CN115956367A

CN115956367A - 可变变焦成像装置

Info

Publication number: CN115956367A
Application number: CN202180050285.8A
Authority: CN
Inventors: B·E·特鲁瓦克斯
Original assignee: Zygo Corp
Current assignee: Zygo Corp
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2023-04-11
Also published as: TW202210894A; TWI794928B; JP2023537992A; KR20230053636A; US20220057599A1; WO2022039838A1; EP4201055A1; US11841548B2

Abstract

公开一种可变变焦成像装置，其包括：i)成像光学器件，其被配置为在成像区域中形成位于物区域中的物体的图像；ii)可调节孔径光阑，用于可调节地设置由成像光学器件形成的图像的数值孔径NA；iii)电子检测器，其包括位于成像区域中的检测器元件阵列以检测图像；以及iv)图像处理电路，其耦接电子检测器，以基于来自至少一些检测器元件的信号产生图像的数字表示。对于由可调节孔径光阑所设置的图像的多个不同数值孔径中的每一个，该图像处理电路产生具有物体的不同倍率m的数字表示。

Description

可变变焦成像装置

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求2020年8月18日提交的美国临时申请号63/066,935的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种可变变焦(variable-zoom)成像装置，更具体地，本公开涉及一种与高分辨率光学传感器一起使用的光学成像系统，其能以成本有效的方式实现高质量的可变变焦。

背景技术

光学成像系统在像区域中(通常在像平面上)形成位于物区域中的物体的图像。光学成像系统包括一个或多个光学成像元件，例如透镜或曲面镜。在几何光学的架构内，每个光学成像元件的属性及其相对于彼此的位置以及物区域和像区域每一者共同导致从物区域的每个点发出的光线在像区域中的对应点处重新组合，从而形成图像。因此，光学成像系统在像区域中生成光的空间分布，其对应于物体在物区域中的空间特征。具体而言，该图像对应于物体的空间特征如何不同地影响(例如，反射、透射、衍射、散射、和/或衰减)入射光。在一些情况下，环境光照射物体以生成由光学成像系统所捕获的光线来形成该图像，而在其他情况下，照明源专门被用于生成照明光并生成该图像。被成像到像区域上的物区域中的点的空间范围称为物场(object field)，且类似地，在该图像中的点的空间范围称为像场(image field)。

一般而言，光学成像系统能够在像场中再现小特征的程度取决于光学成像系统的像侧数值孔径(image-side numerical aperture)NA，其对应于在像区域中的每一点处由光学成像系统重新组合的光线在成像区域处的角度范围。例如，像侧数值孔径NA可以表示为n·sinθ，其中θ是入射到像区域上的最倾斜光线(即边缘光线)与光轴之间形成的角度，并且其中，n是紧邻像区域之前的介质的折射率。光学成像系统的孔径光阑(aperturestop)是系统中的元件，其通过防止此角度范围之外的任何光线到达像区域来设置此数值孔径NA。

光学成像系统的关于像区域中的图像的倍率(magnification)m'是在像区域中的图像中各个特征的横向维度相对于物体的横向维度增加(或减小)程度的度量。因此，具有横向维度D的物体的特征将以等于m'·D的横向维度再现于图像中。通常，希望提供具有可由用户选择的不同倍率范围的光学成像系统。例如，在以较低的倍率m'₁观看在大的物场上的物体后，用户可能希望以更大的倍率m'₂观看该物场的子集，即，用户可能想要“变焦(zoom)”到物区域的子集。提供从最小倍率m＝m_min到最大倍率m'＝m'_max变化的不同倍率m的成像系统定义了变焦比(zoom ratio)z＝m'/m'_min和最大变焦比z_max＝m'_max/m'_min。具有z_max＞1的光学成像系统可以称为可变变焦系统。

传统上，可变变焦光学系统包括具有一个或多个光学成像元件的系统，光学成像元件相对于彼此移动以提供可变倍率，以及包括具有转座的系统，以将几个不同光学模块中之一插入光路径中以提供可变倍率。在光学上，这种可变倍率是通过固定像侧数值孔径同时减小物场和增加物侧数值孔径来实现的。

为了获得和储存由光学成像系统所产生的物体的图像的数字表示，具有检测器元件阵列的光学传感器(本文也称为“检测器”或“相机”)可以位于像区域上。每个检测器元件产生电信号，其对应于入射到该检测器元件上的光强度的度量(或在一些情况下，对于光的多个颜色中的每一个，入射到该检测器元件上的光强度的度量)。图像处理电路系统耦接到检测器元件阵列，以处理电信号并储存图像的数字表示。目前的技术进步已实现高分辨率光学传感器，其提供非常大的不同检测器元件的横向密度。实际上，检测器元件的数量可以远大于该数字表示所需的典型的像素数量。因此，一些现有技术的成像系统实现“数字变焦”，由此通过从整组检测器元件的对应子集生成数字表示，来简单地获得物体在最终数字表示中的不同倍率m。具体地，最小变焦对应于在光学系统的像场中遍及整个检测器元件阵列采样检测器元件，而较大的变焦对应于仅采样位于光学系统的像区域的连续较小子集内的检测元件。

发明内容

发明人已经认识到现有技术的变焦系统中的某些问题。实现光学变焦的系统需要移动部件，从而在变焦期间降低鲁棒性并增加振动、图像漂移或聚焦偏移的可能性，这使性能降级。其通常还需要更多数量的元件和/或更复杂的元件，从而增加了制造和设计的成本。另一方面，实现数字变焦的系统在整个变焦范围内遭受光学成像系统的设计与检测器元件采样之间的不匹配。

例如，假设检测器具有一个10,000×10,000检测器元件阵列，并且图像的数字表示的期望分辨率是1000×1000，那么在使用数字变焦下变焦范围原则上可以从1到10。具体而言，在最低变焦下，数字表示的每个像素映射到对应的检测器元件的10×10子阵列，而在最高变焦下，数字表示的每个像素映射到在整个检测器元件阵列内的1000×1000子阵列中的单个对应检测器。然而，针对不同变焦的检测器阵列采样下衍生的这种差异对光学成像系统施加了不同的约束，这是因为1000×1000数字表示的分辨率可能不会比由光学成像系统在检测器阵列上产生的光学图像的分辨率更好。因此，如果检测器元件的横向维度为p，那么在最低变焦下，光学成像系统只需要提供足以生成特征尺寸小到约为10·p的光学图像的分辨率，但在最高变焦下，光学成像系统需要提供足以生成特征尺寸小到约为p的分辨率。

