成像系統以及採用倒易空間光學設計的方法

2023-10-11 15:24:19 1

專利名稱：成像系統以及採用倒易空間光學設計的方法
技術領域：
本發明主要涉及圖像和光學系統，並尤其涉及通過一種圖像轉換介質實現成像性能的系統和方法，其中圖像轉移介質把傳感器的特性投影到物方視場(Object field of view)。
背景技術：
顯微鏡實現了微小實物的大圖像。如果使來自物體的光通過兩個透鏡，則與具有一個透鏡的簡單顯微鏡相比，可以達到更大的放大率。複合顯微鏡具有兩個或多個彼此成行放置的會聚透鏡，使得兩個透鏡依次折射光束。其結果是產生一個比單獨任何一個透鏡所能放大的更大的圖像。照射實物的光首次通過稱作物鏡的短焦距透鏡或透鏡組，並再在穿過被稱作目鏡的長焦距透鏡或透鏡組之前穿行一定距離。透鏡組通常簡稱作單個透鏡。通常這兩個透鏡彼此間處於近軸關係，使得一個透鏡的軸布置成與第二個透鏡的軸相同的取向。這是決定如何在觀察者的眼中產生較大放大圖像的透鏡的性質、透鏡的特性、之間的關係以及目鏡與實物的關係。
第一透鏡或物鏡通常是有著極小焦距的小透鏡。樣本或實物放在具有足夠強度的光源光路上以按需照明。然後降低物鏡直到樣本非常接近但沒有正好處於透鏡的焦點上。離開樣本並穿過物鏡的光在顯微鏡中通常稱作中間像場的點處產生一個位於透鏡之後的倒立的放大實像。第二透鏡或目鏡具有較長的焦距並位於顯微鏡中，使得由物鏡產生的像位置接近目鏡短於一個焦距(即，處於透鏡的焦點之內)。來自物鏡的圖像此時變為目鏡的實物。因為此實物處於一個焦距之內，所以第二透鏡以產生倒立的放大虛像的方式折射光束。這是折射觀察者看到的最終圖像。
或者，普通無限空間或無限校正設計的顯微鏡採用具有無限共軛特性的物鏡，使得離開物鏡的光不聚焦，而是直到穿過管狀透鏡之後才會聚的平行光通量，其中在管狀透鏡處投影的圖像位於目鏡的焦點以備放大和觀察。很多顯微鏡、如上述的複合顯微鏡設計成通過目鏡向人眼提供一定質量的圖像。給顯微鏡連結一個機器視覺傳感器，如電子耦合器件傳感器(CCD)以使得可以在監視器上觀察圖像顯得很難。這是因為由傳感器提供並由人眼觀察的圖像與通過目鏡由人眼直接觀察的圖像相比質量下降。結果是用於放大、觀察、檢驗和分析小物品的常規光學系統通常需要細心注意通過目鏡監視過程的技術。為此原因，來自前述顯示在監視器或其它輸出顯示裝置上的圖像傳感器的機器視覺或基於計算機的圖像顯示不同於觀察者通過目鏡查收到的圖像質量。

發明內容
下面對本發明做一概述以便於對本發明的各方面提供基本的理解。此概述不是本發明的廣義綜述。它既不是本發明的認識關鍵或關鍵因素，也沒有勾畫出本發明的範圍。它的唯一目的在於以簡單的形式提供本發明的一些概念，作為後面給出的更詳細描述的一個序言。
本發明涉及一個實現光學成像系統的成像性能的系統和方法。關於幾個光學和/或成像系統參數，可以實現高於常規系統很多量級的性能(如，更有效分辨的放大率，更大的工作距離、提高的絕對空間解析度、增大的空間視場、增大的場深、大約為1的調製變換函數、不需要油浸沒物鏡和目鏡)。這通過對具有一個或多個接收體(如像素)的傳感器使用圖像轉移介質(如一個或多個透鏡、光纖介質或其它介質)來實現，使得傳感器的接收體被有效地定標(如映射、度量、投影、相配、縮小)，從而以與物方視場內的有限衍射點或光斑相關的標尺或大小佔據物方視場。由此實現被認作付立葉空間或「k空間」的空間頻率的帶通濾波，使得接收體的投影大小(從傳感器向實物空間的方向上的投影)被填充在k空間中。
換言之，適應、構成和/或選擇圖像轉移介質，使得實現向k空間的轉換，其中先驗的設計決定導致感興趣的是一空間或帶通頻率基本上被全部觀察到，並且k空間頻率之上或之下的頻率被減少。注意到k空間頻率之上或之下的頻率趨於造成模糊或對比度下降，並且通常與常規的光學系統設計有關，對調製變換函數和「光學噪音」定義本徵限制。這還表明本發明的系統和方法與常規的幾何近軸光束設計相牴觸或相反。因此，與常規系統有關的很多已知的光學設計限制通過本發明而減少。
根據本發明的一個方面，提供了一種定義物平面與像平面關係的調製變換函數(MTF)的「單元映射」的「k空間」設計、系統和方法。k空間設計把像平面像素或接收體投向物平面以促進一種優化的理論關係。這基本上由按照接收體的大小匹配的圖像傳感器接收體和投影的物平面單元(如，由物方視場中最小可分辨的點或斑限定的單元)之間一對一的對應來限定。k空間設計定義了「單元映射」或「單元匹配」起著「本徵空間濾波」的作用，表示k空間中(也稱作「倒易空間」)物和像的頻譜成份基本上匹配或量化。k空間設計提供的優點導致一個能夠伴隨著有關的增大的視場、景深、絕對空間解析度和利用乾物鏡成像的工作距離、例如無需採用常規的對前述參數有固有的本徵限制的油浸沒技術而有更有效可分辨的放大率的系統和方法。
本發明的一個方面涉及一種包括光學傳感器的光學系統，該光學傳感器有一個具有像素間距的光接收體陣列。與光學傳感器光學相關的透鏡以功能涉及光學系統的間距和理想的解析度的光學參數構造。結果是透鏡的操作基本上將實物中具有理想解析度的部分沿光路映射到一個相關的光接收體。
本發明的另一方面涉及一種設計光學系統的方法。該方法包括選擇具有多個光接收體的傳感器，該光接收體具有像素間距。為該系統選擇一個理想的最小光斑大小解析度，並提供根據像素間距和理想的最小光斑大小構成的透鏡或選取的現存透鏡，從而按照理想的解析度將多個光接收體映射到部分圖像。
通過下面的描述和附圖詳細地描述本發明的各個方面。但這些方面只表示了可以引用本發明原理的多種方式中的幾種，本發明包含所有的這些方面及它們的等同變換。通過下面結合附圖的詳細描述，本發明的其它優點和新穎特點將變得更加清晰。


圖1是根據本發明一個方面的圖像系統的框圖；圖2是根據本發明一個方面的k空間系統的簡圖；圖3是根據本發明一個方面的表示傳感器接收體的系統簡圖；圖4是根據本發明一個方面考慮的傳感器的曲線；圖5是根據本發明一個方面的調製變換函數的曲線；圖6是根據本發明一個方面涉及空間場數的結構特點的曲線；圖7是根據本發明的一個方面表示成像方法的流程圖；圖8是根據本發明的一個方面表示選擇光學參數的方法的流程圖；圖9是根據本發明的一個方面表示成像系統的框圖；圖10是根據本發明的一個方面表示模塊化成像系統的框圖；圖11-13表示根據本發明一個方面的另一成像系統；圖14-18表示根據本發明的應用實例。
具體實施例方式
本發明涉及一種光學和/或成像系統以及方法。根據本發明的一個方面，提供的k空間濾波器可以由成像轉換介質構成，圖像轉換介質例如是關聯圖像傳感器接收體與物方視場的光學介質。還可以採用各種照明源以實現一個或多個工作目標以及多項應用的適應性。本發明成像系統的k空間設計與常規的系統相比，促進了對具有大視場(FOV)的實質上高效分辨的放大率的圖像的捕獲和分析(如自動的和/或手動的)。這可以包括採用一種與較低放大率物鏡相關的小數值孔徑(NA)實現極高的有效分辨的放大率。結果是還可以實現實質上具有很大景深(DOF)的極高的有效分辨的放大率的圖像。k空間設計還便於採用實質上對位置的變化不敏感的勻質照明源，由此改進檢查和分析的方法。
根據本發明的另一方面，在以低和高功率有效分辨的放大率成像的操作可以維持物鏡到實物的距離(如，工作距離)，其中可以達到大約等於或大於0.1mm以及等於或小於20mm的典型間隔，與常規的顯微系統相反，常規的顯微系統需要非常小的(小到0.01mm)實物到物鏡的距離以兼容(例如，相同數量級)有效分辨的放大率值。另一方面，工作距離等於或0.5mm和等於或小於10mm。應該知道，本發明不限於以上述工作距離進行操作。在很多例子中採用了上述工作距離，但在一些例子中也採用了更小或更大的距離。還應注意，在本發明的一種或多種有效圖像放大水平中，一般不需要對物鏡實行油或是其它折射率匹配的物質或液體浸沒(如，基本上沒有獲得改進)，在包含採用「無限校正」的物鏡的系統的常規顯微光學設計改型中仍可實現超高有效分辨的放大率水平。
本發明的k空間設計限定，在物平面處小的「模糊圈」或有限衍射點/斑由設計的參數決定，從而通過對相關的實物和像場「單元映射」實物和像空間而基本上以一對一的對應關係匹配圖像傳感器接收體或像素。這樣能夠實現本發明改進的性能和能力。由數學原理產生k空間設計的一種理論上的可能性，即，因為實物和圖像的付立葉變換在k空間(也稱作「倒易空間」)形成，所以通過光學設計技術以及根據本發明的元件布局，傳感器應被映射到k空間中的物平面。應該知道，可以利用大量其它的變換或模型，按照本發明構造和/或選擇一個或多個元件。例如，可以類似地採用小波變換、拉普拉斯變換(s-變換)、z變換以及其它變換。
