光束R32D被透鏡26a聚焦到圖象平面17a中的空間濾波器針孔18a上。反射的參考光束R32D的一部分從空間濾波器針孔18a射出變成由光束R42-1、-2、-3、-4組成的空間濾波的、反射的參考光束R42。空間濾波的、反射的參考光束R42進(jìn)入透鏡36a?？臻g濾波的、反射的參考光束R42從透鏡36a出射并離開(kāi)子系統(tǒng)81a變成由光束R42A-1、-2、-3、-4組成的準(zhǔn)直的空間濾波的、反射的參考光束R42A。
圖3a中示出空間濾波的、散射的探測(cè)光束P42A投射在色散元件130a上，該色散元件130a最好是一反射衍射光柵。空間濾波的、散射的探測(cè)光束P42A的一部分在圖3a的平面中被色散檢測(cè)器元件130a衍射變成散射的探測(cè)光束P42B。散射的探測(cè)光束P42B投射在第二色散檢測(cè)器元件130b上，該色散檢測(cè)器元件130b最好是一透射衍射光柵。散射的探測(cè)光束P42B的一部分在圖3a的平面中被第二色散檢測(cè)器元件130b衍射變成波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42C。盡管光束P42B和P42C由光學(xué)頻率分量的一頻譜組成且因此在圖3a的平面內(nèi)成角度(in angle)被色散，僅光束P42B和P42C的一頻率分量的路徑被示出在圖3a中。所示出的路徑是典型的。對(duì)僅光束P42B和P42C的一頻率分量的說(shuō)明使得可在不超出本發(fā)明的精神和范圍且不將過(guò)分的復(fù)雜性引入圖3a及后續(xù)附圖，顯示相對(duì)于波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42C的子系統(tǒng)84的重要特性。
波數(shù)濾波的、空間濾波的光束P42C進(jìn)入子系統(tǒng)84，如圖3k中所示。圖3k的平面垂直于圖3a的平面。如圖3k所示，波數(shù)濾波的、空間濾波光束P42C通過(guò)具有與子系統(tǒng)84的光軸3d對(duì)準(zhǔn)的一光軸的透鏡66并射出變成由光束P42D-1、-2、-3、-4組成的波數(shù)濾波的、空間濾波的光束P42D。被示出僅帶有一光學(xué)頻率分量的波數(shù)濾波的、空間濾波的光束P42D通過(guò)透鏡66被聚焦到圖象平面47中的圖象點(diǎn)48。圖象平面47中的圖象點(diǎn)48的位置且因此圖象點(diǎn)48在一位于圖象平面47中的一檢測(cè)器針孔的線性陣列上的位置將取決于依據(jù)色散檢測(cè)器元件130a和130b的波數(shù)濾波的、空間濾波的光束P42D的光學(xué)頻率。通過(guò)該檢測(cè)器針孔的線性陣列的光束的部分通過(guò)一檢測(cè)器114被檢測(cè)，該檢測(cè)器114最好是由例如線性陣列CCD的一象素的線性陣列組成的一檢測(cè)器。
在圖3a中示出空間濾波的、反射的參考光束R42A投射在色散檢測(cè)器元件130a上?？臻g濾波的、反射的參考光束R42A的一部分在圖3a的平面中被色散檢測(cè)器元件130a衍射變成反射的參考光束R42B。反射的參考光束R42B投射在第二色散檢測(cè)器元件130b上。反射的參考光束R42B的一部分在圖3a的平面中被第二色散檢測(cè)器元件130b衍射變成波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42C。盡管光束R42B和R42C由光學(xué)頻率分量的一頻譜組成且因此在圖3a的平面內(nèi)成角度(in angle)被色散，僅光束R42B和R42C的一頻率分量的路徑被示出在圖3a中。所示出的路徑是典型的。對(duì)僅光束R42B和R42C的一頻率分量的說(shuō)明使得可在不超出本發(fā)明的精神和范圍且不將過(guò)分的復(fù)雜性引入圖3a及后續(xù)附圖，顯示相對(duì)于波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束R42C的部分84的重要特性。
波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42C進(jìn)入子系統(tǒng)84，如圖3l中所示。圖3l的平面垂直于圖3a的平面。在圖3l中，波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42C通過(guò)透鏡66并射出變成由光束R42D-1、-2、-3、-4組成的波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D。在圖3l中被示出僅帶有一光學(xué)頻率分量的波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D通過(guò)透鏡66被聚焦到圖象平面47中的圖象點(diǎn)48。圖象平面47中的圖象點(diǎn)48的位置且因此圖象點(diǎn)48在一位于圖象平面47中的一檢測(cè)器針孔的線性陣列上的位置將取決于波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的光學(xué)頻率。通過(guò)該檢測(cè)器針孔的線性陣列的光束的部分通過(guò)檢測(cè)器114被檢測(cè)。
圖3a-3l所示的第三實(shí)施例的其余情況最好與對(duì)圖1a-1n所說(shuō)明的相同，這里不再重復(fù)說(shuō)明。
本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例中的水平1鑒別是通過(guò)在與色散檢測(cè)器元件130a和130b確定的平面正交的一平面內(nèi)操作本發(fā)明的設(shè)備的成象子系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)而實(shí)現(xiàn)的。在第三優(yōu)選實(shí)施例的一變型中也可實(shí)現(xiàn)一水平1型的鑒別，其中該變型的設(shè)備和電子處理裝置與第三優(yōu)選實(shí)施例的基本相同，帶有繞它們各自光軸轉(zhuǎn)過(guò)π/2弧度的移相器14、24和34。第三實(shí)施例的變型的其余部分最好與本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的變型中所描述的相同。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖4a-4f，圖4a-4f以示意圖形式示出了自第一組實(shí)施例的本發(fā)明的第四實(shí)施例，其中光源子系統(tǒng)80a、子系統(tǒng)81b和檢測(cè)器子系統(tǒng)84a被較佳地構(gòu)成用于適當(dāng)?shù)莫M縫共焦顯微術(shù)。在圖4a-4f中，與前面參考圖3a-3l所說(shuō)明的元件相類(lèi)似的元件用類(lèi)似的代號(hào)來(lái)表示。圖4b所示子系統(tǒng)80a中的改變發(fā)生在光源10a的區(qū)域中，現(xiàn)在該區(qū)域最好含有一個(gè)寬帶空間非相干的線光源，最好是一個(gè)燈絲或激光二極管陣列；改變還發(fā)生在第三實(shí)施例的針孔8的區(qū)域中，現(xiàn)在該區(qū)域最好包括一個(gè)與透鏡6所形成的線光源10a的圖象相對(duì)齊的光源針孔線性陣列8a。圖4c和4d所示的子系統(tǒng)81b的改變?cè)谟谟米酉到y(tǒng)81b中的空間濾波器針孔18b的一線性陣列替代第三實(shí)施例的子系統(tǒng)81a中的針孔81b。圖4e和4f所示的子系統(tǒng)84a的改變?cè)谟跈z測(cè)器114a的區(qū)域，其中在第三實(shí)施例的圖象平面47中的針孔的線性陣列最好是檢測(cè)器針孔的一二維陣列且具有線性陣列的象素的第三實(shí)施例的檢測(cè)器114現(xiàn)是最好包括一二維陣列的象素的一檢測(cè)器114a。
在圖4b中，光源針孔線性陣列8a和光源10a沿垂直于圖4b平面的方向?qū)R。圖4b的平面垂直于圖4a的平面。在圖4c和4d中，空間濾波器針孔18b的線性陣列被對(duì)準(zhǔn)垂直于圖4c和4d的平面，圖4c和4d的平面垂直于圖4a的平面。在圖4e和4f中，檢測(cè)器針孔的二維陣列和檢測(cè)器象素的二維陣列被對(duì)準(zhǔn)垂直于圖4e和4f的平面。
圖4a-4f所示第四實(shí)施例的其余部分最好與上述圖3a-3l的第三優(yōu)選實(shí)施例的對(duì)應(yīng)部分相同。
本發(fā)明的第四實(shí)施例中的水平1鑒別是通過(guò)在正交于由色散檢測(cè)器元件130a和130b確定的平面的一平面內(nèi)操作本發(fā)明的設(shè)備的成象子系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)而實(shí)現(xiàn)的。在第四優(yōu)選實(shí)施例的第一變型中也可實(shí)現(xiàn)一水平1型的鑒別，其中該變型的設(shè)備和電子處理裝置與第四優(yōu)選實(shí)施例的基本相同，帶有繞它們各自光軸轉(zhuǎn)過(guò)π/2弧度的移相器14、24和34。第四實(shí)施例的變型的其余部分最好與本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的第一變型的對(duì)應(yīng)方面的描述的相同。
描述第四實(shí)施例的第二變型，其中該變型的設(shè)備和電子處理裝置與第四優(yōu)選實(shí)施例的基本相同，除了第四優(yōu)選實(shí)施例的光源針孔8a和空間濾波器針孔18a的線性陣列被一光源狹縫和一空間濾波器狹縫替代。第四實(shí)施例的第二變型的其余部分最好與本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例的對(duì)應(yīng)方面的描述的相同。
第四優(yōu)選實(shí)施例的第二變型的離焦圖象的系統(tǒng)影響的降低基本上與現(xiàn)有技術(shù)中的狹縫共焦干涉顯微術(shù)所實(shí)現(xiàn)的相同。然而，在第四優(yōu)選實(shí)施例的第二變型中由離焦圖象造成的統(tǒng)計(jì)影響也被降低到低于在現(xiàn)有技術(shù)共焦干涉顯微術(shù)中實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)影響，但通常不如用第四優(yōu)選實(shí)施例和第四優(yōu)選實(shí)施例的第一變型的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的有效。
替代各自狹縫而如在第四優(yōu)選實(shí)施例和第四優(yōu)選實(shí)施例的第一變型中使用光源針孔的一線性陣列和空間針孔的一線性陣列產(chǎn)生對(duì)物體材料的一受限制的掃描以生成該物體材料的一截面的二維表示的要求。該受限制的掃描的方向是沿該物體材料中的光源針孔的線性陣列的圖象的方向。該受限制的掃描出現(xiàn)，因?yàn)樵谠撐矬w材料中的光源針孔的線性陣列的圖象的方向上的針孔之間的間隔。另外，當(dāng)該物體材料中的光源針孔的線性陣列的圖象的方向上的針孔之間的間隔符合等式(54)的條件時(shí)，保持對(duì)波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束的高靈敏性。
該受限制的掃描的步驟數(shù)是由該物體材料中的兩鄰接的光源針孔的圖象間的間隔比例和各自成象系統(tǒng)的角度分辨率來(lái)確定的。實(shí)踐中，該受限制的掃描中的步驟數(shù)將顯著地少于光源針孔和空間濾波器針孔的線性陣列中的針孔數(shù)。這樣使用帶有光源針孔和空間濾波器針孔的線性陣列的第四優(yōu)選實(shí)施例及其第一變型的設(shè)備，物體材料的一截面的二維表示可被獲取而基本上不進(jìn)行掃描。
在第五組實(shí)施例的實(shí)施例及其變型的描述中注意到通過(guò)各實(shí)施例及其變型，獲得由一物體材料散射的和/或反射的，一散射的探測(cè)光束的復(fù)振幅的幅值和相位。在各實(shí)施例及其變型的一散射的探測(cè)光束的復(fù)振幅的確定中的顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差和減少的系統(tǒng)誤差是與對(duì)于一給定的光盤(pán)的記錄介質(zhì)可被存儲(chǔ)及檢索的數(shù)據(jù)的最大密度有關(guān)的性質(zhì)，該記錄介質(zhì)是該物體材料。
用于存儲(chǔ)器點(diǎn)(site)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的格式通常為二進(jìn)制，一位可獲得使用。具有由用于在此描述的第五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的減少的統(tǒng)計(jì)誤差和減少的系統(tǒng)誤差的引用的特性經(jīng)受的增加的信噪比，可在一光盤(pán)的一給定的記錄介質(zhì)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的最大密度可被增大。在一存儲(chǔ)器點(diǎn)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可用一(基N)×(基M)格式表示，基N用于復(fù)振幅的振幅被與其比較的N個(gè)振幅窗，且基M用于復(fù)振幅的相位被與其比較的M個(gè)相位窗。
對(duì)于第五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型，復(fù)振幅的振幅由一系列N窗口比較器電子處理器處理以確定該振幅位于N個(gè)窗口中的哪一個(gè)。類(lèi)似地，該復(fù)振幅的相位由一系列M個(gè)窗口比較器電子處理器處理以確定該相位位于M個(gè)窗口中的哪一個(gè)?？杀皇褂玫腘和M的值將由例如獲得的信噪比和要求的處理時(shí)間的因素確定。通過(guò)使用第五組實(shí)施例中的一個(gè)在一光學(xué)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的最大密度的提高與乘積N×M成正比。
來(lái)自第二組實(shí)施例的本發(fā)明的當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例具有許多執(zhí)行與第五組實(shí)施例的第一實(shí)施例的具有類(lèi)似參考數(shù)字的元件類(lèi)似功能的元件。在圖1a所示的共焦顯微術(shù)系統(tǒng)中，子系統(tǒng)82被子系統(tǒng)82aa，色散元件130c和130d，及子系統(tǒng)85替代；且子系統(tǒng)83被子系統(tǒng)83aa，反射鏡120a，及子系統(tǒng)95替代，如圖1aa所示，以提供本發(fā)明的第五實(shí)施例。該第五實(shí)施例包括一由一分束器100、物體材料112、移動(dòng)器116、參考反射鏡120、色散探測(cè)光束元件130c和130d、色散檢測(cè)器元件130a和130b及檢測(cè)器114組成的邁克耳遜干涉儀。
如圖1aa所示，光束22a通過(guò)分束器100被部分地透射變成由光束P22B-1、-2、-3、-4組成的光束P22B并進(jìn)入子系統(tǒng)82aa，其在圖1d中被示出。
在圖1aa中，光束P22B入射到一個(gè)由移相器24-1、-2、-3、-4所組成的移相器24上。圖1ab的平面垂直于圖1aa的平面。移相器24與14含有與移相器14相同數(shù)目的2m個(gè)單元，圖1ab中示出的是m＝2的情況。光束P22B-1、-2、-3、-4分別透過(guò)移相器24-1、-2、-3、-4，出射后分別變成光束P22C-1、-2、-3、-4，它們組成了光束P22C。移相器24-1與24-3所導(dǎo)入的相移量相同，是比移相器24-2和24-4所導(dǎo)入的相移大的弧度，而移相器24-2和24-4所導(dǎo)入的相移量是相同的。
由每一對(duì)移相器14-1與24-1、14-2與24-2、14-3與24-3、14-4與24-4所產(chǎn)生的相移量之和都是π弧度。所以光束P22C-1、-2、-3、-4中的任意兩個(gè)光束之間都不存在凈相對(duì)相移。光束P22C透過(guò)透鏡26，變成由光束P22D-1、-2、-3、-4所組成的光束P22D，后者被聚焦成位于在焦圖象平面17內(nèi)的圖象點(diǎn)18的第一中間探測(cè)光束斑。光束P22D從圖象點(diǎn)18射出變成由光束P32-1、-2、-3、-4組成的光束P32。光束P32進(jìn)入具有與子系統(tǒng)82aa的光軸3對(duì)準(zhǔn)的一光軸的透鏡36。光束P32從透鏡36射出并離開(kāi)子系統(tǒng)82aa變成由光束P32A-1、-2、-3、-4組成的準(zhǔn)直的光束P32A。
在圖1aa中，探測(cè)光束P32A投射在第三色散元件、色散探測(cè)光束元件130c上，該色散元件130c最好是一反射衍射光柵。探測(cè)光束P32A的一部分在圖1aa的平面中被第三色散檢測(cè)器元件130c衍射變成由光束P32B-1、-2、-3、-4組成的探測(cè)光束P32B。探測(cè)光束P32B投射在第四色散元件、色散探測(cè)光束元件130d上，該色散元件130d最好是一透射衍射光柵。探測(cè)光束P32B的一部分在圖1aa的平面中被第四色散元件130d衍射變成由光束P32C-1、-2、-3、-4組成的探測(cè)光束P32C。盡管光束P32B和P32C由光學(xué)頻率分量的一頻譜組成且因此在圖1aa的平面內(nèi)成角度(in angle)被色散，僅光束P32B和P32C的一頻率分量的路徑被示出在圖1aa中。所示出的路徑是典型的。對(duì)僅光束P32B和P32C的一頻率分量的說(shuō)明使得可在不超出本發(fā)明的精神和范圍且不將過(guò)分的復(fù)雜性引入圖1aa及后續(xù)附圖，顯示相對(duì)于探測(cè)光束P32C的圖1ac中所示子系統(tǒng)85的重要特性。
在圖1ac中，探測(cè)光束P32C進(jìn)入子系統(tǒng)85并通過(guò)透鏡46以形成由光束P32D-1、-2、-3、-4組成的探測(cè)光束P32D。探測(cè)光束P32D由透鏡46聚焦以在物體材料112中的在焦圖象平面27中形成一線圖象且從而照明該物體材料112。在焦圖象平面27中的線圖象包括圖象點(diǎn)28。該線圖象的軸基本上垂直于成象子系統(tǒng)85的光軸3a。該線圖象的長(zhǎng)度由例如透鏡46的焦距、色散探測(cè)光束元件130c和130d的色散率及光源10的光學(xué)帶寬的因數(shù)的組合所確定，透鏡46的焦距和色散探測(cè)光束元件130c和130d的色散率兩者可被調(diào)節(jié)。該線段可切過(guò)物體材料的一或多個(gè)表面或位于該物體材料的一表面內(nèi)。透鏡46的光軸對(duì)準(zhǔn)于子系統(tǒng)85的光軸3a。
在圖1aa中，光束22A部分地被分束器100反射，變成由光束R22B-1、-2、-3、-4所組成的光束R22B。光束R22B進(jìn)入示于圖1ad的子系統(tǒng)83aa。圖1ad的平面垂直于圖1aa的平面。如圖1ad所示。光束R22B入射在一個(gè)由移相器34-1、-2、-3、-4所組成的移相器34上。移相器34與14含有相同數(shù)目2m的單元，圖1ad中示出了m＝2的情況。光束R22B透過(guò)移相器34，然后又透過(guò)移相器44，出射后變成由光束R22C-1、-2、-3、-4所組成的光束R22C。由移相器44所導(dǎo)入的相移量受來(lái)自計(jì)算機(jī)118的信號(hào)132控制。
移相器34-1與34-3所導(dǎo)入的相移量相同，比移相器34-2或34-4所導(dǎo)入的多π弧度，而移相器34-2與34-4所導(dǎo)入的移相量是相同的。所以在光束R22C-1、-2、-3、-4中的任何兩個(gè)光束之間沒(méi)有凈相對(duì)相移。光束R22C透過(guò)透鏡56后變成由光束R22D-1、-2、-3、-4所組成的光束R22D。光束R22D被透鏡56聚焦成參考反射鏡120上的在焦圖象平面37中的圖象點(diǎn)38。透鏡56的光軸是對(duì)準(zhǔn)于子系統(tǒng)83的光軸3b的。參考光束R22D從在圖象點(diǎn)38的中間參考光束斑射出變成由光束R32D-1、-2、-3、-4組成的參考光束R32。參考光束R32進(jìn)入具有與子系統(tǒng)83aa的光軸對(duì)準(zhǔn)的一光軸的透鏡66。參考光束R32從透鏡66射出并離開(kāi)子系統(tǒng)83aa變成由光束R32A-1、-2、-3、-4組成的準(zhǔn)直的參考光束R32A。
在圖1aa中，參考光束R32A由反射鏡120a反射并被引導(dǎo)至子系統(tǒng)95變成由光束R32B-1、-2、-3、-4組成的參考光束R32B。在圖1ae中，參考光束R32B通過(guò)透鏡76變成由光束R32C-1、-2、-3、-4組成的光束R32C。參考光束R32C由透鏡76聚焦到參考反射鏡120上的在焦圖象平面47中的圖象點(diǎn)48。透鏡76的光軸與子系統(tǒng)95的光軸3c對(duì)準(zhǔn)。
在圖1af中，光束P32D(見(jiàn)圖1ac)的一部分被在焦圖象平面27中的線圖象區(qū)域中的物體材料反射和/或散射，變成組成了散射的探測(cè)光束P42的多個(gè)光束P32-1、-2、-3、-4。散射的探測(cè)光束P42從在焦圖象平面27中的線圖象發(fā)散，進(jìn)入透鏡46。如圖1af所示，散射的探測(cè)光束P42從透鏡46射出并離開(kāi)子系統(tǒng)85變成由光束P42A-1、-2、-3、-4所組成的準(zhǔn)直光束P42A。
在圖1aa中，探測(cè)光束P42A投射在第四色散元件130d上。探測(cè)光束P42A的一部分在圖1aa的平面中被色散探測(cè)光束元件130d衍射變成由光束P42B-1、-2、-3、-4組成的散射的探測(cè)光束P42B。散射的探測(cè)光束P42B投射在第三色散元件130c上。散射的探測(cè)光束P42B的一部分在圖1aa的平面中被變成由光束P42C-1、-2、-3、-4組成的散射的探測(cè)光束P42C。盡管光束P42B和P42C由光學(xué)頻率分量的一頻譜組成且因此在圖1aa的平面內(nèi)成角度(in angle)被色散，僅光束P42B和P42C的一頻率分量的路徑被示出在圖1aa中。光束P42B和P42C的分量路徑的光學(xué)頻率與圖1aa中所示的探測(cè)光束P32B和P32C分量路徑的光學(xué)頻率相同。
