專(zhuān)利名稱(chēng)：透射檢測(cè)器、包含相同透射檢測(cè)器的系統(tǒng)和相關(guān)方法
透射檢測(cè)器、包含相同透射檢測(cè)器的系統(tǒng)和相關(guān)方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2007年9月13日提交的、共同擁有的第60/971，992號(hào)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利 申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，通過(guò)引用把該臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的公開(kāi)并入本文。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中存在許多類(lèi)型的光敏檢測(cè)器，例如光電二極管和光電晶體管。一類(lèi) 光敏檢測(cè)器包括透射檢測(cè)器和透明檢測(cè)器。透射檢測(cè)器是能夠從中透射過(guò)至少一部分入射 電磁(“EM”)能量的檢測(cè)器。透明檢測(cè)器是透射檢測(cè)器的子集，進(jìn)一步限制為這樣的光敏 檢測(cè)器，即，該光敏檢測(cè)器能夠從中透射過(guò)EM能量，幾乎沒(méi)有吸收并且沒(méi)有可感知的散射 或漫射。通過(guò)引用把標(biāo)題為“SEMI-TRANSPARENT M0NIT0RDETECT0R FOR SURFACE EMITTING LIGHT EMITTING DEVICES(用于表面發(fā)射發(fā)光設(shè)備的半透明監(jiān)控器檢測(cè)器)” 的第 6，037, 644 號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、標(biāo)題為 “SEMITRANSPARENT OPTICAL DETECTORINCLUDING A POLYCRYSTALLINE LAYER AND METHOD 0FMAKING (包括多晶層的半透明光檢測(cè) 器和制造方法)”的第6，879，014號(hào)美國(guó)專(zhuān)利(在下文中，“‘014專(zhuān)利”)和標(biāo)題 為"SEMITRANSPARENTOPTICAL DETECTOR ON A FLEXIBLE SUBSTRATE AND METH0D0F MAKING(在柔性基底上的半透明光檢測(cè)器和制造方法)”的第6，670，599號(hào)美國(guó)專(zhuān)利的 全部?jī)?nèi)容并入本申請(qǐng)。這些專(zhuān)利中的每一個(gè)描述用于監(jiān)控例如垂直腔表面發(fā)射激光器 (“VCSEL”)的單色光學(xué)設(shè)備性能的半透明檢測(cè)器。在前述出版物中描述的半透明檢測(cè)器 是非成像檢測(cè)器，該非成像檢測(cè)器被設(shè)計(jì)為對(duì)單波長(zhǎng)的EM能量作出響應(yīng)并且被集成到光 學(xué)設(shè)備內(nèi)?！?14專(zhuān)利確實(shí)注意到難以設(shè)計(jì)和制造這樣一種透明檢測(cè)器，S卩，該透明檢測(cè)器同 時(shí)在希望的波長(zhǎng)處展示良好的響應(yīng)率、具有低暗電流且高度地透明；但是，這個(gè)文獻(xiàn)沒(méi)有對(duì) 超出VCSEL監(jiān)控技術(shù)范圍外的這些問(wèn)題討論可能的解決方案。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的薄膜檢測(cè)器100的圖示，其表示‘014專(zhuān)利的圖1。依照‘014專(zhuān) 利的說(shuō)明書(shū)，可以利用檢測(cè)器100用于接收沿著光路10傳播的電磁能量，光路10入射在例 如部分導(dǎo)電層120的上(暴露的)表面上?？梢耘渲脵z測(cè)器100作為半透明檢測(cè)器，并且 關(guān)于光路10可以橫向布置檢測(cè)器100，使得該檢測(cè)器接收至少一部分電磁能量。換句話(huà)說(shuō)， 檢測(cè)器可以關(guān)于入射電磁能量是至少部分透明的，使得可以吸收和檢測(cè)入射電磁能量的第 一部分，并且未被吸收的第二部分沿著光路10繼續(xù)，用于后來(lái)使用。在薄膜檢測(cè)器100中， 例如由硅、鍺或其它適合的半導(dǎo)體材料形成光敏層(即，檢測(cè)介質(zhì))110。至少部分透明的導(dǎo) 電層120和130形成在光敏層110的兩個(gè)側(cè)面上并且可以被構(gòu)圖，使得僅部分光敏層110 由導(dǎo)電層120和130接觸。導(dǎo)電層120和130由例如氧化銦錫(“ΙΤ0”)、氧化鋅、氧化錫 或鋅/錫/銦混合氧化物的材料形成，并被配置以提供與光敏層110的電接觸。在基底140 上支撐光敏層110和導(dǎo)電層120和130，基底140用作具有支撐表面的支撐布置，在支撐表 面上可以形成包括光敏層110的前述的層。使用眾所周知的技術(shù)，基底140可以例如用例 如玻璃或二氧化硅的透射電介質(zhì)材料形成。光敏層110可以包括多個(gè)子層(沒(méi)有示出)，例如透射P型層(P)、本征(例如，無(wú)摻雜的)半導(dǎo)體(I)和η型半導(dǎo)體(N)，并且根據(jù)眾所 周知的技術(shù)可以配置這些層作為“PIN”二極管，用于吸收光和根據(jù)所吸收的光產(chǎn)生電信號(hào)。 如在‘014專(zhuān)利中討論的，通過(guò)順序沉積每個(gè)層，和/或通過(guò)對(duì)一個(gè)或多個(gè)沉積的半導(dǎo)體材 料進(jìn)行選擇性地掩模和摻雜，可以形成子層。盡管可以相對(duì)便宜地制造薄膜檢測(cè)器，但是薄 膜檢測(cè)器經(jīng)常遭受過(guò)多噪聲、大的暗電流和低靈敏度，特別是當(dāng)使用非晶態(tài)的半導(dǎo)體材料 來(lái)形成PIN 二極管時(shí)。 如在‘014專(zhuān)利中描述的，EM能量可以沿著朝向向上的方向的光路10傳播，并且 因此可以入射在下表面上(沒(méi)有示出)，使得可以由檢測(cè)器接收EM能量。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的變薄的檢測(cè)器200的圖示。變薄的檢測(cè)器200可以包括變薄的 結(jié)晶材料的子層，并且如同薄膜檢測(cè)器100(圖1)，可以配置變薄的檢測(cè)器200以形成PIN 二極管。特別地，變薄的檢測(cè)器200可以包括可以由機(jī)械的和/或化學(xué)的方法進(jìn)行變薄的 P型半導(dǎo)體基底210，支撐在ρ型半導(dǎo)體基底210上形成的本征半導(dǎo)體層220和η型半導(dǎo)體 層230。用由機(jī)械的和/或化學(xué)的方法進(jìn)行變薄的(例如，最終厚度約為10為米或更小) 較厚(例如，幾百微米)的結(jié)晶半導(dǎo)體基底可以形成P型半導(dǎo)體基底210，以對(duì)于給定應(yīng)用 提供適合的光學(xué)特性。使用眾所周知的技術(shù)可以對(duì)變薄的檢測(cè)器200進(jìn)行光刻地構(gòu)圖和蝕 亥IJ，以去除部分層220和230來(lái)容納ρ接觸240，ρ接觸240提供與ρ型半導(dǎo)體基底210的 電接觸?？梢园薛墙佑|250沉積在η型半導(dǎo)體層230上。ρ接觸240和η接觸250可以用 鋁或在本領(lǐng)域的技術(shù)中公知的其它適合的導(dǎo)電材料形成。與例如在圖1中示出的薄膜檢測(cè) 器的最終成本比較，變薄操作本身以及由于變薄的基底損傷的良率損失可以促成變薄的檢 測(cè)器的更高最終成本。圖3示出模擬光譜性能的示例圖300，該模擬光譜性能與根據(jù)圖1和圖1的描述制 造的現(xiàn)有技術(shù)薄膜檢測(cè)器100的一個(gè)實(shí)施例關(guān)聯(lián)。圖300可以例如根據(jù)在‘014專(zhuān)利中公 開(kāi)的設(shè)備說(shuō)明書(shū)來(lái)生成，并且圖300具有作為橫坐標(biāo)的以納米為單位的波長(zhǎng)和作為縱坐標(biāo) 的百分比。薄膜檢測(cè)器100的全部反射率310由虛線表示，并且單獨(dú)光敏層100的吸收率 320由點(diǎn)劃線表示。通過(guò)薄膜檢測(cè)器100的透射率330由點(diǎn)線表示，并且除了光敏層110以 外的薄膜檢測(cè)器100的所有其它層的吸收率340由實(shí)線表示。根據(jù)圖300，因?yàn)榉瓷渎?10 的平均值大于50%，所以可以認(rèn)為薄膜檢測(cè)器100是低效的。此外，由于在檢測(cè)器結(jié)構(gòu)中的 材料特性和固體標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)，吸收率320的平均值小于30%，并呈現(xiàn)出顯著的光譜相關(guān)性。雖然對(duì)于例如單色光學(xué)設(shè)備監(jiān)控的給定應(yīng)用，薄膜檢測(cè)器100和變薄的檢測(cè)器 200可以提供對(duì)于單個(gè)波長(zhǎng)的EM能量的足夠檢測(cè)，但是薄膜檢測(cè)器100和變薄的檢測(cè)器 200的光譜相關(guān)性(例如在圖3中展示的)使薄膜檢測(cè)器100和變薄的檢測(cè)器200不適合 于統(tǒng)一的寬帶檢測(cè)。此外，由于反射引起的入射EM能量的損失促成薄膜檢測(cè)器和變薄的檢 測(cè)器的降低的信噪比(“SNR”)。在單色光學(xué)設(shè)備監(jiān)控技術(shù)之外，對(duì)于薄膜硅檢測(cè)器的應(yīng)用包括高度透明的相位檢 測(cè)器，該高度透明的相位檢測(cè)器為了位置或波長(zhǎng)的高精度測(cè)量檢測(cè)沿著駐波的EM能量強(qiáng) 度。這些應(yīng)用的例子被描述在下述文獻(xiàn)中，Jun等人的“Optimization of phase-Sensitive TransparentDetector for Length Measurement (用于長(zhǎng)度測(cè)量的相位敏感半透明檢 測(cè)器的最優(yōu)化)” IEEE Trans. Electr. Dev.，52，No. 7 (2005)，pp. 1656-1660、Li 等人的 "Precision optical displacement sensor based onultra-thin film photodiodetype optical interferometer(基于超薄膜光電二極管類(lèi)型光學(xué)干涉儀的精密光學(xué)位 移傳感器)”Meas. Sci. &Tech.，14(2003)，pp. 479-483 和 Knipp 等人的 “Silicon-Based Micro-FourierSpectrometer (基于硅的微傅里葉分光儀)，，IEEE Trans. Electr. Dev.，52， No. 3(2005)，pp. 419-426，上述文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本申請(qǐng)。這些類(lèi)型的透明相位 檢測(cè)器被設(shè)計(jì)為最小地影響入射EM能量并且因此僅檢測(cè)非常小部分的入射能量；也就是 說(shuō)，這種透明相位檢測(cè)器旨在僅吸收需要的少量入射EM能量，以執(zhí)行相位檢測(cè)任務(wù)。盡管 在前述文獻(xiàn)中(包括‘014專(zhuān)利)描述的檢測(cè)器可以被配置以吸收和檢測(cè)入射電磁能量的 第一部分并且傳送第二部分用于后來(lái)使用，這些檢測(cè)器還被配置以吸收一部分入射輻射的 總功率。因此，這些檢測(cè)器以這樣一種方式吸收入射電磁輻射的第一部分，即，這種方式關(guān) 于電磁能量的具體特性不是選擇性的。盡管根據(jù)檢測(cè)器的材料特性和其它傳統(tǒng)的特征，這 些現(xiàn)有技術(shù)的檢測(cè)器可以展示眾所周知的光譜特征，但是關(guān)于電磁能量的例如波長(zhǎng)和/或 偏振的具體特征，前述檢測(cè)器的吸收特征不是選擇性的。

發(fā)明內(nèi)容
結(jié)合系統(tǒng)、工具和方法描述和說(shuō)明下面的實(shí)施方式和實(shí)施方式的方面，系統(tǒng)、工具 和方法意在示例性的和說(shuō)明性的，并非限制保護(hù)范圍。在一個(gè)實(shí)施方式中，配置檢測(cè)器部件，用于確定沿著光路傳播的電磁能量的特征。 至少所述電磁能量的分量攜帶沿著所述光路的電磁能量信息。所述檢測(cè)器部件包括沿著所 述光路布置的第一檢測(cè)器陣列，并且所述第一檢測(cè)器陣列具有光敏元件，對(duì)齊該光敏元件 以接收所述電磁能量中的至少一部分，包括所述分量。所述光敏元件選擇性地吸收所述分 量的第一部分并且響應(yīng)于所述分量至少部分根據(jù)所述電磁能量信息產(chǎn)生第一組電圖像數(shù) 據(jù)。所述光敏元件中的至少一部分是至少部分透明的，使得所述光敏元件中的至少一部分 沿著所述光路選擇性地通過(guò)所述分量的第二部分，以繼續(xù)沿著所述光路。在另一實(shí)施方式中，方法確定沿著光路傳播的電磁能量的特征。所述電磁能量具 有攜帶沿著所述光路的電磁能量信息的分量。所述方法包括配置第一檢測(cè)器陣列以包括光 敏元件，該光敏元件關(guān)于所述電磁能量是至少部分透明的。所述方法還包括沿著所述光路 布置所述第一檢測(cè)器陣列，使得所述光敏元件的至少一個(gè)子集在所述電磁能量的路徑中， 以(i)選擇性地吸收所述電磁能量中的至少一部分，包括攜帶所述電磁能量信息的所述電 磁能量的所述分量的第一部分并且從所述電磁能量中的至少一部分產(chǎn)生第一組電圖像數(shù) 據(jù)，以至少部分地確定電磁能量信息的所述分量，和(ii)選擇性地使所述分量的第二部分 通過(guò)所述透射光敏元件，使得所述第二部分沿著所述光路繼續(xù)，用于后來(lái)使用。在另一實(shí)施方式中，描述了一種方法，用于確定沿著光路傳播的電磁能量的特征。 所述電磁能量包括分量，該分量攜帶沿著所述光路的電磁能量信息。所述方法包括，在所述 光路上的第一位置處吸收所述電磁能量中的至少一部分，包括攜帶所述電磁能量信息的所 述電磁能量分量的第一受控部分并且根據(jù)所述電磁能量中的至少一部分產(chǎn)生第一組電圖 像數(shù)據(jù)。所述方法還包括透射地通過(guò)所述分量的第二受控部分，使得所述第二受控部分沿 著所述光路繼續(xù)。除了上面描述的示例方面和實(shí)施方式之外，通過(guò)參考附圖和通過(guò)了解下面的描 述，另一方面和實(shí)施方式將變得明顯。