因此，为了在仅使用数字变焦的全变焦范围内提供成像的高质量数字表示，光学成像系统必须提供足以达到最高数字变焦设置的分辨率。同时，光学成像系统必须从对应于最低变焦的整个物场捕获光线束，从而增加了光学成像系统的复杂度，这需要许多和/或更大的光学成像元件。这是因为，光学成像系统的复杂度通常随着物场和像侧NA中的每一个的增加而增加。例如，设计一个光学系统以产生具有粗分辨率的相对较小区域的图像比设计一个光学系统以产生具有细分辨率的相对较大区域的图像更为容易。为了实现后者，通常需要更多数量的光学元件、更大的光学元件、和/或更复杂的光学元件，来引导来自更大物场中更多数量的点的每一个的对应更大的光线束。

为了解决这些问题，发明人公开了一种将数字变焦与更简单的光学成像系统相组合的系统，该系统包括可变孔径光阑以根据数字变焦设置所需的分辨率来调节像侧数值孔径NA。在最低变焦下，孔径光阑被设置为最小的NA，且光学成像系统被设计为以这个最小的NA捕获来自整个物场的光线束，以在检测器上产生光学图像。在较高变焦下，孔径光阑开口被设置为较大的NA，以为对应于较高变焦的物场的(较小)子区域提供必要的分辨率。光学成像系统被设计成以此较大的NA捕获来自物场的该子区域的光线束，以在检测器上产生光学图像。另一方面，为了简化光学成像系统的设计，光学成像系统不被设计为以此较大的NA捕获来自物场的在该子区域之外的所有光线束。尽管这可能会在检测器的某些部分上产生模糊(blurry)的图像，但那些部分将对应于检测器的被用来在这些较高的变焦下产生光学图像的数字表示的采样区域之外的检测器元件。这大大减少了对光学成像系统的设计约束，从而降低了成本和复杂度，同时仍然产生在整个变焦范围内具有期望分辨率的物体的数字图像。

因此，更具体而言，公开了以下实施例。

一般而言，在一方面，公开了一种可变变焦成像装置。可变变焦成像装置包括：i)成像光学器件，其被配置为在成像区域中形成位于物区域中的物体的图像；ii)可调节孔径光阑，用于可调节地设置由成像光学器件形成的图像的数值孔径NA；iii)电子检测器，其包括位于成像区域的检测器元件的阵列，以检测图像；以及iv)图像处理电路，其耦接电子检测器，以基于来自该些检测器元件中的至少一些的信号产生图像的数字表示。对于可调节孔径光阑所设置的该图像的多个不同数值孔径中的每一个，该图像处理电路产生具有物体的不同倍率m的该数字表示，其中，不同倍率m从最小倍率m＝m_min变化到最大倍率m＝m_max，以定义变焦比z＝m/m_min和最大变焦比z_max＝m_max/m_min。

可变变焦成像装置的实施例可包括以下附加特征中的任何特征。

成像光学器件是固定的，以提供该物区域到像区域的恒定倍率。

该数字表示的该变焦比z可以与检测器元件用于产生该数字表示所跨越的场区域成反比变化。例如，不同数值孔径的尺寸可以由可调节孔径光阑设置，以随着数字表示的变焦比z的对应增加而增加。此外，在某些实施例，由可调节孔径光阑所设置的不同数值孔径的尺寸可以随着数字表示的变焦比z在大于1的变焦比范围内的对应增加而线性增加。例如，可调节孔径光阑所设置的图像的数值孔径NA可以由

给定，其中，p是检测元件的最大横向维度，并且λ是用于在检测器上形成图像的光的中心波长。

该数字表示可以包括N₁×N₂像素阵列中每个像素处的至少一个强度值，其中N₁和N₂是正整数。例如，N₁和N₂均可以大于或等于400。

电子检测器的检测器元件的阵列可以包括至少与M·N₁×M·N₂阵列一样大的阵列，其中M是大于或等于z_max的正整数。例如，z_max可以大于或等于3。在某些实施例中，图像处理电路通过根据来自M/z×M/z检测器元件的对应子阵列中的检测器元件的信号中的一个或多个信号，确定在N₁×N₂阵列中每个像素的强度值，以产生具有变焦比z的该数字表示。在其他某些实施例中，图像处理电路通过根据来自M/z×M/z检测器元件的对应子阵列中的检测器元件的信号中的仅一个信号，确定在N₁×N₂阵列中每个像素的强度值，以产生具有变焦比z的该数字表示。在又一某些实施例中，图像处理电路通过根据来自M/z×M/z检测器元件的对应子阵列中的检测器元件的信号的加权平均，确定在N₁×N₂阵列中每个像素的强度值，以产生具有变焦比z的该数字表示。此外，在某些实施例中，对应于该数字表示中的像素的检测器元件的子阵列在检测器元件用以产生该数字表示所跨越的场区域内重复地彼此间隔开。

一般而言，在一些实施例中，图像处理电路通过根据来自一个或多个检测器元件的对应子阵列中的检测器元件的信号中的一个或多个信号，确定在N₁×N₂阵列中每个像素的强度值，以产生具有变焦比z的该数字表示，其中，每个对应子阵列中的检测器元件的数量随着该孔径光阑可调节地设置的该数值孔径NA的增加而减少。

成像光学器件可以包括将光从物体引导到由孔径光阑定义的光瞳的第一组光学器件和将光从光瞳引导到像区域的第二组光学器件。可变变焦成像装置还可以包括光源，其被配置照射物体并从而向成像光学器件提供光以形成物体的图像。例如，光源可以是相干激光器。此外，在某些实施例中，可变变焦成像装置还可以包括干涉仪组件，干涉仪组件包括分束器和参考表面，其中，光源还被配置照射参考表面，并且分束器被配置为相干地组合来自物体和参考表面的光，使得由成像光学器件在成像区域上形成的图像是干涉图像。

在某些实施例中，检测器元件的阵列的面积在0.25cm²和10cm²之间。

在某些实施例中，最小倍率在1/10和1/5之间，例如可变变焦成像装置是斐索干涉仪的情况。在其他某些实施例中，最小倍率在1/2和5之间，例如可变变焦成像装置是显微镜干涉仪的情况。

