CN101842908B - 透射检测器、包含相同透射检测器的系统和相关方法 - Google Patents

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Abstract

配置检测器部件，用于确定沿光路传播的电磁能量特征。至少电磁能量的分量携带沿着光路的电磁能量信息。检测器部件包括第一检测器阵列，该第一检测器阵列被布置沿着光路并且具有光敏元件，使该光敏元件对齐以接收电磁能量中的至少一部分，包括分量。响应于分量，光敏元件选择性地吸收分量的第一部分并且至少部分根据电磁能量信息产生第一组电图像数据。光敏元件中的至少一部分是至少部分透明的，使得其选择性地通过分量的第二部分以沿着光路继续。

Description

透射检测器、包含相同透射检测器的系统和相关方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年9月13日提交的、共同拥有的第60/971,992号美国临时专利申请的优先权的权益，通过引用把该临时专利申请的公开并入本文。
背景技术
在现有技术中存在许多类型的光敏检测器，例如光电二极管和光电晶体管。一类光敏检测器包括透射检测器和透明检测器。透射检测器是能够从中透射过至少一部分入射电磁(“EM”)能量的检测器。透明检测器是透射检测器的子集，进一步限制为这样的光敏检测器，即，该光敏检测器能够从中透射过EM能量，几乎没有吸收并且没有可感知的散射或漫射。
通过引用把标题为“SEMI-TRANSPARENT MONITORDETECTOR FOR SURFACE EMITTING LIGHT EMITTING DEVICES(用于表面发射发光设备的半透明监控器检测器)”的第6,037,644号美国专利、标题为“SEMITRANSPARENT OPTICAL DETECTORINCLUDING A POLYCRYSTALLINE LAYER AND METHOD OFMAKING(包括多晶层的半透明光检测器和制造方法)”的第6,879,014号美国专利(在下文中，“‘014专利”)和标题为“SEMITRANSPARENTOPTICAL DETECTOR ON A FLEXIBLE SUBSTRATE AND METHODOF MAKING(在柔性基底上的半透明光检测器和制造方法)”的第6,670,599号美国专利的全部内容并入本申请。这些专利中的每一个描述用于监控例如垂直腔表面发射激光器(“VCSEL”)的单色光学设备性能的半透明检测器。在前述出版物中描述的半透明检测器是非成像检测器，该非成像检测器被设计为对单波长的EM能量作出响应并且被集成到光学设备内。‘014专利确实注意到难以设计和制造这样一种透明检测器，即，该透明检测器同时在希望的波长处展示良好的响应率、具有低暗电流且高度地透明；但是，这个文献没有对超出VCSEL监控技术范围外的这些问题讨论可能的解决方案。
图1是现有技术的薄膜检测器100的图示，其表示‘014专利的图1。依照‘014专利的说明书，可以利用检测器100用于接收沿着光路10传播的电磁能量，光路10入射在例如部分导电层120的上(暴露的)表面上。可以配置检测器100作为半透明检测器，并且关于光路10可以横向布置检测器100，使得该检测器接收至少一部分电磁能量。换句话说，检测器可以关于入射电磁能量是至少部分透明的，使得可以吸收和检测入射电磁能量的第一部分，并且未被吸收的第二部分沿着光路10继续，用于后来使用。在薄膜检测器100中，例如由硅、锗或其它适合的半导体材料形成光敏层(即，检测介质)110。至少部分透明的导电层120和130形成在光敏层110的两个侧面上并且可以被构图，使得仅部分光敏层110由导电层120和130接触。导电层120和130由例如氧化铟锡(“ITO”)、氧化锌、氧化锡或锌/锡/铟混合氧化物的材料形成，并被配置以提供与光敏层110的电接触。在基底140上支撑光敏层110和导电层120和130，基底140用作具有支撑表面的支撑布置，在支撑表面上可以形成包括光敏层110的前述的层。使用众所周知的技术，基底140可以例如用例如玻璃或二氧化硅的透射电介质材料形成。光敏层110可以包括多个子层(没有示出)，例如透射p型层(P)、本征(例如，无掺杂的)半导体(I)和n型半导体(N)，并且根据众所周知的技术可以配置这些层作为“PIN”二极管，用于吸收光和根据所吸收的光产生电信号。如在‘014专利中讨论的，通过顺序沉积每个层，和/或通过对一个或多个沉积的半导体材料进行选择性地掩模和掺杂，可以形成子层。尽管可以相对便宜地制造薄膜检测器，但是薄膜检测器经常遭受过多噪声、大的暗电流和低灵敏度，特别是当使用非晶态的半导体材料来形成PIN二极管时。
如在‘014专利中描述的，EM能量可以沿着朝向向上的方向的光路10传播，并且因此可以入射在下表面上(没有示出)，使得可以由检测器接收EM能量。
图2是现有技术的变薄的检测器200的图示。变薄的检测器200可以包括变薄的结晶材料的子层，并且如同薄膜检测器100(图1)，可以配置变薄的检测器200以形成PIN二极管。特别地，变薄的检测器200可以包括可以由机械的和/或化学的方法进行变薄的p型半导体基底210，支撑在p型半导体基底210上形成的本征半导体层220和n型半导体层230。用由机械的和/或化学的方法进行变薄的(例如，最终厚度约为10为米或更小)较厚(例如，几百微米)的结晶半导体基底可以形成P型半导体基底210，以对于给定应用提供适合的光学特性。使用众所周知的技术可以对变薄的检测器200进行光刻地构图和蚀刻，以去除部分层220和230来容纳p接触240，p接触240提供与p型半导体基底210的电接触。可以把n接触250沉积在n型半导体层230上。p接触240和n接触250可以用铝或在本领域的技术中公知的其它适合的导电材料形成。与例如在图1中示出的薄膜检测器的最终成本比较，变薄操作本身以及由于变薄的基底损伤的良率损失可以促成变薄的检测器的更高最终成本。
图3示出模拟光谱性能的示例图300，该模拟光谱性能与根据图1和图1的描述制造的现有技术薄膜检测器100的一个实施例关联。图300可以例如根据在‘014专利中公开的设备说明书来生成，并且图300具有作为横坐标的以纳米为单位的波长和作为纵坐标的百分比。薄膜检测器100的全部反射率310由虚线表示，并且单独光敏层100的吸收率320由点划线表示。通过薄膜检测器100的透射率330由点线表示，并且除了光敏层110以外的薄膜检测器100的所有其它层的吸收率340由实线表示。根据图300，因为反射率310的平均值大于50％，所以可以认为薄膜检测器100是低效的。此外，由于在检测器结构中的材料特性和固体标准具效应，吸收率320的平均值小于30％，并呈现出显著的光谱相关性。
虽然对于例如单色光学设备监控的给定应用，薄膜检测器100和变薄的检测器200可以提供对于单个波长的EM能量的足够检测，但是薄膜检测器100和变薄的检测器200的光谱相关性(例如在图3中展示的)使薄膜检测器100和变薄的检测器200不适合于统一的宽带检测。此外，由于反射引起的入射EM能量的损失促成薄膜检测器和变薄的检测器的降低的信噪比(“SNR”)。
在单色光学设备监控技术之外，对于薄膜硅检测器的应用包括高度透明的相位检测器，该高度透明的相位检测器为了位置或波长的高精度测量检测沿着驻波的EM能量强度。这些应用的例子被描述在下述文献中，Jun等人的“Optimization of phase-Sensitive TransparentDetector for Length Measurement(用于长度测量的相位敏感半透明检测器的最优化)”IEEE Trans.Electr.Dev.，52，No.7(2005)，pp.1656-1660、Li等人的“Precision optical displacement sensor based onultra-thin film photodiode type optical interferometer(基于超薄膜光电二极管类型光学干涉仪的精密光学位移传感器)”Meas.Sci.&Tech.，14(2003)，pp.479-483和Knipp等人的“Silicon-Based Micro-FourierSpectrometer(基于硅的微傅里叶分光仪)”IEEE Trans.Electr.Dev.，52，No.3(2005)，pp.419-426，上述文献的全部内容通过引用并入本申请。这些类型的透明相位检测器被设计为最小地影响入射EM能量并且因此仅检测非常小部分的入射能量；也就是说，这种透明相位检测器旨在仅吸收需要的少量入射EM能量，以执行相位检测任务。尽管在前述文献中(包括‘014专利)描述的检测器可以被配置以吸收和检测入射电磁能量的第一部分并且传送第二部分用于后来使用，这些检测器还被配置以吸收一部分入射辐射的总功率。因此，这些检测器以这样一种方式吸收入射电磁辐射的第一部分，即，这种方式关于电磁能量的具体特性不是选择性的。尽管根据检测器的材料特性和其它传统的特征，这些现有技术的检测器可以展示众所周知的光谱特征，但是关于电磁能量的例如波长和/或偏振的具体特征，前述检测器的吸收特征不是选择性的。
发明内容
结合系统、工具和方法描述和说明下面的实施方式和实施方式的方面，系统、工具和方法意在示例性的和说明性的，并非限制保护范围。
在一个实施方式中，配置检测器部件，用于确定沿着光路传播的电磁能量的特征。至少所述电磁能量的分量携带沿着所述光路的电磁能量信息。所述检测器部件包括沿着所述光路布置的第一检测器阵列，并且所述第一检测器阵列具有光敏元件，对齐该光敏元件以接收所述电磁能量中的至少一部分，包括所述分量。所述光敏元件选择性地吸收所述分量的第一部分并且响应于所述分量至少部分根据所述电磁能量信息产生第一组电图像数据。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着所述光路选择性地通过所述分量的第二部分，以继续沿着所述光路。
在另一实施方式中，方法确定沿着光路传播的电磁能量的特征。所述电磁能量具有携带沿着所述光路的电磁能量信息的分量。所述方法包括配置第一检测器阵列以包括光敏元件，该光敏元件关于所述电磁能量是至少部分透明的。所述方法还包括沿着所述光路布置所述第一检测器阵列，使得所述光敏元件的至少一个子集在所述电磁能量的路径中，以(i)选择性地吸收所述电磁能量中的至少一部分，包括携带所述电磁能量信息的所述电磁能量的所述分量的第一部分并且从所述电磁能量中的至少一部分产生第一组电图像数据，以至少部分地确定电磁能量信息的所述分量，和(ii)选择性地使所述分量的第二部分通过所述透射光敏元件，使得所述第二部分沿着所述光路继续，用于后来使用。