k空間設計不象按照幾何形狀、近軸光線軌跡和優化理論設計的常規光學系統，因為k空間優化使實物(組織樣本、顆粒、半導體)和圖像的頻譜成份在k空間相同並且因而被量化。因此，在本發明中對描述對比度與解析度和絕對空間解析度的調製轉換函數(MTF)基本上沒有固有的限制。例如在k空間的量化產生不能由常規的系統實現的基本上為整體的調製變換函數。注意，可以通過在k空間設計提供的「本徵空間濾波」中投影像素的「單元映射」而由很低放大率的物鏡實現高MTF、空間解析度和有效分辨的圖像放大率，其中很低放大率的物鏡具有理想的較低數值孔徑(如，一般小於50x，數值孔徑一般小於約0.7)。
如果需要，可以一起採用「無限校正」的物鏡與光學元件、照明及頻譜改變元件、偏振改變元件和/或對比度或相位改變元件。這些元件可以包含在「無限空間」中物鏡與像透鏡之間的光路上。光學系統的附件和改型由此可以定位成在此幾何形狀中可互換的模塊。與利用「無限校正」的物鏡的常規顯微成像器相反，k空間設計能夠通過「單元映射」原理最大地優化無限空間的幾何形狀。
這意味著對可以插入到「無限空間」幾何形狀中的附加元件的數量沒有特別的限制，如同在沒有光學校正的通常規定不多於2個附加元件的常規顯微系統中一樣。
如果需要，本發明還可以在操作中為多種不同的應用進行構建或重新構建「基本模塊設計」，從而在需要時既可以採用透射式照明，也可以採用反射式照明。這實際上包括所有機器視覺照明方案(如，暗場、亮場、相襯)以及其它的顯微透射技術(柯勒、阿貝)，並且可以包括頂照明及其改型。本發明的系統可以應用在多種剛性的光機電設計中，因為k空間設計實際上對環境和機械振動不敏感，並且因而一般不需要重型結構的機械設計以及隔絕常規顯微成像儀器有關的振動。如果需要，其它特徵可以包括數字圖像處理以及按照本發明(如計算機顯示器、印表機、電影、和其它輸出介質)產生的圖像的存儲(如，局域的資料庫、圖像數據向遠處計算機的傳輸以用於儲存和分析)和顯示。可以提供圖像數據的遠處信號處理以及通過例如在網絡或其它介質上聯通的相關數據包的圖像數據的通訊和顯示。
首先參見圖1，圖中展示了根據本發明一個方面的成像系統10。該成像系統10包括具有一個或多個接收體如像素或分散的光探測器的傳感器20(例如圖3中所示)，這些像素或分散的光探測器與圖像轉換介質30工作時相連。圖像轉換介質30用於或構造成在由傳感器20的位置建立的像平面上定標傳感器20與標號34所示的物方視場的比例。設置X和Y坐標的平面基準36以圖示傳感器20的外觀或實際大小與物方視場34的比例或縮小。箭頭38和40的方向表示傳感器20的外觀大小朝著物方視場34縮小的方向。
由圖像轉換介質30建立的物方視場34與包括進行顯微檢查的一個或多個物品(未示出)的物平面42的位置有關。注意，傳感器20基本上可以是包含一個或多個不同大小和形狀的接收體的任何大小、形狀和/或工藝(如數字傳感器、模擬傳感器、電荷耦合器(CCD)、CMOS傳感器、電荷注入器件(CID)傳感器、陣列傳感器、線性掃描傳感器)，其中的一個或多個接收體大小類似或與響應於從物方視場34中待查物品接收到的光(如，可見光、非可見光)的各個接收體成比例。如果需要，當從物方視場34接收到光時，傳感器20提供可以指向局域或遠處儲存裝置如存儲器(未示出)並通過計算機和相連的顯示器從存儲器顯示的輸出44，基本上沒有任何數字處理(如從傳感器存儲器向顯示器的直接位映射)介入。注意，也可以發生對從傳感器20接收到的圖像數據的局域或遠處信號處理。例如，可以把輸出44轉換成電子數據包並通過網絡和/或通過無限傳輸系統和協議轉換到遠處的系統以進行進一步分析和/或顯示。類似地，可以在輸出44轉換到後續計算機系統以進行進一步分析和/顯示之前將其儲存到局域計算機存儲器中。
在增強感興趣的預定k空間頻率、消減預定頻率之外的頻率的介質中由圖像轉換介質30提供的定標由新的k空間結構或設計決定。這樣在圖像轉換介質30內具有空間頻率的帶通濾波的效果，並且值得注意的是根據解析度而非放大率定義了成像系統10。如後面的詳細描述所述，由k空間設計決定的成像系統10的解析度促進了顯示和存儲圖像的多個特點，如高效分辨的放大率、高的絕對空間解析度、大的景深、較大的工作距離以及整體的調製轉換函數以及其它特點。
為了確定k空間頻率，確定傳感器20上相鄰接收體之間的「間距」或間隔、與相鄰接收體的中心-中心距離有關的間距以及單個接收體的近似大小或直徑。傳感器20的間距定義傳感器的泥奎斯特(Nyquist)「截止」頻帶。通過k空間設計加強的是此頻帶，而其它頻率被消減。為了展示如何在成像系統10中定標，在物平面42上顯示了很小的或有限衍射光斑或點50。有限衍射光斑點50代表圖像轉換介質30中由光學特性決定的最小可分辨的實物，下面將詳細描述。出於示例的目的，表示在視場34前面並具有按照傳感器20的間距決定的大小的定標的接收體54匹配或定標成與物方視場34中有限衍射光斑點50相同的大小。
換言之，傳感器20中任何給定大小的接收體通過圖像轉換介質30將大小有效地減小成大約與有限衍射光斑點50相同的大小(或大小匹配)。這樣還有以基本上傳感器20的所有接收體填充物方視場34的效果，各個接收體被適當地定標成類似於有限衍射點50的大小。如同後面的詳細描述，傳感器的特性與物方視場34內最小可分辨實物或點的匹配/映射就絕對空間解析度方面限定了成像系統10，並因而提高了系統的操作性能。
本發明可以配置照明源60以便光源的光子可以經物方視場34中實物的透射和/或反射，從而能夠激勵傳感器20中的接收體。注意，如果可能自發光的物體(如螢光或磷光生物或有機材料樣品、冶金材料、礦物材料、和/或其它無機材料等)發射足夠的輻射以激勵傳感器60，則本發明可以無需照明源60地使用。但根據本發明，發光二極體提供有效照明源60。基本上任何照明源60都可以採用，包括相干光源和非相干光源，可見和非可見波長。但對於非可見波光源，傳感器20將也適用。例如，對於紅外或紫外光源，將分別採用紅外或紫外傳感器20。其它的照明源60可以包括特殊波長的照明、寬帶照明、連續照明、選通脈衝照明光、科勒照明、阿貝照明、相襯照明、暗場照明、亮場照明和E照明。也可以採用透射或反射照明技術(如反射和散射)。
參見圖2，系統100展示了根據本發明一個方面的圖像轉換介質。圖1中所示的圖像轉換介質30可以根據上述k空間設計原理並尤其通過k空間濾波器110提供，該空間濾波器110被適應於、構成、被選擇來加強預定的k空間頻帶114且消減此頻帶之外的頻率。這通過確定間距「P」-傳感器(未示出)中相鄰接收體116之間的距離並確定濾波器110中光學介質的大小來實現，使得接收體116的間距「P」在尺寸上與有限衍射光斑120匹配。有限衍射光斑120可以由濾波器110中介質的光學特性決定。例如，光學介質如透鏡的數值孔徑限定了可以由透鏡分辨的最小實物或光斑。濾波器110執行k空間變換，使得間距的大小有效地與有限衍射光斑120的大小或標尺匹配、「單元映射」、投影、相關聯和/或縮小。
可以理解，可以提供大量的光學結構以實現k空間濾波器110。一種這樣的結構可以由非球面透鏡124提供，非球面透鏡適於執行k空間變換並從傳感器空間還原到物空間。另一種結構可以由多個透鏡配置128提供，其中選擇透鏡組合以提供濾波和定標。還有一種結構可以採用光纖錐132或圖像導管，其中以漏鬥形狀構造多個光纖或光纖陣列，從而執行傳感器向物方視場的映射。注意，檢測時光纖錐132通常在傳感器和實物之間物理接觸(如與顯微鏡滑座)。另一種可能的k空間濾波器的配置採用全息光學元件136(或其它衍射或相位結構)，其中通過全息圖(或其它衍射或相位結構)(如計算機產生的、光學產生的、和或其它方法產生的)構成基本上平坦的光學表面，從而根據本發明提供映射。
k空間濾波器110所能夠採用的k空間光學設計是基於傳感器的「有效的投影像素間距」，是一種從傳感器陣列元件背面經光學系統到物平面的物理尺寸導出的結構。共軛平面和光學變換空間通過這種方式與有效接收體的泥奎斯特「截止」頻帶或像素大小匹配。這使得有效分辨的圖像放大率和視場以及景深和絕對空間解析度最大。由此提供光學理論的新的應用，其不僅僅依賴於掌控常規光學元件和成像組合的近軸光線軌跡的常規幾何光學設計參數，還可以以下列方式描述這種情形。
