DE60106588T2

DE60106588T2 - Spatiale und spektrale Wellenfrontenanalyse und -messung

Info

Publication number: DE60106588T2
Application number: DE60106588T
Authority: DE
Inventors: Yoel Arieli; Shay Wolfling; Eyal Shekel
Original assignee: NANO OR TECHNOLOGIES Inc; NANO-OR TECHNOLOGIES Inc WILMINGTON
Current assignee: Icos Vision Systems NV
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: KR100830548B1; AU2001250613A1; JP2013064741A; DE60106588D1; US6819435B2; US20080088851A1; EP1272823A2; EP1272823B1; KR20030017496A; JP2003530564A; US7542144B2; US20050094157A1; CA2404765A1; JP5537629B2; US20020027661A1; ATE280386T1; IL152213A0; WO2001077629A2; WO2001077629A3; US7327470B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Wellenfrontanalyse und auf verschiedene Anwendungen von Wellenfrontanalyse.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Von den folgenden Patenten und Veröffentlichungen wird angenommen, dass sie den derzeitigen Stand der Technik repräsentieren:
US-Patente:
5,969,855; 5,969,853; 5,936,253; 5,870,191; 5,814,815; 5,751,475; 5,619,372; 5,600,440; 5,471,303; 5,446,540; 5,235,587; 4,407,569; 4,190,366;
Nicht-US-Patente:
JP 9230247 (Zusammenfassung); JP 9179029 (Zusammenfassung); JP 8094936 (Zusammenfassung); JP 7261089 (Zusammenfassung); JP 7225341 (Zusammenfassung); JP 6186504 (Zusammenfassung);
Andere Veröffentlichungen:
Phillion D.W. "General methods for generating phase-shifting interferometry algorithms" – Applied Optics, Vol. 36, 8098 (1997).
Pluta M. "Stray-light Problem in phase contrast microscopy or toward highly sensitive phase contrast devices: a review" – Optical Engineering, Vol. 32, 3199 (1993).
Noda T. and Kawata S. "Separation of phase and absorption Images in phase-contrast microscopy" – Journal of the Optical Society of America A, Vol. 9, 924 (1992).
Creath K. "Phase measurement interferometry techniques" – Progress in Optics XXVI, 348 (1998).
Greivenkamp J.E. "Generalized data reduction for heterodyne interferometry" – Optical Engineering, Vol. 23, 350 (1984).
Morgan C.J. "Least-squares estimation in phase-measurement interferometry" – Optics Letters, Vol. 7, 368 (1982).
Golden L.J. "Zernike test. 1: Analytical aspects" – Applied Optics, Vol. 16, 205 (1977).
Burning J.H. et al. "Digital wavefront measuring Interferometer for testing optical surfaces and lenses" – Applied Optics, Vol 13, 2693 (1974).
Die EP-A-0555099 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Phasendifferenz in einer ersten Ebene (pupil) einer sich von einer ersten zu einer zweiten Ebene fortpflanzenden Wellenfront. Die Intensität der Wellenfront in der ersten Ebene wird zur Verfügung gestellt, und es wird die Intensität der Wellenfront in der zweiten Ebene gemessen. An der ersten Ebene wird ein Phasenprofil der Wellenfront in Übereinstimmung mit einer Transferfunktion bestimmt, die die zur Verfügung gestellten und gemessenen Wellenfrontintensitäten verwendet.
ABRISS DER ERFINDUNG
Es wird somit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die einer zu analysierenden Wellenfront entsprechen, die eine Amplitude und eine Phase aufweist, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Amplitude und die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront angibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auch zur Verfügung gestellt eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse mit einem Wellenfronttransformator, der eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten liefert, die einer zu analysierenden Wellenfront entsprechen, die eine Amplitude und eine Phase aufweist, mit einem Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten liefert, und mit einem Intensitätsabbildungsverwender zur Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die die Amplitude und Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront angibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Oberflächenabbildung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Oberflächenabbildungswellenfront mit einer Amplitude und einer Phase, indem Strahlung von einer Oberfläche reflektiert wird und die Oberflächenabbildungswellenfront analysiert wird durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenverän derten, transformierten Wellenfronten, die der Oberflächenabbildungswellenfront entsprechen, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Amplitude und die Phase der Oberflächenabbildungswellenfront anzeigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zur Oberflächenabbildung zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine Oberflächenabbildungswellenfront mit einer Amplitude und einer Phase empfängt, indem Strahlung von einer Oberfläche reflektiert wird, eine Einrichtung zum Analysieren einer Wellenfront, welche die Oberflächenabbildungswellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die einer Oberflächenabbildungswellenfront entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, wobei die Vielzahl von Intensitätsabbildungen eine Ausgabe zur Verfügung stellt, die die Amplitude und die Phase der Oberflächenabbildungswellenfront anzeigt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum Inspizieren eines Objekts zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer das Objekt inspizierenden Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, durch Transmission von Strahlung durch das Objekt, und Analysieren der das Objekt inspizierenden Wellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die der das Objekt inspizierenden Wellenfront entsprechen, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Amplitude und Phase der das Objekt inspizierenden Wellenfront anzeigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zum Inspizieren eines Objekts zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine ein Objekt inspizierende Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, durch Transmission vor Strahlung durch das Objekt erhält, eine Einrichtung zum Analysieren der Wellenfront, die die das Objekt inspizierende Wellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die der das Objekt inspizierenden Wellenfront entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die die Amplitude und Phase der das Objekt inspizierenden Wellenfront anzeigt.
Es wird gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren der Spektralanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Spektralanalysenwellenfront mit einer Amplitude und einer Phase, indem Strahlung veranlasst wird, auf ein Objekt aufzutreffen, Analysieren der Spektralanalysenwellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der Spektralanalysenwellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Amplitude und Phase der Spektralanalysenwellenfront anzeigt, und Verwenden der Ausgabe, die die Amplitude und Phase angibt, um eine Ausgabe zu erhalten, die den spektralen Inhalt der Strahlung anzeigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Spektralanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine Spektralanalysenwellenfront mit einer Amplitude und einer Phase empfängt, indem Strahlung veranlasst wird, auf ein Objekt aufzutreffen, einen Wellenfrontanalysator, der die Spektralanalysenwellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der Spektralanalysenwellenfront zur Verfügung zu stellt, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Amplitude und die Phase der Spektralanalysenwellenfront anzeigt, und einen Phasen- und Amplitudenverwender, der die Ausgabe, die die Amplitude und Phase anzeigt, verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die den spektralen Inhalt der Strahlung anzeigt.
Es wird weiterhin gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Phasenveränderungsanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Phasenveränderungsanalysenwellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, Anwenden einer Transformation auf die Phasenverände rungsanalysenwellenfront, um eine transformierte Wellenfront zu erhalten, Anwenden einer Vielzahl von verschiedenen Phasenveränderungen auf die transformierte Wellenfront, um so eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabeanzeige von Unterschieden zwischen der Vielzahl von verschiedenen Phasenveränderungen zu erhalten, die auf die transformierte Phasenveränderungsanalysenwellenfront angewendet wurden.
Es wird gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch eine Vorrichtung zur Phasenveränderungsanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine Phasenveränderungsanalysenwellenfront empfängt, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, einen Transformationsanwender, der eine Transformation auf die Phasenveränderungsanalysenwellenfront anwendet, um so eine transformierte Wellenfront zu erhalten, einen Phasenveränderungsanwender, der mindestens eine Phasenveränderung auf die transformierte Wellenfront anwendet, um so mindestens eine phasenveränderte, transformierte Wellenfront zu erhalten, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der mindestens eine Intensitätsabbildung der phasenveränderten, transformierten Wellenfront zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabeanzeige von Unterschieden zwischen der Vielzahl von verschiedenen Phasenveränderungen zur Verfügung zu stellen, die auf die transformierte Phasenveränderungsanalysenwellenfront angewendet wurden.
Es wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, indem Strahlung von dem Medium reflektiert wird, in welchem die Information codiert ist, indem die Höhe des Mediums an jedem einer Vielzahl von verschiedenen Orten auf dem Medium ausgewählt wird. Bevorzugt wird die Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten analysiert durch Erhalten einer Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Anzeige der Amplitude und Phase der Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten zu erhalten, und Verwenden der Anzeige der Amplitude und Phase, um die Information zu erhalten.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten empfängt, welche eine Amplitude und Phase aufweist, indem Strahlung von dem Medium reflektiert wird, in welchem die Information codiert ist, indem die Höhe des Mediums an jedem einer Vielzahl von verschiedenen Orten auf dem Medium ausgewählt wird, einen Wellenfrontanalysator, der Wellenfronten zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die den Wellenfronten zum Wiedergewinnen der gespeicherten Daten entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten empfängt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Anzeige der Amplitude und Phase der Wellenfront zum Wiedergewinnen der gespeicherten Daten zur Verfügung zu stellen, und einen Phasen- und Amplitudenverwender, der die Anzeige der Amplitude und Phase verwendet, um die Information zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur dreidimensionalen Abbildung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer dreidimensionalen Abbildungswellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, indem Strahlung von einem zu betrachtenden Objekt reflektiert wird, und Analysieren der dreidimensionalen Abbildungswellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der dreidimensionalen Abbildungswellenfront, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Amplitude und Phase der dreidimensionalen Abbildungswellenfront anzeigt.
Es wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Abbildung zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine dreidimensionale Abbildungswellenfront empfängt, welche eine Amplitude und Phase aufweist, indem Strahlung von einem anzusehenden Objekt reflektiert wird, einen Wellenfrontanalysator, der die dreidimensionale Abbildungswellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der dreidimensionalen Abbildungswellenfront zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die die Amplitude und Phase der dreidimensionalen Wellenfront zur Verfügung stellt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer zu analysierenden Wellenfront, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, durch Kombinieren der Vielzahl von Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen, wobei die zweite Vielzahl kleiner ist als die erste Vielzahl, Erhalten mindestens einer Ausgabe, die die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront von jedem der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen anzeigt, und Kombinieren der Ausgaben, um mindestens eine verstärkte Anzeige der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Es wird weiterhin gemäß einer weiteren bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält einen Wellenfronttransformator, der eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung stellt, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten empfängt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt. Die Vorrichtung enthält weiter einen Intensitätskombinierer, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen kombiniert, wobei die zweite Vielzahl kleiner ist als die erste Vielzahl, eine Vorrichtung zur Anzeige, die mindestens eine Ausgabe zur Verfügung stellt, die die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront für jede der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen anzeigt, und eine Einrichtung um eine verbesserte Anzeige zur Verfügung zu stellen, die die Ausgaben kombiniert, um mindestens eine verbesserte Anzeige der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Er halten einer Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer unter Analyse stehenden Wellenfront, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens eine Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, durch Kombinieren der Vielzahl von Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen, wobei die zweite Vielzahl kleiner ist als die erste Vielzahl, Erhalten mindestens einer Ausgabe, die die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront von jeder der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen anzeigt, und Kombinieren der Ausgaben, um mindestens eine verbesserte Anzeige der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält einen Wellenfronttransformator, der eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten empfängt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens eine Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, und einen Intensitätskombinierer enthält, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen kombiniert, wobei die zweite Vielzahl kleiner ist als die erste Vielzahl, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Anzeige, die mindestens eine Ausgabe zur Verfügung stellt, die die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront von jeder der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen anzeigt, und eine Einrichtung, um eine verbesserte Anzeige zur Verfügung zu stellen, die die Ausgaben kombiniert, um mindestens eine verbesserte Anzeige der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer unter Analyse stehenden Wellenfront, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten transformierten Wellenfronten, und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die mindestens die Phase und die unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, durch Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als eine Funktion von Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, Phase der unter Ana lyse stehenden Wellenfront und Phasenveränderungsfunktion, die die Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten charakterisiert, zusätzlich Definieren einer komplexen Funktion aus der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phasenveränderungsfunktion, die die Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten charakterisiert, wobei die komplexe Funktion dadurch gekennzeichnet ist, dass die Intensität an jedem Ort in der Vielzahl von Intensitätsabbildungen eine Funktion vor allem von einem Wert der komplexen Funktion an dem Ort und von der Amplitude und der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront an dem Ort ist, Ausdrücken der komplexen Funktion als eine Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen wird und Erhalten von Werten für die Phase durch Verwenden der komplexen Funktion, ausgedrückt als eine Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, erhalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält einen Wellenfronttransformator, der eine Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die mindestens die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt. Vorzugsweise enthält die Vorrichtung ebenfalls eine Einrichtung zum Ausdrücken einer Intensitätsabbildung, die die Vielzahl von Intensitätsabbildungen als eine Funktion ausdrückt von Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und Phasenveränderungsfunktion, die die Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten charakterisiert, eine Einrichtung zum Definieren einer komplexen Funktion, die eine komplexe Funktion definiert aus der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phasenveränderungsfunktion, die die Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten charakterisiert, wobei die komplexe Funktion dadurch gekennzeichnet ist, dass die Intensität an jedem Ort der Vielzahl von Intensitätsabbildungen eine Funktion vor allem eines Wertes der komplexen Funktion an dem Ort und von der Amplitude und der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront an dem Ort ist. Die Vorrichtung enthält auch typischerweise eine Einrichtung zum Ausdrücken einer komplexen Funktion, welche die komplexe Funktion als eine Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen ausdrückt, und eine Einrichtung zum Erhalten einer Phase, welche Werte für die Phase erhält, indem die als eine Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen ausgedrückte komplexe Funktion verwendet wird.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Anwenden einer Fourier-Transformation auf eine unter Analyse stehenden Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, wodurch eine transformierte Wellenfront erhalten wird, Anwenden einer räumlich gleichförmigen, zeitlich veränderlichen, räumlichen Phasenveränderung auf einen Teil der transformierten Wellenfront, um so mindestens drei verschieden phasenveränderte, transformierte Wellenfronten zu erhalten, Anwenden einer zweiten Fourier-Transformation, um mindestens drei Intensitätsabbildungen der mindestens drei phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, und Verwenden der mindestens drei der Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase oder Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, durch Ausdrücken der unter Analyse stehenden Wellenfront als eine erste komplexe Funktion, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, die identisch mit der Amplitude und der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront sind, Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als eine Funktion der ersten komplexen Funktion und eine räumliche Funktion, welche die räumlich gleichförmige, zeitlich veränderliche, räumliche Phasenveränderung bestimmt, Definieren einer zweiten komplexen Funktion mit einem absoluten Wert und einer Phase als eine Faltung der ersten komplexen Funktion und einer Fourier-Transformation der räumlichen Funktion, die die räumlich gleichförmige, zeitlich veränderliche, räumliche Phasenveränderung bestimmt, wobei jede der Vielzahl von Intensitätsabbildungen ausgedrückt wird als eine dritte Funktion von der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, dem absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion, einem Unterschied zwischen der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion und einer bekannten Phasenverzögerung, die durch eine der mindestens drei verschiedenen Phasenveränderungen erzeugt wurde, welche jeweils zu einer der mindestens drei Intensitätsabbildungen korrespondieren, Lösen der dritten Funktion, um die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und den Unterschied zwischen der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, Lösen der zweiten komplexen Funktion, um die Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, und Erhalten der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront durch Addieren der Phase der zweiten komplexen Funktion zu dem Unterschied zwischen der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zur Anwendung einer ersten Transformation, die eine Fourier-Transformation auf eine unter Analyse stehende Wellenfront anwendet, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, um so eine transformierte Wellenfront zu erhalten, eine Einrichtung zur Anwendung einer Phasenveränderung, die eine räumlich gleichförmige, zeitlich veränderliche, räumliche Phasenveränderung auf einen Teil der transformierten Wellenfront anwendet, wodurch mindestens drei verschieden phasenveränderte, transformierte Wellenfronten erhalten werden, eine Einrichtung zur Anwendung einer zweiten Transformation, die eine zweite Fourier-Transformation auf mindestens drei verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten anwendet, wodurch mindestens drei Intensitätsabbildungen erhalten werden. Die Vorrichtung enthält typischerweise ebenfalls eine Einrichtung zur Verwendung einer Intensitätsabbildung, die mindestens drei Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, welche die Phase und die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, und eine Einrichtung zum Ausdrücken einer Wellenfront, die eine unter Analyse stehende Wellenfront als eine erste komplexe Funktion ausdrückt, welche eine Amplitude und Phase identisch zu der Amplitude und der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront aufweist, eine Einrichtung zum Ausdrücken einer ersten Intensitätsabbildung, die die Vielzahl der Intensitätsabbildungen als eine Funktion der ersten komplexen Funktion und der räumlichen Funktion ausdrückt, die die räumlich gleichförmige, zeitlich veränderliche räumliche Phasenveränderung leitet. Vorzugsweise enthält die Vorrichtung ebenfalls eine Einrichtung zum Definieren einer komplexen Funktion, die eine zweite komplexe Funktion mit einem absoluten Wert und einer Phase als eine Faltung der ersten komplexen Funktion und einer Fourier-Transformation der räumlichen Funktion definiert, die die räumlich gleichförmige, zeitlich veränderliche räumliche Phasenveränderung leitet, eine Einrichtung zum Ausdrücken einer zweiten Intensitätsabbildung, die jede der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als eine dritte Funktion ausdrückt von der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, der den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion, einem Unterschied zwischen der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion und einer bekannten Phasenverzögerung, erzeugt durch eine der mindestens drei verschiedenen Phasenveränderungen, die jeweils zu einer der mindestens drei Intensitätsabbildungen korrespondieren. Die Vorrichtung enthält typischerweise weiterhin einen ersten Funktionslöser, der die dritte Funktion löst, um die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und den Unterschied zwischen der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, einen zweiten Funktionslöser, welcher die zweite komplexe Funktion löst, um die Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, und eine Einrichtung zum Erhalten einer Phase, die die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront durch Addition der Phase der zweiten komplexen Funktion zu dem Unterschied zwischen der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion erhält.
Ebenfalls wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die einer zu analysierenden Wellenfront entsprechen, die eine Amplitude und eine Phase aufweist, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung der unter Analyse stehenden Wellenfront zu erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auch zur Verfügung gestellt eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse. Die Vorrichtung enthält einen Wellenfronttransformator, der eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten liefert, die einer zu analysierenden Wellenfront entsprechen, die eine Amplitude und eine Phase aufweist, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten liefert, und einen Intensitätsabbildungsverwender zur Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung der unter Analyse stehenden Wellenfront zu erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein Verfahren zur Oberflächenabbildung zur Oberflächenabbildung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer zu analysierenden Oberflächenabbildungswellenfront mit einer Amplitude und einer Phase, indem Strahlung von einer Oberfläche reflektiert wird, Analysieren der zu analysierenden Oberflächenabbildungswellenfront analysiert wird durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die der zu analysierenden Oberflächenabbildungswellenfront entsprechen, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung der Oberflächenabbildungswellenfront zu erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zur Oberflächenabbildung zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine Oberflächenabbildungswellenfront mit einer Amplitude und einer Phase empfängt, indem Strahlung von einer Oberfläche reflektiert wird, eine Einrichtung zum Analysieren einer Wellenfront, welche die zu analysierenden Oberflächenabbildungswellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die einer zu analysierenden Oberflächenabbil dungswellenfront entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung der Oberflächenabbildungswellenfront zu erhalten.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum Inspizieren eines Objekts zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer das Objekt inspizierenden zu analysierenden Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, durch Transmission von Strahlung durch das Objekt, und Analysieren der das Objekt inspizierenden zu analysierenden Wellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die der das Objekt inspizierenden Wellenfront entsprechen, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung der das Objekt inspizierenden zu analysierenden Wellenfront zu erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zum Inspizieren eines Objekts zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine ein Objekt inspizierende zu analysierenden Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, durch Transmission von Strahlung durch das Objekt erhält, eine Einrichtung zum Analysieren der Wellenfront, die die das Objekt inspizierende zu analysierende Wellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die der das Objekt inspizierenden Wellenfront entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung der das Objekt inspizierenden Wellenfront zu erhalten.
Es wird gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren der Spektralanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront mit einer Amplitude und einer Phase, indem Strahlung veranlasst wird, auf ein Objekt aufzutreffen, Analysieren der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront zu erhalten, und Verwenden der Ausgabe, die die Amplitude und Phase angibt, um eine Ausgabe zu erhalten, die den spektralen Inhalt der Strahlung anzeigt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Spektralanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine zu analysierende Spektralanalysenwellenfront mit einer Amplitude und einer Phase empfängt, indem Strahlung veranlasst wird, auf ein Objekt aufzutreffen, einen Wellenfrontanalysator, der die zu analysierende Spektralanalysenwellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront zur Verfügung zu stellt, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront zu erhalten, und einen Phasen- und Amplitudenverwender, der die Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die den spektralen Inhalt der Strahlung anzeigt.
Es wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, indem Strahlung von dem Medium reflektiert wird, in welchem die Information codiert ist, indem die Höhe des Mediums an jedem einer Vielzahl von verschiedenen Orten auf dem Medium ausgewählt wird, Analysieren der Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten, die analysiert wird durch Erhalten einer Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung der zu analysierenden Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten zu erhalten, und Verwenden der Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung, um die Information zu erhalten.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten empfängt, welche eine Amplitude und Phase aufweist, indem Strahlung von dem Medium reflektiert wird, in welchem die Information codiert ist, indem die Höhe des Mediums an jedem einer Vielzahl von verschiedenen Orten auf dem Medium ausgewählt wird, einen Wellenfrontanalysator, der Wellenfronten zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die den Wellenfronten zum Wiedergewinnen der gespeicherten Daten entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten empfängt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung der zu analysierenden Wellenfront zum Wiedergewinnen der gespeicherten Daten zu erhalten, und einen Phasen- und Amplitudenverwender, der die Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung verwendet, um die Information zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur dreidimensionalen Abbildung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer dreidimensionalen Abbildungswellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, indem Strahlung von einem zu betrachtenden Objekt reflektiert wird, und Analysieren der dreidimensionalen Abbildungswellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der dreidimensionalen Abbildungswellenfront, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung der zu analysierenden dreidimensionalen Abbildungswellenfront zu erhalten.
Es wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Abbildung zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine dreidimensionale Abbildungswellenfront empfängt, welche eine Amplitude und Phase aufweist, indem Strahlung von einem anzusehenden Objekt reflektiert wird, einen Wellenfrontanalysator, der die dreidimensionale Abbildungswellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der dreidimensionalen Abbildungswellenfront zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zumindest einer Phasenangabe zweiter Ordnung der zu analysierenden dreidimensionalen Wellenfront zu erhalten.
Es wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die einer zu analysierenden Wellenfront entsprechen, die eine Amplitude und eine Phase aufweist, wobei mindestens die Amplitude räumlich ungleichförmig ist, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront angibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auch zur Verfügung gestellt eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse. Die Vorrichtung enthält einen Wellenfronttransformator, der eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten liefert, die einer zu analysierenden Wellenfront entsprechen, die eine Amplitude und eine Phase aufweist, wobei mindestens die Amplitude räumlich ungleichförmig ist, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten liefert, und einen Intensitätsabbildungsverwender zur Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront angibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Oberflächenabbildung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Oberflächenabbildungswellenfront mit einer Amplitude und einer Phase, wobei mindestens die Amplitude räumlich ungleichförmig ist, indem Strahlung von einer Oberfläche reflektiert wird und die Oberflächenabbildungswellenfront analysiert wird durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die der Oberflächenabbildungswellenfront entsprechen, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der zu analysierenden Oberflächenabbildungswellenfront anzeigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zur Oberflächenabbildung zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine Oberflächenabbildungswellenfront mit einer Amplitude und einer Phase empfängt, wobei mindestens die Amplitude räumlich ungleichförmig ist, indem Strahlung von einer Oberfläche reflektiert wird, eine Einrichtung zum Analysieren einer Wellenfront, welche die zu analysierende Oberflächenabbildungswellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die der zu analysierenden Oberflächenabbildungswellenfront entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der zu analysierenden Oberflächenabbildungswellenfront anzeigt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum Inspizieren eines Objekts zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer das Objekt inspizierenden Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, wobei mindestens die Amplitude räumlich ungleichförmig ist durch Transmission von Strahlung durch das Objekt, und Analysieren der das Objekt inspizierenden Wellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die der das Objekt inspizierenden Wellenfront entsprechen, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens der das Objekt inspizierenden zu analysierenden Wellenfront anzeigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zum Inspizieren eines Objekts zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine ein Objekt inspizierende Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, wobei mindestens die Amplitude räumlich ungleichförmig ist, durch Transmission von Strahlung durch das Objekt erhält, eine Einrichtung zum Analysieren der Wellenfront, die die das Objekt inspizierende Wellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die der das Objekt inspizierenden Wellenfront entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Aus gabe zu erhalten, die mindestens die Phase der das Objekt inspizierenden zu analysierenden Wellenfront anzeigt.
Es wird gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren der Spektralanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Spektralanalysenwellenfront mit einer Amplitude und einer Phase, wobei mindestens die Amplitude räumlich ungleichförmig ist, indem Strahlung veranlasst wird, auf ein Objekt aufzutreffen, Analysieren der Spektralanalysenwellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der Spektralanalysenwellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront anzeigt, und Verwenden der Ausgabe, die mindestens die Phase angibt, um eine Ausgabe zu erhalten, die den spektralen Inhalt der Strahlung anzeigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls eine Vorrichtung zur Spektralanalyse zur Verfügung gestellt, wie sie in Anspruch 25 angegeben ist.
Die Ansprüche 26 bis 31 geben zusätzliche Ausführungsbeispiele an.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls eine Vorrichtung zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine zu analysierende Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten empfängt, welche eine Amplitude und Phase aufweist, indem Strahlung von dem Medium reflektiert wird, in welchem die Information codiert ist, indem die Höhe des Mediums an jedem einer Vielzahl von verschiedenen Orten auf dem Medium ausgewählt wird, einen Wellenfrontanalysator, der die Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die der zu analysierenden Wellenfront zum Wiedergewinnen der gespeicherten Daten entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten empfängt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der zu analysierenden Wellenfront zum Wiedergewinnen der gespeicherten Daten angibt, und einen Phasen- und Amplitudenverwender, der die Ausgabe, die mindestens die Phase angibt, um die Information zu erhalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren zur dreidimensionalen Abbildung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer zu analysierenden dreidimensionalen Abbildungswellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, wobei mindestens die Amplitude räumlich ungleichförmig ist, indem Strahlung von einem zu betrachtenden Objekt reflektiert wird, und Analysieren der dreidimensionalen zu analysierende Abbildungswellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der dreidimensionalen Abbildungswellenfront, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der zu analysierenden dreidimensionalen Abbildungswellenfront anzeigt.
Es wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Abbildung zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine zu analysierende dreidimensionale Abbildungswellenfront empfängt, welche eine Amplitude und Phase aufweist, wobei mindestens die Amplitude räumlich ungleichförmig ist, indem Strahlung von einem anzusehenden Objekt reflektiert wird, einen Wellenfrontanalysator, der die dreidimensionale Abbildungswellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der zu analysierenden dreidimensionalen Abbildungswellenfront zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zuerhalten, die mindestens die Phase der zu analysierenden dreidimensionalen Wellenfront angibt.
Es wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die einer zu analysierenden Wellenfront entsprechen, die eine Amplitude und eine Phase aufweist, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsab bildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront angibt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält einen Wellenfronttransformator, der eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten liefert, die einer zu analysierenden Wellenfront entsprechen, die eine Amplitude und eine Phase aufweist, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten liefert, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die mindestens die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront angibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein Verfahren zur Oberflächenabbildung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Oberflächenabbildungswellenfront mit einer Amplitude und einer Phase, indem Strahlung von einer Oberfläche reflektiert wird, Analysieren der zu analysierenden Oberflächenabbildungswellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die der zu analysierenden Oberflächenabbildungswellenfront entsprechen, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Amplitude der zu analysierenden Oberflächenabbildungswellenfront anzeigt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum Inspizieren eines Objekts zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer das Objekt inspizierenden, zu analysierenden Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, durch Transmission von Strahlung durch das Objekt, Analysieren der das Objekt inspizierenden, zu analysierenden Wellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die der das Objekt inspizierenden, zu analysierenden Wellenfront entsprechen, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Amplitude der das Objekt inspizierenden, zu analysierenden Wellenfront anzeigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zum Inspizieren eines Objekts zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine ein Objekt inspizierende, zu analysierenden Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, durch Transmission von Strahlung durch das Objekt erhält, eine Einrichtung zum Analysieren der Wellenfront, die die das Objekt inspizierende zu analysierenden Wellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die der das Objekt inspizierenden, zu analysierenden Wellenfront entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die mindestens die Amplitude der das Objekt inspizierenden, zu analysierenden Wellenfront anzeigt.
Es wird gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der Spektralanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront mit einer Amplitude und einer Phase, indem Strahlung veranlasst wird, auf ein Objekt aufzutreffen, Analysieren der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Amplitude der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront anzeigt, und Verwenden der Ausgabe, die mindestens die Amplitude angibt, um eine Ausgabe zu erhalten, die den spektralen Inhalt der Strahlung anzeigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Spektralanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine zu analysierende Spektralanalysenwellenfront mit einer Amplitude und einer Phase empfängt, indem Strahlung veranlasst wird, auf ein Objekt aufzutreffen, einen Wellenfrontanalysator, der die zu analysierende Spektralanalysenwellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Amplitude der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront anzeigt, und einen Phasen- und Amplitudenverwender, der die Aus gabe verwendet, die mindestens die Amplitude anzeigt, um eine Ausgabe zu erhalten, die den spektralen Inhalt der Strahlung anzeigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ferner die Vielzahl Intensitätsabbildungen dazu verwendet, eine analytische Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die die Amplitude und Phase angibt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine die Phase angebende analytische Ausgabe mindestens zweiter Ordnung zur Verfügung zu stellen.
Vorzugsweise wird die Vielzahl von Intensitätsabbildungen dazu verwendet, eine analytische Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die mindestens die Phase angibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zusätzlich die Vielzahl von Intensitätsabbildungen dazu verwendet, eine die Amplitude angebende analytische Ausgabe mindestens zweiter Ordnung zur Verfügung zu stellen.
Vorzugsweise erhält man die unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten durch Interfrärenz der zu analysierenden Wellenfront entlang eines gemeinsamen optischen Weges. Zusätzlich oder alternativ werden die unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten in einer Weise realisiert, die sich im wesentlichen von der Durchführung einer Delta-Funktions-Phasenänderung auf die zu analysierende Wellenfront nach deren Transformation unterscheidet.
Ferner wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vielzahl von Intensitätsabbildungen dazu verwendet, eine Ausgabe zu erhalten, die die Phase angibt, welche im wesentlichen frei von Harlo- und Abtönstörungen ist.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten eine Vielzahl von Wellenfronten, die mindestens aus einer Anwendung von räumlichen Phasenveränderungen auf eine transformierte Wellenfront oder aus einer Transformation einer Wellenfront nach Anwendung von räumlichen Phasenänderungen hierauf resultieren.
Zusätzlich enthält gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schritt, eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten; Anwenden einer Transformation auf die zu analysierende Wellen front, um eine transformierte Wellenfront zu erhalten, und Anwenden einer Vielzahl von unterschiedlichen Phasenveränderungen auf die transformierten Wellenfronten zu erhalten.
Ferner enthält gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schritt, eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, Anwenden einer Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten zu erhalten, und Anwenden einer Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt das Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten mindestens einen der Schritte ein: Anwenden einer Transformation auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine transformierte Wellenfront zu erhalten, und Anwenden einer Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen auf die transformierte Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, sowie die Schritte: Anwenden einer Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten zu erhalten, und Anwenden einer Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten.
Vorzugsweise schließt die Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen räumliche Phasenänderungen ein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt ferner die Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen räumliche Phasenänderungen ein, wobei die Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Phasenänderungen durch Anwendung einer zeitlich variierenden räumlichen Phasenänderung auf mindestens einen Teil der transformierten Wellenfront oder einen Teil der zu analysierenden Wellenfront bewirkt wird.
Zusätzlich wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Phasenänderungen durch Anwendung einer räumlich gleichförmigen, zeitlich variierenden räumlichen Phasenänderung auf min destens einen Teil der transformierten Wellenfront oder einen Teil der zu analysierenden Wellenfront bewirkt.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Transformation, die mindestens auf die zu analysierende Wellenfront oder die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten angewendet wird, um eine Fourier-Transformation, wobei das Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen einer Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten eine Anwendung einer Fourier-Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten einschließt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt der Schritt, eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, mindestens einen der Schritte ein: Anwenden einer Fourier-Transformation auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine transformierte Wellenfront zu erhalten, und Anwenden einer Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen auf die transformierte Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, sowie die Schritte: Anwenden einer Vielzahl von verschiedenen Phasenänderungen auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten zu erhalten, und Anwenden einer Fourier-Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten. Die Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen schließt räumliche Phasenänderungen ein, die Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Phasenänderungen wird durch Anwendung einer räumlich gleichförmigen zeitlich variierenden räumlichen Phasenänderung mindestens auf einen Teil der transformierten Wellenfront oder einen Teil der zu analysierenden Wellenfront bewirkt. Zusätzlich schließt die Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Phasenänderungen mindestens drei unterschiedliche Phasenänderungen ein, enthält die Vielzahl von Intensitätsabbildungen mindestens drei Intensitätsabbildungen und schließt die Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude oder die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, ein: Ausdrücken der zu analysierenden Wellenfront als erste komplexe Funktion, die eine Amplitude und eine Phase aufweist, die identisch zu der Amplitude und Phase der zu analysierenden Wellenfront sind, Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als Funktion der ersten komplexen Funktion und einer räumlichen Funktion, die die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung bestimmt, Definieren einer zweiten komplexen Funktion mit einem absoluten Wert und einer Phase als Faltung der ersten komplexen Funktion und einer fouriertransformierten der räumlichen Funktion, die die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung bestimmt, Aus drücken jeder der Intensitätsabbildungen als eine dritte Funktion der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion, einer Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion und einer bekannten Phasenverzögerung, die durch eine der zumindest drei verschiedenen Phasenänderungen erzeugt wird, die jeweils einer der drei Intensitätsabbildungen entsprechen, Lösen der dritten Funktion, um die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und die Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, Lösen der zweiten komplexen Funktion, um die Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, und Erhalten der Phase der zu analysierenden Wellenfront durch Addieren der Phase der zweiten komplexen Funktion zu der Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält man den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion durch Annäherung des absoluten Wertes an ein Polynom einer vorgegebenen Ordnung.
Vorzugsweise erhält man die Phase der zweiten komplexen Funktion durch Ausdrücken der zweiten komplexen Funktion als ein Eigen-Wert-Problem, wobei die komplexe Funktion einen Eigen-Vektor darstellt, den man durch einen iterativen Prozess erhält.
Gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält man die Phase der zweiten komplexen Funktion durch eine Funktionalität, welche umfasst: Annäherung der Fouriertransformation der räumlichen Funktion, die die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung bestimmt, an ein Polynom und Annäherung der zweiten komplexen Funktion an ein Polynom.
Zusätzlich erhält man gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und die Differenz zwischen der Phase der zweiten komplexen Funktion und der Phase der zu analysierenden Wellenfront durch eine Methode der kleinsten Quadrate, welche eine erhöhte Genauigkeit besitzt, wenn die Anzahl der Vielzahl von Intensitätsabbildungen ansteigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen mindestens vier unterschiedliche Phasenänderungen, umfasst die Vielzahl von Intensitätsabbildungen mindestens vier Intensitätsabbildungen und schließt die Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude oder die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, ein: Ausdrücken jeder der mehreren Intensitätsabbildungen als eine dritte Funktion der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion, einer Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion, einer bekannten Phasenverzögerung, die durch eine der zumindest vier verschiedenen Phasenänderungen erzeugt wird, die jeweils einer der mindestens vier Intensitätsabbildungen oder mindestens einer zusätzlichen Unbekannten in Bezug auf die Wellenfrontananalyse entsprechen, wobei die Zahl der zusätzlichen Unbekannten nicht größer als die Zahl ist, um die die mehreren Intensitätsabbildungen die Zahl drei überschreiten, und Lösen der dritten Funktion, um die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion, die Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion und der zusätzlichen Unbekannten zu erhalten.