在另一实施方式中，描述了一种方法，用于确定沿着光路传播的电磁能量的特征。所述电磁能量包括分量，该分量携带沿着所述光路的电磁能量信息。所述方法包括，在所述光路上的第一位置处吸收所述电磁能量中的至少一部分，包括携带所述电磁能量信息的所述电磁能量分量的第一受控部分并且根据所述电磁能量中的至少一部分产生第一组电图像数据。所述方法还包括透射地通过所述分量的第二受控部分，使得所述第二受控部分沿着所述光路继续。
除了上面描述的示例方面和实施方式之外，通过参考附图和通过了解下面的描述，另一方面和实施方式将变得明显。
附图说明
注意到，为了说明清楚，可以不按照比例绘出、可以简化和/或对比增大在附图中的某些要素。
图1是现有技术薄膜检测器的以部分立体图的图解说明；
图2是现有技术变薄的检测器的以部分立体图的图解说明；
图3示出与图1的现有技术薄膜检测器的一个实施例关联的模拟光谱性能的图；
图4示出依照实施方式的划分和测量EM能量信息的实施例的图；
图5A是依照实施方式的透射检测器的以部分立体图的示意说明；
图5B是图5A的透射检测器的一部分的放大说明；
图6示出图5A的透射检测器的模拟光谱性能的图；
图7是依照实施方式的另一透射检测器的以部分立体图的图解说明；
图8是依照实施方式的两个透射检测器的以部分立体图的图解说明；
图9示出依照实施方式图8的透射检测器其中之一的模拟光谱性能的图；
图10是依照实施方式的图8的透射检测器中另一的模拟光谱性能的图；
图11是依照实施方式的另一透射检测器的以部分立体图的图解说明；
图12是依照实施方式的多平面透射检测器系统的图解说明；
图13是图12的多平面透射检测器的模拟光谱性能的图；
图14A至图14D示出依照实施方式的用于透射检测器的布置；
图15是依照实施方式的多平面成像系统的图解说明；
图16是流程图，示出依照实施方式的处理多平面图像信息以恢复相位信息的方法；
图17示出依照实施方式用于使用透射检测器来控制有源光学元件的示例性配置；
图18是依照实施方式的另一多平面成像系统的图解说明；
图19是依照实施方式适合于在高光谱成像中使用的多平面成像系统的图解说明；
图20A和图20B分别是现有技术的全光相机成像系统的图解说明和放大的插图；
图21是依照实施方式的包括透射检测器的体积成像系统的图解说明；
图22示出依照实施方式的模拟二元测试物体；
图23示出依照实施方式如在成像系统的傅里叶平面处由图21的透射检测器其中之一检测的图22的测试物体的模拟图像；
图24示出依照实施方式如在成像系统的第一像平面处检测的图22的测试物体的模拟图像，第一像平面与测试物体的物平面不是共轭的；
图25示出依照实施方式在成像系统的第二像平面处检测的图22的测试物体的另一模拟图像，第二像平面与测试物体的物平面不是共轭的；
图26示出依照实施方式在成像系统的像平面处检测的图22的测试物体的模拟图像，该像平面与测试物体的物平面是共轭的；
图27是依照实施方式处理多平面图像信息以恢复EM能量相位信息的方法的流程图；
图28示出依照实施方式与图23的模拟图像关联的恢复相位的模拟图像；
图29示出依照实施方式与图24的模拟图像关联的恢复相位的模拟图像；
图30示出依照实施方式图22的测试物体的模拟的、恢复图像；以及
图31是依照实施方式用于确定沿着光路传播的EM能量特征的方法的流程图。
具体实施方式
包括下面描述的本公开，被提供以使本领域的技术人员能制造和使用本文的实施方式。在本文中采用以帮助提高读者理解的例如上面的和下面的描述性术语不是意在作为限制。当阅读和全面理解本公开时，对所描述的实施方式的多种修改将对本领域的技术人员是显而易见的，并且本文的原理可以应用于其它实施方式。因而，本说明书没有意在限于示出的实施方式，而是符合与本文中描述的原理和特征一致的最广的范围。
虽然在本公开中的多个实施例可以示出检测EM谱的可见光部分，但是在本公开中公开的实施方式不是意于限于EM谱的这个部分，而是使用适当的光学元件和检测器材料可以适合于检测可见光波长外的EM能量。此外，尽管在示例实施方式中使用了PIN二极管配置，但是视给定应用的情况而定，透射检测器的光敏区可以用肖特基(Schottky)结、雪崩光电二极管、测辐射热的传感器或其它类型的光敏结构可选择地形成。
注意到，典型地配置用于单色光学设备监控的透明检测器和上面引用的相位检测器用于仅监控EM能量的密度，并且与传统的PIN二极管比较，需要具有更高效率的透射检测器。此外，关于将在下文中的适当点处描述的多种应用，需要展示至少部分由降低的光谱相关性确定特征的提高的宽带性能的检测器。
以下的公开描述了透射检测器的制造和使用，该透射检测器把EM能量分成不同的部分并且从不同部分中的至少一个确定某种信息。这样的划分的例子是把入射EM能量分离成(i)一个部分，被检测(从而测量)以确定在该部分中包含的特定信息域的某种信息，和(ii)另一部分，从中透射通过，没有测量。在本文中，认识到当测量EM能量信息时，EM能量信息提供标量或向量的值，该标量或向量的值确定如此测量的EM能量的特征；因此，可以把EM能量信息理解成包括EM能量的一个或多个不同特征。此外，EM能量可以包含在多个信息域中的EM能量信息。在本公开的上下文中，可以把信息域理解成是用于EM能量的给定特征的一组可能标量值或向量值。可能的信息域包括，例如相位、幅度(它直接与强度有关)、方向、波长和偏振。
依照本公开，可以配置透射检测器，用于把入射在透射检测器上的EM能量分成两个或多个部分，询问一部分的信息域以得到来自该部分的EM能量信息，并且依照如此得到的EM能量信息产生电信号。例如，可以把划分和询问在波长域中的EM能量信息的检测器配置成光谱选择性的，以便提供波长区分。光谱选择性的检测器可以选择性地吸收和询问宽带(例如，几十纳米或更多)或窄带(例如，十个纳米或更少)的EM能量的波长。
依照本公开的透射检测器与现有技术透明检测器不同之处在于，可以使用透射检测器来选择性地吸收EM能量的受控部分，以通过划分入射EM能量和测量入射EM能量的选择部分询问和得到EM能量的一个或多个信息域的测量。也就是说，在本公开的上下文中，可以把EM能量信息的询问理解为选择性地划分EM能量的分析，用于关于所接收到的电磁能量的一项或多项特征提取EM能量信息。在本公开的上下文中，EM能量信息的划分指选择性地把来自任何信息域的EM能量信息分配成三种类型之一：1)询问并且本质上改变；2)询问但是没有本质上改变地透射；和3)没有询问，而是简单地透射并且没有本质的改变。可以单独地询问不同的信息域，或者可以同时地询问多个信息域。
图4示出同时地询问波长信息域和幅度信息域的实施例。图4示出图400，其示出依照实施方式的EM能量信息划分和测量的实施例。图4代表光谱地划分的入射EM能量幅度的理想化实施例，使得至少部分地询问波长域和幅度域的多个部分。图400具有作为横坐标的以纳米为单位的波长和在纵坐标上的百分比透射。浓密黑线405代表依照本公开划分和询问EM能量的透射检测器的光谱透射函数。
继续参考图4，第一区410由在波长上从400nm到500nm和在透射率上从50％到100％的对角交叉线阴影区代表。第一区410对应于沿着EM能量的关联光路由EM能量的至少一个分量携带的EM能量信息。可以询问该分量，使得选择性地吸收、检测和本质上改变该分量，以提供例如电流和电压的测量。在本公开的上下文中，可以把EM能量信息的本质改变理解成意指检测EM能量信息并且把EM能量信息转换成不是EM能量的另一种形式。例如，在第一区410中，具有从400nm到500nm波长的EM能量的50％由透射检测器吸收，并且因此，因为该EM能量在透射检测器中产生电子-空穴对，所以本质地改变了该EM能量。
仍然参考图4，由在波长上从400nm到500nm和在透射上从0到50％的方形交叉线阴影区代表第二区420。第二区420对应于询问和没有被本质地改变的情况下透射的EM能量信息，使得该EM能量信息继续沿着EM能量的光路，用于后来使用。也就是说，在第二区420中的EM能量信息保持在至少一个域内至少是部分可测量的(例如，在第二区420中的EM能量信息具有大于零的SNR)。由在波长上500nm到700nm和在透射上从0到100％的对角斜线阴影区代表的第三区430对应于没有EM能量信息的询问或本质的改变情况下透射的EM能量信息。
当在传统的透明检测器中划分EM能量信息可以导致降低的可测量性时，可以配置本公开的透射检测器以减少在测量性上的这种降低。例如，认识到，在形成透射检测器的材料的厚度和/或折射率中的任何变化可以产生在检测的或透射的EM能量的相位信息中的变化。如果厚度变化和/或折射率变化是大的且随机的，使得光学厚度(例如，厚度和折射率的乘积)在从零到一个波长或更多个的范围上变化，那么因为相位的可测量效果变得与随机指标变化和/或折射率变化的效果无法解决地卷绕，所以传输通过透射检测器的EM能量的相位会是不可确定的。但是，如果厚度变化和/或折射率变化仍然是随机的但是小的，使得光学厚度仅在从零到一个波长的几个百分比范围上变化，那么可以评估传输通过透射检测器的EM能量的相位信息。在这点上，依照本公开设计的透射检测器可以包括厚度指数和折射率的紧密度容限，以允许评估传输通过透射检测器的EM能量的相位信息。作为另一实施例，当测量偏振时，在透射检测器中消偏振效果的最小化可能是重要的，而当测量强度时，散射效果或衰减效果的最小化可能是更重要的。
依照本公开可以设计透射检测器，以在时间域和空间域中划分和询问不同信息域。时间域询问可以提供例如在信息域中时间相关的测量。作为另一实施例，空间域询问可以提供在信息域中空间相关的测量。依照本公开设计的多个透射元件可以被单独地使用或被组织成用于成像或其它应用的一维的(即，“1-D”或1×N)、二维的(即，“2-D”或M×N)或三维的(即，“3-D”或L×M×N)阵列。可以配置这种阵列，以提供具体的空间域询问。例如，由单个透射检测器的一系列询问(即，单点空间采样和多点时间采样的组合)可以提供在单个空间点处关于EM能量的功率(即，时变强度)的信息。可选地，由在3-D阵列中每个透射元件的单个样本(即，单点时间采样和多点空间采样的组合)可以在多个空间点处提供关于EM能量的强度和相位的同时信息。
