TW202311705A - 內部小平面之間的平行度的基於光學的驗證 - Google Patents

Abstract

本文公開了用於驗證樣品的內部小平面的平行度的方法。該方法包括：(i)提供樣品，該樣品包括透光基板和內部小平面，這些內部小平面標稱地平行並且相對於樣品的平坦表面以角度μ_nom標稱地傾斜；(ii)提供棱鏡，該棱鏡與基板具有基本相同的折射率並且包括平坦的第一表面和平坦的第二表面，該第二表面與第一表面相對並且相對於第一表面以基本上角度μ_nom傾斜；(iii)定位樣品和棱鏡，使得樣品的表面與棱鏡的第二表面平行並相鄰；(iv)在棱鏡的第一表面上基本上與該第一表面垂直地投射入射光束；(v)感測在從內部小平面反射之後從棱鏡返回的光；以及(vi)計算內部小平面之間的平行度偏差。

Description

內部小平面之間的平行度的基於光學的驗證

本發明內容一般涉及用於對包括內部小平面的樣品進行度量的方法和系統。

一些光波導包括標稱地平行的反射性內部小平面。為了高精度地驗證這樣的內部小平面的平行度，當前現有技術需要高端光學部件。因此，本領域中存在對簡單且可容易實現的度量技術的未滿足的需要，該度量技術避免使用高端光學部件，從而解決了大規模生產需求。

根據本發明內容的一些實施方式，本發明內容的各方面涉及用於對包括一個或更多個內部小平面的樣品進行度量的方法和系統。更具體地，但非排他性地，根據本發明內容的一些實施方式，本發明內容的各方面涉及用於對包括多個標稱平行內部小平面的樣品進行度量的基於光學的方法和系統。

在頭戴式顯示器、平視顯示器、智慧型電話、緊湊型顯示器、3D顯示器(立體顯示器)等各種顯示器以及緊湊型擴束器中採用反射波導。反射波導包括跨波導的輸出部分的多個標稱平行的內部小平面。從波導的耦入部分沿輸出部分的方向傳播(通過全內反射)的光通過在每個內部小平面處的部分反射和透射逐漸耦出波導。內部小平面(特別是相鄰的內部小平面)之間的高平行度有助於確保在顯示器上形成銳利且清晰的圖像(不會重影或模糊)。

用於在將反射波導切割成單獨的單元之前監測板的堆疊中的內部 小平面的平行度的多種方法在本領域中是已知的。然而，從這些早期生產階段直到成品(即，直到反射波導的生產完成)，內部小平面的平行度很可能會發生變化。

在本領域中存在對驗證(完成的)反射波導中以及在其後期生產階段中的內部小平面的平行度的改進方法的未滿足的需求。有利地，本發明公開了用於驗證反射波導的內部小平面之間的平行度的快速、簡單且精確的方法。本發明還公開了能夠實現所公開的方法的系統，其有利地避免了使用高端和/或複雜的部件。

因此，根據一些實施方式的一方面，提供了一種用於驗證樣品的內部小平面的平行度的基於光學的方法。該方法包括以下階段：

- 提供包括透光基板和兩個或更多個內部小平面的樣品。基板具有折射率n _s。內部小平面嵌入基板內。每個內部小平面相對於樣品的外部且平坦的表面以標稱銳角μ_nom標稱地傾斜。

- 提供折射率約等於n _s的光學元件。光學元件包括外部且平坦的第一表面以及外部且平坦的第二表面。光學元件的第二表面與光學元件的第一表面相對並且相對於光學元件的第一表面以約標稱角度μ_nom傾斜。

- 定位樣品和光學元件，使得光學元件的第二表面與樣品的表面平行並且相鄰。

- 將多個入射光束與光學元件的第一表面大約垂直地投射到第一表面上。

- 在入射光束穿過光學元件、透射到樣品中並反射離開內部小平面、再穿過光學元件並經由光學元件的第一表面從光學元件出射(例如，折射出去)之後獲得多個返回光束。

- 感測返回光束。

- 基於感測的資料，計算內部小平面中的至少一些內部小平面之間的至少一個平行度偏差。

根據該方法的一些實施方式，光學元件具有等於n _s的折射率。

根據該方法的一些實施方式，將入射光束垂直地投射到光學元件的第一表面。

根據該方法的一些實施方式，計算內部小平面之間的平行度偏差的階段包括：計算返回光束之間的角度偏差。

根據該方法的一些實施方式，入射光束構成經準直的擴展光束的互補部分。

根據該方法的一些實施方式，擴展光束是單色的。

根據該方法的一些實施方式，擴展光束是經擴展的雷射光束。

根據該方法的一些實施方式，光學元件是棱鏡。

根據該方法的一些實施方式，樣品的形狀被設置為薄板或長形盒子。

根據該方法的一些實施方式，樣品是一維反射波導或二維反射波導。

根據該方法的一些實施方式，光學元件的第二表面相對於光學元件的第一表面以角度μ_nom+△傾斜。｜△｜大於約0.1°且小於約1°。

根據該方法的一些實施方式，光學元件的第二表面相對於光學元件的第一表面以標稱角度μ_nom傾斜。

根據該方法的一些實施方式，光學元件的第一表面用抗反射塗層塗覆。

根據該方法的一些實施方式，該方法還包括：施加與基板具有相同折射率的液體，使得樣品、液體和棱鏡形成連續介質。

根據該方法的一些實施方式，使用圖像感測器來感測返回光束。

根據該方法的一些實施方式，與每個返回光束對應的感測資料包括構成由返回光束在圖像感測器上形成的光斑的圖元的測量強度。

根據該方法的一些實施方式，使用自準直儀來生成入射光束並聚 焦返回光束。

根據該方法的一些實施方式，感測返回光束的階段包括：通過目鏡觀看返回光束。返回光束在目鏡的刻度標線上表現為光斑。

根據該方法的一些實施方式，計算平行度偏差的階段包括：計算ε_avg和/或ε_max。ε_avg等於

Σ _i,j > _i ε _ij 。ε_max等於

或

。

是指定第i光斑和第j光斑在圖像感測器上或相對於目鏡的刻度標線的位置的一組二維向量。N是內部小平面的數量。M是不同的內部小平面對的數量(即，M=N．(N-1)/2)。f是被配置成將返回光束聚焦在圖像感測器或目鏡上的聚焦透鏡或聚焦透鏡組件的焦距。

根據該方法的一些實施方式，入射光束分別連續地投射到每個內部小平面上。

根據該方法的一些實施方式，使用可平移的開縫或開孔的光學掩模和/或多個快門來實現連續投影。

根據該方法的一些實施方式，在計算平行度偏差時，計算來自多個內部小平面的成對的內部小平面之間的平行度偏差。

根據該方法的一些實施方式，成對內部小平面包括成對相鄰內部小平面。

根據該方法的一些實施方式，計算成對內部小平面之間的平行度偏差包括：計算成對內部小平面中的每對內部小平面中的內部小平面之間的俯仰偏差{ε _ij,p} _i,j 和/或滾轉偏差{ε _ij,r} _i,j 。索引i和j指代不同的內部小平面對。ε _ij,p和ε _ij,r分別是內部小平面中的第i內部小平面與第j內部小平面之間的俯仰偏差和滾轉偏差。根據一些這樣的實施方式，分別經由ε _ij,p=δ _ij,p/(2n _s)=(x _i -x _j )/(2n _s．f)和ε _ij,r=δ _ij,r/(2n _s )=(y _i -y _j )/(2n _s． _f )來計算ε _ij,p和ε _ij,r。δ _ij,p是由第i內部小平面的反射引起的第i返回光束與由第j內部小平面的反射引起的第j返回光束之間的俯仰偏差。δ _ij,r是第i返回光束與第j返回光束之間的滾轉偏差。

是指定由返回光束引起的光斑在圖像感測器上的位置的一組二維向量。索引k標記光束。N是內部小平面的數量。f是被配置成將返回光束聚焦在圖像感測器上的聚焦透鏡或聚焦透鏡組件的焦距。

根據該方法的一些實施方式，其中樣品是反射波導，樣品的第一表面和樣品的第二表面對應於波導的主表面。根據一些這樣的實施方式，標稱角度μ_nom小於45°。

根據一些實施方式的一方面，提供了一種用於對樣品進行度量的基於光學的系統，該樣品具有折射率為n _s的基板和兩個或更多個內部小平面，這兩個或更多個內部小平面嵌入在基板中並且相對於樣品的外部且平坦的表面以標稱銳角μ_nom標稱地定向。該系統包括透光光學元件和包括光源和光感測部件的光學裝置。光學元件具有約等於n _s的折射率並且包括外部且平坦的第一表面和外部且平坦的第二表面。光學元件的第一表面和光學元件的第二表面彼此相對並且在它們之間限定約等於標稱角度μ_nom的傾斜角度。光學裝置被配置成使得能夠定位樣品和/或光學元件，使得(i)光學元件的第二表面與樣品的表面平行並相鄰，以及(ii)當如此定位時，由光源生成的光束大約垂直於光學元件的第一表面入射到光學元件的第一表面上；光學裝置還被配置成將返回光束聚焦於光感測部件，以使得能夠確定返回光束之間的角度偏差。在入射光束穿過光學元件、透射到樣品中並反射離開內部小平面、再穿過光學元件並經由光學元件的第一表面從光學元件出射(例如，折射出去)之後獲得返回光束。因此，角度偏差指示內部小平面之間的平行度的偏差。

根據系統的一些實施方式，光學元件具有等於n _s的折射率。

根據該系統的一些實施方式，入射光束垂直地投射到光學元件的第一表面。

根據該系統的一些實施方式，光學設備包括準直透鏡或準直透鏡組件，該準直透鏡或準直透鏡元件被配置成對由光源生成的光束進行準直，從而製備入射光束。

根據該系統的一些實施方式，光源是單色光源。

根據該系統的一些實施方式，光源是鐳射光源。

根據該系統的一些實施方式，光學設備包括聚焦透鏡或聚焦透鏡組件，該聚焦透鏡或聚焦透鏡元件被配置成將出射光束聚焦在光感測部件上。根據一些實施方式，例如，其中光學裝置包括自準直儀的實施方式，聚焦透鏡或聚焦透鏡組件是準直透鏡或準直透鏡元件，並且可以被包括在自準直儀中。

根據該系統的一些實施方式，光學元件的第二表面相對於光學元件的第一表面以等於μ_nom+△的角度傾斜。｜△｜大於約0.1°且小於約1°。

根據該系統的一些實施方式，光學元件的第二表面相對於光學元件的第一表面以標稱角度μ_nom傾斜。

根據該系統的一些實施方式，光學元件的第一表面用抗反射塗層塗覆。

根據該系統的一些實施方式，光學裝置包括被配置成用於將樣品進行定向的定向基礎結構。

根據該系統的一些實施方式，定向基礎結構包括俯仰測角儀和滾轉測角儀。

根據該系統的一些實施方式，定向基礎結構還包括傾斜平臺，傾斜平臺以大約等於標稱角度μ_nom的傾斜角度傾斜。傾斜平臺被配置成安裝在測角儀上並在該傾斜平臺上放置樣品。

