JP2023506690A - 電磁場のシングルピクセルイメージング - Google Patents

Abstract

一般的な態様において、蒸気セルセンサーにおいて、入力光信号および少なくともテストデバイスからの電磁放射線を受け取り、出力光信号を発生させるステップを含むイメージング方法が提示される。出力光信号は、シングルピクセルカメラにおいて処理され、カメラ出力データを発生させる。電磁放射線のイメージは、コンピューターシステムの動作によって、カメラ出力データに基づいて構築される。いくつかの実装形態において、シングルピクセルカメラは、パターン化された光の発生器および光検出器を含む。これらの実装形態において、イメージング方法は、光検出器において、パターン化された光の発生器によって発生させられる出力光信号のパターン化されたインスタンスを受け取るステップを含む。それぞれのパターン化されたインスタンスは、電磁放射線のイメージのそれぞれの部分を表す。そのうえ、それぞれのパターン化されたインスタンスの強度は、少なくとも光検出器の動作によって、カメラ出力データを発生させるように測定され得る。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１２月１７日に出願された「Ｓｉｎｇｌｅ－Ｐｉｘｅｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄｓ」という標題の米国特許出願第１６／７１７，７４１号の優先権を主張し、その開示は、参照により本明細書に組み込まれている。

以下の説明は、電磁場のシングルピクセルイメージングに関する。

無線（ＯＴＡ：ｏｖｅｒ－ｔｈｅ－ａｉｒ）試験は、情報を取得して通信するために電磁放射線を利用する多くのシステムにとって重要である（たとえば、レーダーシステム、医療用イメージングシステム、セルラーシステムなど）。そのうえ、そのようなシステムの設計、製造、および配備の間の試験は、規制順守を確保するためにも重要である。システムによって利用される電磁周波数がより高い周波数（たとえば、３０ＧＨｚよりも大きい）へ増大するにつれて、および、システムの中の複数のコンポーネントの間の統合がより緊密になるにつれて、そのような試験の課題が増加している。高周波電子機器におけるシステム統合の例は、アンテナとトランシーバーシステムおよび増幅器との融合である。そのような高度に統合されて洗練されたシステムの試験は、とりわけ、ミリ波レジーム（ｒｅｇｉｍｅ）において、自動車産業および輸送産業、レーダー産業、ならびに電気通信産業にとって、迫り来る問題として広く認識されている。

蒸気セルセンサーにおいて、入力光信号および少なくともテストデバイスからの電磁放射線を受け取り、出力光信号を発生させるステップと、シングルピクセルカメラにおいて出力光信号を処理し、カメラ出力データを発生させるステップと、コンピューターシステムの動作によって、カメラ出力データに基づいて電磁放射線のイメージを構築するステップとを含む、イメージング方法が提供される。

電磁放射線のイメージを構築するためのシングルピクセルカメラを有する例示的なイメージングシステムの概略図である。 ２つの光検出器を含むシングルピクセルカメラを有する例示的なイメージングシステムの概略図である。 図２Ａの例示的なイメージングシステムの概略図であるが、電磁放射線のイメージがレンズシステムのフーリエイメージ平面を使用して構築される、図である。 図２Ａの例示的なイメージングシステムの概略ダイアグラムであるが、シングルピクセルカメラが偏光ビームスプリッターを含む、図である。 図２Ａの例示的なイメージングシステムの概略ダイアグラムであるが、シングルピクセルカメラがダイクロイックミラーを含む、図である。 蒸気セルセンサーを含む例示的なイメージングシステムの一部分の概略ダイアグラムである。

一般的な態様において、リュードベリ原子ベースのセンシングに関連してシングルピクセルカメラ（ＳＰＣ）を使用し、高周波数（ＭＨｚ～ＴＨｚ）を有する電磁場を測定するイメージングシステムおよび方法が提示される。そのような電磁場は、たとえば、弱い強度（＜１ｍＶ／ｃｍ）の電場を含むことが可能である。シングルピクセルカメラは、パターン化された光の発生器を含むことが可能である。パターン化された光の発生器は、供給源から光信号を受け取り、選択的に可変のマスクパターンを使用して、光信号のパターン化された（または、光学的に構造化された）インスタンスを発生させるように構成されている。パターン化された光の発生器の例は、マイクロミラーデバイス（または、デジタルマイクロミラーデバイス）、空間光変調器、および液晶ディスプレイを含む。また、シングルピクセルカメラは、光検出器を含むことが可能である。光検出器は、パターン化されたインスタンスの光学的な特質（たとえば、それらの強度）を測定するように構成されており、測定された光学的な特質を表す信号（たとえば、電気信号）を発生させるように構成されている。いくつかの変形例において、光学経路は、パターン化された光の発生器から光検出器へ延在している。いくつかの変形例において、複数の光学経路が、パターン化された光の発生器から複数のそれぞれの光検出器へ延在している。

シングルピクセルカメラは、従来のピクセルアレイ（ＣＣＤ／ＣＭＯＳ）センサーを上回る多くの利点をもたらす。とりわけ、シングルピクセルカメラは、従来のアナログ信号処理技法（たとえば、ロックイン増幅または別の変調技法）の使用を可能にし、イメージング電磁場をイメージングするときに信号対雑音比（ＳＮＲ）を劇的に増加させる。そのうえ、イメージングされることとなる電磁場は、比較的に低い空間周波数によって支配されている可能性が高いので、圧縮サンプリング技法は、イメージ獲得を大幅にスピードアップするように実装され得る。これらのサンプリング技法は、弱い電場のビデオレートイメージングを可能にする。イメージング方法は、偏光感受性検出を含み、電磁場のイメージングをさらに改善することが可能である。また、イメージング方法は、ハイパースペクトルイメージング（たとえば、イメージの中のそれぞれのピクセルに関してスペクトルを獲得すること）を含み、電磁場のイメージングをさらに改善することが可能である。

レーダーおよび医療用イメージングと同様に、革新的な現代の通信に必要とされる高周波数（たとえば、＞３０ＧＨｚ）における試験は、複数のシステムエレメントの間の統合のより高いレベルに起因して困難であることとなる。そして、そのようなより高い統合は、無線試験（ＯＴＡ）を特に重要なものにする。ＯＴＡ試験は、ラジオ波がＯＴＡを伝播するときに起こるものをエンジニアが観察および測定することを可能にする。そのような統合の例は、高周波電子機器におけるアンテナとトランシーバーシステムおよび増幅器との融合である。高度に統合されて洗練されたシステムの試験は、とりわけ、ミリ波レジームにおいて、自動車産業および輸送産業、レーダー産業、ならびに電気通信産業にとって、迫り来る問題として広く認識されている。この問題は、非常に根源的であるので、現時点では、産業アナリストは、それが市場成長に悪影響を及ぼすと予測している。そのうえ、電子デバイスが大衆化するときに生産規模を増加するという問題は、重要な課題であり、業界の懸念事項である。その理由は、多くの場合に、電子デバイスが製造の間に試験を必要とすることとなるからである。

高周波電子機器（とりわけ、３０ＧＨｚよりも大きい周波数におけるアンテナ）の試験は困難である。その理由は、単一のテストアンテナが、デバイスの遠距離場において（たとえば、測定アンテナがテスト対象デバイス（ＤＵＴ：ｄｅｖｉｃｅ－ｕｎｄｅｒ－ｔｅｓｔ）と干渉しないように、ＤＵＴから十分に遠くに離れて）波長またはサブ波長の精度で精密に走査されなければならないからである。ミリメートル波および統合されたデバイスは、他に類を見ないほど困難である。たとえば、ミリメートル波は、基板チップの上での小型のアンテナおよび複数エレメントのフェイズドアレイの開発を可能にする。しかし、アンテナ、チップエレメント、および基板の間の相互作用は、システム性能に顕著な影響を与える可能性がある。これらのタイプのアンテナは、アンテナが締結される回路基板から独立して、または、さらには、アンテナを取り囲むパッケージングから独立して設計されることができない。ハンドヘルドデバイスまたはウェアラブルデバイスに関して、デバイスの機能性に対して人体が有する影響をテストすることが非常に重要である。研究開発（Ｒ＆Ｄ）局面および生産局面の両方において、フルシステム試験が要求される。それぞれのデバイスは、それが市場に出ることができる前にさまざまな規制を順守していなければならない。また、ベンダーも、競争力を高めるために、自社の製品に仕様を順守させることに関心を持っている。製造業者は、事前に認証されたコンポーネントまたはモジュールを使用することによって、適合試験をある程度回避することが可能であるが、放射デバイス認証テストが、すべての無線機器対応デバイスおよび多くのラジオ周波数電子機器に必要とされる。ＯＴＡ試験は、組立ラインにとって、および、開発ラボにおいて不可欠であることとなる。現在では、とりわけ、自動車レーダーシステムに関して予想されるようなものなど、大量生産が必要とされるときに、生産ラインの上でこれらのタイプのシステムをテストする優れた方法は存在しない。

そのうえ、遠距離場イメージングは、空間分解能の要件および反射からの干渉の難しさを考慮すると困難である。電磁場の近接場イメージングは有利である。その理由は、遠距離場が単一の平面におけるフルイメージ（振幅および位相）から推定され得るからである。しかし、現在、関心の領域を横切って高い空間分解能で単一の双極子アンテナをうんざりするほど走査する以外に、近接場イメージングを行うのに効果的な方法は存在しない。単一のセンサーアンテナのみが使用され得る。その理由は、それが放出されるフィールドと干渉し、双極子アンテナのサイズによって制約されるからである。リュードベリ原子ベースのセンサー（全誘電材料から構築されている）は、ＤＵＴの放出されたフィールドと最小限に干渉する真のパッシブセンサーに最も近いものを提供する。したがって、この最小の干渉は、高分解能近接場イメージングにおけるリュードベリ原子ベースのセンサーの使用を可能にする。そのうえ、イメージングのためにリュードベリ原子ベースのセンサーを使用し、高スループット用途および設計のためのリアルタイム調節を可能にする、リアルタイムシステムを有することが望ましい。

デバイスのＯＴＡ試験は、典型的に、Ｒ＆Ｄ段階において行われ、ＤＵＴから放出される電磁波のパターンを識別する。その理由は、ＯＴＡ試験が複雑で時間がかかるからである。試験は、典型的に、大きな無響室において行われ、較正されたテストアンテナが、ＤＵＴの電磁場の上を高精度で機械的に走査される。そのような試験の速度およびコストは、通常、組立ラインの上でのその使用、または、サプライチェーンの後期における診断としてのその使用を妨げる。多くの開発技術に関して（たとえば、レーダーシステムに依存する無人運転車など）、安全および機能性を保証するために、厳密な標準が満たされなければならず、次いで、ＯＴＡ試験の難しさが問題となる。厳しい仕様を満たす必要性を強調する例は、先進的な５Ｇ通信を意図したデバイスである。そのようなデバイスによって、電磁放射線の波長はより短くなり、所与のパワーレベルに関する透過距離が減少する。ビーム形成およびサイドローブ抑制は、そのようなデバイスの機能性にとって重要である。

そのうえ、マルチプル－イン－マルチプル－アウト（ＭＩＭＯ）ビーム形成技術に対するさらなる強化は、高周波集積回路コンポーネント（たとえば、アンテナモジュールと統合されることとなるパワー増幅器およびトランシーバーなど）のための新しい設計を必要とすることとなる。ベンダーおよびキャリアの両方は、高い接続性を保証するために、送信パワーの増加または放射エネルギーをシャープで狭いビームへ集束させることの強化を通して、通信範囲を最適化しなければならないこととなる。これらの特性の試験は、高レベルのシステム統合によって複雑化されている。これらの問題は、高周波信号が普及しつつある幅広い産業に広がっている（たとえば、輸送、オートメーション、通信、および医療など）。都市、ヘルスケア、工業製造、および自律走行車両に対するモノのインターネット（ＩｏＴ）ベースの改善は、本明細書で開示されているイメージング方法およびシステムに関する適用可能性のすべてのエリアである。

新しい効率的なＯＴＡ試験は、近い将来、より速い市場化時間の開発、より良好な品質制御、および、より高い効率のデバイスを通して、かなりの量のコストを節約することとなる。より洗練された先進的な製品が、効率的なＯＴＡ試験によって実現され得る。ＯＴＡ試験は、システム全体の機能性を測定することが可能である。ＯＴＡ試験は、ワイヤレスデバイスのＣｅｌｌｕｌａｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＣＴＩＡ）認証、および、他の標準化団体（たとえば、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＥＴＳＩ）など）に関してすでに要求されている。ワイヤレスデバイスがますますコンパクトになるにつれて、これらのデバイスおよびシステムの性能を評価することが重要である。ＯＴＡ試験は、デバイス性能を評価すること、および、デバイスのターゲット環境における信頼性を予測することが可能である。デバイスがますます複雑になるにつれて、組立ライン試験が不可欠である。その理由は、故障率が、会社のビジネスを失わせるだけでなく、訴訟およびコストのかかるリコールをも結果として生じさせる可能性があるからである。

リュードベリ原子ベースのセンサーには、２つの動作のレジームが存在している。強力なＲＦフィールド（典型的に、＞１ｍＶ／ｃｍ）に関して、電磁波誘起透明化（ＥＩＴ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）は、スペクトル的に２つの成分に分解される。周波数スプリッティングは、駆動ＲＦフィールドの強度に直接的に比例しており、また、プローブまたはリュードベリカップリングレーザーのいずれかが共鳴線を横切って走査されるときに、プロービングレーザーの透過スペクトルを測定することによって、直接的に読み取られ得る。共鳴の上の透過されたレーザーパワーの絶対的な変化は変化するが、典型的に、合計入射レーザーパワーの１％程度である。

弱いラジオ周波数フィールド（典型的に、＜１ｍＶ／ｃｍ）に関して、フィールド強度は、共鳴におけるスペクトル特徴の透過率の変化から測定され得、したがって、両方のレーザーが原子共鳴周波数にロックされた状態で行われ得る。このレジームでは、透過されたパワーの絶対的な変化は、高パワーレジームにおけるものよりもはるかに小さく、合計レーザー強度の～０．０１％であることが可能である。そのような小さい変化は、大きなバックグラウンド信号の上で測定することが難しく、通常は、信号処理電子機器（たとえば、ロックイン増幅器など）、または、良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）を実現するための他の変調／復調技法を必要とする。

したがって、従来のイメージング技法をＲＦフィールドイメージングの問題に適用することは、カメラから要求される大きなダイナミックレンジに起因して、極めて困難である。従来のカメラは、キャプチャーされることとなるイメージの１つの空間エレメント（すなわち、ピクセル）をそれぞれ測定する感光性セルの２次元アレイに基づいている。現代のカメラセンサーは、何百万ものピクセルを有しており、可視波長および近赤外線波長（３００～１０００ｎｍ）に関して、センサーは、シリコンに基づいており、シリコンは、デバイスの中への製作、統合、および小型化のための非常に成熟した半導体産業を有している。しかし、これは、高コントラストイメージに関して問題ないが、リュードベリ原子センサーによって電磁場をイメージングすることに関して、絶対的なコントラストが低い。測定されることとなる信号が大きな直流電流（ＤＣ）バックグラウンドの上に乗っているので、低い絶対的なコントラストが起こる。代替的な方法は、このイメージング用途に関して有用である可能性がある。

本明細書で開示されているイメージング方法およびシステムは、シングルピクセルカメラを含む。シングルピクセルカメラ（代替的に、「コンピュテーショナルカメラ」として知られる）は、その名前が示唆するように、イメージを構築するためにたった１つの感光性エレメント（たとえば、光検出器）を使用する。空間分解能は、迅速に変化するマスクパターンによってイメージの一部を選択的に透過するかまたは遮断することによって取得される。たとえば、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）は、イメージの一部を選択的に透過するかまたは遮断するために使用され得る。ＤＭＤは、ミラーの２次元アレイであり、ミラーのそれぞれは、電気機械的なアクチュエーターの上に置かれており、「オン」位置または「オフ」位置のいずれかに独立して設定され得る。「オン」位置または「オフ」位置は、入って来る光がいくらかの角度±θで反射されて戻ることに対応することが可能であり、ここで、θは、典型的に、正確なＤＭＤモデルに応じて、１０～２５度の間にある。迅速に変化するマスクパターンを発生させることができるデバイスの他の例は、空間光変調器および液晶ディスプレイを含む。

