JP7329532B2 - 大視野画像化のための回折光学素子 - Google Patents
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Description
一部の撮像システムは、回折光学素子(DOE)を使用して、物体の画像を形成する。レーザまたは電磁放射の他のコヒーレント源は、DOEの入力面に電場を形成する。次いで、DOEは、当該DOEから発せられる放射線が画像平面に画像強度を生成するように、透過関数を電場に適用する。画像平面が焦点面と一致するか(例えば、電場が球面波面を有する場合)、またはDOEから十分に遠い場合(例えば、電場が平面波面を有する場合)、当該画像強度は、DOEの伝達関数のフーリエ変換を介して、DOEの伝達関数に関連付けられる。
1つの一般的な態様では、方法は、第1の画像に基づいて波面変調素子(WME)を生成することを含むことができ、当該WMEは、複数のWMEセグメントを含み、当該複数のWMEセグメントの各々は、当該第1の画像のそれぞれの部分に対応する。本方法はまた、照明システムによって電磁放射のビームを生成することを含み得る。本方法は、電磁放射のビームに対してビーム複製動作を実行して、特定の入射角で電磁放射のビームを用いて複数のWMEセグメントの各々を照明するステップをさらに含むことができ、当該複数のWMEセグメントは、当該WMEを形成し、照射時に第2の画像を生成し、第1の画像と第2の画像との間の差は、特定の閾値未満である。
多くのDOEは、光リソグラフィのようなパターン転写技術を使用して製造される。例えば、透過関数が位相関数である場合、DOEは、ガラスの高さが位相値に比例するガラスの滑らかな曲線の形態をとることができる。実際には、滑らかな曲線はピクセルによって近似され、非常に少ない数(典型的には2つまたは4つ)の位相値しか存在しない。次いで、DOEは、ガラスの小さなスタックまたはくぼみを含み、その各々は、例えば、2段では(0,180)度、または4段では(0,90,180,270)度に対応する、2つまたは4つの所定の高さまたは深さのうちの1つを有する。
Claims (12)
- 方法であって、
第1の画像に基づいて回折光学素子(DOE)を生成することを備え、前記DOEは、複数のDOEセグメントを含み、前記複数のDOEセグメントの各々は、前記第1の画像のそれぞれの部分に対応し、前記方法は、
照明システムによって電磁放射のビームを生成することと、
前記電磁放射のビームに対してビーム複製動作を実行して、前記電磁放射のビームを用いて前記複数のDOEセグメントの各々を特定の入射角で照射することとを備え、前記複数のDOEセグメントは、照射時に第2の画像を生成し、
前記ビーム複製動作を実行することは、前記電磁放射のビームを光導波路に結合することを含み、前記光導波路は、前記DOEが接続される壁を含み、
前記複数のDOEセグメントの各々は、前記光導波路の壁に埋め込まれたそれぞれの回折格子の上に配置され、
各前記DOEセグメントと各前記回折格子とを含む回折スタックは、当該DOEセグメントが対応する第1の画像の部分に対する近似を生成するように構成されている、方法。 - 前記ビーム複製動作を実行することは、前記光導波路の壁からの全反射を介して前記光導波路を通って、前記電磁放射のビームを伝搬させることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記電磁放射のビームを生成することは、前記電磁放射のビームを前記光導波路に結合させる前に、ビームエキスパンダを使用して前記ビームを拡張することおよび均質化することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の画像に基づいて前記DOEを生成することは、
前記第1の画像を表す強度データを受信することと、
画像分解演算を実行して前記第1の画像の複数のサブ画像を生成することとを含み、前記複数のサブ画像の各々は、前記第1の画像の一部を表し、
前記第1の画像に基づいて前記DOEを生成することは、さらに、
前記第1の画像の前記複数のサブ画像の各々について、そのサブ画像に対して逆イメージング演算を実行して、DOEセグメントの複数の表現のそれぞれのDOEセグメントの表現を生成することとを含む、請求項1~3のいずれかに記載の方法。 - 前記第1の画像の前記複数のサブ画像の各々に対して前記逆イメージング演算を実行することは、
Gerchberg-Saxtonアルゴリズムを複数のサブ画像の各々に適用することを含む、請求項4に記載の方法。 - 前記複数のDOEセグメントのうちの1のDOEセグメントの各表現は、それぞれの複数の画素を含み、前記複数の画素の各々は、指定された数の位相値のうちの1つを有する、請求項4に記載の方法。
- 前記複数の画素の各々は、強度値をさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記第1の画像に基づいて前記DOEを生成することは、
前記DOEを形成するための前記画像分解演算に基づいて当該複数のDOEセグメントを配置することをさらに含む、請求項4に記載の方法。 - システムであって、
第1の画像に基づいて回折光学素子(DOE)を生成するように構成された制御回路を含むDOE生成システムを備え、前記DOEは、複数のDOEセグメントを含み、前記複数のDOEセグメントの各々は、前記第1の画像のそれぞれの部分に対応し、前記システムは、さらに、
電磁放射のビームを生成するように構成された照明システムと、
前記電磁放射のビームで前記複数のDOEセグメントの各々を照明するために電磁放射のビームに対してビーム複製動作を実行することにより、前記電磁放射のビームで照明されると第2の画像を生成するように構成された撮像システムとを備え、前記複数のDOEセグメントは前記DOEを形成して照射時に第2の画像を生成し、
前記ビーム複製動作を実行するように構成された前記撮像システムは、前記電磁放射のビームを光導波路に結合するようにさらに構成されており、前記光導波路は、前記DOEが接続される壁を含み、
前記複数のDOEセグメントの各々は、前記光導波路の壁に埋め込まれたそれぞれの回折格子の上に配置され、
各前記DOEセグメントと各前記回折格子とを含む回折スタックは、当該DOEセグメントが対応する前記第1の画像の部分に対する近似を生成するように構成されている、システム。 - 前記光導波路は、前記電磁放射のビームを前記光導波路内に結合するための鏡面を含む、請求項9に記載のシステム。
- 前記光導波路は、前記電磁放射の前記ビームを前記光導波路内に結合するための他の回
折格子を含む、請求項9に記載のシステム。 - 請求項1~8のいずれかに記載の方法を、コンピューティングデバイスの処理回路に実行させるためのプログラム。
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