(57)【要約】厚膜サンプルの高分解能撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムおよび方法に関する。例示的システムは、複数の入射角度で順次放射を提供するように構成される可変照明源と、前記可変照明源からの放射をサンプル上に入射する第１偏光状態へと偏光させるように構成される第１偏光子系と、前記サンプルから出る放射を受け取るように構成される集光光学系と、前記集光光学系を通過した放射を受け取るように構成される第２偏光子系と、前記第２偏光子系から放射を受け取るように構成される放射検出器と、前記輝度画像の第１シーケンスと前記輝度画像の第２シーケンスとから、非散乱表面輝度画像のシーケンスを決定するように構成されるプロセッサとを備える。
2018504577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚膜サンプルの高分解能撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムであって、
複数の入射角度で順次放射を提供するように構成される可変照明源と、
前記可変照明源からの放射をサンプル上に入射する第１偏光状態へと偏光させるように構成される第１偏光子系と、
前記サンプルから出る放射を受け取るように構成され、前記サンプルの、前記可変照明源が放射を提供する側と同じ側に位置する集光光学系と、
前記集光光学系を通過した放射を受け取るように構成され、（Ａ）第１配向の第１偏光子および前記第１配向に直交する第２配向の第２偏光子、または、（Ｂ）前記第１配向と前記第１配向に直交する前記第２配向との間で回転される偏光子、を有する第２偏光子系と、
前記第２偏光子系から放射を受け取るように構成され、前記第１偏光子を通じて前記サンプルの輝度画像の第１シーケンスを取得し前記第２偏光子を通じて前記サンプルの輝度画像の第２シーケンスを取得するように構成される放射検出器であって、各輝度画像は、前記複数の入射角度のうちの異なる入射角度に対応する、放射検出器と、
前記輝度画像の第１シーケンスと前記輝度画像の第２シーケンスとから、非散乱表面輝度画像のシーケンスを決定するように構成されるプロセッサと、
を備える、システム。
【請求項２】
前記プロセッサはさらに、前記第１シーケンスの各輝度画像と前記第２シーケンスの対応する輝度画像との間の差分を決定することによって、前記非散乱表面輝度画像のシーケンスを決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサはさらに、フーリエ空間において前記非散乱表面輝度画像のシーケンスを反復的に結合することによって、前記サンプルのより高い分解能の画像を構築するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサは、フーリエタイコグラフィ再構築プロセスを用いて、前記サンプルのより高い分解能の画像を構築する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１偏光子系は、前記可変照明源上に配置される偏光子フィルムである、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記サンプルから出る放射は、回折放射である、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記可変照明源からの放射は、可視光、赤外光、マイクロ波放射、音響放射、およびＸ線放射のうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１配向の前記第１偏光子は、前記第１偏光状態の放射を通過させ、前記第２配向の前記第２偏光子は、前記第２偏光状態の放射を通過させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１偏光子は、複数の第１偏光子素子を備え、前記第１偏光子は、複数の第１偏光子素子を備え、
前記第２偏光子系は、第１偏光子素子と第２偏光子素子との交互的パターンを備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２偏光子系は、前記放射検出器上に配置される偏光子フィルムである、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記パターンは、市松模様である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
厚膜サンプルの高分解能撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムであって、
サンプル上に入射する第１偏光状態の放射を提供するように構成される照明源と、
前記サンプルから放射を受け取るように構成され、前記サンプルの、前記照明源が放射を提供する側と同じ側に位置する第１光学素子と、
第２光学素子と、
中間面における複数の開口位置で開口を生成するように構成される開口スキャナであって、前記開口は、開口を介して前記第１光学素子から前記第２光学素子へと放射を通過させるように構成される、開口スキャナと、
集光光学系を通過した放射を受け取るように構成され、（Ａ）第１配向の第１偏光子および前記第１配向に直交する第２配向の第２偏光子、または、（Ｂ）前記第１配向と前記第１配向に直交する前記第２配向との間で回転される偏光子、を有する第２偏光子系と、
前記第２偏光子系から放射を受け取るように構成され、前記第１偏光子を通じて前記サンプルの輝度画像の第１シーケンスを取得し前記第２偏光子を通じて前記サンプルの輝度画像の第２シーケンスを取得するように構成される放射検出器であって、各輝度画像は、前記複数の開口位置のうちの異なる開口位置に対応する、放射検出器と、
前記輝度画像の第１シーケンスと前記輝度画像の第２シーケンスとから、非散乱表面輝度画像のシーケンスを決定するように構成されるプロセッサと、
を備える、システム。
【請求項１３】
前記プロセッサはさらに、前記第１シーケンスの各輝度画像と前記第２シーケンスの対応する輝度画像との間の差分を決定することによって、前記非散乱表面輝度画像のシーケンスを決定するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記プロセッサはさらに、フーリエ空間において前記非散乱表面輝度画像のシーケンスを反復的に結合することによって、前記サンプルのより高い分解能の画像を構築するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記プロセッサは、フーリエタイコグラフィ再構築プロセスを用いて、前記サンプルのより高い分解能の画像を構築する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記照明源上に配置される、前記第１偏光状態の放射を提供するための偏光子フィルムをさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記サンプルから出る放射は、回折放射である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
前記照明源からの放射は、可視光、赤外光、マイクロ波放射、音響放射、およびＸ線放射のうちの１つである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１配向の前記第１偏光子は、前記第１偏光状態の放射を通過させ、前記第２配向の前記第２偏光子は、前記第２偏光状態の放射を通過させる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１偏光子は、複数の第１偏光子素子を備え、前記第１偏光子は、複数の第１偏光子素子を備え、
前記第２偏光子系は、第１偏光子素子と第２偏光子素子との交互的パターンを備える、
請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第２偏光子系は、前記放射検出器上に配置される偏光子フィルムである、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記パターンは、市松模様である、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
厚膜サンプルの高分解能撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像方法であって、
サンプルを、第１偏光状態の放射で照明するステップと、
放射検出器において、前記サンプルから出る放射を、前記サンプルの、前記サンプルに放射が提供される側と同じ側に位置する集光光学系で受け取るステップと、
前記放射検出器で、第１配向の１つ以上の偏光子を有する第２偏光子系に基づいて、前記サンプルの輝度画像の第１シーケンスを取得するステップと、
前記放射検出器で、第２配向の１つ以上の偏光子を有する第２偏光子系に基づいて、前記サンプルの輝度画像の第２シーケンスを取得するステップと、
前記輝度画像の第１シーケンスと前記輝度画像の第２シーケンスとから、非散乱表面輝度画像のシーケンスを決定するステップと、
フーリエ空間において前記非散乱表面輝度画像のシーケンスを反復的に結合することによって、前記サンプルのより高い分解能の画像を構築するステップと、
を含む、方法。
【請求項２４】
入射放射は、複数の入射角度で提供される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
サンプル面に対応するフーリエ面で複数の開口を生成するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願へのクロスリファレンス】
【０００１】
本願は、２０１４年１２月２２日に出願された米国特許仮出願６２／０９５，６４８号、発明の名称“Ｅｐｉ−ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ｆｏｒ  Ｔｈｉｃｋ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｓａｍｐｌｅｓ”の優先権を主張するものであり、その全体を、全ての目的で、ここに参照のために取込む。
【技術分野】
【０００２】
ある態様は、一般に、デジタル撮像に関し、より具体的には、工業検査や生物医学撮像等の用途に供され得る厚膜サンプルの撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
フーリエタイコグラフィ撮像は、多様な照明条件下で取込まれた一連のより低い分解能の輝度画像から高分解能のサンプル振幅および位相測定を得るために用いられる技術である。より従来的には、フーリエタイコグラフィ撮像システムは、対象の薄膜半透明サンプルの下に位置する発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを、可変照明源として用いる。各ＬＥＤからの光は、薄膜サンプルを通過して、撮像レンズ（例：顕微鏡対物）に入り、撮像センサによって取得される各固有のフーリエタイコグラフィ画像を形成する。この取得されたフーリエタイコグラフィ画像の組は、その後、位相回復アルゴリズムを通じて、高分解能の複素測定へと結合される。これらの従来のフーリエタイコグラフィ撮像システムによって利用される再構築プロセスの詳細は、Ｇｕｏａｎ  Ｚｈｅｎｇ，  Ｒｏａｒｋｅ  Ｈｏｒｓｔｍｅｙｅｒ，  ａｎｄ  Ｃｈａｎｇｈｕｅｉ  Ｙａｎｇ，  “Ｗｉｄｅ−ｆｉｅｌｄ，  ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，”  Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ（２０１３）にあり、その全体を、ここに参照のために取込む。