Vorzugsweise werden die Phasenänderungen so gewählt, um den Kontrast in den Intensitätsabbildungen zu maximieren und Einflüsse von Rauschen auf die Phase der zu analysierenden Wellenfront zu minimieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt das Ausdrücken jeder der mehreren Intensitätsabbildungen als eine dritte Funktion der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion, einer Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion und einer bekannten Phasenverzögerung, die durch eine zumindest drei verschiedenen Phasenänderungen erzeugt wird, die jeweils einer der drei Intensitätsabbildungen entsprechen,: Definieren einer vierten, fünften und sechsten komplexen Funktion, von denen keine eine Funktion von einer der mehreren Intensitätsabbildungen oder der zeitlich variierenden räumlichen Phasenänderungen ist, wobei jede der vierten, fünften und sechsten komplexen Funktionen eine Funktion ist von der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, dem absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und der Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion, und Ausdrücken jeder der mehreren Intensitätsabbildungen als eine Summe der vierten komplexen Funktion, der fünften komplexen Funktion, multipliziert mit dem Sinus der bekannten Phasenverzögerung, entsprechend jeder der näheren Intensitätsabbildungen, und der sechsten komplexen Funktion, multipliziert mit dem Kosinus der bekannten Phasenverzögerung entsprechend jeder der mehreren Intensitätsabbildungen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt der Schritt, die dritte Funktion zu lösen, um die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und die Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, ein: Erhalten von zwei Lösungen für jede der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion und der Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion, wobei die beiden Lösungen aus einer Lösung mit einem höheren Wert und einer Lösung mit einem niedrigeren Wert bestehen, Kombinieren der beiden Lösungen in eine verbesserte Absolutwertlösung für den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion, indem an jeder räumlichen Stelle entweder die Lösung mit dem höheren Wert oder die Lösung mit dem niedrigeren Wert der beiden Lösungen in einer Weise ausgewählt wird, dass die verbesserte Absolutwertlösung der zweiten komplexen Funktion genügt, und Kombinieren der beiden Lösungen der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront in eine verbesserte Amplitudenlösung, indem an jeder räumlichen Stelle die Lösung mit dem höheren Wert oder die Lösung mit dem niedrigeren Wert der beiden Lösungen der Amplitude derart ausgewählt wird, dass an jeder Stelle, wo die Lösung mit dem höheren Wert für die Absolutwertlösung ausgewählt ist, die Lösung mit dem höheren Wert für die Amplitudenlösung ausgewählt wird, und an jeder Stelle, wo die Lösung mit dem niedrigeren Wert für die Absolutwertlösung ausgewählt wird, die Lösung mit dem niedrigeren Wert für die Amplitudenlösung ausgewählt wird, und Kombinieren der beiden Lösungen der Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion in eine verbesserte Differenzlösung, indem an jeder räumlichen Stelle die Lösung mit dem höheren Wert oder die Lösung mit dem niedrigeren Wert der beiden Lösungen der Differenz derart ausgewählt wird, dass an jeder Stelle, wo die Lösung mit dem höheren Wert für die Absoutwertlösung ausgewählt ist, die Lösung mit dem höheren Wert für die Differenzlösung ausgewählt wird, und an jeder Stelle, wo die Lösung mit dem niedrigeren Wert für die Absolutwertlösung ausgewählt ist, die Lösung mit dem niedrigeren Wert für die Differenzlösung ausgewählt wird.
Vorzugsweise wird die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung auf einen räumlich zentralen Teil zumindest der transformierten Wellenfront oder der zu analysierenden Wellenfront angewandt.
Zusätzlich oder alternativ wird die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung auf einen räumlich zentrierten, hauptsächlich kreisförmigen Bereich mindestens der transformierten Wellenfront oder der zu analysierenden Wellenfront angewendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ferner die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung auf etwa eine Hälfte mindestens der transformierten Wellenfront oder der zu analysierenden Wellenfront angewendet.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die transformierte Wellenfront und die zu analysierende Wellenfront einen DC-Bereich und einen Nicht-DC-Bereich auf und wird die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung auf mindestens einen Teil sowohl des DC-Bereiches als auch des Nicht-DC-Bereiches angewendet.
Zusätzlich schließt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Addition einer Phasenkomponente relativ hochfrequente Komponenten zur zu analysierenden Wellenfront ein, um den hochfrequenten Anteil der Vielzahl der unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhöhen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Information auf den Medien codiert, wodurch ein Intensitätswert durch Reflexion von Licht von jeder Stelle auf den Medien realisiert wird, um innerhalb eines bestimmten Wertebereiches zu liegen, wobei der Bereich einem an der Stelle gespeicherten Informationselement entspricht, und durch Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen mehrere Intensitätswerte für jede Stelle realisiert werden, wobei mehrere Informationselemente für jede Stelle auf den Medien zur Verfügung gestellt werden.
Vorzugsweise enthält die Vielzahl der unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten eine Vielzahl von Wellenfronten, deren Phase durch Verwendung einer zumindest zeitlich variierenden Phasenänderungsfunktion verändert worden ist.
Zusätzlich oder alternativ enthält die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten eine Vielzahl von Wellenfronten, deren Phase durch Anwendung einer mindestens zeitlich variierenden Phasenänderungsfunktion auf die zu analysierende Wellenfront verändert worden ist.
Ferner wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zumindest zeitlich variierende Phasenänderungsfunktion auf die zu analysierende Wellenfront vor deren Transformation angewendet.
Gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die zumindest zeitlich variierende Phasenänderungsfunktion auf die zu analysierende Wellenfront nach deren Transformation angewendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich ferner bei der zumindest zeitlich variierenden Phasenänderungsfunktion um eine räumlich gleichförmige, räumliche Funktion.
Vorzugsweise wird die zumindest zeitlich variierende Phasenänderungsfunktion auf einen räumlich zentralen Teil der zu analysierenden Wellenfront angewendet.
Außerdem enthält gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zu analysierende Wellenfront eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten und erhält man die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten durch Anwendung einer Phasenänderung auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten mindestens einer zu analysierenden Wellenfront oder einer transformierten Wellenfront, die man durch Anwendung einer transformierten auf die zu analysierende Wellenfront erhält.
Gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Phasenänderung auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten der zu analysierenden Wellenfront angewendet.
Zusätzlich wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten angewendete Phasenänderung dadurch bewirkt, dass mindestens die zu analysierende Wellenfront oder die transformierte Wellenfront durch ein Objekt geleitet wird, deren Dicke oder Brechungsindex räumlich variiert.
Zusätzlich oder alternativ wird die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten angewendete Phasenänderung dadurch bewirkt, dass mindestens die zu analysierende Wellenfront oder die transformierte Wellenfront von einer räumlich variierenden Oberfläche reflektiert wird.
Ferner wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten angewendete Phasenänderung so ausgewählt, dass sie sich um ein bestimmtes Maß für zumindest einige aus der Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten unterscheidet.
Gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Vielzahl der unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten für mindestens einige aus der Vielzahl der verschiedenen Wellenlängenkomponenten identisch.
Vorzugsweise wird die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten angewendete Phasenänderung dadurch bewirkt, dass zumindest die zu analysierende Wellenfront oder die transformierte Wellenfront durch eine Vielzahl von Objekten geleitet wird, von denen jedes dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest deren Dicke oder Brechungsindex räumlich variiert.
Ferner wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schritt, eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen zu erhalten, gleichzeitig für sämtliche unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten durchgeführt und schließt der Schritt, eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen zu erhalten, ein Teilen der Vielzahl der unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten in separate Wellenlängenkomponenten ein.
Vorzugsweise wird das Teilen der Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten dadurch bewirkt, dass die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten durch ein Streuelement geleitet wird.
Außerdem enthält gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zu analysierende Wellenfront eine Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten und erhält man die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten durch Anwendung einer Phasenänderung auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten mindestens der zu analysierenden Wellenfront oder einer transformierten Wellenfront, die man durch Anwendung einer Transformation auf die zu analysierende Wellenfront erhält.
Vorzugsweise ist die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten angewendete Phasenänderung unterschiedlich für mindestens einige aus der Vielzahl der unterschiedlichen Polarisationskomponenten.
Ferner ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten angewendete Phasenänderung identisch für mindestens einige aus der Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten.
Zusätzlich schließt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schritt, eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen aus der Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, ein: Anwenden einer Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten.
Ferner erhält man gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vielzahl von Intensitätsabbildungen durch Reflexion der Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten von einer Reflexionsfläche, um die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu transformieren.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt, eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, eine Anwendung einer Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, und die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten wird von einer Reflexionsfläche reflektiert, so dass die auf die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten angewendete Transformation identisch mit der Transformation ist, die mindestens auf die zu analysierende Wellenfront oder die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten angewendet wird.
Zusätzlich handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Transformation, die mindestens auf die zu analysierende Wellenfront oder die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten angewendet wird, um eine Fourier-Transformation.
Vorzugsweise schließt die Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Amplitude oder die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, ein: Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als zumindest eine mathematische Funktion der Phase und der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, wobei zumindest die Phase oder die Amplitude unbekannt ist, und Verwenden der zumindest einen mathematischen Funktion, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Phase oder die Amplitude anzeigt.
Ferner schließt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schritt, die Vielzahl von Intensitätsabbildungen zu verwenden, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude oder die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, ein: Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als zumindest eine mathematische Funktion der Phase und der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront und der Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen, wobei zumindest die Phase oder die Amplitude unbekannt und die Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen bekannt ist, und Verwenden der mathematischen Funktion, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Phase oder die Amplitude anzeigt.
Ferner umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vielzahl von Intensitätsabbildungen mindestens vier Intensitätsabbildungen und schließt die Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Amplitude oder die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, eine Verwendung einer Vielzahl von Kombinationen ein, und zwar jede von mindestens drei aus der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Vielzahl von Anzeigen zumindest der Amplitude oder der Phase der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Vorzugsweise weist das Verfahren ebenfalls die Verwendung der Vielzahl von Anzeigen von zumindest der Amplitude oder der Phase der zu analysierenden Wellenfront auf, um eine verbesserte Anzeige von zumindest der Amplitude oder der Phase der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Ferner handelt es sich bei der Vielzahl von Anzeigen von zumindest der Amplitude oder der Phase um Anzeigen mindestens der zweiten Ordnung von mindestens der Amplitude oder der Phase der zu analysierenden Wellenfront.
Vorzugsweise weist der Schritt, eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, mindestens einen der Schritte auf: Anwenden einer Transformation auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine transformierte Wellenfront zu erhalten, und Anwenden einer Vielzahl von unterschiedlichen Phasen- und Amplitudenänderungen auf die transformierte Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, sowie die Schritte: Anwenden einer Vielzahl von unterschiedlichen Phasen- und Amplitudenänderungen auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten Wellenfronten zu erhalten, und Anwenden einer Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten Wellenfronten, um dadurch eine Vielzahl von phasen- und amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten.
Ferner handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Transformation, die zumindest auf die zu analysierende Wellenfront oder die Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten Wellenfronten angewendet wird, um eine Fourier-Transformation und umfasst die Vielzahl von unterschiedlichen Phasen- und Amplitudenänderungen mindestens drei unterschiedliche Phasen- und Intensitätsänderungen, wird die Vielzahl von unterschiedlichen Phasen- und Amplitudenänderungen dadurch bewirkt, dass zumindest eine räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung und eine räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Amplitudenänderung angewendet wird zumindest auf mindestens einen Teil der transformierten Wellenfront oder mindestens einen Teil der zu analysierenden Wellenfront, umfasst die Vielzahl von Intensitätsabbildungen mindestens drei Intensitätsabbildungen und schließt die Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude oder die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, ein: Ausdrücken der zu analysierenden Wellenfront als erste komplexe Funktion, die eine Amplitude und eine Phase aufweist, welche identisch mit der Amplitude und Phase der zu analysierenden Wellenfront ist, Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als Funktion der ersten komplexen Funktion und einer räumlichen Funktion, die mindestens eine räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung oder eine räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Amplitudenänderung bestimmt, Definieren einer zweiten komplexen Funktion mit einem absoluten Wert und einer Phase als Faltung der ersten komplexen Funktion und einer Fourier-Transformation der räumlichen Funktion, die die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung bestimmt, Ausdrücken jeder der mehreren Intensitätsabbildungen als eine dritte Funktion der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion und einer Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion und der räumlichen Funktion, die mindestens eine räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung oder eine räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Amplitudenänderung bestimmt, mit: Definieren von vierten, fünften, sechsten und siebten komplexen Funktionen, von denen keine eine Funktion einer der Vielzahl von Intensitätsabbildungen oder der zeitlich variierenden, räumlichen Phasenänderung ist, wobei jede der vierten, fünften, sechsten und siebten komplexen Funktionen eine Funktion ist von mindestens der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, dem absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion oder der Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion, Definieren einer achten Funktion einer Phasenverzögerung und einer Amplitudenänderung, von denen beide durch eine von mindestens drei unterschiedlichen Phasen- und Amplitudenänderungen erzeugt werden, entsprechend der mindestens drei Intensitätsabbildungen, und Ausdrücken jeder der Intensitätsabbildungen als eine Sum me der vierten komplexen Funktion, der fünften komplexen Funktion, multipliziert mit dem absoluten Wert der achten Funktion im Quadrat, der sechsten komplexen Funktion, multipliziert mit der achten Funktion, und der siebten Funktion, multipliziert mit dem konjugiert-komplexen Wert der achten Funktion, Lösen der dritten Funktion, um die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und die Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, Lösen der zweiten komplexen Funktion, um die Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, und Erhalten der Phase der zu analysierenden Wellenfront durch Addieren der Phase der zweiten komplexen Funktion zu der Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion.
Vorzugsweise enthält die zu analysierende Wellenfront mindestens zwei Wellenlängenkomponenten, schließt das Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen ein Teilen der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten gemäß den mindestens zwei Wellenlängenkomponenten ein, um mindestens zwei Wellenlängenkomponenten der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und mindestens zwei Sätze von Intensitätsabbildungen zu erhalten, von denen jeder Satz einer anderen der zumindest zwei Wellenlängenkomponenten der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entspricht, und umfasst die Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, das Erhalten einer die Phase der zu analysierenden Wellenfront angebenden Ausgabe aus jedem der zumindest zwei Sätze von Intensitätsabbildungen und das Kombinieren der Ausgaben, um eine verbesserte Phasenangabe der zu analysierenden Wellenfront bereitzustellen, in welcher es keine 2π-Unbestimmtheit gibt.
Ferner umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zu analysierende Wellenfront mindestens eine eindimensionale Komponente; das Erhalten der unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten schließt ein: Anwenden einer eindimensionalen Fourier-Transformation auf die zu analysierende Wellenfront, wobei die Fourier-Transformation in einer zu einer Ausbreitungsrichtung senkrechten Dimension durchgeführt wird, um dadurch zumindest eine eindimensionale Komponente einer transformierten Wellenfront in der zu der Ausbreitungsrichtung senkrechten Dimension zu erhalten, Anwenden einer Vielzahl von Phasenänderungen auf jede der eindimensionalen Komponente, um dadurch zumindest eine eindimensionale Komponente einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, und die Vielzahl von Intensitätsabbildungen werden verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude oder die Phase der eindimensionalen Komponente der zu analysierenden Wellenfront angibt.
Vorzugsweise wird die Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen auf jede der eindimensionalen Komponente angewandt, indem für eine Relativbewegung zwischen der zu analysierenden Wellenfront und einem Element gesorgt wird, das räumlich veränderliche, zeitlich konstante Phasenänderungen erzeugt, wobei die Relativbewegung in einer zusätzlichen Dimension erfolgt, die senkrecht sowohl zur Ausbreitungsrichtung als auch zu der zur Ausbreitungsrichtung senkrechten Dimension liegt.
Ferner enthält gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zu analysierende Wellenfront eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten, wird die Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten von jeder der mehreren eindimensionalen Komponenten der zur analysierenden Wellenfront angewendet und umfasst das Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen ein Teilen der Vielzahl von eindimensionalen Komponenten der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten in separate Wellenlängenkomponenten.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die eindimensionale Fourier-Transformation, die auf die zu analysierende Wellenfront angewendet wird, eine zusätzliche Fourier-Transformation, um ein Übersprechen zwischen unterschiedlichen eindimensionalen Komponenten der zu analysierenden Wellenfront zu minimieren.
Vorzugsweise handelt es sich bei der zu analysierenden Wellenfront um eine akustische Strahlungswellenfront.
Ferner weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die von der Fläche reflektierte Strahlung ein schmales Band um eine gegebene Wellenlänge auf, wodurch die Phase der zu analysierenden Wellenfront proportional zu geometrischen Veränderungen in der Fläche ist, wobei die Proportion eine inverse lineare Funktion der Wellenlänge ist.
Zusätzlich weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Strahlung zumindest zwei schmale Bänder auf, die jeweils um eine unterschiedliche Wellenlänge zentriert sind, wobei mindestens zwei Wellenlängenkomponenten in der zu analysierenden Wellenfront und mindestens zwei Phasenangaben der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung gestellt werden, wodurch eine verbesserte Abbildung eines Merkmals eines mit Strahlung beaufschlagten Elementes, auf das die Strahlung einfällt, ermöglicht wird durch Vermeiden einer Mehrdeutigkeit in der Abbildung, die die größere der unterschiedlichen Wellenlängen überschreitet, um die die zwei schmalen Bänder zentriert sind, wobei das Merkmal zumindest eine geometrische Variation der Oberfläche, eine Dicke oder eine geometrische Variation des Elementes umfasst.
Vorzugsweise ist das Objekt im Wesentlichen gleichförmig hinsichtlich Material und anderer optischer Eigenschaften und ist die Phase der zu analysierenden Wellenfront proportional zur Objektdicke.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Objekt im Wesentlichen gleichförmig hinsichtlich der Dicke und ist die Phase der das Objekt inspizierenden, zu analysierenden Wellenfront proportional zu optischen Eigenschaften des Objektes.
Zusätzlich wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schritt, die zu analysierende Wellenfront zu erhalten, durch Reflexion der Strahlung vom Objekt bewirkt.
Zusätzlich oder alternativ wird der Schritt, die zu analysierende Wellenfront zu erhalten, durch Transmission der Strahlung durch das Objekt bewirkt.
Ferner besteht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Strahlung im Wesentlichen aus einer einzigen Wellenlänge, ist die Phase der zu analysierenden Wellenfront invers proportional zur einzigen Wellenlänge und bezieht sich mindestens auf eine Flächencharakteristik oder Dicke des beaufschlagten Objektes.
Vorzugsweise treten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Auftritt von Querverschiebungen in der Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen entsprechende Änderungen in der Vielzahl von Intensitätsabbildungen auf und führt die Verwendung zum Erhalten einer Anzeige der Querverschiebungen.
Vorzugsweise umfasst der Schritt, die Vielzahl von Intensitätsabbildungen zu verwenden, um eine Ausgabeanzeige von Differenzen zwischen den mehreren unterschiedlichen Phasenänderungen zu erhalten, die auf die transformierte Wellenfront angewandt werden,: Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als zumindest eine mathematische Funktion der Phase und der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront und der Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen, wobei zumindest die Phase oder die Amplitude bekannt und die Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen unbekannt ist, und Verwenden der mathematischen Funktion, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Differenzen zwischen den mehreren unterschiedlichen Phasenänderungen anzeigt.
Vorzugsweise wird die Information, die durch Wahl der Höhe der Medien an jeder von mehreren unterschiedlichen Stellen auf den Medien codiert wird, ebenfalls durch Wahl des Reflexionsvermögens der Medien an jeder der mehreren unterschiedlichen Stellen auf den Medien codiert und umfasst die Verwendung der Anzeige der Amplitude und Phase, um die Information zu erhalten, eine Verwendung der Anzeige der Phase, um die Information zu erhalten, die durch Wahl der Höhe der Medien codiert wird, und eine Verwendung der Anzeige der Amplitude, um die Information zu erhalten, die durch Wahl des Reflexionsvermögens der Medien codiert wird.
Ferner weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die vom Objekt reflektierte Strahlung ein schmales Band um eine gegebene Wellenlänge auf, wodurch die Phase der zu analysierenden Wellenfront proportional zu geometrischen Veränderungen im Objekt ist, wobei die Proportion eine inverse lineare Funktion der Wellenlänge ist.
Es wird ebenfalls gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Phasenveränderungsanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst Erhalten einer zu analysierenden Phasenveränderungsanalysenwellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, Anwenden einer Transformation auf die Phasenveränderungsanalysenwellenfront, um dadurch eine transformierte Wellenfront zu erhalten, Anwenden mindestens einer Phasenveränderung auf die transformierte Wellenfront, um mindestens eine phasenveränderte, transformierte Wellenfront zu erhalten, Erhalten mindestens einer Intensitätsabbildung der phasenveränderten, transformierten Wellenfront und Verwenden der Intensitätsabbildung, um eine Ausgabeanzeige der auf die transformierte Wellenfront angewandten Phasenveränderung zu erhalten.
Ferner handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Phasenänderung um eine Phasenverzögerung, deren Wert aus einer Vielzahl von vorbestimmten Werten ausgewählt ist, und enthält die Ausgabeanzeige der Phasenänderung den Wert der Phasenverzögerung.
Es wird weiterhin gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer zu analysierenden Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabeanzeige mindestens der Amplitude oder Phase der zu analysierenden Wellenfront zu erhalten.
Es wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine Vielzahl von unterschiedlichen amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer zu analysierenden Wellenfront empfängt, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten empfängt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabeanzeige mindestens der Amplitude oder der Phase der zu analysierenden Wellenfront zu erhalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Oberflächenabbildung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst Erhalten einer Oberflächenabbildungswellenfront mit einer Amplitude und einer Phase, indem Strahlung von einer Oberfläche reflektiert wird und die Oberflächenabbildungswellenfront analysiert wird durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten, die der Oberflächenabbildungswellenfront entsprechen, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude oder die Phase der Oberflächenabbildungswellenfront anzeigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zur Oberflächenabbildung zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine Oberflächenabbildungswellenfront mit einer Amplitude und einer Phase empfängt, indem Strahlung von einer Oberfläche reflektiert wird, eine Einrichtung zum Analysieren einer Wellenfront, welche die Oberflächenabbildungswellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die einer Oberflächenabbildungswellenfront entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbil dungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Amplitude und die Phase der zu analysierenden Oberflächenabbildungswellenfront anzeigt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum Inspizieren eines Objekts zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer das Objekt inspizierenden Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, durch Transmission von Strahlung durch das Objekt, Analysieren der das Objekt inspizierenden Wellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten, die der das Objekt inspizierenden Wellenfronten entsprechen, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude oder Phase der das Objekt inspizierenden Wellenfront anzeigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zum Inspizieren eines Objekts zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine ein Objekt inspizierende, zu analysierenden Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, durch Transmission von Strahlung durch das Objekt erhält, eine Einrichtung zum Analysieren der Wellenfront, die die das Objekt inspizierende, zu analysierenden Wellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die der das Objekt inspizierenden zu analysierenden Wellenfront entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die zumindest die Amplitude oder Phase der das Objekt inspizierenden Wellenfront anzeigt.
Es wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der Spektralanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Spektralanalysenwellenfront mit einer Amplitude und einer Phase, indem Strahlung veranlasst wird, auf ein Objekt aufzutreffen, Analysieren der Spektralanalysenwellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der Spektralanalysenwellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten, Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude oder Phase der Spektralanalysenwellenfront anzeigt, und Verwenden der Aus gabe, die zumindest die Amplitude oder Phase angibt, um eine Ausgabe zu erhalten, die den spektralen Inhalt der Strahlung anzeigt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Spektralanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine zu analysierende Spektralanalysenwellenfront mit einer Amplitude und einer Phase empfängt, indem Strahlung veranlasst wird, auf ein Objekt aufzutreffen, einen Wellenfrontanalysator, der die zu analysierende Spektralanalysenwellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront zur Verfügung zu stellt, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellt, die die Amplitude und die Phase der zu analysierenden Spektralanalysenwellenfront anzeigt, und einen Phasen- und Amplitudenverwender, der die Ausgabe, die die Amplitude und Phase anzeigt, verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die den spektralen Inhalt der Strahlung anzeigt.
Es wird weiterhin gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Amplitudenveränderungsanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Amplitudenveränderungsanalysenwellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, Anwenden einer Transformation auf die Amplitudenveränderungsanalysenwellenfront, um eine transformierte Wellenfront zu erhalten, Anwenden einer Vielzahl von verschiedenen Amplitudenveränderungen auf die transformierte Wellenfront, um so eine Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabeanzeige von Unterschieden zwischen der Vielzahl von verschiedenen Amplitudenveränderungen zu erhalten, die auf die transformierte Amplitudenveränderungsanalysenwellenfront angewendet wurden.
Es wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch eine Vorrichtung zur Amplitudenveränderungsanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine zu analysierende Amplitudenveränderungsanalysenwellenfront empfängt, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, einen Transformationsanwender, der eine Transformation auf die zu analysierende Amplitudenveränderungsanalysenwellenfront anwendet, um so eine transformierte Wellenfront zu erhalten, einen Amplitudenveränderungsanwender, der mindestens eine Amplitudenveränderung auf die transformierte Wellenfront anwendet, um so mindestens eine amplitudenveränderte, transformierte Wellenfront zu erhalten, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der mindestens eine Intensitätsabbildung der amplitudenveränderten, transformierten Wellenfront zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabeanzeige von Unterschieden zwischen der Vielzahl von verschiedenen Amplitudenveränderungen zur Verfügung zu stellen, die auf die transformierte Amplitudenveränderungsanalysenwellenfront angewendet wurden.
Es wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, indem Strahlung von dem Medium reflektiert wird, in welchem die Information codiert ist, indem die Höhe des Mediums an jedem einer Vielzahl von verschiedenen Orten auf dem Medium ausgewählt wird, Analyse der Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten durch Erhalten einer Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten, und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Anzeige mindestens der Amplitude oder Phase der Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten zu erhalten, und Verwenden der Anzeige mindestens der Amplitude oder Phase, um die Information zu erhalten.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine zu analysierende Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten empfängt, welche eine Amplitude und Phase aufweist, indem Strahlung von dem Medium reflektiert wird, in welchem die Information codiert ist, indem die Höhe des Mediums an jedem einer Vielzahl von verschiedenen Orten auf dem Medium ausgewählt wird, einen Wellenfrontanalysator, die der zu analysierenden Wellenfront zum Wiedergewinnen von gespeicherten Daten analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, die den zu analysierenden Wellenfronten zum Wiedergewinnen der gespeicherten Daten entsprechen, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten empfängt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Amplitude und Phase der zu analysierenden Wellenfront zum Wiedergewinnen der gespeicherten Daten anzeigt, und einen Phasen- und Amplitudenverwender, der die Ausgabe verwendet, die die Amplitude und Phase anzeigt, um die Information zu erhalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur dreidimensionalen Abbildung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer dreidimensionalen Abbildungswellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, indem Strahlung von einem zu betrachtenden Objekt reflektiert wird, und Analysieren der dreidimensionalen Abbildungswellenfront durch Erhalten einer Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der dreidimensionalen Abbildungswellenfront, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Amplitude oder Phase der dreidimensionalen Abbildungswellenfront anzeigt.
Es wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Abbildung zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine zu analysierende dreidimensionale Abbildungswellenfront empfängt, welche eine Amplitude und Phase aufweist, indem Strahlung von einem anzusehenden Objekt reflektiert wird, einen Wellenfrontanalysator, der die zu analysierende dreidimensionale Abbildungswellenfront analysiert und einen Wellenfronttransformator enthält, der eine Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend der zu analysierenden dreidimensionalen Abbildungswellenfront zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Amplitude und Phase der zu analysierenden dreidimensionalen Wellenfront anzeigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer zu analysierenden Wellenfront, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, durch Kombinieren der Vielzahl von Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen, wobei die zweite Vielzahl kleiner ist als die erste Vielzahl, Erhalten mindestens einer Ausgabe, die die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront von jedem der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen anzeigt, und Kombinieren der Ausgaben, um mindestens eine verbesserte Anzeige der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Es wird weiterhin gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält einen Wellenfronttransformator, der eine Vielzahl von verschieden phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung stellt, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten empfängt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt und weiter einen Intensitätskombinierer enthält, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen kombiniert, wobei die zweite Vielzahl kleiner ist als die erste Vielzahl, eine Vorrichtung zur Anzeige, die mindestens eine Ausgabe zur Verfügung stellt, die die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront für jede der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen anzeigt, und eine Einrichtung um eine verbesserte Anzeige zur Verfügung zu stellen, die die Ausgaben kombiniert, um mindestens eine verbesserte Anzeige der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer unter Analyse stehenden Wellenfront, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten, und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens eine Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, durch Kombinieren der Vielzahl von Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen, wobei die zweite Vielzahl kleiner ist als die erste Vielzahl, Erhalten mindestens einer Ausgabe, die die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront von jeder der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen anzeigt, und Kombinieren der Ausgaben, um mindestens eine verbesserte Anzeige der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält einen Wellenfronttransformator, der eine Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten empfängt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, und einen Intensitätskombinierer enthält, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen kombiniert, wobei die zweite Vielzahl kleiner ist als die erste Vielzahl, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Anzeige, die mindestens eine Ausgabe zur Verfügung stellt, die die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront von jeder der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen anzeigt, und eine Einrichtung, um eine verbesserte Anzeige zur Verfügung zu stellen, die die Ausgaben kombiniert, um mindestens eine verbesserte Anzeige der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer unter Analyse stehenden Wellenfront, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten, und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens eine Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, durch Kombinieren der Vielzahl von Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen, wobei die zweite Vielzahl kleiner ist als die erste Vielzahl, Erhalten mindestens einer Ausgabe, die die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront von jeder der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen anzeigt, und Kombinieren der Ausgaben, um mindestens eine verbesserte Anzeige der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält einen Wellenfronttransformator, der eine Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten empfängt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens eine Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, und einen Intensitätskombinierer enthält, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen kombiniert, wobei die zweite Vielzahl kleiner ist als die erste Vielzahl, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Anzeige, die mindestens eine Ausgabe zur Verfügung stellt, die die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront von jeder der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen anzeigt, und eine Einrichtung, um eine verbesserte Anzeige zur Verfügung zu stellen, die die Ausgaben kombiniert, um mindestens eine verbesserte Anzeige der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Erhalten einer Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer unter Analyse stehenden Wellenfront, Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten transformierten Wellenfronten, und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die mindestens die Phase und die unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, durch Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als eine Funktion von Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und Amplitudenveränderungsfunktion, die die Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten charakterisiert; vorzugsweise Definieren einer komplexen Funktion aus der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Amplitudenveränderungsfunktion, die die Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten charakterisiert, wobei die komplexe Funktion dadurch gekennzeichnet ist, dass die Intensität an jedem Ort in der Vielzahl von Intensitätsabbildungen eine Funktion vor allem von einem Wert der komplexen Funktion an dem Ort und von der Amplitude und der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront an dem Ort ist, Ausdrücken der komplexen Funktion als eine Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen wird und Erhalten von Werten für die Phase durch Verwenden der komplexen Funktion, ausgedrückt als eine Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält einen Wellenfronttransformator, der eine Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer unter Analyse stehenden Wellenfront zur Verfügung stellt, einen Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zur Verfügung stellt, und einen Intensitätsabbildungsverwender, der die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die mindestens die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, und enthält eine Einrichtung zum Ausdrücken einer Intensitätsabbildung, die die Vielzahl von Intensitätsabbildungen als eine Funktion ausdrückt von der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Amplitudenveränderungsfunktion, die die Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten charakterisiert, eine Einrichtung zum Definieren einer komplexen Funktion, die eine komplexe Funktion definiert aus der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Amplitudenveränderungsfunktion, die die Vielzahl von verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten charakterisiert; vorzugsweise ist die komplexe Funktion dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität an jedem Ort der Vielzahl von Intensitätsabbildungen eine Funktion vor allem eines Wertes der komplexen Funktion an dem Ort und von der Amplitude und der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront an dem Ort ist, eine Einrichtung zum Ausdrücken einer komplexen Funktion, welche die komplexe Funktion als eine Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen ausdrückt, und eine Einrichtung zum Erhalten einer Phase, welche Werte für die Phase erhält, indem die als eine Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen ausgedrückte komplexe Funktion verwendet wird.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren schließt ein: Anwenden einer Fourier-Transformation auf eine unter Analyse stehenden Wellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, wodurch eine transformierte Wellenfront erhalten wird, Anwenden einer räumlich gleichförmigen, zeitlich veränderlichen, räumlichen Amplitudenveränderung auf einen Teil der transformierten Wellenfront, um so mindestens drei verschieden amplitudenveränderte, transformierte Wellenfronten zu erhalten, Anwenden einer zweiten Fourier-Transformation, um mindestens drei Intensitätsabbildungen der mindestens drei amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten. Vorzugsweise verwendet das Verfahren die mindestens drei Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase oder Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, durch Ausdrücken der unter Analyse stehenden Wellenfront als eine erste komplexe Funktion, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, die identisch mit der Amplitude und der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront sind, Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als eine Funktion der ersten komplexen Funktion und eine räumliche Funktion, welche die räumlich gleichförmige, zeitlich veränderliche, räumliche Amplitudenveränderung bestimmt, Definieren einer zweiten komplexen Funktion mit einem absoluten Wert und einer Phase als eine Faltung der ersten komplexen Funktion und einer Fourier-Transformation der räumlichen Funktion, die die räumlich gleichförmige, zeitlich veränderliche, räumliche Amplitudenveränderung bestimmt, wobei jede der Vielzahl von Intensitätsabbildungen ausgedrückt wird als eine dritte Funktion von der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, dem absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion, einem Unterschied zwischen der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion und einer bekannten Amplitudenverzögerung, die durch eine der mindestens drei verschiedenen Amplitudenveränderungen erzeugt wurde, welche jeweils zu einer der mindestens drei Intensitätsabbildungen korrespondieren, Lösen der dritten Funktion, um die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und den Unterschied zwischen der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, Lösen der zweiten komplexen Funktion, um die Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, und Erhalten der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront durch Addieren der Phase der zweiten komplexen Funktion zu dem Unterschied zwischen der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zur Anwendung einer ersten Transformation, die eine Fourier-Transformation auf eine unter Analyse stehende Wellenfront anwendet, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, um so eine transformierte Wellenfront zu erhalten, eine Einrichtung zur Anwendung einer Amplitudenveränderung, die eine räumlich gleichförmige, zeitlich veränderliche, räumliche Amplitudenveränderung auf einen Teil der transformierten Wellenfront anwendet, wodurch mindestens drei verschieden amplitudenveränderte, transformierte Wellenfronten erhalten werden, eine Einrichtung zur Anwendung einer zweiten Transformation, die eine zweite Fourier-Transformation auf mindestens drei verschieden amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten anwendet, wodurch mindestens drei Intensitätsabbildungen erhalten werden, und eine Einrichtung zur Verwendung einer Intensitätsabbildung, die mindestens drei Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, welche die Phase und die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront anzeigt, und enthält: eine Einrichtung zum Ausdrücken einer Wellenfront, die eine unter Analyse stehende Wellenfront als eine erste komplexe Funktion ausdrückt, welche eine Amplitude und Phase identisch zu der Amplitude und der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront aufweist, eine Einrichtung zum Ausdrücken einer ersten Intensitätsabbildung, die die Vielzahl der Intensitätsabbildungen als eine Funktion der ersten komplexen Funktion und der räumlichen Funktion ausdrückt, die die räumlich gleichförmige, zeitlich veränderliche räumliche Amp litudenveränderung bestimmt, eine Einrichtung zum Definieren einer komplexen Funktion, die eine zweite komplexe Funktion mit einem absoluten Wert und einer Phase als eine Faltung der ersten komplexen Funktion und einer Fourier-Transformation der räumlichen Funktion definiert, die die räumlich gleichförmige, zeitlich veränderliche räumliche Amplitudenveränderung bestimmt, eine Einrichtung zum Ausdrücken einer zweiten Intensitätsabbildung, die jede der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als eine dritte Funktion ausdrückt von der Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, dem absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion, einem Unterschied zwischen der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion und einer bekannten Phasenverzögerung, erzeugt durch eine der mindestens drei verschiedenen Amplitudenveränderungen, die jeweils zu einer der mindestens drei Intensitätsabbildungen korrespondieren, einen ersten Funktionslöser, der die dritte Funktion löst, um die Amplitude der unter Analyse stehenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und den Unterschied zwischen der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, einen zweiten Funktionslöser, welcher die zweite komplexe Funktion löst, um die Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, und eine Einrichtung zum Erhalten einer Phase, die die Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront durch Addition der Phase der zweiten komplexen Funktion zu dem Unterschied zwischen der Phase der unter Analyse stehenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion erhält.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält man die Vielzahl von unterschiedlichen amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten durch Interferenz der zu analysierenden Wellenfront entlang eines gemeinsamen optischen Weges.