注意到，前述的现有技术，例如‘014专利，没有特别地讨论前述的信息域。此外，看上去现有技术没有考虑以彼此肩并肩的关系组织多个透射元件，以提供用于成像或其它应用的1-D、2-D或3-D检测器阵列。尽管‘014专利注释可以使用半透明检测器用于监控来自于一批激光器设备的每个激光器设备的功率，但‘014专利没有告知这种检测器可以与其它检测器合并，以形成检测器阵列。也就是说，现有技术看上去采用“每个激光器设备一个检测器”的观点。
图5A、图5B、图6和图7的下面讨论描述询问强度信息域和波长信息域的透射检测器。图5A示意性地示出透射检测器500，如先前与图1的薄膜检测器100关联描述的，包括光敏层110、透明导电层120和130和基底140。EM能量沿着光路510入射在透射检测器500上并且穿过透射检测器500。依照实施方式，透射检测器500进一步包括用多个薄膜层形成的增透(“AR”)涂层540。通过相对于例如图1的薄膜检测器100的现有技术光敏检测器进一步调整透射检测器500的吸收和透射性能，增透涂层540可以提高由透射检测器500的EM能量信息的区分和询问。
在图5B中示出检测器500的部分A(由在图5A中的虚线椭圆指示)的放大视图，其示出AR涂层540的其他细节。AR涂层540可以由例如一系列的薄膜层构成，例如所示的层550、560、570、580和590。例如，层560和580可以由高折射率的材料构成，例如氮氧化硅(“SiON”)，而层550、570和590是由低折射率材料形成的，例如BLACK(“BD”)。可选地，可以使用具有更大折射率差异的成对的材料，例如二氧化硅(“SiO2”)和五氧化二钽(“Ta2O5”)，以在AR涂层540内形成交替层。当在用来形成AR涂层540的材料中呈现更大的折射率差异时，可以需要比在图5B中示出的更少的层，以实现希望的增透效果。在实施例中，可以设计AR涂层540用于在可见光光谱中的宽带透射。
在表1中总结了对于形成AR涂层540的薄膜层550、560、570、580和590的示例性设计。对于每个薄膜层，如在图5B中由指示这个薄膜层的参考编号表示的，表1包括适合于形成AR涂层540的、对于该层材料的示例值，折射率、消光系数和物理厚度。
  层   材料   折射率   消光系数   物理厚度(nm)
  550   BD   1.40885   0.00023   260.77
  560   SiON   2.06687   0.00145   110.67
  570   BD   1.40885   0.00023   141.08
  580   SiON   2.06687   0.00145   38.24
  590   BD   1.40885   0.00023   10.33
表1
应当注意到，形成AR涂层540的五个层的说明仅是示例性的；也就是说，AR涂层540可以替换地具有比示出的五个层更少或更多的层。在特定的AR涂层中层的数量与作为整体给定透射检测器的希望的透射特性和吸收特性有关。
图6示出图5A的透射检测器500的计算光谱性能的图600。图600具有作为横坐标以纳米为单位的波长和作为纵坐标的百分比。由虚线指示透射检测器500的总体反射率610。仅由点划线代表光敏层110的吸收率620。由点线代表作为整体的透射检测器500的透光率630。由几乎与纵轴一致的实线代表除了光敏层110以外的透射检测器500的所有层的吸收率640。
在图600中可以看出，具体地在大约430nm到620nm的波长范围中，反射率610的平均值小于10％，在这个波长范围中吸收率620的平均值大于50％。现在结合图3参考图6，通过比较图300和图600，可以比较包括AR涂层540的透射检测器500的光谱性能和现有技术薄膜检测器100的光谱性能。可以看出，如由对于大约430nm到620nm的波长范围在图300中的大约50％相比较在图600中不到10％的降低的平均反射率指示的，与现有技术薄膜检测器100的效率比较，透射检测器500展示出提高的效率。类似地，在这个波长范围上透射检测器500的平均吸收率是EM能量的大约50％，而薄膜检测器100的平均吸收率是在这个波长范围上平均的大约30％，从而表明透射检测器500展示出对于这个波长范围的EM能量的更好区分。
图7是依照实施方式的透射检测器700的图示，该透射检测器700从变薄的结晶材料中形成并且包括从多个薄膜层形成的AR涂层。与图5A的检测器500相比，可以认为透射检测器700是透射检测器的替换结构。透射检测器700包括与图2的变薄的检测器200关联描述的元件以及形成AR涂层750的一组层760、770、780和790。层770和790可以由例如Ta2O5的高折射率材料形成。层760和780可以由例如SiO2的低折射率材料形成，使得AR涂层750是高折射率薄膜层和低折射率薄膜层的交替堆叠。如同透射检测器500中的AR涂层540，AR涂层750可以通过相对于变薄的检测器200的吸收和透射性能改变透射检测器700的吸收和透射性能，提高入射在透射检测器700上的EM能量的划分和询问。此外，AR涂层750可以包括用于进一步改变吸收和透射性能的附加层。
透射检测器可以在有或没有附加的检测器的情况下使用。例如，单独使用的透射检测器可以检测在例如从400nm到700nm的特定波长范围内大约50％的入射EM能量，而在透射通过透射检测器之后剩余的入射EM能量可以随后由一个或多个附加的检测器检测。以这种方式，可以把一个或多个透射检测器集成进多平面成像系统内。作为另一实施例，可以把透射检测器集成进使用者佩戴的护目镜内，由此使用透射检测器以记录同时由使用者观看的物体图像；在这个实施例中，可以认为人眼是在全部成像系统中的第二检测器。适合于结合透射检测器使用的附加检测器可以是任何类型的EM能量检测设备或结构，例如但不局限于，电荷耦合器件(“CCD”)、电荷注入器件(“CID”)、互补金属氧化物半导体(“CMOS”)检测器、卤化银薄膜和观众。
对于带有N个透射检测器的多平面测量系统，可以把在第i个透射检测器处的期望吸收率fi定义为
Figure GPA00001115557900141
其中1≤i≤N，对于在N个透射检测器之中等分入射EM能量。EM能量的等分可以有优势地提供对于所有N个透射检测器高SNR。作为实施例，对于包括透射检测器和第二完全吸收性检测器的双平面测量系统，在透射检测器和第二检测器之间的EM能量的等分可以帮助对于两个检测器使SNR最大化。
使在某些多平面测量系统中对于透射检测器的期望特征降低，检测器吸收率、透光率和反射率的光谱相关性。例如，在不需要滤色镜和/或颜色修正处理的情况下，在给定的波长范围上的EM能量询问中可以使用在该波长范围上带有光谱相关性的透射检测器。
依照实施方式，可以配置透射检测器，以通过吸收入射EM能量的第一部分同时使EM能量的第二部分透射通过透射检测器来检测EM能量。图8在部分立体图中示出依照实施方式的两个透射检测器800(1)和800(2)(共同地，检测器800)。尽管在下面实施例中示出的透射检测器800由多个薄膜形成，但是本领域的技术人员可以理解，作为替代可以使用变薄的结晶材料。如先前与图1的薄膜检测器100相关所描述的，透射检测器800包括光敏层110、透明导电层120和130和基底140。透射检测器800(1)、800(2)进一步分别包括第一和第二层组810(1)、810(2)和850(1)、850(2)。第一和第二层组810和850中的每一个分别可以包括高折射率材料和低折射率材料的多个层；例如，第一层和第二层组810和850两者之一或两者可以由与图5A和图5B的AR涂层540类似的薄膜布置形成。
继续参考图8，第一和第二层组810和850通过调整形成透射检测器800的薄膜层内的干涉、反射和折射效果，来影响透射检测器800的透射特征和吸收特征。
在下文中立即讨论两个具体透射检测器800(1)和800(2)，分别包括第一和第二层组810和850的示例设计。在第一实施例中，层组810(1)和850(1)提供大约50％的透射特征(即，大约50/50透射/吸收)。在表2中归纳了对于50％透射检测器800(1)的示例设计，表2包括对应于图8的50％透射检测器800(1)的元件的层号、参考编号，以及对于每个层的材料、折射率、消光系数和光学厚度。光学厚度值对应于对于550nm的参考波长计算的那些值。如在表2中可以注意到的，第一和第二层组810(1)和850(1)的每个末端由六个高折射率(Ta2O5)薄膜和低折射率(SiO2)薄膜的交替层构成。
表2
50％透射检测器800(1)的近似50/50透射/吸收特征是可以由依照实施方式的透射检测器提供的可能信息划分的一个实例。如前面讨论的，EM能量信息的这样等分帮助增加全部成像系统的SNR。
现在结合图8参考图9，图9示出图900，图900是依照在表2中归纳的特征，对于大约50％透射特征调整的50％透射检测器800(1)的模拟光谱性能。图900具有作为横坐标以纳米为单位的波长和作为纵坐标的百分比。虚线910代表透射检测器800(1)的总体反射率。点划线920代表仅光敏层110的吸收率。点线930代表作为整体这个透射检测器的透光率。实线940(几乎与横坐标一致)代表除了光敏层110以外50％透射检测器800(1)的所有层的吸收率。如通过比较图300、图600和图900可以注意到的，50％透射检测器800(1)比图1的未被涂层的检测器100和图5A的涂AR涂层的检测器500中的任何一个更有效并且光谱上更加均匀，因为50％透射检测器800(1)对于透射和吸收率展示平均50％吸收率、平均45％透射和提高的光谱均匀性。在从400nm到700nm的波长范围上，如在图900中示出的透光率和吸收率变化大约20％(例如，从40％到60％)，而在图1和图5的检测器中，在相同波长范围上的变化是40％或更多。透射和吸收的光谱均匀性使50％透射检测器800(1)适合于灰度检测。
在表3中归纳了另一示例层设计，用于为在蓝色波长中的EM能量选择而调整的透射检测器800(2)的第一和第二层组810和850。与表2类似，表3包括层号、与图8的透射检测器800(2)的元件对应的参考编号，但是带有对于每个层的材料、折射率、消光系数和光学厚度，这里光学厚度值再次与为550nm的参考波长计算的那些值对应。在表3中归纳的设计中，第一层组810(2)由高折射率(例如，Ta2O5)和低折射率(例如，SiO2)薄膜的九个交替层构成，而第二层组850由Ta2O5和SiO2的八个交替层构成。如当比较表2和表3可以看出的，在表3中归纳的蓝色选择性透射检测器设计利用比在表2中归纳的50％透射检测器800(1)的设计更多的层和不同的厚度。