注意到，為了說(shuō)明清楚，可以不按照比例繪出、可以簡(jiǎn)化和/或?qū)Ρ仍龃笤诟綀D中 的某些要素。圖1是現(xiàn)有技術(shù)薄膜檢測(cè)器的以部分立體圖的圖解說(shuō)明；圖2是現(xiàn)有技術(shù)變薄的檢測(cè)器的以部分立體圖的圖解說(shuō)明；圖3示出與圖1的現(xiàn)有技術(shù)薄膜檢測(cè)器的一個(gè)實(shí)施例關(guān)聯(lián)的模擬光譜性能的圖；圖4示出依照實(shí)施方式的劃分和測(cè)量EM能量信息的實(shí)施例的圖；圖5A是依照實(shí)施方式的透射檢測(cè)器的以部分立體圖的示意說(shuō)明；圖5B是圖5A的透射檢測(cè)器的一部分的放大說(shuō)明；圖6示出圖5A的透射檢測(cè)器的模擬光譜性能的圖；圖7是依照實(shí)施方式的另一透射檢測(cè)器的以部分立體圖的圖解說(shuō)明；圖8是依照實(shí)施方式的兩個(gè)透射檢測(cè)器的以部分立體圖的圖解說(shuō)明；圖9示出依照實(shí)施方式圖8的透射檢測(cè)器其中之一的模擬光譜性能的圖；圖10是依照實(shí)施方式的圖8的透射檢測(cè)器中另一的模擬光譜性能的圖；圖11是依照實(shí)施方式的另一透射檢測(cè)器的以部分立體圖的圖解說(shuō)明；圖12是依照實(shí)施方式的多平面透射檢測(cè)器系統(tǒng)的圖解說(shuō)明；圖13是圖12的多平面透射檢測(cè)器的模擬光譜性能的圖；圖14A至圖14D示出依照實(shí)施方式的用于透射檢測(cè)器的布置；圖15是依照實(shí)施方式的多平面成像系統(tǒng)的圖解說(shuō)明；圖16是流程圖，示出依照實(shí)施方式的處理多平面圖像信息以恢復(fù)相位信息的方 法；圖17示出依照實(shí)施方式用于使用透射檢測(cè)器來(lái)控制有源光學(xué)元件的示例性配 置；圖18是依照實(shí)施方式的另一多平面成像系統(tǒng)的圖解說(shuō)明；圖19是依照實(shí)施方式適合于在高光譜成像中使用的多平面成像系統(tǒng)的圖解說(shuō) 明；圖20A和圖20B分別是現(xiàn)有技術(shù)的全光相機(jī)成像系統(tǒng)的圖解說(shuō)明和放大的插圖；圖21是依照實(shí)施方式的包括透射檢測(cè)器的體積成像系統(tǒng)的圖解說(shuō)明；圖22示出依照實(shí)施方式的模擬二元測(cè)試物體；圖23示出依照實(shí)施方式如在成像系統(tǒng)的傅里葉平面處由圖21的透射檢測(cè)器其中 之一檢測(cè)的圖22的測(cè)試物體的模擬圖像；圖24示出依照實(shí)施方式如在成像系統(tǒng)的第一像平面處檢測(cè)的圖22的測(cè)試物體的 模擬圖像，第一像平面與測(cè)試物體的物平面不是共軛的；圖25示出依照實(shí)施方式在成像系統(tǒng)的第二像平面處檢測(cè)的圖22的測(cè)試物體的另 一模擬圖像，第二像平面與測(cè)試物體的物平面不是共軛的；圖26示出依照實(shí)施方式在成像系統(tǒng)的像平面處檢測(cè)的圖22的測(cè)試物體的模擬圖 像，該像平面與測(cè)試物體的物平面是共軛的；
圖27是依照實(shí)施方式處理多平面圖像信息以恢復(fù)EM能量相位信息的方法的流程圖；圖28示出依照實(shí)施方式與圖23的模擬圖像關(guān)聯(lián)的恢復(fù)相位的模擬圖像；圖29示出依照實(shí)施方式與圖24的模擬圖像關(guān)聯(lián)的恢復(fù)相位的模擬圖像；
圖30示出依照實(shí)施方式圖22的測(cè)試物體的模擬的、恢復(fù)圖像；以及圖31是依照實(shí)施方式用于確定沿著光路傳播的EM能量特征的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式包括下面描述的本公開(kāi)，被提供以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能制造和使用本文的實(shí)施 方式。在本文中采用以幫助提高讀者理解的例如上面的和下面的描述性術(shù)語(yǔ)不是意在作為 限制。當(dāng)閱讀和全面理解本公開(kāi)時(shí)，對(duì)所描述的實(shí)施方式的多種修改將對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人 員是顯而易見(jiàn)的，并且本文的原理可以應(yīng)用于其它實(shí)施方式。因而，本說(shuō)明書(shū)沒(méi)有意在限于 示出的實(shí)施方式，而是符合與本文中描述的原理和特征一致的最廣的范圍。雖然在本公開(kāi)中的多個(gè)實(shí)施例可以示出檢測(cè)EM譜的可見(jiàn)光部分，但是在本公開(kāi) 中公開(kāi)的實(shí)施方式不是意于限于EM譜的這個(gè)部分，而是使用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)元件和檢測(cè)器材 料可以適合于檢測(cè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)外的EM能量。此外，盡管在示例實(shí)施方式中使用了 PIN 二極 管配置，但是視給定應(yīng)用的情況而定，透射檢測(cè)器的光敏區(qū)可以用肖特基(Schottky)結(jié)、 雪崩光電二極管、測(cè)輻射熱的傳感器或其它類(lèi)型的光敏結(jié)構(gòu)可選擇地形成。注意到，典型地配置用于單色光學(xué)設(shè)備監(jiān)控的透明檢測(cè)器和上面引用的相位檢測(cè) 器用于僅監(jiān)控EM能量的密度，并且與傳統(tǒng)的PIN 二極管比較，需要具有更高效率的透射檢 測(cè)器。此外，關(guān)于將在下文中的適當(dāng)點(diǎn)處描述的多種應(yīng)用，需要展示至少部分由降低的光譜 相關(guān)性確定特征的提高的寬帶性能的檢測(cè)器。以下的公開(kāi)描述了透射檢測(cè)器的制造和使用，該透射檢測(cè)器把EM能量分成不同 的部分并且從不同部分中的至少一個(gè)確定某種信息。這樣的劃分的例子是把入射EM能量 分離成(i) 一個(gè)部分，被檢測(cè)(從而測(cè)量)以確定在該部分中包含的特定信息域的某種信 息，和(ii)另一部分，從中透射通過(guò)，沒(méi)有測(cè)量。在本文中，認(rèn)識(shí)到當(dāng)測(cè)量EM能量信息時(shí)，EM 能量信息提供標(biāo)量或向量的值，該標(biāo)量或向量的值確定如此測(cè)量的EM能量的特征；因此， 可以把EM能量信息理解成包括EM能量的一個(gè)或多個(gè)不同特征。此外，EM能量可以包含在 多個(gè)信息域中的EM能量信息。在本公開(kāi)的上下文中，可以把信息域理解成是用于EM能量 的給定特征的一組可能標(biāo)量值或向量值?？赡艿男畔⒂虬ǎ缦辔?、幅度(它直接與強(qiáng) 度有關(guān))、方向、波長(zhǎng)和偏振。依照本公開(kāi)，可以配置透射檢測(cè)器，用于把入射在透射檢測(cè)器上的EM能量分成兩 個(gè)或多個(gè)部分，詢(xún)問(wèn)一部分的信息域以得到來(lái)自該部分的EM能量信息，并且依照如此得到 的EM能量信息產(chǎn)生電信號(hào)。例如，可以把劃分和詢(xún)問(wèn)在波長(zhǎng)域中的EM能量信息的檢測(cè)器 配置成光譜選擇性的，以便提供波長(zhǎng)區(qū)分。光譜選擇性的檢測(cè)器可以選擇性地吸收和詢(xún)問(wèn) 寬帶(例如，幾十納米或更多)或窄帶(例如，十個(gè)納米或更少)的EM能量的波長(zhǎng)。依照本公開(kāi)的透射檢測(cè)器與現(xiàn)有技術(shù)透明檢測(cè)器不同之處在于，可以使用透射檢 測(cè)器來(lái)選擇性地吸收EM能量的受控部分，以通過(guò)劃分入射EM能量和測(cè)量入射EM能量的選 擇部分詢(xún)問(wèn)和得到EM能量的一個(gè)或多個(gè)信息域的測(cè)量。也就是說(shuō)，在本公開(kāi)的上下文中， 可以把EM能量信息的詢(xún)問(wèn)理解為選擇性地劃分EM能量的分析，用于關(guān)于所接收到的電磁能量的一項(xiàng)或多項(xiàng)特征提取EM能量信息。在本公開(kāi)的上下文中，EM能量信息的劃分指選 擇性地把來(lái)自任何信息域的EM能量信息分配成三種類(lèi)型之一 1)詢(xún)問(wèn)并且本質(zhì)上改變；2) 詢(xún)問(wèn)但是沒(méi)有本質(zhì)上改變地透射；和3)沒(méi)有詢(xún)問(wèn)，而是簡(jiǎn)單地透射并且沒(méi)有本質(zhì)的改變。 可以單獨(dú)地詢(xún)問(wèn)不同的信息域，或者可以同時(shí)地詢(xún)問(wèn)多個(gè)信息域。
圖4示出同時(shí)地詢(xún)問(wèn)波長(zhǎng)信息域和幅度信息域的實(shí)施例。圖4示出圖400，其示出 依照實(shí)施方式的EM能量信息劃分和測(cè)量的實(shí)施例。圖4代表光譜地劃分的入射EM能量幅 度的理想化實(shí)施例，使得至少部分地詢(xún)問(wèn)波長(zhǎng)域和幅度域的多個(gè)部分。圖400具有作為橫 坐標(biāo)的以納米為單位的波長(zhǎng)和在縱坐標(biāo)上的百分比透射。濃密黑線405代表依照本公開(kāi)劃 分和詢(xún)問(wèn)EM能量的透射檢測(cè)器的光譜透射函數(shù)。繼續(xù)參考圖4，第一區(qū)410由在波長(zhǎng)上從400nm到500nm和在透射率上從50%到 100%的對(duì)角交叉線陰影區(qū)代表。第一區(qū)410對(duì)應(yīng)于沿著EM能量的關(guān)聯(lián)光路由EM能量的 至少一個(gè)分量攜帶的EM能量信息?？梢栽?xún)問(wèn)該分量，使得選擇性地吸收、檢測(cè)和本質(zhì)上改 變?cè)摲至?，以提供例如電流和電壓的測(cè)量。在本公開(kāi)的上下文中，可以把EM能量信息的本 質(zhì)改變理解成意指檢測(cè)EM能量信息并且把EM能量信息轉(zhuǎn)換成不是EM能量的另一種形式。 例如，在第一區(qū)410中，具有從400nm到500nm波長(zhǎng)的EM能量的50%由透射檢測(cè)器吸收，并 且因此，因?yàn)樵揈M能量在透射檢測(cè)器中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，所以本質(zhì)地改變了該EM能量。仍然參考圖4，由在波長(zhǎng)上從400nm到500nm和在透射上從0到50%的方形交叉 線陰影區(qū)代表第二區(qū)420。第二區(qū)420對(duì)應(yīng)于詢(xún)問(wèn)和沒(méi)有被本質(zhì)地改變的情況下透射的EM 能量信息，使得該EM能量信息繼續(xù)沿著EM能量的光路，用于后來(lái)使用。也就是說(shuō)，在第二 區(qū)420中的EM能量信息保持在至少一個(gè)域內(nèi)至少是部分可測(cè)量的(例如，在第二區(qū)420中 的EM能量信息具有大于零的SNR)。由在波長(zhǎng)上500nm到700nm和在透射上從0到100 % 的對(duì)角斜線陰影區(qū)代表的第三區(qū)430對(duì)應(yīng)于沒(méi)有EM能量信息的詢(xún)問(wèn)或本質(zhì)的改變情況下 透射的EM能量信息。當(dāng)在傳統(tǒng)的透明檢測(cè)器中劃分EM能量信息可以導(dǎo)致降低的可測(cè)量性時(shí)，可以配 置本公開(kāi)的透射檢測(cè)器以減少在測(cè)量性上的這種降低。例如，認(rèn)識(shí)到，在形成透射檢測(cè)器的 材料的厚度和/或折射率中的任何變化可以產(chǎn)生在檢測(cè)的或透射的EM能量的相位信息中 的變化。如果厚度變化和/或折射率變化是大的且隨機(jī)的，使得光學(xué)厚度(例如，厚度和折 射率的乘積)在從零到一個(gè)波長(zhǎng)或更多個(gè)的范圍上變化，那么因?yàn)橄辔坏目蓽y(cè)量效果變得 與隨機(jī)指標(biāo)變化和/或折射率變化的效果無(wú)法解決地卷繞，所以傳輸通過(guò)透射檢測(cè)器的EM 能量的相位會(huì)是不可確定的。但是，如果厚度變化和/或折射率變化仍然是隨機(jī)的但是小 的，使得光學(xué)厚度僅在從零到一個(gè)波長(zhǎng)的幾個(gè)百分比范圍上變化，那么可以評(píng)估傳輸通過(guò) 透射檢測(cè)器的EM能量的相位信息。在這點(diǎn)上，依照本公開(kāi)設(shè)計(jì)的透射檢測(cè)器可以包括厚度 指數(shù)和折射率的緊密度容限，以允許評(píng)估傳輸通過(guò)透射檢測(cè)器的EM能量的相位信息。作為 另一實(shí)施例，當(dāng)測(cè)量偏振時(shí)，在透射檢測(cè)器中消偏振效果的最小化可能是重要的，而當(dāng)測(cè)量 強(qiáng)度時(shí)，散射效果或衰減效果的最小化可能是更重要的。依照本公開(kāi)可以設(shè)計(jì)透射檢測(cè)器，以在時(shí)間域和空間域中劃分和詢(xún)問(wèn)不同信息 域。時(shí)間域詢(xún)問(wèn)可以提供例如在信息域中時(shí)間相關(guān)的測(cè)量。作為另一實(shí)施例，空間域詢(xún)問(wèn)可 以提供在信息域中空間相關(guān)的測(cè)量。依照本公開(kāi)設(shè)計(jì)的多個(gè)透射元件可以被單獨(dú)地使用或 被組織成用于成像或其它應(yīng)用的一維的(即，“1-D”或1XN)、二維的(8卩，“2-0”或11\吣或三維的(即，“3-D”或LXMXN)陣列?？