在圖1ag中，探測(cè)光束P42C進(jìn)入子系統(tǒng)82aa(見(jiàn)圖1aa)。在圖1ag中，散射的探測(cè)光束P42 C進(jìn)入透鏡36射出形成由光束P42D-1、-2、-3、-4組成的探測(cè)光束P42D。探測(cè)光束P42D由透鏡36聚焦到在焦圖象平面17中的圖象點(diǎn)18出的中間散射探測(cè)光束斑。盡管僅散射的探測(cè)光束P42D的一頻率分量的路徑被示出在圖1ag中，用于散射的探測(cè)光束P42D的所有光學(xué)頻率分量的圖象點(diǎn)與在圖1ag中概略示出的一圖象點(diǎn)相同由透鏡36、色散探測(cè)光束元件130c和130d、透鏡46、和物體材料112組成的光學(xué)系統(tǒng)是具有圖象點(diǎn)18的一共焦成象系統(tǒng)，對(duì)于光束P32的光學(xué)頻率分量的全頻譜來(lái)說(shuō)，該圖象點(diǎn)18是其自身的共軛圖象點(diǎn)。
繼續(xù)看圖1ag，散射的探測(cè)光束P42D從圖象點(diǎn)18射出成為由光束P52-1、-2、-3、-4所組成的光束P52。散射的探測(cè)光束P52進(jìn)入透鏡26并被準(zhǔn)直以形成由光束P52A-1、-2、-3、-4所組成的光束P52A。光束P52A-1、-2、-3、-4分別通過(guò)移相器24-4、-3、-2、-1并射出成為光束P52B-1、-2、-3、-4。光束P32B-1、-2、-3、-4包括離開(kāi)子系統(tǒng)82aa的散射的探測(cè)光束P52B。移相器24-1與24-3所導(dǎo)入的相移量相同，比移相器24-2或24-4所導(dǎo)入的多π弧度，而移相器24-2與24-4所導(dǎo)入的移相量是相同的。
在圖1ah中，參考光束R32D(見(jiàn)圖1ae)由參考反射鏡120反射成為光束R42-1、-2、-3、-4所組成的反射的參考光束R42。反射的參考光束R4從在焦圖象平面47中的圖象點(diǎn)48射出并進(jìn)入透鏡76。如圖1ah所示，反射的參考光束R42從透鏡76射出成為由光束R42A-1、-2、-3、-4所組成的準(zhǔn)直的反射的參考光束R42。
在圖1aa中，參考光束R42A由反射鏡120a反射并被引導(dǎo)至子系統(tǒng)83aa變成由光束R42B-1、-2、-3、-4組成的反射的參考光束R42B。在圖1ai中，反射的參考光束R42B通過(guò)透鏡66變成由光束R42C-1、-2、-3、-4組成的反射的參考光束R42C。反射的參考光束R42C由透鏡66聚焦到在焦圖象平面37中的圖象點(diǎn)38處的中間反射參考光束圖象斑。參考光束R42C從在圖象點(diǎn)38處的中間反射參考光束圖象斑射出變成由光束R52-1、-2、-3、-4組成的參考光束R52。參考光束R52進(jìn)入透鏡56并從透鏡56射出成為由光束R52A-1、-2、-3、-4組成的參考光束R52A。如圖1ai所示，反射的參考光束R52從透鏡56射出成為由光束R52A-1、-2、-3、-4組成的準(zhǔn)直的反射的參考光束R52A。光束R52A-1、-2、-3、-4首先通過(guò)移相器44且然后分別通過(guò)移相器34-4、-3、-2、-1以射出成為由光束R32B-1、-2、-3、-4組成的反射的參考光束R32 B。由移相器44所導(dǎo)入的相移量受來(lái)自計(jì)算機(jī)118的信號(hào)132控制。移相器34-1與34-3所導(dǎo)入的相移量相同，比由移相器34-2或34-4所導(dǎo)入的多π弧度，由移在34-2與34-4所導(dǎo)入的相移量是相同的。組成光束R32B的光束R32B-1、-2、-3、-4離開(kāi)子系統(tǒng)83aa。
第五實(shí)施例的其余描述與對(duì)第一實(shí)施例的的對(duì)應(yīng)部分的描述相同。
第一實(shí)施例的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)和第五實(shí)施例的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P62D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R62D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)包含有關(guān)物體材料112中的兩基本正交的線段的信息，這些各自的線段的圖象點(diǎn)是被同時(shí)獲取的。對(duì)于第一實(shí)施例，物體材料112中的線段基本上平行于子系統(tǒng)82的光軸3而對(duì)于第五實(shí)施例，物體材料112中的線段基本上垂直于子系統(tǒng)85的光軸3a。
本發(fā)明的第物優(yōu)選實(shí)施例中的水平1鑒別是通過(guò)在與色散探測(cè)光束元件130c和130d及色散檢測(cè)器元件130a和130b確定的平面正交的一平面內(nèi)操作本發(fā)明的設(shè)備的成象子系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)而實(shí)現(xiàn)的。在第五優(yōu)選實(shí)施例的一變型中也可實(shí)現(xiàn)一水平1型的鑒別，其中該變型的設(shè)備和電子處理裝置與第五優(yōu)選實(shí)施例的基本相同，帶有繞它們各自光軸轉(zhuǎn)過(guò)π/2弧度的移相器14、24和34。在第五優(yōu)選實(shí)施例的變型中離焦圖象的系統(tǒng)影響的降低與第五優(yōu)選實(shí)施例中相同。在第五優(yōu)選實(shí)施例的變型中由離焦圖象造成的統(tǒng)計(jì)影響也被降低到低于在現(xiàn)有技術(shù)共焦干涉顯微術(shù)中實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)影響，但通常不如用第五優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的有效。
來(lái)自第二組實(shí)施例的本發(fā)明的當(dāng)前第六優(yōu)選實(shí)施例具有許多執(zhí)行與來(lái)自第一組實(shí)施例的第二實(shí)施例中的具有相同參考數(shù)字的元件相同功能的元件，該第六實(shí)施例被構(gòu)成用于近似的狹縫共焦顯微術(shù)。在圖2a所示的共焦顯微術(shù)系統(tǒng)中，子系統(tǒng)82被子系統(tǒng)82aa，色散元件130c和130d，及子系統(tǒng)85替代；且子系統(tǒng)83被子系統(tǒng)83aa，反射鏡120a，及子系統(tǒng)95替代，如圖2aa所示，以提供本發(fā)明的第六實(shí)施例。該第六實(shí)施例包括一由一分束器100、物體材料112、移動(dòng)器116、參考反射鏡120、色散探測(cè)光束元件130c和130d、色散檢測(cè)器元件130a和130b及檢測(cè)器114組成的邁克耳遜干涉儀。
第六實(shí)施例的其余描述與對(duì)第二和第五實(shí)施例的的對(duì)應(yīng)部分的描述相同。
第二實(shí)施例的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)和第六實(shí)施例的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P62D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R62D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)包含有關(guān)物體材料112中的兩基本正交的線段的信息，這些各自的二維截面的圖象點(diǎn)是被同時(shí)獲取的。對(duì)于第二實(shí)施例，物體材料112中的二維截面的法線基本上垂直于子系統(tǒng)82的光軸3而對(duì)于第六實(shí)施例，物體材料112中的二維截面的法線基本上平行于子系統(tǒng)85的光軸3a。
來(lái)自第二組實(shí)施例的本發(fā)明的當(dāng)前第七優(yōu)選實(shí)施例具有許多執(zhí)行與來(lái)自第一組實(shí)施例的第三實(shí)施例中的具有相同參考數(shù)字的元件相同功能的元件。在圖3a所示的共焦顯微術(shù)系統(tǒng)中，子系統(tǒng)82被子系統(tǒng)82aa，色散元件130c和130d，及子系統(tǒng)85替代；且子系統(tǒng)83a被子系統(tǒng)83ab，反射鏡120a，及子系統(tǒng)95替代以提供本發(fā)明的第七實(shí)施例。該第七實(shí)施例包括一由一分束器100、物體材料112、移動(dòng)器116、參考反射鏡120、色散探測(cè)光束元件130c和130d、色散檢測(cè)器元件130a和130b及檢測(cè)器114組成的邁克耳遜干涉儀。
第七實(shí)施例的其余描述與對(duì)第三和第六實(shí)施例的的對(duì)應(yīng)部分的描述相同。
第三實(shí)施例的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)和第七實(shí)施例的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P62D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R62D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)包含有關(guān)物體材料112中的兩基本正交的線段的信息，這些各自的線段的圖象點(diǎn)是被同時(shí)獲取的。對(duì)于第三實(shí)施例，物體材料112中的線段基本上平行于子系統(tǒng)82的光軸3而對(duì)于第七實(shí)施例，物體材料112中的線段基本上正交于子系統(tǒng)85的光軸3a。
來(lái)自第二組實(shí)施例的本發(fā)明的當(dāng)前第八優(yōu)選實(shí)施例具有許多執(zhí)行與來(lái)自第一組實(shí)施例的第四實(shí)施例中的具有相同參考數(shù)字的元件相同功能的元件。在圖4a所示的共焦顯微術(shù)系統(tǒng)中，子系統(tǒng)82被子系統(tǒng)82aa，色散元件130c和130d，及子系統(tǒng)85替代；且子系統(tǒng)83a被子系統(tǒng)83ab，反射鏡120a，及子系統(tǒng)95替代以提供本發(fā)明的第八實(shí)施例。該第八實(shí)施例包括一由一分束器100、物體材料112、移動(dòng)器116、參考反射鏡120、色散探測(cè)光束元件130c和130d、色散檢測(cè)器元件130a和130b及檢測(cè)器114組成的邁克耳遜干涉儀。
第八實(shí)施例的其余描述與對(duì)第四和第七實(shí)施例的的對(duì)應(yīng)部分的描述相同。
第四實(shí)施例的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)和第八實(shí)施例的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P62D的復(fù)振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R62D的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)包含有關(guān)物體材料112中的兩基本正交的二維截面的信息，這些各自的二維截面的圖象點(diǎn)是被同時(shí)獲取的。對(duì)于第四實(shí)施例，物體材料112中的二維截面的法線基本上正交于子系統(tǒng)82的光軸3而對(duì)于第八實(shí)施例，物體材料112中的二維截面的法線基本上平行于子系統(tǒng)85的光軸3a。
來(lái)自第三組實(shí)施例的本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選第九、第十、第十一和第十二實(shí)施例及其變型包括有與第一、第二、第三和第四實(shí)施例及其變型相同的元件和子系統(tǒng)，除了省略掉移相器14、24、34、和34a外。第三組實(shí)施例中的這些實(shí)施例及其變型的其余描述與對(duì)第一組實(shí)施例的實(shí)施例及其變型的對(duì)應(yīng)部分的描述相同，除了相對(duì)于獲得用于一給定時(shí)間間隔內(nèi)的圖象的統(tǒng)計(jì)精度的水平外。
來(lái)自第一組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的獲得用于一給定時(shí)間間隔內(nèi)的圖象的統(tǒng)計(jì)精度的水平比來(lái)自第三組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的獲得用于一給定時(shí)間間隔內(nèi)的圖象的統(tǒng)計(jì)精度的水平要好。然而，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的共焦干涉顯微術(shù)中的離焦圖象引入的對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)誤差，對(duì)于第三組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型，由離焦圖象的振幅所引入的統(tǒng)計(jì)誤差將被大大地減少。
在逐象素比較的基礎(chǔ)上，第三組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的一檢測(cè)器平面中的波數(shù)濾波的、空間濾波背景光束的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)的大小與獲得用于現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)中的對(duì)應(yīng)的干涉交叉項(xiàng)的大小基本相同。然而，在一給定時(shí)間間隔中，用第三組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的設(shè)備獲得的物體材料的一成象線段的每圖象點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)誤差與對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)中的僅一單個(gè)圖象點(diǎn)在相同時(shí)間間隔內(nèi)獲得的統(tǒng)計(jì)誤差相同。對(duì)于成象物體材料的二維截面，采用相同的陳述。差別在于當(dāng)考慮到在相同時(shí)間間隔內(nèi)獲得的物體材料的一線段或二維截面的一圖象的統(tǒng)計(jì)精度時(shí)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的共焦干涉顯微術(shù)中的離焦圖象引入的對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)誤差，對(duì)于第三組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型，由離焦圖象的振幅所引入的統(tǒng)計(jì)誤差將被大大地減少的結(jié)論的基礎(chǔ)。
來(lái)自第四組實(shí)施例的本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選第13、第14、第15和第16實(shí)施例及其變型包括有與第五、第六、第七和第八實(shí)施例及其變型相同的元件和子系統(tǒng)，除了省略掉移相器14、24、34、和34a外。第四組實(shí)施例中的這些實(shí)施例及其變型的其余描述與對(duì)第二組實(shí)施例的實(shí)施例及其變型的對(duì)應(yīng)部分的描述相同，除了相對(duì)于來(lái)自離焦圖象的背景的減少和補(bǔ)償?shù)乃酵狻?br> 來(lái)自第二組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的獲得的來(lái)自離焦圖象的背景的減少和補(bǔ)償?shù)乃奖葋?lái)自第四組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的獲得的來(lái)自離焦圖象的背景的減少和補(bǔ)償?shù)乃揭谩Ｈ欢?，相?duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的共焦干涉顯微術(shù)中的離焦圖象引入的對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)誤差，對(duì)于第四組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型，由離焦圖象的振幅所引入的統(tǒng)計(jì)誤差將被大大地減少。
在逐象素比較的基礎(chǔ)上，第四組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的一檢測(cè)器圖象平面中的波數(shù)濾波的、空間濾波背景光束的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)的大小與獲得用于現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)中的對(duì)應(yīng)的干涉交叉項(xiàng)的大小基本相同。然而，在一給定時(shí)間間隔中，用第四組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的設(shè)備獲得的物體材料的一成象線段的每圖象點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)誤差與對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)中的僅一單個(gè)圖象點(diǎn)在相同時(shí)間間隔內(nèi)獲得的統(tǒng)計(jì)誤差相同。對(duì)于成象物體材料的二維截面，采用相同的陳述。差別在于當(dāng)考慮到在相同時(shí)間間隔內(nèi)獲得的物體材料的一線段或二維截面的一圖象的統(tǒng)計(jì)精度時(shí)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的共焦干涉顯微術(shù)中的離焦圖象引入的對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)誤差，對(duì)于第四組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型，由離焦圖象的振幅所引入的統(tǒng)計(jì)誤差將被大大地減少的結(jié)論的基礎(chǔ)。
來(lái)自第五組實(shí)施例的本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選第17、第18、第19和第20實(shí)施例及其變型包括有與第一、第二、第三和第四實(shí)施例及其變型相同的元件和子系統(tǒng)，除了用小色差探測(cè)透鏡替換第一組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的非消色差探測(cè)透鏡外。第五組實(shí)施例中的這些實(shí)施例及其變型的其余描述與對(duì)第一組實(shí)施例的實(shí)施例及其變型的對(duì)應(yīng)部分的描述相同，除了相對(duì)于在一給定時(shí)間間隔內(nèi)獲得的統(tǒng)計(jì)精度的水平外。
來(lái)自第五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的獲得的來(lái)自離焦圖象的背景的減少和補(bǔ)償?shù)乃脚c來(lái)自第一組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的獲得的來(lái)自離焦圖象的背景的減少和補(bǔ)償?shù)乃揭粯?。然而，相?duì)于五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的設(shè)備中的離焦圖象引入的對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)誤差，對(duì)于第一組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型，由離焦圖象的振幅所引入的統(tǒng)計(jì)誤差將是更好，第五組實(shí)施例按時(shí)間序列地獲取圖象點(diǎn)。
來(lái)自第五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的獲得的來(lái)自離焦圖象的背景的減少和補(bǔ)償?shù)乃斤@著地好于用現(xiàn)有技術(shù)中的共焦干涉顯微術(shù)獲得的來(lái)自離焦圖象的背景的減少和補(bǔ)償?shù)乃?。在逐象素比較的基礎(chǔ)上，第五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的一檢測(cè)器圖象平面中的波數(shù)濾波的、空間濾波背景光束的復(fù)振幅和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束的復(fù)振幅之間的干涉交叉項(xiàng)的大小相對(duì)于獲得用于現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)中的對(duì)應(yīng)的干涉交叉項(xiàng)的大小被大大地減小。這樣，在一給定的時(shí)間間隔中，用第五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的設(shè)備獲得的用于圖象的統(tǒng)計(jì)精度和系統(tǒng)誤差的水平顯著地好于現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)中的在相同時(shí)間間隔內(nèi)獲得的統(tǒng)計(jì)精度和系統(tǒng)誤差的水平。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們應(yīng)會(huì)看到，在不偏離本發(fā)明的精神和范疇的情況下，為了改變本發(fā)明設(shè)備對(duì)減小來(lái)自離焦圖象的信號(hào)的程序和空間分辨率的性質(zhì)，可以對(duì)移相器14、24、24a、34和34a應(yīng)用除旁瓣技術(shù)。他們還應(yīng)會(huì)看到，在不偏離本發(fā)明精神和范疇的情況下，移相器14、24、24a、34和34a的功能也可以用其他的移相器組合達(dá)到，或者被構(gòu)形成具有一組同心圓單元或其他幾何圖案單元的元件。
