KR20190129031A - 합 주파수 진동 분광법을 통해 샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템들 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
합 주파수 진동 분광법을 통해 샘플(30)의 스캐닝되는 표면(32)을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템들 및 방법들이 본 명세서에서 개시된다. 이 시스템들은 샘플 홀더(20), 가시광 빔(42)을 스캐닝되는 표면(32)의 샘플링되는 위치(34) 상에 입사되게 지향시키도록 구성된 가시광 소스(40), 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 샘플링되는 위치(34) 상에서 가시광 빔(42)과 일치하게 지향시키도록 구성된 튜닝 가능한 IR 소스(50)를 포함한다. 이 시스템들은 또한 스캐닝되는 표면(32)을 가로질러 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 스캐닝하도록 구성된 스캐닝 구조물(60), 및 스캐닝되는 표면(32)으로부터의 방사 빔(38)을 수신하도록 그리고 방사 빔(38)을 필터링하여 필터링된 광 빔(72)을 생성하도록 구성된 광 필터(70)를 포함한다. 이 시스템들은 필터링된 광 빔(72)을 수신하도록 구성된 광 검출 시스템(80), 및 정렬 구조물(90)을 더 포함한다. 이 방법들은 시스템들을 작동시키는 방법들을 포함한다.
Description
[0001]
본 출원은 2017년 12월 22일자로 출원된 미국 일련번호 제15/388,743호로부터의 우선권을 주장한다.
[0002]
본 개시내용은 일반적으로 샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 스캐닝되는 표면을 특성화하기 위해 스캐닝되는 표면을 가로질러 가시광 빔 및 튜닝 가능한 적외선 빔 모두를 스캔하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
[0003]
표면 상에서 하나 이상의 재료들 및/또는 객체들의 존재를 검출하고, 그러한 재료들 및/또는 객체들을 식별 및/또는 가시화하기 위해 비선형 광 분광법이 이용될 수 있다. 그러나 그러한 비선형 광 분광학 기술들의 공간 분해능은 빛의 파장 및/또는 나이퀴스트 샘플링 이론에 의해 결정되는 회절 한계에 의해 제한된다. 이 회절 한계는 1 마이크로미터 정도이며, 크기가 수십 배 더 작은(예컨대, 1㎚ 정도) 객체들을 가시화하는 것이 바람직할 수 있다.
[0004]
1 마이크로미터보다 상당히 더 작은 객체들을 검출, 식별 및/또는 가시화하는 것은 일반적으로 전자 산란 기술들이 이용될 것을 요구한다. 그러나 전자 산란 기술들은 초고 진공 환경들에서 수행되어야 하므로, 많은 산업 분야들에서 이러한 기술들의 유용성을 제한한다. 일례로, 특정 객체들 주위에 초고 진공 환경들을 구축하는 것은 비용이 많이 들고, 시간 소모적이며 그리고/또는 단순히 실행 불가능할 수 있어, 이로써 전자 산란 기술들을 통해 이러한 객체들의 스캐닝을 불가능하게 할 수 있다. 또한, 전자들은 순전히, 또는 대체로 자연적으로 진단되는 대신에 표면의 물리적 상태를 변화시킬 수 있다.
[0005]
대안으로, 그리고 생물학적 시스템들과 같은 특정 시스템들에서는, 가시화될 객체 내의 알려진 위치들에 광활성 가능 라벨 또는 태그가 부가될 수 있다. 이러한 구성에서, 광활성 가능 라벨은 "온 전환" 또는 "오프 전환"될 수 있으며, 이로써 가시화될 객체와 본질적으로 존재하는 배경 또는 잡음 사이에 추가 콘트라스트를 제공할 수 있고, 객체의 인접한 엘리먼트들 사이의 출혈 및/또는 오염을 방지할 수 있으며, 그리고/또는 신호 에일리어싱(aliasing)을 감소시킬 수 있다. 이러한 광활성 가능 라벨들은 특정 시스템들에서 분해능을 향상시킬 수 있지만, 이들은 다른 시스템들에 추가하는 것이 어려울 수 있고 그리고/또는 다른 시스템들을 오염시킬 수 있다.
[0006]
앞서 논의한 바와 같이, 표면 상에서 객체들을 검출, 식별 및/또는 가시화하기 위한 공지된 시스템들 및 방법들은 모든 시스템들에 잘 따르지 않을 수 있다. 따라서 샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 개선된 표면 감지 시스템들 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다.
[0007]
합 주파수 진동 분광법(sum-frequency vibrational spectroscopy)을 통해 샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템들 및 방법들이 본 명세서에서 개시된다. 이 시스템들은 샘플 홀더, 가시광 빔을 스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치 상에 입사되게 지향시키도록 구성된 가시광 소스, 및 튜닝 가능한 IR 빔을 샘플링되는 위치 상에서 가시광 빔과 일치하게(coincident) 지향시키도록 구성된 튜닝 가능한 IR 소스를 포함한다. 튜닝 가능한 IR 소스는 튜닝 가능한 IR 빔의 파장을 선택적으로 변화시키거나 스캔함으로써, 튜닝 가능한 IR 빔이 스캐닝되는 표면 상에 포지셔닝되는 이미지화된 구조물 내에서 선택적으로 공진을 유도할 수 있게 하도록 구성된다. 이 시스템들은 또한 스캐닝되는 표면을 가로질러 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝하도록 구성된 스캐닝 구조물, 및 스캐닝되는 표면으로부터의 방사 빔을 수신하도록 그리고 방사 빔을 필터링하여 필터링된 광 빔을 생성하도록 구성된 광 필터를 포함한다. 방사 광 빔은, 정반사된(specularly reflected) 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 사이에서 일정한 각도로 전파하며, 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 모두가 스캐닝되는 표면 상에 입사되는 것에 대한 응답으로, 스캐닝되는 표면으로부터 방사되는 합 주파수 신호를 포함한다. 이 시스템들은 필터링된 광 빔을 수신하도록 구성된 광 검출 시스템, 및 정렬 구조물을 더 포함한다.
[0008]
이 방법들은 샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하는 방법들을 포함한다. 이 방법들은 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치 상에서 일치하게 지향시키는 단계를 포함한다. 이 방법들은 또한 스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치 내에서 적어도 부분적으로 연장되는 이미지화된 구조물 내에서 광 공진을 유도하도록 튜닝 가능한 IR 빔을 튜닝하는 단계를 포함한다. 튜닝 가능한 IR 빔을 튜닝하는 단계는 본 명세서에서, 튜닝 가능한 IR 빔의 파장을 변화시키는 단계로 그리고/또는 튜닝 가능한 IR 빔의 스펙트럼을 스캐닝하는 단계로 또한 지칭될 수 있다. 이 방법들은 스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치로부터의 방사 광 빔의 적어도 일부를 광 검출 시스템으로 수신하는 단계, 및 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분을 가로질러 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝하는 단계를 더 포함한다. 이 방법들은 또한, 수신하는 단계 및 스캐닝하는 단계에 적어도 부분적으로 기초하여, 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분의 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.
[0009]
도 1은 본 개시내용에 따른 표면 감지 시스템의 예들을 예시하는 기능 블록도이다.
[0010] 도 2는 본 개시내용에 따른 표면 감지 시스템의 보다 구체적인 예의 덜 개략적인 예시이다.
[0011] 도 3은 본 개시내용에 따른 표면 감지 시스템의 보다 구체적인 예의 덜 개략적인 다른 예시이다.
[0012] 도 4는 본 개시내용에 따른, 샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법들을 도시하는 흐름도이다.
[0010] 도 2는 본 개시내용에 따른 표면 감지 시스템의 보다 구체적인 예의 덜 개략적인 예시이다.
[0011] 도 3은 본 개시내용에 따른 표면 감지 시스템의 보다 구체적인 예의 덜 개략적인 다른 예시이다.
[0012] 도 4는 본 개시내용에 따른, 샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법들을 도시하는 흐름도이다.
[0013]
도 1 - 도 4는 본 개시내용에 따른 표면 감지 시스템(10)의 그리고/또는 방법들(100)의 예시적이고 배타적이지 않은 예들을 제공한다. 유사하거나 적어도 실질적으로 유사한 목적을 제공하는 엘리먼트들은 도 1 - 도 4 각각에서 동일한 번호들로 라벨링되며, 이러한 엘리먼트들은 도 1 - 도 4 각각을 참조로 본 명세서에서 상세하게 논의되지 않을 수 있다. 마찬가지로, 도 1 - 도 4 각각에서 모든 엘리먼트들이 라벨링될 수 있는 것이 아니라, 일관성을 위해 이들과 연관된 참조 번호들이 본 명세서에서 이용될 수 있다. 도 1 - 도 4 중 하나 이상을 참조로 본 명세서에서 논의되는 엘리먼트들, 컴포넌트들 및/또는 특징들은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 도 1 - 도 4 중 임의의 도면에 포함 및/또는 이용될 수 있다.
[0014]
일반적으로, 주어진(즉, 특정) 예에 포함될 가능성이 있는 엘리먼트들은 실선들로 예시되는 한편, 주어진 예에 대해 선택적인 엘리먼트들은 점선들로 예시된다. 그러나 실선들로 도시된 엘리먼트들이 모든 예들에 필수적인 것은 아니며, 실선들로 도시된 엘리먼트는 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으며 주어진 예로부터 생략될 수 있다.
[0015]
도 1은 본 개시내용에 따른 표면 감지 시스템(10)의 예들을 예시하는 기능 블록도이고, 도 2 - 도 3은 본 개시내용에 따른 표면 감지 시스템(10)의 보다 구체적인 예들의 덜 개략적인 예시들이다. 표면 감지 시스템들(10)은 또한 본 명세서에서 시스템들(10)로 지칭될 수 있으며, 샘플(30)의 스캐닝되는 표면(32)을 이미지화하도록 구성된다.
[0016]
도 1 - 도 3 에 예시된 바와 같이, 시스템들(10)은 샘플(30)을 지지하도록 구성된 지지 표면(22)을 포함하는 샘플 홀더(20)를 포함한다. 시스템들(10)은 또한, 가시광 빔(42)을 스캐닝되는 표면(32) 상의 샘플링되는 위치(34) 상에 입사되게 지향시키도록 구성되는 가시광 소스(40); 및 튜닝 가능한 적외선(IR: infrared) 빔(52)을 스캐닝되는 표면(32)의 샘플링되는 위치(34) 상에 입사되게 지향시키도록 구성되는 튜닝 가능한 IR 소스(50)를 포함한다. 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52) 모두의 수신에 대한 응답으로, 스캐닝되는 표면(32)의 샘플링되는 위치(34)는 방사 광 빔(38)을 발생시키고, 생성하며 그리고/또는 방사한다. 방사 광 빔(38)은 가시광 빔(42)과 튜닝 가능한 IR 빔(52) 사이의 합 주파수 신호이다.
[0017]
시스템들(10)은 스캐닝 구조물(60)을 더 포함한다. 스캐닝 구조물(60)은 이를테면, 샘플링되는 위치(34)를 한정하는 스캐닝되는 표면(32)의 부분을 선택적으로 변경하거나 변화시키도록, 스캐닝되는 표면(32)을 가로질러 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 스캐닝하도록 구성된다. 이는 스캐닝되는 표면(32)의 스캐닝되는 부분 또는 영역(36) 내에서 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔 모두를 스캐닝하여, 시스템(10)이 스캐닝되는 표면(32)의 스캐닝되는 부분(36)의 이미지를 만들어내고 그리고/또는 생성할 수 있게 하는 것을 포함할 수 있다.
[0018]
시스템들(10)은 또한 광 필터(70)를 포함한다. 광 필터(70)는 스캐닝되는 표면(32)의 샘플링되는 위치(34)로부터의 방사 광 빔(38)을 수신하도록 그리고 방사 광 빔(38)을 필터링하여 필터링된 광 빔(72)을 발생시키도록 그리고/또는 생성하도록 구성된다. 필터링된 광 빔(72)은 필터링된 방사 광 빔(38)의 주파수, 파장, 강도 및/또는 편광을 측정 및/또는 정량화할 수 있는 광 검출 시스템(80)에 의해 수신된다.
[0019]
시스템(10)은 정렬 구조물(90)을 더 포함한다. 정렬 구조물(90)은 시스템(10)의 2개 이상의 컴포넌트들, 이를테면 샘플 홀더(20), 가시광 소스(40), 튜닝 가능한 IR 소스(50), 광 필터(70) 및/또는 광 검출 시스템(80)을 동작 가능하게 정렬시키도록 구성된다. 이것은 가시광 빔(42)과 튜닝 가능한 IR 빔(52)이 샘플링되는 위치(34) 상에서 일치하도록, 방사 광 빔(38)이 광 필터(70)에 의해 수신되도록, 그리고/또는 필터링된 광 빔(72)이 광 검출 시스템(80)에 의해 수신되도록, 시스템(10)의 2개 이상의 컴포넌트들의 동작 정렬을 포함할 수 있다. 이는 도 2 - 도 3에 예시되며, 도 1은 단순히 표면 감지 시스템(10)의 다양한 컴포넌트들 사이의 상호 연결을 보다 일반적으로 예시하는 데 이용된다.