【０００４】
ある態様は、厚膜サンプルの高分解能撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムおよび方法に関する。
【０００５】
ある態様は、厚膜サンプルの高分解能撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムであって、複数の入射角度で順次放射を提供するように構成される可変照明源と、前記可変照明源からの放射をサンプル上に入射する第１偏光状態へと偏光させるように構成される第１偏光子系とを備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、前記サンプルから出る放射を受け取るように構成され、前記サンプルの、前記可変照明源が放射を提供する側と同じ側に位置する集光光学系を備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、前記集光光学系を通過した放射を受け取るように構成され、第１配向の第１偏光子および前記第１配向に直交する第２配向の第２偏光子を有する第２偏光子系を備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、前記第２偏光子系から放射を受け取るように構成され、前記第１偏光子を通じて前記サンプルの輝度画像の第１シーケンスを取得し前記第２偏光子を通じて前記サンプルの輝度画像の第２シーケンスを取得するように構成される放射検出器であって、各輝度画像は、前記複数の入射角度のうちの異なる入射角度に対応する、放射検出器を備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、前記輝度画像の第１シーケンスと前記輝度画像の第２シーケンスとから、非散乱表面輝度画像のシーケンスを決定するように構成されるプロセッサを備える。
【０００６】
ある態様は、厚膜サンプルの高分解能撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムであって、複数の入射角度で順次放射を提供するように構成される可変照明源と、前記可変照明源からの放射をサンプル上に入射する第１偏光状態へと偏光させるように構成される第１偏光子系とを備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、前記サンプルから出る放射を受け取るように構成され、前記サンプルの、前記可変照明源が放射を提供する側と同じ側に位置する集光光学系を備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、前記集光光学系を通過した放射を受け取るように構成され、前記第１配向と前記第１配向に直交する前記第２配向との間で回転される偏光子を有する第２偏光子系を備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、前記第２偏光子系から放射を受け取るように構成され、前記第１配向の偏光子を通じて前記サンプルの輝度画像の第１シーケンスを取得し前記第２配向の偏光子を通じて前記サンプルの輝度画像の第２シーケンスを取得するように構成される放射検出器であって、各輝度画像は、前記複数の入射角度のうちの異なる入射角度に対応する、放射検出器を備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、前記輝度画像の第１シーケンスと前記輝度画像の第２シーケンスとから、非散乱表面輝度画像のシーケンスを決定するように構成されるプロセッサを備える。
【０００７】
ある態様は、厚膜サンプルの高分解能撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムであって、サンプル上に入射する第１偏光状態の放射を提供するように構成される照明源と、前記サンプルから放射を受け取るように構成され、前記サンプルの、前記照明源が放射を提供する側と同じ側に位置する第１光学素子とを備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、第２光学素子と、中間面における複数の開口位置で開口を生成するように構成される開口スキャナであって、前記開口は、開口を介して前記第１光学素子から前記第２光学素子へと放射を通過させるように構成される、開口スキャナとを備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、集光光学系を通過した放射を受け取るように構成され、第１配向の第１偏光子および前記第１配向に直交する第２配向の第２偏光子を有する第２偏光子系と、前記第２偏光子系から放射を受け取るように構成され、前記第１偏光子を通じて前記サンプルの輝度画像の第１シーケンスを取得し前記第２偏光子を通じて前記サンプルの輝度画像の第２シーケンスを取得するように構成される放射検出器であって、各輝度画像は、前記複数の開口位置のうちの異なる開口位置に対応する、放射検出器とを備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、前記輝度画像の第１シーケンスと前記輝度画像の第２シーケンスとから、非散乱表面輝度画像のシーケンスを決定するように構成されるプロセッサとを備える。
【０００８】
ある態様は、厚膜サンプルの高分解能撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムであって、サンプル上に入射する第１偏光状態の放射を提供するように構成される照明源と、前記サンプルから放射を受け取るように構成され、前記サンプルの、前記照明源が放射を提供する側と同じ側に位置する第１光学素子とを備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、第２光学素子と、中間面における複数の開口位置で開口を生成するように構成される開口スキャナであって、前記開口は、開口を介して前記第１光学素子から前記第２光学素子へと放射を通過させるように構成される、開口スキャナとを備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、集光光学系を通過した放射を受け取るように構成され、前記第１配向と前記第１配向に直交する前記第２配向との間で回転される偏光子、を有する第２偏光子系と、前記第２偏光子系から放射を受け取るように構成され、前記第１配向の偏光子を通じて前記サンプルの輝度画像の第１シーケンスを取得し前記第２配向の偏光子を通じて前記サンプルの輝度画像の第２シーケンスを取得するように構成される放射検出器であって、各輝度画像は、前記複数の開口位置のうちの異なる開口位置に対応する、放射検出器とを備える。落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムはさらに、前記輝度画像の第１シーケンスと前記輝度画像の第２シーケンスとから、非散乱表面輝度画像のシーケンスを決定するように構成されるプロセッサを備える。
【０００９】
ある態様は、厚膜サンプルの高分解能撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像方法であって、サンプルを、第１偏光状態の放射で照明するステップと、放射検出器において、前記サンプルから出る放射を、前記サンプルの、前記サンプルに放射が提供される側と同じ側に位置する集光光学系で受け取るステップと、前記放射検出器で、第１配向の１つ以上の偏光子を有する第２偏光子系に基づいて、前記サンプルの輝度画像の第１シーケンスを取得するステップと、前記放射検出器で、第２配向の１つ以上の偏光子を有する第２偏光子系に基づいて、前記サンプルの輝度画像の第２シーケンスを取得するステップと、前記輝度画像の第１シーケンスと前記輝度画像の第２シーケンスとから、非散乱表面輝度画像のシーケンスを決定するステップと、フーリエ空間において前記非散乱表面輝度画像のシーケンスを反復的に結合することによって、前記サンプルのより高い分解能の画像を構築するステップとを含む。
【００１０】
これらの特徴やその他の特徴を、添付図面を参照して、以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１Ａは、実施態様に係る、入力平面波と対応付けられた薄膜サンプルからの出力回折場を示す図である。図１Ｂは、実施態様に係る、入力平面波と対応付けられた薄膜サンプルからの出力回折場の「シフト角度」を示す図である。
【図２Ａ】実施態様に係る、厚膜サンプルを照明するために落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムによって用いられる技術を示す概略図である。
【図２Ｂ】実施態様に係る、厚膜サンプルからの表面反射光を測定するために落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムによって用いられる技術を示す概略図である。
【図３】実施態様に係る、構成Ａにしたがって配置された構成要素を有する落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムを示す図である。
【図４】実施態様に係る、構成Ａにしたがって配置された構成要素を有する落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムの構成要素の断面図である。
【図５】実施態様に係る、構成Ａにしたがって配置された構成要素を有する落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムの構成要素の断面図である。
【図６】実施態様に係る、構成Ｂにしたがって配置された構成要素を有する落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムの概略図である。
【図７】図７Ａは、実施態様に係る、構成Ｂにしたがって配置された構成要素を有する落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムの概略図である。図７Ｂは、実施態様に係る、図７Ａに示す落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムの空間光変調器のディスプレイの断面概略図である。
【図８】実施態様に係る、落射照明フーリエタイコグラフィ撮像方法の動作を示すフローチャートである。
【図９】図９Ａは、実施態様に係る、図８に示す落射照明フーリエタイコグラフィ撮像方法の動作のサブ動作のフローチャートである。図９Ｂは、実施態様に係る、図８に示す落射照明フーリエタイコグラフィ撮像方法の動作のサブ動作のフローチャートである。
【図１０】実施態様に係る、落射照明フーリエタイコグラフィ撮像方法の動作を示すフローチャートである。
【図１１】実施態様に係る、構成Ａにしたがって配置された構成要素を有する落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムの再構築プロセスの例のフローチャートである。
【図１２】実施態様に係る、構成Ａにしたがって配置された構成要素を有する落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムの再構築プロセスの例のフローチャートである。