梢耘渲眠@種陣列，以提供具體的空間域詢(xún)問(wèn)。例 如，由單個(gè)透射檢測(cè)器的一系列詢(xún)問(wèn)(即，單點(diǎn)空間采樣和多點(diǎn)時(shí)間采樣的組合)可以提供 在單個(gè)空間點(diǎn)處關(guān)于EM能量的功率(即，時(shí)變強(qiáng)度)的信息?？蛇x地，由在3-D陣列中每 個(gè)透射元件的單個(gè)樣本(即，單點(diǎn)時(shí)間采樣和多點(diǎn)空間采樣的組合)可以在多個(gè)空間點(diǎn)處 提供關(guān)于EM能量的強(qiáng)度和相位的同時(shí)信息。 注意到，前述的現(xiàn)有技術(shù)，例如‘014專(zhuān)利，沒(méi)有特別地討論前述的信息域。此外， 看上去現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有考慮以彼此肩并肩的關(guān)系組織多個(gè)透射元件，以提供用于成像或其它 應(yīng)用的1_D、2-D或3-D檢測(cè)器陣列。盡管‘014專(zhuān)利注釋可以使用半透明檢測(cè)器用于監(jiān)控 來(lái)自于一批激光器設(shè)備的每個(gè)激光器設(shè)備的功率，但‘014專(zhuān)利沒(méi)有告知這種檢測(cè)器可以 與其它檢測(cè)器合并，以形成檢測(cè)器陣列。也就是說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)看上去采用“每個(gè)激光器設(shè)備 一個(gè)檢測(cè)器”的觀點(diǎn)。圖5A、圖5B、圖6和圖7的下面討論描述詢(xún)問(wèn)強(qiáng)度信息域和波長(zhǎng)信息域的透射檢 測(cè)器。圖5A示意性地示出透射檢測(cè)器500，如先前與圖1的薄膜檢測(cè)器100關(guān)聯(lián)描述的，包 括光敏層110、透明導(dǎo)電層120和130和基底140。EM能量沿著光路510入射在透射檢測(cè)器 500上并且穿過(guò)透射檢測(cè)器500。依照實(shí)施方式，透射檢測(cè)器500進(jìn)一步包括用多個(gè)薄膜層 形成的增透(“AR”)涂層540。通過(guò)相對(duì)于例如圖1的薄膜檢測(cè)器100的現(xiàn)有技術(shù)光敏檢 測(cè)器進(jìn)一步調(diào)整透射檢測(cè)器500的吸收和透射性能，增透涂層540可以提高由透射檢測(cè)器 500的EM能量信息的區(qū)分和詢(xún)問(wèn)。在圖5B中示出檢測(cè)器500的部分A(由在圖5A中的虛線橢圓指示)的放大視圖， 其示出AR涂層540的其他細(xì)節(jié)。AR涂層540可以由例如一系列的薄膜層構(gòu)成，例如所示的 層550、560、570、580和590。例如，層560和580可以由高折射率的材料構(gòu)成，例如氮氧化 硅(“SiON”)，而層550、570和590是由低折射率材料形成的，例如BLACK DIAMOND (“BD”)?？蛇x地，可以使用具有更大折射率差異的成對(duì)的材料，例如二氧化硅(“Si02”) 和五氧化二鉭("Ta2O5”)，以在AR涂層540內(nèi)形成交替層。當(dāng)在用來(lái)形成AR涂層540的 材料中呈現(xiàn)更大的折射率差異時(shí)，可以需要比在圖5B中示出的更少的層，以實(shí)現(xiàn)希望的增 透效果。在實(shí)施例中，可以設(shè)計(jì)AR涂層540用于在可見(jiàn)光光譜中的寬帶透射。在表1中總結(jié)了對(duì)于形成AR涂層540的薄膜層550、560、570、580和590的示例 性設(shè)計(jì)。對(duì)于每個(gè)薄膜層，如在圖5B中由指示這個(gè)薄膜層的參考編號(hào)表示的，表1包括適 合于形成AR涂層540的、對(duì)于該層材料的示例值，折射率、消光系數(shù)和物理厚度。
表1應(yīng)當(dāng)注意到，形成AR涂層540的五個(gè)層的說(shuō)明僅是示例性的；也就是說(shuō)，AR涂層 540可以替換地具有比示出的五個(gè)層更少或更多的層。在特定的AR涂層中層的數(shù)量與作為 整體給定透射檢測(cè)器的希望的透射特性和吸收特性有關(guān)。圖6示出圖5A的透射檢測(cè)器500的計(jì)算光譜性能的圖600。圖600具有作為橫坐 標(biāo)以納米為單位的波長(zhǎng)和作為縱坐標(biāo)的百分比。由虛線指示透射檢測(cè)器500的總體反射率 610。僅由點(diǎn)劃線代表光敏層110的吸收率620。由點(diǎn)線代表作為整體的透射檢測(cè)器500的 透光率630。由幾乎與縱軸一致的實(shí)線代表除了光敏層110以外的透射檢測(cè)器500的所有 層的吸收率640。在圖600中可以看出，具體地在大約430nm到620nm的波長(zhǎng)范圍中，反射率610的 平均值小于10 %，在這個(gè)波長(zhǎng)范圍中吸收率620的平均值大于50 %?，F(xiàn)在結(jié)合圖3參考圖 6，通過(guò)比較圖300和圖600，可以比較包括AR涂層540的透射檢測(cè)器500的光譜性能和現(xiàn) 有技術(shù)薄膜檢測(cè)器100的光譜性能。可以看出，如由對(duì)于大約430nm到620nm的波長(zhǎng)范圍 在圖300中的大約50%相比較在圖600中不到10%的降低的平均反射率指示的，與現(xiàn)有技 術(shù)薄膜檢測(cè)器100的效率比較，透射檢測(cè)器500展示出提高的效率。類(lèi)似地，在這個(gè)波長(zhǎng)范 圍上透射檢測(cè)器500的平均吸收率是EM能量的大約50 %，而薄膜檢測(cè)器100的平均吸收率 是在這個(gè)波長(zhǎng)范圍上平均的大約30%，從而表明透射檢測(cè)器500展示出對(duì)于這個(gè)波長(zhǎng)范圍 的EM能量的更好區(qū)分。圖7是依照實(shí)施方式的透射檢測(cè)器700的圖示，該透射檢測(cè)器700從變薄的結(jié)晶 材料中形成并且包括從多個(gè)薄膜層形成的AR涂層。與圖5A的檢測(cè)器500相比，可以認(rèn)為透 射檢測(cè)器700是透射檢測(cè)器的替換結(jié)構(gòu)。透射檢測(cè)器700包括與圖2的變薄的檢測(cè)器200 關(guān)聯(lián)描述的元件以及形成AR涂層750的一組層760、770、780和790。層770和790可以由 例如Ta2O5的高折射率材料形成。層760和780可以由例如SiO2的低折射率材料形成，使 得AR涂層750是高折射率薄膜層和低折射率薄膜層的交替堆疊。如同透射檢測(cè)器500中 的AR涂層540，AR涂層750可以通過(guò)相對(duì)于變薄的檢測(cè)器200的吸收和透射性能改變透射 檢測(cè)器700的吸收和透射性能，提高入射在透射檢測(cè)器700上的EM能量的劃分和詢(xún)問(wèn)。此 外，AR涂層750可以包括用于進(jìn)一步改變吸收和透射性能的附加層。透射檢測(cè)器可以在有或沒(méi)有附加的檢測(cè)器的情況下使用。例如，單獨(dú)使用的透射 檢測(cè)器可以檢測(cè)在例如從400nm到700nm的特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)大約50%的入射EM能量，而 在透射通過(guò)透射檢測(cè)器之后剩余的入射EM能量可以隨后由一個(gè)或多個(gè)附加的檢測(cè)器檢 測(cè)。以這種方式，可以把一個(gè)或多個(gè)透射檢測(cè)器集成進(jìn)多平面成像系統(tǒng)內(nèi)。作為另一實(shí)施 例，可以把透射檢測(cè)器集成進(jìn)使用者佩戴的護(hù)目鏡內(nèi)，由此使用透射檢測(cè)器以記錄同時(shí)由 使用者觀看的物體圖像；在這個(gè)實(shí)施例中，可以認(rèn)為人眼是在全部成像系統(tǒng)中的第二檢 測(cè) 器。適合于結(jié)合透射檢測(cè)器使用的附加檢測(cè)器可以是任何類(lèi)型的EM能量檢測(cè)設(shè)備或結(jié)構(gòu)， 例如但不局限于，電荷耦合器件(“CCD”)、電荷注入器件(“CID”)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo) 體(“CMOS”)檢測(cè)器、鹵化銀薄膜和觀眾。
對(duì)于帶有N個(gè)透射檢測(cè)器的多平面測(cè)量系統(tǒng)，可以把在第i個(gè)透射檢測(cè)器處的期
望吸收率&定義為f1=其中1≤i≤N，對(duì)于在N個(gè)透射檢測(cè)器之中等分入射EM
能量。EM能量的等分可以有優(yōu)勢(shì)地提供對(duì)于所有N個(gè)透射檢測(cè)器高SNR。作為實(shí)施例，對(duì) 于包括透射檢測(cè)器和第二完全吸收性檢測(cè)器的雙平面測(cè)量系統(tǒng)，在透射檢測(cè)器和第二檢測(cè) 器之間的EM能量的等分可以幫助對(duì)于兩個(gè)檢測(cè)器使SNR最大化。使在某些多平面測(cè)量系統(tǒng)中對(duì)于透射檢測(cè)器的期望特征降低，檢測(cè)器吸收率、透 光率和反射率的光譜相關(guān)性。例如，在不需要濾色鏡和/或顏色修正處理的情況下，在給定 的波長(zhǎng)范圍上的EM能量詢(xún)問(wèn)中可以使用在該波長(zhǎng)范圍上帶有光譜相關(guān)性的透射檢測(cè)器。依照實(shí)施方式，可以配置透射檢測(cè)器，以通過(guò)吸收入射EM能量的第一部分同時(shí)使 EM能量的第二部分透射通過(guò)透射檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)EM能量。圖8在部分立體圖中示出依照實(shí) 施方式的兩個(gè)透射檢測(cè)器800(1)和800(2)(共同地，檢測(cè)器800)。盡管在下面實(shí)施例中示 出的透射檢測(cè)器800由多個(gè)薄膜形成，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，作為替代可以使 用變薄的結(jié)晶材料。如先前與圖1的薄膜檢測(cè)器100相關(guān)所描述的，透射檢測(cè)器800包括光 敏層110、透明導(dǎo)電層120和130和基底140。透射檢測(cè)器800 (1)、800 (2)進(jìn)一步分別包括 第一和第二層組810(1)、810 (2)和850(1)、850(2)。第一和第二層組810和850中的每一 個(gè)分別可以包括高折射率材料和低折射率材料的多個(gè)層；例如，第一層和第二層組810和 850兩者之一或兩者可以由與圖5A和圖5B的AR涂層540類(lèi)似的薄膜布置形成。
繼續(xù)參考圖8，第一和第二層組810和850通過(guò)調(diào)整形成透射檢測(cè)器800的薄膜層 內(nèi)的干涉、反射和折射效果，來(lái)影響透射檢測(cè)器800的透射特征和吸收特征。在下文中立即討論兩個(gè)具體透射檢測(cè)器800 (1)和800 (2)，分別包括第一和第二 層組810和850的示例設(shè)計(jì)。在第一實(shí)施例中，層組810(1)和850(1)提供大約50%的透 射特征(即，大約50/50透射/吸收)。在表2中歸納了對(duì)于50%透射檢測(cè)器800(1)的示 例設(shè)計(jì)，表2包括對(duì)應(yīng)于圖8的50%透射檢測(cè)器800(1)的元件的層號(hào)、參考編號(hào)，以及對(duì)于 每個(gè)層的材料、折射率、消光系數(shù)和光學(xué)厚度。光學(xué)厚度值對(duì)應(yīng)于對(duì)于550nm的參考波長(zhǎng)計(jì) 算的那些值。如在表2中可以注意到的，第一和第二層組810(1)和850(1)的每個(gè)末端由 六個(gè)高折射率(Ta2O5)薄膜和低折射率(SiO2)薄膜的交替層構(gòu)成。 表250%透射檢測(cè)器800 (1)的近似50/50透射/吸收特征是可以由依照實(shí)施方式的 透射檢測(cè)器提供的可能信息劃分的一個(gè)實(shí)例。如前面討論的，EM能量信息的這樣等分幫助 增加全部成像系統(tǒng)的SNR。現(xiàn)在結(jié)合圖8參考圖9，圖9示出圖900，圖900是依照在表2中歸納的特征，對(duì)于 大約50%透射特征調(diào)整的50%透射檢測(cè)器800(1)的模擬光譜性能。圖900具有作為橫 坐標(biāo)以納米為單位的波長(zhǎng)和作為縱坐標(biāo)的百分比。虛線910代表透射檢測(cè)器800(1)的總 體反射率。點(diǎn)劃線920代表僅光敏層110的吸收率。點(diǎn)線930代表作為整體這個(gè)透射檢 測(cè)器的透光率。實(shí)線940 (幾乎與橫坐標(biāo)一致)代表除了光敏層110以外50%透射檢測(cè)器 800(1)的所有層的吸收率。如通過(guò)比較圖300、圖600和圖900可以注意到的，50%透射檢 測(cè)器800(1)比圖1的未被涂層的檢測(cè)器100和圖5A的涂AR涂層的檢測(cè)器500中的任何 一個(gè)更有效并且光譜上更加均勻，因?yàn)?0%透射檢測(cè)器800(1)對(duì)于透射和吸收率展示平 均50%吸收率、平均45%透射和提高的光譜均勻性。在從400nm到700nm的波長(zhǎng)范圍上，如 在圖900中示出的透光率和吸收率變化大約20% (例如，從40%到60% )，而在圖1和圖 5的檢測(cè)器中，在相同波長(zhǎng)范圍上的變化是40%或更多。透射和吸收的光譜均勻性使50% 透射檢測(cè)器800(1)適合于灰度檢測(cè)。
