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TWI728171B - 用於自一寬頻源產生多通道可調照明之系統及方法 - Google Patents

用於自一寬頻源產生多通道可調照明之系統及方法 Download PDF

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TWI728171B
TWI728171B TW106127873A TW106127873A TWI728171B TW I728171 B TWI728171 B TW I728171B TW 106127873 A TW106127873 A TW 106127873A TW 106127873 A TW106127873 A TW 106127873A TW I728171 B TWI728171 B TW I728171B
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安卓 Ｖ 希爾
阿農 馬那森
歐哈德 貝洽爾
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美商克萊譚克公司
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Abstract

本發明揭示一種度量系統，其包含：一照明源，其用於產生一照明光束；一多通道光譜濾波器；一聚焦元件，其用於將照明自單一光學柱導引至一樣本；及至少一偵測器，其用於擷取自該樣本收集之照明。該多通道光譜濾波器包含具有兩個或兩個以上通道光束路徑之兩個或兩個以上濾波通道。該兩個或兩個以上濾波通道基於兩個或兩個以上光譜透射率分佈來過濾沿該兩個或兩個以上通道光束路徑傳播之照明。該多通道光學濾波器進一步包含用於將該照明光束之至少一部分導引至至少一選定濾波通道中以過濾該照明光束之一通道選擇器。該多通道光譜濾波器進一步包含用於將來自該兩個或兩個以上濾波通道之照明組合成一單一光學柱之至少一光束組合器。

Description

用於自一寬頻源產生多通道可調照明之系統及方法
本發明大體上係關於寬頻照明源，且更特定言之，本發明係關於自一單一寬頻照明源產生多個照明光譜。
可調光源可提供經調諧成一給定光譜範圍內之一或多個選擇波長的照明。然而，典型可調光源獨立且精確地修改一經調諧照明光束之多個光譜區域之總強度、光譜功率及/或偏振的能力係有限的。因此，可期望提供一種用於解決諸如上述缺陷之缺陷的系統及方法。
根據本發明之一或多個繪示性實施例，揭示一種度量系統。在一繪示性實施例中，該系統包含用於產生一照明光束之一照明源。在另一繪示性實施例中，該系統包含一多通道光譜濾波器。在另一繪示性實施例中，該多通道光譜濾波器包含兩個或兩個以上濾波通道，其包含兩個或兩個以上通道光束路徑。在另一繪示性實施例中，該兩個或兩個以上濾波通道基於兩個或兩個以上光譜透射率分佈來過濾沿該兩個或兩個以上通道光束路徑傳播之照明。在另一繪示性實施例中，該多通道光譜濾波器包含一通道選擇器，其用於將該照明光束之至少一部分導引至該兩個或兩個以上濾波 通道之至少一選定濾波通道中以基於該兩個或兩個以上光譜透射率分佈之一選定光譜透射率分佈來過濾該照明光束之該至少一部分。在另一繪示性實施例中，該多通道光譜濾波器包含用於將來自該兩個或兩個以上濾波通道之照明組合成一單一光學柱之至少一光束組合器。在另一繪示性實施例中，該系統包含用於將來自該單一光學柱之照明導引至一樣本之一聚焦元件。在另一繪示性實施例中，該系統包含用於自該樣本擷取輻射之至少一偵測器。
根據本發明之一或多個繪示性實施例，揭示一種多通道光譜濾波器。在一繪示性實施例中，該多通道光譜濾波器包含兩個或兩個以上濾波通道，其包含兩個或兩個以上通道光束路徑。在另一繪示性實施例中，該兩個或兩個以上濾波通道基於兩個或兩個以上光譜透射率分佈來過濾沿該兩個或兩個以上通道光束路徑傳播之照明。在另一繪示性實施例中，該多通道光譜濾波器包含一通道選擇器，其用於將一照明光束之至少一部分導引至該兩個或兩個以上濾波通道之至少一選定濾波通道中以基於該兩個或兩個以上光譜透射率分佈之一選定光譜透射率分佈來過濾該照明光束之該至少一部分。
根據本發明之一或多個繪示性實施例，揭示一種多通道照明源。在一繪示性實施例中，該多通道照明源包含經組態以產生一照明光束之一寬頻照明源。在另一繪示性實施例中，該多通道照明源包含一多通道光譜濾波器。在另一繪示性實施例中，該多通道光譜濾波器包含兩個或兩個以上濾波通道，其包含兩個或兩個以上通道光束路徑。在另一繪示性實施例中，該兩個或兩個以上濾波通道基於兩個或兩個以上光譜透射率分佈來過濾沿該兩個或兩個以上通道光束路徑傳播之照明。在另一繪示性實施例 中，該多通道光譜濾波器包含一通道選擇器，其經組態以將該照明光束之至少一部分導引至該兩個或兩個以上濾波通道之至少一選定濾波通道中以基於該兩個或兩個以上光譜透射率分佈之一選定光譜透射率分佈來過濾該照明光束之該至少一部分。
應瞭解，以上一般描述及以下詳細描述兩者僅供例示及說明且未必限制所主張之發明。併入本說明書中且構成本說明書之一部分的附圖繪示本發明之實施例且連同一般描述用以闡釋本發明之原理。
100:多通道照明源
101:多通道可調光譜濾波器
102:寬頻照明源
104:照明光束
106:通道選擇器
108:通道光束
108a:第一通道光束
108b:第二通道光束
110:強度調變器
110a:第一強度調變器
110b:第二強度調變器
112:可調濾波器
112a:第一可調濾波器
112b:第二可調濾波器
114:控制器
116:輸出照明光束
118:處理器
119:分束器
120:記憶體媒體
122:操縱鏡面
124:偏振旋轉器
126:輸出偏振旋轉器
128:輸出光束分離器
130:光束組合器
202:第一光閘
204:第二光閘
206a:第一強度濾波器
208:第二強度濾波器
210:旋轉台
212:旋轉台
302:第一濾波器更換器
304:第二濾波器更換器
306:第三濾波器更換器
308:第四濾波器更換器
310:繪示光譜透射率之圖式
312:第一寬頻截止波長
314:第二寬頻截止波長
316:第一寬頻透射率
318:第二寬頻透射率
320:繪示光譜透射率之圖式
322:第一窄頻截止波長
324:第二窄頻截止波長
326:第一窄頻透射率
328:第二窄頻透射率
330:繪示光譜透射率之圖式
332:透射率
402:第一濾波器更換器
404:第二濾波器更換器
406:第三濾波器更換器
408:濾波器安裝座
410:濾波器安裝座
412:濾波器安裝座
414:濾波器安裝座
416:濾波器安裝座
418:濾波器安裝座
420:濾波器安裝座
422:濾波器安裝座
424:濾波器安裝座
426:濾波器安裝座
428:濾波器安裝座
430:濾波器安裝座
432:濾波器安裝座
434:濾波器安裝座
436:濾波器安裝座
438:濾波器安裝座
440:濾波器安裝座
442:濾波器安裝座
444:濾波器安裝座
446:濾波器安裝座
448:濾波器安裝座
450:濾波器安裝座
452:濾波器安裝座
454:濾波器安裝座
502:第一濾波器安裝座
504:第一旋轉台
506:第二濾波器安裝座
508:第二旋轉台
510:第三濾波器安裝座
512:第三旋轉台
514:第四濾波器安裝座
516:第四旋轉台
602:第一濾波器安裝座
604:第一線性台
606:第二濾波器安裝座
608:第二線性台
610:第三濾波器安裝座
612:第三線性台
614:第四濾波器安裝座
616:第四線性台
702a:第一色散元件
702b:第一色散元件
704a:濾波元件
704b:濾波元件
706a:第二色散元件
706b:第二色散元件
708a:第一光學元件
708b:第一光學元件
710a:焦平面
710b:焦平面
712a:第二光學元件
712b:第二光學元件
800:度量系統
802:物鏡
804:照明光束
806:樣本
808:照明路徑
810:分束器
812:收集路徑
814:偵測器
816:光束組合器
818:照明光學元件
820:照明光瞳
822:照明場光闌
824:收集光學元件
900:多光束度量系統
902:光束組合器
904:物鏡
906:樣本
908:光束掃描器
910a:偵測器
910b:偵測器
912a:光學元件
912b:光學元件
914a:空間濾波器
914b:空間濾波器
916a:分束器
916b:分束器
熟悉技術者可藉由參考附圖來較佳理解本發明之諸多優點，其中：圖1A係根據本發明之一或多個實施例之一多通道照明源之一概念圖，該多通道照明源包含一多通道可調光譜濾波器及具有一寬光譜之一寬頻照明源。