移相器14、24、24a、34、34a和44可以是電光類(lèi)型的或其他色散光學(xué)元件類(lèi)型的。關(guān)于色散光學(xué)元件類(lèi)型的參考文獻(xiàn)將在下面討論寬帶操作的段落中給出?；蛘?，這里所說(shuō)明的由移相器44所導(dǎo)入的相移也可以通過(guò)使反射鏡移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生，例如使參考反射鏡120沿子系統(tǒng)83和83a的光軸3a的方向移動(dòng)。
如果由移相器14、24、24a、34、34a和44所導(dǎo)入的相移量與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，則本發(fā)明設(shè)備對(duì)寬帶光源的性能可得到改進(jìn)。通過(guò)把移相器14、24、24a、34、34a和44適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)成例如下述兩個(gè)專利所公開(kāi)的類(lèi)型，則有可能滿足寬帶移相器的要求，這兩個(gè)專利是1980年7月授予H.A.Hill(希爾)、J.W.Figoski(費(fèi)戈斯基)和P.T.Ballard(巴拉德)的美國(guó)專利No.4,213,706“Background CompensatingInterferometer(帶背景補(bǔ)償?shù)母缮鎯x)”和1981年12月授予H.A.Hill、J.W.Figoski和P.T.Ballard的美國(guó)專利No.4,304,464，后者的標(biāo)題也是“Background Compensating Interferometer”。
對(duì)于第五組實(shí)施例的各實(shí)施例及其變型，由對(duì)應(yīng)的用于將信息寫(xiě)至包括一記錄介質(zhì)的物體材料的實(shí)施例及其變型。各用于寫(xiě)信息的實(shí)施例及其變型包括第五組實(shí)施例的一對(duì)應(yīng)的實(shí)施例及其變型方法和設(shè)備。除了以下在構(gòu)成的變化外光源和參考反射鏡子系統(tǒng)被互換且檢測(cè)器和檢測(cè)器針孔通過(guò)一寫(xiě)反射鏡被替換，該寫(xiě)反射鏡將投射在該寫(xiě)反射鏡上的來(lái)自光源的光基本上引回到其自身上。該寫(xiě)反射鏡的反射率和由該寫(xiě)反射鏡引入的相移是與一相移程序相結(jié)合配置的該寫(xiě)反射鏡上的位置的函數(shù)以在物體材料中產(chǎn)生期望的圖象。該相移程序執(zhí)行類(lèi)似于在波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束中引入一系列相移以獲得用于第五組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的第一、第二、第三和第四測(cè)量的強(qiáng)度值的程序相似的功能。
對(duì)于在此描述的寫(xiě)實(shí)施例，該記錄過(guò)程包括多個(gè)不同的機(jī)制且該光盤(pán)的記錄介質(zhì)包括多種不同的材料和不同的材料的組合記錄過(guò)程的例子包括例如法拉第旋轉(zhuǎn)和科爾效應(yīng)的電光效應(yīng)和磁光效應(yīng)以及光化學(xué)孔燃燒(hole burning)。
當(dāng)對(duì)于記錄過(guò)程使用磁光效應(yīng)以使通過(guò)檢測(cè)一散射的或透射的探測(cè)光束的偏振狀態(tài)的變化來(lái)檢索存儲(chǔ)的信息時(shí)，第五組實(shí)施例的這些實(shí)施例被構(gòu)成以檢測(cè)散射的探測(cè)光束的偏振以及散射的探測(cè)光束的復(fù)振幅。五組實(shí)施例的這些實(shí)施例被構(gòu)成以通過(guò)將散射的探測(cè)光束傳送通過(guò)一分析儀例如偏振分束器并測(cè)量由該分析儀分離的該散射的探測(cè)光束的不同的偏振狀態(tài)的復(fù)振幅來(lái)檢測(cè)散射的探測(cè)光束的偏振。
當(dāng)一在此描述的寫(xiě)實(shí)施例來(lái)使用一振幅—記錄介質(zhì)、非線性振幅—記錄介質(zhì)、和/或相位記錄介質(zhì)時(shí)，與記錄介質(zhì)中的圖象相關(guān)聯(lián)的減少的統(tǒng)計(jì)誤差和減少額系統(tǒng)誤差，在此描述的寫(xiě)實(shí)施例的特性，在存儲(chǔ)器點(diǎn)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的密度與N×M成正比，其中N和M具有與第五組實(shí)施例的讀實(shí)施例的描述相同的含義。
在一給定的存儲(chǔ)器點(diǎn)存儲(chǔ)的信息內(nèi)容由這些寫(xiě)實(shí)施例及其變型的寫(xiě)反射鏡產(chǎn)生的相移的空間分布和反射率的空間分布所控制。由寫(xiě)反射鏡產(chǎn)生的開(kāi)窗的反射率和開(kāi)窗的相移由位于該反射鏡前面的電光振幅調(diào)制器和移相器的一矩陣控制，該電光振幅調(diào)制器和移相器的狀態(tài)由計(jì)算機(jī)控制。反射率和移相的開(kāi)窗通過(guò)類(lèi)似于在第五組實(shí)施例中測(cè)量的復(fù)散射振幅的振幅和相位的開(kāi)窗中使用的電子過(guò)程相似的電子過(guò)程而實(shí)現(xiàn)。
由第一和第三組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型測(cè)量的在一探測(cè)透鏡的軸向上的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束之間的干涉項(xiàng)正比于在一物體材料中的圖象點(diǎn)的復(fù)散射振幅的傅里葉變換。類(lèi)似地，通過(guò)對(duì)應(yīng)于第一和第三組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的寫(xiě)實(shí)施例及其變型存儲(chǔ)在一存儲(chǔ)器點(diǎn)的信息與由寫(xiě)反射鏡反射的對(duì)應(yīng)的波數(shù)濾波的、空間濾波的光束和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束之間的干涉項(xiàng)正比。由寫(xiě)反射鏡反射的對(duì)應(yīng)的波數(shù)濾波的、空間濾波的光束和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束之間的干涉項(xiàng)與在寫(xiě)反射鏡上的各自點(diǎn)的復(fù)反射率的傅里葉變換成正比。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們應(yīng)會(huì)看到，當(dāng)寫(xiě)反射鏡的復(fù)反射率被選擇以使由寫(xiě)反射鏡反射的對(duì)應(yīng)的波數(shù)濾波的、空間濾波的光束和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束之間的干涉項(xiàng)與待被存儲(chǔ)在一存儲(chǔ)器點(diǎn)的信息的反傅里葉變換成正比時(shí)，由第一和第三組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型測(cè)量的在一探測(cè)透鏡的軸向上的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束和波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束之間的測(cè)量的干涉項(xiàng)正比于存儲(chǔ)的初始信息。這樣，在該例中不需要對(duì)由第一和第三組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型測(cè)量的在一探測(cè)透鏡的軸向上的復(fù)散射振幅執(zhí)行傅里葉變換來(lái)恢復(fù)被存儲(chǔ)的初始信息。
第一和第三組實(shí)施例的一些實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)在晶片的深度方向上基本上同時(shí)成象一線段而實(shí)現(xiàn)在集成電路的制造中使用的一晶片的層析X射線復(fù)振幅圖象，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。在晶片的深度方向上一線段的同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)在深度方向上的由例如晶片的移動(dòng)、掃描、或振動(dòng)生成的晶片的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。在晶片的深度方向上同時(shí)成象一線段還可被使用來(lái)以自多個(gè)深度同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該晶片的一表面和/或該晶片內(nèi)的一表面。
第一和第三組實(shí)施例的一些實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)在晶片的深度方向上基本上同時(shí)成象一二維截面而實(shí)現(xiàn)在集成電路的制造中使用的一晶片的層析X射線復(fù)振幅圖象，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔和狹縫共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。該晶片的二維截面的一軸平行于該晶片的深度方向。在晶片的深度方向和橫向上一二維截面的同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)在深度方向上的由例如晶片的移動(dòng)、掃描、和/或振動(dòng)生成的晶片的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。在晶片中的二維截面的同時(shí)成象還可被使用來(lái)用在其他位置同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該晶片的一表面和/或該晶片內(nèi)的一表面，該表面和/或內(nèi)部表面可能用作為登記的目的。
第一和第三組實(shí)施例的某一些的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)在生物樣品的深度方向上基本上同時(shí)成象一線段來(lái)實(shí)現(xiàn)自然條件下的一生物樣品的一層析X射線復(fù)振幅圖象，例如在生物樣品的一無(wú)創(chuàng)性活檢樣品中可被使用的一圖象，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。在生物樣品的深度方向上同時(shí)成象一線段可被使用以大大地減少對(duì)在深度方向上的由例如生物樣品的移動(dòng)、掃描、或振動(dòng)生成的生物樣品的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。在生物樣品的深度方向上同時(shí)成象一線段還可被使用來(lái)以自多個(gè)深度同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該生物樣品的一表面和/或該生物樣品內(nèi)的一表面。
第一和第三組實(shí)施例的某一些的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)上基本上同時(shí)成象生物樣品的一二維截面來(lái)實(shí)現(xiàn)自然條件下的一生物樣品的一層析X射線復(fù)振幅圖象，例如在生物樣品的一無(wú)創(chuàng)性活檢樣品中可被使用的一圖象，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔和狹縫共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。生物樣品的二維截面的一軸平行于該生物樣品的深度方向。在生物樣品的深度方向上同時(shí)成象一二維截面可被使用以大大地減少對(duì)在深度方向和橫向上的由生物樣品的移動(dòng)、掃描、和/或振動(dòng)生成的生物樣品的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。在生物樣品中同時(shí)成象一二維截面還可被使用來(lái)以用在其他位置同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該生物樣品的一表面和/或該生物樣品內(nèi)的一表面，該表面和/或內(nèi)部表面可能用作為登記的目的。
第二和第四組實(shí)施例的一些實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)基本上同時(shí)成象與該晶片的一表面相切的或在晶片中的一表面上的一線段來(lái)實(shí)現(xiàn)在集成電路的制造中使用的一晶片的層析X射線復(fù)振幅圖象，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。與該晶片的一表面相切的或在晶片中的一表面上的一線段的同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)由晶片的移動(dòng)、掃描、和/或振動(dòng)生成的晶片的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。與該晶片中或上的一表面相切的一二維截面的同時(shí)成象還可被使用以從多個(gè)位置同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該晶片中或上的一參考位置，該參考位置用作為登記的目的。
第二和第四組實(shí)施例的一些的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)基本上同時(shí)成象與該生物樣品中或上的一表面相切的一線段來(lái)實(shí)現(xiàn)供自然條件下的一生物樣品的一層析X射線復(fù)振幅圖象，例如在生物樣品的一無(wú)創(chuàng)性活檢樣品中可被使用的一圖象，帶有顯著減少的統(tǒng)計(jì)誤差及帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少或相同的來(lái)自離焦圖象的背景。與該生物樣品中或上的一表面相切的一線段的同時(shí)成象可被使用以大大地減少對(duì)由生物樣品的移動(dòng)、掃描、和/或振動(dòng)生成的生物樣品的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。與該生物樣品中或上的一表面相切的一二維截面的同時(shí)成象還可被使用以從多個(gè)位置同時(shí)獲取的信息來(lái)識(shí)別該生物樣品中的一參考位置，該參考位置用作為登記的目的。
第五組實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在集成電路的制造中使用的一晶片的層析X射線復(fù)振幅圖象是生成一晶片的一一維、一二維或一三維圖象，帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少的來(lái)自離焦圖象的背景。
第五組實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在自然條件下的一生物樣品的一層析X射線復(fù)振幅圖象，例如在生物樣品的一無(wú)創(chuàng)性活檢樣品中可被使用的一圖象是生成該樣品的一維、二維或三維圖象，帶有與用現(xiàn)有技術(shù)單針孔共焦干涉顯微術(shù)或全息術(shù)進(jìn)行的一序列測(cè)量中獲得的來(lái)自離焦圖象的背景相比顯著減少的來(lái)自離焦圖象的背景。
上述的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)在用于制造例如計(jì)算機(jī)芯片的大規(guī)模集成電路的石版印刷(lithography)應(yīng)用的分檔器(stepper)或掃描儀上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記識(shí)別中以及在用于測(cè)量分檔器或掃描儀的鍍覆性能的一獨(dú)立應(yīng)用計(jì)量系統(tǒng)中可是特別有用的。上述的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)在制造大規(guī)模集成電路的不同階段的分檔器或掃描儀中使用的標(biāo)記的檢查及芯片的檢查中是特別有用的。石版印刷是用于半導(dǎo)體制造工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動(dòng)者。
降至及在100nm線寬以下的覆蓋改善是五個(gè)最困難的的挑戰(zhàn)之一，例如見(jiàn)Semiconductor Industry Roadmap，82頁(yè)(1997)。由于一石版印刷工具可生產(chǎn)$50-100M/年的產(chǎn)品，改善(保持)石版印刷工具的性能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是重要的。石版印刷工具領(lǐng)域的每1％提高(損失)導(dǎo)致對(duì)于集成電路制造商來(lái)說(shuō)會(huì)帶來(lái)約$1M/年的經(jīng)濟(jì)收益(損失)及帶給石版印刷工具銷(xiāo)售商一實(shí)質(zhì)性的競(jìng)爭(zhēng)性的利好或利空。
通過(guò)在一芯片的一水平上打印一圖形及在該芯片的一連續(xù)水平上打印一第二圖形，且然后在一獨(dú)立應(yīng)用計(jì)量系統(tǒng)上測(cè)量該兩圖形的位置、取向和分布的差異來(lái)測(cè)量覆蓋。
該獨(dú)立應(yīng)用計(jì)量系統(tǒng)包括一用于觀看這些圖形的顯微鏡系統(tǒng)，例如上述的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)，其被連接至用于測(cè)量這些圖形的相對(duì)位置的激光器量計(jì)控制(gauge-controlled)臺(tái)；和一晶片處理系統(tǒng)。
一石版印刷工具的功能是將空間構(gòu)形(patterned)的輻射引導(dǎo)至一涂覆有光阻材料的晶片。該過(guò)程包括確定該晶片將接收該輻射(對(duì)準(zhǔn))的位置及將該輻射施加給在該位置的光阻材料。
為正確地定位該晶片，該晶片包括在其上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，這些對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可由專用傳感器例如上述的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)來(lái)測(cè)量。這些對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的測(cè)量的位置確定該晶片在該工具內(nèi)的位置。該信息以及晶片表面的期望的構(gòu)型的說(shuō)明，引導(dǎo)該晶片相對(duì)于該空間構(gòu)形的輻射的對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)這樣的信息，支持該涂覆有光阻材料的晶片一可移動(dòng)的臺(tái)移動(dòng)該晶片以使該輻射暴露給該晶片的正確位置。
在曝光期間，一輻射源照明一構(gòu)型的調(diào)制盤(pán)，該調(diào)制盤(pán)散射該輻射以生成該空間圖形的輻射。該調(diào)制盤(pán)還被稱之為一掩模，且這些術(shù)語(yǔ)在下面被互換地使用。在縮減石版印刷的情況下，一縮影透鏡收集散射的輻射并形成該調(diào)制盤(pán)圖形的一縮小的圖象。可替換地，在近似印刷的情況下，在與晶片接觸以生成該調(diào)制盤(pán)圖形的一1∶1圖象之前該散射的輻射傳播一小的距離(通常在微米的數(shù)量級(jí))。該輻射起始在該光阻材料中的光化學(xué)處理，將該輻射圖形轉(zhuǎn)換成該光阻材料中的一潛象。