多くの態様において、本明細書で開示されているイメージング方法およびシステムは、リュードベリ原子電位測定法の原理にしたがって動作するシングルピクセルカメラおよび蒸気セルセンサーを使用して、放射電場振幅、周波数、および位相のイメージを獲得する。シングルピクセルカメラは、読み出しレーザーをイメージングするために使用される。読み出しレーザーからのビームは、蒸気セルとの相互作用の間に修正され、放射電場についての情報を運搬する。そのような獲得は、アンテナおよび他の高周波数（ＧＨｚ～ＴＨｚ）デバイスおよび電子機器が近接場においてテストされることを可能にすることができる。蒸気セルセンサーは、高フィールド振幅レジーム（ｈｉｇｈ－ｆｉｅｌｄ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｒｅｇｉｍｅ）（たとえば、約１ｍＶ／ｃｍよりも大きい）または低フィールド振幅レジーム（たとえば、約１ｍＶ／ｃｍよりも小さい）のいずれかにおいて動作され得る。高フィールド振幅レジームは、蒸気セルセンサーの光学透過率におけるスペクトルスプリッティングが解像可能である電場の大きさに対応することが可能であり、低フィールド振幅レジームは、蒸気セルセンサーの光学透過率におけるスペクトルスプリッティングが解像可能でない電場の大きさに対応することが可能である。イメージの中のそれぞれのエレメント（または、光学的に解像可能なポイント）は、絶対的なセンサーであり、標準および／またはコンプライアンス試験におけるその使用を可能にする。カメラシステムのスループット（たとえば、フレームレート）は、とりわけ、（必ずしもそうではないが）圧縮サンプリング技法が用いられる場合には、比較的に高くなっていることが可能であり、生産ライン環境における使用を可能にする。このスループットは、放射電場の１つまたは複数の予期される特質が知られている場合には（たとえば、モデリングの結果として、イメージ獲得の間のフィードバックの結果としてなど）、さらに増加させられ得る。多くの実装形態において、イメージング方法およびシステムは、シングルピクセルカメラと組み合わせられたリュードベリ原子電位測定法を使用して、電場振幅、周波数、および／または位相情報をイメージングし、アンテナおよび他の高周波数デバイスが、小さい体積で、近接場において、および、高い感度で、ＯＴＡテストされ得るようになっている。

シングルピクセルカメラは、電磁放射線の空間的特質（たとえば、振幅、位相、および周波数など）を決定するために使用され得る。たとえば、シングルピクセルカメラは、電磁場（たとえば、電場、磁場、または、その両方）の振幅の空間的特質を決定することが可能である。別の例では、シングルピクセルカメラは、ＤＵＴと基準電磁場との間の干渉によって発生させられるホログラフィックイメージを決定することが可能である。読み出し方法は光学場に基づいているので、空間分解能は、ラジオ周波数（ＲＦ）波長よりもはるかに小さくなることが可能であり、空間分解能とイメージング速度とのバランスをとるために正確なテスト要件に基づいて調節され得る。イメージングされ得る電磁場の空間的範囲は、蒸気セルセンサー（または、ソリッドステートシステムの中の色中心などのような他のＲＦ感受性の原子のようなシステム）の空間的範囲によって設定される。位相分解能は、イメージングセンサーの厚さ、および、読み出しレーザーのイメージングの空間分解能によって設定される。また、位相分解能は、ＲＦ波長よりもはるかに小さくされ得る。例として、６４ｘ６４ピクセルによってイメージングされる、寸法１２ｘ１２ｘ０．２５ｍｍを有する平面型蒸気セルセンサーは、７５ＧＨｚのＲＦ周波数における４ｍｍのＲＦ波長に対して、λ／２０よりも良好な空間分解能およびλ／１６の位相分解能を有することとなる。

シングルピクセルカメラは、低フィールド振幅レジームにおける高感度イメージングを可能にする。その理由は、シングルピクセルカメラを組み込むイメージングシステムが、変調／復調技法のための高速アナログおよびデジタル電子機器を統合することができるからである。そのような技法は、ロックイン検出またはさまざまな形態の周波数変調（ＦＭ）分光法を含むことが可能である。また、信号対雑音比を増加させるために、他の形態のアナログまたはデジタル信号処理も使用され得る。信号処理の多くは、デジタル化の前に達成され得、ダイナミックレンジが、正確な用途に応じて、イメージ単位で調整され得、および／または、リアルタイムで最適化され得るようになっている。加えて、シングルピクセルカメラが単一の感光性エレメントに基づいているので、検出器が最適に選ばれ得る。シングルピクセルカメラは、従来のカメラが動作する範囲の外側にある特定の波長（または、波長の範囲）に敏感であることが可能である。

イメージングシステムの１つの可能な構成は、複数のシングルピクセルカメラを並列に使用し、イメージ複数の光学的な波長を同時にイメージングし、相関された検出を使用し、感度を改善することである。イメージングシステムの別の可能な構成は、複数の蒸気（たとえば、ＲｂおよびＣｓ原子種）を伴う蒸気セルセンサーを使用することであり、それは、別のセットの励起レーザーと組み合わせられ、精密度を高めるか、または、ＤＵＴから放出される電磁場の２つ以上の周波数をイメージングする。多波長シングルピクセルカメライメージングセットアップによって、完全な空間的なオーバーラップを伴って、２つの完全に独立したＲＦ周波数を同時にイメージングすることが可能である。このイメージングセットアップにおいて、空間情報は、波長にとらわれない選択的に可変のマスクパターン（たとえば、ＤＭＤ、空間光変調器、液晶ディスプレイなど）によって設定され得る。イメージングシステムのさらなる可能な構成は、検出システムにおいて偏光感受性イメージングを使用し、電磁場の偏光を推定することである。

いくつかの態様において、イメージング方法およびシステムは、選択的に可変のマスクパターンを含む。動作の間に、選択的に可変のマスクパターンは、制御信号に応答して光学パターンの間で選択的に切り換え、イメージの空間情報を獲得する。処理の後のフルイメージの読み出しは、リアルタイムであることが可能である。その理由は、ビデオフレームレートおよびそれ以上（２０～３０Ｈｚ）が実現され得るからである。高フレームレートは、組立ラインの上でのフィードバックベースのチューニングまたは適用を可能にする。また、イメージング方法およびシステムは、圧縮サンプリング技法または測定されているターゲット電磁場の先験的知識を利用し、イメージング速度をさらに改善することが可能である。

イメージング方法およびシステムは、高フィールド振幅レジームまたは低フィールド振幅レジームのいずれかと互換性があり、直線性試験または超低パワーデバイスの試験を可能にする。いずれかのフィールド振幅レジームにおいて、それぞれのイメージエレメント（または、シングルピクセル）は、絶対的なセンサーであり、したがって、それが標準として使用され得る。任意の所与の平面における電磁場振幅および位相の知識によって、波動伝播アルゴリズム（たとえば、フレネル変換など）を使用し、任意の他の平面におけるフィールド情報を外挿することが可能である。

シングルピクセルカメラは、イメージング構成におけるリュードベリ原子ベースの電場センシングに関連付けられる信号処理の課題を克服する。電磁場の非存在下における蒸気媒体（たとえば、アルカリ蒸気）を通るプローブレーザーの光学透過率は、入射パワーの大部分になることが可能であり、典型的に、蒸気セルセンサーを通る光学経路長さ（たとえば、蒸気セルセンサーの厚さ）に応じて、５０％程度である。弱いフィールドレジームでは、蒸気セルセンサーによって測定される電磁場の存在に起因するプローブレーザー透過率の絶対的な変化は、典型的に非常に小さく、合計入射パワーの０．０１％程度である。従来のカメラシステムによって、検出は、ＤＣ連結されており、信号がデジタル化される前に、ピクセル単位で信号処理を実行する機会は存在しないが、複数のピクセルの平均化は可能であり得る。したがって、電場に起因する変化を検出するために、５０００またはそれ以上のダイナミックレンジが望まれる。デジタル信号の観点から、そのような検出は、イメージングセンサーが１３ビット以上の有効ビット深度（すなわち、雑音を含む）を有することを必要とする。このレベルのビット深度は、熱雑音（たとえば、ダークカウント）および読み出し雑音を所与として、ほとんどのイメージングセンサーにとって困難である。高いビット深度を伴って利用可能な商業用のイメージングセンサーが存在しているが、イメージングセンサーは、通常、ダークカウントを最小化するために、アクティブ冷却を必要とする。高価であることに加えて、冷却要件は、結果として生じる任意のカメラシステムに重要なバルク要件および電力要件を追加し、将来の小型化および統合に関する可能性を制限する。

シングルピクセルカメラを組み込むイメージング方法およびシステムは、顕著な利点を可能にする。たとえば、シングルエレメント検出器の上での検出は、アナログドメインにおいて行われ、したがって、信号対雑音比を最適化するための信号処理技法と互換性がある。検出は、ＡＣ連結され得、したがって、大きなＤＣバックグラウンドの上での小さな変化が隔離および増幅され得、小さな電場のピクセル単位の測定を可能にする。そのうえ、検出スキームは、小さなフィールド振幅に限定されず、イメージング方法およびシステムは、高振幅レジームおよび低振幅レジームに容易に適用可能である。そのうえ、シングルエレメント検出器が使用されているので、信号処理は、デジタル化の前にアナログドメインにおいて行われるか、または、デジタル化の後にソフトウェアにおいて行われるかのいずれかであることが可能である。

イメージングは、光学的な配置に対する最小の変化を伴って、イメージ平面またはフーリエ平面のいずれかにおいて行われ得る。２つの平面の間で切り換えることは、光学フィルタリングをイメージ獲得に適用するための特定の状況において有利である可能性がある。

また、イメージング方法およびシステムは、光学的なセットアップにわずかな変更を加えるだけで偏光感受性イメージングを可能にし、偏光分解ＲＦイメージングを可能にする。ビデオレートまたはより高いレートの（２０～３０Ｈｚ）イメージングが可能であり、生産環境への統合、または、デバイスのリアルタイム最適化を可能にする。圧縮サンプリングまたはターゲット電磁場の知識は、フレームレートをさらに増加させるために使用され得る。イメージングされることとなる電磁場は、低い空間周波数によって、滑らかに変化している可能性があるので、圧縮サンプリングは、そのようなフィールドに関して非常に効果的であるはずである。結果として、圧縮サンプリングは、許容できるほどに小さいイメージ品質の損失によって、フレームレートの大幅な増加を可能にすることができる。そのうえ、本明細書で開示されているイメージング方法およびシステムは、シングルエレメント検出器を含み、シングルエレメント検出器は、従来のカメラよりもコスト効率が良くなる可能性がある。また、シングルエレメント検出器は、リュードベリ原子ベースの電磁イメージングのサイズおよびパワー消費を低減させるために使用され得る。

ここで、図１を参照すると、電磁放射線のイメージを構築するためのシングルピクセルカメラ１０２を有する例示的なイメージングシステム１００の概略図が表されている。電磁放射線は、１００ＭＨｚ～１ＴＨｚの範囲にある周波数を有することが可能である。例示的なイメージングシステム１００は、光信号を発生させるためのレーザーシステム１０４を含む。レーザーシステム１０４は、それぞれの出力信号（たとえば、それぞれの光のビームなど）を発生させるための２つ以上のレーザーを含むことが可能である。たとえば、図１に示されているように、レーザーシステム１０４は、第１の光のビーム１０８を発生させるように構成されている第１のレーザー１０６と、第２の光のビーム１１２を発生させるように構成されている第２のレーザー１１０とを含むことが可能である。第１および第２の光のビーム１０８、１１２は、８５２ｎｍおよび５０９ｎｍの波長をそれぞれ有することが可能である。しかし、他の波長も可能である。また、レーザーシステム１０４は、光信号を操作するための１つまたは複数の光学エレメント（たとえば、レンズ、ミラー、ビームスプリッター、光学フィルター、および光ファイバーエレメントなど）を含むことが可能である。１つまたは複数の光学エレメントは、共通の光学経路に沿って伝播するように光信号をガイドすることが可能である。いくつかの変形例において、レーザーシステム１０４は、変調器１１４を含み、変調器１１４は、レーザーシステム１０４によって発生させられる光信号のうちの少なくとも１つの振幅、位相、または周波数を制御するように構成されている。変調器１１４の例は、音響光学変調器（ＡＯＭ）および電気光学変調器（ＥＯＭ）を含む。変調器は、振幅、位相、および周波数を、個別にまたはその任意の組み合わせで制御することが可能である。いくつかの場合において、レーザーシステム１０４は、それぞれのレーザーのための変調器を含み、発生させられるすべての光信号は、振幅および周波数のうちの一方または両方に関して制御される。

例示的なイメージングシステム１００は、ビーム成形オプティクス１１６を含み、レーザーシステム１０４によって発生させられる光信号の空間分布を操作してもよい。たとえば、ビーム成形オプティクス１１６は、光信号の空間分布を操作し、蒸気セルセンサーの中の蒸気と相互作用するのに適切な形状を有することが可能である。また、例示的なイメージングシステム１００は、蒸気セルセンサー１１８（ＶＣＳ）を含み、蒸気セルセンサー１１８（ＶＣＳ）は、少なくとも１つのテストデバイス１２０（または、テスト対象デバイス）から電磁放射線を受け取り、レーザーシステム１０４からの光信号に基づいて出力光信号を発生させるように構成されている。いくつかの実装形態において（たとえば、図１に示されているものなどなど）、例示的なイメージングシステム１００は、基準アンテナ１２２を含み、基準アンテナ１２２は、基準電磁放射線１２４を発生させるように構成されており、基準電磁放射線１２４は、蒸気セルセンサー１１８によって受け取られる。基準アンテナ１２２は、基準電磁放射線１２４の位相を調整するためのコントローラー１２３に連結されてもよい。

共通の光学経路が、レーザーシステム１０４から蒸気セルセンサー１１８へ延在し、レーザーシステム１０４からの光信号が蒸気セルセンサー１１８のための入力光信号としての役割を果たすことを可能にすることができる。いくつかの実装形態において、蒸気セルセンサー１１８は、誘電体ミラー１２６を含み、誘電体ミラー１２６は、テストデバイス１２０に隣接する蒸気セルセンサー１１８の側に配設され得る。入力光信号は、蒸気セルセンサー１１８の中の蒸気を通過し、通過の間に誘電体ミラー１２６に反射し、蒸気セルセンサー１１８を退出することが可能である。図１は、入力光信号が蒸気セルセンサー１１８に対して垂直の角度で蒸気セルセンサー１１８に進入および退出することを示している。しかし、入力光信号に関して、他の入射角度および反射角度も可能である。いくつかの変形例において、ビームスプリッター１２８（ＢＳ）が、共通の光学経路の上に存在しており、蒸気セルセンサー１１８からの反射された入力光信号を遮断する。ビームスプリッター１２８は、反射された入力光信号のうちの少なくとも１つを別の光学経路（たとえば、例示的なイメージングシステム１００のイメージング経路（または、アーム）など）の上に方向付けるように構成されている。これらの方向付けられた光信号は、蒸気セルセンサー１１８によって発生させられるそれぞれの出力光信号としての役割を果たすことが可能である。

