CN113939758B - 采用复合光束组合器的多模态广角照明 - Google Patents

采用复合光束组合器的多模态广角照明 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光学设备，其包含：照明组合件，所述照明组合件包含：经扩展辐射源，其以可控制空间分布发射辐射，及远心聚光光学器件，其经配置以接收所述经发射辐射并沿着第一光学轴以超过0.3的数值孔径将所述经发射辐射投影到场上；及成像组合件，其包含传感器及经配置以沿着第二光学轴将所述场成像到所述传感器上的物镜光学器件；以及棱镜组合器，其定位于所述场与所述聚光光学器件及所述物镜光学器件之间，经配置以组合所述第一光学轴与所述第二光学轴，同时使所述光学轴中的至少一者在所述棱镜组合器内反射多次。

Description

采用复合光束组合器的多模态广角照明
技术领域
本发明一般来说涉及光学设备及方法，且特定来说涉及照明器。
背景技术
照明器用于光学装置中以照明由成像光学器件成像的对象。
美国专利申请公开案2013/0279017描述一种光学装置，其包含：光波透射衬底，其具有两个主表面以及边缘；光学构件，其用于通过全内反射将光耦合到所述衬底中；及多个部分反射表面，其由所述衬底承载，其中所述部分反射表面彼此平行且不平行于所述衬底的所述边缘中的任一者，且其中所述部分反射表面中的一或多者是各向异性表面。
美国专利6,292,214描述一种装置，其中来自显示单元的屏幕的光通量由光学系统导引到观察式光学系统。上面显示样本的图像的显示屏幕可通过观察式光学系统的目镜透镜来观察。
美国专利8,514,385描述一种用于检验对象的方法及检验系统，其中所述系统包含：至少一个初级光源，其后续接着适于将至少一个初级光束朝向经检验对象的区域引导的至少一个照明路径成像透镜；至少一个次级光源，其后续接着适于将至少一个次级光束朝向所述区域引导的至少一个准直组件及至少一个集光组件；其中所述至少一个初级光束及所述至少一个次级光束照明所述区域使得所述区域的经成像部分内的基本上每一点在由基本上均匀强度表征的大角度范围内被照明；收集路径，其包括图像传感器、分束器路径及收集路径成像透镜；其中分束器定位于所述区域之间以及所述收集路径成像透镜之间；且其中所述至少一个准直组件界定中心孔径，所述至少一个初级光束通过所述中心孔径传播。
美国专利申请公开案2004/0174591描述一种用于包括至少一个观察光束路径与照明系统的显微镜的灯光装置，所述显微镜特定来说是外科显微镜，及一种用于将从所述照明系统发射的光偏转到待观察的对象上的偏转装置，所述对象特定来说是待进行手术的眼，所述偏转装置在相对于所述至少一个观察光束路径的各种照明角度下提供所述对象的照明，其中所述偏转装置包括至少部分地经提供作为物理分束器的两个偏转元件。
发明内容
下文所描述的本发明的实施例提供用于场的照明及成像的经改进设备及方法。
依据本发明的实施例的以下详细说明连同图式将更全面地理解本发明，图式中：
附图说明
图1是根据本发明的实施例的照明及成像设备的示意性截面图解说明；
图2是展示根据本发明的实施例的图1的光学设备的细节的示意性截面图解说明；
图3是展示根据本发明的替代实施例的光学设备的细节的示意性截面图解说明；
图4是在根据本发明的实施例的图1的设备中使用的辐射源的示意性正面图解说明；
图5是在根据本发明的实施例的图1的设备中使用的准直器透镜阵列的示意性正面图解说明；
图6是在根据本发明的实施例的图1的设备中使用的棱镜组合器的示意性截面图解说明；
图7是根据本发明的另一实施例的光学设备的示意性截面图解说明；
图8是根据本发明的又一实施例的光学设备的示意性截面图解说明；及
图9是来自根据本发明的实施例的图8的设备中的空间光调制器的辐射的发射度的不同空间分布的示意性表示。
具体实施方式
概述
在光学成像系统的应用(举例来说在制造过程期间对工件的光学检验)中，照明器用于利用光学辐射来照明工件上的场。(如在本说明及权利要求书中所使用，术语“光学辐射”、“辐射”及“光”通常是指任何及所有可见光辐射、红外辐射及紫外辐射。)工件的经照明场由成像光学器件成像并由适合传感器检测。
在一些应用中，准确检验需要在大范围的照明角度内照明具有大对角线尺寸的场，即，照明具有高数值孔径(NA)。检验可进一步需要以下两者：每单位立体角的辐射通量(辐射强度)跨越数值孔径是均匀的，及每单位面积的辐射通量(辐照度)跨越场是均匀的。
在光学辐射测量中，辐射强度I及辐照度E依据辐射通量Φ来定义。辐射通量Φ表达在辐射场内流动的能量，其常用单位为瓦特(W)。在方程式(1)中定义辐射强度I：
I＝dΦ/dΩ (1)
其中Ω是立体角。辐射强度I的常见单位是W/sr，其中sr表示作为立体角的单位的球面度。辐射强度可指发射到立体角中的通量或接收到立体角中的通量。在后续的说明中分别使用符号IEMIT及IRCV来表示经发射辐射强度及经接收辐射强度。
在方程式(2)中定义经接收通量Φ的辐照度E：
E＝dΦ/dA (2)
其中A是接收通量的面积。辐照度E的常见单位是W/cm2。
在本说明中使用的额外辐射测量术语，即发射通量Φ的发射度M，由方程式(3)定义：
M＝dΦ/dA (3)
其中A是发射通量的面积。
当在具有大对角线尺寸的经照明场内需要高度辐射强度及辐照度时，尤其当对角线尺寸比场与照明器的最近点之间的空间(通常称为“工作距离”或“自由工作距离”)大得多时，常见照明器在光学场的数值孔径及角度范围方面受到限制。相反地，对于高数值孔径及大光学场，难以达成高度辐射强度及辐照度。当照明器用作成像系统的一部分时，通常有必要在照明路径中插入分束器使得成像组合件可捕获光学场的图像。此约束加剧满足照明器的设计目标的难度。
本文中所描述的本发明的实施例通过提供供联合分束器及成像组合件一起使用的照明器来解决上文所描述的问题，所述照明器在大数值孔径及大光学场内达成高度辐射强度及辐照度两者。
在所揭示实施例中，一种照明组合件包含经扩展辐射源，其发射具有可控制空间分布的辐射。聚光光学器件接收经发射辐射并沿着光学轴以超过0.3的数值孔径(NA)将经发射辐射聚焦到从2mm到20mm的对角线尺寸的场上。设备还包含成像组合件，其包括传感器及沿着第二光学轴将场成像到所述传感器上的物镜光学器件。定位于场与聚光光学器件及物镜光学器件之间的棱镜组合器组合光学轴，同时使光学轴中的至少一者在棱镜组合器内反射多次。