當(dāng)制做一掩模時(shí)，它必須是優(yōu)良的。圖形中的任何缺陷將劣化用該掩模印刷的半導(dǎo)體電路的功能。在將一掩模傳送給半導(dǎo)體制造流水線之前，將其通過(guò)一自動(dòng)的掩模檢驗(yàn)系統(tǒng)，檢索該圖形中的任何缺陷。掩模檢驗(yàn)可能有兩種策略，已知為?！獢?shù)據(jù)庫(kù)和?！z驗(yàn)。第一種方法包括一自動(dòng)的掃描顯微鏡，其直接將該掩模圖形與用于生成該掩模的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。這要求非常大的數(shù)據(jù)處理容量，類(lèi)似于該掩模書(shū)寫(xiě)器本身所需的數(shù)據(jù)處理容量。被檢驗(yàn)的掩模圖形和用于生成該掩模的數(shù)據(jù)組之間的任何偏差被標(biāo)志為一誤差。上述的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)特別適合于自動(dòng)的掩模檢驗(yàn)，因?yàn)槠渚哂斜尘皽p少和基本上同時(shí)獲取一維線段圖象和二維截面圖象的優(yōu)點(diǎn)。
總之，該石版印刷系統(tǒng)，也被稱之為曝光系統(tǒng)，通常包括一照明系統(tǒng)和一晶片定位系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)包括一輻射原，用于提供例如紫外線、可見(jiàn)光、X線、電子或離子輻射；和一調(diào)制盤(pán)或掩模，用于將該圖形傳送給該輻射，從而生成該空間構(gòu)形的輻射。另外，對(duì)于縮減石版印刷的情況，該照明系統(tǒng)可包括一透鏡組件，用于將該空間構(gòu)形的輻射成象到該晶片上。該成象的輻射曝光涂覆在晶片上的光阻材料。該照明系統(tǒng)還包括一掩模臺(tái)，用于支持該掩模；和一定位系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)該掩模臺(tái)相對(duì)于引導(dǎo)通過(guò)該掩模的輻射的位置。該晶片定位系統(tǒng)包括一晶片臺(tái)，用于支持該晶片；和一定位系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)該晶片臺(tái)相對(duì)于該成象的輻射的位置。集成電路的制造可包括多個(gè)曝光步驟。對(duì)于有關(guān)石版印刷的一般參考文獻(xiàn)，例如見(jiàn)J·R·Sheats和B·W·Smith所著的MicrolithographyScience and Technology(微型石版印刷科學(xué)與技術(shù))(Marcel Dekker，Inc.，New York，1998)，其內(nèi)容被結(jié)合在此作為參考。
在圖8a中示出使用一共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)(未示出)一石版印刷掃描儀800的一例子。該共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)被使用來(lái)精確地定位在一曝光系統(tǒng)內(nèi)的晶片(未示出)上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置。這里，臺(tái)822被使用來(lái)定位和支持相對(duì)于一曝光位置的該晶片。掃描儀800包括一機(jī)架802，其裝載其他的支持機(jī)構(gòu)和各種在這些機(jī)構(gòu)上裝載的元件。一曝光基座804已安裝在其頂部上，一透鏡外殼806安裝在曝光基座804的頂部上，一調(diào)制盤(pán)或掩模臺(tái)816安裝在透鏡外殼806的頂部上用來(lái)支持一調(diào)制盤(pán)或掩模。用于相對(duì)于該曝光位置定位該掩模的一定位系統(tǒng)概略地用817指示。定位系統(tǒng)817可包括例如壓電變換器元件和對(duì)應(yīng)的控制電子器件。盡管，在該實(shí)施例中未被包括，一或多個(gè)干涉測(cè)量系統(tǒng)被使用以精確地測(cè)量該掩模臺(tái)的位置以及其他可移動(dòng)元件的位置(這些元件的位置在制造石版印刷機(jī)構(gòu)的過(guò)程中必須被準(zhǔn)確地監(jiān)視)(見(jiàn)supra Sheats和Smith的MicrolithographyScience andTechnology(微型石版印刷科學(xué)與技術(shù)))。
懸掛在曝光基座804下方的是一支持基座813，用于裝載晶片臺(tái)822。臺(tái)822包括一平面反射鏡828，用于反射通過(guò)干涉測(cè)量系統(tǒng)826引導(dǎo)至該臺(tái)的一測(cè)量光束。用于相對(duì)于干涉測(cè)量系統(tǒng)826定位臺(tái)822的一定位系統(tǒng)被用819概略地表示。定位系統(tǒng)819可包括壓電變換器元件和對(duì)應(yīng)的控制電子器件。該測(cè)量光束反射回安裝在曝光基座804上的該干涉測(cè)量系統(tǒng)。
在操作期間，一輻射光束810，例如來(lái)自一UV激光器(未示出)的一紫外(UV)光束，通過(guò)一光束整形光學(xué)組件812并在自反射鏡814反射后向下行進(jìn)。然后，該輻射光束通過(guò)由掩模臺(tái)816裝載的一掩模(未示出)。該掩模(未示出)經(jīng)一透鏡外殼806中裝載的一透鏡組件808被成象在晶片臺(tái)822上的一晶片(未示出)上?；?04和由它支持的各種元件通過(guò)由彈簧820描繪的一減振系統(tǒng)與環(huán)境振動(dòng)隔離。
如現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的，石版印刷是制做半導(dǎo)體裝置的制做方法中的關(guān)鍵部分。例如，美國(guó)專利5,483,343描繪了用于這樣的制做方法的步驟。這些步驟在下面參照?qǐng)D8b和8c進(jìn)行描述。圖8b是制做例如半導(dǎo)體芯片(例如IC或LSI)、液晶面板或CCD的半導(dǎo)體裝置的順序的流程圖。步驟851是用于設(shè)計(jì)一半導(dǎo)體裝置的電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。步驟852是用于根據(jù)該電路圖形設(shè)計(jì)來(lái)制做一掩模的過(guò)程。步驟853是用于通過(guò)使用例如硅的材料來(lái)制做一晶片的過(guò)程。
步驟854是被成為預(yù)處理的一晶片處理過(guò)程，其中通過(guò)使用這樣制備的掩模和晶片，通過(guò)石版印刷在該晶片上形成電路。為在該晶片上形成對(duì)應(yīng)于該掩模上的這些圖形的具有足夠空間分辨率的電路，需要相對(duì)該晶片的石版印刷工具的干涉測(cè)量定位。在此所述的共焦干涉顯微術(shù)方法和系統(tǒng)可特別用來(lái)檢驗(yàn)該晶片的表面和通過(guò)晶片處理在該晶片上生成的內(nèi)部若干層以檢查和監(jiān)視在該晶片處理中使用的石版印刷的有效性。步驟855是一安裝步驟，其被稱為后處理，其中由步驟854處理的該晶片被形成在半導(dǎo)體芯片中。該步驟包括組裝(切割和焊接)及包封(芯片密封)。步驟856是一檢驗(yàn)步驟，其中進(jìn)行由步驟855生成的半導(dǎo)體裝置的操作性檢查、持續(xù)性檢查等。進(jìn)行這些處理，完成半導(dǎo)體裝置并裝運(yùn)(步驟857)。
圖8c是該晶片處理的詳細(xì)流程圖。步驟861是用于氧化一晶片的表面的氧化處理。步驟862是用于在該晶片表面上形成一絕緣膜的CVD處理。步驟863是用于通過(guò)真空沉積在該晶片上形成電極的一電極形成處理。步驟864是用于將離子注入該晶片的一離子注入處理。步驟865是用于將光阻材料(光敏材料)施加給該晶片的一光阻材料處理。步驟866是一用于通過(guò)上述曝光設(shè)備進(jìn)行曝光(例如石版印刷)，在該晶片上印刷該掩模的電路圖形的處理。再一次，如上所述，使用在此所述的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)和方法提高了這些石版印刷步驟的精度、分辨率和保持性。
步驟867是用于顯影備曝光的晶片的一顯影處理。步驟868是用于去除除了顯影的光阻材料圖象以外的部分的一蝕刻處理。步驟869是用于在進(jìn)行蝕刻處理后分離保留在該晶片上的光阻材料的一光阻材料分離處理。通過(guò)重復(fù)這些處理，在該晶片上形成并重疊電路圖形。
在此所述的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)和方法的一重要應(yīng)用是檢驗(yàn)在先前所述的石版印刷方法中使用的掩模和調(diào)制盤(pán)。作為一例子，在圖9中示出一概略的掩模檢驗(yàn)系統(tǒng)900。一光源910生成一光源光束912且一共焦干涉顯微術(shù)組件914將該輻射光束引導(dǎo)至由一可移動(dòng)的臺(tái)918支持的一基底916。為確定該臺(tái)的相對(duì)位置，一干涉測(cè)量系統(tǒng)920將一參考光束922引至安裝在光束聚焦組件914上的一反射鏡924并將一測(cè)量光束926引至安裝在臺(tái)918上的一反射鏡928。由該干涉測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的位置中的變化對(duì)應(yīng)于基底916上的寫(xiě)光束912的相對(duì)位置的變化。干涉測(cè)量系統(tǒng)920發(fā)送一測(cè)量信號(hào)932給控制器930，指示檢驗(yàn)光束912在基底916上的相對(duì)位置?？刂破?30發(fā)送一輸出信號(hào)給一支持并定位臺(tái)918的基座936。
控制器930可使用信號(hào)934使共焦干涉顯微術(shù)組件914掃描該基底的一區(qū)域上的檢驗(yàn)光束。結(jié)果，控制器930引導(dǎo)該系統(tǒng)的其他元件來(lái)檢驗(yàn)?；住Ｔ撗谀z驗(yàn)將該掩模圖形直接與被使用生成該掩模的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
上述的共焦干涉顯維術(shù)系統(tǒng)在用于在例如光盤(pán)的物質(zhì)中生成一信息承載區(qū)域的圖象的系統(tǒng)之間的空間關(guān)系的控制中是特別有用的。在確定一光盤(pán)中和/或上存儲(chǔ)的信息的過(guò)程中，防止該系統(tǒng)與該光盤(pán)的外部表面物理接觸特別重要。
該用于生成信息承載區(qū)域的圖象和控制該系統(tǒng)之間的空間關(guān)系的系統(tǒng)包括一支持該光盤(pán)的支持結(jié)構(gòu)，一用于成象該外部表面輪廓并確定該外部表面和該系統(tǒng)之間的空間關(guān)系的一上述共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)，和一用于成象該信息承載區(qū)域的顯微鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)還包括一根據(jù)該確定的空間關(guān)系來(lái)控制該顯微鏡系統(tǒng)相對(duì)于該外部表面的位置，以防止該顯微鏡系統(tǒng)與該外部表面的物理接觸的處理器。
如果916被用于表示該光盤(pán)，數(shù)字914被用于表示用于成象該信息承載區(qū)域的顯微鏡系統(tǒng)和用于成象該外部表面的輪廓的共焦干涉顯微鏡系統(tǒng)兩者，圖9的視圖可說(shuō)明上述系統(tǒng)。注意所涉及的兩顯微鏡系統(tǒng)可以是兩種不同的顯微鏡系統(tǒng)或是相同的顯微鏡系統(tǒng)。數(shù)字930表示一生成信號(hào)934以控制一基底936和位置級(jí)918中的一移位器(未示出)的處理器。該移位器響應(yīng)于信號(hào)934，實(shí)時(shí)控制該顯微鏡系統(tǒng)914和光盤(pán)916的上外部表面之間的距離。
該系統(tǒng)914的顯微鏡系統(tǒng)可包括例如針孔共焦顯微術(shù)系統(tǒng)、上述的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)、或近場(chǎng)(near-field)顯微術(shù)系統(tǒng)。
理論背景鑒別前述各優(yōu)選實(shí)施例中所描述的設(shè)備全都是針孔共焦干涉顯微系統(tǒng)或狹縫共焦干涉顯微系統(tǒng)的例子。共焦顯微系統(tǒng)的背景鑒別能力是其最重要的屬性之一，這個(gè)能力起因于共焦顯微術(shù)強(qiáng)大的光學(xué)分層性質(zhì)。這與普通顯微術(shù)中靠限制景深有完全不同的性質(zhì)，其差別在于，在普通顯微鏡中離焦信息僅僅是被模糊化了，而在共焦系統(tǒng)中探測(cè)到的離焦信息確實(shí)被大為減少在軸向偏離了焦平面的某個(gè)地點(diǎn)所散射的光在檢測(cè)器下面上是離焦的，因此不能有效地通過(guò)設(shè)置在檢測(cè)器平面上的一個(gè)掩膜，請(qǐng)參見(jiàn)C.J.R.Sheppard(庫(kù)帕德)和C.J.Cogswll(考格斯威爾)在T.Wilson(威爾遜)所編的著作《ConfocalMicroscopy(共焦顯微術(shù))》(Academic Press，London，1990)中的文章“Three-dimensional Imaging In Confocal Microscopy(共焦顯微術(shù)中的三維成圖象)”(pp143-169)。在DIP中使用的斐索干涉儀例如具有可與常規(guī)的顯微術(shù)相比的對(duì)離焦圖象的靈敏度。
第一和第二組實(shí)施例的實(shí)施例及其變型的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)的不尋常的特性是基本上同時(shí)獲取用于一圖象中的一點(diǎn)陣列的信息，各具有對(duì)相對(duì)于在現(xiàn)有技術(shù)共焦干涉顯微術(shù)中實(shí)現(xiàn)的減小的離焦圖象的靈敏度。
反射的參考光束以及散射的探測(cè)光束都因受到光瞳函數(shù)的影響而使其在焦圖象點(diǎn)48處發(fā)生明顯改變，但在焦圖象點(diǎn)48處的離焦光束部分卻基本上沒(méi)有改變。對(duì)于引用的實(shí)施例及其變型，本發(fā)明的這種特性被使用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)中實(shí)現(xiàn)的減小的離焦圖象的靈敏度。
第一、第二、第三和第四組實(shí)施例的實(shí)施例及其變型中描述的設(shè)備還包括一色散干涉測(cè)量學(xué)的形式。該光學(xué)時(shí)域反射測(cè)量術(shù)OTDR包括將一短強(qiáng)脈沖光注入一物體例如一纖維并測(cè)量與時(shí)間相關(guān)的反向散射光信號(hào)。該光學(xué)頻域反射測(cè)量術(shù)OFDR包括用單色輻射照明一物體，該單色輻射的頻率以公知的方式隨時(shí)間而變化，并測(cè)量與頻率相關(guān)的反向散射光信號(hào)。在引用的實(shí)施例及其變型中，該與波數(shù)相關(guān)的反向散射光信號(hào)被測(cè)量作為波數(shù)k的函數(shù)。從OTDR和OFDR的定義類(lèi)推，在本發(fā)明中使用的色散干涉測(cè)量學(xué)的形式可被分類(lèi)為光學(xué)波數(shù)域反射測(cè)量術(shù)OWDR的一形式。
作為結(jié)合OWDR的結(jié)果，對(duì)于在一給定曝光中可訪問(wèn)的所有象素位置，基本上同時(shí)取得第一和第三組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型的對(duì)一在焦圖象的振幅的靈敏度。對(duì)于第二和第四組實(shí)施例的這些實(shí)施例及其變型，作為結(jié)合OWDR的結(jié)果，對(duì)于在一給定曝光中可訪問(wèn)的基本上正交于物體材料成象子系統(tǒng)的光軸的一線段內(nèi)的所有橫向位置，基本上同時(shí)取得對(duì)一在焦圖象的振幅的靈敏度。標(biāo)準(zhǔn)的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)必須在該物體材料的各自軸向維度或橫向維度中執(zhí)行一掃描以獲得對(duì)在焦圖象的振幅的等效靈敏度。
第一和第二組實(shí)施例的實(shí)施例及其變型的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)的不尋常的特性是基本上同時(shí)獲取用于一圖象中的一點(diǎn)陣列的信息，各具有對(duì)相對(duì)于在現(xiàn)有技術(shù)共焦干涉顯微術(shù)中實(shí)現(xiàn)的減小的離焦圖象的靈敏度。共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中被公知為一種為了獲得一物體的一維、二維和三維圖象的目的，通過(guò)減少離焦圖象的影響來(lái)改善光學(xué)截取的手段，而改變顯微鏡的光瞳函數(shù)(見(jiàn)M.玻恩和E.沃耳夫，《Principles of Optics(光學(xué)原理)》，第8.6，3節(jié)，423-427(Pergamon Press，New York，1959)是一種為某些特定應(yīng)用而改進(jìn)對(duì)比度的手段且如在DIP中使用的一種形式的OWDR在現(xiàn)有技術(shù)中被公知為一種減少相位模糊的手段。不過(guò)，發(fā)明人相信，把共焦干涉顯微術(shù)、改變光瞳函數(shù)和OWDR結(jié)合在同一個(gè)系統(tǒng)中以減小由背景光造成的系統(tǒng)誤差和統(tǒng)計(jì)誤差，則是首次在這里提出的。
第三和第四組實(shí)施例的實(shí)施例及其變型的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)的不尋常的特性是基本上同時(shí)獲取用于一圖象中的一點(diǎn)陣列的信息，各具有對(duì)相對(duì)于在現(xiàn)有技術(shù)共焦干涉顯微術(shù)中實(shí)現(xiàn)的減小的離焦圖象的靈敏度。共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中被公知為一種減少離焦圖象的影響的手段且如在DIP中使用的一種形式的OWDR在現(xiàn)有技術(shù)中被公知為一種減少相位模糊的手段。不過(guò)，發(fā)明人相信，把共焦干涉顯微術(shù)和OWDR結(jié)合在同一個(gè)系統(tǒng)中以減小由背景光造成的系統(tǒng)誤差和統(tǒng)計(jì)誤差，則是首次在這里提出的。
第五組實(shí)施例的實(shí)施例及其變型的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)的不尋常的特性同涉及獲取用于一圖象中的一點(diǎn)陣列的信息，各具有對(duì)相對(duì)于在現(xiàn)有技術(shù)共焦干涉顯微術(shù)中實(shí)現(xiàn)的減小的離焦圖象的靈敏度的第五一和第二組實(shí)施例的實(shí)施例及其變型的不尋常的特性相同。因此，發(fā)明人相信，把共焦干涉顯微術(shù)和改變光瞳函數(shù)結(jié)合在同一個(gè)系統(tǒng)中以減小由背景光造成的系統(tǒng)誤差和統(tǒng)計(jì)誤差，則是首次在這里提出的。
在焦圖象的脈沖響應(yīng)函數(shù)軸向OWDR在圖1a-1n中描繪的第一實(shí)施例被選擇作為用于示出在先前部分中引用的與眾不同的特征的基礎(chǔ)的系統(tǒng)，盡管該基礎(chǔ)可同樣良好地應(yīng)用于自第一組實(shí)施例的所有四個(gè)實(shí)施例及其變型。圖1b中的針孔8和圖1h、1i和1m中空間濾波器針孔18a代表用于光束的所有光學(xué)頻率分量的一共焦干涉系統(tǒng)的共軛針孔而圖1j、1k和1n中的檢測(cè)器114的各軸僅對(duì)一光束的一光學(xué)頻率分量靈敏，作為圖1a中所示的色散檢測(cè)器元件130a和130b的結(jié)果。在以下的理論段落中示出可能自由檢測(cè)器114記錄的強(qiáng)度重構(gòu)適用于各可訪問(wèn)的軸向位置的現(xiàn)有技術(shù)共焦信號(hào)的一等效物作為一組四個(gè)曝光中的光學(xué)頻率的函數(shù)。這基本上對(duì)應(yīng)于與其中要求沿圖1c和1e中所示的物體材料112的軸向的一物理掃描以獲得現(xiàn)有技術(shù)共焦信號(hào)作為軸向位置的函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)的共焦顯微術(shù)系統(tǒng)相比，用本發(fā)明的設(shè)備同時(shí)獲得作為軸向位置的一函數(shù)的等效的現(xiàn)有技術(shù)在焦共焦信號(hào)。
非熒光共焦掃描顯微鏡有兩種有用的模式反射模式和透射模式。請(qǐng)參見(jiàn)C.J.R.Sheppard在《Advances in Optical and ElectronMicroscopy，10(光學(xué)和電子顯微術(shù)進(jìn)展，10)》中的文章“ScanningOptical Microscopy(掃描光學(xué)顯微術(shù))”以及C.J.R.Sheppard和.A.Choudhury(楚赫利)在Optica Acta，24(10)，1051-1073(1977)上發(fā)表的論文。實(shí)際上，利用共焦顯微鏡通過(guò)使物體沿軸向掃描能容易地實(shí)現(xiàn)光學(xué)分層，從而形成三維圖象。請(qǐng)參見(jiàn)C.J.R Sheppard和C.J.Cogswell在J.Microscopy，159(pt2)，179-194(1990)上發(fā)表的論文；C.J.R.Sheppard和T.Wilson在Opt.Lett.3，115-117(1978)上發(fā)表的論文；以及C.J.R.Sheppard，D.K.Hamilton，和I.J.Cox發(fā)表在Proc.R.Soc.Lond.，A387，171-186(1983)上的論文。