圖1B係根據本發明之一或多個實施例之一多通道可調光譜濾波器之一概念圖，其中通道光束經進一步分裂成多個輸出照明光束。
圖1C係根據本發明之一或多個實施例之具有兩個通道光束之一多通道可調光譜濾波器之一概念圖，其中該兩個通道經組合成一組合輸出照明光束。
圖1D係根據本發明之一或多個實施例之一多通道可調光譜濾波器之一概念圖，其中一組合輸出照明光束經進一步分裂成多個輸出照明光束。
圖2係根據本發明之一或多個實施例之一多通道照明源之一概念圖，其繪示一強度調變器之一展開圖。
圖3A係根據本發明之一或多個實施例之一多通道照明源之一概念圖，其繪示包含濾波器更換器之一可調濾波器。
圖3B係繪示根據本發明之一或多個實施例之一第一光譜濾波器之光譜透射率的一圖式。
圖3C係繪示根據本發明之一或多個實施例之一第二光譜濾波器之光譜透射率的一圖式。
圖3D係繪示根據本發明之一或多個實施例之與圖3C之第二光譜濾波器串接之圖3B之第一光譜濾波器之光譜透射率的一圖式。
圖4係根據本發明之一或多個實施例之含有光譜濾波器之三個濾波器更換器之一示意圖，該等光譜濾波器適於光譜過濾一通道光束以包含可在三個光譜窗內調諧之一窄頻光譜波形。
圖5係根據本發明之一或多個實施例之一多通道照明源之一概念圖，其繪示包含角可調光譜濾波器之一可調濾波器。
圖6係根據本發明之一或多個實施例之一多通道照明源之一概念圖，其繪示包含線性可調光譜濾波器之一可調濾波器。
圖7係根據本發明之一或多個實施例之一可調濾波器之一概念圖，該可調濾波器包含具有一空間濾波器之一雙光柵單色儀。
圖8係根據本發明之一或多個實施例之包含一多通道照明源之一度量系統之一概念圖。
圖9係根據本發明之一或多個實施例之一多光束度量系統之一概念圖，該多光束度量系統包含具有一多通道可調光譜濾波器之一多通道照明源。
相關申請案之交叉參考
本申請案根據35 U.S.C.§ 119(e)主張名叫Andrew V.Hill、Amnon Manassen及Ohad Bachar之發明者之名稱為「SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING MULTI-CHANNEL TUNABLE ILLUMINATION FROM A BROADBAND SOURCE」之2016年8月17日申請之美國臨時申請案第62/375,996號之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。
現將詳細參考附圖中所繪示之揭示標的。已相對於特定實施例及其特定特徵來特別展示及描述本發明。本文中所闡述之實施例被視為具說明性而非限制性。一般技術者應易於明白，可在不背離本發明之精神及範疇的情況下對形式及細節作出各種改變及修改。
大體上參考圖1至圖8，根據本發明之一或多個實施例，揭示用於調諧一寬頻照明源之光譜分佈的系統及方法。本發明之實施例係針對一多通道可調光譜濾波器。例如，一多通道可調光譜濾波器可將一輸入照明光束分離成一或多個通道，使得各通道光束可具有一獨立可修改光譜分佈、總強度及/或偏振。就此而言，一多通道可調光譜濾波器可藉由導引照明光束之部分通過一或多個濾波通道來調諧照明之一入射照明光束之光譜。額外實施例係針對其中通道光束(例如沿濾波通道傳播之入射照明光束之部分)經提供為輸出照明光束之一多通道可調濾波器。額外實施例係針對其中兩個或兩個以上通道光束經組合以形成一組合輸出照明光束之一多通道可調濾波器。額外實施例係針對包含一寬頻照明源之一多通道照明源及一多通道可調光譜濾波器。進一步實施例係針對包含一多通道照明源之一度量系統。
一典型光譜濾波器可藉由相對於其他波長減小選擇波長之光譜功率來修改入射照明(例如電磁輻射或其類似者)之光譜。相應地，一光譜濾波器之一光譜透射比可描述依據波長而變化之照明之透射比(例如自0%至 100%、0至1或其類似者)。應注意，透射比可係指透過透射及/或反射通過濾波器之照明。例如，一典型光譜濾波器可包含(但不限於)定位於一透鏡傅氏(Fourier)平面(其中空間分佈光譜成分)中之一或多個波長相依濾波器、一或多個光譜濾波器或一或多個空間濾波器。
一可調光譜濾波器可選擇性地修改依據波長而變化之空間透射比，使得可動態調諧入射照明之光譜。就此而言，一可調光譜濾波器可選擇性地修改照明之光譜功率(例如每單位波長之功率)。例如，一可調光譜濾波器可藉由各種方法(諸如(但不限於)使用另一光譜濾波器來替換具有一固定光譜透射率之一光譜濾波器(例如，經由一濾波器更換器或其類似者)、調整具有一定向相依光譜透射率之一光譜濾波器之位置及/或角度或平移一或多個空間濾波元件)來修改光譜透射比。
應認知，在本文中，修改一可調光譜濾波器之光譜透射率可依之一調諧速度可高度取決於可調濾波器之組件。在諸多情況中，切換速度可取決於實體平移一或多個元件可依之速度。本發明之一些實施例係針對具有多個光譜濾波通道及一通道選擇器之一多通道可調光譜濾波器。光譜濾波通道可具有可基於此項技術中已知之任何光譜濾波技術來產生之不同光譜透射率。就此而言，可藉由動態地選擇一入射照明光束傳播通過何種濾波通道或通道部分來調諧該照明光束之一光譜。相應地，一通道選擇器將照明光束之部分選擇性地導引於通道之間可依之一切換速度可比一單一可調光譜濾波器之一調諧速度快。
根據本發明之實施例所描述之一多通道可調光譜濾波器可提供具有不同光譜成分之一或多個通道光束。在一實施例中，各濾波通道提供一單獨通道光束作為來自多通道可調光譜濾波器之一輸出光束。在另一實施例 中，來自多個光譜通道之通道光束經組合成一組合輸出光束。例如，具有含不同光譜透射率之多個濾波通道之一單輸出多通道可調光譜濾波器可(但非必需)藉由將一照明光束之全功率選擇性地切換於多個濾波通道之間來動態地調諧該照明光束之光譜。
本發明之額外實施例係針對其中可調諧濾波通道之光譜透射率的一多通道可調光譜濾波器。例如，包含一可調帶通濾波器之一通道可(但非必需)動態地修改通過照明之中心波長、一低通截止波長、一高通截止波長、一光譜頻寬、通過波長與濾波波長之間之一轉變之一急劇程度或其類似者。應注意，與濾波通道之間之分佈照明相關聯的切換時間可比一濾波通道之調諧時間快。然而，具有獨立可調濾波通道之一多通道可調光譜濾波器可提供一靈活平台來快速切換於不同光譜透射率之間。例如，在一實施例中，一多通道可調光譜濾波器可導引來自一照明光束之照明通過一或多個濾波通道，同時修改一或多個額外調諧通道之光譜透射率。相應地，多通道可調光譜濾波器隨後可在未發生與調諧一特定濾波通道相關聯之一時間延遲的情況下將來自照明光束之照明導引至一或多個額外濾波通道。一般而言，一多通道可調光譜濾波器能夠在各通道內使用任何光譜調諧方法來快速調諧一入射照明光束之光譜(例如濾波通道中之固定光譜透射率、濾波通道之相對較慢可調光譜透射率或其類似者)。
另外，一多通道可調光譜濾波器之各通道可提供(但非必需提供)濾波照明之光譜成分之快速修改、濾波照明之一穩定光譜、通過照明之一所要光譜範圍內之光譜功率之最小損耗、被拒照明之一非所要光譜範圍內之光譜功率之最大衰減、照明之通過波長與被拒波長之間之一急劇轉變、一高可調光譜解析度(例如選擇性地修改一窄波長範圍之光譜功率的能力或其 類似者)及/或濾波照明之相分佈之一最小擾動。
在用於度量系統之照明源之背景下，包含一多通道可調光譜濾波器之一多通道照明源可提供待導引至一樣本之具有經獨立調諧光譜成分(例如，具有照明之可調光譜頻寬、通帶之中心波長或其類似者)之一或多個照明光束。就此而言，包含一多通道照明源之一度量系統(其具有針對各通道之獨立光譜控制)可使用一寬連續波長範圍內之選擇性控制光譜來照射一樣本。另外，多通道照明源可使用來自各通道之照明來同時或循序照射樣本。此外，多通道照明源可使用不同通道之照明來照射一樣本之不同部分(例如一度量目標之不同單元或其類似者)。就此而言，一多通道照明源能夠最佳化一度量目標之不同單元之多個照明波形(例如多個光譜波形)。
2009年10月22日公開之美國專利公開申請案第2009/0262366號中大體上描述一角解析散射計，該案之全文以引用的方式併入本文中。另外，應注意，可在各種應用中有益地利用多通道光譜可調照明源。相應地，本發明之精神及範疇可擴展至一多通道光譜可調照明源之任何應用。