Vorzugsweise umfasst der Schritt, eine Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten: Anwenden einer Transformation auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine transformierte Wellenfront zu erhalten, und Anwenden einer Vielzahl von unterschiedlichen Amplitudenänderungen auf die transformierte Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, sowie die Schritte: Anwenden einer Vielzahl von unterschiedlichen Amplitudenänderungen auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten Wellenfronten zu erhalten, und Anwenden einer Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten Wellenfronten, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten.
Zusätzlich schließt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vielzahl von unterschiedlichen Amplitudenänderungen räumliche Amplitudenänderungen ein.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt die Vielzahl von unterschiedlichen Amplitudenänderungen räumliche Amplitudenänderungen ein, wobei die Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Amplitudenänderungen durch Anwendung einer zeitlich variierenden räumlichen Amplitudenänderung auf mindestens einen Teil der transformierten Wellenfront oder einen Teil der zu analysierenden Wellenfront bewirkt wird.
Ferner wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Amplitudenänderungen durch Anwendung einer räumlich gleichförmigen, zeitlich variierenden räumlichen Amplitudenänderung auf mindestens einen Teil der transformierten Wellenfront oder einen Teil der zu analysierenden Wellenfront bewirkt.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Transformation, die mindestens auf die zu analysierende Wellenfront oder die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten angewendet wird, um eine Fourier-Transformation, wobei das Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen einer Vielzahl von amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten eine Anwendung einer Fourier-Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten einschließt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt der Schritt, eine Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, mindestens einen der Schritte ein: Anwenden einer Fourier-Transformation auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine transformierte Wellenfront zu erhalten, und Anwenden einer Vielzahl von unterschiedlichen Amplitudenänderungen auf die transformierte Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, sowie die Schritte: Anwenden einer Vielzahl von verschiedenen Amplitudenänderungen auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten Wellenfronten zu erhalten, und Anwenden einer Fourier-Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten Wellenfronten, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, die Vielzahl von unterschiedlichen Amplitudenänderungen schließt räumliche Amplitudenänderungen ein, die Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Amplitudenänderungen wird durch Anwen dung einer räumlich gleichförmigen zeitlich variierenden räumlichen Amplitudenänderung mindestens auf einen Teil der transformierten Wellenfront oder einen Teil der zu analysierenden Wellenfront bewirkt, die Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Amplitudenänderungen schließt mindestens drei unterschiedliche Amplitudenänderungen ein, die Vielzahl von Intensitätsabbildungen enthält mindestens drei Intensitätsabbildungen, und die Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude oder die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, umfasst: Ausdrücken der zu analysierenden Wellenfront als erste komplexe Funktion, die eine Amplitude und eine Phase aufweist, die identisch zu der Amplitude und Phase der zu analysierenden Wellenfront sind, Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als Funktion der ersten komplexen Funktion und einer räumlichen Funktion, die die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Amplitudenänderung bestimmt, Definieren einer zweiten komplexen Funktion mit einem absoluten Wert und einer Phase als Faltung der ersten komplexen Funktion und einer Fouriertransformierten der räumlichen Funktion, die die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Amplitudenänderung bestimmt, Ausdrücken jeder der Intensitätsabbildungen als eine dritte Funktion der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion, einer Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion und einer bekannten Phasenverzögerung, die durch eine der zumindest drei verschiedenen Amplitudenänderungen erzeugt wird, die jeweils einer der drei Intensitätsabbildungen entsprechen, Lösen der dritten Funktion, um die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und die Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, Lösen der zweiten komplexen Funktion, um die Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, und Erhalten der Phase der zu analysierenden Wellenfront durch Addieren der Phase der zweiten komplexen Funktion zu der Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vielzahl von unterschiedlichen Amplitudenänderungen mindestens vier unterschiedliche Amplitudenänderungen, umfasst die Vielzahl von Intensitätsabbildungen mindestens vier Intensitätsabbildungen und schließt die Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude oder die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, ein: Ausdrücken jeder der mehreren Intensitätsabbildungen als eine dritte Funktion der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion, einer Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion, einer bekannten Phasenverzögerung, die durch eine der zumindest vier verschiede nen Amplitudenänderungen erzeugt wird, die jeweils einer der mindestens vier Intensitätsabbildungen oder mindestens einer zusätzlichen Unbekannten in Bezug auf die Wellenfrontananalyse entsprechen, wobei die Zahl der zusätzlichen Unbekannten nicht größer als die Zahl ist, um die die mehreren Intensitätsabbildungen die Zahl drei überschreiten, und Lösen der dritten Funktion, um die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion, die Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion und der zusätzlichen Unbekannten zu erhalten.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Amplitudenänderungen so gewählt, um den Kontrast in den Intensitätsabbildungen zu maximieren und Einflüsse von Rauschen auf die Phase der zu analysierenden Wellenfront zu minimieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren: Ausdrücken jeder der mehreren Intensitätsabbildungen als eine dritte Funktion der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion, einer Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion und einer bekannten Amplitudenverzögerung, die durch eine zumindest drei verschiedenen Amplitudenänderungen erzeugt wird, die jeweils einer der drei Intensitätsabbildungen entsprechen, Definieren einer vierten, fünften und sechsten komplexen Funktion, von denen keine eine Funktion von einer der mehreren Intensitätsabbildungen oder der zeitlich variierenden räumlichen Amplitudenänderungen ist, wobei jede der vierten, fünften und sechsten komplexen Funktionen eine Funktion ist von der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, dem absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und der Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion, und Ausdrücken jeder der mehreren Intensitätsabbildungen als eine Summe der vierten komplexen Funktion, der fünften komplexen Funktion, multipliziert mit der bekannten Amplitudenverzögerung, entsprechend jeder der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, und der sechsten komplexen Funktion, multipliziert mit der bekannten Amplitudenverzögerung entsprechend jeder der mehreren Intensitätsabbildungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt ferner der Schritt, die dritte Funktion zu lösen, um die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und die Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten, ein: Erhalten von zwei Lösungen für jede der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion und der Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion, wobei die beiden Lösungen aus einer Lösung mit einem höheren Wert und einer Lösung mit einem niedrigeren Wert bestehen, Kombinieren der beiden Lösungen in eine verbesserte Absolutwertlösung für den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion, indem an jeder räumlichen Stelle entweder die Lösung mit dem höheren Wert oder die Lösung mit dem niedrigeren Wert der beiden Lösungen in einer Weise ausgewählt wird, dass die verbesserte Absolutwertlösung der zweiten komplexen Funktion genügt, und Kombinieren der beiden Lösungen der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront in eine verbesserte Amplitudenlösung, indem an jeder räumlichen Stelle die Lösung mit dem höheren Wert oder die Lösung mit dem niedrigeren Wert der beiden Lösungen der Amplitude derart ausgewählt wird, dass an jeder Stelle, wo die Lösung mit dem höheren Wert für die Absolutwertlösung ausgewählt ist, die Lösung mit dem höheren Wert für die Amplitudenlösung ausgewählt wird, und an jeder Stelle, wo die Lösung mit dem niedrigeren Wert für die Absolutwertlösung ausgewählt wird, die Lösung mit dem niedrigeren Wert für die Amplitudenlösung ausgewählt wird, und Kombinieren der beiden Lösungen der Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion in eine verbesserte Differenzlösung, indem an jeder räumlichen Stelle die Lösung mit dem höheren Wert oder die Lösung mit dem niedrigeren Wert der beiden Lösungen der Differenz derart ausgewählt wird, dass an jeder Stelle, wo die Lösung mit dem höheren Wert für die Absoutwertlösung ausgewählt ist, die Lösung mit dem höheren Wert für die Differenzlösung ausgewählt wird, und an jeder Stelle, wo die Lösung mit dem niedrigeren Wert für die Absolutwertlösung ausgewählt ist, die Lösung mit dem niedrigeren Wert für die Differenzlösung ausgewählt wird.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Amplitudenänderung auf einen räumlich zentralen Teil zumindest der transformierten Wellenfront oder der zu analysierenden Wellenfront angewandt.
Zusätzlich oder alternativ wird die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Amplitudenänderung auf etwa eine Hälfte mindestens der transformierten Wellenfront oder der zu analysierenden Wellenfront angewendet.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Addition einer Amplitudenkomponente mit relativ hochfrequenten Komponenten zur zu analysierenden Wellenfront, um den hochfrequenten Anteil der Vielzahl der unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhöhen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Information auf den Medien codiert, wodurch ein Intensitätswert durch Reflexion von Licht von jeder Stelle auf den Medien realisiert wird, um innerhalb eines bestimmten Wertebereiches zu liegen, wobei der Bereich einem an der Stelle gespeicherten Informationselement entspricht, und durch Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen mehrere Intensitätswerte für jede Stelle realisiert werden, wobei mehrere Informationselemente für jede Stelle auf den Medien zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten eine Vielzahl von Wellenfronten, deren Amplitude dadurch verändert worden ist, dass mindestens eine zeitlich variierende Amplitudenänderungsfunktion auf die zu analysierende Wellenfront angewendet worden ist.
Zusätzlich enthält gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zu analysierende Wellenfront eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten und erhält man die Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten durch Anwendung einer Amplitudenänderung auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten mindestens einer zu analysierenden Wellenfront oder einer transformierten Wellenfront, die man durch Anwendung einer transformierten auf die zu analysierende Wellenfront erhält.
Vorzugsweise wird die Amplitudenänderung die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten der zu analysierenden Wellenfront angewendet und wird die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten angewendete Amplitudenänderung dadurch bewirkt, dass mindestens die zu analysierende Wellenfront oder die transformierte Wellenfront durch ein Objekt geleitet wird, deren Transmission der Wellenlängenkomponenten räumlich variiert.
Ferner wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten angewendete Amplitudenänderung dadurch bewirkt, dass mindestens die zu analysierende Wellenfront oder die transformierte Wellenfront von einer Oberfläche reflektiert wird, deren Reflektion der Wellenlängenkomponenten räumlich variiert.
Ferner wird gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten angewendete Amplitudenänderung so ausgewählt, dass sie sich um ein bestimmtes Maß für zumindest einige aus der Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten unterscheidet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird außerdem die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten angewendete Amplitudenänderung so ausgewählt, dass sie für zumindest einige aus der Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten identisch ist.
Vorzugsweise wird die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten angewendete Amplitudenänderung dadurch bewirkt, dass zumindest die zu analysierende Wellenfront oder die transformierte Wellenfront durch eine Vielzahl von Objekten geleitet wird, von denen jedes dadurch gekennzeichnet ist, dass deren Transmission der Wellenlängenkomponenten räumlich variiert.
Ferner wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schritt, eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen zu erhalten, gleichzeitig für sämtliche unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten durchgeführt und schließt der Schritt, eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen zu erhalten, ein Teilen der Vielzahl der unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten in separate Wellenlängenkomponenten ein.
Vorzugsweise wird der Schritt, die Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu teilen, dadurch bewirkt, dass die Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten durch ein Streuelement geleitet wird.
Außerdem enthält gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zu analysierende Wellenfront eine Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten und erhält man die Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten durch Anwendung einer Amplitudenänderung auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten mindestens der zu analysierenden Wellenfront oder einer transformierten Wellenfront, die man durch Anwendung einer Transformation auf die zu analysierende Wellenfront erhält.
Vorzugsweise ist die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten angewendete Amplitudenänderung unterschiedlich für mindestens einige aus der Vielzahl der unterschiedlichen Polarisationskomponenten.
Gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die auf die Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten angewendete Amplitudenänderung identisch für mindestens einige aus der Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten.
Außerdem schließt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schritt, eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen aus der Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, ein: Anwenden einer Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten.
Ferner erhält man gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vielzahl von Intensitätsabbildungen durch Reflexion der Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten von einer Reflexionsfläche, um die Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu transformieren.
Zusätzlich handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Transformation, die mindestens auf die zu analysierende Wellenfront oder die Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten Wellenfronten angewendet wird, um eine Fourier-Transformation.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt der Schritt, die Vielzahl von Intensitätsabbildungen zu verwenden, um die Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Amplitude oder die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, ein: Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als zumindest eine mathematische Funktion der Phase und der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, wobei zumindest die Phase oder die Amplitude unbekannt ist, und Verwenden der mathematischen Funktion, um die Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Phase oder die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront anzeigt.
Vorzugsweise umfasst die Vielzahl von Intensitätsabbildungen mindestens vier Intensitätsabbildungen und schließt die Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Amplitude oder die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, eine Verwendung einer Vielzahl von Kombinationen ein, und zwar jede von mindestens drei aus der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Vielzahl von Anzeigen zumindest der Amplitude oder der Phase der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Zusätzlich weist das Verfahren ebenfalls die Verwendung der Vielzahl von Anzeigen von zumindest der Amplitude oder der Phase der zu analysierenden Wellenfront auf, um eine verbesserte Anzeige von zumindest der Amplitude oder der Phase der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Ferner umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zu analysierende Wellenfront mindestens eine eindimensionale Komponente; das Erhalten der unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten schließt ein: Anwenden einer eindimensionalen Fourier-Transformation auf die zu analysierende Wellenfront, wobei die Fourier-Transformation in einer zu einer Ausbreitungsrichtung senkrechten Dimension durchgeführt wird, um dadurch zumindest eine eindimensionale Komponente einer transformierten Wellenfront in der zu der Ausbreitungsrichtung senkrechten Dimension zu erhalten, Anwenden einer Vielzahl von Amplitudenänderungen auf jede der eindimensionalen Komponente, um dadurch zumindest eine eindimensionale Komponente einer Vielzahl von unterschiedlich amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, und die Vielzahl von Intensitätsabbildungen werden verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude oder die Phase der eindimensionalen Komponente der zu analysierenden Wellenfront angibt.
Vorzugsweise wird die Vielzahl von unterschiedlichen Amplitudenänderungen auf jede der eindimensionalen Komponente angewandt, indem für eine Relativbewegung zwischen der zu analysierenden Wellenfront und einem Element gesorgt wird, das räumlich veränderliche, zeitlich konstante Amplitudenänderungen erzeugt, wobei die Relativbewegung in einer zusätzlichen Dimension erfolgt, die senkrecht sowohl zur Ausbreitungsrichtung als auch zu der zur Ausbreitungsrichtung senkrechten Dimension liegt.
Zusätzlich oder alternativ umfasst die eindimensionale Fourier-Transformation, die auf die zu analysierende Wellenfront angewendet wird, eine zusätzliche Fourier-Transformation, um ein Übersprechen zwischen unterschiedlichen eindimensionalen Komponenten der zu analysierenden Wellenfront zu minimieren.
Vorzugsweise handelt es sich bei der zu analysierenden Wellenfront um eine akustische Strahlungswellenfront.
Ferner weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die von der Fläche reflektierte Strahlung ein schmales Band um eine gegebene Wellenlänge auf, wodurch die Phase der zu analysierenden Wellenfront proportional zu geometrischen Veränderungen in der Fläche ist, wobei die Proportion eine inverse lineare Funktion der Wellenlänge ist.
Ferner weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Strahlung zumindest zwei schmale Bänder auf, die jeweils um eine unterschiedliche Wellenlänge zentriert sind, wobei mindestens zwei Wellenlängenkomponenten in der zu analysierenden Wellenfront und mindestens zwei Phasenangaben der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung gestellt werden, wodurch eine verbesserte Abbildung eines Merkmals eines mit Strahlung beaufschlagten Elementes, auf das die Strahlung einfällt, ermöglicht wird durch Vermeiden einer Mehrdeutigkeit in der Abbildung, die die größere der unterschiedlichen Wellenlängen überschreitet, um die die zwei schmalen Bände^r zentriert sind, wobei das Merkmal zumindest eine geometrische Variation der Oberfläche, eine Dicke oder eine geometrische Variation des Elementes umfasst.
Zusätzlich treten bei Auftritt von Querverschiebungen in der Vielzahl von unterschiedlichen Amplitudenänderungen entsprechende Änderungen in der Vielzahl von Intensitätsabbildungen auf und führt die Verwendung zum Erhalten einer Anzeige der Querverschiebungen.
Es wird ebenfalls gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Amplitudenveränderungsanalyse zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst Erhalten einer zu analysierenden Amplitudenveränderungsanalysenwellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, Anwenden einer Transformation auf die Amplitudenveränderungsanalysenwellenfront, um dadurch eine transformierte Wellenfront zu erhalten, Anwenden mindestens einer Amplitudenveränderung auf die transformierte Wellenfront, um mindestens eine amplitudenveränderte, transformierte Wellenfront zu erhalten, Erhalten mindestens einer Intensitätsabbildung der amplitudenveränderten, transformierten Wellenfront und Verwenden der Intensitätsabbildung, um eine Ausgabeanzeige der auf die transformierte Wellenfront angewandten Amplitudenveränderung zu erhalten.
Vorzugsweise wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Information, die durch Wahl der Höhe der Medien an jeder von mehreren unterschiedlichen Stellen auf den Medien codiert wird, ebenfalls durch Wahl des Reflexionsvermögens der Medien an jeder der mehreren unterschiedlichen Stellen auf den Medien codiert und umfasst die Verwendung der Anzeige mindestens der Amplitude oder Phase, um die Information zu erhalten, zumindest eine Verwendung der Anzeige der Phase, um die Information zu erhalten, die durch Wahl der Höhe der Medien kodiert wird, und eine Verwendung der Anzeige der Amplitude, um die Information zu erhalten, die durch Wahl des Reflexionsvermögens der Medien codiert wird.
Ferner weist gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die vom Objekt reflektierte Strahlung ein schmales Band um eine gegebene Wellenlänge auf, wodurch die Phase der zu analysierenden Wellenfront proportional zu geometrischen Veränderungen im Objekt ist, wobei die Proportion eine inverse lineare Funktion der Wellenlänge ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird näher aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung verstanden und gewürdigt, und zwar in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen:
1A eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung einer Wellenfrontanalysefunktionalität im Betrieb gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
1B eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise als Blockschaltbild vorgesehene Darstellung eines Wellenfrontanalysesystems, das zur Durchführung der Funktionalität von 1A geeignet ist, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine vereinfachte funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 1A ist, wobei zeitlich variierende Phasenänderungen auf eine transformierte Wellenfront angewendet werden;
3 eine vereinfachte funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 1A ist, wobei zeitlich variierende Phasenänderungen auf eine Wellenfront vor deren Transformation angewendet werden;
4 eine vereinfachte funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 2 ist, wobei zeitlich variierende, nicht räumlich variierende, räumliche Phasenänderungen auf eine transformierte Wellenfront angewendet werden;
5 eine vereinfachte funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 2 ist, wobei zeitlich variierende, nicht räumlich variierende, räumliche Phasenänderungen auf eine Wellenfront vor deren Transformation angewendet werden;
6 eine vereinfachte funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 1A ist, wobei Phasenänderungen auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten einer transformierten Wellenfront angewendet werden;
7 eine vereinfachte funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 1A ist, wobei Phasenänderungen auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten einer Wellenfront vor deren Transformation angewendet werden;
8 eine vereinfachte funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 1A ist, wobei Phasenänderungen auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten einer transformierte Wellenfront angewendet werden;
9 eine vereinfachte funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 1A ist, wobei Phasenänderungen auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten einer Wellenfront vor deren Transformation angewendet werden;
10A eine vereinfachte funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität der 1A ist, wobei eine zu analysierende Wellenfront mindestens eine eindimensionale Komponente aufweist;
10B eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Wellenfrontanalysesystems, das zur Durchführung der Funktionalität von 10A geeignet ist, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
11 eine vereinfachte funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 1A ist, wobei eine zusätzliche Transformation nach der Anwendung von räumlichen Phasenänderungen angewendet wird;
12 eine vereinfachte funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funtkionalität der 1A ist, wobei Intensitätsabbildungen verwendet werden, um eine Information über eine zu analysierende Wellenfront wie Anzeigen von Amplitude und Phase der Wellenfront zur Verfügung zu stellen;
13 eine vereinfachte funktionale Blockschaltbilddarstellung eines Teils der Funktionalität von 1A ist, wobei die Transformation, die auf die zu analysierende Wellenfront angewendet wird, eine Fourier-Transformation ist, wobei mindestens drei unterschiedliche räumliche Phasenänderungen auf eine transformierte Wellenfront angewendet werden und wobei mindestens drei der Intensitätsabbildungen verwendet werden, um Anzeigen von mindestens der Phase einer Wellenfront zu erhalten;
14 eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Teils eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Wellenfrontanalysesystems der in 1B gezeigten Art ist;
15 eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Systems zur Oberflächenabbildung ist, das die Funktionalität und Struktur der 1A und 1B verwendet;
16 eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Systems zur Objektinspizierung ist, das die Funktionalität und Struktur der 1A und 1B verwendet;
17 eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Systems zur Spektralanalyse ist, die die Funktionalität und Struktur der 1A und 1B verwendet;
18 eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Systems zur Phasenänderungsanalyse ist, die die Funktionalität und Struktur der 1A und 1B verwendet;
19 eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Systems zur Wiedergewinnung von gespeicherten Daten ist, welches die Funktionalität und Struktur der 1A und 1B verwendet;
20 eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Systems zur dreidimensionalen Abbildung ist, welches die Funktionalität und Struktur der 1A und 1B verwendet;
21A eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung einer Wellenfrontanalysefunktionalität im Betrieb gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
21B eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise als Blockschaltbild vorgesehene Darstellung eines Wellenfrontanalysesystems, das zur Durchführung der Funktionalität von 21A geeignet ist, gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist; und
22 eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Systems zur Oberflächenabbildung ist, das die Funktionalität und Struktur der 21A und 21B verwendet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Bezug wird nun genommen auf 1A, bei der es sich um eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung einer Wellenfrontanalysefunktionalität im Betrieb gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung handelt. Die Funktionalität von 1A kann unter den nachfolgend angegebenen Unterfunktionalitäten wie folgt zusammengefasst werden:

A. Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die einer zu analysierenden Wellenfront entsprechen, die eine Amplitude und eine Phase aufweist;
B. Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten; und
C. Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Amplitude oder die Phase der zu analysierenden Wellenfront oder beide angibt.

Wie 1A erkennen lässt, kann die erste Unterfunktionalität, die mit "A" bezeichnet ist, durch folgenden Funktionalitäten ausgedrückt werden:
Eine Wellenfront, die durch eine Vielzahl von punktförmigen Lichtquellen repräsentiert werden kann, ist im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Die Wellenfront 100 besitzt eine Phasencharakteristik, die typischerweise räumlich nicht gleichförmig ist, wie sie als durchgezogene Linie gezeigt und im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 102 bezeichnet ist. Die Wellenfront 100 besitzt ebenfalls eine Amplitudencharakteristik, die ebenfalls typischerweise räumlich nicht gleichförmig ist, die als gestrichelte Linie gezeigt und im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 103 bezeichnet ist. Eine solche Wel lenfront kann man in herkömmlicher Weise dadurch erhalten, dass Licht von einem Objekt empfangen wird, wie z.B. durch Lesen einer optischen Scheibe, beispielsweise einer DVD oder Compact Disc 104.
Ein Hauptzweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Messung der Phasencharakteristik, wie z.B. mit dem Bezugszeichen 102 bezeichnet, welche nicht bereits gemessen ist. Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Messung der Amplitudencharakteristik, wie z.B. mit dem Bezugszeichen 103 gekennzeichnet, in einer verbesserten Weise.
Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Messung sowohl der Phasencharakteristik 102 als auch der Amplitudencharakteristik 103. Während verschiedene Techniken zur Durchführung derartiger Messungen existieren, sieht die vorliegende Erfindung eine Methodenlehre vor, von der angenommen wird, dass sie gegenüber den zur Zeit bekannten überlegen ist, und zwar unter anderem auf Grund ihrer relativen Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen.
Eine Transformation, hier symbolisch mit dem Bezugszeichen 106 bezeichnet, wird an die zu analysierende Wellenfront 100 angewendet, um dadurch eine transformierte Wellenfront zu erhalten. Eine bevorzugte Transformation ist eine Fourier-Transformation. Die sich daraus ergebende transformierte Wellenfront ist symbolisch mit dem Bezugszeichen 108 bezeichnet.
Mehrere unterschiedliche Phasenänderungen, vorzugsweise räumliche Phasenäderungen, die durch optische Pfadverzögerungen 110, 112 und 114 repräsentiert werden, werden an die transformierte Wellenfront 108 angelegt, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, die durch Bezugszeichen 120, 122 bzw. 124 repräsentiert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass der dargestellte Unterschied zwischen den einzelnen der mehreren unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten darin besteht, dass Abschnitte der transformierten Wellenfront gegenüber dem übrigen Abschnitt unterschiedlich verzögert sind. Der Unterschied in den Phasenänderungen, die auf die transformierte Wellenfront 108 angewendet werden, wird in 1A durch die Änderung in der Dicke der optischen Pfadverzögerungen 110, 112 und 114 repräsentiert.
Wie sich 1A entnehmen lässt, kann die zweite Unterfunktionalität, mit "B" bezeichnet, durch Anlegen einer Transformation, vorzugsweise einer Fourier-Transformation an die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten realisiert werden. Alternativ kann die Unterfunktionalität Bohne die Verwendung einer Fourier-Transformation realisiert werden, und zwar beispielsweise durch Ausbreitung der unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten über einen ausgedehnten Raum. Schließlich erfordert die Funktionalität B eine Bestimmung der Intensitätseigenschaften der Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten. Bei den Ausgaben einer solchen Bestimmung handelt es sich um Intensitätsabbildungen, von denen Beispiele mit den Bezugszeichen, 130, 132 und 134 bezeichnet sind.
Wie in 1A dargestellt ist, kann die dritte Unterfunktionalität, mit "C" bezeichnet, durch folgende Funktionalitäten realisiert werden:
Ausdrücken, z.B. durch Verwendung eines Computers 136, der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, wie z.B. die Abbildungen 130, 132 und 134, als mindestens eine mathematische Funktion von Phase und Amplitude der zu analysierenden Wellenfront und der Vielzahl von Phasenänderungen, wobei zumindest die Phase oder die Amplitude oder möglicherweise beide unbekannt ist und die Vielzahl von verschiedenen Phasenänderungen, die typischerweise durch optische Pfadverzögerungen 110, 112 und 114 auf die transformierte Wellenfront 108 repräsentiert werden, bekannt ist; und
Verwenden, z.B. mit Hilfe des Computers 136, der mindestens eine mathematische Funktion, um eine Anzeige zumindest der Phase oder der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, die hier durch die mit dem Bezugszeichen 138 bezeichnete Phasenfunktion und die mit dem Bezugszeichen 139 bezeichnete Amplitudenfunktion repräsentiert werden, welche, wie erkannt werden kann jeweils die Phaseneigenschaften 102 und die Amplitudeneigenschaften 103 der Wellenfront 100 repräsentieren, oder von beiden zu erhalten. In diesem Beispiel kann die Wellenfront 100 die in der Compact Disc oder DVD 104 enthaltene Information repräsentieren.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vielzahl von Intensitätsabbildungen mindestens vier Intensitätsabbildungen. In einem solchen Fall schließt die Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, eine Verwendung einer Vielzahl von Kombinationen ein, und zwar jede von mindestens drei aus der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Vielzahl von Anzeigen zumindest der Phase der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Vorzugsweise weist die Methodenlehre ebenfalls die Verwendung der Vielzahl von Anzeigen von zumindest der Phase der zu analysierenden Wellenfront auf, um eine verbesserte Anzeige zumindest der Phase der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Ebenfalls umfasst gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung die Vielzahl von Intensitätsabbildungen mindestens vier Intensitätsabbildungen. In einem solchen Fall schließt die Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront angibt, eine Verwendung einer Vielzahl von Kombinationen ein, und zwar jede von mindestens drei aus der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Vielzahl von Anzeigen zumindest der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Vorzugsweise weist die Methodenlehre ebenfalls die Verwendung der Vielzahl von Anzeigen von zumindest der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront auf, um eine verbesserte Anzeige von zumindest der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Es sei darauf hingewiesen, dass man auf diese Weise verbesserte Anzeigen sowohl der Phase als auch der Amplitude der Wellenfront erhalten kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei mindestens einigen aus der Vielzahl von Anzeigen der Amplitude und der Phase um Anzeigen mindestens der zweiten Ordnung der Amplitude und der Phase der zu analysierenden Wellenfront.
Vorzugsweise erhält man die phasenveränderten, transformierten Wellenfronten durch Interferenz der zu analysierenden Wellenfront entlang eines gemeinsamen optischen Pfades.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten in einer Weise realisiert, die sich im Wesentlichen von der Durchführung einer Delta-Funktion-Phasenänderung auf die transformierte Wellenfront unterscheidet, wodurch eine Delta-Funktion-Phasenänderung eine gleichmäßige Phasenverzögerung auf einen kleinen räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront mit den Eigenschaften einer Delta-Funktion anwendet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, welche im Wesentlichen frei von Halo- und Shading-Off-Störungen ist, was für viele der bestehenden 'Phasen-Kontrast'-Verfahren ist.
Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die Ausgabe, die die Phase der zu analysierenden Wellenfront anzeigt, verarbeitet werden, um den Polarisationsmodus der zu analysierenden Wellenfront zu erhalten.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwenden werden, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, durch Kombination der Vielzahl von Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen, wobei die zweite Vielzahl kleiner als die erste Vielzahl ist, Erhalten mindestens einer Ausgabe, die die Phase der zu analysierenden Wellenfront von jeder aus der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen angibt, und Kombinieren der Ausgaben, um eine verbesserte Anzeige der Phase der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Gemäß noch einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet werden, um eine Ausgabe zu erhalten, die die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront angibt, durch Kombination der Vielzahl von Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen, wobei die zweite Vielzahl kleiner als die erste Vielzahl ist, Erhalten mindestens einer Ausgabe, die die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront von jeder aus der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen angibt, und Kombinieren der Ausgaben, um eine verbesserte Anzeige der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen.
Zusätzlich kann gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung die zuvor beschriebene Methodenlehre verwendet werden, um eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer zu analysierenden Wellenfront zu erhalten, eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, und die Vielzahl von Intensitätsabbildungen zu verwenden, um eine Ausgabe einer Phasenangabe mindestens zweiter Ordnung der zu analysierenden Wellenfront zu erhalten.
Zusätzlich oder alternativ kann gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung die zuvor beschriebene Methodenlehre verwendet werden, um eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entsprechend einer zu analysierenden Wellenfront zu erhalten, eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten und die Vielzahl von Intensitätsabbildungen zu verwenden, um eine Ausgabe von einer Amplitudenangabe mindestens zweiter Ordnung der zu analysierenden Wellenfront zu erhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt, die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, eine Transformation in die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine transformierte Wellenfront zu erhalten, und anschließend eine Anwendung einer Vielzahl von unterschiedlichen Phasen- und Amplitudenänderungen auf die transformierte Wellenfront, wodurch jede dieser Änderungen eine Phasenänderung, eine Amplitudenänderung oder eine kombinierte Phasen- und Amplitudenänderung sein kann, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten transformierten Wellenfronten zu erhalten.
Gemäß noch einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält eine zu analysierende Wellenfront mindestens zwei Wellenlängenkomponenten. In einem solchen Fall umfasst das Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen ebenfalls Teile der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten gemäß den mindestens zwei Wellenlängenkomponenten, um mindestens Wellenlängenkomponenten der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten und mindestens zwei Sätze von Intensitätsabbildungen zu erhalten, von denen jeder Satz einer anderen der zumindest zwei Wellenlängenkomponenten der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten entspricht.
Anschließend wird die Vielzahl von Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die die Amplitude und Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, indem man eine Ausgabe erhält, die die Phase der zu analysierenden Wellenfront von jedem der mindestens zwei Sätze von Intensitätsabbildungen erhält und die Ausgaben kombiniert, um eine verbesserte Anzeige der Phase der zu analysierenden Wellenfront zur Verfügung zu stellen. In der verbesserten Anzeige gibt es keine 2π-Unbestimmtheit, wenn der Wert der Phase 2π überschreitet, was herkömmlich bei Bestimmung einer Phase einer Wellenfront mit einer einzigen Wellenlänge stattfindet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die zu analysierende Wellenfront eine akustische Strahlungswellenfront sein kann.
Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass die zu analysierende Wellenfront eine elektromagnetische Strahlungswellenfront mit jeder geeigneten Wellenlänge, wie z.B. sichtbares Licht, Infrarot-, Ultraviolett- und Röntgen-Strahlung sein kann.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Wellenfront 100 durch eine relativ geringe Anzahl von Punktquellen repräsentiert und über einen relativ geringen räumlichen Bereich gebildet sein kann. In einem solchen Fall kann die Bestimmung der Intensitätseigenschaften der Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten durch ein Erfassungsmittel durchgeführt werden, welches nur ein einziges Erfassungspixel oder verschiedene Erfassungspixel aufweist. Zusätzlich kann die Ausgabe, die zumindest die Phase oder Amplitude der zu analysierenden Wellenfront oder möglicherweise beide angibt, durch den Computer 136 auf direkte Weise zur Verfügung gestellt werden.
Bezug wird nun auf 1B genommen, bei der es sich um eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise blockschaltbildartige Darstellung eines Wellenfrontanalysesystems, das zur Durchführung der Funktionalität von 1A geeignet ist, gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt. Wie 1B erkennen lässt, wird eine Wellenfront, hier mit dem Bezugszeichen 150 bezeichnet, durch eine Linse 152 auf einen Phasenmanipulator 154 fokussiert, der vorzugsweise in der Fokalebene der Linse 152 angeordnet ist. Der Phasenmanipulator 154 erzeugt Phasenänderungen und kann beispielsweise aus einem räumlichen Lichtmodulator oder einer Reihe von unterschiedlichen transparenten, räumlich nicht gleichförmigen Objekten bestehen.
Eine zweite Linse 156 ist angeordnet, um die Wellenfront 150 auf einen Sensor 158 wie z.B. einen CCD-Sensor abzubilden. Vorzugsweise ist die zweite Linse 156 so angeordnet, dass der Sensor 158 in ihrer Fokalebene liegt. Das Ausgangssignal des Sensors 158 wird vorzugsweise an eine Datenspeicher und -verarbeitungsschaltung 160 übermittelt, die vorzugsweise die Funktionalität "C" ausführt, die zuvor anhand von 1A beschrieben worden ist.
Bezug wird nun auf 2 genommen, bei der es sich um eine vereinfachte, funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 1A handelt, wobei zeitlich variierende Phasenänderungen auf eine transformierte Wellenfront angewendet werden. Wie in 2 dargestellt und zuvor anhand von 1A erläutert ist, wird eine Wellenfront 200 vorzugsweise transformiert, um eine transformierte Wellenfront 208 zu bilden.