Figure GPA00001115557900171
表3
图10示出依照在表3中归纳的设计被调整以作为蓝色选择性检测器工作的透射检测器800(2)的模拟光谱性能的图1000。为了产生图1000而在数值上建模的透射检测器800(2)被设计来提供在可见光波长光谱(例如，400nm-500nm)的蓝色部分中大约50/50的检测和透射，同时透射从500nm到700nm的EM能量。图1000具有作为横坐标的以纳米为单位的波长和作为纵坐标的百分比。虚线1010代表这个蓝光选择性透射检测器的反射率。点划线1020代表仅光敏层110的吸收率。点线1030代表作为整体这个透射检测器的透光率。几乎与横坐标一致的实线1040代表除了光敏层110之外的透射检测器800(2)的所有层的吸收率。如由线1020和1030所示，因为依照表3的设计形成的透射检测器800(2)的光敏层吸收在400nm到500nm波长范围内的大约40％的EM能量，同时透射在相同波长范围内大约50％的EM能量，所以依照表3的设计形成的透射检测器800(2)对于蓝色波长是光谱选择性的。实际上，可以看出图10的图1000是在图4中示出的信息划分图的实现，其中，由透射检测器800(2)询问400nm到500nm的波长范围的EM能量，而没有询问从500nm到700nm的波长范围的EM能量(即，被透射通过透射检测器800(2))。
在表2和表3的前述设计实施例中，在层组810和850的每一个中的示例性材料是SiO2和Ta2O5。使用例如离子束溅射或例如与半导体工艺兼容的那些其它公知方法，可以沉积这些材料。虽然这些前述实施例示出了层厚度和层总数的示例性改变和关于透射检测器的某些实施方式的透射和吸收特性的具体效果，但是，要理解的是，可以利用形成层组810和850的其它材料、层厚度和层数，以提供与透射检测器800类似的其它透射检测器的其它透射和吸收特征。此外，可以使用例如超材料(metamaterial)和/或偏振选择性材料或结构(例如，表现形状双折射的材料)，以实现不同的规格目标，例如在规定光谱上偏振选择性或光谱选择性宽带检测。
依照本文的实施方式设计的透射检测器可以从本领域的技术人员认为的顶侧(例如，图8的第二层组850)或者从背侧(例如，通过图8的基底140)接收EM能量。光敏层110可以由对感兴趣的波长敏感的任何材料形成，并且可以根据具有这样的电子能隙来选择光敏层110，即，该电子能隙与确定将被检测的EM能量波长特征的能量是相当的。适合于在透射检测器的前述实施方式中使用的示例性材料包括，但是不限于硅、锗、砷化镓、铟镓砷化物、硫化铅、砷化铅、氮化镓和碲镉汞。还可以通过把例如前述材料的应变层量子井包括进透射检测器设计中，执行能隙工程。
可以修改透射检测器实施方式的多个部件，例如薄膜层和基底，以优化特定信息域的询问特征，同时降低不必要的信息损失。例如，可以使用薄膜或超材料以形成准谐振结构，准谐振结构选择性地增强选择的波长耦合(例如，感应吸收)进光敏层内，同时选择性地透射其它波长。可选地，可以使用薄膜或超材料，以选择性地抑制某些波长与光敏层的耦合(即，感应透射)。
在一个实施方式中，可以在透明表面上制造透射检测器。可选地，可以在具有光谱滤波特征(例如，透射或吸收不同波长的能力)的基底上制造透射检测器。例如，可以配置透射检测器基底，以通过透射红外线(“IR”)和不透射可见(“VIS”)EM能量执行光谱滤波；在双功能IR/VIS成像系统中，生成的透射检测器可以是有用的。
此外，可以配置透射检测器为偏振灵敏的，以便选择透射检测器透射或吸收入射EM能量的哪种偏振(例如，线偏振、圆偏振或椭圆偏振)。例如，图8的基底140可以由线偏振器或圆偏振器构成。此外，薄膜层和/或基底其中之一可以由双折射材料构成，使得透射检测器不同地影响不同偏振状态。以这种方式，可以配置透射检测器以询问偏振信息域。
现在转到图11，示出带有偏振灵敏性的透射检测器的实施例。图11在部分立体图中示出依照实施方式由多个薄膜构成并且包括偏振选择元件的透射检测器1100。如前面与薄膜检测器100(图1)有关描述的，透射检测器1100包括光敏层110、透明导电层120、130和基底140，并且进一步包括线栅偏振器1115，线栅偏振器1115通过薄膜层组1150与透明导电层120分离。薄膜层组1150可以提供期望的光谱或透射性能特征，例如与透射检测器800有关的如上面描述的通过合并层组810和850的一个或多个集合。
在图11中，示出线栅偏振器1115为由分别交替的第一和第二区1155和1160构成。第一区1155可以由金属构成，例如铝或铜，而第二区1160可以由电介质材料构成，例如二氧化硅或氮化硅。作为例子，线栅偏振器1115可以由下面步骤形成：通过溅射或物理沉积方式沉积一层金属，对所沉积的金属进行光刻地构图，从而形成第一区1155同时蚀刻掉某些部分，然后通过沉积电介质材料填充这些蚀刻的部分以形成第二区1160。如图所示，线栅偏振器1115形成线性偏振器，该线性偏振器可以反射和/或吸收入射EM能量的一个线性偏振态，而透射正交偏振态的EM能量。
作为对前述实施方式的变化，可以合并两个或多个透射和/或传统的检测器，以形成多平面检测器系统。在本公开的上下文中，把多平面检测器系统理解为一种被配置用于检测在其中的多于一个检测平面处的EM能量的布置。检测平面可以是，但是不限于几何平面。多平面检测器系统可以包括，例如在一个共同基底上形成的复合检测器或者多个不同的检测器。多平面检测器系统可以进一步包括用于成像的部件，以形成多平面成像系统；例如，透射检测器可以位于与共轭物平面关联的表面处。
通过在两个或多个表面处询问EM能量信息，可以配置多平面检测器系统，以能够询问EM能量的附加信息域，例如传播方向和相位。例如，这种多平面检测器系统的每个检测器可以提供EM能量的位置信息；因而，可以定义传播方向信息为连接如此测量的至少两个位置的向量。作为另一实施例，当EM能量检测器能够在仅一个检测平面处测量入射EM能量的强度时，根据在多个检测平面处测量的强度的分析，可以恢复相位信息。此外，如果在多平面检测器系统中包括偏振选择性透射检测器，例如图11的透射检测器1100，那么可以有优势地使用偏振选择性透射检测器的偏振相关性能。例如，多平面检测器系统可以包括偏振选择性透射检测器，该偏振选择性透射检测器在一系列波长上在单个偏振态处检测50％的入射EM能量，而另一检测器检测透射通过偏振选择性透射检测器的剩余的EM能量，不管偏振如何。
图12是依照实施方式由薄膜构成的多平面透射检测器系统1200的图示。多平面透射检测器系统1200包括被支撑在基底140上并且由基底140分离的分别第一和第二透射检测器1210和1220。可以配置在第一和第二透射检测器1210和1220中包括的光敏层，用于检测相同的或不同的波长范围。
继续参考图12，可以配置多平面透射检测器系统1200，以形成用于确定入射EM能量偏振比的特征的测量系统。在这个实施例中，可以与图8的透射检测器800类似地配置第一透射检测器1210，而第二透射检测器1220被配置为偏振选择性透射检测器，例如在图11中示出的偏振选择性透射检测器。EM能量从第一透射检测器1210进入多平面透射检测器系统1200，第一透射检测器1210不询问偏振域，但是检测和吸收50％的入射EM能量。第一透射检测器1210然后透射50％的入射EM能量到第二透射检测器1220，第二透射检测器1220被配置为对特定的偏振态灵敏。可以使用在第一和第二透射检测器1210和1220处测量的分析，以确定入射EM能量的偏振比。
当阅读和理解本文的公开内容时，对多平面透射检测器系统1200的多种修改将对本领域的技术人员是显而易见的。例如，第一和第二透射检测器可以形成在基底的相同侧上。可选地，基底可以由偏振材料构成，而第一和第二透射检测器都被配置为非偏振选择性的。附加地，可以调整基底的材料或厚度中的变化，以限定在基底的相对侧上的第一和第二透射检测器之间的特定相位关系。此外，可以用不透明的、非透射的检测器代替第二透射检测器(例如，位于在图12中示出的透射检测器1220处)。
现在结合图12参考图13，图13示出多平面透射检测器系统1200的模拟光谱性能的图1300。产生图1300的模拟假设入射EM能量是非偏振的或者至少包含相等量的两个正交偏振态，例如S和P线性偏振态。图1300具有作为横坐标的以纳米为单位的波长和作为纵坐标的透射百分比。实线1310代表对于S和P偏振的EM能量的第一透射检测器1210的透射。点划线1320代表由第一透射检测器1210透射和后来在第二透射检测器1220处接收的P偏振EM能量。几乎与横坐标一致的虚线1330代表由第一透射检测器1210透射的和后来在第二透射检测器1220处接收的S偏振EM能量。在图1300中可以看出，在图1300中示出的波长范围上，虚线1330几乎是零，表明第二透射检测器1220被配置为P偏振选择性的。
通过把单个透射检测器像素化为多个透射光敏元件，可以形成透射检测器，或者多个透射光敏元件可以单独地形成并且以彼此肩并肩的关系装配，以形成阵列。这样的透射光敏元件可以被配置为，例如规则的或不规则的多边形，例如三角形或六边形。在实施方式中，可以设计透射检测器，以通过将透射光敏元件配置为在尺寸上相同的和横跨透射检测器均匀分布的，来提供均匀的空间采样。图14A至图14D示出依照实施方式的方法实施例，以该方法可以配置透射元件的2-D阵列，以限定用于对EM能量成像的感应区。首先参考图14A，透射检测器1400包括多个透射元件1410，多个透射元件1410被布置为用于提供均匀的空间采样的方格阵列。在图14B中，透射检测器1425由多个不规则形状的透射光敏元件1430和环形的透射光敏元件1435形成。可以进一步把环形透射光敏元件1435中的每一个细分成弧形部分1445。可以看出，因为透射检测器1425的多个透射光敏元件的大小、形状和分布是不均匀的，所以透射检测器1425提供非均匀的空间采样。如在图14C中可以看出的，透射检测器1450包括多个矩形透射光敏元件1460。作为另一选择，透射检测器1475由多个菱形的透射光敏元件1480的彭罗斯点阵构成。通常，透射检测器可以包括镶嵌表面的任何规则的或不规则的透射光敏元件。可以使用透射检测器1400、1425、1450和1475的示例性配置，以细分任何前述的透射检测器500、700、800、1100、1200(分别为图5A、图7、图8、图11和图12)。