尽管有大NA及宽场，但所揭示照明组合件的远心配置以及其伴随的平移不变性确保场的高度均匀照明。举例来说，下文所描述的照明组合件能够以跨越场变化不超过10％的辐照度及在场中的所有点处跨越数值孔径变化不超过20％的经接收辐射强度来照明场。分束器内的多次反射可用于在满足这些目标的同时达成大NA。此外，聚光光学器件及棱镜组合器的设计使得能够以短工作距离及宽经照明场的组合来构造照明器。
第一实施例
图1是根据本发明的实施例的光学设备10的示意性截面图解说明。设备10包括照明组合件20及成像组合件76连同棱镜组合器32，所述棱镜组合器组合照明及成像组合件的光学轴，如下文所描述。
照明组合件20包括经扩展辐射源22、辐射源控制器23及聚光光学器件21。聚光光学器件21包括均质化棒阵列29、准直透镜阵列27、聚焦透镜28及补偿透镜30。准直透镜阵列27包括个别准直透镜70，其中另外的细节展示于图2到3以及5中。照明组合件20，连同棱镜组合器32沿着第一光学轴35照明场34。
成像组合件76包括物镜光学器件77及传感器79，其中物镜光学器件将场34成像到所述传感器上。
辐射源控制器23通常包括在软件及/或固件中编程以执行本文中所描述的功能的可编程处理器。替代地或另外，辐射源控制器23包括执行控制器的功能中的至少一些功能的硬连接及/或可编程硬件逻辑电路。尽管在图中展示辐射源控制器23，但出于简化的目的，作为单个、单片功能块，在实践中，控制器可包括单个芯片或一组两个或更多个芯片，其中适合接口用于输出在图中图解说明及在文本中描述的信号。在后续的实施例的上下文中展示及描述的控制器具有类似构造。
在图1中仅示意性地展示棱镜组合器32，其中另外的细节展示于图6中。棱镜组合器32包括由对辐射透明的材料制作的多面体，所述多面体具有是部分透射及部分反射的内部分束器层以便透射进入棱镜组合器的辐射的一部分并反射其一部分。
设备10的照明方案可划分成两个独立部分：非成像光学器件，其包括经扩展辐射源22及均质化棒阵列29；及成像光学器件，其包括准直透镜阵列27、聚焦透镜28、补偿透镜30及棱镜组合器32。非成像光学器件的功能是混合由源22发射的不同波长的光并提高光收集效率。非成像光学器件的额外功能是提高照明的角度均匀性，因此将低频率非均质性转换为高频率非均质性，所述高频率非均质性可接着通过使用精细漫射器来容易地平滑化。成像光学器件的一部分用于将从非成像光学器件部分发射的经均质化光以孔径分段之间的良好间隔重新聚焦在场34上，此意指每一均质化棒29仅将射线发送到对应透镜70。下文更详细地描述均质化棒及透镜。
均质化棒阵列29包括均质化棒24，其通常包括由对由源22发射的辐射透明的材料制作的实心棒及/或具有反射内壁的空心棒。每一棒在一端处包括入射面25且在另一端处包括出射面26。均质化棒24的横截面通常是矩形的(举例来说，正方形的)或圆形的，尽管可替代地使用其它横截面。在一些情形中，横截面可沿着棒的轴变化。在所描绘实施例中，举例来说，每一均质化棒24的出射面26的线性范围比其入射面25大2.5或3倍。由于在每一均质化棒24中传播的光的光展量(étendue)是守恒的，因此光在出射面26处的发射角减小相同2.5或3倍。(术语“光展量”是指截面面积与光束的对向立体角的乘积。)每一均质化棒24借助于棒内的多次反射来增加进入入射面25及从出射面26射出的辐射的空间均匀性。
经扩展辐射源22(图4中进一步详述)由来自辐射源控制器23的信号驱动，且通过均质化棒24的入射面25将辐射发射到所述均质化棒中。辐射通过均质化棒24透射到其出射面26，辐射以均匀辐射发射度M(归因于均质化棒的均质化效应)从所述出射面朝向准直透镜阵列27射出(图5中进一步详述)。
准直透镜阵列27接收辐射并透射及准直已从出射面26上的每一点射出的射线。举例来说，从点38射出的射线36被准直透镜阵列27的透镜70中的一者准直成射线40。由准直透镜阵列27透射及准直的射线被聚焦透镜28接收、透射及聚焦。被聚焦透镜28聚焦的所有射线由补偿透镜30接收，并由补偿透镜进一步通过棱镜组合器32投影到场34。举例来说，经准直射线40由聚焦透镜28聚焦成射线42，射线42聚焦到场34上的点43上。
准直透镜阵列27形成照明组合件20的光阑，其中每一准直透镜70包括光阑的分段。当准直透镜阵列27位于聚焦透镜28与补偿透镜30的组合的焦平面中时，从场34所见的其图像位于无穷远处(意指聚光光学器件21的出射光瞳有效地在无穷远处)。具有在无穷远中的出射光瞳的此配置称为“远心配置”。因此，聚光光学器件21将远心照明提供到场34，且从场观察的整个角度覆盖跨越场是平移不变的。
在场34上的辐照度E(空间覆盖)方面，每一均质化棒24的出射面26由准直透镜阵列27及聚焦透镜28成像到场中，使得所有出射面26的图像在场中重叠。补偿透镜30的功能是通过减小照明组合件20的光学像差来提高成像的质量。举例来说，补偿透镜30可具有用于补偿光学器件的球面像差的弯月形状。每一出射面26的辐射发射度M的均匀性在场34上产生均匀辐照度E。
如将在图2中所详述，对于场34上的经接收辐射强度IRCV(角度覆盖)，来自既定出射面26的辐射填充照明组合件20的总数值孔径的一部分。准直透镜阵列27(图5中详述)填充照明组合件的数值孔径使得来自邻接的出射面26的辐射之间不具有间隙，因此在照明的数值孔径内产生基本上均匀的经接收辐射强度IRCV。此外，归因于如上文所指示的照明的远心性，如从场34观察的照明的整个角度覆盖跨越场是平移不变的。此性质在实施照明组合件20的多模态功能性中是尤其有用的，从而提供亮场及暗场照明两者，举例来说，如下文更全面地解释。
基于发明者的模拟，所揭示实施例使得能够在从2mm到20mm的对角线尺寸的场内以超过0.3的数值孔径(NA)照明场34，其中具有跨越场变化不超过10％的辐照度且具有在场中的所有点处跨越数值孔径变化不超过20％的辐射强度。在一些实施例中，以超过0.5或甚至超过0.75的NA达成这些高水平的均匀性及宽场角度。
在替代实施例中(图3中进一步详述)，每一出射面26包括场透镜406及漫射器420，用于进一步控制场34上的辐照度E及经接收辐射强度IRCV的均匀性。