考慮一個(gè)有三個(gè)成圖象部分的一共焦顯微鏡(圖5)。對(duì)于用于探測(cè)光束和散射的探測(cè)光束的含有光源10、物體112和檢測(cè)器114的由圖1a-1n所示的子系統(tǒng)的組合，圖5的透鏡1等價(jià)于圖1b中所示的子系統(tǒng)80的透鏡16、圖1c中所示的子系統(tǒng)81的透鏡26和36、及圖1c中所示的子系統(tǒng)82的透鏡46的組合；圖5的透鏡2等價(jià)于圖1f中所示的子系統(tǒng)82的透鏡46與圖1h中所示的子系統(tǒng)81a的透鏡26a的組合；圖5的透鏡3等價(jià)于圖1h中所示的子系統(tǒng)81a的透鏡36a與圖1j中所示的子系統(tǒng)84的透鏡66的組合。對(duì)于用于參考光束和反射的參考光束的含有光源10、物體112和檢測(cè)器114的由圖1a-1n所示的子系統(tǒng)的組合，圖5的透鏡1等價(jià)于圖1b中所示的子系統(tǒng)80的透鏡16、圖1c中所示的子系統(tǒng)81的透鏡26和36、及圖1e中所示的子系統(tǒng)83的透鏡56的組合；圖5的透鏡2等價(jià)于圖1g中所示的子系統(tǒng)83的透鏡56與圖1i中所示的子系統(tǒng)81a的透鏡26a的組合；圖5的透鏡3等價(jià)于圖1i中所示的子系統(tǒng)81a的透鏡36a與圖1k中所示的子系統(tǒng)84的透鏡66的組合。
我們給下述4個(gè)空間定義光學(xué)坐標(biāo)系(vi，wi，ui)圖象平面7A空間、圖象平面7A空間、物體112空間或參考反射鏡120空間、圖象平面17aA空間和檢測(cè)器114的圖象空間47A，這4個(gè)空間對(duì)應(yīng)的i值依次為i＝1，2，0，3。這時(shí)有vi=kx~isinαi,]]>wi=ky~isinαi,]]>ui=4kz~isin2(αi/2),]]>其中，sinαi是區(qū)域i的數(shù)值孔徑，波數(shù)k＝2π/λ，λ是輻射在真空中的波長(zhǎng)， 是第i空間中的光程距離。光程距離的定義是x~i=∫0xin(xi′,yi′,zi′)dxi′]]>y~i=∫0yin(xi′,yi′,zi′)cyi′,----(2)]]>z~i=∫0zin(xi′,yi′,zi′)dzi′]]>其中的積分路徑沿著相應(yīng)的光線，n(x′i、y′i、z′i)是(x′i、y′i、z′i)處的折射率。
已經(jīng)證明，共焦顯微鏡中的成圖象性能類(lèi)似于相干顯微鏡(見(jiàn)前述Sheppard和Choudhury的論文)，其中的圖象可以用相干傳遞函數(shù)來(lái)描述，相干傳遞函數(shù)是脈沖響應(yīng)函數(shù)的傅里葉變換。因此，圖5系統(tǒng)的有效三維脈沖響應(yīng)函數(shù)he(V3，V0，V2，V1)可表示為he(v3，v2，v0，v1)＝h3(v3-v2)h2(v2-v0)h1(v0-v1)，(3)其中h1(v)=∫∫P1(ξ1,η1)exp{ju[14sin2(α1/2)-(ξ12+η12)2]}----(4a)]]>×exp[-j(ξ1v+η1w)+jkW1]dξ1dη1；h2(v)=∫∫P2(ξ2,η2)exp{-ju[14sin2(α2/2)-(ξ22+η22)2]}----(4b)]]>×exp[-j(ξ2v+η2w)+jkW2]dξ2dη2；h3(v)=∫∫P3(ξ3,η3)exp{-ju[14sin2(α3/2)-(ξ32+η32)2]}]]>×exp[-j(ξ3v+η3w)+jkW3]dξ3dη3；(4c)hi、pi和wi分別是圖5中第i個(gè)等價(jià)透鏡的脈沖響應(yīng)函數(shù)、光瞳函數(shù)和波差函數(shù)(見(jiàn)M.Gu(顧)和C.J.R.Sheppard在Appl.Opt.31(14)，2541-2549(1992)上發(fā)表的論文中的參考文獻(xiàn)10-12)；I分別是1，2，3，和4，j是(-1)1/2。脈沖響應(yīng)函數(shù)是響應(yīng)于一個(gè)點(diǎn)源物體時(shí)圖象平面中的振幅。移相器44的作用可歸入相應(yīng)的光瞳函數(shù)pi中。
假定三維物體可由代表單位體積的散射的散射分布t(V0)來(lái)表征(見(jiàn)C.J.R.Sheppard和X.Q.Mao(毛)在J.Opt.Soc.Am.A，6(9)，1260-1269(1989)上發(fā)表的論文)，t(V0)與折射率n的關(guān)系是t(v0)＝j(luò)k2|1-n2(v0)| (5)見(jiàn)E.Wolf(沃耳夫)在Opt.Commun.，1，153-156(1969)上發(fā)表的論文。一般n和t都是復(fù)數(shù)，等式(5)中的j說(shuō)明在無(wú)損耗媒質(zhì)中散射波與直射波的相位正交。假定多次散射的效應(yīng)可以忽略。我們還忽略未散射的輻射，對(duì)于反射模式由于沒(méi)有直射(未散射)輻射會(huì)對(duì)圖象有貢獻(xiàn)，這個(gè)假定是成立的。由于疊加原理成立，所以圖象振幅可看成是構(gòu)成物體的各個(gè)基元斷層的貢獻(xiàn)的和。此外還必須在整個(gè)非相干光源面上對(duì)振幅分布A(V1)積分。對(duì)于物體的入射輻射和反射/散射輻射，還必需包括表明輻射在物體中的衰減的衰減函數(shù)a(V0)。
包括色散檢測(cè)器元件130a和130b的透鏡的脈沖響應(yīng)函數(shù)可被寫(xiě)作為h1(v0-v1)={exp[jk(z~0-z~1)]}h1′(v0-v1),----(6a)]]>h2(v2-v0)={exp[-jk(z~2-z~0)]}h2′(v2-v0),----(6b)]]>h3(v3-v2)={exp[-jk(z~3-z~2)]}h3′(v3-v2),----(6c)]]>
其中h1′(v0-v1)=∫∫P1(ξ1,η1)exp{-ju0[12(ξ12+η12)]}]]>×((exp{-j[ξ1(v0-v1)+η1(w0-w1)]+jkW1}))dξ1dη1，(7a)h2′(v2-v0)=∫∫P2(ξ2,η2)exp{j(u2-u0)[12(ξ22+η22)]}----(7b)]]>×((exp{-j[ξ2(v2-v0)+η2(w2-w0)]+jkW2}))dξ2dη2，h3′(v3-v2)=∫∫P3(ξ3,η3)G3(k,v3)exp{-ju2[12(ξ32+η32)]}----(7c)]]>×((exp{-j[ξ3(v3-v2)+η3(w3-w2)]+jkW3}))dξ2dη2，且G3(k，v3)是用于圖1a中的色散檢測(cè)器元件130a和130b的色散光瞳函數(shù)。與式(7a)中的u項(xiàng)相關(guān)的式(7b)和式(7c)的u的符號(hào)變化是因?yàn)樵趘0空間發(fā)生的反射。
于是在空間濾波器針孔18a的圖象平面17a中的散射探測(cè)光束US的振幅由下式給出US(v2)＝(R1T1)1/2∫∫A(v1)[∫∫∫h1(v0-v1)×a(v0)t(v0)a(v0)h2(v2-v0)dv0]dv1(8)其中R1和T1分別是分束器100的反射和透射系數(shù)。把等式(6a)和(6b)代入等式(8)，得到下述US(V2)的表達(dá)式US(v2)=(R1T1)1/2∫∫A(v1){∫exp(j2kz~0)[∫∫h1′(v0-v1)]]>×a(v0)t(v0)a(v0)h′2(v2-v0)dv0dw0]dz0}dv1dw1.(9)振幅US(V2)表示用于本發(fā)明的設(shè)備的在圖1h中的空間濾波器針孔18a的復(fù)散射振幅。從由式(3)給出的脈沖響應(yīng)函數(shù)he(v3，v2，v0，v1)的特性可得出，通過(guò)對(duì)于圖1h和圖1j中的透鏡36a和66，及圖1a中的色散檢測(cè)器元件130a和130b的組合，用脈沖響應(yīng)函數(shù)he(v3-v2)對(duì)US(V2)的卷積而獲得在圖1j中所示的檢測(cè)器114的圖象平面47中的復(fù)散射振幅US(V3)。圖象平面47的光學(xué)坐標(biāo)由V3給出。用等式表示US(v3)=(R1T1)1/2∫∫A(v1)((∫exp(j2kz~0){∫∫h1′(v0-v1)]]>×a(v0)t(v0)a(v0)[∫∫h′3(v3-v2)t2(v2)h′2(v2-v0)dv2dw2] (10)×dv0dw0}dz0〕〕dv1dw1其中t2(v2)是用于空間濾波器針孔18a的透射函數(shù)。通過(guò)設(shè)定 即， ?？蓮牡仁?10)得到透射模式共焦顯微鏡結(jié)構(gòu)的相應(yīng)US(V3)表達(dá)式。
通過(guò)檢查由一物體的一平面的橫截面的散射獲得的觀察的干涉信號(hào)的振幅的特性，不引入過(guò)分的復(fù)雜性可非常容易地顯示如在本發(fā)明的設(shè)備中使用的OWDR的重要特征?？紤]到此，我們首先認(rèn)為共焦干涉顯微鏡對(duì)于一任意三維散射物體的平面的橫截面，還有用于參考反射鏡的一橫向平面反射器、一點(diǎn)輻射光源的響應(yīng)，及區(qū)域1、2、3和4中的折射率等于1。
設(shè)該參考反射鏡的該散射物體的橫截面的軸向位置分別為Z0，R和Z0，S，且在圖1k中的檢測(cè)器114處的圖象平面47中的反射的參考光束的振幅為UR。通過(guò)適當(dāng)?shù)淖兞康淖兓?，UR可從等式(10)獲得。用于給定的散射物體材料的橫向平面的截面的檢測(cè)器114的輸出電流I是以下的形式Iz0,S-z0,R,(v3/kf3sinα3)=+(v0/kf0sinα0)+(Δv3/kf3sinα3),w3,x=]]>+|UR(z0，R，v3，w3)+US(z0，S，v3，w3)|2(11a)其可被擴(kuò)展為Iz0,S-z0,R,(v3/kf3sinα3)=+(v0/kf0sinα0)+(Δv3/kf3sinα3),w3,x=]]>+|UR(z0，R，v3，w3)|2+|US(z0，S，v3，w3)|2(11b)+2|UR(z0，R，v3，w3)||US(z0，S，v3，w3)|×cos[2k(z0，S-z0，R)+(φS-φR)+x]，Δv3=2πm~4f3sinα3[1-(2πm~3/k)2]1/2----(12)]]>f3是檢測(cè)器區(qū)3的焦距，m3是特定于色散檢測(cè)器元件130a和130b的使用的衍射級(jí)的空間頻率的v3分量，(φS-φR)是在z0，S＝z0，R的US和UR之間的相差，及x是由圖1e和1g中所示的子系統(tǒng)83中的干涉儀的參考腿中的移相器44引入的相移。
從審視等式(11b)可見(jiàn)，在恒定的比例因子和相位因子內(nèi)，可通過(guò)在四個(gè)不同的x值處的I(z0，S，z0，R，v3，w3，x)的測(cè)量獲得與散射振幅Us(z0，S，v3，w3)成正比的等式(11b)中的該項(xiàng)。一優(yōu)先的x的四個(gè)值的組是x＝x0，x0+π，x0+(π/2)，x0+(3π/2)。對(duì)于i＝1，2，3，和4的輸出電流I的對(duì)應(yīng)的四個(gè)值根據(jù)以下方案被組合以實(shí)現(xiàn)ΔI1z0,R,z0,S,(v3/kf3sinα3)=+(v0/kf0sinα0)+(Δv3/kf3sinα3),w3≡I1-I2]]>＝I(z0，R，z0，S，v3，w3，x0)-I(z0，R，z0，S，v3，w3，x0+π)＝4|UR(z0，R，v3，w3)||US(z0，S，v3，w3)|×cos[2k(z0，S-z0，R)+(φS-φR)+x0]，ΔI2z0,R,z0,S,(v3/kf3sinα3)=+(v0/kf0sinα0)+(Δv3/kf3sinα3),w3≡I3-I4----(13a)]]>＝IP(z0，R，z0，S，v3，w3，x0+π/2)-IP(z0，R，z0，S，v3，w3，x0+3π/2)＝-4|UR(z0，R，v3，w3)||US(z0，S，v3，w3)|×sin[2k(z0，S-z0，R)+(φS-φR)+x0] (13b)對(duì)于ΔI的復(fù)合表示被定義為ΔIz0,R,z0,S,(v3/kf3sinα3)=+(v0/kf0sinα0)+(Δv3/kf3sinα3),w3≡]]>+ΔI1(z0，R，z0，S，v3，w3)+jΔI2(z0，R，z0，R，v3，w3)(14)或用等式(13a)和(13b)替代為ΔIz0,R,z0,S,(v3/kf3sinα3)=+(v0/kf0sinα0)+(Δv3/kf3sinα3),w3=]]>+4|UR(z0，R，v3，w3)||US(z0，S，v3，w3)|×exp{-j[2k(z0，S-z0，R)+(φS-φR)]}.
(15)對(duì)于有限軸向厚度的散射物體材料，通過(guò)在z0，S上進(jìn)行ΔI(z0，R，z0，S，v3，w3)的積分而獲得對(duì)應(yīng)的信號(hào)ΔI(z0，R，v3，w3)。使用等式(15)，對(duì)于有限軸向厚度的散射物體材料，ΔI(z0，R，v3，w3)可被表示為ΔIz0,R,(v3/kf3sinα3)=+(v0/kf0sinα0)+(Δv3/kf3sinα3),w3=]]>+∫((4|UR||US|exp{-j[2k(z0,S-z0,R)+(φS-φR)]}))dz~0,S,----(16)]]>通過(guò)測(cè)量ΔI(z0，R，v3，w3)為v3的一函數(shù)，得到的信號(hào)ΔI(z0，R，v3，w3)被測(cè)量為波數(shù)k的一函數(shù)。
從審視等式(16)可見(jiàn)，在恒定的比例因子內(nèi)，觀察到的量ΔI是散射的振幅US和反射的參考振幅UR的乘積的傅里葉變換。現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)獲得有關(guān)物體材料的等效信息。用本發(fā)明的設(shè)備從在時(shí)間上順序獲取的一組四個(gè)獨(dú)立的測(cè)量值獲得有關(guān)在z0方向上的在一軸向點(diǎn)陣列中的該物體材料的由ΔI(z0，R，v3，w3)表示的信息，不需要進(jìn)行物體材料的掃描。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)，通過(guò)掃描該物體材料，必須對(duì)在z0方向上的軸向點(diǎn)陣列中的各軸向點(diǎn)進(jìn)行等效的四個(gè)獨(dú)立的測(cè)量。這樣，用本發(fā)明的設(shè)備在小于現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)的時(shí)間內(nèi)，獲取有關(guān)該物體材料的由ΔI(z0，R，v3，w3)表示的信息。部分地導(dǎo)致在獲取測(cè)量的電流期間對(duì)統(tǒng)計(jì)精度的提高和對(duì)物體材料的運(yùn)動(dòng)的靈敏度降低是本發(fā)明的這個(gè)特征。
傅里葉變換的散射振幅的特性在標(biāo)題為“對(duì)于在焦圖象的脈沖響應(yīng)函數(shù)”的部分中示出測(cè)量的強(qiáng)度II可被組合以給出如等式(16)表示的ΔI，其為散射的振幅US和反射的參考振幅UR的乘積的傅里葉變換。這樣，通過(guò)相對(duì)于波數(shù)k計(jì)算ΔI(z0，R，v3，w3)的反傅里葉變換F-1(ΔI)可獲得有關(guān)散射物體自身的信息，即F-1(ΔI)=∫ΔIz0,R(v3/k′f3sinα3)=(v0/k′f0sinα0)+(Δv3/k′f3sinα3),w3]]>×[exp(jk′z)]dk′.
(17)將對(duì)于由等式(16)給出的ΔI的表達(dá)式替代進(jìn)德等式(17)，獲得以下的用于散射的振幅US和反射的參考振幅UR的乘積的等式。|UR||US|e-j(φS-φR)=(14)F-1(ΔI)----(18)]]>用于從基于等式(18)的F-1(ΔI)計(jì)算|Us|exp(-jφS)的優(yōu)選程序是[F-1(ΔI)]/4與[|UR|exp(-jφR)]-1相乘，其中由一獨(dú)立組的測(cè)量值確定反射的振幅|UR|exp(-jφR)。在該優(yōu)選的計(jì)算中，相對(duì)對(duì)φS，φS，0的所有非物體材料貢獻(xiàn)(contributions)，僅知道φR是重要的。一種用于確定|UR|exp[j(φR-φS，0)]的方法包括三種不同類(lèi)型的測(cè)量。第一種測(cè)量用具有已知的反射特性的一平面反射表面替換物體材料112來(lái)進(jìn)行以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的復(fù)量ΔI的測(cè)量。自用第一種測(cè)量獲得的該對(duì)應(yīng)的復(fù)量ΔI，獲取|UR||US，0|exp[j(φR-φS，0)]的測(cè)量，其中|US，0|描述對(duì)|US|的所有非物體材料貢獻(xiàn)。第二種測(cè)量是測(cè)量沒(méi)有物體材料的Ii之一。從獲取的沒(méi)有物體材料的該Ii，獲得|UR|2的一測(cè)量值。第三種測(cè)量是測(cè)量沒(méi)有參考反射鏡且物體材料被一具有已知的反射特性的一平面反射表面替換的Ii之一，從沒(méi)有參考反射鏡且物體材料被一具有已知的反射特性的一平面反射表面替換的該II，獲得|US，0|2的一測(cè)量值。三個(gè)等式|UR||US，0|exp[j(φR-φS，0)]、|UR|2、|US，0|2的這些測(cè)量值包括確定在從F-1(ΔI)計(jì)算|US|exp(-jφS)中所用的{|UR|exp[j(φR-φS，0)]}-1所需的信息。通過(guò)所述程序可確定的|UR|exp[j(φR-φS，0)]精度將部分地取決于本發(fā)明的設(shè)備中存在的本征背景，由設(shè)備本身而非物體材料產(chǎn)生的背景的水平。注意到所述的方法還被使用來(lái)幫助特征化|US，0|2且因此用于本發(fā)明的設(shè)備的干涉儀的物體材料臂的脈沖響應(yīng)函數(shù)是重要的。
對(duì)于本發(fā)明的設(shè)備的軸向分辨率超出由對(duì)于一給定波長(zhǎng)由本發(fā)明的設(shè)備的數(shù)值孔徑確定的分辨率的情況，該軸向分辨率易于被估算。為了估算對(duì)于具有非實(shí)質(zhì)性細(xì)節(jié)的畫(huà)面不渙散或模糊的條件的軸向分辨率，給出以下簡(jiǎn)化的假設(shè)。假設(shè)在間隔k-和k+上|UR||US|和(φS-φR)變化了一微不足道的量且還假設(shè)光源的頻譜是該間隔中的一三角函數(shù)，Δ(k，k+，k-)，在k’上的積分，可以閉型估算等式(17)，具有結(jié)果F-1(ΔI)=4Δk∫[[|UR||US|exp{-j(φS-φR)-j2k‾[(z0,S-z0,R)-z]}]]>×((sin{Δk[(z0,S-z‾0,R)-z]}{Δk[(z0,S-z0,R)-z]}))2]]dz0,S----(19)]]> k‾=[(k++k-)/2],----(21a)]]>Δk＝[(k+-k-)/4]. (21b)我們從等式(19)看到獲得|US|，具有以下的軸向空間分辨率Δ=2.8Δk=4(2.8)(k+-k-),----(22a)]]>或根據(jù)波長(zhǎng)被寫(xiě)作為Δz=2.8π(2λ+λ-λ+-λ-),----(22b)]]>其中λ+＝2π/k-，λ-＝2π/k+(23)白光條紋圖形對(duì)于散射物體是一單個(gè)反射表面的例子，當(dāng)軸向分辨率超過(guò)由對(duì)于一給定波長(zhǎng)由本發(fā)明的設(shè)備的數(shù)值孔徑確定的分辨率時(shí)，ΔI是一典型的白光條紋圖形。因此對(duì)于這種情況，可用類(lèi)似于由等式(22a)或等式(22b)給出的一軸向分解率容易地識(shí)別該參考和物體反射表面的相對(duì)位置。這可通過(guò)或者定位該條紋圖形中的具有最大振幅的峰、定位該白光條紋圖形的包絡(luò)中的峰或者一些其他對(duì)比參考特征，自該白光條紋圖形直接實(shí)現(xiàn)(參見(jiàn)L.Deck和P.de Groot，ibid中的2-7)。
用于在焦圖象的脈沖響應(yīng)函數(shù)橫向OWDR第二組實(shí)施例的第五實(shí)施例被選擇作為用于示出在標(biāo)題為“Background Compensation(背景補(bǔ)償)”的文章中引用的區(qū)別性特征的系統(tǒng)，盡管該基礎(chǔ)同樣可良好地應(yīng)用于第二組實(shí)施例的所有實(shí)施例及其變型。對(duì)于第五實(shí)施例的使用OWDR的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)的一在焦圖象的脈沖響應(yīng)函數(shù)可容易地自在對(duì)于第一實(shí)施例的先前部分中推導(dǎo)的脈沖響應(yīng)函數(shù)獲得第一實(shí)施例的光瞳函數(shù)Pi被第五實(shí)施例的對(duì)應(yīng)的光瞳函數(shù)替代，第五實(shí)施例的對(duì)應(yīng)的光瞳函數(shù)包括色散元件130a、130b、130c和130d的效應(yīng)(見(jiàn)圖1aa、2aa、3aa、和4aa)。
從審視等式(16)可見(jiàn)，在一恒定的比例因子內(nèi)，觀察到的量ΔI是散射的振幅US和反射的參考振幅UR的乘積的傅里葉變換。現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)獲得有關(guān)物體材料的等效信息。用本發(fā)明的設(shè)備從在時(shí)間上順序獲取的一組四個(gè)獨(dú)立的測(cè)量值獲得有關(guān)在橫向平面截面中的在一水平點(diǎn)陣列的該物體材料的由ΔI(z0，S，z0，R，v3，w3)表示的信息，不需要進(jìn)行物體材料的掃描。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)，通過(guò)掃描該物體材料，必須對(duì)在橫向平面截面中的的水平點(diǎn)陣列中的各水平點(diǎn)進(jìn)行等效的四個(gè)獨(dú)立的測(cè)量。這樣，用本發(fā)明的設(shè)備在小于現(xiàn)有技術(shù)的共焦干涉顯微術(shù)的時(shí)間內(nèi)，獲取有關(guān)該物體材料的由ΔI(z0，S，z0，R，v3，w3)表示的信息。部分地導(dǎo)致在獲取測(cè)量的電流期間對(duì)統(tǒng)計(jì)精度的提高和對(duì)物體材料的運(yùn)動(dòng)的靈敏度降低是本發(fā)明的這個(gè)特征。