在表3中歸納了另一示例層設(shè)計(jì)，用于為在藍(lán)色波長(zhǎng)中的EM能量選擇而調(diào)整的透 射檢測(cè)器800(2)的第一和第二層組810和850。與表2類(lèi)似，表3包括層號(hào)、與圖8的透 射檢測(cè)器800(2)的元件對(duì)應(yīng)的參考編號(hào)，但是帶有對(duì)于每個(gè)層的材料、折射率、消光系數(shù) 和光學(xué)厚度，這里光學(xué)厚度值再次與為550nm的參考波長(zhǎng)計(jì)算的那些值對(duì)應(yīng)。在表3中歸 納的設(shè)計(jì)中，第一層組810(2)由高折射率(例如，Ta2O5)和低折射率(例如，SiO2)薄膜的 九個(gè)交替層構(gòu)成，而第二層組850由Ta2O5和SiO2的八個(gè)交替層構(gòu)成。如當(dāng)比較表2和表3 可以看出的，在表3中歸納的藍(lán)色選擇性透射檢測(cè)器設(shè)計(jì)利用比在表2中歸納的50%透射 檢測(cè)器800(1)的設(shè)計(jì)更多的層和不同的厚度。 表3圖10示出依照在表3中歸納的設(shè)計(jì)被調(diào)整以作為藍(lán)色選擇性檢測(cè)器工作的透射檢測(cè)器800(2)的模擬光譜性能的圖1000。為了產(chǎn)生圖1000而在數(shù)值上建模的透射檢測(cè)器 800(2)被設(shè)計(jì)來(lái)提供在可見(jiàn)光波長(zhǎng)光譜(例如，400nm-500nm)的藍(lán)色部分中大約50/50的 檢測(cè)和透射，同時(shí)透射從500nm到700nm的EM能量。圖1000具有作為橫坐標(biāo)的以納米為 單位的波長(zhǎng)和作為縱坐標(biāo)的百分比。虛線1010代表這個(gè)藍(lán)光選擇性透射檢測(cè)器的反射率。 點(diǎn)劃線1020代表僅光敏層110的吸收率。點(diǎn)線1030代表作為整體這個(gè)透射檢測(cè)器的透光 率。幾乎與橫坐標(biāo)一致的實(shí)線1040代表除了光敏層110之外的透射檢測(cè)器800 (2)的所有 層的吸收率。如由線1020和1030所示，因?yàn)橐勒毡?的設(shè)計(jì)形成的透射檢測(cè)器800 (2)的 光敏層吸收在400nm到500nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的大約40%的EM能量，同時(shí)透射在相同波長(zhǎng)范 圍內(nèi)大約50%的EM能量，所以依照表3的設(shè)計(jì)形成的透射檢測(cè)器800(2)對(duì)于藍(lán)色波長(zhǎng)是 光譜選擇性的。實(shí)際上，可以看出圖10的圖1000是在圖4中示出的信息劃分圖的實(shí)現(xiàn)，其 中，由透射檢測(cè)器800 (2)詢(xún)問(wèn)400nm到500nm的波長(zhǎng)范圍的EM能量，而沒(méi)有詢(xún)問(wèn)從500nm 到700nm的波長(zhǎng)范圍的EM能量(即，被透射通過(guò)透射檢測(cè)器800(2))。
在表2和表3的前述設(shè)計(jì)實(shí)施例中，在層組810和850的每一個(gè)中的示例性材料 是SiO2和Ta205。使用例如離子束濺射或例如與半導(dǎo)體工藝兼容的那些其它公知方法，可 以沉積這些材料。雖然這些前述實(shí)施例示出了層厚度和層總數(shù)的示例性改變和關(guān)于透射檢 測(cè)器的某些實(shí)施方式的透射和吸收特性的具體效果，但是，要理解的是，可以利用形成層組 810和850的其它材料、層厚度和層數(shù)，以提供與透射檢測(cè)器800類(lèi)似的其它透射檢測(cè)器的 其它透射和吸收特征。此外，可以使用例如超材料(metamaterial)和/或偏振選擇性材料 或結(jié)構(gòu)(例如，表現(xiàn)形狀雙折射的材料)，以實(shí)現(xiàn)不同的規(guī)格目標(biāo)，例如在規(guī)定光譜上偏振 選擇性或光譜選擇性寬帶檢測(cè)。依照本文的實(shí)施方式設(shè)計(jì)的透射檢測(cè)器可以從本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)為的頂側(cè) (例如，圖8的第二層組850)或者從背側(cè)(例如，通過(guò)圖8的基底140)接收EM能量。光敏 層110可以由對(duì)感興趣的波長(zhǎng)敏感的任何材料形成，并且可以根據(jù)具有這樣的電子能隙來(lái) 選擇光敏層110，即，該電子能隙與確定將被檢測(cè)的EM能量波長(zhǎng)特征的能量是相當(dāng)?shù)摹＿m合 于在透射檢測(cè)器的前述實(shí)施方式中使用的示例性材料包括，但是不限于硅、鍺、砷化鎵、銦 鎵砷化物、硫化鉛、砷化鉛、氮化鎵和碲鎘汞。還可以通過(guò)把例如前述材料的應(yīng)變層量子井 包括進(jìn)透射檢測(cè)器設(shè)計(jì)中，執(zhí)行能隙工程。可以修改透射檢測(cè)器實(shí)施方式的多個(gè)部件，例如薄膜層和基底，以?xún)?yōu)化特定信息 域的詢(xún)問(wèn)特征，同時(shí)降低不必要的信息損失。例如，可以使用薄膜或超材料以形成準(zhǔn)諧振結(jié) 構(gòu)，準(zhǔn)諧振結(jié)構(gòu)選擇性地增強(qiáng)選擇的波長(zhǎng)耦合(例如，感應(yīng)吸收)進(jìn)光敏層內(nèi)，同時(shí)選擇性 地透射其它波長(zhǎng)?？蛇x地，可以使用薄膜或超材料，以選擇性地抑制某些波長(zhǎng)與光敏層的耦 合(即，感應(yīng)透射)。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以在透明表面上制造透射檢測(cè)器?？蛇x地，可以在具有光譜 濾波特征(例如，透射或吸收不同波長(zhǎng)的能力)的基底上制造透射檢測(cè)器。例如，可以配置 透射檢測(cè)器基底，以通過(guò)透射紅外線(“IR”)和不透射可見(jiàn)(“VIS”)EM能量執(zhí)行光譜濾 波；在雙功能IR/VIS成像系統(tǒng)中，生成的透射檢測(cè)器可以是有用的。此外，可以配置透射檢測(cè)器為偏振靈敏的，以便選擇透射檢測(cè)器透射或吸收入射 EM能量的哪種偏振(例如，線偏振、圓偏振或橢圓偏振)。例如，圖8的基底140可以由線 偏振器或圓偏振器構(gòu)成。此外，薄膜層和/或基底其中之一可以由雙折射材料構(gòu)成，使得透射檢測(cè)器不同地影響不同偏振狀態(tài)。以這種方式，可以配置透射檢測(cè)器以詢(xún)問(wèn)偏振信息域?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖11，示出帶有偏振靈敏性的透射檢測(cè)器的實(shí)施例。圖11在部分立體圖中示出依照實(shí)施方式由多個(gè)薄膜構(gòu)成并且包括偏振選擇元件的透射檢測(cè)器1100。如前面與 薄膜檢測(cè)器100(圖1)有關(guān)描述的，透射檢測(cè)器1100包括光敏層110、透明導(dǎo)電層120、130 和基底140，并且進(jìn)一步包括線柵偏振器1115，線柵偏振器1115通過(guò)薄膜層組1150與透明 導(dǎo)電層120分離。薄膜層組1150可以提供期望的光譜或透射性能特征，例如與透射檢測(cè)器 800有關(guān)的如上面描述的通過(guò)合并層組810和850的一個(gè)或多個(gè)集合。在圖11中，示出線柵偏振器1115為由分別交替的第一和第二區(qū)1155和1160構(gòu) 成。第一區(qū)1155可以由金屬構(gòu)成，例如鋁或銅，而第二區(qū)1160可以由電介質(zhì)材料構(gòu)成，例 如二氧化硅或氮化硅。作為例子，線柵偏振器1115可以由下面步驟形成通過(guò)濺射或物理 沉積方式沉積一層金屬，對(duì)所沉積的金屬進(jìn)行光刻地構(gòu)圖，從而形成第一區(qū)1155同時(shí)蝕刻 掉某些部分，然后通過(guò)沉積電介質(zhì)材料填充這些蝕刻的部分以形成第二區(qū)1160。如圖所示， 線柵偏振器1115形成線性偏振器，該線性偏振器可以反射和/或吸收入射EM能量的一個(gè) 線性偏振態(tài)，而透射正交偏振態(tài)的EM能量。作為對(duì)前述實(shí)施方式的變化，可以合并兩個(gè)或多個(gè)透射和/或傳統(tǒng)的檢測(cè)器，以 形成多平面檢測(cè)器系統(tǒng)。在本公開(kāi)的上下文中，把多平面檢測(cè)器系統(tǒng)理解為一種被配置用 于檢測(cè)在其中的多于一個(gè)檢測(cè)平面處的EM能量的布置。檢測(cè)平面可以是，但是不限于幾何 平面。多平面檢測(cè)器系統(tǒng)可以包括，例如在一個(gè)共同基底上形成的復(fù)合檢測(cè)器或者多個(gè)不 同的檢測(cè)器。多平面檢測(cè)器系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于成像的部件，以形成多平面成像系統(tǒng)； 例如，透射檢測(cè)器可以位于與共軛物平面關(guān)聯(lián)的表面處。通過(guò)在兩個(gè)或多個(gè)表面處詢(xún)問(wèn)EM能量信息，可以配置多平面檢測(cè)器系統(tǒng)，以能夠 詢(xún)問(wèn)EM能量的附加信息域，例如傳播方向和相位。例如，這種多平面檢測(cè)器系統(tǒng)的每個(gè)檢 測(cè)器可以提供EM能量的位置信息；因而，可以定義傳播方向信息為連接如此測(cè)量的至少兩 個(gè)位置的向量。作為另一實(shí)施例，當(dāng)EM能量檢測(cè)器能夠在僅一個(gè)檢測(cè)平面處測(cè)量入射EM 能量的強(qiáng)度時(shí)，根據(jù)在多個(gè)檢測(cè)平面處測(cè)量的強(qiáng)度的分析，可以恢復(fù)相位信息。此外，如果 在多平面檢測(cè)器系統(tǒng)中包括偏振選擇性透射檢測(cè)器，例如圖11的透射檢測(cè)器1100，那么可 以有優(yōu)勢(shì)地使用偏振選擇性透射檢測(cè)器的偏振相關(guān)性能。例如，多平面檢測(cè)器系統(tǒng)可以包 括偏振選擇性透射檢測(cè)器，該偏振選擇性透射檢測(cè)器在一系列波長(zhǎng)上在單個(gè)偏振態(tài)處檢測(cè) 50%的入射EM能量，而另一檢測(cè)器檢測(cè)透射通過(guò)偏振選擇性透射檢測(cè)器的剩余的EM能量， 不管偏振如何。圖12是依照實(shí)施方式由薄膜構(gòu)成的多平面透射檢測(cè)器系統(tǒng)1200的圖示。多平面 透射檢測(cè)器系統(tǒng)1200包括被支撐在基底140上并且由基底140分離的分別第一和第二透 射檢測(cè)器1210和1220。可以配置在第一和第二透射檢測(cè)器1210和1220中包括的光敏層， 用于檢測(cè)相同的或不同的波長(zhǎng)范圍。繼續(xù)參考圖12，可以配置多平面透射檢測(cè)器系統(tǒng)1200，以形成用于確定入射EM能 量偏振比的特征的測(cè)量系統(tǒng)。在這個(gè)實(shí)施例中，可以與圖8的透射檢測(cè)器800類(lèi)似地配置第 一透射檢測(cè)器1210，而第二透射檢測(cè)器1220被配置為偏振選擇性透射檢測(cè)器，例如在圖11 中示出的偏振選擇性透射檢測(cè)器。EM能量從第一透射檢測(cè)器1210進(jìn)入多平面透射檢測(cè)器 系統(tǒng)1200，第一透射檢測(cè)器1210不詢(xún)問(wèn)偏振域，但是檢測(cè)和吸收50%的入射EM能量。第一透射檢測(cè)器1210然后透射50%的入射EM能量到第二透射檢測(cè)器1220，第二透射檢測(cè)器 1220被配置為對(duì)特定的偏振態(tài)靈敏?？梢允褂迷诘谝缓偷诙干錂z測(cè)器1210和1220處測(cè) 量的分析，以確定入射EM能量的偏振比。
當(dāng)閱讀和理解本文的公開(kāi)內(nèi)容時(shí)，對(duì)多平面透射檢測(cè)器系統(tǒng)1200的多種修改將 對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。例如，第一和第二透射檢測(cè)器可以形成在基底的相同 側(cè)上?？蛇x地，基底可以由偏振材料構(gòu)成，而第一和第二透射檢測(cè)器都被配置為非偏振選擇 性的。附加地，可以調(diào)整基底的材料或厚度中的變化，以限定在基底的相對(duì)側(cè)上的第一和第 二透射檢測(cè)器之間的特定相位關(guān)系。此外，可以用不透明的、非透射的檢測(cè)器代替第二透射 檢測(cè)器(例如，位于在圖12中示出的透射檢測(cè)器1220處)?，F(xiàn)在結(jié)合圖12參考圖13，圖13示出多平面透射檢測(cè)器系統(tǒng)1200的模擬光譜性能 的圖1300。產(chǎn)生圖1300的模擬假設(shè)入射EM能量是非偏振的或者至少包含相等量的兩個(gè)正 交偏振態(tài)，例如S和P線性偏振態(tài)。圖1300具有作為橫坐標(biāo)的以納米為單位的波長(zhǎng)和作為 縱坐標(biāo)的透射百分比。實(shí)線1310代表對(duì)于S和P偏振的EM能量的第一透射檢測(cè)器1210的 透射。點(diǎn)劃線1320代表由第一透射檢測(cè)器1210透射和后來(lái)在第二透射檢測(cè)器1220處接 收的P偏振EM能量。幾乎與橫坐標(biāo)一致的虛線1330代表由第一透射檢測(cè)器1210透射的 和后來(lái)在第二透射檢測(cè)器1220處接收的S偏振EM能量。在圖1300中可以看出，在圖1300 中示出的波長(zhǎng)范圍上，虛線1330幾乎是零，表明第二透射檢測(cè)器1220被配置為P偏振選擇 性的。通過(guò)把單個(gè)透射檢測(cè)器像素化為多個(gè)透射光敏元件，可以形成透射檢測(cè)器，或者 多個(gè)透射光敏元件可以單獨(dú)地形成并且以彼此肩并肩的關(guān)系裝配，以形成陣列。這樣的透 射光敏元件可以被配置為，例如規(guī)則的或不規(guī)則的多邊形，例如三角形或六邊形。在實(shí)施方 式中，可以設(shè)計(jì)透射檢測(cè)器，以通過(guò)將透射光敏元件配置為在尺寸上相同的和橫跨透射檢 測(cè)器均勻分布的，來(lái)提供均勻的空間采樣。圖14A至圖14D示出依照實(shí)施方式的方法實(shí)施 例，以該方法可以配置透射元件的2-D陣列，以限定用于對(duì)EM能量成像的感應(yīng)區(qū)。首先參 考圖14A，透射檢測(cè)器1400包括多個(gè)透射元件1410，多個(gè)透射元件1410被布置為用于提供 均勻的空間采樣的方格陣列。