【図１３】実施態様に係る、構成Ｂにしたがって配置された構成要素を有する落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムの再構築プロセスの例のフローチャートである。
【図１４】実施態様に係る、構成Ｂにしたがって配置された構成要素を有する落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムの再構築プロセスの例のフローチャートである。
【図１５】実施態様に係る、厚膜サンプルの高分解能撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像システムに存在し得る１つ以上のサブシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１３】
Ｉ．概要
【００１４】
本明細書に記載の実施態様は、厚膜サンプルの高分解能撮像のための落射照明フーリエタイコグラフィ撮像（「ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ」）システムおよび方法に関する。各ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、同じ側から、すなわち、落射照明撮像構成において、対象サンプルを照明および撮像することによって、フーリエタイコグラフィ画像のシーケンスを取得するように構成される。この構成において、サンプルから反射した光を用いて、各固有のフーリエタイコグラフィ画像を形成する。これを実現するために、集光光学系が位置するサンプルの同じ側から、入射照明が与えられる。ある例において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ撮像システムは、サンプル上に複数の角度で入射する多様な照明を提供するＬＥＤアレイを有し、各入射角度でサンプルから反射した照明が集光されて各固有のフーリエタイコグラフィ画像の形成に用いられる。この例において、ＬＥＤアレイは、撮像レンズ等の集光光学系と同じサンプルの側に位置する。集光光学系と同じサンプルの側に位置するＬＥＤアレイを持つＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ撮像システムの例を、図３および図４に示す。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、高分解能撮像のために、従来のフーリエタイコグラフィ撮像技術が要する薄膜サンプル制約を、もはや必要としないように構成される。より詳細に後述するように、従来のフーリエタイコグラフィ撮像技術では、「シフト角度」条件を満たすことを妨げる表面下の実質的な散乱を避けるために、撮像サンプルは薄い必要がある。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、１つ以上の技術を利用して、薄膜サンプル制約をもはや必要としないように構成される。ある態様において、薄膜サンプル制約の除去は、第１偏光子系を追加してサンプルに入射する照明が単一（直線）偏光になるようにすること、および、第２偏光子系を追加してサンプルからの光の直線偏光を分析することによって、実現される。他の技術も本明細書に記載する。
【００１５】
ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ撮像方法は、概して、セクションＩＶに詳述するフーリエタイコグラフィ再構築プロセスを含む。一般に、該フーリエタイコグラフィ再構築プロセスは、照明の入射角度に対応するフーリエ空間の異なる領域からのフーリエタイコグラフィ画像をつなぎ合わせる。最良の結果を得るために、フーリエタイコグラフィ再構築プロセスは、ある条件を満たす必要がある。この条件とは、入射照明場のシフト角度（すなわち、入射平面波と光軸との間の角度）が、出力反射場（すなわち、同一角度でサンプル表面から生じる場の傾斜）における同等の角度シフトにマップしなければならないことである。この「シフト角度」条件を、図１Ａおよび１Ｂに示す。該「シフト角度」条件を満たす可能性が最も高いサンプル対象物は、元来「鏡面反射性」であるもの、または、反射面を有するものである。典型的に「シフト角度」条件を満たすサンプルの種類には、半導体チップ、複素相互接続回路基板、および計測検査におけるサンプルがある。対象物は、「シフト角度」条件を満たすために平坦（巨視的または微視的に平坦）である必要はない。
【００１６】
上記の通り、図１Ａおよび１Ｂは、実施態様に係る、薄膜サンプル２０によって満たされる「シフト角度」条件を示す図を含む。図１Ａおよび１Ｂにおいて、薄膜サンプル２０は、入力平面波δ（θ０）３１によって照明される。図１Ａおよび１Ｂにおいて、入力平面波δ（θ０）３１によって照明されたサンプル２０から回折した光は、出力回折場ｆ（θ）４１として示されている。フーリエタイコグラフィ再構築プロセスの最も効果的な動作のためには、１つの照明下でサンプルから回折した光は、入射光が新たな入射角度に回転される場合、変化することなく、シフトしなければならない。「シフト角度」条件を図示するために、図１Ｂは、シフト入力平面波δ（θ０−φ ）３２のための、入力平面波δ（θ０）３１に対する角度シフトφを示す。図示の通り、シフト出力回折場ｆ（θ０  −φ ）４２は、入力場に適用される角度シフト量と等しい角度シフトφによってシフトされる。図において、「シフト角度」条件は満たされている。
【００１７】
従来の落射照明フーリエタイコグラフィシステムのいくつかの例は、２０１４年８月２２日に出願された米国特許出願１４／４６６，４８１号、発明の名称“ＶＡＲＩＡＢＬＥ−ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＦＯＵＲＩＥＲ  ＰＴＹＣＨＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥＳ，  ＳＹＳＴＥＭＳ，  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ”、および、２０１３年８月２２日に出願された米国特許仮出願６１／８６８，９６７号、発明の名称“Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”に記載されており、その全体を、ここに参照のために取込む。厚膜サンプルを撮像する際、これらの従来の落射照明フーリエタイコグラフィシステムは、撮像レンズまたは他の集光光学系のカットオフ空間周波数を超えて画像の分解能を向上させることはできないかもしれない。これは、厚膜サンプルが「シフト角度」条件を満たさない可能性があるからである。厚膜サンプルでは、入射照明は、無視できない量で、サンプル（すなわち、表面下）内に透過し、サブ表面散乱が発生し得る。サブ表面散乱により、出力光は、入射照明の角度のシフトに、予測不能な形で応答することになる（すなわち、シフト角度条件に従わない）。
【００１８】
いくつかの態様において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、検出光の偏光状態を用いて、散乱なしに単にサンプルの表面で反射される出力回折場の寄与を分離する。つまり、光学散乱は、光の偏光解消、または、ランダム偏光状態を引き起こし得る。これは、Ｇｕｏａｎ  Ｚｈｅｎｇ，  Ｒｏａｒｋｅ  Ｈｏｒｓｔｍｅｙｅｒ，  ａｎｄ  Ｃｈａｎｇｈｕｅｉ  Ｙａｎｇ，  “Ｗｉｄｅ−ｆｉｅｌｄ，  ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ．”  Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ（２０１３），  Ｙ．  Ｙ．  Ｓｈｅｃｈｎｅｒ，  Ｓ．  Ｇ．  Ｎａｒａｓｉｍｈａｎ  ａｎｄ  Ｓ．  Ｋ．  Ｎａｙａｒ，  “Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｂａｓｅｄ  ｖｉｓｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｈａｚｅ，”  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ４２（３），  ２００３，  Ｘ．  Ｇａｎ，  Ｓ．  Ｐ．  Ｓｃｈｉｌｄｅｒｓ  ａｎｄ  Ｍ．  Ｇｕ，  “Ｉｍａｇｅ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｕｒｂｉｄ  ｍｅｄｉａ  ｕｎｄｅｒ  ａ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  ｂｙ  ｕｓｅ  ｏｆ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｇａｔｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄｓ，”  ＪＯＳＡ  Ａ  １６（９），  １９９９，および、Ｏ．  Ｅｍｉｌｅ，  Ｆ．  Ｂｒｅｔｅｎａｋｅｒ  ａｎｄ  Ａ．  Ｌｅ  Ｆｌｏｃｈ，  “Ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  ｔｕｒｂｉｄ  ｍｅｄｉａ，”  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２１（２０），  １９９６に記載があり、その全体を、ここに参照のために取込む。他方、表面反射は、主として、入射照明の偏光状態を保つ。
【００１９】
ある態様において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、サンプル表面から直接反射される成分を分離するために、撮像画像から、サブ表面散乱からの偏光解消光に基づく成分を推定および除去する技術を使用するように構成される。この技術により、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、厚膜サンプルの表面の高分解能フーリエタイコグラフィ撮像が可能になる。表面反射光を検出するようにＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムを構成するための直接的な技術の１つは、簡単にするためにある例において  「Ｈ」と呼ばれる第１偏光状態に入射照明を偏光させるように（例えば照明源に）位置する第１偏光子系を含めることである。サンプルを偏光で照明する２つの例が、Ａ．  Ｇｈｏｓｈ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｍｕｌｔｉｖｉｅｗ  ｆａｃｅ  ｃａｐｔｕｒｅ  ｕｓｉｎｇ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ，”  ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  ３０（６）（２０１１）、および、Ｓ．  Ｋ．  Ｎａｙａｒ，  Ｇ．  Ｋｒｉｓｈｎａｎ，  Ｍ．  Ｄ．  Ｇｒｏｓｓｂｅｒｇ，  ａｎｄ  Ｒ．  Ｒａｓｋａｒ，  “Ｆａｓｔ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｄｉｒｅｃｔ  ａｎｄ  ｇｌｏｂａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｏｆ  ａ  ｓｃｅｎｅ  ｕｓｉｎｇ  ｈｉｇｈ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ，”  ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  ２５（３）（２００６）にあり、その全体を、ここに参照のために取込む。