根據該系統的一些實施方式，樣品的形狀被設置為薄板或長形盒子。

根據該系統的一些實施方式，樣品是一維反射波導或二維反射波導。

根據該系統的一些實施方式，光學裝置還包括自準直儀，該自準直儀包括光源並且可選地包括光感測部件。

根據該系統的一些實施方式，光感測部件包括被配置成感測返回光束的圖像感測器。

根據該系統的一些實施方式，光感測部件是或者包括攝像裝置。

根據該系統的一些實施方式，光感測部件包括目鏡元件，該目鏡部件包括刻度標線。

根據該系統的一些實施方式，光學裝置還包括可平移的開縫或開孔的螢幕和/或多個快門，該螢幕和/或多個快門被配置成使得能夠一次一個地檢查(探測)內部小平面。

根據該系統的一些實施方式，該系統還包括計算模組，該計算模組被配置成基於由圖像感測器獲得的返回光束的感測資料來計算內部小平面之間的平行度偏差。

根據該系統的一些實施方式，與每個返回光束有關的感測資料包括構成由返回光束在圖像感測器上形成的相應光斑的圖元的測量強度。

根據該系統的一些實施方式，計算模組被配置成計算ε_avg和/或ε_max，作為計算內部小平面之間的平行度偏差的一部分。ε_avg等於

Σ _i,j > _i ε _ij 。ε_max等於

或

此處，

。

是指定第i光斑和第j光斑在圖像感測器上的位置的一組二維向量。N是內部小平面的數量。M是不同的內部小平面對的數量(即，M=N．(N-1)/2)。f是被配置成將返回光束聚焦在圖像感測器上的聚焦透鏡或聚焦透鏡組件的焦距。

根據系統的一些實施方式，其中光學裝置還包括可平移的開縫或開孔的光學掩模和/或多個快門，計算模組被配置成計算多個內部小平面中的成對內部小平面之間的平行度偏差。

根據該系統的一些實施方式，成對內部小平面包括成對相鄰內部小平面。

根據該系統的一些實施方式，計算模組被配置成計算成對內部小平面之間的俯仰偏差和/或滾轉偏差，作為計算成對內部小平面之間的平行度偏差的一部分。

根據該系統的一些實施方式，計算成對內部小平面之間的平行度偏差包括：計算成對內部小平面中的每對內部小平面中的內部小平面之間的俯仰偏差{ε _ij,p} _i,j 和/或滾轉偏差{ε _ij,r} _i,j 。索引i和j指代不同的內部小平面對。ε _ij,p和ε _ij,r分別是內部小平面中的第i內部小平面與第j內部小平面之間的俯仰偏差和滾轉偏差。根據一些這樣的實施方式，分別經由ε _ij,p=δ _ij,p/(2n _s)=(x _i -x _j )/(2n _s．f)和ε _ij,r=δ _ij,r/(2n _s)=(y _i -y _j )/(2n _s．f)來計算ε _ij,p和ε _ij,r。δ _ij,p是由第i內部小平面的反射引起的第i返回光束與由第j內部小平面的反射引起的第j返回光束之間的俯仰偏差。δ _ij,r是第i返回光束與第j返回光束之間的滾轉偏差。

是指定由返回光束引起的光斑在圖像感測器上的位置的一組二維向量。索引k標記光束。N是內部小平面的數目。f是被配置成將返回光束聚焦在圖像感測器上的聚焦透鏡或聚焦透鏡組件的焦距。

根據該系統的一些實施方式，其中樣品是反射波導，樣品的第一表面和樣品的第二表面對應於波導的主表面。根據一些這樣的實施方式，標稱角度μ_nom小於45°。

本發明內容的某些實施方式可以包括以上優點中的一些、全部或者不包括以上優點。根據本文所包括的圖式、說明書和請求項，一個或更多個其他技術優點對於本領域技術人員而言可以是非常明顯的。此外，雖然上面列舉了特定的優點，但是各種實施方式可以包括所列舉的優點中的全部、一些或者不包括所列舉的優點。

除非另有限定，否則本文所用的所有技術和科學術語具有與本發明內容所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。在衝突的情況下，以包括限定的專利說明書為主。如本文所用，除非上下文另外清楚地指明，否則不定冠詞“一”和“一個”指“至少一個”或“一個或更多個”。

除非另外特別說明，否則如根據本發明內容明顯的，可以理解，根 據一些實施方式，諸如“處理”、“計算”、“運算”、“確定”、“估計”、“評估”、“計量”等的術語可以指電腦或計算系統或類似電子計算設備的動作和/或處理，其將表示為計算系統寄存器和/或記憶體內的物理(例如，電子)量的資料進行操縱和/或變換成類似地表示為計算系統記憶體、寄存器或其他這樣的資訊存儲、傳輸或顯示裝置內的物理量的其他資料。

本發明內容的實施方式可以包括用於執行本文的操作的設備。這些設備可以為所需目的而專門構造，或者可以包括由存儲在電腦中的電腦程式選擇性地啟動或重新配置的通用電腦。這樣的電腦程式可以存儲在電腦可讀存儲介質中，例如但不限於任何類型的盤，包括軟碟、光碟、光碟唯讀記憶體(Compact Disc Read-Only Memory,CD-ROM)、磁光碟、唯讀記憶體(Read-only Memory，ROM)、隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)、電可程式設計唯讀記憶體(Electrically Programmable Read-only Memory，EPROM)、電可擦除可程式設計唯讀記憶體(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory，EEPROM)、磁卡或光卡、或者適合於存儲電子指令並且能夠耦合至電腦系統匯流排的任何其他類型的介質。

本文中所提出的處理和顯示不是固有地與任何特定的電腦或其他設備相關。各種通用系統可以與根據本文的教導的程式一起使用，或者可以證明構造更專用的設備來執行期望的方法是方便的。從下面的描述中可以看出各種這些系統的期望結構。此外，本發明內容的實施方式不是參考任何特定程式設計語言來描述的。將理解，可以使用各種程式設計語言來實現如本文所述的本發明內容的教導。

本發明內容的各方面可以在諸如程式模組等由電腦執行的電腦可執行指令的一般上下文中描述。通常，程式模組包括常式、程式、物件、部件、資料結構等等，它們執行特定的任務或實現特定的抽象資料類型。所公開的實施方式也可以在分散式運算環境中實踐，其中任務由通過通信網路連結的遠端處理設備執行。在分散式運算環境中，程式模組可以位於包括記憶體存放裝置的本地電腦存儲介質和遠端電腦存儲介質兩者中。

:z軸方向上的單位向量

10:樣品

100、300:系統

102、302、502:光學元件

104、304:光學裝置

105、125a、125b、125c、135、135a、135b、135c、145、305、315a、315b、325b、325c、335a、335b、335c、355a、355b、355c:箭頭

108、308:控制器

112、312:照明與採集組件(ICA)

114、314:保持基礎結構

11a:第一端

11b:第二端

12、132、332:基板

122:光源

124:光感測部件

128:光學設備

13:輸出區域

138、538:載物台元件

14:內部小平面

146、346:計算模組

14a:第一內部小平面

14b:第二內部小平面

14c:第三內部小平面

15:端部

16a、134a、334a:第一表面

16b、134b、334b:第二表面

18:輸出部分

201、221、231、401:光斑

201'、221'、401a:第一光斑

201"、221"、401b:第二光斑

201'''、221'''、401c:第三光斑

224:圖像感測器

244:光敏表面

305:準直光束

352:自準直儀

356:光學掩模

358:狹縫

360:馬達

362:螺桿

464:數字顯示器

572:俯仰測角儀

574:滾轉測角儀

576:傾斜平臺

578a:頂表面

578b:底表面

600:方法

610、620、630、640、650、660、670:階段

710a、710b:實曲線

720a、720b:虛曲線

730a、730b:實豎直條

740a:虛豎直條

740b:虛分隔號

a,b,c:單位向量

B,C:平面

n _s:折射率

v,u:向量

x,y,z:軸

ζ₁:返回角

μ₁:第一實際角度

μ₂:第二實際角度

μ₃:第三實際角度

μ_nom、σ:角度

σ':傾斜角

本文參照圖式描述了本發明內容的一些實施方式。該描述與圖式一起使得如何可以實踐一些實施方式對於本領域普通技術人員而言是明顯的。圖式是為了說明性描述的目的，並且不試圖比基本理解本發明內容所必需的更詳細地示出實施方式的結構細節。為了清楚起見，圖中描繪的一些物件沒有按比例繪製。此外，同一圖中的兩個不同物件可以被繪製成不同的比例。特別地，在同一圖中，一些物件的比例與其他物件相比可能被極大地放大。

在圖式中：

圖1A示意性地描繪了根據一些實施方式的用於度量樣品的內部小平面的基於光學的系統和安裝在該系統上的樣品；

圖1B是根據一些實施方式的圖1A的樣品的一部分的截面圖；

圖1C是根據一些實施方式的圖1A的樣品的端部的立體圖；

圖1D示意性地描繪了根據一些實施方式的在樣品檢查期間的操作中的圖1A的系統；

圖1E是圖1D的一部分的放大圖；

圖2A示意性地描繪了根據一些實施方式的作為樣品檢查的一部分獲得的圖1A的系統的圖像感測器的光敏表面上的光斑(spot)；

圖2B示意性地描繪了根據一些實施方式的作為樣品檢查的一部分獲得的圖1A的系統的圖像感測器的光敏表面上的光斑；

圖3示意性地描繪了用於度量樣品的內部小平面的基於光學的系統，其對應於圖1A的系統的特定實施方式；

圖4示意性地描繪了根據一些實施方式的作為樣品檢查的一部分獲得的與圖3的系統的自準直儀相關聯的數字顯示器上的光斑；

圖5示意性地描繪了與圖1A的系統的特定實施方式對應的用於度量樣品的內部小平面的基於光學的系統的一些部件，以及將使用該系統檢查的樣品；

圖6呈現了根據一些實施方式的用於度量樣品的內部小平面的基於光學的方法的流程圖；以及

圖7A和圖7B呈現了根據所公開的方法和系統的一些實施方式的使用所公開的方法和系統獲得的實驗室結果。

參照所附的說明書和圖式，可以更好地理解本文的教導的原理、用途和實現方式。在細讀了本文呈現的描述和圖式之後，本領域技術人員將能夠在沒有過度努力或實驗的情況下實現本文的教導。在圖式中，相同的圖式標記始終表示相同的部件。