图2是展示根据本发明的实施例的光学设备10中的部分光学路径的细节303的示意性截面图解说明。图解说明演示聚光光学器件21的远心设计的效应。
细节303包括来自光学设备10的以下部分：均质化棒24中的一者的出射面26、定位成沿着第三光学轴301与出射面26相对的准直透镜70(来自准直透镜阵列27)、沿着第一光学轴35的聚焦透镜28以及场34。准直透镜70与出射面26之间的距离是fCOLL，其中fCOLL表示准直透镜的有效焦距。
如在图1中所展示，照明是远心的，这是因为准直透镜70位于聚焦透镜28与补偿透镜30的组合的焦平面中。出于清晰的目的，已从细节303省略补偿透镜30及棱镜组合器32。
在出射面26的中心处的点300发射射线302a、302b及302c，其中中心射线302b与第三光学轴301重合且穿过准直透镜70与第二光学轴之间的相交点处的点320。(透镜70及28被视为薄透镜。)射线302a及302c是来自点300的射线锥的围绕中心射线302b对称地定位的极限射线。(术语“射线锥”用于表示从点发射或入射于点上的射线的群组。射线锥的角度范围由其数值孔径指示。)准直透镜70分别将射线302a、302b及302c准直成射线304a、304b及304c，所述射线接着由聚焦透镜28聚焦成射线306a、306b及306c，从而聚焦到场34上在所述场与第一光学轴35的相交点处的点308。
在出射面26的边缘处的点310发射射线312a、312b及312c，其中中心射线312b穿过准直透镜70上的点320。射线312a及312c是来自点310的射线锥的围绕中心射线312b对称地定位的极限射线。射线312a、312b及312c分别由准直透镜70准直成射线314a、314b及314c，所述射线接着由聚焦透镜28聚焦成射线316a、316b及316c，从而聚焦到场34上的点318。
射线304b及314b两者穿过准直透镜70上的点320。由于包含点320的准直透镜70位于聚焦透镜28的焦平面处，因此聚焦透镜使射线304b及314b从点320折射，使得所得经折射射线306b与316b彼此平行。归因于两个射线锥(一个射线锥包括射线306a到306c且另一射线锥包括射线316a到316c)的中心射线306b与316b的平行性，以及极限射线在整个光学路径内围绕其相应中心射线对称的事实，两个锥在场34处在两个单独场点308及318处围绕第一光学轴35在相同数值孔径内延伸。因此，照明的数值孔径归因于聚光光学器件21的远心设计而是平移不变的。
包括射线306a到306c的锥内的点308处的经接收辐射强度的角度均匀性由出射面26上的点300处的经发射辐射强度IEMIT的角度均匀性确定。类似地，包括射线316a到316c的锥内的点318处的经接收辐射强度的角度均匀性由点310处的经发射辐射强度IEMIT的角度均匀性确定。
因此，照射于场34上的辐射锥的数值孔径由准直透镜阵列27中的准直器透镜70的范围及横向位置确定，且所述数值孔径跨越场34是平移不变的。此外，在数值孔径内场34上的经接收辐射强度的均匀性由来自出射面26的经发射辐射强度的均匀性确定。
场34中的每一点从每一均质化棒24的出射面26中的对应点接收辐射。因此，举例来说，点308从每一出射面26的中心点接收辐射，且点318从每一出射面上的边缘点接收辐射。因此，场34上的辐照度E是所有均质化棒24的平均化发射度M，从而贡献于辐照度的高度均匀性。
图3是展示根据本发明的替代实施例的另一部分光学路径的细节400的示意性截面图解说明，图解说明添加平凸场透镜406。可在设备10中使用此细节代替细节303(图2)。
细节400包括以下部分：经扩展辐射源22内的发射器54的阵列401(如将在图4中详述)、具有入射面25及出射面26的均质化棒24、沿着第三光学轴301与出射面26相对的准直透镜70、沿着第一光学轴35的聚焦透镜28以及场34。场透镜406定位成与出射面26接触或紧密接近于出射面26，其中平凸形状的扁平面极其适合将场透镜胶结到出射面。
射线410从群组54发射，并由均质化棒24的侧壁反射成射线412。归因于反射，虚拟源402a形成为群组54的图像。通过将展示为虚线414的射线412延伸到表面416来找到虚拟源402a的位置，由于射线被均质化棒24的侧壁折叠，因此一般来说表面416是弯曲表面。均质化棒24对从群组54发射的射线的多次反射产生额外虚拟源402，从而一起形成虚拟扩展源404。对于实心均质化棒24，根据方程式(4)，源404的最大横向范围W由以下各项给出：棒的长度L、出射面26与入射面25的线性尺寸之间的比率M及其材料的折射率n：
邻近的虚拟源402之间的间隙随着均质化棒24中的反射的数目增加而减小。然而，归因于有限长度L，这些间隙不完全消失。
场透镜406将扩展虚拟源404成像到准直透镜70上作为图像408，因此利用图像来填充准直透镜，且最终填充从准直透镜入射于场34上的照明的数值孔径。由于照明被成像到照明器(准直透镜70)的孔径光阑中，因此所述照明是科勒型
漫射器420(通常为具有举例来说5度的漫射角的弱漫射器)可抵靠场透镜406放置在更靠近准直透镜70的侧上，以便提高从准直透镜射出的辐射的角度均匀性，且最终提高场34中的辐照度E的均匀性。
下文在表1中给出在图1到3中揭示的实施例的光学组件的典型材料及尺寸。
表1：典型材料及尺寸
图4是根据本发明的实施例在照明组合件20中使用的经扩展辐射源22的示意性正面图解说明。除了圆形中心单元52之外，经扩展辐射源22包括截顶扇区形状的单元50。均质化棒24经布置使得存在恰好一个均质化棒，其中其入射面25面向经扩展辐射源22的每一单元。