在某些实施例中，被成像到检测器元件的阵列上的物区域的面积在0.04cm²和10,000cm²之间。

可调节孔径光阑可以是连续可调节的。可替代的，可调节孔径光阑对于多个离散设置中的每一个可以是离散地可调节的。例如，可调节孔径光阑可以是机械孔径光阑或电子孔径光阑。此外，例如，孔径光阑可以提供标称圆形开口，以定义数值孔径。或者，例如，孔径光阑可以提供标称矩形开口，以定义数值孔径。

可变变焦成像装置还可以包括用户控制接口，其配置成响应于变焦比的用户输入来电子地调节可调节孔径光阑。例如，用户控制接口还使图像控制电路响应于变焦比的用户输入来设置检测器对物体的倍率。此外，例如，图像控制电路可以被配置为通过调节用于产生数字表示的检测器元件的采样来设置检测器对物体的倍率。

在某些实施例中，当可调节孔径光阑被设置为多个不同数值孔径中的最大一个时，对于与跨越阵列中所有检测器元件的全场区域相对应的物体的全场区域，成像光学器件的直径不需要足够大以穿过来自物体的所有光线轨迹。然而，在此实施例中，当可调节孔径光阑被设置为多个不同数值孔径中的最小一个时，对于物体的全场区域，成像光学器件的直径可以足够大以穿过来自物体的所有光线轨迹。

在某些实施例中，当可调节孔径光阑被设置为多个不同数值孔径中的最大一个时，成像光学器件不在跨越阵列中所有检测器元件的全场区域上产生衍射受限图像。然而，在此实施例中，当可调节孔径光阑被设置为多个不同数值孔径中的最小一个时，成像光学器件可以在全场区域上产生衍射受限图像。此外，例如，当可调节孔径光阑被设置为多个不同数值孔径中的最大一个时，成像光学器件可以在最大变焦场区域上产生衍射受限图像，最大变焦场区域等于全场区域的面积除以z_max。成像光学器件在像区域中的给定视场(“FOV”)上产生该数值孔径NA的衍射受限图像意味着：对于相干照明，成像光学器件能够在FOV的任何地方以小至

的空间周期d在该像区域中产生特征。

总的来说，在另一方面，公开了用于与实现数字变焦的可变变焦成像装置一起使用的光学成像系统，光学成像装置包括：i)成像光学器件，其被配置为在成像区域中形成位于物区域中的物体的图像；以及ii)可调节孔径光阑，用于可调节地设置由成像光学器件形成的图像的数值孔径NA。成像光学器件被设计成对于该可调节孔径光阑所设置的、与该物区域中的该物体的连续减小的视场对应的、该图像的多个连续增加的数值孔径NA中的每一个，将该图像形成为衍射受限图像。

光学成像系统实施例还可以包括用于可变变焦成像装置的上述任何特征。

在此提及的所有文档，如果有的话，通过引用其整体并入。在与本公开以及通过引用并入的任何文件冲突的情况下，以本公开为准。

在附图和下文的描述中阐述了本公开的一个或多个实施例的细节。本公开的其他特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求中显而易见。

附图说明

图1A是用于较低的第一倍率的可变变焦成像装置的示意图。

图1B是由用于较低的第一倍率的图1A的可变变焦成像装置实现的数字采样的示意图。

图2A是用于较高的第二倍率的可变变焦成像装置的示意图。

图2B是由用于较高的第二倍率的图1A的可变变焦成像装置实现的数字采样的示意图。

图3至图5是用于将物体成像到传感器上的示例性成像光学系统的光线轨迹图，其中，系统具有准直器、孔径光阑、以及目镜，并且对准直器和目镜使用薄透镜近似(thinlens approximation)。

图6至图7是图3至图5中描绘的系统的目镜部分的光线轨迹图，其比较全物场和较小孔径光阑(如图6所示)的光线束与三分之一物场尺寸系统(导致由传感器呈现的数字表示的3倍(3x)倍率)和3倍大的孔径光阑(如图7所示)的光线束。

图8至图10是使用真实透镜元件的6透镜目镜的光线轨迹图。

图11是使用真实透镜元件并实现本发明的光学设计简化的5透镜目镜的光线轨迹图，以实现用于实现数字变焦的可变变焦系统的衍射受限成像(diffraction-limitedimaging)。

图12是图8至图10所示的目镜的完整光学系统的光线轨迹图，且包括3透镜准直器。

图13与图14是图11所示的目镜的完整光学系统的光线轨迹图，且还包括2透镜准直器。完整光学系统实现了本发明的光学设计简化，以实现用于实现数字变焦的可变变焦系统的衍射受限成像。图13显示了在1100像素分辨率下的全物场成像，而图14显示了在1100像素分辨率下的三分之一物场成像，其中，像素维度是图13中的像素维度的三分之一。

图15是图13与图14的光学成像系统的示意图，其还包括作为照明源的激光源，以经由分束器(beam splitter)照射物体。

图16是图15的光学成像系统的示意图，其通过包括参考元件而进一步实现为干涉光学成像系统，使得形成在传感器上的物体的图像与参考波前干涉以产生物体的干涉图像。

各图中相同的参考符号表示相同的元件。

具体实施方式

图像变焦是许多光学系统中的一个重要特征。放大(zoom-in)图像为用户提供在较小图像尺寸上有更好的横向分辨率。设计良好的变焦系统将与变焦比成正比地增加可用分辨率。这通常是通过将在传感器上固定成像光线束的数值孔径，同时减小透镜视场(lensfield of view)并增加物空间数值孔径来实现的。新的非常高分辨率传感器的出现为以下应用的子集提供了用于图像变焦的替代方法(“数字”变焦)，其中遍及图像所需的分辨率元件的数量显著少于遍及传感器的传感器元件的数量。然而，如上所述，数字变焦通常遭受光学成像系统的设计与整个数字变焦范围内的检测器元件采样之间的不匹配。