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムはまた、例えば放射検出器（例：撮像センサ）に位置する第２偏光子系を含む。第２偏光子系は、放射検出器が次の２つの画像：簡単にするためにある例において「Ｈ」と呼ばれる第１偏光状態にしたがって第２偏光子が第１方向に沿う向きである第１画像Ｉ１  ；および、簡単にするためにある例において「Ｖ」と呼ばれる第２偏光状態にしたがって第２偏光子が第２方向に沿う向きである第２画像Ｉ２、を取込むことを可能にする。第１方向は、第２方向に直交する。直線偏光子の場合、例えば、第１偏光状態Ｈでは、偏光子は０度の向きであり、第２偏光状態Ｖでは、偏光子は９０度の向きであり得る。この技術を利用するために光のランダム偏光解消成分は、Ｈ画像Ｉ１およびＶ画像Ｉ２に等しく寄与すると推定される。該推定に基づいて、第１画像Ｉ１と第２画像Ｉ２との間の画像輝度の差をとる（すなわち、Ｉ１からＩ２を引く）ことで、偏光解消光の寄与を有効に除去し、よって、画像輝度からサブ表面散乱光の大部分を有効に除去する。ヒト組織から偏光解消光のサブ表面寄与を除去する例は、Ａ．  Ｇｈｏｓｈ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｍｕｌｔｉｖｉｅｗ  ｆａｃｅ  ｃａｐｔｕｒｅ  ｕｓｉｎｇ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ，”  ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  ３０（６），  ２０１１にあり、ここに該例の参照のために取込む。偏光解消光を除去する例の詳細は、Ｔ．  Ｃｈｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｉｎｇ  ｆｏｒ  ３Ｄ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｏｆ  ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｔ  ｏｂｊｅｃｔｓ，”  Ｐｒｏｃ．  ＣＶＰＲ，  ２００７、および、Ａ．  Ｇｈｏｓｈ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｍｕｌｔｉｖｉｅｗ  ｆａｃｅ  ｃａｐｔｕｒｅ  ｕｓｉｎｇ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ，”  ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  ３０（６），  ２０１１にあり、ここに該分離技術の参照のために取込む。
【００２０】
ある態様において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法は、式１にしたがって第１画像Ｉ１と第２画像Ｉ２との間の差をとることによってサンプル表面から直接反射される光の輝度分布を推定することで、厚膜サンプルの表面下の部分ではなく、厚膜サンプルの表面のみの画像を決定する：
Ｉ  ｓ  ＝  Ｉ１  −  Ｉ２                                    （式１）
理想的な直線偏光子がＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムで用いられると，輝度画像の合計は、式２で与えられるように偏光子が放射検出器に位置しない場合に取込まれる画像と等価である：    
Ｉｔｏｔａｌ  ＝  Ｉ１    ＋  Ｉ２                             （式２）
【００２１】
図２Ａおよび２Ｂは、実施態様に係る、厚膜サンプル１２０からの表面反射光を測定するためにＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム１００で用いられる技術を示す概略図である。この技術は、サンプル表面から直接反射される成分を分離するために、偏光解消する光成分を推定および除去する。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム１００は、第１方向に偏光、すなわち「Ｈ偏光」のための照明源での第１偏光子を有する。図２Ａおよび２Ｂにおいて、厚膜サンプル１２０は、第１方向に偏光、すなわち「Ｈ偏光」された入力光１３１によって照明される。厚膜サンプル１２０の表面は、光１４１を反射する。表面反射光１４１は、その第１方向での偏光（実線で図示）、すなわち「Ｈ偏光」を維持する。サンプル１２０表面下で散乱する光（散乱光１５０）は、ランダム偏光（点線で図示）光１５１になる。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム１００は、輝度画像Ｉ１１６０およびＩ２１７０を取込むことができるように放射検出器に１つ以上の付加的な偏光子を備える。ある例において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、放射検出器に第２偏光子を有する。第２偏光子は、「Ｈ」配向と「Ｈ」配向に垂直な「Ｖ」配向との間でシフト（例：回転）される。第２偏光子が「Ｈ」配向であるとき、第１輝度分布Ｉ１１６０が取込まれ、第２偏光子が「Ｖ」配向であるとき、第２輝度分布Ｉ２１７０が取込まれる。他の例において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、「Ｈ」配向の第２偏光子と、「Ｖ」配向の第３偏光子とを有する。この例において、放射検出器は、同じサンプル時間に輝度分布Ｉ１およびＩ２を両方とも取込むことができる（すなわち、放射検出器で露光時間にわたる輝度測定）。他の例も本明細書に記載する。
【００２２】
図２Ａおよび２Ｂに戻って、２つの画像Ｉ１１６０およびＩ２１７０は、それぞれ放射検出器での偏光子の「Ｈ」配向および「Ｖ」配向に基づいて取込まれる。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム１００は、偏光解消光成分が、画像Ｉ１１６０およびＩ２１７０の両方に等しく寄与すると推定する。この推定に基づいて、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム１００は、画像Ｉ１１６０とＩ２１７０との間の輝度差をとることによって、第１画像Ｉ１  １６０から偏光解消光成分を除去できる。つまり、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム１００は、サンプル１２０の表面からの反射光に基づいて表面画像の輝度分布を決定するために、放射検出器の各個別の光検出素子で、画像Ｉ１１６０とＩ２１７０との間の輝度差を決定することができる。
【００２３】
ある態様において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ撮像方法は、サンプル表面から直接反射される成分を分離するために、偏光解消する光成分を推定して除去する技術を含む。場合によっては、この技術は、表面反射光を分離するのに完全に効果的ではない可能性がある。まず、わずかなサブ表面散乱光子が、その本来の偏光を維持することで、差分画像にもそれらの誤りのある寄与が含まれ得る。しかし、これらの偏光保持光子の大部分は、表面上近くから生じると予想され、よって、我々の所望のシフト角度特性をより近接に満たす。したがって、ｅｐｉ−ＦＰＭプラットフォームの失敗に対して、性能の緩やかな劣化が、該効果の結果として予想される。ある態様において、性能は、それぞれサンプルから反射される光の固有の偏光成分である複数の固有の画像を取込んで、該画像の組を処理することによって、改善される。例えば、０度、４５度、９０度に配向された直線偏光子と円偏光子とを用いて、４つの固有の画像（各偏光子を通して１つ）を取込んでもよい。第１画像は、式１および式２のＩ１であり、これらの画像のうちの最後の３つは、Ｉ２であり、３つの固有の式になる。例えば、これらの式それぞれの解を合計するかあるいは他の固有の方法で結合することで、性能を改善してもよい。
【００２４】
ある態様において、サンプルは、反射時の偏光を保つためにその表面が材料（例：水）で被覆される。表面被覆は、サンプルや撮像幾何上の偏光解消を防ぎ、反射光が偏光解消して差分画像にほとんど信号が含まれなくなることを防止する。ある態様において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ撮像方法はさらに、反射時の偏光を保つために該材料（例：水）でサンプルの表面を被覆する被覆動作を含んでもよい。この被覆動作は、画像取得に先立つ。
【００２５】
多くの例において偏光技術を利用して表面反射およびサブ表面散乱光成分を分離したが、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム／方法は、性能を改善する代替技術を利用することができる。ある例において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム／方法は、有効に表面反射およびサブ表面散乱光成分を分離するために、対象物上にシフト高周波輝度パターンを投影してもよい。このような技術を用いる他のシステムの例は、Ｔ．  Ｃｈｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｉｎｇ  ｆｏｒ  ３Ｄ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｏｆ  ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｔ  ｏｂｊｅｃｔｓ，”  Ｐｒｏｃ．  ＣＶＰＲ（２００７）、および、Ｓ．  Ｋ．  Ｎａｙａｒ，  Ｇ．  Ｋｒｉｓｈｎａｎ，  Ｍ．  Ｄ．  Ｇｒｏｓｓｂｅｒｇ，  ａｎｄ  Ｒ．  Ｒａｓｋａｒ，  “Ｆａｓｔ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｄｉｒｅｃｔ  ａｎｄ  ｇｌｏｂａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｏｆ  ａ  ｓｃｅｎｅ  ｕｓｉｎｇ  ｈｉｇｈ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ，”  ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  ２５（３）（２００６）にあり、その全体を、ここに参照のために取込む。光がサンプル上に正弦波パターンとして投影されると、（正弦波パターンとしての）反射光のコントラストは、対象物がどれほど鏡面反射性であるかに依存する。例えば、鏡のように、全入射光が表面で反射される対象物では、検出される正弦波のコントラストは、最大になる。組織のように、より鏡面反射性の低い対象物では、検出される正弦波のコントラストは、鏡より低い。わずかにシフトした正弦波パターンのシーケンスを投影してそれらを処理することによって、サンプル表面で反射されて正弦波形状を維持する光の成分を、表面下で散乱して正弦波コントラストの損失に寄与する光の成分から分離することが可能である。他の例において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム／方法は、サブ表面散乱光が、表面から生じるより鏡面反射性のある成分よりも、全方向により均一に散乱するという予想に基づいてもよい。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム／方法は、照明角度の関数として全画像の表面から生じる光の主成分を調査する技術を用いることができ、これによって、サブ表面散乱光子をさらに分離してもよい。例えば、Ｎ個のわずかに異なる角度からサンプル上に光を当てて、それぞれｍ個の画素を含むＮ個の対応する画像を検出することができる。これらＮ個の画像は、それぞれｍ次元空間における固有のベクトルとして考えることができる。該Ｎ個のベクトルの組に対応付けられる最大主成分は、サブ表面散乱によって生じる各画像の共有成分として考えることができる。Ｎ個の元来検出された原画像のｋ個の最大主成分を計算して、元来検出された原画像それぞれからこれらの主成分を引くことによって、サンプル表面から反射した光を主に含むＮ個の画像の組を形成し得る。