[0020]
시스템(10)의 동작 중에, 그리고 도 4의 방법들(100)을 참조하여 본 명세서에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 가시광 소스(40) 및 튜닝 가능한 IR 소스(50)는 각각 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 스캐닝되는 표면(32)의 샘플링되는 위치(34)로 또는 그 위에 입사되게 지향시킬 수 있다. 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52) 모두의 수신에 대한 응답으로, 샘플링되는 위치(34)는 방사 광 빔(38)을 발생시킬 수 있고, 생성할 수 있으며 그리고/또는 방사할 수 있다. 방사 광 빔(38)은 광 필터(70)에 의해 필터링되어 필터링된 광 빔(72)을 발생시킬 수 있고 그리고/또는 생성할 수 있으며, 이는 광 검출 시스템(80)에 의해 수신될 수 있다. 그 다음, 광 검출 시스템(80)은 필터링된 광 빔(72)의 적어도 하나의 특성을 정량화할 수 있다.
[0021]
다음에, 튜닝 가능한 IR 소스(50)는 이를테면, 스캐닝되는 표면(32)의 샘플링되는 위치(34) 내에서 적어도 부분적으로 또는 심지어 완전히 연장되는 이미지화된 구조물(35) 내에서 광 공진을 발생시키고 그리고/또는 생성하는 파장 및/또는 주파수로, 튜닝 가능한 IR 빔(52)의 파장, 주파수, 또는 파장과 주파수 모두를 변화시킴으로써 튜닝될 수 있다. 튜닝 가능한 IR 소스(50)는 튜닝 가능한 IR 빔(52)의 파장 및/또는 주파수를 선택적으로 변화시키거나 스캔하도록 구성될 수 있으며, 이 선택적인 변화는 이미지화된 구조물 내에서 선택적으로 공진을 유도하는데 이용된다. 이 공진은 이미지화된 구조물이 그 위에 입사되는 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 흡수하게 한다. 이에 반해, 샘플링되는 위치(34)의 그리고/또는 튜닝 가능한 IR 빔(52)과 공진하지 않는 스캐닝되는 표면(32)의 나머지는 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 흡수하지 않는다. 따라서 이미지화된 구조물(35) 내의 광 공진은 이미지화된 구조물(35)과 스캐닝되는 표면(32)(예컨대, 배경) 사이의 광학적 콘트라스트를 제공한다. 그 후에, 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)이 스캐닝되는 표면(32)을 가로질러 스캐닝되어, 스캐닝되는 표면(32)의 스캐닝되는 부분(36)의 이미지를 발생시키고 그리고/또는 생성할 수 있다. 이 이미지는 스캐닝되는 표면(32)의 스캐닝되는 부분(36) 내의 위치의 함수로써, 필터링된 광 빔(72)의 적어도 하나의 특성의 값을 상관시킬 수 있고 그리고/또는 디스플레이할 수 있다.
[0022]
종래 기술의 시스템들은 이미지화된 구조물을 스캐닝되는 표면의 나머지와 구별하기 위해 광활성 라벨 및/또는 태그에 의존한다. 그러나 본 명세서에서 개시되는 시스템들(10)은 이미지화된 구조물(35)에 고유한 또는 이미지화된 구조물(35) 내에 본래 존재하는 화학 화합물들 내에서 광 공진을 유도하기 위해, 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 이용한다. 이에 따라, 시스템들(10)은 이미지화된 구조물(35)의 이미지화를 가능하게 할 수 있고 그리고/또는 광활성 라벨과 같은 이물질 또는 오염물을 샘플(30)에 도입할 필요 없이, 이미지화된 구조물(35)과 스캐닝되는 표면(32)의 배경 또는 나머지 사이의 광학적 콘트라스트를 제공할 수 있다. 이러한 구성은 본 명세서에 개시된 시스템들(10)이 광활성 라벨의 도입을 통해 손상, 변형 및/또는 다른 식으로 영향을 받을 수 있는 샘플들(30)을 이미지화하게 할 수 있다.
[0023]
앞서 설명한 이미지의 수집에 후속하여, 시스템(10)은 스캐닝되는 표면(32)의 스캐닝되는 부분(36)의 복수의 또는 일련의 추가 또는 후속 이미지들을 수집하는 데 이용될 수 있다. 방법들(10)을 참조하여 본 명세서에서 보다 상세하게 논의되는 이 프로세스는 본 명세서에서 오버샘플링으로 지칭될 수 있고, 이미지화된 구조물(35)의 초-분해능(super-resolution) 이미지를 발생시키고 그리고/또는 생성하는 데 이용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "초-분해능 이미지"라는 문구는 이를테면, 이미지화된 구조물(35)의 이미지를 포함하는데, 이는 이미지화된 구조물(35)의 단일 관찰 또는 이미지로부터 얻어질 수 있는 것보다 더 높은 분해능을 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "오버샘플링"이라는 단어는 복수의 또는 일련의 이미지들의 수집을 의미할 수 있고, 이러한 이미지들 각각은 본 명세서에서 "언더샘플링된"이미지로 지칭될 수 있다.
[0024]
일례로, 시스템들(10)에 의해 스캐닝되는 표면(32)의 스캐닝되는 부분(36)의 단일 스캔은 광학 이미지화 기술들의 회절 제한 특성으로 인해 약 1 마이크로미터의 분해능을 갖는 이미지를 발생시킬 수 있고 그리고/또는 생성할 수 있다. 시스템들(10)은 이미지화된 구조물(35)이 스캐닝되는 표면(32)의 스캐닝되는 부분(36)의 단일 스캔에 의해 이미지화될 때, 크기가 1 마이크로미터 이상인 이미지화된 구조물(35)을 분해하거나 그 위에 초점을 맞추는 것이 가능할 수 있다. 스캐닝되는 표면(32) 상의 가시광 빔(42) 및/또는 튜닝 가능한 IR 빔(52)의 최소 스팟 크기는 대략, 회절 효과들로 인해 대응하는 빔의 파장으로 제한된다. 따라서 시스템들(10)은 일반적으로 단일 스캔에서 크기가 1 마이크로미터 미만인 이미지화된 구조물들(35)을 분해할 수 없다.
[0025]
그러나 오버샘플링은 시스템들(10)이 이미지화된 구조물(35)을 1 마이크로미터 미만의 분해능으로 분해하는 초-분해능 이미지들을 생성하는 것을 가능하게 할 수 있다. 예들로서, 초-분해능 이미지들은 이미지화된 구조물(35)을 500 나노미터 미만, 250 나노미터 미만, 200 나노미터 미만, 100 나노미터 미만, 75 나노미터 미만, 50 나노미터 미만, 25 나노미터 미만 또는 10 나노미터 미만의 분해능으로 분해할 수 있다. 일반적으로, 초-분해능 이미지의 분해능은 초-분해능 이미지를 생성하기 위해 결합되는 이미지들의 수를 증가시킴으로써 그리고/또는 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 튜닝함으로써 향상될 수 있다.
[0026]
시스템들(10) 및/또는 방법들(100)을 통해 자연적으로 발생하는 표면 피처들의 비선형 공진을 활성화하는 것은 향상된 표면 감지를 제공할 수 있고, 비선형 광학 시스템과 관련하여 초-분해능 이미지들이 생성될 수 있게 한다. 종래 기술의 시스템들은 대신에, 초-분해능 이미지들의 수집에 필요한 콘트라스트를 제공하기 위해 광활성 태그들 및/또는 라벨들에 의존하는데; 그러나 논의된 바와 같이, 그러한 광활성 태그들 및/또는 라벨들은 이미지화되는 시스템을 변형시키고, 따라서 특정 상황들에서는 이용되지 않을 수 있다.
[0027]
이는 (예컨대, 비선형 광학 시스템을 통한) 2차 표면 감지뿐만 아니라 3차 재료, 인터페이스, 구조물 및 조성 감지를 가능하게 할 수 있다. 달리 말하면, 시스템들(10) 및/또는 방법들(100)은 비선형 광학 기술들을 이용하여 표면, 이를테면 스캐닝되는 표면(32)을 이미지화하도록 그리고/또는 표면의 2차 및/또는 3차 민감도에 기초하여 표면을 특성화하도록 구성된다. 2차 표면 감지의 예들은 제2 고조파 생성, 합 주파수 생성 및/또는 차 주파수(difference-frequency) 생성을 포함한다. 3차 감지의 예들은 유도 라만 산란(stimulated Raman scattering), 유도 브릴루앙 산란(stimulated Brillion scattering), 4 광파 혼합 및 광 위상 공액을 포함한다. 이러한 2차 및 3차 표면 감지 기술들에 대한 표면의 반응은 2차 감지 기술 또는 3차 감지 기술에 대해 각각 2차 또는 3차 민감도 텐서(tensor)가 되는 민감도에 의해 결정된다.
[0028]
가시광 소스(40)는 가시광 빔(42)을 생성하도록 그리고/또는 가시광 빔(42)을 스캐닝되는 표면(32)의 샘플링되는 위치(34) 상에 입사되게 지향시키도록 적응, 구성, 설계 및/또는 구조화될 수 있는 임의의 적절한 구조물을 포함할 수 있다. 예들로서, 가시광 소스(40)는 펄스형 레이저 시스템, 고체 상태 레이저 및/또는 네오디뮴 YAG 레이저 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 가시광 소스(40)가 네오디뮴 YAG 레이저를 포함하는 경우, 가시광 빔(42)이 가시광 빔 스펙트럼 내에 있도록 네오디뮴 YAG 레이저는 이를테면, 약 0.532 마이크로미터의 파장으로 주파수가 2배가 될 수 있다.
[0029]
가시광 빔(42)은 샘플링되는 위치(34) 내에서, 튜닝 가능한 IR 빔(52)과 상호 작용하여, 방사 광 빔(38)을 발생시키고 그리고/또는 생성할 수 있는 임의의 적절한 주파수, 파장, 강도 및/또는 편광을 가질 수 있다. 예들로서, 가시광 빔(42)은 적어도 0.1 마이크로미터, 적어도 0.2 마이크로미터, 적어도 0.3 마이크로미터, 적어도 0.4 마이크로미터, 적어도 0.5 마이크로미터, 적어도 0.6 마이크로미터, 최대한 1 마이크로미터, 최대한 0.9 마이크로미터, 최대한 0.8 마이크로미터, 최대한 0.7 마이크로미터, 최대한 0.6 마이크로미터 및/또는 최대한 0.5 마이크로미터의 파장, 1차 파장 및/또는 평균 파장을 가질 수 있다. 가시광 빔(42)은 샘플(30)의 주어진 이미지의 수집 동안 고정된, 또는 적어도 실질적으로 고정된 파장 및/또는 출력 스펙트럼을 가질 수 있다는 것이 본 개시내용의 범위 내에 있다. 가시광 빔(42)은 가시광 스펙트럼 내에 또는 그 부근에 있는 주파수를 가질 수 있고, 가시광 빔(42)의 주파수, 파장, 대역폭 및/또는 강도는 적어도 샘플(30)의 주어진 이미지를 수집하는 동안, 5% 미만, 2.5% 미만, 1% 미만 및/또는 0.1% 미만씩 변화할 수 있다. 이러한 가시광 빔들(42)은 이를테면, 약 390-800㎚의 파장을 갖는 가시 범위 내에 있는 방사 광 빔들(38)을 생성할 수 있다. 실질적인 의미에서, 광 검출기(82)는 저주파 또는 고주파수 광과 비교할 때 가시광을 검출할 때 더 효율적이고 그리고/또는 효과적일 수 있으며, 이러한 효율의 향상은 광 검출기(82)를 통해 몇 개 또는 심지어 단일 광자를 검출하기 위해 시스템(10)을 이용할 때 특히 중요할 수 있다.
[0030]
도 1 - 도 3에서 파선들로 예시된 바와 같이, 가시광 소스(40)는 또한 가시광 소스 제어 어셈블리(44)를 포함할 수 있다. 가시광 소스 제어 어셈블리(44)는 존재하는 경우, 가시광 빔(42)이 샘플링되는 위치(34) 내의 튜닝 가능한 IR 빔(52)과 상호 작용하여 가시광 빔(42)과 튜닝 가능한 IR 빔(52) 사이의 합 주파수 신호인 방사 광 빔(38)을 발생시키고 그리고/또는 생성하게, 가시광 빔(42)의 강도, 가시광 빔(42)의 편광, 가시광 빔(42)의 파장 및/또는 가시광 빔(42)의 대역폭 중 하나 이상을 변화시키도록 적응, 구성, 설계 및/또는 구조화될 수 있다.