圖1A係根據本發明之一或多個實施例之一多通道照明源100之一概念圖，多通道照明源100包含一多通道可調光譜濾波器101及具有一寬光譜(例如照明之一波長範圍)之一寬頻照明源102。在一實施例中，寬頻照明源102產生一照明光束104。寬頻照明源102可包含適於提供具有一大波長範圍之一照明光束104的任何類型之照明源。在一實施例中，寬頻照明源102係一雷射源。例如，寬頻照明源102可包含(但不限於)一寬頻雷射源、一超連續雷射源、一白光雷射源或其類似者。就此而言，寬頻照明源102可提供具有高同調性(例如高空間同調性及/或時間同調性)之一照明光 束104。在另一實施例中，寬頻照明源102包含一雷射維持電漿(laser-sustained plasma；LSP)源。例如，寬頻照明源102可包含(但不限於)一LSP燈、一LSP燈泡或一LSP室，其適於含有可在由一雷射源激發成一電漿狀態時發射寬頻照明之一或多個元素。在另一實施例中，寬頻照明源102包含一燈源。例如，寬頻照明源102可包含(但不限於)一弧光燈、一放電燈、一無電極燈或其類似者。就此而言，寬頻照明源102可提供具有低同調性(例如低空間同調性及/或時間同調性)之一照明光束104。
寬頻照明源102可進一步產生具有任何時間波形之寬頻照明。例如，寬頻照明源102可產生一連續照明光束104、一脈衝照明光束104或一調變照明光束104。另外，可經由自由空間傳播或導向光(例如一光纖、一光導管或其類似者)自寬頻照明源102傳遞照明光束104。
在另一實施例中，一多通道可調光譜濾波器101包含用於將照明光束104分離成兩個或兩個以上通道光束108(例如沿兩個或兩個以上濾波通道之任何者傳播的照明光束之部分)之一通道選擇器106。在另一實施例中，多通道可調光譜濾波器101之一或多個通道包含用於控制通道光束108之強度的一強度調變器110。在另一實施例中，多通道可調光譜濾波器101之一或多個通道包含用於控制通道光束108之光譜成分的一可調濾波器112。在另一實施例中，多通道可調光譜濾波器101包含通信地耦合至強度調變器110或可調濾波器112之至少一者的一控制器114。就此而言，控制器114可將一或多個信號提供至強度調變器110及/或可調濾波器112之一或多個組件以調諧通道光束108之各者之強度及/或光譜成分。在另一實施例中，通道光束108之各者經提供為輸出照明光束116。相應地，輸出照明光束116可經提供至一外部系統(例如一照明源、一度量系統或其類似 者)。
在另一實施例中，控制器114包含一或多個處理器128。在另一實施例中，一或多個處理器128經組態以執行保存於一記憶體媒體130或記憶體中之一組程式指令。此外，控制器114可包含一或多個模組，其含有可由一或多個處理器128執行之儲存於記憶體媒體130中之一或多個程式指令。一控制器114之一或多個處理器128可包含此項技術中已知之任何處理元件。就此而言，一或多個處理器128可包含經組態以執行演算法及/或指令之任何微處理器型裝置。在一實施例中，一或多個處理器128可由以下各者組成：一桌上型電腦、大型電腦系統、工作站、影像電腦、並行處理器或經組態以執行一程式(其經組態以操作多通道可調光譜濾波器101)之任何其他電腦系統(例如網路電腦)，如本發明中所描述。應進一步認知，術語「處理器」可經廣義定義以涵蓋具有一或多個處理元件(其執行來自一非暫時性記憶體媒體130之程式指令)之任何裝置。
應認知，在本文中，本發明中所描述之步驟可由控制器114實施。此外，控制器114可由一單一組件或多個組件形成。應進一步注意，在本文中，控制器114之多個組件可經收容於一共同外殼中或多個外殼內。依此方式，任何控制器或控制器組合可經單獨封裝為適於整合至多通道可調光譜濾波器101中之一模組。
記憶體媒體130可包含此項技術中已知之任何儲存媒體，其適於儲存可由相關聯之一或多個處理器128執行之程式指令。例如，記憶體媒體130可包含一非暫時性記憶體媒體。作為一額外實例，記憶體媒體130可包含(但不限於)一唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁性或光學記憶體裝置(例如磁碟)、一磁帶、一固態磁碟機及其類似者。應進一步注意，記 憶體媒體130可與一或多個處理器128一起收容於一共同控制器外殼中。在一實施例中，可相對於一或多個處理器128及控制器114之實體位置而遠端定位記憶體媒體130。例如，控制器114之一或多個處理器128可存取可透過一網路(例如網際網路、內部網路及其類似者)存取之一遠端記憶體(例如伺服器)。因此，以上描述不應被解譯為對本發明之一限制，而是僅為一說明。
在另一實施例中，多通道可調光譜濾波器101包含用於導引通道光束108a、108b之路徑的一或多個操縱鏡面122。
通道選擇器106可為適於將照明光束104導引成兩個或兩個以上通道光束108之任何光學元件或光學元件組。例如，通道選擇器106可包含一或多個分束器119。舉另一例而言，通道選擇器106可包含一或多個二向分光鏡。在一實施例中，通道選擇器106使照明光束104分離，使得所產生之通道光束108具有相同光譜。例如，通道選擇器106可包含用於在不修改照明光束104之光譜成分的情況下使照明光束104分離之一或多個分束器(例如分束器119或其類似者)。在另一實施例中，通道選擇器106可使照明光束104分離，使得所產生之通道光束108可具有不同光譜。例如，通道選擇器106可包含一或多個二向分光鏡，其用於選擇性地反射照明光束104之一第一部分以產生具有一第一光譜之一第一通道光束108且透射照明光束104之一第二部分以產生具有一第二光譜之一第二通道光束108。此外，通道選擇器106可包含偏振敏感光學元件及/或偏振不敏感元件。
在另一實施例中，通道選擇器106可包含用於產生三個或三個以上通道光束108之一系列之兩個或兩個以上光束分離元件(例如分束器、二向分 光鏡或其類似者)。例如，經組態以產生四個通道光束之一通道選擇器106可包含三個串接光束分離元件，使得一第一光束分離元件可將照明光束104分離成一第一通道光束及一第一中間光束，一第二光束分離元件可將該第一中間光束分離成一第二通道光束及一第二中間光束，且第三光束分離元件可將該第二中間光束分離成一第三通道光束及一第四通道光束。一般而言，一通道選擇器106可包含任何數目個通道光束108。
在另一實施例中，通道選擇器106包含用於將照明光束選擇性地導引至多個可用通道之一者中的一或多個選路元件。就此而言，各通道可經組態以提供一唯一光譜分佈(例如，經由一可調濾波器112之一唯一組態或其類似者)。相應地，一或多個選路元件可控制照明光束104被導引至之通道且因此提供輸出照明光束116之光譜分佈之快速切換。一或多個選路元件可包含適於導引一照明光束104之任何光學及/或機械元件，諸如(但不限於)一聲光調變器、一電光調變器、一電流計鏡或一壓電鏡。
此外，可根據任何比率來在通道光束108之間劃分照明光束104之強度。在一實施例中，通道光束108之各者展現相同強度。例如，通道選擇器106可包含具有一50/50強度比以產生具有相同強度之兩個通道光束108的一分束器。舉另一例而言，通道選擇器106可包含一第一分束器，其用於產生具有照明光束104之強度之1/3的一第一通道光束108及具有照明光束104之強度之2/3的一中間光束。此外，通道選擇器106可包含一第二分束器，其具有一50/50強度比以將中間光束分離成一第二通道光束108及一第三通道光束108，使得三個通道光束108各具有照明光束104之強度之1/3。在另一實施例中，各通道光束108展現一不同強度。
在另一實施例中，多通道可調光譜濾波器101包含偏振控制光學元 件。例如，多通道可調光譜濾波器101可包含(但非必需包含)一或多個偏振器、一或多個波片或一或多個電光盒(例如勃克爾(Pockels)盒或其類似者)。例如，如圖1A中所展示，通道選擇器106可包含照明光束104之路徑中之一偏振旋轉器120(例如一波片、一電光盒或其類似者)。此外，通道選擇器106可包含一或多個偏振分束器(例如分束器119或其類似者)。就此而言，不同通道光束108可與不同偏振相關聯且可藉由使用偏振旋轉器120相對於偏振分束器之定向調整照明光束104之偏振角來控制通道光束108之相對強度。
在一例項中，多通道可調光譜濾波器101之一或多個通道可包含用於調整一通道光束108之偏振的一偏振旋轉器。舉另一例而言，多通道可調光譜濾波器101可包含一或多個基於偏振之強度調變器。例如，一基於偏振之強度調變器可包含一偏振控制器及一偏振器。就此而言，多通道可調光譜濾波器101可包含用於選擇性地控制任何光束(諸如(但不限於)來自寬頻照明源102之照明光束104、任何通道光束108或任何輸出照明光束116)之偏振的任何光束路徑中之偏振控制元件。
例如，偏振敏感光學元件可經安裝於可旋轉安裝座中，使得可選擇性地控制偏振敏感光學元件之定向(例如，經由來自控制器114之控制信號，透過一使用者手動調整，或其類似者)。
可由多通道可調光譜濾波器101藉由此項技術中已知之任何方法來提供輸出照明光束116。在一實施例中，一或多個輸出照明光束116經提供為一自由空間照明光束。在另一實施例中，一或多個輸出照明光束116經光纖耦合。例如，一或多個輸出照明光束116可經耦合至一單模光纖。在一例項中，空間同調輸出照明光束116(例如，由一空間同調寬頻照明源 102提供)可經耦合至一單模光纖。舉另一例而言，一或多個輸出照明光束116可經耦合至一多模光纖。在另一例項中，空間不同調輸出照明光束116(例如，來自一空間不同調寬頻照明源102、一光斑降級空間同調寬頻照明源102或其類似者)可經耦合至一多模光纖中。