在圖14B中，透射檢測(cè)器1425由多個(gè)不規(guī)則形狀的透射光敏 元件1430和環(huán)形的透射光敏元件1435形成?？梢赃M(jìn)一步把環(huán)形透射光敏元件1435中的 每一個(gè)細(xì)分成弧形部分1445?？梢钥闯?，因?yàn)橥干錂z測(cè)器1425的多個(gè)透射光敏元件的大 小、形狀和分布是不均勻的，所以透射檢測(cè)器1425提供非均勻的空間采樣。如在圖14C中 可以看出的，透射檢測(cè)器1450包括多個(gè)矩形透射光敏元件1460。作為另一選擇，透射檢測(cè) 器1475由多個(gè)菱形的透射光敏元件1480的彭羅斯點(diǎn)陣構(gòu)成。通常，透射檢測(cè)器可以包括 鑲嵌表面的任何規(guī)則的或不規(guī)則的透射光敏元件?？梢允褂猛干錂z測(cè)器1400、1425、1450 和1475的示例性配置，以細(xì)分任何前述的透射檢測(cè)器500、700、800、1100、1200(分別為圖 5A、圖7、圖8、圖11和圖12)。在圖14A至圖14D中示出的透射檢測(cè)器中的每一個(gè)的空間頻率響應(yīng)與那個(gè)透射檢 測(cè)器的透射光敏元件的大小和形狀有關(guān)。例如，透射檢測(cè)器1400的透射光敏元件1410的 正方形布置提供了在水平和豎直方向上周期性的和離散化的空間頻率響應(yīng)，而透射檢測(cè)器 1450的透射光敏元件1460的矩形形狀促成在豎直方向上降低的空間頻率響應(yīng)，而在水平 方向上提供更大的空間頻率響應(yīng)。透射檢測(cè)器1475的透射光敏元件1480的彭羅斯點(diǎn)陣提供了可以對(duì)于避免混疊有用的另一種類(lèi)型的離散化的空間頻率響應(yīng)。因?yàn)樵趫D14A至圖 14D中示出的每個(gè)透射檢測(cè)器具有唯一的空間頻率響應(yīng)，因此可以把每個(gè)透射檢測(cè)器調(diào)整 成提供空間頻率識(shí)別。例如在圖5A、圖7、圖8、圖11和圖12中示出的那些前述任何的透射檢測(cè)器都可以 進(jìn)一步由多個(gè)透射光敏元件構(gòu)成，如在圖14A至圖14D中所示出的那樣。例如，可以配置透 射檢測(cè)器的多個(gè)透射光敏元件，以提供特定的偏振選擇性，例如在特定的測(cè)量平面中以逐 個(gè)元件為基礎(chǔ)。可以使用包括透射光敏元件的這種布置的透射檢測(cè)器，以測(cè)量例如在例如 橫跨光圈的空間域中入射EM能量的偏振比?？蛇x地，如果把包括多個(gè)透射光敏元件的布置 的這種透射檢測(cè)器放置在成像系統(tǒng)的傅里葉平面內(nèi)，那么透射檢測(cè)器可以被配置以測(cè)量在 空間頻率域中的偏振比?？梢栽O(shè)計(jì)每個(gè)透射光敏元件為具有透射特征和/或吸收特征，透射特征和/或吸 收特征對(duì)于任何信息域與相同的透射檢測(cè)器中的其它透射光敏元件是相同的或者不同的。 如果改變?cè)谕干錂z測(cè)器中透射光敏元件的靈敏度特征和形狀特征，那么透射檢測(cè)器可以提 供檢測(cè)、透射和/或空間地非均勻的偏振選擇性檢測(cè)。在透射檢測(cè)器中的多個(gè)透射光敏元 件的特征可以是一致的(例如，當(dāng)每個(gè)元件是相同的時(shí)候)、在特定圖案中改變(例如對(duì)于 貝葉斯圖案或彭羅斯圖案)或者完全隨機(jī)的(例如，每個(gè)元件與所有其它元件不同)。透射 檢測(cè)器可以包括多個(gè)透射光敏元件，多個(gè)透射光敏元件以逐個(gè)元件為基礎(chǔ)檢測(cè)或透射不同 的光譜(例如，波長(zhǎng))帶或者這樣帶的組合。此外，每個(gè)透射光敏元件可以具有不同的透射 或偏振選擇性特征。由多個(gè)透射光敏元件形成的透射檢測(cè)器可以詢(xún)問(wèn)入射EM能量和作為空間頻率和 波長(zhǎng)的函數(shù)的EM能量的信息。例如，透射檢測(cè)器的透射光敏元件可以具有以空間均勻的方 式組織的均勻的幾何尺寸(例如，全部的透射光敏元件具有相同的形狀并且通過(guò)簡(jiǎn)單平移 而彼此空間地關(guān)聯(lián))，以便提供一個(gè)或多個(gè)信息域的均勻空間采樣，這里可以由離散數(shù)目的 空間頻率限定空間采樣。作為另一實(shí)施例，透射檢測(cè)器陣列的透射光敏元件可以具有以空 間非均勻的方式組織的非均勻幾何尺寸，以便提供一個(gè)或多個(gè)信息域的非均勻空間采樣。 對(duì)于例如高光譜成像的應(yīng)用，可以用吸收率的非均勻光譜相關(guān)性配置多個(gè)透射光敏元件， 以便定制劃分EM能量的波長(zhǎng)信息。在另一實(shí)施方式中，可以配置透射檢測(cè)器以提供在時(shí)間和空間域中EM能量的不 同信息域的詢(xún)問(wèn)，例如，以便形成圖像，以執(zhí)行物體的測(cè)距和/或重建入射EM能量的四維 (“4-D”)場(chǎng)。使用與在平面的給定點(diǎn)(X，y)處EM能量的幅度㈧和相位(Φ)對(duì)應(yīng)的四 個(gè)變量x、y、A和Φ，可以限定4-D場(chǎng)。如在本公開(kāi)中隨后立即討論的，例如可以使用重建的 4-D場(chǎng)用于計(jì)算圖像處理，例如重新聚焦、像差校正、自適應(yīng)光學(xué)和相位改變的模擬，例如波 前編碼。圖15是依照實(shí)施方式用于對(duì)物體1510 (在圖15中示出為一組曲別針)成像的多 平面成像系統(tǒng)1500的圖示。如在圖15中示出的，多平面成像系統(tǒng)1500包括光學(xué)器件1520、 第一檢測(cè)器1530和第二檢測(cè)器1540。來(lái)自物體1510的EM能量1505由光學(xué)器件1520導(dǎo) 向通過(guò)第一檢測(cè)器1530并且隨后透射到第二檢測(cè)器1540。光學(xué)器件1520可以包括，但是 不局限于透鏡、折射 元件、衍射元件、有源光學(xué)部件、變跡元件、保角表面和/或波前編碼元 件。當(dāng)把第一檢測(cè)器1530示出為透射檢測(cè)器時(shí)，第二檢測(cè)器1540不需要是透射的。例如，可以把第一檢測(cè)器1530放置在與超焦距物平面共軛的成像平面處，以便在大的物距處對(duì) 物體成像。例如，可以把第二檢測(cè)器1540放置在另一成像平面處，該成像平面適合于對(duì)位 于比超焦距更近的位置處的物體成像。成像系統(tǒng)1500中的透射檢測(cè)器還可以鄰近光學(xué)器 件1520或者作為光學(xué)器件1520的整體部分形成。例如，光學(xué)器件1520被示出為包括布置 在成像系統(tǒng)1500的傅里葉平面處的、透射的第三檢測(cè)器1550。傅里葉平面可以位于光學(xué)器 件1520的主平面處或者靠近光學(xué)器件1520的主平面。此外，在光學(xué)器件1520的表面上可 以保角地形成透射的第四檢測(cè)器1552，使得關(guān)聯(lián)的檢測(cè)器陣列形成如在圖15中指示的曲 線輪廓。進(jìn)一步注意到，如在圖15中指示的，檢測(cè)器1552布置在支撐結(jié)構(gòu)1554的支撐表 面上，并且支撐結(jié)構(gòu)1554和另一支撐結(jié)構(gòu)1553支撐檢測(cè)器1550。
圖15將多平面成像系統(tǒng)1500中的多個(gè)檢測(cè)器示出為被連續(xù)地布置，使得來(lái)自物 體1510的EM能量1505進(jìn)行檢測(cè)和/或連續(xù)地透射通過(guò)每個(gè)檢測(cè)器?？蛇x地，檢測(cè)器可以 以其它連續(xù)的和/或并行的布置進(jìn)行布置，諸如包括附加的光學(xué)器件(例如，分光鏡)。例 如，并行布置可以利用在分場(chǎng)布置中的透射檢測(cè)器，例如在立體成像系統(tǒng)中。繼續(xù)參考圖15，在物體體積1560中示出物體1510，可以把物體體積1560進(jìn)一 步分成物平面，例如更近場(chǎng)平面1570和更遠(yuǎn)場(chǎng)平面1580。第一、第二、第三和第四檢測(cè)器 1530、1540、1550和1552分別可以提供第一、第二、第三和第四輸出(例如，電子信號(hào)作為 電圖像數(shù)據(jù))1535、1545、1555和1557?？梢杂商幚砥?590處理輸出1535、1545、1555和 1557，以提供在物體體積1560中在例如更近場(chǎng)平面1570和更遠(yuǎn)場(chǎng)平面1580的任何一個(gè)物 平面或所有物平面處關(guān)于物體1510的信息?？蛇x地，在物體1510和檢測(cè)器1540之間在成像系統(tǒng)1500的任何平面處可以布置 波前編碼元件1585。例如，如在圖15中所示，在光學(xué)器件1520的光瞳面或主平面處或者靠 近光學(xué)器件1520的光瞳面或主平面可以放置波前編碼元件1585。此外，波前編碼元件1585 可以是有源光學(xué)元件，該有源光學(xué)元件能夠?qū)鐧C(jī)械力或施加的電場(chǎng)的輸入信號(hào)做出響 應(yīng)；可以進(jìn)一步配置處理器1590，以產(chǎn)生控制信號(hào)1587作為用于控制波前編碼元件1585 的這種輸入信號(hào)。圖16是依照實(shí)施方式示出處理多平面圖像信息以恢復(fù)相位信息的方法1600的 流程圖。如在本文中描述的，包括透射檢測(cè)器的多平面成像系統(tǒng)在幾個(gè)不同的平面處提供 EM能量檢測(cè)，幾個(gè)不同平面中的每一個(gè)可以與例如在物體體積中的共軛物平面關(guān)聯(lián)。方法 1600從可選的準(zhǔn)備步驟1610開(kāi)始，在可選的準(zhǔn)備步驟1610期間可以執(zhí)行任何系統(tǒng)準(zhǔn)備。系 統(tǒng)準(zhǔn)備可以包括，但是不限于放置將被成像的物體和檢測(cè)系統(tǒng)組件和設(shè)置檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)， 例如光圈和曝光時(shí)間。例如，準(zhǔn)備步驟1610可以包括關(guān)于物體1510放置圖15的多平面成 像系統(tǒng)1500，使得物體1510位于離光學(xué)器件1520三米遠(yuǎn)的位置。繼續(xù)參考圖16，在步驟1620中，在兩個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器處捕獲圖像信息。兩個(gè)或多 個(gè)檢測(cè)器中的每一個(gè)可以關(guān)于物體和在多平面成像系統(tǒng)內(nèi)布置，以便捕獲特定信息。例如， 如先前關(guān)于圖15描述的，第一檢測(cè)器1530布置在與超焦距物平面共軛的成像平面處，而第 二檢測(cè)器1540布置在適合于對(duì)位于比超焦距更靠近處的物體成像的另一成像平面處；以 這種方式，第一和第二檢測(cè)器配合來(lái)在單次曝光中捕獲在不同物平面處的信息。仍然參考圖16，在步驟1630中處理在步驟1620中捕獲的信息，以恢復(fù)關(guān)于被成 像的物體的EM相位信息。因?yàn)樵谌魏翁囟z測(cè)器處捕獲的強(qiáng)度與檢測(cè)的EM能量的復(fù)數(shù)幅度的絕對(duì)平方成比例，所以從所捕獲的信息中缺少相位信息；因?yàn)樵谒鶛z測(cè)的EM能量的 復(fù)數(shù)系數(shù)中包含相位信息，所以從在單個(gè)檢測(cè)器處捕獲的強(qiáng)度信息中相位信息通常是不可 恢復(fù)的。假定在兩個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器處捕獲的強(qiáng)度信息，幾種方法之一可以用于恢復(fù)相位信 息。Feinup還討論了多種相位恢復(fù)方法(參見(jiàn)Feinup，“Phase retrieval algorithms a comparison (相位恢復(fù)算法比較)"Applied Optics，Vol. 21，No. 15 (1982 年 8 月))； 適合的相位恢復(fù)方法的一個(gè)適當(dāng)例子是Gerchberg-Saxton遞歸算法(參見(jiàn)Gerchberg 入的 “A practical algorithm for the determination of thephase from image and diffraction plane pictures (用于從圖像和衍射平面圖片中確定相位的實(shí)用算 法)"OptikjVol. 35(1972)，pp. 237-46)。一旦在步驟1630中恢復(fù)相位信息，則對(duì)于兩個(gè)或 多個(gè)檢測(cè)器位于的平面，在步驟1640中可以限定和處理四維(4-D)EM場(chǎng)信息(例如，作為 位置(X，y)、幅度A和相位Φ的函數(shù)的EM能量)。