シングルピクセルカメラ１０２は、例示的なイメージングシステム１００のイメージング経路（または、アーム）に沿って位置決めされており、蒸気セルセンサー１１８によって発生させられる１つまたは複数の出力光信号を受け取る。シングルピクセルカメラ１０２は、蒸気セルセンサー１１８からの１つまたは複数の出力光信号を処理することによって、カメラ出力データを発生させるように構成されている。多くの変形例において、シングルピクセルカメラ１０２は、パターン化された光の発生器１３０を含み、パターン化された光の発生器１３０は、蒸気セルセンサー１１８から出力光信号を受け取り、出力光信号のパターン化されたインスタンスを発生させるように構成されている。パターン化された光の発生器１３０の例は、マイクロミラーデバイス、空間光変調器、および液晶ディスプレイを含む。図１において、パターン化された光の発生器１３０は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）として示されている。パターン化された光の発生器１３０は、可変マスクを含み、可変マスクは、制御信号に応答して、光学パターン間で選択的に切り換えるように構成されている。出力光信号のパターン化されたインスタンスは、光学パターンに基づいて、構造化された光信号または光のビームに対応することが可能である。構造化された光信号または光のビームは、振幅、位相、周波数、または、それらの任意の組み合わせに関して、空間的に構造化され得る。そのうえ、構造化された光信号または光のビームは、時間とともに変化することが可能である。たとえば、構造化された光信号または光のビームは、時間（たとえば、時間のサイクル）とともに変化する、パターン化された強度、パターン化された位相、パターン化された周波数、または、それらの任意の組み合わせを含む断面を有することが可能である。他のタイプの光学的構造も可能である。

多くの実装形態において、例示的なイメージングシステム１００は、蒸気セルセンサー１１８からパターン化された光の発生器１３０へ延在する光学経路を含む。光学経路の一部分は、レーザーシステム１０４から蒸気セルセンサー１１８へ延在する共通の光学経路とオーバーラップすることが可能である。ビームスプリッター１２８は、共通の光学経路からの光学経路の分岐ポイントを画定することが可能である。レンズシステム１３４は、光学経路に沿って、蒸気セルセンサー１１８から第１の距離に、および、パターン化された光の発生器１３０から第２の距離に配設されている。レンズシステム１３４は、パターン化された光の発生器の上に出力光信号を送達する（たとえば、イメージングする）ように構成されており、また、いくつかの変形例では、シングルピクセルカメラ１０２の一部である。図１では、第１の距離および第２の距離は、レンズシステム１３４の焦点距離の２倍（２ｆ）に等しい。しかし、他の距離も可能である。たとえば、第１の距離および第２の距離は、レンズシステム１３４の焦点距離（ｆ）に等しくなっていることが可能である。この例では、パターン化された光の発生器２３４は、レンズ２３５のフーリエ平面の中に位置決めされている。図１は、レンズシステム１３４が単一の凸形レンズを有するものとして示しているが、この描写は単に図示の目的のためのものに過ぎない。一般的に、レンズシステム１３４は、複数のインスタンスおよびタイプのレンズを含むことが可能であり、また、他のタイプの光学エレメント（たとえば、ミラー、フィルターなど）を含むことも可能である。

いくつかの変形例において、レンズシステム１３４は、光学経路の上に実空間イメージ平面を画定している。パターン化された光の発生器１３０は、実空間イメージ平面において光学経路の上に配設され得、蒸気セルセンサー１１８は、実空間イメージ平面に関連付けられる実空間オブジェクト平面において、光学経路の上に配設され得る。いくつかの変形例において、レンズシステム１３４は、光学経路の上にフーリエイメージ平面を画定している。パターン化された光の発生器１３０は、フーリエイメージ平面において光学経路の上に配設され得、蒸気セルセンサー１１８は、フーリエイメージ平面に関連付けられるフーリエオブジェクト平面において、光学経路の上に配設され得る。

また、例示的なイメージングシステム１００は、コンピューターシステム１３６を含み、コンピューターシステム１３６は、カメラ出力データに基づいて電磁放射線のイメージを発生させるように構成されている。いくつかの変形例において（たとえば、図１に示されているものなどなど）、コンピューターシステム１３６は、シングルピクセルカメラ１０２の一部である。コンピューターシステム１３６は、パターン化された光の発生器１３０に通信可能に連結されており、それらの間で信号（たとえば、光学パターン間で可変マスクを選択的に切り換えるための制御信号など）を交換することが可能である。いくつかの場合において、通信カップリングは、電気的カップリングを含む。たとえば、電力が、コンピューターシステム１３２からパターン化された光の発生器１３０に供給され得る。別の例では、電気信号は、パターン化された光の発生器１３０とコンピューターシステム１３２との間で交換され得る。しかし、他のタイプの通信カップリングも可能である（たとえば、光ファイバーを介した光学的カップリング）。

いくつかの実装形態において、シングルピクセルカメラ１０２は、光検出器１３８（ＰＤ）およびマイクロミラーデバイス１４０を含む（すなわち、パターン化された光の発生器１３０は、マイクロミラーデバイスである）。マイクロミラーデバイス１４０は、マイクロミラーのアレイを含み、また、制御信号に応答して、マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーを選択的に配向させ、空間パターンを画定するように構成されている。光学経路１４２は、マイクロミラーデバイス１４０から光検出器１２８へ延在しており、シングルピクセルカメラ１０２の一部である。光学経路１４２は、マイクロミラーデバイス１４０から光検出器１３８へ出力光信号をガイドする光学エレメントによって画定され得る。光学エレメントの例は、レンズ、ミラー、ビームスプリッター、光学フィルター、および光ファイバーエレメントなどを含む。

マイクロミラーのアレイによって画定される空間パターンは、蒸気セルセンサー１１８からの出力光信号がマイクロミラーのアレイと相互作用するときに、構造化された光信号を発生させるように構成されている。いくつかの変形例において、空間パターンは、構造化された光信号の第１の部分を第１の方向に沿って反射するように構成されているプラスの部分と、構造化された光信号の第２の部分を第２の方向に沿って反射するように構成されているマイナスの部分とを含む。プラスの部分は、選択的に配向されたマイクロミラーの第１のグループによって画定され得、マイナスの部分は、選択的に配向されたマイクロミラーの第２のグループによって画定され得る。マイナスの部分は、プラスの部分の逆数に対応している。いくつかの場合において（たとえば、図１に示されているものなどなど）、光学経路１４２（または、その一部分）は、第１の方向と一致していることが可能であり、したがって、構造化された光信号の第１の部分を受け取るように位置決めされ得る。これらの場合では、光検出器１３８は、空間パターンのプラスの部分からの出力光信号の部分を受け取る。代替的に、光学経路１４２（または、その一部分）は、第２の方向と一致していることが可能であり、したがって、構造化された光信号の第２の部分を受け取るように位置決めされ得る。これらの場合では、光検出器１３８は、空間パターンのマイナスの部分からの出力光信号の部分を受け取る。

さらなる実装形態において、例示的なイメージングシステム１００は、光検出器１３８に電気的に連結されている復調システム１４４を含むことが可能である。復調システムは、ロックイン増幅器１４６をコンピューターシステム１３６に電気的に連結するアナログ－デジタルコンバーターを含むことが可能である。これらの実装形態において、コンピューターシステム１３６は、パターン化された光の発生器１３０のための制御信号を発生させるように構成され得る。また、コンピューターシステム１３６は、復調システム１４４からの復調信号（たとえば、アナログ－デジタルコンバーターからのデジタル信号）に応答して、イメージデータを発生させる（または、処理する）ように構成され得る。イメージデータは、電磁放射線の空間依存性の振幅、電磁放射線の空間依存性の位相、電磁放射線の空間依存性の周波数、または、それらの任意の組み合わせを表すことが可能である。

図１は、シングルピクセルカメラ１０２が単一の光検出器のみを有するものとして示しているが、他の数の光検出器も可能である。図２Ａは、２つの光検出器２０２、２０４を含むシングルピクセルカメラ２０１を有する例示的なイメージングシステム２００の概略図を表している。例示的なイメージングシステム２００は、光信号を発生させるためのレーザーシステム２０６を含む。レーザーシステム２０６は、それぞれの出力信号（たとえば、それぞれの光のビームなど）を発生させるための２つ以上のレーザーを含むことが可能である。たとえば、図２Ａに示されているように、レーザーシステム２０６は、第１の光のビーム２１０を発生させるように構成されている第１のレーザー２０８と、第２の光のビーム２１４を発生させるように構成されている第２のレーザー２１２とを含むことが可能である。また、レーザーシステム２０６は、光信号を操作するための１つまたは複数の光学エレメント（たとえば、レンズ、ミラー、ビームスプリッター、光学フィルター、および光ファイバーエレメントなど）を含むことが可能である。１つまたは複数の光学エレメントは、共通の光学経路に沿って伝播するように光信号をガイドすることが可能である。いくつかの変形例において、レーザーシステム２０６は、変調器２１６を含み、変調器２１６は、レーザーシステム２０６によって発生させられる光信号のうちの少なくとも１つの振幅、位相、または周波数を制御するように構成されている。変調器２１６の例は、音響光学変調器（ＡＯＭ）および電気光学変調器（ＥＯＭ）を含む。変調器２１６は、振幅、位相、および周波数を、個別にまたはその任意の組み合わせで制御することが可能である。いくつかの場合において、レーザーシステム２０６は、それぞれのレーザーのための変調器を含み、発生させられるすべての光信号は、振幅、位相、周波数、または、それらの任意の組み合わせに関して制御される。

例示的なイメージングシステム２００は、ビーム成形オプティクス２１８を含み、レーザーシステム２０６によって発生させられる光信号の空間分布を操作してもよい。たとえば、ビーム成形オプティクス２１８は、光信号の空間分布を操作し、蒸気セルセンサーの中の蒸気と相互作用するのに適切な形状を有することが可能である。また、例示的なイメージングシステム２００は、蒸気セルセンサー２２０を含み、蒸気セルセンサー２２０は、少なくとも１つのテストデバイス２２２（または、テスト対象デバイス）から電磁放射線を受け取り、レーザーシステム２０６からの光信号に基づいて出力光信号を発生させるように構成されている。いくつかの実装形態において（たとえば、図２Ａに示されているものなどなど）、例示的なイメージングシステム２００は、基準アンテナ２２４を含み、基準アンテナ２２４は、基準電磁放射線２２６を発生させるように構成されており、基準電磁放射線２２６は、蒸気セルセンサー２２０によって受け取られる。基準アンテナ２２４は、基準電磁放射線２２６の位相を調整するためのコントローラー２２５に連結されてもよい。

共通の光学経路が、レーザーシステム２０６から蒸気セルセンサー２２０へ延在し、レーザーシステム２０６からの光信号が蒸気セルセンサー２２０のための入力光信号としての役割を果たすことを可能にすることができる。いくつかの実装形態において、蒸気セルセンサー２２０は、誘電体ミラー２２８を含み、誘電体ミラー１２６は、テストデバイス２２２に隣接する蒸気セルセンサー２２０の側に配設され得る。入力光信号は、蒸気セルセンサー２２０の中の蒸気を通過し、通過の間に誘電体ミラー２２８に反射し、蒸気セルセンサー２２０を退出することが可能である。図２Ａは、入力光信号が蒸気セルセンサー２２０に対して垂直の角度で蒸気セルセンサー２２０に進入および退出することを示している。しかし、入力光信号に関して、他の入射角度および反射角度も可能である。いくつかの変形例において、ビームスプリッター２３０（ＢＳ）が、共通の光学経路の上に存在しており、蒸気セルセンサー２２０からの反射された入力光信号を遮断する。ビームスプリッター２３０は、反射された入力光信号のうちの少なくとも１つを別の光学経路（たとえば、例示的なイメージングシステム２００のイメージング経路（または、アーム）など）の上に方向付けるように構成されている。これらの方向付けられた光信号は、蒸気セルセンサー２２０によって発生させられるそれぞれの出力光信号としての役割を果たすことが可能である。

例示的なイメージングシステム２００は、シングルピクセルカメラ２０１を追加的に含み、シングルピクセルカメラ２０１は、蒸気セルセンサー２２０からの出力光信号を処理することによって、カメラ出力データを発生させるように構成されている。シングルピクセルカメラ２０１は、例示的なイメージングシステム２００のイメージング経路（または、アーム）に沿って位置決めされており、蒸気セルセンサー２２０によって発生させられる１つまたは複数の出力光信号を受け取る。図２Ａでは、シングルピクセルカメラ２０１は、２つの光検出器２０２、２０４を有するものとして示されている。しかし、他の数の光検出器も可能である（たとえば、１つ、３つ、４つなど）。また、例示的なイメージングシステム２００は、コンピューターシステム２３２を含み、コンピューターシステム２３２は、カメラ出力データに基づいて電磁放射線のイメージを発生させるように構成されている。コンピューターシステム２３２は、いくつかの変形例において、シングルピクセルカメラ２０１の一部であることが可能である。

多くの実装形態において、例示的なイメージングシステム２００は、パターン化された光の発生器２３４を含み、パターン化された光の発生器２３４は、蒸気セルセンサー２２０から出力光信号を受け取り、出力光信号のパターン化されたインスタンスを発生させるように構成されている。パターン化された光の発生器２３４の例は、マイクロミラーデバイス、空間光変調器、および液晶ディスプレイを含む。図２Ａにおいて、パターン化された光の発生器２３４は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）として示されている。パターン化された光の発生器２３４は、可変マスクを含み、可変マスクは、制御信号に応答して、光学パターン間で選択的に切り換えるように構成されている。出力光信号のパターン化されたインスタンスは、光学パターンに基づいて、構造化された光信号または光のビームに対応することが可能である。構造化された光信号または光のビームは、振幅、位相、周波数、または、それらの任意の組み合わせに関して、空間的に構造化され得る。また、構造化された光信号または光のｍａｙは、時間とともに変化することが可能である。たとえば、構造化された光信号または光のビームは、時間（たとえば、時間のサイクル）とともに変化する、パターン化された強度、パターン化された位相、パターン化された周波数、または、それらの任意の組み合わせを含む断面を有することが可能である。他のタイプの光学的構造も可能である。パターン化された光の発生器２３４のための制御信号は、コンピューターシステム２３２から生じることが可能である。

多くの実装形態において、例示的なイメージングシステム２００は、蒸気セルセンサー２２０からパターン化された光の発生器２３４へ延在する光学経路を含む。光学経路の一部分は、レーザーシステム２０６から蒸気セルセンサー２２０へ延在する共通の光学経路とオーバーラップすることが可能である。ビームスプリッター２３０は、共通の光学経路からの光学経路の分岐ポイントを画定することが可能である。レンズシステム２３５は、光学経路に沿って、蒸気セルセンサー２２０から第１の距離に、および、パターン化された光の発生器２３４から第２の距離に配設されている。レンズシステム２３５は、パターン化された光の発生器２３４の上に出力光信号を送達する（たとえば、イメージングする）ように構成されている。図２Ａでは、第１の距離および第２の距離は、レンズシステム２３５の焦点距離の２倍（２ｆ）に等しい。しかし、他の距離も可能である。たとえば、図２Ｂでは第１の距離および第２の距離は、レンズシステム２３５の焦点距離（ｆ）に等しい。この例では、パターン化された光の発生器２３４は、レンズシステム２３５のフーリエ平面の中に位置決めされている。図２Ａは、レンズシステム２３５が単一の凸形レンズを有するものとして示しているが、この描写は単に図示の目的のためのものに過ぎない。一般的に、レンズシステム２３５は、複数のインスタンスおよびタイプのレンズを含むことが可能であり、また、他のタイプの光学エレメント（たとえば、ミラー、フィルターなど）を含むことも可能である。

いくつかの実装形態において、図２Ａおよび図２Ｂに示されているように、シングルピクセルカメラ２０１は、第１の光検出器２０２、第２の光検出器２０４、およびマイクロミラーデバイス２３６を含む。マイクロミラーデバイス２３６は、マイクロミラーのアレイを含み、また、制御信号に応答して、マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーを選択的に配向させ、空間パターンを画定するように構成されている。第１の光学経路２３８は、マイクロミラーデバイス２３６から第１の光検出器２０２へ延在しており、第２の光学経路２４０は、マイクロミラーデバイス２３６から第２の光検出器２０４へ延在している。第１および第２の光学経路２３８、２４０は、マイクロミラーデバイス２３６から第１および第２の光検出器２０２、２０４へ出力光信号をガイドする光学エレメントによって画定され得る。光学エレメントの例は、レンズ、ミラー、ビームスプリッター、光学フィルター、および光ファイバーエレメントなどを含む。