本发明的实施例包括一种成像系统，其中，孔径光阑的尺寸与期望的变焦比成比例地增加，并且通过对传感器的成比例地较小区域进行采样来调节视场。光学系统被设计为使得成像在以当前选择的变焦比指定的视场内保持衍射受限(diffraction-limited)。该变焦系统的实施例可以比标准光学变焦简单得多，其中标准光学变焦需要复杂的凸轮机构来移动多个光学元件以在保持聚焦的同时调节变焦。此外，在至少一些实施例中，其仅需要在改变传感器的显示区域的同时调节孔径光阑的尺寸。此外，其可以保持聚焦并避免在许多机械驱动的光学变焦系统中观察到的图像漂移。

本发明的可变变焦成像系统100的代表性实施例在图1和图2中针对较低的第一倍率m₁(图1A)和较高的第二倍率m₂(图2A)示出。可变变焦成像系统100被配置在像区域150上产生位于物区域110上的物体115的图像。如下文将进一步描述，倍率m₁和m₂是关于该图像的最终数字表示的，且与像区域中该物体的该图像的光学倍率m'相反，其中对于图1A和图2A中所示的本发明的可变变焦成像系统100而言，该光学倍率m'是恒定的。除了其光学组件之外，其还包括电子检测器145，该电子检测器包括N×N检测器元件阵列(在本文中也称为高分辨率传感器)，该阵列被配置为通过测量每个检测器元件处的光强度值来检测图像。图像处理电路155电性耦接至检测器145，以储存和处理强度值以提供图像的数字表示。图像处理电路155电性耦接到用户接口190，以从用户接口接收命令并向用户接口190提供数字表示。可变变焦成像系统100的光学组件沿对应于z轴的光轴105延伸，并且包括一个或多个光学元件130(在本文中也称为“准直器”)的第一光学模块、一个或多个光学元件140(在本文中也称为“目镜”)的第二光学模块、以及位于第一光学模块130和第二光学模块140之间的孔径光阑135。光学模块130和140内的光学元件可以包括例如透镜和/或曲面镜。在本实施例中，物区域110和像区域150都平行于x-y平面延伸，检测器145的检测器元件阵列也是如此。孔径光阑135提供可变孔径开口以改变光学成像系统的像侧数值的孔径NA，并且可操作地耦接到用户接口190，使得用户可以控制该像侧数值孔径NA。孔径开口也将限制物侧数值孔径，其等于像侧数值孔径NA乘以倍率m。

准直器130和目镜140形成光学成像系统，用于在像区域150上产生位于物区域110上的物体115的光学图像。具体而言，光学成像系统内每个光学元件的属性(例如，维度和光功率)和它们相对于彼此的位置以及物区域和像区域每一者共同导致从物区域的每个点发出的光线在像区域中的对应点处重新组合，从而形成图像。这在图1A与图2B的每一个中相对于物区域110上的三个点和像区域150上的三个对应点示意性地示出。在光轴105上有一组对应点，并且在物场与像场(在图1A中由A_1O和A_1I所表示，以及在图2A中由A_2O和A_2I所表示)的外边缘处有另外两组对应点。从物区域110的每个点发出的光线束的中心光线125被称为主光线，并且在图1A和图2A中以实线箭头来描绘。图1A与图2A的光学成像系统是远心系统(telecentric system)，因为穿过由孔径光阑135提供的开口的中心的主光线垂直于物区域110和像区域150中的每一个。从物区域110的每个点发出的光线束的最外面的光线120(在图1A中)和220(在图2A中)被称为边缘光线，并且在图1A和图2A中以虚线箭头来描绘。孔径光阑135所提供的开口的边缘与边缘光线的路径重合，且界定边缘光线从物区域110发出并入射到像区域150上的角度。

为了将可变变焦成像系统100配置以第一较低倍率m₁操作(如图1A所示)，用户接口190使可变孔径光阑135为光线束提供较小开口，从而导致相对于光轴105入射在像区域150上的较小的边缘光线120角θ₁，并导致较小的像侧数值孔径NA₁。相反，为了将可变变焦成像系统100配置为以第二较高倍率m₂操作(如图2A所示)，用户接口190使可变孔径光阑135为光线束提供较大的开口，从而导致相对于光轴105入射到像区域150上的较大的边缘光线220角度θ₂，并导致较大的像侧数值孔径NA₂。在某些实施例中，目镜140具有有效焦距f，并且孔径光阑135和像区域150分别位于目镜140的前焦平面和后焦平面，在这种情况下，入射到像区域上的边缘光线角度θ满足公式tanθ＝r/f，且NA＝n·sin[arctan(r/f)]，其中，r是从光轴105到平行于x-y平面的孔径光阑开口边缘的距离。例如，对于垂直于光轴而定位的圆形孔径光阑，r是孔径光阑开口的半径。在许多成像系统中常见的小角度θ的极限下，NA的表达式简化为NA＝n·r/f。

重要的是，虽然可变变焦成像系统100的不同倍率m₁和m₂对应于不同的孔径光阑开口，但准直器130和目镜140中的每一个内的光学元件保持相同并且不相对于彼此或不相对于物区域和像区域而移动，从而提供一个非常稳定和鲁棒的系统。相反，使用数字变焦来提供不同的倍率，分别图1B和图2B中示意性所示。具体来说，图1A和图1B示意性地表示由成像处理电路155对检测器150的检测器元件进行的采样以产生数字表示195。为了便于说明，在这些图中的数字表示195被描绘为具有跨越3×3像素阵列的值，并且检测器被描绘为具有9×9检测器元件阵列。

如图1B所示，在较低的第一倍率m₁下，数字表示195中的每个像素处的强度值是从检测器145中的空间上相对应的3×3检测器元件块中的一个或多个值所导出。例如，强度值可以简单地对应于3×3检测器元件块中的中心检测器元件的强度值；其可以对应于3×3检测器元件块中强度值的平均；其可以对应于3×3检测器元件块中强度值的加权平均(例如，其中中心检测器元件的权重比周围检测器元件更大)；或者其可以对应于3×3检测器元件块中强度值的更复杂的函数。在任何情况下，数字表示是从跨越在像区域150上的检测器的整个区域的检测器元件导出的，其对应于像场维度A_1I，因此，数字表示的比例(scale)对应于物场维度A_1O。