圖1B係根據本發明之一或多個實施例之一多通道可調光譜濾波器101之一概念圖，其中通道光束108經進一步分裂成多個輸出照明光束116。在一實施例中，多通道可調光譜濾波器101包含用於各通道光束108之一輸出偏振旋轉器126及一輸出光束分離器128。就此而言，各通道光束108可經進一步分裂成具有獨立可調強度之多個輸出照明光束116。此外，各輸出照明光束116可經獨立提供至一外部系統(例如，用於照射一樣本之多個位置或其類似者)。在另一實施例中，一多通道可調光譜濾波器101包含一或多個通道光束108之光束路徑中之一可調偏振器(圖中未展示)，其用於選擇性地調整一通道光束108之偏振。例如，可在一偏振分束器之前放置一可調偏振器以選擇性地控制輸出照明光束116之強度比。
多通道可調光譜濾波器101可提供任何通道作為一輸出照明光束116。此外，多通道可調光譜濾波器101之兩個或兩個以上通道可經組合成一單一輸出照明光束116。圖1C係根據本發明之一或多個實施例之具有兩個通道光束108a、108b之一多通道可調光譜濾波器101之一概念圖，其中兩個通道經組合成一組合輸出照明光束116。在一實施例中，多通道可調光譜濾波器101包含用於組合兩個通道光束108a、108b之一光束組合器126。光束組合器126可為適於將通道光束108a、108b組合成一組合輸出照明光束116之任何光學元件或光學元件組。例如，通道選擇器106可包含(但不限於)一或多個分束器或一或多個二向分光鏡。此外，光束組合器 126可包含偏振及/或非偏振光學元件。在另一實施例中，通道選擇器106及光束組合器126由非偏振分束器形成。相應地，通道光束108a、108b可具有相同偏振。在另一實施例中，通道選擇器106及光束組合器126包含偏振分束器。就此而言，通道選擇器106可將照明光束104分離成兩個正交偏振通道光束108a、108b。此外，光束組合器126可將正交偏振通道光束108a、108b組合成一單一輸出照明光束116。
圖1D係根據本發明之一或多個實施例之一多通道可調光譜濾波器101之一概念圖，其中一組合輸出照明光束116經進一步分裂成多個輸出照明光束116。在一實施例中，多通道可調光譜濾波器101包含一組合輸出照明光束116之光束路徑中之一輸出偏振旋轉器126及一輸出光束分離器128。就此而言，組合輸出照明光束116可經進一步分裂成具有獨立可調強度之多個輸出照明光束116。此外，各輸出照明光束116可經獨立提供至一外部系統(例如，用於同時照射一樣本之多個位置或其類似者)。
圖2係根據本發明之一或多個實施例之一多通道可調光譜濾波器101之一概念圖，其繪示一強度調變器110之一展開圖。一強度調變器110可包含適於修改一或多個通道光束108之強度的任何光學元件或光學元件組合。
一通道光束108之路徑中之一強度調變器110可包含用於選擇性地阻擋一或多個通道光束108之一光閘。在一實施例中，如圖2中所繪示，一第一強度調變器110a包含用於選擇性地阻擋一第一通道光束108a之一第一光閘202。在另一實施例中，一第二強度調變器110b包含用於選擇性地阻擋一第二通道光束108b之一第二光閘204。此外，一光閘可包含用於選擇性地阻擋一通道光束之此項技術中已知之任何類型之光閘，其包含(但 不限於)一機械光閘、一聲光光閘或一電光光閘。在另一實施例中，一光閘可與控制器114通信地耦合。就此而言，控制器114可選擇性地致動光閘以使一通道光束(例如通道光束108a、108b)通過或阻擋該通道光束。
一通道光束108之路徑中之一強度調變器110可包含一強度濾波器。在一實施例中，如圖2中所繪示，第一強度調變器110a包含一第一強度濾波器206。在另一實施例中，第二強度調變器110b包含一第二強度濾波器208。此外，一強度濾波器可包含適於選擇性地衰減一通道光束108之一或多個波長之光譜功率的任何類型之光學元件或光學元件組。在一實施例中，一強度濾波器可包含用於使一通道光束108之全部波長之強度衰減相同程度的一或多個中性密度濾波器。在另一實施例中，一強度濾波器包含一可調中性密度濾波器。此外，強度濾波器可與控制器114通信地耦合。就此而言，控制器114可選擇性地控制各通道光束108之強度。例如，強度濾波器可包含具有一組中性密度濾波器之一或多個濾波器更換器(例如濾色輪或其類似者)。例如，一濾波器更換器可包含兩個或兩個以上濾波器安裝座，其經配置使得固定至濾波器安裝座之濾波器可選擇性地放置於一通道光束108之路徑中。就此而言，可藉由選擇性地控制放置於一通道光束108之路徑中之中性密度濾波器之數目及光學密度來調整通道光束108之強度。舉另一例而言，強度濾波器可包含一梯度濾波器，其中強度濾波器之透射率(或反射率)可依據強度濾波器上之位置而依一梯度模式變化。在一例項中，強度濾波器可包含一線性梯度濾波器，其經安裝至一線性可致動平移台(例如，經耦合至控制器114)，使得可藉由相對於一通道光束108致動線性梯度濾波器之線性位置來控制通道光束108之強度。在另一例項中，強度濾波器包含一偏振控制器及一偏振器。在另一例項中， 如圖2中所繪示，強度濾波器可為經安裝至一旋轉台(例如旋轉台210或旋轉台212)之一圓形梯度濾波器，其中可藉由相對於通道光束108致動強度濾波器之旋轉位置來控制強度濾波器之透射率(或反射率)。
在另一實施例中，多通道可調光譜濾波器101可包含任何輸出照明光束116(例如圖1B、圖1D或其類似者中所繪示之輸出照明光束116)之光束路徑中之一強度調變器。就此而言，可將任何輸出照明光束116之強度自完全被阻擋選擇性地調整成完全被透射。
大體上參考圖3A至圖7，一可調濾波器112可包含適於修改一或多個通道光束108之光譜成分的任何光學元件或光學元件組合。在一實施例中，可調濾波器112包含用於選擇性地衰減一通道光束108之一或多個波長的一光譜濾波器。例如，可調濾波器112可包含：一低通濾波器，其用於衰減高於一截止波長之波長；一高通濾波器，其用於衰減低於一截止波長之波長；一帶通濾波器，其用於使照明之一經界定光譜頻寬通過且衰減波長之一選擇頻帶外之波長；一帶拒濾波器(band-reject filter)，其用於衰減波長之一選擇頻帶內之波長；或其類似者。可調濾波器112可包含適於修改一通道光束108之光譜成分的此項技術中已知之任何類型之光譜濾波器。例如，可調濾波器112可包含(但非必需包含)由一或多個堆疊層形成之一薄膜光譜濾波器。此外，可調濾波器112可包含反射光譜濾波器或透射光譜濾波器。另外，一光譜濾波器可由一單一光學元件或一光學元件之組合形成。
在另一實施例中，可調濾波器112包含至少一通道光束108之光學路徑中之一或多個可調光譜濾波器。就此而言，可藉由控制一通道光束108之入射角及/或入射位置來調整濾波器之光譜透射率(例如一或多個截止波 長、一或多個透射率值或其類似者)。在另一實施例中，可調濾波器112包含至少一通道光束108之光學路徑中之一或多個離散(例如，不可調)光譜濾波器。就此而言，濾波器之光譜透射率(例如一或多個截止波長、一或多個透射率值或其類似者)可實質上相對於一通道光束108之入射角及/或入射位置而係恆定。
圖3A係根據本發明之一或多個實施例之一多通道可調光譜濾波器101之一概念圖，其繪示包含固定於濾波器更換器中之光譜濾波器之一可調濾波器112。在一實施例中，一第一可調濾波器112a可包含一第一濾波器更換器302及一第二濾波器更換器304，其用於固定光譜濾波器以修改一第一通道光束108a之光譜性質。在另一實施例中，一第二可調濾波器112b可包含一第三濾波器更換器306及一第四濾波器更換器308，其用於固定光譜濾波器以修改一第二通道光束108b之光譜性質。就此而言，可藉由選擇性地控制放置於通道光束108a、108b之路徑中之濾波器更換器內之光譜濾波器之數目及光譜透射率來調整各通道光束108a、108b之光譜。在一實施例中，濾波器更換器(例如濾波器更換器302至308)可經調整使得一或多個光譜濾波器可經選擇性地放置於各通道光束108a、108b之路徑中。此外，濾波器更換器302至308可固定任何類型之光譜濾波器，諸如(但不限於)一低通濾波器、一高通濾波器、一帶通濾波器或一帶拒濾波器。
應認知，在本文中，串接兩個或兩個以上光譜濾波器(例如，經定位於濾波器更換器或其類似者內)可相對於一單一光譜濾波器提供優越效能。例如，包含具有重疊通帶之串接光譜濾波器的一可調濾波器112(例如圖3A中所繪示之可調濾波器112a、112b)可展現比組成光譜濾波器之任 何個別者高之一抑制比(例如受阻波長之一透射比與通過波長之一透射比的一比率或其類似者)。就此而言，可放寬任何特定光譜濾波器之效能標準，同時維持一所要通帶外之波長之一所要抑制位準。