マイクロミラーのアレイによって画定される空間パターンは、蒸気セルセンサー２２０からの出力光信号がマイクロミラーのアレイと相互作用するときに、構造化された光信号を発生させるように構成されている。空間パターンは、構造化された光信号の第１の部分を第１の光学経路２３８の上に反射するように構成されているプラスの部分と、構造化された光信号の第２の部分を第２の光学経路２４０の上に反射するように構成されているマイナスの部分とを含む。プラスの部分は、選択的に配向されたマイクロミラーの第１のグループによって画定され得、マイナスの部分は、選択的に配向されたマイクロミラーの第２のグループによって画定され得る。マイナスの部分は、プラスの部分の逆数に対応している。これらの実装形態において、第１の光検出器２０２は、プラスの部分からの出力光信号の部分を受け取る「プラスの」光検出器（ＰＤ＋）に対応することが可能であり、第２の光検出器２０４は、マイナスの部分からの出力光信号の部分を受け取る「マイナスの」光検出器（ＰＤ－）に対応することが可能である。

さらなる実装形態において、例示的なイメージングシステム２００は、第１および第２の光検出器２０２、２０４に電気的に連結されている復調システムを含むことが可能である。復調システムは、ロックイン増幅器２４２をコンピューターシステム２３２に電気的に連結するアナログ－デジタルコンバーター２４４を含むことが可能である。しかし、復調システムの他のコンポーネントおよび構成も可能である。これらの実装形態において、コンピューターシステム２３２は、マイクロミラーデバイス２３６のための制御信号を発生させるように構成され得る。また、コンピューターシステム２３２は、復調システムからの復調信号（たとえば、アナログ－デジタルコンバーター２４４からのデジタル信号）に応答して、イメージデータを発生させる（または、処理する）ように構成され得る。イメージデータは、電磁放射線の空間依存性の振幅および空間依存性の位相のうちの一方または両方を表すことが可能である。

例示的なイメージングシステム２００は、異なる光信号（たとえば、偏光光信号および多波長光信号など）を使用して、電磁放射線のイメージを構築するように構成され得る。たとえば、図２Ｃは、図２Ａの例示的なイメージングシステム２００の概略ダイアグラムを表しているが、そこでは、シングルピクセルカメラ２０１は、偏光ビームスプリッター２４６を含む。これらの実装形態において、シングルピクセルカメラ２０１は、第１の光検出器２０２、第２の光検出器２０４、マイクロミラーデバイス２３６（たとえば、ＤＭＤ）、および偏光ビームスプリッター２４６を含む。マイクロミラーデバイス２３６は、マイクロミラーのアレイを含み、また、制御信号に応答して、マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーを選択的に配向させ、空間パターンを画定するように構成されている。偏光ビームスプリッター２４６は、マイクロミラーデバイス２３６からの構造化された光信号を第１および第２の偏光光信号へとスプリットするように構成されている。第１および第２の偏光光信号は、第１および第２の偏光をそれぞれ有することが可能である。たとえば、第１および第２の偏光光信号は、垂直方向の偏光および水平方向の偏光を有することが可能である。図２Ｃは、マイクロミラーのアレイによって画定される空間パターンのプラスの部分からの出力光信号の部分を受け取るように位置決めされているものとして、偏光ビームスプリッター２４６を示しているが、偏光ビームスプリッター２４６は、空間パターンのマイナスの部分からの出力光信号の部分を受け取るように位置決めされ得る。また、他の位置も可能である。

第１の偏光光学経路２４８は、偏光ビームスプリッター２４６から第１の光検出器２０２へ延在しており、第２の偏光光学経路２５０は、偏光ビームスプリッター２４６から第２の光検出器２０４へ延在している。第１および第２の偏光光学経路２４８、２５０は、偏光ビームスプリッター２４６から第１および第２の光検出器２０２、２０４へ第１および第２の偏光光信号をそれぞれガイドする光学エレメントによって画定され得る。光学エレメントの例は、レンズ、ミラー、ビームスプリッター、光学フィルター、および光ファイバーエレメントなどを含む。偏光ビームスプリッター２４６は、第１の偏光光信号を第１の偏光光学経路２４８の上に方向付けるように配向されており、第２の偏光光信号を第２の偏光光学経路２５０の上に方向付けるように配向されている。第１の光検出器２０２は、第１の偏光（たとえば、垂直方向の偏光）を伴うプラスの部分からの出力光信号の部分を受け取る光検出器（ＰＤ_{(第1の偏光)}）に対応することが可能である。第２の光検出器２０４は、第２の偏光（たとえば、水平方向の偏光）を伴うプラスの部分からの出力光信号の部分を受け取る光検出器（ＰＤ_{(第2の偏光)}）に対応することが可能である。しかし、その部分および偏光それぞれに関して、他の極性および偏光も可能である。

図２Ｄは、図２Ａの例示的なイメージングシステム２００の概略ダイアグラムを表しているが、そこでは、シングルピクセルカメラ２０１は、ダイクロイックミラー２５２を含む。これらの実装形態において、シングルピクセルカメラ２０１は、第１の光検出器２０２、第２の光検出器２０４、マイクロミラーデバイス２３６、およびダイクロイックミラー２５２を含む。マイクロミラーデバイス２３６は、マイクロミラーのアレイを含み、また、制御信号に応答して、マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーを選択的に配向させ、空間パターンを画定するように構成されている。ダイクロイックミラー２５２は、マイクロミラーデバイス２３６からの構造化された光信号を第１および第２の波長光信号へとスプリットするように構成されている。第１および第２の波長光信号は、第１および第２のスペクトル波長（たとえば、個々の波長、個々の波長の周りの波長の分布、波長の連続的な範囲など）をそれぞれ有している。たとえば、第１および第２のスペクトル波長信号は、紫外線領域の中のおよび約８５２ｎｍにおける波長をそれぞれ有することが可能である。図２Ｄは、マイクロミラーのアレイによって画定される空間パターンのプラスの部分からの出力光信号の部分を受け取るように位置決めされているものとして、ダイクロイックミラー２５２を示しているが、ダイクロイックミラー２５２は、空間パターンのマイナスの部分からの出力光信号の部分を受け取るように位置決めされ得る。また、他の位置も可能である。

第１の波長光学経路２５４は、ダイクロイックミラー２５２から第１の光検出器２０２へ延在しており、第２の波長光学経路２５６は、ダイクロイックミラー２５２から第２の光検出器２０４へ延在している。第１および第２の波長光学経路２５４、２５６は、ダイクロイックミラー２５２から第１および第２の光検出器２０２、２０４へ第１および第２の波長光信号をそれぞれガイドする光学エレメントによって画定され得る。光学エレメントの例は、レンズ、ミラー、ビームスプリッター、光学フィルター、および光ファイバーエレメントなどを含む。ダイクロイックミラー２５２は、第１の波長光信号を第１の波長光学経路２５４の上に方向付けるように配向されており、第２の波長光信号を第２の波長光学経路２５６の上に方向付けるように配向されている。第１の光検出器２０２は、第１の波長（たとえば、紫外線波長）におけるプラスの部分からの出力光信号の部分を受け取る光検出器（ＰＤ_{(第1の波長)}）に対応することが可能であり、第２の光検出器２０４は、第２の波長（たとえば、約８５２ｎｍの波長）におけるプラスの部分からの出力光信号の部分を受け取る光検出器（ＰＤ_{(第2の波長)}）に対応することが可能である。しかし、その部分およびスペクトル波長それぞれに関して、他の極性および波長も可能である。

ここで、図２Ａに戻って参照すると、例示的なイメージングシステム２００は、シングルピクセルカメラ２０１による空間イメージングのために構成されており、マイクロミラーデバイス２３６は、レンズシステム２３５のイメージ平面の中に設置されており、蒸気セルセンサー２２０は、レンズシステム２３５のオブジェクト平面の中に設置されている。この例では、第１および第２のレーザー２０８、２１２は、光ファイバーを介して連結されており、キューブ型ビームスプリッターの上で組み合わせられている。いくつかの変形例において、蒸気セルセンサー２２０の中の遷移の残留ドップラー拡がりを低減させるために、および、感度を強化するために、３つ以上のレーザーが使用され得る。この例では、５０９ｎｍ光信号は、音響光学または電気光学変調器（ＡＯＭ／ＥＯＭ）２１６によって、周波数ｆ_modにおいて強度変調されるが、一般的に、使用され得る他の変調オプションが存在している（たとえば、位相変調または周波数変調）。レーザー２０８、２１２両方からの光信号は、ビーム成形オプティクス２１８を通って伝播し、レーザービーム（または、入力光信号）を拡大し、蒸気セルセンサー２２０のイメージングエリアを充填する。次いで、光信号は、ビームスプリッター２３０を通過し、蒸気セルセンサー２２０の上に入射するようになる。蒸気セルセンサー２２０は、コーティングされていないまたは反射防止コーティングされたフロント表面と、ミラーコーティングされたバック表面２２８とを有しており、蒸気セルセンサー２２０を通してプローブ光信号（すなわち、８５２ｎｍ光信号）を逆反射して戻す。

例示的なイメージングシステム２００の動作の間に、リュードベリ原子電位測定法が使用され、テストデバイス２２２（または、ＤＵＴ）および任意に基準アンテナ２２４から電磁場をイメージングし、電磁場情報をラジオ周波数ドメインから光学ドメインへ変換する。次いで、光信号の一部は、ビームスプリッター２３０からイメージングアームの中へ反射される。レンズシステム２３５（それは、図２Ａの例では、シングルエレメント凸形レンズまたは両凸形レンズである）は、蒸気セルセンサー２２０およびマイクロミラーデバイス２３６の両方から距離２ｆに設置されている。ここで、ｆは、レンズシステム２３５（または、シングルエレメント凸形レンズもしくは両凸形レンズ）の焦点距離である。マイクロミラーデバイス２３６による反射の後、光信号は、マイクロミラーのアレイのマスク状態またはパターンに応じて、角度θ＝±２４°で２つの成分にスプリットされる。しかし、反射の正確な角度（θ）は、±２４°である必要はなく、他の角度も可能である。たとえば、反射の角度（θ）は、マイクロミラーデバイスのモデルによって変化することが可能である。

それぞれの反射された空間成分は、マイクロミラーのアレイのプラスの／マイナスの部分の合計の反射強度を測定するシングルピクセルカメラ２０１の光検出器２０２、２０４（ＰＤ±）の中へ収束される。例示的なイメージングシステム２００は、１つの光検出器だけとともに働くことが可能であるが（たとえば、図１に図示されているようなものなど）、デュアル光検出器を含むことは、プラスの部分およびマイナスの部分の両方が同時に測定されることを結果として生じさせる。このデュアル測定は、必要とされるマスクの数を２分の１に低減させ、２つのチャネルの間のコモンモード雑音除去を可能にする。２つの光検出器２０２、２０４からの電圧は、ロックイン増幅器２４２の中でｆ_modにおいて差動復調され、結果として生じるカメラ出力データは、データ処理のためにアナログ－デジタルコンバーター２４４の中へ渡される。獲得システム（それは、コンピューターシステムであるか、または、代替的に、強化された獲得速度のための特定用途ボード（たとえば、システムオンチップまたはＳＯＣ）であることが可能である）は、マイクロミラーデバイス２３６のパターン状態を制御し、パターン状態をロックイン増幅器２４２の出力電圧を相関させ、パターン間において周波数ｆ＜ｆ_modで迅速に切り換えることによってイメージを構築する。基準電磁波２２６とテストデバイス２２２から放出されるテスト電磁波との重ね合わせによって発生させられる干渉パターンが、テスト電磁波についての位相情報を抽出するために使用され得る。テストデバイス２２２から放出される電磁波の振幅は、基準電磁波２２６がない状態で行われた測定から直接的に抽出され得る。イメージの空間分解能に対する限界は、イメージングオプティクスの空間分解能、および、マイクロミラーのアレイの中のピクセル（または、マイクロミラー）のサイズによって設定される。位相分解能は、主に、蒸気セルセンサー２２０の厚さ、および、光学イメージングシステムの空間分解能によって設定される。図２Ａでは、蒸気セルセンサー２２０の厚さは、図２Ａの上部から図２Ａの底部への方向に沿って延在している。

イメージを獲得するために、マイクロミラーデバイス２３６は、一連の光学パターンの間で迅速に切り換え、イメージは、異なる光学パターンからのデータのフルセットが獲得された後に、コンピューター的に再構築される。高フィールド振幅レジームでは、レーザーシステム２０６のレーザーのうちの１つが、蒸気セルセンサー２２０の中の原子蒸気の原子共鳴線を横切って光学周波数で走査され、例示的なイメージングシステム２００のスペクトル応答のいくつかのイメージを獲得する。このスペクトル応答は、電磁放射線（または、フィールド）の振幅を抽出するために使用され、それは、電磁放射線の電気部分の振幅であり得る。

低フィールド振幅レジームでは、レーザーシステム２０６のすべてのレーザーが、原子遷移との共鳴において固定され、電磁放射線に起因する透過率の変化が測定される。低フィールド振幅レジームは、電磁放射線の振幅を測定するために単一のイメージのみが必要とされるので、作業するのに有用である。そのうえ、電場振幅は、両方のレーザーが共鳴しているときに、ＲＦフィールドに起因するプローブレーザーの透過率の変化から分析され得る。イメージングに関して、この構成は、単一の光学周波数が必要とされるので、したがって、電場（振幅）イメージを測定するために１つの光学イメージのみが必要とされるので、より望ましい。また、この構成は、イメージングプロセスを高フィールド測定のものよりも高速にする。後者の場合、両方のレーザーは、共鳴においてロックされることとなり、マスクパターンの完全なセットが、単一の光学イメージを発生させるために投影されることとなり、その後に、光学透過率から電場強度への変換が行われ得る。低フィールド振幅レジームに関して、電磁放射線の位相を抽出するために、位相シフトホログラフィーが使用され得、それによって、基準アンテナ２２４が位相シフトされ、テストデバイス２２２および基準アンテナ２２４からの電磁放射線の間の干渉パターンが、いくつかの基準アンテナ位相において測定される。

図２Ｂは、例示的なイメージングシステム２００の代替的な構成を示しており、ここでは、実空間イメージ平面ではなくフーリエイメージ平面の中でイメージングが実施される。レンズシステム２３５が蒸気セルセンサー２２０から距離ｆにおよびマイクロミラーデバイス２３６から距離ｆに設置されていることを除いて、光学的な構成は図２Ａと同様である。マイクロミラーデバイス２３６の上に、この代替的な構成は、実空間イメージのフーリエ変換のイメージを形成する。次いで、マイクロミラーデバイス２３６から投影されるパターンセットを変更することによって、フーリエドメインにおけるフィルタリングが実施され得、それは、特定の用途に有利である可能性がある。

代替的な実装形態において、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または空間光変調器（ＳＬＭ）が、マイクロミラーデバイス２３６の代わりに使用され、出力光信号についての空間情報をエンコードすることが可能である。いくつかの用途では、液晶ディスプレイおよび空間光変調器の両方が出力光信号の強度および／または位相を準連続的に修正することができるので、代替的な実装形態が有利である可能性がある。それとは対照的に、マイクロミラーデバイス２３６の個々のマイクロミラーは、バイナリーオン／オフピクセルシステムを表す。連続的な可変変調器の使用は、たとえば、離散コサイン変換関数をイメージングするための圧縮サンプリング技法と組み合わせて、とりわけ有用である可能性がある。

図１または図２Ａ～図２Ｄの光学的な構成のうちのいずれか１つは、圧縮サンプリング技法と組み合わせられ、イメージ形成に必要とされるパターンの数を最小化することが可能である。したがって、圧縮サンプリング技法は、イメージ獲得および構築のスピードアップを可能にする。圧縮サンプリング技法は、電磁放射線のイメージが低い空間周波数を有するときに、とりわけ効果的であり、それは、ラジオ周波数フィールドのイメージングに関してそうなることが予期される。ユーザーが、予期される空間周波数（たとえば、テストデバイスの設計プロセスおよびラジオ周波数波長から）の何らかの予備知識を有する場合には、圧縮サンプリングは、重要なイメージ特徴を保ちながら、イメージ獲得速度に関してさらに調整されて最適化され得る。