Eine erste Phasenänderung, vorzugsweise eine räumliche Phasenänderung, wird auf die transformierte Wellenfront 208 zu einem ersten Zeitpunkt T1 angewendet, wie durch das Bezugszeichen 210 angedeutet wird, um dadurch eine phasenveränderte, transformierte Wellenfront 212 zum Zeitpunkt T1 zu erzeugen. Diese phasenveränderte, transformierte Wellenfront 212 wird ermittelt, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um eine Intensitätsabbildung zu produzieren, von der ein Beispiel mit dem Bezugszeichen 214 bezeichnet ist und die gespeichert wird, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Anschließend wird eine zweite Phasenänderung, vorzugsweise eine räumliche Phasenänderung, auf die transformierte Wellenfront 208 zu einem zweiten Zeitpunkt T2, angewendet, wie durch das Bezugszeichen 220 angedeutet ist, um dadurch eine phasenveränderte, transformierte Wellenfront 222 zum Zeitpunkt T2 zu erzeugen. Diese phasenveränderte, transformierte Wellenfront 222 wird erfasst, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um eine Intensitätsabbildung zu erzeugen, von der ein Beispiel mit dem Bezugszeichen 224 bezeichnet ist und die gespeichert wird, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Anschließend wird eine dritte Phasenänderung, vorzugsweise eine räumliche Phasenänderung, auf die transformierte Wellenfront 208 zu einem dritten Zeitpunkt T3 angewendet, wie durch das Bezugszeichen 230 angedeutet ist, um dadurch eine phasenveränderte, transformierte Wellenfront 232 zum Zeitpunkt T3 zu erzeugen. Diese phasenveränderte, transformierte Wellenfront 232 wird ermittelt, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um eine Intensitätsabbildung zu erzeugen, von der ein Beispiel mit dem Bezugszeichen 234 bezeichnet ist und die gespeichert wird, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Es sei darauf hingewiesen, dass jede geeignete Anzahl von räumlichen Phasenänderungen zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten durchgeführt und zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei mindestens einigen der Phasenänderungen 210, 220 und 230 um räumliche Phasenänderungen, die durch Anwendung einer räumlichen Phasenänderung auf einen Teil der transformierten Wellenfront 208 bewirkt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei mindestens einigen der Phasenänderungen 210, 220 und 230 um räumliche Phasenänderungen, die durch Anwendung einer zeitlich variierenden räumlichen Phasenänderung auf einen Teil der transformierten Wellenfront 208 bewirkt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei mindestens einigen der Phasenänderungen 210, 220 und 230 um räumliche Phasenänderungen, die durch Anwendung einer nicht zeitlich variierenden, räumlichen Phasenänderung auf einen Teil der transformierten Wellenfront 208 bewirkt werden, um räumlich phasenveränderte, transformierte Wellenfronten 212, 222 bzw. 232 zu erzeugen, welche anschließend räumlich variierende Intensitätsabbildungen 214, 224 bzw. 234 erzeugen.
Bezug wird nun auf 3 genommen, bei der es sich um eine vereinfachte, funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 1A handelt, wobei zeitlich variierende Phasenänderungen auf eine Wellenfront vor deren Transformation angewendet werden. Wie in 3 dargestellt, wird eine erste Phasenänderung, vorzugsweise eine räumliche Phasenänderung, auf eine Wellenfront 300 zu einem ersten Zeitpunkt T1 angewendet, wie durch das Bezugszeichen 310 angedeutet wird. Nach der Anwendung der ersten Phasenänderung auf die Wellenfront 300 wird eine Transformation, vorzugsweise eine Fourier-Transformation, darauf angewendet, um dadurch eine phasenveränderte, transformierte Wellenfront 312 zum Zeitpunkt T1 zu erzeugen. Diese phasenveränderte, transformierte Wellenfront 312 wird ermittelt, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um eine Intensitätsabbildung zu produzieren, von der ein Beispiel mit dem Bezugszeichen 314 bezeichnet ist und die gespeichert wird, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Anschließend wird eine zweite Phasenänderung, vorzugsweise eine räumliche Phasenänderung, auf die Wellenfront 300 zu einem zweiten Zeitpunkt T2, angewendet, wie durch das Bezugszeichen 320 angedeutet ist. Nach Anwendung der zweiten Phasenänderung auf die Wellenfront 300, wird eine Transformation, vorzugsweise eine Fourier-Transformation, hierauf angewendet, um dadurch eine phasenveränderte, transformierte Wellenfront 322 zum Zeitpunkt T2 zu erzeugen. Diese phasenveränderte, transformierte Wellenfront 322 wird erfasst, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um eine Intensitätsabbildung zu erzeugen, von der ein Beispiel mit dem Bezugszeichen 324 bezeichnet ist und die gespeichert wird, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Anschließend wird eine dritte Phasenänderung, vorzugsweise eine räumliche Phasenänderung, auf die Wellenfront 300 zu einem dritten Zeitpunkt T3 angewendet, wie durch das Bezugszeichen 330 angedeutet ist. Nach Anwendung der dritten Phasenänderung auf die Wellenfront 300 wird eine Transformation, vorzugsweise eine Fourier-Transformation, hierauf angewendet, um dadurch eine phasenveränderte, transformierte Wellenfront 332 zum Zeitpunkt T3 zu erzeugen. Diese phasenveränderte, transformierte Wellenfront 332 wird ermittelt, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um eine Intensitätsabbildung zu erzeugen, von der ein Beispiel mit dem Bezugszeichen 334 bezeichnet ist und die gespeichert wird, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Es sei darauf hingewiesen, dass jede geeignete Anzahl von räumlichen Phasenänderungen zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten durchgeführt und zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei mindestens einigen der Phasenänderungen 310, 320 und 330 um räumliche Phasenänderungen, die durch Anwendung einer räumlichen Phasenänderung auf einen Teil der Wellenfront 300 bewirkt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei mindestens einigen der Phasenänderungen 310, 320 und 330 um räumliche Phasenänderungen, die durch Anwendung einer zeitlich variierenden räumlichen Phasenänderung auf einen Teil der Wellenfront 300 bewirkt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei mindestens einigen der Phasenänderungen 310, 320 und 330 um räumliche Phasenänderungen, die durch Anwendung einer nicht zeitlich variierenden, räumlichen Phasenänderung auf einen Teil der Wellenfront 308 bewirkt werden, um räumlich phasenveränderte, transformierte Wellenfronten 312, 322 bzw. 332 zu erzeugen, welche anschließend räumlich variierende Intensitätsabbildungen 314, 324 bzw. 334 erzeugen.
Bezug wird nun auf 4 genommen, bei der es sich um eine vereinfachte, funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 2 handelt, insbesondere in einem Fall, wo zeitlich variierende, nicht räumlich variierende, räumliche Phasenänderungen auf eine transformierte Wellenfront angewendet werden. Wie in 4 dargestellt und zuvor anhand von 1A erläutert ist, wird eine Wellenfront 400 vorzugsweise transformiert, um eine transformierte Wellenfront 408 zu bilden.
Eine bevorzugte Transformation ist eine Fourier-Transformation
Eine erste räumliche Phasenänderung wird auf die transformierte Wellenfront 408 zu einem ersten Zeitpunkt T1 angewendet, wie durch das Bezugszeichen 410 angedeutet ist. Diese Phasenänderung wird bevorzugt durch Anwenden einer räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerung D, bezeichnet als 'D=D1', auf einen gegebenen räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront 408 bewirkt. Somit ist im gegebenen räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront der Wert der Phasenverzögerung zum Zeitpunkt T1 D1, während im übrigen Bereich der transformierten Wellenfront, wo eine Phasenverzögerung nicht angewendet wird, der Wert der Phasenverzögerung D=0 ist.
Diese erste räumliche Phasenänderung 410 erzeugt dadurch eine räumlich phasenveränderte, transformierte Wellenfront 412 zum Zeitpunkt T1. Diese räumlich phasenveränderte, transformierten Wellenfront 412 wird erfasst, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um eine räumlich variierende Intensitätsabbildung zu erzeugen, von der ein Beispiel mit dem Bezugszeichen 414 bezeichnet ist, und die gespeichert wird, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Anschließend wird eine zweite räumliche Phasenänderung auf die transformierte Wellenfront 408 zu einem zweiten Zeitpunkt T2 angewendet, wie durch das Bezugszeichen 420 angedeutet ist. Diese Phasenänderung wird vorzugsweise durch Anwendung einer räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerung D, gekennzeichnet durch 'D=D2', auf einen gegebenen räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront 408 bewirkt. Somit ist im gegebenen räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront der Wert der Phasenverzögerung zum Zeitpunkt T2 D2, während im übrigen Bereich der transformierten Wellenfront, wo eine Phasenverzögerung nicht angewendet wird, der Wert der Phasenverzögerung D=0 ist.
Die zweite räumliche Phasenänderung 420 erzeugt dadurch eine räumlich phasenveränderte, transformierte Wellenfront 422, zum Zeitpunkt T2. Diese räumlich phasenveränderte, transformierte Wellenfront 422 wird erfasst, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um eine räumlich variierende Intensitätsabbildung zu erzeugen, von der ein Beispiel mit dem Bezugszeichen 424 bezeichnet ist und die gespeichert wird, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Anschließend wird eine dritte räumliche Phasenänderung auf die transformierte Wellenfront 408 zu einem dritten Zeitpunkt T3 angewendet, wie durch das Bezugszeichen 430 angedeutet ist. Diese Phasenänderung wird vorzugsweise durch Anwenden einer räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerung D, gekennzeichnet durch 'D=D3', auf einen gegebenen räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront 408 bewirkt. Somit ist im gegebenen räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront der Wert der Phasenverzögerung zum Zeitpunkt T3 D3, während im übrigen Bereich der transformierten Wellenfront, wo eine Phasenverzögerung nicht angewendet wird, der Wert der Phasenverzögerung D=0 ist.
Die dritte räumliche Phasenänderung 430 erzeugt dadurch eine räumlich phasenveränderte, transformierte Wellenfront 432 zum Zeitpunkt T3. Diese räumlich phasenveränderte, transformierte Wellenfront 432 wird erfasst, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um eine räumlich variierende Intensitätsabbildung zu erzeugen, von der ein Beispiel mit dem Bezugszeichen 434 bezeichnet ist und abgespeichert wird, und zwar wie die Schaltung 160 (1B).
Es sei darauf hingewiesen, dass jede geeignete Anzahl von räumlichen Phasenänderungen zu nachfolgenden Zeitpunkten durchgeführt und zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der auf die Wellenfront 400 angewendeten Transformation um eine Fourier-Transformation, wodurch eine fouriertransformierte Wellenfront 408 zur Verfügung gestellt wird. Zusätzlich kann die Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten 412, 422 und 432 vor deren Erfassung weiter transformiert werden, und zwar vorzugsweise durch eine Fourier-Transformation.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich beim räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront 408, auf den die räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerungen D1, D2 bzw. D3 zu den Zeitpunkten T1, T2 bzw. T3 angewendet werden, um einen räumlich zentralen Bereich der transformierten Wellenfront 408.
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung kann eine Phasenkomponente mit relativ hochfrequenten Komponenten zur Wellenfront 400 vor Anwendung der Transformation hierauf addiert werden, um den hochfrequenten Inhalt der transformierten Wellenfront 408 vor Anwendung der räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerungen auf einen räumlichen Bereich hiervon zu vergrößern.
Zusätzlich handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung beim räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront 408, auf den die räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerungen D1, D2 bzw. D3 zu den Zeitpunkten T1, T2 bzw. T3 angewendet werden, um einen räumlich zentralen Bereich der transformierten Wellenfront 408, handelt es sich bei der auf die Wellenfront 400 angewendeten Transformation um eine Fourier-Transformation und wird die Vielzahl der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten 412, 422 und 432 vor deren Erfassung fouriertransformiert.
Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich beim Bereich der transformierten Wellenfront 408, auf den die räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerungen D1, D2 bzw. D3 zu den Zeitpunkten T1, T2 bzw. T3 angewendet werden, um einen räumlich zentrierten, im Wesentlichen kreisförmigen Bereich der transformierten Wellenfront 408.
Gemäß noch einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich beim Bereich der transformierten Wellenfront 408, auf den die räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerungen D1, D2 bzw. D3 zu den Zeitpunkten T1, T2 bzw. T3 angewendet werden, um einen Bereich, der etwa eine Hälfte des gesamten Bereiches abdeckt, in dem die transformierte Wellenfront 408 gebildet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält die transformierte Wellenfront 408 einen nicht-räumlich modulierten Bereich, als DC-Bereich bezeichnet, welcher ein Bild einer die Wellenfront 400 erzeugenden Lichtquelle repräsentiert, und einen Nicht-DC-Bereich. Der Bereich der transformierten Wellenfront 408, auf den die räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerungen D1, D2 bzw. D3 zu den Zeitpunkten T1, T2 bzw. T3 angewendet werden, enthält mindestens Teile sowohl des DC-Bereiches als auch des Nicht-DC-Bereiches.
Bezug wird nun auf 5 genommen, bei der es sich um eine vereinfachte, funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 3 handelt, wobei zeitlich variierende, nicht räumlich variierende, räumliche Phasenänderungen auf eine Wellenfront vor deren Transformation angewendet werden.
Wie in 5 dargestellt ist, wird eine erste räumliche Phasenänderung auf eine Wellenfront 500 zu einem ersten Zeitpunkt T1 angewendet, wie durch das Bezugszeichen 510 angedeutet ist. Diese Phasenänderung wird bevorzugt durch Anwenden einer räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerung D, bezeichnet als 'D=D1', auf einen gegebenen räumlichen Bereich der Wellenfront 500 bewirkt. Somit ist im gegebenen räumlichen Bereich der Wellenfront der Wert der Phasenverzögerung zum Zeitpunkt T1 D1, während im übrigen Bereich der Wellenfront, wo eine Phasenverzögerung nicht angewendet wird, der Wert der Phasenverzögerung D=0 ist.
Nach Anwendung der ersten räumlichen Phasenänderung auf die Wellenfront 500 wird eine Transformation, vorzugsweise eine Fourier-Transformation, hierauf angewendet, um dadurch eine räumlich phasenveränderte, transformierte Wellenfront 512 zum Zeitpunkt T1 zu erzeugen. Diese räumlich phasenveränderte, transformierten Wellenfront 512 wird erfasst, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um eine räumlich variierende Intensitätsabbildung zu erzeugen, von der ein Beispiel mit dem Bezugszeichen 514 bezeichnet ist und die gespeichert wird, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Anschließend wird eine zweite räumliche Phasenänderung auf die Wellenfront 500 zu einem zweiten Zeitpunkt T2 angewendet, wie durch das Bezugszeichen 520 angedeutet ist. Diese Phasenänderung wird vorzugsweise durch Anwendung einer räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerung D, gekennzeichnet durch 'D=D2', auf einen gegebenen räumlichen Bereich der Wellenfront 500 bewirkt. Somit ist im gegebenen räumlichen Bereich der Wellenfront der Wert der Phasenverzögerung zum Zeitpunkt T2 D2, während im übrigen Bereich der Wellenfront, wo eine Phasenverzögerung nicht angewendet wird, der Wert der Phasenverzögerung D=0 ist.
Nach Anwendung der zweiten räumlichen Phasenänderung auf die Wellenfront 500 wird eine Transformation, vorzugsweise eine Fourier-Transformation, hierauf angewendet, um dadurch eine räumlich phasenveränderte, transformierte Wellenfront 522 zum Zeitpunkt T2 zu erzeugen. Diese räumlich phasenveränderte, transformierte Wellenfront 522 wird erfasst, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um eine räumlich variierende Intensitätsabbildung zu erzeugen, von der ein Beispiel mit dem Bezugszeichen 524 bezeichnet ist und die gespeichert wird, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Anschließend wird eine dritte räumliche Phasenänderung auf die Wellenfront 500 zu einem dritten Zeitpunkt T3 angewendet, wie durch das Bezugszeichen 530 angedeutet ist. Diese Phasenänderung wird vorzugsweise durch Anwenden einer räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerung D, gekennzeichnet durch 'D=D3', auf einen gegebenen räumlichen Bereich der Wellenfront 500 bewirkt. Somit ist im gegebenen räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront der Wert der Phasenverzögerung zum Zeitpunkt T3 D3, während im übrigen Bereich der transformierten Wellenfront, wo eine Phasenverzögerung nicht angewendet wird, der Wert der Phasenverzögerung D=0 ist.
Nach Anwendung der dritten räumlichen Phasenänderung auf die Wellenfront 500 wird eine Transformation, vorzugsweise eine Fourier-Transformation, hierauf angewendet, um dadurch eine räumlich phasenveränderte, transformierte Wellenfront 532 zum Zeitpunkt T3 zu erzeugen. Diese räumlich phasenveränderte, transformierte Wellenfront 532 wird erfasst, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um eine räumlich variierende Intensitätsabbildung zu erzeugen, von der ein Beispiel mit dem Bezugszeichen 534 bezeichnet ist und abgespeichert wird, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Es sei darauf hingewiesen, dass jede geeignete Anzahl von räumlichen Phasenänderungen zu nachfolgenden Zeitpunkten durchgeführt und zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich beim räumlichen Bereich der Wellenfront 500, auf den die räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerungen D1, D2 bzw. D3 zu den Zeitpunkten T1, T2 bzw. T3 angewendet werden, um einen räumlich zentralen Bereich der Wellenfront 500.
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung kann eine Phasenkomponente mit relativ hochfrequenten Komponenten zur Wellenfront 500 vor Anwendung der Transformation hierauf addiert werden, um den hochfrequenten Inhalt der Wellenfront 500 zu vergrößern.
Zusätzlich handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung beim räumlichen Bereich der Wellenfront 500, auf den die räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerungen D1, D2 bzw. D3 zu den Zeitpunkten T1, T2 bzw. T3 angewendet werden, um einen räumlich zentralen Bereich der Wellenfront 500, handelt es sich bei den Transformationen um Fourier-Transformationen und wird die Vielzahl der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten 512, 522 und 532 vor deren Erfassung fouriertransformiert.
Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich beim Bereich der Wellenfront 500, auf den die räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerungen D1, D2 bzw. D3 zu den Zeitpunkten T1, T2 bzw. T3 angewendet werden, um einen räumlich zentrierten, im Wesentlichen kreisförmigen Bereich der Wellenfront 500.
Gemäß noch einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich beim Bereich der Wellenfront 500, auf den die räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerungen D1, D2 bzw. D3 zu den Zeitpunkten T1, T2 bzw. T3 angewendet werden, um einen Bereich, der etwa eine Hälfte des gesamten Bereiches abdeckt, in dem die Wellenfront 500 gebildet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält die Wellenfront 500 einen nicht-räumlich modulierten Bereich, als DC-Bereich bezeichnet, welcher ein Bild einer die Wellenfront 500 erzeugenden Lichtquelle repräsentiert, und einen Nicht-DC-Bereich. Der Bereich der Wellenfront 500, auf den die räumlich gleichförmigen, räumlichen Phasenverzögerungen D1, D2 bzw. D3 zu den Zeitpunkten T1, T2 bzw. T3 angewendet werden, enthält mindestens Teile sowohl des DC-Bereiches als auch des Nicht-DC-Bereiches.
Bezug wird nun auf 6 genommen, bei welcher es sich um eine vereinfachte, funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität der 1A handelt, wobei Phasenänderungen auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten einer transformierten Wellenfront angewendet werden. Wie in 6 erkennbar ist, wird eine Wellenfront 600, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten aufweist, vorzugsweise transformiert, um eine transformierte Wellenfront 602 zu erhalten. Bei der Transformation handelt es sich vorzugsweise um eine Fourier-Transformation.
Ähnlich wie die Wellenfront 600 enthält die transformierte Wellenfront 602 ebenfalls eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten, die mit den Bezugszeichen 604, 606 und 608 gekennzeichnet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl die Wellenfront 600 als auch die transformierte Wellenfront 602 jede geeignete Anzahl von Wellenlängenkomponenten enthalten können.
Eine Vielzahl von Phasenänderungen, vorzugsweise räumliche Phasenänderungen, die mit den Bezugszeichen 610, 612 und 614 gekennzeichnet sind, wird auf die entsprechenden Wellenlängenkomponenten 604, 606 und 608 der transformierten Wellenfront angewendet, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfrontkomponenten zur Verfügung zu stellen, die mit den Bezugszeichen 620, 622 und 624 entsprechend gekennzeichnet sind.
Die phasenveränderten, transformierten Wellenfrontkomponenten 620, 622 und 624 können transformiert werden, und zwar vorzugsweise mit Hilfe einer Fourier-Transformation, und werden anschließend erfasst, wie durch den Detektor 158 (1B), um räumlich variierende Intensitätsabbildungen zu erzeugen, von denen Beispiele mit den Bezugszeichen 630, 632 und 634 entsprechend gekennzeichnet sind. Diese Intensitätsabbildungen werden anschließend abgespeichert, und zwar wie durch die Schaltung 160 (1B).
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die Phasenänderungen 610, 612 und 614 dadurch bewirkt, dass die transformierte Wellenfront 602 durch ein Objekt geleitet wird, von dem mindestens dessen Dicke oder Brechungsindex räumlich variiert, um dadurch eine unterschiedliche räumliche Phasenverzögerung auf jede der Wellenlängenkomponenten 604, 606 und 608 der transformierten Wellenfront anzuwenden.
Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die Phasenänderungen 610, 612 und 614 durch Reflektion der transformierten Wellenfront 602 von einer räumlich variierenden Fläche bewirkt, um dadurch eine unterschiedliche räumliche Phasenverzögerung an jeder der Wellenlängenkomponenten 604, 606 und 608 der transformierten Wellenfront anzuwenden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die Phasenänderungen 610, 612 und 614 dadurch realisiert, dass die transformierte Wellenfront 602 durch eine Vielzahl von Objekten geleitet wird, von denen jedes dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ihre Dicke oder ihr Brechungsindex räumlich variiert. Die räumliche Varianz der Dicke oder des Brechungsindex der Vielzahl von Objekten wird derart ausgewählt, dass sich die Phasenänderungen 610, 612 und 614 um ein ausgewähltes, vorbestimmtes Maß für mindestens einige aus der Vielzahl der unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten 604, 606 und 608 unterscheiden.
Alternativ wird die räumliche Varianz der Dicke oder des Brechungsindex der Vielzahl von Objekten derart ausgewählt, dass die Phasenänderungen 610, 612 und 614 für mindestens einige aus der Vielzahl der unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten 604, 606 und 608 identisch sind.
Zusätzlich handelt es sich gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bei den Phasenänderungen 610, 612 und 614 um zeitlich variierende, räumliche Phasenänderungen. In einem solchen Fall enthält die Vielzahl der phasenveränderten, transformierten Wellenfrontkomponenten 620, 622 und 624 eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten für deren jede Wellenlängenkomponente und enthalten die Intensitätsabbildungen 630, 632 und 634 eine zeitlich variierende Intensitätsabbildung für jede derartige Wellenlängenkomponente.
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, als "Weißlicht" Ausführung bezeichnet, können sämtliche Wellenlängenkomponenten durch einen einzigen Sensor er fasst werden, was in einer zeitlich variierenden Intensitätsabbildung resultiert, die verschiedene Wellenlängenkomponenten repräsentiert.
Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfrontkomponenten 620, 622 und 624 in separate Wellenlängenkomponenten heruntergebrochen, und zwar wie z.B. durch eine räumliche Trennung, die dadurch bewirkt wird, dass beispielsweise die phasenveränderten, transformierten Wellenfrontkomponenten durch ein Streuelement geleitet werden. In einem solchen Fall werden die Intensitätsabbildungen 630, 632 und 634 gleichzeitig für sämtliche der mehreren unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten zur Verfügung gestellt.
Bezug wird nun auf 7 genommen, bei welcher es sich um eine vereinfachte, funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität der 1A handelt, wobei Phasenänderungen auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten einer Wellenfront vor deren Transformation angewendet werden. Wie in 7 erkennbar ist, enthält eine Wellenfront 700 eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten 704, 706 und 708. Es sei darauf hingewiesen, dass die Wellenfront jede geeignete Anzahl von Wellenlängenkomponenten enthalten kann.
Eine Vielzahl von Phasenänderungen, vorzugsweise räumliche Phasenänderungen, die mit den Bezugszeichen 710, 712 und 714 gekennzeichnet sind, wird auf die entsprechenden Wellenlängenkomponenten 704, 706 und 708 angewendet.
Nach Anwendung der räumlichen Phasenänderungen auf die Wellenfrontkomponenten 704, 706 und 708, wird eine Transformation, vorzugsweise eine Fourier-Transformation, hierauf angewendet, um und dadurch eine Vielzahl von verschiedenen phasenveränderten, transformierten Wellenfrontkomponenten zu erhalten, die mit den Bezugszeichen 720, 722 und 724 entsprechend gekennzeichnet sind.
Diese phasenveränderten, transformierten Wellenfrontkomponenten 720, 722 und 724 werden anschließend erfasst, wie durch den Detektor 158 (1B), um räumlich variierende Intensitätsabbildungen zu erzeugen, von denen Beispiele mit den Bezugszeichen 730, 732 und 734 entsprechend gekennzeichnet sind. Diese Intensitätsabbildungen werden anschließend abgespeichert, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die Phasenänderungen 710, 712 und 714 dadurch bewirkt, dass die Wellenfront 700 durch ein Objekt geleitet wird, von dem mindestens dessen Dicke oder Brechungsindex räumlich variiert, um da durch eine unterschiedliche räumliche Phasenverzögerung auf jede der Wellenlängenkomponenten 704, 706 und 708 der Wellenfront anzuwenden.
Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die Phasenänderungen 710, 712 und 714 durch Reflektion der Wellenfront 700 von einer räumlich variierenden Fläche bewirkt, um dadurch eine unterschiedliche räumliche Phasenverzögerung an jeder der Wellenlängenkomponenten 704, 706 und 708 der Wellenfront anzuwenden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die Phasenänderungen 710, 712 und 714 dadurch realisiert, dass die Wellenfront 700 durch eine Vielzahl von Objekten geleitet wird, von denen jedes dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ihre Dicke oder ihr Brechungsindex räumlich variiert. Die räumliche Varianz der Dicke oder des Brechungsindex dieser Objekte wird derart ausgewählt, dass sich die Phasenänderungen 710, 712 und 714 um ein ausgewähltes, vorbestimmtes Maß für mindestens einige aus der Vielzahl der unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten 704, 706 und 708 unterscheiden.
Alternativ wird die räumliche Varianz der Dicke oder des Brechungsindex dieser Objekte derart ausgewählt, dass die Phasenänderungen 710, 712 und 714 für mindestens einige aus der Vielzahl der unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten 704, 706 und 708 identisch sind.
Bezug wird nun auf 8 genommen, bei welcher es sich um eine vereinfachte, funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität der 1A handelt, wobei Phasenänderungen auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten einer transformierten Wellenfront angewendet werden. Wie in 8 erkennbar ist, wird eine Wellenfront 600, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten aufweist, vorzugsweise transformiert, um eine transformierte Wellenfront 802 zu erhalten. Bei der Transformation handelt es sich vorzugsweise um eine Fourier-Transformation. Ähnlich wie die Wellenfront 800 enthält die transformierte Wellenfront 802 ebenfalls eine Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten, die mit den Bezugszeichen 804, 806 und 808 gekennzeichnet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Polarisationskomponenten 804 oder 806 entweder räumlich unterschiedlich oder räumlich identisch sein können, jedoch von unterschiedlicher Polarisation sind. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass sowohl die Wellenfront 800 als auch die transformierte Wellenfront 802 vorzugsweise jeweils zwei Polarisationskomponenten, jedoch auch jede geeignete Anzahl von Polarisationskomponenten enthalten können.
Eine Vielzahl von Phasenänderungen, vorzugsweise räumliche Phasenänderungen, die mit den Bezugszeichen 810 und 812 gekennzeichnet sind, wird auf die entsprechenden Polarisationskomponenten 804 und 606 der transformierten Wellenfront 802 angewendet, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfrontkomponenten zur Verfügung zu stellen, die mit den Bezugszeichen 820 und 622 entsprechend gekennzeichnet sind.
Es sei angemerkt, dass die Phasenänderungen 810 und 812 zumindest einige aus der Vielzahl der unterschiedlichen Polarisationskomponenten 804 und 806 sein können. Alternativ können die Phasenänderungen 810 und 812 für mindestens einige aus der Vielzahl der unterschiedlichen Polarisationskomponenten 804 und 806 identisch sein.
Die phasenveränderten, transformierten Wellenfrontkomponenten 820 und 822 werden erfasst, und zwar wie durch den Detektor 158 (1B), um räumlich variierende Intensitätsabbildungen zu erzeugen, von denen Beispiele mit den Bezugszeichen 830 und 832 entsprechend gekennzeichnet sind. Diese Intensitätsabbildungen werden anschließend abgespeichert, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Bezug wird nun auf 9 genommen, bei welcher es sich um eine vereinfachte, funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität der 1A handelt, wobei Phasenänderungen auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten einer Wellenfront vor deren Transformation angewendet werden. Wie in 9 erkennbar ist, enthält eine Wellenfront 900 ebenfalls eine Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten 904 und 906. Es sei darauf hingewiesen, dass die Wellenfront vorzugsweise zwei Polarisationskomponenten, jedoch jede geeignete Anzahl von Polarisationskomponenten enthalten kann.
Eine Vielzahl von Phasenänderungen, vorzugsweise räumliche Phasenänderungen, die mit den Bezugszeichen 910 und 912 gekennzeichnet sind, wird auf die entsprechenden Polarisationskomponenten 904 und 906 der Wellenfront angewendet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Phasenänderungen 910 und 912 für mindestens einige aus der Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten 904 und 906 sein können. Alternativ können die Phasenänderungen 910 und 912 auch so eingestellt werden, dass sie für mindestens einige aus der Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten 904 und 096 identisch sind.
Nach Anwendung der räumlichen Phasenänderungen auf die Wellenfrontkomponenten 904 und 906 wird eine Transformation, vorzugsweise eine Fourier-Transformation, hierauf angewendet, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlichen phasenveränderten, transformierten Wellenfrontkomponenten zu erhalten, die mit Bezugszeichen 920 und 922 entsprechend gekennzeichnet sind.
Die phasenveränderten, transformierten Wellenfrontkomponenten 920 und 922 werden anschließend erfasst, und zwar wie durch den Detektor 158 (1B), um räumlich variierende Intensitätsabbildungen zu erzeugen, von denen Beispiele mit den Bezugszeichen 930 und 932 entsprechend gekennzeichnet sind. Diese Intensitätsabbildungen werden anschließend abgespeichert, und zwar wie von der Schaltung 160 (1B).
Bezug wird nun auf 10A genommen, bei welcher es sich um eine vereinfachte, funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 1A handelt, wobei eine zu analysierende Wellenfront mindestens eine eindimensionale Komponente aufweist. In der Ausführung von 10A wird eine eindimensionale Fourier-Transformation auf die Wellenfront angewendet. Vorzugsweise wird die Transformation in einer Dimension rechtwinklig zu einer Ausbreitungsrichtung der zu analysierenden Wellenfront durchgeführt, um dadurch mindestens eine eindimensionale Komponente der transformierten Wellenfront in der Dimension rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung zu erhalten.
Eine Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen wird auf jede der mindestens einen eindimensionalen Komponenten angewendet, um dadurch mindestens eine eindimensionale Komponente der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten.
Eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen wird verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die Amplitude und Phase der mindestens einen eindimensionalen Komponente der zu analysierenden Wellenfront angibt.
Wie in 10A dargestellt ist, wird eine Vielzahl von verschiedenen Phasenänderungen auf mindestens eine eindimensionale Komponente einer transformierten Wellenfront angewendet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind mindestens fünf eindimensionale Komponenten gezeigt und mit den Bezugszeichen 1001, 1002, 1003, 1004 und 1005 bezeichnet. Die Wellenfront wird vorzugsweise durch eine Fourier-Transformation transformiert. Es sei somit angemerkt, dass aufgrund der Transformation der Wellenfront die fünf eindimensionalen Komponenten 1001, 1002, 1003, 1004 und 1005 in fünf entsprechende eindimensionale Komponenten der transformierten Wellenfront transformiert werden, welche entsprechend mit den Bezugszeichen 1006, 1007, 1008, 1009 und 1010 bezeichnet sind.
Drei Phasenänderungen, entsprechend bezeichnet mit 1011, 1012 und 1013, werden jeweils auf die eindimensionalen Komponenten 1006, 1007, 1008, 1009 und 1010 der transformierten Wellenfront angewendet, um drei phasenveränderte, transformierte Wellenfronten zu erzeugen, die im Wesentlichen durch die Bezugszeichen 1016, 1018 und 1020 bezeichnet sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die phasenveränderte, transformierte Wellenfront 1016 fünf eindimensionale Komponenten, die entsprechend mit den Bezugszeichen 1021, 1022, 1023, 1024 und 1025 bezeichnet sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die phasenveränderte, transformierte Wellenfront 1018 fünf eindimensionale Komponenten, die entsprechend mit den Bezugszeichen 1031, 1032, 1033, 1034 und 1035 bezeichnet sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die phasenveränderte, transformierte Wellenfront 1020 fünf eindimensionale Komponenten, die entsprechend mit den Bezugszeichen 1041, 1042, 1043, 1044 und 1045 bezeichnet sind.
Die phasenveränderten, transformierten Wellenfronten 1016, 1018 und 1020 werden erfasst, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um drei Intensitätsabbildungen zu erzeugen, die im Wesentlichen mit den Bezugszeichen 1046, 1048 und 1050 bezeichnet sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Intensitätsabbildung 1046 fünf eindimensionale Intensitätsabbildungskomponenten, die entsprechend mit den Bezugszeichen 1051, 1052, 1053, 1054 und 1055 bezeichnet sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Intensitätsabbildung 1048 fünf eindimensionale Intensitätsabbildungskomponenten, die entsprechend mit den Bezugszeichen 1061, 1062, 1063, 1064 und 1065 bezeichnet sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Intensitätsabbildung 1050 fünf eindimensionale Intensitätsabbildungskomponenten, die entsprechend mit den Bezugszeichen 1071, 1072, 1073, 1074 und 1075 bezeichnet sind.
Die Intensitätsabbildungen 1046, 1048 und 1050 werden gespeichert, und zwar wie durch die Schaltung 160 (1B).
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die zu analysierende Wellenfront, die in 10A durch die eindimensionalen Komponenten 1001, 1002, 1003, 1004 und 1005 dargestellt ist, eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten aufweisen, und die Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen 1011, 1012, und 1013 werden auf die Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten jeder der mehreren eindimensionalen Komponenten der zu analysierenden Wellenfront angewendet. Vorzugsweise umfasst das Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen 1046, 1048 und 1050 ein Teilen der Vielzahl der eindimensionalen Komponenten der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten 1016, 1018 und 1020 in separate Wellenlängenkomponenten.
Vorzugsweise wird das Teilen der Vielzahl von eindimensionalen Komponenten der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten in separate Wellenlängenkomponenten dadurch erreicht, dass die Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten 1016, 1018 und 1020 durch ein Streuelement geleitet wird.
Bezug wird nun auf 10B genommen, bei welcher es sich um eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Wellenfrontanalysesystems handelt, das zur Durchführung der Funktionalität von 10A geeignet ist, und zwar gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 10B dargestellt ist, wird eine Wellenfront, die hier mit dem Bezugszeichen 1080 bezeichnet ist und fünf eindimensionale Komponenten 1091, 1082, 1083, 1084 und 1085 aufweist, fokussiert, und zwar wie durch eine zylindrische Linse 1086 auf einen einachsigen, verschiebbaren Phasenmanipulator 1087, der vorzugsweise in der Focalebene der Linse 1086 liegt. Die Linse 1086 erzeugt vorzugsweise eine eindimensionale Fourier-Transformation von jeder der eindimensionalen Wellenfrontkomponenten 1081, 1082, 1083, 1084 und 1085 entlang der Y-Achse.