[0031]
튜닝 가능한 IR 소스(50)는 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 생성하도록 그리고/또는 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 스캐닝되는 표면(32)의 샘플링되는 위치(34) 상에 입사되게 지향시키도록 적응, 구성, 설계 및/또는 구조화될 수 있는 임의의 적절한 구조물을 포함할 수 있다. 예들로서, 튜닝 가능한 IR 소스(50)는 광 파라메트릭 오실레이터 및/또는 니오브산리튬(LiNbO3) 결정 레이저를 포함할 수 있다.
[0032]
튜닝 가능한 IR 빔(52)은 샘플링되는 위치(34) 내에서, 가시광 빔(42)과 상호 작용하여, 방사 광 빔(38)을 발생시키고 그리고/또는 생성할 수 있는 임의의 적절한 주파수, 파장, 강도 및/또는 편광을 가질 수 있다. 또한, 튜닝 가능한 IR 소스(50)는 이를테면, 튜닝 가능한 IR 빔이 이미지화된 구조물 내에서 광 공진을 유도할 수 있도록, 튜닝 가능한 IR 빔(52)의 주파수를 선택적으로 튜닝 및/또는 변화시키도록 구성될 수 있다. 달리 말하면, 튜닝 가능한 IR 소스(50)는 선택적으로 가변적인 출력 파장 및/또는 선택적으로 가변적인 출력 스펙트럼을 가질 수 있다. 예들로서, 튜닝 가능한 IR 빔(52)은 적어도 0.7 마이크로미터, 적어도 0.8 마이크로미터, 적어도 0.9 마이크로미터, 적어도 1 마이크로미터, 적어도 10 마이크로미터, 적어도 25 마이크로미터, 적어도 50 마이크로미터, 적어도 100 마이크로미터, 적어도 200 마이크로미터, 적어도 300 마이크로미터, 적어도 400 마이크로미터, 적어도 500 마이크로미터, 적어도 600 마이크로미터, 적어도 700 마이크로미터, 최대한 1000 마이크로미터, 최대한 900 마이크로미터, 최대한 800 마이크로미터, 최대한 700 마이크로미터, 최대한 600 마이크로미터, 최대한 500 마이크로미터, 최대한 400 마이크로미터, 최대한 300 마이크로미터, 최대한 200 마이크로미터 또는 최대한 100 마이크로미터의 파장, 1차 파장 및/또는 평균 파장을 가질 수 있거나 그러한 파장으로 튜닝될 수 있다.
[0033]
도 1 - 도 3에서 파선들로 예시된 바와 같이, 튜닝 가능한 IR 소스(50)는 또한, 튜닝 가능한 IR 소스 제어 어셈블리(54)를 포함할 수 있다. 튜닝 가능한 IR 소스 제어 어셈블리(54)는 존재하는 경우, 튜닝 가능한 IR 빔(52)의 강도, 튜닝 가능한 IR 빔(52)의 편광, 튜닝 가능한 IR 빔(52)의 파장 및/또는 튜닝 가능한 IR 빔(52)의 대역폭 중 하나 이상을 변화시키도록 적응, 구성, 설계 및/또는 구조화될 수 있다. 튜닝 가능한 IR 빔(52)의 편광은 다양한 스펙트럼 피처, 이를테면 튜닝 가능한 IR 빔의 편광과 정렬될 수 있고, 튜닝 가능한 IR 빔의 편광과 오정렬될 수 있고, 튜닝 가능한 IR 빔의 편광과 정렬되는 평면에서 공진할 수 있고, 그리고/또는 튜닝 가능한 IR 빔의 편광과 오정렬되는 평면에서 공진할 수 있는 이미지화된 구조물(35)의 부분들을 강조하거나 강조하지 않도록, 튜닝 가능한 IR 소스 제어 어셈블리(54)를 통해 변화될 수 있다. 이는 스캐닝되는 표면(32) 상의 분자들의 정렬 및/또는 형태에 관한 부가 정보를 제공할 수 있다.
[0034]
스캐닝 구조물(60)은 스캐닝되는 표면(32)에 걸쳐 그리고/또는 스캐닝되는 표면(32)의 스캐닝되는 부분(36) 내에서 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 스캐닝하도록, 이를테면 샘플링되는 위치(34)를 한정하는 스캐닝되는 표면(32)의 부분(예컨대, 가시광 빔(42)과 튜닝 가능한 IR 빔(52)이 일치하는 스캐닝되는 표면(32)의 부분)을 선택적으로 변화시키도록 적응, 구성, 설계 및/또는 구조화될 수 있는 임의의 적절한 구조물을 포함할 수 있다. 일반적으로, 스캐닝 구조물(60)은 스캐닝 프로세스 동안, 가시광 빔(42)과 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 샘플링되는 위치(34) 상에서 일치하게 유지한다. 스캐닝 구조물(60)은 임의의 적절한 방식으로, 스캐닝되는 표면(32)을 가로질러 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 스캐닝할 수 있다. 일례로, 스캐닝 구조물(60)은 스캐닝되는 표면(32)을 가로질러 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 래스터 주사할 수 있다.
[0035]
일례로, 스캐닝 구조물(60)은 스캐닝되는 표면(32)을 가로질러 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔을 선택적으로 그리고/또는 자동으로 스캐닝하도록 구성된 전동식(motorized) 스캐닝 구조물(60)을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 스캐닝 구조물(60)은 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52) 모두에 대해 샘플 홀더(20)를 동작 가능하게 병진시키도록 구성된 샘플 홀더 병진 구조물(68)을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 스캐닝 구조물(60)은 광 조향기(66)를 포함할 수 있다. 광 조향기(66)의 예들은 전기 광 조향기 및 음향 광 조향기를 포함한다.
[0036]
다른 예로서, 그리고 아마도 도 3에 가장 잘 예시된 바와 같이, 스캐닝 구조물(60)은 제1 미러(61) 및 제2 미러(63)를 포함할 수 있다. 제1 미러(61)는 가시광 소스(40)로부터 가시광 빔(42)을 수신하도록 그리고 또한, 튜닝 가능한 IR 소스(50)로부터 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 수신하도록 구성될 수 있다. 제1 미러(61)는 추가로, 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 반사시키도록, 그리고 또한 제1 축(62)을 중심으로 회전하도록 그리고 이로써 스캐닝되는 표면(32)을 가로질러 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52) 모두를 제1 방향으로 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 제2 미러(63)는 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 제1 미러(61)로부터 수신하도록 구성될 수 있다. 제2 미러(63)는 추가로, 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 반사시키도록 그리고 또한, 제1 축(62)에 수직인 또는 적어도 실질적으로 수직인 제2 축(64)을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 따라서 제2 미러(63)는 스캐닝되는 표면(32)을 가로질러 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 제1 방향에 수직일 수 있는 또는 적어도 실질적으로 수직일 수 있는 제2 방향으로 스캐닝할 수 있다. 달리 말하면, 제1 미러(61)와 제2 미러(63)의 결합은 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)이 스캐닝되는 표면(32)을 가로질러 2차원으로 스캐닝되게 할 수 있고 그리고/또는 스캐닝되는 표면(32)의 2차원 이미지 또는 맵을 발생시키고 그리고/또는 생성하게 할 수 있다.
[0037]
추가 예들로서, 스캐닝 구조물(60)은 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52) 모두를 스캐닝되는 표면(32)에 대해 동시에 이동시키도록, 샘플 홀더(20)를 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52) 모두에 대해 동작 가능하게 병진시키도록, 가시광 소스(40)를 튜닝 가능한 IR 소스(50)와는 독립적으로 이동시키도록, 그리고/또는 튜닝 가능한 IR 소스(50)를 가시광 소스(40)와는 독립적으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 스캐닝 구조물(60)이 가시광 빔(42)과 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 스캐닝되는 표면(32) 상에서 일치하게 유지하면서, 스캐닝되는 표면(32)을 가로질러 가시광 빔(42) 및 튜닝 가능한 IR 빔(52)을 스캐닝하게 할 수 있다.
[0038]
광 필터(70)는 방사 광 빔(38)을 수신하도록, 방사 광 빔(38)을 필터링하여 필터링된 광 빔(72)을 생성하도록, 필터링된 광 빔(72)을 광 검출 시스템(80)에 제공하도록, 그리고/또는 필터링된 광 빔(72)으로서 광 검출 시스템(80)에 의해 수신되는 방사 광 빔(38)의 부분을 선택적으로 조절하도록 적응, 구성, 설계 및/또는 구조화될 수 있는 임의의 적절한 구조물을 포함할 수 있다. 예들로서, 광 필터(70)는 컬러 필터, 파장 판별기 및/또는 편광 선택기 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 광 필터(70)는 가시광 빔(42)과 튜닝 가능한 IR 빔(52) 사이의 합 주파수 신호를 포함하는 방사 광 빔(38)이 광 검출 시스템(80)에 들어가는 것을 선택적으로 허용하는 데 이용될 수 있다. 광 필터(70)는 또한 스캐닝되는 표면(32)으로부터 반사되는 가시광 빔(42) 및/또는 튜닝 가능한 IR 빔(52)의 부분들이 광 검출 시스템(80)에 들어가지 않도록, 가시광 빔(42) 및/또는 튜닝 가능한 IR 빔(52)의 이러한 부분들을 선택적으로 감쇠시키는 데 이용될 수 있다. 광 필터(70)는 방사 광 빔(38)에 대한 광 검출 시스템(80)의 감도를 향상시키도록 그리고/또는 방사 광 빔(38)에 의해 정해지는 필터링된 광 빔(72)의 비율을 증가시키도록 구성될 수 있다.
[0039]
광 검출 시스템(80)은 필터링된 광 빔(72)을 수신하도록 그리고/또는 필터링된 광 빔(72)의 적어도 하나의 특성을 정량화하도록 적응, 구성, 설계 및/또는 구조화될 수 있는 임의의 적절한 구조물을 포함할 수 있다. 예들로서, 광 검출 시스템(80)은 필터링된 광 빔의 강도, 필터링된 광 빔의 파장 및/또는 필터링된 광 빔의 스펙트럼 중 하나 이상을 검출하도록 구성될 수 있으며, 필터링된 광 빔의 이러한 특성들 각각은 스캐닝되는 표면(32)의 샘플링되는 위치(34) 내에서 이미지화 콘트라스트를 제공하는 데 잠재적으로 이용된다. 다른 예로서, 광 검출 시스템(80)은 가시광 빔(42) 및/또는 튜닝 가능한 IR 빔(52)의 주파수와 비교할 때 방사 광 빔(38)의 주파수에서의 개선된 또는 최적화된 검출을 위해 구성될 수 있다. 광 검출 시스템(80)의 예들은 저 조도(low light level) 검출 시스템, 광전 증배기(photomultiplier), 광 다이오드, 애벌란시(avalanche) 광 다이오드 및/또는 초점면 어레이와 같은 광 검출기(82) 중 하나 이상을 포함한다.
[0040]
광 검출 시스템(80)은 필터링된 광 빔(72)의 적어도 하나의 특성을 샘플링되는 위치(34) 전체에 대해, 그 전체에 걸쳐 그리고/또는 그 전체를 가로질러 검출할 수 있다는 것이 본 개시내용의 범위 내에 있다. 달리 말하면, 광 검출 시스템(80)은 주어진 샘플링되는 위치(34)에 대해 필터링된 광 빔(72)의 각각의 측정된 특성, 이를테면 필터링된 광 빔의 강도, 필터링된 광 빔의 파장 및/또는 필터링된 광 빔의 스펙트럼에 대한 단일 값을 검출할 수 있다. 대안으로, 광 검출 시스템(80)이 검출 어레이를 포함할 수 있다는 것이 또한 본 개시내용의 범위 내에 있다. 이러한 검출 어레이는 필터링된 광 빔(72)의 적어도 하나의 특성의 복수의 값들을 검출하도록 구성될 수 있으며, 복수의 값들은 샘플링되는 위치(34) 내의 위치 또는 포지션의 함수로써 검출될 수 있다.
[0041]
달리 말하면, 광 검출 시스템(80)은 주어진 시점에 광 검출 시스템(80)에 의해 수신되는 필터링된 광 빔(72) 전체에 기초하여 생성되는, 필터링된 광 빔(72)의 단일 또는 대량의 특성을 검출함으로써, 주어진 시점에, 필터링된 광 빔(72)의 특성에 대한 단일 값을 결정하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 광 검출 시스템(80)은 또한, 필터링된 광 빔(72)을 이산화 및/또는 픽셀화함으로써, 샘플링되는 위치(34) 내의 포지션의 함수로써 광 빔(72)의 특성에 관한 포지션 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.