【００２６】
ある態様によると、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム／方法は、多くの撮像シナリオでの用途に有益である。まず、光学限界を超えて撮像素子の分解能を高める能力は、より広い視野（より低い倍率）のレンズを利用して所与の分解能目標を達成できることを示唆する。このような低倍率レンズは、当然より深い被写界深度およびより長い作動距離を提供する。加えて、ＥＰＩ−ＦＰ−システム／方法は、サンプルから反射された光場の位相を回復できる。該位相コンテンツを、検出画像を異なる軸平面にデジタル的にリフォーカスするのに用いてもよい。こうすることで、システムの有効被写界深度が（従来のＦＰ撮像システムの約１０倍）深くなるだけでなく、高度に湾曲した表面の画像の鮮明な再構築を促進して、画像取得前にカメラを手動でフォーカスする必要を効果的になくす。従来の顕微鏡プラットフォームへの一体化が可能であることに加えて、上記の利点は、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム／方法が、メラノーマ追跡等の皮膚科学用途での堅調な適用が可能であることを示唆する。他の例として、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム／方法は、（高度に湾曲した表面を伴う）大きな胚の高分解能撮像に用いることができる。従来の顕微鏡で大きな胚を撮像するためには、顕微鏡は、一連のスルーフォーカス画像を撮影するか、または、横方向シフト・リフォーカス・取込みアプローチを採る。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムのリフォーカス能力および長い作動距離は、そのような胚撮像をより早く、より正確に、およびより簡単に行うことを可能にする。
【００２７】
ある態様において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、厚膜生体サンプルからの画像表面反射光（すなわち、シフト角度特性にしたがった光）を光学配置によって撮像できる技術を用いる。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法を利用して、該システムは、画像を取込んで、サンプルの表面での複素光場の高分解能マップを回復するように動作可能である。このＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法はまた、拡張被写界深度にわたって撮像を行うことができ、非平坦サンプル表面の鮮明な画像を再構築する。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム／方法の有益な用途の例には、メラノーマ検出や追跡、および、胚撮像がある。
【００２８】
本明細書においてＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムのある態様を可視光を伝搬するものとして記載するが、他の態様において、Ｘ線放射、赤外線放射、紫外線放射等の他のタイプの電磁放射を用いてもよい。
【００２９】
ＩＩ．システム構成
【００３０】
本明細書に記載のＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、概して２つの構成、すなわち、構成Ａおよび構成Ｂ、として記載される構成に配置される構成要素を有する。両構成ＡおよびＢのＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムとも、放射検出器に到達するシフト放射（すなわち、異なる入射角度間の放射シフト）がサンプルの表面から反射されるように落射照明用に配置された光学要素を有する。構成ＡおよびＢにおけるＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムのいくつかの例を、本セクションで述べる。落射照明用に配置された光学要素の詳細については、２０１４年８月２２日に出願された米国特許出願１４／４６６，４８１号、発明の名称“ＶＡＲＩＡＢＬＥ−ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＦＯＵＲＩＥＲ  ＰＴＹＣＨＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥＳ，  ＳＹＳＴＥＭＳ，  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ”、２０１４年７月３１日に出願された米国特許出願１４／４４８，８５０号、発明の名称“ＡＰＥＲＴＵＲＥ  ＳＣＡＮＮＩＮＧ  ＦＯＵＲＩＥＲ  ＰＴＹＣＨＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＩＭＡＧＩＮＧ”、２０１３年８月２２日に出願された米国特許仮出願６１／８６８，９６７号、発明の名称  “Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”、２０１３年７月３１日に出願された米国特許仮出願６１／８６０，７８６号、発明の名称“Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ  Ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ”、２０１３年１１月４日に出願された米国特許仮出願６１／８９９，７１５号、発明の名称“Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｄｒｙ  Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ  ｔｏ  Ｕｎｉｔｙ  ｖｉａ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”、および、２０１４年５月２０日に出願された米国特許仮出願６２，０００，７２２号、発明の名称  “Ｕｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ  ＮＡ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”にあり、その全体を、ここに参照のために取込む。
【００３１】
構成Ａ
【００３２】
図３は、ある態様に係る、構成Ａにしたがって配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム３００の図である。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム３００は、電磁放射（例：可視光、紫外線光、Ｘ線放射等）を提供する可変照明源３１０と、可変照明源３１０から電磁放射を受け取り電磁放射を第１偏光状態３１１に偏光する第１偏光子系３０５とを有する。画像取得プロセスにおいて、可変照明源３１０は、経時的にＮ個の入射角度から順次電磁放射を提供する。
【００３３】
本明細書において、偏光子は、概して、特定の偏光の電磁波を通過させて他の偏光の電磁波を遮断する光学フィルターを指す。ある態様において、偏光子は、材料の層（例：薄膜）の形であり、ＬＥＤアレイの表面等の表面に塗布可能である。
【００３４】
図３に戻って、第１偏光子系３０５は、第１偏光状態の電磁波を通過させて他の偏光の電磁波を遮断する第１偏光子を備える。簡単にするために厚膜サンプル３２０で矢印の組で示されるように、実線矢印３１１で図示する第１偏光状態の電磁放射は、画像取得プロセス中に順次複数Ｎ個の入射角度で厚膜サンプル３２０に入射する。実線矢印３１２で図示するように、厚膜サンプル３２０の表面は、第１偏光状態の電磁放射を反射する。表面反射放射は、概して、第１偏光状態を維持する。点線矢印３１３で図示するように、厚膜サンプル３２０の表面下で散乱する放射は、偏光解消する。
【００３５】
ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム３００はまた、第１光学系３３０と、第１光学系３３０から放射を受け取る第２偏光子系３３５と、第２偏光子系３３５から放射を受け取る放射検出器３４０とを備える。第１光学系３３０は、厚膜サンプル３２０から出る放射を回収して、放射を第２偏光子系３３５に伝搬するように構成される１つ以上の構成要素を備える。第１光学系３３０は、撮像レンズ（例：対物レンズ）等の集光光学系を備える。
【００３６】
本明細書において、第２偏光子系は、概して、電磁放射の偏光を分析可能な構成要素アセンブリを指す。ある態様において、第２偏光子系は、放射検出器が、各入射角度または各開口位置毎に、それぞれ第１偏光状態および第２偏光状態の入射電磁放射から個別の輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定できるように、構成される。第２偏光子系は、第１偏光状態の放射を放射検出器へと通過させて放射検出器が第１偏光状態に基づいて輝度画像を取込むことができるようにして、受け取った放射を分析する。第２偏光子系はまた、第２偏光状態の放射を放射検出器へと通過させて放射検出器が第２偏光状態に基づいて輝度画像を取込むことができるようにして、受け取った放射を分析する。ある態様において、第２偏光子系は、第１偏光状態に対応付けられた第１配向の第１偏光子と、第１配向に直交する第２配向の第２偏光子とを有する。他の態様において、第２偏光子系は、直交配向で第１および第２偏光子素子を織り合わせて配置する。他の態様において、第２偏光子系は、２つの直交配向間で回転される単一偏光子を有し、偏光子が第１配向である時に第１偏光状態の放射を通過させ、偏光子が第２配向である時に第２偏光状態の放射を通過させる。
【００３７】
ある態様において、第２偏光子系は、少なくとも第１偏光状態および第１偏光状態に直交する第２偏光状態の電磁放射を通過させるように構成される１つ以上の偏光子を含んでもよい。多くの例において第２偏光子系は２つの直交偏光状態の放射を通過させるものとして記載されるが、第２偏光子系は、他の例において３つ以上の偏光状態の放射を通過させてもよい。ある態様において、第２偏光子系は、少なくとも３つの偏光状態の電磁放射を通過させるように構成される１つ以上の偏光子を含む。例えば、第２偏光子系は、０度、４５度、９０度に配向された１つ以上の偏光子を含んでもよく、この場合、第２偏光子系を用いて、放射検出器は４つの固有の画像（各偏光子を通して１つ）を取込むことができる。第１画像は、式１および式２のＩ１であり、これらの画像のうちの最後の３つは、Ｉ２であり、３つの固有の式になる。例えば、これらの式それぞれの解を合計するかあるいは他の固有の方法で結合することで、性能を改善してもよい。