例示的なイメージシステム２００は、いくつかの方式で拡張され得、そのうちの２つの変形例が、それぞれ図２Ｃおよび図２Ｄに図示されている。図２Ｃは、偏光感受性イメージングを可能にする変形例を示している。この変形例では、例示的なイメージングシステム２００は、追加的な光検出器とともに偏光ビームスプリッター２４６を含む。検出レーザーの光学スペクトルは、レーザーおよびラジオ周波数偏光の相対的なアライメントに依存するので、ラジオ周波数フィールドの偏光状態、ならびに、振幅および位相をイメージングすることが可能である可能性がある。図２Ｄは、多波長イメージングを可能にする変形例を示している。この変形例では、ダイクロイックミラー２５２は、出力光信号のパターン化された部分の１つの波長成分を反射し、別の波長成分を透過させる。そのような動作は、たとえば、蒸気セルセンサー２２０の原子蒸気の中のリュードベリ状態崩壊からの蛍光の検出を可能にすることができる。状態崩壊は、光子スペクトルの紫外線領域の中にあることが可能である。蛍光の検出は、プローブレーザー透過率と関連して起こるので、多波長イメージングは、同じ空間情報を備えた両方のフィールドの相関された測定を可能にすることができる。代替的に、蒸気セルセンサー２０２がデュアル原子種蒸気または多原子種蒸気（または、色中心の複数の種を備えた同様のソリッドステートシステム）を含む場合には、第２のセットの励起レーザーが、独立した波長を有する２つ以上の独立したラジオ周波数フィールドの同時検出のために使用され得る。

ここで、図３を参照すると、蒸気セルセンサー３０２を含む例示的なイメージングシステム３００の一部分の概略ダイアグラムが表されている。例示的なイメージングシステム３００の部分は、レーザーシステム２０６から基準アンテナ２２４へ図２Ａの中で上向きに延在する例示的なイメージングシステム２００の部分と同様になっていることが可能である。蒸気セルセンサー３０２は、光学ウィンドウ３０４および誘電体ミラー３０６を含む。光学ウィンドウ３０４および誘電体ミラー３０６は、図３に示されているように、形状に関して平面的になっており、互いに平行になっていることが可能である。しかし、光学ウィンドウ３０４および誘電体ミラー３０６に関して、他の構成も可能である。また、例示的なイメージングシステム３００の部分は、レーザーシステム３０８を含み、レーザーシステム３０８は、少なくとも２つの光信号を発生させるように構成されている。それぞれの光信号は、光のコヒーレントビームであることが可能であり、それは、単一の値の周りに集中させられる波長によって部分的に画定されている（たとえば、レーザー光のビーム）。図３は、２つの光信号（すなわち、第１の光信号３１０および第２の光信号３１２）を発生させるように構成されているようなレーザーシステム３０８を示している。しかし、２つよりも多い数の光信号も可能である。たとえば、レーザーシステム３０８は、３つの光信号を発生させるように構成され得る。

例示的なイメージングシステム３００は、基準アンテナ３１４を追加的に含み、基準アンテナ３１４は、光学ウィンドウ３０４に関連付けられる蒸気セルセンサー３０２の側部３１６に配設されている。基準アンテナ３１４は、制御された振幅および制御された位相のうちの一方または両方を有する基準電磁放射線３１８を発生させるように構成されている。基準電磁放射線３１８は、図３に図示されているように、電磁放射線の平面波であることが可能である。しかし、他のタイプの電磁放射線も可能である。基準アンテナ３１４は、図３において蒸気セルセンサー３０２に対して角度２θで示されているが、基準アンテナに関して他の配向も可能である。たとえば、基準アンテナ３１４は、テストデバイス３３８の後ろに配設され、誘電体ミラー３０６を通して蒸気セルセンサー３０２の中へ基準電磁放射線３１８を方向付けるように配向され得る。

また、例示的なイメージングシステム３００の部分は、光学イメージングアーム３２０を含み、光学イメージングアーム３２０は、レンズシステム３３４を通してシングルピクセルカメラへ光信号を方向付ける。シングルピクセルカメラは、パターン化された光の発生器（図示せず）、たとえば、図１および図２Ａ～図２Ｂのパターン化された光の発生器１３０、２３４などを含む。また、シングルピクセルカメラは、いくつかの場合において、レンズシステム３３４を含むことが可能である。いくつかの実装形態において（たとえば、図３に示されているものなど）、例示的なイメージングシステム３００の部分は、第１の光学経路３２２を含み、第１の光学経路３２２は、レーザーシステム３０８から、蒸気セルセンサー３０２の光学ウィンドウ３０４を通って、誘電体ミラー３０６へ延在している。光学アッセンブリ３２４が、レーザーシステム３０８と蒸気セルセンサー３０２の光学ウィンドウ３０４との間において、第１の光学経路３２２の上に配設されている。光学アッセンブリ３２４は、たとえば、レンズ、ミラー、フィルター、波長板、およびビームスプリッターなどのような、光学コンポーネントを含むことが可能である。たとえば、光学アッセンブリ３２４は、波長板３２６（たとえば、λ／４波長板）を含むことが可能であり、波長板３２６は、光学ウィンドウ３０４と光学アッセンブリ３２４との間において、第１の光学経路３２２の上に配設されている。別の例では、光学アッセンブリ３２４は、レンズ３２８を含むことが可能であり、レンズ３２８は、光学ウィンドウ３０４と光学アッセンブリ３２４との間において、第１の光学経路３２２の上に配設されている。

また、例示的なイメージングシステム３００の部分は、第２の光学経路３３０を含み、第２の光学経路３３０は、光学アッセンブリ３２４からパターン化された光の発生器へ延在している。第２の光学経路３３０は、第１の光学経路３２２に交差することが可能であり、光学イメージングアーム３２０の一部を画定することを助ける。たとえば、第２の光学経路３３０は、光学アッセンブリ３２４の光学コンポーネント（たとえば、ビームスプリッター３３２など）において、第１の光学経路３２２に交差することが可能である。光学アッセンブリ３２４は、蒸気セルセンサー３０２との相互作用の後に、少なくとも１つの光信号（たとえば、出力光信号）を第２の光学経路３３０の上に方向付けし直すように構成されている。いくつかの場合において、光学アッセンブリ３２４は、光学フィルター３３４を含み、光学フィルター３３４は、第２の光学経路３３０の上に配設されており、少なくとも２つの光信号のうちの少なくとも１つの波長を吸収するかまたは反射するように構成されている。この能力において、光学フィルター３３４は、パターン化された光の発生器によって、どの光信号が受け取られるか、および、いくつの光信号が受け取られるかということを制御することが可能である。

動作時に、例示的なイメージングシステム３００のレーザーシステム３０８は、少なくとも２つの光信号（たとえば、第１の光信号３１０および第２の光信号３１２）を発生させることが可能であり、それは、その後に、第１の光学経路３２２に沿って蒸気セルセンサー３０２へ伝播する。そのような伝播の間に、少なくとも２つの光信号３１０、３１２は、光学アッセンブリ３２４と相互作用することが可能であり、結果として、１つまたは複数の特質を変更させることが可能である（たとえば、方向、焦点、偏光、波長分布など）。少なくとも２つの光のビームは、光学ウィンドウ３０４を通って進入することによって、および、誘電体ミラー３０６の反射によって、蒸気セルセンサー３０２を通過する。光学アッセンブリ３２４に到達すると、少なくとも２つの光信号の少なくとも１つが、シングルピクセルカメラに向けて（たとえば、パターン化された光の発生器に向けて）方向付けされ直す。たとえば、ビームスプリッター３２８が存在している場合には、第１の光信号３１０および第２の光信号３１２は、両方ともシングルピクセルカメラに方向付けされ直すことが可能である。次いで、第２の光学経路３３０の上の光学フィルター（図示せず）は、第２の光信号３１２を吸収することが可能であり、第１の光信号３１０が光学イメージングシステム３２０へ継続することを可能にする。

少なくとも２つの光信号の発生と同時に、基準アンテナ３１４は、基準電磁放射線３１８を発生させることが可能であり、基準電磁放射線３１８は、蒸気セルセンサー３０２によって受け取られる。基準電磁放射線３１８は、蒸気セルセンサーの中の蒸気化された原子と相互作用し、それによって、蒸気セルセンサー３０２を通る光学透過率を変化させる。光学透過率に対する変化は、蒸気セルセンサー３０２の囲まれた体積の全体を通して起こることが可能であり、したがって、空間依存性になっていることが可能である。たとえば、図３は、座標軸３３６を含み、ｙ軸は、図３の中を指す状態になっている。したがって、光学透過率（および、それに対する変化）は、３つの座標変数ｘ、ｙ、およびｚの関数であることが可能であり、したがって、３次元で空間依存性になっていることが可能である。蒸気セルセンサー３０２が薄くて平面的である変形例では、光学透過率（および、それに対する変化）は、２つの座標変数ｘおよびｙのみの関数であることが可能であり、２次元で空間依存性になっていることが可能である（たとえば、図３のｘ－ｙ平面）。他のタイプの空間依存性も可能である。

蒸気セルセンサー３０２の光学透過率の変化は、少なくとも２つの光信号の振幅および位相の対応する変化を誘発することが可能である。たとえば、第１の光信号３１０および第２の光信号３１２のうちの一方または両方は、入力光信号として蒸気セルセンサー３０２を横断する間に、それらのそれぞれの振幅、位相、またはその両方の変化を経験することが可能である。多くの場合において、少なくとも２つの光信号は、蒸気セルセンサー３０２の囲まれた体積の全体を通して、蒸気化された原子と相互作用し、したがって、光学透過率の空間依存性を表す。光学アッセンブリ３２４は、少なくとも２つの光信号を成形し、光学透過率の空間依存性をイメージングすることが可能である。たとえば、光学アッセンブリ３２４は、焦点面における少なくとも２つの光信号の分布を拡大することが可能であり、囲まれた体積のイメージが、単一の測定で取得され得るようになっている。

少なくとも２つの光信号のそれぞれに関して、振幅、位相、またはその両方の変化は、例示的なイメージングシステム３００のシングルピクセルカメラ（たとえば、図１および図２Ａ～図２Ｄの例示的なイメージングシステム１００、２００に関係して説明されているシングルピクセルカメラ１０２、２０１など）によって測定され得る。いくつかの実装形態において、例示的なイメージングシステム３００は、シングルピクセルカメラのパターン化された光の発生器および１つまたは複数の光検出器と（たとえば、電気信号を介して）通信するコンピューターシステムを含む。コンピューターシステムは、少なくとも１つの光信号（たとえば、出力光信号３１０）の空間特性からイメージデータを発生させるように構成されている。データは、電磁放射線の空間依存性の振幅および空間依存性の位相（たとえば、基準電磁放射線３１８の空間依存性の基準振幅および空間依存性の基準位相）のうちの一方または両方を表す。いくつかの場合において、データは、電磁放射線の空間依存性の周波数、電磁放射線の時間依存性の周波数、または、その両方を表すことが可能である。そうであるので、イメージデータは、電磁放射線のイメージ（たとえば、基準電磁放射線３１８のイメージ）に対応することが可能である。

例示的なイメージングシステム３００の動作の間に、コンピューターシステムは、基準電磁放射線３１８のイメージをターゲットイメージと比較することが可能である。たとえば、コンピューターシステムは、基準振幅とターゲット振幅との間の差を決定することが可能である。振幅は、空間依存性になっていることが可能であり、振幅のそれぞれの２次元イメージを画定することが可能である。別の例では、コンピューターシステムは、基準位相とターゲット位相との間の差を決定することが可能である。位相は、空間依存性になっていることが可能であり、位相のそれぞれの２次元イメージを画定することが可能である。比較を完了すると、コンピューターシステムは、基準電磁放射線３１８の１つまたは複数の特質（たとえば、位置、振幅、位相、周波数など）を変更するように、基準アンテナ３１４に指示することが可能である。たとえば、基準アンテナ３１４は、それぞれターゲット振幅およびターゲット位相に対する差に応答して、基準振幅の両方の一つを変更することが可能である。そのような変更は、差の大きさを低減させ、基準アンテナ３１４（または、例示的なイメージングシステム３００）を較正することを支援することが可能である。

いくつかの実装形態において（たとえば、図３に示されているようなものなど）、例示的なイメージングシステム３００の一部分は、テストデバイス３３８（または、テスト対象デバイス）を含み、テストデバイス３３８は、蒸気セルセンサー３０２の誘電体ミラー３０６に隣接して配設されており、テスト電磁放射線３４０を発生させるように構成されている。発生させられるときに、テスト電磁放射線３４０は、蒸気セルセンサーの中の蒸気化された原子と相互作用し、蒸気セルセンサー３０２を通る光学透過率を変化させる。テスト電磁放射線３４０は、基準電磁放射線３１８に関してすでに述べられたものと同様にイメージングされ得る。基準電磁放射線３１８がない場合、テスト電磁放射線３４０のテスト振幅は、直接的にイメージングされ得る。テスト振幅は、空間依存性の振幅であることが可能であり、テスト振幅の２次元イメージを画定することが可能である。いくつかの場合において、コンピューターシステムは、テスト電磁放射線３４０のイメージをターゲットイメージと比較することが可能である。そのような比較は、テストデバイス３３８が使用内で機能しているかどうかを決定する際に、例示的なイメージングシステム３００を支援することが可能である。

例示的なイメージングシステム３００は、テストデバイス３３８がテスト電磁放射線３４０を発生させる一方で、基準アンテナ３１４が基準電磁放射線３１８を発生させるように動作させられ得る。この状況において、蒸気セルセンサー３０２は、重ね合わせられた電磁放射線を受け取り、それは、蒸気セルセンサー３０２におけるテスト電磁放射線３４０と基準電磁放射線３１８との干渉パターンに対応している。重ね合わせられた電磁放射線は、基準電磁放射線３１８に関してすでに説明されたものと同様にイメージングされ得る。コンピューターシステムは、重ね合わせられた電磁放射線のイメージから基準電磁放射線３１８のイメージ（以前に取得された）を抽出し、テスト電磁放射線３４０のイメージを作り出すことが可能である。テスト電磁放射線３４０のイメージは、テスト電磁放射線３４０のテスト位相が決定されることを可能にすることができる。テスト位相は、空間依存性の位相であることが可能であり、テスト位相の２次元イメージを画定することが可能である。また、テスト電磁放射線３４０のイメージは、テスト電磁放射線３４０のテスト周波数が決定されることを可能にすることができる。テスト周波数は、空間依存性の周波数であることが可能であり、テスト周波数の２次元イメージを画定することが可能である。

また、例示的なイメージングシステム３００は、複数の位相を通して基準電磁放射線３１８を反復することによって、テスト電磁放射線３４０のイメージを取得することが可能である。たとえば、例示的なイメージングシステム３００は、基準アンテナ３１４が基準電磁放射線の基準位相を変更することを引き起こし、重ね合わせられた電磁放射線の少なくとも３つのインスタンスを発生させることが可能である。それぞれのインスタンスは、異なる基準位相における基準電磁放射線３１８のインスタンスに対応することが可能である。この動作モードにおいて、例示的なイメージングシステム３００は、重ね合わせられた電磁放射線のそれぞれのインスタンスに関する重ね合わせられた振幅および重ね合わせられた位相のうちの一方もしくは両方に基づいて、または、基準電磁放射線のそれぞれの対応するインスタンスに関する基準振幅および基準位相のうちの一方もしくは両方に基づいて、テスト電磁放射線３４０のテスト振幅およびテスト位相を決定する。また、テスト周波数も決定され得る。

いくつかの実装形態において、例示的なイメージングシステム３００（または、その一部分）は、無線（ＯＴＡ）試験を実行するように動作可能である。ＯＴＡ試験は、テスト対象デバイス（たとえば、ワイヤレスデバイスなど）の全放射電力（ＴＲＰ：ｔｏｔａｌ ｒａｄｉａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ）、全等方感度（ＴＩＳ：ｔｏｔａｌ ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）、実効等方放射電力（ＥＩＲＰ：ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｒａｄｉａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ）、および実効等方感度（ＥＩＳ：ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を測定することが可能である。そのような測定は、放射パターン、線形化、および感度の特性評価を含む。ＯＴＡテストは、システムの研究開発局面、生産局面、および統合局面（たとえば、メンテナンスとして車の中のレーダーシステムを改装する局面など）の間に、システムに対して実施され得る。他の局面または時間も可能である。