[0042]
정렬 구조물(90)은 가시광 소스(40), 튜닝 가능한 IR 소스(50), 샘플 홀더(20), 광 검출 시스템(80) 및/또는 광 필터(70)를 동작 가능하게 정렬하도록 적응, 구성, 설계 및/또는 구조화될 수 있는 임의의 적절한 구조물을 포함할 수 있다. 일례로, 정렬 구조물(90)은 가시광 빔(42)과 튜닝 가능한 IR 빔(52)이 샘플링되는 위치(34) 상에서 일치하도록, 광 필터(70)가 스캐닝되는 표면(32)으로부터 방사 광 빔(38)을 수신하도록, 그리고/또는 광 검출 시스템(80)이 광 필터(70)로부터 필터링된 광 빔(72)을 수신하도록 가시광 소스(40), 튜닝 가능한 IR 소스(50), 샘플 홀더(20), 광 검출 시스템(80) 및/또는 광 필터(70)를 동작 가능하게 정렬하도록 구성될 수 있다. 이것을 염두에 두고, 정렬 구조물(90)은 도 1 - 도 2에 예시된 바와 같이, 가시광 소스(40), 튜닝 가능한 IR 소스(50), 샘플 홀더(20), 광 검출 시스템(80) 및/또는 광 필터(70)에 동작 가능하게 부착될 수 있거나 이들을 이동시키도록 또는 정렬하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
[0043]
도 1 - 도 2에서 파선들로 예시된 바와 같이, 시스템들(10)은 또한 제어기(96)를 포함할 수 있다. 제어기(96)는 존재하는 경우, 시스템들(10)의 적어도 일부의 동작을 제어하도록 적응, 구성, 설계, 구조화 및/또는 프로그래밍될 수 있다. 이는 본 명세서에서 보다 상세하게 논의되는 방법들(100) 중 임의의 방법의 임의의 적절한 부분, 서브세트 또는 단계를 통해 또는 이용하여 시스템들(10)의 동작을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
[0044]
일례로, 제어기(96)는 가시광 소스(40)의 그리고/또는 가시광 소스(40)의 가시광 소스 제어 어셈블리(44)의 동작을 제어할 수 있다. 다른 예로서, 제어기(96)는 튜닝 가능한 IR 소스(50)의 그리고/또는 튜닝 가능한 IR 소스(50)의 튜닝 가능한 IR 소스 제어 어셈블리(54)의 동작을 제어할 수 있다. 추가 예들로서, 제어기(96)는 스캐닝 구조물(60)의, 광 필터(70)의, 광 검출 시스템(80)의 그리고/또는 정렬 구조물(90)의 동작을 제어할 수 있다.
[0045]
도 4는 샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한, 본 개시내용에 따른 방법들(100)을 도시하는 흐름도이다. 방법들(100)은 105에서, 스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치를 가시광 빔에 노출시키는 단계를 포함하고, 110에서 가시광 빔의 특성을 선택적으로 변화시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들(100)은 또한 115에서, 샘플링되는 위치를 튜닝 가능한 IR 빔에 노출시키는 단계를 포함하고, 120에서, 튜닝 가능한 IR 빔의 특성을 선택적으로 변화시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들(100)은 125에서, 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 변화시키는 단계, 및 130에서, 이미지화된 구조물 내에서 광 공진을 유도하는 단계를 더 포함한다. 방법들(100)은 추가로 135에서, 방사 광 빔을 광 필터로 필터링하는 단계를 포함할 수 있으며, 140에서, 방사 광 빔의 부분을 광 검출 시스템으로 수신하는 단계, 및 145에서, 스캐닝되는 표면을 가로질러 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들(100)은 추가로, 이를테면 스캐닝되는 표면의 복수의 또는 일련의 이미지들을 수집함으로써 150에서, 스캐닝되는 표면을 오버샘플링하는 단계를 포함할 수 있고, 155에서 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
[0046]
105에서, 샘플링되는 위치를 가시광 빔에 노출시키는 단계는 도 1 - 도 3의 가시광 빔(42)과 같은 임의의 적절한 가시광 빔에 샘플링되는 위치를 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 가시광 빔을 스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치로 또는 그 위에 입사되게 지향시키는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 또한 도 1 - 도 3의 가시광 소스(40)와 같은 가시광 소스로부터의 가시광 빔을 지향시키는 단계 또는 가시광 소스로 가시광 빔을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
[0047]
110에서 가시광 빔의 특성을 선택적으로 변화시키는 단계는 가시광 빔의 임의의 적절한 특성을 임의의 적절한 방식으로 선택적으로 변화시키는 단계 및/또는 임의의 적절한 구조물을 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 예들로서, 110에서의 선택적으로 변화시키는 단계는 가시광 빔의 강도, 가시광 빔의 편광, 가시광 빔의 파장 및/또는 가시광 빔의 대역폭 중 하나 이상을 선택적으로 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.
[0048]
일반적으로, 그리고 본 명세서에서 논의한 바와 같이, 가시광 빔은 방법들(100)의 나머지 동안 그리고/또는 적어도, 스캐닝되는 표면의 단일 이미지의 수집 동안 단일, 또는 고정된 파장, 스펙트럼, 대역폭, 편광 및/또는 강도를 가질 것이다. 이에 따라, 110에서의 선택적으로 변화시키는 단계는 115에서의 노출시키는 단계 전에, 120에서의 선택적으로 변화시키는 단계 전에, 125에서의 변화시키는 단계 전에, 130에서의 유도하는 단계 전에, 135에서의 필터링하는 단계 전에, 140에서의 수신하는 단계 전에, 145에서의 스캐닝하는 단계 전에, 150에서의 오버샘플링하는 단계 전에, 그리고/또는 155에서의 생성하는 단계 전에 수행될 수 있다.
[0049]
115에서, 샘플링되는 위치를 튜닝 가능한 IR 빔에 노출시키는 단계는 도 1 - 도 3의 튜닝 가능한 IR 빔(52)과 같은 임의의 적절한 튜닝 가능한 IR 빔에 샘플링되는 위치를 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치로 지향시키는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 또한 도 1 - 도 3의 튜닝 가능한 IR 소스(50)와 같은 튜닝 가능한 IR 소스로부터의 튜닝 가능한 IR 빔을 지향시키는 단계 또는 튜닝 가능한 IR 소스로 튜닝 가능한 IR 빔을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
[0050]
120에서 튜닝 가능한 IR 빔의 특성을 선택적으로 변화시키는 단계는 튜닝 가능한 IR 빔의 임의의 적절한 특성을 임의의 적절한 방식으로 선택적으로 변화시키는 단계 및/또는 임의의 적절한 구조물을 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 예들로서, 120에서의 선택적으로 변화시키는 단계는 튜닝 가능한 IR 빔의 강도, 튜닝 가능한 IR 빔의 편광, 튜닝 가능한 IR 빔의 파장, 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수 및/또는 튜닝 가능한 IR 빔의 대역폭 중 하나 이상을 선택적으로 변화시키는 단계를 포함할 수 있다. 120에서의 선택적으로 변화시키는 단계는 본 명세서에서 보다 상세히 논의되는, 125에서의 튜닝하는 단계에 포함될 수 있고, 그 일부를 형성할 수 있으며, 그리고/또는 그 단계를 달성하는 데 이용될 수 있다는 것이 본 개시내용의 범위 내에 있다.
[0051]
125에서, 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 변화시키는 단계는 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 임의의 적절한 방식으로 변화시키는 단계를 포함할 수 있다. 일례로, 125에서의 변화시키는 단계는 튜닝 가능한 IR 빔을 튜닝하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 125에서의 변화시키는 단계는 120에서의 선택적으로 변화시키는 단계를 참조하여 본 명세서에서 논의된 임의의 적절한 단계를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 125에서의 변화시키는 단계는 이를테면, 이미지화된 구조물의 공진 주파수를 결정 및/또는 검출하도록, 140에서의 수신하는 단계를 동시에 수행하면서 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 변화시키는 단계를 포함할 수 있다. 125에서의 변화시키는 단계는 본 명세서에서, 튜닝 가능한 IR 빔의 파장을 변화시키는 단계로 그리고/또는 튜닝 가능한 IR 빔의 스펙트럼을 스캐닝하는 단계로 또한 지칭될 수 있다.
[0052]
130에서의 이미지화된 구조물 내에서 광 공진을 유도하는 단계는 스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치 내에서 적어도 부분적으로 연장되는 이미지화된 구조물의 부분 내에서 광 공진을 유도하는 단계를 포함할 수 있으며, 115에서의 노출시키는 단계 및/또는 125에서의 변화시키는 단계에 대한 응답이거나 이러한 단계의 결과일 수 있다. 달리 말하면, 130에서의 유도하는 단계는 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔이 일치하는 이미지화된 구조물의 부분 내에서 광 공진을 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 이미지화된 구조물에 대한 공진 주파수는, 140에서의 수신하는 단계 동안 광 검출 구조물에 의해 수신되는 방사 광 빔의 부분의 강도의 최대값을 생성하는 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수에 기초하여 결정 및/또는 유도될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "공진 주파수"라는 문구는 이미지화된 구조물 내에 공진 응답이 유도되는 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 의미할 수 있다. 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수가 이미지화된 구조물 내의 재료 여기 또는 에너지 전이에 대응하기 때문에, 이 공진 응답이 유도될 수 있다. 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수가 이미지화된 구조물의 재료 여기 또는 공진과 일치할 때, 튜닝 가능한 IR 빔은 본 명세서에서 "온-공진(on-resonance)"인 것으로 또는 재료 여기의 "공진 주파수"에 있는 것으로 지칭될 수 있다.
[0053]
135에서의 방사 광 빔을 광 필터로 필터링하는 단계는, 140에서의 수신하는 단계 동안 광 검출 시스템에 의해 수신되는 방사 광 빔의 부분을 발생시키고 그리고/또는 생성하도록 방사 광 빔을 필터링하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로, 135에서의 필터링하는 단계는, 광 필터로 방사 광 빔을 수신하는 단계, 및 필터링된 광 빔을 생성하도록 광 필터로 방사 광 빔을 필터링하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 140에서의 수신하는 단계 동안 수신되는 방사 광 빔의 부분은 필터링된 광 빔을 포함하거나 또는 필터링된 광 빔일 수 있다.
[0054]
135에서의 필터링하는 단계는 임의의 적절한 방식으로 필터링하는 단계를 포함할 수 있다. 예들로서, 135에서의 필터링하는 단계는 필터링된 광 빔의 컬러를 선택하는 단계, 필터링된 광 빔의 파장을 선택하는 단계, 필터링된 광 빔에 대한 파장 범위를 선택하는 단계, 및/또는 필터링된 광 빔의 편광을 선택하는 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이것은 방사 광 빔의 주파수 범위 밖의 주파수들, 또는 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 사이의 합 주파수를 감쇠시키도록 필터링함으로써, 방사 광 빔에 대한 광 검출 시스템의 감도를 향상시키는 단계를 포함할 수 있다. 140에서의 방사 광 빔의 부분을 광 검출 시스템으로 수신하는 단계는, 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 사이의 합 주파수 신호를 포함하는 방사 광 빔의 임의의 적절한 부분을 스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치로부터 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 도 1 - 도 3의 광 검출 시스템(80)과 같은 임의의 적절한 광 검출 시스템으로, 이러한 광 검출 시스템을 통해 그리고/또는 이용하여 방사 광 빔의 부분을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
[0055]
145에서의 스캐닝되는 표면을 가로질러 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝하는 단계는, 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분을 가로질러 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 모두를 스캐닝하는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 적어도, 105에서의 노출시키는 단계, 115에서의 노출시키는 단계 및 140에서의 수신하는 단계를 계속하면서 145에서의 스캐닝하는 단계를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 또한, 튜닝 가능한 IR 빔을 가시광 빔과 적어도 부분적으로 일치하게 유지하면서 145에서의 스캐닝하는 단계를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 달리 말하면, 145에서의 스캐닝하는 단계는 샘플링되는 위치를 정하는 스캐닝되는 표면의 부분 또는 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분의 일부를 선택적으로 변화시킴으로써, 스캐닝되는 표면의 하나 이상의 특성들이 스캐닝되는 표면 상의 위치의 함수로써 매핑 또는 이미지화될 수 있게 하는 단계를 포함할 수 있다.
[0056]
145에서의 스캐닝하는 단계는 임의의 적절한 방식으로 그리고/또는 임의의 적절한 구조물을 이용하여 달성될 수 있다. 일례로, 145에서의 스캐닝하는 단계는 도 1 - 도 3의 스캐닝 구조물(60)과 같은 스캐닝 구조물을 이용하여 수행될 수 있다. 다른 예로서, 145에서의 스캐닝하는 단계는 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 모두를 스캐닝되는 표면에 대해 동시에 이동시키는 단계, 샘플 홀더를 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 모두에 대해 동작 가능하게 병진시키는 단계, 가시광 소스를 튜닝 가능한 IR 소스와는 독립적으로 이동시키는 단계, 및/또는 튜닝 가능한 IR 소스를 가시광 빔 소스와는 독립적으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 달리 말하면, 145에서의 스캐닝하는 단계는 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝되는 표면 상에서 일치하게 유지하는 임의의 적절한 방식으로 스캐닝하는 단계를 포함할 수 있다.