另一方面，如图2B所示，在较高的第二倍率m₂下，在3×3数字表示195中的每个像素处的强度值是从在检测器145中心处的3×3检测器元件块中的对应检测器元件的强度值所导出的。在这种情况下，数字表示是仅从在像区域150上的检测器的整个区域的中心三分之一中的检测器元件导出的，其对应于像场维度A_2I，因此，数字表示的比例对应于物场维度A_2O，基于图1B和图2B的说明性描述，物场维度A_2O是A_1O的三分之一。结果，对于这个说明性的描述，较高的第二倍率m₂是较低的第一倍率m₁三倍大。

当然，在实际实施例中，检测器的分辨率提供了许多更多的检测器元件，例如至少1000×1000，或甚至是与10,000×10,000一样大或大于10,000×10,000。因此，在进一步的实施例中，能够有更多等级的数字变焦，其中，数字表示的相继更大倍率基于对由检测器提供的检测器元件阵列的连续较小区域进行采样。为了在光学上适应这种增加的数字倍率，可变孔径光阑被设置为对应地增加孔径光阑，从而增加NA，使得检测器上的光学图像中由数字表示所捕获的区域(即，具有维度A_i的像场)关于图像特征是衍射受限的，该图像特征具有与数字表示中的每个像素相对应的检测器元件块的数量级的尺寸。另一方面，检测器上的在该区域外的光学图像的质量不必是高质量的，这是因为数字表示不会对这些区域进行采样，从而减少了对光学成像系统的设计限制。

例如，假设数字表示所需的图像分辨率是N×N个像素，并且变焦比z的期望范围是从z_min＝1到z_max＝M，其中，M是正整数。然后，在进一步的实施例中，检测器被选择为具有由至少M·N×M·N的检测器元件阵列提供的分辨率。例如，在变焦比为1的一个实施例中，读取整个检测器阵列，然后对其进行子采样，使得选择每第M行上的每个第M个像素来导出在光学图像的N×N数字表示中每个像素的值。通过与用户接口的通信，图像处理电路可以改变此采样以提供更高的变焦比。例如，不是对每个第M行上每个第M个像素进行采样以提供等于1的变焦比，而是图像处理电路可对每第(M-m)行上的每第(M-m)个像素进行采样以提供等于M/(M-m)的变焦比z，其中，m为从0到M-1，并且成像处理电路仅读取足以在该采样中填充N×N数字表示的检测器阵列的中心部分。使用这些整数采样间隔，能够对特定检测器元件进行采样。例如，假设M＝3，那么m＝0、1、2的整数值将分别对应于采样3x3、2x2、和1x1像素块，其分别对应于1、1.5、和3的变焦比z。然而，也可以通过内插检测器元件来选择中间变焦比。此外，如上文中关于图1B和图2B所描述，成像处理电路也可以通过对这些检测器元件信号进行平均、加权平均、或更复杂的处理，从空间上对应的(M-M)×(M-M)检测器元件块中的一个或多个强度信号中导出数字表示中每个像素处的强度值。

为了提供利用由检测器元件采样所提供的分辨率并且使得衍射受限的图像能够由数字表示以每个这样的变焦比捕获，由可变孔径光阑设置的像侧数值孔径NA(例如，在用户接口的控制下)可以由以下公式给出:

其中，p是检测器元件的最小横向维度，且λ是用于在检测器上形成图像的光的中心波长。更一般而言，包括对于非积分采样，NA可以根据以下来设置：

因此，对于与增加的数字变焦相对应的连续较小像场A_I，光学成像系统只需要被设计为在较大NA下为衍射受限的。对于某一变焦比，检测器上的在像场之外的不是衍射受限的图像质量将无关紧要，因为产生该变焦比的数字表示不需要这些区域。这对成像光学系统的光学设计者来说是一个显著的优点，因为光学成像系统需要在其内被校正的场尺寸与孔径光阑开口的尺寸成反比。例如，在2倍(2x)变焦时，光阑是在1倍(1x)变焦时的两倍，但场是1/2大。孔径光阑尺寸与场尺寸的这种权衡，使得设计该光学系统比设计能够具有声称衍射受限的传统数字变焦系统通常所要求的全场尺寸和全分辨率的主光学成像系统更容易。而且，与在转座上的光学连续变焦或一系列变焦中继透镜相比，这种方法的优势在于除了孔径光阑之外没有移动的光学元件。这避免了严格组装和对准容限，而严格组装和对准容限是在变焦期间最小化图像位置偏移和聚焦偏移所需的。

用户体验也得到了显著改善。例如，由于没有移动透镜，相机上的图像位置根据定义在不同的变焦位置之间是固定的。此外，聚焦不会随着变焦而偏移，因此用户可以变焦到最大倍率并使图像聚焦，并确信在切换到较低变焦时聚焦将不会偏移。此外，在物体和相机之间的原始像素横向校准不会随着变焦比而变化，因此在任何变焦位置的单一校准就足以校准所有变焦位置。此外，以较低变焦对检测器元件阵列的子采样可导致更高的仪器传递函数(instrument transfer function，ITF)，这是因为与被采样的检测器元件之间的距离相比，单个检测器元件的尺寸是小的。

在进一步的实施例中，像侧数值孔径NA和变焦比z之间的关系可以与上面的公式(1)或(2)中所示的关系有些不同。例如，公式(1)和(2)假设物体的相干(coherent)照明。为了考虑非相干照明，可以考虑阿贝分辨率极限(Abbe resolution limit)的一般公式：

d＝λ/(NA+NA′) (3)

其中，d是图像中可分辨的最小空间周期，并且NA'是针对物体照明的数值孔径。该照明数值孔径NA'的变化是从针对相干照明的NA'＝0到针对填充像侧孔径的非相干照明的NA'＝NA。公式(1)和(2)对应于针对相干照明的此阿贝公式，其用于解析对应于给定变焦设置z的最小空间周期：

例如，在最大变焦时，d＝2p，对应于两个检测器元件的尺寸。因此，在涉及非相干照明的其他实施例中，在填充像侧孔径的非相干照明的极限下，公式(1)和(2)中的像侧NA的表达式最多减少二分之一。

此外，公式(1)和公式(2)，无论是否被修改以考虑非相干照明，都没有考虑任何过采样，在过采样下数值孔径稍大于解析对应于给定数字变焦设置的最小空间周期所需的数值孔径。因此，在其他实施例中，像侧数值孔径NA可以比公式(1)和公式(2)所给出的稍大，无论公式是否被修改以考虑非相干照明。然而，重要的是，像侧数值孔径NA通常随着变焦比z的对应增加而增加。