在k空間中(也稱作「倒易空間」)形成實物和圖像的付立葉變換。通過本發明的k空間設計執行用於圖像優化的這種變換。例如，本發明採用的光學介質可以由標準的、較為價廉的「現成」元件設計，這些元件具有一種結構，其基本上對以下進行限定，即對所有的圖像和物方視場，「單元映射」或「單元匹配」實物和像空間。通過設計限定物平面上小的模糊圈或有限衍射光斑120，從而以基本上一對一的對應關係在像平面(如在選擇的圖像傳感器處)匹配像素，並且由此可以匹配像素陣列的付立葉變換。這意味著模糊圈被定標成大約與接收體或像素間距相同的大小。限定本發明，使得其構成一種本徵空間濾波器，如k空間濾波器110。這種設計的限定和實施使得k空間中的物和像的頻譜成份大致相等或量化。這也明確說明了傳感器的調製變換函數(MTF)(與空間解析度相反的比較)與物平面的MTF匹配。
圖3表示根據本發明另一方面的光學系統200。該系統200包括具有大量接收體或傳感器像素214的傳感器212。例如，傳感器212是傳感器像素214的M×N陣列，有M行和N列(如640×480，512×512，1280×1024等等)，其中M和N均為整數。雖然顯示的是總體上為正方形像素的矩形傳感器212，但應該理解，傳感器實際上可以是任何形狀(如圓形、橢圓形、六邊形、矩形等)。還應該理解，陣列內的各個像素214實際上也可以是任何形狀或大小，根據本發明的一個方面，任何指定陣列212中的像素214具有類似的大小和形狀。
實質上傳感器212可以採用任何包含一個或多個接收體(或像素)214的技術(如數字傳感器、模擬傳感器、電荷耦合器件(CCD)傳感器、CMOS傳感器、電荷注入器件(CID)傳感器、陣列傳感器、線性掃描傳感器)。根據本發明的一個方面，每個像素214的大小類似或成比例並響應於從待查物品接收到的光(如可見、非可見光)。
傳感器212與透鏡網絡216相連，其中透鏡網絡216是根據光學系統的性能要求以及傳感器212的間距大小構成。操縱透鏡網絡216以使由傳感器212的位置建立的像平面處的傳感器212(的像素214)與物方視場220成比例。物方視場220與包括一個或多個待查物品(未示出)的物平面222的位置有關。
當傳感器212接收到來自物方視場220的光時，傳感器212提供可以指向局域或遠處儲存裝置如存儲器(未示出)並通過計算機和相連的顯示器從存儲器顯示的輸出226，基本上沒有任何數字處理(如從傳感器存儲器向顯示器的直接位映射)介入。注意，也可以發生對從傳感器212接收到的圖像數據的局域或遠處信號處理。例如，可以把輸出226轉換成電子數據包並通過網絡轉換到遠處的系統以進行進一步分析和/或顯示。類似地，可以在輸出226轉換到後續計算機系統以進行進一步分析和/顯示之前將其儲存到局域計算機存儲器中。
透鏡網絡216提供的像素214的定標(或有效投影)由根據本發明一個方面的新穎的k空間結構或設計決定。透鏡網絡216的k空間設計增強了所感興趣的預定k空間頻率、消減了該預定頻帶之外的頻率。這樣在透鏡網絡216內具有空間頻率的帶通濾波的效果，並且值得注意的是就解析度而非放大率定義了成像系統200。如後面的詳細描述所述，由k空間設計決定的成像系統200的解析度促進了顯示和存儲圖像的多個特點，如具有高效分辨的放大率、相對高的絕對空間解析度、大的景深、較大的工作距離以及整體的調製轉換函數以及其它特點。
為了確定k空間頻率，確定傳感器20上相鄰接收體214之間的「間距」或間隔228。該間距(如像素間距)對應於相鄰接收體的中心-中心之間的距離，表示為228，當傳感器包括所有大小相等的像素時該間距約為單個接收體的大小或直徑。間距228定義了傳感器212的泥奎斯特「截止」頻帶。通過k空間設計加強的是此頻帶，而其它頻率被消減。為了展示如何在成像系統200中定標，在物平面222上顯示了所需的最小可分辨光斑大小的點230。例如，點230可表示由透鏡網絡216的光學特性決定的最小可分辨實物。即，透鏡網絡構造成具有使各個像素214在物方視場220上與點230的所需最小可分辨光斑的大小大致相等的尺寸匹配或成比例的光學特性(如，放大率、數值孔徑)。出於示例的目的，定標的接收體232表示在視場220前面並具有按照傳感器212的間距228決定的大小，其大致與點230相同。
通過圖示，透鏡網絡216被設計成有效地將傳感器212處的每個給定接收體(如像素)214縮小到大致與點230的大小相同的大小(如，大小匹配)，典型的是可由系統210分辨的最小光斑大小。應該理解，點230可以選為如同由衍射法則(如有限衍射光斑大小)決定的透鏡網絡216中一種表示可由光學特性決定的最小可分辨實物的大小。由此可將透鏡網絡216設計成將傳感器212的每個像素214有效地定標為任何等於或大於有限衍射光斑大小的尺寸。例如，可以選擇可分辨的光斑大小以提供滿足這些標準的任何所需的圖像解析度。
選擇所需的解析度(可分辨的光斑大小)之後，設計透鏡網絡216以提供放大率，由此將像素214定標到物方視場220。這具有用傳感器212的基本上所有的接收體填充物方視場220的效果，各個接收體被適當地定標為與點230的大小類似，而點230的大小對應於所需的可分辨的光斑大小。傳感器特性與物方視場220中理想的(如最小的)可分辨實物或點230的匹配/映射根據絕對空間解析度定義了成像系統200，並根據本發明的一個方面提高了系統的操作性能。
通過進一步的圖示，為了提供按照此示例的單元映射，假設傳感器陣列212提供大約為10.0微米的像素間距228。透鏡網絡216包括物鏡234和第二透鏡236。例如，物鏡234可以設置成與第二透鏡236無限共軛，物鏡和第二透鏡之間的間隔靈活可變。透鏡234和236彼此相關，從而實現從傳感器陣列220限定的傳感器空間到物平面222定義的物空間的減小。注意，基本上所有的像素214都被投影到由物鏡234限定的物方視場220。例如，各個像素214通過物鏡234定標成約為理想的最小可分辨光斑大小的尺寸。在此實例中，像平面222處的理想解析度是一微米。因此，以十倍的放大率將十微米的像素背投到物平面222並將其縮小到一微米的大小。
陣列212以及相關的像素214的大小的縮小可以通過選擇轉換透鏡236具有大約150毫米的焦距「D2」(從陣列212到轉換透鏡236)並通過選擇物鏡具有大約15毫米的焦距「D1」(從物鏡236到物平面222)實現。通過這種方式，像素214的大小被有效地縮小到大約1.0微米每個像素，由此與理想的可分辨的光斑230大小匹配並用實質上縮小的像素陣列填充物方視場220。可以理解，也可以採用其它的一個或多個透鏡配置以提供理想的定標。
鑑於前述，本領域的技術人員將可以知道，根據本發明的一個方面，光學介質(例如透鏡網絡216)可以由標準的、較為價廉的「現成」元件設計，這些元件具有一種結構，其基本上對以下進行限定，即對所有的圖像和物方視場，「單元映射」或「單元匹配」實物和像空間。透鏡網絡216、尤其是物鏡234在k空間(也稱作倒易空間)執行物和像的付立葉變換。就是這種變換通過本發明的k空間設計進行圖像的優化。
物平面中的小模糊圈或艾裡斑(Airy disk)通過設計限定，在像平面(如選擇的圖像傳感器處)中基本上與艾裡斑一對一對應的使像素匹配並且可以使像素陣列的付立葉變換匹配。這意味著通過光學設計，艾裡斑通過透鏡網絡216定標成大約與接收體的大小或像素間距相同。如上所述，限定透鏡網絡216，從而構成一個本徵空間濾波器(如k空間濾波器)。這種設計的限定和實施能夠使得k空間的物和像的頻譜分量大致相同或量化。這樣也明確了傳感器的調製變換函數(MTF)(對比度與空間解析度的比較)可以與根據本發明一個方面的物平面的MTF匹配。
如圖3所示，k空間定義為物鏡234和第二透鏡236之間的區域。注意，基本上按照單元或k空間映射來縮小、映射和/或投影傳感器陣列212到物方視場220的任何光學介質、透鏡類型和/或透鏡的組合都處於本發明的範圍之內。
為了說明圖3所示透鏡/傳感器組合的新穎性，注意到，按照常規幾何近軸光線技術的大小的常規物鏡通常做成與物鏡提供的放大率、數值孔徑、焦距和其它參數相符的大小。因此，該物鏡的大小將做成具有比後續透鏡大的焦距，其中該後續透鏡接近或較接近傳感器(常規顯微鏡中的目鏡)，以便提供小實物的放大。這樣可以導致小實物在物平面放大，穿過傳感器的「部分」投影成實物的放大的像，並造成已知細節的模糊(如瑞利(Rayleigh)散射和光學元件的其它限制)，空放大問題以及傳感器其它問題中的泥奎斯特混疊失真。本發明的k空間設計以不同於常規幾何近軸光線設計原理地另一種方式進行。即，操作物鏡234和第二透鏡236以提供傳感器陣列212到物方視場220的尺寸縮小，正如透鏡的關系所證實。
