TW202204970A - 用於最佳化對比度以與模糊成像系統一起使用的方法及裝置 - Google Patents

用於最佳化對比度以與模糊成像系統一起使用的方法及裝置 Download PDF

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Abstract

本文揭示一種用於將部分空間同調光輸出至一成像系統之系統，其包括：一空間同調光源，其經配置以輸出一空間同調信號；至少一個光學裝置，其具有一光學裝置本體，該光學裝置本體具有形成於其上且經配置以反射該空間同調信號之一部分以形成至少一個同調反射信號的一第一裝置表面。該光學裝置本體亦包括具有一或多個表面不規則部之一第二裝置表面，該一或多個表面不規則部經配置以擴散傳輸通過該光學裝置本體之該空間同調光源輸出信號的一部分以產生至少一個空間非同調信號。該同調反射信號與該空間非同調信號之組合形成部分空間同調光信號。

Description

用於最佳化對比度以與模糊成像系統一起使用的方法及裝置
本發明關於用於最佳化對比度以與模糊成像系統一起使用的方法及裝置。相關申請案之交叉參考
本申請案主張2020年7月22日申請之名為「用於最佳化對比度以與模糊成像系統一起使用的方法及裝置（Methods and Devices for Optimizing Contrast for Use with Obscured Imaging Systems）」的美國臨時專利申請案序列號63/054,931之優先權，該申請案之內容係以引用方式併入本文中。
反射成像系統為用於實現遍及大波長範圍具有大的像差校正場之光學接物鏡的典型光學設計解決方案。圖1至圖3展示常用之各種熟知先前技術反射成像系統的圖式。圖1展示具有凹面反射器3（初級鏡面）及凸面反射器5（次級鏡面）之先前技術卡塞格林（Cassegrain）望遠鏡1的圖式。在使用期間，入射光7自凹面反射器3反射至凸面反射器5。隨後，凸面反射器5通過形成於凹面反射器3中之光通路9將經反射入射光7引導至焦點11。相比而言，圖2展示具有第一凹面反射器17（初級鏡面）及第二凹面反射器19（次級鏡面）之格里（Gregorian）望遠鏡15的圖式。如所展示，入射光21係由第一凹面反射器17反射至第二凹面反射器19。第一鏡面焦點23形成於第一凹面反射器17與第二凹面反射器19之間。第二凹面反射器19通過形成於第一凹面反射器17中之通路25將入射光21反射至焦點27。圖3展示具有第一球面反射器37（初級鏡面）及第二球面反射器39（次級鏡面）之典型施瓦氏（Schwarzchild）接物鏡31的圖式。入射光33橫穿形成於第一球面反射器37中之光通路35且入射於第二球面反射器39上且由該第二球面反射器反射至焦點41。
雖然圖1至圖3中所展示之系統在過去已證實為成功的，但已針對一些應用識別出多個缺點。舉例而言，此類架構之必要後果為去除由中心遮蔽引起的非同調調變轉移函數。圖4以圖形方式展現中心遮蔽（So /Sm ）對調變轉移函數（在本文中亦被稱作「MTF」）之影響，其中數字Vo 表示針對給定數值孔徑（N.A.）及波長（λ）之截止空間頻率。如圖4中所展示，隨著遮蔽增加，調變轉移函數之降級增加，特別是在中間空間頻率下。相比而言，雖然同調照明克服了與在具有大中心遮蔽之成像系統中使用非同調照明相關聯的若干缺點，但將同調照明用於大中心遮蔽系統受到限制。舉例而言，與非同調照明相關聯的較大範圍可觀測到的空間頻率傾向於提供更多資訊。另外，同調照明傾向於受到影像之高通濾波影響，此係由於低空間頻率被濾出。
鑒於前述內容，持續需要用於最佳化對比度以與模糊成像系統一起使用的方法及裝置。
在一個具體實施例中，本發明提供一種用於將部分空間同調光輸出至一成像系統之系統，該系統包含：至少一個空間同調光源，其經配置以輸出至少一個空間同調光源輸出信號；至少一個光學裝置，其具有至少一個光學裝置本體；一第一裝置表面，其形成於該至少一個光學裝置本體上且經配置以反射該至少一個空間同調光源輸出信號之至少一部分以形成至少一個同調反射信號；至少一第二裝置表面，其形成於該至少一個光學裝置本體上，該至少一個第二裝置表面具有形成於其上之一或多個表面不規則部，該一或多個表面不規則部經配置以擴散傳輸通過該光學裝置本體之該至少一個空間同調光源輸出信號的至少一部分以產生至少一個空間非同調信號；至少一個反射塗層，其施加至該至少一第二裝置表面且經配置以將來自該至少一第二裝置表面之該至少一個空間非同調信號反射通過形成於該光學裝置本體上之該第一裝置表面，其中該至少一個同調反射信號與該至少一個空間非同調信號組合以形成至少一個部分空間同調光信號。