实现本发明特征的光学成像系统可以使用本领域已知的常见光学设计软件来设计，例如来自Synopsys的Code V Optical Design Software或来自Zemax LLC的类似软件。由本发明产生的光学设计的简化现将在图3-图14中说明，图3-图14包括由这种光学设计软件所产生的光线轨迹图，并示出了成像光学系统的各种设计的几个物点的主光线和在某些情况下的边缘光线的传播。

制造光学成像系统的成本通常由光学元件的数量及其尺寸和精度决定。因此，通过最小化元件数量、减小其尺寸、并允许对表面和其对准的较宽松容限来控制成本。光学成像系统通常被设计为远心成像系统。在设计用于放大或缩小的远心成像系统中，通常有两组分开的透镜，使得它们在两组之间具有共同的焦点。系统的孔径光阑位于该点。通过将光阑定位在两个焦点重合的位置，在透镜的物侧与像侧的主光线都平行于光轴。在图1A和图2A的实施例中，这两组透镜对应于准直器130和目镜140。

图3显示出了使用薄透镜近似的简单远心光学成像系统，用以在传感器(即，具有检测器元件阵列的检测器)上产生物体的图像。远心光学成像系统包括共享共同焦点的准直器和目镜，其中孔径位于该焦点处。透镜的尺寸由视场(对应于图1A和图2A的实施例中的物场A_O)和孔径光阑尺寸的组合来确定。如图4所示，较小的场尺寸会减小所需透镜的尺寸。此外，如图5所示，增加孔径光阑尺寸会增加透镜所需的尺寸，因为光学系统需要捕获从物视场中的每个物点发出的更大角度范围的光线。

现在只关注系统的目镜部分，图6与图7比较了全物场和较小孔径光阑(如图6所示)的光线束与三分之一物场尺寸系统(导致由传感器呈现的数字表示的3倍倍率)和3倍大的孔径光阑(如图7所示)的光线束。值得注意的是，在图6的系统中，光线束需要更大直径的目镜，但导致目镜上相对较小的光束足迹(footprint)，而在图7的系统中，较小的直径是需要的，但是光束足迹较大并且实质上覆盖了这个较小的直径。结果，对于这种3倍变焦情况，目镜只需要在目镜中心的小区域上具有更高的质量。

图8-图10显示了由多个透镜元件所形成的真实目镜的相同原理。具体来说，图8显示了设计用于在传感器的全视场内提供3300像素分辨率的6元件目镜。相比之下，图9显示了相同的系统，但其光阑尺寸减小以仅提供1100像素分辨率，并导致在目镜的透镜元件上的光线束足迹更小。最后，图10显示了具有与图6中相同的3300像素分辨率的相同系统，但具有三分之一的物场(导致由传感器呈现的数字表示的3倍倍率)，其显示了与图9相似(或者甚至更小)的光线束足迹。

通过减小图8和图9之间所需的透镜的直径，降低了目镜的成本。由于满足这些成像规范的目镜不再需要6个组件，因此，进一步的简化和降低成本也是可能的。例如，图11显示新的目镜，其中元件的数量已从6减少至5。

此外，与图8中的目镜一起使用的大准直器需要3个元件来实现如图12所示的整个物场上3300像素的成像性能，以提供完整的系统布局。另一方面，与图11中的目镜一起使用并且如图13和图14所示以提供完整系统布局的准直器只需要2个组件，这进一步节省了成本。图13显示了以1100像素分辨率对全物场进行成像的本发明系统，并且图14显示了以1100像素分辨率对三分之一物场(导致由传感器所呈现的数字表示的3倍倍率)进行成像的系统，但其像素维度是图13的三分之一。

图12-图14中描绘的完整系统布局包括沿着准直器与孔径光阑位置之间的光学路径的分束器元件(描绘为矩形组件)。分束器的目的是耦合来自照明源(例如，激光源)的光线以照射物体(例如，被检查的测试部件)以生成由准直器和目镜成像到传感器上的光线。包括这些附加组件的完整系统显示于图15中。具体而言，来自激光源的光由激光聚焦透镜聚焦，然后被分束器反射并穿过2透镜准直器，以照射物场中的物体(例如，测试部件)。响应于该照明光从测试部件发出的光然后由2透镜准直器成像通过分束器和孔径光阑，该孔径光阑限定了系统的像侧数值孔径并且位于2透镜准直器的焦点处。穿过孔径光阑的光随后被5透镜目镜聚焦，以在传感器上形成物体的光学图像，其被用于捕捉物体的数字表示。

在其他实施例中，可以使用不同的照明配置。例如，照明源可以从侧面或从后面以一定角度照射物体，或者可以使用环境光来照射物体。如上所述，照明可以是相干的(例如来自激光源)或非相干的，导致对解析某些尺寸特征所需的数值孔径NA的不同要求。

此外，在其他实施例中，可变变焦成像系统可以被配置作为干涉系统，如图16中示意性示出的，该干涉系统在图15的系统中进一步包括参考元件，以将照明光线穿过5元件目镜反射回传感器，以便与来自测试部件的光干涉并在传感器上形成测试部件的干涉图像，其可由图像处理电路处理以产生干涉图像的数字表示。例如，如本领域所已知的，可以使用干涉成像来提供关于在被成像的物区域中的测试部件的表面高度信息。具体而言，在图16中，参考元件是刚好位在物体之前的透射平面(transmission flat)，以将照明光线的小部分反射回传感器以与从物体反射的照明光线干涉。

本公开的实施例可以具有许多不同的实现方式。例如，由光学成像系统提供的绝对倍率可以大于1(即放大)或小于1(即缩小)。例如，在某些实施例中，最小倍率将在1/10和1/5之间，例如适用于斐索(Fizean)干涉仪中的成像光学器件。在另一个示例中，在某些实施例，最小倍率将在1/2和5之间，例如适用于显微镜干涉仪中的成像光学器件。此外，例如，检测器元件阵列的面积可以根据实现方式在较宽的范围内变化，例如，在0.25cm²和10cm²之间的任何范围。相关地，成像到检测器元件阵列上的物区域的面积也可以根据实现方式在较宽的范围内变化，例如在0.04cm²和10,000cm²之间的任何范围。

