JP2004138617A - 干渉計、その使用方法および撮像素子 - Google Patents

Abstract

　　【課題】　様々な多重移相画像発生機構の非同相誤差源を同相誤差に変換することができる干渉計を提供する。
　　【解決手段】　移相撮像素子３０００は、多重移相発生機構１４００を備え、多重移相発生機構１４００は、高密度移相アレイ素子４１０，４２０、ビームスプリッタ３１０および２つの偏光素子５１０ａ，５１０ｂを含む。高密度移相アレイ素子４１０，４２０は、混ぜ合わされた波面１２９のそれぞれに偏光された光の第１の部分にそれぞれ適用される２つ以上の異なる移相部分のパターンを含み、混ぜ合わされた波面１２９を偏光素子５１０ａ，５１０ｂに伝送する。混ぜ合わされた波面１２９は、偏光素子５１０ａ，５１０ｂを通過し、干渉光を備える２つ以上の干渉部分を発生する。各干渉部分は、他の干渉部分に対して唯一の位相関係を有する。
【選択図】　　　図７

Description

　本発明は、交互配置の多重位相変位干渉情報に基づいて対象物の寸法を解析する干渉計およびその使用方法、並びに干渉計に好適な移相撮像素子に関する。

　米国特許6,034,330は、波面拡散素子、移相干渉素子および検知素子を組み合わせる新しい多重移相画像発生機構を開示する。波面拡散素子、移相干渉素子および検知素子を組み合わせることによって、米国特許6,034,330に示される多重移相画像発生機構は、干渉法測定値における潜在的誤差の多数の源を同相誤差に変換することができる。すなわち、これらの誤差は、米国特許6,034,330に示される多重移相画像発生機構から見て、干渉法測定値の全てに同等に影響を与える。その結果、これらの同相誤差の大きさおよび方向は、米国特許6,034,330に開示されている多重移相画像発生機構を含む干渉計を用いて高精度測定を行うときには、無視することができる。

　しかしながら、米国特許6,034,330に開示されている多重移相画像発生機構は、高精度干渉法測定値に悪影響を及ぼす非同相誤差の新しい源を持ち込む。そのような新しい非同相誤差源を回避しながら、米国特許6,034,330に開示されている多重移相画像発生機構の特定の方法で得られた誤差不感知と同等の誤差不感知を達成すること、すなわち新しい非同相誤差源を同相誤差に変換することが好ましい。

　本発明は、様々な多重移相画像発生機構の非同相誤差源を同相誤差に変換することができる干渉計およびその使用方法、並びに撮像素子を提供することを目的とする。

　本発明は、上記目的を達成するため、交互配置の多重位相変位干渉情報に基づいて対象物の寸法を解析するための干渉計であって、コヒーレント光ビームから第１および第２のそれぞれに偏光された光を参照素子および対象物にそれぞれ伝送し、前記参照素子および前記対象物から戻された第１および第２のそれぞれに偏光された光を混合して混ぜ合わされた波面にし、該混ぜ合わされた波面を出力する伝送部と、前記混ぜ合わされた波面を入力するように配置された多重移相画像発生部であって、少なくとも第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の相対移相アレイ装置を備える多重移相画像発生部と、前記第１の光路に沿って配置された少なくとも１つの検出アレイを備える検出部とを備え、前記多重移相画像発生部の前記第１の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対移相部を備え、前記各相対移相部は、相対遅延部および相対偏光部を備え、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、少なくとも１つの遅延量および偏光方向の異なるものを有し、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置され、前記第１の相対移相アレイ装置は、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の少なくともサブ波面を受光し、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、前記第１の光路に沿って少なくとも１つの複数干渉部分を生成し、前記第１の光路に沿って生成された複数干渉部分は、それぞれ、単一の相対位相変位を有する干渉光を備え、前記多重移相画像発生部は、少なくとも前記第１の光路から交互配置の多重位相変位干渉画像情報を出力し、前記第１の光路から出力された交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、それぞれ、前記第１の光路に沿って生成された複数干渉部分を備え、前記複数干渉部分は、前記複数相対移相部の交互配置のパターンによって少なくとも部分的に規定されたパターンで相互に交互配置されることを特徴とする。

　また、本発明は、上記目的を達成するため、交互配置の多重位相変位干渉情報に基づいて対象物の寸法を解析する干渉計の使用方法であって、コヒーレント光ビームから第１および第２のそれぞれに偏光された光を参照素子および対象物にそれぞれ導く工程と、前記参照素子および前記対象物から戻された第１および第２のそれぞれに偏光された光を混合して混ぜ合わされた波面にする工程と、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む前記混ぜ合わされた波面の少なくともサブ波面を、少なくとも第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の相対移相アレイ装置によって受光されるように導く工程であって、前記第１の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対移相部を備え、前記各相対移相部は、相対遅延部および相対偏光部を備え、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、少なくとも１つの遅延量および偏光方向の異なるものを有し、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置される、工程と、前記少なくとも２つの複数相対移相部が前記第１の光路に沿って少なくとも２つの複数干渉部分を生成し、前記第１の光路に沿って生成された少なくとも２つの複数干渉部分が、それぞれ、単一の相対位相変位を有する干渉光を備えるように、前記相対遅延部および相対偏光部のそれぞれを介して前記第１の相対移相アレイ装置によって受光されたサブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送する工程と、交互配置の多重位相変位干渉画像情報を少なくとも前記第１の光路から、前記第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の検出アレイを備える検出部に出力する工程とを有し、前記第１の光路から出力された交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、前記第１の光路に沿って生成された少なくとも２つの複数干渉部分を備え、前記複数干渉部分は、前記複数相対移相部の交互配置のパターンによって少なくとも部分的に規定されたパターンで相互に交互配置されることを特徴とする。

　また、本発明は、上記目的を達成するため、交互配置の多重位相変位干渉情報に基づいて対象物の寸法を解析するための干渉計であって、コヒーレント光ビームから第１および第２のそれぞれに偏光された光を参照素子および対象物にそれぞれ伝送し、前記参照素子および前記対象物から戻された第１および第２のそれぞれに偏光された光を混合して混ぜ合わされた波面にし、該混ぜ合わされた波面を出力する伝送部と、前記混ぜ合わされた波面を入力するように配置された多重移相画像発生部であって、少なくとも第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の相対移相アレイ装置を備える多重移相画像発生部と、前記第１の光路に沿って配置された少なくとも１つの検出アレイを備える検出部とを備え、前記多重移相画像発生部の前記第１の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対移相部を備え、前記各相対移相部は、相対遅延部および相対偏光部を備え、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、少なくとも１つの遅延量および偏光方向の異なるものを有し、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置されることを特徴とする。

　また、本発明は、上記目的を達成するため、参照素子および対象物から戻された第１および第２のそれぞれに偏光された光が混ぜ合わされた波面を入力するように、少なくとも第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の相対移相アレイ装置を備え、前記第１の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対移相部を備え、前記各相対移相部は、相対遅延部および相対偏光部を備え、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、少なくとも１つの遅延量および偏光方向の異なるものを有し、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置されることを特徴とする。

　様々な実施の形態において、本発明によるシステムおよび方法は、それぞれに偏光された部分を有する混ぜ合わされた波面を受け入れる干渉計の集積撮像素子を含む。この集積撮像素子は、少なくとも１つの高密度移相アレイ素子、少なくとも１つの偏光素子、および少なくとも１つの撮像アレイを含む。少なくとも１つの高密度移相アレイ素子のそれぞれは、混ぜ合わされた波面のそれぞれに偏光された部分の第１の部分にそれぞれ適用される２つ以上の異なる移相部分のパターンを含む。各高密度移相アレイ素子は、混ぜ合わされた波面を偏光素子に伝送する。混ぜ合わされた波面は、偏光素子を通過し、干渉光を備える２つ以上の干渉部分を発生する。各干渉部分は、他の干渉部分に対して唯一の位相関係を有する。

　様々な実施の形態において、少なくとも１つの高密度移相アレイ素子は、固定された速軸を有し、かつ、厚さ依存性の移相を、混ぜ合わされた波面のそれぞれに偏光された部分の第２の部分に対する混ぜ合わされた波面のそれぞれに偏光された部分の第１の部分に適用する基板すなわち素材層を含む。様々な実施の形態において、基板および／または素材層は、処理されて２つ以上の異なった移相部分の交互配置の繰り返しパターンを提供し、異なった移相部分のそれぞれの内に第１の速軸を有する基板すなわち素材層は、異なる厚さを有する。

　について前述したものと同様の方法で、参照波面１２４および対象波面１２８の偏光方向１３２（Ａ，Ｂ），１３３（Ａ，Ｂ）に対して調整される。移相撮像素子５００様々な実施の形態において、少なくとも１つの高密度移相アレイ素子は、異なる厚さを有する少なくとも３つ以上の異なる移相部分の交互配置の繰り返しパターンを有する単一の高密度移相アレイ素子である。様々な実施の形態において、少なくとも１つの高密度移相アレイ素子は、２つの異なる高密度移相アレイ素子を含み、各高密度移相アレイ素子は、異なる厚さを有する少なくとも２つ以上の異なる移相部分の交互配置の繰り返しパターンを有する。

　様々な実施の形態において、少なくとも1つの高密度移相アレイ素子は、速軸方向が様々な部分で選択的に変化される特性を有する複屈折材の基板および層を含む。複屈折材は、混ぜ合わされた波面のそれぞれに偏光された部分の第２の部分に対する混ぜ合わされた波面のそれぞれに偏光された部分の第１の部分に厚さ依存性の移相を適用し、相対的な位相変化は、様々な部分における混ぜ合わされた波面のそれぞれに偏光された部分に対する速軸方向の様々な方向に少なくとも部分的に依存する。

　様々な実施の形態において、複屈折材の層は、一定の厚さを有し、それぞれに調整された速軸方向を有する２つ以上の異なった移相部分の交互配置の繰り返しパターンを提供するように処理される。様々な他の実施の形態において、複屈折材の層が少なくとも第１および第２の異なる厚さ領域のパターンを提供するように処理または形成される。そのような実施の形態のいくつかにおいて、複屈折材は、さらに、それぞれの異なる厚さ領域において２つ以上の異なった移相部分のそれぞれの交互配置の繰り返しパターンを提供するように処理され、それぞれの異なる厚さ領域における２つ以上の異なった移相部分は、それぞれに調整された速軸方向を有する。

　様々な実施の形態において、少なくとも１つの基板は、厚さ依存性の移相に適用されない単一の基板である。そのような実施の形態の様々なものにおいて、複屈折材の層は、少なくとも３つの異なる移相部分の交互配置の繰り返しパターンを有するように形成され、各異なる移相部分は、異なる速軸方向性を有する。そのような実施の形態の様々な他のものにおいて、基板の表面が２つ以上の異なった凹部の繰り返しパターンを提供するように処理される。そのような実施の形態において、その層は、２つ以上の異なる層厚さを提供するように処理された表面に亘って形成される。

　複屈折材は、さらに、それぞれ異なる層厚さの各領域における２つ以上の異なる移相部分のそれぞれ交互配置の繰り返しパターンを提供するように処理され、それぞれ異なる層厚さの各領域における２つ以上のそれぞれ異なる移相部分は、それぞれに調整された速軸方向を有する。２つのそれぞれ異なる層厚さにおける２つ以上のそれぞれ異なる移相部分の間で、少なくとも３つの異なった対応する移相は、混ぜ合わされた波面のそれぞれに偏光された部分の第２の部分に対する混ぜ合わされた波面のそれぞれに偏光された部分の第１の部分に提供される。

　様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子の少なくとも１つは、少なくとも２つの基板を含み、その基板の少なくとも１つは、様々な部分において速軸方向が選択的に変えられる特性を有する複屈折材の層を有する。複屈折材は、混ぜ合わされた波面のそれぞれに偏光された部分の第２の部分に対する混ぜ合わされた波面のそれぞれに偏光された部分の第１の部分に、厚さ依存性の移相を適用する。そのような実施の形態において、相対的な移相は、様々な部分における混ぜ合わされた波面のそれぞれに偏光された部分に対する速軸方向の様々な方向性に少なくとも部分的に依存する。

　様々な実施の形態において、基板は、厚さ依存性の移相に適さない。そのような実施の形態の様々なものにおいて、少なくとも複屈折材の層の第２の層は、複屈折材の層の第１の層と異なる厚さを有するように形成される。それぞれの異なる層において、複屈折材は、２つ以上の異なる移相部分のそれぞれ交互配置の繰り返しパターンを提供するように処理される。特に、それぞれ異なる層における２つ以上の異なる移相部分は、それぞれに調整された速軸方向を有する。

　様々な実施の形態において、基板の１つは、厚さ依存性の移相に適さず、一方基板の他方は、厚さ依存性の移相に適する。そのような実施の形態の様々なものにおいて、それらの基板上の層は、同じ厚さを有する。各層において、複屈折材は、２つ以上の異なる移相部分のそれぞれ交互配置の繰り返しパターンを提供するように処理され、それぞれ異なる層における２つ以上の異なる移相部分は、それぞれに調整された速軸方向を有する。

　本発明によれば、様々な多重移相画像発生機構の非同相誤差源を同相誤差に変換することができる干渉計およびその使用方法並びに撮像素子が提供される。

　また、本発明は、別々に、上流の光学素子と撮像素子の間の経路長に対して比較的不感知である干渉計のための撮像素子を提供する。

　また、本発明は、さらに、米国特許6,034,330に開示されている多重移相画像発生素子より、経路長変化に対して感知しない撮像素子を提供する。

　また、本発明は、入力画像強度値と出力信号値の間の関係に関して、検知素子を通しての変化に対して相対的に不感知である１つ以上の方法において使用可能である撮像素子を提供する。

　また、本発明は、さらに、米国特許6,034,330に開示されている多重移相画像発生機構より、検知素子を通しての入力画像強度値と出力信号値の間の変化に対して感知しない１つ以上の方法において使用可能である撮像素子を提供する。

　また、本発明は、別々に、高密度移相アレイを有する撮像素子を提供する。

　また、本発明は、別々に、高密度偏光アレイを有する撮像素子を提供する。

　また、本発明は、別々に、高密度移相アレイおよび高密度偏光アレイを有する撮像素子を提供する。

　また、本発明は、別々に、高密度偏光アレイおよび高密度位相遅延板アレイを有する撮像素子を提供する。

　また、本発明は、別々に、位相差すなわち相対的な位相変位に基づいて入力光ビームを複数の異なる部分に分割する干渉計のための撮像素子を提供し、同様の移相の複数の異なる部分は、画素セル毎の基準で撮像アレイを横切って交互配置される。

　本発明は、別々に、偏光に基づいて入力光ビームを複数の異なる部分に分割する干渉計のための撮像素子を提供し、同様の偏光の複数の異なる部分は、画素セル毎の基準で撮像アレイを横切って交互配置される。

　本発明は、別々に、位相差すなわち相対的な位相変位と偏光差に基づいて入力光ビームを複数の異なる部分に分割する干渉計のための撮像素子を提供し、同様の移相および偏光の複数の異なる部分は、画素セル毎の基準で撮像アレイを横切って交互配置される。

　本発明は、さらに、画素セルがサイズにおいて１つの画素である撮像素子を提供する。

　本発明は、別々に、入力光ビームを２つの類似の部分に分け、この２つの部分を撮像アレイの異なる領域に適用する干渉計のための撮像素子を提供し、位相差が上記部分間の全てに導入され、第１の２つの部分のそれぞれは、さらに、各部分内の位相差に基づいて少なくとも２つの部分に分割され、第１の２つの部分のそれぞれに関して、各部分内の位相差に基づいた少なくとも２つの第２の部分は、撮像アレイの対応する部分を横切って画素セル毎の基準で交互配置される。

　本発明は、別々に、入力光ビームを２つの類似の部分に分け、この２つの部分間の位相差を導入し、この２つの部分を撮像アレイの異なる領域に適用する干渉計のための撮像素子を提供し、第１の２つの部分のそれぞれは、さらに、各部分内の偏光差に基づいて少なくとも２つの部分に分割され、第１の２つの部分のそれぞれに関して、各部分内の偏光差に基づいた少なくとも２つの第２の部分は、撮像アレイの対応する部分を横切って画素セル毎の基準で交互配置される。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

　図１は本発明による移相撮像素子および他の光学素子の様々な実施の形態が使用可能な干渉計１００の一実施の形態を示す。図１に示すように、干渉計１００は、一般に、伝送部１０２および撮像部１０４を含む。伝送部１０２は、コヒーレント光波面１１２を伝送するレーザ光源１１０を含む。様々な実施の形態において、レーザ光源１１０は、コヒーレント光波面１１２に関して異なる時間で少なくとも２つの波長を提供する、２つのレーザ、波長変調、または、他の公知または後に開発されるデバイス、機構または装置を含む。

　ここで用いられるように、用語「光」は、可視光だけでなく、本発明の原理に従って別の方法で使用可能である電磁波スペクトルの一部を包含する。光の少なくとも２つの波長が提供されるとき、干渉計１００は、絶対測定のある形式を提供する。いかなる場合でも、レーザ光源１１０によって伝送されたコヒーレント光波面１１２は、ミラー１１４によって向きが変えられ、単一の偏光波面スプリッタ１２０に導かれる。特に、単一の偏光波面スプリッタ１２０は、伝送部１０２と撮像部１０４の両方によって分けられる。すなわち、単一の偏光波面スプリッタ１２０は、コヒーレント光波面１１２を参照波面１２２と対象波面１２６の両方に分けるとともに、戻る参照波面１２４および戻る対象波面１２８を混合して混ぜ合わされた波面１２９にする。そして、混ぜ合わされた波面１２９は、光学入力部１３５を通過する。

　図１に示すように、干渉計１００の撮像部１０４は、単一の偏光波面スプリッタ１２０および光学入力部１３５に加えて、多重移相画像発生部１６００を含む。様々な実施の形態において、光学入力部１３５は、光学入力部１３５によって伝送された混ぜ合わされた波面１２９が多重移相画像発生部１６００に適合するように、レンズ、絞りなどの１つ以上の光学素子を含む。様々な実施の形態において、光学入力部は、絞りおよびレンズのテレセントリック配置を含む。図１に示すように、多重移相画像発生部１６００は、光学入力部１３５から混ぜ合わされた波面１２９を入力し、多重位相変位干渉画像情報６００を検出サブシステム７００に出力する多重移相発生機構１４００を含む。

　検出サブシステム７００は、一般に、光学アレイによって規定される活性表面を有する。光学アレイは、二次元画素アレイで、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラなどの撮像センサである。検出サブシステム７００は、多重位相変位干渉画像情報６００を入力し、信号線１７２を介して検出サブシステム７００によって捕らえられた画像データを制御システム１７０に出力する。制御システム１７０は、測定定量を含む捕らえられた画像データに所望の画像処理を施し、かつ／または解析する。制御システム１７０は、また、伝送部１０２のレーザ光源１１０を駆動するための制御信号１７４を出力する。

　図２は、米国特許6,034,330に開示されている多重移相画像発生装置２００の一例を模式的に示す。多重移相画像発生装置２００は、図１を参照して前述した多重移相発生機構１４００の公知の実施態様を提供するように組み合わせて使用可能な波面スプリッティング素子２１０および移相干渉素子２２０を含む。多重移相画像発生装置２００は、また、検出アレイ２４０を含み、これは、同様に、検出サブシステム７００の公知の実施態様を提供する。

　図２に示すように、光学入力部１３５によって伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、伝送部１０２からの参照波面１２４と、偏光波面スプリッタ１２０を通して対象物１３０によって戻されたすなわち反射された対象波面１２８を含む。偏光波面スプリッタ１２０は、参照波面１２４と対象波面１２８が直交に偏光されるように構成され、それは、波面１２４および１２８に適用される矢印およびドットによって図２に示される。

　光学入力部１３５から、混ぜ合わされた波面１２９は、波面スプリッティング素子２１０上に導かれる。米国特許6,034,330に開示されているように、波面スプリッティング素子２１０は、二次元回折光学素子（ＤＯＥ）であり、特に、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）である。いかなる場合でも、波面スプリッティング素子２１０は、混ぜ合わされた波面１２９を、空間分割されかつ名目上一致する４つのサブ波面２５０，２６０，２７０および２８０に分け、各サブ波面は、様々な実施の形態において、出力レンズ（図示せず）を介して伝送される。特に、米国特許6,034,330に開示されているように、各サブ波面２５０〜２８０は、空間離散経路に従う。各サブ波面２５０〜２８０は、それぞれ、波面スプリッティング素子２１０から移相干渉素子２２０に導かれ、移相干渉素子２２０は、各サブ波面２５０〜２８０に対するセクション２３２，２３４，２３６および２３８を含む。

　特に、米国特許6,034,330に開示されているように、移相干渉素子２２０は、複数のサブ波面２５０〜２８０がそれぞれセクション２３２〜２３８に入射するように波面スプリッティング素子２１０に関して設けられる。特に、移相干渉素子２２０の各セクション２３２〜２３８は、どこでも、離散位相変位量Δφiによってそのセクション２３２〜２３８に入射するサブ波面２５０〜２８０のそれぞれの参照波面１２４と対象波面１２８の間の相対位相を変える。そして、移相干渉素子２２０のセクション２３２〜２３８は、図１を参照して前述した多重干渉画像情報６００の１つの公知例を提供するように、それぞれの偏光器を通して生じた波面を伝送する。

　特に、よって、移相干渉素子２２０の各セクション２３２〜２３８は、空間分離移相インタフェログラム（interferogram）６００ａ，６００ｂ，６００ｃおよび６００ｄの完全なそれぞれを検出アレイ２４０に伝送する。各空間分離移相インタフェログラム６００ａ〜６００ｄの位相変位は、どこでも同じで、様々な離散位相変位量Δφiに関連する因子によって他の移相インタフェログラムの位相変位を持つ位相の範囲外になる。

　米国特許6,034,330に開示されているように、検出アレイ２４０は、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラなどのような撮像センサとしてもよい。米国特許6,034,330に開示されているように、検出アレイ２４０は、複数の空間分離移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄが実質的かつ同時に検出アレイ２４０の活性表面に入射するように移相干渉素子２２０に関して設けられる。すなわち、検出アレイ２４０の活性表面は、それぞれの空間分離移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄを撮像することができる。撮像された空間分離移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄに基づいて、各空間分離移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄの空間的に分解された位相を、検出アレイ２４０の異なるそれぞれの領域において瞬時に測定することができる。

　図３は、米国特許6,034,330に開示されている移相干渉素子２０の一例を示す。図３に示すように、移相干渉素子２２０は、第１のプレート２２２と第２のプレート２２６を含む。図３において、第１および第２のプレート２２２，２２６は、図の簡単化のために、互いに離されて示されている。しかしながら、干渉計１００の操作において、第１および第２のプレート２２２，２２６は、突き合わされた関係で互いに隣接して置かれる。

　図３に示すように、第１のプレート２２２は、１／４波長板２２３と空白すなわち中立板２２４を含む。一般に、１／４波長板は、π／２（rad）によって、２つの直交偏光された入射波面の相対位相を変える。これに対し、空白すなわち中立板は、０（rad）によって、２つの直交偏光された入射波面の相対位相を変える。すなわち、空白すなわち中立板２２４は、２つの直交偏光された入射波面間の相対位相変化を生成しない。図３に示すように、プレート２２３，２２４は、同一平面で第１のプレート２２２をそれぞれ半分に分割する。

　移相干渉素子２２０の第２のプレート２２６は、伝送された波面の電界ベクトルが互いに直角になるように、直線的に入射波面を偏光するように構成された一対の偏光部分２２７，２２８を含む。特に、図３に示す実施の形態において、例えば第１の偏光部分２２７のような偏光部分の１つは、垂直軸に関してπ／４（rad）で偏光された光を伝送するように構成される。その結果、これにより、参照波面１２４と対象波面１２８から生じる同位相の成分が干渉する。

　同様に、例えば第２の偏光部分２２８のような他の偏光部分は、垂直軸に関して−π／４（rad）で光を偏光するように構成される。その結果、参照波面１２４と対象波面１２８から生じる位相不一致の成分が干渉する。１／４波長板２２３および空白すなわち中立板２２４と同様に、第２のプレート２２６の第１および第２の偏光部分２２７，２２８は、また、一般に、同一平面で第２のプレート２２６をそれぞれ半分に分割する。

　従って、図３に示す構成によれば、移相干渉素子２２０の第１の部分２３２は、中立板２２４が第１の偏光部分（＋π／４（rad））２２７と重なる移相干渉素子２２０の一部に対応する。同様に、第２の部分２３４は、第１の偏光部分（＋π／４（rad））２２７と重なる１／４波長板２２３に対応する。これに対し、第３の部分２３６は、第２の偏光部分２２８（−π／４（rad））と重なる中立板２２４に対応し、一方、第４の部分２３８は、第２の偏光部分２２８（−π／４（rad））と重なる中立板２２３に対応する。

　特に、図３に示す例において、第１および第２のプレート２２２，２２６は、第１のプレート２２２のそれぞれの部分２２３，２２４が第２のプレート２２６の第１および第２の偏光部分２２７，２２８に垂直になるように構成される。

　その結果、図３に示す移相干渉素子２２０において、そして図４に示されるように、第１の部分２３２、中立板２２４および第１の偏光部分（＋π／４（rad)）２２７において、同位相の成分が干渉する、すなわち、参照波面１２４と対象波面１２８の間の０（rad）成分が移相干渉素子２２０上に入射し、インタフェログラム６００ａを発生させる。これに対し、第２の部分２３４、１／４波長板２２３および第１の偏光部分（＋π／４（rad)）２２７において、同位相の直交成分が混ざって干渉する、すなわち、入射参照波面１２４と対象波面１２８の間のπ／２（rad）成分がインタフェログラム６００ｂを発生させる。第１および第２の部分２３２，２３４の両方に対して、第３の部分２３６、中立板２２４および第２の偏光部分（−π／４（rad））２２８に関しては、位相不一致の成分が混ざって干渉する、すなわち、入射参照波面１２４と対象波面１２８の間のπ（rad）成分がインタフェログラム６００ｃを発生させる。最後に、第４の部分２３８、１／４波長板２２３および第２の偏光部分（−π／４（rad））２２８に関しては、位相不一致の直交成分が混ざって干渉する、すなわち、参照波面１２４と対象波面１２８の間の３π／２（rad）成分がインタフェログラム６００ｄを発生させる。

　米国特許6,034,330に開示されているように、検出アレイ２４０の撮像エリアを最大にすることが好ましい。従って、検出アレイ２４０の撮像エリアを最大化するために、空間分離されたインタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄで照明される検出アレイ２４０の表面エリアの一部は、最大化されるべきである。よって、米国特許6,034,330に開示されている多重移相画像発生装置２００において、検出アレイ２４０の撮像エリアを最大化するために、移相干渉素子２２０が検出アレイ２４０の活性表面に近接してまたは実質上活性表面上に置かれることが好ましい。検出アレイ２４０を用いて実質的に瞬時に複数の空間分離された移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄを検出することによって、制御システム１７０は、検査対象物１３０全体を瞬時に測定することができる。さらに、空間分離された移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄの全てを瞬時に検出することによって、対象物１３０の表面を通してまたは亘って空間的に入射対象波面１２８を個々にスキャンする必要がない。

　図５に示すように、撮像サブ波面２５０，２６０，２７０，２８０は、検出アレイ２４０の表面に亘って互いに空間的に分離される。しかしながら、１つ以上の光学入力部１３５、波面スプリッティング素子２１０、および／または出力レンズ（存在するならば）は、検出アレイ２４０の表面に入射した各撮像されたサブ波面２５０，２６０，２７０，２８０、すなわち各移相インタフェログラム６００ａ〜６００ｄが、図５に示すように、少なくとも１つの他のサブ波面に近接しまたは実質的に接触するように、構成される。例えば、図５に示すように、サブ波面２５０は、実質的にサブ波面２６０および２７０に接触し、一方サブ波面２６０は、実質的にサブ波面２５０および２８０に接触し、サブ波面２７０は、実質的にサブ波面２５０および２８０に接触し、サブ波面２８０は、実質的にサブ波面２７０および２６０に接触する。

　さらに、図５に示すように、波面スプリッティング素子２１０によって生成された半径の角変位βは、その角変位βがπ／２（rad）になり４つの画像の全てが放射相称になるように構成される。そのようなものとして、各サブ波面２５０，２６０，２７０，２８０は、波面スプリッティング素子２１０から検出アレイ２４０の表面への独立した光学経路に従う。理想的には、それぞれの独立した光学経路は、他の光学経路のそれぞれと実質的に同じ長さを有する。従って、複数のサブ波面２５０，２６０，２７０，２８０は、実質的に同時に検出アレイ２４０の表面に到達する。

　図５に示すように、検出アレイ２４０は、各サブ波面２５０，２６０，２７０，２８０が、移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄのように、それぞれ名目上合同に撮像される区分可能な部分２４２，２４４，２４６，２４８を有するように考慮することができる。特に、図５に示すように、米国特許6,034,330に開示されている波面スプリティング素子２１０および移相干渉素子２２０が多重移相発生機構１４００として使用されるとき、各部分２４２〜２４８は、検出アレイ２４０内で互いに間隔があけられる。

　従って、米国特許6,034,330に開示されている多重位相変位干渉画像情報６００の公知例の結果、対象物１３０に対する測定値を求めるために画素を比較するとき、検出アレイ２４０の各部分２４２〜２４８における広く分離された画素が比較される必要がある。例えば、第１の部分２４２における与えられた画素２４３に関して、第２〜第４の部分２４４〜２４８における対応する位置にある画素２４５，２４７および／または２４９が、それぞれ、比較される必要がある。

　上述したように、公知の波面スプリッティング素子２１０は、図１および図２に示すように、公知の移相干渉素子２２０との組み合わせにおいて、干渉計１００が使用されるとき、非同相誤差である他の干渉計においての多数の誤差を同相誤差に変換する。しかしながら、図２に示すように、波面スプリティング素子２１０は、各サブ波面２５０，２６０，２７０，２８０間の適当な発散および空間を得るための十分な距離を移相干渉素子２２０から離す必要がある。さらに、米国特許6,034,330において認められているように、波面スプリッティング素子２１０から移相干渉素子２２０までのサブ波面２５０，２６０，２７０，２８０の経路長は、理想的には、同じにしなければならない。

　しかしながら、これらの経路長が理想的に同じであるという要求は、誤差の新たな源を持ち込む。すなわち、サブ波面２５０，２６０，２７０，２８０の経路に影響を与えないいかなる回転および／または平行移動も、同等に、これらの経路の経路長を変化させる。一般に、これは、関連する空間分離移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄにおける異なる合焦状態を招き、そして／または、検出アレイ上の空間分離移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄの様々な部分の相対位置における移動を招き、これが誤差を導く。例えば、第１の部分２４２における与えられた画素２４３に関して、図５に関して上述したように、第２〜第４の部分２４４〜２４８において対応する位置にある画素２４５，２４７および／または２４９は、それぞれ、もはや対象物１３０の同じ部分に正確に対応せず、その結果、もはや正確に比較可能ではない。これは、換言すれば、検出アレイ２４０から信号線１７２を経た画像データ出力から制御システム１７０によって生成された測定値へ、誤差を持ち込む。

　同様に、サブ波面２５０，２６０，２７０，２８０の関連する空間分離移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄは、検出アレイ２４０の表面に亘って互いに離されているから、サブ部分２４２，２４４，２４６，２４８の１つによって生成された与えられた強度値に対する出力信号振幅の、他のサブ部分２４２，２４４，２４６または２４８の１つによるその出力に対する変化は、誤差の源を持ち込む。