在一個具體實施例中，本發明提供一種使用部分空間同調光之成像系統，其包含：至少一個空間同調光源，其經配置以輸出至少一個空間同調光源輸出信號；至少一個部分空間同調光系統，其經配置以接收該至少一個空間同調光源輸出信號且傳輸至少一個部分空間同調光信號；及至少一個反射聚焦/接物鏡系統，其與該至少一個部分空間同調光系統光通信，該至少一個反射聚焦/接物鏡系統經配置以將該至少一個部分空間同調光信號聚焦至一基板上之至少一個焦點。
本申請案揭示用於最佳化對比度以與模糊成像系統一起使用的方法及裝置之各種具體實例。在一些應用中，本文中所揭示之各種具體實例可用於包括一或多個大遮蔽接物鏡之成像系統中。在替代方案中，本文中所揭示之各種具體實例可用於需要部分空間同調光之任何多種光學系統中。舉例而言，本文中所揭示之各種具體實例可與包括一或多個大遮蔽接物鏡、望遠鏡及其類似者之任何多種光學系統一起使用。
圖5至圖7展示成像系統之具體實例，該成像系統包括用於產生部分空間同調光（下文中為PSCL）之至少一個系統。如所展示，成像系統100包括至少一個光源102。例示性光源102包括例如雷射、雷射二極體、雷射驅動光源、超發光LED、雷射二極體、放大自發性發射源、超連續譜光源、經配置以耦接至一或多個光纖之寬頻帶光源、電漿源、電弧裝置及其類似者。此外，一或多個光纖104可耦接至光源102或以其他方式與光源102光通信。光纖104可經配置以將來自光源102之至少一個空間同調光源輸出信號108遞送至成像系統100之各種元件。在一個具體實例中，光纖104包含單模光纖。視情況，光纖104可包含多模光纖。例示性光纖包括但不限於單模光纖、無端單模光纖、光子晶體光纖、光學晶體光纖、多孔光纖、多模光纖及其類似者。在另一具體實例中，成像系統100無需包括光纖104。
再次參看圖5，至少一個透鏡106可在成像系統100內使用以聚焦或以其他方式修改自光源102傳輸的空間同調光源輸出信號108之至少一部分。在所說明之具體實例中，透鏡或光學元件106可經配置以聚焦來自光纖104的關於光源102之空間同調光源輸出信號108。視情況，除了透鏡106以外或替代透鏡106，亦可使用任何多種光學元件，包括但不限於透鏡系統、光闌(stops)、光束分光器、感測器、濾光器、光柵、光圈及其類似者。在另一具體實例中，成像系統100無需包括透鏡106。此外，在又一具體實例中，透鏡106可併入至光纖104中及/或耦接至光纖104。
如圖5至圖7中所展示，空間同調光源輸出信號108可由透鏡106聚焦至至少一個系統上以用於產生部分空間同調光110（下文中記載為PSCL系統110）。如圖6及圖7中所展示，PSCL系統110包括光學裝置170，該光學裝置具有光學裝置本體172，該光學裝置本體具有一第一裝置表面174及至少一第二裝置表面176。在所說明之具體實例中，PSCL系統110之光學裝置本體172包含經配置以圍繞光軸OA旋轉之玻璃或基於二氧化矽之材料盤。視情況，光學裝置本體172可由任何多種材料製成，包括但不限於光學晶體、複合材料、陶瓷材料及其類似者。另外，所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，光學裝置本體172可以任何多種形狀及/或組態製造。在一個具體實例中，光學裝置本體172包含：第一裝置表面174，其具有平坦的平面表面；及第二裝置表面176，其具有形成於其上或耦接至其之一或多個表面不規則部或擴散特徵/材料。另外，第二裝置表面176包括施加至其之至少一個反射塗層178（反射率大於約99.5%）。在一個具體實例中，第一裝置表面174包括施加至其之至少一個光學塗層（圖中未示）。視情況，第一裝置表面174及第二裝置表面176可包括施加至其之至少一個光學塗層。如所展示，在使用期間，來自光源102之空間同調光源輸出信號108係由透鏡106引導至光學裝置本體172中。空間同調光源輸出信號108之一部分係由PSCL系統110之第一裝置表面174反射以形成具有同調冪(coherent power) η之至少一個同調反射信號162。另外，空間同調光源輸出信號108之至少一部分係由光學裝置本體172折射且橫穿光學裝置本體172且在其中形成至少一個折射信號164。