例如，事實證明，與一光譜濾波器相關聯之製造要求(例如製造複雜性、塗層數目、製造成本或其類似者)可取決於多個因數，諸如(但不限於)所需抑制比、一所需抑制比必須在其內才有效之波長範圍或通過波長與受阻波長之間之一轉變之陡度。例如，一寬頻帶通濾波器之製造要求不會比一窄頻帶通濾波器之製造要求嚴格。舉另一例而言，其中必須在通帶外之一大波長範圍內保持一所要抑制比之一濾波器之製造要求可比其中必須在通帶外之一窄波長範圍內保持一所要抑制比之一濾波器之製造要求嚴格。
圖3B至圖3D係繪示包含兩個串接光譜濾波器之一可調濾波器之光譜透射率的圖式。圖3B係繪示根據本發明之一或多個實施例之一第一光譜濾波器(例如，經安裝於第一濾波器更換器302、第三濾波器更換器306或其類似者中)之光譜透射率的一圖式310。在一實施例中，第一光譜濾波器包含用於使一第一寬頻截止波長312與一第二寬頻截止波長314之間之波長通過的一寬頻帶通濾波器(例如，界定通過第一光譜濾波器之波長之一通帶)。此外，第一光譜濾波器可使具有一第一寬頻透射率316之通帶內之波長通過且可使具有一第二寬頻透射率318之通帶外之波長通過。就此而言，第一光譜濾波器之一抑制比可對應於第二寬頻透射率318與第一寬頻透射率316之一比率。在另一實施例中，第一光譜濾波器提供相對於通帶外之一大波長範圍之一相對較高抑制比。
圖3C係繪示根據本發明之一或多個實施例之一第二光譜濾波器(例 如，經安裝於第二濾波器更換器304、第四濾波器更換器308或其類似者中)之光譜透射率的一圖式320。在另一實施例中，第二光譜濾波器包含用於使一第一窄頻截止波長322與一第二窄頻截止波長324之間之波長通過的一窄頻帶通濾波器(例如，界定通過第二光譜濾波器之波長之一通帶)。此外，第二光譜濾波器可使具有一第一窄頻透射率326之通帶內之波長通過且可使具有一第二窄頻透射率328之通帶外之波長通過。就此而言，第二光譜濾波器之一抑制比可對應於第二窄頻透射率328與第一窄頻透射率326之一比率。
圖3D係繪示根據本發明之一或多個實施例之與第二光譜濾波器串接之第一光譜濾波器(例如圖3A中所繪示)之光譜透射率的一圖式330。例如，經串接之光譜濾波器可使由第一窄頻截止波長322及第二窄頻截止波長324界定之一通帶內之波長通過。此外，經串接之光譜濾波器之透射率332可為第一寬頻透射率316及第一窄頻透射率326之一組合(例如一乘法組合)。在一實施例中，可調濾波器112可具有相對於一相對較大波長範圍之一高抑制比。此外，如圖3B及圖3C中所繪示，事實證明，可依使得對第一光譜濾波器及第二光譜濾波器之各者之製造要求相對於具有一單一光譜濾波器(具有相同效能特性)之一可調濾波器112降低之一方式使用經串接之第一光譜濾波器及第二光譜濾波器來達成可調濾波器112之一所要效能。例如，如圖3B及圖3C中所繪示，第一光譜濾波器可展現相對於通帶外之一大波長範圍之一高抑制比，但可展現一寬通帶。此外，第二光譜濾波器可展現一窄通帶，但可展現針對第一光譜濾波器之通帶外之波長之一較低抑制比。
圖4係根據本發明之一或多個實施例之含有光譜濾波器之三個濾波器 更換器之一示意圖，該等光譜濾波器適於光譜過濾一通道光束108以包含可在三個光譜窗內調諧之一窄頻光譜波形。在一實施例中，具有三個濾波器更換器(其各具有8個濾波器安裝座)之一可調濾波器112提供具有18個可選中心波長之一通道光束108之窄頻光譜濾波。
在另一實施例中，可調濾波器112包含一第一濾波器更換器402、一第二濾波器更換器404及一第三濾波器更換器406。在另一實施例中，各濾波器更換器402至406包含適於固定一光譜濾波器之8個濾波器安裝座。例如，第一濾波器更換器402可包含濾波器安裝座408至422，第二濾波器更換器404可包含濾波器安裝座424至438，且第三濾波器更換器406可包含濾波器安裝座440至454。
在另一實施例中，各濾波器更換器包含其中未安裝濾波器之一打開安裝座。就此而言，一通道光束108可在未發生光譜修改的情況下選擇性地通過各濾波器更換器。例如，濾波器安裝座408、424及440可為打開安裝座。
在另一實施例中，可調濾波器112可使用與一窄頻帶通濾波器串接之一寬頻帶通濾波器來提供窄頻光譜濾波(例如圖3B至圖3D中所繪示)。例如，濾波器安裝座422可包含具有一第一通帶(例如一紅色通帶)之一寬頻帶通濾波器，濾波器安裝座438可包含具有一第二通帶(例如一綠色通帶)之一寬頻帶通濾波器，且濾波器安裝座454可包含具有一第三通帶(例如一藍色通帶)之一寬頻帶通濾波器。此外，濾波器安裝座426至436可包含具有第一通帶內之中心波長之窄頻帶通濾波器。就此而言，可藉由將第一濾波器更換器402設定成濾片濾波器安裝座422，將第二濾波器更換器404設定成濾波器安裝座426至436之任何者且將第三濾波器更換器406設定成濾 波器安裝座440(例如打開)來將一通道光束108調諧成第一通帶內之一波長。濾波器安裝座442至452可包含具有第二通帶內之中心波長之窄頻帶通濾波器。就此而言，可藉由將第一濾波器更換器402設定成濾波器安裝座408(例如，打開)，將第二濾波器更換器404設定成濾波器安裝座438且將第三濾波器更換器406設定成濾波器安裝座442至452之任何者來將一通道光束108調諧成第二通帶內之一波長。濾波器安裝座410至420可包含具有第三通帶內之中心波長之窄頻帶通濾波器。就此而言，可藉由將第一濾波器更換器402設定成濾波器安裝座410至420之任何者，將第二濾波器更換器404設定成濾波器安裝座424(例如，打開)且將第三濾波器更換器406設定成濾波器安裝座454來將一通道光束108調諧成第三通帶內之一波長。
應瞭解，紅色通帶、綠色通帶及藍色通帶之描述僅供說明且不應被解譯為限制。一般而言，可調濾波器112可包含光譜之任何區域(其包含(但不限於)紫外線波長、可見光波長或紅外線波長)中之帶通濾波器。
在另一實施例中，一可調濾波器112可包含其中可根據一通道光束108之入射角來調諧一或多個濾波特性(例如一截止波長、一中心波長、一透射率值或其類似者)之角可調光譜濾波器。此外，角可調光譜濾波器可包含任何類型之光譜濾波器，諸如(但不限於)一低通濾波器、一高通濾波器、一帶通濾波器或一帶拒濾波器。圖5係根據本發明之一或多個實施例之一多通道可調光譜濾波器101之一概念圖，其繪示包含角可調光譜濾波器之一可調濾波器112。例如，一濾波器安裝座(例如一單一濾波器安裝座、一濾波器更換器或其類似者)可經固定於一旋轉台上，使得可調整一可調光譜濾波器上之一通道光束108之入射角。在一實施例中，如圖5中 所繪示，一第一可調濾波器112a可包含經固定於一第一旋轉台504上之一第一濾波器安裝座502中之一低通濾波器及經固定於一第二旋轉台508上之一第二濾波器安裝座506中之一高通濾波器。在另一實施例中，一第二可調濾波器112b可包含經固定於一第三旋轉台512上之一第三濾波器安裝座510中之一低通濾波器及經固定於一第四旋轉台516上之一第四濾波器安裝座514中之一高通濾波器。
在另一實施例中，一可調濾波器112可包含其中可根據濾波器上之一通道光束108之線性位置來調諧一或多個濾波特性(例如一截止波長、一中心波長、一透射率值或其類似者)之線性可調光譜濾波器。例如，一線性可調光譜濾波器可包含一或多個薄膜，其具有一楔形輪廓，使得一厚度可橫跨濾波器之長度而變動。此外，線性可調光譜濾波器可包含任何類型之光譜濾波器，諸如(但不限於)一低通濾波器、一高通濾波器、一帶通濾波器或一帶拒濾波器。圖6係根據本發明之一或多個實施例之一多通道可調光譜濾波器101之一概念圖，其繪示包含線性可調光譜濾波器之一可調濾波器112。例如，一濾波器安裝座(例如一單一濾波器安裝座、一濾波器更換器或其類似者)可經固定於一線性台上，使得可調整一可調光譜濾波器上之一通道光束108之線性位置。在一實施例中，如圖6中所繪示，一第一可調濾波器112a可包含經固定於一第一線性台604上之一第一濾波器安裝座602中之一低通濾波器及經固定於一第二線性台608上之一第二濾波器安裝座606中之一高通濾波器。在另一實施例中，一第二可調濾波器112b可包含經固定於一第三線性台612上之一第三濾波器安裝座610中之一低通濾波器及經固定於一第四線性台616上之一第四濾波器安裝座614中之一高通濾波器。