在本發明的說明書和請求項書中，詞語“包括”、“具有”及其形式不限於詞語可以與之相關聯的列表中的成員。

如本文所用，術語“約”可以用於指定數量或參數(例如，元件的長度)的值在給定(所述)值附近(並且包括給定(所述)值)的連續值範圍內。根據一些實施方式，“約”可以將參數的值指定為在給定值的80%與120%之間。例如，表述“元件的長度等於約1m”等同於表述“元件的長度在0.8m與1.2m之間”。根據一些實施方式，“約”可以將參數的值指定為在給定值的90%與110%之間。根據一些實施方式，“約”可以將參數的值指定為在給定值的95%與105%之間。特別地，應當理解，術語“約等於”和“等於約”也涵蓋完全相等。

如本文所用，根據一些實施方式，術語“基本上”和“約”可以是可互換的。

為了便於描述，在一些圖式中，引入了三維笛卡爾坐標系。注意，坐標系相對於所描繪物件的取向可以從一個圖到另一個圖而變化。此外，符號☉可以用於表示指向“頁面外”的軸，而符號

可以用於表示指向“頁面內”的軸。

在圖式中，可選元件和可選階段(在流程圖中)由虛線描繪。

在整個描述中，向量由粗體的小寫直立字母表示(例如，v)。

描述包括呈方程的形式的參數之間的定量關係。因此，為了使描述更清楚，在整個描述中，某些符號專門用於標記特定類型的參數和/或量。向量“u”(包括上標和/或下標的情況)表示指定光斑(例如，在圖像感測器上)的座標的二維向量。希臘字母“ε”(包括上標和/或下標的情況)表示平面之間的角 度或角度的量值。更具體地，希臘字母“ε”用於表示樣品的成對內部小平面之間的平行度偏差或平行度偏差的量值。希臘字母“δ”(包括上標和/或下標的情況)表示兩個向量之間的角度或兩個向量之間的角度的量值。更具體地說，希臘字母“δ”用於表示兩個光束的傳播方向之間的角度偏差。“n _s”表示使用所公開的系統和/或方法檢查的樣品的折射率。“f”表示聚焦透鏡或透鏡組件的焦距，該聚焦透鏡或透鏡元件用於將返回光束聚焦在光感測部件上，該光感測部件被包括在用於檢查樣品的所公開的系統中以及/或者用作用於檢查樣品的所公開的方法的一部分中的。因此，符號u、ε、δ、n _s 和f(以及表示角度的符號“μ”、“σ”和“△”)不應被視為局限於它們在文本中首先被引入的特定實施方式。特別地，在一個實施方式的上下文中對參數ε、δ、n _s 和f(以及參數μ、σ和△)以及u(的分量)的值、值的範圍和/或關於值的約束的指定不一定延續到另一實施方式。

在整個說明書中，三維元件的內部平坦表面(例如三維元件的兩個部分之間的平坦邊界或結合到三維元件中的內部平坦材料層)被稱為“內部小平面”。

如本文所用，當物件通過設計和製造旨在表現性質、但實際上由於製造公差該性質可能實際上未被完美地表現時，物件可以被稱為“標稱地”表現性質(即，由該性質表徵)，例如樣品的平坦表面之間的傾斜角度。

系統

根據一些實施方式的一方面，提供了用於度量樣品中的內部小平面的基於光學的系統。圖1A示意性地描繪了根據一些實施方式的這樣的系統，即基於光學的系統100。基於光學的系統100被配置成用於驗證樣品的內部小平面之間的平行度。更具體地，圖1A呈現了根據一些實施方式的系統100和樣品10的截面側視圖。(應當理解，樣品10不構成系統100的一部分。)

樣品10包括透光的基板12和在基板內部(即嵌入基板)的兩個或更多個內部小平面14。樣品10包括外部第一表面16a(也被稱為“樣品第一表面”)。樣品第一表面16a可以是平坦的。根據一些實施方式，每個內部小平面14可以是嵌入基板12內的薄半反射或反射層。根據一些實施方式，一個或 更多個內部小平面14可以是薄膜或部分反射鏡。根據一些實施方式，一個或更多個內部小平面可以是或包括玻璃層和/或介電塗層。根據一些實施方式，基板12可以是一維或二維反射波導(也被稱為“幾何波導”)，在這種情況下，樣品10可以包括與樣品第一表面16a相對且平行的外部且平坦的第二表面16b(也被稱為“樣品第二表面”)。根據一些實施方式，其中樣品10是反射波導，樣品第一表面16a和樣品第二表面16b可以對應於波導的主表面。根據一些實施方式，基板12可以由玻璃、晶體或透明聚合物製成。

樣品10的輸出部分18對應於基板12的內部小平面14所在的部分(例如，段)(而基板的與輸出部分互補的部分可以沒有任何內部小平面14)。還參照圖1B，圖1B提供了根據一些實施方式的輸出部分18的放大圖。作為非限制性示例，旨在便於描述，在圖1A和圖1B中，內部小平面14被示為包括三個內部小平面：第一內部小平面14a、第二內部小平面14b和第三內部小平面14c。第二內部小平面14b佈置在第一內部小平面14a與第三內部小平面14c之間。技術人員將容易地認識到，三個內部小平面的情況包含任何數量的內部小平面(例如，4、5、10個或更多個)的本質。

還參照圖1C，圖1C提供了根據一些實施方式的樣品10的端部15的立體圖，其包括第二內部小平面14b和第三內部小平面14c。第二內部小平面14b和第三內部小平面14c的標稱取向分別由平面B和平面C(由虛線勾勒)示出。(平面B和平面C各自均平行於xy平面。)

內部小平面14標稱地是平行的。即，根據樣品10的預期設計，內部小平面14是平行的。實際上，由於製造缺陷，內部小平面14通常可能不表現出完美的平行度。根據一些實施方式，每個內部小平面14相對於樣品第一表面16a以標稱角度μ_nom標稱地傾斜。然而，實際上，每個內部小平面14可以以各自的實際角度定向，該實際角度與標稱角度μ_nom略有不同。第一內部小平面14a、第二內部小平面14b和第三內部小平面14c分別相對於樣品第一表面16a以第一實際角度μ1第二實際角度μ2和第三實際角度μ3定向。應當注意，由於製造缺陷，實際角度μi(i=1,2,3)可能彼此和/或與標稱角度μ_nom不僅在量值上不同，而且在相應對向平面方面也不同。例如，如果標稱角度對著平行於 zx平面的第一平面，則μ1可以對著相對於第一平面傾斜的第二平面。類似地，μ₂可以對著相對於第一平面和/或第二平面傾斜的第三平面。換句話說，分別由垂直於第一內部小平面14a、第二內部小平面14b和第三內部小平面14c的a、b和c單位向量表示，最一般地，a≠b、b≠c並且c≠a，其中假設在沒有製造缺陷的情況下，a=b=c=

。此處，

表示z軸方向上的單位向量。

如本文所用，“內部小平面的俯仰”是指內部小平面相對於其標稱取向繞y軸旋轉的角度。“內部小平面的滾轉”是指內部小平面相對於其標稱取向繞x軸旋轉的角度。

在平面B上指示的b _x 和b _y 分別是：b的x分量和y分量。第二內部小平面14b被示出為相對於平面B在俯仰和滾轉兩者上傾斜，如分別由b _x 和b _y 表示，每一者都是非零的。在平面C上指示的c _x 和c _y 分別是：c的x和y分量。第三內部小平面14c被示為相對於平面C在俯仰和滾轉兩者上傾斜，如分別由c _x 和c _y 表示，每一者都是非零的。此外，第二內部小平面14b和第三內部小平面14c被示出為在俯仰和滾轉兩者上彼此不同(即在，圖1C中，c _x >b _x 和c _y >b _y )。

樣品第一表面16a和樣品第二表面16b中的每一個從樣品10的第一端11a延伸到第二端11b。輸出部分18在樣品第一表面16a上限定輸出區域13。根據一些實施方式，樣品10可以被配置成使得沿第二端11b的方向傳播的光在被內部小平面14反射之後將通過輸出區域13從樣品10出射。

根據一些實施方式，系統100包括透光的光學元件102和光學裝置104。系統100還可以包括控制器108，該控制器108在功能上與光學裝置104相關聯並且被配置成控制光學裝置104的操作。根據一些實施方式，並且如圖1A所描繪的，光學裝置104包括照明與採集組件(Illumination and Collection Assembly，ICA)112和用於在其上安裝樣品10的保持基礎結構114。根據一些實施方式，並且如下面詳細描述的，保持基礎結構114可以包括或構成被配置成允許可控地設置樣品10的取向的定向基礎結構。ICA 112包括光源122(或多個光源)和光感測部件124。根據一些實施方式，光感測部件124可以包括圖像感測器。根據一些實施方式，圖像感測器可以是電荷耦合器件 (Charge-coupled Device,CCD)感測器或互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)感測器。根據一些實施方式，光感測部件124可以是攝像裝置。替選地，根據一些實施方式，光感測部件124可以是或包括目鏡元件，該目鏡元件被配置成用於視覺確定(即，通過眼睛)聚焦到目鏡元件上的光線之間的偏差。根據一些實施方式，ICA 112還可以包括光學設備128，該光學設備128的功能在下文描述。

光學元件102包括基板132，該基板132構成光學元件102的主體並且由具有與基板12大約相同的折射率(例如，在折射率的值的±0.02以內)的材料製成。光學元件102還包括外部第一表面134a(例如，基板132的在外部的第一表面；也被稱為“光學元件第一表面”)和外部第二表面134b(例如，基板132的在外部的第二表面；也稱為“光學元件第二表面”)。根據一些實施方式，並且如圖1A中所描繪的，光學元件第一表面134a和光學元件第二表面134b是平坦的。根據一些實施方式，光學元件102是棱鏡。根據一些這樣的實施方式，棱鏡可以是三棱鏡。

如圖1C和圖1D所示的，並且如下面詳細描述的，光學元件102被配置成使得充分居中於光學元件第一表面134a上並且以足夠接近0°的入射角入射在光學元件第一表面134a上的光(中的至少一些)經由(即，通過)光學元件第二表面134b從光學元件102出射。更具體地，光學元件102被配置成使得垂直地入射在光學元件第一表面134a上並由此透射到光學元件102中的光(中的至少一些)將行進通過光學元件102並以約等於標稱傾斜角μ_nom的入射角照射在光學元件第二表面134b上。

根據一些實施方式，光學元件第二表面134b可以相對於光學元件第一表面134a以標稱傾斜角μ_nom傾斜(即，σ=μ_nom)。替選地，根據一些實施方式，並且如下面詳細描述的，σ=μ_nom+△，其中，0.3°