Wie in 10B gezeigt ist, weist der Phasenmanipulator 1087 vorzugsweise ein Element zur mehrfachen lokalen Phasenverzögerung auf, und zwar wie beispielsweise einen räumlich nicht gleichförmigen transparenten Gegenstand, der typischerweise fünf unterschiedliche Phasenverzögerungsbereiche enthält, von denen jeder für die Anwendung einer Phasenverzögerung auf eine der eindimensionalen Komponenten an einer gegebenen Stelle des Gegenstandes entlang einer Achse angeordnet ist, welche hier als X- Achse bezeichnet ist und sich rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung der Wellenfront entlang einer Z-Achse und rechtwinklig zur Achse der von der Linse 1086 erzeugten Transformation, welche hier als Y-Achse bezeichnet ist, erstreckt.
Eine zweite Linse 1088, vorzugsweise eine zylindrische Linse, ist angeordnet, um die eindimensionalen Komponenten 1081, 1082, 1083, 1084 und 1085 auf einen Sensor 1089 wie z.B. einen CCD-Sensor abzubilden. Vorzugsweise ist die zweite Linse 1088 so angeordnet, dass der Sensor 1089 in ihrer Fokalebene liegt. Das Ausgangssignal des Sensors 1089 wird vorzugsweise an eine Datenspeicher- und -verarbeitungsschaltung 1090 übermittelt, die vorzugsweise die zuvor anhand von 1A beschriebene Funktionalität "C" ausführt.
Eine Relativbewegung wird zwischen dem optischen System mit dem Phasenmanipulator 1087, den Linsen 1086 und 1088 und dem Sensor 1089 und den eindimensionalen Wellenfrontkomponenten 1081, 1082, 1083, 1084 und 1085 entlang der X-Achse gebildet. Diese Relativbewegung schafft nacheinander eine Übereinstimmung der verschiedenen Phasenverzögerungsbereiche mit verschiedenen Wellenfrontkomponenten, so dass vorzugsweise jede Wellenfrontkomponente durch jeden Phasenverzögerungsbereich des Phasenmanipulators 1087 läuft.
Ein besonderes Merkmal der Ausführung der 10A und 10B besteht darin; dass jede der eindimensionalen Komponenten der Wellenfront getrennt verarbeitet wird. Somit ist im Kontext von 10B erkennbar, dass die fünf eindimensionalen Wellenfrontkomponenten 1081, 1082, 1083, 1084 und 1085 jeweils durch einen separaten Abschnitt der zylindrischen Linsen 1086 fokussiert, von einem entsprechenden separaten Abschnitt der zylindrischen Linse 1088 abgebildet und durch einen unterschiedlichen Bereich des Phasenmanipulators 1087 geleitet werden. Die Bilder jeder der fünf eindimensionalen Wellenfrontkomponenten 1081, 1082, 1083, 1084 und 1085 am Sensor 1089 erscheinen als separate und unterschiedliche Bilder, die entsprechend mit den Bezugszeichen 1091, 1092, 1093, 1094 und 1095 bezeichnet sind. Es sei angemerkt, dass diese Bilder auf getrennten Sensoren erscheinen können, die zusammen den Sensor 1089 anstelle eines monolithischen Sensors bilden.
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst die auf die Wellenfront angewendete Transformation eine zusätzliche Fourier-Transformation. Diese zusätzliche Fourier-Transformation kann durch die Linse 1086 oder durch eine zusätzliche Linse durchgeführt werden und minimiert ein Übersprechen zwischen unterschiedlichen eindimensionalen Komponenten der Wellenfront. In einem solchen Fall wird vorzugsweise eine weitere Transformation auf die phasenveränderte, transformierte Wellenfront angewendet. Diese weitere Transformation kann durch die Linse 1088 oder durch eine zusätzliche Linse durchgeführt werden.
Bezug wird nun genommen auf 11, bei der es sich um eine vereinfachte, funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 1A handelt, wobei eine zusätzliche Transformation nach der Anwendung von räumlichen Phasenänderungen angewendet wird. Wie 11 erkennen lässt und zuvor anhand von 1A beschrieben worden ist, wird eine Wellenfront 1100 vorzugsweise durch eine Fourier-Transformation transformiert und werden eine Vielzahl von Phasenänderungen auf die transformierte Wellenfront angewendet, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, die durch die Bezugszeichen 1120, 1122 und 1224 repräsentiert werden.
Die phasenveränderten, transformierten Wellenfronten werden anschließend vorzugsweise durch eine Fourier-Transformation transformiert und dann erfasst, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um räumlich variierende Intensitätsabbildungen zu erzeugen, von denen Beispiele mit den Bezugszeichen 1130, 1132 und 1134 bezeichnet sind. Diese Intensitätsabbildungen werden anschließend gespeichert, und zwar wie durch die Schaltung 160 (1B).
Es sei angemerkt, dass man jede geeignete Anzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten erhalten kann und diese anschließend in eine für eine Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung zu speichernde entsprechende Vielzahl von Intensitätsabbildungen gewandelt werden können.
Bezug wird nun auf 12 genommen, bei welcher es sich um eine vereinfachte, funktionale Blockschaltbilddarstellung der Funktionalität von 1A handelt, wobei Intensitätsabbildungen verwendet werden, um eine Information über eine zu analysierende Wellenfront wie z.B. Angaben von Amplitude und Phase der Wellenfront zur Verfügung zu stellen. Wie in 12 dargestellt und zuvor anhand von 1A erläutert worden ist, wird eine Wellenfront 1200 vorzugsweise durch eine Fourier-Transformation transformiert und durch eine Phasenänderungsfunktion phasenverändert, um verschiedene, vorzugsweise mindestens drei, unterschiedlich phasenveränderte, transformierte Wellenfronten zu erhalten, die entsprechend mit den Bezugszeichen 1210, 1212 und 1214 bezeichnet sind. Die phasenveränderten, transformierten Wellenfronten 1210, 1212 und 1214 werden anschließend erfasst, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um räumlich variieren de Intensitätsabbildungen zu erzeugen, von denen Beispiele mit den Bezugszeichen 1220, 1222 und 1224 bezeichnet sind.
Parallel zur Erzeugung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen wie z.B. die Intensitätsabbildungen 1220, 1222 und 1224 werden die erwarteten Intensitätsabbildungen als eine erste Funktion der Amplitude der Wellenfront 1200, der Phase der Wellenfront 1200 und der Phasenänderungsfunktion, die die unterschiedlichen phasenveränderten, transformierten Wellenfronten 1210, 1212 und 1214 charakterisiert und mit dem Bezugszeichen 1230 bezeichnet ist, ausgedrückt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist mindestens die Phase oder die Amplitude der Wellenfront unbekannt oder sind sowohl die Phase als auch die Amplitude unbekannt. Die Phasenänderungsfunktion ist bekannt.
Die erste Funktion der Phase und Amplitude der Wellenfront und der Phasenänderungsfunktion wird anschließend gelöst, wie durch das Bezugszeichen 1235 angedeutet ist, und zwar z.B. mit Hilfe eines Computers 136 (1A), was zu einem Ausdrücken von mindestens der Amplitude oder der Phase der Wellenfront 1200 oder von beiden als eine zweite Funktion der Intensitätsabbildungen 1220, 1222 und 1224 führt, wie durch das Bezugszeichen 1240 angedeutet.
Die zweite Funktion wird anschließend zusammen mit den Intensitätsabbildungen 1220, 1222 und 1224 verarbeitet, wie beim Bezugszeichen 1242 angedeutet ist. Als Teil dieser Verarbeitung werden die erfassten Intensitätsabbildungen 1220, 1222 und 1224 in die zweite Funktion substituiert. Die Verarbeitung kann mit Hilfe eines Computers 136 (1A) durchgeführt werden und stellt eine Information betreffend die Wellenfront 1200 wie z.B. Angaben von mindestens der Amplitude oder der Phase der Wellenfront oder möglicherweise von beiden zur Verfügung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vielzahl von Intensitätsabbildungen mindestens vier Intensitätsabbildungen. In einem solchen Fall schließt die Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase oder die Amplituden der Wellenfront 1200 angibt, eine Verwendung einer Vielzahl von Kombinationen ein, wobei es sich bei jeder der Kombinationen um eine Kombination von mindestens drei aus der Vielzahl von Intensitätsabbildungen handelt, um eine Vielzahl von Anzeigen zumindest der Phase oder die Amplitude der Wellenfront 1200 zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise weist diese Methodenlehre ebenfalls die Verwendung der Vielzahl von Anzeigen von zumindest der Phase oder der Amplitude der Wellenfront 1200 auf, um eine verbesserte Anzeige zumindest der Phase oder der Amplitude der Wellenfront 1200 zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei mindestens einigen aus der Vielzahl von Anzeigen der Amplitude und der Phase um Anzeigen mindestens der zweiten Ordnung der Amplitude und der Phase der Wellenfront 1200.
Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die erste Funktion als eine Funktion von einigen Unbekannten gelöst werden, um die zweite Funktion durch Ausdrücken einiger Unbekannter wie z.B. mindestens der Amplitude oder Phase der Wellenfront 1200 als eine zweite Funktion der Intensitätsabbildungen, wie durch das Bezugszeichen 1240 angedeutet, zu erhalten.
Demgemäß kann das Lösen der ersten Funktion umfassen:
Definieren einer komplexen Funktion der Amplitude der Wellenfront 1200, der Phase der Wellenfront 1200 und der Phasenänderungsfunktion, die die unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten 1210, 1212 und 1214 charakterisiert. Diese komplexe Funktion ist dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität an jedem Ort in der Vielzahl von Intensitätsabbildungen eine Funktion vorherrschend eines Wertes der komplexen Funktion an dem Ort und der Amplitude und der Phase der Wellenfront 1200 an dem selben Ort ist;
Ausdrücken der komplexen Funktion als eine dritte Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen 1220, 1222 und 1224; und
Erhalten von Werten für die Unbekannten wie z.B. mindestens die Phase oder Amplitude der Wellenfront 1200 durch Verwenden der komplexen Funktion, die als eine Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen ausgedrückt wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der komplexen Funktion vorzugsweise um eine Faltung einer anderen komplexen Funktion, die eine Amplitude und Phase identisch zur Amplitude und Phase der Wellenfront 1200 besitzt, und einer Fourier-Transformation der Phasenänderungsfunktion, die die unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten 1210, 1212 und 1214 charakterisiert.
Bezug wird nun auf 13 genommen, bei welcher es sich um eine vereinfachte, funktionale Blockschaltbildabbildung eines Teils der Funktionalität von 1A handelt, wobei die auf die zu analysierende Wellenfront angewendete Transformation eine Fourier-Transformation ist, wobei mindestens drei unterschiedliche räumliche Phasenänderungen auf die so transformierte Wellenfront angewendet werden und wobei mindestens drei Intensitätsabbildungen verwendet werden, um Angaben mindestens der Phase oder der Amplitude der Wellenfront zu erhalten.
Wie zuvor anhand von 1A erläutert worden ist, wird eine zu analysierende Wellenfront 100 (1A) transformiert und durch mindestens drei unterschiedliche räumliche Phasenänderungen phasenverändert, welche sämtlich durch eine räumliche Funktion bestimmt werden, um mindestens drei phasenveränderte, transformierte Wellenfronten zu erhalten, die durch die Bezugszeichen 120, 122 und 124 repräsentiert werden (1A) und anschließend erfasst werden, und zwar wie durch den Sensor 158 (1B), um räumlich variierende Intensitätsabbildungen zu erzeugen, von denen Beispiele durch die Bezugszeichen 130, 132 und 134 angegeben sind (1A). Wie in 13 gezeigt und als Unterfunktionalität "C" zuvor anhand von 1A angegeben ist, werden die Intensitätsabbildungen verwendet, um eine Ausgabenanzeige von mindestens der Phase oder der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront oder möglicherweise von beiden zu erhalten.
Aus 13 ist erkennbar, dass die zu analysierende Wellenfront als eine erste komplexe Funktion f(x)=A(x)_e ^iφ(x), wobei 'x' eine allgemeine Angabe eines räumlichen Ortes ist. Die komplexe Funktion weist eine Amplitudenverteilung A(x) und eine Phasenverteilung φ(x) auf, die identisch mit der Amplitude und Phase der zu analysierenden Wellenfront ist. Die erste komplexe Funktion f(x)=A(x)_e ^iφ(x) ist durch das Bezugszeichen 1300 angegeben.
Wie zuvor anhand von 1A erläutert worden ist, wird jede der mehreren unterschiedlichen räumlichen Phasenänderungen auf die transformierte Wellenfront angewendet, indem vorzugsweise eine räumlich gleichförmige, räumliche Phasenverzögerung mit einem bekannten Wert auf einen gegebenen räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront angewendet wird. Wie 13 erkennen lässt, ist die diese unterschiedlichen Phasenänderungen bestimmende räumliche Funktion mit 'G' bezeichnet, und ein Beispiel hiervon, und zwar für einen Phasenverzögerungswert von θ, ist mit dem Bezugszeichen 1304 bezeichnet.
Bei der Funktion 'G' handelt es sich um eine räumliche Funktion der an jedem räumlichen Ort der transformierten Wellenfront angewendeten Phasenänderung. In dem besonderen Beispiel, das mit dem Bezugszeichen 1304 bezeichnet ist, wird die räumlich gleichförmige, räumliche Phasenverzögerung mit einem Wert von θ auf einen räumlich zentralen Bereich der transformierten Wellenfront, wie durch den mittleren Teil der Funktion mit einem Wert von θ angedeutet, welcher größer als der Wert der Funktion an anderer Stelle ist, angewendet.
Eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen, ausgedrückt durch räumliche Funktionen I₁(x), I₂(x) und I₃(x), wird jeweils als eine Funktion der ersten komplexen Funktion f(x) und der räumlichen Funktion G ausgedrückt, wie durch das Bezugszeichen 1308 angedeutet ist.
Anschließend wird eine zweite komplexe Funktion S(x), die einen absoluten Wert |S(x)| und eine Phase α(x) aufweist, als eine Faltung der ersten komplexen Funktion f(x) und einer Fourier-Transformation der räumlichen Funktion 'G' gebildet. Diese zweite komplexe Funktion, mit dem Bezugszeichen 1312 bezeichnet, wird durch die Gleichung
ausgedrückt, wobei das Symbol '*' eine Faltung angibt und
eine Fourier-Transformation der Funktion 'G' ist.
Die Differenz zwischen φ(x), der Phase der Wellenfront, und α(x), der Phase der zweiten komplexen Funktion, wird durch ψ(x) angegeben, die mit dem Bezugszeichen 1316 bezeichnet ist.
Das Ausdrücken von jeder der erwarteten Intensitätsabbildungen als eine Funktion von f(x) und G, wie durch das Bezugszeichen 1308 angegeben, die Bildung des absoluten Wertes und der Phase von S(x), wie durch das Bezugszeichen 1312 angegeben, und die Bildung von ψ(x), wie durch das Bezugszeichen 1316 angegeben, ermöglicht ein Ausdrücken von jeder der erwarteten Intensitätsabbildungen als eine dritte Funktion der Amplitude der Wellenfront A(x), des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion |S(x)|, der Differenz zwischen der Phase der Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion ψ(x) und der bekannten Phasenverzögerung, die durch eine der mindestens drei unterschiedlichen Phasenänderungen erzeugt wird, welche jeweils mit einer der mindestens drei Intensitätsabbildungen korrespondieren.
Die dritte Funktion ist durch das Bezugszeichen 1320 angegeben und umfasst drei Funktionen, von denen jede vorzugsweise den allgemeinen Ausdruck
wobei I_n(x) die erwarteten Intensitätsabbildungen sind und n=1, 2 oder 3 ist. In den drei Funktionen sind θ₁, θ₂ und θ₃ die bekannten Werte für die gleichförmigen räumlichen Phasenverzögerungen, von denen jede auf einen räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront angewendet wird, wodurch die Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Phasenänderungen bewirkt wird, welche die Intensitätsabbildungen I₁(x), I₂(x) und I₃(x) entsprechend erzeugen.
Es sei angemerkt, dass vorzugsweise die dritte Funktion an einem gegebenen räumlichen Ort x₀ eine Funktion von A, ψ und |S| nur am selben räumlichen Ort x₀ ist.
Die Intensitätsabbildungen sind durch das Bezugszeichen 1324 angegeben.
Die dritte Funktion wird für jeden der spezifischen räumlichen Orte x₀ gelöst, indem mindestens drei Gleichungen gelöst werden, und zwar in Bezug auf mindestens drei Intensitätswerte I₁(x₀), I₂(x₀) und I₃(x₀) bei mindestens drei unterschiedlichen Phasenverzögerungen θ₁, θ₂ und θ₃, um dadurch mindestens einen Teil der Unbekannten A(x₀), |S(x₀)| und ψ(x₀) zu erhalten. Dieser Prozess wird typischerweise für sämtliche räumlichen Orte wiederholt und führt zum Erhalten der Amplitude der Wellenfront A(x), des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion |S(x)| und der Differenz zwischen der Phase der Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion ψ(x), wie durch das Bezugszeichen 1328 angedeutet ist.
Wenn A(x), |S(x)| und ψ(x) bekannt sind, wird anschließend die die zweite komplexe Funktion bildende Gleichung, ausgedrückt durch das Bezugszeichen 1312, typischerweise allgemein für eine wesentliche Anzahl von räumlichen Orten 'x' gelöst, um α(x), die Phase der zweiten komplexen Funktion, wie mit dem Bezugszeichen 1332 bezeichnet, zu erhalten.
Schließlich erhält man die Phase ψ(x) der zu analysierenden Wellenfront durch Addieren der Phase α(x) der zweiten komplexen Funktion zur Differenz ψ(x) zwischen der Phase der Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion, wie durch das Bezugszeichen 1336 angedeutet ist.
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erhält man den absoluten Wert |S| der zweiten komplexen Funktion vorzugsweise für jeden spezifischen räumlichen Ort x₀ durch Annäherung des absoluten Wertes an ein Polynom einer vorgegebenen Ordnung am räumlichen Ort x.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung erhält man die Phase α(x) der zweiten komplexen Funktion durch Ausdrücken der zweiten komplexen Funktion S(x) als ein Eigen-Wert-Problem, und zwar z.B. als S = S·M, wobei M eine Matrix und die komplexe Funktion ein durch einen iterativen Prozess erhaltener Eigenvektor der Matrix ist. Ein Beispiel eines solchen iterativen Prozesses ist So = |S|, S_n+a = S_nMl||S_nM||, wobei n die iterative Schrittnummer ist.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung erhält man die Phase α(x) der zweiten komplexen Funktion durch Annäherung der Fourier-Transformation der räumlichen Funktion 'G', die die räumliche Phasenänderung bestimmt, an ein Polynom am Ort x, durch Annäherung der zweiten komplexen Funktion S(x) an ein Polynom am Ort x und in Abhängigkeit von diesen Annäherungen durch Lösen der Gleichung, die die zweite komplexen Funktion
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung erhält man an jedem Ort x der Amplitude der A(x) der zu analysierenden Wellenfront den absoluten Wert |S(x)| der zweiten komplexen Funktion und die Differenz ψ(x) zwischen der Phase der zweiten komplexen Funktion und der Phase der Wellenfront durch eine Methode der besten Angleichung, wie z.B. eine Methode der kleinsten Quadrate, vorzugsweise eine lineare Methode der kleinsten Quadrate, aus den Werten der Intensitätsabbildungen an diesem Ort I_n(x), wobei n=1, 2, ..., N und N die Anzahl der Intensitätsabbildungen ist. Die Genauigkeit dieses Prozesses steigt mit der Erhöhung der Anzahl N der Vielzahl der Intensitätsabbildungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst die Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen mindestens vier unterschiedliche Phasenänderungen, weist die Vielzahl von Intensitätsabbildungen mindestens vier Intensitätsabbildungen auf und kann die mit dem Bezugszeichen 1320 bezeichnete Funktion jede der erwarteten Intensitätsabbildungen ausdrücken als eine dritte Funktion:
der Amplitude der Wellenfront A(x);
des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion |S(x)|;
der Differenz zwischen der Phase der Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion ψ(x);
der bekannten Phasenverzögerung, die durch eine der mindestens vier unterschiedlichen Phasenänderungen erzeugt wird, von denen jede mit einer der mindestens vier Intensitätsabbildungen korrespondiert; und
mindestens einer zusätzlichen Unbekannten in Bezug auf die Wellenfrontanalyse, wobei die Anzahl der mindestens einen zusätzlichen Unbekannten nicht größer als die Anzahl ist, um die die mehreren Intensitätsabbildungen die Zahl drei überschreiten.
Die dritte Funktion 1320 wird anschließend durch Lösen von mindestens vier Gleichungen gelöst, die aus den mindestens vier Intensitätswerten bei mindestens vier unterschiedlichen Phasenverzögerungen resultiert, um dadurch die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion, die Differenz zwischen der Phase der Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion und die mindestens eine zusätzliche Unbekannte zu erhalten.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Werte der gleichförmigen räumlichen Phasenverzögerungen θ₁, θ₂ .., θ_n, die auf einen räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront angewendet werden, um somit die Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Phasenänderungen zu bewirken, die die Intensitätsabbildungen I₁(x), I₂(x), ..., I_N(x) entsprechend erzeugen, so ausgewählt, dass der Kontrast in den Intensitätsabbildungen maximiert wird und die Auswirkungen von Rauschen auf die Phase der zu analysierenden Wellenfront minimiert werden.
Gemäß einem noch weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die mit dem Bezugszeichen 1320 bezeichnete Funktion, die jede der erwarteten Intensitätsabbildungen als eine dritte Funktion der Amplitude der Wellenfront A(x), des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion |S(x)|, der Differenz zwischen der Phase der Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion ψ(x) sowie der bekannten Phasenverzögerung θ_i, die durch eine der mindestens drei unterschiedlichen Phasenänderungen erzeugt wird, welche jeweils mit einer der mindestens drei Intensitätsabbildungen korrespondieren, folgende Funktionalitäten:
Definieren von vierten, fünften und sechsten komplexen Funktionen, als β₀(x), β_s(x) und β_c(x) entsprechend bezeichnet, von denen keine eine Funktion von einer aus der Vielzahl von Intensitätsabbildungen oder der die Phasenänderung bestimmenden räumlichen Funktion 'G' ist. Bei jeder der vierten, fünften und sechsten komplexen Funktionen handelt es sich vorzugsweise um eine Funktion der Amplitude der Wellenfront A(x), des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion |S(x)|, der Differenz zwischen der Phase der Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion ψ(x); und
Ausdrücken jeder der mehreren Intensitätsabbildungen I_n(x) als I_n(x)=β₀(x)+β_c(x)cos(θ_n)+β_s(x)sin(θ_n), wobei θ_n der Wert der Phasenverzögerung ist, die mit der Intensitätsabbildung I_n(x) korrespondiert. Jede Intensitätsabbildung I_n(x) bei welcher n=1, 2, ..., N ist und die vorzugsweise als
ausgedrückt wird, kann anschließend als I_n(x)=β₀(x)+β_c(x)cos(θ_n)+β_s(x)sin(θ_n) ausgedrückt werden, wobei
ist.
Vorzugsweise umfasst die zuvor erwähnte Methodologie ebenfalls das Lösen der dritten Funktion 1320 durch Verwendung einer linearen Methode der kleinsten Quadrate, um aus den unterschiedlichen Intensitäten I(θ₁), ..., I(θ_N) die Werte von β₀, β_c und β_s zu berechnen, welche der Gleichung I(θ_n)=β₀+β_ccosθ_n+β_ssinθ_n am besten genügen. Anschließend wird die Amplitude A(x) durch
ermittelt, wird der absolute Wert |S(x)| der zweiten komplexen Funktion durch Lösen der Gleichung zweiter Ordnung
für |S(x)|² ermittelt und wird ψ(x) durch ψ(x) = arg(β_c(x)+2|S(x)|²+iβ_s(x)) ermittelt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Lösen der dritten Funktion, die mit dem Bezugszeichen 1320 bezeichnet ist, um, wie durch das Bezugszeichen 1328 angegeben, die Amplitude der Wellenfront A(x), den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion |S(x)| und die Differenz zwischen der Phase der Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion ψ(x) zu erhalten, verschiedene Funktionalitäten:
Erhalten von zwei Lösungen für den absoluten Wert |S(x)| der zweiten komplexen Funktion, wobei diese beiden Lösungen durch |S_h(x)| und |S_l(x)|, nämlich eine Lösung mit einem höheren Wert und eine Lösung mit einem niedrigeren Wert entsprechend, angegeben werden; und
Kombinieren der beiden Lösungen in eine verbesserte Absolutwertlösung |S(x)| für den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion, indem an jedem räumlichen Ort 'x₀' entweder die Lösung mit dem höheren Wert |S_h(x₀)| oder die Lösung mit dem niedrigeren Wert |S_l(x₀)| ausgewählt wird, so dass die verbesserte Absolutwertlösung der zweiten komplexen Funktion, die mit dem Bezugszeichen 1312 angegeben ist, genügt.
Vorzugsweise umfasst die Methodologie ebenfalls:
Erhalten von zwei Lösungen für die Amplitude A(x) der zu analysierenden Wellenfront sowie die Differenz ψ(x) zwischen der Phase der Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion, wobei es sich bei diesen beiden Lösungen um Lösungen mit einem höheren Wert A_h(x) und ψ_h(x) und Lösungen mit einem niedrigeren Wert A_l(x) und ψ_l(x) handelt; und
Kombinieren der zwei Lösungen A_h(x) und A_l(x) für die Amplitude in eine verbesserte Amplitudenlösung A(x), indem an jedem räumlichen Ort 'x₀' entweder die Lösung mit dem höheren Wert A_h(x₀) oder die Lösung mit dem niedrigeren Wert A_l(x₀) in einer Weise ausgewählt wird, dass an jedem räumlichen Ort 'x₀' bei Auswahl von |S_h(x₀)| für die Absolutwertlösung dann A_h(x₀) für die Amplitudenlösung und an jedem Ort 'x,' bei Auswahl von |S_l(x_l)| für die Absolutwertlösung dann A_l(x_l) für die Amplitudenlösung ausgewählt wird; und
Kombinieren der zwei Lösungen ψ_h(x) und ψ_l(x) der Differenz zwischen der Phase der Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion in eine verbesserte Differenzlösung ψ(x), indem an jedem räumlichen Ort 'x₀' entweder die Lösung mit dem höhe ren Wert ψ_h(x₀) oder die Lösung mit dem niedrigeren Wert ψ_l(x₀) in einer Weise ausgewählt wird, dass an jedem räumlichen Ort 'x₀' bei Auswahl von |S_h(x₀)| für die Absolutwertlösung dann ψ_h(x₀) für die Differenzlösung und an jedem Ort 'x_l' bei Auswahl von |S_l(x_l)| für die Absolutwertlösung dann ψ_l(x_l) für die Differenzlösung ausgewählt wird.
Zusätzlich umfasst gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung die Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen, die auf die transformierte Wellenfront angewendet wird, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, ebenfalls Amplitudenänderungen, was in einer Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten resultiert. Bei diesen Amplitudenänderungen handelt es sich vorzugsweise um bekannte Amplitudendämpfungen, die auf denselben räumlichen Bereich der transformierten Wellenfront angewendet werden, auf die gleichförmigen Phasenverzögerungen θ₁, θ₂, ..., θ_N angewendet werden, wobei der räumliche Bereich durch die räumliche Funktion 'G' definiert wird.
Die Amplitudendämpfungen sind mit σ₁, σ₂, ..., σ_N bezeichnet, wobei die auf die transformierte Wellenfront angewendete n-te Änderung, wobei n = 1, 2, ..., N ist, eine Phasenänderung θ_n und eine Amplitudendämpfung σ_n umfasst. Es sei angemerkt, dass einige der Phasenänderungen gleich null, was keine Phasenänderung bedeutet, und einige der Amplitudenänderungen gleich eins, was keine Amplitudendämpfung bedeutet, sein können.
Bei diesem Ausführungsbeispiel drückt die mit dem Bezugszeichen 1320 bezeichnete Funktion, die jede der erwarteten Intensitätsabbildungen I_n(x) als eine dritte Funktion der Amplitude der Wellenfront A(x), des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion |S(x)|, der Differenz zwischen der Phase der Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion ψ(x) sowie der Phasenverzögerung θ_n ausdrückt, ebenfalls jede der erwarteten Intensitätsabbildungen ebenfalls als eine Funktion der Amplitude θ_n aus und umfasst verschiedene Funktionalitäten:
Definieren von vierten, fünften, sechsten und siebten komplexen Funktionen, als β₀(x), β₁(x), β₂(x) und β₃(x) entsprechend bezeichnet, von denen keine eine Funktion von einer aus der Vielzahl von Intensitätsabbildungen oder der die Phasen- und Amplitudenänderungen bestimmenden räumlichen Funktion 'G' ist. Bei jeder der vierten, fünften, sechsten und siebten komplexen Funktionen handelt es sich vorzugsweise um eine Funktion der Amplitude der Wellenfront A(x), des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion |S(x)|, der Differenz zwischen der Phase der Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion ψ(x);
Definieren einer mit μ bezeichneten achten Funktion als eine Kombination der Phasenverzögerung und der Amplitudendämpfung, wobei für die auf die transformierte Wellenfront angewendete n-te Änderung, die eine Phasenänderung θ_n und eine Amplitudendämpfung σ_n umfasst, diese achte Funktion mit μ_n bezeichnet ist. Vorzugsweise ist die Kombination μ_n durch
definiert; und
Ausdrücken von jeder der mehreren Intensitätsabbildungen I_n(x) als
wobei β₀(x)=A²(x); β₁(x)=|S(x)|²: β₂(x)=A(x)|S(x)|e^–iψ(x) und β₃(x)=A(x)|S(x)|e^iψ(x) ist.
Vorzugsweise umfasst die zuvor beschriebene Methodologie ebenfalls das Lösen der dritten Funktion 1320, indem aus den verschiedenen Intensitäten I_n(x) die Werte von β₀(x), β₁(x), β₂(x) und β₃(x) berechnet werden, welche der Gleichung
am besten genügen. Im Anschluss werden die Amplitude A(x) durch
der absolute Wert |S(x)| der zweiten komplexen Funktion durch
und ψ(x) durch Lösen von e^iψ(x)=Winkel(β₃(x)) ermittelt.
Es sei angemerkt, dass die Amplitudendämpfungen σ₁, σ₂, ..., σ_N unbekannt sein können. In einem solchen Fall erhält man zusätzliche Intensitätsabbildungen, wobei die Anzahl der Unbekannten nicht größer als die Anzahl ist, um die die Vielzahl der Intensitätsabbildungen die Zahl drei überschreitet. Die Unbekannten erhält man in einer ähnlichen Weise wie zuvor beschrieben, wobei mindestens eine Unbekannte in Bezug auf die Wellenfrontanalyse existiert.
Bezug wird nun genommen auf 14, bei der es sich um eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Teils einer bevorzugten Ausführung eines Wellenfrontsystems der in 1B gezeigten Art handelt. Wie 14 erkennen lässt, wird eine hier mit dem Bezugszeichen 1400 bezeichnete Wellenfront teilweise durch einen Strahlenteiler 1402 geleitet und anschließend fokussiert, wie durch eine Linse 1404 auf einen Phasenmanipulator 1406, der vorzugsweise in einer Fokalebene der Linse 1404 liegt. Der Phasenmanipulator 1406 kann beispielsweise aus einem räumli chen Lichtmodulator oder einer Reihe von unterschiedlichen transparenten, räumlich nicht gleichförmigen Objekten bestehen.
Eine Reflektionsfläche 1408 ist angeordnet, um die Wellenfront 1400 zu reflektieren, nachdem sie durch den Phasenmanipulator 1406 gelaufen ist. Die reflektierte Wellenfront wird durch die Linse 1404 auf einen Sensor 1410, wie z.B. einen CDD-Sensor, über den Strahlenteiler 1402 abgebildet. Vorzugsweise sind der Strahlenteiler 1402 und der Sensor 1410 so angeordnet, dass der Sensor 1410 in der Focalebene der Linse 1404 liegt. Das Ausgangssignal des Sensors 1410 wird vorzugsweise an eine Datenspeicher- und – verarbeitungsschaltung 1412 übermittelt, welche vorzugsweise die zuvor anhand von 1A beschriebene Funktionalität "C" durchführt.
Es sei angemerkt, dass die Hinzufügung der Reflektionsfläche 1408 in ein Abbildungssystem die vom Phasenmanipulator 1406 erzeugte Phasenverzögerung verdoppelt, eine Abbildung mit einer einzigen Linse 1404 ermöglicht und hauptsächlich die Realisierung eines kompakteren Systems gestattet.
Bezug wird nun auf 15 genommen, bei welcher es sich um eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Systems zur Oberflächenabbildung handelt, die die Funktionalität und Struktur der 1A und 1B verwendet. Wie in 15 dargestellt ist, wird ein Lichtstrahl, wie z.B. Licht oder akustische Energie, von einer Strahlenquelle 1500, wahlweise über einen Strahlenaufweiter 1502, auf einen Strahlenteiler 1504 geleitet, der mindestens einen Teil der Strahlung auf eine zu inspizierende Fläche 1506 reflektiert. Bei der von der inspizierten Fläche 1506 reflektierten Strahlung handelt es sich um eine Flächenabbildungswellenfront, die eine Amplitude und eine Phase aufweist und eine Information über die Fläche 1506 enthält. Mindestens ein Teil der auf die Fläche 1506 auftreffenden Strahlung wird von der Fläche 1506 reflektiert und über den Strahlenteiler 1504 geleitet und über eine Fokussierlinse 1508 auf einen Phasenmanipulator 1510 fokussiert, der vorzugsweise in der Bildebene der Strahlenquelle 1500 liegt.
Der Phasenmanipulator 1510 kann beispielsweise aus einem räumlichen Lichtmodulator oder einer Reihe von unterschiedlichen transparenten, räumlich nicht gleichförmigen Objekten bestehen. Es sei angemerkt, dass der Phasenmanipulator 1510 so konfiguriert sein kann, dass ein wesentlicher Teil der darauf fokussierten Strahlung von diesem reflektiert wird. Alternativ kann der Phasenmanipulator 1510 so konfiguriert sein, dass ein wesentlicher Teil der darauf fokussierten Strahlung durch diesen geleitet wird.