　従来技術において公知であるように、ＣＣＤアレイ、Ｃ−ＭＯＳに基づいたアレイなどの半導体撮像装置に関しては、２つの隣接する画素が、ほぼ同じの入力強度と出力信号振幅の間の応答曲線すなわち伝達関数を有する。しかしながら、従来技術において公知であるように、そのような半導体撮像装置に関して、画素２４３，２４５，２４７および２４９などのアレイ内で著しく離された画素が、著しく異なる入力強度と出力信号振幅の間の応答曲線すなわち伝達関数を有する。

　従って、これは、検出アレイ２４０によって生成された画像データから、誤差を制御システム１７０によって生成された測定値に持ち込む。さらに、空間分離移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄの比較可能領域間で変化する様々な光行差を持ち込むことなく、図２〜図５を参照して上述した機能を提供する波面スプリティング素子２１０を含む多重移相画像発生装置２００を作ることは困難かつ／または高価である。

　図２〜図５に示される素子および操作を参照して上述した様々な誤差および困難性は、多重移相発生機構１４００および位相変位干渉画像情報６００が空間分離された波面すなわち空間分離移相インタフェログラムを検出サブシステム７００の分離部分すなわち表面に分配する範囲でいかなるシステムにも生じる同様の誤差および困難性の例となる。

　非同相誤差のこれらの新たな源を認識するのに加えて、多重位相変位干渉画像情報が検出サブシステム７００における小さい領域内で多重移相に提供され得る範囲で、これらおよび他の誤差が減少し、そして理想的には排除されることが求められた。これは、各サブ波面２５０，２６０，２７０，２８０を分配することと対照的であり、従って、それぞれの区分可能な空間分離移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄが、独立した光路を経て、検出サブシステム７００を具体化する検出アレイ２４０の分離部分に分配される。

　言い換えれば、米国特許6,034,330に開示されているサブ波面２５０，２６０，２７０，２８０などの空間的に分離されたサブ波面のいくつか、および多重位相変位干渉画像情報６００におけるそれらの空間分離移相インタフェログラムが、多重位相変位干渉画像情報６００に含まれるいくつかの位相に対して減少されるならば、これらの非同相誤差減に関連する少なくともいくつかの誤差が排除され、そして／または同相誤差に変換されることが求められた。いずれの場合も、これは、関連測定における誤差量を減少させるのに貢献する。

　例えば、空間分離移相インタフェログラム６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄの組み合わせによって生成された多重位相変位干渉画像情報を保持し、その上、多重位相変位干渉画像情報に含まれる少なくともいくつかの位相に対する光路の少なくともいくつかがもはやＱ₀〜Ｑ₃および検出サブシステム７００の表面に亘って離れていないように波面スプリティング素子２１０を改造または排除すると、これらの非同相誤差源を排除しそして／または同相誤差源に変換することができる。いずれの場合も、これは、信号線１７２を経て検出サブシステム７００によって出力された画像から制御システム１７０によって生成された測定値において、誤差量を減少させ、または理想的には、誤差を生成しないことに貢献する。

　図６は、本発明による高密度移相アレイ素子４１０の第１の実施の形態の一部を示す。図６（ａ）に示す高密度移相アレイ素子４１０は、本発明による移相撮像素子の第１および第２の実施の形態３０００，４０００に関して以下に述べるように、多重移相発生機構１４００の様々な実施の形態において使用可能である。本発明による実施の形態３０００，４０００および同様の移相撮像素子は、図２〜図５に示す多重移相画像発生装置２００に代えて、さらに一般的には、図１を参照して述べた多重移相画像発生部１６００において使用可能である。

　図６は、さらに、図６（ｂ）に示す高密度移相アレイ素子４２０の第２の実施の形態の一部を示し、この高密度移相アレイ素子４２０は、本発明による移相撮像素子の第１および第２の実施の形態３０００，４０００において使用可能であり、第１および第２の実施の形態３０００，４０００は、換言すれば、多重移相画像発生装置２００に代えて、さらに一般的には、図１を参照して述べた多重移相画像発生部１６００において使用可能である。

　図６に示すように、高密度移相アレイ素子４１０および４２０の第１および第２の実施の形態は、それぞれ、複屈折材から形成された「可変厚さ」タイプの相対遅延アレイである。高密度移相アレイ素子４１０，４２０の第１および第２の実施の形態においては、相対遅延アレイの複屈折材の速軸および遅軸が遅延アレイを通して一様に向けられる。相対遅延アレイの「厚さパターン」の各部における厚さは、遅軸に平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の光の成分が速軸に平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の光の成分に比して相対的に遅延される量を決定する。

　光の与えられた波長に関して、相対遅延アレイの一部を通過した様々な偏光された光の成分の間の相対的な遅延は、様々な偏光された光の成分の間の相対的位相変化として特徴付けることができる。従って、相対遅延アレイの一部を通過した偏光された光の成分間のそのような相対的遅延は、代わりに、相対的遅延、相対的位相変化として、または単に相対的位相変化または移相として呼ぶことができる。そのような用語は、前後のまたは関連の記述によって示されるにも拘らず、一般に、以下の同じ意味を有する。

　用語「速軸」および「遅軸」は、ここでは主に、相対的な意味で使用される。すなわち、ここで使用されるように、速軸は、遅軸として作用する軸の有効な屈折率より小さい有効な屈折率を有する軸である。様々な実施の形態において、速軸および遅軸は、いくつかの分野において厳密な意味で速軸および遅軸と呼ばれる特定の結晶軸などと合わせられる。しかしながら、より一般的には、本発明の原理に従う操作的に有効な「速軸」および「遅軸」を提供するように働くいかなる材料の軸も、ここで使用されるとき、それぞれ、用語の速軸および遅軸の範囲に含まれる。

　図６に示すように、様々な実施の形態において、図６（ａ）に示す高密度移相アレイ素子４１０の第１の実施の形態は、低次数のクォーツ波長板などの複屈折基板４１２を用いて形成される。複屈折基板４１２は、表面４１９および速軸４１８を有する。図示していない遅軸は、速軸４１８に直交し、表面４１９に平行である。図６に示すように、高密度移相アレイ素子４１０の第１の実施の形態の複屈折基板４１２は、複屈折基板４１２の遅軸と平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分が複屈折基板４１２の速軸と平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分に対して、波長の整数倍分遅延されるような、公称厚さＴ₀を有する。

　図６に示すように、様々な実施の形態において、図６(ｂ)に示す高密度移相アレイ素子４２０の第２の実施の形態は、また、低次数のクォーツ波長板などの複屈折基板４２２を用いて形成される。複屈折基板４２２は、表面４２９および速軸４２８を有する。図６に示すように、高密度移相アレイ素子４２０の第１の実施の形態の複屈折基板４２２は、複屈折基板４２２の遅軸と平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分が複屈折基板４２２の速軸と平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分に対して、波長の整数倍に波長の１／４が加えられた分遅延されるような、公称厚さＴ₉₀を有する。

　従って、高密度移相アレイ素子４１０の各部分Ｐ₀は、公称厚さＴ₀を有する。その結果、高密度移相アレイ素子４１０の第１の実施の形態の各部分Ｐ₀は、波面１２９の成分間で正味の相対位相変化を生成しない。すなわち、各部分Ｐ₀は、ここで慣習的に使用され、添字「０」によって示されるように、波面１２９の成分間でゼロ（rad）位相変化を生成する。これに対し、高密度移相アレイ素子４２０の各部分Ｐ₉₀は、公称厚さＴ₉₀を有する。すなわち、基板４２２は、名目上１／４波長板である。その結果、高密度移相アレイ素子４２０の第２の実施の形態の各部分Ｐ₉₀は、ここで慣習的に使用され、添字「９０」によって示されるように、波面１２９の成分間でπ／２（rad）の相対位相変化を生成する。

　図６に示すように、高密度移相アレイ素子４１０，４２０の第１および第２の実施の形態は、基板４１２，４２２に刻まれた凹部のアレイを含む。図６に示すように、凹部は、長方形である。しかしながら、より一般的には、様々な実施の形態において、凹部の形状は、検出サブシステム７００の検出アレイの画素または画素群の形状および本発明による移相アレイ撮像素子３０００，４０００または同様のものにおいて使用される関連信号処理に対応する使用可能な形状とすることができる。

　様々な実施の形態において、凹部は、基板４１２または４２２の名目上の表面に対して可能な限り垂直な側で刻まれる。このようなエッチングは、リアクティブイオンエッチングまたは他の方法によって達成される。図６に示すように、高密度移相アレイ素子４１０，４２０の第１および第２の実施の形態の凹部は、以下に詳述するように、複屈折基板４１２における１／２波長板の厚さに対応する寸法を有する深さに刻まれる。従って、基板４１２，４２２に刻まれている凹部に関して、凹部によって生成された相対位相変化は、速軸および遅軸に沿った偏光された波面成分に対して、エッチングされていないエリアによって生成された相対位相変化とπ（rad）異なる。

　すなわち、図６に示すように、凹部において基板４１２は、複屈折基板４１２の遅軸と平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分が複屈折基板４１２の速軸と平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分に対して、波長の整数倍に波長の１／４が加えられた分遅延されるような、厚さＴ₁₈₀を有する。高密度移相アレイ素子４１０の各部分Ｐ₁₈₀は、公称厚さＴ₁₈₀を有する。すなわち、基板４１２の各凹部は、名目上１／２波長板に対応する。その結果、高密度移相アレイ素子４１０の第１実施の形態の各部分Ｐ₁₈₀は、ここで慣習的に使用され、添字「１８０」によって示されるように、波面１２９の成分間でπ（rad）の相対位相変化を生成する。高密度移相アレイ素子４１０の第１実施の形態のこれらのπ（rad）の移相部分Ｐ₁₈₀は、公称厚さＴ₁₈₀を有し、０（rad）の部Ｐ₀に対してπ（rad）異なる位相変化を生成する。

　同様に、凹部において基板４２２は、複屈折基板４２２の遅軸と平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分が複屈折基板４２２の速軸と平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分に対して、波長の整数倍に波長の１／４が加えられた分遅延されるような、厚さＴ₂₇₀を有する。高密度移相アレイ素子４２０の各部分Ｐ₂₇₀は、公称厚さＴ₂₇₀を有する。すなわち、基板４２２の各凹部は、名目上３／４波長板に対応する。その結果、高密度移相アレイ素子４２０の第２実施の形態の各部分Ｐ₂₇₀は、ここで慣習的に使用され、添字「２７０」によって示されるように、波面１２９の成分間で３π／２（rad）の相対位相変化を生成する。高密度移相アレイ素子４２０の第２の実施の形態のこれらの３π／２（rad）の移相部分Ｐ₂₇₀は、公称厚さＴ₂₇₀を有し、π／２（rad）の部Ｐ₉₀に対してπ（rad）異なる位相変化を生成する。

　図６に示すように、様々な実施の形態において、０およびπ／２（rad）の移相部分Ｐ₀およびＰ₉₀は、それぞれ、第１および第２の基板４１２，４２２の表面４１９，４２９の表面によって形成される。πおよび３π／２（rad）の移相部分Ｐ₁₈₀およびＰ₂₇₀は、それぞれ、複屈折基板４１２，４２２における１／２波長板の厚さに対応するエッチング深さ寸法で、第１および第２の基板４１２，４２２をエッチングすることによって形成される。様々な実施の形態において、そのエッチング深さ寸法は、第１および第２の基板４１２，４２２のそれぞれに対して、０次１／２波長板の厚さに対応する。しかしながら、第１および第２の基板４１２，４２２のいずれかの一方のエッチング深さ寸法は、０次１／２波長板の厚さの奇数倍に対応する。

　様々な実施の形態において、厚さＴ₀は、厚さＴ₁₈₀より小さい。同様に、厚さＴ₉₀は、厚さＴ₂₇₀より小さい。このような場合、πおよび３π／２（rad）の移相部分Ｐ₁₈₀およびＰ₂₇₀は、それぞれ、第１および第２の基板４１２，４２２の表面４１９，４２９の表面によって形成される。０およびπ／２（rad）の移相部分Ｐ₀およびＰ₉₀は、それぞれ、複屈折基板４１２，４２２における１／２波長板の厚さに対応するエッチング深さ寸法で、第１および第２の基板４１２，４２２をエッチングすることによって形成される。

　図６に示すように、高密度移相アレイ素子４１０の第１の実施の形態は、パターン４１１で表面４１９に亘って分散された交互に並ぶ第１すなわち０（rad）移相部分Ｐ₀および第２すなわちπ（rad）移相部分Ｐ₁₈₀を含む。特に、図６に示すように、第１および第２の移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀のパターン４１１は、高密度移相アレイ素子４１０の第１の実施の形態の水平および垂直方向の両方に交互に並ぶ。これは、第１および第２の移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀の格子縞模様の配置を生成する。様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４１０の第１の実施の形態が本発明による図７，８，１０および１１に示される検出装置３０００，４０００のそれぞれに組み込まれるとき、第１および第２の移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀の格子縞模様は、検出サブシステム７００を実施するのに用いられる検出装置７１０の一部の全体表面エリアを実質的に覆うように広がる。

　同様に、図６に示すように、高密度移相アレイ素子４２０の第２の実施の形態は、パターン４２１で表面４２９に亘って分散された交互に並ぶ第１すなわちπ／２（rad）移相部分Ｐ₉₀および第２すなわち３π／２（rad）移相部分Ｐ₂₇₀を含む。特に、図６に示すように、第１および第２の移相部分Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀のパターン４２１は、高密度移相アレイ素子４２０の第２の実施の形態の水平および垂直方向の両方に交互に並ぶ。これは、第１および第２の移相部分Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀の格子縞模様の配置を生成する。様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４２０の第２の実施の形態が本発明による図７，８，１０および１１に示される検出装置３０００，４０００のそれぞれに組み込まれるとき、第１および第２の移相部分Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀の格子縞模様は、検出サブシステム７００を実施するのに用いられる検出装置７１０の一部の全体表面エリアを実質的に覆うように広がる。

　図６に示す高密度移相アレイ素子４１０および４２０の実施の形態において、第１および第２の複屈折基板４１２，４２２の速軸４１８，４２８は、それぞれ、表面４１９，４２９に対して垂直である平面上にある。様々な実施の形態において、速軸４１８，４２８は、０およびπ（rad）移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀とπ／２および３π／２（rad）移相部分Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀との垂直な縁に対して平行である。しかしながら、様々な実施の形態において、速軸４１８，４２８は、混ぜ合わされた波面１２９の偏光された成分の相対的な方向性および他の関連する設計要素によって、様々な移相部分の水平な縁と平行に、これらの縁に対してπ／２（rad）で、または他の操作可能な方向にある。高密度移相アレイ素子４１０および４２０の第１および第２の実施の形態において、速軸４１８，４２８は、それぞれ、第１および第２の基板４１２，４２２全体を通して固定されかつ一定であり、移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀は、第１および第２の基板４１２，４２２内の加工された厚さを制御可能に変えることによって得られる。

　高密度移相アレイ素子４１０および４２０の第１および第２の実施の様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀は、公知または後に開発される製作方法によって形成される。そのような方法は、限定されることはないが、パターン蒸着またはコーティングなどの材料付加方法、パターンエッチングなどの材料除去方法、マイクロ成形、マイクロエンボス加工などの材料置換方法を含む。特に、唯一の製作要求は、移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀が高密度アレイで製作されることである。具体的には、以下に詳述するように、移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀の寸法が、光学検出アレイの１つの画素または小さい画素群の寸法に近づくことができる必要がある。本発明による様々な実施の形態において、図６に示すように、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀のアレイが、複屈折材から形成される第１および第２の基板４１２，４２２内で異なる厚さを有するパターン領域を生成するエッチングまたは他の方法によって実現される。

　特に、各基板４１２，４２２が、薄膜形成などに用いられる方法などの適当な公知または後に開発される方法によって覆い隠される。従って、第１、第２、第３および第４の移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀のパターン４１１，４２１は、リアクティブイオンエッチングまたは他の方法など、適切な公知のまたは後に開発される方法によって、基板４１２，４２２の表面４１９，４２９に刻まれる。前述したように、様々な実施の形態において、移相部分Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀は、それぞれ、複屈折基板４１２，４２２に、１／２波長板の厚さに対応するエッチング深さ寸法で刻まれる。例えば、基板４１２，４２２として代表的な商業的に有用なクォーツ波長板を使用する様々な実施の形態において、移相部分Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀に対する表面４１９，４２９から３５ミクロンの公称エッチング深さは、６３３ｎｍの波長を有するレーザ波面を放射するレーザ光源に対して適切である。

　図６に示すように、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀の複製方向は、水平および垂直に配置される。しかしながら、より一般的には、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀の複製方向は、本発明による多重移相発生機構の他の要素との組み合わせにおいて、完全に制御可能でかつ選択可能である。様々な実施の形態において、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀は、同じサイズおよび形状であり、検出サブシステム７００の検出アレイの同じ部分を覆う。

　様々な実施の形態において、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀は、検出サブシステム７００の検出アレイの整数の画素に亘って広がる。様々な実施の形態において、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀の境界は、検出アレイの画素間の境界と合わせられる。従って、このような実施の形態において、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀の各対または組は、高密度移相アレイ素子４１０，４２０の第１および第２の実施の形態内のユニットセルと対応する検出サブシステム７００の検出アレイを規定する。極端には、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀のそれぞれは、対応する検出サブシステム７００の検出アレイのそれぞれの単一の画素と関連付けられ調整される。

　第１の高密度移相アレイ素子４１０の０およびπ（rad）の移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀と、第２の高密度移相アレイ素子４２０のπ／２および３π／２（rad）の移相部分Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀とをグループ化することは、ある同相のオフセット誤差を削除しようとするときにはより適切であるが、そうでなければ、いくらか任意である。すなわち、これは、本発明による高密度移相アレイ素子に使用可能な様々な移相グループ化におけるいくつかの基礎的な制限のために、行われない。従って、高密度移相アレイ素子は、代わりに、０およびπ／２（rad）の移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀を含むことができ、一方、他の高密度移相アレイ素子は、代わりに、πおよび３π／２（rad）の移相部分Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀を含むことができる。よって、本発明による移相撮像素子の様々な実施の形態において、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀の他の組み合わせは、高密度移相アレイ素子において実現され、本発明による高密度移相アレイ素子の少なくともいくつかの効果および利点が提供されるであろう。

　図７および図８は、本発明による移相撮像素子３０００の一例を示す。図７に示すように、移相撮像素子３０００は、本発明による多重移相発生機構１４００の第１の実施の形態および本発明による検出サブシステム７００の第１の実施の形態を含み、検出サブシステム７００の第１の実施の形態は、検出装置７１０ａ，７１０ｂを含む。図７および図８に示す実施の形態において、多重移相発生機構１４００は、本発明による１対の高密度移相アレイ素子４１０，４２０を組み込む。多重移相発生機構１４００は、また、ビームスプリッタ３１０および２つの偏光素子５１０ａ，５１０ｂを含む。

　米国特許6,034,330に開示され図２〜図５を参照して述べた移相画像発生装置２００は、第１の部分２２２の１／４波長板２２３および空白すなわち中立板２２４の２つの「移相」部分と、第１の＋π／４（rad）の偏光部２２７および第２の−π／４（rad）の偏光部２２８の２つの異なる方向の偏光器とを使用し、空間的に分離されている４つの干渉画像を生成する。これに対し、本発明による第１の例の移相撮像素子３０００は、交互配置された部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀および交互配置された部分Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀の４つの移相部分すなわち高密度移相アレイ素子４１０，４２０の部分と、偏光素子５１０ａ，５１０ｂの同一の有効な方向性を有する２つの偏光器とを使用し、異なる位相を有する２つの交互配置された干渉画像部分をそれぞれ含む２つの干渉画像を生成する。

　図７および図８に示すように、この第１の実施の形態において、第１の高密度移相アレイ素子４１０および第１の偏光素子５１０ａは、第１の方向に沿ってビームスプリッタ３１０に隣接する。この第１の方向に沿って、多重移相発生機構１４００は、検出装置７１０ａとの境界で、多重位相変位干渉画像情報６１０を発生する。第２の高密度移相アレイ素子４２０および第２の偏光素子５１０ｂは、第２の方向に沿ってビームスプリッタ３１０に隣接する。この第２の方向に沿って、多重移相発生機構１４００は、検出装置７１０ｂとの境界で、多重位相変位干渉画像情報６２０を発生する。しかしながら、高密度移相アレイ素子４１０，４２０は、それぞれ、第１および第２の方向に沿って位置する必要はない。すなわち、高密度移相アレイ素子４１０，４２０は、代わりに、移相撮像素子３０００の動作原理を実質的に変えることなく、それぞれ、第１および第２の方向に沿って位置することができる。

　図７および図８に示すように、混ぜ合わされた波面１２９は、光学入力部１３５’によって伝送される。光学入力部１３５’に関連する様々な設計考慮は、図２４〜図２７を参照してさらに以下に述べられる。伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、参照波面１２４および対象波面１２８を含む。伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、ビームスプリッタ３１０を通過し、ビームスプリッタ３１０は、混ぜ合わされた波面１２９を２つのそれぞれの混ぜ合わされたサブ波面すなわち複製されたもの１２９ａ，１２９ｂに分離する。ビームスプリッタ３１０の作用によって、サブ波面すなわち複製されたもの１２９ａ，１２９ｂは、互いに鏡像である。しかしながら、適切な信号処理で、この違いは重要ではない。さらに、様々な実施の形態において、この違いは利点でさえある。サブ波面１２９ａは、第１の方向に沿って第１の高密度移相アレイ素子４１０および偏光素子５１０ａに導かれて検出装置７１０ａに至る。これに対し、サブ波面１２９ｂは、第２の方向に沿って第２の高密度移相アレイ素子４２０および偏光素子５１０ｂに導かれて検出装置７１０ｂに至る。

　前述したように、高密度移相アレイ素子４１０の０（rad）の移相部分Ｐ₀およびπ（rad）の移相部分Ｐ₁₈₀は、混ぜ合わされたサブ波面１２９ａを備える０（rad）およびπ（rad）で直交に偏光された２つのサブ波面の成分１２４ａ，１２８ａ間の相対位相を変えるように製作される。従って、第１の方向に沿って導かれたサブ波面１２９ａが第１の高密度移相アレイ素子４１０によって伝送されるとき、第１の高密度移相アレイ素子４１０の格子縞パターン４１１は、混ぜ合わされたサブ波面１２９ａにおいて、パターン４１１に対応する空間的に交互配置された格子縞移相パターンを生成する。格子縞移相パターン４１１において、２つの直交偏光されたサブ波面成分１２４ａ，１２８ａは、相対的に、部分Ｐ₀に対応する０（rad）および部分Ｐ₁₈₀に対応するπ（rad）によって移相される。

　格子縞移相パターン４１１を含む第１の高密度移相アレイ素子４１０を通過する混ぜ合わされたサブ波面１２９ａは、偏光素子５１０ａ上に導かれる。偏光素子５１０ａは、混ぜ合わされたサブ波面１２９ａの直交偏光されたサブ波面成分１２４ａ，１２８ａの同位相成分を伝送するように方向付けられている。その結果、多重位相変位干渉画像情報６１０は、０（rad）の移相部分Ｐ₀およびπ（rad）の移相部分Ｐ₁₈₀の格子縞パターンに対応する高空間周波数で交互配置された第１の「０（rad）」干渉部分と第２の「π（rad）」干渉部分の、パターン４１１に対応する、格子縞パターンを含む。

　同様に、第２の高密度移相アレイ素子４１０のπ／２（rad）の移相部分Ｐ₉₀および３π／２（rad）の移相部分Ｐ₂₇₀は、混ぜ合わされたサブ波面１２９ｂを備えるπ／２（rad）および３π／２（rad）で直交偏光された２つのサブ波面の成分１２４ｂ，１２８ｂ間の相対位相を変えるように製作される。従って、第２の方向に沿って導かれたサブ波面１２９ｂが第２の高密度移相アレイ素子４２０によって伝送されるとき、第２の高密度移相アレイ素子４２０の格子縞パターン４２２は、混ぜ合わされたサブ波面１２９ｂにおいて、パターン４２１に対応する空間的に交互配置された格子縞移相パターンを生成するように作用する。格子縞移相パターン４２１において、２つの直交偏光されたサブ波面成分１２４ｂ，１２８ｂは、相対的に、部分Ｐ₉₀に対応するπ／２（rad）および部分Ｐ₂₇₀に対応する３π／２（rad）によって移相される。

　格子縞移相パターン４２１を含む第２の高密度移相アレイ素子４２０を通過する混ぜ合わされたサブ波面１２９ｂは、偏光素子５１０ｂ上に導かれる。偏光素子５１０ｂは、混ぜ合わされたサブ波面１２９ｂの直交偏光されたサブ波面成分１２４ｂ，１２８ｂの同位相成分を伝送するように方向付けられている。その結果、多重位相変位干渉画像情報６２０は、π／２（rad）の移相部分Ｐ₉₀および３π／２（rad）の移相部分Ｐ₂₇₀の格子縞パターンに対応する高空間周波数で交互配置された第１の「π／２（rad）」干渉部分と第２の「３π／２（rad）」干渉部分の、パターン４２１に対応する、格子縞パターンを含む。

　様々な実施の形態において、第１および第２の高密度移相アレイ素子４１０，４２０のパターン化された表面４１９，４２９は、それぞれ、対応する検出装置７１０ａ，７１０ｂに向けられている。この場合、サブ波面１２９ａ，１２９ｂは、それぞれ、第１および第２の高密度移相アレイ素子４１０，４２０のエッチングされていないすなわち「平面」側に入射し、第１および第２の偏光素子５１０ａ，５１０ｂ上のパターン化された表面４１９，４２９を経て射出する。

　様々な実施の形態において、第１および第２の高密度移相アレイ素子４１０，４２０のパターン化されたすなわちエッチングされた表面４１９，４２９は、それぞれ、偏光素子５１０ａ，５１０ｂに突き合わされる。様々な実施の形態において、第１および第２の偏光素子５１０ａ，５１０ｂは、別個の偏光素子である。しかしながら、様々な他の実施の形態において、偏光素子５１０ａ，５１０ｂは、それぞれ、対応する検出装置７１０ａ，７１０ｂに最も近接する第１および第２の高密度移相アレイ素子４１０，４２０の表面上に直接製作するようにしてもよい。従って、様々な実施の形態において、偏光素子５１０ａおよび／または５１０ｂの構造および／または機能は、対応する第１および／または第２の高密度移相アレイ素子４１０，４２０と合併しかつ／または区別できない。パターン化された表面４１９，４２９が対応する検出装置７１０ａ，７１０ｂに最も近接する実施の形態において、パターン化された表面４１９，４２９は、偏光素子５１０ａ，５１０ｂに適用されるならば、薄膜および半導体処理分野において公知の平坦化技術によって、平坦化されてもよい。

　様々な実施の形態において、平坦化は、高密度移相アレイ素子４１０または４２０の基板の名目上の屈折率に合致する屈折率を有し、非結晶そうでなければ遅延効果を欠く光学材で様々な移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀を塗りつぶすことを含む。様々な実施の形態において、表面４１９，４２９が平坦化されるとき、移相材を除去することを避けることが注意される。これは、移相アレイ素子４１０および／または４２０の表面４１９および／または４２９の全体に亘って中立光学材の薄膜を残すことによって達成される。移相アレイ素子４１０および／または４２０がそれぞれ分離した偏光素子５１０ａ，５１０ｂと結合される様々な実施の形態において、適切な光学指数を有する光学等級の接着剤は、パターン化された表面４１９，４２９を塗りつぶすことと、移相アレイ素子４１０および／または４２０のパターン化された表面４１９，４２９を偏光素子５１０ａ，５１０ｂとそれぞれ結合することの両方に用いることができる。

　様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４１０，４２０は、本発明による高密度移相アレイ素子４１０，４２０の移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀間の縁と一致する遮光材の１組の「バリアストリップ」を含む。一般に、バリアストリップは、高密度移相アレイ素子４１０，４２０の移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀間のエッチングされた側壁の傾斜部分を塞ぐのに十分な幅を有する。

　これらの実施の形態において、バリアストリップは、また、多重位相変位干渉画像情報６１０，６２０の特定の干渉部分から意図されない検出素子すなわち画素への望まれない漏れを防止するのに十分な広さを有する。例えば、そのような漏れは、本発明による第１の例の移相撮像素子３０００の製作および組み立て時に、アライメント公差によって生じる。

　様々な実施の形態において、偏光素子５１０ａ，５１０ｂは、ワイヤ格子偏光素子であり、これらは、図１８〜図２２に関して以下に述べるようなものであって、それぞれ、対応する検出装置７１０ａまたは７１０ｂに最も近接する、第１および第２の高密度移相アレイ素子４１０，４２０の平面上に直接作られる。そのような実施の形態において、特に、ワイヤ格子偏光素子の製作に用いられる薄膜ステップ中に、バリアストリップの組を形成することは容易である。

　様々な他の実施の形態において、偏光素子５１０ａおよび／または５１０ｂ、および／またはバリアストリップは、それぞれ、検出装置７１０ａ，７１０ｂの表面上に直接作られてよい。偏光素子５１０ａ，５１０ｂがワイヤ格子偏光素子であるとき、薄い絶縁層が、検出装置７１０ａまたは７１０ｂの活性部分とワイヤ格子偏光器の素子との間に使用されるべきである。従って、様々な実施の形態において、偏光素子５１０ａおよび／または５１０ｂと検出装置７１０ａおよび／または７１０ｂの構造および機能は、それぞれ、合併される。

　様々な実施の形態において、製作のそれぞれの方法に関係なく、移相アレイ素子４１０，４２０のパターン化された表面４１９，４２９は、検出装置７１０ａ，７１０ｂに向けられ、偏光素子５１０ａ，５１０ｂに突き合わされている。様々な実施の形態において、偏光素子５１０ａ，５１０ｂは、検出装置７１０ａ，７１０ｂの近傍において、多重位相変位干渉画像情報６１０および／または６２０の焦点深度に対して薄い。様々な実施の形態において、偏光素子５１０ａ，５１０ｂは、偏光素子５１０ａ，５１０ｂがそれぞれ薄膜絶縁層すなわち無視可能な空隙などによって検出装置７１０ａ，７１０ｂの検出素子の表面から分離されるように、それぞれの検出装置７１０ａ，７１０ｂに突き合わされる。

　そのような突合せ例において、様々な移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀および対応する検出装置７１０ａまたは７１０ｂの検出素子間の最良の配置調整は、容易にされ、隣接する検出素子または画素間の異なるそれぞれの移相の干渉光の漏れは、減少され、そして、理想的には、最小化される。さらに、第１および第２の偏光素子５１０ａ，５１０ｂの偏光機構によって分散または回折される光は、主に、隣接する画素によって限定され、そして平均化され、その結果、捕らえられた多重位相変位干渉画像情報６１０および／または６２０を乱さないであろう。

　様々な実施の形態において、それぞれの製作方法に関係なく、偏光素子５１０ａ，５１０ｂ、高密度移相アレイ素子４１０，４２０、検出装置７１０ａ，７１０ｂおよびビームスプリッタ３１０は、互いに有効に接着または結合され、図７に示す移相撮像素子３０００のようなモノリシック移相撮像素子を形成する。本発明による様々な実施の形態において、各混ぜ合わされたサブ波面１２９ａ，１２９ｂの有効光路長の各部分が可能な限り同様に、理想的には等しくなるように、同じ偏光素子５１０ａ，５１０ｂ、高密度移相アレイ素子４１０，４２０およびビームスプリッタ３１０を製作することは、有利である。