折射信號164入射於形成於第二裝置表面176上的一或多個表面不規則部處上且由施加至第二裝置表面176之反射塗層178反射以形成至少一個反射-折射信號166。在一個具體實例中，塗層178可具有與第二裝置表面176相同的形態（例如，具有相同的表面不規則性）。在另一具體實例中，塗層178可為平面的，而不具有與第二裝置表面176相同之表面不規則性。反射-折射信號166返回橫穿PSCL系統110之光學裝置本體172。反射-折射信號166經由光學裝置本體172之第一裝置表面174發射以形成具有非同調冪(incoherent power)(1-η)2 的至少一個空間非同調信號168。在一個具體實例中，自第一裝置表面174發射實質上全部反射-折射信號166。
再次參看圖6及圖7，由PSCL系統110之光學裝置本體172之第一裝置表面174內部反射的反射-折射信號166之任何部分形成橫穿光學裝置本體172的第二折射信號164'。該第二折射信號164'由第二裝置表面176反射以形成第二反射-折射信號166'，該第二反射-折射信號之一部分自第一裝置表面174發射以形成具有第二非同調冪η(1-η)2 的至少第二空間非同調信號168'。反射/折射信號橫穿光學裝置本體172及自PSCL系統110發射非同調信號的此序列繼續，最終以發射具有非同調冪η3 (1-η)2 的空間非同調信號168'''終結，但所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，反射/折射信號橫穿光學裝置本體172及自PSCL系統110發射空間非同調信號的序列可持續任何數目個序列。如圖6及圖7中所展示，PSCL光112係由自PSCL系統110輸出之同調反射信號162與多個空間非同調信號168之混合形成。舉例而言，在一個具體實例中，PSCL光112可包含同調光及非同調光之混合。更具體言之，在一個具體實例中，PSCL光112包含約20%至30%之同調光及約70%至80%之非同調光。在另一具體實例中，PSCL光112包含約30%至40%之同調光及約60%至約70%之非同調光。視情況，PSCL光112可包含約40%至約50%之同調光及約50%至約60%之非同調光。在一個特定具體實例中，至少PSCL光112包含約43%之同調光及約57%之非同調光，但所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，同調光與非同調光之任何比率可用以形成至少一個PSCL光112。
如圖5中所展示，PSCL光112可由透鏡106引導至一或多個反射器及/或鏡面。反射器及/或鏡面可經配置以將PSCL 112光之至少一部分引導至至少一個聚焦/接物鏡系統140。舉例而言，在所說明之具體實例中，PSCL光112是由至少一個鏡面114引導至一或多個選擇性可移動鏡面。在所說明之具體實例中，成像系統100包括與鏡面114通信之第一檢流計/掃描鏡面130及第二檢流計/掃描鏡面132。所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，任何數目個選擇性可移動鏡面及/或靜止鏡面可用於成像系統100中。在所說明之具體實例中，第一檢流計/掃描鏡面130、第二檢流計/掃描鏡面132及/或鏡面114包含平面反射器。視情況，第一檢流計/掃描鏡面130、第二檢流計/掃描鏡面132及/或鏡面114可包含彎曲鏡面。因而，至少一個控制器148可與第一檢流計/掃描鏡面130、第二檢流計/掃描鏡面132或此兩者中之至少一者通信。視情況，成像系統100無需在其中包括反射器及/或鏡面。另外，成像系統100無需包括控制器148。
再次參看圖5，成像系統100包括經配置以產生至少一個自動聚焦信號122之至少一個自動聚焦模組120。如所展示，可藉由至少一個光學元件/光束組合器116將自自動聚焦模組120發射之自動聚焦信號122***至PSCL光112之光束路徑中，從而產生至少一個自動聚焦之部分空間同調信號124，該至少一個自動聚焦之部分空間同調信號入射於第一檢流計/掃描鏡面130、第二檢流計/掃描鏡面132或此兩者中之至少一者上。在使用期間，自動聚焦信號122可經配置以准許在成像系統100內選擇性地控制、聚焦及/或定位自動聚焦之部分同調信號124。因而，自動聚焦模組120可與控制器148通信。