｜△｜

0.5°，0.2°

｜△｜

0.7°，或甚至0.1°

｜△｜

1°。每種可能性對應於單獨的實施方式。

ICA 112被配置成輸出準直光束(如圖1C和圖1D所示)，該準直光束由光源122產生，並且可選地由光學設備128(在包括光學設備128的實施方式中)操縱(例如，準直)。根據一些實施方式，光學設備128可以包括準 直透鏡或準直透鏡元件(未示出)。光學元件102和ICA 112(更精確地，ICA 112的照明部件)的相對取向可以被設置成使得由ICA 112輸出的光束垂直(或至少基本上垂直)於光學元件第一表面134a照射在光學元件第一表面134a上。根據一些實施方式，光源122可以被配置成產生單色光束(並且由ICA 112輸出的光束是單色的)。根據一些實施方式，光源122可以是鐳射源(並且由ICA 112輸出的光束是雷射光束)。根據其中光源122是鐳射源的一些實施方式，ICA 112可以被配置成輸出被準直的擴展雷射光束。根據一些這樣的實施方式，光學設備128可以包括被配置成增大雷射光束的直徑的擴束器(未示出)。根據一些實施方式，例如當樣品10是一維反射波導時，擴展雷射光束的直徑(例如，當擴展雷射光束的截面限定橢圓時的最長直徑)可以約等於輸出區域13的縱向尺寸。根據一些實施方式，例如當樣品10是二維反射波導時，擴展雷射光束的截面面積可以具有約等於輸出區域13的截面面積的大小。

根據一些實施方式，光源122、光感測部件124和至少一些光學設備128可以包括自準直儀或包括自準直儀的部件。根據一些實施方式，自準直儀是數字自準直儀或電子自準直儀。根據一些實施方式，自準直儀是鐳射自準直儀。根據一些實施方式，自準直儀是視覺自準直儀。根據一些實施方式，光源122和至少一些光學設備128可以構成自準直儀或構成自準直儀的部件，其附接至由光感測部件124構成的攝像裝置。

根據一些實施方式，光學設備128還可以包括可平移的開縫或開孔的光學掩模(未示出；例如圖2的可平移光學掩模)，這樣的光學掩模被配置成控制光束(例如，雷射光束)在光學元件第一表面134a上的入射(即，照射、衝擊)位置，由此允許單獨地檢查每個內部小平面14。替選地，根據一些實施方式，光學設備128還可以包括多個快門，這樣的多個快門被配置成允許單獨檢查每個內部小平面14。

根據一些實施方式，保持基礎結構114可以被配置成允許可控地設置樣品10與光學元件102之間的取向。特別地，保持基礎結構114可以被配置成允許對樣品10和/或光學元件102進行定向，使得樣品第一表面16a與(光學元件102的)光學元件第二表面134b相鄰且平行。根據一些實施方式，保持 基礎結構114還可以被配置成對樣品10進行定向，使得由ICA 112輸出的入射光束將正交地照射在光學元件第一表面134a上。作為非限制性示例，根據一些實施方式，保持基礎結構114可以包括呈可定向載物台元件138(例如，雙軸載物台)形式的定向基礎結構。

載物台元件138被配置成允許在其上安裝樣品，例如樣品10，並調整樣品的俯仰角和/或滾轉角(例如，相對於ICA 112)。根據一些實施方式，載物台元件138可以被配置成允許在六個自由度的每一個中操縱安裝在其上的樣品。根據一些實施方式，載物台元件138可以包括兩個測角儀(例如，圖5中描繪的測角儀；圖1A中未示出)：一個佈置在另一個的頂部上的俯仰測角儀和滾轉測角儀。根據一些這樣的實施方式，載物台元件138可以包括傾斜平臺(例如，圖5中描繪的傾斜平臺；圖1A中未示出)，該傾斜平臺被配置成(i)定位在兩個測角儀之一的頂部上以及(ii)在其上放置樣品10。平臺的傾斜角可以等於或約等於標稱角度μ_nom。在一些這樣的實施方式中，光學元件102可以定位在樣品10上並由其支承。替選地，根據一些實施方式，保持基礎結構114可以包括被配置成保持和可控地定向光學元件102的可定向的保持齒輪(未示出)。根據一些實施方式，保持基礎結構114可以在功能上與控制器108相關聯，並且被配置成由該控制器108控制。

還參照圖1D和圖1E，圖1D呈現了根據一些實施方式的系統100和樣品10的截面側視圖，其中樣品10經受系統100的檢查。圖1E提供了由虛線L描繪的圖1D的一部分的放大視圖。在操作中，根據一些實施方式，將由箭頭105指示的擴展入射光束投射在光學元件第一表面134a上(不是所有擴展入射光束都被編號)。入射光束經準直。在入射光束為多色的實施方式中，入射光束垂直地投射到光學元件第一表面134a，而在入射光束為單色的實施方式中，入射光束可以垂直地投射到光學元件第一表面134a或至少與光學元件第一表面134a大約垂直地(例如，與垂直入射相差1°、1.5°或甚至2°以內)投射到光學元件第一表面134a。

入射光束(或其至少一部分)經由(即，通過)光學元件第一表面134a透射到光學元件102中，從而獲得透射光束。透射光束由箭頭115指示(並 非所有透射光束都被編號)。透射光束行進穿越光學元件102，經由光學元件第二表面134b和樣品第一表面16a穿越(即，透射)到樣品10中，並且從樣品第一表面16a朝向內部小平面14傳播。透射光束被反射離開內部小平面14朝向樣品第一表面16a返回。

更具體地，由於內部小平面14在其各自的取向上可能彼此略有不同，因此透射光束可以分別以略有不同的角度反射離開每個內部小平面14。因此，可以獲得多個反射光束，其在各自的傳播方向上略有不同。第一反射光束──對應於透射光束的從第一內部小平面14a反射離開的部分──由箭頭125a指示。第二反射光束──對應於透射光束的從第二內部小平面14b反射離開的部分──由箭頭125b指示。第三反射光束──對應於透射光束的從第三內部小平面14c反射離開的部分──由箭頭125c指示。

反射光束經由樣品第一表面16a從樣品10出射並且經由光學元件第二表面134b進入光學元件102。反射光束從光學元件第二表面134b行進到光學元件第一表面134a並從光學元件102出射，從而獲得多個返回光束：由第一透射光束從光學元件102折射出去而產生的第一返回光束由箭頭135a指示。由第二透射光束從光學元件102折射出去而產生的第二返回光束由箭頭135b指示。由第三透射光束從光學元件102折射出去而產生的第三返回光束由箭頭135c指示。第i(i=1,2,3)返回光束的傳播方向相對於由正z軸限定的方向傾斜了返回角ζ _i 。例如，第一返回光束的傳播方向(由箭頭135a指示)相對於第一內部小平面14a的法線傾斜了返回角ζ₁。返回光束朝向ICA 112傳播並由光學設備128聚焦在光感測部件124上。

光感測部件124被配置成允許從其感測資料獲得聚焦在該光感測部件上的成對返回光束之間的角度偏差。例如，如以下圖2A和圖2B的描述中所描述的，根據角度偏差，可以推斷出內部小平面14之間的平行度的偏差或至少是平行度的偏差的量值。

根據其中σ=μ_nom的一些實施方式，光學元件第一表面134a可以用抗反射塗層塗覆，使得入射光束的至多可忽略的部分反射離開光學元件第一表面134a。

根據其中σ=μnom+△的一些實施方式，例如在0.3°

｜△｜

0.5°或甚至0.1°

｜△｜

1°並且光學元件第一表面134a未用抗反射塗層塗覆的情況下，入射光束的一部分被光學元件第一表面134a反射，如箭頭145所指示的。箭頭145被繪製成虛線以強調僅在一些實施方式中存在反射部分(即，入射光束的反射離開光學元件第一表面134a的部分)，並且特別是在光學元件第一表面134a用抗反射塗層塗覆的實施方式中不存在(或至少可忽略)。可以選擇△的值以確保返回光束(由箭頭135a、135b和135c指示)與反射部分(由箭頭145指示)是可區分的。因此，如圖2B中所描繪的和下面詳述的，在其中光感測部件124是圖像感測器的實施方式中，由返回光束形成的光斑通常會結成簇(即，集中)，而由入射光束的反射部分形成的光斑會明顯地落在簇之外。

根據一些實施方式，並且如圖1A、圖1D和圖1E中所描繪的，光學元件102可以定位在樣品10上(並且可選地由樣品10支承)，使得光學元件第二表面134b接觸樣品第一表面16a的全部，或接觸至少輸出區域13的全部。在這樣的實施方式中，透射光束直接從光學元件102進入樣品10，而反射光束直接從樣品10進入光學元件102。

根據一些實施方式，光學元件第二表面134b不接觸樣品第一表面16a。當透射光束經由光學元件第二表面134b從光學元件102出射時，光學元件102與樣品10之間的空間(除非如下所述的那樣被填充和/或入射光束是足夠單色的)可能導致色散。在光學元件第二表面134b與樣品第一表面16a平行且充分拋光(並且光學元件102的折射率等於基板12的折射率)的實施方式中，不同頻率的光束將在進入樣品10時重新對準。否則，為了避免或至少減輕色散，根據一些實施方式，光源122可以被配置成產生單色光束(例如，雷射光束)。

附加地或替選地，根據一些實施方式，圖中未描繪，為了避免或減輕色散，可以在樣品10與光學元件102之間插入折射率匹配的形狀順應介面(未示出)(以被限制在樣品第一表面16a與光學元件第二表面134b之間)。形狀順應介面可以具有與基板12(和光學元件102)大約相同(例如在±0.02以內)的折射率。形狀順應介面可以是由表面張力和/或粘合性質表徵的糊劑、液 體或凝膠，以便在被限制在狹窄空間中時保持其完整性和佈置。根據一些實施方式，形狀順應介面可以是可延展材料。因此，傳播通過光學元件102、形狀順應介面和樣品10的光束在從光學元件102進入形狀順應介面和從形狀順應介面進入樣品10時將基本保持其傳播方向。

再次參照圖1B和圖1C，可以理解，在不使用諸如光學元件102的“仲介”(折射率匹配)光學元件的情況下直接檢查內部小平面14的嘗試可能需要以足夠大的入射角將入射光束投射在樣品第一表面16a上(即，投射在不存在光學元件102時將形成的空氣-樣品介面處)，以確保反射離開一個內部小平面14(例如，第二內部小平面14b)的光(或光的至少大部分)在不反射離開其之上的另一個內部小平面(例如，第一內部小平面14a)的情況下經由樣品第一表面16a重新出現。反過來，大的入射角可能會導致弱信號(也由於色散)和低信噪比。

所公開的系統和方法通過使用折射率匹配光學元件(例如，入射光束被投射在其上的光學元件102)控制入射角(例如，將入射角設置為等於零或接近零)來有利地解決該問題。可以選擇光學元件的傾斜角，使得透射光束將接近正交地照射在內部小平面上，從而確保基本上所有的照射光都將在不從任何其他內部小平面反射離開的情況下透射出樣品。