　移相撮像素子３０００の第１の実施の形態において、参照波面１２４および対象波面１２８は、図８に示す直交する鉛直および水平方向１３２Ａ，１３３Ａに沿って偏光される。この実施の形態において、それぞれの移相アレイ素子４１０または４２０の複屈折材基板の速軸４１８，４２８は、図６に示すように、鉛直方向に向けられ、偏光素子５１０ａ，５１０ｂは、それぞれ、例えば直交する鉛直および水平方向１３２Ａ，１３３Ａに対してπ／２（rad）の位置にある偏光方向５１２Ａを有する。その結果、偏光素子５１０ａは、第１の高密度移相アレイ素子４１０を通過する格子縞移相パターンにおける混ぜ合わされたサブ波面１２９ａの直交偏光されたサブ波面成分１２４ａ，１２８ａの同一位相成分を伝送し干渉させ、多重位相変位干渉画像情報６１０を生成する。同様に、偏光素子５１０ｂは、第２の高密度移相アレイ素子４２０を通過する格子縞移相パターンにおける混ぜ合わされたサブ波面１２９ｂの直交偏光されたサブ波面成分１２４ｂ，１２８ｂの同一位相成分を伝送し干渉させ、多重位相変位干渉画像情報６２０を生成する。

　特に、多重位相変位干渉画像情報６１０は、「Ｑ₀」および「Ｑ₂」干渉部分の格子縞パターンを含む。「Ｑ₀」干渉部分は、第１の高密度移相アレイ素子４１０および偏光素子５１０ａのゼロ（rad）の移相部分Ｐ₀を通過するサブ波面成分１２４ａ，１２８ａ間のゼロ（rad）の相対位相変位に対応する。「Ｑ₂」干渉部分は、第１の高密度移相アレイ素子４１０および偏光素子５１０ａのπ（rad）の移相部分Ｐ₁₈₀を通過するサブ波面成分１２４ａ，１２８ａ間のπ（rad）の相対位相変位に対応する。

　従って、多重位相変位干渉画像情報６１０内の「Ｑ₀」および「Ｑ₂」干渉部分は、高密度移相アレイ素子４１０のパターン４１１に対応する高空間周波数での格子縞パターン上に交互配置される。ある意味では、「Ｑ₀」および「Ｑ₂」干渉部分のこの格子縞パターンは、図４に示すＱ₀象限２３２およびＱ₂象限２３６の高密度交互配置に対応し、検出装置７１０ａの表面上に単一の画像として伝送される。

　多重位相変位干渉画像情報６１０の「Ｑ₀」および「Ｑ₂」干渉部分と同様に、多重位相変位干渉画像情報６２０は、「Ｑ₁」および「Ｑ₃」干渉部分の格子縞パターンを含む。「Ｑ₁」干渉部分は、第２の高密度移相アレイ素子４２０および偏光素子５１０ｂのπ／２（rad）の移相部分Ｐ₉₀を通過するサブ波面成分１２４ｂ，１２８ｂ間のπ／２（rad）の相対位相変位に対応する。これに対し、「Ｑ₃」干渉部分は、第２の高密度移相アレイ素子４２０および偏光素子５１０ｂの３π／２（rad）の移相部分Ｐ₂₇₀を通過するサブ波面成分１２４ｂ，１２８ｂ間の３π／２（rad）の相対位相変位に対応する。

　従って、多重位相変位干渉画像情報６２０内の「Ｑ₁」および「Ｑ₃」干渉部分は、高密度移相アレイ素子４２０のパターン４２１に対応する高空間周波数での格子縞パターン上に交互配置される。ある意味では、「Ｑ₁」および「Ｑ₃」干渉部分のこの格子縞パターンは、図４に示すＱ₁象限２３４およびＱ₃象限２３８の高密度交互配置に対応し、検出装置７１０ｂの表面上に単一の画像として伝送される。

　サブ波面すなわち「複製されたもの」１２９ａおよび１２９ｂは、上述したように、互いに鏡像であり、多重位相変位干渉画像情報６１０および多重位相変位干渉画像情報６２０は、同様に、対象物１３０に関するそれらの情報内容に関して互いに鏡像である。しかしながら、適切な信号処理で、この違いは、重要ではなく、様々な実施の形態において、利点でさえある。

　移相撮像素子３０００の第２の実施の形態において、参照波面１２４および対象波面１２８は、図８に示す直交する方向１３２Ｂ，１３３Ｂに沿って偏光される。特に、直交する偏光方向１３２Ｂ，１３３Ｂは、第１の実施の形態の水平および鉛直方向１３２Ａ，１３３Ａに対してπ／４（rad）回転されている。この第２の実施の形態において、それぞれの移相アレイ素子４１０または４２０の基板材の速軸４１８，４２８は、同様に、図６に示す鉛直方向に対してπ／４（rad）回転されているが、移相アレイ素子４１０，４２０は、その他の点では、構造上変更されていない。

　この第２の実施の形態において、偏光素子５１０ａ，５１０ｂは、それぞれ、例えば直交する鉛直および水平方向１３２Ｂ，１３３Ｂの間の半分の位置にある偏光方向５１２Ｂを有する。その結果、第１の実施の形態と同様に、偏光素子５１０ａは、第１の高密度移相アレイ素子４１０を通過する格子縞移相パターンにおける直交偏光されたサブ波面成分１２４ａ，１２８ａの同一位相成分を伝送し干渉させる。これに対し、偏光素子５１０ｂは、第２の高密度移相アレイ素子４２０を通過する格子縞移相パターンにおける直交偏光されたサブ波面成分１２４ｂ，１２８ｂの同一位相成分を伝送し干渉させる。

　従って、この第２の実施の形態は、実質的に、上述した移相撮像素子３０００の第１の実施の形態と同様の態様で動作する。その結果、様々な実施の形態において、移相撮像素子３０００の第２の実施の形態によって提供された多重位相変位干渉画像情報６１０および多重位相変位干渉画像情報６２０は、移相撮像素子３０００の第１の実施の形態に関して上述したと同じ格子縞パターンを含む。

　図７および図８に示すように、本発明による多重移相発生機構１４００の第１の実施の形態と例示的な移相撮像素子３０００は、それぞれ、モノリシックすなわち集積構造であり、図７および図８に示す様々な光路は、互いに独立していない。すなわち、出会う振動、他の回転および／または並進運動は、本質的に、等しく全ての光路に適用される。従って、そのような回転および／または並進運動によって生じた誤差は、同相誤差である。よって、そのような誤差は、制御システム１７０によって生成された測定値の精度に影響を与えない。

　さらに、Ｑ₀干渉部分と呼ばれる「０（rad）相対位相変位」干渉部分およびＱ₂干渉部分と呼ばれる「π（rad）相対位相変位」干渉部分は、検出装置７１０ａの表面に亘って高空間周波数格子縞パターンで交互配置される。その結果、様々な非同相誤差は、図２〜図５に示す多重移相画像発生装置２００２出現し、Ｑ₀およびＱ₂象限における移相インタフェログラム６００ａ，６００ｃの空間分離によって、減少され、理想的には排除される。すなわち、０（rad）およびπ（rad）位相変化干渉部分が検出装置７１０ａの全体に亘って各位置で互いに隣接するから、各位置がそれぞれの位置で０（rad）およびπ（rad）位相変化干渉部分における対象物１３０の一部の同じ部分を実質的に画像化すると仮定することができる。さらに、各位置の画素に関して、入射光強度から出力信号振幅へ至る伝達関数における不整合は、減少し、そして理想的には最小化される。従って、様々な実施の形態において、これらの要素に関連する誤差は減少しかつ／または最小化され、そして、多数の実施の形態において、理想的には、排除される。

　本発明による様々な実施の形態において、多重位相変位干渉画像情報６００が検出サブシステム７００上の小さい領域内の多重移相に与えられるから、そのような利点が生じる。言い方を変えれば、本発明による様々な実施の形態において、単一のサブ波面から生じる単一の画像が２つ以上の異なる相対位相変位のそれぞれに対する、画像全体に亘って交互配置される情報を含むから、そのような利点が生じる。本発明による様々な実施の形態において、同じ利点がＱ₁干渉部分と呼ばれる「π／２（rad）相対位相変位」干渉部分およびＱ₃干渉部分と呼ばれる「３π／２（rad）相対位相変位」干渉部分から引き出され、それぞれの干渉部分は、同様の理由で、検出装置７１０ｂの表面に亘って高空間周波数格子縞パターンで交互配置される。

　本発明による多重移相発生機構１４００の第1の実施の形態および例示的な移相撮像素子３０００は、単一のサブ波面から引き出された単一の画像のみから生じる相対的な位相変位干渉情報の２つの異なる位相を提供する。同様に、本発明による多重移相発生機構１４００の第1の実施の形態および例示的な移相撮像素子３０００は、単一のそれぞれのサブ波面からそれぞれ引き出された２つの空間分離された画像のみから生じる相対的な位相変位干渉情報の４つの異なる位相を提供する。

　様々な実施の形態において、移相撮像素子３０００の部品は、混ぜ合わされたサブ波面１２９ａ，１２９ｂの光路長が実質的に等しくなることを保証するように、選択されて組み立てられる。従って、光学入力部１３５’の焦点、絞り、および／または倍率特性などは、検出装置７１０ａ，７１０ｂで同じ画像効果を生成する。

　さらに、様々な実施の形態において、検出装置７１０ａ，７１０ｂは、適合したセットして選択され、そして／または、２つの検出装置７１０ａ，７１０ｂ間の画素の比較可能な検出素子の出力を一致させるように較正される。２つの検出装置７１０ａ，７１０ｂを使用することは、それぞれのサブ波面１２９ａ，１２９ｂの画像が単一の同サイズの検出装置の空間分離された領域に結像されるなら、両画像すなわち多重位相変位干渉画像情報６１０，６２０が取得可能なものより大きくなることを許容する。移相撮像素子３０００の利用可能な信号および空間分解能が結果的に改良される。

　しかしながら、この実施の形態は、名目上の画像光強度における違いおよび／または入力光強度から出力信号振幅へ至る伝達関数における不整合が、異なる検出装置７１０ａ，７１０ｂの比較可能な検出素子すなわち画素間に出現するという一部不利な点を有する。そのような違いによって、いくつかの残りの非同相誤差が制御システム１７０によって生成された測定値に関連する操作の全てではないが、いくつかにおいて残る。これらの残存誤差は、２つの検出装置を適合させ、そして／または較正する上述した様々な実施の形態において減少される。

　図９は、本発明による高密度移相アレイ素子４３０の第３の実施の形態の一部を示す。図９に示す高密度移相アレイ素子４３０は、本発明による移相撮像素子の第１および第２の実施の形態３０００，４０００のそれぞれに関して上述しそして以下に述べるように、多重移相発生機構１４００の様々な実施の形態において、使用可能である。図９は、さらに、図９（ｂ）および図９（ｃ）において、多重移相アレイ素子４５０と取り替え可能な本発明による高密度移相アレイ素子４５０の第５の実施の形態の一部と高密度移相アレイ素子４４０の第４の実施の形態の一部を示す。

　高密度移相アレイ素子４３０，４５０は、本発明による移相アレイ撮像素子の第１および第２の実施の形態３０００，４０００のそれぞれにおいて使用可能である。実施の形態３０００，４０００および本発明による同様の移相撮像素子は、図２〜図５に示す多重移相画像発生装置２００に代えて、より一般的には、図１を参照して述べた多重移相画像発生部１６００において使用可能である。

　図９に示すように、様々な実施の形態において、図９（ａ）に示す高密度移相アレイ素子４３０の第３の実施の形態は、ゼロ移相基板４３２を用いて形成される。様々な実施の形態において、ゼロ移相基板４３２は、アモルファス材または他の非複屈折材を用いて形成することができ、基板４３２の基板厚さＴ_Sは、所望の値にすることができる。しかしながら、様々な実施の形態において、基板４３２の厚さＴ_Sが、複屈折基板４３２の遅軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分が速軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分に対して波長の整数倍遅延されるようなものにする必要があり、基板４３２の遅軸が操作可能に調整されてその材料層４３３以下に述べるように動作する必要があるという条件で、複屈折材が用いられる。

　高密度移相アレイ素子４３０は、さらに、表面４３９を含む複屈折材層４３３を含む。特に、複屈折材層４３３は、以下に詳述するように、選択的にパターン化された速軸を有することができる複屈折材から形成される。図９（ａ）に示すように、高密度移相アレイ素子４３０の第３の実施の形態の複屈折材層４３３は、名目上の厚さＴ’₁₈₀を有する。厚さのＴ’₁₈₀によって、複屈折材層４３３の遅軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分が、必要に応じて、複屈折材層４３３の速軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分に対して、半波長に整数倍の波長が加えられた分遅延される。図９（ａ）に示すように、複屈折材層４３３は、格子縞パターン４３１に配置された０（rad）移相部分Ｐ₀₍₄₅₎およびπ（rad）移相部分Ｐ_180(V)を含む。

　複屈折材層４３３の各部分Ｐ₀₍₄₅₎は、名目上の厚さＴ’₁₈₀を有する。各部分Ｐ₀₍₄₅₎は、例示的な「REFERNCE」および「OBJECT」の直交成分および図９（ａ）に示す実施の形態における各部分Ｐ₀₍₄₅₎に示される代表的な調整ラインによって示されるように、その部分における複屈折材層４３３の速軸が混ぜ合わされた波面１２９の直交成分の要求された操作方向に対してπ／４（rad）で向けられるように製作される。これらの相対的な方向で、高密度移相アレイ素子４３０の第３の実施の形態の部分Ｐ₀₍₄₅₎は、等しく、直交成分を遅延させ、よって、波面１２９の成分間で正味の相対位相変位を生成しない。

　すなわち、各部分Ｐ₀は、添え字「０」によって示されるように、波面１２９の成分間でゼロ（rad）の相対位相変位を生成する。付加された添え字「（45）」は、「可変速軸」移相アレイ素子の部分を示すために使用され、複屈折材層の対応する部分における速軸の相対方向が「π／４rad（４５度）」であることを示す。

　複屈折材層４３３の各部分Ｐ_180(v)は、名目上の厚さＴ’₁₈₀を有する。各部分Ｐ_180(v)は、その部分における複屈折材層４３３の速軸が鉛直方向に向けられるように形成される。すなわち、各部分Ｐ_180(v)の速軸は、例示的な「REFERNCE」および「OBJECT」の直交成分および図９（ｂ）に示す実施の形態における各部分Ｐ_180(V)に示される代表的な調整ラインによって示されるように、混ぜ合わされた波面１２９の直交成分の鉛直方向に向けられた１つの要求された操作方向に対して平行である。これらの相対的な方向で、高密度移相アレイ素子４３０の第３の実施の形態の部分Ｐ_180(V)において、複屈折材層４３３のその部分における遅軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の水平成分は、混ぜ合わされた波面１２９の鉛直成分に対して、半波長すなわちπ（rad）位相分遅延される。

　すなわち、各部分Ｐ_180(V)は、添え字「１８０」によって示されるように、波面１２９の成分間でπ（rad）の相対位相変位を生成する。付加された添え字「（V）」は、「可変速軸」移相アレイ素子の部分を示すために使用され、複屈折材層の対応する部分における速軸の相対方向が「鉛直」であることを示す。

　上述から、高密度移相アレイ素子４３０の第３の実施の形態の部分Ｐ₀₍₄₅₎およびＰ_180(V)は、多重位相変位干渉画像情報におけるそれらの正味の光学的効果に関して、高密度移相アレイ素子４１０の第１の実施の形態のＰ₀およびＰ₁₈₀に機能的に等しい。従って、本発明による移相撮像素子３０００，４０００の様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４３０，４１０は、名目上交換可能である。その結果、高密度移相アレイ素子４３０，４１０は、同様の設計考慮に従って採用され、同様に大きさが決められ、例えば、図７および図８を参照して上述したように、類似または同一の交互配置された移相画像情報を生成するように移相撮像素子３０００，４０００内に組み込まれる。

　図９（ｂ）に示す高密度移相アレイ素子４５０の第５の実施の形態は、上述した高密度移相アレイ素子４３０の第３の実施の形態に類似する方法で形成される。様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４５０は、基板４３２に関して前述した方法および寸法に従って製作された基板４５２を含む。高密度移相アレイ素子４５０は、同様に、表面４５９を含む複屈折材層４５３を含む。同様に、複屈折材層４５３は、以下に詳述するように、選択的にパターン化された速軸を有することができる複屈折材から形成される。

　図９（ｂ）に示すように、高密度移相アレイ素子４５０の第５の実施の形態の複屈折材層４５３は、名目上の厚さＴ’₉₀を有する。厚さＴ’₉₀によって、複屈折材層４５３の遅軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分が、必要に応じて、複屈折材層４５３の速軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分に対して、半波長に整数倍の波長が加えられた分遅延される。図９（ｂ）に示すように、複屈折材層４５３は、格子縞パターン４５１に配置されたπ／２（rad）移相部分Ｐ_90(V)および３π／２（rad）移相部分Ｐ_270(h)を含む。

　複屈折材層４５３の各部分Ｐ_90(V)は、名目上の厚さＴ’₉₀を有する。各部分Ｐ_90(V)は、その部分における複屈折材層４５３の速軸が鉛直方向に向けられるように製作される。すなわち、各部分Ｐ_90(V)の速軸は、例示的な「REFERNCE」および「OBJECT」の直交成分および図９（ｂ）に示す実施の形態における各部分Ｐ_90(V)に示される代表的な調整ラインによって示されるように、混ぜ合わされた波面１２９の直交成分の鉛直方向に向けられた１つの要求された操作方向に対して平行である。

　これらの相対的な方向で、高密度移相アレイ素子４５０の第５の実施の形態の部分Ｐ_90(V)において、複屈折材層４５３のその部分における遅軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の水平成分は、混ぜ合わされた波面１２９の鉛直成分に対して、１／４波長すなわちπ／２（rad）位相分遅延される。すなわち、各部分Ｐ_90(V)は、添え字「９０」によって示されるように、波面１２９の成分間でπ／２（rad）の相対位相変位を生成する。付加された添え字「（V）」は、上述したように、「可変速軸」移相アレイ素子の部分を示すために使用され、複屈折材層の対応する部分における速軸の相対方向が「鉛直」であることを示す。

　複屈折材層４５３の各部分Ｐ_270(h)は、名目上の厚さＴ’₉₀を有する。各部分Ｐ_270(h)は、その部分における複屈折材層４５３の速軸が水平方向に向けられるように製作される。すなわち、各部分Ｐ_270(h)の速軸は、例示的な「REFERNCE」および「OBJECT」の直交成分および図９（ｂ）に示す実施の形態における各部分Ｐ_270(h)に示される代表的な調整ラインによって示されるように、混ぜ合わされた波面１２９の直交成分の水平方向に向けられた１つの要求された操作方向に対して平行である。これらの相対的な方向で、高密度移相アレイ素子４５０の第５の実施の形態の部分Ｐ_270(h)において、複屈折材層４５３のその部分における遅軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の鉛直成分は、混ぜ合わされた波面１２９の水平成分に対して、１／４波長すなわちπ／２（rad）位相分遅延される。

　これは、多重位相変位干渉画像情報におけるそれらの正味の光学的効果に関して、混ぜ合わされた波面１２９の鉛直成分に対して、水平成分を３π／２（rad）位相分遅延させることに機能的に等しい。従って、各部分Ｐ_270(V)は、実質的に、添え字「２７０」によって示されるように、波面１２９の成分間で３π／２（rad）の相対位相変位を生成する。付加された添え字「（h）」は、「可変速軸」移相アレイ素子の部分を示すために使用され、複屈折材層の対応する部分における速軸の相対方向が「水平」であることを示す。

　従って、上述から、高密度移相アレイ素子４５０の第５の実施の形態の部分Ｐ_90(V)およびＰ_270(h)は、高密度移相アレイ素子４２０の第２の実施の形態のＰ₉₀およびＰ₂₇₀に機能的に等しい。その結果、高密度移相アレイ素子４５０，４２０は、同様の設計考慮に従って採用され、同様に大きさが決められ、例えば、図７および図８を参照して上述したように、類似または同一の交互配置された移相画像情報を生成するように移相撮像素子３０００，４０００内に組み込まれる。

　図９（ｃ）に示す高密度移相アレイ素子４４０の第４の実施の形態は、高密度移相アレイ素子４４０が名目上の厚さＴ₉₀を有する複屈折基板４４２を要求することを除いて、上述した高密度移相アレイ素子４３０の第３の実施の形態に類似する方法で形成される。厚さＴ₉₀によって、複屈折基板４４２の遅軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分が、必要に応じて、複屈折基板４４２の速軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分に対して、１／４波長に整数倍の波長が加えられた分遅延される。矢印４４８は、図９（ｃ）に示す実施の形態における基板速軸方向を示し、高密度移相アレイ素子４４０の構造および動作の次の記述に一致する。

　別の点では、高密度移相アレイ素子４４０は、同様に、表面４４９を含む複屈折材層４４３を含む。同様に、複屈折材層４４３は、以下に詳述するように、選択的にパターン化された速軸を有することができる複屈折材から形成される。図９（ｃ）に示すように、高密度移相アレイ素子４４０の第４の実施の形態の複屈折材層４４３は、名目上の厚さＴ’₁₈₀を有する。厚さのＴ’₁₈₀によって、複屈折材層４４３の遅軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分が、必要に応じて、複屈折材層４４３の速軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の成分に対して、半波長に整数倍の波長が加えられた分遅延される。図９（ｃ）に示すように、複屈折材層４４３は、格子縞パターン４４１に配置されたπ／２（rad）移相部分Ｐ₉₀₍₄₅₎および３π／２（rad）移相部分Ｐ_270(V)を含む。

　複屈折材層４４３の各部分Ｐ₉₀₍₄₅₎は、名目上の厚さＴ’₁₈₀を有する。各部分Ｐ₉₀₍₄₅₎は、例示的な「REFERNCE」および「OBJECT」の直交成分および図９（ｃ）に示す実施の形態における各部分Ｐ₉₀₍₄₅₎に示される代表的な調整ラインによって示されるように、その部分における複屈折材層４４３の速軸が混ぜ合わされた波面１２９の直交成分の要求された操作方向に対してπ／４（rad）で向けられるように製作される。

　これらの相対的な方向で、高密度移相アレイ素子４４０の第４の実施の形態の部分Ｐ₉₀₍₄₅₎は、等しく、混ぜ合わされた波面１２９の直交成分を遅延させる。よって、各部分Ｐ₉₀₍₄₅₎は、それ自身では、混ぜ合わされた波面１２９の正味の移相を生成しない。しかしながら、厚さＴ₉₀を有する複屈折基板４４２がいずれに位置においても混ぜ合わされた波面１２９の水平成分のπ／２（rad）の遅延を生成するから、各部分Ｐ₉₀₍₄₅₎は、添え字「９０」によって示されるように、波面１２９の成分間でπ／２（rad）の相対位相変位を有する伝送光を生成する。付加された添え字「（４５）」は、前述した意味を有する。

　複屈折材層４４３の各部分Ｐ_270(V)は、名目上の厚さＴ’₁₈₀を有する。各部分Ｐ_270(V)は、その部分における複屈折材層４４３の速軸が鉛直に向けられるように製作される。すなわち、各部分Ｐ_270(V)の速軸は、例示的な「REFERNCE」および「OBJECT」の直交成分および図９（ｃ）に示す実施の形態における各部分Ｐ_270(V)に示される代表的な調整ラインによって示されるように、混ぜ合わされた波面１２９の直交成分の鉛直方向に向けられた１つの要求された操作方向に対して平行である。

　これらの相対的な方向で、高密度移相アレイ素子４４０の第４の実施の形態の部分Ｐ_270(V)において、複屈折材層４４３のその部分における遅軸に対して平行に偏光された混ぜ合わされた波面１２９の水平成分は、さらに、混ぜ合わされた波面１２９の鉛直成分に対して、１／２波長すなわちπ（rad）位相分遅延される。厚さＴ₉₀を有する複屈折材層４４３がいずれの位置でも、混ぜ合わされた波面１２９の水平成分のπ／２（rad）の遅延を生成するから、よって、部分Ｐ_270(V)は、添え字「２７０」によって示されるように、波面１２９の成分間で合計３π／２（rad）の相対位相変位を有する伝送光を生成する。付加された添え字「（Ｖ）」は、前述した意味を有する。

　従って、上述から、高密度移相アレイ素子４４０の第４の実施の形態の部分Ｐ₉₀₍₄₅₎および部分Ｐ_270(V)は、高密度移相アレイ素子４５０の第５の実施の形態の部分Ｐ_90(Ｖ)および部分Ｐ_270(h)に機能的に等しい。従って、高密度移相アレイ素子４４０，４５０は、同様の設計考慮に従って採用され、同様に大きさが決められ、例えば、図７および図８を参照して上述したように、類似または同一の交互配置された移相画像情報を生成するように移相撮像素子３０００，４０００内に組み込まれる。

　本発明による移相撮像素子の様々な実施の形態において、結果として生じた干渉測定値の精度および分解能は、混ぜ合わされた波面１２９の全ての光路長が名目上本発明による移相撮像素子を通して同じであるときに、向上される。「可変厚さ」の高密度移相アレイ素子４１０，４２０は、本質的に、異なる移相部分において異なる光路長を生成する。正確に等しい光路長が必要ならば、そのような実施の形態は、屈折率適合充填材などを用いた付加処理を要求する。これに対し、各「可変速軸」高密度アレイ素子４３０，４４０，４５０は、名目上、それぞれ、一定厚さの複屈折材層４３３，４４３，４５３を使用する。従って、高密度アレイ素子４３０，４４０，４５０は、それぞれ、付加処理の必要がなく、異なる移相部分において本質的に等しい光路長を提供する。

　複屈折材層４３３，４４３，４５３は、制御可能に変えそしてパターン化することができる速軸および／または遅軸を有する複屈折材を用いて形成することができる。

　様々な実施の形態において、層４３３，４４３，４５３は、「反応メソゲン（mesogens）」として知られている種類の材料を用いて形成される。様々な実施の形態において、反応メソゲンは、重合可能な液晶材料として本質的に反応する。一般に、反応メソゲン材層の様々な部分の速軸方位は、材料が様々な部分の速軸合せを調整する製造条件に直面するときに、反応メソゲン材層の様々な部分に適用される調整条件に依存するであろう。様々な公知の製作過程において、調整条件は、調整する領域の１つ以上の方向、調整する光偏光の方向、調整する表面の調整方向とすることができる。

　反応メソゲンなどの材料を用いることによって、様々な移相部分における異なる速軸方向のパターンを含む移相部分のアレイを生成することが可能である。すなわち、アレイの各特定部分が方位調整製造条件に直面した時点で、アレイの各特定の移相部分において特定の調整条件を適用することによって、そのような各特定の移相部分に関して、反応メソゲン材の分子の方向および速軸は、調整される。これは、米国特許6,055,103および5,073,294と、「”3D Display Systems Hardware Research at Sharp Laboratories of Europe: an update”，J. Harrold et al., Sharp Technical Journal, May 21, 1999」により詳細に述べられている。

　様々な他の実施の形態において、関連する技術を用いて、層４３３，４４３，４５３は、重合可能な液晶材料として本質的に振る舞う液晶ポリマ（ＬＣＰ）として知られている種類の材料を用いて形成される。これらは、線形光重合（ＬＰＰ）材の助けをかりて製作される。線形光重合は、液晶ポリマ（ＬＣＰ）の調整を可能にする光パターン化技術である。

　液晶ポリマ／線形光重合（ＬＰＰ／ＬＣＰ）素子は、光マスクを通した線形光重合の構成された光調整によって生成され、その結果、本発明による可変速軸高密度移相アレイ素子を製作するのに必要な調整情報を担持する高分解能の光パターン化された調整層を発生する。次の液晶ポリマ層は、調整情報を本発明によるパターン化された複屈折材層に変換する。これは、米国特許6,300,991、6,160,597および6,369,869と、「"Optical LPP/LCP Devices: A new Generation of Optical Security Elements", F. Moia et al., Proceedings of SPIE; Optical Security and Counterfeit Deterrence Techniques III, Vol. 3973, pp. 196-203, San Jose (CA), January 27-28, 2000」に詳細に述べられている。

　高密度移相アレイ素子４３０，４４０，４５０の第３，第４および第５の実施の形態の様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)に関して、層４３３，４４３，４５３内の速軸の方位は、層４３３，４４３，４５３を形成するのに用いられる可変速軸材の速軸の方位を制御する公知のまたは後に開発される方法によって形成される。特に、様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)は、高密度アレイに製作することができる。具体的には、様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)の寸法は、さらに以下に述べるように、光学検出アレイの１画素または小さい画素群の寸法に近づけることができる必要がある。本発明による様々な実施の形態において、様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)のアレイは、異なる方向に沿って様々な基板表面、被覆された基板表面、および／または複屈折材層４３３，４４３，４５３に対する操作可能な近似調整によって形成された調整層（図示せず）を磨くことによって実現される。

　代わりに、本発明による様々な実施の形態において、様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)のアレイは、様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)が重合されるとき、所望の方向に調整するための層４３３，４４３，４５３を形成するのに使用される材料をもたらす１つ以上の外部領域を連続して適用することによって実現される。例えば、材料層４３３においてパターン４３１を形成するために、第１の移相部分Ｐ₀₍₄₅₎は、第１の「π／４（rad）」の方位を有する外部の磁気的、電子的または偏光された光の領域を適用したとき、硬化刺激にこれらの部分を選択的に露出することによって形成することができる。そして、第２の移相部分Ｐ_180(V)は、第２の「鉛直」の方位を有する外部の磁気的、電子的または偏光された光の領域を適用したとき、硬化刺激にこれらの部分を選択的に露出することによって形成することができる。

　図９に示すように、様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)の複製方向は、水平方向および鉛直方向に配置される。しかしながら、より一般的には、様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)のそれぞれの複製方向は、完全に、本発明による多重移相発生機構の他の素子との組み合わせにおいて、制御可能で選択可能である。様々な実施の形態において、様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)は、同じサイズおよび形状であり、検出サブシステム７００の検出アレイの相当する部分を覆う。

　一般に、様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)は、検出アレイの整数の画素に亘って広がる。一般に、様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)の境界は、検出アレイの画素間の境界に合わせられる。従って、様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)の対または組は、高密度移相アレイ素子４３０，４４０，４５０の第３、第４および第５の実施の形態およびそれらの対応する検出アレイ内のユニットセルを定義する。極端には、様々な移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)，Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)，Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)は、対応する検出アレイのそれぞれの単一の画素に関連し、合わせることができる。

　図１０および図１１は、本発明による第２の例の移相撮像素子４０００を示す平面図である。図１０に概略的に示すように、移相撮像素子４０００は、本発明による多重移相発生機構１４００’の第２の実施の形態と、検出サブシステム７００’を含み、検出サブシステム７００’は、検出装置７１０ａ，７１０ｂを有する検出装置７１０’を含む。多重移相発生機構１４００’は、本発明による第１および第２の移相アレイサブ素子４１０’，４２０’を含む高密度移相アレイ素子４００’を組み込む。多重移相発生機構１４００’は、また、ビームスプリティング表面３１０’、反射面３１２ａ，３１２ｂおよび偏光素子５１０’を含む。