如圖5中所展示，自動聚焦之部分同調信號124可入射於定位於成像系統100內之一或多個光束分光器134上。在所說明之具體實例中，光束分光器134可經配置以將自動聚焦之部分同調信號124之至少一部分引導至至少一個聚焦/接物鏡系統140，從而形成至少一個成像系統輸出信號136。在所說明之具體實例中，聚焦/接物鏡系統140包括一第一聚焦反射器142及與該第一聚焦反射器142光通信之至少一第二聚焦反射器144，該第一聚焦反射器142及該第二聚焦反射器144經配置以將成像系統輸出信號136聚焦至至少一個基板150上。儘管圖5中所說明之具體實例展示施瓦氏接物鏡，但所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，聚焦/接物鏡系統140可包含任何多種聚焦及/或接物鏡系統。在一個具體實例中，聚焦/接物鏡系統140包括遍及大波長範圍具有大的像差校正場之中心遮蔽件。所屬技術領域中具有通常知識者將理解，聚焦/接物鏡系統140無需包括中心遮蔽件。因而，任何多種或類型之聚焦/接物鏡系統140可與本發明系統一起使用。
再次參看圖5，成像系統100可包括經配置以監測成像系統100內之自動聚焦之部分同調信號124之至少一個光學特性的至少一個攝影機及/或感測器158。如所展示，攝影機158經由至少一個反射器154與光束分光器134通信。在使用期間，光束分光器134將自動聚焦之部分同調信號124之至少一部分引導至攝影機158，從而形成至少一個樣本信號156。類似於檢流計/掃描鏡面130、132，攝影機158可與控制器148通信，從而准許使用者選擇性地監測及控制自動聚焦之部分同調信號124之至少一個光學特性。相似地，PSCL系統110可與控制器148通信。視情況，聚焦/接物鏡系統140可包括一或多個可移動台（圖中未示）。因而，聚焦/接物鏡系統140之各種元件可與控制器148通信，從而允許選擇性地控制聚焦/接物鏡系統140之聚焦特性。
圖8及圖9展示成像系統之替代具體實例的各種視圖，該成像系統中包括至少一個部分同調光系統。如所展示，成像系統230包括至少一個光源系統232。在一個具體實例中，光源系統232包含至少一個光源234，該至少一個光源經配置以輸出至少一個光源輸出信號236，諸如雷射驅動之光源。視情況，光源234可包含任何多種光源，包括雷射、雷射二極體、超發光LED、雷射二極體、放大自發性發射源、超連續譜光源，或經配置以耦接至一或多個光纖之寬頻帶光源、電漿源、電弧裝置及其類似者。
如圖8及圖9中所展示，至少一個光學元件238可用以修改或以其他方式調節光源輸出信號236。在所說明之具體實例中，光學元件238包含經配置以將光源輸出信號236聚焦至至少一個電漿包絡線(envelope)、電弧包絡線或燈240中之透鏡，該燈240經配置以產生至少一個寬頻帶同調光信號242。在一個具體實例中，寬頻帶同調光信號242具有自約150 nm至750 nm或更大之波長範圍。視情況，成像系統230無需包括燈240，其限制條件為光源234經配置以輸出具有自約150 nm至約750 nm或更大之波長範圍的光源輸出信號236。視情況，多個光源234之輸出可經組合及使用以提供具有自約150 nm至750 nm或更大之波長範圍的光源輸出信號236。
再次參看圖8及圖9，寬頻帶同調光信號242可由一或多個透鏡或光學元件244引導至至少一個光纖256中。在所說明之具體實例中，單一透鏡用以將寬頻帶輸出信號242聚焦至光纖256中，但所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，可在成像系統230內之任何位置使用任何數目個透鏡、光學元件、光闌、光圈、濾光器、光柵及其類似者。在一個具體實例中，光纖256包含至少一個多模光纖。在另一具體實例中，光纖256包含至少一個單模光纖、無端單模光纖、光子晶體光纖、光學晶體光纖、多孔光纖及其類似者。在所說明之具體實例中，光纖256包括形成於其中之至少一個模式加擾系統250。舉例而言，如圖8及圖9中所展示，光纖256包括形成於其中的第一模式加擾本體252及至少第二模式加擾本體254。在一個具體實例中，第一模式加擾本體252及第二模式加擾本體254中之至少一者包含光纖之一或多個迴路及/或環。因而，模式加擾系統250可作為經配置以減少或消除光斑之時變模式加擾器操作。