圖7係根據本發明之一或多個實施例之一可調濾波器112之一概念圖，可調濾波器112包含具有一空間濾波器之一雙光柵單色儀。在另一實施例中，一可調濾波器112a、112b包含：一第一色散元件702a、702b，其用於光譜色散一通道光束(例如通道光束108a或通道光束108b)；一濾波元件704a、704b，其用於操作為一空間濾波器；及一第二色散元件706a、706b，其用於光譜重組通道光束以形成一光譜濾波通道光束。就此而言，第二色散元件706a、706b可移除由第一色散元件702a、702b引入之色散。此外，可調濾波器112a、112b之一光譜透射比可與濾波元件704a、704b之一空間透射比相關。
第一色散元件702a、702b可為適於將光譜色散引入至通道光束(例如通道光束108a或通道光束108b)中之此項技術中已知之任何類型之色散元件。例如，第一色散元件702a、702b可透過任何機制(諸如(但不限於)繞射或折射)將色散引入至通道光束中。此外，第一色散元件702a、702b可由透射及/或反射光學元件形成。
在另一實施例中，第一色散元件702a、702b包含一動態產生之繞射光柵。就此而言，一繞射光柵可經動態地產生於一基板材料(例如一透明光學材料)中。此外，第一色散元件702a、702b之色散特性可經動態地修改以藉由調整動態產生之繞射光柵之物理特性來調諧多通道可調光譜濾波器101。例如，一動態產生之繞射光柵之週期或調變深度可經調整(例如，經由控制器114)以控制色散值(例如照明之特定波長之繞射角)。舉另一例而言，動態產生之繞射光柵之調變深度可經調整(例如，經由控制器114)以控制色散效率(例如照明之特定波長之一繞射效率值)。
例如，第一色散元件702a、702b可包含(但不限於)一聲光調變器或 一電光調變器。應注意，在本文中，包含具有聲光調變器之一雙光柵單色儀的一可調濾波器112(例如可調濾波器112a、112b)可提供一空間同調通道光束(例如，由一超連續雷射源或其類似者產生)之快速調諧。在一實施例中，第一色散元件702a、702b包含與一傳感器耦合之由一固體介質組成之一聲光調變器，該傳感器經組態以產生透過固體介質傳播之超音波。固體介質之性質(諸如(但不限於)折射率)可由傳播超音波修改，使得一通道光束在與固體介質互動之後繞射。此外，超音波可在介質中依聲速傳播通過固體介質且具有與驅動信號之頻率及固體介質中之聲速相關之一波長。相應地，一傳感器之一調變頻率及/或一調變強度可經動態地調整以修改動態產生之繞射光柵之物理特性及第一色散元件702a、702b之對應色散性質。
在另一實施例中，可調濾波器112a、112b包含一第一光學元件708a、708b(例如一或多個透鏡或其類似者)，其用於將經光譜色散之通道光束(例如通道光束108a或通道光束108b)聚焦至一焦平面710a、710b，使得通道光束之光譜可橫跨焦平面710a、710b空間分佈。相應地，焦平面710a、710b可對應於多通道可調光譜濾波器101之一繞射平面。就此而言，焦平面710a、710b內之一「位置」可對應於依一特定角度離開第一色散元件702a、702b之來自通道光束之光且因此對應於通道光束之照明之一特定波長。例如，包含一繞射光柵之一第一色散元件702a、702b可依一不同角度繞射通道光束之照明之各波長，因此，通道光束之照明之各波長可聚焦至焦平面710a、710b中之一不同位置。
在另一實施例中，多通道可調光譜濾波器101之濾波元件704a、704b經定位於焦平面710a、710b處。就此而言，濾波元件704a、704b可空間 過濾經光譜色散之通道光束(例如通道光束108a或通道光束108b)。例如，濾波元件704a、704b可具有一空間透射比，其描述依據位置而變化之照明(例如任何波長之照明)之透射比。相應地，可根據濾波元件704a、704b之空間透射比來修改通道光束之照明之各波長之光譜功率。就此而言，可透過濾波元件704a、704b之空間透射比來控制多通道可調光譜濾波器101之光譜透射比。在一例項中，濾波元件704a、704b可使通道光束之一選擇波長(或波長範圍)通過。
濾波元件704a、704b可(但非必需)具有對應於焦平面710a、710b之形狀的一形狀。在一實施例中，一濾波元件704a、704b可具有用於匹配包含一彎曲表面之焦平面710a、710b的一彎曲形狀(例如由第一色散元件702a、702b及/或第一光學元件708a、708b所判定)。
在另一實施例中，多通道可調光譜濾波器101包含用於收集通過濾波元件704a、704b之光譜色散照明的一第二光學元件712a、712b(例如一或多個透鏡或其類似者)。例如，第二光學元件712a、712b可自濾波元件704a、704b收集經光譜色散及濾波之通道光束之至少一部分。此外，第二光學元件712a、712b可將所收集之經光譜色散及濾波之照明光束104導引至第二色散元件706a、706b。
在另一實施例中，第二色散元件706a、706b光譜組合經光譜色散及濾波之通道光束108以移除由第一色散元件702a、702b引入之光譜色散。就此而言，離開第二色散元件706a、706b之一通道光束(例如通道光束108a或通道光束108b)可為輸入通道光束108之一光譜濾波形式。例如，第二光學元件712a、712b之色散特性可經組態以抵消由第一色散元件702a、702b誘發之色散。
在另一實施例中，第一光學元件708a、708b及第二光學元件712a、712b形成一光學中繼系統。就此而言，第一光學元件708a、708b及第二光學元件712a、712b可在第二色散元件706a、706b處產生第一色散元件702a、702b上之通道光束之分佈之一影像。相應地，多通道可調光譜濾波器101可最低限度地影響通道光束之性質(諸如(但不限於)散度(例如準直度)、空間同調性或亮度(例如通過波長之亮度))，其可促進將多通道可調光譜濾波器101整合至任何系統(例如一度量系統或其類似者)中。
濾波元件704a、704b可具有任何空間透射比分佈以提供此項技術中已知之任何濾波操作。相應地，多通道可調光譜濾波器101可操作為任何類型之光譜濾波器，諸如(但不限於)一低通濾波器、一高通濾波器、一帶通濾波器或一陷波濾波器。
將多通道可調光譜濾波器101可用作一外部光學系統之一部分。圖8係根據本發明之一或多個實施例之包含一多通道照明源100之一度量系統800(例如一顯微鏡、一成像散射计、一角解析散射计或其類似者)之一概念圖。例如，包含一多通道可調光譜濾波器101之一多通道照明源100可對度量系統800提供一可調照明源。
在另一實施例中，度量系統800包含經組態以沿一照明路徑808將照明光束804導引至一樣本806之一物鏡802。在另一實施例中，度量系統800在磊晶模式中組態有一分束器810，使得物鏡802將照明光束804導引至樣本806且依一法線角自樣本806收集照明。在另一實施例中，度量系統800包含沿一收集路徑812之一或多個照明光學器件，其用於接收自樣本806發出之輻射(例如照明光束804之反射、散射及/或繞射部分、由樣本806發射之輻射或其類似者)且將所收集之輻射導引至一偵測器814。
在另一實施例中，度量系統800之照明光束804包含由多通道可調光譜濾波器101提供之任何數目個可調照明光束。例如，照明光束804可包含來自多通道可調光譜濾波器101之任何數目個輸出照明光束116(例如通道光束108、組合輸出照明光束116或其類似者)。此外，由多通道可調光譜濾波器101提供之各輸出照明光束116可具有可選擇性調整之性質，諸如(但不限於)光譜成分、強度或偏振。
在另一實施例中，度量系統800可利用由多通道可調光譜濾波器101提供之可調輸出照明光束116來照射樣本806。例如，度量系統800可將可調輸出照明光束116導引至樣本806之多個部分(例如一度量目標之多個單元或其類似者)。此外，度量系統800可將可調輸出照明光束116同時或循序導引至樣本806。應注意，在本文中，多通道可調光譜濾波器101可高效調諧用於高效量測之輸出照明光束116(例如，修改輸出照明光束116之光譜成分)。例如，包含由聲光調變器形成之一雙光柵單色儀的一多通道可調光譜濾波器101可高效調諧一空間同調寬頻源，諸如(但不限於)一超連續雷射源。
在另一實施例中，如圖8中所繪示，度量系統800包含用於產生兩個獨立可調通道光束108作為輸出照明光束116之多通道可調光譜濾波器101。在另一實施例中，度量系統800包含用於將輸出照明光束116組合成一單一照明光束804之一光束組合器816。在另一實施例中，度量系統800之照明路徑808包含用於將照明光束804導引至樣本806之一組照明光學元件818。例如，照明光學元件組818可包含用於將一照明光瞳820中繼至物鏡802之一光學中繼器。就此而言，物鏡802可使用來自照明光束804之任何照明分佈(其包含(但不限於)臨界照明或科勒(Köhler)照明)來照射樣本 806。在另一實施例中，照明路徑808可包含用於調整一場平面中之照明光束804之空間範圍的一照明場光闌822。