本發明可以配置照明源240以便該光源的光子可以經物方視場234中實物的透射和/或反射而激勵傳感器212中的接收體。注意，如果可能自發光的物體(如具有前述發光特性的實物或樣本等)發射足夠的輻射以激勵傳感器12，則本發明可以無需照明源240地使用。基本上任何照明源240都可以採用，包括相干光源和非相干光源，可見和非可見波長。但對於非可見波長光源，傳感器212將也適用。例如，對於紅外或紫外光源，將分別採用紅外或紫外傳感器20。其它合適的照明源240可以包括特殊波長的照明光、寬帶照明光、連續照明光、選通脈衝照明光、科勒照明、阿貝照明、相襯照明、暗場照明、亮場照明和頂照明等。也可以採用透射或反射照明技術(如反射和散射)。
圖4表示X軸上投影的像素大小與Y軸上有限衍射光斑解析度大小「R」之間的映射特性曲線300和比較。曲線300的頂點310對應於投影的像素大小和有限衍射光斑大小之間的單元映射，表示根據本發明的透鏡網絡和傳感器之間的優化關係。
可以理解，通常應不選擇物鏡234(圖3)，使得最小可分辨實物的有限衍射光斑大小「R」小於投影的像素大小。否則將會發生「經濟浪費」，其中更多精確的信息將丟失(如，選擇比所需要的更貴的物鏡，如具有更大數值孔徑的物鏡)。這表示成在標號330右邊的劃分線320，表示投影的像素340大於兩個較小的衍射光斑350。相反，在選擇具有有限衍射性能的大於投影像素大小的物鏡時，會發生模糊和空放大。這表示成標號360左邊的劃線320，其中投影像素370小於有限衍射光斑實物380。但可以知道，即使在投影的像素大小和有限衍射光斑之間達不到基本上一對一的對應，也可以以次於優化匹配(如從曲線300的頂點3 10到線條320左側或右側縮小0.1％、1％、2％、5％、20％、95％)的條件構成系統並根據本發明的一個方面提供合適的性能。因此，意中的次優化匹配也意在落入本發明的實質和範圍之內。
還知道，圖3所示系統中的透鏡直徑應該被做成這樣的大小，即當執行從物空間到傳感器空間的付立葉變換時，處於上述通帶區域的感興趣的空間頻率(用於限定像素的大小和形狀的頻率)基本上不衰減。這通常意味著應該選擇較大直徑的透鏡(如大約10～100毫米)以消除感興趣的空間頻率的衰減。
參見圖5，圖中示出了本發明的調製變換函數400。在Y軸上展示了從0到100％的調製比例，定義了黑白之間的對比度百分比。在X軸上，以微米的間隔展示了絕對空間解析度。線條410表示調製百分比在空間解析度變化時基本上保持大約100％的恆定。因此，對於本發明，調製變換函數大約為1，高達傳感器的信噪比靈敏度的限度。出於圖示的目的，常規光學設計的調製變換函數由線條420表示，它可以是一條指數漸近曲線，以隨調製百分比(對比度)的減小而總體上減小空間解析度為特徵。
圖6表示本發明可量化的靈敏度(FOM)特徵，主要以兩個因素限定絕對空間解析度(RA，微米)表示在Y軸上；表示在曲線500的X軸上的視場(F，微米)。稱作「空間場數」(S)的合理的FOM表示成前面兩個量之比，較大的S值適於成像S＝F/RA線條510表示FOM在視場上以及在比常規系統增強的絕對空間解析度的不同值上基本上保持恆定。
圖7、8、14、15和16表示根據本發明實現成像性能的方法。為了簡化解釋的目的，展示並描述了本方法的一系列動作，但應該知道，本發明不限於這些動作的順序，因為本發明的一些動作可以以不同所示的順序和/或與其它的動作同時發生。例如，本領域的技術人員將會理解，該方法也可以表示成一系列相關的狀態或事件，如狀態簡圖。而且也並非需要所有示出的動作來執行本發明的方法。
轉過來看圖7的610，選擇透鏡以提供單元映射和k空間設計的優化，其中該透鏡在大致相同大小的像素處具有有限衍射光斑特性。在614處，還選擇透鏡特性以消減k空間中空間頻率的減少。如上所述，這一般意味著選擇較大直徑的光學元件以消減感興趣的理想的k空間頻率的衰減。在618處，選擇透鏡結構，使得在由傳感器位置限定的像平面上具有間距「P」的像素按照距離物方視場大約為有限衍射(如，單元映射)的光斑大小的間距定標。在622，通過為直接顯示而從實時監測和/或儲存在存儲器中數據的傳感器中向計算機顯示器輸出數據，和/或在存儲器內進行後續的局域或遠處圖像處理和/或分析。
圖8表示可以用於設計根據本發明一個方面的光學/成像系統的方法。該方法起始於700，在該步中為系統選擇一個合適的傳感器陣列。傳感器陣列包括一個具有已知間距大小的接收體像素矩陣，已知的間距大小通常由製造商確定。該傳感器實際上可以有各種形狀(如，矩形、圓形、正方形、三角形等)。通過圖示，假設選擇的是640×480像素的傳感器，具有10μm的間距大小。應該知道，可以根據本發明為各種類型和/或大小的傳感器設計光學系統。
接下來，在710步，定義圖像的解析度。圖像的解析度對應於像平面上最小的理想的可分辨光斑大小。圖像解析度可以根據被設計的光學系統的應用來定義，如大於或等於最小有限衍射光斑大小的解析度。因此，應該理解，解析度成為一種可以量身定做的可選擇的設計參數，從而為實際上任何類型的應用提供理想的圖像解析度。相反，最常規的系統趨於按照瑞利散射限制解析度，對給定的波長提供不能超過衍射限度的本徵空間解析度。
選擇了理想的解析度(710)之後，在720步確定適當量的放大率。例如，使放大率與傳感器的像素間距和最小的可分辨光斑大小功能性地相關。放大率(M)可以表達如下M＝x/y 方程1
此處，x是傳感器陣列的像素間距；和y是理想的圖像解析度(最小光斑大小)。
因此，對於上述像素間距為10μm並假設理想的圖像解析度為1μm的實例，方程1提供了十倍放大的光學系統。即，該透鏡系統構造成向物平面背投10μm的像素並將各個像素縮小為1μm可分辨的光斑大小。
圖8的方法還包括在730步確定數值孔徑。數值孔徑(NA)按照已經建立的衍射法則確定，使物鏡的NA與在步驟710確定的光學系統的最小可分辨光斑大小相關。通過該實例，可以根據下列方程計算NANA＝0.5λ/y 方程2此處，λ是用在光學系統中的光的波長；和y是最小光斑大小(如，在710步確定的大小)。
繼續本例，其中光學系統具有y＝1μm的可分辨光斑大小，並且假設大約有500nm(綠光)的波長，NA＝0.25，滿足方程2。注意，市售的較為廉價的放大率為10倍的物鏡提供0.25的數值孔徑。
應該知道，NA、波長和方程2表示的解析度可以根據考慮到物鏡和聚光器的性能的各種因素以不同的方式表述。因此，根據本發明的一個方面，在步驟730的確定不限於任何具體的方程，而是簡單地遵循普通的物理定律，其中NA功能性地與波長和解析度有關。根據選取的傳感器設計透鏡參數之後(700)，可以布置相應的光學元件，從而根據本發明的一個方面提供光學系統(740)。
為了圖示的目的，假設按照圖8的方法建立的光學系統用於顯微數字成像。在經典的顯微術中，通過比較進行成像並分辨大小接近1微米(以及更小)的結構，通常需要上百倍的放大率。其基本原因在於對於選擇的傳感器是人眼的情形按照傳統地設計這些光學元件。相反，圖8的方法考慮到傳感器後設計光學系統，該光學系統以降低的成本提供顯著增強的性能。
在k空間設計法中，根據本發明的一個方面，在具有已知的固定尺寸的分散傳感器周圍設計光學系統。結果是該方法提供更直接的、結實的不貴的光學系統設計方式，將傳感器的大小「背投」到物平面上並計算放大因子。該方法的第二部分使提供放大的光學元件具有足夠的NA，從而光學地分辨與背投的像素有類似尺度的光斑。有利的是根據本發明的一個方面設計的光學系統可以利用常規的和/或現成的元件。因此，對於本實例，可以採用根據本發明一個方面的便宜的光學元件獲得合適的結果，但校正良好的顯微鏡光學元件卻不貴。如果利用常規設計的光學元件，則根據本發明的一個方面，允許的放大率以及數值孔徑的範圍變得有實效，並且可以在利用現成光學元件時可以實現一些性能增益。
鑑於結合圖1-8所述的上述原理，可以通過本發明實現並提高大量相關的成像應用。例如，這些應用可以包括但不限於成像。控制、檢查、顯微和/或其它自動分析，如(1)生物醫學分析(如細胞菌落數測定法、組織學、冷凍切面、細胞學、血液學、病理學、腫瘤學、螢光分析、幹涉法、相位和許多其他臨床顯微鏡應用)；(2)確定粒子大小的應用(如醫藥製造、塗料製造、化妝品製造、食品加工工藝等)；(3)空氣品質監測和空中浮遊顆粒的測量(如，清潔室的鑑定、環境鑑定等等)；(4)光學缺陷分析和對透明和不透明材料的高分辨顯微監測的其它要求(如在冶金學中，自動半導體檢測和分析，自動觀察系統，3-D成像等等)；(5)成像技術，如照相機、複印機、傳真機和醫療系統。
圖9、10、11、12和13表示了一些可以採用參考圖1-8所述的原理構造的系統實例。圖9是適用於本發明成像系統800中光路的流程圖。