離焦圖象的振幅檢測(cè)器在焦圖象平面17a中的空間濾波器針孔中的離焦光束振幅UB可以用菲涅爾積分C(z)和S(z)表示，它們的定義是C(z)=∫0zcos(π2t2)dt,----(24)]]>S(z)=∫0zsin(π2t2)dt----(25)]]>請(qǐng)參見(jiàn)Abramowitz(阿勃拉莫維奇)和Stegun(史梯更)，《Handbook of Mathematical Functions(數(shù)學(xué)函數(shù)手冊(cè))》，(Nat.Burof Standards(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局))，(Appl Math(應(yīng)用數(shù)學(xué))Ser 55)，Sect.7.3，300-302，1964。對(duì)于位于V1＝(0，0，0)的點(diǎn)光源8，UB的表達(dá)方式為UB(v2)=-(jλ)(ABf22)(πf22kzB)exp[jk(z~B)]]]>×exp[jk(x22+y22)/(2zB)]×∫∫P2(ξ~2,η~2)exp[-jπ2(ξ~22+η~22)]dξ~2dη~2----(26)]]>其中f2是圖5中的區(qū)域2的焦距，(x2，y2，z2)是圖象平面57中的離焦坐標(biāo)，(AB/f2)是透鏡2出射光瞳處離焦光束的振幅。ξ~2=(kzBπf22)1/2(ξ2+x2zBf2)----(27a)]]>η~2=(kzBπf22)1/2(η2+x2zBf2)----(27b)]]>且ζ2和η2是透鏡2的出射光瞳坐標(biāo)(自在Born和wolf，ibid的論文8.8.1中描述的衍射理論推導(dǎo)出)。對(duì)于級(jí)別2鑒別，m＝2，且無(wú)移相器14，24和34的移相元件的切趾(apodization)的在ζ2和η2上積分后的結(jié)果為UB(v2)=-(jλ)(ABf22)(πf22kzB)exp[jk(z~B)]]]>×exp[jk(x22+y22)/(2zB)]×{[C(ξ5′)-2C(ξ4′)+2C(ξ3′)-2C(ξ2′)+C(ξ1′)]-j[S(ξ5′)-2S(ξ4′)+2S(ξ3′)-2S(ξ2′)+S(ξ1′)]}
×{[C(η5′)-2C(η4′)+2C(η3′)-2C(η2′)+C(η1′)]-j[S(η5′)-2S(η4′)+2S(η3′)-2S(η2′)+S(η1′)](28)其中，ξp′=(kzBπf22)1/2[(p-3)a+x2zBf2];p=1,...,5,----(29a)]]>ηp′=(kzBπf22)1/2[(p-3)a+y2zBf2];p=1,...,5,----(29b)]]>且a是在ζ2和η2方向上的移相元件的寬度。對(duì)于例如在v2方向上，m＝2，且無(wú)移相器14，24和34的移相元件的切趾(apodization)的級(jí)別1鑒別操作的結(jié)果為UB(v2)=-(jλ)(ABf22)(πf22kzB)exp[jk(z~B)]]]>×exp[jk(x22+y22)/(2zB)]×{[C(ξ5′)-2C(ξ4′)+2C(ξ3′)-2C(ξ2′)+C(ξ1′)]-j[S(ξ5′)-2S(ξ4′)+2S(ξ3′)-2S(ξ2′)+S(ξ1′)]}.(30)在圖6中示出用于級(jí)別1鑒別的各光束B(niǎo)52D-1、-2、-3、-4的|UB(v2)|2的一個(gè)例子作為對(duì)于y2＝0及z2＝50λ(f2/d0)2的(x2d0/λf2)的一函數(shù)。
從審視圖6顯見(jiàn)為何相比于現(xiàn)有技術(shù)的干涉共焦顯微術(shù)，本發(fā)明的設(shè)備顯示對(duì)來(lái)自離焦圖象的背景的降低的靈敏度，現(xiàn)有技術(shù)的干涉共焦顯微術(shù)是對(duì)UB敏感的，同時(shí)本發(fā)明的設(shè)備對(duì)作為在圖象平面17a中的UR的反對(duì)稱空間特性的結(jié)果的UB相對(duì)于x2和y2的導(dǎo)數(shù)是敏感的?？赡苁褂梅颇e分的特性(見(jiàn)Abramowitz和Stegun，ibid.)證實(shí)在空間濾波器針孔18a的(URUB*+UR*UB)的光學(xué)頻率分量的積分，將是對(duì)在一對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器針孔上的對(duì)應(yīng)的(URUB*+UR*UB)的積分的良好近似等價(jià)，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)共焦干涉顯微術(shù)的情況和在此描述的本發(fā)明的情況，在表1中列出以此方式的表現(xiàn)。在表1中 U*表示U的復(fù)共軛且該積分是在以這樣一位置為中心的間隔上在該位置UR在用于級(jí)別1鑒別的x2中和在用于級(jí)別2鑒別的x2和y2兩者中是反對(duì)稱的。
通過(guò)移相器14、24和34的移相元件的切趾，在本發(fā)明設(shè)備中獲得超出表1中給出的對(duì)來(lái)自離焦圖象的背景的改善的鑒別以減小UB相對(duì)于x2和y2的導(dǎo)數(shù)的幅值?？紤]到切趾函數(shù)T2(ξ2，η2)T2(ξ2,η2)=|sin(πξ2a)||sin(πη2a)|----(31)]]>對(duì)于級(jí)別2鑒別且m＝2的在ξ2和η2上進(jìn)行積分后的結(jié)果是UB(v2)=-(12k)(ABf22)(πf22kzB)exp[jk(z~B)]]]>×⟨×{[C(ξ5′)-C(ξ1′)]-j[S(ξ5′)-S(ξ1′)]}exp[jk(f222kzB)(kx2f2-πa)2]]]> ×⟨×{[C(η5′)-C(η1′)]-j[S(η5′)-S(η1′)]}exp[jk(f222kzB)(ky2f2-πa)2]----(32)]]> ξp′=(kzBπf22)1/2[(p-3)a+(f22kzB)(kx2f2-πa)],p=1,5;]]>ξp′′=(kzBπf22)1/2[(p-3)a+(f22kzB)(kx2f2+πa)],p=1,5;----(33b)]]>ηp′=(kzBπf22)1/2[(p-3)a+(f22kzB)(ky2f2-πa)],p=1,5;----(33c)]]>ηp′′=(kzBπf22)1/2[(p-3)a+(f22kzB)(ky2f2+πa)],p=1,5.----(33d)]]>可能使用菲涅耳積分的特性(見(jiàn)Abramowitz和Stegun，op cit.)證實(shí)在空間濾波器針孔58的(URUB*+UR*UB)的光學(xué)頻率分量的積分，將是對(duì)在一對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器針孔上的對(duì)應(yīng)的(URUB*+UR*UB)的積分的良好近似等價(jià)，對(duì)于帶有由等式(31)給出的切趾的級(jí)別2鑒別和帶有在ξ2方向上的具有|sin(πξ2/a)|的一ξ2相關(guān)的切趾及在η2方向上沒(méi)有切趾的級(jí)別1的在此公開(kāi)的本發(fā)明，在表1中列出以此方式的表現(xiàn)。
結(jié)合本發(fā)明的設(shè)備的這些特性的一非常顯著的特征是對(duì)于離焦圖象的光源的各獨(dú)立體積元，能實(shí)現(xiàn)在圖象平面67中波數(shù)濾波的、空間濾波的反射的參考光束和波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束的檢測(cè)的干涉項(xiàng)的加強(qiáng)的減少。因此，干涉項(xiàng)的這種減小將同時(shí)導(dǎo)致由離焦圖象背景所造成的統(tǒng)計(jì)誤差和系統(tǒng)誤差的經(jīng)增強(qiáng)的減小。
相比于現(xiàn)有技術(shù)共焦顯微術(shù)的軸向截面功率(sectioning power)被有效減少的現(xiàn)有技術(shù)干涉共焦顯微術(shù)的軸向截面功率的上下文中，本發(fā)明的設(shè)備對(duì)來(lái)自離焦圖象的背景的降低的靈敏度的不同的可能性的潛在值也是可以被理解的。相比于由于來(lái)自離焦圖象的強(qiáng)度的檢測(cè)的背景的現(xiàn)有技術(shù)共焦顯微術(shù)中的誤差信號(hào)，由于反射的參考振幅和來(lái)自離焦圖象的背景振幅之間的檢測(cè)的干涉交叉項(xiàng)的在現(xiàn)有技術(shù)干涉共焦顯微術(shù)中的誤差信號(hào)在zB中具有對(duì)zB弱一級(jí)的相關(guān)性。
統(tǒng)計(jì)誤差考慮本發(fā)明設(shè)備對(duì)一任意三維散射物體112的一個(gè)平面橫截面的響應(yīng)。對(duì)于散射物體112的一個(gè)給定橫向平面截面，檢測(cè)器一個(gè)象素的輸出電流I為I(z0,S-z0,R,x)=∫∫p|UR|2dx3dy3+∫∫p|UB|2dx3dy3]]>+∫∫p|US|2dx3dy3]]>+cosx∫∫pURUS*+UR*USdx3dy3+jsinx∫∫pURUS*-UR*USdx3dy3]]>+cosx∫∫pURUB*+UR*UBdx3dy3+jsinx∫∫pURUB*-UR*UBdx3dy3----(34)]]>+∫∫p(USUB*+US*UB)dx3dy3]]>其中 是在該檢測(cè)器針孔的面積內(nèi)的積分，x是移相器44所導(dǎo)入的相移量。由等式(12a)和(12b)分別定義的強(qiáng)度差ΔI1＝I1-I2和ΔI2＝I3-I4的相應(yīng)等式為ΔI1=2∫∫p(URUB*+UR*UB)dx3dy3]]>+2∫∫p(URUS*+UR*US)dx3dy3,----(35a)]]>ΔI2=j2∫∫p(URUB*-UR*UB)dx3dy3----(35b)]]>+j2∫∫p(URUS*-UR*US)dx3dy3,]]>其中Ii由下式定義Ii≡I(x＝xi)，x1＝0，x2＝π，x3＝π/2，x4＝3π/2(36) 和 的統(tǒng)計(jì)誤差可分別表示為σ2[∫∫p(URUS*+UR*US)dx3dy3]∫∫p|UR|2dx3dy3=]]>+12+12∫∫p|UB|2dx3dy3∫∫p|UR|2dx3dy3+12∫∫p|US|2dx3dy3∫∫p|UR|2dx3dy3----(37a)]]>+12σ2[∫∫p(URUB*+UR*UB)dx3dy3]∫∫p|UR|2dx3dy3]]>+12σ2[∫∫p(USUB*+US*UB)dx3dy3]∫∫p|UR|2dx3dy3,]]>σ2[j∫∫p(URUS*-UR*US)dx3dy3]∫∫p|UR|2dx3dy3=----(37b)]]>+12+12∫∫p|UB|2dx3dy3∫∫p|UR|2dx3dy3+12∫∫p|US|2dx3dy3∫∫p|UR|2dx3dy3]]>+12σ2[j∫∫p(URUB*-UR*UB)dx3dy3]∫∫p|UR|2dx3dy3+12σ3[∫∫p(USUB*+US*UB)dx3dy3]∫∫p|UR|2dx3dy3,]]>在推導(dǎo)等式(37a)和(37b)中假定 也就是已假定系統(tǒng)中的統(tǒng)計(jì)噪聲是由所探測(cè)到的光電子數(shù)的泊松統(tǒng)計(jì)規(guī)律決定的。并且 和 都對(duì)應(yīng)著大量的光電子。對(duì)于 和 的情況，等式(37a)和(37b)右側(cè)中與US有關(guān)的那些項(xiàng)可忽略不計(jì)，于是簡(jiǎn)化為以下等式σ2[∫∫p(URUS*+UR*US)dx3dy3]∫∫p|UR|2dx3dy3=12+12∫∫p|UB|2dx3dy3∫∫p|UR|2dx3dy3]]>+12σ2[∫∫p(URUB*+UR*UB)dx3dy3]∫∫p|UR|2dx3dy3,----(38a)]]>σ2[j∫∫p(URUS*-UR*US)dx3dy3]∫∫p|UR|2dx3dy3=12+12∫∫p|UB|2dx3dy3∫∫p|UR|2dx3dy3]]>+12σ2[j∫∫p(URUB*-UR*UB)dx3dy3]∫∫p|UR|2dx3dy3----(38b)]]>值得指出的是，在從 改變到 時(shí)所得到的關(guān)于 的信噪比的額外增益是一個(gè)約等于(3/2)的因子。然而，這一增益的代價(jià)是光源功率和所需信號(hào)電子處理電路的動(dòng)態(tài)范圍的巨大增加。因此，|UR|的最佳選擇典型地應(yīng)是滿足述條件 當(dāng)滿足關(guān)系式(39)所示的條件時(shí)，等式(38a)和(38b)所給出的統(tǒng)計(jì)誤差將受下列不等式的限制 審視等式(37a)和(37b)或(38a)和(38b)可清楚明顯地看到，實(shí)施了本發(fā)明的設(shè)備由于其減小了的離焦圖象背景而在給定的工作值US和UR下本征地具有低于以往技術(shù)共焦干涉顯微系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)誤差。典型地，使用實(shí)施本發(fā)明的設(shè)備所得到的信噪比將比使用未采用本發(fā)明的共焦干涉顯微鏡的大一個(gè)因子(3/2)1/2。
對(duì)等式(37a)和(37b)、(38a)和(38b)，以及(40a)和(40b)的解釋是利用這里所公開(kāi)的本發(fā)明有可能從一組4個(gè)強(qiáng)度測(cè)量得到復(fù)數(shù)散射振幅的分量，使得對(duì)于物體中的每個(gè)獨(dú)立的位置，推出的復(fù)散射振幅的每個(gè)分量的統(tǒng)計(jì)誤差都典型地在由復(fù)數(shù)散射振幅自身的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)所確定的有限統(tǒng)計(jì)誤差的一個(gè)因子(3/2)1/2范圍內(nèi)，并且與往技術(shù)共焦干涉顯微鏡相比，能夠以較低的光源工作功率大小和較低的信號(hào)處理電路動(dòng)態(tài)范圍要求來(lái)達(dá)到給定的統(tǒng)計(jì)誤差?！蔼?dú)立的位置”這個(gè)詞用來(lái)表示由4個(gè)測(cè)量強(qiáng)度組成的相關(guān)聯(lián)的組是一些統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的組。
有可能在圖1a-1n和圖2a-2f所示的第一和第二實(shí)施例中通過(guò)減小移相器24的透射率以同時(shí)衰減圖象平面47處的散射探測(cè)光束和離焦圖象光束，來(lái)滿足關(guān)系式(39)所給出的條件。為了得到給定的信噪比，這個(gè)衰減處理有可能需要隨著移相器24衰減程度的增大而增大光源10的強(qiáng)度。對(duì)于圖3a-3l和4a-4f所示的本發(fā)明第三和第四實(shí)施例，可以通過(guò)調(diào)節(jié)分束器100、100a和100b的相對(duì)透射/反射性質(zhì)來(lái)滿足關(guān)系式(39)給出的條件。一般而言，當(dāng)用第三或第四實(shí)施例來(lái)滿足關(guān)系式(39)給出的條件時(shí)，與上述基于減小移相器24透射率的衰減處理相比，光源10或10a可以工作于較低的功率。
該信噪比可被調(diào)節(jié)為光源光學(xué)頻率分量的波長(zhǎng)的一函數(shù)，以使生成例如將與波長(zhǎng)一階無(wú)關(guān)的的一信噪比。該特征在第一實(shí)施例的詳細(xì)描述部分中被說(shuō)明。如在引用的描述中所述，由于被說(shuō)明的因素，被歸一化到探測(cè)光束P22D的振幅的對(duì)應(yīng)光學(xué)頻率分量的波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的振幅在進(jìn)入物體材料之前一般地隨波長(zhǎng)而變化。而且波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D的振幅對(duì)波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的背景光束B(niǎo)62D的振幅的比例一般地隨著圖象點(diǎn)28進(jìn)入物體材料112中深度的增大而減小。這些因素對(duì)信噪比比例的影響可通過(guò)以下方式被部分地補(bǔ)償在參考反射鏡子系統(tǒng)83和/或在探測(cè)光束子系統(tǒng)82，最好在參考反射鏡子系統(tǒng)83中放置一波長(zhǎng)濾波器，且構(gòu)成該波長(zhǎng)濾波器的透射以具有特定的波長(zhǎng)相關(guān)性來(lái)調(diào)節(jié)和/或優(yōu)化透射通過(guò)不同波長(zhǎng)的各自檢測(cè)器針孔的波長(zhǎng)濾波的、空間濾波的散射的探測(cè)光束P42D和長(zhǎng)濾波的、空間濾波的反射的參考光束R42D的比例以滿足等式(39)表示的條件。
由離焦圖象造成的系統(tǒng)誤差只要測(cè)得|UR|，結(jié)合測(cè)量值ΔI1、ΔI2和|UR|exp[j(φR-φS，0)]等式(35a)和(35b)可以用來(lái)對(duì)US的實(shí)部和虛部進(jìn)行測(cè)量。量|UR|exp[j(φR-φS，0)]如可通過(guò)標(biāo)題為“Properties of Fourier Transformed ScatteringAmplitude(傅里葉變換的散射振幅的特性)”的論文中所述的方法來(lái)確定。其中剩余有可能系統(tǒng)誤差項(xiàng)∫∫p(URUB*+UR*UB)dx3dy3----(41a)]]>∫∫p(URUB*-UR*UB)dx3dy3----(41b)]]>當(dāng)|UB|＞＞|US|時(shí)，這些系統(tǒng)誤差項(xiàng)可能是明顯的。因此，希望能把由式(41a)和(41b)所表示的干涉項(xiàng)補(bǔ)償?shù)揭粋€(gè)可接受的水平。
通常，在此公開(kāi)的本發(fā)明中，為補(bǔ)償 和 項(xiàng)所需的計(jì)算機(jī)處理量要比以往技術(shù)共焦干涉顯微術(shù)所需的少得多。這是因?yàn)閁B的空間性質(zhì)取決于待測(cè)三維物體112的散射性質(zhì)，從而通過(guò)一個(gè)積分方程而取決于US。這些積分方程，即等式(35a)和(35b)，是第二類(lèi)弗萊德霍姆(Fredholm)積分方程。當(dāng)例如在實(shí)施了本發(fā)明的設(shè)備中減小了 和 項(xiàng)時(shí)，為求得US而需執(zhí)行的對(duì)各個(gè)積分方程求逆的計(jì)算機(jī)處理將減少。一般，所需計(jì)算機(jī)處理的減少速度快于 和 項(xiàng)的減小速度。
對(duì)于那些實(shí)施本發(fā)明的設(shè)備不同的，沒(méi)有補(bǔ)償互相干涉項(xiàng) 干涉測(cè)量，對(duì)應(yīng)于等式(35a)和(35b)的積分方程是非線性積分方程它們是US的二次積分方程。一般而言為求解非線性積分方程所需的計(jì)算機(jī)硬件和軟件要比求解線性積分方程的復(fù)雜得多。因此，實(shí)施本發(fā)明的設(shè)備把操作對(duì)象從 項(xiàng)轉(zhuǎn)變成 和 項(xiàng)這一事實(shí)代表了本發(fā)明相對(duì)于以往技術(shù)針孔共焦顯微術(shù)的一個(gè)重要特征。
還應(yīng)指出，與以往技術(shù)針孔共焦顯微術(shù)不同，在實(shí)施本發(fā)明的設(shè)備中起因于背景信號(hào) 的系統(tǒng)誤差的減小是徹底的。
寬帶工作本發(fā)明的重要特征征一是，當(dāng)光源10是一個(gè)在探測(cè)透鏡46的軸向上同時(shí)成象多個(gè)圖象點(diǎn)所需的寬帶光源時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)對(duì)離焦圖象背景效應(yīng)的經(jīng)增強(qiáng)的減小。對(duì)于該特征的討論，為簡(jiǎn)明起見(jiàn)假設(shè)象差函數(shù)Wi＝1且沒(méi)有光瞳函數(shù)Pi的切趾，即沒(méi)有移相器14、24、34、34a和44的切趾。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以理解當(dāng)采用切趾以改變分解，例如得到的用于Us(v3)的算術(shù)表達(dá)式將會(huì)更加復(fù)雜，但盡管如此一般保持對(duì)于例如其對(duì)稱或反對(duì)稱空間特性的重要特征。在簡(jiǎn)化前面段落中說(shuō)明的假設(shè)的條件下且對(duì)于級(jí)別1鑒別的等式(9)的積分產(chǎn)生US(v2)=(12)(a′d0)(R1T1)1/2∫A(v1)dv1]]>×∫∫sinc[(a′/2d0))(v0-v1)]×{sin[m(v0-v1)]msin[(1/2)(v0-v1)}a(v0)t(v0)a(v0)]]>×sinc[(a′/2d0)(v2-v0)]{sin[m(v2-v0)]msin(v2-v0)]}]]>×sin[(1/2)(v2-v0)]exp(j2kz~S)dv0dz0-----(42)]]>其中z0由zS替換，a’和d0分別是移相器14、24、34和34a中的元件的寬度和中心到中心的距離且sincx≡(sinx)/x。由于wI相關(guān)在級(jí)別1鑒別中不與來(lái)自離焦圖象的背景的減少相關(guān)，因此被抑制，在v2方向上的Us(v2)的空間特性被配置以使獲得波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束且因此在一寬帶操作上限制的潛在源的經(jīng)增強(qiáng)的減少。
對(duì)于反射的參考光束UR(v2)的振幅的對(duì)應(yīng)表達(dá)式是UR(v2)=(12)(a′d0)(T1R1)1/2∫A(v1)dv1]]>×∫sinc[(a′/2d0)(v0-v1)]×{sin[m(v0-v1)]msin[(1/2)(v0-v1)]}sinc[(a′/2d0)(v2-v0)]]]>×{sin[m(v2-v0)]msin(v2-v0)}sin[(1/2)(v2-v0)]exp(j2kz~R)dv0----(43)]]>其中z0被zR替換。
考慮到a’＝d0的情況，對(duì)于該特殊情況等式(42)和(43)分別約化到US(v2)=(12)(R1T1)1/2∫A(v1)dv1∫∫2sinc[m(v0-v1)]]]>×a(v0)t(v0)a(v0)×sinc[(1/2)(v2-v0)]{sin[m(v2-v0)]msin(v2-v0)}]]>×sin[(1/2)(v2-v0)]exp(j2kz~S)dv0dz0,----(44)]]>UR(v2)=(12)(R1T1)1/2∫A(v1)dv1∫2sinc[m(v0-v1)]]]>×sinc[(1/2)(v2-v0)]{sin[m(v2-v0)]msin(v2-v0)}]]>×sin[(1/2)(v2-v0)]exp(j2kz~R)dv0,----(45)]]>等式(45)中在v0上的積分可被執(zhí)行帶有結(jié)果UR(v2)=(12)(T1R1)1/2∫A(v1)(1/m)sinc[(1/2)(v2-v1)]]]>×{sin[m(v2-v1)]msin(v2-v1)}]]>×sin[(1/2)(v2-v1)]exp(j2kz~R)dv1.----(46)]]>對(duì)于兩元件相移系統(tǒng)(m＝1)在圖7中示出UR(v2)的一個(gè)例子為(x2kd0/f)的一函數(shù)，y2＝0，z2＝0及v1＝0。