Eine zweite Linse 1512 ist so angeordnet, um die Fläche 1506 auf einen Sensor 1514, wie z.B. einen CCD-Sensor, abzubilden. Vorzugsweise ist die zweite Linse 1512 so angeordnet, dass der Sensor 1514 in ihrer Fokalebene liegt. Das Ausgangssignal des Sensors 1514, von dem ein Beispiel aus einer Gruppe von Intensitätsabbildungen, mit dem Bezugszeichen 1515 bezeichnet, besteht, wird vorzugsweise an eine Datenspeicher- und -verarbeitungsschaltung 1516 übermittelt, welche vorzugsweise die zuvor anhand von 1A beschriebene Funktionalität "C" ausführt, um eine Ausgabe zur Verfügung zustellen, die mindestens die Phase oder die Amplitude der Flächenabbildungswellenfront oder möglicherweise beide angibt. Diese Ausgabe wird vorzugsweise weiterverarbeitet, um eine Information über die Fläche 1506, wie z.B. geometrische Veränderungen und Reflektionsvermögen der Fläche, zu erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der von der Strahlenquelle 1500 ausgesandte Strahl ein schmales Wellenlängenband um eine gegebene zentrale Wellenlänge auf, wodurch die Phase der von der Fläche 1506 reflektierten Strahlung proportional zu geometrischen Veränderungen in der Fläche 1506 ist, wobei die Proportion eine inverse lineare Funktion der zentralen Wellenlänge der Strahlung ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der von der Strahlenquelle 1500 ausgesandte Strahl mindestens zwei schmale Wellenlängenbänder auf, von denen jedes um eine unterschiedliche Wellenlänge zentriert ist, welche mit λ₁, .., λ_n bezeichnet ist. In einem solchen Fall enthält die von der Fläche 1506 reflektierte Strahlung mindestens zwei Wellenlängenkomponenten, von denen jede um eine Wellenlänge λ₁, .., λ_n zentriert ist, und erhält man mindestens zwei Phasenangaben der Flächenabbildungswellenfront. Jede derartige Angabe korrespondiert mit einer unterschiedlichen Wellenlängenkomponente der reflektierten Strahlung. Diese mindestens zwei Angaben können anschließend kombiniert werden, um eine verbesserte Abbildung der Fläche 1506 zu ermöglichen, und indem eine Unbestimmtheit in der Abbildung, bekannt als 2π-Unbestimmtheit, vermieden wird, wenn der Wert der Abbildung an einem gegebenen räumlichen Ort in der Fläche den Wert der Abbildung an einem unterschiedlichen räumlichen Ort in der Fläche um die größte der verschiedenen Wellenlängen λ₁, .., λ_n überschreitet. Eine geeignete Auswahl der Wellenlängen λ₁, .., λ_n kann zur Beseitigung dieser Unbestimmtheit führen, wenn die Differenz in den Abbildungswerten an verschiedenen Orten kleiner als das Multiplikationsprodukt sämtlicher Wellenlängen ist.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wendet der Phasenmanipulator 1510 eine Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Phasenänderungen auf die von der Fläche 1506 reflektierte und durch die Linse 1508 fouriertrans formierte Strahlungswellenfront an. Eine Anwendung der Vielzahl von unterschiedlichen räumlichen Phasenänderungen stellt unterschiedlich phasenveränderte, transformierte Wellenfronten zur Verfügung, die anschließend durch einen Sensor 1514 erfasst werden können.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung werden mindestens drei unterschiedliche räumliche Phasenänderungen durch den Phasenmanipulator 1510 angewendet, was in mindestens drei unterschiedliche Intensitätsabbildungen 1515 resultiert. Die mindestens drei Intensitätsabbildungen werden von der Datenspeicher- und -verarbeitungsschaltung 1516 verwendet, um eine Ausgabe zu erhalten, die mindestens die Phase der Flächenabbildungswellenfront angibt. In einem solchen Fall führt die Datenspeicher- und -verarbeitungsschaltung 1516 die zuvor anhand von 1A beschriebene Funktionalität "C" vorzugsweise in einer zuvor anhand von 13 beschriebenen Weise durch, wobei die zu analysierende Wellenfront (13) die Flächenabbildungswellenfront ist.
Zusätzlich enthält gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung der von der Strahlenquelle 1500 ausgesandte Strahl eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten, um dadurch eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten in der Flächenabbildungswellenfront und anschließend in der auf den Phasenmanipulator 1510 auftreffenden, transformierten Wellenfront zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise kann der Phasenmanipulator ein Objekt sein, wobei mindestens dessen Dicke, Brechungsindex und/oder Flächengeometrie räumlich variiert. Diese räumliche Varianz des Phasenmanipulators erzeugt eine unterschiedliche räumliche Phasenänderung für jede der Wellenlängenkomponenten, um eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, die anschließend vom Sensor 1514 zu erfassen sind, zur Verfügung zu stellen.
Bezug wird nun auf 16 genommen, bei welcher es sich um eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Systems zur Oberflächenabbildung handelt, die die Funktionalität und Struktur der 1A und 1B verwendet. Wie in 16 dargestellt ist, wird ein Strahl, wie z.B. Licht oder akustische Energie, von einer Strahlenquelle 1600, wahlweise über einen Strahlenaufweiter, auf ein mindestens teilweise transparentes zu inspizierendes Objekt 1602 geleitet. Bei der durch das inspizierte Objekt 1602 geleiteten Strahlung handelt es sich um eine Objektinspektionswellenfront, die eine Amplitude und eine Phase aufweist und eine Information über das Objekt 1602 enthält. Mindestens ein Teil der durch das Objekt 1602 geleiteten Strahlung wird über eine Fokussierlinse 1604 auf einen Phasenmanipulator 1606 fokussiert, der vorzugsweise in der Bildebene der Strahlenquelle 1600 liegt.
Der Phasenmanipulator 1606 kann beispielsweise aus einem räumlichen Lichtmodulator oder einer Reihe von unterschiedlichen transparenten, räumlich nicht gleichförmigen Objekten bestehen. Es sei angemerkt, dass der Phasenmanipulator 1606 so konfiguriert sein kann, dass ein wesentlicher Teil der darauf fokussierten Strahlung von diesem reflektiert wird. Alternativ kann der Phasenmanipulator 1606 so konfiguriert sein, dass ein wesentlicher Teil der darauf fokussierten Strahlung durch diesen geleitet wird.
Eine zweite Linse 1608 ist so angeordnet, um das Objekt 1602 auf einen Sensor 1610, wie z.B. einen CCD-Sensor, abzubilden. Vorzugsweise ist die zweite Linse 1608 so angeordnet, dass der Sensor 1610 in ihrer Fokalebene liegt. Das Ausgangssignal des Sensors 1610, von dem ein Beispiel aus einer Gruppe von Intensitätsabbildungen, mit dem Bezugszeichen 1612 bezeichnet, besteht, wird vorzugsweise an eine Datenspeicher- und -verarbeitungsschaltung 1614 übermittelt, welche vorzugsweise die zuvor anhand von 1A beschriebene Funktionalität "C" ausführt, um eine Ausgabe zur Verfügung zustellen, die mindestens die Phase oder die Amplitude der Objektinspektionswellenfront oder möglicherweise beide angibt. Diese Ausgabe wird vorzugsweise weiterverarbeitet, um eine Information über das Objekt 1602, wie z.B. eine Abbildung der Dicke, des Brechungsindex oder des Transmissionsvermögens des Objektes, zu erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der von der Strahlenquelle 1600 ausgesandte Strahl ein schmales Wellenlängenband um eine gegebene zentrale Wellenlänge auf und ist das Objekt 1602 im wesentlichen gleichförmig hinsichtlich Material und anderer optischer Eigenschaften, wodurch die Phase der durch das Objekt 1602 geleiteten Strahlung proportional zur Dicke des Objektes 1602 ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der von der Strahlenquelle 1600 ausgesandte Strahl ein schmales Wellenlängenband um eine gegebene zentrale Wellenlänge auf und ist das Objekt 1602 im wesentlichen gleichförmig hinsichtlich seiner Dicke, wodurch die Phase der durch das Objekt 1602 geleiteten Strahlung proportional zu optischen Eigenschaften des Objektes 1602, wie z.B. Brechungsindex oder Dichte, ist. Es sei angemerkt, dass es sich beim Objekt 1602 um jedes optische Leitungselement, wie z.B. eine optische Faser, handeln kann.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der Strahl der Strahlung, welcher von einer Strahlungsquelle 1600 bereitgestellt wird, wenigstens zwei schmale Wellenlängenbänder, jeweils zentriert um eine unterschiedliche Wellenlänge, bezeichnet λ₁, ..., λ_n. In einem solchen Fall hat die durch ein Objekt 1602 übertragene Strahlung wenigstens zwei Wellenlängenkomponenten, jeweils zentriert um eine Wellenlänge ₁, ..., λ_n und wenigstens zwei Angaben von der Phase der Objektuntersuchungswellenfront werden erhalten. Jede dieser Angaben entspricht einer unterschiedlichen Wellenlängenkomponente der übertragenen Strahlung diese wenigstens zwei Angaben können darauf folgend kombiniert werden, um eine verbesserte Darstellung der Eigenschaften, wie der Dicke, des Objekts 1602 zu ermöglichen, wobei Zweideutigkeit in der Darstellung, bekannt als 2π Zweideutigkeit, vermieden wird, wenn der Wert der Darstellung an einem gegebenen, beabstandeten Ort in dem Objekt den Wert der Darstellung an einem anderen, beabstandeten Ort in dem Objekt um die größten der unterschiedlichen Wellenlängen λ₁, ..., λ_n überschreitet. Eine geeignete Wahl der Wellenlängen λ₁, ..., λ_nkann zur Vermeidung von dieser Zweideutigkeit führen, wenn der Unterschied in den Werten der Darstellung an unterschiedlichen Orten kleiner ist als das Multiplikationsprodukt von allen Wellenlängen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bringt der Phasenmanipulator 1606 eine Vielzahl von unterschiedlichen beabstandeten Phasenänderungen auf die Strahlungswellenfront auf, welche durch das Objekt 1602 übertragen wird und nimmt eine Fourier-Transformation durch die Linse 1604 vor. Das Aufbringen der Vielzahl von unterschiedlich beabstandeten Phasenänderungen erzeugt eine Vielzahl von unterschiedlichen, phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, welche darauf folgend durch den Detektor 1610 erfasst werden können.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden wenigstens drei unterschiedlich beabstandete Phasenänderungen durch den Phasenmanipulator 1606 aufgebracht, resultierend in wenigstens drei unterschiedlichen Intensitätsdarstellungen 1612. Die wenigstens drei Intensitätsdarstellungen 1612 werden durch den Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1614 verarbeitet, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigstens die Phase der Objektuntersuchungswellenfront anzeigt. In einem solchen Fall führt der Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1614 die Funktion "C" aus, wie zuvor mit Bezug zu 1A beschrieben, vorzugsweise in einer Weise, wie zuvor mit Bezug zu 13 beschrieben, wo die zu analysierende Wellenfront die Objektuntersuchungswellenfront ist.
Zusätzlich umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Strahl der Strahlung, der von der Strahlungsquelle 1600 bereitgestellt wird, eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten in der Objektuntersuchungswellenfront und folglich in der transformierten Wellenfront, welche auf den Phasenmanipulator 1606 trifft. In diesem Fall kann der Phasenmanipulator 1606 ein Objekt sein, wenigstens eines, dessen Dicke, Brechungsindex und Oberflächengeometrie sich örtlich ändert. Diese örtliche Varianz des Phasenmanipulators erzeugt eine unterschiedliche, örtliche Phasenänderung für jede der Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, übertragenen Wellenfronten, welche darauf folgend durch den Detektor 1610 erfasst werden.
Bezug wird nun auf 17 genommen, welche eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Systems zur Spektralanalyse ist, welches die Funktionalität und Struktur der 1A und 1B aufnimmt. Wie in 17 erkennbar, wird ein Strahl der Strahlung, wie Licht oder akustische Energie, von einer zu prüfenden Strahlungsquelle 1700 versorgt, optional über einen Strahlungsexpander, auf ein bekanntes Element 1702, wie ein Etalon oder eine Vielzahl von Etalonen. Das Element 1702 ist gedacht, um eine Eingangswellenfront zu erzeugen, welche wenigstens eine variierende Phase oder Intensität aufweist. Die durch das Element 1702 übertragene Strahlung ist eine Spektralanalysenwellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, die Information über das Spektrum der Strahlungsquelle 1700 enthält. Wenigstens ein Teil der Strahlung, die durch das Element 1702 übertragen wird, wird über eine Fokussierungslinse 1704 auf einen Phasenmanipulator 1706 fokussiert, der vorzugsweise in der Bildebene der Strahlungsquelle 1700 angeordnet ist.
Der Phasenmanipulator 1706 kann z.B. ein örtlicher Lichtmodulator oder eine Reihe von unterschiedlichen, transparenten, beabstandeten nicht-gleichförmigen Objekten sein. Es wird erkannt werden, dass der Phasenmanipulator 1706 solcher Art konfiguriert sein kann, dass ein wesentlicher Teil der Strahlung, die darauf fokussiert wird, davon reflektiert wird. Alternativ kann der Phasenmanipulator 1706 solcher Art konfiguriert sein, dass ein wesentlicher Teil der darauf fokussierten Strahlung dadurch übertragen wird.
Eine zweite Linse 1708 ist so angeordnet, dass das Element 1702 auf einen Detektor 1710, wie einen CCD-Detektor, abgebildet wird. Vorzugsweise ist die zweite Linse 1708 solcher Art angeordnet, dass der Detektor 1710 in ihrer Fokussierungsebene liegt. Der Ausgang des Detektors 1710, von dem ein Beispiel ein Satz von Intensitätsdarstellungen ist, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 1712, wird vorzugsweise dem Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1714 zugeführt, der vorzugsweise die Funktion "C" ausführt, wie zuvor beschrieben mit Bezug zu 1A, einen Ausgang bereitstellend, der wenigstens einen, vorzugsweise sowohl die Phase als auch die Amplitude der Spektralanalysenwellenfront anzeigt. Dieser Ausgang wird vorzugsweise weiter verarbeitet, um Information über die Strahlungsquelle 1700 zu erhalten, wie das Spektrum der Strahlung, die von der Strahlungsquelle 1700 bereitgestellt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Spektralanalysenwellenfront erhalten durch Reflektieren der Strahlung, welche von der Strahlungsquelle 1700 bereitgestellt wird, von dem Element 1702.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Spektralanalysenwellenfront erhalten durch Übertragen der Strahlung, welche von der Strahlungsquelle 1700 bereitgestellt wird, durch das Element 1702.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der Strahl der Strahlung, welche von der Strahlungsquelle 1700 bereitgestellt wird, ein schmales Wellenlängenband um eine zentrale Wellenlänge, was bewirkt, dass die Phase der Strahlung, welche auf das Objekt 1702 geworfen wird, umgekehrt proportional zu der zentralen Wellenlänge ist, die von der Strahlungsquelle 1700 bereitgestellt wird, und in Bezug steht zu wenigstens einer der Oberflächeneigenschaften und der Dicke des Elements 1702.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Vielzahl der Intensitätsdarstellungen 1712 durch den Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1714 verarbeitet, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigstens eine und vorzugsweise sowohl die Phase als auch die Amplitude der Spektralanalysenwellenfront angibt durch Ausdrücken der Vielzahl der Intensitätsdarstellungen als wenigstens eine mathematische Funktion der Phase und der Amplitude der Spektralanalysenwellenfront und der Vielzahl der unterschiedlichen Phasenänderungen, welche durch den Phasenmanipulator 1706 aufgebracht werden, worin wenigstens eine der und möglicherweise sowohl die Phase als auch die Amplitude unbekannt ist und eine Funktion, welche die unterschiedlichen Phasenänderungen erzeugt, bekannt ist. Diese wenigstens eine mathematische Funktion wird darauf folgend angewendet, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigstens die Phase der Spektralanalysenwellenfront angibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bringt der Phasenmanipulator 1706 eine Vielzahl von unterschiedlich beabstandeten Phasenänderungen auf die Strahlungswellenfront auf, welche durch das Element 1702 übertragen wird, und nimmt eine Fourier-Transformation vor durch die Linse 1704. Das Aufbringen der Vielzahl der unterschiedlich beabstandeten Phasenänderungen erzeugt eine Vielzahl von unterschiedlichen, phasengeänderten, übertragenen Wellenfronten, welche darauf folgend durch den Detektor 1710 erfasst werden können.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden wenigstens drei unterschiedlich beabstandete Phasenänderungen durch den Phasenmanipulator 1706 aufgebracht, resultierend in wenigstens drei unterschiedlichen Intensitätsdarstellungen 1712. Die wenigstens drei Intensitätsdarstellung werden durch den Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1714 verarbeitet, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigstens die Phase der Spektralanalysenwellenfront angibt. In einem solchen Fall führt der Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis die Funktion "C" aus, wie zuvor mit Bezug zu 1A beschrieben, vorzugsweise in einer Weise, die zuvor mit Bezug zu 13 beschrieben wurde, wo die zu analysierende Wellenfront (13) die Spektralanalysenwellenfront ist.
Zusätzlich umfasst, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der Strahl der Strahlung, die von der Strahlungsquelle 1700 bereitgestellt wird, eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten in der Spektralanalysenwellenfront und folglich in der übertragenen Wellenfront, welche auf den Phasenmanipulator 1706 trifft. In diesem Fall kann der Phasenmanipulator ein Objekt sein, von dem wenigstens dessen Dicke, Brechungsindex und dessen Oberflächengeometrie sich örtlich ändert. Diese örtliche Varianz des Phasenmanipulators erzeugt eine unterschiedliche, örtliche Phasenänderung für jede der Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, welche darauffolgend durch den Detektor 1710 erfasst werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Phasenmanipulator 1706 eine Vielzahl von Objekten, von denen jedes dadurch charakterisiert ist, dass wenigstens seine Dicke und sein Brechungsindex sich örtlich ändert. Die örtliche Änderung der Dicke oder des Brechungsindex der Vielzahl der Objekte kann in solcher Weise ausgewählt werden, dass die durch den Phasenmanipulator 1706 aufgebrachte Phasenänderung sich in einem ausgewählten, vorbestimmten Ausmaß unterscheidet für wenigstens einige der Wellenlängenkomponenten, die von der Strahlungsquelle 1700 bereitgestellt werden.
Eine spezifische Auswahl der Objekte ist solcher Art, dass die auf eine erwartete Wellenlänge der Strahlungsquelle aufgebrachte Phasenänderung sich grundsätzlich von der Phasenänderung unterscheidet, welche auf eine tatsächliche Wellenlänge der Strahlungsquelle aufgebracht wird. Alternativ hierzu kann die örtliche Varianz der Dicke oder des Brechungsindex der Vielzahl der Objekte in solcher Weise ausgewählt werden, dass die durch den Phasenmanipulator 1706 aufgebrachten Phasenänderungen identisch sind für wenigstens einige der Vielzahl der unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten, die durch die Strahlungsquelle 1700 bereitgestellt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das bekannte Element 1702 eine Vielzahl von Objekten, von denen jedes dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens die Dicke und/oder der Brechungsindex sich örtlich ändert. Die örtliche Varianz der Dicke oder des Brechungsindex der Vielzahl der Objekte kann in solcher Weise ausgewählt werden, dass die Wellenlängenkomponenten der Eingangswellenfront, erzeugt durch Hindurchlaufen der von der Strahlungsquelle 1700 bereitgestellten Wellenlängenkomponenten der Strahlung durch das Element 1702, sich in einem ausgewählten, vorbestimmten Ausmaß unterscheiden für wenigstens einige der von der Strahlungsquelle 1700 bereitgestellten Wellenlängenkomponenten.
Eine spezifische Auswahl der Objekte ist solcher Art, dass die Wellenlängenkomponenten der Eingangswellenfront, die durch eine erwartete Wellenlänge der Strahlungsquelle erzeugt werden, sich wesentlich von der Wellenlängenkomponente der Eingangswellenfront unterscheiden, die durch die tatsächliche Wellenlänge der Strahlungsquelle erzeugt wird. Alternativ kann die örtliche Varianz der Dicke oder des Brechungsindex der Vielzahl der Objekte in solcher Weise ausgewählt werden, dass die Wellenlängenkomponente der Eingangswellenfront, erzeugt durch Durchlaufen der Wellenlängenkomponenten der Strahlung, welche durch die Strahlungsquelle 1700 bereitgestellt wird, durch das Element 1702, für wenigstens einige der Wellenlängenkomponenten identisch sind, die durch die Strahlungsquelle 1700 bereitgestellt werden.
Bezug wird nun zu 18 genommen, welche eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildliche Darstellung eines Systems zur Phasenänderungsanalyse ist, die die Funktionalität und Struktur der 1A und 1B aufnimmt. Wie in 18 erkennbar, wird eine bekannte Wellenfront 1800, welche eine Phasenänderungsanalysenwellenfront ist und eine Amplitude und eine Phase aufweist, über eine Fokussierungslinse 1802 fokussiert, vorzugsweise eine Fourier-Transformation ausführend auf die Wellenfront 1800, auf einen Phasenmanipulator 1804, der vorzugsweise in der Fokussierungsebene der Linse 1802 angeordnet ist. Der Phasenmanipulator bringt eine Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen auf, die durch die Phasenänderungsanalysenwellenfront transformiert werden.
Der Phasenmanipulator 1804 kann beispielsweise ein örtlicher Lichtmodulator oder eine Reihe von verschieden transparenten, örtlich nicht gleichförmigen Objekten sein. Es wird erkannt werden, dass der Phasenmanipulator 1804 in solcher Weise konfiguriert sein kann, dass ein wesentlicher Teil der darauf fokussierten Strahlung davon reflektiert wird. Alternativ kann der Phasenmanipulator 1804 solcher Art konfiguriert sein, dass ein wesentlicher Teil der darauf fokussierten Strahlung durch ihn hindurch übertragen wird.
Eine zweite Linse 1806 ist so angeordnet, dass die Wellenfront 1800 auf einen Detektor 1808, wie einen CCD-Detektor, abgebildet wird. Vorzugsweise ist die Linse 1806 solcher Art angeordnet, dass der Detektor 1808 in ihrer Fokussierebene liegt. Der Ausgang des Detektors 1808, der beispielsweise ein Satz von Intensitätsdarstellungen ist, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 1810, wird vorzugsweise dem Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1812 bereitgestellt, der die Vielzahl der Intensitätsdarstellungen verarbeitet, um eine Ausgangsanzeige der Unterschiede zwischen der Vielzahl der unterschiedlichen Phasenänderungen zu erhalten, die durch den Phasenmanipulator 1804 aufgebracht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung treten laterale Verschiebungen in der Vielzahl der unterschiedlichen Phasenänderungen auf. Diese können erzeugt werden, z.B., durch Vibrationen des Phasenmanipulators oder durch Unreinheiten in dem Phasenmanipulator. Folglich treten entsprechende Änderungen in der Vielzahl der Intensitätsdarstellungen 1810 auf und resultieren in dem Erhalt einer Anzeige dieser lateralen Verschiebungen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Vielzahl der Intensitätsdarstellungen 1810 von dem Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1812 verarbeitet, um einen Ausgang zu erhalten, der die Unterschiede zwischen der Vielzahl der unterschiedlichen Phasenänderungen zu erhalten, die durch den Phasenmanipulator 1804 aufgebracht werden, durch Ausdrücken der Vielzahl der Intensitätsdarstellungen als wenigstens eine mathematische Funktion der Phase und der Amplitude der Phasenänderungsanalysenwellenfront und der Vielzahl der unterschiedlichen Phasenänderungen, die durch den Phasenmanipulator 1804 aufgebracht werden, wobei wenigstens die Phase und die Amplitude der Wellenfront 1800 bekannt sind und die Vielzahl der unterschiedlichen Phasenänderungen unbekannt sind. Diese wenigstens eine mathematische Funktion wird nachfolgend angewendet, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigstens die Unterschiede zwischen der Vielzahl der unterschiedlichen Phasenänderungen angibt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bringt der Phasenmanipulator 1804 eine Vielzahl von unterschiedlichen, örtlichen Phasenänderungen auf die durch die Linse 1802 Fourier transformierte Wellenfront 1800 auf.
Die Aufbringung der Vielzahl der unterschiedlichen örtlichen Phasenänderungen stellt eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten bereit, die nachfolgend durch den Detektor 1808 erfasst werden können.
Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden wenigstens drei unterschiedliche örtliche Phasenänderungen durch den Phasenmanipulator 1804 aufgebracht, resultierend in wenigstens drei unterschiedlichen Intensitätsdarstellungen 1810. Die wenigstens drei Intensitätsdarstellungen werden von dem Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1812 verarbeitet, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigsten die Unterschiede zwischen der Vielzahl der unterschiedlichen Phasenänderungen angibt. In einem solchen Fall führt der Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1814 die Funktion "C" aus, welche hierin zuvor mit Bezugnahme zu 1A beschrieben wurde, vorzugsweise in einer Weise ähnlich zu der zuvor mit Bezug zu 13 beschriebenen Weise, worin die Wellenfront, welche analysiert wird (13) die bekannte Phasenänderungsanalysenwellenfront ist und die örtlichen Phasenänderungen, welche durch den Phasenmanipulator 1804 aufgebracht werden, unbekannt sind.
Zusätzlich umfasst, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Wellenfront 1800 eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten in der transformierten Wellenfront, die auf den Phasenmanipulator 1804 trifft. In diesem Fall kann der Phasenmanipulator ein Objekt sein, von dem wenigstens entweder die Dicke, der Brechungsindex und/oder die Oberflächengeometrie sich örtlich ändert. Die örtliche Varianz des Phasenmanipulators erzeugt eine unterschiedliche örtliche Phasenänderung für jede der Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von unterschiedlichen, phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, welche nachfolgend durch den Detektor 1808 erfasst werden.
Zusätzlich bringt der Phasenmanipulator 1804 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Phasenänderung auf die Strahlung auf, die auf jede örtliche Stelle darauf fokussiert wird, resultierend in einer Intensitätsdarstellung 1810, wie einem Ausgang des Detektors 1808. In einem solchen Fall verarbeitet der Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1812 die Intensitätsdarstellung und die bekannte Wellenfront 1800, um wenigstens einen Ausgang zu erhalten, der die durch den Phasenmanipulator 1804 aufgebrachte Phasenänderung angibt.
Gemäß der vorangegangenen Methodik kann die durch den Phasenmanipulator aufgebrachte Phasenänderung eine Phasenverzögerung sein, welche einen Wert hat, der aus einer Vielzahl von vorbestimmten Werten ausgewählt ist, beinhaltend einen möglichen Wert von null Phasenverzögerung und die Ausgangsanzeige der Phasenänderung, welche durch den Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1812 erhalten wird, ist der Wert der Phasenverschiebung. In einem solchen Fall kann der Phasenmanipulator ein Medium sein, welches die Information durch unterschiedliche Werte der Phasenverzögerung an jeder der Vielzahl der unterschiedlichen Stellen darauf speichert, wobei der Wert der Phasenverzögerung die gespeicherte Information darstellt. Die gespeicherte Information, codiert in den verschiedenen Werten der Phasenverzögerungen, wird durch den Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1812 entnommen. Es wird erkannt werden, dass in einem solchen Fall die Wellenfront 1800 auch eine Vielzahl von verschiedenen Wellenlängenkomponenten umfassen kann, resultierend in einer Vielzahl von Intensitätsdarstellungen und folglich in einer Erhöhung der auf dem Phasenmanipulator an jeder der Vielzahl der verschiedenen Stellen codierten Information.
Bezug wird nun zu 19 genommen, welche eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildhafte Darstellung eines Systems für eine gespeicherte Datenentnahme ist, welche die Funktionalität und Struktur der 1A und 1B verwendet. Wie erkennbar in 19 weist ein optisches Speichermedium 1900, wie eine DVD oder Kompaktdisc, darauf codierte Informationen auf durch Auswählen der Höhe des Mediums an jeder einer Vielzahl von verschiedenen Stellen darauf, wie in der Vergrößerung gezeigt und mit dem Bezugszeichen 1902 bezeichnet. An jeder Stelle auf dem Medium kann die Höhe des Mediums eine von verschiedenen vorgegebenen Höhen oder Level sein. Der spezifische Level des Mediums an der Stelle bestimmt die an dieser Stelle gespeicherte Information.
Ein Strahl einer Strahlung, wie Licht oder akustische Energie, wird von einer Strahlungsquelle 1904, wie einem Laser oder einer LED, bereitgestellt, optional über einen Strahlungsexpander, auf einen Strahlungsteiler 1906, welcher wenigstens einen Teil der Strahlung auf die Oberfläche des Mediums 1900 reflektiert. Die von einem Bereich 1908 auf dem Medium reflektierte Strahlung, auf das die Strahlung auftrifft, ist eine Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, und welche die Information enthält, die im Bereich 1908 gespeichert ist. Wenigstens ein Teil der auf den Bereich 1908 einfallenden Strahlung wird vom Bereich 1908 reflektiert und über den Strahlteiler 1906 auf ein Bildgebungssystem 1910 übertragen, welches einen Phasenmanipulator oder eine andere Vorrichtung beinhalten kann, welche eine variierende Phasenfunktion erzeugt.
Das Bildgebungssystem 1910 führt vorzugsweise die Funktionen "A" und "B" aus, welche hierin zuvor mit Bezug zu 1A beschrieben wurden, erhaltend eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, welche der Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten entsprechen und erhaltend eine Vielzahl von Intensitätsdarstellungen der Vielzahl der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten.
Vorzugsweise umfasst das Bildgebungssystem 1910 eine erste Linse 1508 (15), einen Phasenmanipulator 1510 (15), eine zweite Linse 1512 (15) und einen Detektor 1514 (15). Die Ausgänge des Bildgebungssystems 1910 werden dem Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1912 bereitgestellt, der vorzugsweise die Funktion "C" ausführt, welche hierin zuvor mit Bezug zu 1A beschrieben wurde, bereitstellend einen Ausgang, der wenigstens die Phase oder die Amplitude und vorzugsweise beide der Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten angibt. Dieser Ausgang wird vorzugsweise weiter verarbeitet, um die im Bereich 1908 codierte Information des Mediums 1900 auszulesen und auf der Wiedergabeeinheit 1914 wiederzugeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der von der Strahlungsquelle 1904 bereitgestellte Strahl der Strahlung ein schmales Wellenlängenband um eine vorgegebene zentrale Wellenlänge, bewirkend, dass die Phase der von dem Medium 1900 reflektierten Strahlung proportional zu geometrischen Variationen in dem Medium 1900 ist, welches die codierte Information enthält, wobei die Proportion eine inverse, lineare Funktion der zentralen Wellenlänge der Strahlung ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der von der Strahlungsquelle 1904 bereitgestellte Strahl der Strahlung wenigstens zwei schmale Wellenlängenbänder, jeweils zentriert um verschiedene Wellenlängen, bezeichnet λ₁, ..., λ_n. In einem solchen Fall hat die vom Bereich 1908 im Medium 1900 reflektierte Strahlung wenigstens zwei Wellenlängenkomponenten, jeweils zentriert um eine Wellenlänge λ₁, ..., λ_n.
Wenigstens zwei Anzeigen der Phase der Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten werden erhalten, wobei jede dieser Anzeigen zu entsprechenden Wellenlängenkomponenten der reflektierten Strahlung korrespondiert. Diese wenigstens zwei Anzeigen können nachfolgend kombiniert werden, um die Darstellung der Oberfläche des Bereichs 1908 des Mediums 1900 zu verbessern und daher die Entnahme der Information zu verbessern, indem eine Zweideutigkeit in der Darstellung vermieden wird, bekannt als 2π Zweideutigkeit, wenn der Wert der Höhe des Mediums an einer gegebenen Stelle die größte der unterschiedlichen Wellenlängen λ₁, ..., λ_n übersteigt.
In einem solchen Fall kann der Bereich der möglichen Höhen an jeder Stelle im Bereich 1908 den Wert der größten der unterschiedlichen Wellenlängen überschreiten, ohne Zweideutigkeit im Lesen der Höhen. Dieser erweiterte dynamische Bereich ermöglicht das Speichern von mehr Information auf dem Medium 1900 als anderweitig möglich wäre. Eine geeignete Wahl der Wellenlängen λ₁, ..., λ_n kann zur Vermeidung von dieser Zweideutigkeit führen, wenn der Unterschied der Höhen des Mediums im Bereich 1908 an verschiedenen Stellen kleiner ist als das Multiplikationsprodukt von allen Wellenlängen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bringt ein Phasenmanipulator, der im Bildgebungssystem 1910 inkorporiert ist, eine Vielzahl von unterschiedlichen örtlichen Phasenänderungen auf die Strahlungswellenfront auf, welche von dem Medium 1900 reflektiert wird und durch eine Linse Fourier transformiert wird, welche ebenfalls im Bildgebungssystem 1910 inkorporiert ist. Das Aufbringen der Vielzahl der unterschiedlichen örtlichen Phasenänderungen stellt eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten bereit, welche nachfolgend durch einen Detektor erfasst werden können, der im Bildgebungssystem 1910 inkorporiert ist.
Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden wenigstens drei unterschiedliche örtliche Phasenänderungen durch einen Phasenmanipulator, der im Bildgebungssystem 1910 inkorporiert ist, aufgebracht, resultierend in einem Ausgang aus dem Bildgebungssystem 1910 von wenigstens drei unterschiedlichen Intensitätsdarstellungen. Die wenigstens drei Intensitätsdarstellungen werden von dem Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1912 verarbeitet, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigstens die Phase der Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten angibt. In einem solchen Fall führt der Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1912 die Funktion "C" aus, wie zuvor mit Bezug zu 1A beschrieben, vorzugsweise in einer Weise, wie zuvor mit Bezug zu 13 beschrieben, wobei die zu analysierende Wellenfront (13) die Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten ist.
Zusätzlich umfasst, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der Strahl der von der Strahlungsquelle 1904 bereitgestellten Strahlung eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten in der Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten und folglich in der transformierten Wellenfront, welche auf einen Phasenmanipulator trifft, der im Bildgebungssystem 1910 inkorporiert ist. In diesem Fall kann der Phasenmanipulator ein Objekt sein, von dem wenigstens die Dicke, der Brechungsindex und/oder die Oberflächengeometrie sich örtlich ändert. Diese örtliche Varianz des Phasenmanipulators erzeugt eine unterschiedliche örtliche Phasenänderung für jede der Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, welche nachfolgend durch einen Detektor erfasst werden, der im Bildgebungssystem 1910 inkorporiert ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Information auf dem Medium 1900 durch Auswählen der Höhe des Mediums an jeder gegebenen Stelle codiert, um solcher Art zu sein, dass der Intensitätswert der Intensitätsdarstellung, die aus dem von der Stelle reflektierten Licht resultiert und durch das Bildgebungssystem 1910 läuft, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Werten liegt. Dieser Bereich entspricht einem Element der an der Stelle gespeicherten Information. Durch Verarbeiten der Vielzahl der Intensitätsdarstellungen werden unterschiedliche Intensitätswerte für jede Stelle erreicht, wobei jeder Intensitätswert innerhalb eines spezifischen Bereichs von Werten liegt. Die resultierende Vielzahl von Bereichen der Intensitätswerte stellt mehrere Elemente der Information für jede Stelle auf dem Medium 1900 bereit.
Es wird erkannt werden, dass in einem solchen Fall die Entnahme der in dem Bereich 1908 auf dem Medium gespeicherten Information von den Ausgängen des Bildgebungssystems 1910 durch den Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 1912 in direkter Weise ausgeführt werden kann, wie durch Darstellen von jedem der resultierenden Intensitätswerte an jeder Stelle zu ihren entsprechenden Bereichen, und nachfolgend zu der an der Stelle gespeicherten Information.
Vorzugsweise beinhaltet die vorangegangene Methodik die Verwendung eines Phasenmanipulators, der im Bildgebungssystem 1910 inkorporiert ist, der eine wenigstens zeitlich variierende Phasenänderungsfunktion auf die transformierte Datenentnahmewellenfront aufbringt, die darauf trifft. Diese zeitlich variierende Phasenänderungsfunktion stellt die Vielzahl der Intensitätsdarstellungen bereit.
Alternativ oder zusätzlich umfasst der Strahl der von der Strahlungsquelle 1904 bereitgestellten Strahlung eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten in der Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten. Die Vielzahl der unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten werden im Bildgebungssystem 1910 erhalten durch Aufbringen von wenigstens einer Phasenänderung auf die Vielzahl der unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten der Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten. Die pha senveränderte, transformierte Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten kann durch einen einzelnen Detektor erfasst werden oder alternativ getrennt werden, wie durch ein Dispersionselement, in ihrer separaten Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten, wobei jede Komponente durch einen unterschiedlichen Detektor erfasst wird.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Medium 1900 verschiedene Reflektionskoeffizienten für die von der Lichtquelle 1904 bereitgestellte Strahlung an jeder Vielzahl der unterschiedlichen Stellen auf dem Medium aufweisen. An jeder Stelle auf dem Medium kann ein unterschiedlicher Anteil der Strahlung reflektiert werden. Der Anteil kann einen von verschiedenen vorgegebenen Werten aufweisen, wobei der spezifische Wert wenigstens teilweise die an der Stelle gespeicherte Information bestimmen kann.