此外，在一些实施例中，可调节孔径光阑提供连续可调的孔径开口，而在其他实施例中，可调节孔径光阑对于多个离散设置中的每一个是离散地可调节的。可调节孔径光阑可以机械驱动或电子驱动。此外，虽然图1A与图2A的实施例具有用户控制接口，其被配置为响应于变焦比的用户输入来调节该可调节孔径光阑，而在其他实施例中，孔径光阑也可以手动调节。通常，孔径光阑是圆形的，但是也可能有一些实施例是具有正方形或矩形的孔径开口。

范围

必须注意，如本文和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确规定，单数形式“一”、“一个、”和“该”包括复数指示物，例如，当使用单词“单个”时。

如本文所用，术语“适应”和“配置”意味着元件、组件、或其他主题被设计为和/或旨在执行给定的功能。因此，术语“适应”和“配置”的使用不应被解释为意味着给定元件、组件或其他主题简单地“能够”执行给定的功能。

如本文所使用，短语“至少一个”和“一个或多个”在引用多于一个实体的列表时，指该实体列表中的任何一个或多个实体，而不限于该实体列表中具体列出的各个和每一实体中的至少一者。例如，“A和B中的至少一个”(或等价地，“A或B中的至少一个”，或等价地，“A和/或B中的至少一个”)可以单独指A、单独指B、或A和B的组合。

如本文所使用，置于第一实体和第二实体之间的术语“和/或”意指以下中的一个：(1)第一实体、(2)第二实体、以及(3)第一实体和第二实体。用“和/或”列出的多个实体应以相同的方式解释，即“一个或多个”实体如此组合。除了由“和/或”条款明确标识的实体之外，其他实体可以可选地存在，无论与那些明确标识的实体相关或不相关。

尽管本说明书包含许多具体的实现方式细节，但这些不应被解释为对任何发明的范围或可能请求保护的范围的限制，而是对特定发明的特定实施例而言的特有特征的描述。

本说明书中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中以组合方式实现。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施例中实现。

此外，虽然上述特征可能被描述为在某些组合中起作用，甚至最初以此请求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。

相似地，尽管在图中以特定顺序描绘操作，但这不应被理解为要求以所示的特定顺序或连续顺序来执行这些操作，或者要求执行所有图示的操作，以获得期望的结果。在某些情况下，多任务以及并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中各个系统组件的分离不应理解为在所有实施例中都需要这样的分离，而应当理解为，所描述的程序组件和系统一般可以集成在单个软件产品中或封装至多个软件产品。

因此，已经描述了本主题的特定实施例。其他实施例在以下权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中所述的动作可以以不同的顺序来执行，但仍能达到期望的结果。此外，附图中描述的过程不一定需要所示的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。在某些实现方式中，多任务和并行处理可能是有利的。

虽然已经描述了本发明的多个实施例，然而，应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种修改。因此，其他实施例在以下权利要求的范围内。

Claims

1.一种可变变焦成像装置，包括：

成像光学器件，其被配置为在成像区域中形成物体的图像，所述物体位于物区域中；

可调节孔径光阑，用于可调节地设置由所述成像光学器件形成的所述图像的数值孔径NA；

电子检测器，其包括位于所述成像区域中的检测器元件的阵列，以检测所述图像；以及

图像处理电路，其耦接所述电子检测器，以基于来自所述检测器元件中的至少一些检测器元件的信号产生所述图像的数字表示，

其中，对于所述可调节孔径光阑所设置的所述图像的多个不同数值孔径中的每一个，所述图像处理电路产生具有所述物体的不同倍率m的所述数字表示，

其中，所述不同倍率m从最小倍率m＝m_min变化到最大倍率m＝m_max，以定义变焦比z＝m/m_min和最大变焦比z_max＝m_max/m_min。

2.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，所述成像光学器件是固定的，以提供所述物区域到像区域的恒定倍率。

3.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，所述数字表示的所述变焦比z与所述检测器元件用于产生所述数字表示所跨越的场区域成反比变化。

4.如权利要求3所述的可变变焦成像装置，其中，所述可调节孔径光阑所设置的所述不同数值孔径的尺寸随着所述数字表示的变焦比z的对应增加而增加。

5.如权利要求4所述的可变变焦成像装置，其中，所述可调节孔径光阑所设置的所述不同数值孔径的尺寸随着所述数字表示的变焦比z在大于1的变焦比范围内的对应增加而线性增加。

6.如权利要求4所述的可变变焦成像装置，其中，所述可调节孔径光阑所设置的所述图像的数值孔径NA由

给定，其中，p是检测元件的最大横向维度并且λ是用于在所述检测器上形成所述图像的光的中心波长。

7.如权利要求4所述的可变变焦成像装置，其中，所述数字表示包括N₁×N₂像素阵列中每个像素处的至少一个强度值，其中N₁和N₂是正整数。

8.如权利要求7所述的可变变焦成像装置，其中，N₁和N₂均大于或等于400。

9.如权利要求7所述的可变变焦成像装置，其中，所述电子检测器的所述检测器元件的阵列包括至少与M·N₁×M·N₂阵列一样大的阵列，其中M是大于或等于z_max的正整数。

10.如权利要求9所述的可变变焦成像装置，其中，z_max大于或等于3。

11.如权利要求9所述的可变变焦成像装置，其中，所述图像处理电路通过根据来自M/z×M/z检测器元件的对应子阵列中的检测器元件的信号中的一个或多个信号，确定在所述N₁×N₂阵列中每个像素的所述强度值，以产生具有变焦比z的所述数字表示。

12.如权利要求11所述的可变变焦成像装置，其中，所述图像处理电路通过根据来自M/z×M/z检测器元件的所述对应子阵列中的检测器元件的信号中的仅一个信号，确定在所述N₁×N₂阵列中每个像素的所述强度值，以产生具有变焦比z的所述数字表示。

13.如权利要求11所述的可变变焦成像装置，其中，所述图像处理电路通过根据来自M/z×M/z检测器元件的所述对应子阵列中的检测器元件的信号的加权平均，确定在所述N₁×N₂阵列中每个像素的所述强度值，以产生具有变焦比z的所述数字表示。