经扩展辐射源22的每一单元包括朝向面向所述单元的一个均质化棒24发射辐射的发射器54的群组。发射器54的群组中的一者的经放大插图56详述发射器54的每一群组如何包括以波长λ1发射辐射的三个发射器58及以不同波长λ2发射辐射的三个发射器60。发射器58及60包括固态发射器，举例来说，发光二极管(LED)，例如来自OSRAM GmbH(德国，80807慕尼黑，马塞尔-布罗伊尔大街(Marcel-Breuer-Straβe)6号)的红色LED c41-A60，及来自科锐公司(CREE Inc.)的蓝色LED EZ 1350(美国，北卡罗来纳州27703，达勒姆(Durham)，4600Silicon Drive)。替代地，发射器58及60可在重叠的光谱范围内发射辐射。进一步地替代地，发射器58及60可包括发射跨越可见光谱延伸的宽带辐射的例如可从科锐公司购得的所谓白光LED。替代地，发射器58及60可在电磁光谱的红外(IR)或紫外(UV)部分中发射辐射。发射器58及60优选地包括放置成彼此紧密接近的LED裸片。紧密接近地放置发射器58及60的目的是达成注入到棒24中的高光功率及照明的经提高均匀性两者。每一群组54内的发射器58及60中的每一者可由辐射源控制器23独立地激励。因此，照明组合件20可仅照明数值孔径的部分，例如暗场照明或仅右侧或左侧，以及通过使得能够以不同波长λ1及λ2进行单独或同时照明来控制照明的光谱内容。
在替代实施例中，发射器的每一群组54可包括以不同波长进行发射的例如三个、四个、五个或六个发射器。通过独立地激励这些发射器，照明的光谱内容可经控制以包括可用波长的任何组合。
图5是根据本发明的实施例的照明组合件20中的准直器透镜阵列27的示意性正面图解说明。除了圆形中心透镜72之外，准直器透镜阵列27包括类似于经扩展辐射源22的呈截顶扇区形状的透镜70。替代地，可使用其它形状的透镜70及72。准直器透镜阵列27经设计使得阵列的每一透镜接收从均质化棒24中的恰好一者的出射面26发射的辐射。准直器透镜阵列27的每一透镜包括菲涅尔(Fresnel)透镜，其中透镜被对接在一起，因此促进场34上的照明的均匀的经接收辐射强度IRCV，即，在从每一菲涅尔透镜分段70引导的部分数值孔径之间基本上未形成有间隙。特定来说，所揭示实施例的光束组合设计使得能够合并全照明数值孔径的轴向部分与其周围或圆周部分以达成均匀且基本上无间隙照明。在替代实施例中，可使用除菲涅尔透镜之外的透镜，例如具有球面或非球面表面的透镜，或以上的任何组合。
图6是根据本发明的实施例的图1的棱镜组合器32连同成像组合件76的示意性截面图解说明。棱镜组合器32包括由分束器层84连结的上部棱镜80及下部棱镜82。棱镜组合器32进一步包括第一面90、第二面94及第三面102。成像组合件76的物镜光学器件77沿着第二光学轴78例如以在例如0.1与0.3之间的光学数值孔径将场34成像到传感器79上。第一光学轴35与第二光学轴78分别在分束器层84与场34之间的空间中重叠。
从照明组合件20到达第一面90的极限射线86及88源自经扩展辐射源22的相对侧上的两个最外单元50。从照明组合件20到达第一面90的中心射线92源于经扩展辐射源22的中心单元52。所有射线86、88及92由棱镜组合器32内部的分束器层84部分地透射且部分地反射，其中仅展示经透射射线。在所揭示实施例中，射线86、88及90通过第二面94从棱镜组合器32射出，其中射线86及88以超过±55度的入射角入射于场34上且射线92以法向角(0度)入射于所述场上。
照明以取决于场上的特征的角度分布从场34散射(通常反射及/或衍射)成射线96。在所描绘实例中，仅展示在成像组合件76的物镜光学器件的数值孔径内的那些射线96。射线96通过第二面94进入棱镜组合器32，且被分束器层84部分地反射及部分地透射，其中仅展示经反射射线98。经反射射线98照射于第二面94上，其中所述经反射射线通过全内反射(TIR)反射成射线100。总的来说，第二光学轴78在棱镜组合器32内反射两次。射线100通过第三面102从棱镜组合器32射出，并被成像组合件76接收，所述成像组合件接着将场34成像到传感器79上。
由于射线86及88以超过物镜光学器件77的数值孔径的数值孔径照射于场34上，因此所述射线形成暗场照明，而以更小入射角照射于所述场上的射线92形成亮场照明。辐射源控制器23可通过激励经扩展辐射源22中的发射器的不同群组54来控制照明的数值孔径，且因此可选择暗场或亮场照明或两者。另外或替代地，辐射源控制器23可通过仅激励对应扇区或若干扇区中的发射器来选择特定方位角或方位角范围来进行照明。
第二实施例
图7是根据本发明的另一实施例的光学设备120的示意性截面图解说明。
光学设备120包括照明组合件122、成像组合件124及棱镜组合器134。照明组合件122包括经扩展辐射源126、辐射源控制器128及聚光光学器件129，所述聚光光学器件包括准直透镜阵列130及聚焦透镜132。照明组合件122通过棱镜组合器134沿着第一光学轴138照明场136。与棱镜组合器134具有有限间隔(通常1mm)的场136由在设计上类似于如上文所展示的成像组合件76的成像组合件124通过棱镜组合器沿着第二光学轴140成像(由表面152反射)。
经扩展辐射源126包括布置成阵列且耦合到辐射源控制器128的固态发射器142，其中每一固态发射器由控制器独立地激励。每一发射器142以对所有发射器通常是相同的单个波长或波长范围进行辐射。在替代实施例中，可以均匀角度覆盖在波长或其组合之间切换的多波长照明可通过用光学地组合多个独立激励的固态发射器的发射器组合件(如在前述实施例中一样)替换每一固态发射器142来实施。
准直透镜阵列130包括菲涅尔透镜144阵列，其中每一透镜定位成与恰好一个固态发射器142相对，且其中透镜被对接在一起(类似于图5的准直透镜阵列27中的透镜)。聚焦透镜132包括单个菲涅尔透镜。在替代实施例中，可使用除菲涅尔透镜之外的透镜，例如具有球面或非球面表面的透镜，或以上的任何组合。
棱镜组合器134包括：棒，沿着所述棒具有恒定矩形横截面(其中术语“矩形”包含正方形形状)；第一面146，其面向聚光光学器件129且接近于所述聚光光学器件；第二面148，其面向场136且接近于所述场；及第三面150，其面向成像组合件124。棱镜组合器134充当用于通过第一面146接收的辐射的空间分布的均质化棒且其包括相对于其长轴成45度角的分束器涂层152。聚光光学器件129将由经扩展辐射源126发射的辐射聚焦到第一面146上，如下文将详述。归因于棱镜组合器134的恒定横截面，所述棱镜组合器保留辐射的角度方向(在每一反射处具有正负号改变)。