　図１１に示す実施の形態において、移相撮像素子４０００のビームスプリッティング面３１０’および反射面３１２ａ，３１２ｂは、下部ブロック半部３２０ａおよび上部ブロック半部３２０ｂを含む光学ブロックアセンブリ３２０によって提供される。上部および下部ブロック半部３２０ａ，３２０ｂは、公知のまたは後に開発されるビームスプリッタ製造方法に従って、非偏光ビームスプリッティング面３１０’で結合される。上部および下部ブロック半部３２０ａ，３２０ｂは、また、反射面３１２ａ，３１２ｂを提供または装着するように製作された端面または鏡装着面を有する。移相撮像素子４０００の残りの部品は、図示するように、光学ブロックアセンブリ３２０の反対側の端部に装着される。

　伝送された混ぜ合わされた波面１２９は光学ブロックアセンブリ３２０を通過し、ここで、ビームスプリッティング面３１０’は、混ぜ合わされた波面１２９を２つの混ぜ合わされたサブ波面すなわち「複製されたもの」１２９ａ’，１２９ｂ’に分離する。ビームスプリッティング面３１０’の作用によって、サブ波面すなわち「複製されたもの」１２９ａ’，１２９ｂ’は、互いに鏡像である。しかしながら、適切な信号処理で、この違いは重要ではない、すなわち様々な実施の形態において、利点でさえある。サブ波面１２９ａ’は、反射面３１２ａに導かれ、ビームスプリッティング面３１０’の一方の側の第１の光路に沿ってビームスプリッティング面３１０’と平行に反射される。これに対し、サブ波面１２９ｂ’は、反射面３１２ｂに導かれ、ビームスプリッティング面３１０’の他方の側の第２の光路に沿ってビームスプリッティング面３１０’と平行に反射される。

　点線３９０および実線３９１は、混ぜ合わされた波面１２９が移相撮像素子４０００を介して伝搬するとき、混ぜ合わされた波面１２９の異なる部分に対する第１および第２の例示的な光路を示す。移相撮像素子４０００の部品は、入力された混ぜ合わされた波面１２９の入射角に対する移相撮像素子４０００の方位と同様に、点線３９０および実線３９１によって示された例示的な光路の光路長の合計が実質的に等しくなるように配置される。混ぜ合わされた波面１２９が移相撮像素子４０００を介して伝搬するときの、混ぜ合わされた波面１２９の様々な部分の光路についても同様である。

　様々な実施の形態において、光学ブロックアセンブリ３２０は、混ぜ合わされた波面１２９が光学ブロックアセンブリ３２０の入力表面３１１に対してほぼ垂直である方向から到達されるように光学入力部１３５’に対して配置される。様々な他の実施の形態において、入力表面３１１は、意図的に、垂直な方向からわずかに離れる。これは、偽の反射および干渉縞を減少させようとするときに完全に垂直な入射より有利である。いずれの場合も、様々な実施の形態において、混ぜ合わされた波面１２９は、ビームスプリッティング面３１０’に対して名目上π／４（rad）の入射角で伝搬する。そのような実施の形態において、上部および下部ブロック半部３２０ａ，３２０ｂの端面は、ビームスプリッティング面３１０’と平行である仮想平面３１４に対してπ／８（rad）の角度３１３で各反射面３１２ａ，３１２ｂを提供するように製作される。

　図１０および図１１に示すように、高密度移相アレイ素子４００’は、第１および第２の移相アレイサブ素子４１０’，４２０’を含む。様々な実施の形態において、第１および第２の移相アレイサブ素子４１０’，４２０’は、図１０および図１１に示すように、高密度アレイ素子４００’の一部である。

　そのような実施の形態において、高密度移相アレイ素子４００’の移相アレイサブ素子４１０’は、移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀または移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)を有する第１の移相アレイサブ素子４１０’を構成するように、第１の例の移相アレイ素子４１０または第３の例の移相アレイ素子４３０に関して上述したように製作される。同様に、高密度移相アレイ素子４００’の移相アレイサブ素子４１０’は、移相部分Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀、移相部分Ｐ₉₀₍₄₅₎，Ｐ_270(V)、または移相部分Ｐ_90(V)を有する第２の移相アレイサブ素子４２０’を構成するように、対応する第２の例の移相アレイ素子４２０、第４の例の移相アレイ素子４４０または第５の例の移相アレイ素子４５０のいずれかに関して上述したように製作される。

　様々な他の実施の形態において、第１および第２の移相アレイサブ素子４１０’，４２０’は、高密度移相アレイ素子４００’を形成するように、互いに隣接して置かれ、互いに突き合わされるなどの分離した部材である。代わりに、分離された第１および第２の移相アレイサブ素子４１０’，４２０’は、単一の機械部材として作用する高密度移相アレイ素子４００’を構成するように、接着剤、留め具などを用いて製作後に互いに結合することができる。そのような実施の形態において、第１および第２の移相アレイサブ素子４１０’，４２０’は、単一の機械部材として作用する高密度移相アレイ素子４００’を構成するように互いに結合される前に、第１〜５の例の移相アレイ素子４１０〜４５０に従って上述したように形成される。

　もちろん、これらの実施の形態において、第２の移相アレイサブ素子４２０’は、移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₈₀を含むことができ、一方、移相アレイサブ素子４１０’は、移相部分Ｐ₉₀，Ｐ₂₇₀を含むことができる。同様に、これらの実施の形態において、第１の移相アレイサブ素子４１０’および第２の移相アレイサブ素子４２０’は、上述した組合せと異なる、移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀の組み合わせを含むことができる。

　様々な実施の形態において、第１の移相アレイサブ素子４１０’、偏光素子５１０’の第１の部分および検出部７１０ａ’は、ビームスプリッティング面３１０’の一方の側における第１の光路に沿ってサブ波面１２９ａ’を受光し、処理するように並べられる。この第１の光路に沿って、多重移相発生機構１４００’は、検出部７１０ａ’との境界で多重位相変位干渉画像情報６１０’を発生する。同様に、第２の移相アレイサブ素子４２０’、偏光素子５１０’の第２の部分および検出部７１０ｂ’は、ビームスプリッティング面３１０’の他方の側における第２の光路に沿ってサブ波面１２９ａ’を受光し、処理するように並べられる。この第２の光路に沿って、多重移相発生機構１４００’は、検出部７１０ｂ’との境界で多重位相変位干渉画像情報６２０’を発生する。

　様々な実施の形態において、サブ波面１２９ａ’，１２９ｂ’は、様々な実施の形態のいずれかにおいて図７および図８に示す移相撮像素子３０００に関してサブ波面１２９ａ，１２９ｂについて上述したと同じ方法で、同様に番号が付された素子で受光され、処理される。特に、サブ波面１２９ａ’１２９ｂ’は、混ぜ合わされた波面１２９ａ’１２９ｂ’の偏光方向に関して同様に構成され方向付けられている同様に番号は付された素子で受光され、処理される。

　さらに、多重位相変位干渉画像情報６１０’，６２０’の構造は、様々な実施の形態のいずれかにおいて図７および図８に示す移相撮像素子３０００に関して上述したように多重位相変位干渉画像情報６１０，６２０の構造と類似または一致するであろう。様々な実施の形態において、検出部７１０ａ’，７１０ｂ’が機能的に検出部７１０ａ，７１０ｂに一致するとき、多重位相変位干渉画像情報６１０’，６２０’は、多重位相変位干渉画像情報６１０，６２０に一致する。

　いずれの場合でも、図７および図８に示す多重移相発生機構１４００および移相撮像素子３０００の様々な実施の形態の前述した特徴および利点の全ては、同様に、図１０および図１１に示す多重移相発生機構１４００’および移相撮像素子４０００の様々な実施の形態によって提供される。さらに、様々な実施の形態において、多重移相発生機構１４００’および移相撮像素子４０００は、高密度移相アレイ素子４００’が単一の「平面」素子として提供されるという点でさらなる利益を享受する。さらに、様々な実施の形態において、検出部７１０ａ’，７１０ｂ’は、単一の検出装置の一部であり、便利な組み立ておよび信号処理だけでなく、全ての比較可能な画素の利得特性などの間の本質的に改良された適合も提供する。その結果、様々な実施の形態において、コストおよび測定誤差の両方が、移相撮像素子４０００において、移相撮像素子３０００に比してさらに減少される。

　しかしながら、移相撮像素子３０００および移相撮像素子４０００の両方の様々な実施の形態は、「Smythe, R., et al, “Instantaneous Phase Measuring Interferometry”, Optical Engineering 23:4 (1984) 361-4」に開示されているように、図２〜図５に示す多重移相画像発生装置２００と、４つの分離された検出素子を使用する前述したシステムの両方に類似する、異なる相対位相変位を有する４つの干渉情報部分Ｑ₀〜Ｑ₃から生じる４つの分離された「位相変位信号」を提供する。しかしながら、移相撮像素子３０００，４０００の両方は、一般に、より簡単かつ／または少ない重要な部品を使用し、調整および組み立てがより容易であり、そして／またはより安定かつ簡素化し、一方、同時に従来のシステムにおいて見つけられた非同相誤差の少なくともいくつかを排除する。

　本発明による様々な実施の形態において、使用される信号処理およびソフトウェア方法は、米国特許6,034,330において述べられているそれらと類似する。特に、本発明による干渉計の様々な実施の形態において、４つの別個の「位相信号」は、レーザ光源１１０の１つ以上の異なる波長についてここで述べたように提供される。しかしながら、本発明による様々な実施の形態において、米国特許6,034,330に開示された式で処理された画素位置座標は、本発明による様々な実施の形態において提供される多重位相変位干渉画像情報６００の統合されたパターンに一致するように修正されるであろう。

　例えば、米国特許6,034,330の式（１０）は、多重位相変位干渉画像情報６００が図２〜図５に従って提供されるものに対応するとき、特定の（ｘ，ｙ）の位置での位相が比較可能な適合画素から以下の式（１）で計算されることを示す。

　　Φ(x,y)＝tan^-1{[I₃(x,y)-I₁(x,y)] / [I₀(x,y)-I₂(x,y)]}　　　　　　　　（１）
ここで、Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃は、検出アレイ２４０すなわち象限Ｑ₀，Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₃に入射する移相インタフェログラム６００ａ〜６００ｄのそれぞれの強度である。

　式（１）に関して、米国特許6,034,330における関連記述において、上述した図２〜図５に従って提供されるものに対応する多重位相変位干渉画像情報６００において４つの一致する「サブ波面画像」すなわちインタフェログラムがあることが理解される。その結果、各画像すなわちインタフェログラムにおける比較可能な画素は、これらの画像が単一の検出アレイまたは複数の検出アレイの異なる部分に結像されたかに拘わらず、一致する画像における「一致する画素アドレス」を有することが示される。その結果、１つ以上の検出器における比較可能な画素の実際のオフセットによる実際の信号処理アドレスの関連したオフセットは、「一致する画素アドレス」に組み込まれたと推定される。

　しかしながら、本発明によりそれぞれ移相撮像素子３０００または４０００の様々な実施の形態によって提供される多重位相変位干渉画像情報６００ａ’，６００ｂ’または６００ａ”，６００ｂ”の場合、式（１）内の第１のサブ式[I₃(x,y)-I₁(x,y)]に対応する多重位相変位干渉画像情報は、本発明による干渉情報部分Ｑ₃，Ｑ₁として、単一の画像６２０または６２０’において交互配置される。従って、「一致する画素アドレス」は、式（１）内の第１のサブ表記に対して適切でない。どちらかと言えば、多重位相変位干渉画像情報が干渉情報部分Ｑ₃，Ｑ₁を交互配置し、位置（ｘ，ｙ）を中心として置かれた２つの干渉情報部分Ｑ₃，Ｑ₁の隣接するブロックについて、干渉情報部分Ｑ₃，Ｑ₁が干渉情報部分Ｑ₃（ｘ，ｙ），Ｑ₁（ｘ，ｙ）として名目上認識される本発明の実施の形態に関して、上記第１のサブ式に匹敵する１つの式は、
[I_Q3(x,y)-I_Q1(x,y)]
となり、ここで、Ｉは、各干渉部分に対する画像強度値を示す。

　同様に、多重位相変位干渉画像情報が干渉情報部分Ｑ₀，Ｑ₂を交互配置し、位置（ｘ，ｙ）が中心として置かれた２つの干渉情報部分Ｑ₀，Ｑ₂の隣接するブロックについて、干渉情報部分Ｑ₀，Ｑ₂が干渉情報部分Ｑ₀（ｘ，ｙ），Ｑ₂（ｘ，ｙ）として名目上認識される本発明による様々な実施の形態において、上記式（１）内の第２のサブ式[I₀(x,y)-I₂(x,y)]は、
[I_Q0(x,y)-I_Q2(x,y)]
となる。

　各干渉部分が検出器上の１画素以上の組に対応すると、様々な実施の形態において、画像強度値Ｉは、画素の全体の組に対する平均または代表強度値を示す。従って、画素の全体の組は、「メタ画素」としてみなされる。様々な実施の形態において、そのようなメタ画素は、本発明に従って与えられた高密度偏光アレイ３３０の第１および第２の部分の広がりに対応する広がりを有し、そのようなメタ画素は、本発明の原理に従って使用可能な空間平均の１つの好ましい方法を提供する。

　様々な実施の形態において、個々の干渉部分は、４つの比較可能な近接する干渉部分と比較可能な干渉部分の４つの境界に対応する少なくとも４つの異なる（ｘ，ｙ）位置での測定値に包含される比較可能な干渉部分である。

　従って、米国特許6,034,330における式（１０）に匹敵する１つの全体式は、
　　Φ(x,y)＝tan^-1{[I_Q3(x,y)-I_Q1(x,y)]/[I_Q0(x,y)-I_Q2(x,y)]}　　　　　　　　　　（２）
となる。

　代わりに、行または列に沿った３つの隣接する干渉部分のブロックに関して、すなわち、位置（ｘ，ｙ）を中心に置かれたＱ₃−Ｑ₁−Ｑ₃，Ｑ₁−Ｑ₃−Ｑ₁，Ｑ₀−Ｑ₂−Ｑ₀，Ｑ₂−Ｑ₀−Ｑ₂などの干渉部分パターンに関して、次の代わりの式が使用可能である。

　　Φ(x,y)＝tan^-1{[I^ave _Q3(x,y)-I^ave _Q1(x,y)]/[I^ave _Q0(x,y)-I^ave _Q2(x,y)]}　　　　　　（３）
ここで、I^aveは、３つの隣接する干渉部分において１つまたは２つの様々な干渉部分があるかに拘わらず、各干渉部分に対するエリア平均画像強度値を示す。

　式（３）は、（ｘ，ｙ）の中央画素の各側にある画素を平均し、式（２）に現れる最小の勾配またはオフセット誤差を名目上取り除く。すなわち、式（３）による「匹敵する平均」は、理想的には（ｘ，ｙ）の中央位置に一致する名目上の空間位置を有する。

　上述した式に関して、様々な実施の形態において、多重位相変位干渉画像情報６１０，６２０または多重位相変位干渉画像情報６１０’，６２０’は、それぞれ、前述したように、互いに鏡像である。このような場合、（ｘ，ｙ）位置アドレス計画は、同様に、多重位相変位干渉画像情報６１０，６２０または多重位相変位干渉画像情報６１０’，６２０’においてそれぞれ鏡像である。「合同（ｘ，ｙ）位置アドレス」に対するそのような「鏡像」（ｘ，ｙ）位置アドレス計画は、潜在的な画像の鏡像構造を重要でないもの、すなわち本発明による様々な実施の形態において、利点でさえあるものにする。

　先の例と記述に基づいて、本発明によるこれらおよび他の実施の形態に使用可能である様々な変更および他の信号処理方法は、当業者には明らかであろう。

　本発明による様々な実施の形態において、米国特許6,034,330に記載された２つの波長すなわち「２つの色干渉分光法」信号処理および測定方法は、ここで述べた様々な実施の形態の様々な成分がいずれかの波長で操作可能であるように２つの波長が互いに十分に接近しているときに適用される。このような場合、米国特許6,034,330の式（１４）に匹敵する、対象物に対する距離または範囲を求めるための式は、
　　R(x,y)＝{[(l1l2)/4p(l1-l2)]x[Φl1(x,y)-Φl2(x,y)]}　　　　　　　　　　（４）
となる。

　ここで、l1およびl2は、２つの波長であり、Φl1(x,y)は、式（２），式（３）などに従って求められた第１の波長に対する位相測定値であり、Φl2(x,y)は、第２の波長に対する位相測定値である。

　図１２は、本発明による高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態の一部を示す。高密度移相アレイ素子４６０は、図１３に示す本発明による移相撮像素子の第３の実施の形態５０００に関して以下に述べるように、様々な部分において４つの異なる相対位相変位を生成し、多重移相発生機構１４００”の様々な実施の形態において使用可能である。

　説明のために、高密度移相アレイ素子４６０は、図６に示す高密度移相アレイ素子４１０，４２０の交互配置された組み合わせとして機能的にみなされる。図１２に示すように、様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態は、低次数のクォーツ波長板などの複屈折基板４６２を用いて形成される。複屈折基板４６２は、表面４６９および速い光軸すなわち速軸４６８を有する。複屈折基板４６２の名目上の厚さＴ₉₀は、同じ光学的効果を生成するように、高密度移相アレイ素子４２０の複屈折基板４２２の名目上の厚さＴ₉₀と同じ方法で決定される。すなわち、基板４６２は、名目上クォーツ波長板である。各部分Ｐ₉₀に対応する高密度移相アレイ素子４６０の各部分４６６ａは、名目上の厚さＴ₉₀を有する。その結果、高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態の部分Ｐ₉₀は、添え字「９０」によって示されるように、波面１２９の成分間のπ／２（rad）の相対位相変位を生成する。

　同様に、複屈折基板４６２の凹部４６６ｃの厚さＴ₂₇₀は、同じ光学的効果を生成するように、高密度移相アレイ素子４２０の複屈折基板４２２の部分Ｐ₂₇₀の厚さＴ₂₇₀と同じ方法で決定される。すなわち、基板４６２の凹部４６６ｃは、名目上の３／４波長板である。高密度移相アレイ素子４６０の各部分４６６ｃは、各部分Ｐ₂₇₀に対応し、名目上の厚さＴ₂₇₀を有する。その結果、高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態の部分Ｐ₂₇₀は、添え字「２７０」によって示されるように、波面１２９の成分間の３π／２（rad）の相対位相変位を生成する。

　複屈折基板４６２の凹部４６６ｂの厚さＴ₁₈₀は、同じ光学的効果を生成するように、高密度移相アレイ素子４２０の複屈折基板４２２の部分Ｐ₁₈₀の厚さＴ₁₈₀と同じ方法で決定される。すなわち、基板４６２の凹部４６６ｂは、名目上の１／２波長板である。高密度移相アレイ素子４６０の各部分４６６ｂは、各部分Ｐ₁₈₀に対応し、名目上の厚さＴ₁₈₀を有する。その結果、高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態の部分Ｐ₁₈₀は、添え字「１８０」によって示されるように、波面１２９の成分間のπ（rad）の相対位相変位を生成する。

　複屈折基板４６２の凹部４６６ｄの厚さＴ₀は、同じ光学的効果を生成するように、高密度移相アレイ素子４２０の複屈折基板４２２の厚さＴ₀と同じ方法で決定される。すなわち、基板４６２の凹部４６６ｄは、名目上の全波長板に対応する。高密度移相アレイ素子４６０の各部分４６６ｄは、各部分Ｐ₀に対応し、名目上の厚さＴ₀を有する。その結果、高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態の部分Ｐ₀は、添え字「０」によって示されるように、波面１２９の成分間の０（rad）の相対位相変位を生成する。

　図１２に示すように、高密度移相アレイ素子４６０の各部４６６ａは、各部分Ｐ₉₀に対応し、基板４６２の表面４６９の一部である。各部４６６ｂ〜４６６ｄは、各部分Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀，Ｐ₀に対応し、それぞれ、前述したように、Ｔ₁₈₀，Ｔ₂₇₀，Ｔ₀を生成しそして／または対応する３つの別個の深さで基板４６２に形成される凹部である。従って、高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態は、表面部分と、パターン４６１に対応する基板４６２の表面４６９に形成される凹部とのアレイを含み、パターン４６１は、移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀に対応する。

　様々な実施の形態において、凹部は、図６に示す高密度移相アレイ素子４１０，４２０を参照して前述したように、エッチングによって形成される。より一般的には、高密度移相アレイ素子４６０は、公知または後に開発される製作方法によって形成される。特に、唯一の製造要求は、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀を高密度アレイ上に製作することができる。具体的には、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀の寸法は、さらに以下に述べるように、光学検出アレイの１画素または小グループ画素の寸法に近づけることができる必要がある。

　図１２に示すように、部分４６６ｂ〜４６６ｄを形成するのに用いられる凹部および部分４６６ａを形成するのに用いられる表面４６９の残りのエリアは、矩形である。しかしながら、より一般的には、様々な実施の形態において、表面４６９の凹部および残りの部分の形状は、本発明による移相撮像素子３０００，４０００などに使用される検出サブシステム７００および関連信号処理の検出アレイの１画素または画素群の形状に対応する使用可能な形状とすることができる。

　高密度移相アレイ素子４６０の様々な部分４６６ａ〜４６６ｄは、基板４６２における１／４移相差板の厚さに対応するステップによって変化する厚さを有する。従って、様々な他の実施の形態において、移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀に対応する表面部分および凹部のアレイのそれぞれの名目上のエッチング深さまたは平面は、基板４６２における１／４波長板の厚さに対応する１つ以上のステップによって様々な部分４６６ａ〜４６６ｄの厚さの全てを増加しまたは減少させることに相当する様々な置換で製作される。上述または以下に述べることに基づいて、他の代わりの変形および適切な形態は、当業者にとって明らかであろう。

　図１２に示すように、様々な実施の形態において、表面４６９は、部分４６６ａ〜４６６ｄをエッチングすることによって形成される表面４６９の凹部に埋め込まれる平面層４６４で覆われる。平面層４６４が設けられる場合、平面層４６４は、基板４６２に入射する波面１２９に対して厚さ依存性の移相を適用せず、複屈折基板４６２の名目上の屈折率に適合する屈折率を有することができる材料から形成することができ、その結果、高密度移相アレイ素子４６０を通した様々な光路の光路長がより同じように、または理想的には、等しくなる傾向がある。しかしながら、様々な実施の形態において、平面層４６４は、省略される。

　図１２に示すように、高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態は、パターン４６１で表面４６９に亘って分散された４つの近接した移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀を含む。特に、図１２に示すように、パターン４６１は、第１〜第４の移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀の繰り返し交互配置を生成する。様々な実施の形態において、図１３に示す本発明による移相撮像素子の第３の実施の形態５０００に関して以下に述べたように、高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態が多重移相発生機構１４００’の様々な実施の形態に組み込まれるとき、第１〜第４の移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀の交互配置パターンは、検出サブシステム７００を実現するのに使用される検出装置７１０の表面領域の全体を実質的に覆うように広がる。

　図６に示すように、第１〜第４の移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀のそれぞれの複製方向は、水平および鉛直方向に配置される。しかしながら、より一般的には、第１〜第４の移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀のそれぞれの複製方向は、第１〜第４の移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀の様々なパターンにおいて、本発明による多重移相発生機構に対する信号処理で、完全に制御可能で選択可能である。様々な実施の形態において、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀は、同じサイズおよび形状であり、検出サブシステム７００の検出アレイの相当する部分を覆う。

　様々な実施の形態において、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀は、検出サブシステム７００の検出アレイの整数の画素に亘って覆うであろう。様々な実施の形態において、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀の境界は、検出アレイの画素間の境界と一直線に並べられる。従って、そのような実施の形態において、様々な移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀の各組は、高密度移相アレイ素子４６の第６の実施の形態内のユニットセルと対応する検出アレイを規定する。極端には、様々な移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀は、対応する検出アレイの別個の単一の画素に関連付けそして一直線に並べることができる。

　図１２に示すように、複屈折基板４６２の速軸４６８は、基板４６９に対して垂直な面にある。様々な実施の形態において、速軸４６８は、移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀の鉛直な縁に対して平行である。しかしながら、様々な他の実施の形態において、速軸４６８は、様々な移相部分の水平縁と平行に、またはこれらの縁に対してπ／４（rad）で、または他の操作可能な方位にあり、混ぜ合わされた波面１２９の偏光された成分のそれぞれの方位および他の関連設計要素に依存する。高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態において、速軸４６８は、固定され、基板４６２全体を通して一定であり、移相部分は、基板４３２内の製作厚さを制御可能に変えることによって得られる。

　前述したように、様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４６０の様々な部分４６６ａ〜４６６ｄは、基板４６２における１／４波長板の厚さに対応するステップで変わる厚さを有する。例えば、代表的な商業的に有用なクォーツ波長板を基板４６２として使用する様々な実施の形態において、１７．５マイクロの厚さステップは、波長６３３ｎｍの波長を有するレーザ波面を照射するレーザ源に好適である。

　一般に、複屈折材の速軸に沿って偏光された光成分の位相Φ_fastと複屈折材の遅軸に沿って偏光された光成分の位相Φ_slow間の相対位相変位は、

となる。

　ここで、Φ_fast−Φ_slowは相対位相変位、ｔは複屈折材の厚さ、λは光成分の波長、ｎ_slowは遅軸に沿った複屈折材の屈折率、ｎ_fastは速軸に沿った複屈折材の屈折率、βは材料の複屈折すなわち速軸および遅軸に沿った複屈折材の屈折率間の差である。

　従って、様々な複屈折基板および／または複屈折材層を使用する本発明による様々な実施の形態において使用可能な様々な厚さおよび／または厚さステップ寸法は、式（６）に従って求めることができ、この式は、光成分の波長λの比１／ｘによって複屈折材の速軸に沿って偏光された光成分の位相に対して複屈折材の遅軸に沿って偏光された光成分の位相を変えることが要求される複屈折材の厚さを表す。

ここで、ｋは０以上の整数で、厚さｔに含まれる全波移相の数に対応する。

　従って、ここで述べた様々な実施の形態において、光成分の与えられた波長λおよび与えられた複屈折βに関して、Ｔ₀および／またはＴ’₀は、厚さ（ｋ＋１／１）λ／βに対応する。Ｔ₉₀および／またはＴ’₉₀は、厚さ（ｋ＋１／４）λ／βに対応する。Ｔ₁₈₀および／またはＴ’₁₈₀は、厚さ（ｋ＋１／２）λ／βに対応する。Ｔ₂₇₀および／またはＴ’₂₇₀は、厚さ（ｋ＋３／４）λ／βに対応する。

　様々な実施の形態において、厚さステップすなわちエッチングステップは、可能な限り、アスペクト比を低く維持するために、最小化される。従って、ｋはゼロにセットされ、高い複屈折を有する材料が選択される。例えば、０．００９の複屈折を有し、６３３ｎｍで１７．５ｕｍの最小１／４波長ステップ寸法を与えるクォーツ（石英）に比して、様々な実施の形態において、複屈折材カルサイト（方解石）は、０．１７２の複屈折を有し、０．９２μの最小１／４波長ステップ寸法を与える。様々な実施の形態において、前述した反応メソゲン材は、０．１６の複屈折を有し、１．０７５μの最小１／４波長ステップ寸法を与える。

　本発明による高密度移相アレイ素子の様々な部分の理想的な厚さが製作中に達成されない、すなわち様々な部分から結果として生じた移相が別の点では理想的でなく、本発明による移相撮像素子は、次の較正処理および信号処理によって較正そして／または補正することができる。そのような較正処理および信号処理は、画素レベルと同じような高い分解能レベルで、遅延アレイに亘って、そして、様々な実施の形態において、様々な位相誤差および／または変化を補正するための様々な位相補正係数または他の技術を用いて実行することができる。

　図１３は、本発明による移相撮像素子５０００の第３の実施の形態を示す分解図である。図１３に示すように、移相撮像素子５０００は、本発明による多重移相発生機構１４００”の第３の実施の形態と検出サブシステム７００”を含む。様々な実施の形態において、好適な公知のまたは後に開発されるタイプの単一の検出装置７１０が、サブ検出システム７００”を実施するために用いられる。多重移相発生機構１４００”は、本発明による第６の実施の形態の高密度移相アレイ素子４６０を組み込み、高密度移相アレイ素子４６０は、偏光素子５１０と組み合わされる。前述した実施の形態に対して、ビームスプリッタが移相撮像素子５０００には必要でない。

　図１３に示すように、混ぜ合わされた波面１２９は、光学入力部１３５”によって伝送される。伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、参照波面１２４と対象波面１２９を含む。伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、高密度移相アレイ素子４６０を満たす単一の波面として伝搬する。

　高密度移相アレイ素子４６０の構造および操作についての先の記述から、高密度移相アレイ素子４６０から伝搬する伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、高密度移相アレイ素子４６０に現れる第１〜第４の移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀のパターン４６１（図１３（ｂ））に対応する異なる相対位相変位を有する４つの異なる交互配置の移相部分のパターンを含む。

　高密度移相アレイ素子４６０を通過し、交互配置の移相パターンを含む伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、偏光素子５１０に導かれる。偏光素子５１０は、混ぜ合わされた波面１２９の直交偏光されたサブ波面成分１２４，１２８の同一位相成分を伝送するように方向付けられている。その結果、多重位相変位干渉画像情報６３０は、第１の「０（rad）相対位相変位」すなわち部分Ｐ₀に対応する干渉部分Ｑ₀、第２の「π／２（rad）相対位相変位」すなわち部分Ｐ₉₀に対応する干渉部分Ｑ₁、第３の「π（rad）相対位相変位」すなわち部分Ｐ₁₈₀に対応する干渉部分Ｑ₂、第４の「３π／２（rad）相対位相変位」すなわち部分Ｐ₂₇₀に対応する干渉部分Ｑ₃を含み、これらは、部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀の交互配置パターン４６１に対応する。

　偏光素子５１０を通過した多重位相変位干渉画像情報６３０における干渉部分Ｑ₀〜Ｑ₃の２次元交互配置パターンは、検出サブシステム７００”を実施するために用いられる検出装置７１０の表面エリア全体に亘って実質的に広がる単一の画像として受光される。多重位相変位干渉画像情報６３０における第１、第２、第３および第４の干渉部分の２次元交互配置パターンは、図４に示すＱ₀〜Ｑ₃象限２３２〜２３８の高密度交互配置に対応し、検出装置７１０の表面上に単一画像として伝送される。

　様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４６０のパターン化された面４６９は、偏光素子５１０および検出装置７１０に向けられている。より一般的には、様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４６０の製作、方向付けおよび組み立ては、図７，８，１０および１１を参照し述べた、移相撮像素子３０００，４０００の対応する素子の製作、方向付け、組み立てについて前述した様々な実施の形態のものと同様である。様々な実施の形態において、それらの製作方法に拘わらず、偏光素子５１０、高密度移相アレイ素子４６０および検出装置７１０は、互いに効果的に接合または結合され、モノリシック移相撮像素子として図１３に示す移相撮像素子５０００を形成する。

　本発明による様々な実施の形態において、混ぜ合わされた波面１２９の有効光路長の各部が可能な限り同じ、理想的には等しくなるように、偏光素子５１０、高密度移相アレイ素子４６０および検出装置７１０を製作することは有利である。様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４６０のパターン化された面４６９と検出装置７１０の検出面の間の距離ｄ（図示せず）が、検出装置７１０に与えられた画像の最大焦点深度より小さい。様々な実施の形態において、距離ｄは、約１〜２ｍｍまたはそれより小さい。様々な他の実施の形態において、０．２ｍｍ未満である。