14.如权利要求11所述的可变变焦成像装置，其中，对应于所述数字表示中的像素的检测器元件的子阵列在所述检测器元件用以产生所述数字表示所跨越的场区域内重复地彼此间隔开。

15.如权利要求7所述的可变变焦成像装置，其中，所述图像处理电路通过根据来自一个或多个检测器元件的对应子阵列中的检测器元件的信号中的一个或多个信号，确定在所述N₁×N₂阵列中每个像素的所述强度值，以产生具有变焦比z的所述数字表示，其中，每个对应子阵列中的检测器元件的数量随着由所述孔径光阑可调节地设置的所述数值孔径NA的增加而减少。

16.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，所述成像光学器件包括将光从所述物体引导到由所述孔径光阑定义的光瞳的第一组光学器件和将光从所述光瞳引导到像区域的第二组光学器件。

17.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，还包括光源，其被配置照射所述物体并从而向所述成像光学器件提供光以形成所述物体的图像。

18.如权利要求16所述的可变变焦成像装置，还包括干涉仪组件，所述干涉仪组件包括分束器以及参考表面，并且其中，光源还被配置照射所述参考表面，并且所述分束器被配置为相干地组合来自所述物体和所述参考表面的光，使得由所述成像光学器件在所述成像区域上形成的所述图像是干涉图像。

19.如权利要求17所述的可变变焦成像装置，其中，所述光源是相干激光器。

20.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，所述检测器元件的阵列的面积在0.25cm²和10cm²之间。

21.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，所述最小倍率在1/10和1/5之间。

22.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，所述最小倍率在1/2和5之间。

23.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，被成像到所述检测器元件的阵列上的所述物区域的面积在0.04cm²和10,000cm²之间。

24.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，所述可调节孔径光阑为连续可调节的。

25.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，所述可调节孔径光阑对于多个离散设置中的每一个是离散地可调节的。

26.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，所述可调节孔径光阑为机械孔径光阑。

27.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，所述可调节孔径光阑为电子孔径光阑。

28.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，还包括用户控制接口，其配置成响应于所述变焦比的用户输入来电子地调节所述可调节孔径光阑。

29.如权利要求28所述的可变变焦成像装置，其中，所述用户控制接口还使所述图像控制电路响应于所述变焦比的用户输入来设置所述检测器对所述物体的倍率。

30.如权利要求29所述的可变变焦成像装置，其中，图像控制电路被配置为通过调节用于产生所述数字表示的所述检测器元件的采样来设置所述检测器对所述物体的倍率。

31.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，所述孔径光阑提供标称圆形开口，以定义所述数值孔径。

32.如权利要求1所述的可变变焦成像装置，其中，所述孔径光阑提供标称矩形开口，以定义所述数值孔径。

33.如权利要求4所述的可变变焦成像装置，其中，当所述可调节孔径光阑被设置为所述多个不同数值孔径中的最大一个时，对于与跨越所述阵列中所有检测器元件的全场区域相对应的所述物体的全场区域，所述成像光学器件的直径不够大以穿过来自所述物体的所有光线轨迹。

34.如权利要求33所述的可变变焦成像装置，其中，当所述可调节孔径光阑被设置为所述多个不同数值孔径中的最小一个时，对于所述物体的全场区域，所述成像光学器件的直径足够大以穿过来自所述物体的所有光线轨迹。

35.如权利要求4所述的可变变焦成像装置，其中，当所述可调节孔径光阑被设置为所述多个不同数值孔径中的最大一个时，所述成像光学器件不在跨越所述阵列中所有检测器元件的全场区域上产生衍射受限图像。

36.如权利要求35所述的可变变焦成像装置，其中，当所述可调节孔径光阑被设置为所述多个不同数值孔径中的最小一个时，所述成像光学器件在所述全场区域上产生衍射受限图像。

37.如权利要求36所述的可变变焦成像装置，其中，当所述可调节孔径光阑被设置为所述多个不同数值孔径中的最大一个时，所述成像光学器件在最大变焦场区域上产生衍射受限图像，所述最大变焦场区域等于所述全场区域的面积除以z_max。

38.如权利要求37所述的可变变焦成像装置，其中，所述成像光学器件在像区域中的给定视场(“FOV”)上产生所述数值孔径NA的衍射受限图像意味着：对于相干照明，所述成像光学器件能够在FOV的任何地方以小至

的空间周期d在所述像区域中产生特征。

39.一种光学成像系统，用于与实现数字变焦的可变变焦成像装置一起使用，所述光学成像装置包括：

a.成像光学器件，其被配置为在成像区域中形成物体的图像，所述物体位于物区域中；以及

b.可调节孔径光阑，用于可调节地设置由所述成像光学器件形成的所述图像的数值孔径NA；

c.其中，所述成像光学器件被设计成对于所述可调节孔径光阑所设置的、与所述物区域中的所述物体的连续减小的视场对应的、所述图像的多个连续增加的数值孔径NA中的每一个，将所述图像形成为衍射受限图像。

40.如权利要求39所述的光学成像系统，其中，当所述可调节孔径光阑被设置为多个不同数值孔径中的最大一个时，对于与跨越全部所述成像区域的全场区域相对应的所述物体的全场区域，所述成像光学器件的直径不够大以穿过来自所述物体的所有光线轨迹。

41.如权利要求40所述的光学成像系统，其中，当所述可调节孔径光阑被设置为多个不同数值孔径中的最小一个时，对于所述物体的全场区域，所述成像光学器件的直径足够大以穿过来自所述物体的所有光线轨迹。

42.如权利要求39所述的光学成像系统，其中，当所述可调节孔径光阑被设置为多个不同数值孔径中的最大一个时，所述成像光学器件不在跨越全部所述成像区域的全场区域上产生衍射受限图像。

43.如权利要求39所述的光学成像系统，其中，在像区域中的给定视场(“FOV”)上产生所述数值孔径NA的衍射受限图像意味着：对于相干照明，所述成像光学器件能够在FOV的任何地方以小至

的空间周期d在所述像区域中产生特征。

44.如权利要求39所述的光学成像系统，其中，所述成像光学器件包括在所述物区域与所述孔径光阑之间的第一组光学器件，用于将光从所述物体引导到由所述孔径光阑定义的光瞳，以及在所述孔径光阑与像区域之间的第二组光学器件，用于将光从所述光瞳引导到所述像区域。