由固态发射器142中的每一者发射的辐射由面向特定发射器的准直透镜阵列130的一个菲涅尔透镜144接收、透射并准直。举例来说，从固态发射器142a上的点154发射的如射线156的辐射由菲涅尔透镜144a透射并准直以形成射线158。聚焦透镜132接收这些射线并将所述射线作为射线160聚焦到第一面146上的点162，因此将固态发射器142a成像到第一面上，所述第一面是针对来自照明组合件122的辐射的入射面。在图7中图解说明的实施例中，将点154选择为定位在固态发射器142a的边缘处，且菲涅尔透镜144与聚焦透镜132的焦距的比率经选择使得点162(其是点154的图像)位于第一面146的边缘处。固态发射器142a上的剩余点也被成像到第一面146上在点162与所述第一面的相对边缘上的点168之间(未展示对应射线)，使得固态发射器的图像恰好填充第一面。类似地，所有其它固态发射器142的图像填充第一面146，因此在第一面上将来自所有发射器的辐射平均化。通过选择菲涅尔透镜144与聚焦透镜132的焦距的不同比率，可致使每一固态发射器的图像过填充第一面146。
场136上的照明的角度行为的分析可划分成两个部分：第一，分析第一面146上的照明的角度行为；及第二，将角度行为转移到场136。
可利用图2及光学设备120与光学设备10之间的类比来分析第一面146上的照明的角度行为：可比较准直器透镜阵列130及聚焦透镜132与准直器透镜阵列27及聚焦透镜28。固态发射器142类似于出射面26，且第一面146类似于场34。另外，类似于光学设备10中的远心布置，准直器透镜阵列130经定位使得固态发射器142定位于其焦平面处，且聚焦透镜132经定位使得准直器透镜阵列130定位于其焦平面处。
因此，类似于光学设备10，准直器透镜阵列130中的透镜144界定照明组合件122的光阑，且确定从每一透镜144到达第一面146上的照明锥的数值孔径。如在设备10中，聚光光学器件129是远心的，且照明的数值孔径在第一面146上是平移不变的。具体来说，在所描绘实例中，第一面146上的射线锥160的数值孔径由透镜144a确定。
现可使用通过第一面进入棱镜组合器134的射线160来分析从第一面146到场136的角度行为的转移。尽管射线160在棱镜组合器134内围绕第一光学轴138经历多次反射，但归因于棱镜组合器的矩形横截面，所述射线保持其相对于第一光学轴的角度(在每一反射处具有正负号改变)。(出于示意性图解说明的清晰的目的，忽略射线160进入棱镜组合器134之后的折射，且将反射的数目限制为2)。继续与图2的类比，来自固态发射器142a的所有点的射线在第一面146处填充同一数值孔径。由于所有这些射线被棱镜组合器134转移到场136，其中棱镜组合器使其空间分布均质化但保留其角度分布，因此跨越其横向范围以与射线160的数值孔径相同的数值孔径来照明所述场。
类似于光学设备10，当激励所有固态发射器142时，通过将准直透镜阵列130的菲涅尔透镜144对接在一起，可达成场136的照明的整个数值孔径的无缝填充。
相反地，当激励固态发射器142中的仅一些固态发射器时，达成场136的定向照明。举例来说，如果激励固态发射器142a，那么所有辐射以高角度照射在场136上。当此角度超出成像组合件124的数值孔径时，照明包括暗场照明。类似地，激励位于第一光学轴138上的固态发射器142b会产生亮场照明。归因于棱镜组合器134内的来回反射，激励相对于第一光学轴138不对称的固态发射器142的群组会产生在场136上具有双重角度对称性的照明。
归因于由棱镜组合器134从第一面146透射的辐射在从第二面148射出时是空间上均质的且角度上均匀分布的事实，可基于场136上的所要辐照度及光学机械考虑选择第二面148与场136之间的距离。举例来说，此距离可为在0.5mm与2mm之间。
基于发明者的模拟，本发明的实施例使得能够在从2mm到20mm的对角线尺寸内以超过0.3的数值孔径来照明场136，其中具有跨越场变化不超过10％的辐照度且具有在场中的所有点处跨越数值孔径变化不超过20％的辐射强度。
由场136反射及衍射的辐射通过第二面148返回到棱镜组合器134中，传播到分束器涂层152，且由所述涂层部分地反射且部分地透射。经反射辐射通过第三面150射出且被成像组合件124接收，所述成像组合件接着将场136成像到其传感器上。第一光学轴138与第二光学轴140分别在分束器涂层152与场136之间的空间中重叠。
第三实施例
图8是根据本发明的又一实施例的光学设备200的示意性截面图解说明。
光学设备200包括照明组合件202、成像组合件204及棱镜组合器206。照明组合件202包括经扩展辐射源208、空间光调制器210及准直器透镜212。准直器透镜212用作照明组合件202的聚光光学器件，且是在远心位置中使得空间光调制器210(其是照明组合件202的光阑)与其焦平面重合。在所描绘实施例中，准直器透镜212包括菲涅尔透镜。替代地，其可包括具有球面或非球面表面的常规高NA透镜，或具有菲涅尔类型、球面及非球面表面的任何组合的透镜。透镜212的焦距及直径根据所需照明NA及所要经照明场大小来选择。辐射源控制器214耦合到经扩展辐射源208及空间光调制器210。
照明组合件202通过棱镜组合器206沿着多个第一光学轴218c照明场216，如下文将详述。成像组合件204包括传感器及沿着第二光学轴220将场216成像到传感器上的物镜光学器件(如上文所展示)。
棱镜组合器206包括相对于彼此平行的第一面222及第二面224。棱镜组合器206进一步包括内部镜226及多个内部分束器层228，其中所述镜与所述分束器层两者彼此平行且相对于面222及224倾斜。
经扩展辐射源208沿着第一光学轴218朝向空间光调制器210发射辐射，所述第一光学轴在经扩展辐射源208与场216之间的光学路径的不同部分中通过反射划分成标记为218a、218b及218c的分段。可类似于多媒体投影仪光引擎来配置辐射源208。举例来说，其光源可包括单个白光或单色LED、例如红色、绿色、蓝色的多个彩色LED或红外LED、一个或数个激光器或激光泵激磷光体。由于棱镜组合器206的多个分束器层228复制经照明场，因此仅需要辐射源208的光展量足够高以在由分束器层228中的一者照明的场内提供所需均匀照明NA。棱镜组合器206对光展量的扩增伴随有照明的辐射强度的对应损失，如下文将更全面地解释。空间光调制器210基于从控制器214接收的信号控制其朝向准直器透镜212透射及投影的辐射的空间分布(图9中展示实例)。举例来说，空间光调制器210可为数字微镜装置(DMD)、透射液晶(LC)装置或反射硅上液晶(LCOS)装置。替代地，SLM可与经扩展光源208集成在一起且可包括分段式LED源或有机发光二极管(OLED)阵列。