　偏光素子５１０の偏光方向５１２（Ａ，Ｂ）は、図８に示す偏光素子５１０ａ，５１０ｂ０の第１の実施の形態において、参照波面１２４および対象波面１２８は、図１３（ａ）に示す直交方向１３２Ａ，１３３Ａに沿って偏光される。この第１の実施の形態において、偏光素子５１０は、偏光素子５１０上に示される偏光方向５１２Ａを有する。

　撮像移相素子５０００の第２の実施の形態において、参照波面１２４および対象波面１２８は、図１３（ａ）に示すように直交方向１３２Ｂ，１３３Ｂに沿って偏光される。この第２の実施の形態において、偏光素子５１０は、偏光素子５１０上に示される偏光方向５１２Ｂを有する。その結果、いずれの場合も、偏光素子５１０は、高密度移相アレイ素子４６０を通過する交互配置移相パターンにおける波面１２９の直交偏光された成分１２４，１２８の同位相の成分を伝送し、干渉し、多重位相変位干渉画像情報を生成する。

　しかしながら、様々な他の実施の形態において、偏光素子５１０は、波面１２９の直交偏光された成分１２４，１２８の位相不一致の成分を伝送し、干渉するように方向付けることができる。それにもかかわらず、結果として生じる多重位相変位干渉画像情報は、まだ、多重位相変位干渉画像情報６３０における干渉部分Ｑ₀〜Ｑ₃の２次元交互配置パターンに類似する４つの異なる使用可能な干渉部分を含むであろう。

　様々な実施の形態において、２つのレーザ波長が絶対干渉計を作るのに使用されるとき、各波長は、１つの高密度移相アレイ素子４６０が両波長に好適であるように、非常に類似する。

　多重移相発生機構１４００”の様々な実施の形態と例示の移相画像素子５０００は、単一の分割されていない波面から分割された単一の画像から生じる相対位相変位干渉情報の４つの異なる位相を提供する。従って、図７および図８に示す多重移相発生機構１４００および移相撮像素子３０００と、図１０および図１１に示す多重移相発生機構１４００’および移相撮像素子４０００の様々な実施の形態の前述した特徴および利益の全ては、図１３に示す多重移相発生機構１４００”および移相撮像素子５０００の様々な実施の形態によって同様に提供される。

　さらに、様々な実施の形態において、図１３に示す多重移相発生機構１４００”および移相撮像素子５０００は、高密度移相アレイ素子４６０が単一の素子として提供されるという付加された利点を享受する。さらに、高密度移相アレイ素子４６０は、２つ以上の異なるタイプの干渉部分が単一の光路に沿ってすなわち検出装置７１０上の単一の画像内に提供されることを許すから、ビームスプリッティング素子は要求されない。これは、わずかな光学素子の収差、およびより便利な組み立ておよび／または信号処理だけでなく、全ての匹敵する画素のゲイン特性などの間の改良された適合性を招く。これは、全ての匹敵する画素が検出器の同じ小さい領域に位置決めされるから、起こる。

　さらに、全ての匹敵する画素は、検出器の同じ小さい領域に位置決めされる。従って、対象物の特定の部分から多重位相変位干渉画像情報６３０の特定の局部における特定の対応する干渉部分Ｑ₀〜Ｑ₃のそれぞれへの光路長は、本質的に同様である。よって、関連する相対位相変位情報および関連する測定値は、一般に、例示の移相撮像素子５０００の合理的に予測された回転および／または並進運動を感知しないであろう。その結果、様々な実施の形態において、コストおよび測定誤差の両方は、移相撮像素子５０００においては、移相撮像素子３０００，４０００に比して、さらに減少される。

　図１４は、本発明による高密度移相アレイ素子４７０の第７の実施の形態の一部を示す。高密度移相アレイ素子４７０は、移相撮像素子５０００の第３の実施の形態に関して上述したように、多重移相発生機構１４００”の様々な実施の形態において使用可能である。図１４に示すように、第７の実施の形態の高密度移相アレイ素子４７０は、中立移相基板４７２を含む。中立移相基板４７２は、アモルファスまたは他の非複屈折材を用いて形成することができる。そのような実施の形態において、基板４７２の厚さは、所望の値にすることができる。これは、そのような基板４７２が厚さ依存性の移相を基板４７２に入射する光に対して適用しないから、可能である。基板４７２は、凹部４７５を含む。特に、以下に詳述するように、第１の部分４７５ａは、移相部分Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)の下に横たわり、一方、第２の部分４７５ｂは、移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_180(V)の下に横たわる。

　説明のために、高密度アレイ素子４７０は、図９に示す高密度移相アレイ素子４３０，４５０の交互配置の組み合わせとして機能的にみなされる。高密度移相アレイ素子４７０は、表面４７９を含む複屈折材層４７３を含む。高密度移相アレイ素子４３０，４５０と同様に、複屈折材層４７３は、前述したように、選択的にパターン化された速軸方向を有することができる複屈折材から形成される。

　図１４に示すように、高密度移相アレイ素子４７０の第７の実施の形態の複屈折材層４７３は、第１の部分４７５ａを覆いそして／または規定された名目上の厚さＴ’₉₀を有する。複屈折材層４７３の名目上の厚さＴ’₉₀は、同じ光学的効果を生成するように、高密度移相アレイ素子４５０の複屈折材層４５３の名目上の厚さＴ’₉₀と同じ方法で決定される。図１４に示すように、複屈折材層４７３は、第１の部分４７５ａに一致する行に沿った代わりのパターン上に並べられたπ／２（rad）の移相部分Ｐ_90(V)と３π／２（rad）の移相部分Ｐ_270(h)を含む。複屈折材層４７３の各移相部分Ｐ_90(V)と各移相部分Ｐ_270(h)は、名目上の厚さＴ’₉₀を有する。

　様々な実施の形態において、各移相部分Ｐ_90(V)は、その部分における複屈折材層４７３の速軸が鉛直方向に向けられるように製作される。すなわち、各移相部分Ｐ_90(V)における速軸は、混ぜ合わされた波面１２９の直交成分の鉛直方向に向けられた１つの予期された操作可能な方向と平行に向けられる。これに対し、各移相部分Ｐ_270(h)は、その部分における複屈折材層４７３の速軸が水平方向に向けられるように製作される。すなわち、各移相部分Ｐ_270(h)における速軸は、混ぜ合わされた波面１２９の直交成分の水平方向に向けられた１つの予期された操作可能な方向と平行に向けられる。これは、例示的な「REFERENCE」および「OBJECT」の直交成分と図１４に示す実施の形態において様々な移相部分Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)に示す代表的な調整ラインによって示される。これらの方向に関して、移相部分Ｐ_90(V)，Ｐ_270(h)は、高密度移相アレイ素子４５０の同様に番号が付された部分に対して理想的に機能し、同じ光学的効果を生成する。

　類似の方法で、図１４に示すように、高密度移相アレイ素子４７０の第７の実施の形態の複屈折材層４７３は、第２の部分４７５ｂを覆いそして／または規定された名目上の厚さＴ’₁₈₀を有する。複屈折材層４７３の名目上の厚さＴ’₁₈₀は、同じ光学的効果を生成するように、高密度移相アレイ素子４３０の複屈折材層４３３の名目上の厚さＴ’₁₈₀と同じ方法で決定される。図１４に示すように、複屈折材層４７３は、第２の部分４７５ｂに一致する行に沿った代わりのパターン上に並べられたπ（rad）の移相部分Ｐ₁₈₀と０（rad）の移相部分Ｐ₀₍₄₅₎を含む。複屈折材層４７３の各移相部分Ｐ_180(V)と各移相部分Ｐ₀₍₄₅₎は、名目上の厚さＴ’₁₈₀を有する。

　様々な実施の形態において、各移相部分Ｐ_180(V)は、その部分における複屈折材層４７３の速軸が鉛直方向に向けられるように製作される。すなわち、各移相部分Ｐ_180(V)における速軸は、混ぜ合わされた波面１２９の直交成分の鉛直方向に向けられた１つの予期された操作可能な方向と平行に向けられる。これに対し、各移相部分Ｐ₀₍₄₅₎は、その部分における複屈折材層４７３の速軸がπ／４（rad）に向けられるように製作される。すなわち、各移相部分Ｐ₀₍₄₅₎における速軸は、混ぜ合わされた波面１２９の直交成分の予期された操作可能な方向間の中途に向けられる。これは、例示的な「REFERENCE」および「OBJECT」の直交成分と図１４に示す実施の形態において様々な移相部分Ｐ_180(V)，Ｐ₀₍₄₅₎に示す代表的な調整ラインによって示される。これらの方向に関して、移相部分Ｐ_180(V)，Ｐ₀₍₄₅₎は、高密度移相アレイ素子４３０の同様に番号が付された部分に対して理想的に機能し、同じ光学的効果を生成する。

　上述から、高密度移相素子４７０の第７の実施の形態の移相部分Ｐ₀₍₄₅₎，Ｐ_90(V)，Ｐ_180(V)，Ｐ_270(h)は、多重位相変位干渉画像情報における正味の光学的効果に関して、高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態の移相部分Ｐ₀，Ｐ₉₀，Ｐ₁₈₀，Ｐ₂₇₀と機能的に等しい。従って、本発明による移相撮像素子５０００の様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４７０，４６０は、例えば図１３を参照して上述したように、類似または合致する交互配置の移相画像情報を生成するように、同様の設計考慮に従って採用され、同様に寸法決めされ、そして、移相撮像素子５０００に同様に組み込まれる。

　図１４に示すように、様々な実施の形態において、交互配置の厚さＴ’₁₈₀，Ｔ’₉₀は、予め、基板４７２に形成され、Ｔ’₁₈₀，Ｔ’₉₀を生成しそして／または対応する２つの区別可能な深さを有する第１および第２の凹部４７５ａ，４７５ｂを製作することによって、それぞれ製作される。第１および第２の凹部４７５ａ，４７５ｂの２つの区別可能な深さは、公知のエッチングまたはマイクロエンボス技術、または他の適切な公知または後に開発される技術によって基板４７２に形成され、第１および第２の凹部４７５ａ，４７５ｂの表面は、必要に応じて、上述および参考文献のように様々な調整処理を受け、そして複屈折材の複屈折材層４７３で満たされる。

　速軸調整およびパターン化処理を受けることができ、特定の実施の形態において使用される様々な速軸調整処理に適合する前述した重合可能な複屈折材は、層４７３を形成するのに使用することができる。特に、図１４に示す実施の形態において、様々な部分において、層４７３を形成する材料は、その部分における層４７３の厚さに依存する遅延効果と、その部分が前述したように重合されるときに層４７３の様々な部分が経験する状態に基づいたその部分について制御可能に変え、求めることができる速軸を提供する。様々な実施の形態において、複屈折材層４７３の表面４７９は、基板４７２の周辺表面と同一平面上にある。

　図１５は、本発明による高密度移相アレイ素子４８０の第８の実施の形態の一部を示す。高密度移相アレイ素子４８０は、移相撮像素子５０００の第３の実施の形態に関して上述したように、多重移相発生機構１４００”の様々な実施の形態において使用可能である。図１５に示すように、第８の実施の形態の高密度移相アレイ素子４８０は、中立移相基板４８２を含む。中立移相基板４８２は、アモルファスまたは他の非複屈折材を用いて形成することができる。そのような実施の形態において、基板４８２の厚さは、所望の値にすることができる。これは、そのような基板４８２が厚さ依存性の移相を基板４８２に入射する光に対して適用しないから、可能である。基板４８２は、凹部４８５（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を含む。以下に詳述するように、第１の凹部４８５ａは、移相部分Ｐ_90(V)の下に横たわり、第２の凹部４８５ｂは、Ｐ_180(V)の下に横たわり、第３の凹部４８５ｃは、移相部分Ｐ_270(V)の下に横たわり、第４の凹部４８５ｄは、Ｐ_0(V)の下に横たわる。

　説明のために、高密度アレイ素子４８０は、高密度移相アレイ素子４８０において全ての位置で速軸方向４８８が同じであるという点で、図１２に示す高密度移相アレイ素子４６０と同様に動作するものとしてみなしてもよい。しかしながら、図１２に示す高密度移相アレイ素子４６０に対して、高密度移相アレイ素子４８０における基板材料は、基板が相対位相変位を提供しないように、非複屈折材である。どちらかといえば、高密度移相アレイ素子４８０において、複屈折材層４８３の充填材料は、複屈折であり、図１５に示す相対移相部分Ｐ_0(V)〜Ｐ_270(V)を生成する。従って、製作および材料について、高密度移相アレイ素子４８０は、上述したように、高密度移相アレイ素子４７０と同様に製作される。しかしながら、この第８の実施の形態において、速軸調整方向は、全ての位置で同じである。

　高密度移相アレイ素子４８０は、表面４８９を含む複屈折材層４８３を含む。複屈折材層４８３は、図１４に示す複屈折材層４７３を参照して前述した複屈折材から形成される。特に、層４８３を形成する材料は、層４８３の厚さに依存する遅延量を提供する。上述したように、複屈折材の速軸がある方向は、層４８３が重合される現在の調整状態に基づいてセットされる。

　図１５に示すように、高密度移相アレイ素子４８０の第８の実施の形態の複屈折材層４８３は、第１の凹部４８５ａを覆いそして／または規定された名目上の厚さＴ’₉₀に対応する移相部分Ｐ_90(V)を有する。複屈折材層４８３の名目上の厚さＴ’₉₀は、同じ遅延効果を生成するように、高密度移相アレイ素子４７０の複屈折材層４７３の名目上の厚さＴ’₉₀と同じ方法で決定される。同様に、複屈折材層４８３は、第２の凹部４８５ｂを覆いそして／または規定された名目上の厚さＴ’₁₈₀に対応する移相部分Ｐ_180(V)を有する。複屈折材層４８３の名目上の厚さＴ’₁₈₀は、同じ遅延効果を生成するように、高密度移相アレイ素子４７０の複屈折材層４７３の名目上の厚さＴ’₁₈₀と同じ方法で決定される。

　同様の方法で、複屈折材層４８３は、第３の凹部４８５ｃを覆いそして／または規定された名目上の厚さＴ’₂₇₀に対応する移相部分Ｐ_270(V)を有する。第３の凹部４８５ｃを覆いそして／または規定された複屈折材層４８３の名目上の厚さＴ’₂₇₀は、高密度移相アレイ素子４８０がそれらの部分において３／４波長遅延効果を生成するように、決定される。同様の方法で、複屈折材層４８３は、第４の凹部４８５ｄを覆いそして／または規定された名目上の厚さＴ’₀に対応する移相部分Ｐ_0(V)を有する。第４の凹部４８５ｄを覆いそして／または規定された複屈折材層４８３の名目上の厚さＴ’₀は、高密度移相アレイ素子４８０がそれらの部分において全波長遅延効果を生成するように、決定される。上述した様々な厚さおよび／または基板ステップ高さは、前述したように、式（６）に従って求めることができ、ここで、使用される複屈折値は、調整および重合状態における複屈折材層４８３の値である。

　図１５に示すように、複屈折材層４８３の速軸４８８は、鉛直方向に向けられる。すなわち、複屈折材層４８３の速軸４８８は、混ぜ合わされた波面１２９の直交成分の鉛直方向に向けられた１つの予期された操作方向と平行に向けられる。これは、例示的な「REFERENCE」および「OBJECT」の直交成分と図１５に示す速軸調整ライン４８８によって示される。これらの方向に関して、全ての移相部分Ｐ_0(V)〜Ｐ_270(V)は、図１２に示す高密度移相アレイ素子４６０の同様に番号が付された移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀に対して同様に機能し、同じ光学的効果を生成する。

　上述から、高密度移相アレイ素子４８０の移相部分Ｐ_0(V)〜Ｐ_270(V)は、多重位相変位干渉画像情報における正味の光学的効果に関して、高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態の移相部分Ｐ₀〜Ｐ₂₇₀に対して機能的に等しい。従って、本発明による移相撮像素子５０００の様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４８０，４６０は、名目上互換性がある。従って、高密度アレイ素子４８０，４６０は、例えば図１３を参照して上述したように、類似または合致する交互配置の移相画像情報を生成するように、同様の設計考慮に従って採用され、同様に寸法決めされ、そして、移相撮像素子５０００に同様に組み込まれる。

　図１５に示すように、様々な実施の形態において、交互配置の厚さＴ’₀，Ｔ’₉₀，Ｔ’₁₈₀，Ｔ’₂₇₀は、予め、基板４８２に形成され、Ｔ’₀〜Ｔ’₂₇₀を生成しそして／または対応する４つの区別可能な深さを有する凹部４８５ａ〜４８５ｄを製作することによって、それぞれ製作される。第１〜第４の凹部４８５ａ〜４８５ｂの４つの区別可能な深さは、公知のエッチングまたはマイクロエンボス技術、または他の適切な公知または後に開発される技術によって基板４８２に形成される。様々な実施の形態において、第１〜第４の凹部４８５ａ〜４８５ｄの表面は、必要に応じて、上述および参考文献のように様々な調整処理を受け、そして複屈折材の複屈折材層４７３で満たされる。

　速軸調整を受けることができ、特定の実施の形態において使用される様々な速軸調整処理に適合する前述した重合可能な複屈折材は、使用することができる。特に、図１５に示す実施の形態において、様々な部分において、層４８３を形成する材料は、その部分における層４８３の厚さに依存する遅延効果を提供する。速軸方向４８８は、前述したように、層４８３が重合されるときに層４８３が経験する状態に基づいて全てに部分についてセットされる。様々な実施の形態において、複屈折材層４８３の表面４８９は、基板４８２の周辺表面と同一平面上にある。

　図１６および図１７は、それぞれ、図１２、図１４および図１５に示すパターン４６１，４７１および／または４８１に代えてそれぞれ使用することができる相対移相部分の２つのパターン４０１，４０１’を示す。図１６および図１７に示すように、これらのパターン４０１，４０１’は、４つの異なる移相部分のアレイを規定するパターン４６１，４７１，４８１に対して、３つの異なる移相部分のアレイを規定する。すなわち、図１６および図１７に示すパターン４０１，４０１’において、その移相部分は、パターン４６１，４７１，４８１において移相部分を分離するπ／２（rad）の相対位相変位の代わりに、２π／３（rad）の位相変位によって互いにオフセットされた相対位相変位を提供する。

　図１６に示す第１の例の３相パターン４０１において、３つの異なる移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀のそれぞれが、図１６に示す特定の実施の形態において、下方、右に向けて傾斜する対角線方向に沿って一貫して繰り返される。さらに、図１６に示す第１の例の３相パターン４０１において、３つの異なる移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀のそれぞれは、各タイプの移相部分が鉛直および水平方向の両方において他の２つのタイプの移相部分に隣接するような、簡単なパターンで分配される。同様に、図１６に示す第１の例の３相パターン４０１において、３つの異なる移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀のそれぞれは、各タイプの移相部分がそれぞれのすなわち４個の隣接する移相部分の４角形において少なくとも１回表されるような、規則的なパターンで分配される。

　しかしながら、３つの異なる移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀のそれぞれが図１６に示す第１の例の３相パターン４０１において規則的なパターンで分配されるとき、特に高い干渉測定精度および空間分解能を要求する様々な実施の形態において述べたように、結果として生じた画像における同じポイントで、各移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀から生じる干渉情報を比較することは難しい。これの困難性は、３つの異なる移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀のそれぞれのローカルファミリに対する有効な空間加算平均ポイントが一致しないから、生じる。

　図１７に示す第２の例の３相パターン４０１’において、３つの異なる移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀のそれぞれは、図１７に示す特定の実施の形態において、下方、右に向けて傾斜する対角線方向に沿って一貫して繰り返され、３つの異なる移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀の他の２つは、その対角線方向に沿って交互に繰り返される。特に、図１７に示す第２の例の３相パターン４０１’において、第１の移相部分Ｐ₀は、対角線方向に沿って一貫して繰り返され、２つの移相部分Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀は、対角線方向に沿って交互に繰り返される。

　その結果、図１７に示す第２の例の３相パターン４０１’において、３つの異なる移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀は、強調された空間加算平均配置を提供するような、複雑なパターンで分配される。特に、図１７に示す第２の例の３相パターン４０１’の特定の実施の形態において、第１の移相部分Ｐ₀に関して、他の２つの移相部分は、第１の移相部分Ｐ₀の周りに、側面に沿って隣接し、対称に分配される。さらに、第１の移相部分Ｐ₀の他の１つは、対角線上にかつ対称にその第１の移相部分Ｐ₀の周りに分配される。

　同様に、図１７に示す第２の例の３相パターン４０１’の特定の実施の形態において、他の移相部分Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀に関して、第１の移相部分Ｐ₀は、これらの移相部分の周りに、側面に沿って隣接し、対称に分配され、一方、他の移相部分Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀の他の１つは、対角線上にかつ対称にその移相部分の周りに分配される。その結果、各組すなわち９個の隣接する移相部分の４角形に関して、３つの異なる移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀のそれぞれのローカルファミリに対する有効な空間加算平均ポイントが一致する。

　パターン４０１，４０１’は、図１２および図１５を参照して上述した実施の形態４６０，４８０と同様の方法で製作される高密度移相アレイ素子の実施の形態に採用することができる。速軸調整方向は、これらの実施の形態における高密度移相アレイ素子の全体に亘る各部分について一致する。パターン４０１，４０１’を提供するのに必要な様々な厚さおよび／または基板ステップ高さは、前述したように、式（６）に従って求めることができる。

　さらに、パターン４０１，４０１’を使用する高密度移相アレイ素子の沿うような実施の形態は、図１３に示す移相撮像素子５０００のと同様に構成された代替の実施の形態において使用することができ、移相部分Ｐ₀，Ｐ₁₂₀，Ｐ₂₄₀のパターン４０１，４０１’に対応するパターンで配置された３つの交互配置の干渉部分Ｑ₀，Ｑ₁₂₀，Ｑ₂₄₀を含む多重位相変位干渉画像情報６００を提供する。

　干渉測定値は、以下に述べるように、３つの交互配置の干渉部分を含む多重位相変位干渉画像情報を受光する検出サブシステム７００に生じる３つの対応する位相信号から求めることができる。３つの強度信号は、Ｉ_Q0(x,y)，Ｉ_Q120(x,y)，ＩQ_240(x,y)として表され、特定の（ｘ，ｙ）位置に関連する干渉測定値を求めるための特定の計算の仕組みにおいて利用され、ここで、各強度信号の記号は、平均化される１つ以上の様々な干渉部分があるかに拘わらず、各タイプの干渉部分のエリア平均画像強度値を示す。一般に、３つの強度信号は、特定の（ｘ，ｙ）位置の近傍において次のようにほぼ関連付けられる。

　ここで、ｄ_(x,y)は、対象物の対応する（ｘ，ｙ）位置までの名目上の「対象ビーム」の光路長であり、Ａ₀は（ｘ，ｙ）位置の近傍における干渉パターンの名目上のピーク振幅であり、λは干渉パターンにおける光の波長である。

　そして、新たな信号が、互いから、Ｉ_Q0(x,y)，Ｉ_Q120(x,y)，ＩQ_240(x,y)信号を２つ１組で引き算することによって生成される。

　そして、干渉測定計算に対する信号Ｖ_Rを補完する求積信号Ｖ_QUADを得るために、Ｖ_SおよびＶ_Tは組み合わされる。

　増加波長λ内の適用可能な１／４波長測定値象限を特定した後に、１／４波長測定値象限内の補間された求積位相位置は、次の式（１４）によって計算される。

　最終的には、適用可能な１／４波長測定値象限内の干渉測定値ｄ_(x,y)を解くことは、次の式（１５）および（１６）を発生する。

　図１８は、本発明による高密度偏光アレイ５３０の一実施の形態の一部を示す。高密度偏光アレイ５３０は、図１９〜２２に示される本発明による移相撮像素子の第４および第５の実施の形態３０００’，４０００’に関して以下に述べるように、多重移相発生機構１４００’’’，１４００’’’’の様々な実施の形態において使用可能である。高密度偏光アレイ５３０は、また、図２３に示す本発明による移相撮像素子の第６の実施の形態６０００に関して以下に述べるように、多重移相発生機構１４００’’’’’の様々な実施の形態において使用可能である。本発明による実施の形態３０００’，４０００’および同様の移相撮像素子は、図６〜１６に関して上述した実施の形態３０００，４０００と同様に、図２〜５に示す多重移相画像発生装置２００の代わりに、より一般的には、図１を参照した述べた多重移相画像発生部１６０として、使用可能である。

　図１８に示すように、高密度偏光アレイ５３０は、交互の第１の偏光部５３２および第２の偏光部５３４を含む。特に、図１８に示すように、第１および第２の偏光部５３２，５３４は、高密度偏光アレイ５３０の水平および垂直方向の両方に交互になる。これは、第１および第２の偏光部５３２，５３４の格子縞の配置を生成する。様々な実施の形態において、高密度偏光アレイ５３０が本発明による移相撮像素子６０００の様々な実施の形態に組み込まれるとき、第１および第２の偏光部５３２，５３４の格子縞パターンは、検出サブシステム７００を実施するのに使用される検出装置７１０の各部の表面エリア全体を実質的に覆うように広がる。

　高密度偏光アレイ５３０の第１の偏光部５３２および第２の偏光部５３４は、公知のまたは後に開発される製作方法によって形成される。特に、唯一の製造要求は、第１の偏光部５３２および第２の偏光部５３４が高密度アレイで製作されることである。具体的には、第１の偏光部および第２の偏光部５３４の寸法は、さらに以下に述べるように、光学検出アレイの１画素、または小さい画素群の寸法に近づくことが必要である。本発明のよる様々な実施の形態において、図１８に示すように、第１および第２の偏光部５３２，５３４のそれぞれは、間隙５３８によって分離された平行な導電性素子５３６のアレイによって形成されたワイヤ格子偏光素子を用いて実現される。米国特許6,108,131，6,122,103および6,243,199は、そのようなワイヤ格子偏光素子を形成するためのシステムおよび方法を開示する。

　図１８に示すように、第１および第２の偏光部５３２，５３４は、それぞれ、入射した光の波面の水平および鉛直方向に偏光された成分を伝送する。しかしながら、より一般的には、第１および第２の偏光部５３２，５３４の偏光方向は、本発明による多重移相発生機構の補完的な素子の組み合わせで任意に選択可能である。しかしながら、様々な実施の形態において、第１および第２の偏光部５３２，５３４の偏光方向は、結果として生じた画像の最良のコントラストを得るために、混ぜ合わされた波面１２９を備える２つの直交偏光された入射波面１２４，１２８に対してπ／４（rad）回転され、相互に直交する。

　従って、様々な実施の形態において、２つの直交偏光された入射波面１２４，１２８が、図１３に示すように、偏光方向１３２Ａ，１３３Ａに沿って方向付けられたとき、第１の偏光部５３２における平行な導電性素子５３６および間隙５３８は、π／４（rad）に向けられるであろう。同様に、２つの直交偏光された入射波面１２４，１２８が、図１３に示すように、偏光方向１３２Ａ，１３３Ａに沿って方向付けられたとき、第２の偏光部５３４における平行な導電性素子５３６および間隙５３８は、π／４（rad）に向けられるであろう。

　図１８に示す実施の形態において、第１および第２の偏光部５３２，５３４の複製方向は、水平および鉛直方向に配置される。しかしながら、より一般的には、第１および第２の偏光部５３２，５３４のそれぞれの複製方向は、本発明による多重移相発生機構の補完的な素子の組み合わせにおいて完全に制御可能で選択可能である。様々な実施の形態において、第１および第２の偏光部５３２，５３４は、同じサイズおよび形状であり、検出装置７１０の相当する部分を覆うであろう。

　様々な実施の形態において、第１および第２の偏光部５３２，５３４は、検出装置７１０の整数の画素に亘って広がる。様々な実施の形態において、第１および第２の偏光部５３２，５３４の境界は、検出装置７１０の画素間の境界に並べられる。従って、そのような実施の形態において、第１および第２の偏光部５３２，５３４の各対または組は、高密度偏光アレイ５３０および検出装置７００内のユニットセルを規定する。極端には、第１および第２の偏光部５３２，５３４は、検出装置７１０のそれぞれの単一の画素に関連付けられ、並べられる。

　図１９および図２０は、本発明による第４の実施の形態の移相撮像素子３０００’を示す。図１９に示すように、移相撮像素子３０００’は、多重移相発生機構１４００’’’の第４の実施の形態と、検出部７１０ａ，７１０ｂを含む上述した検出サブシステム７００の第１の実施の形態とを含む。図１９および図２０に示す第４の実施の形態において、多重移相発生機構１４００’’’の第４の実施の形態は、本発明による１対の高密度偏光アレイ５３０ａ，５３０ｂを組み込む。多重移相発生機構１４００’’’の第４の実施の形態は、また、ビームスプリッタ３１０、１／４波長板５２０および空白すなわち中立板５２５を含む。

　空白すなわち中立板５２５および高密度偏光アレイ５３０ａは、第１の方向に沿ってビームスプリッタ３１０に隣接する。この第１の方向に沿って、多重移相発生機構１４００’’’は、検出部７１０ａとの境界で多重位相変位干渉画像情報６１０を発生する。１／４移相差板５２０および第２の高密度偏光アレイ５３０ｂは、第２の方向に沿ってビームスプリッタ３１０に隣接する。この第２の方向に沿って、多重移相発生機構１４００’’’は、検出部７１０ｂとの境界で多重位相変位干渉画像情報６２０を発生する。

　図２０に示す素子１３５’，３１０は、図８に示す素子１３５’および３１０として波面１２９に関して同様に動作する。従って、これらの素子の動作の記述は、繰り返さない。しかしながら、図８に示す実施の形態に対して、図２０に示す実施の形態においては、ビームスプリッタ３１０が、サブ波面１２９ａを、１つの方向に沿って中立板５２５および高密度偏光アレイ５３０ａに導く。同様に、図２０に示すように、サブ波面１２９ｂは、１つの方向に沿って１／４波長板５２０および高密度偏光アレイ５３０ｂに導く。

　１／４波長板５２０および中立板５２５は、図２〜４に示す移相干渉素子２２０の第1の部分２２２の１／４波長板２２３および空白すなわち中立板２２４と同様に動作する。しかしながら、米国特許6,034,330に開示され、図２〜５を参照して述べた移相画像発生装置２００に対して、本発明による移相撮像素子３０００’の実施の形態においては、１／４波長板５２０が単一のサブ波面で満たされ、中立板５２５が同様に単一のサブ波面で満たされる。

　１／４波長板２２３と同じように、１／４波長板５２０は、混ぜ合わされたサブ波面１２９ｂを備える２つの直交偏光されたサブ波面成分１２４ｂ，１２８ｂ間の相対位相をπ／２（rad）変え、位相が変えられた混ぜ合わされたサブ波面を生成する。同様に、中立板２２４と同じように、中立板５２５は、１／４波長板５２０の光路長に適合するが、混ぜ合わされたサブ波面１２９ｂを備える２つの直交偏光されたサブ波面成分１２４ｂ，１２８ｂ間の相対位相を変えない。

　そして、空白すなわち中立板５２５を通過した混ぜ合わされた波面１２９ａは、高密度偏光アレイ５３０ａ上に導かれる。高密度偏光アレイ５３０ａは、混ぜ合わされた波面１２９ａの直交偏光されたサブ波面１２４ａ，１２８ｂを、第１の偏光部５３２（図２０（ｂ）および（ｃ）に示す５３２Ａ，Ｂ）および第２の偏光部５３４（図２０（ｂ）および（ｃ）に示す５３４Ａ，Ｂ）にそれぞれに伝送する。その結果、多重位相変位干渉画像情報６１０は、第１の偏光部５３２および第２の偏光部５３４の格子縞パターンに対応する高空間周波数で交互配置された第１の干渉部分および第２の干渉部分の格子縞パターンを含む。