【００３８】
図３に戻って、第２偏光子系３３５は、第１偏光状態の放射を放射検出器３４０へと通過させることによって、受け取った放射を分析する。放射検出器３４０は、各入射角度毎に第１偏光状態に基づいて第１輝度分布Ｉ１を測定するために通過させた放射を受け取る。第２偏光子系３３５はさらに、第２偏光状態の放射を放射検出器３４０へと通過させて各入射角度毎に第２偏光状態に基づいて第２輝度分布Ｉ２を取込ませることで、受け取った放射を分析する。図示の通り、第２偏光子系３３５は、第１光学系３３０から伝搬された電磁放射を受け取る。第２偏光子系３３５は、第１偏光状態の電磁放射を放射検出器３４０へと通過させるように構成される。放射検出器３４０は、Ｎ個の入射角度での順次照明においてＮ個の輝度分布Ｉ１のシーケンスを測定する。第２偏光子系３３５はまた、第２偏光状態の電磁放射を放射検出器３４０へと通過させるように構成される。放射検出器３４０は、Ｎ個の入射角度での順次照明においてＮ個の輝度分布Ｉ２のシーケンスを測定する。第２偏光子系３３５は、放射検出器３４０が、各入射角度毎にそれぞれ第１偏光状態および第２偏光状態の電磁放射の別々の輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定できるように、構成される。画像取得プロセスにおいて、放射検出器３４０は、Ｎ個の低分解能輝度測定（画像）：Ｉ１，ｉ＝１  ｔｏ  ＮおよびＩ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎの２つのシーケンスを取得するために経時的に輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定する。
【００３９】
図３において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム３００はまた、１つ以上のマイクロプロセッサ等のプロセッサ３５０と、プロセッサ３５０と通信するコンピュータ可読媒体（ＣＲＭ）３６０と、プロセッサ３５０と通信する任意の（点線で図示）ディスプレイ３３０とを備える。プロセッサ３５０は、放射検出器３４０と電子通信して、２つの低分解能輝度測定シーケンスに対応する画像データを有する信号を受け取る。画像データは、例えば、輝度分布、対応付けられた取得時間、および／またはその他の撮像関連データを含んでもよい。プロセッサ３５０は、ＣＲＭ３６０（例：メモリ）と電子通信して、ＣＲＭ３６０への画像データの記憶およびＣＲＭ３６０からの画像データの検索のために、画像データを有する信号を送信することができる。プロセッサ３５０は、任意のディスプレイ３３０と電子通信して、ディスプレイ３３０に画像およびその他の出力を表示するために、画像データや命令を送信することができる。点線で図示するように、可変照明源３１０は、例えば、可変照明源３１０を制御するための命令送信のために、任意に、プロセッサ３５０と電子通信する。ある場合において、これらの制御命令は、異なる入射角度での照明時間を放射検出器３４０の画像取得時間と同期させるように実施される。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム３００および他のシステムの構成要素間の電子通信は、ある例では有線、他の例では無線、また他の例では有線と無線の組み合わせである。
【００４０】
プロセッサ３５０は、ＣＲＭ３６０に記憶された命令を検索および実行して、システム３００の１つ以上の機能を行う。システム３００の１つ以上の機能は、例えば、１）画像データの解釈、２）画像データからより高い分解能の画像（高分解能画像）の生成、および３）任意のディスプレイ３３０でのＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法からの１つ以上の画像や他の出力の表示、である。ある態様において、プロセッサ３５０は、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法の１つ以上の動作を行うために命令を実行する。他の態様において、プロセッサ３５０は、可変照明源３１０を照明するための命令を実行する。ＣＲＭ（例：メモリ）３６０は、システム３００の１つ以上の機能を行うための命令を記憶する。これらの命令は、プロセッサ３６０やシステム３００の他の処理要素によって実行可能である。ＣＲＭ３６０はまた、システム３００によって使用および生成される画像データやその他のデータを記憶することができる。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム３００はまた、任意のディスプレイ３３０を備える。ディスプレイ３３０は、データ（例：画像データ）を受け取ってＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム３００のオペレータに見せるべくディスプレイ３３０に表示データを提供するために、プロセッサ３５０と電子通信する。
【００４１】
ある態様において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ撮像システムは、測定（画像取得）プロセスと、再構築プロセスと、任意の表示プロセスとを含むＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法を行う。画像取得プロセスにおいて、厚膜サンプル３２０は、可変照明源３１０および第１偏光子系３０５を用いて、第１偏光状態を持つ複数Ｎ個の入射角度から照明される。厚膜サンプル３２０の表面は、電磁放射を反射し、これは、概して、その第１偏光状態を維持する。厚膜サンプル３２０の表面下で散乱する放射は、ランダム偏光（点線で図示）放射３１３となる。第２偏光子系３３５は、電磁放射を放射検出器３４０へと通過させて放射検出器３４０が各入射角度毎にそれぞれ第１偏光状態および第２偏光状態の電磁放射の別々の輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定できるように、構成される。画像取得プロセスにおいて、放射検出器３４０は、複数Ｎ個の入射角度での輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定して、Ｎ個の低分解能輝度測定（画像）Ｉ１，ｉおよびＩ２，ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を取込む。プロセッサ３５０は、Ｎ個の低分解能画像の２つのシーケンスを有する画像データを受け取る。各入射角度毎に、プロセッサ３５０は、輝度分布間の値の差分Ｉｓ，ｉ  ＝  Ｉ１，ｉ−Ｉ２，ｉを決定して、該入射角度での表面輝度画像を推定する。Ｎ個の入射角度のために、プロセッサ３５０は、厚膜サンプル３２０の表面からの反射放射に基づいて、Ｎ個の表面画像Ｉｓ，ｉ＝１ｔｏＮのシーケンスを決定する。回復プロセスにおいて、Ｎ個の表面画像Ｉｓ，ｉ＝１ｔｏＮは、フーリエ空間において反復的に結合されて、高分解能画像データ（輝度および／または位相）が生成される。任意の表示プロセスにおいて、高分解能画像および／またはその他のデータは、表示データとして任意のディスプレイ３３０に提供される。
【００４２】
本明細書においてＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムおよび方法は概して厚膜サンプルの撮像に関して記載されるが、これらのシステムおよび方法は薄膜サンプルの撮像にも利用可能であることを理解されたい。本明細書において、厚膜サンプルは、概して、５０μｍ〜１０ｍｍの範囲の呼び厚さを持つサンプルを指す。ある場合において、厚膜サンプルは、５０μｍ〜１００μｍの範囲の呼び厚さを持つ。他の場合において、厚膜サンプルは、１００μｍ〜２００μｍの範囲の呼び厚さを持つ。また他の場合において、厚膜サンプルは、２ｍｍ〜３ｍｍの範囲の呼び厚さを持つ。
【００４３】
ある態様において、サンプルは、１つ以上の対象物および／またはある対象物の１つ以上の部分を含む。対象物は、例えば、生物学的実体または無機的実体であってもよい。生物学的実体の例には、全細胞、細胞成分、バクテリアやウイルス等の微生物、タンパク質等の細胞成分がある。無機的実体の例には、半導体ウエハーがある。ある場合において、撮像されるサンプルは、液体等の媒体内における１つ以上の対象物を有する。図示されていないが、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、サンプルを受けるレセプタクルを含んでもよい。例えば、レセプタクルは、スライドグラス等の１つ以上の透明壁を有してもよい。
【００４４】
ある態様において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、プロセッサ（１つ以上のマイクロプロセッサ等）と、プロセッサと通信するコンピュータ可読媒体（ＣＲＭ）と、プロセッサと通信する任意のディスプレイとを備える。プロセッサは、ＣＲＭと通信して、記憶された命令を検索する。プロセッサは、これらの命令を実行して、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの１つ以上の機能を行う。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの１つ以上の機能は、例えば、１）画像データの解釈、２）画像データから高分解能画像の生成、および３）任意のディスプレイでのＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法からの１つ以上の画像や他の出力の表示、である。ある態様において、プロセッサは、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法の１つ以上の動作を行うために命令を実行する。例えば、プロセッサは、命令を実行して、各入射角度の輝度の差分Ｉ１−Ｉ２を決定して、Ｎ個の画像Ｉｉ＝１ｔｏＮのシーケンスを決定することができる。回復プロセスにおいて、プロセッサは、命令を実行して、フーリエ空間において反復的にＮ個の表面画像Ｉｓを結合して、高分解能画像データ（輝度および／または位相）を生成することができる。任意の表示プロセスにおいて、プロセッサは、命令を実行して、画像データをディスプレイに通信することができる。ＣＲＭ（例：メモリ）は、システムの１つ以上の機能を行うための命令を記憶する。これらの命令は、プロセッサやシステムの他の処理要素によって実行可能である。ＣＲＭはまた、システムによって使用および生成される画像データやその他のデータを記憶することができる。任意のディスプレイは、データ（例：画像データ）を受け取ってＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムのオペレータに見せるべくディスプレイに表示データを提供するために、プロセッサと電子通信する。ある例において、ディスプレイは、カラーディスプレイまたは白黒ディスプレイである。ある態様において、ディスプレイは、２次元ディスプレイまたは３次元ディスプレイである。他の態様において、ディスプレイは、多重ビュー表示可能である。
【００４５】