在另一實施例中，收集路徑812包含用於將照明自樣本806導引至偵測器之一組收集光學元件824。例如，收集光學元件組824可包含用於將一所要照明分佈自物鏡802中繼至偵測器814之一光學中繼器。在一例項中，收集光學元件組824可將樣本806之一影像中繼至偵測器814。在另一例項中，收集光學元件組824可將一光瞳平面(例如物鏡802之一後焦平面)之一影像中繼至偵測器814。相應地，度量系統800可偵測來自樣本806之輻射之角分佈。
圖9係根據本發明之一或多個實施例之一多光束度量系統900之一概念圖，多光束度量系統900包含具有一多通道可調光譜濾波器101之一多通道照明源100。在一實施例中，一多通道照明源100提供具有不同光譜之兩個輸出照明光束116a、116b。在一實施例中，度量系統900包含用於將輸出照明光束116a、116b收集至一單一光學柱之一光束組合器902。例如，如圖9中所繪示，光束組合器902可包含一分束器。此外，光束組合器902可將輸出照明光束116導引至一單一物鏡904。就此而言，可將由多通道照明源100提供之兩個輸出照明光束116導引至一樣本906。
在一實施例中，可將兩個輸出照明光束116a、116b導引至樣本906上之相同位置。在另一實施例中，可將兩個輸出照明光束116a、116b導引至樣本906上之不同位置。例如，如圖9中所繪示，度量系統900可包含一光束掃描器908，其用於使一輸出照明光束相對於另一輸出照明光束偏轉(例如，使輸出照明光束116b相對於輸出照明光束116a偏轉)，使得兩個輸出照明光束116a、116b可被導引至物鏡904之視場內之樣本906上之不同 位置。光束掃描器908可為適於使一輸出照明光束相對於另一輸出照明光束偏轉之此項技術中已知之任何元件，諸如(但不限於)具有可調尖端、傾斜及/或位置之一反射元件(例如，經安裝於由控制器114控制之一可調致動器或其類似者上)或一檢流計鏡。在一例項中，度量系統900可包含一基於散射測量之重疊度量系統，其中可將兩個輸出照明光束116a、116b導引至用於同時量測之兩個散射測量度量目標。
在另一實施例中，度量系統900包含兩個偵測器910a、910b，其經定位以自由輸出照明光束116a、116b照射之兩個位置擷取自樣本906發出之輻射。例如，物鏡904可同時將照明導引至樣本906及收集自樣本906發出之輻射。在一例項中，如圖9中所繪示，度量系統900可經組態以擷取與自樣本906發出之輻射相關聯(例如，與來自樣本906之輻射之角分佈相關聯)之光瞳影像。就此而言，度量系統900可包含用於將一光瞳平面(例如物鏡904之一後焦平面)中繼至偵測器910a、910b之一或多個光學元件912a、912b。此外，度量系統900可包含用於調節由物鏡904收集之照明的額外元件(例如空間濾波器914a、914b或其類似者)。在另一例項中，度量系統900可經組態以擷取樣本906之影像(例如樣本906之一表面)。在另一實施例中，度量系統900可包含用於同時促進照射樣本906及自樣本906偵測輻射之一或多個分束器916a、916b。
大體上參考圖8及圖9，一或多個偵測器(例如偵測器814、偵測器910a、910b或其類似者)可包含此項技術中已知之任何偵測器。例如，一偵測器可包含(但不限於)一CCD偵測器、一光二極體、一突崩光二極體(APD)及/或一光電倍增管(PMT)。應進一步注意，一偵測器可為經組態以同時偵測來自一樣本上之多個偵測區域之信號的一多通道偵測器。
本文中所描述之標的有時繪示含於其他組件內或與其他組件連接之不同組件。應瞭解，此等描繪架構僅供例示，且事實上，可實施達成相同功能性之諸多其他架構。就概念而言，用於達成相同功能性之組件之任何配置經有效「相關聯」以達成所要功能性。因此，本文中經組合以達成一特定功能性之任何兩個組件可被視為彼此「相關聯」以達成所要功能性，不論架構或中間組件如何。同樣地，如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「連接」或「耦合」以達成所要功能性，且能夠如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「可耦合」以達成所要功能性。「可耦合」之具體實例包含(但不限於)可實體互動及/或實體互動組件、及/或可無線互動及/或無線互動組件、及/或可邏輯互動及/或邏輯互動組件。
據信，將藉由以上描述來理解本發明及諸其多伴隨優點，且應明白，可在不背離揭示標的或不犧牲其全部材料優點的情況下對組件之形式、構造及配置作出各種改變。所描述之形式僅供說明，且以下申請專利範圍意欲涵蓋及包含此等改變。此外，應瞭解，本發明由隨附專利申請範圍界定。
100:多通道照明源
101:多通道可調光譜濾波器
102:寬頻照明源
104:照明光束
106:通道選擇器
108:通道光束
110:強度調變器
112:可調濾波器
114:控制器
116:輸出照明光束
118:處理器
119:分束器
120:記憶體媒體

Claims (50)

  1. 一種度量系統，其包括：一照明源，其經組態以產生具有一輸入光譜之一照明光束；一多通道光譜濾波器，其包括：兩個或兩個以上濾波通道，其具有兩個或兩個以上光譜透射率分佈(spectral transmissivity distribution)，其中該兩個或兩個以上濾波通道之至少一者包含一光譜濾波器；及一通道選擇器，其包含經組態以在不修改該照明光束之該輸入光譜之情況下，切換該照明光束之選定強度分數(intensity fraction)至該兩個或兩個以上濾波通道之一或多個選定濾波通道之一光學調變器(optical modulator)或一偏振旋轉器(polarization rotator)之至少一者，其中經導引至該一或多個選定濾波通道之該照明光束之該等選定強度分數具有與該照明光束相同之輸入光譜以藉由該一或多個選定濾波通道提供該輸入光譜之獨立濾波，其中該一個或一個以上選定濾波通道基於該一或多個選定濾波通道之該等光譜透射率分佈產生一或多個經濾波輸出光束；至少一光束組合器，其用於將來自該兩個或兩個以上濾波通道之照明組合成一單一光學柱；一單一聚焦元件，其用於將來自該單一光學柱中之該兩個或兩個以上濾波通道之照明導引至一樣本；至少一可調光束偏轉器(adjustable beam deflector)，其用於選擇性地調整來自該兩個或兩個以上濾波通道之至少一濾波通道經由該單一聚焦 元件之一照明光學路徑以在兩個或兩個以上選定位置照明該樣本；及兩個或兩個以上偵測器，其用於擷取來自該樣本之該兩個或兩個以上選定位置之輻射。
  2. 如請求項1之度量系統，其中該照明源包括：一空間同調(spatially coherent)照明源。
  3. 如請求項2之度量系統，其中該空間同調照明源包括：一超連續(supercontinuum)雷射。
  4. 如請求項1之度量系統，其中該照明源包括：一弧光燈、一放電燈、一無電極燈或一雷射維持電漿源(laser-sustained plasma)之至少一者。
  5. 如請求項1之度量系統，其中該通道選擇器包括：一分束器(beamsplitter)。
  6. 如請求項1之度量系統，其中該通道選擇器包括：一波片(waveplate)或一電光盒(electro-optics cell)之至少一者；及一偏振分束器。
  7. 如請求項1之度量系統，其中該通道選擇器包含一光學調變器，其包括： 一聲光(acousto-optic)調變器、一電光(electro-optic)調變器、一電流計(galvanometer)鏡或一壓電(piezo-electric)鏡之至少一者。
  8. 如請求項1之度量系統，其中該兩個或兩個以上濾波通道之至少一者之該光譜濾波器包含一或多個可調光譜濾波器。
  9. 如請求項8之度量系統，其中該一或多個可調光譜濾波器包括：一低通濾波器、一高通濾波器、一帶通濾波器或一帶拒濾波器之至少一者。
  10. 如請求項8之度量系統，其中該一或多個可調光譜濾波器包括：一或多個濾波器更換器(changer)，其用於固定一或多個可選擇離散(discrete)光譜濾波器。
  11. 如請求項8之度量系統，其中該一或多個可調光譜濾波器之一或多個濾波特性係基於該照明光束之該選定強度分數之一入射角或一入射位置之至少一者而可調的(tunable)。
  12. 如請求項11之度量系統，其中該一或多個濾波特性包括：一光譜頻寬、一中心波長或一透射率值之至少一者。
  13. 如請求項8之度量系統，其進一步包括：一或多個可平移(translatable)濾波器安裝座(mount)，其用於固定該 一或多個可調光譜濾波器。
  14. 如請求項13之度量系統，其中該一或多個可平移濾波器安裝座之至少一者包括：一線性可平移濾波器安裝座，其經組態以調整該一或多個可調光譜濾波器上之該照明光束之該選定強度分數之一入射位置。