　様々な実施の形態において、図１８に示すように、間隙５３８によって分離された平行な導電性素子５３６などの第１の偏光部５３２および第２の偏光部５３４の偏光素子、または偏光フィルムなどは、図２０の分解図によって示されるように、検出装置７１０ａの表面に最も近接する高密度偏光アレイ５３０ａの表面５３５ａ上に設けられる。同様に、第１の偏光部５３２および第２の偏光部５３４は、検出装置７１０ｂの表面に最も近接する高密度偏光アレイ５３０ｂの表面５３５ｂ上に設けられる。

　様々な他の実施の形態において、高密度偏光アレイ５３０ａは、検出装置７１０ａに最も近い空白すなわち中立板５２５の表面上に直接製作されてもよい。同様に、様々な実施の形態において、高密度偏光アレイ５３０ｂは、検出装置７１０ｂに最も近い１／４波長板５２０の表面上に直接製作されてもよい。従って、様々な実施の形態において、高密度偏光アレイ５３０ａ，５３０ｂの構成および／または機能は、対応する１／４波長板５２０および／または空白すなわち中立板５２５に合併され、または区別されない。特に、様々な実施の形態において、空白すなわち中立板５２５の構造および機能は、高密度偏光アレイ５３０ａの基板によって提供されてもよい。

　様々な他の実施の形態において、高密度偏光アレイ５３０ａ，５３０ｂは、それぞれ、検出装置７１０ａ，７１０ｂの表面上に直接製作されてもよい。高密度偏光アレイ５３０ａまたは５３０ｂがワイヤ格子偏光素子であるとき、薄い絶縁層が検出装置７１０ａ，７１０ｂの活性部分とワイヤ格子偏光素子の間に用いられてもよい。従って、様々な実施の形態において、高密度偏光アレイ５３０ａおよび／または５３０ｂ、および検出装置７１０ａおよび／または７１０ｂの構造および機能は、それぞれ、合併されてもよい。

　様々な実施の形態において、高密度偏光アレイ５３０ａ，５３０ｂの偏光素子は、薄膜絶縁層または無視可能な空隙などのみによって、検出装置７１０ａ，７１０ｂの検出素子の表面からそれぞれ分離されている。そのような「突合せ」の例において、第１および第２の偏光部５３２，５３４と検出装置７１０ａ，７１０ｂの検出素子の間の最良の調整は、容易であり、隣接する検出素子すなわち画素間の異なる相対位相の干渉光の「漏れ」は、減少され、そして理想的には最小化される。さらに、第１の偏光部５３２および第２の偏光部５３４の偏光素子がワイヤ格子偏光素子であるとき、各素子に関連する回折効果は、突合せ画素に限定され、そしてそれによって平均化され、その結果、多重位相変位干渉画像情報６１０および／または６２０を乱さないであろう。

　移相撮像素子３０００’の第４の実施の形態の様々な実施において、参照波面１２４および対象波面１２８は、図２０に示す直交方向１３２Ａ，１３３Ａに沿って偏光される。そのような実施において、高密度偏光アレイ５３０ａ，５３０ｂは、パターン５３１Ａを含み、パターン５３１Ａは、パターン５３１Ａの詳細図（図２０（ｃ））において、それぞれの「格子ライン」によって示されるようにそれぞれの偏光方向を有する第１の偏光部５３２Ａおよび第２の偏光部５３４Ａを含む。そのような場合、第１の偏光部５３２Ａおよび第２の偏光部５３４Ａは、それぞれ、図３を参照して上述したように、第１の偏光部２７７および第２の偏光部２２８と同様に機能する。その結果、高密度偏光アレイ５３０ａは、多重位相変位干渉画像情報６１０を伝送する。同様に、高密度偏光アレイ５３０ｂは、多重位相変位干渉画像情報６２０を伝送する。

　その結果、図８に関して上述したように、多重位相変位干渉画像情報６１０は、「Ｑ₀」，「Ｑ₂」の干渉部分の格子縞パターンを含む。しかしながら、この場合、「Ｑ₀」干渉部分は、空白すなわち中立板５２５と高密度偏光アレイ５３０ａの第１の偏光部５３２Ａを通過したサブ波面１２４ａ，１２８ａの間の０（rad）の相対位相変位に対応する。「Ｑ₁」干渉部分は、空白すなわち中立板５２５と高密度偏光アレイ５３０ａの第２の偏光部５３４Ａを通過したサブ波面１２４ａ，１２８ａの間のπ（rad）の相対位相変位に対応する。

　第１の実施の形態において、「Ｑ₀」，「Ｑ₂」の干渉部分は、それぞれ、高密度偏光アレイ５３０ａの第１の偏光部５３２Ａおよび第２の偏光部５３４Ａのパターン５３１Ａに対応する。従って、多重位相変位干渉画像情報６１０内の「Ｑ₀」，「Ｑ₂」の干渉部分は、パターン５３１Ａに対応する高空間周波数での格子縞パターンで交互配置される。この「Ｑ₀」，「Ｑ₂」の干渉部分の格子縞パターンは、図４に示すＱ₀象限２３２、Ｑ₂象限２３６の高密度交互配置に対応し、検出装置７１０ａの表面上に単一の画像として伝送される。

　同様に、図８に関して上述したように、多重位相変位干渉画像情報６２０は、「Ｑ₁」，「Ｑ₃」の干渉部分の格子縞パターンを含む。「Ｑ₁」干渉部分は、１／４波長板５２０と高密度偏光アレイ５３０ｂの第１の偏光部５３２Ａを通過したサブ波面１２４ｂ，１２８ｂの間のπ／２（rad）の相対位相変位に対応する。これに対し、「Ｑ₃」干渉部分は、１／４波長板５２０と高密度偏光アレイ５３０ｂの第１の偏光部５３２Ａを通過したサブ波面１２４ｂ，１２８ｂの間の３π／２（rad）の相対位相変位に対応する。

　第１の実施の形態において、「Ｑ₁」，「Ｑ₃」の干渉部分は、それぞれ、高密度偏光アレイ５３０ｂの第１の偏光部５３２Ａおよび第２の偏光部５３４Ａのパターン５３１Ａに対応する。従って、多重位相変位干渉画像情報６２０内の「Ｑ₁」，「Ｑ₃」の干渉部分は、パターン５３１Ａに対応する高空間周波数での格子縞パターンで交互配置される。この「Ｑ₁」，「Ｑ₃」の干渉部分の格子縞パターンは、図４に示すＱ₁象限２３４、Ｑ₃象限２３８の高密度交互配置に対応し、検出装置７１０ｂの表面上に単一の画像として伝送される。

　移相撮像素子３０００’の第４の実施の形態の第２の実施の形態において、参照波面１２４および対象波面１２８は、図２０に示す直交方向１３２Ｂ，１３３Ｂに沿って偏光される。この第２の実施の形態において、高密度偏光アレイ５３０ａ，５３０ｂは、パターン５３１Ｂを含み、パターン５３１Ｂは、パターン５３１Ｂの詳細図（図２０（ｂ））において、それぞれの「格子ライン」によって示されるようにそれぞれの偏光方向を有する第１の偏光部５３２Ｂおよび第２の偏光部５３４Ｂを含む。このような場合、この第２の実施の形態の各素子の相互に作用する偏光方向の全ては、上述した移相撮像素子３０００’の第４の実施の形態におけるそれらの対応素子に比して同じπ／４（rad）によって回転される。

　従って、様々な実施の形態において、この第２の実施例は、上述した移相撮像素子３０００’の第４の実施の形態の第１の実施と実質的に同じ態様で、動作する。その結果、様々な実施の形態において、移相撮像素子３０００’の第４の実施の形態の第２の実施によって提供された多重位相変位干渉画像情報６１０および多重位相変位干渉画像情報６２０は、移相撮像素子３０００’の第４の実施の形態の第１の実施例に関して上述したと同じ格子縞パターンを含む。

　図１９に示すように、多重移相画像発生機構１４００’’’の第４の実施の形態および移相撮像素子３０００’の第４の実施の形態は、それぞれ、モノリシックすなわち集積構造であり、図１９および図２０に示す様々な光路は、互いに独立していない。すなわち、遭遇するかもしれない変化または他の回転および／または並進運動は、本質的に等しく、光路の全てに適用される。従って、そのような回転および／または並進運動によって生じる誤差は、同相誤差であり、よって、制御システム１７０によって生成された測定値の精度に影響を与えない。

　さらに、Ｑ₀干渉部分と呼ばれる「０（rad）の相対位相変位」の干渉部分、およびＱ₂干渉部分と呼ばれる「π（rad）の相対位相変位」の干渉部分は、検出装置７１０ａの表面に亘って高空間周波数格子縞パターンで交互配置される。その結果、Ｑ₀およびＱ₂象限における移相インタフェログラム６００ａ，６００ｃの空間分離によって図２〜５に示す多重移相画像発生装置２００に出現する様々な非同相誤差は、減少され、そして、理想的には排除される。すなわち、０（rad）およびπ（rad）の位相変化干渉部分は、検出装置７１０ａの全体に亘って各位置で隣接し、各位置は、各位置での０（rad）およびπ（rad）の位相変化干渉部分における対象物１３０の同じ部分を実質的に撮像する。さらに、各位置での画素に関しては、入射光強度から出力信号振幅までの伝達関数における不一致は、減少され、そして理想的には最小化される。よって、様々な実施の形態において、これらの要因に関連する誤差は、減少されそして／または最小化され、多くの実施の形態において、理想的には排除される。

　本発明による様々な実施の形態において、そのような利益は、多重位相変位干渉画像情報６００が検出サブシステム１５０２おける小さい領域内に多重の位相で提供されるから、生じる。言い方を変えれば、本発明による様々な実施の形態において、そのよう利益は、単一のサブ波面から生じる単一の画像が２つ以上の異なる相対位相変位についての情報を含むから、生じる。その情報は、画像全体に亘って交互配置される。本発明による様々な実施の形態において、同じ利益が、Ｑ₁干渉部分と呼ばれる「π／２（rad）の相対位相変位」の干渉部分、およびＱ₃干渉部分と呼ばれる「３π／２（rad）の相対位相変位」の干渉部分から得られるから、生じる。それらの干渉部分は、同じ理由で、検出装置７１０ｂの表面に亘って高空間周波数格子縞パターンで交互配置される。

　多重移相発生機構１４００’’’の第４の実施の形態と移相撮像素子３０００’の第４の実施の形態は、単一のサブ波面から得られた単一の画像から生じる相対位相変位干渉情報の２つの異なる位相を提供する。同様に、多重移相発生機構１４００’’’の第４の実施の形態と移相撮像素子３０００’の第４の実施の形態は、単一のそれぞれのサブ波面からそれぞれ得られた２つのみの空間分離画像から生じる相対位相変位干渉情報の４つの異なる位相を提供する。

　様々な実施の形態において、移相撮像素子３０００’の第４の実施の形態の部品は、混ぜ合わされた波面１２９ａ，１２９ｂの光路長が実質的に等しくなることを保証するように選択され、組み立てられる。従って、光学入力部１３５’の焦点合わせ、絞りおよび／または倍率特性などは、検出装置７１０ａ，７１０ｂで同じ撮像効果を生成するであろう。様々な実施の形態において、空白すなわち中立板５２５は省略されるが、高密度偏光アレイ５３０ａおよび検出装置７１０ａは、１／４波長板５２０の光路長に等しい光路長を提供する間隔をあけて強固にセットされる。

　さらに、様々な実施の形態において、検出装置７１０ａ，７１０ｂは、２つの検出装置間の画素に匹敵する検出素子の出力を一致させるために、適合した組として選択されそして／または較正される。２つの検出装置を使用することは、各サブ波面すなわち多重位相変位干渉画像情報６１０，６２０が、両画像が単一の同サイズの検出装置の空間分離された領域で撮像される場合に得ることができるものより大きくなることを許容する。従って、移相撮像素子３０００’の第４の実施の形態の有効信号および空間解像度は、向上される。

　しかしながら、この実施の形態は、名目上の入射光強度における違いおよび／または入射光強度から出力信号振幅までの伝達関数における不一致が異なる検出装置の匹敵する検出素子すなわち画素間に出現するかもしれないという点で、一部不利な点を有する。そのような違いによって、いくつかの残りの非同相誤差が、制御システム１７０によって生成された測定値に関連したいくつかの、全てではないが、操作において残存する。さらに、これらの残存誤差は、２つの検出装置を適合させそして／または較正する上述した様々な実施の形態において、減少される。

　図７および図８に関して上述した式（１）〜（４）に関して述べた様々な有利な点および動作の結果は、図１９および図２０に示す実施の形態に等しく適用され、当業者によって容易に評価されるであろう。従って、図１９および図２０に示す実施の形態に対する式（１）〜（４）の詳細な応用例は、省略される。

　図２１および図２２は、本発明による移相撮像素子４０００’の第５の実施の形態を示す平面図である。図２１に模式的に示すように、移相撮像素子４０００’の第５の実施の形態は、本発明による多重移相発生機構１４００’’’’の第５の実施の形態と検出サブシステム７００’を含む。多重移相発生機構１４００’’’’の第５の実施の形態は、本発明による１対の高密度偏光アレイ５３０ａ’，５３０ｂ’を組み込む。また、多重移相発生機構１４００’’’’の第５の実施の形態は、ビームスプリティング表面３１０’、反射面３１２ａ，３１２ｂ、空白すなわち中立板３２５’および１／４波長板３２０’を含む。

　図１０および図２１と、図１１および図２２とに示す様々な実施の形態における共通素子は、同様に動作する。従って、これらの素子の記述は、繰り返さない。図２１および図２２に示す移相撮像素子４０００’の第５の実施の形態においては、空白すなわち中立板５２５’、高密度偏光アレイ５３０’および検出装置７１０ａ’が、ビームスプリティング面３１０’の一方の側において第１の光路に沿ってサブ波面１２９ａ’を受光し、処理するように直線上に並べられる。この第１の光路に沿って、多重移相発生機構１４００’’’’は、検出装置７１０ａ’との境界で多重位相変位干渉画像情報６１０’を発生する。同様に、１／４波長板５２０’、高密度偏光アレイ５３０’の第２の部分、および検出装置７１０ｂ’は、ビームスプリティング面３１０’の他方の側において第２の光路に沿ってサブ波面１２９ｂ’を受光し、処理するように直線上に並べられる。この第２の光路に沿って、多重移相発生機構１４００’’’’は、検出装置７１０ｂ^’との境界で多重位相変位干渉画像情報６２０’を発生する。

　図１０および図１１に関して上述した様々な有利な点および動作の結果は、図１９および図２０に示す実施の形態のそれらと同様に、図２１および図２２に示す実施の形態に等しく適用され、当業者によって容易に評価されるであろう。特に、上述した式（１）〜（４）に関して図１０および図１１に対して述べた動作および解析の結果は、図２１および図２２に示す実施の形態に適用される。従って、図２１および図２２に示す実施の形態に対する式（１）〜（４）の詳細な応用例は、省略される。

　図２３は、本発明による移相撮像素子６０００の第６の実施の形態を示す分解図である。図２３に示すように、移相撮像素子６０００は、多重移相発生機構１４００’’’’’の第６の実施の形態と検出サブシステム７００”を含む。様々な実施の形態において、好適な公知のまたは後に開発される単一の検出装置７１０は、サブ検出システム７００”を実現する。図２３に示すように、多重移相発生機構１４００’’’’’は、本発明による高密度偏光アレイ５３０と組み合わせて、上述した高密度移相アレイ素子４１０または４３０、または本発明による高密度移相アレイ素子４９０を組み込む。図１３に関して前述した第３の例の移相撮像素子５０００のように、移相撮像素子６０００においては、ビームスプリッタは必要ない。

　図２３に示すように、混ぜ合わされた波面１２９は、光学入力部１３５”によって伝送される。伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、参照波面１２４および対象波面１２８を含む。伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、高密度移相アレイ素子４９０を満たす単一の波面として伝搬され、以下に述べるように、２つの交互配置の遅延板の組み合わされた機能を提供する。２つの遅延板は、それらの間で１／４波長の遅延差を有する。従って、様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４９０から伝搬された、伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、π／２（rad）の相対位相変位によって分離される異なる相対位相変位を有する少なくとも２つの移相部分の交互配置のパターンを含む。

　π／２（rad）の異なる相対位相変位の交互配置のパターンを含む高密度移相アレイ素子４９０を通過した伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、高密度偏光アレイ５３０に導かれる。図１８〜２２に関して上述したように、様々な実施の形態において、高密度偏光アレイ５３０の第１および第２の偏光部５３２，５３４の一方は、高密度移相アレイ素子４９０を通過し、π／２（rad）によって分離されている異なる相対位相変位の第１の相対位相変位を有する伝送された混ぜ合わされた波面１２９の様々な部分における直交偏光された成分１２４，１２８の同位相成分を伝送し、干渉するように方向付けられる。同様に、高密度偏光アレイ５３０の第１および第２の偏光部５３２，５３４の他方は、高密度移相アレイ素子４９０を通過し、π／２（rad）によって分離されている異なる相対位相変位の第２の相対位相変位を有する伝送された混ぜ合わされた波面１２９の様々な部分における直交偏光された成分１２４，１２８の位相不一致成分を伝送し、干渉するように直交して方向付けられる。

　その結果、様々な実施の形態において、Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分の二次元の交互配置のパターンは、高密度偏光アレイ５３０を通過した多重位相変位干渉画像情報６４０において生成される。Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分の二次元の交互配置のパターンは、検出サブシステム７００”を実現するのに用いられる検出装置７１０の表面エリア全体に亘って実質的に広がる単一の画像として受光される。

　様々な実施の形態において、上述した様々な実施の形態と同様に、高密度移相アレイ素子４９０のパターン化された表面は、高密度偏光アレイ５３０および検出装置７１０に向けられる。より一般的には、様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４９０、高密度偏光アレイ５３０および検出装置７１０のそれぞれの製作、方向付けおよび組み立ては、図７，８，１０および１１を参照して上述した移相撮像素子３０００，４０００の対応する素子のそれぞれの製作、方向付けおよび組み立てに関して前述した様々な実施の形態と同様にすることができる。様々な実施の形態において、それらの製作方法に拘わらず、高密度偏光アレイ５３０、高密度移相アレイ素子４９０および検出装置７１０は、互いに有効に接着されまたは結合され、モノリシック移相撮像素子として図２３に示す移相撮像素子６０００を形成する。

　本発明による様々な実施の形態において、混ぜ合わされた波面１２９の有効光路長の各部が可能な限り同じになり、そして理想的には等しくなるように、高密度偏光アレイ５３０、高密度移相アレイ素子４９０および検出装置７１０を製作することは有利である。様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４９０の活性部分と検出装置７１０の検出面の間の距離ｄ（図示せず）は、検出装置７１０に出現された画像の最大焦点深度より小さい。様々な実施の形態において、距離ｄは、約１〜２ｍｍまたはそれにより小さい。様々な他の実施の形態において、距離ｄは、０．２ｍｍ未満である。

　様々な実施の形態において、高密度偏光アレイ５３０は、第１の偏光部５３２および第２の偏光部５３４のパターンを含み、該パターンは、高密度移相アレイ素子490に含まれる０（rad）の移相部分Ｐ₀およびπ／２（rad）の移相部分Ｐ₉₀のパターンを補完する。高密度移相アレイ素子４９０および高密度偏光アレイ５３０の補完的なパターンは、結合され、多重位相変位干渉画像情報６４０における高空間周波数で交互配置された第１、第２、第３および第４の相対位相干渉部分の所望の二次元の交互配置のパターンを生成する。

　そのような実施の形態において、多重位相変位干渉画像情報６４０における第１、第２、第３および第４の相対位相干渉部分の二次元の交互配置のパターンは、検出サブシステム７００”を実現するのに用いられる検出装置７１０の表面上に単一の画像として伝送される、図４に示すＱ₀〜Ｑ₃象限２３２〜２３８の高密度交互配置に対応する。そのような補完的なパターンの様々な実施の形態、および多重位相変位干渉画像情報６４０の様々な結果として生じる実施の形態は、以下にさらに詳細に述べる。

　移相撮像素子６０００の第１の実施において、参照波面１２４および対象波面１２８は、図２３に示す直交する方向１３２Ａ，１３３Ａに沿って偏光される。この第１の実施において、高密度偏光アレイ５３０は、パターン５３１Ｃを含み、該パターン５３１Ｃは、パターン５３１Ｃの詳細図（図２３（ｃ））においてそれぞれの「格子ライン」によって示されるそれぞれの偏光方向を有する帯状の第１の偏光部５３２Ｃおよび帯状の第２の偏光部５３４Ｃを含む。

　この実施において、高密度偏光アレイ５３０がパターン５３１Ｃを含むとき、移相撮像素子６０００の第６の実施の形態の第１の実施は、パターン４９１Ａを含む高密度移相アレイ素子４９０を含む。パターン４９１Ａは、図２３（ｂ）に詳細に示すように、交互に配置された帯状の０（rad）の移相部分Ｐ₀および帯状のπ／４（rad）の移相部分Ｐ₉₀を含む。様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４９０の帯状の０（rad）の移相部分Ｐ₀および帯状のπ／４（rad）の移相部分Ｐ₉₀は、図１４の帯状の例など、前述した方法に従って複屈折材層すなわち複屈折基板に適切な厚さを形成することによって、製作される。しかしながら、この特定の実施において、複屈折材層すなわち複屈折基板の速軸方向は、図１５に示す実施の形態のように、一様に鉛直方向である。

　そのような実施において、第１の偏光部５３２Ｃは、高密度移相アレイ素子４９０から消え去る伝送された混ぜ合わされた波面１２９における直交偏光された成分１２４，１２８の同位相成分を伝送し、干渉するように作用する。同様に、第２の偏光部５３４Ｃは、高密度移相アレイ素子４９０から消え去る伝送された混ぜ合わされた波面１２９における直交偏光された成分１２４，１２８の位相不一致成分を伝送し、干渉するように作用する。この実施の形態に対応する多重位相変位干渉画像情報６４０は、さらに、図２４を参照して以下に述べる。

　移相撮像素子６０００の第２の実施において、参照波面１２４および対象波面１２８は、図２３に示す直交する方向１３２Ｂ，１３３Ｂに沿って偏光される。この第２の実施において、高密度偏光アレイ５３０は、パターン５３１Ｂを含み、該パターン５３１Ｂは、図２０に関して上述したように、第１の偏光部５３２Ｂおよび第２の偏光部５３４Ｂを含む。

　この第２の実施において、高密度偏光アレイ５３０がパターン５３１Ｂを含むとき、移相撮像素子６０００の第６の実施の形態の第１の例は、パターン４９１Ｂを含む高密度移相アレイ素子４９０を含む。パターン４９１Ｂは、図１９（ｄ）の詳細図に示すように、０（rad）の移相部分Ｐ₀およびπ／４（rad）の移相部分Ｐ₉₀の格子縞パターンを含む。様々な実施の形態において、高密度移相アレイ素子４９０の０（rad）の移相部分Ｐ₀およびπ／４（rad）の移相部分Ｐ₉₀の格子縞パターンは、図６または１５に示す例など、前述した方法に従って複屈折材層すなわち複屈折基板に適切な厚さを形成することによって、製作される。この特定の実施において、複屈折材層すなわち複屈折基板の速軸方向は、図６および１５に示す実施の形態のように、全ての位置で、一様に鉛直方向である。

　そのような実施において、第１の偏光部５３２Ｂは、高密度移相アレイ素子４９０から消え去る伝送された混ぜ合わされた波面１２９における直交偏光された成分１２４，１２８の同位相成分を伝送し、干渉するように作用する。同様に、第２の偏光部５３４Ｂは、高密度移相アレイ素子４９０から消え去る伝送された混ぜ合わされた波面１２９における直交偏光された成分１２４，１２８の位相不一致成分を伝送し、干渉するように作用する。この実施の形態に対応する多重位相変位干渉画像情報６４０の構造は、さらに、図２５を参照して以下に述べる。

　より一般には、移相撮像素子６０００の第４の実施の形態において使用可能である高密度移相アレイ素子および高密度偏光アレイ５３０のパターンの使用可能な組み合わせが、多数ある。さらに、様々な補完的な偏光、速軸および方向付けにおける高密度偏光アレイ５３０および高密度移相アレイ素子４９０の様々な形態を製作する様々な他の代替方法は、可能であり、それは上述および以下に述べることの両方に基づいて明らかになるであろう。

　多重移相発生機構１４００”，１４００’’’’’の様々な実施の形態および例示の移相撮像素子５０００，６０００は、３つ以上の異なる位相を提供し、単一の分割されていない波面から得られる単一の画像から生じる相対移相干渉画像情報の上述および以下に述べる様々な実施の形態に関して開示された、３つの異なる位相および４つの異なる位相を含むが、これに限定されることはない。従って、図７および図８に示す多重移相発生機構１４００’と移相撮像素子３０００、および図１０および図１１に示す多重移相発生機構１４００’と移相撮像素子４０００の様々な態様の前述した特徴および利点は、図１３および図２３に示す多重移相発生機構１４００”，１４００’’’’’および移相撮像素子５０００，６０００の様々な態様によって同様に提供される。

　さらに、様々な実施の形態において、１３および図２３に示す多重移相発生機構１４００”，１４００’’’’’および移相撮像素子５０００，６０００は、高密度移相アレイ素子４６０，４７０，４８０または４９０などが単一の素子として提供されるという、さらなる利益を享受する。さらに、高密度移相アレイ素子４６０，４７０，４８０または４９０などは、２以上の異なるタイプの位相干渉部分が単一の光路に沿ってすなわち検出装置７１０上の単一の画像内に提供されることを許容するから、ビームスプリティング素子は必要ではない。この結果は、より少ない光学素子の収差とより便利な組み立ておよび／または信号処理をもたらすだけでなく、全ての匹敵する画素のゲイン特性などの間の改善された適合性をもたらす。これは、全ての匹敵する画素が検出装置の同一の小さい領域に位置するから、生じる。

　さらに、全ての匹敵する画素は、検出装置の同一の小さい領域に位置する。従って、対象物の特定の部分から、多重位相変位干渉画像情報６３０，６４０の特定位置部分における特定の対応するＱ₀〜Ｑ₃干渉部分までの光路長は、本質的に、同じである。従って、関連する相対移相情報および関連する測定値は、移相撮像素子５０００，６０００の合理的に予期された回転および／または並進運動に対して感知しない。その結果、様々な実施の形態において、コストおよび測定誤差の両方が、移相撮像素子３０００，３０００’，４０００，４０００’に比して、移相撮像素子５０００，６０００においては、さらに減少される。

　図２４〜図２７は、図１８〜２２に示す高密度偏光アレイ５３０と本発明による高密度移相アレイ素子４９０の両方を組み込む図２３に示す移相撮像素子６０００の第６の実施の形態の第１〜第４のより詳細なパターンと動作を概要図である。

　特に、図２４は、図２３を参照して上述した第６の実施の形態の第１の実施のパターンと動作を示す概要図である。この第１の実施は、参照波面１２４および対象波面１２８が図２３に示す直交する方向１３２Ａ，１３３Ａに沿って偏光されるときに使用可能である。図２４は、高密度偏光アレイ５３０のパターン５３１Ｃ例の一部、パターン５３１Ｃの一部と名目上直線に並べられる高密度移相アレイ素子４９０のパターン４９１Ａ例の一部を示す。これらの素子は、図２３に示す移相撮像素子６０００の第６の実施の形態の第１の実施を参照して前述されている。

　図２４は、また、検出装置７１０の表面上の単一の画像として伝送される多重位相変位干渉画像情報６４０ＡにおけるＱ₀〜Ｑ₃干渉部分の結果として生じた交互配置のパターン６４０Ａの名目上調整された部分を示す。これの交互配置のパターン６４０Ａは、図２３に示す移相撮像素子６０００の第６の実施の形態の第１の実施を参照して上述したように、高密度偏光アレイ４９０のパターン５３１Ｃと高密度移相アレイ素子４９０のパターン４９１Ａの組み合わせから得られる。様々なＱ₀〜Ｑ₃干渉部分の光学的生成および特性は、前述したと同じである。名目上の横分解能指標８００Ａは、さらに以下に詳述されるように、示される。

　様々な実施の形態において、多重位相変位干渉画像情報６４０ＡにおけるＱ₀〜Ｑ₃干渉部分の縁は、名目上、検出装置７１０の検出素子の縁と直線に並べられる。すなわち、各Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分は、整数画素の高さ、整数画素の幅を有し、名目上、対応する画素の組と直線に並べられる。例えば、様々な実施の形態において、粗い横分解能のみが要求されるとき、整数の画素は、約１６画素以上である。細かい横分解能が要求される様々な実施の形態においては、整数の画素は、約４〜８画素である。最も細かい横分解能が要求される様々な実施の形態においては、整数の画素は、約１〜４画素である。高密度偏光アレイ５３０および高密度移相アレイ素子４９０の様々な寸法は、適宜に設計され、当業者にとっては明らかであろう。

　上述したように、移相撮像素子６０００の第６の実施の形態の第１の実施は、単一の画像から生じる相対位相変位干渉情報の４つの異なる位相すなわちＱ₀〜Ｑ₃干渉部分を提供する。従って、移相撮像素子６０００の第６の実施の形態の第１の実施は、上述した移相撮像素子３０００，３０００’，４０００，４０００によって提供される位相信号と同様な、Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分から生じる４つの異なる「位相信号」を提供する。

　従って、式（２）および図７，８，１０，１１および１９〜２２に関連した上述からの類推によって、多重位相変位干渉画像情報が４つのＱ₀〜Ｑ₃干渉部分を交互配置する本発明による様々な実施の形態に関して、図２４に示すように、位置（ｘ，ｙ）に中心が置かれる４つの隣接する異なる干渉部分の２ｘ２領域が名目上、干渉情報部分Ｑ₃（ｘ，ｙ），Ｑ₁（ｘ，ｙ），Ｑ₀（ｘ，ｙ），Ｑ₂（ｘ，ｙ）であることに対して、米国特許6,034,330の式（１０）および上記式（２）に匹敵する１つの式は、
　　Φ(x,y)＝tan^-1{[I_Q3(x,y)-I_Q1(x,y)] / [I_Q0(x,y)-I_Q2(x,y)]}　　　　　　　　　（１７）
となる。ここで、Ｉは、干渉部分のそれぞれに対する画像強度値を示す。

　式（２），（３）に関して上述したと同様に、各干渉部分が検出器上の１画素以上の組に対応すると、様々な実施の形態において、画像強度値Ｉは、画素の全体の組に対する平均または代表強度値を示す。従って、画素の全体の組は、「メタ画素」としてみなすことができる。様々な実施の形態において、そのようなメタ画素は、本発明による高密度偏光アレイ５３０の第１および第２の部分と高密度移相アレイ素子４９０のパターン４９１Ａの０（rad）の移相部分Ｐ₀およびπ／２（rad）の移相部分Ｐ₉₀とのそれぞれの重なり合うエリアの組み合わせの広がりに対応する広がりを有する。様々な実施の形態において、そのようなメタ画素は、本発明の原理に従って使用可能な空間平均の１つの好ましい方法を提供する。