還參照圖2A，圖2A示意性地描繪了根據系統100的一些實施方式的圖像感測器224的光敏表面244上的光斑201，其中(i)σ=μ_nom，(ii)光學元件第一表面134a用抗反射塗層塗覆，以及(iii)ICA 112包括包含圖像感測器的自準直儀(例如，數位或電子準直儀)。自準直儀包括圖像感測器224，該圖像感測器224對應於光感測部件124的特定實施方式。根據一些實施方式，光斑201包括：第一光斑201'、第二光斑201"和第三光斑201'''。光斑201由返回光束形成(在圖1D和圖1E中由箭頭135指示)。根據一些實施方式，可能無法將光斑歸因於特定返回光束。(除非單獨檢查每個內部小平面，例如，如下面在圖3和圖4的描述中所描述的，或者，可選地，如果唯一表徵每個內部小平面的附加資訊是可用的，例如，如果內部小平面在其反射率方面通過設計而彼此不同)。特別地，應當理解，可以由第一返回光束(因反射離開第一內部小 平面14a引起)、第二返回光束(因反射離開第二內部小平面14b引起)或第三返回光束(因反射離開第三內部小平面14c引起)形成第一光斑201'。類似地，第二光斑201"可以由任何一個返回光束(但與形成第一光斑201'的返回光束不同的返回光束)形成，並且第三光斑201'''可以由任何一個返回光束(但是與形成第一光斑201'和形成第二光斑201"的返回光束中的每個返回光束不同的返回光束)形成。然而，如下面通過示例的方式描述的那樣，可以根據光斑201的座標提取諸如平行度偏差平均量值(也被稱為平均“徑向偏差”)和平行度偏差最大量值(也被稱為最大“徑向偏差”)等的資訊。

如本文中所用的，內部小平面之間的“平行度徑向偏差”通常是指平行度偏差的量化偏差，其考慮了俯仰和滾轉兩者的偏差。

二維向量u _α=(u _α,x ,u _α,y )，u _β=(u _β,x ,u _β,y )和u _γ=(u _γ,x ,u _γ,y )分別指定第一光斑201'、第二光斑201"和第三光斑201'''的(經測量)座標。更精確地，由於每個光斑201在空間上延伸(即，不是一維的)，向量u _α、u _β和u _γ可以分別指定第一光斑201'、第二點201"和第三點201'''的中心點。根據一些實施方式，可以通過對構成光斑的由圖元的感測(即，經測量)強度加權的每個圖元的座標求平均來計算中心點。

向量p _α對應於產生第一光斑201'的返回光束的傳播方向。向量p _β對應於產生第二光斑201"的返回光束的傳播方向。向量p _γ對應於產生第三光斑201'''的返回光束的傳播方向。角度偏差δ_γβ對應於p _γ與p _β之間對向的角度的量值。角度偏差δ_αγ對應於p _α與p''' 之間對向的角度的量值。角度偏差δ_βα對應於p _β與p _α之間對向的角度的量值。角度偏差δ_γβ、δ_αγ和δ_βα可以根據向量u _α、u _β和u _γ推斷出。繼而，根據角度偏差，可以推斷出內部小平面之間的平行度偏差(的量值)。

假設圖2A中描繪的坐標系經過原點的可能平移與圖1D中描繪的坐標系一致。根據一些實施方式，其中使用焦距為f的聚焦透鏡(未示出；例如自準直儀的聚焦透鏡)將返回光束聚焦在圖像感測器(例如，自準直儀的圖像感測器)上，可以使用關係式

、

和

來計算返回光束之間的角度偏差的量值。

單位向量q _α對應於產生第一光斑201'的光束被反射離開的內部小平面的法線。單位向量q _β對應於產生第二光斑201"的光束被反射離開的內部小平面的法線。單位向量q _γ對應於產生第三光斑201'''的光束被反射離開的內部小平面的法線。偏差ε_γβ對應於q _γ與q _β之間對向的角度的量值。偏差ε_αγ對應於q _α與q _γ之間對向的角度的量值。偏差ε_βα對應於q _β與q _α之間對向的角度的量值。如對本領域技術人員而言將是明顯的(根據斯涅爾定律)，n _s．sin(2ε_α)=sin(δ_α)，n _s．sin(2ε_β)=sin(δ_β)，並且n _s．sin(2ε_γ)=sin(δ_γ)。

運算式max{ε_γβ,ε_αγ,ε_βα}可以用於量化平行度的最大徑向偏差。運算式(ε_γβ+ε_αγ+ε_βα)/3可以用於量化內部小平面之間的平行度的平均徑向偏差。由於沒有光斑201將通常單獨地可歸因於從特定內部小平面的反射，因此上述運算式與角度偏差的符號無關。

類似地(通過所描繪的坐標系的選擇)，內部小平面之間的俯仰偏差的量值ε_γβ,p、ε_αγ,p、ε_βα,p可以分別根據關係式tan(δ_γβ,p)=｜u _β,x -u _γ,x ｜/f ₁和n _s．sin(2ε_γβ,p)=sin(δ_γβ,p)、tan(δ_αγ,p)=｜u _γ,x -u _α,x ｜/f ₁和n _s．sin(2ε_αγ,p)=sin(δ_αγ,p)以及tan(δ_βα,p)=｜u _α,x -u _β,x ｜/f ₁和n _s．sin(2ε_βα,p)=sin(δ_βα,p)來計算。內部小平之間的滾轉偏差的量值ε_γβ,r、ε_αγ,r、ε_βα,r可以分別通過關係式tan(δ_γβ,r)=｜u _β,y -u _γ,y ｜/f ₁和n _s．sin(2ε_γβ,r)=sin(δ_γβ,r)、tan(δ_αγ,r)=｜u _γ,y -u _α,y ｜/f ₁和n _s．sin(2ε_αγ,r)=sin(δ_αγ,r)以及tan(δ_βα,r)=｜u _α,y -u _β,y ｜/f ₁和n _s．sin(2ε_βα,r)=sin(δ_βα,r)來計算。δ_γβ,p和δ_γβ,r分別對應於p _γ與p _β之間的俯仰和滾轉的量值。δ_αγ,p和δ_αγ,r分別對應於p _α與p _γ之間的俯仰和滾轉的量值。δ_βα,p和δ_βα,r分別對應於p _β與p _α之間的俯仰和滾轉的量值。運算式max{ε_γβ,p,ε_αγ,p,ε_βα,p}和max{ε_γβ,r,ε_αγ,r,ε_βα,r}可以分別用於量化內部小平面14之間的俯仰和滾轉的最大偏差(偏差量值)。運算式(ε_γβ,p+ε_αγ,p+ε_βα,p)/3和(ε_γβ,r+ε_αγ,r+ε_βα,r)/3可以分別用於量化內部小平面14之間的俯仰和滾轉的平均偏差(偏差量值)。

替選地，根據一些實施方式，可以使用關係式

和n _s．sin(2ε_max)=sin(δ_max)來量化內部小平面14之間的最大平行度偏差ε_max。

根據一些實施方式，其中，平行度的偏差足夠小，可以採用小角度近似。在小角度近似(當以弧度計算時)情況下，

、

和

。類似地，ε_γβ,p=｜u _β,x -u _γ,x ｜/(2n _s．f ₁)，ε_αγ,p=｜u _γ,x-u _α,x ｜/(2n _s．f ₁)和ε_βα,p=｜u _α,x -u _β,x ｜/(2n _s．f ₁)和ε_γβ,r=｜u _β,y -u _γ,y ｜/(2n _s．f ₁)、ε_αγ,r=｜u _γ,y -u _α,y ｜/(2n _s．f ₁)，以及ε_βα,r=｜u _α,y -u _β,y ｜/(2n _s．f ₁)。

還參照圖2B，圖2B示意性地描繪了根據系統100的一些實施方式的光敏表面244上的光斑221和光斑231，其中σ=μ_nom+△並且光學元件第一表面134a未用抗反射塗層塗覆(並且ICA 112包括包含圖像感測器的自準直儀)。光斑231由入射光束中的反射離開光學元件第一表面134a的部分(在圖1C和圖1D中由箭頭145指示)形成。

光斑221包括第一光斑221'、第二光斑221"和第三光斑221'''。二維向量u '=(u' _x ,u' _y )，u "=(u" _x ,u" _y )和u '''=(u''' _x ,u''' _y )分別指定第一光斑221'、第二光斑221"和第三光斑221'''的座標(例如，中心點)。二維向量v=(v _x ,v _y )指定光斑231的座標。第一光斑221'是光斑221中最接近光斑231的光斑。d表示第一光斑221'與光斑231之間的距離(即，

。根據一些實施方式，選擇光學元件傾斜角σ(或更精確地說是△的量值)以確保d將遠大於∥u'-v∥、∥u"-v∥和∥u'''-v∥中的每一個，從而確保對光斑231的識別(即，將光斑231歸因於入射光束中的反射離開光學元件第一表面134a的部分)。

計算模組146可以包括一個或更多個處理器以及易失性和/或非易失性記憶體部件。一個或更多個處理器可以被配置成基於來自光感測部件124的原始或處理後的感測資料(即，測量資料)來計算平行度的總體(例如，最大或平均)偏差，和/或一對或更多對內部小平面之間的平行度的偏差。原始感 測資料可以包括構成由聚焦在光感測部件124上的返回光束形成的光斑的圖元的強度。光感測部件124的處理後的感測資料可以包括(成對的)返回光束之間的角度偏差或由返回光束形成的光斑的中心點(例如，向量u _α、u _β和u _γ或向量u' 、u" 和u''' 的座標)。根據一些這樣的實施方式，計算模組146可以被配置成處理光感測部件124的原始感測資料以從中獲得(成對的)返回光束之間的角度偏差。

根據一些實施方式，一個或更多個處理器可以包括圖形處理單元(Graphics Processing Unit，GPU)，該圖形處理單元被配置成執行圖像識別軟體以識別光斑201。根據其中光學元件第一表面134a未用反射塗層塗覆的一些實施方式，圖像識別軟體還可以被配置成區分光斑231與光斑221。根據一些實施方式，一個或更多個處理器可以附加地被配置成向每個光斑分配座標(即，計算每個光斑的中心點)。

根據一些實施方式，並且如圖中所描繪的，計算模組146可以與控制器108通信地相關聯，並且光感測部件124的感測資料(即，測量資料)可以經由控制器108中繼至計算模組146。替選地，根據一些實施方式，光感測部件124可以被配置成將感測資料直接發送至計算模組146。根據一些實施方式，計算模組146可以被包括在系統100中。

圖3示意性地描繪了根據一些實施方式的用於驗證樣品的內部小平面之間的平行度的這樣的系統，即基於光學的系統300。更具體地，圖3呈現了根據一些實施方式的系統300和樣品10的截面側視圖。(應當理解，樣品10不構成系統300的一部分。)系統300對應於系統100的特定實施方式。

系統300包括透光光學元件302、光學裝置304和可選的控制器308，它們分別對應於光學元件102、光學裝置104和控制器108的特定實施方式。光學元件302包括基板332、光學元件第一表面334a和光學元件第二表面334b，它們分別對應於基板132、光學元件第一表面134a和光學元件第二表面134b的特定實施方式。