归因于远心设计，准直器透镜212准直源自空间光调制器210上的任何既定点的辐射，因此形成经准直射线束，所述经准直射线束相对于第一光学轴218a的角度由既定点距第一光学轴的距离及准直器透镜212的焦距确定。
第一光学轴218a通过第一面222进入棱镜组合器206，照射于镜226上。镜226将第一光学轴218a反射成经反射第一光学轴218b，在到达分束器层228之前，所述经反射第一光学轴分别在第一面222与第二面224之间随后被多次反射。第一面与第二面之间的反射的数目由棱镜组合器206的厚度及镜226的倾斜角确定。当镜226的倾斜角足以使得辐射随后通过全内反射从第一面222及第二面224反射时，且当棱镜组合器206足够薄时，分束器表现为波导。在所揭示实施例中，棱镜组合器206通常是从50mm到200mm长，从20mm到50mm宽，及从2mm到10mm厚。内部反射的数目通常小于10，但还可更高。归因于面222与224的平行性，在棱镜组合器206内传播的辐射的射线角被保持，且照射于场216上的照明是远心的。由于照明是远心的，空间光调制器210上的每一空间位置转化为投影到场216上的辐射的角度方向，且通过控制空间光调制器，可选择辐射的角度范围。
在每一分束器层228处，第一光学轴218b被部分地透射且部分地反射成经反射光学轴218c中的一者。所有光学轴218c通过第二面224射出且照射于场216上，因此照明所述场。连续分束器层228的反射率是渐变的，其中反射率沿着分束器206的长度增加，使得来自层228中的每一者的经反射通量相对于其它层变化不超过举例来说10％的预定义限制。可通过例如利用薄膜干涉涂层来针对离散波长达成此渐变，其中每一连续分束器涂层经设计以具有反射比与透射比之间的所需比率。适合薄膜涂层可从举例来说REO公司(美国，博尔德(Boulder)CO 8030，机场大道(Airport Blvd)5505号)及IDEX公司(美国，阿尔伯克基(Albuquerque)NM 87123，多拉多广场(Dorado Place)SE 200)购得。尽管具有比所揭示实施例所预期的那些更宽的波长范围及更严格的均匀性要求，但具类似功能的光学涂层在由Lumus(以色列7403631，耐斯兹敖那(Ness Ziona)，普萨丕尔街(Pinchas Sapir Street)8号)制造的扩增实境光学引擎中实施。
替代地，渐变可通过包括具有不同直径的金属点的半色调(也称为波尔卡圆点(polka-dot))型涂层来达成。在介电涂层上方的波尔卡圆点涂层的优点是其对入射波长及入射角不敏感。其缺点是归因于多次透射的经减小效率。可通过使不透明反射点的大小相对于网格的透明部分变化来容易地控制反射比与透射之间的比率。适合波尔卡圆点分束涂层可从举例来说Thorlabs公司(美国新泽西州07860牛顿市斯巴达大道(Sparta Avenue)56号)、艾德蒙特光学公司(Edmund Optics Inc.)(美国新泽西州08007-1380巴灵顿市东格洛斯特派克(East Gloucester Pike)101号)、西格玛光机公司(Sigma Koki Co.Ltd.)(日本东京130-0021墨田区(Sumida-ku)宓多里(Midori)1-19-9)及岛津公司(ShimadzuCorporation)(日本京都604-8511中京区(Nakagyo-ku)西野国原町(NishinokyoKuwabara-cho)1)购得。
分束器层228定位在距场216的平面通常在从2mm到20mm的范围内的距离处。因此，分束器层228的0.15mm与0.3mm之间的点间距是足够小的以将由波尔卡圆点涂层的离散本质所致使的任何潜在空间或角度不均匀性平均化。
由于场216上的照明是无焦点的且SLM 210的图像被投影到无穷远，因此包围在涂层228的极限边缘之间的棱镜组合器206的区段构成对照明场的额外限制孔径。此限制孔径示意性地表示为辐射通过其引导到场的第二面224的有效孔径230。源于SLM 210的经投影图像的照明光被场216的边界外部的有效孔径230渐晕。
所揭示实施例使得能够以高数值孔径照明场216，仅受到棱镜组合器206内的光的传播依赖于TIR的事实的限制。对于由具有折射率n<2的玻璃构造的棱镜组合器206，照射于场216上的照明的NA被限制为0.35。
所揭示实施例进一步提供在场216内跨越场变化不超过10％的辐照度且具备在场中的所有点处跨越数值孔径变化不超过10％的辐射强度。
对场216进行照明的辐射朝向稜镜组合器206反向散射(反射及衍射)，且由分束器沿着第二光学轴220透射到成像组合件204中，所述成像组合件接着将场216成像到其传感器上。
尽管具有其经限制照明NA，但所揭示实施例具有相异性能优点。举例来说，对于经照明场216的既定对角线尺寸，其达成相对大的清晰照明平衡与短工作距离(参考棱镜组合器206与场216之间的距离)的有利组合。特征的此组合举例来说在印刷或沉积在不均匀或挠曲电子衬底上的精细图案的高速检验中是重要的。
另外，如上文所说明，复制经照明场会减小对照明组合件202的光展量的要求。此转化为照明组合件202的更低功率要求以及组合件的更小大小及更低成本。
图9是根据本发明的实施例的来自图8的空间光调制器210的辐射的发射度的不同空间分布的示意性表示。
图9中作为实例展示从空间光调制器210射出的辐射的六个不同空间分布250、252、254、256、258及260。每一分布包括中心区域，例如分布254中的中心区域262，及围绕中心区域的环形区，例如分布254中的环形区264。白色区域指示举例来说90％的高水平的发射度M，其中100％是指发射度的最高可能水平且0％是指零发射度。亮阴影指示举例来说50％的中间水平的发射度，且暗阴影指示举例来说10％或更少的低水平的发射度。通过空间光调制器210的横向尺寸与准直器透镜212的焦距的适合组合，中心区域262与环形区264之间的边界可经选择以对应于成像组合件204的物镜光学器件的数值孔径。在此实施例中，中心区域262对应于亮场照明，且环形区264对应于暗场照明。分布250…260演示来自空间光调制器210的发射度的空间分布的不同选择，所述空间光调制器在场216处给予全亮场照明以及暗场照明的不同角度分布。