In einem solchen Fall kann die auf dem Medium 1900 codierte Information durch Auswählen der Höhe des Mediums an jeder der Vielzahl von unterschiedlichen Stellen auf dem Medium und durch Auswählen der Reflektivität des Mediums an jeder der Vielzahl der unterschiedlichen Stellen auf dem Medium codiert sein. In einem solchen Fall kann mehr Information an jeder Stelle auf dem Medium gespeichert sein als anderweitig gespeichert wäre. Des Weiteren beinhaltet in einem solchen Fall das Verarbeiten einer Anzeige der Amplitude und der Phase der Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten, um die codierte Information zu erhalten das Verarbeiten der Anzeige der Phase, um die Information zu erhalten, die durch Auswählen der Höhe des Mediums codiert ist und das Verarbeiten der Anzeige der Amplitude, um die Information zu erhalten, die durch Auswählen der Reflektivität codiert ist.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Information auf dem Medium 1900 in verschiedenen Schichten in dem Medium codiert. Die Information ist auf dem Medium codiert durch Auswählen der Höhe des Mediums an jeder der Vielzahl der unterschiedlichen Stellen auf jeder Schicht des Mediums. Jede dieser Schichten, die übereinander in dem Medium 1900 angeordnet sind, ist teilweise reflektierend und teilweise durchlässig. Der Strahl der von der Quelle 1904 auf das Medium 1900 auftreffenden Strahlung wird teilweise von der obersten, ersten Schicht des Mediums reflektiert und teilweise zu den darunter liegenden Schichten durchgelassen. Die durch die zweite Schicht durchgelassene Energie wird teilweise reflektiert und teilweise zu den darunter liegenden Schichten durchgelassen, usw., bis die Strahlung, die durch alle Schichten durchgelassen wurde, teilweise von der untersten Schicht reflektiert wird. In einem solchen Fall beinhaltet die Strahlungsquelle 1904 vorzugsweise ein Fokussierungssystem, welches die Strahlung auf jede der Schichten des Mediums 1900 in der Reihenfolge fokussiert, um die auf dieser Schicht gespeicherte Information zu entneh men. Alternativ oder zusätzlich kann das Bildgebungssystem 1910 konfokale Mikroskopieelemente beinhalten, welche betreibbar sind, um zwischen den verschiedenen Schichten zu unterscheiden.
Es wird erkannt werden, dass der Bereich 1908 des Mediums 1900 ein verhältnismäßig kleiner Bereich sein kann, umfassend eine einzelne Stelle, auf der Information codiert ist und möglicherweise auch benachbarte Stellen. In einem solchen Fall kann der in dem Bildgebungssystem 1910 enthaltene Detektor nur ein einzelnes oder mehrere Erfassungspixel definieren. Zusätzlich beinhaltet der Ausgang, der wenigstens die Phase oder Amplitude, vorzugsweise beide, der Entnahmewellenfront der gespeicherte Daten angibt, die durch den Schaltkreis 1912 bereitgestellt werden, wenigstens die Höhe oder die Reflektivität des Mediums, vorzugsweise beide, an der Stelle oder den Stellen, welche durch den Bereich 1908 abgedeckt werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten wenigstens eine eindimensionale Komponente, korrespondierend zu wenigstens einem eindimensionalen Teil des Bereichs 1908 auf dem Medium 1900. In einem solchen Fall ist das Bildgebungssystem 1910 vorzugsweise ähnlich zu dem Bildgebungssystem, welches hierin zuvor mit Bezug zu 10B beschrieben wurde. Es beinhaltet vorzugsweise eine erste Linse, wie eine zylindrische Linse 1086 (10B).
Die erste Linse erzeugt vorzugsweise eine eindimensionale Fourier-Transformation, ausgeführt entlang einer Achse, die sich senkrecht zu der Richtung des Fortschreitens der Datenentnahmewellenfront erstreckt, dadurch bereitstellend wenigstens eine eindimensionale Komponente der transformierten Wellenfront in einer Dimension senkrecht zur Richtung der Ausbreitung. Die erste Linse, wie die Linse 1086, fokussiert die gespeicherte Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten auf einen Phasenmanipulator, wie einen einachsig verschiebbaren Phasenmanipulator 1087 (10B), der vorzugsweise in der Fokussierebene der Linse 1086 angeordnet ist. Der Phasenmanipulator 1087 bringt eine Vielzahl von verschiedenen Phasenänderungen auf jede der wenigstens einen eindimensionalen Komponente der transformierten Wellenfront auf, dadurch erhaltend wenigstens eine eindimensionale Komponente der Vielzahl der phasengeänderten, transformierten Wellenfronten.
Zusätzlich kann das Bildgebungssystem eine zweite Linse beinhalten, wie eine zylindrische Linse 1088 (10B), welche so angeordnet ist, dass die wenigstens eine eindimensionale Komponente der Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten auf einen Detektor 1089, wie einen CCD-Detektor, abgebildet wird. Zusätzlich wird die Vielzahl der Intensitätsdarstellungen durch den Schaltkreis 1912 verarbeitet, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigstens die Amplitude oder die Phase, vorzugsweise beide, von der wenigstens einen eindimensionalen Komponente der Datenentnahmewellenfront angibt.
Zusätzlich umfasst, in Übereinstimmung mit der vorangegangenen Methodik, und wie zuvor hierin mit Bezug zu 10B beschrieben, der Phasenmanipulator 1087 vorzugsweise ein mehrfaches, lokales Phasenverzögerungselement, wie ein örtlich nicht gleichförmiges, transparentes Objekt, typischerweise beinhaltend, verschiedene, unterschiedliche Phasenverzögerungsbereiche, von denen jeder angeordnet ist, um eine Phasenverzögerung auf eine der wenigstens einen eindimensionalen Komponente an einer gegebenen Position des Objekts entlang einer Achse des Phasenmanipulators aufzubringen, die sich senkrecht zur Richtung des Fortschritts der Wellenfront erstreckt und senkrecht zu der Transformationsachse, welche durch die Linse 1086 erzeugt wird.
In einem solchen Fall wird eine relative Bewegung zwischen dem Bildgebungssystem 1910 und dem Medium 1900 entlang der Achse des Phasenmanipulators bereitgestellt. Diese relative Bewegung bringt aufeinander folgend verschiedene phasenverzögerte Bereiche mit verschiedenen Wellenfrontenkomponenten zusammen, korrespondierend zu verschiedenen Teilen des Bereichs 1908 auf dem Medium 1900, sodass vorzugsweise jede Wellenfrontkomponente durch jeden Phasenverzögerungsbereich des Phasenmanipulators läuft.
Es wird erkannt werden, dass die relative Bewegung zwischen dem Bildgebungssystem 1910 und der wenigstens einen eindimensionalen Wellenfrontkomponente erzielt werden kann durch Rotation des Mediums 1900 um seine Achse, während das Bildgebungssystem sich nicht bewegt.
Es ist ein besonderes Merkmal dieser Ausführungsform, dass jede der wenigstens einen eindimensionalen Komponente der Wellenfront separat verarbeitet wird. Folglich wird jede der wenigstens einen eindimensionalen Wellenfrontkomponente, entsprechend zu einem eindimensionalen Teil des Bereichs 1908, durch einen separaten Abschnitt der ersten zylindrischen Linse des Bildgebungssystems 1910 fokussiert wird, durch einen entsprechenden separaten Abschnitt der zweiten zylindrischen Linse abgebildet wird und läuft durch einen bestimmten Bereich des Phasenmanipulators. Die Bilder von jedem der eindimensionalen Teile des Bereichs 1908 an dem Detektor, der in dem Bildgebungssystem 1910 enthalten ist, sind folglich separate und bestimmte Bilder. Es wird erkannt wer den, dass diese Bilder auf separaten Detektoren oder auf einem monolithischen Detektor erscheinen können.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Transformation, welche auf die Entnahmewellenfront der gespeicherten Daten aufgebracht wird, eine zusätzliche Fourier-Transformation. Diese zusätzliche Fourier-Transformation kann durch die erste zylindrische Linse des Bildgebungssystem 1910 oder durch eine zusätzliche Linse ausgeführt werden und wirkt, um eine gegenseitige Beeinflussung zwischen verschiedenen eindimensionalen Komponenten der Wellenfront zu minimieren. In einem solchen Fall wird vorzugsweise eine zusätzliche Transformation, wie diejenige, welche durch eine zusätzliche Linse benachbart zu der zweiten zylindrischen Linse bereitgestellt wird, auf die phasenveränderte, transformierte Wellenfront aufgebracht. In solch einem Fall wird vorzugsweise eine weitere Transformation auf die phasenveränderte, transformierte Wellenfront aufgebracht. Diese weitere Transformation kann ausgeführt werden durch die zweite zylindrische Linse des Bildgebungssystems 1910 oder durch eine zusätzliche Linse.
Bezug nehmend nun zu 20, welche eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildhafte Darstellung eines Systems zur dreidimensionalen Bildgebung, verwendend die Funktionalität und Struktur der 1A und 1B, ist. Wie erkennbar in 20 wird ein Strahl einer Strahlung, wie Licht oder akustischer Energie, von einer Strahlungsquelle 2000 bereitgestellt, optional über einen Strahlungsexpander, auf einen Strahlungsteiler 2004, der wenigstens einen Teil der Strahlung auf ein dreidimensionales Objekt 2006, welches darzustellen ist, reflektiert. Die von dem Objekt 2006 reflektierte Strahlung ist eine dreidimensionale Bildgebungswellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase hat und welche Informationen über das Objekt 2006 enthält. Wenigstens ein Teil der auf die Oberfläche des Objekts 2006 einfallenden Strahlung wird von dem Objekt 2006 reflektiert und über den Strahlungsteiler 2004 weitergeleitet und über eine Fokussierungslinse 2008 auf einen Phasenmanipulator 2010 fokussiert, der vorzugsweise in der Bildgebungsebene der Strahlungsquelle 2000 angeordnet ist.
Der Phasenmanipulator 2010 kann, beispielsweise, ein örtlicher Lichtmodulator oder eine Reihe von verschiedenen transparenten, örtlich nicht gleichförmigen Objekten sein. Es wird erkannt werden, dass der Phasenmanipulator 2010 solcher Art konfiguriert sein kann, dass ein wesentlicher Teil der Strahlung, welche darauf fokussiert wird, davon reflektiert wird. Alternativ kann der Phasenmanipulator 2010 solcher Art konfiguriert sein, dass ein wesentlicher Teil der darauf fokussierten Strahlung dadurch geleitet wird.
Eine zweite Linse 2012 ist solcher Art angeordnet, um das Objekt 2006 auf einen Detektor 2014, wie einen CCD-Detektor, abzubilden. Vorzugsweise ist die zweite Linse 2012 solcher Art angeordnet, dass der Detektor 2014 in ihrer Fokussierebene liegt. Der Ausgang des Detektors 2014, der beispielsweise ein Satz von Intensitätsdarstellungen, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 2015, ist, wird vorzugsweise dem Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 2016 bereitgestellt, der vorzugsweise die Funktion "C" ausführt, wie hierin zuvor mit Bezug zu 1A beschrieben, bereitstellend einen Ausgang, der wenigstens die Phase oder die Amplitude, vorzugsweise beide, der dreidimensionalen Bildgebungswellenfront angibt. Dieser Ausgang wird vorzugsweise verarbeitet, um Information zu erhalten über das Objekt 2006, wie die dreidimensionale Form des Objekts.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der von der Strahlungsquelle 2000 bereitgestellte Strahl der Strahlung ein schmales Wellenlängenband um eine vorgegebene zentrale Wellenlänge, bewirkend, dass die Phase der vom Objekt 2006 reflektierten Strahlung proportional ist zu geometrischen Variationen in der Oberfläche 2006, wobei die Proportion eine inverse, lineare Funktion der zentralen Wellenlänge der Strahlung ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der von der Strahlungsquelle 2000 bereitgestellte Strahl der Strahlung wenigstens zwei schmale Wellenlängenbänder, von denen jedes um eine verschiedene Wellenlänge zentriert ist, bezeichnet λ₁, ..., λ_n. In einem solchen Fall hat die von dem Objekt 2006 reflektierte Strahlung wenigstens zwei Wellenlängenkomponenten, von denen jede um eine Wellenlänge λ₁, ..., λ_n zentriert ist und wenigstens zwei Angaben der Phase der dreidimensionalen Bildgebungswellenfront werden erhalten. Jede dieser Anzeigen entspricht einer verschiedenen Wellenlängenkomponente der reflektierten Strahlung. Diese wenigstens zwei Angaben können nachfolgend kombiniert werden, um eine verbesserte Bildgebung des Objekts 2006 zu ermöglichen, durch Vermeiden von 2π Zweideutigkeit in der dreidimensionalen Bildgebung.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bringt der Phasenmanipulator 2010 eine Vielzahl von unterschiedlichen, örtlichen Phasenänderungen auf die Strahlungswellenfront auf, welche von der Oberfläche 2006 reflektiert und durch die Linse 2008 Fourier transformiert wird. Das Aufbringen der Vielzahl der unterschiedlichen örtlichen Phasenänderungen stellt eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten bereit, welche nachfolgend durch den Detektor 2014 erfasst werden können.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden wenigstens drei unterschiedliche, örtliche Phasenänderungen durch den Phasenmanipulator 2010 aufgebracht, resultierend in wenigstens drei unterschiedlichen Intensitätsdarstellungen 2015. Die wenigstens drei Intensitätsdarstellungen werden durch den Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 2016 verarbeitet, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigstens die Phase der dreidimensionalen Bildgebungswellenfront angibt. In einem solchen Fall führt der Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 2016 die Funktion "C" aus, wie hierin zuvor mit Bezug zu 1A beschrieben, vorzugsweise in einem hierin zuvor mit Bezug zu 13 beschriebenen Weise, wobei die zu analysierende Wellenfront (13) die dreidimensionale Bildgebungswellenfront ist.
Zusätzlich umfasst gemäß einer bevorzugt Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Strahl der von der Strahlungsquelle 2000 bereitgestellten Strahlung eine Vielzahl von verschiedenen Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten in der dreidimensionalen Bildgebungswellenfront und folglich in der auf den Phasenmanipulator 2010 auftreffenden transformierten Wellenfront. In diesem Fall kann der Phasenmanipulator 2010 ein Objekt sein, von dem wenigstens die Dicke, der Brechungsindex und/oder die Oberflächengeometrie örtlich variiert. Diese örtliche Varianz des Phasenmanipulators erzeugt eine unterschiedliche, örtliche Phasenänderung für jede der Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten, welche nachfolgend von dem Detektor 2014 erfasst werden.
Bezug wird nun auf 21A genommen, welche eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildhafte Darstellung der Funktionsweise der Wellenfrontanalyse ist, wie sie gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben wird. Die Funktionsweise der 21A kann zusammengefasst werden als beinhaltend die folgenden Unterfunktionen:

A. Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten, welche zu einer zu analysierenden Wellenfront korrespondieren, die eine Amplitude und eine Phase aufweist;
B. Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl der amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten; und
C. Verarbeiten der Vielzahl der Intensitätsabbildungen, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigstens die Phase oder die Amplitude und vorzugsweise beide der zu analysierenden Wellenfront angibt.

Wie in 21A ersichtlich kann die erste Unterfunktion, bezeichnet "A" durch die folgenden Funktionen realisiert werden:
Eine Wellenfront, welche durch eine Vielzahl von Punktquellen von Licht dargestellt werden kann, wird allgemein mit dem Bezugszeichen 2100 bezeichnet. Die Wellenfront 2100 hat eine Phasencharakteristik, welche typischerweise örtlich nicht gleichförmig ist, gezeigt als eine durchgezogene Linie und bezeichnet allgemein durch das Bezugszeichen 2102. Die Wellenfront 2100 hat auch eine Amplitudencharakteristik, welche typischerweise örtlich nicht gleichförmig ist, gezeigt als unterbrochene Linie und bezeichnet allgemein mit dem Bezugszeichen 2103. Eine solche Wellenfront kann erhalten werden in konventioneller Weise durch Empfangen von Licht von einem geeigneten Objekt, wie durch Lesen einer optischen Scheibe, z.B. einer DVD oder Kompaktdisc 2104.
Ein grundsätzlicher Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die Phasencharakteristik, wie diejenige, welche mit dem Bezugszeichen 2102 bezeichnet ist, zu messen, welche nicht vollständig gemessen ist. Ein anderer Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die Amplitudencharakteristik, wie diejenige, welche mit dem Bezugszeichen 2103 bezeichnet ist, in einer verbesserten Weise zu messen. Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, sowohl die Phasencharakteristik 2102 als auch die Amplitudencharakteristik 2103 zu messen. Während eine Reihe von Techniken zum Ausführen solcher Messungen existieren, stellt die vorliegende Erfindung eine Methodik bereit, von der angenommen wird, dass sie den bisher bekannten überlegen ist, unter anderem aufgrund ihrer relativen Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen.
Eine Transformation, hier symbolisch mit dem Bezugszeichen 2106 bezeichnet, wird auf die zu analysierende Wellenfront 2100 aufgebracht, um dadurch eine transformierte Wellenfront zu erhalten. Eine bevorzugte Transformation ist eine Fourier-Transformation. Die resultierende transformierte Wellenfront ist symbolisch mit dem Bezugszeichen 2108 bezeichnet.
Eine Vielzahl von verschiedenen Amplitudenänderungen, vorzugsweise örtliche Amplitudenänderungen, dargestellt durch optische Dämpfungskomponenten 2110, 2112 und 2114, werden auf die transformierte Wellenfront 2108 aufgebracht, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten zu erhal ten, dargestellt mit dem Bezugszeichen 2120, 2122 und 2124 entsprechend. Es wird erkannt werden, dass der dargestellte Unterschied zwischen den einzelnen der Vielzahl von verschiedenen amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten diejenigen Abschnitte der transformierten Wellenfront sind, welche unterschiedlich relativ zu dem davon verbleibenden gedämpft sind.
Wie ersichtlich in 21A kann die zweite Unterfunktion, bezeichnet mit "B", realisiert werden durch Aufbringen einer Transformation, vorzugsweise einer Fourier-Transformation, auf die Vielzahl der unterschiedlich amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten. Alternativ kann die Unterfunktion B realisiert werden ohne die Verwendung einer Fourier-Transformation, wie durch Fortschreiten der unterschiedlich amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten über einen sich erstreckenden Raum. Schließlich erfordert die Funktion B die Erfassung der Intensitätscharakteristika der Vielzahl der unterschiedlich amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten. Die Ausgänge von solcher Detektion sind die Intensitätsabbildungen, von denen Beispiele mit den Bezugszeichen 2130, 2132 und 2134 bezeichnet sind.
Wie in 21A ersichtlich kann die dritte Unterfunktion, bezeichnet "C" durch die folgenden Funktionen realisiert werden:
Ausdrücken, wie durch Einsetzen eines Computers 2136, der Vielzahl der Intensitätsabbildungen, wie den Darstellungen 2130, 2132 und 2134, als wenigstens eine mathematische Funktion der Phase und der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront und der Vielzahl der unterschiedlichen Amplitudenänderungen, worin wenigstens die Phase oder die Amplitude und möglicherweise beide unbekannt sind und die Vielzahl der unterschiedlichen Amplitudenänderungen, typischerweise dargestellt durch optische Dämpfungskomponenten 2110, 2112 und 2114, welche auf die transformierte Wellenfront 2108 aufgebracht werden, bekannt sind; und
Anwenden, wie mittels des Computers 2136, der wenigstens einen mathematischen Funktion, um eine Angabe zu erhalten von wenigstens der Phase oder der Amplitude und möglicherweise beiden der zu analysierenden Wellenfront, hier dargestellt durch die mit dem Bezugszeichen 2138 bezeichneten Phasenfunktion und die mit dem Bezugszeichen 2139 bezeichnete Amplitudenfunktion, welche, wie ersichtlich ist, entsprechend die Phasencharakteristika 2102 und Amplitudencharakteristika 2103 der Wellenfront 2100 darstellen. In diesem Beispiel kann die Wellenfront 2100 die in der Kompaktdisc oder DVD 2104 enthaltenen Information darstellen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vielzahl der Intensitätsabbildungen wenigstens vier Intensitätsabbildungen. In einem solchen Fall beinhaltet das Verarbeiten der Vielzahl der Intensitätsabbildungen, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigstens die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, das Verarbeiten einer Vielzahl von Kombinationen, jeweils von wenigstens drei der Vielzahl der Intensitätsabbildungen, um eine Vielzahl von Angaben von wenigstens der Phase der zu analysierenden Wellenfront bereitzustellen.
Vorzugsweise beinhaltet die Methodik auch das Verarbeiten der Vielzahl der Angaben von wenigstens der Phase der zu analysierenden Wellenfront, um eine verbesserte Angabe von wenigstens der Phase der zu analysierenden Wellenfront bereitzustellen.
Auch gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vielzahl der Intensitätsabbildungen wenigstens vier Intensitätsabbildungen. In einem solchen Fall beinhaltet das Verarbeiten der Vielzahl der Intensitätsabbildungen, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigstens die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront angibt, das Verarbeiten einer Vielzahl von Kombinationen, jeweils von wenigstens drei der Vielzahl der Intensitätsabbildungen, um eine Vielzahl von Angaben von wenigstens der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront bereitzustellen.
Vorzugsweise beinhaltet die Methodik auch das Verarbeiten der Vielzahl von Angaben von wenigstens der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, um eine verbesserte Angabe von wenigstens der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront bereitzustellen.
Es wird erkannt werden, dass auf diese Weise verbesserte Angaben von sowohl der Phase als auch der Amplitude der Wellenfront erhalten werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind wenigstens einige der Vielzahl der Angaben der Amplitude und der Phase Angaben von wenigstens zweiter Ordnung der Amplitude und der Phase der zu analysierenden Wellenfront.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Vielzahl der Intensitätsabbildungen verarbeitet, um einen analytischen Ausgang bereitzustellen, der die Amplitude und die Phase angibt.
Vorzugsweise werden die amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten durch Interferenz der zu analysierenden Wellenfront entlang eines gemeinsamen optischen Pfades erhalten.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Vielzahl der Intensitätsabbildungen verarbeitet, um einen Ausgang zu erhalten, der die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, welcher wenigstens frei von Halos und Abschattungsverzerrungen ist, welche charakteristisch sind für viele der bekannten 'Phasenkontrast' Verfahren.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vielzahl der Intensitätsabbildungen verarbeitet werden, um einen Ausgang zu erhalten, der die Phase der zu analysierenden Wellenfront durch Kombinieren der Vielzahl der Intensitätsabbildungen in eine zweite Vielzahl der kombinierten Intensitätsabbildungen angibt, wobei die zweite Vielzahl geringer ist als die erste Vielzahl, erhaltend wenigstens einen Ausgang, der die Phase der zu analysierenden Wellenfront von jeder der zweiten Vielzahl der kombinierten Intensitätsabbildungen angibt und Kombinieren der Ausgänge, um eine verbesserte Anzeige der Phase der zu analysierenden Wellenfront bereitzustellen.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vielzahl der Intensitätsabbildungen verarbeitet werden, um einen Ausgang zu erhalten, der die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront angibt durch Kombinieren der Vielzahl der Intensitätsabbildungen in einer zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen, wobei die zweite Vielzahl kleiner ist als die erste Vielzahl, erhaltend wenigstens einen Ausgang, der die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront von jeder der zweiten Vielzahl der kombinierten Intensitätsabbildungen angibt und Kombinieren der Ausgänge, um eine verbesserte Angabe der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront bereitzustellen.
Zusätzlich kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die vorangegangene Methodik verwendet werden zum Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten, welche zu einer zu analysierenden Wellenfront korrespondieren, erhaltend eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl der amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten und verarbeitend die Vielzahl der Intensitätsabbildungen, um einen Ausgang zu erhalten von einer Angabe von wenigstens zweiter Ordnung der Phase der zu analysierenden Wellenfront.
Zusätzlich oder alternativ kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die vorangegangene Methodik verwendet werden zum Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten, welche zu einer zu analysierenden Wellenfront korrespondieren, erhaltend eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen der Vielzahl der amplitudengeänderten, transformierten Wellen fronten und verarbeitend die Vielzahl der Intensitätsabbildungen, um einen Ausgang zu erhalten von einer Angabe von wenigstens zweiter Ordnung der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Erhalten der Vielzahl der unterschiedlich amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten das Aufbringen einer Transformation auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine transformierte Wellenfront zu erhalten, und dann das Aufbringen einer Vielzahl von unterschiedlichen Phasen- und Amplitudenänderungen auf die transformierte Wellenfront, wobei jede dieser Änderungen eine Phasenänderung, eine Amplitudenänderung oder eine kombinierte Phasen- und Amplitudenänderung sein kann, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine zu analysierende Wellenfront wenigstens zwei Wellenlängenkomponenten. In einem solchen Fall beinhaltet das Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen auch das Aufteilen der amplitudengeänderten, transformierten Wellenfront gemäß der wenigstens zwei Wellenlängenkomponenten, um wenigstens zwei Wellenlängenkomponenten der amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten zu erhalten, um wenigstens zwei Sätze von Intensitätsabbildungen zu erhalten, von denen jeder Satz zu einer Unterschiedlichen der wenigstens zwei Wellenlängenkomponenten der amplitudengeänderten, transformierten Wellenfront korrespondiert.
Darauf folgend werden die Vielzahl der Intensitätsabbildungen verarbeitet, um einen Ausgang bereitzustellen, der die Amplitude und die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt durch Erhalten eines Ausgangs, der die Phase der zu analysierenden Wellenfront von jedem der wenigstens zwei Sätze der Intensitätsabbildungen angibt und Kombinieren der Ausgänge, um eine verbesserte Anzeige der Phase der zu analysierenden Wellenfront bereitzustellen. In der verbesserten Anzeige ist keine 2π-Zweideutigkeit vorhanden, sobald der Wert der Phase 2π überschreitet, was sich üblicherweise ergibt, wenn die Phase einer Wellenfront einer einzelnen Wellenlänge erfasst wird.
Es wird erkannt werden, dass die zu analysierende Wellenfront eine Wellenfront einer akustischen Strahlung sein kann.
Es wird auch erkannt werden, dass die zu analysierende Wellenfront eine Wellenfront einer elektromagnetischen Strahlung sein kann, von jeglicher geeigneter Wellenlänge, wie sichtbares Licht, Infrarot, Ultraviolett und Röntgenstrahlung.
Es wird weiterhin erkannt werden, dass die Wellenfront 2100 durch eine verhältnismäßig kleine Anzahl von Punktquellen dargestellt werden kann und über einen verhältnismäßig kleinen örtlichen Bereich definiert sein kann. In einem solchen Fall kann die Erfassung der Intensitätscharakteristika der Vielzahl der unterschiedlichen amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten ausgeführt werden durch einen Detektor, umfassend nur ein einzelnes Erfassungspixel oder mehrere Erfassungspixel. Zusätzlich kann der Ausgang, welcher wenigstens die Phase oder die Amplitude und möglicherweise beide der zu analysierenden Wellenfront angibt, in direkter Weise einem Computer 2136 bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Vielzahl der unterschiedlichen Amplitudenänderungen 2110, 2112 und 2114, vorzugsweise örtliche Amplitudenänderungen, durch Aufbringen einer zeitlich variierenden, örtlichen Amplitudenänderung auf einen Teil der transformierten Wellenfront 2108 bewirkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Vielzahl der verschiedenen Amplitudenänderungen 2110, 2112 und 2114 durch Aufbringen einer örtlich gleichförmigen, zeitlich variierenden örtlichen Amplitudenänderung auf Teile der transformierten Wellenfront 2108 aufgebracht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst jede der Wellenfront 2100 und der transformierten Wellenfront 2108 eine Vielzahl von verschiedenen Wellenlängenkomponenten. In einem solchen Fall kann die Vielzahl der unterschiedlichen örtlichen Amplitudenänderungen bewirkt werden durch Aufbringen einer Amplitudenänderung auf jede der Vielzahl der unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten der transformierten Wellenfront. Es wird erkannt werden, dass die Amplitudenänderungen örtlich unterschiedlich sein können, oder dass die Amplitude unterschiedlich gedämpft werden kann für jede unterschiedliche Wellenlängenkomponente.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst jede der Wellenfront 2100 und der transformierten Wellenfront 2108 eine Vielzahl von unterschiedlichen Polarisationskomponenten. In einem solchen Fall können die verschiedenen örtlichen Amplitudenänderungen bewirkt werden durch Aufbringen einer Amplitudenänderung auf jede der Vielzahl der unterschiedlichen Polarisationskomponenten der transfor mierten Wellenfront. Es wird erkannt werden, dass die Amplitudenänderungen örtlich unterschiedlich sein können oder dass die Amplitude unterschiedlich gedämpft werden kann für jede unterschiedliche Polarisationskomponente.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die auf die Wellenfront 2100 aufgebrachte Transformation 2106 eine Fourier-Transformation und die Vielzahl der unterschiedlichen örtlichen Amplitudenänderungen umfasst wenigstens drei unterschiedliche Amplitudenänderungen, bewirkt durch Aufbringen einer örtlichen gleichförmigen, zeitvariierenden örtlichen Amplitudendämpfung auf Teile der transformierten Wellenfront 2108 und die Vielzahl der Intensitätsabbildungen 2130, 2132 und 2134 umfasst wenigstens drei Intensitätsabbildungen. In einem solchen Fall beinhaltet das Verarbeiten der Vielzahl der Intensitätsabbildungen, um einen Ausgang zu erhalten, der die Amplitude und die Phase der zu analysierenden Wellenfront angibt, vorzugsweise:
Ausdrücken der zu analysierenden Wellenfront 2100 als eine erste komplexe Funktion, welche eine Amplitude und eine Phase hat, die identisch zu der Amplitude und der Phase der zu analysierenden Wellenfront ist;
Ausdrücken der Vielzahl der Intensitätsabbildungen als eine Funktion der ersten komplexen Funktion und einer örtlichen Funktion, welche die örtlich gleichförmige, zeitvariierende örtliche Amplitudenänderung bestimmen;
Definieren einer zweiten, komplexen Funktion, welche einen absoluten Wert und eine Phase aufweist, wie eine Faltung der ersten komplexen Funktion und eine Fourier-Transformation der örtlichen Funktion, welche die örtlich gleichförmige, zeitlich variierende örtliche Amplitudendämpfung bestimmt;
Ausdrücken jeder der Vielzahl der Intensitätsabbildungen als eine dritte Funktion der:
Amplitude der zu analysierenden Wellenfront;
des absoluten Wertes der zweiten komplexen Funktion;
eines Unterschieds zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion; und
einer bekannten Amplitudendämpfung, welche durch wenigstens eine der wenigstens drei unterschiedlichen Amplitudenänderungen erzeugt wird, zu denen jeweils eine der wenigstens drei Intensitätsabbildungen korrespondiert;
Lösen der dritten Funktion, um die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront zu erhalten, wobei der absolute Wert der zweiten komplexen Funktion und der Unterschied zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion erhalten wird;
Lösen der zweiten komplexen Funktion, um die Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten; und
Erhalten der Phase der zu analysierenden Wellenfront durch Addieren der Phase der zweiten komplexen Funktion zu dem Unterschied zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion.
Bezug wird nun zu 21B genommen, welche eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise als Blockdiagramm gestaltete Darstellung eines Wellenfrontanalysesystems ist, das geeignet ist zum Ausführen der Funktion der 21A gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 21B ersichtlich wird eine Wellenfront, hier mit dem Bezugszeichen 2150 bezeichnet, fokussiert, wie durch eine Linse 2152, auf einen Amplitudendämpfer 2154, der vorzugsweise in der Fokussierebene der Linse 2152 angeordnet ist. Der Amplitudendämpfer 2154 erzeugt Amplitudenänderungen, wie eine Amplitudendämpfung, und kann beispielsweise ein örtlicher Lichtmodulator oder eine Reihe von verschiedenen, teilweise transparenten Objekten sein.
Eine zweite Linse 2156 ist so angeordnet, dass die Wellenfront 2150 auf einen Detektor 2158, wie einen CCD-Detektor abgebildet wird. Vorzugsweise ist die zweite Linse 2156 solcher Art angeordnet, dass der Detektor 2158 in ihrer Fokussierebene liegt. Der Ausgang des Detektors 2158 wird vorzugsweise dem Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 2160 zugeführt, der vorzugsweise die Funktion "C" ausführt, wie hierin zuvor unter Bezugnahme auf 21A beschrieben.
Bezug wird nun genommen auf 22, welche eine vereinfachte, teilweise schematische, teilweise bildhafte Darstellung eines Systems zur Oberflächendarstellung ist, verwendend die Funktion und Struktur der 21A und 21B. Wie ersichtlich in 22 wird ein Strahl einer Strahlung, wie Licht oder akustische Energie, von einer Strahlungsquelle 2200 bereitgestellt, optional über einen Strahlungsexpander 2202, auf einen Strahlungs teiler 2204, welcher wenigstens Teile der Strahlung auf eine Oberfläche 2206 reflektiert, die zu untersuchen ist. Die von der untersuchten Oberfläche reflektierte Strahlung ist eine Oberflächendarstellungswellenfront, welche eine Amplitude und eine Phase aufweist, die Information über die Oberfläche 2206 enthält. Wenigstens ein Teil der auf die Oberfläche 2206 einfallenden Strahlung wird von der Oberfläche 2206 reflektiert und über den Strahlungsteiler 2204 übertragen und über eine Fokussierungslinse 2208 auf einen Amplitudendämpfer 2210 fokussiert, der vorzugsweise in der Bildebene der Strahlungsquelle 2200 angeordnet ist.
Der Amplitudendämpfer 2210 kann beispielsweise ein örtlicher Lichtmodulator oder eine Reihe von unterschiedlichen, teilweise transparenten, nicht örtlich gleichförmigen Objekten sein. Es wird erkannt werden, dass der Amplitudendämpfer 2210 ausgebildet sein kann, sodass ein wesentlicher Teil der darauf fokussierten Strahlung davon reflektiert wird. Alternativ kann der Amplitudendämpfer 2210 solcher Art konfiguriert sein, dass ein wesentlicher Teil der darauf fokussierten Strahlung dadurch übertragen wird.
Eine zweite Linse 2212 ist solcher Art angeordnet, dass die Oberfläche 2206 auf einen Detektor 2214, wie einen CCD-Detektor, abgebildet wird. Vorzugsweise ist die zweite Linse 2212 solcher Art angeordnet, dass der Detektor 2214 in ihrer Fokussierebene liegt. Der Ausgang des Detektors 2214, der beispielsweise ein Satz von Intensitätsabbildungen ist, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 2215, wird vorzugsweise dem Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 2216 zugeführt, der vorzugsweise die Funktion "C" ausführt, wie hierin zuvor unter Bezug zu 21A beschrieben, bereitstellend einen Ausgang, der wenigstens die Phase oder die Amplitude und möglicherweise beide der Oberflächendarstellungswellenfront angibt. Dieser Ausgang wird vorzugsweise weiter verarbeitet, um Information über die Oberfläche 2206 zu erhalten, wie über geometrische Variationen und die Reflektivität der Oberfläche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der Strahl der von der Strahlungsquelle 2200 bereitgestellten Strahlung ein schmales Wellenlängenband um eine vorgegebene zentrale Wellenlänge, bewirkend, dass die Phase der von der Oberfläche 2206 reflektierten Strahlung proportional ist zu geometrischen Variationen in der Oberfläche 2206, wobei das Verhältnis eine inverse, lineare Funktion der zentralen Wellenlänge der Strahlung ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der Strahl der von der Strahlungsquelle 2200 bereitgestellten Strahlung wenigstens zwei schmale Wellenlängenbänder, jeweils zentriert um verschiedene Wellenlängen, bezeichnet λ₁, ..., λ_n. In ei nem solchen Fall hat die von der Oberfläche 2206 reflektierte Strahlung wenigstens zwei Wellenlängenkomponenten, jeweils zentriert um eine Wellenlänge λ₁, ..., λ_n.