[0057]
150에서의 스캐닝되는 표면을 오버샘플링하는 단계는 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분의 복수의 이미지들을 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 오버샘플링하는 단계는 155에서의 생성하는 단계를 허용 및/또는 가능하게 할 수 있다. 일례로서, 그리고 125에서의 변화시키는 단계에 후속하여, 150에서의 오버샘플링하는 단계는 105에서의 노출시키는 단계 및 115에서의 노출시키는 단계를 계속하면서 적어도 140에서의 수신하는 단계 및 145에서의 스캐닝하는 단계를 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 150에서의 오버샘플링하는 단계는 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분의 복수의 원시(raw) 이미지들을 수집 및/또는 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 각각의 원시 이미지는 스캐닝되는 표면 내의 위치의 함수로써 방사 광 빔의 부분의 적어도 하나의 특성을 매핑할 수 있으며, 155에서의 생성하는 단계 동안 복수의 원시 이미지들이 결합되어, 이를테면 105에서의 노출시키는 단계 및 115에서의 노출시키는 단계를 계속하면서, 120에서의 선택적으로 변화시키는 단계를 이용하여, 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분의 서로 다른 특징, 영역 및/또는 그 스캐닝되는 부분 내의 이미지화된 구조물을 선택하고, 강조하고 그리고/또는 그 안에서 공진을 유도함으로써, 스캐닝되는 표면의 단일 원시 이미지로 표현되는 것보다 더 높은 분해능의 이미지를 발생시킬 수 있고 그리고/또는 생성할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "원시 이미지"라는 문구는 스캐닝되는 표면의 단일 스캔에 의해 또는 스캐닝되는 표면의 단일 스캔으로부터 생성되는 이미지를 의미할 수 있다.
[0058]
155에서의 이미지를 생성하는 단계는 스캐닝되는 표면의 임의의 적절한 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 155에서의 생성하는 단계는 또한 140에서의 수신하는 단계, 145에서의 스캐닝하는 단계, 및/또는 150에서의 오버샘플링하는 단계에 적어도 부분적으로 기초하여 생성하는 단계를 포함할 수 있고, 방법들(100)은 또한 생성된 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함할 수 있다.
[0059]
155에서의 생성하는 단계는 하나 이상의 이미지들을 생성하는 단계를 포함할 수 있으며, 각각의 이미지는 140에서의 수신하는 단계 동안 수신되는 방사 광 빔의 부분의 상이한 특성을 나타낸다. 일례로, 하나 이상의 이미지들 각각은 140에서의 수신하는 단계 동안 수신되는 방사 광 빔의 부분의 적어도 하나의 특성을 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분 내의 위치에 상관시킬 수 있다. 하나 이상의 이미지들로 표현될 수 있는 방사 광 빔의 부분의 특성의 예들은 방사 광 빔의 주파수, 방사 광 빔의 파장, 방사 광 빔의 강도 및/또는 방사 광 빔의 편광을 포함한다.
[0060]
155에서의 생성하는 단계는 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분의 단일 스캔에 기초하여 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있다는 것이 본 개시내용의 범위 내에 있다. 대안으로, 155에서의 생성하는 단계는 또한 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분의 그리고/또는 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분 내에서 적어도 부분적으로 연장되는 이미지화된 구조물의 초-분해능 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
[0061]
일례로, 그리고 방법들(100)이 150에서의 오버샘플링하는 단계를 포함할 때, 복수의 원시 이미지들이 결합되어 초-분해능 이미지를 발생시킬 수 있고 그리고/또는 생성할 수 있다. 일례로, 그리고 각각의 원시 이미지에서, 원시 이미지로 표현되는 이미지화된 구조물의 위치는 약간 다를 수 있는데, 이를테면 픽셀화 효과들 및/또는 원시 이미지들의 제한된 분해능에 기인할 수 있다. 그러나 복수의 원시 이미지들이 결합되어 초-분해능 이미지를 생성할 때, 이미지화된 구조물의 평균 크기 및/또는 위치가 정량화됨으로써, 원시 이미지들과 비교할 때 초-분해능 이미지의 분해능을 개선할 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 125에서의 변화시키는 단계를 통해 유도되는 이미지화된 구조물의 광 공진은 원시 이미지들의 신호대 잡음비를 개선하는 데 그리고/또는 이미지화된 구조물이 배경 또는 잡음과 구별될 수 있게 하는 데 이용될 수 있다.
[0062]
복수의 원시 이미지들의 결합은 임의의 적절한 방식으로 달성될 수 있다. 일례로, 결정론적 방법들이 이용되어 복수의 원시 이미지들을 결합하고 그리고/또는 초-분해능 이미지를 생성할 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 결정론적 알고리즘은 복수의 원시 이미지들의 결합을 변화 최적화 문제로서 공식화한다. 최적화 문제의 목적 함수는 2개의 항들을 가질 수 있다. 첫 번째는 이미지 획득 프로세스를 모델링하는 충실도 항일 수 있다. 두 번째는 초-분해능 이미지에 관한 하나 이상의 가정들을 규정하는 정규화 항일 수 있다.
[0063]
다른 예로서, 확률론적 방법들이 이용되어 복수의 원시 이미지들을 결합하고 그리고/또는 초-분해능 이미지를 생성할 수 있다. 이러한 조건들 하에서는, 베이지안(Bayesian) 추론이 이용되어, 최대 사후(MAP: Maximum a Posterior) 추정을 이용함으로써 초-분해능 이미지를 추정할 수 있다. MAP 추정을 해결하기 위해, 최적화 문제가 공식화된다. 최적화 문제의 목적 함수는 다시 한번 2개의 항들을 가질 수 있다. 첫 번째는 이미지 획득 프로세스를 모델링하는 우도 함수일 수 있다. 두 번째는 앞서 논의한 바와 같은 정규화 항일 수 있다. 우도 함수는 이미지화된 구조물이 이미지화된 표면의 특정 부분 내에 있을 우도 또는 확률을 나타낼 수 있다.
[0064]
보다 구체적이지만 여전히 예시적이고 배타적이지 않은 예로서, 불균일한 분자 결합으로 인해 해당 위치에서 표면의 물리적 특성을 변화시킨 작은 결함이 표면 상에 존재했다고 가정한다. 이러한 불균일성들은 크기가 단지 50㎚ × 50㎚일 수도 있다. 불균일성은 IR 흡수 스펙트럼의 변화들로 이어져, 기존의 스펙트럼 피처들 또는 나타날 새로운 스펙트럼 피처들의 시프트들을 야기할 것이다. 표면 합 주파수 생성(SSFG: surface sum-frequency generation)이 불균일성의 존재를 검출할 수도 있는데, 이는 조명될 때 스펙트럼의 변화로서 나타날 수 있다.
[0065]
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, SSFG는 표면 상에서 그리고/또는 계면에서, 본 명세서에서 개시되는 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔과 같은 2개의 입력 레이저들을 혼합하는 것을 포함한다. 이러한 혼합은 2개의 입력 레이저들의 입력 주파수들의 합인 출력 주파수에서, 본 명세서에서 개시되는 방사 광 빔과 같은 출력을 생성한다. 출력 주파수는 2차 민감도 텐서에 의해 조정되는데, 이는 결함과 같은 이미지화되는 객체의 고유한 재료 특성들 및/또는 응답들을 나타낸다.
[0066]
그러나 종래의 SSFG에서는, (직경이 1 미크론이라 하는) 회절 한계 스팟 내에서 정확히 어디에서 불균일성이 발생하는지를 알 방법이 없다. 이 회절 한계는 본 명세서에서 보다 상세히 논의된다. 따라서 불균일성의 크기, 형상, 배향 등을 결정할 방법도 또한 없다. 그 결과, 불균일성의 특성화는 질적일 것이며 아무리 잘해도 극도로 애매할 것이다.
[0067]
앞서 설명한 연관된 통계적 오버샘플링을 포함하여 본 초-분해능 기술의 적용은 불균일성의 크기, 형상, 배향 및/또는 위치를 좁힐 것이다. 일례로, 통계적 오버샘플링은 복수의 이미지들로부터의 포지션 정보가 결합되고, 통계적으로 결합되고 그리고/또는 통계적으로 평균화되어, 단일 관찰을 통해 가능할 것보다 더 높은 상세도로 불균일성을 예시하는 초-분해능 이미지들을 생성하게 할 수 있다. 이는 불균일성의 보다 정확한 기하학적 특성들이 결정되게 할 수 있다. 본 명세서에서 논의한 바와 같이, 그리고 종래의 초-분해능 이미지화와는 달리, 본 명세서에서 개시된 표면 감지 시스템들 및 방법들은 특수화된 형광 구조물들을 샘플에 추가하지 않고도 더 높은 분해능이 달성되게 할 수 있다.
[0068]
본 개시내용에 따른 발명의 청구 대상의 예시적이고 배타적이지 않은 예들은 다음에 열거된 단락들에서 설명된다:
[0069]
A1.
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템으로서, 이 시스템은:
샘플을 지지하도록 구성된 지지 표면을 포함하는 샘플 홀더;
샘플이 지지 표면에 의해 지지될 때, 가시광 빔을 스캐닝되는 표면 상의 샘플링되는 위치 상에 입사되게 지향시키도록 구성된 가시광 소스;
샘플이 지지 표면에 의해 지지될 때, 가시광 빔과 일치하는 튜닝 가능한 적외선(IR) 빔을 스캐닝되는 표면 상의 샘플링되는 위치 상에 입사되게 지향시키도록 구성된 튜닝 가능한 IR 소스 ― 선택적으로, 튜닝 가능한 IR 소스는 튜닝 가능한 IR 빔의 파장을 선택적으로 변화시켜 튜닝 가능한 IR 빔이 스캐닝되는 표면 상에 포지셔닝되는 이미지화된 구조물 내에서 선택적으로 공진을 유도할 수 있게 하도록 추가로 구성됨 ―;
샘플링되는 위치를 한정하는 스캐닝되는 표면의 부분을 선택적으로 변화시키기 위해 스캐닝되는 표면을 가로질러 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝하도록 구성된 스캐닝 구조물;
가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 사이의 합 주파수 신호를 포함하는 방사 광 빔을 스캐닝되는 표면으로부터 수신하도록 그리고 방사 광 빔을 필터링하여 필터링된 광 빔을 생성하도록 구성된 광 필터 ― 방사 광 빔은 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 모두가 스캐닝되는 표면 상에 입사되는 것에 대한 응답으로, 스캐닝되는 표면으로부터 방사됨 ―;
광 필터로부터 필터링된 광 빔을 수신하도록 구성된 광 검출 시스템; 및
가시광 소스, 튜닝 가능한 IR 소스, 샘플 홀더, 광 검출 시스템 및 광 필터 중 적어도 2개를 동작 가능하게 정렬시키도록 구성된 정렬 구조물을 포함한다.
[0070]
A2.
단락 A1의 시스템에서, 가시광 빔은 고정된 또는 적어도 실질적으로 고정된 파장을 갖는다.
[0071]
A3.
단락 A1 또는 단락 A2의 시스템에서, 가시광 빔은 고정된 또는 적어도 실질적으로 고정된 스펙트럼을 갖는다.
[0072]
A4.
단락 A1 내지 A3 중 어느 한 단락의 시스템에서, 가시광 소스는 펄스형 레이저 시스템을 포함한다.
[0073]
A5.
단락 A1 내지 A4 중 어느 한 단락의 시스템에서, 가시광 빔은:
(ⅰ)
적어도 0.1 마이크로미터, 적어도 0.2 마이크로미터, 적어도 0.3 마이크로미터, 적어도 0.4 마이크로미터, 적어도 0.5 마이크로미터, 또는 적어도 0.6 마이크로미터; 및
(ⅱ)
최대한 1 마이크로미터, 최대한 0.9 마이크로미터, 최대한 0.8 마이크로미터, 최대한 0.7 마이크로미터, 최대한 0.6 마이크로미터, 또는 최대한 0.5 마이크로미터
중 적어도 하나의 파장, 1차 파장 또는 평균 파장을 갖는다.
[0074]
A6.
단락 A1 내지 A5 중 어느 한 단락의 시스템에서, 가시광 소스는 고체 상태 레이저를 포함한다.
[0075]
A7.
단락 A1 내지 A6 중 어느 한 단락의 시스템에서, 가시광 소스는 네오디뮴 YAG 레이저를 포함한다.
[0076]
A8.
단락 A7의 시스템에서, 네오디뮴 YAG 레이저는 선택적으로, 0.532 마이크로미터의 파장으로 주파수가 2배가 된다.
[0077]
A9.
단락 A1 내지 A8 중 어느 한 단락의 시스템에서, 가시광 소스는:
(ⅰ)
가시광 빔의 강도;
(ⅱ)
가시광 빔의 편광;
(ⅲ)
가시광 빔의 파장; 및
(ⅳ)
가시광 빔의 대역폭
중 적어도 하나를 선택적으로 변화시키도록 구성된 가시광 소스 제어 어셈블리를 포함한다.
[0078]
A10.