在图14A至图14D中示出的透射检测器中的每一个的空间频率响应与那个透射检测器的透射光敏元件的大小和形状有关。例如，透射检测器1400的透射光敏元件1410的正方形布置提供了在水平和竖直方向上周期性的和离散化的空间频率响应，而透射检测器1450的透射光敏元件1460的矩形形状促成在竖直方向上降低的空间频率响应，而在水平方向上提供更大的空间频率响应。透射检测器1475的透射光敏元件1480的彭罗斯点阵提供了可以对于避免混叠有用的另一种类型的离散化的空间频率响应。因为在图14A至图14D中示出的每个透射检测器具有唯一的空间频率响应，因此可以把每个透射检测器调整成提供空间频率识别。
例如在图5A、图7、图8、图11和图12中示出的那些前述任何的透射检测器都可以进一步由多个透射光敏元件构成，如在图14A至图14D中所示出的那样。例如，可以配置透射检测器的多个透射光敏元件，以提供特定的偏振选择性，例如在特定的测量平面中以逐个元件为基础。可以使用包括透射光敏元件的这种布置的透射检测器，以测量例如在例如横跨光圈的空间域中入射EM能量的偏振比。可选地，如果把包括多个透射光敏元件的布置的这种透射检测器放置在成像系统的傅里叶平面内，那么透射检测器可以被配置以测量在空间频率域中的偏振比。
可以设计每个透射光敏元件为具有透射特征和/或吸收特征，透射特征和/或吸收特征对于任何信息域与相同的透射检测器中的其它透射光敏元件是相同的或者不同的。如果改变在透射检测器中透射光敏元件的灵敏度特征和形状特征，那么透射检测器可以提供检测、透射和/或空间地非均匀的偏振选择性检测。在透射检测器中的多个透射光敏元件的特征可以是一致的(例如，当每个元件是相同的时候)、在特定图案中改变(例如对于贝叶斯图案或彭罗斯图案)或者完全随机的(例如，每个元件与所有其它元件不同)。透射检测器可以包括多个透射光敏元件，多个透射光敏元件以逐个元件为基础检测或透射不同的光谱(例如，波长)带或者这样带的组合。此外，每个透射光敏元件可以具有不同的透射或偏振选择性特征。
由多个透射光敏元件形成的透射检测器可以询问入射EM能量和作为空间频率和波长的函数的EM能量的信息。例如，透射检测器的透射光敏元件可以具有以空间均匀的方式组织的均匀的几何尺寸(例如，全部的透射光敏元件具有相同的形状并且通过简单平移而彼此空间地关联)，以便提供一个或多个信息域的均匀空间采样，这里可以由离散数目的空间频率限定空间采样。作为另一实施例，透射检测器阵列的透射光敏元件可以具有以空间非均匀的方式组织的非均匀几何尺寸，以便提供一个或多个信息域的非均匀空间采样。对于例如高光谱成像的应用，可以用吸收率的非均匀光谱相关性配置多个透射光敏元件，以便定制划分EM能量的波长信息。
在另一实施方式中，可以配置透射检测器以提供在时间和空间域中EM能量的不同信息域的询问，例如，以便形成图像，以执行物体的测距和/或重建入射EM能量的四维(“4-D”)场。使用与在平面的给定点(x，y)处EM能量的幅度(A)和相位(φ)对应的四个变量x、y、A和φ，可以限定4-D场。如在本公开中随后立即讨论的，例如可以使用重建的4-D场用于计算图像处理，例如重新聚焦、像差校正、自适应光学和相位改变的模拟，例如波前编码。
图15是依照实施方式用于对物体1510(在图15中示出为一组曲别针)成像的多平面成像系统1500的图示。如在图15中示出的，多平面成像系统1500包括光学器件1520、第一检测器1530和第二检测器1540。来自物体1510的EM能量1505由光学器件1520导向通过第一检测器1530并且随后透射到第二检测器1540。光学器件1520可以包括，但是不局限于透镜、折射元件、衍射元件、有源光学部件、变迹元件、保角表面和/或波前编码元件。当把第一检测器1530示出为透射检测器时，第二检测器1540不需要是透射的。例如，可以把第一检测器1530放置在与超焦距物平面共轭的成像平面处，以便在大的物距处对物体成像。例如，可以把第二检测器1540放置在另一成像平面处，该成像平面适合于对位于比超焦距更近的位置处的物体成像。成像系统1500中的透射检测器还可以邻近光学器件1520或者作为光学器件1520的整体部分形成。例如，光学器件1520被示出为包括布置在成像系统1500的傅里叶平面处的、透射的第三检测器1550。傅里叶平面可以位于光学器件1520的主平面处或者靠近光学器件1520的主平面。此外，在光学器件1520的表面上可以保角地形成透射的第四检测器1552，使得关联的检测器阵列形成如在图15中指示的曲线轮廓。进一步注意到，如在图15中指示的，检测器1552布置在支撑结构1554的支撑表面上，并且支撑结构1554和另一支撑结构1553支撑检测器1550。
图15将多平面成像系统1500中的多个检测器示出为被连续地布置，使得来自物体1510的EM能量1505进行检测和/或连续地透射通过每个检测器。可选地，检测器可以以其它连续的和/或并行的布置进行布置，诸如包括附加的光学器件(例如，分光镜)。例如，并行布置可以利用在分场布置中的透射检测器，例如在立体成像系统中。
继续参考图15，在物体体积1560中示出物体1510，可以把物体体积1560进一步分成物平面，例如更近场平面1570和更远场平面1580。第一、第二、第三和第四检测器1530、1540、1550和1552分别可以提供第一、第二、第三和第四输出(例如，电子信号作为电图像数据)1535、1545、1555和1557。可以由处理器1590处理输出1535、1545、1555和1557，以提供在物体体积1560中在例如更近场平面1570和更远场平面1580的任何一个物平面或所有物平面处关于物体1510的信息。
可选地，在物体1510和检测器1540之间在成像系统1500的任何平面处可以布置波前编码元件1585。例如，如在图15中所示，在光学器件1520的光瞳面或主平面处或者靠近光学器件1520的光瞳面或主平面可以放置波前编码元件1585。此外，波前编码元件1585可以是有源光学元件，该有源光学元件能够对例如机械力或施加的电场的输入信号做出响应；可以进一步配置处理器1590，以产生控制信号1587作为用于控制波前编码元件1585的这种输入信号。
图16是依照实施方式示出处理多平面图像信息以恢复相位信息的方法1600的流程图。如在本文中描述的，包括透射检测器的多平面成像系统在几个不同的平面处提供EM能量检测，几个不同平面中的每一个可以与例如在物体体积中的共轭物平面关联。方法1600从可选的准备步骤1610开始，在可选的准备步骤1610期间可以执行任何系统准备。系统准备可以包括，但是不限于放置将被成像的物体和检测系统组件和设置检测系统参数，例如光圈和曝光时间。例如，准备步骤1610可以包括关于物体1510放置图15的多平面成像系统1500，使得物体1510位于离光学器件1520三米远的位置。
继续参考图16，在步骤1620中，在两个或多个检测器处捕获图像信息。两个或多个检测器中的每一个可以关于物体和在多平面成像系统内布置，以便捕获特定信息。例如，如先前关于图15描述的，第一检测器1530布置在与超焦距物平面共轭的成像平面处，而第二检测器1540布置在适合于对位于比超焦距更靠近处的物体成像的另一成像平面处；以这种方式，第一和第二检测器配合来在单次曝光中捕获在不同物平面处的信息。
仍然参考图16，在步骤1630中处理在步骤1620中捕获的信息，以恢复关于被成像的物体的EM相位信息。因为在任何特定检测器处捕获的强度与检测的EM能量的复数幅度的绝对平方成比例，所以从所捕获的信息中缺少相位信息；因为在所检测的EM能量的复数系数中包含相位信息，所以从在单个检测器处捕获的强度信息中相位信息通常是不可恢复的。假定在两个或多个检测器处捕获的强度信息，几种方法之一可以用于恢复相位信息。Feinup还讨论了多种相位恢复方法(参见Feinup，“Phase retrieval algorithms：a comparison(相位恢复算法：比较)”Applied Optics，Vol.21，No.15(1982年8月))；适合的相位恢复方法的一个适当例子是Gerchberg-Saxton递归算法(参见Gerchberg等人的“A practical algorithm for the determination of thephase from image and diffraction plane pictures(用于从图像和衍射平面图片中确定相位的实用算法)”Optik，Vol.35(1972)，pp.237-46)。一旦在步骤1630中恢复相位信息，则对于两个或多个检测器位于的平面，在步骤1640中可以限定和处理四维(4-D)EM场信息(例如，作为位置(x，y)、幅度A和相位φ的函数的EM能量)。
4-D EM能量场信息可以用于多种任务之一，例如，但是不限于计算体积成像、计算重新聚焦、计算自动聚焦、测距、计算像差校正、计算自适应光学、波前编码模拟和其它计算处理。计算体积成像包括处理4-D EM能量场信息，用于对遍及与物体积(例如，图15的物体积1560)共轭的、被认为是多个像平面的像体积的4-D场的传播建模。然后方法1600在步骤1650终止。计算重新聚焦和计算自动聚焦包括向与感兴趣的物平面共轭的一个或多个平面通过例如菲涅尔、傅里叶切片和分数傅里叶变换技术的方法对重建的4-D EM场的传播建模(参见，例如Ng，“Fourier slice photography(傅里叶薄片摄影)”Proceedingsof SIGGRAPH，ACM Transactions on Graphics(美国计算机学会图形学汇刊)，2005年7月；Ozaktas等人，“Fractional Fourier transforms andtheir optical implementation：II(分数傅里叶变换和其光学实现：II)”J.Opt.Soc.Amer.A，Vol.10(1993)，pp.2522-2531；和Namias，“Thefractional order Fourier transform and its application in quantummechanics(分数阶傅里叶变换和其在量子力学中的应用)”J.Inst.Math.Appl.，Vol.25(1980)，pp.241-265)。计算聚焦使用如在多平面成像系统的一个或多个检测平面处确定的4-D EM能量场，以通过数值方法在任意或预定的共轭平面处计算EM能量强度分布。