尽管上文所描述的实施例中的每一者具有某些相异特征，但这些特征的其它组合对于所属领域的技术人员在阅读本说明之后将是显而易见的且被视为是在本发明的范围内。作为非限制性实例，上文的第三实施例的基于SLM的辐射源可与第一或第二实施例的光学器件一起使用，且第一及第二实施例中的发射器阵列可与第三实施例的光学器件一起使用。所有此些替代实施方案均被视为在本发明的范围内。
因此，将了解，通过实例方式引用上文所描述的实施例，且本发明不限于上文中已特定展示及描述的内容。而是，本发明的范围包含上文中所描述的各种特征的组合及子组合两者，以及所属领域的技术人员在阅读上述说明后将联想到且在现有技术中未揭示的对所述各种特征的变化及修改。

Claims (58)

1.一种光学设备，其包括：
照明组合件，其包括：
经扩展辐射源，其经配置以可控制空间分布发射辐射；及
远心聚光光学器件，其经配置以接收经发射的所述辐射并沿着第一光学轴以超过0.3的数值孔径将经发射的所述辐射投影到场上；
成像组合件，其包括传感器及经配置以沿着第二光学轴将所述场成像到所述传感器上的物镜光学器件；及
棱镜组合器，其定位于所述场与所述远心聚光光学器件及所述物镜光学器件之间且经配置以组合所述第一光学轴与所述第二光学轴，同时使所述第一光学轴和所述第二光学轴中的至少一者在所述棱镜组合器内反射多次。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述远心聚光光学器件经配置以将所述辐射均匀地投影在具有超过2mm的对角线尺寸的所述场的区域内，其中具有跨越所述区域变化不超过10％的辐照度且具有在所述区域中的所有点处跨越所述数值孔径变化不超过20％的辐射强度。
3.根据权利要求2所述的光学设备，其中所述远心聚光光学器件经配置以将所述光学辐射投影于其内的所述场的所述区域的所述对角线尺寸超过15mm。
4.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述经扩展辐射源包括发射器阵列，且所述设备包括辐射源控制器，所述辐射源控制器经耦合以通过由所述辐射源控制器选择性地激励所述发射器来控制所述空间分布。
5.根据权利要求4所述的光学设备，其中所述发射器阵列包括具有不同的相应波长的多个发射器，且其中所述辐射源控制器经配置以选择性地激励所述发射器以便控制投影到所述场上的所述辐射的光谱内容。
6.根据权利要求4所述的光学设备，其中所述发射器阵列是第一阵列，且其中所述远心聚光光学器件包括第二均质化棒阵列，每一棒包括经定位以从所述发射器中的一或多者接收经发射的所述辐射的入射面，及从中发射所述辐射的出射面。
7.根据权利要求6所述的光学设备，其中所述远心聚光光学器件包括：
第三准直透镜阵列，其中每一准直透镜经配置以接收从所述均质化棒中的相应一者发射的所述辐射并准直所述辐射；及
聚焦透镜，其经定位以从所述第三准直透镜阵列接收所述经准直辐射且将所述辐射透射并聚焦到所述场上。
8.根据权利要求7所述的光学设备，其中所述准直透镜包括菲涅尔透镜。
9.根据权利要求7所述的光学设备，其中所述聚焦透镜包括菲涅尔透镜。
10.根据权利要求6所述的光学设备，其中每一均质化棒的所述出射面包括场透镜及漫射器中的至少一者。
11.根据权利要求4所述的光学设备，其中所述辐射源控制器经配置以选择性地激励所述发射器以便选择投影到所述场上的所述辐射的角度范围。
12.根据权利要求11所述的光学设备，其中所述角度范围是选自由暗场及亮场照明范围组成的角度范围群组。
13.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述棱镜组合器经配置以在所述棱镜组合器内透射所述第一光学轴并反射所述第二光学轴两次。
14.根据权利要求13所述的光学设备，其中所述第二光学轴是通过全内反射从所述棱镜组合器的邻近于所述场的表面反射。
15.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述远心聚光光学器件包括接近于所述棱镜组合器的具有弯月形状的补偿透镜。
16.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述棱镜组合器经配置以使所述第一光学轴在所述棱镜组合器内反射多次以便将投影到所述场上的所述辐射均质化。
17.根据权利要求16所述的光学设备，其中所述第一光学轴是通过全内反射从所述棱镜组合器的面向所述成像组合件的表面反射。
18.根据权利要求16所述的光学设备，其中所述棱镜组合器具有矩形横截面，且包括接近于所述远心聚光光学器件的入射面及接近于所述场的出射面，且其中所述远心聚光光学器件经配置以将由所述经扩展辐射源发射的所述辐射聚焦到所述入射面上。
19.根据权利要求18所述的光学设备，其中所述经扩展辐射源包括发射器阵列，且所述远心聚光光学器件经配置以将所述发射器中的每一者成像到所述入射面上。
20.根据权利要求19所述的光学设备，其中所述远心聚光光学器件包括菲涅尔聚焦透镜。
21.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述经扩展辐射源包括：
辐射源；及
空间光调制器，其经配置以接收由所述辐射源发射的所述辐射并选择性地透射所述辐射，且
其中所述设备包括辐射源控制器，所述辐射源控制器经耦合以通过驱动所述空间光调制器来控制所述空间分布。
22.根据权利要求21所述的光学设备，其中所述辐射源控制器经配置以选择性地控制所述空间光调制器以便选择投影到所述场上的所述辐射的角度范围。
23.根据权利要求21所述的光学设备，其中所述空间光调制器包括数字微镜装置。
24.根据权利要求21所述的光学设备，其中所述空间光调制器包括液晶装置。
25.根据权利要求1所述的设备，其中所述棱镜组合器包括：
入射面，其经定位以接收由所述远心聚光光学器件沿着所述第一光学轴投影的所述辐射；