如圖8中所展示，光纖256輸出至少一個模式加擾輸出信號260。在一個具體實例中，模式加擾輸出信號260包含PSCL光。舉例而言，在一個具體實例中，模式加擾輸出信號260可包含同調光及非同調光之混合。更具體言之，在一個具體實例中，模式加擾輸出信號260包含約20%至30%之同調光及約70%至80%之非同調光。在另一具體實例中，模式加擾輸出信號260包含約30%至40%之同調光及約60%至約70%之非同調光。視情況，模式加擾輸出信號260可包含約40%至約50%之同調光及約50%至約60%之非同調光。在一個特定具體實例中，至少一個模式加擾輸出信號260包含約43%之同調光及約57%之非同調光，但所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，同調光與非同調光之任何比率可用以形成至少一個模式加擾輸出信號260。類似於先前具體實例，可在成像系統230內使用一或多個鏡面及/或反射器。視情況，鏡面及/或反射器可包含平面或彎曲鏡面。在所說明之具體實例中，至少一個鏡面262經配置以將模式加擾之光信號260的至少一部分引導至至少一個轉向鏡面或選擇性可移動鏡面。類似於先前具體實例，成像系統230包括第一檢流計/掃描鏡面274及第二檢流計/掃描鏡面278，但所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，可使用任何數目個檢流計/掃描鏡面。另外，圖8中所展示之成像系統230可包括經配置以輸出至少一個自動聚焦信號272之至少一個自動聚焦模組270。在一個具體實例中，自動聚焦信號272可經由定位於成像系統230內之至少一個光學元件264***至光學元件串中。如所展示，光學元件264可定位於鏡面262與第一檢流計/掃描鏡面274之間。視情況，光學元件264可定位於成像系統230內之任何位置。在使用期間，光學元件264可經配置以組合自動聚焦信號272與模式加擾信號260以形成自動聚焦模式加擾信號288。
再次參看圖8，至少一個光束分光器280可用以將自動聚焦模式加擾信號288之至少一部分引導至至少一個聚焦/接物鏡系統290，從而形成至少一個樣本光信號284。如圖8中所展示，聚焦/接物鏡系統290包括經配置以將自動聚焦模式加擾信號288聚焦至基板或試樣296上的第一反射器292及至少第二反射器294。
另外，光束分光器280可經配置以將樣本光信號284之至少一部分引導至至少一個攝影機、感測器或類似裝置282。在一個具體實例中，至少一個鏡面286可用以將樣本光信號284引導至攝影機282。類似於先前具體實例，成像系統230可包括與成像系統230中所使用之至少一個組件或元件通信的一或多個控制器或處理器300。舉例而言，在一個具體實例中，控制器300與攝影機282通信。視情況，控制器300可與光源系統232、模式加擾系統250、自動聚焦模組270、第一檢流計/掃描鏡面274、第二檢流計/掃描鏡面270、聚焦/接物鏡系統290及/或攝影機282通信，從而准許使用者選擇性地監測及控制成像系統230之效能。另外，控制器300可與一或多個外部網路（圖中未示）通信。
圖8展示再次包括至少一個聚焦/接物鏡系統290之成像系統之具體實例。如所展示，類似於圖5中所展示之聚焦/接物鏡系統140，聚焦/接物鏡系統290利用第一反射器292及至少第二反射器294以將自動聚焦模式加擾信號288聚焦至樣本、基板及/或試樣296上。相比而言，圖10展示經配置以與分別在圖5及圖8中所展示之成像系統100、230一起使用的聚焦/接物鏡系統350之替代具體實例。如所展示，除了圖5及圖8中所展示之聚焦/接物鏡系統140、290中所展示的反射元件之外，聚焦/接物鏡系統350亦包括一或多個折射光學裝置或元件。因而，本文中所揭示之成像系統可經配置以使用一或多個折反射(catadioptric)聚焦/接物鏡系統。在一個具體實例中，圖10中所展示之聚焦/接物鏡系統350包括第一折射光學件352、第二折射光學件354及第三折射光學件356。所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，任何數目個反射或折射光學件可用於聚焦/接物鏡系統350中。自動聚焦模式加擾信號288橫穿第一折射光學件352、第二折射光學件354及第三折射光學件356，且入射於第一反射器358上。第一反射器358將自動聚焦模式加擾信號288引導至第二反射器360，該第二反射器將自動聚焦模式加擾信號288引導至試樣或樣本362上。所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，任何數目個反射或折射光學元件可用於聚焦/接物鏡系統350中。另外，任何多種額外光學元件可包括於聚焦/接物鏡系統350中，包括但不限於光闌、光柵、光圈、濾光器、感測器及其類似者。