系統800採用光源804，該光源發射由聚光器808接收的照明光。聚光器808的輸出可以通過摺疊反射鏡812導向顯微鏡聚光器816，該聚光器將照明光投到滑動臺820上，其中的實物(未示出，位於滑動臺的頂部或滑動臺之內)可以按照本發明成像。滑動臺820可以通過計算機824和相連的滑動進料機構828自動(和/或手動)定位，以便在由物鏡832限定的視場內對一個或多個實物成像。注意，系統800中展示的物鏡832和/或其它元件可以通過計算機824和相連的控制機構(未示出)(如，侍服電機、管狀滑動臺、線性和/或旋轉位置編碼器、光的、磁的、電子的或其它的反饋機構、控制軟體等)被手動和/或自動調節，從而實現不同的和/或理想的圖像特性(如出現在視場中的實物的放大、聚焦、景深燈)。
從物鏡832輸出的光可以通過選用的分束器840導向，其中分束器840與包括光整形元件844和相連的光源848的頂照明(Epi-illumination)部分842一起起作用(從上面的滑動臺820對實物照明)。通過分束器840的光被成像透鏡850接收。從成像透鏡850的輸出經摺疊反射鏡860導向CCD或其它成像傳感器或器件854。CCD或其它成像傳感器或器件854把從實物接收到的光轉換成數字信息以轉換到計算機824，實物的圖像可以實時顯示給用戶和/或儲存到存儲器864。如上所述，限定由CCD或其它成像傳感器或器件854捕獲的圖像的數字信息可以通過計算機824將路由選擇成給顯示器/存儲器864的位映射信息。如果需要，可以執行圖像處理，如自動比較預定的樣品與或圖像，從而確定待檢實物的本性和/或分析待檢實物。這樣還可以包括採用基本上任何類型的圖像處理技術或可以應用到存儲器864中的捕獲的圖像數據的軟體。
圖10是表示根據本發明的一個方面進行成像設計的一種模塊實例的系統900。該系統900可以是基於傳感器陣列910(如，設置有現成的相機)，傳感器陣列的像素間接約為8μm(或其它尺寸)，陣列的大小可以從640×480變化到1280×1024(或如上所述的其它尺寸)。系統900包括一種模塊設計，其中各個模塊實際上與其它的模塊隔絕，由此減小排列容限。
模塊可以包括·相機/傳感器模塊914，包括成像透鏡916和/或摺疊反射鏡918；·頂照明模塊920，用於插入到k空間區域922；·樣品持著和呈現模塊924；·包括聚光器934的光束整形模塊930；和·子臺座照明模塊940。
注意，系統900可以有利地採用市售的元件，如
·用於照明演示的聚光器元件934(NA＜＝1)；(如，Olympus U-SC-2)·標準的平面/消色差物鏡944，其光焦度和數值孔徑、如(4x，0.10)、(10x，0.25)、(20x，0.40)、(40x，0.65)選為滿足理想的特性，對於給定的放大率，在物平面上投影的像素間距尺寸上類似於光學元件的有限衍射光斑可分辨光斑。
·(如，Olympus1-UB222，1-UB223，1-UB225，1-UB227)例如在成像透鏡916用作一個f＝150mm的消色差的三合透鏡時，系統900利用物鏡944和成像透鏡916之間的無限空間(k空間)在922處的k空間區域進行附件和/或附加的光學元件、模塊、濾波器等等的插入。另外，可以提供物鏡944和成像透鏡916之間的無限空間(k空間)以進行光(通過光形成路徑)向光路中的入射，用於頂照明。例如，用於頂照明的光束形成路徑可以包括·光源950，例如由電流穩定的電源驅動的LED；(如，HP HLMP-CW30)·透射全息攝影，用於光源均勻以及在950處的空間虛光源的組裝；(如，POC光束整形擴散聚酯膜30°的FWHM)·在960處的可變孔徑，將光源950的NA限制到成像光學元件的NA，由此消除進入到成像光路中的發散光的效果；·(如，Thrlabs光闌SM1D12 0·5-12·0mm孔徑)·在960處採用的會聚透鏡，使從虛光源950收集的光最大化，並使該光源的k空間特性與成像光學元件的特性匹配；和·(如，f＝50mm的非球面透鏡，f＝50mm的消色差雙合透鏡)·部分反射分束器964，用於形成共軸光路和圖像路徑。例如光學元件964在第一表面上提供50％的反射率(以45°的斜率)，並且被寬帶抗反射地塗覆在第二表面上。
子臺座照明模塊940由一種基本上類似於上述頂照明的配置提供，例如·光源970(由穩流電源驅動的LED)(如，HP HLMP-CW30)
·透射全息攝影(與光源970相連)，用於勻化光源和重組空間虛光源的目的(如，POC光束整形擴散聚酯膜30°的FWHM)·會聚透鏡974，用於使從虛光源970收集的光最大化，並使該光源的k空間特性與成像光學元件的特性匹配；和·(如，f＝50mm的非球面透鏡，f＝50mm的消色差雙合透鏡)·可變孔徑980，將光源970的NA限制到成像光學元件的NA，由此消除進入到成像光路中的發散光的效果；·(如，Thrlabs光闌SM1D12 0·5-12·0mm孔徑)·反射鏡988，用於轉折光路90°並提供微調，以便精確地對準光學模塊；和·中繼透鏡(未示出)，用於將可變孔徑980的圖像精確地定位到物平面(在滑塊990一側)，由此與全息擴散器適當地配置一起，實現科勒照明。
(如，f＝100mm的簡單平凸透鏡)如上所述，提供計算機994和相連的顯示器/存儲器998，從而實時顯示和/或儲存/處理根據本發明捕獲的數字圖像。
圖11表示根據本發明一個方面的系統1000。在此方面，子臺座照明模塊1010(如科勒、阿貝)可以經透射滑塊1020(未示出，待檢的實物)投射光束，其中消色差的物鏡1030從滑塊接收光束並將光束導向1040處的圖像捕獲模塊。注意，消色差物鏡1030和/或滑塊1020可以手動和/或自動控制，從而定位待檢實物和/或定位物鏡。
圖12表示根據本發明另一方面的系統1100。在此方面，頂臺座或頂照明模塊1110可以向不透明滑塊1120(未示出，待檢實物)投射光束，其中物鏡1130(可以是複合透鏡或其它類型)接收來自滑塊的光束並將光導向圖像捕獲模塊1040。如上所述，物鏡1130和/或滑塊1120可以手動和/或自動控制以定位待檢實物和/或定位物鏡。圖13表示類似於圖11中系統1000的系統1200，除了採用複合物鏡1210替代消色差物鏡外。
以上結合圖1-13所述的成像系統和過程可以用於捕獲/處理樣品的圖像，其中成像系統與處理器或讀出由成像系統產生的圖像的計算機耦合，並比較該圖像與以各種當前的存儲技術儲存的插件板數據(on-board data)中各個的圖像。
例如，計算機可以包括一種分析元件以執行比較。圖像處理中採用的一些算法可以包括但不限於卷積(多種其它算法的基礎)、FET、DCT、細化(thinning)(或框架化)、邊緣探測和對比度增強。這些通常以軟體進行，但為了提高速度也可以採用特殊目的的硬體。FFT(快速付立葉變換)是一種計算一組離散的數據值的付立葉變化的算法。給出一組有限的數據點，例如是從實部空間信號中提取的周期性樣品，則FFT以其頻率組份的形式表示該數據。同時，還考慮涉及由頻率數據重構信號基本一致的反轉。DCT(離散的餘弦波形)是一項把波形表述為餘弦加權和的技術。有各種為圖像處理設計的現存的程序語言，包括但不限於IDL、Image Pro、Matlab和許多其它語言。對同時還可以寫下以執行功能的圖像操作和分析的特別和定製圖像處理算法沒有特別限制。
本發明的k空間設計還允許包含在圖像中的付立葉頻率信息與儲存的信息直接光學相關聯，從而對給定的樣品實物執行實時的光學相關的圖像處理分析。
圖14表示可與前述系統及過程一起採用的度量顆粒大小的應用1300。鑑於根據前述的k空間設計原理，度量顆粒的大小可以包括顆粒的實時、閉路/開路監視、產品以及控制。這可以包括對具有類似或不同大小的各種顆粒(n種不同的大小，n為整數)的自動分析和探測技術以及m種形狀/尺度顆粒的識別。在本發明的一個方面，探測和分析所需顆粒的大小可以通過直接測量的方式實現。這意味著每個像素的絕對空間解析度直接在線性測量單位上涉及(或實際上)成像的顆粒，基本上不考慮顆粒介質和相關的顆粒分布。直接測量一般不建立模式但以任何給定的樣品提供圖像顆粒的計量和形態。這消減了模式算法、統計算法的處理和現行技術呈現的其它模式限制。問題由此變成樣品處理和形成之一，其提高了測量的準確和精確度，因為如果需要，顆粒數據被直接成像和測量而不被模型化。