通過(guò)因數(shù)sin[(1/2)(v2-v1)]在等式(46)中清楚地呈現(xiàn)UR(v2)繞v1的反對(duì)稱空間分布。UR(v2)的空間分布一般地將顯示類(lèi)似的行為，因?yàn)榈仁?44)具有與等式(45)相同的算術(shù)結(jié)構(gòu)。該反對(duì)稱空間分布在來(lái)自離焦圖象的背景的振幅的優(yōu)先的減少中被利用(exploited)。
從例如等式(46)所揭示的系統(tǒng)性質(zhì)可以明顯看出，只要相應(yīng)(v2-v1)滿足條件(其中[σ(q)]2代表幅角q的方差) 則對(duì)于在焦圖象仍可保持對(duì)由等式(44)所給出的US(V3)的高靈敏度。
當(dāng)(v3-v1)的值給定時(shí)，對(duì)信號(hào)的貢獻(xiàn)在(x3-x1)/f與k之間有雙曲線的關(guān)系(v3-v1)是正比于k(x3-x1)/f的。因此，有可能通過(guò)對(duì)k加以限制而使得允許的k值與(x3-x1)/f值滿足關(guān)系式(47)，同時(shí)使獲取圖象數(shù)據(jù)的檢測(cè)器將產(chǎn)生改進(jìn)的信噪比(在焦信號(hào)強(qiáng)度與離焦信號(hào)強(qiáng)度之比)。從關(guān)系式(47)可得到下列關(guān)系式(kd0)2{σ[(x2-x1)/f]}2+(kd0)2[(x2-x1)/f]2(σkk)2]]> 選擇這樣一種工作模式，在該模式中關(guān)系式(48)左手側(cè)上的兩個(gè)項(xiàng)對(duì)左側(cè)有相同的貢獻(xiàn)，這時(shí)有 和 結(jié)合關(guān)系式(50)與下列等式將可得到一個(gè)關(guān)于(σk/k)的關(guān)系式(v2-v1)＝[kd0(x3-x0)/f]＝rπ，r＝1，3，...， (51)其中rπ代表(v3-v1)值的一個(gè)子組，在下因子{sin[m(v2-v1)]msin(v2-v1)}.----(52)]]>中這些值將達(dá)到峰值。結(jié)果為
從關(guān)系式(53)可明顯看出，實(shí)施了本發(fā)明的設(shè)備工作于比較寬的λ波帶時(shí)仍是有效的。例如，當(dāng)m＝1和r＝1時(shí)，(σk/k)≤0.35；當(dāng)m＝2和r＝1時(shí)(σk/k)≤0.18。
可實(shí)際采用的r值范圍有一個(gè)限制。這一限制來(lái)自對(duì)信噪比的考慮。在式(52)所給出的對(duì)觀察信號(hào)有貢獻(xiàn)的因子中，每個(gè)峰值都對(duì)應(yīng)著一個(gè)改進(jìn)的信號(hào)強(qiáng)度。然而，隨著所包含的峰的數(shù)目增多，也即r的最大值rmax增大，根據(jù)關(guān)系式(53)k的帶寬必需減小。
當(dāng)在本發(fā)明的第二或第四實(shí)施例及其變型中采用級(jí)別2的鑒別時(shí)，各針孔之間的間距也有一限制。這個(gè)限制也可以用類(lèi)似于寬帶工作段落中的分析來(lái)求得。從例如等式(46)所揭示的系統(tǒng)性質(zhì)，可明顯看出，只要有 (其中δv1是相應(yīng)針孔光源線性陣列中相鄰兩針孔之間的間距)，就可保持對(duì)在焦圖象的Us(v2)的高靈敏度。
注意到關(guān)系式(49)和(50)所示限制條件的右側(cè)不顯含x1或y1，可以看出實(shí)施了本發(fā)明的設(shè)備對(duì)于點(diǎn)類(lèi)光源是有效的，而對(duì)x1或y1的取值范圍沒(méi)有本征性的限制。
通過(guò)混濁媒質(zhì)觀察這里所公開(kāi)的本發(fā)明的另一個(gè)重要特征是，當(dāng)通過(guò)混濁媒質(zhì)觀察時(shí)對(duì)離焦圖象背景效應(yīng)的增強(qiáng)減小仍是有效的。通過(guò)混濁媒質(zhì)觀察時(shí)的脈沖響應(yīng)函數(shù)hA，M為hA，M＝hA*hM(55)其中hA是設(shè)備在通過(guò)非混濁媒質(zhì)觀察時(shí)的脈沖響應(yīng)函數(shù)，hM是混濁媒質(zhì)的脈沖響應(yīng)函數(shù)，*代表hA與hM的卷積。hA*hM的傅里葉變換F(hA*hM)為F(hA，M)＝F(hA)F(hM)(56)脈沖響應(yīng)函數(shù)hM可以由一個(gè)高斯分布很好地代表hM(vl-vm)=12πσexp[-(ve-vm)2+(wl-wm)22σ2]----(57)]]>其中σ2是hM的方差。
hM的傅里葉變換F(hM)由下式給出F(hM)=exp(-q·qσ22)----(58)]]>其中q是與v相共軛的角空間頻率矢量。hA的最低頻率峰值位于頻率q＝2π(d0/λ) (59)處。從等式(56)和(58)可以明顯看出，當(dāng) 或 時(shí)，hA·M可在q=(d0/λ)處保持比較大的值。利用式(59)和(61)可得到，可以使用的d0值受下述條件限制 于是，有可能把實(shí)施本發(fā)明的層析成圖象系統(tǒng)設(shè)計(jì)得能在低于由hM決定的截止頻率的空間頻率范圍同保持比較高的靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明可以認(rèn)識(shí)到，對(duì)于具有任意空間性質(zhì)的參考光束振幅，背景光(即離焦返回的探測(cè)光束)的振幅與參考光束振幅之間的干涉項(xiàng)可以對(duì)不希望的系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生起決定性作用，并且對(duì)不希望的統(tǒng)計(jì)誤差的產(chǎn)生的是重要的。在本發(fā)明的上述各實(shí)施例中，由于通過(guò)移相而在參考光束中產(chǎn)生了反對(duì)稱的空間性質(zhì)，背景光與參考光束振幅之間的干涉項(xiàng)被減小。由于這一干涉項(xiàng)被減小，它將不會(huì)在由多象素檢測(cè)器的各象素所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生不可接受的大的系統(tǒng)誤差和統(tǒng)計(jì)誤差。
還可以認(rèn)識(shí)到，波數(shù)濾波的、空間濾波的反射參考光束的振幅是與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射參考光束與波數(shù)濾波的、空間濾波的散射探測(cè)光束(“即”希望信號(hào))之間的干涉項(xiàng)相關(guān)的。參考光束是以波數(shù)濾波的、空間濾波的反射參考光束振幅的平方的形式被探測(cè)的。波數(shù)濾波的、空間濾波的散射探測(cè)光束被檢測(cè)為波數(shù)濾波的、空間濾波的反射參考光束與波數(shù)濾波的、空間濾波的散射探測(cè)光束之間的相干項(xiàng)，也即波數(shù)濾波的、空間濾波的散射探測(cè)光束振幅與波數(shù)濾波的、空間濾波的反射參考光束振幅的乘積的形式被探測(cè)的。探測(cè)到的波數(shù)濾波的、空間濾波的反射參考光束與探測(cè)到的波數(shù)濾波的、空間濾波的散射探測(cè)光束是相關(guān)的，因?yàn)檫@兩者中都出現(xiàn)有波數(shù)濾波的、空間濾波的反射參考光束振幅。這種相關(guān)性使得從這樣的干涉項(xiàng)來(lái)確定物體材料性質(zhì)將在統(tǒng)計(jì)上更為精確。結(jié)果，可以從多象素檢測(cè)器在響應(yīng)于波數(shù)濾波的、空間濾波的反射參考光束與波數(shù)濾波的、空間濾波的散射探測(cè)光束之間的干涉項(xiàng)時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)獲得在焦物體材料的精確特性。這是因?yàn)閷?duì)于該多象素檢測(cè)器的一給定象素的統(tǒng)計(jì)精度是受到該象素響應(yīng)于波數(shù)濾波的、空間濾波的散射探測(cè)光束振幅的平方時(shí)所產(chǎn)生的光電子數(shù)目的限制的，而不是受到響應(yīng)于波數(shù)濾波的、空間濾波的反射參考光束或波數(shù)濾波的、空間濾波的背景光束的振幅平方時(shí)所產(chǎn)生的光電子數(shù)目的限制的。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們還可看到，在本發(fā)明所公開(kāi)的各實(shí)施例中的任一個(gè)實(shí)施例中也可以采用另外的和/或附加的光學(xué)元件和檢測(cè)器。例如，也可以采用偏振分束器或再結(jié)合附加的移相元件來(lái)改變用來(lái)探測(cè)物體材料的輻射的性質(zhì)。另一個(gè)例子可以是增加一檢測(cè)器來(lái)監(jiān)視光源強(qiáng)度?？梢栽诓黄x本發(fā)明精神的和范疇的情況下作出這些或其他明顯的修改。
還應(yīng)該看到，例如可以在圖1a-1n中刪去移相器34，這時(shí)，產(chǎn)生于在焦圖象平面37中圖象點(diǎn)38處的點(diǎn)光源8的圖象將不同于前面所述的圖象，雖然由反射參考光束于在焦圖象平面47中的圖象點(diǎn)48處所產(chǎn)生的點(diǎn)光源8的圖象基本上與前面所述的圖象相同。然而，上述離焦圖象的抵消仍能實(shí)現(xiàn)。類(lèi)似地，可以在圖2a-2f中刪去移相器34，在圖3a-3l和圖4a-4f中刪去移相器34和34a。
還應(yīng)該看到，只要能使反射參考光束在單圖象素檢測(cè)器平面上的振幅的空間分布基本上是反對(duì)稱的，移相器14、24、34、34a的各個(gè)移相器單元的空間構(gòu)形可以與前述的不同和/或帶有除旁瓣功能。不過(guò)，為了得到物體材料112的希望層析圖象，由多象素檢測(cè)器產(chǎn)生的圖象數(shù)據(jù)必需以略為不同于前述本發(fā)明各實(shí)施例中的方法進(jìn)行處理。
還應(yīng)該看到，前述各實(shí)施例及其變型中的干涉儀可以是不超出本發(fā)明的精神和范圍的的在透射模式中起作用的共焦干涉顯微術(shù)系統(tǒng)。例如當(dāng)檢測(cè)一探測(cè)光束的偏振狀態(tài)的變化時(shí)，該透射模式可以是用于本發(fā)明的某些讀和寫(xiě)模式的一較佳的工作模式。
還應(yīng)該看到，前述各實(shí)施例中的干涉儀可以是偏振型的，其目的例如是用偏振光去探測(cè)物體材料112或者是為了增大通過(guò)干涉儀到單或多象素檢測(cè)器上的光的信息通量。不過(guò)，為了使反射參考光束和散射探測(cè)光束能在單或多象素檢測(cè)器上混合，需要在前述設(shè)備中增加例如偏振分束器這樣的附加光學(xué)元件。
權(quán)利要求
1.一種把在一物體內(nèi)和/或上的一信息承載區(qū)的在焦圖象從離焦圖象區(qū)分出來(lái)以減小在確定由在該物體內(nèi)和/或上的信息承載區(qū)表示的信息中的誤差的方法，它包括以下步驟(a)從一個(gè)單色點(diǎn)輻射光源的陣列產(chǎn)生一個(gè)探測(cè)光束和一個(gè)參考光束；(b)通過(guò)將該探測(cè)光束引至該信息承載區(qū)內(nèi)和/或上的在焦圖象點(diǎn)的一陣列而產(chǎn)生一個(gè)在焦返回探測(cè)光束；(c)產(chǎn)生在焦返回探測(cè)光束的反對(duì)稱空間性質(zhì)；(d)產(chǎn)生一個(gè)在焦參考光束；(e)產(chǎn)生在焦參考探測(cè)光束的反對(duì)稱空間性質(zhì)；(f)使該在焦參考光束與來(lái)自多個(gè)離焦圖象點(diǎn)的光束發(fā)生干涉；(g)使在焦參考光束與在焦返回探測(cè)光束發(fā)生干涉；(h)通過(guò)借助于一檢測(cè)器的檢測(cè)器元件檢測(cè)該在焦探測(cè)返回光束的復(fù)振幅作為干涉數(shù)據(jù)而減少由該檢測(cè)器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中的系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)誤差以表示確定的該信息，其中該干涉數(shù)據(jù)包括一在該在焦參考光束和該在焦返回探測(cè)光束之間的一干涉項(xiàng)和在該與離焦圖象點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的離焦圖象光束與在焦參考光束的對(duì)應(yīng)部分之間的振幅顯著減小的另一干涉項(xiàng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(h)包括檢測(cè)該在焦參考光束作為該在焦參考光束的振幅的一非線性函數(shù)并在自該些參考項(xiàng)的振幅確定該在焦返回探測(cè)光束的復(fù)振幅中使用該振幅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括提供一光盤(pán)作為該物體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括提供人體或動(dòng)物目標(biāo)的原位組織作為該物體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括提供人體或動(dòng)物目標(biāo)的切除的活檢組織作為該物體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括提供該物體中和/或上的一參考表面并對(duì)位于該參考表面上的在焦參考圖象點(diǎn)執(zhí)行步驟(b)至(h)，且確定位于該信息承載區(qū)中和/或上的在焦參考圖象點(diǎn)相對(duì)于該參考表面的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括提供在該物體和該探測(cè)光束之間的相對(duì)機(jī)械移動(dòng)以允許對(duì)在在焦圖象點(diǎn)的該物體的其他部分執(zhí)行步驟(b)至(h)。
8.一種把在一物體內(nèi)和/或上的一信息承載區(qū)的在焦圖象從離焦圖象區(qū)分出來(lái)以減小在確定由在該物體內(nèi)和/或上的信息承載區(qū)表示的信息中的誤差的方法，它包括以下步驟(a)從一個(gè)單色點(diǎn)輻射光源的陣列產(chǎn)生一個(gè)探測(cè)光束和一個(gè)參考光束；(b)通過(guò)將該探測(cè)光束引至該信息承載區(qū)內(nèi)和/或上的在焦圖象點(diǎn)的一陣列而產(chǎn)生一個(gè)在焦返回探測(cè)光束，該在焦返回探測(cè)光束包括多個(gè)在焦返回子光束，各在焦返回子光束與該陣列的至少一個(gè)在焦圖象點(diǎn)相關(guān)聯(lián)；(c)產(chǎn)生各在焦返回子光束的反對(duì)稱空間性質(zhì)；(d)產(chǎn)生一個(gè)在焦參考光束，該在焦參考光束包括多個(gè)在焦參考子光束，各在焦參考子光束分別與一在焦返回子光束相關(guān)聯(lián)；(e)產(chǎn)生各在焦參考子光束的反對(duì)稱空間性質(zhì)；(f)使該在焦參考光束與來(lái)自多個(gè)離焦圖象點(diǎn)的一光束發(fā)生干涉；(g)使在焦參考光束與在焦返回探測(cè)光束發(fā)生干涉；(h)通過(guò)借助于一檢測(cè)器陣列的檢測(cè)器元件檢測(cè)這些在焦返回子光束的復(fù)振幅作為干涉數(shù)據(jù)而減少由該檢測(cè)器陣列產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中的系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)誤差以表示確定的該信息，其中該干涉數(shù)據(jù)包括在對(duì)應(yīng)的在焦參考子光束和在焦返回探測(cè)子光束之間的干涉項(xiàng)和在該與離焦圖象點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的離焦圖象光束與對(duì)應(yīng)的在焦參考子光束之間的振幅顯著減小的其他干涉項(xiàng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中步驟(h)包括檢測(cè)該在焦參考光束作為該在焦參考光束的振幅的一非線性函數(shù)并在自該些參考項(xiàng)的振幅確定該在焦返回探測(cè)光束的復(fù)振幅中使用該振幅。
10.一種把在一物體內(nèi)和/或上的一信息承載區(qū)的在焦圖象從離焦圖象區(qū)分出來(lái)以減小在確定由在該物體內(nèi)和/或上的信息承載區(qū)表示的信息中的誤差的方法，它包括以下步驟(a)從一個(gè)寬帶點(diǎn)輻射光源產(chǎn)生一個(gè)探測(cè)光束和一個(gè)參考光束；(b)產(chǎn)生一在焦參考光束；(c)產(chǎn)生該在焦參考光束的反對(duì)稱空間性質(zhì)；(d)把探測(cè)光束通過(guò)一色散元件以將該探測(cè)光束轉(zhuǎn)換成聚焦至該信息承載區(qū)中的一線的一光束；(e)產(chǎn)生一個(gè)在焦返回探測(cè)光束；(f)產(chǎn)生在焦返回探測(cè)光束的反對(duì)稱空間性質(zhì)；(g)空間濾波在焦返回探測(cè)光束；(h)把空間濾波的在焦返回探測(cè)光束通過(guò)一色散元件以將該探測(cè)光束轉(zhuǎn)換成聚焦至一檢測(cè)器的一檢測(cè)器平面中的一線的一光束；(i)空間濾波在焦參考光束；(j)把空間濾波的在焦參考光束通過(guò)一色散元件以將該參考光束轉(zhuǎn)換成聚焦至該檢測(cè)器平面中的該線的一光束；(k)空間濾波來(lái)自多個(gè)離焦圖象點(diǎn)的一光束；(l)把空間濾波的來(lái)自多個(gè)離焦圖象點(diǎn)的光束通過(guò)一色散元件；(m)使該空間濾波的在焦參考光束與來(lái)自該些離焦圖象點(diǎn)的空間濾波的光束發(fā)生干涉；(n)使空間濾波的在焦參考光束與空間濾波的在焦返回探測(cè)光束發(fā)生干涉；及(o)通過(guò)借助于一檢測(cè)器的檢測(cè)器元件檢測(cè)該空間濾波的在焦返回探測(cè)光束的復(fù)振幅作為干涉數(shù)據(jù)而減少由一檢測(cè)器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中的系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)誤差以表示確定的該信息，其中該干涉數(shù)據(jù)包括在空間濾波的在焦參考光束和空間濾波的在焦返回探測(cè)光束之間的干涉項(xiàng)和在來(lái)自該多個(gè)離焦圖象點(diǎn)的空間濾波的光束與空間濾波的在焦參考光束之間的振幅顯著減小的另一干涉項(xiàng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中步驟(o)包括檢測(cè)該在焦參考光束作為該在焦參考光束的振幅的一非線性函數(shù)并在自該些參考項(xiàng)的振幅確定該在焦返回探測(cè)光束的復(fù)振幅中使用該振幅。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，包括提供一光盤(pán)作為該物體。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，包括提供人體或動(dòng)物目標(biāo)的原位組織作為該物體。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，包括提供人體或動(dòng)物目標(biāo)的切除的活檢組織作為該物體。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中步驟(a)包括從一寬帶點(diǎn)輻射光源陣列產(chǎn)生該探測(cè)光束和該參考光束。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，包括提供該物體中和/或上的一參考表面并對(duì)位于該參考表面上的在焦參考圖象點(diǎn)執(zhí)行步驟(b)至(o)，且確定位于該信息承載區(qū)中和/或上的在焦參考圖象點(diǎn)相對(duì)于該參考表面的位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，包括提供在該物體和該探測(cè)光束之間的相對(duì)機(jī)械移動(dòng)以允許對(duì)在該信息承載區(qū)中的該線處的該物體的其他部分執(zhí)行步驟(b)至(o)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中步驟(d)包括將該探測(cè)光束通過(guò)至少一光柵，其中該線基本上平行于該物體的一主表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中步驟(d)的該線基本上垂直于該物體的主表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，包括對(duì)由該檢測(cè)器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)執(zhí)行傅里葉變換以轉(zhuǎn)換該干涉測(cè)量的數(shù)據(jù)，以確定在該物體中和/或上的信息承載區(qū)中的以預(yù)定深度存儲(chǔ)的信息。