  15. 如請求項13之度量系統，其中該一或多個可平移濾波器安裝座之至少一者包括：一旋轉可平移濾波器安裝座，其經組態以調整該一或多個可調光譜濾波器上之該照明光束之該選定強度分數之一入射角。
  16. 如請求項8之度量系統，其中該一或多個可調光譜濾波器之一可調光譜濾波器包括：一雙光柵單色儀(double grating monochromator)。
  17. 如請求項16之度量系統，其中該雙光柵單色儀包括：一第一光柵，其經組態以光譜色散(disperse)該照明光束之該選定強度分數為一光譜色散通道光束，其中該第一光柵之一色散係可組態的；一第一光學透鏡，該第一光學透鏡經組態以將該光譜色散通道光束聚焦於一焦平面處，其中該焦平面處之該光譜色散通道光束之一光譜之一分佈係由該第一光柵之該色散判定；一空間濾波器，其經定位於該焦平面處，其中該空間濾波器空間過 濾該光譜色散通道光束之該光譜；一第二光學透鏡，其經組態以收集自該空間濾波器透射之該光譜色散通道光束；及一第二光柵，其經組態以移除該光譜色散通道光束之該色散。
  18. 如請求項1之度量系統，其中該兩個或兩個以上濾波通道之至少一濾波通道包含一強度調變器。
  19. 如請求項18之度量系統，其中該強度調變器包括：一光閘(shutter)或一中性密度濾波器之至少一者。
  20. 如請求項18之度量系統，其中該強度調變器包括：一波片或一電光盒之至少一者；及一偏振器。
  21. 一種多通道照明源，其包括：一照明源，其經組態以產生具有一輸入光譜之一照明光束；及一多通道光譜濾波器，其包括：兩個或兩個以上濾波通道，其具有兩個或兩個以上光譜透射率分佈，其中該兩個或兩個以上濾波通道之至少一者包含一光譜濾波器；及一通道選擇器，其包含經組態以在不修改該照明光束之該輸入光譜之情況下，動態地導引該照明光束之選定強度分數至該兩個或兩 個以上濾波通道之一或多個選定濾波通道之一光學調變器或一偏振旋轉器之至少一者，其中經導引至該一或多個選定濾波通道之該照明光束之該等選定強度分數具有與該照明光束相同之輸入光譜以藉由該一或多個選定濾波通道提供該輸入光譜之獨立濾波，其中該一個或一個以上選定濾波通道基於該一或多個選定濾波通道之該等光譜透射率分佈及該輸入光譜產生一或多個經濾波輸出光束。
  22. 如請求項21之多通道照明源，其中該照明源包括：一單一照明源。
  23. 如請求項21之多通道照明源，其中該照明源包括：一空間同調照明源。
  24. 如請求項23之多通道照明源，其中該空間同調照明源包括：一超連續雷射。
  25. 如請求項21之多通道照明源，其中該照明源包括：一弧光燈、一放電燈、一無電極燈或一雷射維持電漿源之至少一者。
  26. 如請求項21之多通道照明源，其進一步包括：至少一光束組合器，其經組態以將來自該兩個或兩個以上濾波通道之照明組合成一共同輸出光束路徑以產生一經組合經濾波輸出光束。
  27. 如請求項21之多通道照明源，其中該一或多個選定濾波通道包括：在一給定時間之一單一選定濾波通道，其中該通道選擇器經組態以將該照明光束導引至該兩個或兩個以上濾波通道之該單一選定濾波通道。
  28. 如請求項21之多通道照明源，其中該一或多個選定濾波通道包括：兩個或兩個以上同時選定濾波通道，其中該通道選擇器經組態以將該照明光束之選定強度分數同時導引至該兩個或兩個以上同時選定濾波通道以產生至少兩個經濾波輸出光束。
  29. 如請求項21之多通道照明源，其中該通道選擇器包括：一波片或一電光盒之至少一者；及一偏振分束器。
  30. 如請求項21之多通道照明源，其中該通道選擇器包含一光學調變器，其包括：一聲光調變器、一電光調變器、一電流計鏡或一壓電鏡之至少一者。
  31. 如請求項21之多通道照明源，其中該兩個或兩個以上濾波通道之至少一濾波通道包含一或多個可調光譜濾波器。
  32. 如請求項31之多通道照明源，其中該一或多個可調光譜濾波器包 括：一低通濾波器、一高通濾波器、一帶通濾波器或一帶拒濾波器之至少一者。
  33. 如請求項31之多通道照明源，其中該一或多個可調光譜濾波器包括：一或多個濾波器更換器，其用於固定一或多個可選擇離散光譜濾波器。
  34. 如請求項31之多通道照明源，其中該一或多個可調光譜濾波器之一或多個濾波特性係基於該照明光束之該選定強度分數之一入射角或一入射位置之至少一者而可調的。
  35. 如請求項34之多通道照明源，其中該一或多個濾波特性包括：一光譜頻寬、一中心波長或一透射率值之至少一者。
  36. 如請求項31之多通道照明源，其進一步包括：一或多個可平移濾波器安裝座，其用於固定該一或多個可調光譜濾波器。
  37. 如請求項36之多通道照明源，其中該一或多個可平移濾波器安裝座之至少一者包括：一線性可平移濾波器安裝座，其經組態以調整該一或多個可調光譜 濾波器上之該照明光束之該選定強度分數之一入射位置。
  38. 如請求項36之多通道照明源，其中該一或多個可平移濾波器安裝座之至少一者包括：一旋轉可平移濾波器安裝座，其經組態以調整該一或多個可調光譜濾波器上之該照明光束之該選定強度分數之一入射角。
  39. 如請求項31之多通道照明源，其中該一或多個可調光譜濾波器之一可調光譜濾波器包括：一雙光柵單色儀。
  40. 如請求項36之多通道照明源，其中該雙光柵單色儀包括：一第一光柵，其經組態以光譜色散該照明光束之該選定強度分數為一光譜色散通道光束，其中該第一光柵之一色散係可組態的；一第一光學透鏡，該第一光學透鏡經組態以將該光譜色散通道光束聚焦於一焦平面處，其中該焦平面處之該光譜色散通道光束之一光譜之一分佈係由該第一光柵之該色散判定；一空間濾波器，其經定位於該焦平面處，其中該空間濾波器空間過濾該光譜色散通道光束之該光譜；一第二光學透鏡，其經組態以收集自該空間濾波器透射之該光譜色散通道光束；及一第二光柵，其經組態以移除該光譜色散通道光束之該色散。
  41. 如請求項21之多通道照明源，其中該兩個或兩個以上濾波通道之至少一濾波通道包含一強度調變器。
  42. 如請求項41之多通道照明源，其中該強度調變器包括：一光閘或一中性密度濾波器之至少一者。
  43. 如請求項41之多通道照明源，其中該強度調變器包括：一波片或一電光盒之至少一者；及一偏振器。
  44. 如請求項26之多通道照明源，其中該兩個或兩個以上濾波通道之至少一者進一步包含濾波通道光閘以選擇性地通過對應之該一或多個經濾波輸出光束。
  45. 如請求項44之多通道照明源，其中該照明光束經線性偏振，其中該通道選擇器包括：至少一非偏振光束分離器，其中該至少一光束組合器包括：至少一額外非偏振光束分離器，其中該經組合經濾波光束係經線性偏振。
  46. 如請求項45之多通道照明源，其中該多通道照明源進一步包括：一波片或一電光盒之至少一者，其經組態以選擇性地調整該經組合經濾波光束之一偏振方向；及 一偏振光束分離器，其基於該經組合經濾波光束之該偏振方向將該經組合經濾波光束分離成兩個輸出通道，其中該經組合經濾波光束在該兩個輸出通道內之部分係沿正交偏振方向而線性偏振。
  47. 如請求項21之多通道照明源，其中該照明光束係線性偏振，其中該兩個或兩個以上濾波通道包括：一第一濾波通道及一第二濾波通道，其中該通道選擇器經組態以在該兩個濾波通道之間劃分(divide)該照明光束。
  48. 如請求項47之多通道照明源，其進一步包括：一第一偏振光束分離器，其基於一第一經濾波光束之一偏振方向將該第一經濾波光束分離成一第一輸出通道及一第二輸出通道，其中該第一輸出通道及該第二輸出通道係正交偏振；及一第二偏振光束分離器，其基於一第二經濾波光束之一偏振方向將該第二經濾波光束分離成一第三輸出通道及一第四輸出通道，其中該第三輸出通道及該第四輸出通道係正交偏振。
  49. 如請求項21之多通道照明源，其中該通道選擇器包含一偏振控制器，其包括：一波片或一電光盒之至少一者。
  50. 一種多通道光譜濾波器，其包括： 兩個或兩個以上濾波通道，其具有兩個或兩個以上光譜分佈，其中該兩個或兩個以上濾波通道之至少一者包含一光譜濾波器；及一通道選擇器，其包含經組態以在不修改一照明光束之一輸入光譜之情況下，切換該照明光束之選定強度分數至具有該輸入光譜之該兩個或兩個以上濾波通道之一或多個選定濾波通道之一光學調變器或一偏振旋轉器之至少一者，其中經導引至該一或多個選定濾波通道之該照明光束之該等選定強度分數具有與該照明光束相同之輸入光譜以藉由該一或多個選定濾波通道提供該輸入光譜之獨立濾波，其中該一個或一個以上選定濾波通道基於該一或多個選定濾波通道之該等光譜透射率分佈及該輸入光譜產生一或多個經濾波輸出光束。
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