光學裝置304包括ICA 312和可定向的保持基礎結構314，它們分 別對應於ICA 112和保持基礎結構114的特定實施方式。ICA 312包括自準直儀352，該自準直儀352包括圖像感測器(未示出)。根據一些實施方式，自準直儀352是數字自準直儀或電子自準直儀。根據一些實施方式，自準直儀352是鐳射自準直儀。根據一些實施方式，ICA 312還可以包括光學掩模356，該光學掩模356包括狹縫(細長孔)358。根據一些實施方式，光學掩模356可以是可平移的，以允許將狹縫358可控地定位在任何內部小平面14之上，由此允許一次一個地檢查每個內部小平面14。根據一些這樣的實施方式，光學裝置304還可以包括馬達360，該馬達360可以與光學掩模356機械地相關聯，以允許平移光學掩模356。根據一些實施方式，馬達360可以是線性步進馬達，其可以經由螺桿362機械地聯接至光學掩模356。

還指示了計算模組346，該計算模組346對應於計算模組146的特定實施方式。根據一些實施方式，計算模組346可以被包括在系統300中。

根據圖3中未描繪的一些替選實施方式，代替光學掩模356(和馬達360)，ICA 312可以包括快門元件，其包括多個單獨可打開和可閉合的快門。每個快門可以定位在相應的內部小平面之上，從而允許一次一個地檢查每個內部小平面14。

在操作中，根據一些實施方式，光學掩模356可以橫向平移，以將狹縫358一個接一個地定位在每個內部小平面14之上。由箭頭305指示的準直光束沿與光學元件第一表面334a正交的方向投射在光學掩模356上。當狹縫358定位在第一內部小平面14a之上時，準直光束的(第一)入射部分穿過狹縫358，垂直地照射在光學元件第一表面334a上，並且通過光學元件第一表面334a透射到光學元件302中，從而獲得透射光光束。第一入射部分由箭頭355a指示，並且透射光束由箭頭315a指示。透射光束行進穿越光學元件302，經由光學元件第二表面334b和樣品第一表面16a橫越(即，透射)到樣品10中，並且從樣品第一表面16a朝向第一內部小平面14a傳播。透射光束反射離開第一內部小平面14a朝向樣品第一表面16a返回。

第一反射光束──對應於透射光束中的從第一內部小平面14a反射離開的部分──由箭頭325a指示。第一反射光束經由樣品第一表面16a從樣 品10出射並且經由光學元件第二表面334b透射到光學元件302中。第一反射光束從光學元件第二表面334b行進到光學元件第一表面334a並從光學元件302出射(例如，折射出去)，從而獲得第一返回光束。第一返回光束由箭頭335a指示。第一返回光束在穿過狹縫358之後行進到自準直儀352，並且被自準直儀352的圖像感測器感測到。

第二入射部分、第二透射光束、第二反射光束和第二返回光束的軌跡分別由虛線箭頭355b、315b、325b和335b指示。當光學掩模356被平移成使得狹縫358定位在第二內部小平面14b上方時，將實現該軌跡。箭頭355b、315b、325b和335b由虛線呈現以指示當狹縫358定位在第一內部小平面14a上方時未實現該軌跡(即，當狹縫358定位在第一內部小平面14a上方時不存在對應的光束)。第三入射部分、第三透射光束、第三反射光束和第三返回光束的軌跡分別由虛線箭頭355c、315c、325c和335c指示。當光學掩模356被平移成使得狹縫358定位在第三內部小平面14c上方時，將實現該軌跡。箭頭355c、315c、325c和335c由虛線呈現以指示當狹縫358定位在第一內部小平面14a上方時未實現該軌跡(即，當狹縫358定位在第一內部小平面14a上方時不存在對應的光束)。

根據一些實施方式，可以連續地平移光學掩模356。當將沿內部小平面掃描透射光時，在自準直儀352的圖像感測器上形成的相應光斑基本上保持固定(除非內部小平面被彎折、彎曲和/或以其他方式變形)。當透射光束轉移到相鄰的內部小平面時，在圖像感測器上形成新的光斑(當兩個內部小平面充分未對準時)。一旦轉移完成，則僅新光斑保留在圖像感測器上。

根據一些替選實施方式，光學掩模356可以在多個位置中的不同位置之間移動。在這些位置中的每個位置，狹縫358定位在相應的一個內部小平面14上方。可選地，根據一些實施方式，僅當光學掩模356處於(不同)位置之一時才投射準直光束305。

還參照圖4，圖4示意性地描繪了根據系統100的一些實施方式的與自準直儀352相關聯的數字顯示器464上的光斑401，其中，σ=μ_nom並且光學元件第一表面334a用抗反射塗層塗覆。根據一些實施方式，光斑401包括第 一光斑401a、第二光斑401b和第三光斑401c。由於一次一個地檢查內部小平面14，因此知曉返回光束中的哪個返回光束產生了光斑401中的每一個。因此，可以計算每對內部小平面14之間的平行度偏差，如下面說明的。第一光斑401a由第一返回光束形成(在圖3中由箭頭335a指示)。第二光斑401b由第二返回光束形成(在圖3中由箭頭335b指示)。第三光斑401c由第三返回光束形成(在圖3中由箭頭335c指示)。

二維向量u ₁=(u _1,x, u _1,y )、u ₂=(u _2,x, u _2,y )和u ₃=(u _3,x, u _3,y )分別指定第一光斑401a、第二光斑401b和第三光斑401c的座標(例如，中心點)。可以根據u ₁、u ₂和u ₃計算每對內部小平面14之間的俯仰以及滾轉的偏差。

根據其中使用焦距為f ₂的聚焦透鏡(未示出；例如，自準直儀的聚焦透鏡)將返回光束聚焦在圖像感測器(例如，自準直儀的圖像感測器)上的一些實施方式，通過適當選擇坐標系，可以分別經由tan(δ_21,p)=(u _2,x -u _1,x )/f ₂和tan(δ_21,r)=(u _2,y -u _1,y )/f ₂來計算第二返回光束相對於第一返回光束的俯仰偏差δ_21,p和滾轉偏差δ_21,r。類似地，可以分別經由tan(δ_31,p)=(u _3,x -u _1,x )/f ₂和tan(δ_31,r)=(u _3,y -u _1,y )/f ₂來計算第三返回光束相對於第一返回光束的俯仰偏差δ_31,p和滾轉偏差δ_31,r，並且可以分別經由tan(δ_32,p)=(u _3,x -u _2,x )/f ₂和tan(δ_32,r)=(u _3,y -u _2,y )/f ₂來計算第三返回光束相對於第二返回光束的俯仰偏差δ_32,p和滾轉偏差δ_32,r。因此，可以分別使用關係式n _s．sin(2ε_21,p)=sin(δ_21,p)和n _s．sin(2ε_21,r)=sin(δ_21,r)來計算第二內部小平面14b相對於第一內部小平面14a的俯仰偏差ε_21,p和滾轉偏差ε_21,r。分別使用n _s．sin(2ε_31,p)=sin(δ_31,p)和n _s．sin(2ε_31,r)=sin(δ_31,r)來計算第三內部小平面14c相對於第一內部小平面14a的俯仰偏差ε_31,p和滾轉偏差ε_31,r。可以分別使用n _s．sin(2ε_32,p)=sin(δ_32,p)和n _s．sin(2ε_32,r)=sin(δ_32,r)來計算第三內部小平面14c相對於第二內部小平面14b的俯仰偏差ε_32,p和滾轉偏差ε_32,r。

可以分別使用關係式

和n _s．sin(2ε₂₁₎ =sin(δ₂₁)、

和n _s．sin(2ε₃₁)=sin(δ₃₁)以及

且n _s．sin(2ε₃₂)=sin(δ₃₂)來計算第二內部小平面14b相對於第一內部小平面14a、第三內部小平面14c相對於第一內部小平面 14a以及第三內部小平面14c相對於第二內部小平面14b的平行度偏差(即，徑向偏差)的量值。

根據一些實施方式，其中，平行度偏差足夠小，可以採用小角度近似。如對技術人員而言明顯的，在小角度近似下(當以弧度計算時)，ε_21,p=(u _2,x -u _1,x )/(2n _s．f ₂)且ε_21,r=(u _2,y -u _1,y )/(2n _s．f ₂)，ε_31,p=(u _3,x -u _1,x )/(2n _s．f ₂)且ε_31,r=(u _3,y -u _1,y )/(2n _s．f ₂)以及ε_32,p=(u _3,x -u _2,x )/(2n _s．f ₂)且ε_32,r=(u _3,y -u _2,y )/(2n _s．f ₂)。

根據一些實施方式，計算模組346可以被配置成計算檢查樣品中的一些或所有各對內部小平面之間的平行度偏差。根據一些實施方式(特別是內部小平面的數量很大的實施方式)，計算模組346可以被配置成計算檢查樣品中的所有各對相鄰內部小平面之間的平行度偏差。根據一些這樣的實施方式，計算模組346可以被配置成計算內部小平面之一(例如，最側面的內部小平面)與所有其他內部小平面中的每個內部小平面之間的平行度偏差。根據一些實施方式，計算模組346還可以被配置成附加地計算所計算的平行度偏差的不確定度。

根據圖中未描繪的一些替選實施方式，代替光學裝置304，系統300可以包括干涉測量裝置，並且可以從由返回光束形成的干涉圖案中提取資訊，該資訊包括成對內部小平面14之間的平行度徑向偏差。根據一些這樣的實施方式，干涉測量裝置可以包括分束器陣列和相關聯的可控打開和閉合的光阻擋濾光器陣列，其被配置成允許一次一個地檢查成對內部小平面。更具體地，分束器和光阻擋濾光器陣列可以被配置成(i)將入射光束分成垂直地入射在光學元件302上的可選擇的成對入射子光束，以及(ii)將分別由這對入射光束引起的兩個返回子光束重新組合成單個組合返回光束，然後該單個組合返回光束由光感測器感測。分束器和阻擋遮光器陣列被配置成使得每個可選擇的一對入射子光束將引起從相應的一對內部小平面的反射，使得第一入射子光束探測內部小平面中的一個並且第二入射子光束探測另一個內部小平面。例如，第一入射子光束將引起從第i內部小平面的反射(在透射到光學元件302中、穿過光學元件302並透射到樣品10中之後)，並且第二入射子光束將引起從第j內部 小平面的反射(在透射到光學元件102中、穿過光學元件102並透射到樣品10中之後)，其中i和j是可控地選擇的。如技術人員將容易認識到的，可以從由此在光感測器上形成的干涉圖案中提取第i內部小平面與第j內部小平面之間的平行度徑向偏差。

圖5示意性地描繪了根據一些實施方式的其上設置有樣品10的載物台元件538。還描繪了設置在樣品10上的光學元件502。載物台元件538和光學元件502對應於系統100的載物台元件138和光學元件102的特定實施方式。載物台元件538包括俯仰測角儀572、滾轉測角儀574和傾斜平臺576。根據一些實施方式，並且如圖5中所描繪的，傾斜平臺576安裝在滾轉測角儀574上，該滾轉測角儀574安裝在俯仰測角儀572上。傾斜平臺576包括外部且平坦頂表面578a和與頂表面578a相對的外部且平坦底表面578b。根據一些實施方式，頂表面578a可以相對於底表面578b以平臺傾斜角ι傾斜，該平臺傾斜角ι可以約等於標稱角度μ_nom。