4-D EM能量場(chǎng)信息可以用于多種任務(wù)之一，例如，但是不限于計(jì)算體積成像、 計(jì)算重新聚焦、計(jì)算自動(dòng)聚焦、測(cè)距、計(jì)算像差校正、計(jì)算自適應(yīng)光學(xué)、波前編碼模擬和其 它計(jì)算處理。計(jì)算體積成像包括處理4-D EM能量場(chǎng)信息，用于對(duì)遍及與物體積(例如， 圖15的物體積1560)共軛的、被認(rèn)為是多個(gè)像平面的像體積的4-D場(chǎng)的傳播建模。然后 方法1600在步驟1650終止。計(jì)算重新聚焦和計(jì)算自動(dòng)聚焦包括向與感興趣的物平面 共軛的一個(gè)或多個(gè)平面通過(guò)例如菲涅爾、傅里葉切片和分?jǐn)?shù)傅里葉變換技術(shù)的方法對(duì)重 建的4-D EM場(chǎng)的傳播建模(參見(jiàn)，例如Ng, "Fourier slice photography (傅里葉薄片 攝影)” Proceedingsof SIGGRAPH，ACM Transactions on Graphics (美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)圖 形學(xué)匯干1J )，2005 年 7 月；Ozaktas 等人’ "Fractional Fourier transforms andtheir optical implementation :II (分?jǐn)?shù)傅里葉變換和其光學(xué)實(shí)現(xiàn)11) ” J. Opt. Soc. Amer. A, Vol.10 (1993), pp.2522-2531 ；禾口 Namias,"Thefractional order Fourier transform and its application in quantummechanics (分?jǐn)?shù)階傅里葉變換和其在量子力學(xué)中的應(yīng) 用)” J. Inst. Math. App 1.，Vol. 25 (1980)，pp. 241-265)。計(jì)算聚焦使用如在多平面成像系 統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)平面處確定的4-D EM能量場(chǎng)，以通過(guò)數(shù)值方法在任意或預(yù)定的共軛平 面處計(jì)算EM能量強(qiáng)度分布。仍然參考圖16，計(jì)算自動(dòng)聚焦與計(jì)算重新聚焦類(lèi)似，除了共軛平面不是任意的或 預(yù)定的，但都是根據(jù)價(jià)值函數(shù)或度量標(biāo)準(zhǔn)選擇的。例如，如果方法1600將被利用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì) 算自動(dòng)聚焦，那么步驟1640可以附加地包括用于對(duì)向平面?zhèn)鞑サ?-D EM能量場(chǎng)數(shù)學(xué)上地 建模并且隨后計(jì)算價(jià)值函數(shù)的步驟。因?yàn)榇_定在圖像中的高空間頻率的能力可以表示良好 聚焦，因此價(jià)值函數(shù)可以基于例如所傳播的4-D EM能量場(chǎng)的高空間頻率分量的幅度或?qū)Ρ?度。如果依照價(jià)值函數(shù)確定給定圖像不是焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的，那么可以通過(guò)向不同平面的數(shù)學(xué)傳 播和重計(jì)算的價(jià)值函數(shù)對(duì)4-D場(chǎng)建模?？梢灾貜?fù)在步驟1640內(nèi)的這些步驟，直到確定特定 圖像是焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的(例如，通過(guò)滿(mǎn)足用戶(hù)定義的參數(shù))。4-D場(chǎng)的其它使用包括測(cè)距、計(jì)算像差校正、計(jì)算自適應(yīng)光學(xué)和波前編碼的模擬， 以上所有可以包括以不必然包括4-D場(chǎng)傳播的建模的方式數(shù)學(xué)地處理4-D場(chǎng)信息。例如， 測(cè)距可以包括在圖像中確定物體的空間性質(zhì)，物體的空間性質(zhì)可以包括，但是不限于來(lái)自 于檢測(cè)點(diǎn)的物體的距離、物體的大小和方向和/或物體的相對(duì)位置(即，物體之間的距 離)。在方法1600中，可以通過(guò)向步驟1640添加步驟來(lái)執(zhí)行測(cè)距，所述步驟用于通過(guò)例如由 Johnson 等人描述白勺面|3些方法(#JAL, "Passive ranging through wavefront coding information andapplication (通過(guò)波前編碼的被動(dòng)測(cè)距信息和應(yīng)用)"Applied Optics, Vol.39, No. 11，pp. 1700-1710)處理和分析4_D場(chǎng)信息，然后進(jìn)一步把相位考慮到分析中去。圖17至圖19示出多平面成像系統(tǒng)的其他實(shí)施例，包括一個(gè)或多個(gè)分別被配置用 于控制有源光學(xué)元件擴(kuò)展景深成像和超高光譜成像的透射檢測(cè)器。圖17示出示例性配置， 用于使用透射檢測(cè)器來(lái)控制有源光學(xué)元件，例如自適應(yīng)光學(xué)元件或光電組件?？刂葡到y(tǒng) 1700包括第一和第二透射檢測(cè)器1710和1720，第一和第二透射檢測(cè)器1710和1720分別位 于有源光學(xué)元件1730的相對(duì)側(cè)上。如在圖17中所示，第一和第二透射檢測(cè)器1710和1720 分別向控制器1760提供了第一和第二輸出1740和1750。第一和第二輸出1740和1750可 以是例如以電子信號(hào)的形式?？刂破?760處理第一和第二輸出1740和1750并且向有源 光學(xué)元件1730提供輸出1770，有源光學(xué)元件1730被配置以接收輸入1770并且相應(yīng)地改變 有源光學(xué)元件1730的光學(xué)參數(shù)。有源光學(xué)元件1730可以是例如空間光調(diào)制器(“SLM”)、 光聲調(diào)制器、相位調(diào)制器、偏振調(diào)制器、液體鏡頭或多個(gè)元件的組合，例如多鏡頭變焦系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)1700可以改變透射通過(guò)控制系統(tǒng)1700的EM能量的相位和/或幅度。例如，在有 源元件1730是透射SLM的情況下，可以配置第一和第二透射檢測(cè)器1710和1720，以與控 制器1760合作，以便通過(guò)改變輸入1770相應(yīng)地改變透射通過(guò)控制系統(tǒng)1700的波前的形狀 (例如，平面的、凸面的或凹面的)。圖18是依照實(shí)施方式另一多平面成像系統(tǒng)的圖示。成像系統(tǒng)1800包括分別第一 和第二檢測(cè)器1830和1840。當(dāng)?shù)谝粰z測(cè)器1830是透射檢測(cè)器時(shí)，第二檢測(cè)器1840不必須 是透射的。來(lái)自物體1510的EM能量1805(被表示為由虛線橢圓環(huán)繞的光線)由光學(xué)器件 1820導(dǎo)向第一和第二檢測(cè)器1830和1840上。光學(xué)器件1820可以由當(dāng)個(gè)光學(xué)元件構(gòu)成， 如在圖18中所示，和/或可以包括多個(gè)光學(xué)元件，多個(gè)光學(xué)元件協(xié)同來(lái)把EM能量1805導(dǎo) 向到第一和第二檢測(cè)器1830和1840上。第一檢測(cè)器1830可以放置在例如第一成像平面 處，第一成像平面與超焦物平面共軛，以便適合于對(duì)在大物距處(即，在超焦距處)的物體 成像。第二檢測(cè)器1840可以放置在例如第二成像平面處，第二成像平面適合于對(duì)位于比超 焦距更靠近的物體成像?？蛇x地，如在圖18中示出的成像系統(tǒng)1800進(jìn)一步包括相位改變?cè)?850，相位改 變?cè)?850可以形成在光學(xué)器件1820的表面上?？梢园严辔桓淖?cè)?850配置為波前編 碼元件，如在例如Cathey等人的第5，748，371號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)的，通過(guò)引用將該專(zhuān)利的 全部?jī)?nèi)容并入本申請(qǐng)。相位改變?cè)?850延展成像系統(tǒng)1800的景深(例如，物距的范圍， 在該物距范圍上當(dāng)通過(guò)成像系統(tǒng)對(duì)物體成像時(shí)，物體產(chǎn)生焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的圖像)超過(guò)沒(méi)有相位 改變?cè)难苌錁O限成像系統(tǒng)的景深。可選地，可以把兩個(gè)或多個(gè)相位改變?cè)蛘呦辔?改變?cè)南辔桓淖冃Ч植荚诔上裣到y(tǒng)1800內(nèi)的組件的多個(gè)表面上，或者位于成像系 統(tǒng)1800內(nèi)的不同位置處。此外，可以分別配置第一和第二檢測(cè)器1830和1840，以提供可以 由處理器I860處理的第一和第二輸出1835和1845。處理器1860可以進(jìn)一步產(chǎn)生控制信 號(hào)(沒(méi)有示出)，控制信號(hào)可以用來(lái)控制另一有源元件，例如在圖17中示出的那樣。可以定制成像系統(tǒng)1800，供在特定應(yīng)用中使用，例如 在移動(dòng)電話(huà)照相機(jī)系統(tǒng)中。 例如，在這種照相機(jī)系統(tǒng)中，可以把第一檢測(cè)器1830放置在成像平面處，成像平面與超焦距物平面共軛，超焦距物平面用于對(duì)在較大物距處的物體成像(例如，大于50cm的超焦距)。然后可以把第二檢測(cè)器1840放置在成像平面處，該成像平面適合于檢測(cè)位于比超 焦距更近位置處(例如，從5cm到50cm)的物體。連同相位改變?cè)?850的使用、在前述 的成像平面處由第一和第二檢測(cè)器1830和1840提供的信息可以對(duì)于位于在從5cm到無(wú) 窮遠(yuǎn)范圍內(nèi)的物距處的物體提供擴(kuò)展景深的成像。此外，處理器1860可以處理在第一和 第二檢測(cè)器1830和1840處得到的圖像信息，以建立單個(gè)聚焦的圖像。由處理器1860執(zhí) 行的處理可以包括多種公知方法的一種或多種(參見(jiàn)，例如Burt等人，"Enhanced image capture through fusion (通過(guò)融合提高白勺圖像捕獲)，，，International Conference on Computer Vision(1993), pp. 173-182 ；Ogdan 等 人，‘‘Pyramid-based computer graphics (基于金字塔的計(jì)算機(jī)圖形學(xué))” RCA Engineer, Vol. 30No. 5(1985), pp. 4-15 ； Haeberli, Grafica Obscura 網(wǎng)址，www. sgi. com/grafica ；Agarwala 等人，‘‘Interactive digital photomontage (交互式數(shù)字蒙太奇效果)” ACMSIGGraph 2004 Conference Proceedings (2004)；禾口由 Synoptics 公司的 AUTO MONTAGE, www, synoptics, co. uk)；通過(guò) 引用把這些參考的全部?jī)?nèi)容并入本申請(qǐng)。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖19，示出了依照實(shí)施方式適合于在高光譜成像中使用的多平面成像系 統(tǒng)。在本公開(kāi)的上下文中，把高光譜成像理解為是這樣的成像技術(shù)，即，憑此成像技術(shù)對(duì)不 同波段獨(dú)立地成像，以便能夠進(jìn)行波譜成像。成像系統(tǒng)1900包括分別第一、第二和第三檢 測(cè)器1930、1940和1950。如在圖19中所示，由光學(xué)器件1920把來(lái)自物體1510的EM能量 1805導(dǎo)向第一、第二和第三檢測(cè)器1930、1940和1950。第一和第二檢測(cè)器1930和1940是透 射檢測(cè)器，用于透射通過(guò)第一和第二檢測(cè)器1930和1940的至少一部分入射EM能量1805。 在圖19中示出的示例性成像系統(tǒng)中，第三檢測(cè)器1950不必是透射的。可以分別配置第一、 第二和第三檢測(cè)器1930、1940和1950，以提供第一、第二和第三輸出1935、1945和1955。處 理器1960可以處理第一、第二和第三輸出1935、1945和1955，以提取關(guān)于物體1510的信 肩、ο繼續(xù)參考圖19，光學(xué)器件1920可以由寬帶透射材料構(gòu)成，例如來(lái)自Rohm&Haas的 CLEARTRAN ;在此情況中，成像系統(tǒng)1900可以用于從小于400nm到ιομπι的波長(zhǎng)。如 果光學(xué)器件1920在其有效焦距內(nèi)表現(xiàn)波長(zhǎng)相關(guān)性，那么可以放置第一、第二檢測(cè)器1930、 1940和第三檢測(cè)器1950，使得光學(xué)器件1920使感興趣的不同波長(zhǎng)范圍的EM能量在第一、 第二和第三檢測(cè)器1930、1940和1950中的不同檢測(cè)器上聚焦。例如，可以配置第一檢測(cè)器 1930，用于檢測(cè)紫外(UV)EM能量而允許其它波長(zhǎng)透射通過(guò)第一檢測(cè)器1930。類(lèi)似地，可以 配置第二檢測(cè)器1940，用于檢測(cè)可見(jiàn)光(VIS) EM能量而透射其它波長(zhǎng)，而配置第三檢測(cè)器 1950用于檢測(cè)近紅外波長(zhǎng)。以這種方式，第一、第二和第三檢測(cè)器在大范圍的波長(zhǎng)上檢測(cè) EM能量的子集。在另一實(shí)施方式中，可以添加第四檢測(cè)器(沒(méi)有示出)，以檢測(cè)另一波長(zhǎng)范圍，例 如在中紅外中的范圍。也就是說(shuō)，在例如圖19中示出的多平面成像系統(tǒng)中可以包括附加的 透射檢測(cè)器，以便得到期望的寬帶檢測(cè)性能?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖20Α和圖20Β，示出用于提供體積圖像數(shù)據(jù)的現(xiàn)有技術(shù)全光相機(jī)成像 系統(tǒng)的實(shí)施例。圖20Α和圖20Β的全光相機(jī)2000與由Ng等人在“Light Field Photography with a Hand-held PlenopticCamera (用手持式全光相機(jī)的光場(chǎng)攝影)” Stanford TechReport CTSR2005-02中描述的全光相機(jī)類(lèi)似，通過(guò)引用把其全部?jī)?nèi)容并入本申請(qǐng)。考慮EM 場(chǎng)的互補(bǔ)性(例如，由巴比涅原理)，來(lái)自物體的EM能量強(qiáng)度分布可以由來(lái)自于在定義物平 面的屏幕2020內(nèi)放置的光圈2010的EM能量表示。因?yàn)槲矬w的強(qiáng)度分布可以表示為不同 空間頻率的EM能量的平面波之和，因此可以認(rèn)為平面波2030代表從物體發(fā)射的全部EM能