構成ＡにおけるＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、Ｎ個の入射角度のシーケンスで平面波照明に近似する電磁放射を提供するように構成される１つ以上の放射源を有する可変照明源を含む。一般に、Ｎは、２〜１０００の範囲の値である。ある態様において、可変照明源は、１つ以上の放射源を作動させて、例えばＩ１およびＩ２  輝度画像の取得時に、単一入射角度から略平面波放射を提供する。画像取得プロセスの動作中、可変照明源は、異なる位置の異なる放射源を順次作動させて、Ｎ個の入射角度のシーケンスから略平面波放射を提供する。各入射角度は、フーリエ空間における対応取得画像データの位置に対応する。空間領域における隣接する入射角度は、フーリエ空間における近接領域に対応する。
【００４６】
ある態様において、可変照明源は、フーリエ空間における画像データの近接領域の重なり領域を与える入射角度での放射を提供する。重なり領域は、少なくとも一定の最小量である（例：７５％重なり、７０％重なり、８０％重なり等）。
【００４７】
ある態様において、構成ＡにおけるＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの可変照明源は、異なる空間位置において個別の固定照明素子を有する。各照明素子は、１つ以上の放射源（例：ＲＧＢ源）を有する。可視光を提供する個別の固定照明素子の例には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画素およびＬＥＤがある。ある態様において、個別の固定照明素子は、直線アレイに配置される。他の態様において、個別の固定照明素子は、長方形格子（すなわち、２次元アレイ）に配置される。ある態様において、個別の固定照明素子は、同心円ＬＥＤアレイリング等の１つ以上の同心円（リング）に配置される。他の態様において、個別の固定照明素子は、曲線格子に配置される。
【００４８】
ある態様において、可変照明源は、ラスタースキャナ等の機構を用いて複数Ｎ個の空間位置に移動される照明素子を有する。他の態様において、可変照明源は、固定照明素子を有し、システムの他の構成要素が異なる空間位置に移動されて、相対的移動を実現する。固定照明素子とシステムの他の構成要素との間の該相対的移動に基づいて、照明素子は、複数Ｎ個の入射角度から照明を提供することができる。
【００４９】
可変照明源が個別の固定照明素子を有する場合、個別照明素子は、順次照明される。照明順は、個々の要素の照明時間と共に照明命令において定義される。個別照明素子の２次元マトリクスが長方形アレイである例では、中心の個別照明素子が決定される。照明命令は、中心の個別照明素子を最初に照明し、それから中心の照明素子を囲む８個の照明素子を反時計回りに照明し、その後先行照明素子を囲む１６個の照明素子を反時計回りに照明する等を、可変照明源が複数Ｎ個の入射角度（θｘｉ，ｊ，  θｙｉ，ｊ），  ｉ＝１  ｔｏ  Ｎから照明を提供するまで行うように指示する。照明素子の２次元マトリクスが１つ以上の同心円状リング等の極性マトリクスである他の例では、照明命令は、最小半径の照明素子を最初に照明し（例：時計回り、反時計回り、またはランダムに）、それからより半径の大きい照明素子を照明する等を、全可変照明源が複数Ｎ個の入射角度（θｘｉ，ｊ，  θｙｉ，ｊ），  ｉ＝１  ｔｏ  Ｎから放射を提供するまで行うように指示する。照明素子の２次元アレイが長方形または極性アレイである他の例では、サンプルに最も近い照明素子を決定する。照明命令は、サンプルに最も近い照明素子を照明し、それからその次にサンプルに近い照明素子を照明し、その後その次にサンプルに近い照明素子を照明する等を、Ｎ個の個別照明素子が複数Ｎ個の入射角度から照明されるまで行うように指示する。他の例において、個別照明素子は、ランダムに照明される。他の例において、例えば、（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ１，Ｙ２），（Ｘ１，Ｙ３），．．，（Ｘ１，Ｙｎ），（Ｘ２，Ｙ１）等の順次カラム単位順にしたがう。
【００５０】
構成Ａまたは構成ＢのＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、電磁放射を提供する１つ以上の放射源を備える。多くの例において放射源は通常コヒーレント放射源であるが、場合によってはインコヒーレント放射源を用いてもよく、計算補正を適用してもよい。ある場合において、放射源は、可視光を提供する。他の場合において、放射源は、Ｘ線放射を提供する。他の場合において、放射源は、マイクロ波放射を提供する。他の場合において、放射源は、赤外線放射を提供する。他の場合において、放射源は、テラヘルツ放射を提供する。他の場合において、放射源は、音響放射を提供する。可視光放射を使用する場合、放射源は、可視光源である。可視光の放射源の例には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画素および発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ画素がある。Ｘ線放射を使用する場合、放射源は、Ｘ線管および金属ターゲットを含む。マイクロ波放射を使用する場合、放射源は、真空管を含む。音響放射を使用する場合、放射源は、音響アクチュエータを含む。テラヘルツ放射を使用する場合、放射源は、ガンダイオードを含む。テラヘルツ放射を使用する場合、放射源によって提供される放射の周波数は、約０．３〜約３  ＴＨｚの範囲であってもよい。マイクロ波放射を使用する場合、放射源によって提供される放射の周波数は、約１００ＭＨｚ〜約３００ＧＨｚの範囲である。Ｘ線放射を使用する場合、放射源によって提供される放射の波長は、約０．０１ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲である。音響放射を使用する場合、放射源によって提供される放射の周波数は、約１０Ｈｚ〜約１００ＭＨｚの範囲である。簡単にするために、多くのシステムの記載に可視光を用いるが、他のタイプの電磁放射を用いてもよい。
【００５１】
構成Ａまたは構成ＢのＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムにおいて、作動された放射源からの放射の特性は、均一またはほぼ均一である。ある場合において、特性は、例えば画像取得プロセスにおいてｎ個の異なる波長l１，…，lｎを与えることにより、異なる時間で変化する。他の場合において、放射源は、それぞれ赤、緑、青色に対応する３つの波長l１，  l２，およびl３のＲＧＢ照明を提供する。テラヘルツ放射を使用する例において、放射源によって提供される放射の周波数は、約０．３〜約３  ＴＨｚの範囲であってもよい。マイクロ波放射を使用する例において、放射源によって提供される放射の周波数は、約１００ＭＨｚ〜約３００ＧＨｚの範囲である。Ｘ線放射を使用する例において、放射源によって提供される放射の波長は、約０．０１ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲である。音響放射を使用する例において、放射源によって提供される放射の周波数は、約１０Ｈｚ〜約１００ＭＨｚの範囲である。
【００５２】
本明細書において、放射検出器は、概して、各輝度画像を取得するために特定露光時間にわたって検出器面で受け取った放射の輝度分布を測定する装置を指す。画像取得プロセスにおいて、放射検出器は、Ｎ個の低分解能輝度測定（画像）Ｉ１，ｉおよびＩ２，ｉ（ｉ＝１  ｔｏ  Ｎ）の２つのシーケンスを取得するために各入射角度で輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定する。可視光を測定する場合、放射検出器は、電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ））、ＣＭＯＳ画像センサ、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）アレイ、フォトダイオード（ＰＤ）アレイ、光電子増倍管（ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  ｔｕｂｅ（ＰＭＴ））アレイ等である。ＴＨｚ放射を使用する場合、放射検出器は、撮像ボロメータである。マイクロ波放射を使用する場合、放射検出器は、アンテナである。Ｘ線放射を使用する場合、放射検出器は、Ｘ線感受性ＣＣＤである。音響放射を使用する場合、放射検出器は、圧電変換器アレイである。これらの放射検出器の例や他の例は、市販されている。ある場合において、放射検出器は、ＲＧＢ検出器等の色検出器である。他の場合において、放射検出器は、色検出器である必要はない。ある場合において、放射検出器は、単色検出器である。ある態様において、放射検出器は、個別検出素子（例：画素）を有する。ある場合において、個別検出素子は、１〜１０μｍの範囲のサイズである。ある場合において、放射検出素子は、５．５μｍのサイズの正方形画素である。ある場合において、個別検出素子は、円形、長方形、正方形、またはその他の幾何学形状である。ある例において、放射検出器は、ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサである。ある例において、放射検出器は、１〜４ｍｍの範囲のサイズの個別ＡＰＤまたはＰＭＴ検出素子を有する。
【００５３】
本明細書において、取得時間は、放射検出器が露光時間にわたって輝度画像を取込むために入射放射の輝度を測定し始める時間を指す。放射検出器は、画像取得のためのサンプリングレートを持つ。ある場合において、サンプリングレートは、毎秒０．１〜１０００画像の範囲である。例示的画像取得プロセスにおいて、放射検出器は、Ｎ個の低分解能輝度画像Ｉ１およびＩ２の２つのシーケンスを測定する。ある例において、各シーケンスにおける画像の数は、２〜１０，０００の範囲である。他の例において、各シーケンスにおける画像の数は、１００である。他の例において、各シーケンスにおける画像の数は、２００である。他の例において、各シーケンスにおける画像の数は、２２５である。
【００５４】
本明細書において、フーリエ空間は、波ベクトルｋｘおよびｋｙに及ぶ数学的空間を指す。これは、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムによって生成される空間画像の２次元フーリエ変換が存在する座標空間である。フーリエ空間は、放射センサによって回収される空間画像の２次元フーリエ変換が存在する、波ベクトルｋｘおよびｋｙに及ぶ数学的空間を指す。
【００５５】
ＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ撮像方法の例示的画像取得プロセスにおいて、放射検出器は、異なる入射角度または開口位置での輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定して、Ｎ個の低分解能輝度測定（画像）Ｉ１，ｉ  ＝１  ｔｏ  ＮおよびＩ２，  ｉ  ＝１  ｔｏ  Ｎの２つのシーケンスを取得する。プロセッサは、Ｉ１とＩ２との間の差分を決定して、Ｎ個の表面画像ＩＳ，ｉ  ＝１  ｔｏ  Ｎを決定する。タイコグラフィ回復プロセスにおいて、Ｎ個の表面画像は、フーリエ空間において反復的に結合されて、高分解能画像データ（輝度および／または位相）が生成される。画像データは、低分解能輝度測定、高分解能画像、取得時間、露光時間、およびその他のＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ撮像方法関連データのうちの１つ以上を含む。
【００５６】