圖11A至圖13C展示使用空間同調光源、空間非同調光源及使用上文所描述之具體實例所產生之部分空間同調光的圖8中所展示之成像系統之效能的各種表示。圖11A及圖12A展示使用空間同調照明的圖8中所展示之成像系統的光學轉移函數回應。更具體言之，圖11A及圖12A分別展示針對正空間頻率之2D回應及對應橫截面的量值，其中外環之半徑對應於截止頻率的二分之一或為0.5之正規化半徑，從而在SNR=50處遍及截止解析之光點產生0.47位元。相比而言，圖11B及圖12B展示使用非同調照明的圖8中所展示之成像系統的對應回應，其在SNR=50處遍及截止解析之光點產生1.38位元。如所展示，在運用非同調照明之情況下，在解析光點之強度量測中客觀地存在更多資訊。然而，許多光學設計者將考慮其回應不如針對同調照明之回應，此係歸因於在半截止下之相對較低調變轉移函數（約17%）。圖11C及圖12C展示使用上文所描述及在圖8及圖9中所展示之模式加擾系統250產生的最佳化部分空間同調光之對應的光學轉移函數特性。
圖13A至圖13C展示定位於圖8中所展示之成像系統之物件平面處的USAF目標之0.2 µm高區段的各種影像。圖13A展示使用同調照明、非同調照明及使用上文所描述及圖8及圖9中所展示之模式加擾系統所產生的部分空間同調光的影像。圖13A展示當運用空間同調光照明時之目標之影像。如所展示，儘管調變轉移函數接近於1（如由極高對比度所展示），但過量濾波目標之特徵會失真到無法辨識。此外，如圖13B中所展示，運用非同調光照明之目標之解析度大於運用同調光照明之目標之解析度（參見圖13A）。然而，如在圖13C中顯而易見，利用部分空間同調光之目標影像之總體對比度遠優於使用同調及非同調光之目標影像（參見圖13A及圖13B），即使當設計為繞射受限的（如在圖8中所示之成像系統中一樣）亦如此。
圖14A至圖14C展示對應於圖8中所展示之成像系統的影像高度為0.5 mm之每回轉40對輻條目標的各種影像。輻條目標頻繁地用於量化遍及一方向及空間頻率範圍之對比度。沿著輻條目標影像處之給定半徑的對比度直接對應於在對應於每圓周40個循環（2pi乘以半徑，以毫米為單位）之空間頻率下之調變轉移函數的量度。圖14A展示當運用空間同調光照明時之輻條目標之影像。如所展示，對比度在對應於通常被視「截止」空間頻率之一半的最小半徑下突然消失。相比而言，圖14B展示運用空間非同調照明之對應輻條目標影像。圖14C展示運用部分空間同調照明之對應輻條目標影像。如顯而易見，利用部分空間同調照明之輻條目標影像的總體對比度遠優於使用同調及非同調光之目標影像（參見圖14A及圖14B），即使當設計為繞射受限的（如在圖8中所示之成像系統中一樣）亦如此。
所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，本發明不限於上文已特定展示且描述的內容。實情為，本發明之範圍包括上文所描述之各種特徵以及所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀前文描述之後將想到且未在先前技術中的其變化及修改的組合及子組合兩者。
1:卡塞格林望遠鏡 3:凹面反射器 5:凸面反射器 7:經反射入射光 9:光通路 11:焦點 15:格里望遠鏡 17:第一凹面反射器 19:第二凹面反射器 21:入射光 23:第一鏡面焦點 25:通路 27:焦點 31:施瓦氏接物鏡 33:入射光 35:光通路 37:第一球面反射器 39:第二球面反射器 41:焦點 100:成像系統 102:光源 104:光纖 106:透鏡/光學元件 108:空間同調光源輸出信號 110:部分空間同調光/部分空間同調光（PSCL）系統 112:部分空間同調光（PSCL）光 114:鏡面 116:光學元件/光束組合器 120:自動聚焦模組 122:自動聚焦信號 124:自動聚焦之部分空間同調信號 130:第一檢流計/掃描鏡面 132:第二檢流計/掃描鏡面 134:光束分光器 136:成像系統輸出信號 140:聚焦/接物鏡系統 142:第一聚焦反射器 