量。 如在圖20A中所示，由具有波長(zhǎng)λ的EM能量的平面波2030照明光圈2010。關(guān)于物 體，波長(zhǎng)λ的EM能量的單個(gè)空間頻率形成橫跨物體的η個(gè)正弦強(qiáng)度振蕩。在光圈模型中， 正弦強(qiáng)度振蕩由波前產(chǎn)生，波前展示沿著如在圖20Α中示出的尺寸D橫跨光圈2010的2η π 弧度的相位轉(zhuǎn)變(phase variation)，或相當(dāng)于關(guān)于光圈2010的范圍η λ的相前(phase front)失準(zhǔn)。也就是說(shuō)，平面波2030的方向向量2040關(guān)于全光相機(jī)2000的光軸2035是
傾斜的，形成角Θ，角Θ可以表達(dá)為8 η(Θ) = * ,或者關(guān)于光軸2035的近軸近似Θ g。
不同空間頻率的EM能量在不同位置截?cái)喙鈱W(xué)器件2055的主平面或傅里葉平面2050 (在圖
20Α中由笛卡爾格表示)。在第一位置2060處并且在從光軸2035起所的高度處，方向
向量2040相交傅里葉平面2050。較小傾斜的平面波可以分別在具有高度盡和盡
的第二和第三位置2062和2065處相交傅里葉平面2050。然后光學(xué)器件2055可以把平面 波2030導(dǎo)向微透鏡陣列2070，微透鏡陣列2070位于像平面處并且包括多個(gè)小透鏡2075， 用于進(jìn)一步把平面波導(dǎo)向位于微透鏡陣列2070的像平面處的檢測(cè)器陣列2080。檢測(cè)器陣 列2080包括多個(gè)檢測(cè)器元件2085，每個(gè)檢測(cè)器元件2085包括如在圖20B中在放大的插圖 中所示的光敏元件的另一子陣列2087。全光相機(jī)2000按需要被復(fù)雜化，即為了捕獲體積的 圖像信息，必須關(guān)于光學(xué)器件2055和彼此以高準(zhǔn)確度放置微透鏡陣列2070和檢測(cè)器陣列 2080。此外，注意到，在全光相機(jī)2000中，使用如由檢測(cè)器陣列2080提供的N2個(gè)過(guò)采樣， 解碼空間頻率相位信息。此外，可以推斷在全光相機(jī)2000中實(shí)現(xiàn)NXN的圖像分辨率需要 的檢測(cè)器元件的數(shù)目是(NXN)2 = N4。圖21是依照實(shí)施方式包括用于捕獲體積圖像信息的透射檢測(cè)器的體積成像系統(tǒng) 的圖示。平面波2030以與通過(guò)全光相機(jī)2000類(lèi)似的方式傳播通過(guò)體積成像系統(tǒng)2100，但 是具有重要差異。首先，體積成像系統(tǒng)2100包括透射檢測(cè)器2150，透射檢測(cè)器2150放置在 光學(xué)器件2155的傅里葉像平面處。如在圖15中所示的在光學(xué)器件1520中包括透射檢測(cè) 器1550，可以把透射檢測(cè)器2150集成進(jìn)光學(xué)器件2155中。透射檢測(cè)器2150可以用來(lái)在諸 如例如第一位置2160、第二位置2162和第三位置2165的多個(gè)位置處直接地和同時(shí)地測(cè)量 入射EM能量的傅里葉圖像。其次，用具有多個(gè)元件2185的單個(gè)透射檢測(cè)器陣列2180替換 現(xiàn)有技術(shù)全光相機(jī)的微微透鏡陣列2070和檢測(cè)器陣列2080?？梢赃M(jìn)一步配置體積成像系 統(tǒng)2100，以在第二像平面2190處形成第二圖像2188和在第三像平面2195處形成第三圖像 2192。繼續(xù)參考圖21，結(jié)合圖20A和圖20B，與全光相機(jī)2000不同，體積成像系統(tǒng)2100 不需要透鏡陣列和檢測(cè)器陣列，包括檢測(cè)器陣列的次級(jí)采樣。也就是說(shuō)，因?yàn)轶w積成像系統(tǒng) 2100在其中集成兩個(gè)透射檢測(cè)器2150和2180，因而體積成像系統(tǒng)2100能夠取得多平面成 像性能，以便實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)全光相機(jī)2000的分辨率相當(dāng)?shù)姆直媛?，同時(shí)減少了放置偏差要求。例如，如前面記錄的，在全光相機(jī)2000中實(shí)現(xiàn)NXN的圖像分辨率需要的檢測(cè)器元件 的數(shù)目是(NXN)2 = N4。相比之下，體積成像系統(tǒng)2100在檢測(cè)器2150中需要僅NXN個(gè)透 射光敏元件和在檢測(cè)器2180中需要NXN個(gè)檢測(cè)器元件(即，合計(jì)2XN2個(gè)元件)，以實(shí)現(xiàn) NXN圖像分辨率，相對(duì)于全光相機(jī)2000提供在成本、大小和需要的處理能力方面的優(yōu)勢(shì)。此外，體積成像系統(tǒng)2100與全光相機(jī)2000的根本不同在于測(cè)量空間頻率相位的 方式。如前面記錄的，使用如由檢測(cè)器陣列2080提供的N2個(gè)過(guò)采樣，從全光相機(jī)2000中 提取空間頻率相位信息。但是在體積成像系統(tǒng)2100中，使用例如Gerchberg-Saxton算法 的技術(shù)，2N個(gè)過(guò)采樣被用來(lái)得到空間頻率相位信息，這將在下面更詳細(xì)地描述。結(jié)合圖21，參照?qǐng)D22至圖30討論依照實(shí)施方式的體積成像方法的實(shí)施例。圖22 至圖26是理想化的單平面樣本圖像的實(shí)施例，該單平面樣本圖像可以由透射檢測(cè)器檢測(cè) 并且例如與圖21的體積成像系統(tǒng)2100聯(lián)合通過(guò)圖16的方法1600處理。盡管為了清晰在 整個(gè)下面的討論中示出單個(gè)平面圖像，但是因?yàn)榭梢园讶魏挝矬w體積分成一系列的單個(gè)平 面薄片，所以以任何方式都不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這個(gè)簡(jiǎn)化是限制的。圖22至圖30的下面討論假設(shè) 體積成像系統(tǒng)2100具有5mm的焦距和2mm的光圈(f/2. 5)。假設(shè)物平面(例如，屏幕2020 的位置)位于從光學(xué)器件2155起一米的位置。把傅里葉像平面定義為光學(xué)器件2155和透 射檢測(cè)器2150的位置。假設(shè)第一像平面(例如，透射檢測(cè)器陣列2180的位置)位于鏡頭 的焦點(diǎn)處，對(duì)應(yīng)于與物平面共軛的平面前方25 μ m處。假設(shè)第二像平面(例如，第二像平面 2192)位于與物平面共軛的平面前方5 μ m處。圖22示出模擬的二元測(cè)試物體2200，其被模擬為位于圖21的體積成像系統(tǒng)2100 的物平面處。圖23示出圖22的二元測(cè)試物體2200的第一模擬圖像2300，如在體積成像 系統(tǒng)2100的傅里葉平面處由透射檢測(cè)器2150檢測(cè)的。注意到，為了清楚已經(jīng)把圖23的第 一模擬圖像2300對(duì)照放大并轉(zhuǎn)化成輪廓表示，移除一些較小的細(xì)節(jié)。圖24和圖25分別示 出如在不與物平面共軛的平面處檢測(cè)的二元測(cè)試物體2200的第二和第三模擬圖像2400和 2500。第二和第三模擬圖像2400和2500可以分別是在圖21的平面2190和2195處可檢測(cè) 的第二和第三圖像2188和2192的例子。再次，為了清晰，已經(jīng)把第二和第三模擬圖像2400 和2500對(duì)照放大和轉(zhuǎn)化成輪廓表示，移除一些較小的細(xì)節(jié)。圖26示出在與物平面共軛的 像平面處檢測(cè)的圖22的二元測(cè)試物體2200的第四模擬圖像2600。第四模擬圖像2600是 可以由圖21的透射檢測(cè)器2150檢測(cè)的圖像數(shù)據(jù)的例子并且代表二元測(cè)試物體2200的理 想焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)圖像。圖27是依照實(shí)施方式處理多平面圖像信息以恢復(fù)EM能量相位信息的示例性方 法的流程圖。特別地，在圖27中示出的流程圖進(jìn)一步示出步驟1630的細(xì)節(jié)，以恢復(fù)在圖 16中的相位信息。在圖27中示出的方法包括Gerchberg-Saxton方法的實(shí)現(xiàn)(參見(jiàn)，例如 Gerchberg 等人"Apractical algotrithm for the determination of the phase from image anddiffraction plane pictures (用于從圖像和衍射平面圖片中確定相位的實(shí)用 算法)”0ptik，Vol. 35 (1972)，pp. 237-46，通過(guò)引用把其全部?jī)?nèi)容并入本申請(qǐng))，雖然也可 以使用其它適當(dāng)?shù)姆椒ā＝Y(jié)合圖15參考圖27，在多個(gè)平面處捕獲的 強(qiáng)度圖像數(shù)據(jù)可以由在圖27中示出的 方法處理。如在圖27中示出的，把在第一像平面P1處檢測(cè)的第一強(qiáng)度圖像I1和在第二像 平面P2處檢測(cè)的第二強(qiáng)度圖像I2輸入到產(chǎn)生第一和第二幅度圖像A1和A2步驟2710內(nèi)。第一和第二強(qiáng)度圖像I1和I2可以與電圖像數(shù)據(jù)一致，分別作為來(lái)自于透射檢測(cè)器1550的 輸出1555和來(lái)自于第一和第二檢測(cè)器1530和1540的輸出1535和1545 二者之一。在實(shí) 施例中，通過(guò)計(jì)算第一和第二強(qiáng)度圖像IdP I2中的每一個(gè)的平方根可以產(chǎn)生第一和第二初 始幅度圖像A1和A2。然后，在步驟2720，可以提供試驗(yàn)相位(例如，作為假設(shè)或作為有根據(jù)的推測(cè))并 分配給第一和第二初始幅度圖像Al和A2，以定義第一和第二初始EM場(chǎng)分布E1和E2。該試 驗(yàn)相位可以是例如整個(gè)圖像的零平相位，或者可以根據(jù)特定成像系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)。
在步驟2730中，對(duì)從成像平面P1到成像平面P2的第一 EM場(chǎng)分布E1的傳播進(jìn)行 計(jì)算上建模，以便產(chǎn)生包括第一相位^的第一修改EM場(chǎng)分布E1'?？梢杂梢韵露喾N方法 之一對(duì)傳播建模，例如但是不限于菲涅爾、傅里葉切片和分?jǐn)?shù)傅里葉變換方法。在步驟2740中，第一相位Φ i用做對(duì)于第二 EM場(chǎng)分布E2的相位的初始推測(cè)。在 步驟2750，對(duì)從成像平面P2到成像平面P1的第二 EM場(chǎng)分布E2的傳播進(jìn)行計(jì)算上的建模， 以計(jì)算包括第二相位Φ2的第二修改EM場(chǎng)分布E2'?？梢岳斫?，根據(jù)前向或反向可以對(duì)至 少通過(guò)自由空間和/或線性光學(xué)介質(zhì)的EM能量的傳播進(jìn)行計(jì)算上的建模，并且可以采用后 者的計(jì)算用于根據(jù)反向傳播對(duì)第二相位進(jìn)行計(jì)算上的建模。在步驟2760中，對(duì)第二相位Φ2 與對(duì)于E1的相位的初始推測(cè)進(jìn)行比較。然后，做出決定2770，以確定是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)解的收 斂。如果在Φ2和對(duì)于E1的相位的初始推測(cè)之間的差異比用戶(hù)定義的參數(shù)小，那么對(duì)決定 2770的回答是“是-已經(jīng)實(shí)現(xiàn)收斂”，方法2700以步驟2780結(jié)束。否則，對(duì)決定2770的回 答是“不-還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)收斂”，方法2700返回步驟2730?？梢灾貜?fù)步驟2730、2740、2750和 2760預(yù)定次數(shù)，和/或直到實(shí)現(xiàn)解的收斂。圖28和圖29分別示出如使用圖27的方法2700計(jì)算的、分別與圖23的模擬圖 像2300和圖24的模擬圖像2400有關(guān)的相位信息的圖像表示2800和2900。一旦已經(jīng)以 這種方式恢復(fù)相位信息，就可以在成像系統(tǒng)內(nèi)在感興趣的任何平面處計(jì)算所傳播的EM場(chǎng)。 例如，如結(jié)合圖16的步驟1640討論的，可以對(duì)到與關(guān)聯(lián)的物體體積共軛的任何平面的4-D EM場(chǎng)的進(jìn)行傳播計(jì)算上的建模。例如，圖30示出圖22的二元測(cè)試物體2200的模擬圖像 3000,該模擬圖像3000是通過(guò)對(duì)從像平面(例如，產(chǎn)生圖26的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)圖像2600的平面) 到另一平面(例如，傅里葉平面)的25微米EM場(chǎng)的傳播進(jìn)行計(jì)算上的建模而計(jì)算的。通 過(guò)比較模擬圖像3000與焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)第四模擬圖像2600，可以看出使用在圖27中示出的處理， 已經(jīng)恢復(fù)了至少原始的二元測(cè)試物體的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)圖像的輪廓。圖31是用于確定沿著光路傳播的EM能量特征的方法3100的流程圖。如結(jié)合圖 4討論的，EM能量具有攜帶沿著光路的EM能量信息的至少一個(gè)分量。步驟3110配置(第 一)檢測(cè)器陣列，以包括關(guān)于EM能量至少部分透明的光敏元件。通過(guò)用在表1 (對(duì)于檢測(cè) 器500)或表2和表3 (對(duì)于檢測(cè)器800)中指定的層設(shè)計(jì)和制造檢測(cè)器，步驟3110的例子 配置一排檢測(cè)器500 (參見(jiàn)圖5Α、圖5Β)和/或800 (參見(jiàn)圖8)?？