　また、式（２），（３）に関して上述したと同様に、様々な実施の形態において、個々の干渉部分は、近接するすなわち隣接する４つの対応可能な近接干渉部分との干渉部分の４つの境界に対応する少なくとも４つの異なる（ｘ，ｙ）位置での測定値に包含される匹敵する干渉部分である。

　さらに、式（３）に関連した上述からの類推によって、中央画素に一致する位置（ｘ，ｙ）に中心が置かれる９つの隣接する異なる干渉部分の３ｘ３領域について、次の代替式が使用可能である。

　　Φ(x,y)＝tan^-1{[I^ave _Q3(x,y)-I^ave _Q1(x,y)] / [I^ave _Q0(x,y)-I^ave _Q2(x,y)]}　　　　（１８）
ここで、I^aveは、９つの隣接する干渉部分において１、２または４つの様々な干渉部分があるかに拘わらず、各干渉部分に対するエリア平均画像強度値を示す。

　式（１８）は、（ｘ，ｙ）の中央画素の各側にある画素を平均し、式（１７）に現れる最小の勾配またはオフセット誤差を名目上取り除く。すなわち、様々な実施の形態において、式（１８）による「匹敵する平均」は、理想的には（ｘ，ｙ）の中央位置に一致する名目上の空間位置を有する。様々な実施の形態において、個々の干渉部分は、その干渉部分の４つの縁に隣接の匹敵する近接干渉部分と、その干渉部分の４つの対角上に位置する匹敵する近接干渉部分に対応する少なくとも８つの異なる（ｘ，ｙ）位置での測定値に包含される匹敵する干渉部分である。

　前述の例および議論に基づいて、本発明に従うこれらおよび他の実施の形態に使用可能な様々な変形および他の信号処理は、当業者にとっては明らかであろう。

　図２５は、図２３を参照して上述したように、第６の実施の形態の移相撮像素子６０００の第２の実施のパターンおよび動作を示す概要図である。この第２の実施は、参照波面１２４および対象波面１２８が直交する方向１３２Ｂ，１３３Ｂに偏光されるときに使用可能である。図２５は、高密度偏光アレイ５３０のパターン５３１Ｂの例の一部と、パターン５３１Ｂの一部と名目上直線に並べられる高密度移相アレイ素子４９０のパターン４９１Ｂの例の一部を示す。これらの素子は、図２３に示す第６の実施の形態の移相撮像素子の第２の実施を参照して前述されている。

　図２５は、また、検出装置７１０の表面上に単一の画像として伝送された多重位相変位干渉画像情報６４０におけるＱ₀〜Ｑ₃干渉部分の結果として生じた交互配置のパターン６４０Ｂの名目上調整された部分を示す。この交互配置のパターン６４０Ｂは、図２３に示す第６の実施の形態の移相撮像素子６０００の第２の例を参照して上述したように、高密度偏光アレイ５３０のパターン５３１Ｂと高密度移相アレイ素子４９０のパターン４９１Ｂの組み合わせから得られる。Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分の光学的発生および特性は、前述したと同様である。名目上の横分解能指標８００Ｂが、また、以下にさらに詳述するように、示される。

　図２４を参照して述べた第１の実施と同様に、様々な実施の形態において、多重位相変位干渉画像情報６４０ＢにおけるＱ₀〜Ｑ₃干渉部分の縁は、検出装置７１０の検出素子の縁と名目上直線に並べられる。すなわち、各Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分は、整数画素の高さおよび整数画素の幅を有し、名目上、対応する画素組と直線に並べられる。高密度偏光アレイ５３０および高密度移相アレイ素子４９０の様々な素子の寸法は、適宜に設計され、当業者にとっては明らかであろう。

　この第２の実施は、また、上述した第１の実施によって提供された４つの位相信号と同様な、Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分から生じる４つの分離された「位相信号」を提供する。従って、図２４に示す第１の実施に関連して上述からの類推によって、式（１７）は、位置（ｘ，ｙ）に中心が置かれる４つの隣接する異なる干渉部分の２ｘ２領域について、使用可能である。しかしながら、第２の実施の特定の構造によって、図２５に示すパターン６４０Ｂにおける点線によって示されるように、４つの隣接する異なる干渉部分の中心は、高密度移相アレイ素子４９０のパターン４９１Ｂにおけるπ／２（rad）の移相部分Ｐ₉₀と０（rad）の移相部分Ｐ₀間の縁の中心に一致する（ｘ，ｙ）位置で生じる。従って、式（１７）は、第２の実施に対するこれらの特定の位置で測定値を作るのに適用されるのみである。

　しかしながら、π／２（rad）の移相部分Ｐ₉₀と０（rad）の移相部分Ｐ₀間の縁の中心に一致する前述した（ｘ，ｙ）位置間の中途の各（ｘ，ｙ）位置で、「平均化」式（１８）は、ｘ方向に沿った２つの干渉部分の幅およびｙ方向に沿った４つの干渉部分の高さ、または逆、を有する８つの隣接する干渉部分の領域について、第２の特定の実施で使用可能である。前述した例および議論に基づいて、第２の実施に使用可能である様々な変形および他の信号処理方法は、当業者にとっては明らかであろう。

　図２６は、図２３を参照して上述したように、第６の実施の形態の移相撮像素子６０００の第３の実施のパターンおよび動作を示す概要図である。第３の実施は、参照波面１２４と対象波面１２８が図２３に示す直交する方向１３２Ｂ，１３３Ｂに沿って偏光されるときに、使用可能である。図２６は、高密度偏光アレイ５３０のパターン５３１Ｂの一例の一部と、パターン５３１Ｂの一部と名目上直線に並べられる高密度移相アレイ素子４９０のパターン４９１Ａの一例の一部を示す。これらの素子は、図２３に示す移相撮像素子６０００の第６の実施の形態の第１および第２の実施を参照して前述されている。

　図２６は、また、検出装置７１０の表面上に単一の画像として伝送された多重位相変位干渉画像情報６４０におけるＱ₀〜Ｑ₃干渉部分の結果として生じた交互配置のパターン６４０Ｃの名目上調整された部分を示す。この交互配置のパターン６４０Ｃは、図２３に示す第６の実施の形態の移相撮像素子６０００を参照して上述したように、高密度偏光アレイ５３０のパターン５３１Ｂと高密度移相アレイ素子４９０のパターン４９１Ａの組み合わせから得られる。Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分の光学的発生および特性は、前述したと同様である。名目上の横分解能指標８００Ｃが、また、以下にさらに詳述するように、示される。

　図２４を参照して述べた第１の実施と同様に、様々な実施の形態において、多重位相変位干渉画像情報６４０ＣにおけるＱ₀〜Ｑ₃干渉部分の縁は、検出装置７１０の検出素子の縁と名目上直線に並べられる。すなわち、各Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分は、整数画素の高さおよび整数画素の幅を有し、名目上、対応する画素組と直線に並べられる。高密度偏光アレイ５３０および高密度移相アレイ素子４９０の様々な素子の寸法は、適宜に設計され、当業者にとっては明らかであろう。

　この第３の実施は、図２４を参照して上述した第１の実施によって提供された４つの位相信号と同様な、Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分から生じる４つの分離された「位相信号」を提供する。図２４に示す第１の実施のパターン６４０Ａと第３の実施のパターン６４０Ｃの間の４つのＱ₀〜Ｑ₃干渉部分の配置における小さい差にもかかわらず、式（１７）は、位置（ｘ，ｙ）に中心が置かれる４つの隣接する異なる干渉部分の２ｘ２領域について、この第３の実施で使用可能である。同様に、中央画素に一致する位置（ｘ，ｙ）に中心が置かれる９つの隣接する干渉部分の３ｘ３領域について、式（１８）は使用可能である。前述した例および議論に基づいて、第３の実施に使用可能である様々な変形および他の信号処理方法は、当業者にとっては明らかであろう。

　図２７は、第６の実施の形態の移相撮像素子６０００の第４の実施のパターンおよび動作を示す概要図である。この第４の実施は、参照波面１２４と対象波面１２８が図２３に示す直交する方向１３２Ｂ，１３３Ｂに沿って偏光されるときに、使用可能である。図２４〜２６に示す実施に対して、図２７は、３つの異なる干渉部分、Ｑ₀，Ｑ₁およびＱ₃干渉部分を提供する実施を示す。高密度偏光アレイ５３０のパターン５３１Ｂの一例の一部と、パターン５３１Ｂの一部と名目上直線に並べられる高密度移相アレイ素子４９０のパターン４９１Ａの一例の一部を示す。従って、３つの位相のみを使用する測定に使用可能である。

　図２７は、高密度偏光アレイ５３０の代替パターン５３１”の一例の一部と、パターン５３１”の一部と名目上直線に並べられる高密度移相アレイ素子４９０のパターン４９１”の一例の一部を示す。これらの素子の全般特性は、図２３に示す同様の数の素子を参照して前述したとそれらと同様である。図２７は、また、検出装置７１０の表面上に単一の画像として伝送された多重位相変位干渉画像情報６４０におけるＱ₀，Ｑ₁およびＱ₃干渉部分の結果として生じた交互配置のパターン６４０Ｄの名目上調整された部分を示す。この交互配置のパターン６４０Ｄは、図２３に示す第６の実施の形態の移相撮像素子６０００の第４の実施において、高密度偏光アレイ５３０のパターン５３１”と高密度移相アレイ素子４９０のパターン４９１”の組み合わせから得られる。Ｑ₀，Ｑ₁およびＱ₃干渉部分の光学的発生および特性は、前述したと同様である。

　図２４を参照して述べた第１の実施と同様に、様々な実施の形態において、多重位相変位干渉画像情報６４０におけるＱ₀，Ｑ₁およびＱ₃干渉部分の縁が、名目上、検出装置７１０の検出素子の縁と直線に並べられる。すなわち、各Ｑ₀，Ｑ₁およびＱ₃干渉部分は、整数画素の高さおよび整数画素の幅を有し、名目上、対応する画素の組と直線に並べられる。高密度偏光アレイ５３０および高密度移相アレイ素子４９０の寸法は、適宜に設計され、当業者にとっては明らかであろう。

　この第４の実施は、３つのＱ₀，Ｑ₁およびＱ₃干渉部分から生じる３つの別個の「位相信号」を提供する。この第１の実施のパターン６４０Ａと第４の実施のパターン６４０Ｄの間の小さい差によって、式（１７）に代えて、式(１９)が、位置（ｘ，ｙ）に中心が置かれる３つの隣接する異なる干渉部分について、この第４の実施で使用可能である。この３つの隣接する異なる干渉部分は、行に沿った配置、列に沿った配置、またはＬ形状の配置である。Ｌ形状の場合、（ｘ，ｙ）位置は、名目上、「Ｌ」の内側のコーナである。従って、位置（ｘ，ｙ）に中心が置かれる３つのそのような隣接し、Ｑ₃（ｘ，ｙ），Ｑ₁（ｘ，ｙ），Ｑ₀（ｘ，ｙ）として名目上特定される干渉部分の領域について、米国特許6,034,330の式（１０）および上記式（２）に匹敵する１つの式は、
　　Φ(x,y)＝tan^-1{[I_Q3(x,y)-I_Q1(x,y)]/[2I_Q0(x,y)-(I_Q3(x,y)+I_Q1(x,y))]}　　　　　（１９）
となり、ここで、Ｉは、各干渉部分に対する画像強度値を示す。

　同様に、第４の実施が３つのＱ₀，Ｑ₁およびＱ₃干渉部分から生じる３つの別個の「位相信号」のみを提供するから、第１の実施のパターン６４０Ａと第４の実施のパターン６４０Ｄの間の小さい差によって、式（１８）に代えて、式(２０)がこの第４の実施で使用可能である。従って、位置（ｘ，ｙ）に中心が置かれる少なくとも３つの異なるタイプの干渉部分を含むことができる４つの隣接する干渉部分について、式（２０）が使用可能である。この４つの隣接する干渉部分は、行に沿って、列に沿って、または２ｘ２ブロック内にある。すなわち、次の代替式はまた使用可能である。

　Φ(x,y)＝tan^-1{[I^ave _Q3(x,y)-I^ave _Q1(x,y)]/[2I^ave _Q0(x,y)-(I^ave _Q3(x,y)+I^ave _Q1(x,y))]}　(２０)
ここで、Ｉ^aveは、４つの隣接する干渉部分の領域における様々な干渉部分の数に拘わらず、各干渉部分に対するエリア平均画像強度値を示す。

　式（１７），（１８）に匹敵する各式（１９），（２０）において、「Ｉ_Q2(x,y)」項はない。従って、Ｉ_Q0(x,y)信号に現れる信号オフセットのいくつかは、取り除かれない。しかしながら、本発明の原理による様々な実施の形態を使用するときに前述した「同相」誤差の利点が得られるから、Ｉ_Q0(x,y)信号における多数の信号オフセットは、Ｉ_Q3(x,y)，Ｉ_Q1(x,y)信号における信号オフセットと同じであると仮定することができる。従って、式（２０）におけるサブ式（Ｉ^ave _Q3(x,y)＋Ｉ^ave _Q1(x,y)）は、Ｉ_Q0(x,y)信号に現れる大部分のオフセット効果を効率的に取り除かれる。

　従って、小さな不利にも拘らず、図２７に示すパターン構成は、３つの異なる干渉部分の様々な組み合わせを生成する他のパターン構成と同様に、本発明の原理による様々な実施の形態において使用可能である。前述の例および議論に基づいて、第４の実施に使用可能である様々な変形例および他の信号処理方法は、当業者にとっては明らかであろう。より一般には、図２４〜２７に示した様々なパターンに関する前述の例および議論に基づいて、本発明の原理に従って使用可能な様々な他の変形例および他のパターンは、当業者にとっては明らかであろう。

　図２８は、図１１および２２に示す移相撮像素子４０００および４０００’と同様に機能する移相撮像素子７０００の一実施の形態を示す。従って、図２８の以下の詳述は、移相撮像素子４０００，４０００’に対する移相撮像素子７０００の違いのみに焦点を合わせる。図２８に示す移相撮像素子７０００において、移相撮像素子４０００’に使用されるビームスプリッティング面３１０’および反射面３１２ａ，３１２ｂは、回折光学素子３１０”によって置き換えられ、回折光学素子３１０”は、混ぜ合わされた波面１２９を２つの混ぜ合わされたサブ波面すなわち「複製」１２９ａ”，１２９ｂ’にそれぞれの光路に沿って分離するビームスプリティング面３１０’と同様に機能する。図２８に示す様々な角度、長さおよび比率は、描かれているのみであり、明確にするために誇張されている。様々な実施の形態において、選択された角度、長さおよび比率は、特定の回折光学素子３１０”で達成される光学ビームの分散に重く依存するであろう。

　回折光学素子３１０”は、図１１および図２２に示すサブ波面１２９ａ’に対して、サブ波面１２９ａ”がサブ波面１２９ｂ’の鏡像でないように製作される。さらに、光学ブロックアセンブリ３２０’は、光学ブロックアセンブリ３２０に対して、均質材のブロックからなり、移相撮像素子７０００の様々な実施の形態において様々な装着面を提供し、重要な間隙を維持するように主に作用する。回折光学素子３１０”によって提供されるサブ波面１２９ａ”，１２９ｂ’の方向に応じて、様々な実施の形態において、光学ブロックアセンブリ３２０’は、偏光素子４１０’または空白すなわち中立板５２５’および１／４波長板４２０’または５２０’にそれぞれ近接して位置決めされているプリズム形状の端部を含む。光学ブロックアセンブリ３２０’のプリズム形状の端部の構成は、ライン３９０，３９１によって表される光路の光路長が実質的に等しくなることを保証するように選択される。混ぜ合わされた波面１２９が移相撮像素子７０００を通して伝搬するときに混ぜ合わされた波面１２９の様々な部分の全ての光路については、事実、同じである。

　他の面に関して、移相撮像素子７０００は、図１１および図２２に示す移相撮像素子４０００，４０００’と同様に機能する。従って、図１０に示す多重移相発生機構１４００および移相撮像素子４０００または図２３に示す多重移相発生機構１４００’’’’’および移相撮像素子４０００’の様々な実施の形態の前述した特徴および利点の全ては、図２８に示す移相撮像素子７０００の様々な実施の形態によって同様に提供される。

　前述したように、様々な実施の形態において、約６３３ｎｍのレーザ光源波長に対して、高密度移相アレイ素子４９０は、代表的な商業上利用可能なクォーツ１／４波長板とすることができ、該波長板は、公称エッチング深さ１７．５マイクロでエッチングされたＰ₀ Portionの領域を有する。便利にそして／または経済的にそのような高密度移相アレイ素子４９０を製作するために、様々な実施の形態において、図２４〜図２８に示すＰ₀Portionの最小のｘおよび／またはｙ寸法がエッチング深さまたは層とほぼ同じであることは利点である。

　従って、様々な実施の形態において、検出装置７１０の検出素子の画素サイズおよび中心間隔は、ほぼ６マイクロであり、そして、多重位相変位干渉画像情報６４０Ａ，６４０Ｂまたは６４０Ｃにおける各Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分が整数画素の高さおよび整数画素の幅を有するとき、最小Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分は、ほぼ３ｘ６＝１８マイクロ、または４ｘ６＝２４マイクロなどの側長を有する領域である。従って、図２４〜図２８に示す実施の形態において、各部分５３２，５３４は、約１８マイクロの側長を有する。補完的な方法において、図２４および図２６に示す対応するＰ₉₀ PortionおよびＰ₀ Portionが、１８マイクロの狭い寸法を有する。同様に、図２５において、Ｐ₉₀PortionおよびＰ₀ Portionがが、約２ｘ８＝１６マイクロの側長を有する。

　もちろん、様々な実施の形態において、大きいまたは小さい寸法が、また、用いられてもよい。薄い１／４波長寸法を許容するまたはエッチング深さと中立の側長とのより高いアスペクト比を許容する新しい材料および／または処理が得られるとき、１／４波長領域１１２０，１１２５の寸法は、経済的に、検出装置７１０の根底にある画素の寸法の限界値まで減少させることができる。また、より一般的には、様々な実施の形態において、多重位相変位干渉画像情報６４０Ａ，６４０Ｂ，６４０Ｃおよび／または６４０Ｄにおける各Ｑ₀〜Ｑ₃干渉部分のアスペクト比は、検出装置７１０の画素のアスペクト比に適合する。高密度偏光アレイ５３０および高密度移相アレイ素子４９０の様々な寸法は、適宜設計され、そして当業者にとっては明らかであろう。

　本発明による移相撮像素子３０００，３０００’，４０００，４０００’，５０００，６０００および／または７０００の様々な実施の形態において、他の例１３５’または１３５”の代表としての光学入力部１３５は、その出力側に１／２波長板を含み、出力撮像レンズから１／２波長板を通して混ぜ合わされた波面１２９を出力する。当該分野では公知であるように、１／２波長板の速軸の選択された方向は、選択された量で混ぜ合わせた波面を形成する２つの直交された入射波面１２４，１２８の偏光を回転することができる。例えば、図８および図１３に示すような、方向１３２Ａ，１３３Ａに沿ったまたは方向１３２Ｂ，１３３Ｂに沿った方向のいずれかは、光学入力部１３５に入射する前に直交偏光された入射波面１２４，１２８の初期方向に拘わらず、容易に達成される。もちろん、代わりに、移相撮像素子全体が、所望の偏光角関係を達成するように、光学入力軸の周りに回転されてもよい。しかしながら、これは、光学入力部１３５における調整可能な１／２波長板を含むものに対して、より複雑で、不安定で、または不便である。

　さらに、本発明による移相撮像素子３０００，３０００’，４０００，４０００’，５０００，６０００および／または７０００の様々な実施の形態において、他の例１３５’または１３５”の代表としての光学入力部１３５は、入力撮像レンズを介して、混ぜ合わされた波面１２９を入力し、絞りを介して、混ぜ合わされた波面１２９を空間的にフィルタリングし、出力撮像レンズを介して、結果として生じた混ぜ合わされた波面１２９を伝搬する。そのようなテレセントリック配置は、図１に示すものと同様の様々な干渉計の分野において公知である。光学入力部１３５のレンズは、焦点距離ｆを有し、倍率Ｍを提供する。これらのパラメータは、実験によって本発明による装置の特定の応用例に対して適切に選択することができ、または基本的な光学的解析によって適切に選択することができる。

　本発明による様々な実施の形態において、これらのパラメータの値を選択するときの２つの関連した考慮は、検出サブシステム７００の様々な例における検出装置の表面上でのある対象物によって生成されるスペックルサイズすなわちスペックルのサイズと、光学入力部１３５によって決定される横分解能である。一般に、スペックルがある応用例において、名目上のスペックルサイズは、システムの名目上の横分解能に一致する。

　様々な実施の形態において、式（２１）は、名目上の横分解能ＬＲ、および／またはスペックルサイズＳを解析し、調整することができる。

　　ＬＲ＝Ｓ＝1.22（Ｍ＋１）*λ*ｆ／ａ　　　　　　　　　　　　　　　（２１）
ここで、Ｍは倍率、ｆは撮像レンズの焦点距離、ａは有効開口直径、λはレーザ光源１１０によって放射される光の波長である。

　平行なコヒーレント参照ビーム波面が検出装置近傍の偏光器によって対象ビーム波面と混合される様々な実施の形態で得られたスペックルサイズは、実際に式（２１）によって示されたほぼ２倍になる。スペックルサイズは、様々な実施の形態において、入力光学部の開口を変えることによって調整される。さらに、開口は、与えられた応用例に対して所望されたスペックルサイズおよび／または横分解能を達成するように、実験的に調整される。

　一般に、様々な実施の形態において、対象物１３０上の特定の位置に対応する測定値を求めるのに使用されるＱ₀〜Ｑ₃の組における匹敵するＱ₀〜Ｑ₃のいずれもが唯一のスペックル内容を持たないことが好ましい。そのような唯一のスペックル内容は、関連した匹敵する画素の画像強度値Ｉを歪め、関連する測定値に誤差を持ち込む。同様に、様々な実施の形態において、対象物１３０上の特定の位置に対応する測定値を求めるのに使用されるＱ₀〜Ｑ₃の組における匹敵するＱ₀〜Ｑ₃のいずれもが対象物１３０上の唯一の局所の高さに対応しないことが好ましい。そのような唯一の高さは、関連の匹敵する画素の唯一の名目上の位相差と唯一の画像強度値Ｉを生成する。その結果、関連の測定値は、対象物１３０上の特定の位置での平均高さの最良の推定値を反映しない。

　従って、様々な実施の形態において、光学入力部１３５によって検出装置上の画像に提供される横分解能は、名目上、本発明によるシステムおよび方法の様々な実施の形態を用いて発生された多重位相変位干渉画像情報６００における匹敵する干渉部分Ｑ₀〜Ｑ₃の完全な組のそれぞれの最大横寸法と同じまたはより大きい。すなわち、様々な実施の形態において、光学入力部１３５の横分解能によって提供される横空間平均化は、名目上、本発明によるシステムおよび方法の様々な実施の形態を用いて発生された多重位相変位干渉画像情報６００における匹敵する干渉部分Ｑ₀〜Ｑ₃の完全な組のそれぞれに対応する横空間分解能に等しいまたはより大きい。

　図２４〜２７における横分解能指標８００Ａ〜８００Ｄは、様々な実施の形態に対して、それぞれ、匹敵するＱ₀〜Ｑ₃画素の組と光学入力部１３５によって提供される横分解能の間のおおよその関係を示す。様々な他の実施の形態において、比較的大きな横分解能が使用され、そのような実施の形態のシステムの横空間分解能における制限的な要素になる。

　いずれの場合でも、本発明による様々な実施の形態において、少なくとも、横分解能、本発明による様々な高密度偏光アレイ５３０の様々な部分および／または様々な高密度移相アレイ素子４９０の様々な部分の寸法、および検出装置の画素サイズは、上述した様々な所望の特徴および関係を達成するように、様々な制限的な設計要素、コストなどの点で、相互依存して、選択される。

　交互配置の２，３，４相干渉画像情報を生成する様々な実施の形態が上記のように重視されるとき、上記に開示された様々な素子、技術、および素子の組み合わせは、凹部および／または「周期的な」交互配置の位相情報を含む交互配置の干渉情報の少数以上の位相を生成することができる様々なさらなる素子、技術、および素子の組み合わせを例示する。例えば、さらなる遅延厚さは、さらなる相対位相変位を提供するように、本発明による様々な高密度移相アレイ素子に容易に組み込まれる。さらに、本発明による様々な高密度偏光アレイは、さらなる遅延厚さを有するそのような高密度移相アレイ素子との組み合わせに用いることができる。様々な実施の形態において、そのようなさらなる交互配置の位相情報は、補間された精度および分解能のより高いレベルを達成するための様々な対応する信号処理方法との組み合わせに使用可能である。

　従って、本発明が上述した実施の形態との結合において述べられる一方、多くの代替、改良、変形は、当業者にとっては明らかであろう。従って、本発明の実施の形態は、上述したように、描かれているものに限定されない。様々な変形は、本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされてもよい。

本発明による移相撮像素子および他の光学素子の様々な実施の形態が使用可能な干渉計の一実施の形態を示す図である。 米国特許6,034,330に開示されている多重移相画像発生装置の一例を模式的に示す図である。 図２の米国特許6,034,330に開示されている移相干渉素子の一例を示す図である。 米国特許6,034,330に開示されている多重移相画像発生装置を用いて発生された光の４つの部分の間の相対位相変位を示す図である。 米国特許6,034,330に開示されている多重移相画像発生装置を用いたときの光の４つ部分が撮像アレイ上に分散される状態を示す図である。 本発明による高密度移相アレイ素子４１０の第１の実施の形態の一部を示す図である。 本発明による移相撮像素子３０００の一例を示す上面図である。 本発明による移相撮像素子３０００の一例を示す分解図である。 本発明による高密度移相アレイ素子４３０の第３の実施の形態の一部を示す図である。 本発明による第２の例の移相撮像素子４０００を示す平面図である。 本発明による第２の例の移相撮像素子４０００を示す平面図である。 本発明による高密度移相アレイ素子４６０の第６の実施の形態の一部を示す図である。 本発明による移相撮像素子５０００の第３の実施の形態を示す分解図である。 本発明による高密度移相アレイ素子４７０の第７の実施の形態の一部を示す。 本発明による高密度移相アレイ素子４８０の第８の実施の形態の一部を示す。 図１２、図１４および図１５に示すパターン４６１，４７１および／または４８１に代えてそれぞれ使用することができる相対移相部分の２つのパターン４０１，４０１’を示す図である。 図１２、図１４および図１５に示すパターン４６１，４７１および／または４８１に代えてそれぞれ使用することができる相対移相部分の２つのパターン４０１，４０１’を示す図である。 本発明による高密度偏光アレイ５３０の一実施の形態の一部を示す図である。 本発明による第４の実施の形態の移相撮像素子３０００’を示す図である。 本発明による第４の実施の形態の移相撮像素子３０００’を示す分解図である。 本発明による移相撮像素子４０００’の第５の実施の形態を示す平面図である。 本発明による移相撮像素子４０００’の第５の実施の形態を示す平面図である。 本発明による移相撮像素子６０００の第６の実施の形態を示す分解図である。 図１８〜２２に示す高密度偏光アレイ５３０と本発明による高密度移相アレイ素子４９０の両方を組み込む図２３に示す移相撮像素子６０００の第６の実施の形態の第１〜第４のより詳細なパターンと動作を概要図である。 図１８〜２２に示す高密度偏光アレイ５３０と本発明による高密度移相アレイ素子４９０の両方を組み込む図２３に示す移相撮像素子６０００の第６の実施の形態の第１〜第４のより詳細なパターンと動作を概要図である。 図１８〜２２に示す高密度偏光アレイ５３０と本発明による高密度移相アレイ素子４９０の両方を組み込む図２３に示す移相撮像素子６０００の第６の実施の形態の第１〜第４のより詳細なパターンと動作を概要図である。 図１８〜２２に示す高密度偏光アレイ５３０と本発明による高密度移相アレイ素子４９０の両方を組み込む図２３に示す移相撮像素子６０００の第６の実施の形態の第１〜第４のより詳細なパターンと動作を概要図である。 図１１および２２に示す移相撮像素子４０００および４０００’と同様に機能する移相撮像素子７０００の一実施の形態を示す図である。

符号の説明

　１０４　撮像部
　１２９　混ぜ合わされた波面
　１２９ａ，１２９ｂ　サブ波面
　１３０　対象物
　３１２ａ，３１２ｂ　反射面
　４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０，４７０　高密度移相アレイ素子
　５１０ａ，５１０ｂ，５１０’　偏光素子
　５３０　高密度偏光アレイ
　７１０，７１０ａ，７１０ｂ　検出装置
　３０００，３０００’，４０００，４０００’，５０００，６０００，７０００　移相撮像素子

Claims (42)