出射面，其接近于所述场；及
多个分束器层，其在所述棱镜组合器内，其中所述多个分束器层中的每一者经配置以在透射所述第二光学轴时通过所述出射面将所述辐射的相应部分反射到所述场上。
26.根据权利要求25所述的光学设备，其中所述棱镜组合器经配置以用作用于所述经投影辐射的波导。
27.根据权利要求25所述的光学设备，其中所述棱镜组合器包括镜，所述镜平行于所述分束器层且经配置以接收通过所述入射面进入的所述辐射并反射所述经接收辐射以便致使所述辐射在所述棱镜组合器内传播。
28.根据权利要求1所述的光学设备，其中沿着所述第一光学轴的所述数值孔径超过0.5。
29.根据权利要求28所述的光学设备，其中沿着所述第一光学轴的所述数值孔径超过0.7。
30.一种用于检验的方法，其包括：
以可控制空间分布从经扩展辐射源发射辐射；
使用远心聚光光学器件接收经发射的所述辐射并沿着第一光学轴以超过0.3的数值孔径将经发射的所述辐射投影到场上；
利用物镜光学器件沿着第二光学轴将所述场成像到传感器；及
使用棱镜组合器组合所述第一光学轴与所述第二光学轴，所述棱镜组合器使所述光学轴中的至少一者在所述棱镜组合器内反射多次。
31.根据权利要求30所述的方法，其中投影所述辐射包括将所述辐射均匀地投影在具有超过2mm的对角线尺寸的所述场的区域内，其中具有跨越所述区域变化不超过10％的辐照度且具有在所述区域中的所有点处跨越所述数值孔径变化不超过20％的辐射强度。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述远心聚光光学器件将所述光学辐射投影于其内的所述场的所述区域的所述对角线尺寸超过15mm。
33.根据权利要求30所述的方法，其中发射所述辐射包括从发射器阵列发射所述辐射，且通过选择性地激励所述发射器来控制所述空间分布。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述发射器阵列包括具有不同的相应波长的多个发射器，且其中选择性地激励所述发射器包括通过选择所述发射器来激励而控制投影到所述场上的所述辐射的光谱内容。
35.根据权利要求33所述的方法，其中所述发射器阵列是第一阵列，且其中所述远心聚光光学器件包括第二均质化棒阵列，每一棒包括经定位以从所述发射器中的一或多者接收经发射的所述辐射的入射面，及从中发射所述辐射的出射面。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述远心聚光光学器件包括：
第三准直透镜阵列，其中每一准直透镜经配置以接收从所述均质化棒中的相应一者发射的所述辐射并准直所述辐射；及
聚焦透镜，其经定位以从所述第三准直透镜阵列接收所述经准直辐射且将所述辐射透射并聚焦到所述场上。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述准直透镜包括菲涅尔透镜。
38.根据权利要求36所述的方法，其中所述聚焦透镜包括菲涅尔透镜。
39.根据权利要求35所述的方法，其中每一均质化棒的所述出射面包括场透镜及漫射器中的至少一者。
40.根据权利要求33所述的方法，其中选择性地激励所述发射器包括选择投影到所述场上的所述辐射的角度范围。
41.根据权利要求40所述的方法，其中选择所述角度范围包括从由暗场及亮场照明范围组成的角度范围群组选择所述范围。
42.根据权利要求30所述的方法，其中组合所述第一光学轴与所述第二光学轴包括在所述棱镜组合器内透射所述第一光学轴并反射所述第二光学轴两次。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述第二光学轴是通过全内反射从所述棱镜组合器的邻近于所述场的表面反射。
44.根据权利要求30所述的方法，其中所述远心聚光光学器件包括接近于所述棱镜组合器的具有弯月形状的补偿透镜。
45.根据权利要求30所述的方法，其中组合所述光学轴包括使所述第一光学轴在所述棱镜组合器内反射多次以便将投影到所述场上的所述辐射均质化。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述第一光学轴是通过全内反射从所述棱镜组合器的面向所述成像组合件的表面反射。
47.根据权利要求45所述的方法，其中所述棱镜组合器具有矩形横截面且包括接近于所述远心聚光光学器件的入射面及接近于所述场的出射面，且其中所述远心聚光光学器件经配置以将由所述经扩展辐射源发射的所述辐射聚焦到所述入射面上。
48.根据权利要求47所述的方法，其中所述经扩展辐射源包括发射器阵列，且所述远心聚光光学器件经配置以将所述发射器中的每一者成像到所述入射面上。
49.根据权利要求48所述的方法，其中所述远心聚光光学器件包括菲涅尔聚焦透镜。
50.根据权利要求30所述的方法，其中发射所述辐射包括应用空间光调制器以控制所述辐射的所述空间分布。
51.根据权利要求50所述的方法，其中选择性地控制所述空间分布包括选择投影到所述场上的所述辐射的角度范围。
52.根据权利要求50所述的方法，其中所述空间光调制器包括数字微镜装置。
53.根据权利要求50所述的方法，其中所述空间光调制器包括液晶装置。
54.根据权利要求30所述的方法，其中所述棱镜组合器包括：
入射面，其经定位以接收由所述远心聚光光学器件沿着所述第一光学轴投影的所述辐射；
出射面，其接近于所述场；及
多个分束器层，其在所述棱镜组合器内，其中所述多个分束器层中的每一者经配置以在透射所述第二光学轴时通过所述出射面将所述辐射的相应部分反射到所述场上。
55.根据权利要求54所述的方法，其中所述棱镜组合器经配置以用作用于所述经投影辐射的波导。
56.根据权利要求54所述的方法，其中所述棱镜组合器包括镜，所述镜平行于所述分束器层且经配置以接收通过所述入射面进入的所述辐射并反射所述经接收辐射以便致使所述辐射在所述棱镜组合器内传播。
57.根据权利要求30所述的方法，其中沿着所述第一光学轴的所述数值孔径超过0.5。
58.根据权利要求57所述的方法，其中沿着所述第一光学轴的所述数值孔径超过0.7。
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