いくつかのケースでは、例示的なイメージングシステム３００は、リュードベリ原子電位測定法を使用して、テスト対象デバイス（ＤＵＴ）によって作り出される放射電場と固定位置基準アンテナによって作り出される放射電場との間の干渉パターンを測定する（または、イメージングする）ことが可能である。この測定プロセスは、イメージ（または、ホログラフィックイメージ）を生成させ、そのイメージから、放射電場の位相および振幅が取り出され得る。基準アンテナは、測定の位置において平面波を作り出すことが可能であり、絶対的な較正源として使用されるリュードベリ原子センサーへのフィードバックを介して参照され得る。いくつかのケースでは、測定は、ＤＵＴによって作り出される電磁場の位相および振幅を決定するために、３つのイメージが獲得されることを必要とする。このタスクを達成することができる測定は、位相シフトホログラフィック干渉法のアナログを含み、そこでは、参照波を位相シフトする能力が、複数のイメージを撮るために使用される。また、測定は、ヘテロダインホログラフィーを含み、そこでは、参照波および／またはテスト波が、時間的に変調されるか、または、干渉パターンからコンピューター的にデコンボリューションされる。いくつかの実装形態において、ホログラフィックイメージングシステムは、検出器として原子を使用する。高周波数フィールドに対する原子の応答を光学ドメインにおいてイメージングするために、１つまたは複数のシングルエレメント検出器（たとえば、光検出器）を含むシングルピクセルカメラが使用され得る。いくつかのケースでは、蒸気セルセンサー３０２は、高い位相分解能が実現され得るように薄くされ得る。デバイスは、具体的には、高周波数デバイス（たとえば、アンテナなど）の電磁場をイメージングすることをターゲットにすることが可能である。放射電場位相、振幅、および周波数情報が（たとえば、リアルタイムで）獲得され得、ＤＵＴがチューニングまたはテストされ得るようになっている。この情報は、たとえば、マッチされた空間フィルター（測定される放射パターンがそれに相関させられ得る）を使用して、ＤＵＴが組立ラインの上で合格とされるか、不合格とされるか、またはその他の方法で処理されることを可能にすることができる。また、ＤＵＴから放出される電磁放射線の周波数が決定され、ターゲット周波数と比較され得る。

合否試験に関して（たとえば、組立ラインの上で実装され得るものなど）、または、同様の用途に関して（たとえば、（半導体産業において一般的であるように）デバイスの相対的な性能によってデバイスを選別または等級付けすることなど）、シングルピクセルカメラによる電磁場イメージングが、極めて効率的である可能性がある。このケースでは、少数のマスクパターンのみが（単一のマスクパターンさえも）、パターン化された光の発生器（たとえば、マイクロミラーデバイス）の可変マスクから投影されることとなる。マスクパターンは、意図したＤＵＴのためのプログラム可能なマッチされた空間フィルターを形成する。高フィールドレジームでは、単一のマスクパターンが、レーザー周波数のうちの１つのスイープと組み合わせられ、その特定のマスクのためのスペクトルを測定することとなる。次いで、このスペクトルは、合否試験のためのターゲットまたは基準スペクトルと比較され得、または、個々のスペクトル特徴が、より詳細に分析され、テストデバイスの選別を促進させることが可能である。そのような選別は、サイドローブ抑制の量に基づいてデバイスの選別／等級付けを行うことを可能にすることができ、ここで、可変マスクが、予期されるサイドローブの位置においてのみイメージングするように調整される。

例示的なイメージングシステム３００（または、その一部分）は、技術的な利点および改善を提供することが可能である。たとえば、以下の利点および改善のうちの１つまたは複数は、さまざまな実装形態において提供され得る：位相、振幅、および周波数情報が、絶対的に較正された方法を使用して取り出され得る；複数のフィールドポイントが、同時に測定され得、電磁場がイメージングされるようになっており、また、ＤＵＴの放射パターンをテストするかまたは最適化するかのいずれかのために使用され得る；検出器の空間分解能は、近接場においてもフィールド全体の構造が決定され得るように、非常に高くなっていることが可能である；センサーは、それが電磁場の乱れを最小にするように、誘電材料を含むことが可能である；測定は、組立ラインの中へ統合され、アンテナが製造されているときにアンテナをテストすることが可能である；獲得されたイメージを使用してそれぞれのアンテナエレメントにおける信号の位相を調節することによって、複数エレメントのアンテナからのビームの形成が改善され得る；ホログラフィックデータを使用して、電磁放射線のイメージが、たとえば、フレネル変換または他のタイプの波動伝播アルゴリズムを使用して、他の位置において発生させられ得る（ＤＵＴにおいて発生させられることを含む）；センサーの厚さ（たとえば、図３の中のδ）が、サブ波長にされ、高い位相分解能を取得することが可能である；フィールド強度パターンは、単独で、ＤＵＴを特徴付けるのに十分であり得る。他の利点および改善も可能である。

図３では、例示的なイメージングシステム３００の一部分は、薄い蒸気セルセンサー３０２、光学的な読み出しレーザー３１０、３１２、レーザーのためのイメージングオプティクス３２４、および基準アンテナ３１４を含む。ＤＵＴ３３８は、蒸気セルセンサー３０２の誘電体ミラー３０６の近くに設置されており、蒸気セルセンサー３０２は、アルカリ原子を保持している。アルカリ原子は、リュードベリ原子ベースの電場センシングを介して使用され、ＤＵＴ３３８から放出される高周波数電場３４０および参照波３１８を検出する。リュードベリ原子ベースの電位測定法において、光学場は、蒸気セルセンサー３０２の中に含有されている蒸気化された原子に対して高周波数電磁場が有する効果を読み出す。図３では、大型の平面型蒸気セルセンサー３０２が使用されており、ＤＵＴ３３８からの電磁場がイメージングされ得るようになっている。蒸気セルセンサー３０２は、レーザー光が蒸気セルセンサー３０２の裏面（または、誘電体ミラー３０６）から反射されるように構築されている。次いで、反射されたプローブレーザー光３１０は、１つまたは複数のシングルピクセルカメラを使用してイメージングされ、ＤＵＴ３３８から発する電磁場の空間イメージが測定され得るようになっている。プローブ光３１０は、光学イメージングアーム３２０の上のナローバンド幅光学フィルターによってカップリングレーザー光３１２から分離され得る。基準アンテナ３１４の放出振幅は、リュードベリ原子ベースのセンサー３０２に参照され得、参照波３１８の振幅が、アクティブフィードバックを介して固定されるようになっており、基準アンテナ３１４は、また、蒸気セルセンサー３０２を照射することが可能である。基準電磁波３１８およびＤＵＴ３３８から放出されるテスト電磁波３４０の重ね合わせによって発生させられる干渉パターンは、テスト電磁波についての位相情報を抽出するために使用され得る。ＤＵＴ３３８から放出される電磁波の振幅は、基準電磁波３１８がない状態で行われた測定から直接的に抽出され得る。

イメージの空間分解能は、イメージングオプティクス３２４の空間分解能によって設定される。位相分解能は、主に、蒸気セルセンサー厚さδおよび光学イメージの空間分解能によって設定される。追加的なオプティクス（それは、高周波放射に対して透明である）が光を方向付けし直すために使用される場合には、図３の中のθは、約４５度に等しくなっていることが可能である。この配置は、参照波３１８が蒸気セルセンサー３０２を裏面照射することを可能にする。参照波３１８の位相は、基準アンテナ３１４を駆動する発振器を介して制御され得る。可変の位相は、位相シフトホログラフィーが例示的なイメージングシステム３００によって実施されることを可能にする。蒸気セルセンサー３２０は、電磁波およびその干渉パターンを記録する写真乾板またはＣＣＤアレイと同様に作用する。参照波３１８がよく知られている場合には、テスト電磁場３４０からの情報が、デジタルホログラフィーと同様に、干渉パターンおよびテストフィールド振幅から、または、それらのおよび位相シフトされた干渉パターンの何らかの他の組み合わせから、デジタル的に抽出され得る。テスト電磁場３４０および基準電磁場３１８は、センサーにおいて同様の振幅のものであることが可能である。信号を獲得するために、異なるプローブまたはカップリングレーザー周波数３１０、３１２における一連のイメージが測定され得、例示的なイメージングシステム３００のスペクトル応答（たとえば、プローブレーザー３１０の透過率）が、それぞれの電場の正味の振幅を抽出するために使用され得る。異なるタイプの測定において、たとえば、より小さい振幅の電磁場に関して、カップリングレーザーの存在下での共鳴の上でのプローブレーザー３１０の透過率が、高周波数フィールドパワーを決定するために使用され得る。後者の測定は、より速いデータ収集を提供することが可能である。その理由は、単一の測定が、基準、テスト、および２つのフィールドの重ね合わせの電磁場振幅のそれぞれを特徴付けるために使用され得るからである。また、スペクトル応答を使用するイメージは、短時間で獲得され得、それによって、ビデオフレームレート（たとえば、２０～３０Ｈｚ）に十分なスループットを可能にする。

シングルピクセルカメラによってイメージを再構築することは、１セットの光学パターン（たとえば、選択的に可変のマスクパターンによって発生させられるものなど）の間で切り換えること、および、それぞれの光学パターンに関する合計の反射光強度を記録することを必要とする。次いで、これらの光学パターンは、それらの光強度にしたがって重み付けされ、合計され、最終的なイメージを形成する。必要とされる光学パターンの数は、イメージ空間分解能とともに増減する。光学パターンのセットは、いくつかの選択肢を使用して選択され得る。たとえば、１セットの光学パターンが、アダマール行列を使用して選択され得る。また、ランダム光学パターンが使用され得るが、光学パターンの間に大幅なオーバーラップが存在する可能性があるので、より多くの光学パターンが、イメージを再構築するために必要とされ得る。しかし、アクティブフィードバックおよび最適化アルゴリズムと関連してランダム光学パターンを使用することは、イメージを構築するために必要とされるランダム光学パターンの数を低減させることが可能である。

また、対称性および先験的知識が、必要とされるパターンの数を低減させる。たとえば、アンテナイメージングのケースでは、電磁場についての何らかの情報が先験的に知られ得る（たとえば、フィールドが滑らかに変化することとなり、いくらかの対称性を有する可能性が最も高いということなど）。高フィールドレジームおよび低フィールドレジームの両方における電磁場イメージングは、この知識から利益を受け、マスクパターンの完全なセットのいくらかを選択するかまたは除外することが可能である。所与の獲得時間に関してイメージ分解能を増加させるか、または、代替的に、所与の分解能に関してイメージ獲得時間を減少させるかのいずれかのために、反復アルゴリズムが使用され得る。例として、アンテナは、その放出された電磁場が４回対称性を有するように構成され得る。第１の低分解能イメージが、４回対称性の中心および軸線を決定するために使用され得、その後に、イメージの獲得が、単一の象限に低減され得る。そのような面積の低減は、有効ピクセルの数を４分の１に減少させる。他の対称性に関する同様のケースが、イメージ獲得の速度を増加させるための同様の機会を提供することとなる。この技法は、他の圧縮サンプリング技法とは独立して動作することとなり、いくつかのケースでは、さらに大きい速度改善のために組み合わせられ得る。

別の変形例において、圧縮サンプリング技法が使用され、必要とされるパターンの数を低減させることが可能である。そのような技法は、一般に使用されているデジタルイメージ圧縮技法に基づいている。しかし、最初に完全なイメージを獲得し、次いでそれを圧縮する代わりに、圧縮が、イメージ獲得自体に適用される。圧縮のために使用される光学パターンのセットは、離散コサイン変換（たとえば、オリジナルのＪＰＥＧ圧縮アルゴリズムにおいて使用されるようなもの）に基づくか、または、イメージの中の離散空間周波数を選択する他の変換に基づくことが可能である。任意のイメージ圧縮技法と同様に、圧縮の有効性（従来のイメージ圧縮に関してイメージサイズの低減、または、シングルピクセルカメラのケースでは、必要とされるパターンの数の低減）は、イメージの内容に依存する。イメージの中に予期される空間周波数のうちのいくつかが事前に知られている場合には（たとえば、テストアンテナデバイスにおけるラジオ周波数波長および特徴サイズに基づいて）、圧縮アルゴリズムが、より高い空間周波数をカットするように効果的に調整され得、したがって、非常に効率的にされ得る。

シングルピクセルカメラでは、１つまたは複数の光検出器が使用されるので、信号処理技法が、信号がデジタル化される前に、アナログドメインの中に適用され得、電磁場の検出がＡＣ連結され得る。このアプローチは、ＤＣ連結されたセンサーにおける高ダイナミックレンジのための要件を完全に回避する。このタイプのイメージングシステムの１つの例は、信号制御パラメーターのうちの１つ（たとえば、図１、図２Ａ、または図２Ｂにおけるカップリングレーザー強度）を変調することによって実現される。復調された信号の利得／感度をチューニングすることによって、ダイナミックレンジが、オンザフライで選択され得、したがって、イメージ単位で最適化され得る。信号対雑音比の増加のために、たとえば、周波数変調または位相変調など、他の変調方法も可能である。

代替的に、高速で高分解能のアナログ－デジタル変換が行われる限りにおいて、復調および信号処理がソフトウェアの中で（たとえば、フィールドプログラマブルゲートアレイのファブリックの中で）行われ得る。シングルチャネルのアナログ－デジタルコンバーターに関して、１秒当たり１６ビットおよび１００億個のサンプルが、容易に可能である。すべての光学パターン強度値の分布が、厳密なエラー伝播のために測定および使用され得、最大尤度アルゴリズムが使用され得るようになっており、最終的なイメージの中のそれぞれのピクセルは、それ自身の関連のエラーバーを有している。雑音の多い背景から信号を隔離するために、変調レートは、他の重要な雑音周波数（たとえば、５０／６０Ｈｚ ＡＣ電力線雑音およびそのハーモニクス）よりも高くなっていることが可能である。多くの変形例において、５～１０ｋＨｚ程度の変調周波数が望まれる。復調がピクセルごとに行われなければならないという要件は、この技法が従来のＣＣＤ／ＣＭＯＳセンサーと互換性がないということを意味している。

本明細書で説明されているシステムおよび方法は、高い振幅を有する電磁場をイメージングするために適用され得る。そのようなイメージングは、ハイパースペクトルイメージングの形態であることが可能であり、ハイパースペクトルイメージングでは、イメージの中のそれぞれの「ピクセル」が、関連のスペクトルを有している。単一の「ピクセル」において、ＲＦフィールドの測定は、ＥＩＴ信号のスペクトルスプリッティングを測定することによって達成され、光学スペクトルを発生させるためにレーザーのうちの１つが走査されることを必要とする。「ピクセル」は、必ずしも、蒸気セルセンサーの単一のマイクロミラーまたは光学的に解像可能なセクションに関連付けられているとは限らない。その代わりに、「ピクセル」は、ＲＦフィールドイメージングシステムの全体の最大分解能を取得することを犠牲にして平均化されたイメージのセクションであることが可能である。

レーザースキャンのそれぞれの周波数において「完全な」イメージを撮ることによって、スペクトルがそれぞれのピクセルにおいて発生させられ得る。このアプローチは一般的であるが、いつイメージが「完全」であるかの決定は、テストフィールドの追加的な知識（たとえば、フィールド対称性、空間周波数など）によって知らされ得る。この追加的な知識は、必要とされるパターン化されたマスクの数を低減させることが可能である。このアプローチでは、一連のイメージ（それぞれが特定のレーザー周波数に対応する）を取得することによって、周波数の関数としての透過率が、それぞれのピクセルにおいてマッピングされる。最も一般的なケースに関して、たとえば、テスト電磁場が（空間分布および強度および／または位相において）完全に未知である場合、レーザーのうちの１つが、離散周波数ステップにおいて共鳴線を横切って走査され得る。それぞれの光学周波数ステップにおいて、完全な一連のマスクパターンが投影され、その光学周波数に関する単一のイメージを発生させる。次いで、結果として生じるデータは、それぞれのピクセルが対応する光学スペクトルを有するアレイの中へ組み合わせられる。電場振幅および周波数が、それぞれのピクセルにおける光学スペクトルの分析から推定され、最後に、電場振幅のイメージを形成することが可能である。位相は、テストフィールド（そこでは、異なる基準ＲＦ位相における複数の電場イメージが必要とされる）に関連して基準ＲＦフィールドを用いたホログラフィック測定を通して、同様のプロセスにおいて推定され得る。