단락 A1 내지 A9 중 어느 한 단락의 시스템에서, 튜닝 가능한 IR 소스는 선택적으로 가변적인 출력 파장을 갖는다.
[0079]
A11.
단락 A1 내지 A10 중 어느 한 단락의 시스템에서, 튜닝 가능한 IR 소스는 선택적으로 가변적인 출력 스펙트럼을 갖는다.
[0080]
A12.
단락 A1 내지 A11 중 어느 한 단락의 시스템에서, 튜닝 가능한 IR 소스는 광 파라메트릭 오실레이터를 포함한다.
[0081]
A13.
단락 A1 내지 A12 중 어느 한 단락의 시스템에서, 튜닝 가능한 IR 소스는 니오브산리튬(LiNbO3) 결정 레이저를 포함한다.
[0082]
A14.
단락 A1 내지 A13 중 어느 한 단락의 시스템에서, 튜닝 가능한 IR 소스는:
(ⅰ)
튜닝 가능한 IR 빔의 강도;
(ⅱ)
튜닝 가능한 IR 빔의 편광;
(ⅲ)
튜닝 가능한 IR 빔의 파장; 및
(ⅳ)
튜닝 가능한 IR 빔의 대역폭
중 적어도 하나를 선택적으로 변화시키도록 구성된 튜닝 가능한 IR 소스 제어 어셈블리를 포함한다.
[0083]
A15.
단락 A1 내지 단락 A14 중 어느 한 단락의 시스템에서, 스캐닝 구조물은:
(ⅰ)
가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 모두를 스캐닝되는 표면에 대해 동시에 이동시키는 것;
(ⅱ)
샘플 홀더를 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 모두에 대해 동작 가능하게 병진시키는 것;
(ⅲ)
가시광 소스를 튜닝 가능한 IR 소스와는 독립적으로 이동시키는 것; 그리고
(ⅳ)
IR 소스를 가시광 소스와는 독립적으로 이동시키는 것
중 적어도 하나를 수행하도록 구성된다.
[0084]
A16.
단락 A1 내지 단락 A15 중 어느 한 단락의 시스템에서, 스캐닝 구조물은 스캐닝되는 표면을 가로질러 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔을 선택적으로 그리고 자동으로 스캐닝하도록 구성된 전동식 스캐닝 구조물이다.
[0085]
A17.
단락 A1 내지 단락 A16 중 어느 한 단락의 시스템에서, 스캐닝 구조물은 샘플 홀더를 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 모두에 대해 동작 가능하게 병진시키도록 구성된 샘플 홀더 병진 구조물을 포함한다.
[0086]
A18.
단락 A1 내지 단락 A17 중 어느 한 단락의 시스템에서, 스캐닝 구조물은:
(ⅰ)
가시광 소스로부터 가시광 빔을 수신하도록 그리고 튜닝 가능한 IR 소스로부터 튜닝 가능한 IR 빔을 수신하도록 구성된 제1 미러 ― 제1 미러는 추가로, 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔을 반사시키도록, 그리고 제1 축을 중심으로 회전하여, 스캐닝되는 표면을 가로질러 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔 모두를 제1 방향으로 스캐닝하도록 구성됨 ―; 및
(ⅱ)
제1 미러로부터 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔을 수신하도록 구성된 제2 미러를 포함하며,
제2 미러는 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔을 반사시키도록, 그리고 제1 축에 수직인 또는 적어도 실질적으로 수직인 제2 축을 중심으로 회전하여, 스캐닝되는 표면을 가로질러 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔을 제1 방향에 수직인 또는 적어도 실질적으로 수직인 제2 방향으로 스캐닝하도록 구성된다.
[0087]
A19.
단락 A1 내지 단락 A18 중 어느 한 단락의 시스템에서, 스캐닝 구조물은 광 조향기를 포함하며, 선택적으로, 광 조향기는 전기 광 조향기 및 음향 광 조향기 중 적어도 하나를 포함한다.
[0088]
A20.
단락 A1 내지 단락 A19 중 어느 한 단락의 시스템에서, 광 검출 시스템은 저 조도 검출 시스템이다.
[0089]
A21.
단락 A1 내지 단락 A20 중 어느 한 단락의 시스템에서, 광 검출 시스템은 광 검출기를 포함하며, 선택적으로, 광 검출기는:
(ⅰ)
광전 증배기;
(ⅱ)
광 다이오드;
(ⅲ)
애벌란시 광 다이오드; 및
(ⅳ)
초점면 어레이
중 적어도 하나를 포함한다.
[0090]
A22.
단락 A1 내지 단락 A21 중 어느 한 단락의 시스템에서, 광 검출 시스템은 샘플링되는 위치 내의 포지션의 함수로써 필터링된 광 스트림의 적어도 하나의 특성을 검출하도록 구성된 검출 어레이를 포함한다.
[0091]
A23.
단락 A1 내지 단락 A22 중 어느 한 단락의 시스템에서,
(ⅰ)
필터링된 광 빔의 강도;
(ⅱ)
필터링된 광 빔의 파장; 및
(ⅲ)
필터링된 광 빔의 스펙트럼
중 적어도 하나를 광 검출 시스템이 검출하도록 구성되거나, 필터링된 광 스트림의 (상기) 적어도 하나의 특성이 포함한다.
[0092]
A24.
단락 A1 내지 단락 A23 중 어느 한 단락의 시스템에서, 광 필터는 광 검출 시스템에 의해 수신되는 방사 광 빔의 부분을 필터링된 광 빔으로서 선택적으로 조절하도록 구성된다.
[0093]
A25.
단락 A1 내지 단락 A24 중 어느 한 단락의 시스템에서, 광 필터는:
(ⅰ)
컬러 필터;
(ⅱ)
파장 판별기; 및
(ⅲ)
편광 선택기
중 적어도 하나를 포함한다.
[0094]
A26.
단락 A1 내지 단락 A25 중 어느 한 단락의 시스템에서, 정렬 구조물은:
(ⅰ)
가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔이 샘플링되는 위치 상에서 일치하고;
(ⅱ)
광 필터가 스캐닝되는 표면으로부터 방사 광 빔을 수신하고; 그리고
(ⅲ)
광 검출 시스템이 광 필터로부터 필터링된 광 빔을 수신하도록,
가시광 소스, 튜닝 가능한 IR 소스, 샘플 홀더, 광 검출 시스템 및 광 필터 중 적어도 2개를 동작 가능하게 정렬시키도록 구성된다.
[0095]
A27.
단락 A1 내지 단락 A26 중 어느 한 단락의 시스템에서, 시스템은 시스템의 적어도 일부의 동작을 제어하도록 프로그래밍된 제어기를 더 포함한다.
[0096]
A28.
단락 A27의 시스템에서, 제어기는 단락 B1 내지 단락 B18 중 어느 한 단락의 방법들 중 임의의 방법의 임의의 적절한 부분을 수행하게 시스템을 제어하도록 프로그래밍된다.
[0097]
B1.
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법으로서, 이 방법은:
스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치를 가시광 빔에 노출시키는 단계;
튜닝 가능한 적외선(IR) 빔이 가시광 빔과 적어도 부분적으로 일치하도록, 스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치를 튜닝 가능한 IR 빔에 노출시키는 단계;
튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 변화시키는 단계;
스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치 내에서 적어도 부분적으로 연장되는 이미지화된 구조물 내에서 광 공진을 유도하는 단계;
광 검출 시스템을 이용하여, 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 사이의 합 주파수 신호를 포함하는 방사 광 빔의 적어도 일부를 스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치로부터 수신하는 단계;
샘플링되는 위치를 가시광 빔에 노출시키는 단계, 샘플링되는 위치를 튜닝 가능한 IR 빔에 노출시키는 단계, 및 방사 광 빔을 수신하는 단계를 적어도 계속하면서, 그리고 또한 튜닝 가능한 IR 빔을 가시광 빔과 적어도 부분적으로 일치하게 유지하면서, 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분을 가로질러 가시광 빔 및 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝하는 단계; 및
스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분의 이미지를 생성하는 단계를 포함하며, 생성하는 단계는 수신하는 단계 및 스캐닝하는 단계에 적어도 부분적으로 기초한다.
[0098]
B2.
단락 B1의 방법에서, 이 방법은 생성하는 단계를 가능하게 하도록, 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분을 오버샘플링하는 단계를 더 포함한다.
[0099]
B3.
단락 B2의 방법에서, 오버샘플링하는 단계는 적어도, 수신하는 단계 및 스캐닝하는 단계를 반복하는 단계를 포함하고, 반복하는 단계는 가시광 빔을 지향시키는 단계 동안, 튜닝 가능한 IR 빔을 지향시키는 단계 동안, 그리고 튜닝하는 단계에 후속하여 수행된다.
[0100]
B4.
단락 B2 또는 단락 B3의 방법에서, 오버샘플링하는 단계는 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분의 복수의 원시 이미지들을 생성하는 단계를 포함하고, 복수의 원시 이미지들의 각각의 원시 이미지는 방사 광 빔의 부분의 (상기) 적어도 하나의 특성을 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분 내의 위치의 함수로써 매핑한다.
[0101]
B5.
단락 B1 내지 단락 B4 중 어느 한 단락의 방법에서, 샘플링되는 위치를 가시광 빔에 노출시키는 단계는 가시광 소스로 가시광 빔을 생성하는 단계를 포함한다.
[0102]
B6.
단락 B1 내지 단락 B5 중 어느 한 단락의 방법에서, 이 방법은:
(ⅰ)
가시광 빔의 강도;
(ⅱ)
가시광 빔의 편광;
(ⅲ)
가시광 빔의 파장; 및
(ⅳ)
가시광 빔의 대역폭
중 적어도 하나를 선택적으로 변화시키는 단계를 더 포함한다.
[0103]
B7.
단락 B1 내지 단락 B6 중 어느 한 단락의 방법에서, 샘플링되는 위치를 튜닝 가능한 IR 빔에 노출시키는 단계는 튜닝 가능한 IR 소스로 튜닝 가능한 IR 빔을 생성하는 단계를 포함한다.
[0104]
B8.
단락 B1 내지 단락 B8 중 어느 한 단락의 방법에서, 이 방법은:
(ⅰ)
튜닝 가능한 IR 빔의 강도;
(ⅱ)
튜닝 가능한 IR 빔의 편광;
(ⅲ)
튜닝 가능한 IR 빔의 파장; 및
(ⅳ)
튜닝 가능한 IR 빔의 대역폭
중 적어도 하나를 선택적으로 변화시키는 단계를 더 포함한다.
[0105]
B9.
단락 B1 내지 단락 B8 중 어느 한 단락의 방법에서, 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 변화시키는 단계는 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 선택적으로 변화시키는 단계를 포함한다.
[0106]
B10.
단락 B1 내지 단락 B9 중 어느 한 단락의 방법에서, 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 변화시키는 단계는 이미지화된 구조물에 대한 공진 주파수를 결정하기 위해 수신하는 단계를 동시에 수행하면서, 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 선택적으로 변화시키는 단계를 포함한다.
[0107]
B11.
단락 B10의 방법에서, 이미지화된 구조물에 대한 공진 주파수는, 수신하는 단계 동안 광 검출 시스템에 의해 수신되는 방사 광 빔의 부분의 강도의 최대값을 생성하는 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수에 적어도 부분적으로 기초하여 결정된다.
[0108]
B12.
단락 B1 내지 단락 B11 중 어느 한 단락의 방법에서, 이 방법은 광 필터로 방사 광 빔을 수신하는 단계, 및 필터링된 광 빔을 생성하도록 광 필터로 방사 광 빔을 필터링하는 단계를 더 포함하며, 방사 광 빔의 적어도 일부를 수신하는 단계는 필터링된 광 빔을 수신하는 단계를 포함한다.
[0109]
B13.
단락 B12의 방법에서, 방사 광 빔을 필터링하는 단계는:
(ⅰ)
필터링된 광 빔의 컬러를 선택하는 단계;
(ⅱ)
필터링된 광 빔의 파장을 선택하는 단계; 및
(ⅲ)
필터링된 광 빔에 대한 파장 범위를 선택하는 단계
중 적어도 하나를 포함한다.
[0110]
B14.
단락 B1 내지 단락 B13 중 어느 한 단락의 방법에서, 스캐닝하는 단계는 샘플링되는 위치를 한정하는 스캐닝되는 표면의 부분을 선택적으로 변화시키도록 스캐닝하는 단계를 포함한다.
[0111]
B15.
단락 B1 내지 단락 B14 중 어느 한 단락의 방법에서, 스캐닝하는 단계는 스캐닝 구조물로 스캐닝하는 단계를 포함한다.
[0112]
B16.
단락 B1 내지 단락 B15 중 어느 한 단락의 방법에서, 스캐닝하는 단계는:
(ⅰ)
가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 모두를 스캐닝되는 표면에 대해 동시에 이동시키는 단계;
(ⅱ)
샘플 홀더를 가시광 빔과 튜닝 가능한 IR 빔 모두에 대해 동작 가능하게 병진시키는 단계;
(ⅲ)
가시광 소스를 튜닝 가능한 IR 소스와는 독립적으로 이동시키는 단계; 및
(ⅳ)
IR 소스를 가시광 소스와는 독립적으로 이동시키는 단계
중 적어도 하나를 포함한다.