進行到度量顆粒大小的應用1300的1310步，確定顆粒大小的圖像參數。例如，如前所述，可以構成基本的器件設計用於以每個像素理想的絕對空間解析度和有效分辨的放大率成像。這些參數決定視場(FOV)、景深(DOF)和工作距離(WD)。實時測量可以通過以選定的計時間隔、以通常的視頻速率和/或以理想的圖像捕獲速率的實時成像來實現。實時成像可以通過對後續圖像過程在選定的時刻捕獲圖像來獲得。非同步的成像可以通過在選定的時刻捕獲圖像、在選定的時刻對儀器脈衝照明以及對後續圖像處理的佔空比來實現。
在1320，選取樣品引進過程以進行自動(或手動)分析。樣品可以引入到根據本發明以下列(但不限於)任何一種成像過程適用的成像裝置中1)所有先前描述的方法以及透射介質；2)透明小容器、滑塊和/或透射介質中的各個手動樣品；3)氣體或液體的連續顆粒流；4)對於用於反射成像的成像裝置，樣品可以是不透明的並放置在不透明的「載體」(自動和/或手動)上，基本上不涉及材料分析。
在1330，構成一種過程控制和/或監視系統。通過直接測量顆粒的特性(如可以自動確定的大小、形狀、形態、界面、分布、密度、封裝部分和其它參數)來實施過程的實時、閉路和/或開路監視、產品(如顆粒大小周圍的閉路)及控制。可以理解，雖然在給定的顆粒樣品上進行直接測量技術，但如果需要也可以對成像的樣品實施自動算法和/或處理。而且，基於直接測量的顆粒特徵裝置實際上可以安裝在製造過程中的任何指定點以監視和聯繫顆粒的特性，以便於通過直接測量進行過程控制、質量控制等。
在1340，可以選擇多種不同的樣品進行分析。例如，可以在連續流動、周期、和/非同步的過程中引入前述任何形式的顆粒樣品，以在做為過程閉合反饋迴路系統的一部分的裝置中進行直接測量，從而控制、記錄和/或傳遞給定類型的樣品的顆粒特性(如果需要，也可以包括開路技術)。非同步和/或同步(第一用由一個事件發送的觸發信號、或由一個產生觸發信號激勵成像的事件或實物所發送的觸發信號來限定成像，第二用發送給觸發器照明的計時信號來限定成像。)非同步和/或同步成像可以通過脈動照明源實現，以基本上任何顆粒流速與理想的像場複合。這可以通過例如計算機和/或通過「觸發器」機構、可以是機械的、光學的和/或電的來控制，以給定的佔空比閃亮或閃滅滑動臺的照明，使得圖像傳感器捕獲、顯示和激勵用於處理和分析的圖像。這樣提供了指定的照明和成像的直接過程，可以有效定時地「停止行動」—或是相反，「凍結」介質中流動顆粒的運動。另外，這使得像場中的樣品能夠捕獲場內的顆粒以便於後續的圖像處理和分析。
實時(或基本上實時)、閉路和/或開路監視、製造和通過基於k空間的過程控制、在1340步的顆粒特性的直接測量可以應用到很寬的處理範圍，包括(但不限於)陶瓷、金屬粉末、醫藥製品、水泥、礦物、礦石、塗層、粘合劑、色素、染料、碳黑、過濾材料、爆炸物、食物、預製劑、健康及美容乳劑、聚合物、塑料、膠束、飲料-和更多基於顆粒的需要過程監視和控制的物質。
其它的應用包括但不限於●儀器校準和標準；●工業-衛生研究●材料研究●能量及燃燒研究●柴油機和汽油機尾氣測量；●工業尾氣抽樣；●基本氣溶膠研究；●環境研究；●生物-氣溶膠探測；●醫藥製品研究；●健康和農業試驗；●吸入中毒性；和/或●過濾測試在1350步，會發生基於軟體和/或硬體的計算機化的圖像處理/分析。本發明採用的裝置發出的圖像基本上可以以任何硬體和/或軟體過程進行處理。基於軟體的圖像處理可以通過常規的軟體和/或商業化的軟體實現，因為圖像文件格式是數字格式(如，捕獲的顆粒的位映射)。
也可以通過下列方式提供分析、確定特徵等例如，分析可以是基於計量學的(基於直接測量)和/或比較性(基於數據)的。
比較分析可以包括對已知顆粒的圖像數據的資料庫和/或其改型進行比較。高等的圖像處理可以在實時和/或周期性的樣品測量中進行特徵化並編目。可以按照需要捨棄和/或記錄數據，而與已知的樣品特徵匹配的數據可以開始適當選取的響應。另外，適用於本發明裝置可以連接在任何數據轉換過程中以用於通訊。這可以包括無線、寬帶、電話數據機、標準遠程通信、乙太網或其它網絡協議(如，網際網路、TCP/IP、藍牙、電纜TV傳輸及其它)。
圖15表示根據本發明一個方面的可與前述系統和過程一起採用的螢光應用1400。適用於本發明k空間系統有一個照明系統，該系統包括一個低強度光源1410，如發光二極體(LED)，發射波長約為250～400nm的光(如紫外光)。LED可以用於提供在此處所述的頂照明、透射照明(或其它方式的照明)。LED(或其它低功率照明)的使用也使得能夠波導照明，其中UV激發波長進入到支撐待測試實物1420的平面表面，使得UV光的迅衰波耦合可以在實物內激發螢光。例如，可以在實物位於其上的襯底的直角方向提供UV光。在1430，LED(或其它光源或它們的組合)可以在預定的時間周期內發光和/或控制成以選通脈衝的方式按所需的脈衝速率發射光束。在1440步，以1430步決定的周期對實物實施激勵。在1450步，在激發周期內對實物進行自動和/或手工分析。
通過圖示，對紫外線敏感的實物響應於光源發出的UV光的激勵而發螢光。螢光是材料(有機的或無機的)的一種狀態，其中材料在吸收激發光的同時繼續發射光。螢光可以是材料(如，自發螢光)的固有特性或可以是被感應的，如通過採用螢光著色劑或染料。染料對特定的蛋白質或其它接收體可以具有吸引力，從而便於發現與實物有關的不同狀態。在一個特例中，螢光顯微術和/或數字成像提供了一種研究各種顯示出發射二次螢光的材料的方式。
通過進一步的實例，UV LED(或其它光源)可以在短時間周期內產生強烈閃爍的UV輻射，在很短的時間(如毫秒～秒)之後由傳感器(適應於激發波長的傳感器)構成圖像。這種模式可以用於研究被測試實物(或樣品)的螢光成分的時間衰減特性。這對於實物的兩部分(或不同的樣品)會在相同的連續照明下有基本上相同的螢光響應、但可能有不同的發射衰減特性的情況是很重要的。
做為利用低功率UV光源、如LED的結果，從光源發出的光可以造成被測試實物的至少一部分發射光，發射的光通常不是紫外波長。因為至少一部分實物發螢光，前或後螢光圖像可以與實物發螢光期間獲得的圖像相關，由此確定實物的不同特性。
相反，最常規的螢光系統構造成輻射樣本並再分離非常弱的再輻射螢光與較亮的激發光，一般的是通過濾波器。為了能夠探測到螢光，常規的系統通常需要功率強大的光源。例如光源可以是汞燈或氙弧光(噴)燈，其產生足以對螢光樣本成像的高強度照明功率。除了發熱(如，典型的是100-250瓦的燈)外，這些類型的光源一般具有很短的工作壽命(如10-100小時)。另外，這些常規光源的電源通常包括計時器以助於跟蹤使用的小時數，因為弧光燈如果用得超過它們的額定壽命，易於變得無效並易於破損。而且，汞燈通常不能在紫外到紅外的譜段上提供均勻的強度。這通常需要精確地濾波以去除不需要的光波長。
因此，將會理解，根據本發明的一個方面，利用UV LED提供基本均勻強度的所需UV波長，從而消減功耗以及使用其所產生的熱。另外，LED光源的更換成本也顯著地低於常規燈泡。
圖16表示根據本發明一個方面的薄膜應用1500。通常，膜和薄膜可以根據薄層(以適當的方式沉積到選擇的不同襯底上一些材料或多種材料的、從分子厚度變到微觀厚度再變到宏觀厚度)來確定特徵，並且可以包括(但不限於)下列任何一個金屬塗層(如反射式的，包括部分、不透明和透射式)、光學塗層(如，幹涉、透射、抗反射、帶通、阻擋、保護性的、多塗層等)、電鍍(如，金屬的、氧化的、化學的、抗氧化的、熱的等)、導電的(如沉積並構建的宏觀和微觀電路)、光學導體的(如，折射率變化的沉積的光學材料、微觀-和宏觀「電路」)。還可以包括任何襯底上的其它塗層和層狀膜以及膜狀材料，可以通過以不同方式沉積來特徵化，從而在所述的襯底上以理想的厚度、堅固性、連續性、均勻性、黏附性以及其它與任何給定的沉積膜有關的參數留下一些材料的理想層。有關的薄膜分析可以包括微泡探測、微小的碎片、沉積的裂痕等。
繼續進行到1510步，根據本發明的一個方面為薄膜分析構造k空間系統。對於薄膜檢查和特徵化的問題應用的k空間成像裝置可以用於識別並特徵化薄膜或膜中的裂紋。此系統可以用於進行1)手動觀察具有所有類型的沉積膜的襯底；2)自動觀察/分析並特徵化帶有所有類型的沉積薄膜的襯底以用於合格-不合格檢查；3)自動觀察並特徵化具有所有類型的沉積薄膜的襯底以用於計算機控制的比較沉積，這可以包括用於查對、鑑定等向選取的、寫入記錄介質(例如CD-ROM，DVD-ROM)的圖像數據。
可以構造k空間裝置用於以每個像素理想的絕對空間解析度(ASR)和理想的有效分辨的放大率(ERM)進行成像。這些參數用於確定FOV、DOF和WD。這可包括基於物鏡的設計結構和/或消色差設計結構(如對於寬的FOV和適中的ERM和ASR)。可以根據檢驗參數選擇照明以做為透射照明和/或頂照明。