また、スペクトルは、それぞれのマスクに関して決定され得る。フィールドが同じになっているべきであるイメージのエリアに対応するマスクパターン、「ピクセル」、または、先験的知識を介して配置されているピクセルを使用することが可能であり、また、対応するマスクパターンが活性化させられている間に、レーザーのうちの１つを走査することによって、スペクトルを獲得することが可能である。ここで、イメージは、イメージのそれぞれの重要なセクションまたは「ピクセル」に関するスペクトルを取得することによって獲得される。このアプローチの１つの変形例は、たとえば、フィールド分散が無視できる正方形または円形のブロックの中でイメージのセクションをグループ化することであり、すなわち、必要とされる分解能に対応する「ピクセル」を作製することである。フルスペクトルが、それぞれのブロックに関して獲得される。そのうえ、ターゲットフィールドが均一であるかまたは平均化され得るイメージのエリアに対応するマスクパターンが選択され得る。そのような選択は、フィールドの対称性または何らかのタイプのピクセル化（たとえば、関心の領域では、小さいピクセル、および、変動および／または関心が少ないはずの場合は、大きいピクセル）に基づくことが可能である。それぞれのマスクパターンに関して、スペクトルは、次いで、レーザーのうちの１つを走査することによってとられる（そこから、フィールド振幅（および、潜在的に位相）が導出される）。それぞれのマスクに関して取得されるフィールドパラメーターの値を組み合わせることによって、イメージが再構築される。

いくつかの実装形態において、例示的なイメージング方法は、蒸気セルセンサーにおいて、入力光信号および少なくともテストデバイスからの電磁放射線を受け取り、出力光信号を発生させるステップを含む。電磁放射線は、１００ＭＨｚ～１ＴＨｚの範囲にある周波数を有することが可能である。また、例示的なイメージング方法は、シングルピクセルカメラにおいて出力光信号を処理し、カメラ出力データを発生させるステップと、コンピューターシステムの動作によって、カメラ出力データに基づいて電磁放射線のイメージを構築するステップとを含む。電磁放射線は、基準アンテナから発生させられる基準電磁放射線を含んでもよい。いくつかの変形例において、蒸気セルセンサーは、誘電体ミラーを含む。これらの変形例では、入力光信号および電磁放射線を受け取るステップは、蒸気セルセンサーの中の蒸気を通して入力光信号を通過させるステップと、通過させるステップの間に、入力光信号のうちの１つまたは複数を誘電体ミラーから反射させ、１つまたは複数のそれぞれの出力光信号を作り出すステップとを含む。１つまたは複数のそれぞれの出力光信号は、いくつかの場合において、１つまたは複数の入力光信号と反対方向に伝播することが可能である。いくつかの変形例において、例示的なイメージング方法は、蒸気セルセンサーにおいて入力光信号および電磁放射線を受け取る前に、入力光信号のうちの少なくとも１つの振幅、位相、または周波数を変調させるステップを含む。振幅、位相、および周波数は、個別にまたは任意の組み合わせで変調され得る。

いくつかの実装形態において、シングルピクセルカメラは、パターン化された光の発生器および光検出器を含む。パターン化された光の発生器の例は、マイクロミラーデバイス（たとえば、ＤＭＤ）、空間光変調器、または液晶ディスプレイを含む。他のタイプのパターン化された光の発生器も可能である。これらの実装形態において、イメージング方法は、光検出器において、パターン化された光の発生器によって発生させられる出力光信号のパターン化されたインスタンスを受け取るステップを含む。それぞれのパターン化されたインスタンスは、電磁放射線のイメージのそれぞれの部分を表す。そのうえ、出力光信号を処理するステップは、シングルピクセルカメラの動作によって（たとえば、少なくとも光検出器の動作によって）、それぞれのパターン化されたインスタンスの強度を測定し、カメラ出力データを発生させるステップを含む。さらなる実装形態において、例示的なイメージング方法は、パターン化されたインスタンスのそれぞれの測定された強度がそれぞれの閾値強度よりも小さい場合に、パターン化されたインスタンスをカメラ出力データから除去することによって、カメラ出力データをフィルタリングするステップを含む。また、例示的なイメージング方法は、フィルタリングされたカメラ出力データに基づいて電磁放射線のイメージを構築するステップを含む。

いくつかの実装形態において、シングルピクセルカメラは、光検出器およびマイクロミラーのアレイを含む。そのような実装形態では、出力光信号を処理するステップは、出力光信号をマイクロミラーのアレイと相互作用させるステップを含む。相互作用させるステップの間に、マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーが選択的に配向され、一連の空間パターンを通してマイクロミラーのアレイを反復させる。それぞれの空間パターンは、それぞれの構造化された光信号をマイクロミラーのアレイから発生させる。また、出力光信号を処理するステップは、それぞれの構造化された光信号の強度を光検出器によって測定し、カメラ出力データを発生させるステップを含む。いくつかの変形例において、電磁放射線のイメージを構築するステップは、それぞれの構造化された光信号の測定された強度に基づいて、電磁放射線の空間依存性の振幅、空間依存性の位相、または、空間依存性の周波数のうちの一方または両方を決定するステップを含む。また、空間依存性の振幅、空間依存性の位相、または、空間依存性の周波数の組み合わせが決定され得る。いくつかの変形例において、出力光信号を相互作用させるステップは、レンズシステムによってマイクロミラーのアレイの上に出力光信号をイメージングするステップを含む。レンズシステムは、蒸気セルセンサーからマイクロミラーのアレイへ延在する光学経路に沿って配設されている。レンズシステムは、焦点距離を有するレンズを含むことが可能である。いくつかの変形例において、蒸気セルセンサーおよびマイクロミラーのアレイは、レンズの焦点距離の２倍の距離だけ、光学経路に沿ってレンズから間隔を置いて配置されている。いくつかの変形例において、蒸気セルセンサーおよびマイクロミラーのアレイは、レンズの焦点距離に等しい距離だけ、光学経路に沿ってレンズから間隔を置いて配置されている。他の距離も可能である。いくつかの変形例において、レンズシステムは、光学経路の上に実空間イメージ平面を画定しており、マイクロミラーのアレイは、実空間イメージ平面における出力光信号を受け取る。いくつかの変形例において、レンズシステムは、光学経路の上にフーリエイメージ平面を画定しており、マイクロミラーのアレイは、フーリエイメージ平面における出力光信号を受け取る。

いくつかの実装形態において、シングルピクセルカメラは、光検出器およびマイクロミラーのアレイを含む。これらの実装形態において、出力光信号を処理するステップは、出力光信号をマイクロミラーのアレイと相互作用させるステップを含む。相互作用させるステップの間に、マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーが選択的に配向され、一連の空間パターンを通してマイクロミラーのアレイを反復させる。それぞれの空間パターンは、それぞれの構造化された光信号をマイクロミラーのアレイから発生させる。そのうえ、それぞれの空間パターンは、プラスの部分およびマイナスの部分を含む。マイナスの部分は、プラスの部分の逆数に対応している。そのような実装形態では、出力光信号を処理するステップは、また、それぞれの構造化された光信号の強度をシングルピクセルカメラによって測定し、カメラ出力データを発生させるステップを含む。いくつかの変形例において、それぞれの構造化された光信号は、空間パターンのプラスの部分およびマイナスの部分からそれぞれ発生させられる第１の部分および第２の部分を含む。そのうえ、光検出器は、第１の光検出器であり、シングルピクセルカメラは、第２の光検出器を含む。これらの変形例では、強度を測定するステップは、それぞれの構造化された光信号の第１の部分の強度を第１の光検出器によって測定し、第１のカメラ出力データを発生させるステップと、それぞれの構造化された光信号の第２の部分の強度を第２の光検出器によって測定し、第２のカメラ出力データを発生させるステップとを含む。これらの変形例では、カメラ出力データは、第１および第２のカメラ出力データを含む。

いくつかの実装形態において、シングルピクセルカメラは、光検出器を含む。これらの実装形態において、出力光信号を処理するステップは、出力光信号をマイクロミラーのアレイと相互作用させるステップを含む。相互作用させるステップの間に、マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーが選択的に配向され、一連の空間パターンを通してマイクロミラーのアレイを反復させる。それぞれの空間パターンは、それぞれの構造化された光信号をマイクロミラーのアレイから発生させる。そのうえ、それぞれの空間パターンは、プラスの部分およびマイナスの部分を含む。マイナスの部分は、プラスの部分の逆数に対応している。そのような実装形態では、出力光信号を処理するステップは、また、それぞれの構造化された光信号の強度をシングルピクセルカメラによって測定し、カメラ出力データを発生させるステップを含む。いくつかの変形例において、光検出器は、第１の光検出器であり、シングルピクセルカメラは、偏光ビームスプリッターおよび第２の光検出器を含む。これらの変形例では、構造化された光信号は、空間パターンのプラスの部分またはマイナスの部分のいずれかからすべて発生させられるそれぞれの部分を含む。そのうえ、出力光信号を処理するステップは、偏光ビームスプリッターを使用して、それぞれの部分のそれぞれを第１および第２の偏光光信号へとスプリットするステップを含む。第１および第２の偏光光信号は、第１および第２の偏光をそれぞれ有している。そのうえ、強度を測定するステップは、それぞれの第１の偏光光信号の強度を第１の光検出器によって測定し、第１のカメラ出力データを発生させるステップと、それぞれの第２の偏光光信号の強度を第２の光検出器によって測定し、第２のカメラ出力データを発生させるステップとを含む。カメラ出力データは、第１および第２のカメラ出力データを含む。

いくつかの実装形態において、シングルピクセルカメラは、光検出器を含む。これらの実装形態において、出力光信号を処理するステップは、出力光信号をマイクロミラーのアレイと相互作用させるステップを含む。相互作用させるステップの間に、マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーが選択的に配向され、一連の空間パターンを通してマイクロミラーのアレイを反復させる。それぞれの空間パターンは、それぞれの構造化された光信号をマイクロミラーのアレイから発生させる。そのうえ、それぞれの空間パターンは、プラスの部分およびマイナスの部分を含む。マイナスの部分は、プラスの部分の逆数に対応している。そのような実装形態では、出力光信号を処理するステップは、また、それぞれの構造化された光信号の強度をシングルピクセルカメラによって測定し、カメラ出力データを発生させるステップを含む。これらの実装形態において、出力光信号を処理するステップは、また、それぞれの構造化された光信号の強度をシングルピクセルカメラによって測定し、カメラ出力データを発生させるステップを含む。いくつかの変形例において、光検出器は、第１の光検出器であり、シングルピクセルカメラは、ダイクロイックミラーおよび第２の光検出器を含む。これらの変形例では、構造化された光信号は、空間パターンのプラスの部分またはマイナスの部分のいずれかからすべて発生させられるそれぞれの部分を含む。そのうえ、出力光信号を処理するステップは、ダイクロイックミラーを使用して、それぞれの部分のそれぞれを第１および第２の波長光信号へとスプリットするステップを含む。第１および第２の波長光信号は、第１および第２の波長をそれぞれ有している。そのうえ、強度を測定するステップは、それぞれの第１の波長光信号の強度を第１の光検出器によって測定し、第１のカメラ出力データを発生させるステップと、それぞれの第２の波長光信号の強度を第２の光検出器によって測定し、第２のカメラ出力データを発生させるステップとを含む。カメラ出力データは、第１および第２のカメラ出力データを含む。

本明細書は、多くの詳細を含有しているが、これらは、特許請求され得るものの範囲に対する限定として理解されるべきではなく、むしろ、特定の例に特有の特徴の説明として理解されるべきである。また、別個の実装形態の文脈において本明細書に説明されているかまたは図面に示されている特定の特徴は組み合わせられ得る。逆に、単一の実装形態の文脈において説明されているかまたは示されているさまざまな特徴は、また、別個にまたは任意の適切なサブコンビネーションで、複数の実施形態の中で実装され得る。

同様に、動作は、特定の順序で図面に示されているが、これは、望ましい結果を実現するために、そのような動作が、示されている特定の順序で、もしくは、シーケンシャルな順序で実施されること、または、すべての図示されている動作が実施されることを必要とするものとして理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスクおよび並列処理が有利である可能性がある。そのうえ、上記に説明されている実装形態におけるさまざまなシステムコンポーネントの分離は、すべての実装形態においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではなく、説明されているプログラムコンポーネントおよびシステムは、一般的に、単一の製品の中に一緒に統合され得、または、複数の製品の中にパッケージングされ得るということが理解されるべきである。

複数の実施形態が説明されてきた。それにもかかわらず、さまざまな修正が行われ得るということが理解されることとなる。したがって、他の実施形態が、以下の特許請求の範囲の中にある。

また、例示的なイメージングシステム１００は、コンピューターシステム１３６を含み、コンピューターシステム１３６は、カメラ出力データに基づいて電磁放射線のイメージを発生させるように構成されている。いくつかの変形例において（たとえば、図１に示されているものなどなど）、コンピューターシステム１３６は、シングルピクセルカメラ１０２の一部である。コンピューターシステム１３６は、パターン化された光の発生器１３０に通信可能に連結されており、それらの間で信号（たとえば、光学パターン間で可変マスクを選択的に切り換えるための制御信号など）を交換することが可能である。いくつかの場合において、通信カップリングは、電気的カップリングを含む。たとえば、電力が、コンピューターシステム１３６からパターン化された光の発生器１３０に供給され得る。別の例では、電気信号は、パターン化された光の発生器１３０とコンピューターシステム１３６との間で交換され得る。しかし、他のタイプの通信カップリングも可能である（たとえば、光ファイバーを介した光学的カップリング）。

いくつかの実装形態において、シングルピクセルカメラ１０２は、光検出器１３８（ＰＤ）およびマイクロミラーデバイス１４０を含む（すなわち、パターン化された光の発生器１３０は、マイクロミラーデバイスである）。マイクロミラーデバイス１４０は、マイクロミラーのアレイを含み、また、制御信号に応答して、マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーを選択的に配向させ、空間パターンを画定するように構成されている。光学経路１４２は、マイクロミラーデバイス１４０から光検出器１３８へ延在しており、シングルピクセルカメラ１０２の一部である。光学経路１４２は、マイクロミラーデバイス１４０から光検出器１３８へ出力光信号をガイドする光学エレメントによって画定され得る。光学エレメントの例は、レンズ、ミラー、ビームスプリッター、光学フィルター、および光ファイバーエレメントなどを含む。

例示的なイメージシステム２００は、いくつかの方式で拡張され得、そのうちの２つの変形例が、それぞれ図２Ｃおよび図２Ｄに図示されている。図２Ｃは、偏光感受性イメージングを可能にする変形例を示している。この変形例では、例示的なイメージングシステム２００は、追加的な光検出器とともに偏光ビームスプリッター２４６を含む。検出レーザーの光学スペクトルは、レーザーおよびラジオ周波数偏光の相対的なアライメントに依存するので、ラジオ周波数フィールドの偏光状態、ならびに、振幅および位相をイメージングすることが可能である可能性がある。図２Ｄは、多波長イメージングを可能にする変形例を示している。この変形例では、ダイクロイックミラー２５２は、出力光信号のパターン化された部分の１つの波長成分を反射し、別の波長成分を透過させる。そのような動作は、たとえば、蒸気セルセンサー２２０の原子蒸気の中のリュードベリ状態崩壊からの蛍光の検出を可能にすることができる。状態崩壊は、光子スペクトルの紫外線領域の中にあることが可能である。蛍光の検出は、プローブレーザー透過率と関連して起こるので、多波長イメージングは、同じ空間情報を備えた両方のフィールドの相関された測定を可能にすることができる。代替的に、蒸気セルセンサー２２０がデュアル原子種蒸気または多原子種蒸気（または、色中心の複数の種を備えた同様のソリッドステートシステム）を含む場合には、第２のセットの励起レーザーが、独立した波長を有する２つ以上の独立したラジオ周波数フィールドの同時検出のために使用され得る。