144:第二聚焦反射器 148:控制器 150:基板 154:反射器 156:樣本信號 158:感測器/攝影機 162:同調反射信號 164:折射信號 164':第二折射信號 166:反射-折射信號 166':第二反射-折射信號 168:空間非同調信號 168':第二空間非同調信號 168''':空間非同調信號 170:光學裝置 172:光學裝置本體 174:第一裝置表面 176:第二裝置表面 178:反射塗層 230:成像系統 232:光源系統 234:光源 236:光源輸出信號 238:光學元件 240:燈 242:寬頻帶同調光信號 244:光學元件 250:模式加擾系統 252:第一模式加擾本體 254:第二模式加擾本體 256:光纖 260:模式加擾輸出信號/模式加擾之光信號 262:鏡面 264:光學元件 270:自動聚焦模組 272:自動聚焦信號 274:第一檢流計/掃描鏡面 278:第二檢流計/掃描鏡面 280:光束***器 282:裝置/攝影機 284:樣本光信號 286:鏡面 288:自動聚焦模式加擾信號 290:聚焦/接物鏡系統 292:第一反射器 294:第二反射器 296:試樣 300:控制器或處理器 350:聚焦/接物鏡系統 352:第一折射光學件 354:第二折射光學件 356:第三折射光學件 358:第一反射器 360:第二反射器 362:樣本 MTF:調變轉移函數 OA:光軸
用於最佳化對比度以與如本文中所揭示之模糊成像系統一起使用的方法及裝置之新穎態樣將藉由考慮以下圖而顯而易見，在該等圖中：
[圖1]展示例示性先前技術卡塞格林望遠鏡之示意圖；
[圖2]展示例示性先前技術格里望遠鏡之示意圖；
[圖3]展示例示性先前技術施瓦氏接物鏡之示意圖；
[圖4]展示針對遮蔽值的用於無像差系統之調變轉移函數（MTF）之曲線圖；
[圖5]展示併有部分空間同調光系統之具體實例的成像系統之具體實例的示意圖，該部分空間同調光系統經配置以將部分空間同調光遞送至聚焦/接物鏡系統；
[圖6]展示圖5中所展示之部分空間同調光系統之具體實例的平面橫截面圖；
[圖7]展示圖5中所展示之部分空間同調光系統之具體實例的橫截面圖，該部分空間同調光系統具有產生於其中之部分空間同調光；
[圖8]展示併有經配置以產生部分空間同調光之模式加擾系統之具體實例的成像系統之具體實例的示意圖；
[圖9]展示耦接至用於圖8中所展示之成像系統之具體實例中的模式加擾系統之具體實例的空間同調光源之具體實例的示意圖；
[圖10]展示用於本文中所揭示之成像系統之各種具體實例中的折反射聚焦/接物鏡系統之具體實例的示意圖；
[圖11A]展示利用空間同調光作為照明源之成像系統的2D光學轉移函數量值之表示；
[圖11B]展示利用空間非同調光作為照明源之成像系統之2D光學轉移函數量值的表示；
[圖11C]展示利用部分空間同調光作為照明源之成像系統的2D光學轉移函數量值之表示；
[圖12A]展示表示利用空間同調光作為照明源之成像系統的2D光學轉移函數量值之橫截面的曲線圖；
[圖12B]展示表示利用空間非同調光作為照明源之成像系統的2D光學轉移函數量值之橫截面的曲線圖；
[圖12C]展示表示利用如本申請案中所揭示之部分空間同調光作為照明源之成像系統的2D光學轉移函數量值之橫截面的曲線圖；
[圖13A]展示當運用空間同調光照明目標時具有0.2 µm高度之USAF目標區段之解析度的表示；
[圖13B]展示當運用空間非同調光照明目標時具有0.2 µm高度之USAF目標區段之解析度的表示；
[圖13C]展示當使用本文中所揭示之成像系統運用部分空間同調光照明目標時具有0.2 µm高度之USAF目標區段之解析度的表示；
[圖14A]展示當運用空間同調光照明目標時影像高度為0.5 mm的每回轉40對輻條目標之表示；
[圖14B]展示當運用空間非同調光照明目標時影像高度為0.5 mm的每回轉40對輻條目標之表示；及
[圖14C]展示當使用本文中所揭示之成像系統運用部分空間同調光照明目標時影像高度為0.5 mm的每回轉40對輻條目標之表示。
108:空間同調光源輸出信號
110:部分空間同調光/部分空間同調光(PSCL)系統
112:部分空間同調光(PSCL)光
162:同調反射信號
164:折射信號
164':第二折射信號
166:反射-折射信號
166':第二反射-折射信號
168:空間非同調信號
168':第二空間非同調信號
168''':空間非同調信號