在1520步，以由下述步驟掃描的方式將襯底安置在成像器中1)通過光學掃描的方法移動光學成像路徑2)標引通過機械運動和控制直接測試的實物(如，通過計算機的自動標引或通過操作者的手工標引)。這樣便於按照需要檢查整個表面或部分表面。
如上所述，在度量顆粒大小的上文中，可以以通常的視頻速率和/或圖像捕獲速率對各個掃描區域(如FOV確定的區域)提供以選定的計時間隔和/或實時進行非同步成像。對於後續的成像過程可以以理想的頻率捕獲被標引的和/或被掃描區的圖像。另外，樣品可以以手動和/或自動的方式從「饋進機構」如從傳輸系統引入到裝置中。
在1530步，確定並應用對於薄膜應用的工作參數。典型的工作參數可以包括(但不限於)1)對各種裂紋和特徵成像，包括但不限於顆粒和薄膜表面(或之內的孔)；2)按照反射和透明表面的需要變化的模塊設計；3)通過大小、位置和/或數量對連續標引(和/或「掃描」)的圖像區(具有標引標識和各個樣品表面的總數)進行自動的表面裂紋的計數和分類；4)缺陷的登記位置以用於後續的手工檢查；5)以標準格式提供圖像以用於後續部分(如，通過乙太網或其它協議)或手工和/或自動圖像處理，以用於在計算機、伺服器和/或客戶機中存檔和編制文獻；6)每個表面秒～分鐘的額定掃描時間依賴於總面積。掃描和編制索引的速度通常理解為隨樣品面積和後續處理而變。
在1540步，會發生基於軟體和/或硬體的計算機化的圖像處理/分析。來自適用於本發明的裝置的圖像可以按照實際任何硬體和/或軟體過程處理。基於軟體的圖像處理可以通過現成軟體和/或市售軟體實現，因為圖像文件格式是數字格式(如捕獲的膠片的位映射)。可以通過下列方式提供分析、確定特徵等例如，分析可以是基於計量(基於直接測量)和/或比較(資料庫)。比較分析可以包括與已知膠片的圖像數據的資料庫和/或它們的改型進行比較。高等的圖像處理可以在實時和/或周期性的樣品測量中進行特徵化並編目。可以根據需要捨棄和/或計量數據，而與已知樣品的特徵匹配的數據例如可以開始適當選取的響應。另外，可以連接適用於本發明的裝置以用於任何數據傳輸過程中的通訊。這可以包括無線、寬帶、電話數據機、標準電信、乙太網或其它網絡協議(如，網際網路、TCP/IP、藍牙、電纜TV傳輸及其它)。
在本發明的另一方面，上述適用的成像系統在生物材料的其它特徵中提供高效分辨的放大率和較高的空間解析度，並提供了可以合併提供改進的生物材料成像系統和方法的方法。本發明的生物材料成像系統和方法能夠產生改進的圖像(較高的有效放大率、提高的解析度、提高的景深等)，由此進行生物材料的標識以及生物材料(如正常的或非正常的)的分類。
生物材料包括微生物(由於太小而不能被裸眼觀察到的有機體)，如細菌、病毒、原生動物、黴菌和纖毛蟲；有機體的細胞材料，如細胞(溶解的胞內材料或整個細胞)、蛋白質、抗體、脂質和碳水化合物，加標籤的或沒加標籤的；和有機體部分，如細胞團(組織樣本)、血液、瞳孔、眼膜、指尖、牙齒、皮膚部分、頭髮、黏膜、膀胱、胸部、男性/女性生殖系統、肌肉、血管、中樞神經系統、肝臟、骨頭、結腸、胰臟等。因為本發明的生物材料成像系統可以適用較大的工作距離，所以可以直接檢查人體的部位而無需移去組織樣本。
細胞包括人體細胞、非人體的動物細胞、植物細胞和合成/研究細胞。細胞包括原核的和真核細胞。細胞可以是健康的、癌變的、變異的、受損的或病變的。
非人體細胞的例子包括碳疽、放線菌、固氮菌、桿菌癰、仙人掌桿菌、畸形菌體類、百日咳桿菌、布氏疏螺旋體、空腸彎曲桿菌、衣原體類、梭菌屬類、氰細菌、恐獸球菌、埃希氏大腸菌、關腸球菌、嗜血桿菌屬流感、幽門螺桿菌、克雷白氏肺炎桿菌、乳酸桿菌、細胞內彎曲桿菌、軍團病菌、李斯特菌、球菌、麻風分枝桿菌、肺結核分枝桿菌、粘黴菌、淋病雙球菌、腦脊髓膜炎雙球菌、普雷沃菌、粘液水腫菌、沙門氏菌、粘質沙雷氏菌、志賀氏桿菌類、金黃色葡萄球菌、鏈球菌、納米比亞的硫珍珠(Thiomargarita namibiensis)、密螺旋體屬蒼白球、霍亂孤菌、耶爾辛氏腸炎菌和鼠疫耶氏菌等。
生物材料的其它例子包括導致下述病傷風、感染、痢疾、衣原體、淋病、結膜炎、碳菌、腦膜炎、食物中毒、腹瀉、布魯氏桿菌病、彎曲桿菌屬細菌、念珠菌病、霍亂、球孢子菌病、隱球菌病、白喉炎、肺炎、食物傳染、鼻疽病(鼻疽伯克霍爾德氏菌)、流感、麻風病、組織胞漿菌病、軍團病、溝端螺旋體病、李氏桿菌病、類鼻菌、諾卡氏菌病、非結核分枝桿菌、消化性潰瘍、百日咳、肺炎、鸚鵡熱、腸炎沙門氏菌、志賀氏桿菌痢疾、孢子絲細菌病、咽喉鏈球菌、中毒性休克併發症、沙眼、傷寒、尿道感染和萊姆病等。如後所述，本發明還涉及上述病的任一診斷方法。
人體細胞的例子包括成纖維細胞的細胞、骨骼肌細胞、嗜中性白血細胞、淋巴白血細胞、成紅血細胞、成骨細胞、軟骨細胞、嗜鹼白血細胞、嗜酸白血細胞、脂肪細胞、無脊椎神經元(Helix aspera)、哺乳神經元、腎上腺髓質細胞、黑素細胞、上皮細胞、內皮細胞；各種類型的腫瘤細胞(特別是黑素瘤、白血病髓細胞、肺、乳腺、卵巢、結腸、腎、前列腺和胰臟癌及其測試)、心肌細胞、內皮細胞、上皮細胞、淋巴細胞(T細胞和B細胞)、肥大細胞、嗜酸細胞、血管內膜細胞、肝細胞、包括單核白細胞的白細胞、幹細胞如haemopoetic、中性、皮膚、肺、腎、肝和肌幹細胞、破骨細胞、軟骨細胞和其它連接組織細胞、角質細胞、黑素細胞、肝細胞、腎細胞和脂肪細胞。研究細胞的例子包括變換細胞、Jurkat T細胞、NIH3T3細胞、CHO、COS等。
在美國標準細胞庫細胞系(ATCC Cell Line)和)雜種細胞，細菌和抗菌素，酵母，真菌學和澳洲細羊毛和原生生物中可以發現有用的細胞系列源和其它生物材料藻類和原生動物，以及其它可從AmericanType Culture Co.(Rockville，Md.)中得到的材料，所有的內容在此引為參考。這些都是非限定性的例子，還可以列出其它的生物材料。
在一些例子中的生物材料的標識和分類可以進行疾病的診斷。因此本發明還提供了探測和確定病理特徵的方法，病理特徵例如有癌症、肌肉骨骼系統的病理、消化系統、生殖系統和消化道，除了動脈粥樣硬化、血管生成、動脈硬化、發炎、動脈粥樣硬化心臟病、心肌梗塞、動脈或靜脈壁創傷、神經變性紊亂和心肺紊亂。本發明還提供了探測和確定病毒和細菌感染的特徵的方法。本方法還能夠評估體內河體外系統中生物材料的各種附加劑的作用或生理作用。例如，本發明能夠評估生理附加劑如藥品對細胞或人工培養的組織的數量的影響。
本發明的生物材料成像系統能夠進行計算機驅動的控制或自動處理控制，從生物材料樣品中獲得數據。在這方面，耦接到生物材料成像系統的計算機或處理器包含或連接到存儲器或包含生物材料如各種類型的病變細胞的圖像的資料庫。在這方面，可以進行正常或非正常生物材料的自動設計。生物材料成像系統確保得到給定生物材料樣本的圖像，並且將該圖像與存儲器中的圖像、如存儲器中病變的細胞圖像比較。一方面，計算機/處理器進行收集的圖像數據和儲存的圖像數據的比較分析，並且根據分析的結果用公式表示給定的生物材料的身份的確定；對給定的生物材料(正常的/非正常的，癌變的/無癌變的，良性的/惡性的，感染的/無感染的等)進行分類；和/或調節(診斷)。
如果計算機/處理器判定在來自生物材料樣本的特定圖像和存積的圖像(如，病變細胞的圖像或相同生物材料樣本的圖像)之間存在足夠的相似性，則保留此圖像並可產生與該圖像相關的數據。如果計算機/處理器判定在來自生物材料樣本的特定圖像和存積的病變細胞/特定的生物材料的圖像之間不存在足夠的相似性，則重新定位生物材料樣本並將附加的圖像與存儲器中的圖像比較。可以理解，可以由計算機/處理器採用統計的方法輔助判定在來自生物材料樣本的特定圖像和存積的生物材料圖像之間存在足夠的相似性。計算機/處理器可以採用任何合適的關聯方法、存儲器、作業系統、分析元件和軟體/硬體。
參見圖17，圖中示出了根據本發明一個方面的自動生物材料成像系統1600，該系統能夠計算機驅動控制或自動過程控制以獲得生物材料樣本的數據。結合圖1-16所述或所構成的成像系統1602可以用於捕獲生物材料1604的圖像。成像系統1602耦接到處理器1606和/或計算機，讀出由成像系統1602產生的圖像並將該圖像與數據存儲器1608中的各個圖像作比較。