[0113]
B17.
단락 B1 내지 단락 B16 중 어느 한 단락의 방법에서, 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분의 이미지를 생성하는 단계는, 수신하는 단계 동안 수신되는 방사 광 빔의 부분의 적어도 하나의 특성을 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분 내의 위치와 상관시키는 단계를 포함한다.
[0114]
B18.
단락 B17의 방법에서, 방사 광 빔의 부분의 적어도 하나의 특성은:
(ⅰ)
방사 광 빔의 부분의 강도;
(ⅱ)
방사 광 빔의 부분의 주파수; 및
(ⅲ)
방사 광 빔의 부분의 파장
중 적어도 하나를 포함한다.
[0115]
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 장치의 하나 이상의 컴포넌트들 또는 특징들의 동작, 움직임, 구성 또는 다른 활동을 변경하는 경우, "선택적" 및 "선택적으로"라는 용어들은 특정 동작, 움직임, 구성 또는 다른 활동이 장치의 한 양상 또는 하나 이상의 컴포넌트들에 대한 사용자 조작의 직접적인 또는 간접적인 결과임을 의미한다.
[0116]
본 명세서에 사용된 바와 같이, "적응된" 및 "구성된"이라는 용어들은 엘리먼트, 컴포넌트 또는 다른 청구 대상이 주어진 기능을 수행하도록 설계 및/또는 의도됨을 의미한다. 따라서 "적응된" 및 "구성된"이라는 용어들의 사용은 주어진 엘리먼트, 컴포넌트 또는 다른 청구 대상이 주어진 기능을 단순히 수행”할 수 있음”을 의미하는 것으로 해석되어야 하는 것이 아니라, 엘리먼트, 컴포넌트 및/또는 다른 청구 대상이 기능을 수행하기 위해 구체적으로 선택, 생성, 구현, 이용, 프로그래밍 및/또는 설계됨을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 특정 기능을 수행하도록 적응되는 것으로 언급되는 엘리먼트들, 컴포넌트들 및/또는 다른 언급된 청구 대상이 추가로 또는 대안으로 그 기능을 수행하도록 구성되는 것으로 기술될 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지라는 것이 또한 본 개시내용의 범위 내에 있다. 마찬가지로, 특정 기능을 수행하도록 구성되는 것으로 언급되는 청구 대상은 추가로 또는 대안으로 그 기능을 수행하도록 동작하는 것으로 기술될 수 있다.
[0117]
본 명세서에 사용된 바와 같이, 하나 이상의 엔티티들의 리스트와 관련하여 "적어도 하나"라는 문구는 엔티티들의 리스트 내의 엔티티 중 임의의 하나 이상의 엔티티로부터 선택된, 그러나 엔티티들의 리스트 내에 구체적으로 기재된 각각의 그리고 모든 엔티티 중 적어도 하나를 반드시 포함하는 것은 아니고 엔티티들의 리스트 내의 엔티티들의 어떠한 결합들도 배제하지 않는 적어도 하나의 엔티티를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이 정의는 또한 "적어도 하나"라는 문구가 참조하는 엔티티들의 리스트 내에서 구체적으로 식별된 엔티티에 관련되든 아니면 관련되지 않든, 그러한 구체적으로 식별된 엔티티들 이외에 엔티티들이 선택적으로 존재할 수 있게 한다. 따라서 비제한적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 동등하게, "A 또는 B 중 적어도 하나" 또는 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는 일례에서는, 하나보다 더 많은 A를 선택적으로 포함하며 B는 존재하지 않는(그리고 B 이외의 엔티티들을 선택적으로 포함하는) 적어도 하나를; 다른 예에서는, 하나보다 더 많은 B를 선택적으로 포함하며 A는 존재하지 않는(그리고 A 이외의 엔티티들을 선택적으로 포함하는) 적어도 하나를; 또 다른 예에서는, 하나보다 더 많은 A를 선택적으로 포함하는 적어도 하나, 그리고 하나보다 더 많은 B를 선택적으로 포함하는(그리고 다른 엔티티들을 선택적으로 포함하는) 적어도 하나를 의미할 수 있다. 즉, "적어도 하나," "하나 이상" 그리고 "및/또는"이라는 문구들은 동작시 연계적이기도 하고 분리적이기도 한 개방형 표현들이다. 예를 들어, "A, B 및 C 중 적어도 하나," "A, B 또는 C 중 적어도 하나," "A, B 및 C 중 하나 이상," "A, B 또는 C 중 하나 이상" 및 "A, B 및/또는 C"라는 표현들 각각은 A 단독, B 단독, C 단독, A와 B 함께, A와 C 함께, B와 C 함께, A와 B와 C 함께, 그리고 선택적으로는 적어도 하나의 다른 엔티티와 결합한 상기 중 임의의 것을 의미할 수 있다.
[0118]
본 명세서에 개시된 시스템들의 개시된 다양한 엘리먼트들 및 방법들의 개시된 다양한 단계들이 본 개시내용에 따른 모든 시스템들 및 방법들에서 요구되는 것은 아니며, 본 개시내용은 본 명세서에 개시된 다양한 엘리먼트들 및 단계들의 모든 신규한 그리고 자명하지 않은 결합들 및 하위 결합들을 포함한다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 다양한 엘리먼트들 및 단계들 중 하나 이상은 개시된 시스템 또는 방법 전체와 개별적이고 분리된 독립적인 발명의 청구 대상을 정의할 수 있다. 이에 따라, 이러한 발명의 청구 대상은 본 명세서에 명백하게 개시된 특정 시스템들 및 방법들과 연관될 필요는 없으며, 그러한 발명의 청구 대상은 본 명세서에 명백하게 개시되지 않은 시스템들 및/또는 방법들에서 유용성을 찾을 수 있다.
[0119]
본 명세서에 사용된 바와 같이, 본 개시내용에 따른 하나 또는 그보다 많은 컴포넌트들, 특징들, 세부사항들, 구조들, 예들 및/또는 방법들과 관련하여 사용되는 경우, "예를 들어"라는 문구, "일례로"라는 문구 및/또는 단순히 "예"라는 용어는 설명된 컴포넌트, 특징, 세부사항, 구조, 예 및/또는 방법이 본 개시내용에 따른 컴포넌트들, 특징들, 세부사항들, 구조들, 예들 및/또는 방법들의 배타적이지 않은, 예시적인 예임을 전달하는 것으로 의도된다. 따라서 설명된 컴포넌트, 특징, 세부사항, 구조, 예 및/또는 방법은 한정적이거나, 필수적이거나, 또는 배타적/포괄적인 것으로 의도되는 것은 아니고; 구조적으로 그리고/또는 기능적으로 유사하고 그리고/또는 대등한 컴포넌트들, 특징들, 세부사항들, 구조들, 예들 및/또는 방법들을 포함하는 다른 컴포넌트들, 특징들, 세부사항들, 구조들, 예들 및/또는 방법들도 또한 본 개시내용의 범위 내에 있다.
Claims (51)
- 샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템으로서,
상기 샘플을 지지하도록 구성된 지지 표면을 포함하는 샘플 홀더;
상기 샘플이 상기 지지 표면에 의해 지지될 때, 가시광 빔을 상기 스캐닝되는 표면 상의 샘플링되는 위치 상에 입사되게 지향시키도록 구성된 가시광 소스;
상기 샘플이 상기 지지 표면에 의해 지지될 때, 상기 가시광 빔과 일치하는 튜닝 가능한 적외선(IR: infrared) 빔을 상기 스캐닝되는 표면 상의 상기 샘플링되는 위치 상에 입사되게 지향시키도록 구성된 튜닝 가능한 IR 소스 ― 상기 튜닝 가능한 IR 소스는 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 파장을 선택적으로 변화시켜 상기 튜닝 가능한 IR 빔이 상기 스캐닝되는 표면 상에 포지셔닝되는 이미지화된 구조물 내에서 선택적으로 공진을 유도할 수 있게 하도록 추가로 구성됨 ―;
상기 샘플링되는 위치를 한정하는 상기 스캐닝되는 표면의 부분을 선택적으로 변화시키기 위해 상기 스캐닝되는 표면을 가로질러 상기 가시광 빔 및 상기 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝하도록 구성된 스캐닝 구조물;
상기 가시광 빔과 상기 튜닝 가능한 IR 빔 사이의 합 주파수 신호를 포함하는 방사 광 빔을 상기 스캐닝되는 표면으로부터 수신하도록 그리고 상기 방사 광 빔을 필터링하여 필터링된 광 빔을 생성하도록 구성된 광 필터 ― 상기 방사 광 빔은 상기 가시광 빔과 상기 튜닝 가능한 IR 빔 모두가 상기 스캐닝되는 표면 상에 입사되는 것에 대한 응답으로, 상기 스캐닝되는 표면으로부터 방사됨 ―;
상기 광 필터로부터 상기 필터링된 광 빔을 수신하도록 구성된 광 검출 시스템; 및
상기 가시광 소스, 상기 튜닝 가능한 IR 소스, 상기 샘플 홀더, 상기 광 검출 시스템 및 상기 광 필터 중 적어도 2개를 동작 가능하게 정렬시키도록 구성된 정렬 구조물을 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 가시광 빔은 적어도 실질적으로 고정된 파장을 갖는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 가시광 빔은 적어도 실질적으로 고정된 스펙트럼을 갖는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가시광 소스는 펄스형 레이저 시스템을 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가시광 빔은 적어도 0.1 마이크로미터 및 최대한 1 마이크로미터의 평균 파장을 갖는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가시광 소스는 고체 레이저를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가시광 소스는 네오디뮴 YAG 레이저를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제7 항에 있어서,
상기 네오디뮴 YAG 레이저는 주파수가 2배가 되는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제8 항에 있어서,
상기 네오디뮴 YAG 레이저는 0.532 마이크로미터의 파장을 갖는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가시광 소스는,
(ⅰ) 상기 가시광 빔의 강도;
(ⅱ) 상기 가시광 빔의 편광;
(ⅲ) 상기 가시광 빔의 파장; 및
(ⅳ) 상기 가시광 빔의 대역폭
중 적어도 하나를 선택적으로 변화시키도록 구성된 가시광 소스 제어 어셈블리를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 튜닝 가능한 IR 소스는 선택적으로 가변적인 출력 파장을 갖는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 튜닝 가능한 IR 소스는 선택적으로 가변적인 출력 스펙트럼을 갖는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 튜닝 가능한 IR 소스는 광 파라메트릭 오실레이터를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 튜닝 가능한 IR 소스는 니오브산리튬(LiNbO3) 결정 레이저를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 튜닝 가능한 IR 소스는,
(ⅰ) 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 강도;
(ⅱ) 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 편광;
(ⅲ) 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 파장; 및
(ⅳ) 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 대역폭
중 적어도 하나를 선택적으로 변화시키도록 구성된 튜닝 가능한 IR 소스 제어 어셈블리를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝 구조물은 상기 가시광 빔과 상기 튜닝 가능한 IR 빔 모두를 상기 스캐닝되는 표면에 대해 동시에 이동시키도록 구성되는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝 구조물은 상기 샘플 홀더를 상기 가시광 빔과 상기 튜닝 가능한 IR 빔 모두에 대해 동작 가능하게 병진시키도록 구성된 샘플 홀더 병진 구조물을 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝 구조물은 상기 가시광 소스를 상기 튜닝 가능한 IR 소스와는 독립적으로 이동시키도록 구성되는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝 구조물은 상기 튜닝 가능한 IR 소스를 상기 가시광 소스와는 독립적으로 이동시키도록 구성되는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝 구조물은 상기 스캐닝되는 표면을 가로질러 상기 가시광 빔 및 상기 튜닝 가능한 IR 빔을 선택적으로 그리고 자동으로 스캐닝하도록 구성된 전동식(motorized) 스캐닝 구조물인,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝 구조물은,
(ⅰ) 상기 가시광 소스로부터 상기 가시광 빔을 수신하도록 그리고 상기 튜닝 가능한 IR 소스로부터 상기 튜닝 가능한 IR 빔을 수신하도록 구성된 제1 미러 ― 상기 제1 미러는 추가로, 상기 가시광 빔 및 상기 튜닝 가능한 IR 빔을 반사시키도록, 그리고 제1 축을 중심으로 회전하여, 상기 스캐닝되는 표면을 가로질러 상기 가시광 빔 및 상기 튜닝 가능한 IR 빔 모두를 제1 방향으로 스캐닝하도록 구성됨 ―; 및
(ⅱ) 상기 제1 미러로부터 상기 가시광 빔 및 상기 튜닝 가능한 IR 빔을 수신하도록 구성된 제2 미러를 포함하며,
상기 제2 미러는 상기 가시광 빔 및 상기 튜닝 가능한 IR 빔을 반사시키도록, 그리고 상기 제1 축에 적어도 실질적으로 수직인 제2 축을 중심으로 회전하여, 상기 스캐닝되는 표면을 가로질러 상기 가시광 빔 및 상기 튜닝 가능한 IR 빔을 상기 제1 방향에 적어도 실질적으로 수직인 제2 방향으로 스캐닝하도록 구성되는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝 구조물은 광학 조향기를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제22 항에 있어서,
상기 광 조향기는 전기 광 조향기 및 음향 광 조향기 중 적어도 하나를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 검출 시스템은 저 조도(low light level) 검출 시스템인,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 검출 시스템은 광 검출기를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 검출 시스템은 상기 샘플링되는 위치 내의 포지션의 함수로써 상기 필터링된 광 빔의 적어도 하나의 특성을 검출하도록 구성된 검출 어레이를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 검출 시스템은,