21.一種把在一物體內(nèi)和/或上的一信息承載區(qū)的在焦圖象從離焦圖象區(qū)分出來(lái)以減小在確定由在該物體內(nèi)和/或上的信息承載區(qū)表示的信息中的誤差的方法，它包括以下步驟(a)從一個(gè)寬帶點(diǎn)輻射光源產(chǎn)生一個(gè)探測(cè)光束和一個(gè)參考光束；(b)產(chǎn)生一在焦參考光束；(c)產(chǎn)生該在焦參考光束的反對(duì)稱空間性質(zhì)；(d)把探測(cè)光束轉(zhuǎn)換成聚焦至該信息承載區(qū)中的一線的一光束；(e)產(chǎn)生一個(gè)在焦返回探測(cè)光束；(f)產(chǎn)生在焦返回探測(cè)光束的反對(duì)稱空間性質(zhì)；(g)空間濾波在焦返回探測(cè)光束；(h)把空間濾波的在焦返回探測(cè)光束轉(zhuǎn)換成聚焦至一檢測(cè)器的一檢測(cè)器平面中的一線的一光束；(i)空間濾波在焦參考光束；(j)把空間濾波的在焦參考光束轉(zhuǎn)換成聚焦至該檢測(cè)器平面中的該線的一光束；(k)空間濾波來(lái)自多個(gè)離焦圖象點(diǎn)的一光束；(l)使該轉(zhuǎn)換的空間濾波的在焦參考光束與來(lái)自該多個(gè)離焦圖象點(diǎn)的空間濾波的光束發(fā)生干涉；(m)使該轉(zhuǎn)換的空間濾波的在焦參考光束與該轉(zhuǎn)換的空間濾波的在焦返回探測(cè)光束發(fā)生干涉；及(n)通過(guò)借助于一檢測(cè)器檢測(cè)該空間濾波的在焦返回探測(cè)光束作為干涉數(shù)據(jù)而減少由該檢測(cè)器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中的誤差以表示確定的該信息，其中該干涉數(shù)據(jù)包括在該轉(zhuǎn)換的空間濾波的在焦參考光束和轉(zhuǎn)換的空間濾波的在焦返回探測(cè)光束之間的干涉項(xiàng)和在來(lái)自該多個(gè)離焦圖象點(diǎn)的空間濾波的光束與該轉(zhuǎn)換的空間濾波的在焦參考光束之間的振幅顯著減小的另一干涉項(xiàng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中步驟(n)包括檢測(cè)該轉(zhuǎn)換的空間濾波的在焦參考光束作為該轉(zhuǎn)換的空間濾波的在焦參考光束的振幅的一非線性函數(shù)并在自該些參考項(xiàng)的振幅確定該在焦返回探測(cè)光束的復(fù)振幅中使用該振幅。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，包括提供一光盤(pán)作為該物體。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，包括提供人體或動(dòng)物目標(biāo)的原位組織作為該物體。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，包括提供人體或動(dòng)物目標(biāo)的切除的活檢組織作為該物體。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中步驟(a)包括從一寬帶點(diǎn)輻射光源陣列產(chǎn)生該探測(cè)光束和該參考光束。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，包括提供該物體中和/或上的一參考表面并對(duì)位于該參考表面上的在焦參考圖象點(diǎn)執(zhí)行步驟(b)至(n)，且確定在該信息承載區(qū)中的步驟(d)的該線相對(duì)于該參考表面的位置。
28.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，包括提供在該物體和該探測(cè)光束之間的相對(duì)機(jī)械移動(dòng)以允許對(duì)在該信息承載區(qū)中的該線處的該物體的其他部分執(zhí)行步驟(b)至(n)。
29.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中步驟(d)包括將該探測(cè)光束通過(guò)至少一光柵，其中該線基本上平行于該物體的一主表面。
30.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，包括對(duì)由該檢測(cè)器產(chǎn)生的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)執(zhí)行傅里葉變換以轉(zhuǎn)換該數(shù)據(jù)，以確定在該物體中和/或上的信息承載區(qū)中的以預(yù)定深度存儲(chǔ)的信息。
31.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中信息承載區(qū)中的該線基本上垂直于該物體的主表面。
32.一種在制做一晶片上的集成電路中使用的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)用于支持該晶片的一臺(tái)；(b)用于將空間構(gòu)形的輻射成像在該晶片上的照明系統(tǒng)；(c)用于相對(duì)于該被成像的輻射調(diào)節(jié)該臺(tái)的位置的一量計(jì)定位控制系統(tǒng)；(d)用于測(cè)量該晶片相對(duì)于該成像的輻射的位置的干涉測(cè)量系統(tǒng)；及(e)根據(jù)權(quán)利要求1的方法工作以識(shí)別在該信息承載區(qū)中的一對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的一識(shí)別標(biāo)記子系統(tǒng)。
33.一種用于在測(cè)量在一晶片上制做一集成電路中的一石版印刷分檔器或掃描儀的覆蓋精度中使用的測(cè)量學(xué)系統(tǒng)，該測(cè)量學(xué)系統(tǒng)包括(a)一量計(jì)控制臺(tái)，用于測(cè)量在該集成電路的第一水平上的第一信息承載區(qū)中的第一圖形和在該集成電路的第二水平上的第二信息承載區(qū)中的第二圖形的相對(duì)位置；(b)一晶片處理系統(tǒng)，包括該臺(tái)，用于支持該晶片；及(c)一顯微鏡系統(tǒng)，用于觀看這些圖形，該顯微鏡系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求1的方法工作以比較第一圖形和第二圖形的相對(duì)位置。
34.一種用于測(cè)量待在集成電路的制做中使用的掩模中的缺陷的測(cè)量學(xué)系統(tǒng)，該測(cè)量學(xué)系統(tǒng)包括(a)一量計(jì)控制臺(tái)，用于支持該掩模；(b)一顯微鏡系統(tǒng)，用于成像該掩模并生成該掩模的圖形特征的第一數(shù)字表示，該顯微鏡系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求1進(jìn)行工作；(c)一存儲(chǔ)器系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)該掩模的圖形特征的一精確的第二數(shù)字表示；及(d)一處理器，被耦合至該存儲(chǔ)器系統(tǒng)和該顯微鏡系統(tǒng)，用于比較該掩模圖象的第一和第二數(shù)字表示以確定該掩模的缺陷。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的測(cè)量學(xué)系統(tǒng)，其中該第二數(shù)字表示代表一理想的掩模的圖形特征。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的測(cè)量學(xué)系統(tǒng)，其中該第二數(shù)字表示包括通過(guò)操作該顯微鏡系統(tǒng)以成像基本沒(méi)有缺陷的一參考掩模所獲得的數(shù)據(jù)。
37.一種用于產(chǎn)生一信息承載區(qū)的圖象的系統(tǒng)，具有減少的對(duì)包含該信息承載區(qū)的一物體的運(yùn)動(dòng)的靈敏度，該系統(tǒng)包括(a)一支持該物體的支持結(jié)構(gòu)；(b)一顯微鏡系統(tǒng)，用于成像該信息承載區(qū)，該顯微鏡系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求1的方法工作，其中由該顯微鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的該信息承載區(qū)的一預(yù)定的一維或二維截面基本上與該物體相對(duì)于該顯微鏡系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中基本上同時(shí)獲取該信息承載區(qū)的一預(yù)定一維或二維截面的所有圖象點(diǎn)。
39.一種系統(tǒng)，用于產(chǎn)生具有一外部表面的一物體的一信息承載表面的圖象以控制該系統(tǒng)與該外部表面之間的空間關(guān)系，該系統(tǒng)包括(a)支持該物體的一支持結(jié)構(gòu)；(b)一顯微鏡系統(tǒng)，用于成像該外部表面的輪廓并確定該外部表面和該系統(tǒng)之間的空間關(guān)系，該顯微鏡系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求1的方法工作；及(c)一處理器，根據(jù)該確定的空間關(guān)系來(lái)控制該顯微鏡系統(tǒng)相對(duì)于該外部表面的位置，以防止該顯微鏡系統(tǒng)與該外部表面的物理接觸。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的系統(tǒng)，其中該處理器在實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)上控制該顯微鏡系統(tǒng)的位置。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的系統(tǒng)，其中該處理器工作以保持該顯微鏡系統(tǒng)至少與該外部表面相距一預(yù)定的距離。
42.一種在制做一晶片上的集成電路中使用的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)用于支持該晶片的一臺(tái)；(b)用于將空間構(gòu)形的輻射成像在該晶片上的照明系統(tǒng)；(c)用于相對(duì)于該被成像的輻射調(diào)節(jié)該臺(tái)的位置的一量計(jì)定位控制系統(tǒng)；(d)用于測(cè)量該晶片相對(duì)于被成像的輻射的位置的干涉測(cè)量系統(tǒng)；及(e)根據(jù)權(quán)利要求10的方法工作以識(shí)別該信息承載區(qū)中的一對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的一識(shí)別標(biāo)記子系統(tǒng)。
43.一種用于在測(cè)量在一晶片上制做一集成電路中的一石版印刷分檔器或掃描儀的覆蓋精度中使用的測(cè)量學(xué)系統(tǒng)，該測(cè)量學(xué)系統(tǒng)包括(a)一量計(jì)控制臺(tái)，用于測(cè)量在該集成電路的第一水平上的第一信息承載區(qū)中的第一圖形和在該集成電路的第二水平上的第二信息承載區(qū)中的第二圖形的相對(duì)位置；(b)一晶片處理系統(tǒng)，包括該臺(tái)，用于支持該晶片；及(c)一顯微鏡系統(tǒng)，用于觀看這些圖形，該顯微鏡系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求10的方法工作以比較第一圖形和第二圖形的相對(duì)位置。
44.一種用于在測(cè)量待在集成電路的制做中使用的掩模中的缺陷中使用的測(cè)量學(xué)系統(tǒng)，該測(cè)量學(xué)系統(tǒng)包括(a)一量計(jì)控制臺(tái)，用于支持該掩模；(b)一顯微鏡系統(tǒng)，用于成像該掩模并生成該掩模的圖形特征的第一數(shù)字表示，該顯微鏡系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求10進(jìn)行工作；(c)一存儲(chǔ)器系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)該掩模的圖形特征的一精確的第二數(shù)字表示；及(d)一處理器，被耦合至該存儲(chǔ)器系統(tǒng)和該顯微鏡系統(tǒng)，用于比較該掩模圖象的第一和第二數(shù)字表示以確定該掩模的缺陷。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的顯微鏡系統(tǒng)，其中該第二數(shù)字表示包括代表一理想的掩模的圖形特征的數(shù)據(jù)。
46.根據(jù)權(quán)利要求44的顯微鏡系統(tǒng)，其中該第二數(shù)字表示包括通過(guò)操作該顯微鏡系統(tǒng)以成像基本沒(méi)有缺陷的一參考掩模所獲得的數(shù)據(jù)。
47.一種用于產(chǎn)生一信息承載區(qū)的圖象的系統(tǒng)，具有減少的對(duì)包含該信息承載區(qū)的一物體的運(yùn)動(dòng)的靈敏度，該系統(tǒng)包括(a)一支持該物體的支持結(jié)構(gòu)；(b)一顯微鏡系統(tǒng)，用于成像該信息承載區(qū)，該顯微鏡系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求10的方法工作，其中由該顯微鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的該信息承載區(qū)的一預(yù)定的一維或二維截面基本上與該物體相對(duì)于該顯微鏡系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中基本上同時(shí)獲取該信息承載區(qū)的一預(yù)定一維或二維截面的所有圖象點(diǎn)。
49.一種系統(tǒng)，用于產(chǎn)生具有一外部表面的一物體的一信息承載表面的圖象以控制該系統(tǒng)與該外部表面之間的空間關(guān)系，該系統(tǒng)包括(a)支持該物體的一支持結(jié)構(gòu)；(b)一顯微鏡系統(tǒng)，用于成像該外部表面的輪廓并確定該外部表面和該系統(tǒng)之間的空間關(guān)系，該顯微鏡系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求10的方法工作；及(c)一處理器，根據(jù)該確定的空間關(guān)系來(lái)控制該顯微鏡系統(tǒng)相對(duì)于該外部表面的位置，以防止該顯微鏡系統(tǒng)與該外部表面的物理接觸。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的系統(tǒng)，其中該處理器在實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)上控制該顯微鏡系統(tǒng)的位置。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的系統(tǒng)，其中該處理器工作以保持該顯微鏡系統(tǒng)至少與該外部表面相距一預(yù)定的距離。
52.一種在制做一晶片上的集成電路中使用的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)用于支持該晶片的一臺(tái)；(b)用于將空間構(gòu)形的輻射成像在該晶片上的照明系統(tǒng)；(c)用于相對(duì)于該被成像的輻射調(diào)節(jié)該臺(tái)的位置的一量計(jì)定位控制系統(tǒng)；(d)用于測(cè)量該晶片相對(duì)于被成像的輻射的位置的干涉測(cè)量系統(tǒng)；及(e)根據(jù)權(quán)利要求21的方法工作以識(shí)別該信息承載區(qū)中的一對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的一識(shí)別標(biāo)記子系統(tǒng)。
53.一種用于在測(cè)量在一晶片上制做一集成電路中的一石版印刷分檔器或掃描儀的覆蓋精度中使用的測(cè)量學(xué)系統(tǒng)，該測(cè)量學(xué)系統(tǒng)包括(a)一量計(jì)控制臺(tái)，用于測(cè)量在該集成電路的第一水平上的第一信息承載區(qū)中的第一圖形和在該集成電路的第二水平上的第二信息承載區(qū)中的第二圖形的相對(duì)位置；(b)一晶片處理系統(tǒng)，包括該臺(tái)，用于支持該晶片；及(c)一顯微鏡系統(tǒng)，用于觀看這些圖形，該顯微鏡系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求21的方法工作以比較第一圖形和第二圖形的相對(duì)位置。
54.一種用于在測(cè)量待在集成電路的制做中使用的掩模中的缺陷中使用的測(cè)量學(xué)系統(tǒng)，該測(cè)量學(xué)系統(tǒng)包括(a)一量計(jì)控制臺(tái)，用于支持該掩模；(b)一顯微鏡系統(tǒng)，用于成像該掩模并生成該掩模的圖形特征的第一數(shù)字表示，該顯微鏡系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求21進(jìn)行工作；(c)一存儲(chǔ)器系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)該掩模的圖形特征的一精確的第二數(shù)字表示；及(d)一處理器，被耦合至該存儲(chǔ)器系統(tǒng)和該顯微鏡系統(tǒng)，用于比較該掩模圖象的第一和第二數(shù)字表示以確定該掩模的缺陷。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的顯微鏡系統(tǒng)，其中該第二數(shù)字表示包括代表一理想的掩模的圖形特征的數(shù)據(jù)。
56.根據(jù)權(quán)利要求54的顯微鏡系統(tǒng)，其中該第二數(shù)字表示包括通過(guò)操作該顯微鏡系統(tǒng)以成像基本沒(méi)有缺陷的一參考掩模所獲得的數(shù)據(jù)。
57.一種用于產(chǎn)生一信息承載區(qū)的圖象的系統(tǒng)，具有減少的對(duì)包含該信息承載區(qū)的一物體的運(yùn)動(dòng)的靈敏度，該系統(tǒng)包括(a)一支持該物體的支持結(jié)構(gòu)；(b)一顯微鏡系統(tǒng)，用于成像該信息承載區(qū)，該顯微鏡系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求21的方法工作，其中由該顯微鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的該信息承載區(qū)的一預(yù)定的一維或二維截面基本上與該物體相對(duì)于該顯微鏡系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。
58.根據(jù)權(quán)利要求57的系統(tǒng)，其中基本上同時(shí)獲取該信息承載區(qū)的一預(yù)定一維或二維截面的所有圖象點(diǎn)。
59.一種系統(tǒng)，用于產(chǎn)生具有一外部表面的一物體的一信息表面的圖象以控制該系統(tǒng)與該外部表面之間的空間關(guān)系，該系統(tǒng)包括(a)支持該物體的一支持結(jié)構(gòu)；(b)一顯微鏡系統(tǒng)，用于成像該外部表面的輪廓并確定該外部表面和該系統(tǒng)之間的空間關(guān)系，該顯微鏡系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求21的方法工作；及(c)一處理器，根據(jù)該確定的空間關(guān)系來(lái)控制該顯微鏡系統(tǒng)相對(duì)于該外部表面的位置，以防止該顯微鏡系統(tǒng)與該外部表面的物理接觸。
60.根據(jù)權(quán)利要求59的系統(tǒng)，其中該處理器在實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)上控制該顯微鏡系統(tǒng)的位置。
61.根據(jù)權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中該處理器工作以保持該顯微鏡系統(tǒng)至少與該外部表面相距一預(yù)定的距離。
全文摘要
一物體(112)內(nèi)和/或上的一區(qū)域的在焦圖象通過(guò)以下方法被從離焦圖象分離出來(lái),從而既減小了該物體的圖象信息中的誤差:從一個(gè)寬帶點(diǎn)光源(90)產(chǎn)生一個(gè)探測(cè)光束(P22B)和一個(gè)參考光束(R22B);產(chǎn)生參考光束的反對(duì)稱空間性質(zhì)(R32B);把探測(cè)光束通過(guò)第一色散元件以將該探測(cè)光束轉(zhuǎn)換成聚焦至該物體內(nèi)/或上的一線的一光束;產(chǎn)生一個(gè)在焦返回探測(cè)光束;產(chǎn)生在焦返回探測(cè)光束的反對(duì)稱空間性質(zhì)(P32B);空間濾波在焦返回探測(cè)光束(P42A);通過(guò)一色散元件以將該探測(cè)光束(P42C)聚焦至一檢測(cè)器系統(tǒng)的一檢測(cè)器平面中的一線;空間濾波該參考光束(R42A)并通過(guò)一色散元件以將該參考光束(R42C)聚焦至該檢測(cè)器平面中的一線;空間濾波來(lái)自一離焦圖象點(diǎn)的一光束(P62A)并通過(guò)該色散元件(P62C);使在該檢測(cè)器平面中的空間濾波的參考光束(R42C)與來(lái)自該離焦圖象點(diǎn)的在檢測(cè)器平面中的空間濾波的光束(P62C)發(fā)生干涉及與在該檢測(cè)器平面的空間濾波的在焦返回探測(cè)光束(P42C)發(fā)生干涉;通過(guò)檢測(cè)器系統(tǒng)(114)檢測(cè)在檢測(cè)器平面的空間濾波的參考光束與在檢測(cè)器平面的空間濾波的(R42C)在焦返回探測(cè)光束之間的一個(gè)干涉項(xiàng)作為該空間濾波的在焦返回探測(cè)光束的—振幅,從而在檢測(cè)器平面的空間濾波的離焦圖象光束(P62C)的振幅與在檢測(cè)器平面的空間濾波的參考光束(R42C)的振幅之間的干涉項(xiàng)的幅度被明顯地減小,由此減小了由檢測(cè)器系統(tǒng)(114)所產(chǎn)生的表示該物體的圖象信息的數(shù)據(jù)中的誤差。
文檔編號(hào)G01M11/00GK1351705SQ00807026
公開(kāi)日2002年5月29日 申請(qǐng)日期2000年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月18日
發(fā)明者亨利·A·西爾 申請(qǐng)人:探索研究院