イメージの空間分解能は、イメージングオプティクス３２４の空間分解能によって設定される。位相分解能は、主に、蒸気セルセンサー厚さδおよび光学イメージの空間分解能によって設定される。追加的なオプティクス（それは、高周波放射に対して透明である）が光を方向付けし直すために使用される場合には、図３の中のθは、約４５度に等しくなっていることが可能である。この配置は、参照波３１８が蒸気セルセンサー３０２を裏面照射することを可能にする。参照波３１８の位相は、基準アンテナ３１４を駆動する発振器を介して制御され得る。可変の位相は、位相シフトホログラフィーが例示的なイメージングシステム３００によって実施されることを可能にする。蒸気セルセンサー３０２は、電磁波およびその干渉パターンを記録する写真乾板またはＣＣＤアレイと同様に作用する。参照波３１８がよく知られている場合には、テスト電磁場３４０からの情報が、デジタルホログラフィーと同様に、干渉パターンおよびテストフィールド振幅から、または、それらのおよび位相シフトされた干渉パターンの何らかの他の組み合わせから、デジタル的に抽出され得る。テスト電磁場３４０および基準電磁場３１８は、センサーにおいて同様の振幅のものであることが可能である。信号を獲得するために、異なるプローブまたはカップリングレーザー周波数３１０、３１２における一連のイメージが測定され得、例示的なイメージングシステム３００のスペクトル応答（たとえば、プローブレーザー３１０の透過率）が、それぞれの電場の正味の振幅を抽出するために使用され得る。異なるタイプの測定において、たとえば、より小さい振幅の電磁場に関して、カップリングレーザーの存在下での共鳴の上でのプローブレーザー３１０の透過率が、高周波数フィールドパワーを決定するために使用され得る。後者の測定は、より速いデータ収集を提供することが可能である。その理由は、単一の測定が、基準、テスト、および２つのフィールドの重ね合わせの電磁場振幅のそれぞれを特徴付けるために使用され得るからである。また、スペクトル応答を使用するイメージは、短時間で獲得され得、それによって、ビデオフレームレート（たとえば、２０～３０Ｈｚ）に十分なスループットを可能にする。

Claims (30)

1. 蒸気セルセンサーにおいて、入力光信号および少なくともテストデバイスからの電磁放射線を受け取り、出力光信号を発生させるステップと、
   シングルピクセルカメラにおいて前記出力光信号を処理し、カメラ出力データを発生させるステップと、
   コンピューターシステムの動作によって、前記カメラ出力データに基づいて前記電磁放射線のイメージを構築するステップと
   を含む、イメージング方法。
2. 前記蒸気セルセンサーは、誘電体ミラーを含み、
   前記入力光信号および前記電磁放射線を受け取るステップは、
   前記蒸気セルセンサーの中の蒸気を通して前記入力光信号を通過させるステップと、
   通過させるステップの間に、前記入力光信号のうちの１つまたは複数を前記誘電体ミラーから反射させ、１つまたは複数のそれぞれの出力光信号を作り出すステップと
   を含む、請求項１に記載のイメージング方法。
3. 前記１つまたは複数のそれぞれの出力光信号は、前記１つまたは複数の入力光信号と反対方向に伝播する、請求項２に記載のイメージング方法。
4. 前記電磁放射線は、基準アンテナから発生させられる基準電磁放射線を含む、請求項１または請求項２～３のいずれか１項に記載のイメージング方法。
5. 前記シングルピクセルカメラは、パターン化された光の発生器および光検出器を含み、
   前記イメージング方法は、前記光検出器において、前記パターン化された光の発生器によって発生させられる前記出力光信号のパターン化されたインスタンスを受け取るステップであって、それぞれのパターン化されたインスタンスは、前記電磁放射線の前記イメージのそれぞれの部分を表す、ステップを含み、
   前記出力光信号を処理するステップは、少なくとも前記光検出器の動作によって、それぞれのパターン化されたインスタンスの強度を測定し、前記カメラ出力データを発生させるステップを含む、請求項１または請求項２～３のいずれか１項に記載のイメージング方法。
6. パターン化されたインスタンスのそれぞれの測定された強度がそれぞれの閾値強度よりも小さい場合に、パターン化されたインスタンスを前記カメラ出力データから除去することによって、前記カメラ出力データをフィルタリングするステップと、
   フィルタリングされた前記カメラ出力データに基づいて前記電磁放射線の前記イメージを構築するステップと
   を含む、請求項５に記載のイメージング方法。
7. 前記シングルピクセルカメラは、光検出器およびマイクロミラーのアレイを含み、
   前記出力光信号を処理するステップは、
   前記出力光信号を前記マイクロミラーのアレイと相互作用させるステップと、
   相互作用させるステップの間に、前記マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーを選択的に配向させ、一連の空間パターンを通して前記マイクロミラーのアレイを反復させるステップであって、それぞれの空間パターンは、それぞれの構造化された光信号を前記マイクロミラーのアレイから発生させる、ステップと、
   それぞれの構造化された光信号の強度を前記光検出器によって測定し、前記カメラ出力データを発生させるステップと
   を含む、請求項１または請求項２～３のいずれか１項に記載のイメージング方法。
8. 前記電磁放射線の前記イメージを構築するステップは、それぞれの構造化された光信号の測定された前記強度に基づいて、前記電磁放射線の空間依存性の振幅、空間依存性の位相、または、空間依存性の周波数を決定するステップを含む、請求項７に記載のイメージング方法。
9. 前記出力光信号を相互作用させるステップは、レンズシステムによって前記マイクロミラーのアレイの上に前記出力光信号をイメージングするステップであって、前記レンズシステムは、前記蒸気セルセンサーから前記マイクロミラーのアレイへ延在する光学経路に沿って配設されている、ステップを含む、請求項７に記載のイメージング方法。
10. 前記レンズシステムは、前記光学経路の上に実空間イメージ平面を画定しており、前記マイクロミラーのアレイは、前記実空間イメージ平面における前記出力光信号を受け取る、請求項９に記載のイメージング方法。
11. 前記レンズシステムは、前記光学経路の上にフーリエイメージ平面を画定しており、前記マイクロミラーのアレイは、前記フーリエイメージ平面における前記出力光信号を受け取る、請求項９に記載のイメージング方法。
12. それぞれの空間パターンは、プラスの部分およびマイナスの部分を含み、前記マイナスの部分は、前記プラスの部分の逆数に対応している、請求項７に記載のイメージング方法。
13. 前記光検出器は、第１の光検出器であり、前記シングルピクセルカメラは、第２の光検出器を含み、
    それぞれの構造化された光信号は、空間パターンのプラスの部分およびマイナスの部分からそれぞれ発生させられる第１の部分および第２の部分を含み、
    前記強度を測定するステップは、
    それぞれの構造化された光信号の前記第１の部分の強度を前記第１の光検出器によって測定し、第１のカメラ出力データを発生させるステップと、
    それぞれの構造化された光信号の前記第２の部分の強度を第２の光検出器によって測定し、第２のカメラ出力データを発生させるステップと
    を含み、
    前記カメラ出力データは、前記第１および第２のカメラ出力データを含む、請求項１２に記載のイメージング方法。
14. 前記光検出器は、第１の光検出器であり、前記シングルピクセルカメラは、偏光ビームスプリッターおよび第２の光検出器を含み、
    前記構造化された光信号は、空間パターンのプラスの部分またはマイナスの部分のいずれかからすべて発生させられるそれぞれの部分を含み、
    前記出力光信号を処理するステップは、前記偏光ビームスプリッターを使用して、前記それぞれの部分のそれぞれを第１および第２の偏光光信号へとスプリットするステップを含み、前記第１および第２の偏光光信号は、第１および第２の偏光をそれぞれ有しており、
    前記強度を測定するステップは、
    それぞれの第１の偏光光信号の強度を前記第１の光検出器によって測定し、第１のカメラ出力データを発生させるステップと、
    それぞれの第２の偏光光信号の強度を前記第２の光検出器によって測定し、第２のカメラ出力データを発生させるステップと
    を含み、
    前記カメラ出力データは、前記第１および第２のカメラ出力データを含む、請求項１２に記載のイメージング方法。
15. 前記光検出器は、第１の光検出器であり、前記シングルピクセルカメラは、ダイクロイックミラーおよび第２の光検出器を含み、
    前記構造化された光信号は、空間パターンのプラスの部分またはマイナスの部分のいずれかからすべて発生させられるそれぞれの部分を含み、
    前記出力光信号を処理するステップは、前記ダイクロイックミラーを使用して、前記それぞれの部分のそれぞれを第１および第２の波長光信号へとスプリットするステップを含み、前記第１および第２の偏光光信号は、第１および第２の偏光をそれぞれ有しており、
    前記強度を測定するステップは、
    それぞれの第１の波長光信号の強度を前記第１の光検出器によって測定し、第１のカメラ出力データを発生させるステップと、
    それぞれの第２の波長光信号の強度を前記第２の光検出器によって測定し、第２のカメラ出力データを発生させるステップと
    を含み、
    前記カメラ出力データは、前記第１および第２のカメラ出力データを含む、請求項１２に記載のイメージング方法。
16. 前記イメージング方法は、受け取るステップの前に、前記入力光信号のうちの少なくとも１つの振幅、位相、または周波数を変調させるステップを含む、請求項１または請求項２～３のいずれか１項に記載のイメージング方法。
17. レーザーシステムと、
    少なくともテストデバイスから電磁放射線を受け取り、前記レーザーシステムからの入力光信号に基づいて出力光信号を発生させるように構成されている蒸気セルセンサーと、
    前記蒸気セルセンサーからの前記出力光信号を処理することによって、カメラ出力データを発生させるように構成されているシングルピクセルカメラと、
    前記カメラ出力データに基づいて前記電磁放射線のイメージを発生させるように構成されているコンピューターシステムと
    を含む、イメージングシステム。
18. 前記シングルピクセルカメラは、パターン化された光の発生器を含み、前記パターン化された光の発生器は、前記出力光信号を受け取り、前記出力光信号のパターン化されたインスタンスを発生させるように構成されており、前記パターン化された光の発生器は、制御信号に応答して光学パターンの間で選択的に切り換えるように構成されている可変マスクを含む、請求項１７に記載のイメージングシステム。
19. 前記パターン化された光の発生器は、マイクロミラーデバイスである、請求項１８に記載のイメージングシステム。
20. 前記パターン化された光の発生器は、空間光変調器である、請求項１８に記載のイメージングシステム。
21. 前記パターン化された光の発生器は、液晶ディスプレイである、請求項１８に記載のイメージングシステム。
22. 前記蒸気セルセンサーから前記パターン化された光の発生器へ延在する光学経路と、
    前記蒸気セルセンサーから前記パターン化された光の発生器へ延在する前記光学経路に沿って配設されているレンズシステムであって、前記レンズシステムは、前記パターン化された光の発生器の上に前記出力光信号をイメージングするように構成されている、レンズシステムと
    を含む、請求項１８または請求項１９～２１のいずれか１項に記載のイメージングシステム。
23. 前記レンズシステムは、前記光学経路の上に実空間イメージ平面を画定しており、
    前記パターン化された光の発生器は、前記実空間イメージ平面において前記光学経路の上に配設されている、請求項２２に記載のイメージングシステム。
24. 前記レンズシステムは、前記光学経路の上にフーリエイメージ平面を画定しており、
    前記パターン化された光の発生器は、前記フーリエイメージ平面において前記光学経路の上に配設されている、請求項２２に記載のイメージングシステム。
25. 前記蒸気セルセンサーによって受け取られる基準電磁放射線を発生させるように構成されている基準アンテナを含む、請求項１７または請求項１８～２１のいずれか１項に記載のイメージングシステム。
26. 前記シングルピクセルカメラは、
    光検出器と、
    マイクロミラーのアレイを含むマイクロミラーデバイスであって、前記マイクロミラーデバイスは、制御信号に応答して、前記マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーを選択的に配向させ、空間パターンを画定するように構成されている、マイクロミラーデバイスと、
    前記マイクロミラーデバイスから前記光検出器へ延在する光学経路と
    を含み、
    前記空間パターンは、前記出力光信号が前記マイクロミラーのアレイと相互作用するときに、構造化された光信号を発生させるように構成されている、請求項１７に記載のイメージングシステム。
27. 前記シングルピクセルカメラは、
    第１の光検出器および第２の光検出器と、
    マイクロミラーのアレイを含むマイクロミラーデバイスであって、前記マイクロミラーデバイスは、制御信号に応答して、前記マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーを選択的に配向させ、空間パターンを画定するように構成されている、マイクロミラーデバイスと、
    前記マイクロミラーデバイスから前記第１の光検出器へ延在する第１の光学経路と、
    前記マイクロミラーデバイスから前記第２の光検出器へ延在する第２の光学経路と
    を含み、
    前記空間パターンは、前記出力光信号が前記マイクロミラーのアレイと相互作用するときに、構造化された光信号を発生させるように構成されており、前記空間パターンは、
    前記構造化された光信号の第１の部分を前記第１の光学経路の上に反射させるように構成されているプラスの部分と、
    前記構造化された光信号の第２の部分を前記第２の光学経路の上に反射させるように構成されているマイナスの部分であって、前記マイナスの部分は、前記プラスの部分の逆数に対応している、マイナスの部分と
    を含む、請求項１７に記載のイメージングシステム。
28. 前記第１および第２の光検出器に電気的に連結されている復調システムを含み、
    前記コンピューターシステムは、
    前記マイクロミラーデバイスのための制御信号と、
    前記復調システムからの復調された信号に応答したイメージデータであって、前記イメージデータは、前記電磁放射線の空間依存性の振幅、前記電磁放射線の空間依存性の位相、前記電磁放射線の空間依存性の周波数、または、それらの任意の組み合わせを表す、イメージデータと
    を発生させるように構成されている、請求項２７に記載のイメージングシステム。
29. 前記シングルピクセルカメラは、
    第１の光検出器および第２の光検出器と、
    マイクロミラーのアレイを含むマイクロミラーデバイスであって、前記マイクロミラーデバイスは、制御信号に応答して、前記マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーを選択的に配向させ、空間パターンを画定するように構成されている、マイクロミラーデバイスと、
    前記マイクロミラーデバイスからの構造化された光信号を第１および第２の偏光光信号へとスプリットするように構成されている偏光ビームスプリッターであって、前記第１および第２の偏光光信号は、第１および第２の偏光をそれぞれ有している、偏光ビームスプリッターと、
    前記偏光ビームスプリッターから前記第１の光検出器へ延在する第１の偏光光学経路と、
    前記偏光ビームスプリッターから前記第２の光検出器へ延在する第２の偏光光学経路と
    を含み、
    前記偏光ビームスプリッターは、前記第１の偏光光信号を前記第１の偏光光学経路の上に方向付け、前記第２の偏光光信号を前記第２の偏光光学経路の上に方向付けるように配向されている、請求項１７に記載のイメージングシステム。
30. 前記シングルピクセルカメラは、
    第１の光検出器および第２の光検出器と、
    マイクロミラーのアレイを含むマイクロミラーデバイスであって、前記マイクロミラーデバイスは、制御信号に応答して、前記マイクロミラーのアレイの中の１つまたは複数のマイクロミラーを選択的に配向させ、空間パターンを画定するように構成されている、マイクロミラーデバイスと、
    前記マイクロミラーデバイスからの構造化された光信号を第１および第２の波長光信号へとスプリットするように構成されているダイクロイックミラーであって、前記第１および第２の波長光信号は、第１および第２の波長をそれぞれ有している、ダイクロイックミラーと、
    前記ダイクロイックミラーから前記第１の光検出器へ延在する第１の波長光学経路と、
    前記ダイクロイックミラーから前記第２の光検出器へ延在する第２の波長光学経路と
    を含み、
    前記ダイクロイックミラーは、前記第１の波長光信号を前記第１の波長光学経路の上に方向付け、前記第２の波長光信号を前記第２の波長光学経路の上に方向付けるように配向されている、請求項１７に記載のイメージングシステム。

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