處理器1606包括分析元件以進行比較。用在圖像處理中的多種算法中的一些包括卷積(多種其它算法的基礎)、FFT、DCT、細化(或框架化)、邊緣探測和對比度增強。這些通常以軟體進行，但為了提高速度也可以採用特殊目的的硬體。FFT(快速付立葉變換)是一種計算一組離散的數據值的付立葉變化的算法。給出一組有限的數據點，例如，是從實部空間信號中提取的周期性樣品，則FFT以其頻率組份的形式表示該數據。同時，還強調涉及由頻率數據重構信號的基本相同的反轉。DCT(離散的餘弦波形)是一項把波形表述為餘弦加權和的技術。有各種為圖像處理設計的現存的程序語言，如CELIP(用於圖像處理的細胞語言)和VPL(可視程式語言)。
數據存儲器1608包含一組或多組預定的圖像。圖像可以包括各種生物材料的正常圖像和/或各種生物材料(病變的、變異的、物理分解的等)的非正常圖像。儲存在數據存儲器1608中的圖像提供判斷的基礎，其判斷給定的捕獲的圖像是否類似於儲存的圖像。一方面，自動生物材料成像系統1600可以用於判斷生物材料樣本是正常的還是非正常的。例如，自動的生物材料成像系統1600可以識別生物材料樣本中病變細胞如癌細胞的存在，由此進行對認定疾病或狀態的診斷。另一方面，自動的生物材料成像系統1600可以通過識別致病生物材料(上述致病細菌)的存在和/或判斷指定的生物材料是否被致病實體如細菌感染或判斷指定的生物材料是否是不正常(癌變)來診斷以上列出的疾病。
另一方面，自動的生物材料成像系統1600可以用於確定未知起源的生物材料的識別。例如，自動的生物材料成像系統1600可以識別包含碳疽的白粉。自動的生物材料成像系統1600也可以進行生物材料處理，如對血液樣品的白細胞或血紅細胞計數等。
計算機/處理器1606可以連接到控制伺服電機或其它在物平面內移動生物材料樣本的裝置的控制器，使得進行遠距離/不用手動地成像。即，可以用電機、調節器和/或其它機械裝置在物方視場內移動生物材料樣本滑塊。
另外，因為為了從計算機屏幕、電視和/或閉路監視器觀看而優化生物材料檢查過程的圖像，所以可以進行基於遠距和網絡的觀看和控制。實時成像至少便於迅速診斷、數據採集/產生等中的一項。
另一方面，生物材料成像系統指向人體的一部分(如胳膊上的疾患，角膜上的模糊等)並對其成像。圖像可以發送到計算機/處理器(或通過網絡，如網際網路)，這是發出指令以識別特定類型的病變細胞(儲存在存儲器中的圖像)可能存在。當病變細胞被識別到時，計算機/處理器指示系統去除/摧毀病變細胞，例如採用雷射、液氮、切割儀器等。
圖18表示根據本發明的高水平機器視覺系統1800。該系統1800包括一個根據本發明主體的成像系統10(圖1)。已經對成像系統10做了詳細的討論，為了簡明起見，省去對其的進一步討論。成像系統10可以用於採集涉及產品或過程1810的數據，並向可以調節產品或過程1810的控制器1820提供圖像信息，例如關於產品、過程控制、質量控制、測試、檢查等。上述的成像系統10以許多常規系統不能達到的粒度提供圖像數據的收集。另外，由成像系統10提供的適用的圖像數據可以擔負產品或過程1810的高效機器視覺檢查。例如，通常不能夠由很多常規的機器視覺系統探測到的產品微小缺陷可以作為成像系統10收集到的圖像數據的結果而被系統1800探測到。控制器1810可以是任何合適的控制器或是結合製造方案而採用的控制系統。控制器1810可以採用收集到的圖像數據去排除次品或過程、修正產品過程。接受一項產品或過程等，如同基於機器視覺的控制系統一樣。可以理解，系統1800可以用在基於任何合適的機器視覺的環境中，本發明的所有這些應用都落在本權利要求的範圍內。
例如，系統1800可以結合半導體的製造而使用，其中器件和/或過程容限對於製造穩定可靠的半導體產品非常重要。因此，產品1810例如可以為半導體晶片，成像系統1800可以用於收集與形成在晶片上的器件有關的數據(如，關鍵尺寸、厚度、潛在的缺陷、其它物理形態)。控制器1820可以採用收集到的數據排除有各種缺陷的晶片、改進與在晶片上製造器件有關的過程、接受晶片等。
以上描述了本發明的優選方面。當然，本發明不可能描述本發明的每一種可能的組合或方法。本領域的技術人員將會認識到本發明還可以進行各種組合和改變。因此，本發明將包括所有落在本發明實質和範圍之內的各種變換、改變和改型。
權利要求
1.一種成像系統，其特徵在於，包括具有一個或多個接收體的傳感器；和圖像轉換介質，將一個或多個接收體定標到物方視場。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述圖像轉換介質提供k空間濾波，該k空間濾波使與一個或多個接收體相關的間距與物方視場內的有限衍射光斑相關聯。
3.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述間距被單元映射到約為物方視場內有限衍射光斑的大小。
4.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述圖像轉換介質還包括非球面透鏡、多透鏡結構、光纖錐、圖像導管和全息光學元件中的至少一個。
5.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述傳感器還包括與一個或多個接收體有關的M×N像素矩陣，M和N分別代表整數行和列，所述傳感器還包括數字傳感器、模擬傳感器、電荷耦合器件(CCD)傳感器、CMOS傳感器、電荷注入器件(CID)傳感器、陣列傳感器、以及線性掃描傳感器中的至少一種。
6.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括接受來自傳感器的輸出的計算機和存儲器，所述計算機將至少一項輸出儲存到所述存儲器中，對所述存儲器中的輸出進行自動分析，並將所述存儲器映射到顯示器以便能夠對圖像進行手工分析。
7.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括一個照明源，對所述物方視場內的一個或多個非發光實物照明，所述照明源還包括發光二極體、特定波長照明、寬帶照明、連續照明、選通脈衝照明、柯勒照明、阿貝照明、相襯照明、暗場照明、亮場照明、頂照明、相干光、非相干光、可見光和非可見光中的至少一種，所述非可見光適於與對非可見光適用的傳感器匹配。
8.如權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述非可見光還包括紅外波長和紫外波長中的至少一種。
9.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括相關的應用，所述應用至少包括成像、控制、檢查、顯微自動分析、生物醫學分析、細胞群計數、組織學、凍結部分的分析、細胞學、血液學、病理學、腫瘤學、螢光、幹涉、相位分析、生物材料分析、度量顆粒大小的應用、薄膜分析、空氣品質監測、空中浮遊顆粒的測量、光學缺陷分析、冶金學、半導體檢測和分析、自動視覺系統、3-D成像、照相機、複印機、FAX機和醫療系統的應用。
10.一種產生圖像的方法，其特徵在於，包括確定傳感器上相鄰像素的間距大小；確定物方視場中可分辨的實物大小；和通過光學介質對間距大小進行定標，以與可分辨的實物大小對應。
11.一種機器視覺系統，其特徵在於，包括一個成像系統，用於收集產品或過程的圖像數據，包括具有一個或多個接收體的傳感器；和至少一個光學裝置，把來自物方視場的光導向傳感器的一個或多個接收體，至少一個光學裝置將接收體的大小映射到與顯現在所述物方視場中的有限衍射實物大小；和控制器，接受並利用與產品或過程的製造或控制有關的圖像數據。
12.如權利要求11所述的機器視覺系統，其特徵在於，被用在基於半導體的製造系統中。
全文摘要
本發明提供了一種成像系統(10)和方法(600)，用於實現光學成像性能。該系統(10)包括具有一個或多個接收體的傳感器(20)和圖像轉換介質(30)，將傳感器和接收體定標到物方視場(54)。與傳感器(20)相連的計算機(824)、存儲器(864)和/或顯示器(864)提供涉及接收體的輸出的信息的儲存和/或顯示，從而生成和/或處理圖像，其中多個照明源(60)也可結合圖像轉換介質(30)而被利用。圖像轉換介質(30)可以構造成k空間濾波器(110)，其使與接收體有關的間距(116)與物方視場(54)內的有限衍射光斑(50)相關聯，其中間距(116)可以單位映射成物方視場(54)內有限衍射光斑(50)的大小。
文檔編號G02B21/00GK1550039SQ02817180
公開日2004年11月24日 申請日期2002年7月3日 優先權日2001年7月6日
發明者A·G·卡特力奇, A G 卡特力奇, H·法因 申請人:帕朗特研究公司, H·S·阿明, D·B·博爾特尼克, G·圖羅齊, 安科研究公司