1. 　交互配置の多重位相変位干渉情報に基づいて対象物の寸法を解析するための干渉計であって、
   　コヒーレント光ビームから第１および第２のそれぞれに偏光された光を参照素子および対象物にそれぞれ伝送し、前記参照素子および前記対象物から戻された第１および第２のそれぞれに偏光された光を混合して混ぜ合わされた波面にし、該混ぜ合わされた波面を出力する伝送部と、
   　前記混ぜ合わされた波面を入力するように配置された多重移相画像発生部であって、少なくとも第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の相対移相アレイ装置を備える多重移相画像発生部と、
   　前記第１の光路に沿って配置された少なくとも１つの検出アレイを備える検出部とを備え、
   　前記多重移相画像発生部の前記第１の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対移相部を備え、前記各相対移相部は、相対遅延部および相対偏光部を備え、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、少なくとも１つの遅延量および偏光方向の異なるものを有し、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置され、
   　前記第１の相対移相アレイ装置は、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の少なくともサブ波面を受光し、
   　前記少なくとも２つの複数相対移相部は、前記第１の光路に沿って少なくとも１つの複数干渉部分を生成し、前記第１の光路に沿って生成された複数干渉部分は、それぞれ、単一の相対位相変位を有する干渉光を備え、
   　前記多重移相画像発生部は、少なくとも前記第１の光路から交互配置の多重位相変位干渉画像情報を出力し、前記第１の光路から出力された交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、それぞれ、前記第１の光路に沿って生成された複数干渉部分を備え、前記複数干渉部分は、前記複数相対移相部の交互配置のパターンによって少なくとも部分的に規定されたパターンで相互に交互配置されることを特徴とする干渉計。
2. 　前記第１の光路からの前記交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、出力され、交互配置の多重位相変位干渉画像を前記第１の検出アレイ上に形成することを特徴とする請求項１記載の干渉計。
3. 　前記第１の光路に沿って生成された個々の干渉部分は、前記第１の検出アレイ上の前記交互配置の多重位相変位干渉画像において名目上の広がりを有し、前記名目上の広がりは、前記第１の検出アレイ上の同一の広がりを有する画素の組の境界に一致するように名目上調整されることを特徴とする請求項２記載の干渉計。
4. 　前記第１の検出アレイ上の同一の広がりを有する画素の組は、幅Ｎ画素で高さＭ画素であり、ＭおよびＮは、整数であることを特徴とする請求項３記載の干渉計。
5. 　前記第１の光路に沿って生成された干渉部分の第１の複数干渉部分の相対位相変位は、前記第１の光路に沿って生成された干渉部分の第２の複数干渉部分の相対位相変位に対して、（２πＮ＋π／２）rad、（２πＮ＋２π／３）rad、（２πＮ＋π）rad、（２πＮ＋４π／３）rad、（２πＮ＋３π／２）radのいずれかの１つの角度分異なることを特徴とする請求項１記載の干渉計。
6. 　前記多重移相画像発生部は、さらに、ビームスプリッティング面を備え、
   　前記第１の相対移相アレイ装置は、第２の光路に沿って配置された第２の相対移相アレイ装置を備え、
   　前記第２の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対移相部を備え、前記各相対移相部は、相対遅延部および相対偏光部を備え、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、少なくとも１つの遅延量および偏光方向の異なるものを有し、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置され、
   　前記検出部は、さらに、前記第２の光路に沿って配置された第２の検出アレイを備え、
   　前記ビームスプリティング面は、前記混ぜ合わされた波面を受光し、前記第１の光路に沿って第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第１のサブ波面と、前記第２の光路に沿って第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第２のサブ波面とを伝送し、
   　前記第２の相対移相アレイ装置は、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第２のサブ波面を受光し、
   　前記第２の相対移相アレイ装置の前記少なくとも２つの複数相対移相部は、前記第２の光路に沿って少なくとも１つの複数干渉部分を生成し、前記第２の光路に沿って生成された複数干渉部分は、それぞれ、単一の相対位相変位を有する干渉光を備え、
   　前記第１の相対移相アレイ装置は、前記混ぜ合わされた波面の第１のサブ波面を受光し、前記第１のサブ波面に基づいて前記第１の光路に沿って複数干渉部分を生成するように、前記少なくとも２つの複数相対移相部のそれぞれを介して前記第１のサブ波面の第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送し、
   　前記多重移相画像発生部は、前記第１の光路から、前記第１のサブ波面に基づいて前記第１の光路に沿って生成された複数干渉部分を備える交互配置の多重位相変位干渉画像情報を出力し、
   　前記多重移相画像発生部は、さらに、前記第２の光路から交互配置の多重位相変位干渉画像情報を出力し、前記第２の光路から出力された交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、それぞれ、前記第２の光路に沿って生成された複数干渉部分を備え、前記複数干渉部分は、前記第２の相対移相アレイ装置の前記複数相対移相部の交互配置のパターンによって少なくとも部分的に規定されたパターンで相互に交互配置されることを特徴とする請求項１記載の干渉計。
7. 　前記第１の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対遅延部と、前記第１の光路に沿って配置され、少なくとも１つの偏光方向を有する第１の偏光素子とを備え、前記複数相対遅延部のそれぞれは、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送するときに相対位相変位の量を生成する単一のタイプの相対遅延部を備え、前記少なくとも２つの複数相対遅延部は、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置され、
   　前記複数相対移相部のそれぞれは、前記少なくとも２つの複数相対遅延部によって、前記第１の光路に沿って少なくとも１つの複数干渉部分を生成し、前記第１の偏光素子を介して前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送し、前記複数相対遅延部は、前記第１の偏光素子と協働して、前記第１の光路に沿って少なくとも１つの複数干渉部分を生成し、前記第１の光路に沿って生成された複数干渉部分は、単一の相対位相変位を有する干渉光を備えることを特徴とする請求項１記載の干渉計。
8. 　前記少なくとも２つの複数相対遅延部は、少なくとも３つの複数相対遅延部からなり、少なくとも３つの複数干渉部分が前記第１の光路に沿って生成され、前記少なくとも３つの複数干渉部分は、それぞれ、（２πＮ）rad、（２πＮ＋２π／３）rad、（２πＮ＋４π／３）radの相対位相変位を有する干渉光を備えることを特徴とする請求項７記載の干渉計。
9. 　前記少なくとも２つの複数相対遅延部は、少なくとも４つの複数相対遅延部からなり、少なくとも４つの複数干渉部分が前記第１の光路に沿って生成され、前記少なくとも４つの複数干渉部分は、それぞれ、（２πＮ）rad、（２πＮ＋π／２）rad、（２πＮ＋π）rad、（２πＮ＋３π／２）radの相対位相変位を有する干渉光を備えることを特徴とする請求項７記載の干渉計。
10. 　前記複数相対遅延部の交互配置のパターンを少なくとも部分的に決定する前記複数相対遅延部の機構が、前記第１の光路から出力された交互配置の多重位相変位干渉画像情報の焦点深度より小さい距離内で、前記第１の検出アレイの検出面に近接して位置決めされることを特徴とする請求項７記載の干渉計。
11. 　前記第１の偏光素子は、前記第１の検出アレイに面する前記複数相対遅延部の面上に製作され、前記第１の偏光素子は、前記第１の検出アレイの検出面に近接して位置決めされることを特徴とする請求項７記載の干渉計。
12. 　前記少なくとも２つの複数相対遅延部、前記第１の偏光素子、および前記第１の検出アレイは、集積モノリシック移相撮像素子を構成することを特徴とする請求項７記載の干渉計。
13. 　前記第１の偏光素子は、第１の偏光方向を有する複数の第１の偏光部と、第２の偏光方向を有する複数の第２の偏光部とを含む第１の偏光アレイを備え、前記第１および第２の偏光部は、前記第１の偏光アレイ内に所定パターンで配置され、
    　前記第１の偏光アレイは、前記第１の光路に沿って前記複数相対遅延部に対して並べられ、
    　第１のタイプの相対遅延部と協調する前記第１の偏光部について、前記第１の偏光部は、前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送し、第１の相対位相変位を有する干渉光を備える前記第１の光路に沿った第１の複数干渉部分を生成し、
    　第１のタイプの相対遅延部と協調する前記第２の偏光部について、前記第２の偏光部は、前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送し、第２の相対位相変位を有する干渉光を備える前記第１の光路に沿った第２の複数干渉部分を生成し、
    　第２のタイプの相対遅延部と協調する前記第１の偏光部について、前記第１の偏光部は、前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送し、第３の相対位相変位を有する干渉光を備える前記第１の光路に沿った第３の複数干渉部分を生成し、
    　第２のタイプの相対遅延部と協調する前記第２の偏光部について、前記第２の偏光部は、前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送し、第４の相対位相変位を有する干渉光を備える前記第１の光路に沿った第４の複数干渉部分を生成し、
    　前記第１の光路から出力された交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、前記第１の光路に沿った少なくとも前記第１、第２、第３および第４の複数干渉部分を備え、前記第１、第２、第３および第４の複数干渉部分は、相互に、前記複数相対遅延部の交互配置のパターンと組み合わされる第１の偏光アレイにおける第１の偏光部と第２の偏光部とのパターンによって少なくとも部分的に決定されるパターンで交互配置されることを特徴とする請求項７記載の干渉計。
14. 　前記第１の相対位相変位は、前記第２の相対位相変位とπrad異なり、前記第３の相対位相変位は、前記第４の相対位相変位とπrad異なることを特徴とする請求項１３記載の干渉計。
15. 　前記第１の光路からの前記交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、交互配置の多重位相変位干渉画像を第１の検出アレイ上に形成するように出力され、前記第１の光路に沿って生成された多重位相変位干渉画像情報は、前記第１の検出アレイ上の交互配置の画像における名目上の広がりを有し、該名目上の広がりは、名目上、前記第１の検出アレイの画素の同一の広がりの組の境界に一致することを特徴とする請求項１３記載の干渉計。
16. 　前記第１の偏光アレイにおける前記複数の第１の偏光部と前記複数の第２の偏光部とのパターンは、帯状の偏光パターンを備え、前記第１および第２のタイプの前記少なくとも２つの複数相対遅延部の前記交互配置のパターンは、帯状の遅延パターンを備え、前記帯状の遅延パターンは、名目上、前記帯状の偏光パターンと直交することを特徴とする請求項１３記載の干渉計。
17. 　前記第１の偏光アレイにおける前記複数の第１の偏光部と前記複数の第２の偏光部とのパターンは、格子縞偏光パターンを備え、前記第１および第２のタイプの前記少なくとも２つの複数相対遅延部の前記交互配置のパターンは、帯状の遅延パターンを備え、前記遅延パターンの個々の帯は、名目上、前記格子縞偏光パターンの個々の行と個々の列とに並べられることを特徴とする請求項１３記載の干渉計。
18. 　前記多重移相画像発生部は、さらに、ビームスプリッティング面と、第２の相対移相アレイ装置とを備え、
    　前記第２の相対移相アレイ装置は、第２の光路に沿って配置された第２の相対遅延アレイと、前記第２の光路に沿って配置された第２の偏光素子とを備え、
    　前記第２の相対遅延アレイは、少なくとも２つの複数相対遅延部を備え、前記複数相対遅延部は、それぞれ、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送するときにそれぞれの量の相対位相変位を生成する単一のタイプの相対遅延部からなり、前記少なくとも２つの相対遅延部は、それぞれ、前記第１の相対遅延アレイ内に交互配置のパターンで配置され、
    　前記検出部は、さらに、前記第２の光路に沿って配置された第２の検出アレイを備え、
    　前記ビームスプリティング面は、前記混ぜ合わされた波面を受光し、前記第１の光路に沿って第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第１のサブ波面と、前記第２の光路に沿って第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第２のサブ波面とを伝送し、
    　前記第２の相対遅延アレイは、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第２のサブ波面を受光し、
    　前記第２の相対遅延アレイの前記少なくとも２つの複数相対遅延部は、前記第２の偏光素子を介して前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送し、前記複数相対遅延部は、前記第２の偏光素子と協働して、前記第２の光路に沿って少なくとも１つの複数干渉部分を生成し、前記第２の光路に沿って生成された複数干渉部分は、単一の相対位相変位を有する干渉光を備え、
    　前記第１の相対遅延アレイは、前記混ぜ合わされた波面の第１のサブ波面を受光し、前記第１のサブ波面の第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送し、前記第１のサブ波面に基づいて前記第１の光路に沿って複数干渉部分を生成し、
    　前記多重移相画像発生部は、前記第１の光路から、前記第１のサブ波面に基づいて前記第１の光路に沿って生成された複数干渉部分を備える交互配置の多重位相変位干渉画像情報を出力し、
    　前記多重移相画像発生部は、さらに、前記第２の光路から交互配置の多重位相変位干渉画像情報を出力し、前記第２の光路から出力された交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、それぞれ、前記第２の光路に沿って生成された複数干渉部分を備え、前記複数干渉部分は、前記第２の相対遅延アレイの前記複数相対遅延部の交互配置のパターンによって少なくとも部分的に規定されたパターンで相互に交互配置されることを特徴とする請求項７記載の干渉計。
19. 　前記第１の光路からの前記交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、第１の交互配置の多重位相変位干渉画像を前記第１の検出アレイ上に形成するように出力され、
    　前記第２の光路からの前記交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、第２の交互配置の多重位相変位干渉画像を前記第２の検出アレイ上に形成するように出力され、
    　前記第２の交互配置の多重位相変位干渉画像は、前記第１の交互配置の多重位相変位干渉画像に対応することを特徴とする請求項１８記載の干渉計。
20. 　前記第１および第２の光路に沿って生成された個々の干渉部分は、それぞれ、対応する検出アレイ上の対応する交互配置の多重位相変位干渉画像における名目上の広がりを有し、前記名目上の広がりは、前記対応する検出アレイ上の同一の広がりを有する画素の組の境界に一致するように名目上調整され、前記同一の広がりを有する画素の組は、Ｎ画素の幅およびＭ画素の高さであり、ＮおよびＭは１６以下の整数であることを特徴とする請求項１９記載の干渉計。
21. 　前記多重移相画像発生部は、さらに、第１の反射面および第２の反射面を備え、
    　前記第１の反射面は、前記ビームスプリティング面からの前記第１のサブ波面を受け、前記第１のサブ波面を前記第１の方向に沿って延びる前記第１の光路の一部に沿って反射するように配置され、
    　前記第２の反射面は、前記ビームスプリティング面からの前記第２のサブ波面を受け、前記第２のサブ波面を前記第１の方向と平行である前記第２の光路の一部に沿って反射するように配置され、
    　前記第１の相対遅延アレイと前記第２の相対遅延アレイとは、名目上同一平面にあり、
    　前記第１の偏光素子と前記第２の偏光素子とは、名目上同一平面にあり、
    　前記第１の検出アレイおよび前記第２の検出アレイは、名目上同一平面にあることを特徴とする請求項１８記載の干渉計。
22. 　ａ）前記第１の相対遅延アレイと前記第２の相対遅延アレイとの組、ｂ）前記第１の偏光素子と前記第２の偏光素子との組、ｃ）前記第１の検出アレイと前記第２の検出アレイとの組の少なくとも１つは、同一素子の第１および第２の部分を備えることを特徴とする請求項２１記載の干渉計。
23. 　前記多重移相画像発生部および前記第１の検出アレイの少なくとも素子は、集積移相撮像素子を形成することを特徴とする請求項１８記載の干渉計。
24. 　前記第１の相対遅延アレイは、複屈折部材を備え、前記複屈折部材は、前記複数相対遅延部がそれぞれ前記第１の光路の方向に沿った前記複屈折部材における対応する厚さを有するように形成されることを特徴とする請求項１記載の干渉計。
25. 　前記複屈折部材は、少なくとも１つの基板と、前記第１の相対遅延アレイの材層とを備えることを特徴とする請求項２４記載の干渉計。
26. 　前記第１の相対遅延アレイは、複屈折部材を備え、前記複屈折部材は、前記複屈折部材内の速軸方向を変えるように処理することができ、前記複数相対遅延部は、前記複屈折部材における対応する速軸調整方向を有することを特徴とする請求項１記載の干渉計。
27. 　速軸方向を変えるように処理することができる前記複屈折部材は、実質的に、前記第１の相対遅延アレイの全体に亘って一定の名目上の厚さを有することを特徴とする請求項２６記載の干渉計。
28. 　速軸方向を変えるように処理することができる前記複屈折部材は、少なくとも２つの厚さのパターンで形成され、前記複数相対遅延部のそれぞれによって生成されたそれぞれの位相変位の量が、その複数相対遅延部に対応するそれぞれの厚さと速軸調整方向との組み合わせに依存することを特徴とする請求項２６記載の干渉計。
29. 　前記第１の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対偏光部と、前記第１の光路に沿って配置され、少なくとも１つの位相変位量を有する第１の移相素子とを備え、前記複数相対偏光部のそれぞれは、少なくとも第１の干渉部分を生成する単一のタイプの相対偏光部を備え、前記第１の干渉部分は、第１の唯一の移相関係を備え、前記少なくとも２つの複数相対偏光部は、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置され、
    　前記複数相対移相部のそれぞれは、前記少なくとも２つの複数相対偏光部によって、前記第１の光路に沿って少なくとも１つの複数干渉部分を生成し、前記第１の移相素子を介して前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送し、前記複数相対偏光部は、前記第１の移相素子と協働して、前記第１の光路に沿って少なくとも１つの複数干渉部分を生成し、前記第１の光路に沿って生成された複数干渉部分は、単一の相対位相変位を有する干渉光を備えることを特徴とする請求項１記載の干渉計。
30. 　前記多重移相画像発生部は、さらに、ビームスプリッティング面と、第２の相対移相アレイ装置とを備え、
    　前記第２の相対移相アレイ装置は、第２の光路に沿って配置された第２の相対偏光アレイと、前記第２の光路に沿って配置された第２の移相素子とを備え、
    　前記第２の相対偏光アレイは、少なくとも２つの複数相対偏光部を備え、前記複数相対偏光部は、それぞれ、少なくとも第２の干渉部分を生成する単一のタイプの相対偏光部からなり、前記第２の干渉部分は、第２の唯一の移相関係を備え、前記少なくとも２つの複数相対偏光部は、それぞれ、前記第２の相対偏光アレイ内に交互配置のパターンで配置され、
    　前記検出部は、さらに、前記第２の光路に沿って配置された第２の検出アレイを備え、
    　前記ビームスプリティング面は、前記混ぜ合わされた波面を受け、前記第１の光路に沿って第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第１のサブ波面と、前記第２の光路に沿って第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第２のサブ波面とを伝送し、
    　前記第２の相対偏光アレイは、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第２のサブ波面を受光し、
    　前記第２の相対偏光アレイの前記少なくとも２つの複数相対偏光部は、前記第２の移相素子を介して前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送し、前記複数相対偏光部は、前記第２の移相素子と協働して、前記第２の光路に沿って少なくとも１つの複数干渉部分を生成し、前記第２の光路に沿って生成された複数干渉部分は、単一の相対位相変位を有する干渉光を備え、
    　前記第１の相対偏光アレイは、前記混ぜ合わされた波面の第１のサブ波面を受光し、前記第１の移相素子と協働して、前記第１のサブ波面の第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送し、前記第１のサブ波面に基づいて前記第１の光路に沿って複数干渉部分を生成し、
    　前記多重移相画像発生部は、前記第１の光路から、前記第１のサブ波面に基づいて前記第１の光路に沿って生成された複数干渉部分を備える交互配置の多重位相変位干渉画像情報を出力し、
    　前記多重移相画像発生部は、さらに、前記第２の光路から交互配置の多重位相変位干渉画像情報を出力し、前記第２の光路から出力された交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、それぞれ、前記第２の光路に沿って生成された複数干渉部分を備え、前記複数干渉部分は、前記第２の相対偏光アレイの前記複数相対偏光部の交互配置のパターンによって少なくとも部分的に規定されたパターンで相互に交互配置されることを特徴とする請求項２９記載の干渉計。
31. 　交互配置の多重位相変位干渉情報に基づいて対象物の寸法を解析する干渉計の使用方法であって、
    　コヒーレント光ビームから第１および第２のそれぞれに偏光された光を参照素子および対象物にそれぞれ導く工程と、
    　前記参照素子および前記対象物から戻された第１および第２のそれぞれに偏光された光を混合して混ぜ合わされた波面にする工程と、
    　前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む前記混ぜ合わされた波面の少なくともサブ波面を、少なくとも第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の相対移相アレイ装置によって受光されるように導く工程であって、前記第１の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対移相部を備え、前記各相対移相部は、相対遅延部および相対偏光部を備え、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、少なくとも１つの遅延量および偏光方向の異なるものを有し、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置される、工程と、
    　前記少なくとも２つの複数相対移相部が前記第１の光路に沿って少なくとも２つの複数干渉部分を生成し、前記第１の光路に沿って生成された少なくとも２つの複数干渉部分が、それぞれ、単一の相対位相変位を有する干渉光を備えるように、前記相対遅延部および相対偏光部のそれぞれを介して前記第１の相対移相アレイ装置によって受光されたサブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送する工程と、
    　交互配置の多重位相変位干渉画像情報を少なくとも前記第１の光路から、前記第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の検出アレイを備える検出部に出力する工程とを有し、
    　前記第１の光路から出力された交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、前記第１の光路に沿って生成された少なくとも２つの複数干渉部分を備え、前記複数干渉部分は、前記複数相対移相部の交互配置のパターンによって少なくとも部分的に規定されたパターンで相互に交互配置されることを特徴とする干渉計の使用方法。
32. 　交互配置の多重位相変位干渉画像情報を少なくとも前記第１の光路から前記検出部に出力する工程は、前記第１の検出アレイ上に交互配置の多重位相変位干渉画像を形成する工程を含むことを特徴とする請求項３１記載の干渉計の使用方法。
33. 　前記第１の光路に沿った生成された個々の干渉部分は、前記第１の検出アレイ上の前記交互配置の多重位相変位干渉画像において名目上の広がりを有し、
    　前記第１の検出アレイ上に交互配置の画像を形成する工程は、前記名目上の広がりが前記第１の検出アレイ上の同一の広がりを有する画素の組の境界に一致するように、前記第１の光路に沿った生成された個々の干渉部分を前記第１の検出アレイ上に映し出すことを特徴とする請求項３２記載の干渉計の使用方法。
34. 　さらに、ビームスプリッティング面を備え、
    　前記第１の相対移相アレイ装置は、第２の光路に沿って配置された第２の相対移相アレイ装置を備え、
    　前記第２の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対移相部を備え、前記各相対移相部は、相対遅延部および相対偏光部を備え、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、少なくとも１つの遅延量および偏光方向の異なるものを有し、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置され、
    　前記検出部は、さらに、前記第２の光路に沿って配置された第２の検出アレイを備え、
    　前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む前記混ぜ合わされた波面の少なくともサブ波面を、少なくとも第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の相対移相アレイ装置によって受光されるように導く工程は、
    　前記混ぜ合わされた波面を前記ビームスプリティング面で受光する工程と、
    　前記ビームスプリティング面から、前記第１の光路に沿って第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第１のサブ波面と、前記第２の光路に沿って第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第２のサブ波面とを伝送する工程と、
    　前記第１の相対移相アレイ装置で、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第１のサブ波面を受光する工程と、
    　前記第２の相対移相アレイ装置で、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む混ぜ合わされた波面の第２のサブ波面を受光する工程とを有し、
    　前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を前記第１および第２の光路に沿って伝送する工程は、
    　前記第１の相対移相アレイ装置の前記少なくとも２つの複数相対移相部が前記第１の光路に沿って少なくとも２つの複数干渉部分を生成するように、前記相対遅延部および相対偏光部のそれぞれを介して前記第１の相対移相アレイ装置によって受光されたサブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送する工程であって、前記第１の光路に沿って生成された少なくとも２つの複数干渉部分が、それぞれ、単一の相対位相変位を有する干渉光を備える、工程と、
    　前記第２の相対移相アレイ装置の前記少なくとも２つの複数相対移相部が前記第２の光路に沿って少なくとも２つの複数干渉部分を生成するように、前記相対遅延部および相対偏光部のそれぞれを介して前記第２の相対移相アレイ装置によって受光されたサブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送する工程であって、前記第２の光路に沿って生成された少なくとも２つの複数干渉部分が、それぞれ、単一の相対位相変位を有する干渉光を備え、前記複数干渉部分が、前記第２の相対移相アレイ装置の前記複数相対移相部の交互配置のパターンによって少なくとも部分的に規定されたパターンで相互に交互配置される、工程とを有し、
    　交互配置の多重位相変位干渉画像情報を少なくとも前記第１の光路から前記第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の検出アレイを備える検出部に出力する工程は、
    　前記第１の光路から、前記第１のサブ波面に基づいて前記第１の光路に沿って生成された複数干渉部分を備える交互配置の多重位相変位干渉画像情報を、前記第１の光路に沿って配置された前記第１の検出アレイに出力する工程と、
    　前記第２の光路から、前記第２のサブ波面に基づいて前記第２の光路に沿って生成され、前記第２の相対移相アレイ装置の前記複数相対移相部の交互配置のパターンによって少なくとも部分的に規定されたパターンで相互に交互配置される複数干渉部分を備える交互配置の多重位相変位干渉画像情報を、前記第２の光路に沿って配置された前記第２の検出アレイに出力する工程とを有する
    ことを特徴とする請求項３１記載の干渉計の使用方法。
35. 　前記第１の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対遅延部と、前記第１の光路に沿って配置され、少なくとも１つの偏光方向を有する第１の偏光素子とを備え、
    　前記複数相対遅延部のそれぞれは、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送するときに相対位相変位の量を生成する単一のタイプの相対遅延部を備え、前記少なくとも２つの複数相対遅延部は、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置され、
    　前記第１の相対移相アレイ装置は、前記少なくとも２つの複数相対遅延部によって、前記第１の光路に沿って少なくとも１つの複数干渉部分を生成し、前記第１の偏光素子を介して前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送し、前記複数相対遅延部は、前記第１の偏光素子と協働して、前記第１の光路に沿って少なくとも１つの複数干渉部分を生成し、前記第１の光路に沿って生成された複数干渉部分は、単一の相対位相変位を有する干渉光を備えることを特徴とする請求項３１記載の干渉計の使用方法。
36. 　前記第１の偏光素子は、第１の偏光方向を有する複数の第１の偏光部と、第２の偏光方向を有する複数の第２の偏光部とを含む第１の偏光アレイを備え、前記第１および第２の偏光部は、前記第１の偏光アレイ内に所定パターンで配置され、
    　前記第１の偏光アレイ内の所定パターンと前記第１の相対移相アレイ装置内の交互配置のパターンとは、名目上、前記第１の光路の方向に沿って並べられ、
    　前記第１の相対移相アレイ装置によって受光された前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を、前記少なくとも２つの複数相対遅延部を介して、そして前記第１の光路に沿って配置された前記第１の偏光素子を介して伝送する工程は、
    　前記第１の光路に沿って第１の相対位相変位を有する干渉光を備える第１の複数干渉部分を生成するように、前記第１の相対移相アレイ装置によって受光された前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を、第１のタイプの複数相対遅延部を介して、そして前記第１のタイプの複数相対遅延部と並べられている前記第１の偏光部を介して伝送する工程と、
    　前記第１の光路に沿って第２の相対位相変位を有する干渉光を備える第２の複数干渉部分を生成するように、前記第１の相対移相アレイ装置によって受光された前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を、前記第１のタイプの複数相対遅延部を介して、そして前記第１のタイプの複数相対遅延部と並べられている前記第２の偏光部を介して伝送する工程と、
    　前記第１の光路に沿って第３の相対位相変位を有する干渉光を備える第３の複数干渉部分を生成するように、前記第１の相対移相アレイ装置によって受光された前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を、第２のタイプの複数相対遅延部を介して、そして前記第２のタイプの複数相対遅延部と並べられている前記第１の偏光部を介して伝送する工程と、
    　前記第１の光路に沿って第４の相対位相変位を有する干渉光を備える第４の複数干渉部分を生成するように、前記第１の相対移相アレイ装置によって受光された前記サブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を、前記第２のタイプの複数相対遅延部を介して、そして前記第２のタイプの複数相対遅延部と並べられている前記第２の偏光部を介して伝送する工程とを有し、
    　交互配置の多重位相変位干渉画像情報を少なくとも前記第１の光路から検出部に出力する工程は、
    　前記第１の光路に沿って少なくとも前記第１、第２、第３および第４の複数干渉部分を出力する工程であって、前記第１、第２、第３および第４の複数干渉部分は、相互に、前記複数相対遅延部の交互配置のパターンと組み合わされる第１の偏光アレイにおける第１の偏光部と第２の偏光部とのパターンによって少なくとも部分的に決定されるパターンで交互配置される、工程を有することを特徴とする請求項３５記載の干渉計の使用方法。
37. 　前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む前記混ぜ合わされた波面の少なくともサブ波面を、少なくとも第２の光路に沿って配置された少なくとも第２の相対移相アレイ装置によって受光されるように導く工程であって、前記第２の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対遅延部を備え、前記複数相対遅延部が、それぞれ、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を伝送するときにそれぞれの量の相対位相変位を生成する単一のタイプの相対遅延部からなり、前記少なくとも２つの複数相対遅延部が、それぞれ、第２の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置される、工程と、
    　前記少なくとも２つの複数相対遅延部が第２の光路に沿って少なくとも２つの複数干渉部分を生成し、前記第２の光路に沿って生成された少なくとも２つの複数干渉部分が、それぞれ、単一の相対位相変位を有する干渉光を備えるように、第２の相対移相アレイ装置によって受光されたサブ波面の前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を、前記複数相対遅延部を介して、そして前記第２の光路に沿って配置されている第２の偏光素子を介して伝送する工程とを有し、
    　交互配置の多重位相変位干渉画像情報を少なくとも前記第１の光路から検出部に出力する工程は、さらに、交互配置の多重位相変位干渉画像情報を、少なくとも前記第２の光路から、前記第２の光路に沿って配置された第２の検出アレイを備える検出部に出力する工程を備え、前記第２の光路から出力された交互配置の多重位相変位干渉画像情報は、前記第２の光路に沿って生成された少なくとも２つの複数干渉部分を備え、前記複数干渉部分は、前記複数相対移相部の交互配置のパターンによって少なくとも部分的に規定されたパターンで相互に交互配置されることを特徴とする請求項３６記載の干渉計の使用方法。
38. 　交互配置の多重位相変位干渉画像情報を少なくとも前記第１の光路から前記第１の検出アレイに出力する工程は、前記第１の交互配置の多重位相変位干渉画像を前記第１の検出アレイ上に形成する工程を有し、
    　交互配置の多重位相変位干渉画像情報を少なくとも前記第２の光路から前記第２の検出アレイに出力する工程は、第２の交互配置の多重位相変位干渉画像を前記第２の検出アレイ上に形成する工程を有し、
    　前記第２の交互配置の多重位相変位干渉画像は、前記第１の交互配置の多重位相変位干渉画像に対応することを特徴とする請求項３７記載の干渉計の使用方法。
39. 　前記第１の光路および前記第２の光路に沿って生成された個々の干渉部分は、対応する検出アレイ上の対応する交互配置の多重位相変位干渉画像において名目上の広がりを有し、
    　前記名目上の広がりは、対応する検出アレイ上の同一の広がりを有する画素の組の境界に一致するように名目上調整されることを特徴とする請求項３７記載の干渉計の使用方法。
40. 　さらに、前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む前記混ぜ合わされた波面の少なくともサブ波面を、少なくとも第２の光路に沿って配置された少なくとも第２の相対移相アレイ装置によって受光されるように導く工程を備え、
    　前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む前記混ぜ合わされた波面の少なくともサブ波面を、少なくとも第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の相対移相アレイ装置によって受光されるように導く工程は、
    　第１のサブ波面を第１の反射面へ導く工程と、
    　前記第１のサブ波面を前記第１の反射面から前記第１の相対移相アレイ装置へ導く工程とを有し、
    　前記第１および第２のそれぞれに偏光された光を含む前記混ぜ合わされた波面の少なくともサブ波面を、少なくとも第２の光路に沿って配置された少なくとも第２の相対移相アレイ装置によって受光されるように導く工程は、
    　第２のサブ波面を第２の反射面へ導く工程と、
    　前記第２のサブ波面を前記第２の反射面から前記第２の相対移相アレイ装置へ導く工程とを有し、
    　前記第１の相対移相アレイ装置と前記第２の相対移相アレイ装置とは、名目上同一平面にあり、
    　前記第１の偏光素子と前記第２の偏光素子とは、名目上同一平面にあり、
    　前記第１の検出アレイおよび前記第２の検出アレイは、名目上同一平面にあることを特徴とする請求項３７記載の干渉計の使用方法。
41. 　交互配置の多重位相変位干渉情報に基づいて対象物の寸法を解析するための干渉計であって、
    　コヒーレント光ビームから第１および第２のそれぞれに偏光された光を参照素子および対象物にそれぞれ伝送し、前記参照素子および前記対象物から戻された第１および第２のそれぞれに偏光された光を混合して混ぜ合わされた波面にし、該混ぜ合わされた波面を出力する伝送部と、
    　前記混ぜ合わされた波面を入力するように配置された多重移相画像発生部であって、少なくとも第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の相対移相アレイ装置を備える多重移相画像発生部と、
    　前記第１の光路に沿って配置された少なくとも１つの検出アレイを備える検出部とを備え、
    　前記多重移相画像発生部の前記第１の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対移相部を備え、前記各相対移相部は、相対遅延部および相対偏光部を備え、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、少なくとも１つの遅延量および偏光方向の異なるものを有し、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置されることを特徴とする干渉計。
42. 　参照素子および対象物から戻された第１および第２のそれぞれに偏光された光が混ぜ合わされた波面を入力するように、少なくとも第１の光路に沿って配置された少なくとも第１の相対移相アレイ装置を備え、
    　前記第１の相対移相アレイ装置は、少なくとも２つの複数相対移相部を備え、前記各相対移相部は、相対遅延部および相対偏光部を備え、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、少なくとも１つの遅延量および偏光方向の異なるものを有し、前記少なくとも２つの複数相対移相部は、それぞれ、前記第１の相対移相アレイ装置内に交互配置のパターンで配置されることを特徴とする撮像素子。

Images