可以通過將俯仰測角儀572和滾轉測角儀574進行定向來調整光學元件502的取向，從而允許例如通過ICA(未顯示)可控地設置投射在光學元件502上的光束的入射角。根據一些實施方式，可以使用可程式設計千分尺(未示出)來對俯仰測角儀572和滾轉測角儀574中的每一個進行定向。附加地或替選地，根據一些實施方式，俯仰測角儀572和滾轉測角儀574中的每一個都可以手動地定向。

還指示了光學元件502的傾斜角σ'，該傾斜角σ'可以約等於標稱角度μ_nom。

方法

根據一些實施方式的一方面，提供了一種用於度量樣品的內部小平面的基於光學的方法。可以採用該方法來驗證樣品的內部小平面之間的平行度。圖6呈現了根據一些實施方式的這樣的方法(基於光學的方法600)的流程圖。方法600可以包括：

- 階段610，其中，提供要檢查的樣品(例如，樣品10)。樣品包括具有折射率n _s的透光基板和兩個或更多個標稱平行的內部小平面(例如，內部小平面14)。每個內部小平面標稱地相對於樣品的外部且平坦表面以角度μ_nom(例如，標稱角度μ_nom)傾斜。

- 階段620，其中，提供光學元件(例如，光學元件102或光學元件302)，該光學元件具有約等於n _s(例如，大於n _s-0.02並且小於n _s+0.02)的折射率。光學元件包括外部且平坦第一表面和外部且平坦第二表面，該第二表面與光學元件的第一表面相對並且相對於第一表面以約等於標稱角度μ_nom的角度σ傾斜。

- 階段630，其中，定位樣品和光學元件，使得光學元件的第二表面與基板的表面平行並且相鄰。

- 階段640，其中，將多個入射光束與光學元件的第一表面大約垂直地(例如，與垂直入射相差1°、1.5°或甚至2°以內)投射在第一表面上。

- 階段650，其中，在入射光束穿過光學元件、透射到樣品中並反射離開內部小平面、再穿過光學元件並經由光學元件的第一表面從光學元件出射(例如，折射出去)之後，獲得多個返回光束。

- 階段660，其中，感測(例如，使用光感測部件124測量)多個返回光束。

- 階段670，其中，基於感測的資料(測量的資料)，計算至少一些內部小平面之間的至少一個平行度偏差。

如本文所使用的，術語“獲得”可以在主動和被動意義上使用。因此，例如，在階段650中，可以不是作為在階段650中實現的任何操作的結果，而是由於在階段640中生成入射光束，來獲得返回光束。通常，階段可以描述由用戶或由用於實現該方法的系統執行的主動操作，和/或在一個或更多個較早階段中執行的一個或更多個操作的結果或效果。

方法600可以用於驗證諸如樣品10(包括上述樣品10的任何實施方式)的樣品的內部小平面的平行度。特別地，方法600可以用於驗證一維反射波導以及二維反射波導的內部小平面的平行度。

方法600可以採用諸如以上在其相應描述中詳述的系統100和300中的任何一個或與其類似的系統的基於光學的系統來實現。根據一些實施方式，光學元件可以是棱鏡。

根據一些實施方式，σ=μ_nom。根據一些這樣的實施方式，為了消除必須區分返回光束與直接反射離開光學元件的第一表面的光，光學元件的第一表面可以用抗反射塗層塗覆。替選地，根據一些實施方式，σ=μ_nom+△。根據一些這樣的實施方式，如以上在圖2B的描述中所說明的，光學元件的第一表面未用抗反射塗層塗覆並且｜△｜足夠大以確保返回光束與直接反射離開光學元件的第一表面的光是可區分的。根據一些實施方式，0.3°

｜△｜

0.5°，0.2°

｜△｜

0.7°，或者甚至0.1°

｜△｜

1°。每種可能性對應於單獨的實施方式。可以選擇△的量值的上界以確保形成在圖像感測器上的光斑不模糊。

根據一些實施方式，特別是其中(i)樣品的表面和/或光學元件的第一表面未被充分拋光以及/或者未能以足夠的精度對準以及(ii)所採用的光源是多色的或不是充分單色的實施方式，為了消除或至少減輕色散，可以在光學元件與樣品之間定位具有與基板(構成樣品的主體)大約相同(例如，大於n _s-0.02且小於n _s+0.02)的折射率的形狀順應介面，如以上在系統100的描述中所描述的那樣。

根據一些實施方式，在階段640中，入射光束可以構成經準直的擴展光束的互補部分。根據一些實施方式，入射光束可以構成擴展雷射光束的互補部分。

根據一些實施方式，一次一個地檢查(即，探測)內部小平面。更具體地，根據一些實施方式，可以將階段640、650和660實現N次，其中，N是內部小平面的數量，並且其中在每個實現方式中，光僅照射在內部小平面之一上，如以上在系統300的描述和系統100的一些實施方式中描述的。可以使用系統300或與其類似的系統來執行內部小平面的單獨檢查。

根據一些實施方式，採用自準直儀來實現階段640、650和660，例如，基本上如以上對系統100及其各種實施方式(包括系統300)的描述中 所描述的那樣。根據一些實施方式，自準直儀包括圖像感測器。在一些這樣的實施方式中，在階段660中，可以使用自準直儀的圖像感測器來感測返回光束。替選地，根據一些實施方式，自準直儀是視覺自準直儀，並且使用自準直儀的目鏡元件(通過目鏡觀看刻度標線)來感測返回光束。

根據其中採用圖像感測器感測返回光束的一些實施方式，階段670可以包括初始子階段，其中，使用圖像識別軟體識別由每個返回光束在圖像感測器的光敏表面上形成的光斑(例如，光斑201、光斑221或光斑401)。根據一些實施方式，初始子階段還可以包括：將座標分配給每個光斑，例如確定光斑的中心點。根據一些實施方式，可以通過對構成由圖元的感測(即，經測量)強度加權的光斑的每個圖元的座標求平均來確定中心點。根據其中光學元件的第一表面未用反射塗層塗覆使得可以在圖像感測器的光敏表面上(即，通過直接反射離開光學元件第一表面的光)形成附加的光斑(例如，光斑231)的一些實施方式，圖像識別軟體還可以被配置成將附加光斑與由返回光束形成的光斑區分開來。

根據其中一次一個地檢查內部小平面的一些實施方式，在階段670中，計算成對的相鄰內部小平面之間的平行度偏差。附加地或替選地，根據一些實施方式，計算內部小平面之一(例如，最側面的內部小平面)與其他內部小平面中的每一個之間的平行度偏差。根據一些實施方式，計算每對內部小平面之間的平行度偏差。根據一些實施方式，基於所計算的偏差，計算(例如，相鄰內部小平面之間的和/或在最側面的內部小平面與每個其他內部小平面之間的)的一個或更多個平均和/或最大平行度偏差。根據一些實施方式，可以計算平均和/或最大俯仰上偏差和/或平均和/或最大滾轉偏差。

根據一些實施方式，可以使用關係式tan(δ _ij,p)=(x _i -x _j )/f和n _s．sin(2ε _ij,p)=sin(δ _ij,p)來計算第i內部小平面與第j內部小平面之間的俯仰偏差ε _ij,p。x _i 和x _j 分別是(在隱含地假設坐標系使得光斑的x座標由相應的內部小平面的俯仰確定的情況下)所確定的第i返回光束和第j返回光束的x座標(例如，圖像感測器上的光斑的中心點的水準座標)。類似地，可以經由tan(δ _ij,r)=(y _i -y _j )/f和n _s．sin(2ε _ij,r)=sin(δ _ij,r)來計算第i內部小平面與第j內部小平面之間的 滾轉偏差ε _ij,r。y _i 和y _j 分別是(在隱含地假設坐標系使得光斑的y座標由相應的內部小平面的滾轉確定的情況下)所確定的第i返回光束和第j返回光束的y座標(例如，圖像感測器上的光斑的中心點的豎直座標)。

可以使用關係式

和n _s．sin(2ε _ij )=sin(δ _ij )來計算第i內部小平面相對於第j內部小平面的平行度偏差ε _ij 的量值。

根據一些實施方式，其中，平行度偏差足夠小，可以採用小角度近似。如對技術人員顯而言明顯的，在小角度近似下(當以弧度運算時)，ε _ij,p=(x _i -x _j )/(2n _s．f)並且ε _ij,r=(y _i -y _j )/(2n _s．f)。

根據其中光學元件的第一表面未用抗反射塗層塗覆並且σ=μ_nom+△的一些實施方式，可以使用關係式tan(δ _i ' _,p)=(x"-x _i ')/f和n _s．sin(2ε' _i,p)=sin(δ' _i , _p)以及tan(δ _i ' _,r)=(y"-y _i ')/f和n _s．sin(2ε' _i,r)=sin(δ _i',r)來計算每個內部小平面與標稱取向的俯仰偏差ε _i ' _,p和滾轉偏差和ε _i ' _,r。對於每個i，x _i '和y _i '是由可以追溯到從第i內部小平面反射的光束引起的光斑的確定的x座標和y座標。x"和y"是由直接從光學元件的第一表面的反射離開的光束形成的光斑的確定的x座標和y座標。

根據一些實施方式，光斑的座標的確定可以包括計算相關聯的不確定度，並且基於此，計算成對內部小平面之間的平行度偏差的不確定度。

根據其中並非一次一個地檢查內部小平面(例如，同時檢查所有內部小平面)使得(由返回光束形成的)每個光斑通常不能歸因於內部小平面中的一個內部小平面(至少在沒有附加資料的情況下不能)的一些實施方式，在階段670中，計算平行度的平均徑向偏差(即，平均偏差量值)和/或平行度的最大徑向偏差(即，偏差量值)。更具體地，根據一些實施方式，可以通過使 用關

sin(2ε _ij )=sin(δ _ij )計算

Σ ₁ , _m > ₁ ε _lm 來獲得平行度的平均徑向偏差。此處，δ _lm 是引起第l光斑的光束與引起第m光斑的光束之間的角度偏差的量值。ε _lm 是引起第l光斑的光束被反射離開的內部小平面與引起第m光斑的光束被反射離開的內部小平 面之間的偏差的量值。(x _l '''，y _l ''')和(x _m '''，y _m ''')分別是第l光斑和第m光斑的計算座標(例如，中心點)。M是(不同的)內部小平面對的數量。可以通過計算max{ε _lm } _l,m >l來獲得平行度徑向偏差。

根據一些實施方式，可以附加地(或替選地)計算與每個內部小平面的標稱取向的俯仰偏差和滾轉偏差。為此，可以使用由等於μ_nom+△的傾斜角σ(以及未用抗反射塗層塗覆的(光學元件的)第一表面)表徵的光學元件。