仍然参考图16，计算自动聚焦与计算重新聚焦类似，除了共轭平面不是任意的或预定的，但都是根据价值函数或度量标准选择的。例如，如果方法1600将被利用来实现计算自动聚焦，那么步骤1640可以附加地包括用于对向平面传播的4-D EM能量场数学上地建模并且随后计算价值函数的步骤。因为确定在图像中的高空间频率的能力可以表示良好聚焦，因此价值函数可以基于例如所传播的4-D EM能量场的高空间频率分量的幅度或对比度。如果依照价值函数确定给定图像不是焦点对准的，那么可以通过向不同平面的数学传播和重计算的价值函数对4-D场建模。可以重复在步骤1640内的这些步骤，直到确定特定图像是焦点对准的(例如，通过满足用户定义的参数)。
4-D场的其它使用包括测距、计算像差校正、计算自适应光学和波前编码的模拟，以上所有可以包括以不必然包括4-D场传播的建模的方式数学地处理4-D场信息。例如，测距可以包括在图像中确定物体的空间性质，物体的空间性质可以包括，但是不限于来自于检测点的物体的距离、物体的大小和方向和/或物体的相对位置(即，物体之间的距离)。在方法1600中，可以通过向步骤1640添加步骤来执行测距，所述步骤用于通过例如由Johnson等人描述的那些方法(参见，“Passive ranging through wavefront coding：information andapplication(通过波前编码的被动测距：信息和应用)”Applied Optics，Vol.39，No.11，pp.1700-1710)处理和分析4-D场信息，然后进一步把相位考虑到分析中去。
图17至图19示出多平面成像系统的其他实施例，包括一个或多个分别被配置用于控制有源光学元件扩展景深成像和超高光谱成像的透射检测器。图17示出示例性配置，用于使用透射检测器来控制有源光学元件，例如自适应光学元件或光电组件。控制系统1700包括第一和第二透射检测器1710和1720，第一和第二透射检测器1710和1720分别位于有源光学元件1730的相对侧上。如在图17中所示，第一和第二透射检测器1710和1720分别向控制器1760提供了第一和第二输出1740和1750。第一和第二输出1740和1750可以是例如以电子信号的形式。控制器1760处理第一和第二输出1740和1750并且向有源光学元件1730提供输出1770，有源光学元件1730被配置以接收输入1770并且相应地改变有源光学元件1730的光学参数。有源光学元件1730可以是例如空间光调制器(“SLM”)、光声调制器、相位调制器、偏振调制器、液体镜头或多个元件的组合，例如多镜头变焦系统。控制系统1700可以改变透射通过控制系统1700的EM能量的相位和/或幅度。例如，在有源元件1730是透射SLM的情况下，可以配置第一和第二透射检测器1710和1720，以与控制器1760合作，以便通过改变输入1770相应地改变透射通过控制系统1700的波前的形状(例如，平面的、凸面的或凹面的)。
图18是依照实施方式另一多平面成像系统的图示。成像系统1800包括分别第一和第二检测器1830和1840。当第一检测器1830是透射检测器时，第二检测器1840不必须是透射的。来自物体1510的EM能量1805(被表示为由虚线椭圆环绕的光线)由光学器件1820导向第一和第二检测器1830和1840上。光学器件1820可以由当个光学元件构成，如在图18中所示，和/或可以包括多个光学元件，多个光学元件协同来把EM能量1805导向到第一和第二检测器1830和1840上。第一检测器1830可以放置在例如第一成像平面处，第一成像平面与超焦物平面共轭，以便适合于对在大物距处(即，在超焦距处)的物体成像。第二检测器1840可以放置在例如第二成像平面处，第二成像平面适合于对位于比超焦距更靠近的物体成像。
可选地，如在图18中示出的成像系统1800进一步包括相位改变元件1850，相位改变元件1850可以形成在光学器件1820的表面上。可以把相位改变元件1850配置为波前编码元件，如在例如Cathey等人的第5,748,371号美国专利中公开的，通过引用将该专利的全部内容并入本申请。相位改变元件1850延展成像系统1800的景深(例如，物距的范围，在该物距范围上当通过成像系统对物体成像时，物体产生焦点对准的图像)超过没有相位改变元件的衍射极限成像系统的景深。可选地，可以把两个或多个相位改变元件或者相位改变元件的相位改变效果分布在成像系统1800内的组件的多个表面上，或者位于成像系统1800内的不同位置处。此外，可以分别配置第一和第二检测器1830和1840，以提供可以由处理器1860处理的第一和第二输出1835和1845。处理器1860可以进一步产生控制信号(没有示出)，控制信号可以用来控制另一有源元件，例如在图17中示出的那样。
可以定制成像系统1800，供在特定应用中使用，例如在移动电话照相机系统中。例如，在这种照相机系统中，可以把第一检测器1830放置在成像平面处，成像平面与超焦距物平面共轭，超焦距物平面用于对在较大物距处的物体成像(例如，大于50cm的超焦距)。然后可以把第二检测器1840放置在成像平面处，该成像平面适合于检测位于比超焦距更近位置处(例如，从5cm到50cm)的物体。连同相位改变元件1850的使用、在前述的成像平面处由第一和第二检测器1830和1840提供的信息可以对于位于在从5cm到无穷远范围内的物距处的物体提供扩展景深的成像。此外，处理器1860可以处理在第一和第二检测器1830和1840处得到的图像信息，以建立单个聚焦的图像。由处理器1860执行的处理可以包括多种公知方法的一种或多种(参见，例如Burt等人，“Enhanced image capture through fusion(通过融合提高的图像捕获)”，International Conference on Computer Vision(1993)，pp.173-182；Ogdan等人，“Pyramid-based computer graphics(基于金字塔的计算机图形学)”RCA Engineer，Vol.30No.5(1985)，pp.4-15；Haeberli，Grafica Obscura网址，www.sgi.com/grafica；Agarwala等人，“Interactive digital photomontage(交互式数字蒙太奇效果)”ACMSIGGraph 2004 Conference Proceedings(2004)；和由Synoptics公司的AUTO MONTAGE，www.synoptics.co.uk)；通过引用把这些参考的全部内容并入本申请。
现在转到图19，示出了依照实施方式适合于在高光谱成像中使用的多平面成像系统。在本公开的上下文中，把高光谱成像理解为是这样的成像技术，即，凭此成像技术对不同波段独立地成像，以便能够进行波谱成像。成像系统1900包括分别第一、第二和第三检测器1930、1940和1950。如在图19中所示，由光学器件1920把来自物体1510的EM能量1805导向第一、第二和第三检测器1930、1940和1950。第一和第二检测器1930和1940是透射检测器，用于透射通过第一和第二检测器1930和1940的至少一部分入射EM能量1805。在图19中示出的示例性成像系统中，第三检测器1950不必是透射的。可以分别配置第一、第二和第三检测器1930、1940和1950，以提供第一、第二和第三输出1935、1945和1955。处理器1960可以处理第一、第二和第三输出1935、1945和1955，以提取关于物体1510的信息。
继续参考图19，光学器件1920可以由宽带透射材料构成，例如来自Rohm&Haas的在此情况中，成像系统1900可以用于从小于400nm到10μm的波长。如果光学器件1920在其有效焦距内表现波长相关性，那么可以放置第一、第二检测器1930、1940和第三检测器1950，使得光学器件1920使感兴趣的不同波长范围的EM能量在第一、第二和第三检测器1930、1940和1950中的不同检测器上聚焦。例如，可以配置第一检测器1930，用于检测紫外(UV)EM能量而允许其它波长透射通过第一检测器1930。类似地，可以配置第二检测器1940，用于检测可见光(VIS)EM能量而透射其它波长，而配置第三检测器1950用于检测近红外波长。以这种方式，第一、第二和第三检测器在大范围的波长上检测EM能量的子集。
在另一实施方式中，可以添加第四检测器(没有示出)，以检测另一波长范围，例如在中红外中的范围。也就是说，在例如图19中示出的多平面成像系统中可以包括附加的透射检测器，以便得到期望的宽带检测性能。
现在转到图20A和图20B，示出用于提供体积图像数据的现有技术全光相机成像系统的实施例。图20A和图20B的全光相机2000与由Ng等人在“Light Field Photography with a Hand-held PlenopticCamera(用手持式全光相机的光场摄影)”Stanford Tech Report CTSR2005-02中描述的全光相机类似，通过引用把其全部内容并入本申请。考虑EM场的互补性(例如，由巴比涅原理)，来自物体的EM能量强度分布可以由来自于在定义物平面的屏幕2020内放置的光圈2010的EM能量表示。因为物体的强度分布可以表示为不同空间频率的EM能量的平面波之和，因此可以认为平面波2030代表从物体发射的全部EM能量。
如在图20A中所示，由具有波长λ的EM能量的平面波2030照明光圈2010。关于物体，波长λ的EM能量的单个空间频率形成横跨物体的n个正弦强度振荡。在光圈模型中，正弦强度振荡由波前产生，波前展示沿着如在图20A中示出的尺寸D横跨光圈2010的2nπ弧度的相位转变(phase variation)，或相当于关于光圈2010的范围nλ的相前(phase front)失准。也就是说，平面波2030的方向向量2040关于全光相机2000的光轴2035是倾斜的，形成角Θ，角Θ可以表达为
Figure GPA00001115557900311
或者关于光轴2035的近轴近似
Figure GPA00001115557900312
不同空间频率的EM能量在不同位置截断光学器件2055的主平面或傅里叶平面2050(在图20A中由笛卡尔格表示)。在第一位置2060处并且在从光轴2035起