蛇x地，步驟3110建立在 由第一檢測(cè)器陣列吸收的EM能量和穿過(guò)第一檢測(cè)器陣列的EM能量之間的強(qiáng)度比。這個(gè)可 選步驟的例子是檢測(cè)器800(1)，檢測(cè)器800(1)建立在由檢測(cè)器800(1)吸收的EM能量和穿 過(guò)檢測(cè)器800(1)的EM能量之間50%/50%的比率。此外可選地，步驟3110提供用于檢測(cè) 器陣列的支撐表面，使得穿過(guò)檢測(cè)器陣列的EM能量的至少一個(gè)子集也穿過(guò)支撐表面；在EM 能量穿過(guò)檢測(cè)器陣列之前或之后，EM能量可以穿過(guò)支撐表面。這個(gè)可選步驟的例子是如在圖5和圖8中所示在透射基底140上制造一排檢測(cè)器500和/或檢測(cè)器800。步驟3120沿著光路在(第一)位置處布置檢測(cè)器，使得光敏元件的至少一個(gè)子集 在EM能量的路徑內(nèi)，從而使至少部分的EM能量(包括分量的第一部分)被吸收并且產(chǎn)生 第一組電圖像數(shù)據(jù)，以至少部分地確定分量的特征。分量的第二部分沿著光路穿過(guò)光敏元 件。步驟3120的例子是如在圖5A中所示(對(duì)于單個(gè)檢測(cè)器500)在光路510中放置一排 檢測(cè)器500。 可選步驟3130沿著光路在第二位置提供第二檢測(cè)器陣列，并且對(duì)齊第二檢測(cè)器 陣列，以接收分量的第二部分中的至少一部分。第二檢測(cè)器陣列至少部分根據(jù)分量的第二 部分產(chǎn)生第二組電圖像數(shù)據(jù)。步驟3130的例子提供如在圖18中示出的第二檢測(cè)器陣列 1840。另一可選的步驟3140配置處理器，用于根據(jù)第一和第二組電圖像數(shù)據(jù)確定EM能量 的特征。步驟3140的例子配置如在圖18中所示的處理器1860。EM能量信息可以至少部 分對(duì)應(yīng)于相位特征，并且確定該特征可以包括確定相位?？蛇x地，步驟3140包括產(chǎn)生對(duì)應(yīng) 于第一和第二位置的第一和第二強(qiáng)度圖像，使得第一和第二強(qiáng)度圖像符合與第一和第二位 置有關(guān)的EM能量的第一和第二橫向強(qiáng)度分布，并且包括使用第一和第二強(qiáng)度圖像作為確 定相位的一部分。當(dāng)產(chǎn)生上述第一和第二橫向強(qiáng)度分布時(shí)，步驟3130包括沿著光路放置第 二檢測(cè)器陣列，使得第二橫向強(qiáng)度分布與第一橫向強(qiáng)度分布不同。在步驟3140，確定相位可以包括(a)提供試驗(yàn)相位作為所述相位的初始理論代 表，(b)根據(jù)所述第一強(qiáng)度圖像和所述試驗(yàn)相位，確定與沿著所述傳播路徑的所述第二位置 關(guān)聯(lián)的所述電磁能量的第一理論相位，(c)根據(jù)所述第二強(qiáng)度圖像和所述試驗(yàn)相位，確定與 沿著所述傳播路徑的所述第一位置關(guān)聯(lián)的所述電磁能量的第二理論相位，(d)在第一位置 處建立所述第二理論相位和所述試驗(yàn)相位之間的差，和(e)使用這個(gè)差作為試驗(yàn)相位準(zhǔn)確 度的程度的指示。上面連同圖22到圖30討論了步驟(a)到步驟(e)的例子。步驟(e)可 以包括依賴(lài)差(在步驟(d)中確定的)作為輸入，用于接受或拒絕試驗(yàn)相位作為EM能量的 相位特征。方法3100在步驟3150處終止。雖然用具有具體各自方向的多個(gè)組件說(shuō)明了前述實(shí)施方式中的每一個(gè)，但是應(yīng)當(dāng) 理解，如在本說(shuō)明書(shū)中描述的實(shí)施方式可以采用帶有位于多個(gè)位置和相互方向中的多個(gè)組 件的多種特定配置，而仍然保持在本說(shuō)明書(shū)的精神和范圍內(nèi)。此外，替代多個(gè)組件或者除了 多個(gè)組件之外，可以使用適合的等價(jià)物，使這種替代或附加的組件的功能和使用保持為本 領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉，因此落入本文的實(shí)施方式的范圍內(nèi)。例如，本文中公開(kāi)的成像系統(tǒng) 可以包括比在前述圖中示出的更多或更少數(shù)目的透射檢測(cè)器。此外，可以進(jìn)一步配置多平 面成像系統(tǒng)，以用適合的信息處理提供來(lái)自于相同檢測(cè)器的分離區(qū)的同時(shí)的高光譜和體積 成像。因此，認(rèn)為提供的實(shí)施例是說(shuō)明性的而不是限制性的，并且說(shuō)明書(shū)不限于本文中給出 的細(xì)節(jié)，但是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)修改。
權(quán)利要求
一種檢測(cè)器部件，用于確定沿著光路傳播的電磁能量的特征，至少所述電磁能量的分量攜帶沿著所述光路的電磁能量信息，所述檢測(cè)器部件包括第一檢測(cè)器陣列，布置在沿著所述光路的第一位置處，所述第一檢測(cè)器陣列包括多個(gè)光敏元件，所述多個(gè)光敏元件被對(duì)齊以接收所述電磁能量中的至少一部分，包括所述分量，所述第一檢測(cè)器陣列被配置以選擇性地吸收所述分量的第一部分，并且至少部分地根據(jù)所述電磁能量信息從所述分量的所述第一部分中產(chǎn)生第一組電圖像數(shù)據(jù)，以至少部分地確定所述電磁能量的所述分量的特征，所述光敏元件中的至少一部分關(guān)于所述電磁能量是至少部分地透明的，以選擇性地使所述分量的第二部分通過(guò)所述光敏元件中的至少一部分，以便沿著所述光路繼續(xù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)器部件，包括定義第一支撐表面的第一支撐布置，所述 第一支撐表面支撐所述第一檢測(cè)器陣列的所述元件，所述第一支撐布置關(guān)于所述電磁能量 至少部分透明，使得所述多個(gè)光敏元件和所述支撐布置允許所述分量的所述第二部分通過(guò) 所述第一檢測(cè)器部件，以便沿著所述光路繼續(xù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)器部件，以彼此肩并肩的關(guān)系布置所述多個(gè)光敏元件， 以基本上與所述光路橫向相交。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測(cè)器部件，所述多個(gè)檢測(cè)器定義基本上對(duì)所述光路是橫向 的感應(yīng)區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)器部件，所述感應(yīng)區(qū)基本上是平面的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)器部件，所述感應(yīng)區(qū)展示彎曲的輪廓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)器部件，包括在沿著所述光路的第二位置處布置的第二 檢測(cè)器陣列，使得所述第二檢測(cè)器陣列接收所述第二部分的至少一部分，作為所述后來(lái)使 用的至少部分，并且至少部分根據(jù)所述電磁能量從所述第二部分的至少一部分中產(chǎn)生第二 組電圖像數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步確定所述分量的特征。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測(cè)器部件，包括處理器，所述處理器被配置以根據(jù)所述第 一組和第二組電圖像數(shù)據(jù)確定所述電磁能量的特征。
9.一種確定沿著光路傳播的電磁能量特征的方法，所述電磁能量具有攜帶沿著所述光 路的電磁能量信息的分量，所述方法包括配置第一檢測(cè)器陣列，以包括關(guān)于所述電磁能量至少部分透明的多個(gè)光敏元件；和在沿著所述光路的第一位置處布置所述第一檢測(cè)器陣列，使得所述多個(gè)光敏元件的至 少一個(gè)子集在所述光路內(nèi)，使得所述多個(gè)光敏元件的至少一個(gè)子集(i)選擇性地吸收所述 電磁能量的至少一部分，包括所述分量的第一部分，并且從所述電磁能量的至少一部分中 產(chǎn)生第一組電圖像數(shù)據(jù)，以至少部分地確定所述分量的特征，和(ii)選擇性地使所述分量 的第二部分通過(guò)所述光敏元件，使得所述第二部分沿著所述光路繼續(xù)，用于后來(lái)使用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，配置所述第一檢測(cè)器陣列包括提供所述第一檢 測(cè)器陣列的整體透明度，因而建立在所述第一和第二部分之間的強(qiáng)度比。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，配置所述第一檢測(cè)器陣列包括(i)提供關(guān)于所 述電磁能量至少部分透明的第一支撐布置的第一支撐表面，和(ii)把所述多個(gè)元件支撐 在所述第一支撐表面上，使得所述第二部分的至少一個(gè)子集在沿著所述光路繼續(xù)之前通過(guò) 所述第一支撐布置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，布置所述第一檢測(cè)器包括確定所述第一檢測(cè) 器陣列的方向，使得所述第二部分的所述子集在穿過(guò)所述光敏元件之前穿過(guò)所述第一支撐布置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，布置所述第一檢測(cè)器陣列包括確定所述第一 檢測(cè)器的方向，使得受控部分的子集在穿過(guò)所述光敏元件之后穿過(guò)所述第一支撐布置。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括在沿著所述光路的第二位置處提供第二檢測(cè)器陣列，對(duì)齊所述第二檢測(cè)器陣列用于接收所述分量的所述第二部分的至少一部分，作為所述 后來(lái)使用的至少部分，并且至少部分根據(jù)所述分量的所述第二部分用所述第二檢測(cè)器陣列產(chǎn)生第二組電圖像數(shù) 據(jù)，用于進(jìn)一步確定所述電磁能量的所述分量的特征。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括配置處理器，用于根據(jù)所述第一組和第二 組電圖像數(shù)據(jù)確定所述電磁能量的特征，所述特征至少基本上與所述電磁能量信息關(guān)聯(lián)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述電磁能量信息至少部分地對(duì)應(yīng)于所述電 磁能量的相位特征，并且確定所述電磁能量的特征包括確定相位。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，確定相位包括產(chǎn)生分別對(duì)應(yīng)于所述第一和第二位置的第一強(qiáng)度圖像和第二強(qiáng)度圖像，使得所述第一 和第二強(qiáng)度圖像對(duì)應(yīng)于與所述第一和第二位置關(guān)聯(lián)的所述電磁能量的第一橫向強(qiáng)度分布 和第二橫向強(qiáng)度分布；并且使用所述第一和第二強(qiáng)度圖像作為部分確定相位。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，提供所述第二檢測(cè)器陣列包括從所述第一檢 測(cè)器陣列起沿著所述光路放置所述第二檢測(cè)器陣列，使得所述第二橫向強(qiáng)度分布與所述第 一橫向強(qiáng)度分布不同。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，確定相位包括(a)提供試驗(yàn)相位作為所述相位的初始理論代表；(b)根據(jù)所述第一強(qiáng)度圖像和所述試驗(yàn)相位，確定與沿著所述傳播路徑的所述第二位 置關(guān)聯(lián)的所述電磁能量的第一理論相位；(c)根據(jù)所述第二強(qiáng)度圖像和所述試驗(yàn)相位，確定與沿著所述傳播路徑的所述第一位 置關(guān)聯(lián)的所述電磁能量的第二理論相位；(d)在所述第一位置處建立所述第二理論相位和所述試驗(yàn)相位之間的差；并且(e)使用所述差作為所述試驗(yàn)相位的準(zhǔn)確度程度的指示。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，包括依賴(lài)所述差作為至少一個(gè)輸入，用于接受或拒 絕所述試驗(yàn)相位作為所述電磁能量的所述相位特征兩者之一。
21.一種用于確定沿著光路傳播的電磁能量特征的方法，所述電磁能量具有攜帶沿著 所述光路的電磁能量信息的分量，所述方法包括在所述光路上在第一位置處吸收所述電磁能量的至少一部分，包括所述分量的第一受 控部分，并且從所述電磁能量的至少一部分中產(chǎn)生第一組電圖像數(shù)據(jù)，并且透射地通過(guò)所述分量的第二受控部分，使得所述第二受控部分沿著所述光路繼續(xù)，用 于后來(lái)使用。
全文摘要
配置檢測(cè)器部件，用于確定沿光路傳播的電磁能量特征。至少電磁能量的分量攜帶沿著光路的電磁能量信息。檢測(cè)器部件包括第一檢測(cè)器陣列，該第一檢測(cè)器陣列被布置沿著光路并且具有光敏元件，使該光敏元件對(duì)齊以接收電磁能量中的至少一部分，包括分量。響應(yīng)于分量，光敏元件選擇性地吸收分量的第一部分并且至少部分根據(jù)電磁能量信息產(chǎn)生第一組電圖像數(shù)據(jù)。光敏元件中的至少一部分是至少部分透明的，使得其選擇性地通過(guò)分量的第二部分以沿著光路繼續(xù)。
文檔編號(hào)H04N13/00GK101842908SQ200880113438
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2008年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日
發(fā)明者加里·L·度爾克森 申請(qǐng)人:全視Cdm光學(xué)有限公司