實驗室結果

圖7A和圖7B呈現了根據一些實施方式的使用所公開的方法和系統獲得的實驗室結果。檢查了兩個反射波導：第一波導和第二波導。每個波導包括六個內部小平面。參照圖7A，x軸枚舉了內部小平面，並且y軸列舉了參考內部小平面(在這種情況下參考內部小平面是第一內部小平面，其也是最側面的小平面)與每個其他小平面之間的角度的量值。實曲線710a與第一波導有關，而虛曲線720a與第二波導有關。基於角度的(計算的)量值的不確定度，對每個曲線進行擬合(即，使用擬合技術來獲得)。實豎直條730a(並非所有的實豎直條都被編號)表示與第一波導有關的不確定度。虛豎直條740a(不是所有的虛豎直條都被編號)表示與第二波導有關的不確定度。

參照圖7B，x軸列舉了內部小平面，而y軸列舉了連續內部小平面之間的角度(即，第一內部小平面與第二內部小平面之間的角度、第二內部小平面與第三內部小平面之間的角度等)的量值。實曲線710b與第一波導有關，而虛曲線720b與第二波導有關。基於(計算的)角度的量值的不確定度(由豎直條表示)來擬合每個曲線。實豎直條730b(並非所有的實豎直條都被編號)表示與第一波導有關的不確定度。虛分隔號740b(不是所有的虛分隔號都被編號)表示與第二波導有關的不確定度。

如本文所使用的，術語“測量”和“感測”可互換地使用。類似地，術語“感測的資料”和“測量資料”(或“測量的資料”)可互換地使用。

應當理解，為了清楚起見在單獨的實施方式的上下文中描述的本發明內容的某些特徵也可以在單個實施方式中組合提供。相反地，為了簡潔起 見在單個實施方式的上下文中描述的本發明內容的各種特徵也可以單獨地或以任何合適的子組合或如在本發明內容的任何其他描述的實施方式中合適地提供。在實施方式的上下文中描述的特徵不應被認為是該實施方式的必要特徵，除非明確地這樣指定。

儘管可能以特定順序描述了根據一些實施方式的方法的階段，但是本發明內容的方法可以包括以不同循序執行和/或發生的所述的階段中的一些或全部。本發明內容的方法可以包括所述的幾個階段或所述的所有階段。所公開的方法中特定的階段不應認為是該方法的必要階段，除非明確地這樣指定。

儘管結合本發明內容的特定實施方式描述了本發明內容，但是顯然，可以存在對於本領域技術人員明顯的許多替選、修改和變化。因此，本發明內容包含落入所附請求項的範圍內的所有這樣的替選、修改和變化。應當理解，本發明內容其應用不一定限於本文闡述的部件和/或方法的構造和佈置的細節。可以實踐其他實施方式，並且可以以各種方式來實現實施方式。

本文採用的措辭和術語是為了描述的目的，而不應被認為是限制性的。本發明中對任何參考文獻的引用或標識不應被解釋為承認這樣的參考文獻可以作為本發明內容的現有技術使用。本文中所使用的章節標題是為了便於理解說明書，而不應當被解釋為必然限制。

10:樣品

100:系統

102:光學元件

104:光學裝置

108:控制器

112:照明與採集組件(ICA)

11a:第一端

11b:第二端

12、132:基板

122:光源

124:光感測部件

128:光學設備

13:輸出區域

138、538:載物台元件

146:計算模組

14a:第一內部小平面

14b:第二內部小平面

14c:第三內部小平面

16a、134a:第一表面

16b、134b:第二表面

18:輸出部分

x,y,z:軸

μ₁:第一實際角度

μ₂:第二實際角度

μ₃:第三實際角度

σ:角度

Claims (22)

1. 一種用於對樣品進行度量的基於光學的系統，所述樣品具有折射率為n _s的基板以及兩個或更多個內部小平面，所述兩個或更多個內部小平面嵌入在所述基板中並且相對於所述樣品的外部且平坦的表面以標稱銳角μ_nom標稱地定向，所述系統包括透光光學元件和光學裝置，所述光學裝置包括光源和光感測部件，其中，所述光學元件具有約等於n _s的折射率並且包括外部且平坦的第一表面和外部且平坦的第二表面，所述外部且平坦的第一表面和所述外部且平坦的第二表面彼此相對並且在它們之間限定約等於所述標稱角度μ_nom的角度；

   其中，所述光學裝置被配置成能夠定位所述樣品和/或所述光學元件，使得：(i)所述光學元件的第二表面與所述樣品的表面平行並相鄰，以及(ii)當如此定位時，由所述光源生成的光束大約垂直於所述第一表面入射在所述光學元件的第一表面上；

   其中，所述光學裝置還被配置成將返回光束聚焦於所述光感測部件，以使得能夠確定所述返回光束之間的角度偏差；並且

   其中，所述返回光束是在所述入射光束穿過所述光學元件、透射到所述樣品中並反射離開所述內部小平面、再穿過所述光學元件並經由所述光學元件的第一表面從所述光學元件出射之後獲得的，因此所述角度偏差指示所述內部小平面之間的平行度偏差。
2. 如請求項1所述的系統，其中，所述光學設備包括準直透鏡或準直透鏡組件，所述準直透鏡或準直透鏡元件被配置成對由所述光源生成的光束進行準直，從而製備所述入射光束。
3. 如請求項2所述的系統，其中，所述光源是鐳射源。
4. 如請求項1所述的系統，其中，所述光學設備包括聚焦透鏡或聚焦透鏡組件，所述聚焦透鏡或聚焦透鏡元件被配置成將出射光束聚焦在所述光感測部件上。
5. 如請求項1所述的系統，其中，所述光學元件的第二表面相對於所述光學元件的第一表面以等於μ_nom+△的角度傾斜，其中，｜△｜大於約0.1°且小於約1°。
6. 如請求項1所述的系統，其中，所述光學元件的第二表面相對於所述光學元件的第一表面以所述標稱角度μ_nom傾斜。
7. 如請求項6所述的系統，其中，所述光學元件的第一表面用抗反射塗層塗覆。
8. 如請求項1所述的系統，其中，所述光學裝置包括被配置成用於對所述樣品進行定向的定向基礎結構。
9. 如請求項1所述的系統，其中，所述樣品是一維反射波導或二維反射波導。
10. 如請求項1所述的系統，還包括自準直儀，所述自準直儀包括所述光源，並且可選地包括所述光感測部件。
11. 如請求項1至10中任一項所述的系統，其中，所述光感測部件包括圖像感測器，所述圖像感測器被配置成感測所述返回光束。
12. 如請求項1所述的系統，其中，所述光感測部件是或者包括攝像裝置。
13. 如請求項1所述的系統，其中，所述光感測部件包括目鏡元件，所述目鏡元件包括刻度標線。
14. 如請求項1所述的系統，其中，所述光學裝置還包括可平移的開縫或開孔的光學掩模和/或多個快門，所述光學掩模和/或所述多個快門被配置成使得能夠一次一個地檢查所述內部小平面。
15. 如請求項11所述的系統，還包括計算模組，所述計算模組被配置成基於由所述圖像感測器獲得的所述返回光束的感測資料來計算所述內部小平面之間的平行度偏差。
16. 如請求項15所述的系統，其中，與每個返回光束有關的所 述感測資料包括組成由所述返回光束在所述圖像感測器上形成的相應光斑的圖元的測量強度。
17. 如請求項15所述的系統，其中，所述計算模組被配置成計算所述返回光束之間的角度偏差，作為計算所述內部小平面之間的平行度偏差的一部分。
18. 如請求項15所述的系統，其中，計算所述平行度偏差包括：計算ε_avg和/或ε_max，其中，ε_avg等於

    

    Σ _i,j>i ε _ij ，並且ε_max等於

    

    或

    

    ，並且

    

    ，

    

    是指定第i光斑和第j光斑在所述圖像感測器上的位置的一組二維向量，N是所述內部小平面的數量，M=N．(N-1)/2，並且f是被配置成將所述返回光束聚焦在所述圖像感測器上的聚焦透鏡或聚焦透鏡組件的焦距。
19. 如請求項15所述的系統，其中，所述光學裝置還包括可平移的開縫或開孔的光學掩模和/或多個快門，所述光學掩模和/或所述多個快門被配置成使得能夠一次一個地檢查所述內部小平面，並且其中，所述計算模組被配置成計算所述多個內部小平面中的成對內部小平面之間的平行度偏差。
20. 如請求項19所述的系統，其中，計算所述成對內部小平面之間的平行度偏差包括：計算所述成對內部小平面中的每對內部小平面中的所述內部小平面之間的俯仰偏差{ε _ij , _p} _i , _j 和/或滾轉偏差{ε _ij , _r} _i , _j ，其中，索引i和j涉及不同的內部小平面對，並且ε _ij,p和ε _ij , _r分別是所述內部小平面中的第i內部小平面與第j內部小平面之間的俯仰偏差和滾轉偏差。
21. 如請求項20所述的系統，其中，分別經由ε _ij,p=δ _ij,p/(2n _s)=(x _i -x _j )/(2n _s．f)和ε _ij,r=δ _ij,r/(2n _s)=(y _i -y _j )/(2n _s．f)來計算所述ε _ij,p和所述ε _ij,r，其中，δ _ij,p是 由所述第i內部小平面的反射引起的第i返回光束與由所述第j內部小平面的反射引起的第j返回光束之間的俯仰偏差，δ _ij,r是第i返回光束與第j返回光束之間的滾轉偏差，

    

    是指定由所述返回光束引起的光斑在所述圖像感測器上的位置的一組二維向量，所述索引列舉所述光束，N是所述內部小平面的數量，並且f是被配置成將所述返回光束聚焦在所述圖像感測器上的聚焦透鏡或聚焦透鏡組件的焦距。
22. 一種用於驗證樣品的內部小平面的平行度的基於光學的方法，所述方法包括以下階段：

    提供樣品，所述樣品包括具有折射率n _s的透光基板和兩個或更多個內部小平面，所述兩個或更多個內部小平面嵌入所述基板中並且相對於所述樣品的外部且平坦的表面以標稱銳角μ_nom標稱地定向；

    提供具有約等於n _s的折射率的光學元件，所述光學元件包括外部且平坦的第一表面和外部且平坦的第二表面，所述第二表面與所述光學元件的第一表面相對並且相對於所述第一表面以約所述標稱角度μ_nom傾斜；

    定位所述樣品和所述光學元件，使得所述光學元件的第二表面與所述樣品的表面平行並且相鄰；

    將多個入射光束與所述光學元件的第一表面大約垂直地投射到所述第一表面上；

    在所述入射光束穿過所述光學元件、透射到所述樣品中並反射離開所述內部小平面、再穿過所述光學元件並經由所述光學元件的第一表面從所述光學元件出射之後獲得多個返回光束；

    感測所述返回光束；以及

    基於所感測的資料，計算所述內部小平面中的至少一些內部小平面之間的至少一個平行度偏差。

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