Figure GPA00001115557900313
的高度处，方向向量2040相交傅里叶平面2050。较小倾斜的平面波可以分别在具有高度
Figure GPA00001115557900314
和
Figure GPA00001115557900315
的第二和第三位置2062和2065处相交傅里叶平面2050。然后光学器件2055可以把平面波2030导向微透镜阵列2070，微透镜阵列2070位于像平面处并且包括多个小透镜2075，用于进一步把平面波导向位于微透镜阵列2070的像平面处的检测器阵列2080。检测器阵列2080包括多个检测器元件2085，每个检测器元件2085包括如在图20B中在放大的插图中所示的光敏元件的另一子阵列2087。全光相机2000按需要被复杂化，即为了捕获体积的图像信息，必须关于光学器件2055和彼此以高准确度放置微透镜阵列2070和检测器阵列2080。此外，注意到，在全光相机2000中，使用如由检测器阵列2080提供的N2个过采样，解码空间频率相位信息。此外，可以推断在全光相机2000中实现N×N的图像分辨率需要的检测器元件的数目是(N×N)2＝N4。
图21是依照实施方式包括用于捕获体积图像信息的透射检测器的体积成像系统的图示。平面波2030以与通过全光相机2000类似的方式传播通过体积成像系统2100，但是具有重要差异。首先，体积成像系统2100包括透射检测器2150，透射检测器2150放置在光学器件2155的傅里叶像平面处。如在图15中所示的在光学器件1520中包括透射检测器1550，可以把透射检测器2150集成进光学器件2155中。透射检测器2150可以用来在诸如例如第一位置2160、第二位置2162和第三位置2165的多个位置处直接地和同时地测量入射EM能量的傅里叶图像。其次，用具有多个元件2185的单个透射检测器阵列2180替换现有技术全光相机的微微透镜阵列2070和检测器阵列2080。可以进一步配置体积成像系统2100，以在第二像平面2190处形成第二图像2188和在第三像平面2195处形成第三图像2192。
继续参考图21，结合图20A和图20B，与全光相机2000不同，体积成像系统2100不需要透镜阵列和检测器阵列，包括检测器阵列的次级采样。也就是说，因为体积成像系统2100在其中集成两个透射检测器2150和2180，因而体积成像系统2100能够取得多平面成像性能，以便实现与现有技术全光相机2000的分辨率相当的分辨率，同时减少了放置偏差要求。例如，如前面记录的，在全光相机2000中实现N×N的图像分辨率需要的检测器元件的数目是(N×N)2＝N4。相比之下，体积成像系统2100在检测器2150中需要仅N×N个透射光敏元件和在检测器2180中需要N×N个检测器元件(即，合计2×N2个元件)，以实现N×N图像分辨率，相对于全光相机2000提供在成本、大小和需要的处理能力方面的优势。
此外，体积成像系统2100与全光相机2000的根本不同在于测量空间频率相位的方式。如前面记录的，使用如由检测器阵列2080提供的N2个过采样，从全光相机2000中提取空间频率相位信息。但是在体积成像系统2100中，使用例如Gerchberg-Saxton算法的技术，2N个过采样被用来得到空间频率相位信息，这将在下面更详细地描述。
结合图21，参照图22至图30讨论依照实施方式的体积成像方法的实施例。图22至图26是理想化的单平面样本图像的实施例，该单平面样本图像可以由透射检测器检测并且例如与图21的体积成像系统2100联合通过图16的方法1600处理。尽管为了清晰在整个下面的讨论中示出单个平面图像，但是因为可以把任何物体体积分成一系列的单个平面薄片，所以以任何方式都不应当认为这个简化是限制的。图22至图30的下面讨论假设体积成像系统2100具有5mm的焦距和2mm的光圈(f/2.5)。假设物平面(例如，屏幕2020的位置)位于从光学器件2155起一米的位置。把傅里叶像平面定义为光学器件2155和透射检测器2150的位置。假设第一像平面(例如，透射检测器阵列2180的位置)位于镜头的焦点处，对应于与物平面共轭的平面前方25μm处。假设第二像平面(例如，第二像平面2192)位于与物平面共轭的平面前方5μm处。
图22示出模拟的二元测试物体2200，其被模拟为位于图21的体积成像系统2100的物平面处。图23示出图22的二元测试物体2200的第一模拟图像2300，如在体积成像系统2100的傅里叶平面处由透射检测器2150检测的。注意到，为了清楚已经把图23的第一模拟图像2300对照放大并转化成轮廓表示，移除一些较小的细节。图24和图25分别示出如在不与物平面共轭的平面处检测的二元测试物体2200的第二和第三模拟图像2400和2500。第二和第三模拟图像2400和2500可以分别是在图21的平面2190和2195处可检测的第二和第三图像2188和2192的例子。再次，为了清晰，已经把第二和第三模拟图像2400和2500对照放大和转化成轮廓表示，移除一些较小的细节。图26示出在与物平面共轭的像平面处检测的图22的二元测试物体2200的第四模拟图像2600。第四模拟图像2600是可以由图21的透射检测器2150检测的图像数据的例子并且代表二元测试物体2200的理想焦点对准图像。
图27是依照实施方式处理多平面图像信息以恢复EM能量相位信息的示例性方法的流程图。特别地，在图27中示出的流程图进一步示出步骤1630的细节，以恢复在图16中的相位信息。在图27中示出的方法包括Gerchberg-Saxton方法的实现(参见，例如Gerchberg等人“Apractical algotrithm for the determination of the phase from image anddiffraction plane pictures(用于从图像和衍射平面图片中确定相位的实用算法)”Optik，Vol.35(1972)，pp.237-46，通过引用把其全部内容并入本申请)，虽然也可以使用其它适当的方法。
结合图15参考图27，在多个平面处捕获的强度图像数据可以由在图27中示出的方法处理。如在图27中示出的，把在第一像平面P1处检测的第一强度图像I1和在第二像平面P2处检测的第二强度图像I2输入到产生第一和第二幅度图像A1和A2步骤2710内。第一和第二强度图像I1和I2可以与电图像数据一致，分别作为来自于透射检测器1550的输出1555和来自于第一和第二检测器1530和1540的输出1535和1545二者之一。在实施例中，通过计算第一和第二强度图像I1和I2中的每一个的平方根可以产生第一和第二初始幅度图像A1和A2。
然后，在步骤2720，可以提供试验相位(例如，作为假设或作为有根据的推测)并分配给第一和第二初始幅度图像A1和A2，以定义第一和第二初始EM场分布E1和E2。该试验相位可以是例如整个图像的零平相位，或者可以根据特定成像系统的先验知识。
在步骤2730中，对从成像平面P1到成像平面P2的第一EM场分布E1的传播进行计算上建模，以便产生包括第一相位φ1的第一修改EM场分布E1′。可以由以下多种方法之一对传播建模，例如但是不限于：菲涅尔、傅里叶切片和分数傅里叶变换方法。
在步骤2740中，第一相位φ1用做对于第二EM场分布E2的相位的初始推测。在步骤2750，对从成像平面P2到成像平面P1的第二EM场分布E2的传播进行计算上的建模，以计算包括第二相位φ2的第二修改EM场分布E2′。可以理解，根据前向或反向可以对至少通过自由空间和/或线性光学介质的EM能量的传播进行计算上的建模，并且可以采用后者的计算用于根据反向传播对第二相位进行计算上的建模。在步骤2760中，对第二相位φ2与对于E1的相位的初始推测进行比较。然后，做出决定2770，以确定是否已经实现解的收敛。如果在φ2和对于E1的相位的初始推测之间的差异比用户定义的参数小，那么对决定2770的回答是“是-已经实现收敛”，方法2700以步骤2780结束。否则，对决定2770的回答是“不-还没有实现收敛”，方法2700返回步骤2730。可以重复步骤2730、2740、2750和2760预定次数，和/或直到实现解的收敛。
图28和图29分别示出如使用图27的方法2700计算的、分别与图23的模拟图像2300和图24的模拟图像2400有关的相位信息的图像表示2800和2900。一旦已经以这种方式恢复相位信息，就可以在成像系统内在感兴趣的任何平面处计算所传播的EM场。例如，如结合图16的步骤1640讨论的，可以对到与关联的物体体积共轭的任何平面的4-D EM场的进行传播计算上的建模。例如，图30示出图22的二元测试物体2200的模拟图像3000，该模拟图像3000是通过对从像平面(例如，产生图26的焦点对准图像2600的平面)到另一平面(例如，傅里叶平面)的25微米EM场的传播进行计算上的建模而计算的。通过比较模拟图像3000与焦点对准第四模拟图像2600，可以看出使用在图27中示出的处理，已经恢复了至少原始的二元测试物体的焦点对准图像的轮廓。
图31是用于确定沿着光路传播的EM能量特征的方法3100的流程图。如结合图4讨论的，EM能量具有携带沿着光路的EM能量信息的至少一个分量。步骤3110配置(第一)检测器阵列，以包括关于EM能量至少部分透明的光敏元件。通过用在表1(对于检测器500)或表2和表3(对于检测器800)中指定的层设计和制造检测器，步骤3110的例子配置一排检测器500(参见图5A、图5B)和/或800(参见图8)。可选地，步骤3110建立在由第一检测器阵列吸收的EM能量和穿过第一检测器阵列的EM能量之间的强度比。这个可选步骤的例子是检测器800(1)，检测器800(1)建立在由检测器800(1)吸收的EM能量和穿过检测器800(1)的EM能量之间50％/50％的比率。此外可选地，步骤3110提供用于检测器阵列的支撑表面，使得穿过检测器阵列的EM能量的至少一个子集也穿过支撑表面；在EM能量穿过检测器阵列之前或之后，EM能量可以穿过支撑表面。这个可选步骤的例子是如在图5和图8中所示在透射基底140上制造一排检测器500和/或检测器800。
步骤3120沿着光路在(第一)位置处布置检测器，使得光敏元件的至少一个子集在EM能量的路径内，从而使至少部分的EM能量(包括分量的第一部分)被吸收并且产生第一组电图像数据，以至少部分地确定分量的特征。分量的第二部分沿着光路穿过光敏元件。步骤3120的例子是如在图5A中所示(对于单个检测器500)在光路510中放置一排检测器500。