170:光學裝置
172:光學裝置本體
174:第一裝置表面
176:第二裝置表面
178:反射塗層

Claims (17)

  1. 一種用於將部分空間同調光輸出至一成像系統之系統，該系統包含： 至少一個空間同調光源，其經配置以輸出至少一個空間同調光源輸出信號； 至少一個光學裝置，其具有至少一個光學裝置本體； 第一裝置表面，其形成於該至少一個光學裝置本體上且經配置以反射該至少一個空間同調光源輸出信號之至少一部分以形成至少一個同調反射信號； 至少一第二裝置表面，其形成於該至少一個光學裝置本體上，該至少一個第二裝置表面具有形成於其上之一或多個表面不規則部，該一或多個表面不規則部經配置以擴散傳輸通過該光學裝置本體之該至少一個空間同調光源輸出信號的至少一部分以產生至少一個空間非同調信號； 至少一個反射塗層，其施加至該至少一第二裝置表面且經配置以將來自該至少一第二裝置表面之該至少一個空間非同調信號反射通過形成於該光學裝置本體上之該第一裝置表面，其中該至少一個同調反射信號與該至少一個空間非同調信號的組合以形成至少一個部分空間同調光信號。
  2. 如請求項1之用於將部分空間同調光輸出至一成像系統之系統，其中該光學裝置本體是由基於二氧化矽之玻璃所製造。
  3. 如請求項1之用於將部分空間同調光輸出至一成像系統之系統，其中該光學裝置本體是由從光學晶體、複合材料及陶瓷材料所組成的群組中選擇至少一種材料所製造。
  4. 如請求項1之用於將部分空間同調光輸出至一成像系統之系統，其進一步包含施加至該第一裝置表面之至少一個光學塗層。
  5. 如請求項1之用於將部分空間同調光輸出至一成像系統之系統，其進一步包含施加至該至少一第二裝置表面之至少一個光學塗層。
  6. 如請求項1之用於將部分空間同調光輸出至一成像系統之系統，其進一步包含施加至該至少一第二裝置表面及該第一裝置表面中之至少一者的至少一個光學塗層。
  7. 如請求項1之用於將部分空間同調光輸出至一成像系統之系統，其中該光學元件經配置以圍繞光軸選擇性地旋轉。
  8. 如請求項1之用於將部分空間同調光輸出至一成像系統之系統，其進一步包含與用於輸出部分空間同調光之該系統光通信的至少一個成像系統，該至少一個成像系統包含一反射接物鏡系統。
  9. 如請求項1之用於將部分空間同調光輸出至一成像系統之系統，其進一步包含與用於輸出部分空間同調光之該系統光通信的至少一個成像系統，該至少一個成像系統包含折反射接物鏡系統。
  10. 一種使用部分空間同調光之成像系統，其包含： 至少一個空間同調光源，其經配置以輸出至少一個空間同調光源輸出信號； 至少一個部分空間同調光系統，其經配置以接收該至少一個空間同調光源輸出信號且傳輸至少一個部分空間同調光信號；及 至少一個反射聚焦/接物鏡系統，其與該至少一個部分空間同調光系統光通信，該至少一個反射聚焦/接物鏡系統經配置以將該至少一個部分空間同調光信號聚焦至一基板上之至少一個焦點。
  11. 如請求項10之使用部分空間同調光之成像系統，其進一步包含與該至少一個空間同調光源及該至少一個部分空間同調光系統通信之至少一個光纖，該至少一個光纖經配置以將該至少一個空間同調光源輸出信號傳輸至該至少一個部分空間同調光系統。
  12. 如請求項11之使用部分空間同調光之成像系統，其中該至少一個光纖包含單模光纖。
  13. 如請求項11之使用部分空間同調光之成像系統，其中該至少一個光纖包含多模光纖。
  14. 如請求項10之使用部分空間同調光之成像系統，其中該至少一個部分空間同調光系統包含具有一第一表面及至少一第二表面之至少一個光學裝置本體，該第二表面具有形成於其上之至少一個表面不規則部及施加至其之至少一個光學塗層。
  15. 如請求項10之使用部分空間同調光之成像系統，其中至少一個光學裝置本體經配置以圍繞至少一個光軸旋轉。
  16. 如請求項10之使用部分空間同調光之成像系統，其中該部分空間同調光系統包含至少一個模式加擾系統，該至少一個模式加擾系統具有形成於其中的一第一模式加擾本體及至少一第二模式加擾本體。
  17. 如請求項10之使用部分空間同調光之成像系統，其進一步包含至少一個自動聚焦模組，該至少一個自動聚焦模組經配置以傳輸至少一個自動聚焦信號，該至少一個自動聚焦信號與該至少一個部分空間同調光信號共對準。
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