(ⅰ) 상기 필터링된 광 빔의 강도;
(ⅱ) 상기 필터링된 광 빔의 파장; 및
(ⅲ) 상기 필터링된 광 빔의 스펙트럼
중 적어도 하나를 검출하도록 구성되는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 필터는 상기 광 검출 시스템에 의해 수신되는 상기 방사 광 빔의 부분을 상기 필터링된 광 빔으로서 선택적으로 조절하도록 구성되는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제28 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 필터는,
(ⅰ) 컬러 필터;
(ⅱ) 파장 판별기; 및
(ⅲ) 편광 선택기
중 적어도 하나를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제29 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정렬 구조물은,
(ⅰ) 상기 가시광 빔과 상기 튜닝 가능한 IR 빔이 상기 샘플링되는 위치 상에서 일치하고;
(ⅱ) 상기 광 필터가 상기 스캐닝되는 표면으로부터 상기 방사 광 빔을 수신하고; 그리고
(ⅲ) 상기 광 검출 시스템이 상기 광 필터로부터 상기 필터링된 광 빔을 수신하도록,
상기 가시광 소스, 상기 튜닝 가능한 IR 소스, 상기 샘플 홀더, 상기 광 검출 시스템 및 상기 광 필터 중 적어도 2개를 동작 가능하게 정렬시키도록 구성되는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 제1 항 내지 제30 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 상기 시스템의 적어도 일부의 동작을 제어하도록 프로그래밍된 제어기를 더 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템으로서,
상기 샘플을 지지하도록 구성된 지지 표면을 포함하는 샘플 홀더;
상기 샘플이 지지 표면에 의해 지지될 때, 가시광 빔을 상기 스캐닝되는 표면 상의 샘플링되는 위치 상에 입사되게 지향시키도록 구성된 가시광 소스;
상기 샘플이 상기 지지 표면에 의해 지지될 때, 상기 가시광 빔과 일치하는 튜닝 가능한 적외선(IR) 빔을 상기 스캐닝되는 표면 상의 상기 샘플링되는 위치 상에 입사되게 지향시키도록 구성된 튜닝 가능한 IR 소스 ― 상기 튜닝 가능한 IR 소스는 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 파장을 선택적으로 변화시켜 상기 튜닝 가능한 IR 빔이 상기 스캐닝되는 표면 상에 포지셔닝되는 이미지화된 구조물 내에서 선택적으로 공진을 유도할 수 있게 하도록 추가로 구성됨 ―;
상기 샘플링되는 위치를 한정하는 상기 스캐닝되는 표면의 부분을 선택적으로 변화시키기 위해 상기 스캐닝되는 표면을 가로질러 상기 가시광 빔 및 상기 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝하도록 구성된 스캐닝 구조물;
상기 가시광 빔과 상기 튜닝 가능한 IR 빔 사이의 합 주파수 신호를 포함하는 방사 광 빔을 상기 스캐닝되는 표면으로부터 수신하도록 그리고 상기 방사 광 빔을 필터링하여 필터링된 광 빔을 생성하도록 구성된 광 필터 ― 상기 방사 광 빔은 상기 가시광 빔과 상기 튜닝 가능한 IR 빔 모두가 상기 스캐닝되는 표면 상에 입사되는 것에 대한 응답으로, 상기 스캐닝되는 표면으로부터 방사됨 ―;
상기 광 필터로부터 상기 필터링된 광 빔을 수신하도록 구성된 광 검출 시스템;
상기 가시광 소스, 상기 튜닝 가능한 IR 소스, 상기 샘플 홀더, 상기 광 검출 시스템 및 상기 광 필터 중 적어도 2개를 동작 가능하게 정렬시키도록 구성된 정렬 구조물; 및
상기 시스템의 적어도 일부의 동작을 제어하도록 프로그래밍된 제어기를 포함하고,
상기 제어기는,
(ⅰ) 상기 스캐닝되는 표면의 상기 샘플링되는 위치를 상기 가시광 빔에 노출시키도록 상기 가시광 소스의 동작을 제어하고;
(ⅱ) 상기 스캐닝되는 표면의 상기 샘플링되는 위치를 상기 튜닝 가능한 IR 빔에 노출시키도록 상기 튜닝 가능한 IR 소스의 동작을 제어하고;
(ⅲ) 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 파장을 변화시키고 상기 이미지화된 구조물 내에서 광 공진을 유도하도록 상기 튜닝 가능한 IR 소스의 동작을 제어하며;
(ⅳ) 상기 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분을 가로질러 상기 가시광 빔 및 상기 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝하도록 상기 스캐닝 구조물의 동작을 제어하고; 그리고
(ⅴ) 상기 스캐닝되는 표면의 상기 스캐닝되는 부분의 이미지를 생성하도록 프로그래밍되며,
상기 이미지는 상기 가시광 빔 및 상기 튜닝 가능한 IR 빔이 상기 스캐닝되는 표면의 상기 스캐닝되는 부분을 가로질러 스캐닝되는 동안 상기 광 검출 시스템에 의해 수신되는 상기 필터링된 광 빔에 적어도 부분적으로 기초하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 표면 감지 시스템. - 샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법으로서,
상기 스캐닝되는 표면의 샘플링되는 위치를 가시광 빔에 노출시키는 단계;
튜닝 가능한 적외선(IR) 빔이 상기 가시광 빔과 적어도 부분적으로 일치하도록, 상기 스캐닝되는 표면의 상기 샘플링되는 위치를 상기 튜닝 가능한 IR 빔에 노출시키는 단계;
상기 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 변화시키는 단계;
상기 스캐닝되는 표면의 상기 샘플링되는 위치 내에서 적어도 부분적으로 연장되는 이미지화된 구조물 내에서 광 공진을 유도하는 단계;
광 검출 시스템을 이용하여, 상기 가시광 빔과 상기 튜닝 가능한 IR 빔 사이의 합 주파수 신호를 포함하는 방사 광 빔의 적어도 일부를 상기 스캐닝되는 표면의 상기 샘플링되는 위치로부터 수신하는 단계;
상기 샘플링되는 위치를 상기 가시광 빔에 노출시키는 단계, 상기 샘플링되는 위치를 상기 튜닝 가능한 IR 빔에 노출시키는 단계, 및 상기 방사 광 빔의 적어도 일부를 수신하는 단계를 적어도 계속하면서, 그리고 또한 상기 튜닝 가능한 IR 빔을 상기 가시광 빔과 적어도 부분적으로 일치하게 유지하면서, 상기 스캐닝되는 표면의 스캐닝되는 부분을 가로질러 상기 가시광 빔 및 상기 튜닝 가능한 IR 빔을 스캐닝하는 단계; 및
상기 스캐닝되는 표면의 상기 스캐닝되는 부분의 이미지를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 생성하는 단계는 상기 수신하는 단계 및 상기 스캐닝하는 단계에 적어도 부분적으로 기초하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항에 있어서,
상기 방법은 상기 생성하는 단계를 가능하게 하도록 상기 스캐닝되는 표면의 상기 스캐닝되는 부분을 오버샘플링하는 단계를 더 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제34 항에 있어서,
상기 오버샘플링하는 단계는 적어도 상기 수신하는 단계 및 상기 스캐닝하는 단계를 반복하는 단계를 포함하며,
상기 반복하는 단계는 상기 샘플링되는 위치를 상기 가시광 빔에 노출시키는 단계 동안, 상기 샘플링되는 위치를 상기 튜닝 가능한 IR 빔에 노출시키는 단계 동안, 그리고 상기 광 공진을 유도하는 단계 동안 수행되는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제34 항 내지 제35 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오버샘플링하는 단계는 상기 스캐닝되는 표면의 상기 스캐닝되는 부분의 복수의 원시(raw) 이미지들을 생성하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 원시 이미지들의 각각의 원시 이미지는 상기 방사 광 빔의 부분의 적어도 하나의 특성을 상기 스캐닝되는 표면의 상기 스캐닝되는 부분 내의 위치의 함수로써 매핑하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항 내지 제36 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샘플링되는 위치를 상기 가시광 빔에 노출시키는 단계는 가시광 소스로 상기 가시광 빔을 생성하는 단계를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항 내지 제37 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
(ⅰ) 상기 가시광 빔의 강도;
(ⅱ) 상기 가시광 빔의 편광;
(ⅲ) 상기 가시광 빔의 파장; 및
(ⅳ) 상기 가시광 빔의 대역폭
중 적어도 하나를 선택적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항 내지 제38 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샘플링되는 위치를 상기 튜닝 가능한 IR 빔에 노출시키는 단계는 튜닝 가능한 IR 소스로 상기 튜닝 가능한 IR 빔을 생성하는 단계를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항 내지 제39 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
(ⅰ) 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 강도;
(ⅱ) 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 편광; 및
(ⅲ) 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 대역폭 중 적어도 하나를 선택적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항 내지 제40 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 변화시키는 단계는 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 파장을 변화시키는 단계를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항 내지 제41 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 변화시키는 단계는 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 선택적으로 변화시키는 단계를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항 내지 제42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 변화시키는 단계는, 상기 이미지화된 구조물에 대한 공진 주파수를 결정하기 위해 상기 수신하는 단계를 동시에 수행하면서, 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수를 선택적으로 변화시키는 단계를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제43 항에 있어서,
상기 이미지화된 구조물에 대한 공진 주파수는, 상기 수신하는 단계 동안 상기 광 검출 시스템에 의해 수신되는 상기 방사 광 빔의 부분의 강도의 최대값을 생성하는 상기 튜닝 가능한 IR 빔의 주파수에 적어도 부분적으로 기초하여 결정되는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항 내지 제44 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 광 필터로 상기 방사 광 빔을 수신하는 단계, 및 필터링된 광 빔을 생성하도록 상기 광 필터로 상기 방사 광 빔을 필터링하는 단계를 더 포함하며,
상기 방사 광 빔의 적어도 일부를 수신하는 단계는 상기 필터링된 광 빔을 수신하는 단계를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제45 항에 있어서,
상기 방사 광 빔을 필터링하는 단계는,
(ⅰ) 상기 필터링된 광 빔의 컬러를 선택하는 단계;
(ⅱ) 상기 필터링된 광 빔의 파장을 선택하는 단계; 및
(ⅲ) 상기 필터링된 광 빔에 대한 파장 범위를 선택하는 단계
중 적어도 하나를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항 내지 제46 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝하는 단계는 상기 샘플링되는 위치를 한정하는 상기 스캐닝되는 표면의 부분을 선택적으로 변화시키도록 스캐닝하는 단계를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항 내지 제47 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝하는 단계는 스캐닝 구조물로 스캐닝하는 단계를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항 내지 제48 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝하는 단계는,
(ⅰ) 상기 가시광 빔과 상기 튜닝 가능한 IR 빔 모두를 상기 스캐닝되는 표면에 대해 동시에 이동시키는 단계;
(ⅱ) 상기 샘플 홀더를 상기 가시광 빔과 상기 튜닝 가능한 IR 빔 모두에 대해 동작 가능하게 병진시키는 단계;
(ⅲ) 상기 가시광 소스를 상기 튜닝 가능한 IR 소스와는 독립적으로 이동시키는 단계; 및
(ⅳ) 상기 IR 소스를 상기 가시광 소스와는 독립적으로 이동시키는 단계 중 적어도 하나를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제33 항 내지 제49 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝되는 표면의 상기 스캐닝되는 부분의 이미지를 생성하는 단계는, 상기 수신하는 단계 동안 수신되는 상기 방사 광 빔의 부분의 적어도 하나의 특성을 상기 스캐닝되는 표면의 상기 스캐닝되는 부분 내의 위치와 상관시키는 단계를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법. - 제50 항에 있어서,
상기 방사 광 빔의 부분의 적어도 하나의 특성은,
(ⅰ) 상기 방사 광 빔의 부분의 강도;
(ⅱ) 상기 방사 광 빔의 부분의 주파수; 및
(ⅲ) 상기 방사 광 빔의 부분의 파장
중 적어도 하나를 포함하는,
샘플의 스캐닝되는 표면을 이미지화하기 위한 방법.
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