可选步骤3130沿着光路在第二位置提供第二检测器阵列，并且对齐第二检测器阵列，以接收分量的第二部分中的至少一部分。第二检测器阵列至少部分根据分量的第二部分产生第二组电图像数据。步骤3130的例子提供如在图18中示出的第二检测器阵列1840。另一可选的步骤3140配置处理器，用于根据第一和第二组电图像数据确定EM能量的特征。步骤3140的例子配置如在图18中所示的处理器1860。EM能量信息可以至少部分对应于相位特征，并且确定该特征可以包括确定相位。可选地，步骤3140包括产生对应于第一和第二位置的第一和第二强度图像，使得第一和第二强度图像符合与第一和第二位置有关的EM能量的第一和第二横向强度分布，并且包括使用第一和第二强度图像作为确定相位的一部分。当产生上述第一和第二横向强度分布时，步骤3130包括沿着光路放置第二检测器阵列，使得第二横向强度分布与第一横向强度分布不同。
在步骤3140，确定相位可以包括：(a)提供试验相位作为所述相位的初始理论代表，(b)根据所述第一强度图像和所述试验相位，确定与沿着所述传播路径的所述第二位置关联的所述电磁能量的第一理论相位，(c)根据所述第二强度图像和所述试验相位，确定与沿着所述传播路径的所述第一位置关联的所述电磁能量的第二理论相位，(d)在第一位置处建立所述第二理论相位和所述试验相位之间的差，和(e)使用这个差作为试验相位准确度的程度的指示。上面连同图22到图30讨论了步骤(a)到步骤(e)的例子。步骤(e)可以包括依赖差(在步骤(d)中确定的)作为输入，用于接受或拒绝试验相位作为EM能量的相位特征。方法3100在步骤3150处终止。
虽然用具有具体各自方向的多个组件说明了前述实施方式中的每一个，但是应当理解，如在本说明书中描述的实施方式可以采用带有位于多个位置和相互方向中的多个组件的多种特定配置，而仍然保持在本说明书的精神和范围内。此外，替代多个组件或者除了多个组件之外，可以使用适合的等价物，使这种替代或附加的组件的功能和使用保持为本领域的技术人员所熟悉，因此落入本文的实施方式的范围内。例如，本文中公开的成像系统可以包括比在前述图中示出的更多或更少数目的透射检测器。此外，可以进一步配置多平面成像系统，以用适合的信息处理提供来自于相同检测器的分离区的同时的高光谱和体积成像。因此，认为提供的实施例是说明性的而不是限制性的，并且说明书不限于本文中给出的细节，但是可以在权利要求的范围内修改。

Claims (21)

1.一种成像系统，用于确定物体沿着光路传播的电磁能量的特征，至少所述电磁能量的分量携带沿着所述光路的电磁能量信息，所述成像系统包括：
第一检测器阵列，布置在沿着所述光路的第一位置处，所述第一检测器阵列包括多个光敏元件，所述多个光敏元件被对齐以接收所述电磁能量中的包括所述分量的至少一部分，所述第一检测器阵列被配置以选择性地吸收所述分量的第一部分，并且至少部分地根据所述电磁能量信息从所述分量的所述第一部分中产生第一组电图像数据，以至少部分地确定所述电磁能量的所述分量的特征，所述光敏元件中的至少一部分关于所述电磁能量是至少部分地透明的，以选择性地使所述分量的第二部分通过所述光敏元件中的至少一部分，以便沿着所述光路继续；以及
用于将来自所述物体的电磁能量导向所述第一检测器阵列的光学器件；
其中，所述多个光敏元件包括：
第一层组，包括高折射率材料和低折射率材料的交替层；
第二层组，包括高折射率材料和低折射率材料的交替层；
布置于所述第一层组和所述第二层组之间的第一透明导电层和第二透明导电层；以及
布置于所述第一透明导电层和所述第二透明导电层之间的光敏层。
2.根据权利要求1所述的成像系统，包括定义第一支撑表面的第一支撑布置，所述第一支撑表面支撑所述第一检测器阵列的所述元件，所述第一支撑布置关于所述电磁能量至少部分透明，使得所述多个光敏元件和所述支撑布置允许所述分量的所述第二部分通过所述第一检测器阵列，以便沿着所述光路继续。
3.根据权利要求1所述的成像系统，以彼此肩并肩的关系布置所述多个光敏元件，以基本上与所述光路横向相交。
4.根据权利要求3所述的成像系统，所述多个光敏元件定义基本上对所述光路是横向的感应区。
5.根据权利要求4所述的成像系统，所述感应区基本上是平面的。
6.根据权利要求4所述的成像系统，所述感应区展示弯曲的轮廓。
7.根据权利要求1所述的成像系统件，包括在沿着所述光路的第二位置处布置的第二检测器阵列，使得所述第二检测器阵列接收所述第二部分的至少一部分，并且至少部分根据所述电磁能量从所述第二部分的至少一部分中产生第二组电图像数据，以进一步确定所述分量的特征。
8.根据权利要求7所述的成像系统，包括处理器，所述处理器被配置以根据所述第一组和第二组电图像数据确定所述电磁能量的特征。
9.一种确定物体沿着光路传播的电磁能量特征的方法，所述电磁能量具有携带沿着所述光路的电磁能量信息的分量，所述方法包括：
配置第一检测器阵列，以包括关于所述电磁能量至少部分透明的多个光敏元件；
使用光学器件将来自所述物体的电磁能量导向所述第一检测器阵列；和
在沿着所述光路的第一位置处布置所述第一检测器阵列，使得所述多个光敏元件的至少一个子集在所述光路内，使得所述多个光敏元件的至少一个子集(i)选择性地吸收所述电磁能量的至少一部分，所述至少一部分包括所述分量的第一部分，并且从所述电磁能量的至少一部分中产生第一组电图像数据，以至少部分地确定所述分量的特征，和(ii)选择性地使所述分量的第二部分通过所述光敏元件，使得所述第二部分沿着所述光路继续，用于后来使用；
其中，所述配置第一检测器阵列的步骤包括配置所述多个光敏元件以使其包括：
第一层组，包括高折射率材料和低折射率材料的交替层；
第二层组，包括高折射率材料和低折射率材料的交替层；
布置于所述第一层组和所述第二层组之间的第一透明导电层和第二透明导电层；以及
布置于所述第一透明导电层和所述第二透明导电层之间的光敏层。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，配置所述第一检测器阵列进一步包括提供所述第一检测器阵列的整体透明度，因而建立在所述第一和第二部分之间的强度比。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，配置所述第一检测器阵列进一步包括(i)提供关于所述电磁能量至少部分透明的第一支撑布置的第一支撑表面，和(ii)把所述多个元件支撑在所述第一支撑表面上，使得所述第二部分的至少一个子集在沿着所述光路继续之前通过所述第一支撑布置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，布置所述第一检测器阵列包括确定所述第一检测器阵列的方向，使得所述第二部分的所述子集在穿过所述光敏元件之前穿过所述第一支撑布置。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，布置所述第一检测器阵列包括确定所述第一检测器的方向，使得受控部分的子集在穿过所述光敏元件之后穿过所述第一支撑布置。
14.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
在沿着所述光路的第二位置处提供第二检测器阵列，
对齐所述第二检测器阵列用于接收所述分量的所述第二部分的至少一部分，作为所述后来使用的至少部分，并且
至少部分根据所述分量的所述第二部分用所述第二检测器阵列产生第二组电图像数据，用于进一步确定所述电磁能量的所述分量的特征。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括配置处理器，用于根据所述第一组和第二组电图像数据确定所述电磁能量的特征，所述特征至少基本上与所述电磁能量信息关联。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电磁能量信息至少部分地对应于所述电磁能量的相位特征，并且确定所述电磁能量的特征包括确定相位。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，确定相位包括：
产生分别对应于所述第一和第二位置的第一强度图像和第二强度图像，使得所述第一和第二强度图像对应于与所述第一和第二位置关联的所述电磁能量的第一横向强度分布和第二横向强度分布；并且
使用所述第一和第二强度图像作为部分确定相位。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，提供所述第二检测器阵列包括：从所述第一检测器阵列起沿着所述光路放置所述第二检测器阵列，使得所述第二横向强度分布与所述第一横向强度分布不同。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，确定相位包括：
(a)提供试验相位作为所述相位的初始理论代表；
(b)根据所述第一强度图像和所述试验相位，确定与沿着所述光学路径的所述第二位置关联的所述电磁能量的第一理论相位；
(c)根据所述第二强度图像和所述试验相位，确定与沿着所述光学路径的所述第一位置关联的所述电磁能量的第二理论相位；
(d)在所述第一位置处建立所述第二理论相位和所述试验相位之间的差；并且
(e)使用所述差作为所述试验相位的准确度程度的指示。
20.根据权利要求19所述的方法，包括依赖所述差作为至少一个输入，用于接受或拒绝所述试验相位作为所述电磁能量的所述相位特征两者之一。
21.一种用于确定物体沿着光路传播的电磁能量特征的方法，所述电磁能量具有携带沿着所述光路的电磁能量信息的分量，所述方法包括：
提供检测器阵列，所述检测器阵列包括：
第一层组，包括高折射率材料和低折射率材料的交替层；
第二层组，包括高折射率材料和低折射率材料的交替层；
布置于所述第一层组和所述第二层组之间的第一透明导电层和第二透明导电层；以及
布置于所述第一透明导电层和所述第二透明导电层之间的光敏层；
将来自所述物体的电磁能量导向所述检测器阵列；
所述检测器阵列在所述光路上在第一位置处吸收所述电磁能量的、包括所述分量的第一受控部分的至少一部分，并且从所述电磁能量的至少一部分中产生第一组电图像数据；并且
透射地通过所述分量的第二受控部分，使得所述第二受控部分沿着所述光路继续，用于后来使用。
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