Wenigstens zwei Anzeigen der Phase der Oberflächendarstellungswellenfront werden erhalten. Jede dieser Anzeigen entspricht einer verschiedenen Wellenlängenkomponente der reflektierten Strahlung. Diese wenigstens zwei Angaben können nachfolgend kombiniert werden, um eine verbesserte Darstellung der Oberfläche 2206 zu ermöglichen, durch Vermeiden von Zweideutigkeit in der Darstellung, bekannt als 2π-Zweideutigkeit, wenn der Wert der Darstellung an einer vorgegebenen, örtlichen Stelle in der Oberfläche den Wert der Darstellung an einer anderen, örtlichen Stelle in der Oberfläche durch die Größte der unterschiedlichen Wellenlängen λ₁, ..., λ_n überschreitet. Eine geeignete Wahl der Wellenlängen λ₁, ..., λ_n kann zur Vermeidung dieser Zweideutigkeit führen, wenn der Unterschied der Werte der Darstellung an verschiedenen Stellen kleiner ist als das Multiplikationsprodukt von allen Wellenlängen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bringt der Amplitudendämpfer 2210 eine Vielzahl von verschiedenen, örtlichen Amplitudenänderungen auf die Strahlungswellenfront, welche von der Oberfläche 2206 reflektiert wird und durch die Linse 2208 Fourier transformiert wird. Das Aufbringen einer Vielzahl von verschiedenen, örtlichen Amplitudenänderungen stellt eine Vielzahl von verschieden amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten bereit, welche nachfolgend durch den Detektor 2214 erfasst werden können.
Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden wenigstens drei unterschiedliche, örtliche Amplitudenänderungen durch den Amplitudendämpfer 2210 aufgebracht, resultierend in wenigstens drei unterschiedlichen Intensitätsabbildungen 2215. Die wenigstens der Intensitätsabbildungen werden durch den Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 2216 verarbeitet, um einen Ausgang zu erhalten, der wenigstens die Phase oder die Amplitude und möglicherweise beide der Oberflächendarstellungswellenfront angibt. In einem solchen Fall führt der Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 2216 die Funktion "C" aus, wie hierin zuvor unter Bezug zu 21A beschrieben, wobei die zu analysierende Wellenfront (21A) die Oberflächendarstellungswellenfront ist.
Zusätzlich umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Strahl der von der Strahlungsquelle 2200 bereitgestellten Strahlung eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten in der Oberflächendarstellungswellenfront und folg lich in der transformierten Wellenfront, welche auf den Amplitudendämpfer 2210 trifft. In diesem Fall kann der Amplitudendämpfer ein Objekt sein, bei dem wenigstens die Reflektion und die Transmission örtlich variiert. Diese örtliche Varianz des Amplitudendämpfers erzeugt eine unterschiedliche örtliche Amplitudenänderung für jede der Wellenlängenkomponenten, dadurch bereitstellend eine Vielzahl von unterschiedlichen amplitudengeänderten, transformierten Wellenfronten, welche nachfolgend durch den Detektor 2214 erfasst werden. Es wird erkannt werden, dass die durch den Dämpfer 2210 erzeugte Amplitudendämpfung unterschiedlich sein kann für jede der unterschiedlichen Wellenlängenkomponenten.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Oberfläche 2206 eine Oberfläche eines Mediums, in dem Information codiert ist durch Auswählen der Höhe des Mediums an jeder einer Vielzahl von unterschiedlichen Stellen auf dem Medium. In einem solchen Fall werden die Angaben der Amplitude und der Phase der Oberflächendarstellungswellenfront, welche durch einen Datenspeicherungs- und Verarbeitungsschaltkreis 2216 bereitgestellt werden, verarbeitet, um die Information, die auf dem Medium codiert ist, zu erhalten.
Es wird erkannt werden, dass andere Anwendungen, wie diejenige, welche hierin zuvor mit Bezug zu den 16–20 beschrieben wurden, auch gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden können, worin eine Amplitudendämpfung ausgeführt wird anstelle einer Phasenmanipulation. Es wird weiterhin erkannt werden, dass alle hierin zuvor beschriebenen Anwendungen mit Bezug zu den 15–20 auch bereitgestellt werden können gemäß der vorliegenden Erfindung, worin sowohl eine Amplitudendämpfung als auch eine Phasenmanipulation ausgeführt werden.
Es wird durch den Fachmann erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht dadurch beschränkt ist, was hierin zuvor insbesondere gezeigt und beschrieben wurde. Viel mehr beinhaltet die vorliegende Erfindung sowohl Kombinationen als auch Unterkombinationen der hierin zuvor beschriebenen Merkmale, ebenso wie Modifikationen und Variationen dieser Merkmale, welche dem Fachmann klar werden bei Lesen der vorangehenden Beschreibung und welche nicht Stand der Technik sind.

Claims

Verfahren zur Wellenfrontanalyse mit folgenden Schritten: Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124), die einer zu analysierenden Wellenfront (100) entsprechen, die eine Amplitude (103) und eine Phase (102) aufweist; Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134) der Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124); und Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134), um eine Ausgabe zu erhalten, die die Amplitude (139) und die Phase (138) der zu analysierenden Wellenfront (100) angibt.
Verfahren zur Wellenfrontanalyse nach Anspruch 1, wobei das Verwenden folgendes umfasst: Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134), um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Phase (138) der zu analysierenden Wellenfront angibt, durch Kombinieren der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134) zu einer zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen, wobei die zweite Vielzahl kleiner als die erste Vielzahl ist, Erhalten zumindest einer die Phase der zu analysierenden Wellenfront (100) angebenden Ausgabe für jede der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen und Kombinieren der Ausgaben, um zumindest eine verbesserte Phasenangabe der zu analysierenden Wellenfront (100) bereitzustellen.
Verfahren zur Wellenfrontanalyse nach Anspruch 1, wobei das Verwenden folgendes umfasst: Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (1220, 1222, 1224), um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Phase der zu analysierenden Wellenfront (1200) angibt, durch Ausdrücken (1230) der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als eine Funktion der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront; der Phase der zu analysierenden Wellenfront; und einer Phasenänderungsfunktion, die die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (1210, 1212, 1214) charakterisiert; Definieren einer komplexen Funktion der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront; der Phase der zu analysierenden Wellenfront; und der Phasenänderungsfunktion, die die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten charakterisiert; wobei die komplexe Funktion dadurch gekennzeichnet ist, dass die Intensität an jedem Ort in der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (1220, 1222, 1224) eine Funktion vorherrschend eines Wertes der komplexen Funktion an dem Ort und der Amplitude und der Phase der zu analysierenden Wellenfront (1200) an dem Ort ist; Ausdrücken der komplexen Funktion als Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen; und Erhalten von Werten für die Phase durch Verwenden (1242) der als Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen ausgedrückten, komplexen Funktion.
Verfahren zur Wellenfrontanalyse nach Anspruch 1, wobei das Verwenden folgendes umfasst: Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134), um eine Ausgabe von zumindest einer Phasenangabe (138) zweiter Ordnung der zu analysierenden Wellenfront (100) zu erhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wobei die zu analysierende Wellenfront (100) eine Oberflächen abbildende Wellenfront ist, die durch Reflexion von Strahlung von einer Oberfläche (1506) erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1–4 und wobei die die zu analysierende Wellenfront (100) eine ein Objekt inspizierende Wellenfront ist, die durch Transmission von Strahlung durch ein Objekt (1602) erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1–4 und wobei die zu analysierende Wellenfront (100) eine Wellenfront zur Spektralanalyse ist, die dadurch erhalten wird, dass man Strahlung auf ein Objekt (1702) einfallen lässt, und ferner mit: dem Verwenden (1714) der die Amplitude und Phase angebenden Ausgabe, um eine Ausgabe zu erhalten, die den spektralen Gehalt der Strahlung angibt.
Verfahren nach Anspruch 1–4 und wobei die zu analysierende Wellenfront (100) eine Wellenfront zur Abfrage gespeicherter Daten ist, die durch Reflexion von Strahlung von Medien (1900) erhalten wird, in denen Information dadurch kodiert ist, dass die Höhe der Medien an jedem Ort einer Vielzahl von verschiedenen Orten auf den Medien (1902) gewählt wird, und außerdem mit: dem Verwenden (1912) der die Amplitude und Phase angebenden Ausgabe, um die Information zu erhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wobei die unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) durch Interferenz der zu analysierenden Wellenfront (100) entlang eines gemeinsamen optischen Pfads erhalten werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wobei das Erhalten einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) folgendes umfasst: Anwenden einer Transformation (106) auf die zu analysierende Wellenfront (100), um eine transformierte Wellenfront (108) zu erhalten; und Anwenden einer Vielzahl von Phasenänderungen (110, 112, 114) auf die transformierte Wellenfront (108), um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120,122, 124) zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 10 und wobei die Vielzahl verschiedener Phasenänderungen (110, 112, 114) räumliche Phasenänderungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11 und wobei die Vielzahl verschiedener räumlicher Phasenänderungen bewirkt wird durch das Anwenden einer räumlich gleichförmigen, zeitlich variierenden, räumlichen Phasenänderung (410, 420, 430 oder 510, 520, 530) auf zumindest einen Teil der transformierten Wellenfront (408) oder einen Teil der zu analysierenden Wellenfront (500).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–9 und wobei: das Erhalten einer Vielzahl von phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) zumindest entweder die folgenden Schritte: Anwenden einer Fouriertransformation (106) auf die zu analysierende Wellenfront (100), um dadurch eine transformierte Wellenfront (108) zu erhalten; Anwenden einer Vielzahl von verschiedenen Phasenänderungen (110, 112, 114) auf die transformierte Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl unterschiedlich phasenveränderter, transformierter Wellenfronten (120, 122, 124) zu erhalten, oder die folgenden Schritte umfasst: Anwenden eine Vielzahl von verschiedenen Phasenänderungen auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten zu erhalten; und Anwenden einer Fouriertransformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) zu erhalten, und die Vielzahl von verschiedenen Phasenänderungen (110, 112, 114) räumliche Phasenänderungen umfassen; die Vielzahl von verschiedenen räumlichen Phasenänderungen (110, 112, 114) durch Anwenden einer räumlich gleichförmigen, zeitlich variierenden, räumlichen Phasenänderung auf zumindest einen Teil der transformierten Wellenfront oder einen Teil der zu analysierenden Wellenfront bewirkt werden; die Vielzahl von verschiedenen räumlichen Phasenänderungen (110, 112, 114) zumindest drei verschiedene Phasenänderungen umfassen; die Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134) zumindest drei Intensitätsabbildungen umfasst; und das Verwenden (136) der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134), um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude (139) oder die Phase (138) der zu analysierenden Wellenfront (100) angibt, folgendes umfasst: Ausdrücken der zu analysierende Wellenfront als erste komplexe Funktion (1300), die einen absoluten Wert und ein Phase aufweist, die identisch zu der Amplitude und Phase der zu analysierenden Wellenfront sind; Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen als Funktion (1308) der ersten komplexen Funktion und einer räumlichen Funktion (1304), die die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung bestimmt; Definieren einer zweiten komplexen Funktion (1312) mit einem absoluten Wert und einer Phase als Faltung der ersten komplexen Funktion und einer Fouriertransformierten der räumlichen Funktion, die die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung bestimmt; Ausdrücken jeder der Intensitätsabbildungen (1324) als eine dritte Funktion (1320) der die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront; dem absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion; einer Differenz (1316) zwischen der Phase der zu 15 analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion; und einer bekannten Phasenverzögerung, die durch eine der zumindest drei verschiedenen Phasenänderungen erzeugt wird, die jeweils einer der drei Intensitätsabbildungen entsprechen; Lösen der dritten Funktion, um die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und die Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten (1328); Lösen der zweiten komplexen Funktion, um die Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten (1332); und Erhalten (1336) der Phase der zu analysierenden Wellenfront durch Addieren der Phase der zweiten komplexen Funktion zu der Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12–13 und wobei die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung (410, 420, 430 oder 510, 520, 530) auf einen räumlich mittleren Teil von zumindest der transformierten Wellenfront (408) oder der zu analysierenden Wellenfront (500) angewandt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wobei: die zu analysierende Wellenfront (600 oder 700) eine Vielzahl von verschiedenen Wellenlängenkomponenten (704, 706, 708) umfasst; und die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (620, 622, 624 oder 720, 722, 724) erhalten werden durch Anwenden einer Phasenänderung (610, 612, 614 oder 710, 712, 714) auf eine Vielzahl von verschiedenen Wellenlängenkomponenten von zumindest der zu analysierenden Wellenfront (700) oder einer transformierten Wellenfront (602), die durch Anwenden einer Transformation auf die zu analysierende Wellenfront (600) erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 15 und wobei die auf die Vielzahl von verschiedenen Wellenlängenkomponenten angewandte Phasenänderung (610, 612, 614 oder 710, 712, 714) dadurch bewirkt wird, dass zumindest die zu analysierende Wellenfront (700) oder die transformierte Wellenfront (602) durch ein Objekt geleitet werden, bei dem zumindest die Dicke oder der Brechungsindex räumlich variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–14 und wobei: die zu analysierende Wellenfront (900) eine Vielzahl von verschiedenen Polarisationskomponenten (904, 906) umfasst; und die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (920, 922) erhalten werden durch Anwendung einer Phasenänderung (910, 912) auf eine Vielzahl von verschiedenen Polarisationskomponenten van zumindest der zu analysierenden Wellenfront (900) oder einer transformierten Wellenfront, die durch Anwenden einer Transformation auf die zu analysierende Wellenfront erhalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wobei das Erhalten einer Vielzahl von Intensitätsabbildungen (1130, 1132, 1134) der Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (1120, 1122, 1124) folgendes umfasst: Anwenden einer Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (1120, 1122, 1124).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 4–12 und 15–18 und wobei das Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134) zum Erhalten einer zumindest die Amplitude (139) oder die Phase (138) der zu analysierenden Wellenfront (100) angebenden Ausgabe folgendes umfasst: Ausdrücken der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134) als zumindest eine mathematische Funktion der Phase (102) und der Amplitude (103) der zu analysierenden Wellenfront (100), wobei zumindest die Phase (102) oder die Amplitude (103) unbekannt ist; und Verwenden der zumindest einen mathematischen Funktion, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Phase (138) oder die Amplitude (139) anzeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, 11–12 und 15–18 und wobei das Erhalten der Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) zumindest entweder die folgenden Schritte: Anwenden einer Transformation (106) auf die zu analysierende Wellenfront (100), um dadurch eine transformierte Wellenfront (108) zu erhalten; und Anwenden einer Vielzahl von unterschiedlichen Phasen- und Amplitudenänderungen (110, 112, 114; 2110, 2112, 2114) auf die transformierte Wellenfront (108), um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124; 2120, 2112, 2114) zu erhalten, oder die folgenden Schritte umfasst: Anwenden einer Vielzahl von unterschiedlichen Phasen- und Amplitudenänderungen auf die zu analysierende Wellenfront, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten Wellenfronten zu erhalten; und Anwenden einer Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten Wellenfronten, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124; 2120, 2122, 2124) zu erhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wobei: die zu analysierende Wellenfront (100) zumindest zwei Wellenlängenkomponenten umfasst; das Erhalten der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134) auch das Teilen der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) entsprechend den zumindest zwei Wellenlängenkomponenten umfasst, um zumindest zwei Wellenlängenkomponenten der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) zu erhalten und um zumindest zwei Sätze von Intensitätsabbildungen zu erhalten, wobei jeder Satz einer anderen Wellenlängenkomponente der zumindest zwei Wellenlängenkomponenten der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) entspricht; und das Verwenden der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134) zum Erhalten einer Ausgabe, die zumindest die Phase (138) der zu analysierenden Wellenfront angibt, das Erhalten einer die Phase der zu analysierenden Wellenfront angebenden Ausgabe aus jedem der zumindest zwei Sätze von Intensitätsabbildungen und das Kombinieren der Ausgaben beinhaltet, um eine verbesserte Phasenangabe (138) der zu analysierenden Wellenfront bereitzustellen, in der keine 2n Mehrdeutigkeit vorhanden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, 11–17, 20 und 21 und wobei: die zu analysierende Wellenfront zumindest eine eindimensionale Komponente (1001, 1002, 1003, 1004, 1005) umfasst; das Erhalten der unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (1016, 1018, 1020) folgendes umfasst: Anwenden einer eindimensionalen Fouriertransformation auf die zu analysierende Wellenfront, wobei die Fouriertransformation in einer zu einer Ausbreitungsrichtung senk rechten Dimension durchgeführt wird, um dadurch zumindest eine eindimensionale Komponente einer transformierten Wellenfront (1006, 1007, 1008, 1009, 1010) in der zu der Ausbreitungsrichtung senkrechten Dimension zu erhalten, Anwenden einer Vielzahl von Phasenänderungen (1011, 1012, 1013) auf jede der zumindest einen eindimensionalen Komponenten (1006, 1007, 1008, 1009, 1010), um dadurch zumindest eine eindimensionale Komponente (1021, 1022, 1023, 1024, 1025; 1031, 1032,1033, 1034, 1035; 1041, 1042, 1043, 1044, 1045) einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (1016, 1018, 1020) zu erhalten; und die Vielzahl von Intensitätsabbildungen (1046, 1048, 1050) verwendet werden, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Amplitude oder die Phase der zumindest einen eindimensionalen Komponente (1001, 1002, 1003, 1004, 1005) der zu analysierenden Wellenfront angibt.
Verfahren nach Anspruch 22 und wobei die Vielzahl von unterschiedlichen Phasenänderungen auf jede der zumindest einen eindimensionalen Komponente angewandt wird, indem für eine Relativbewegung zwischen der zu analysierenden Wellenfront (1080) und einem Element (1087) gesorgt wird, das räumlich veränderliche, zeitlich konstante Phasenänderungen erzeugt, wobei die Relativbewegung in einer zusätzlichen Dimension ('X') erfolgt, die senkrecht sowohl zur Ausbreitungsrichtung ('Z') als auch zu der zur Ausbreitungsrichtung senkrechten Dimension ('Y') liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–6 und wobei die Strahlung zumindest zwei schmale Bänder aufweist, die jeweils um eine unterschiedliche Wellenlänge zentriert sind, wobei das Verfahren zumindest zwei Wellenlängenkomponenten in der zu analysierenden Wellenfront (100) und zumindest zwei Angaben der Phase der zu analysierenden Wellenfront liefert, wodurch eine verbessert Abbildung eines Merkmals eines mit Strahlung beaufschlagten Elements (1506 oder 1602), auf das die Strahlung einfällt, ermöglicht wird durch Vermeiden einer Mehrdeutigkeit in der Abbildung, die die größere der unterschiedlichen Wellenlängen überschreitet, um die die zwei schmalen Bänder zentriert sind, wobei das Merkmal zumindest eine geometrische Variation der Oberfläche, eine Dicke oder eine geometrische Variation des Elements umfasst.
Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse mit: einem Wellenfronttransformator, der eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) liefern, die einer zu analysierenden Wellenfront (100) entsprechen, die eine Amplitude (103) und eine Phase (102) aufweist, einem Intensitätsabbildungsgenerator, der eine Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134) der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) liefern und einem Intensitätsabbildungsverwender zur Verwendung der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134), um eine Ausgabe zur Verfügung zu stellen, die die Amplitude (139) und die Phase (138) der zu analysierenden Wellenfront (100) angibt.
Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse nach Anspruch 25 und wobei der folgendes umfasst: eine Intensitätskombiniereinrichtung, die Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134) zu einer zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen kombiniert, wobei die zweite Vielzahl kleiner als die erste Vielzahl ist; eine Bereitstellungseinrichtung, die zumindest eine die Phase (138) der zu analysierenden Wellenfront (100) angebende Ausgabe für jede der zweiten Vielzahl von kombinierten Intensitätsabbildungen bereitstellt; und eine Bereitstellung für eine verbesserte Angabe zum Kombinieren der Ausgaben, um zumindest eine verbesserte Phasenangabe der zu analysierenden Wellenfront (100) bereitstellen.
Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse nach Anspruch 25 und wobei der Intensitätsabbildungsverwender folgendes umfasst: eine Einrichtung zum Ausdrücken einer Intensitätsabbildung (1230), um die Vielzahl von Intensitätsabbildungen (1220, 1222, 1224) auszudrücken als eine Funktion der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront; der Phase der zu analysierenden Wellenfront; und einer Phasenänderungsfunktion, die die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (1210, 1212, 1214) charakterisiert; eine Einrichtung zum Definieren einer komplexen Funktion, um die komplexe Funktion der Amplitude der zu analysierenden Wellenfront; der Phase der zu analysierenden Wellenfront; und der Phasenänderungsfunktion zu definieren, die die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten charakterisiert; eine Bereitstellungseinrichtung zum Kombinieren der Ausgaben, um zumindest eine wobei die komplexe Funktion dadurch gekennzeichnet ist, dass die Intensität an jedem Ort in der Vielzahl von Intensitätsabbildungen (1220, 1222, 1224) eine Funktion vorherrschend eines Wertes der komplexen Funktion an dem Ort und der Amplitude und der Phase der zu analysierenden Wellenfront (1200) an dem Ort ist; eine Einrichtung zum Ausdrücken einer komplexen Funktion, um die komplexe Funktion als Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen auszudrücken; und eine Einrichtung zum Erhalten einer Phase, um Werte für die Phase durch Verwenden (1242) der als Funktion der Vielzahl von Intensitätsabbildungen ausgedrückten, komplexen Funktion zu erhalten.
Vorrichtung zur Wellenfrontanalyse nach Anspruch 25 und wobei die Verwendungseinrichtung für Intensitätsabbildungen dafür ausgelegt ist, die Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134) zu verwenden, um eine Ausgabe von zumindest einer Phasenangabe (138) zweiter Ordnung der zu analysierenden Wellenfront (100) zu erhalten.
Vorrichtung zur Oberflächenabbildung nach einem der Ansprüche 25–28 und wobei die zu analysierende Wellenfront (100) eine Oberflächen abbildende Wellenfront ist und ferner mit: einer Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die durch Reflexion von Strahlung von einer Oberfläche (1506) die Oberflächen abbildende Wellenfront erhält.
Vorrichtung zur Inspizierung eines Objekts nach einem der Ansprüche 28 und wobei die zu analysierende Wellenfront (100) eine ein Objekt inspizierende Wellenfront ist, und ferner mit: einer Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die die durch Transmission von Strahlung durch das Objekt (1602) die das Objekt inspizierende Wellenfront erhält.
Vorrichtung zur Spektralanalyse nach einem der Ansprüche 25–28 und wobei die zu analysierende Wellenfront (100) eine Wellenfront zur Spektralanalyse ist und ferner mit: einer Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die eine Wellenfront zur Spektralanalyse dadurch erhält, dass sie Strahlung auf ein Objekt (1702) einfallen lässt, und einer Einrichtung (1714) dem Verwenden einer Amplitude und Phase, um die Amplitude und Phase angebende Ausgabe zu verwenden, um eine Ausgabe zu erhalten, die den spektralen Gehalt der Strahlung angibt.
Vorrichtung zur Abfrage gespeicherter Daten nach einem der Ansprüche 25–28 und wobei die zu analysierende Wellenfront (100) eine Wellenfront zur Abfrage gespeicherter Daten ist und ferner mit: einer Einrichtung zum Erhalten einer Wellenfront, die die Wellenfront zur Abfrage gespeicherter Daten durch Reflexion von Strahlung von Medien (1900) erhält, in denen Information dadurch kodiert ist, dass die Höhe der Medien an jedem Ort einer Vielzahl von verschiedenen Orten auf den Medien (1902) gewählt wird; und eine Verwendungseinrichtung (1912) für Phase und Amplitude zum Verwenden der Amplitude und Phase angebenden Ausgabe, um die Information zu erhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25–32 und wobei der Wellenfronttransformer dafür ausgelegt ist, die unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) durch Interferenz der zu analysierenden Wellenfront (100) entlang eines gemeinsamen optischen Pfads bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25–33 und wobei der Wellenfronttransformer folgendes umfasst: eine Transformationsanwendungseinrichtung zum Anwenden einer Transformation (106) auf die zu analysierende Wellenfront (100), um eine transformierte Wellenfront (108) zu erhalten; und eine Phasenänderungsanwendungseinrichtung zum Anwenden einer Vielzahl von Phasenänderungen (110, 112, 114) auf die transformierte Wellenfront (108), um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 34 und wobei die Vielzahl verschiedener Phasenänderungen (110, 112, 114) räumliche Phasenänderungen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 35 und mit Mitteln zum Bewirken der Vielzahl verschiedener, räumlicher Phasenänderungen durch das Anwenden einer räumlich gleichförmigen, zeitlich variierenden, räumlichen 20 Phasenänderung (410, 420, 430 oder 510, 520, 530) auf zumindest einen Teil der transformierten Wellenfront (408) und einen Teil der zu analysierenden Wellenfront (500).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25–33 und wobei: der Wellenfronttransformator zumindest eines der folgenden Elemente umfasst: eine Einrichtung zum Anwenden einer Transformation, um eine Fouriertransformation (106) auf die zu analysierende Wellenfront (100), um dadurch eine transformierte Wellenfront (108) zu erhalten; eine Einrichtung zum Anwenden einer Phasenänderung, um eine Vielzahl von verschiedenen Phasenänderungen (110, 112, 114) auf die transformierte Wellenfront anzuwenden, um dadurch eine Vielzahl unterschiedlich phasenveränderter, transformierter Wellenfronten (120, 122, 124) zu erhalten, oder die folgenden Elemente umfasst: eine Einrichtung zum Anwenden einer Phasenänderung, um eine Vielzahl von verschiedenen Phasenänderungen auf die zu analysierende Wellenfront anzuwenden, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten zu erhalten; und eine Einrichtung zum Anwenden einer Transformation, um eine Fouriertransformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten Wellenfronten anzuwenden, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) zu erhalten; die Vielzahl von verschiedenen Phasenänderungen (110, 112, 114) räumliche Phasenänderungen umfassen; die Vielzahl von verschiedenen räumlichen Phasenänderungen (110, 112, 114) durch bereitgestellte Mittel zum Anwenden einer räumlich gleichförmigen, zeitlich variierenden, räumlichen Phasenänderung auf zumindest einen Teil der transformierten Wellenfront oder einen Teil der zu analysierenden Wellenfront bewirkt werden; die Vielzahl von verschiedenen räumlichen Phasenänderungen (110, 112, 114) zumindest drei verschiedene Phasenänderungen umfassen; die Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134) zumindest drei Intensitätsabbildungen umfasst; und der Intensitätsabbildungsverwender (136) folgendes umfasst: eine Einrichtung zum Ausdrücken einer Wellenfront, um die zu analysierende Wellenfront als erste komplexe Funktion (1300) auszudrücken, die einen absoluten Wert und ein Phase aufweist, die identisch zu der Amplitude und Phase der zu analysierenden Wellenfront sind; eine erste Einrichtung zum Ausdrücken einer Intensitätsabbildung, um die Vielzahl von Intensitätsabbildungen als Funktion (1308) der ersten komplexen Funktion und einer räumlichen Funktion (1304) auszudrücken, die die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung bestimmt; einer Einrichtung zum Definieren komplexen Funktion, um eine zweite komplexe Funktion (1312) mit einem absoluten Wert und einer Phase als Faltung der ersten komplexen Funktion und einer Fouriertransformierten der räumlichen Funktion auszudrücken, die die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung bestimmt; eine zweite Einrichtung zum Ausdrücken einer Intensitätsabbildung, um jede der Intensitätsabbildungen (1324) als eine dritte Funktion (1320) der die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront; dem absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion; einer Differenz (1316) zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion; und einer bekannten Phasenverzögerung, die durch eine der zumindest drei verschiedenen Phasenänderungen erzeugt wird, die jeweils einer der drei Intensitätsabbildungen entsprechen, auszudrücken; eine erste Einrichtung zum Lösen einer Funktion, um die dritte Funktion zu lösen, um die Amplitude der zu analysierenden Wellenfront, den absoluten Wert der zweiten komplexen Funktion und die Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten (1328); eine zweite Einrichtung zum Lösen einer Funktion, um die zweite komplexe Funktion zu lösen, um die Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten (1332); und eine Einrichtung zum Erhalten einer Phase, um die Phase der zu analysierenden Wellenfront durch Addieren der Phase der zweiten komplexen Funktion zu der Differenz zwischen der Phase der zu analysierenden Wellenfront und der Phase der zweiten komplexen Funktion zu erhalten (1336).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36–37 und wobei die räumlich gleichförmige, zeitlich variierende, räumliche Phasenänderung (410, 420, 430 oder 510, 520, 530) auf einen räumlich mittleren Teil von zumindest der transformierten Wellenfront (408) oder der zu analysierenden Wellenfront (500) angewandt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25–33 und wobei die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (212, 222, 232) eine Vielzahl von Wellenfronten umfasst, deren Phase durch eine Phasenänderungseinrichtung geändert wurde, die zumindest eine zeitlich variierende Phasenänderungsfunktion (210, 220, 230) auf die zu analysierende Wellenfront (200) anwendet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25–38 und wobei: die zu analysierende Wellenfront (600 oder 700) eine Vielzahl von verschiedenen Wellenlängenkomponenten (704, 706, 708) umfasst; und ein Wellenfronttransformer, der eine Phasenänderung (610, 612, 614 oder 710, 712, 714) auf eine Vielzahl von verschiedenen Wellenlängenkomponenten von zumindest der zu analysierenden Wellenfront (700) oder einer transformierten Wellenfront (602), die durch eine Transformation auf die zu analysierende Wellenfront (600) anwendende Transformationsanwendungseinrichtung erhalten wird, anwendet, wodurch die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (620, 622, 624 oder 720,722, 724) erhalten werden.
Vorrichtung nach Anspruch 40 und mit Mitteln zum Bewirken der auf die Vielzahl von verschiedenen Wellenlängenkomponenten angewandte Phasenänderung (610, 612, 614 oder 710, 712, 714) durch Hindurchleiten zumindest der zu analysierenden Wellenfront (700) oder der transformierten Wellenfront (602) durch ein Objekt, bei dem zumindest die Dicke oder der Brechungsindex räumlich variiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25–38 und 5 wobei: die zu analysierende Wellenfront (900) eine Vielzahl von verschiedenen Polarisationskomponenten (904, 906) umfasst; und der Wellenfronttransformer eine Phasenänderung (910, 912) auf eine Vielzahl von verschiedenen Polarisationskomponenten (904, 906) von zumindest der zu analysierenden Wellenfront (900) oder einer transformierten Wellenfront, die durch eine Transformation auf die zu analysierende Wellenfront Transformationsanwendungseinrichtung erhalten wird, anwendet, um die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (920, 922) zu erhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25–42 und wobei der Intensitätsabbildungsgenerator folgendes umfasst: eine zweite Transformationsanwendungseinrichtung zum Anwenden einer Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (1120, 1122, 1124).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25, 28–36 und 39–43 und wobei die Verwendungseinrichtung für Intensitätsabbildungen folgendes beinhaltet: eine Einrichtung zum Ausdrücken von Intensitätsabbildungen, um die Vielzahl von Intensitätsabbildungen (130, 132, 134) als zumindest eine mathematische Funktion der Phase (102) und der Amplitude (103) der zu analysierenden Wellenfront (100) auszudrücken, wobei zumindest die Phase (102) oder die Amplitude (103) unbekannt ist; und eine Funktionslösungseinrichtung zum Verwenden der zumindest einen mathematischen Funktion, um eine Ausgabe zu erhalten, die zumindest die Phase (138) oder die Amplitude (139) anzeigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25–33, 35–36 und 40–45 und wobei der Wellenfronttransformator folgendes umfasst: Zumindest eines der folgenden Elemente. entweder eine Einrichtung zum Anwenden einer Transformation, um eine Transformation (106) auf die zu analysierende Wellenfront (100) anzuwenden, um dadurch eine transformierte Wellenfront (108) zu erhalten; und eine Phasenänderungsanwendungseinrichtung, um eine Vielzahl von unterschiedlichen Phasen- und Amplitudenänderungen (110, 112, 114; 2110, 2112, 2114) auf die transformierte Wellenfront (108) anzuwenden, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124; 2120, 2122, 2124) zu erhalten; oder die folgenden Elemente eine Phasenänderungsanwendungseinrichtung, um eine Vielzahl von unterschiedlichen Phasen- und Amplitudenänderungen auf die zu analysierende Wellenfront anzuwenden, um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten Wellenfronten zu erhalten; und eine Einrichtung zum Anwenden einer Transformation, um eine Transformation auf die Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten Wellenfronten anzuwenden um dadurch eine Vielzahl von unterschiedlich phasen- und amplitudenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124; 2120, 2122, 2124) zu erhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25–45 und wobei: die zu analysierende Wellenfront (100) zumindest zwei Wellenlängenkomponenten umfasst; der Intensitätsabbildungsgenerator auch einen Wellenfrontteiler beinhaltet, um die phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) entsprechend den zumindest zwei Wellenlängenkomponenten zu teilen, um dadurch zumindest zwei Wellenlängenkomponenten der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) zu erhalten und um zumindest zwei Sätze von Intensitätsabbildungen zu erhalten, wobei jeder Satz einer anderen Wellenlängenkomponente der zumindest zwei Wellenlängenkomponenten der phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (120, 122, 124) entspricht; und der Intensitätsabbildungsverwender eine Einrichtung zum Erhalten einer Phase beinhaltet, um eine die Phase (138) der zu analysierenden Wellenfront angebenden Ausgabe aus jedem der zwei Sätze von Intensitätsabbildungen zu erhalten und um die Ausgaben zu kombinieren, um eine verbesserte Phasenangabe (138) der zu analysierenden Wellenfront bereitzustellen, in der keine 2nt Mehrdeutigkeit vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25–33, 35–38, 40–42, 45 und 46 und wobei: die zu analysierende Wellenfront zumindest eine eindimensionale Komponente (1001, 1002, 1003, 1004, 1005) umfasst; der Wellenfronttransformator folgendes umfasst: eine Einrichtung zum Anwenden einer Transformation, um eine eindimensionale Fouriertransformation auf die zu analysierende Wellenfront auszuführen, wobei die Fouriertransformation in einer zu einer Ausbreitungsrichtung senkrechten Dimension durchgeführt wird, um dadurch zumindest eine eindimensionale Komponente einer transformierten Wellenfront (1006,1007,1008,1009,1010) in der zu der Ausbreitungsrichtung senkrechten Dimension zu erhalten, eine Einrichtung zum Anwenden einer Phasenänderung, um eine Vielzahl von Phasenänderungen (1011, 1012, 1013) auf jede der zumindest einen eindimensionalen Komponenten (1006, 1007, 1008, 1009, 1010) anzuwenden, um dadurch zumindest eine eindimensionale Komponente (1021, 1022, 1023, 1024, 1025; 1031, 1032, 1033, 1034, 1035; 1041, 1042, 1043, 1044, 1045) einer Vielzahl von unterschiedlich phasenveränderten, transformierten Wellenfronten (1016, 1018, 1020) zu erhalten; und die Intensitätsabbildungsverwender eine Ausgabe erhält, die zumindest die Amplitude oder die Phase der zumindest einen eindimensionalen Komponente (1001, 1002, 1003, 1004, 1005) der zu analysierenden Wellenfront angibt.
Vorrichtung nach Anspruch 47 und wobei die Anwendungseinrichtung für eine Phasenänderung einen Bewegungsgenerator umfasst, um für eine Relativbewegung zwischen der zu analysierenden Wellenfront (1080) und einem Element (1087) zu sorgen, das räumlich veränderliche, zeitlich konstante Phasenänderungen erzeugt, wobei die Relativbewegung in einer zusätzlichen Dimension ('X') erfolgt, die senkrecht sowohl zur Ausbreitungsrichtung ('Z') als auch zu der zur Ausbreitungsrichtung senkrechten Dimension ('Y') liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29–30 und wenn die Strahlung zumindest zwei schmale Bänder aufweist, die jeweils um eine unterschiedliche Wellenlänge zentriert sind, die außerdem dafür ausgelegt ist, zumindest zwei Wellenlängenkomponenten in der zu analysierenden Wellenfront (100) und zumindest zwei Angaben der Phase der zu analysierenden Wellenfront zu liefern, wodurch eine verbessert Abbildung eines Merkmals eines beaufschlagten Elements (1506 oder 1602), auf das die Strahlung einfällt, ermöglicht wird durch Vermeiden einer Mehrdeutigkeit in der Abbildung, die die größere der unterschiedlichen Wellenlängen überschreitet, um die die zwei schmalen Bänder zentriert sind, wobei das Merkmal zumindest eine geometrische Variation der Oberfläche, eine Dicke oder eine geometrische Variation des Elements umfasst.