Ｎ個の表面画像それぞれは、構成Ａで入射角度と対応し構成Ｂで開口位置と対応するフーリエ空間における領域と対応付けられる。フーリエ空間において、近接領域は、重なり領域を共有してもよく、これらは、該重なり領域にわたって同一フーリエ領域データをサンプルする。フーリエ空間におけるこの重なり領域は、開口位置の近接入射角度の位置と対応する。ある態様において、フーリエ領域データにおける重なり領域は、領域のうちの１つの面積の約２％〜９９．５％の範囲である。他の態様において、近接領域間の重なり領域は、領域のうちの１つの面積の約６５％〜約７５％の範囲の面積を有する。他の態様において、近接領域間の重なり領域は、領域のうちの１つの面積の約６５％の面積を有する。他の態様において、近接領域間の重なり領域は、領域のうちの１つの面積の約７０％の面積を有する。他の場合において、近接領域間の重なり領域は、領域のうちの１つの面積の約７５％の面積を有する。
【００５７】
本明細書において、低分解能画像は、各取得時間に始まる露光時間にわたって放射検出器によって測定される輝度分布である。放射検出器は、構成Ａで各入射角度毎に、構成Ｂで各開口位置毎に、輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定する。プロセッサは、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法を用いて、各取得時間または開口位置でのＩｉ  ＝  Ｉ１，ｉ−Ｉ２，ｉに基づいて輝度差分を決定して、Ｎ個の表面画像Ｉｓ，ｉ＝１ｔｏＮのシーケンスを決定する。本明細書において、高分解能画像は、フーリエタイコグラフィ再構築プロセスを用いてＮ個の表面画像Ｉｓ，ｉ＝１ｔｏＮのシーケンスから決定される画像である。
【００５８】
本明細書において、第１画像Ｉ１は、概して、放射検出器によって測定される第１偏光状態の入射放射の輝度分布を指し、第２画像Ｉ２は、第２偏光状態の入射放射の輝度分布を指す。ある態様によると、第１偏光状態は、単一直線偏光であり、第２偏光状態は、単一直線偏光である。
【００５９】
構成ＡにおけるＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、サンプルから出る放射を回収するように構成される光学要素を有する第１光学系を備える。第１光学系は、撮像レンズ（例：対物レンズ）等の集光光学系を含む。ある態様において、集光光学系は、回収した放射をその受光角度に基づいてフィルタリングする。つまり、受光角度外の放射は、回収しない。対物レンズの受光角度は、フーリエ空間における円形瞳領域の径に対応する。ある例において、集光光学系は、約０．５０のＮＡを有する対物レンズである。
【００６０】
構成Ａまたは構成ＢのＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、第１偏光子系と第２偏光子系とを備える。ある態様において、第１および第２偏光子系はそれぞれ、１つ以上の直線偏光子を備え、各偏光子は、単一直線偏光の電磁波を通過させるように設計される。
【００６１】
ある態様において、第１偏光子系は、第１偏光状態の電磁波を通過させて他の偏光の電磁波を遮断する偏光子を有する。ある例において、第１偏光子は、ＬＥＤアレイの表面に配置されるフィルムである。ある例において、第１偏光子は、第１配向を有する。
【００６２】
ある態様において、第２偏光子系は、入射放射を分析して、第２偏光状態の放射から第１偏光状態の放射を分離するアセンブリを指す。第２偏光子系は、放射検出器と、撮像されるサンプルとの間に位置する。ある態様において、第２偏光子系は、放射検出器に隣接する。第２偏光子系は、受け取った放射を分析して、第１偏光状態の放射を放射検出器へと通過させて、放射検出器が輝度分布を測定して第１偏光状態に基づいて第１輝度画像Ｉ１を取込むことができるようにする。第２偏光子系はまた、受け取った放射を分析して、第２偏光状態の放射を放射検出器へと通過させて、放射検出器が輝度分布を測定して第２偏光状態に基づいて第２輝度画像Ｉ２を取込むことができるようにする。第２偏光子系は、概して、放射検出器がそれぞれ第１偏光状態および第２偏光状態の受信電磁放射から別々の輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定できるように、構成される。第１偏光状態は、第１偏光子系からの放射の偏光を指す。
【００６３】
ある態様において、第２偏光子系は、単一偏光子と、偏光子を第１配向と第１配向に直交する第２配向（２つの直交配向）との間で回転させる機構とを備える。ある場合において、第１配向は、偏光子が第１配向である時に第２偏光子系が第１偏光状態の放射を通過させて他の偏光の電磁波を遮断するように、決定される。第２配向は、偏光子が第２配向である時に第２偏光子系が第２偏光状態の放射を通過させて他の偏光の電磁波を遮断するように、決定される。これらの場合において、放射検出器は、偏光子が第１配向である時に第１露光時間において第１輝度分布Ｉ１を測定でき、偏光子が第２配向である時に第２露光時間において第２輝度分布Ｉ２を測定できる。ある場合において、第２偏光子系の第１配向は、第１偏光子系の第１配向である。ある例において、単一偏光子は、水平「Ｈ」および垂直「Ｖ」配向間で回転される。
【００６４】
ある態様において、第２偏光子系は、偏光子素子の交互的配置を含む。ある偏光子素子は、第１配向であり、他の偏光子素子は、第１配向に直交する第２配向である。ある例において、交互的配置は、第１配向および第２配向の偏光素子の市松模様である。ある場合において、偏光素子は、放射検出器の個別放射検出素子と一対一で整列される。ある態様において、偏光子素子の交互的配置は、各ＬＥＤが偏光子素子で覆われるようにＬＥＤアレイを覆う材料の層である。交互的配置を持つ第２偏光子系を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、同一露光時間に別々の輝度分布Ｉ１およびＩ２を取込むことができる。ある場合において、第２偏光子系の第１配向は、第１偏光子系の第１配向である。ある例において、第１および第２配向は、それぞれ、水平「Ｈ」および垂直「Ｖ」配向、または、水平「Ｈ」および垂直「Ｖ」配向である。
【００６５】
ある態様において、第２偏光子系は、第１配向の第１偏光子と、第２配向の第２偏光子とを備える。これらの態様において、偏光子は、位置を変えない。第１偏光子は、第１偏光状態の放射を通過させて他の偏光の電磁波を遮断する。第２偏光子は、第２偏光状態の放射を通過させて他の偏光の電磁波を遮断する。ある例において、第１偏光子は、第２偏光子に隣接する。この例において、放射検出器は、同一露光時間に第１輝度分布Ｉ１および第２輝度分布Ｉ２を測定できる。ある態様において、第１偏光子は、水平「Ｈ」配向であり、第２偏光子は、垂直「Ｖ」配向である。他の態様において、第２偏光子は、水平「Ｈ」配向であり、第１偏光子は、垂直「Ｖ」配向である。ある場合において、第２偏光子系の第１配向は、第１偏光子系の第１配向である。
【００６６】
第２偏光子系は、ある例において、「Ｈ」および「Ｖ」配向の２つの直交偏光子または「Ｈ」および「Ｖ」配向間で回転される単一偏光子を有するものとして記載され、これら配向はそれぞれ水平および垂直方向を指す。簡単にするために、これらの例を「Ｈ」および「Ｖ」配向を用いて記載するが、他の直交配向を用いてもよい。例えば、第２偏光子系の偏光子は、右円偏波／左円偏波の直交偏光を有してもよい。これらの右円偏波／左円偏波偏光子は、典型的に、直線偏光子と、それに後続する１／４波長板とを含み、後者は、第１直線偏光子からの直線偏光放射を円偏光放射に変換する。円偏光子は、典型的に、「Ｈ」および「Ｖ」配向偏光子よりも少ない電磁放射を遮断するため、効率性が問題となる場合には特に有用である。
【００６７】
図４および５は、構成Ａで配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムを示す。図示しないが、これらのＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、プロセッサと、プロセッサと通信するＣＲＭとを備える。ある態様において、任意のディスプレイは、プロセッサと通信する。プロセッサはまた、放射検出器と通信して、画像データを受け取る。ある態様において、プロセッサはまた、可変照明源と通信して、異なる入射角度の放射を放射検出器の取得時間に同期させる。
【００６８】
図４は、実施態様に係る、構成Ａで配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム４００の構成要素の断面図である。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム４００は、円形可変照明源４１０と、第１偏光子系４０５と、撮像レンズ４３７を有する光学系４３０と、第２偏光子系４３５と、検出器面４４２を有する放射検出器４４０とを含む画像取得アセンブリを備える。サンプル４２０は、サンプル表面４２６上に示される。撮像レンズ４３７は、焦点距離ｆ、半径ｒ、および受光角度２θＡを有する。ある態様において、撮像レンズ４３７は、約０．６０〜約０．７５の範囲のＮＡを有する。断面図は、画像取得アセンブリの第１光学系４３０の中心線を通る。
【００６９】
図４に示す円形可変照明源４１０は、同心円状ＬＥＤリングの形状である。円形可変照明源４１０は、各リング間が等間隔であり中心軸および撮像レンズ４３７を中心とする１２個の同心円状ＬＥＤリングに配置された個別照明素子４１２（例：ＬＥＤ）を有する。他の例において、１、２、３、４、５、６、・・・、２０等の他の数の同心円状リングを用いてもよい。図４において、個別照明素子４１２は、撮像レンズ４３７のサンプル面に位置する。他の例において、照明素子は、オフセット平面に位置し、落射照明を与えるためにサンプルの撮像レンズと同じ側のままである。同心円状リングは、Dｒとして定義される均一半径方向間隔で、等間隔である。円形可変照明源４１０は、サンプル４２０の上で、作動距離ｄｏと等しい距離に位置する。
【００７０】
図４において、第１偏光子系４０５は、円形可変照明源４１０の照明素子とサンプル４２０との間に位置する円形リングの形状である。ある態様において、第１偏光子系４０５は、放射検出器４４０（例：ＬＥＤアレイ）の表面に配置される偏光子フィルムである。第２偏光子系４３５は、放射検出器４４０に隣接して、放射検出器４４０と撮像レンズ４３７との間に位置する。図示例は、撮像レンズ４３７と放射検出器４４０との間の距離ｄｉ、および、撮像レンズ４３７とサンプル２０との間の作動距離ｄ０とを含む。図示のＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム４００の寸法はｆ＝５ｃｍ、ｄｉ＝７．０２ｃｍ、ｄｏ＝１７．３、ｒ＝．２５ｃｍ、θＢ＝３０度、およびθＡ＝３度であるが、他の例において他の寸法を用いてもよい。図示例において、撮像レンズ４３７は、大きなカメラレンズのスケールで示され、作動距離ｄｏは大きく、例えば約１０〜２０ｃｍの範囲である。他の例において、顕微鏡レンズ等のより小さなレンズを用いてもよく、この場合、作動距離ｄｏはより小さく、例えば約２〜３ｃｍの範囲である。
【００７１】
図４において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム４００は、画像取得プロセスにおける単一取得時間（すなわち、瞬間）で示される。該取得時間に、可変照明源４１０の照明素子４１２が作動されて、波数ベクトル（ｋｘ，ｋｙ）で入射角度θＢの放射を提供する。第１偏光子系４０５は、照明素子４１２からの放射を第１偏光状態に偏光する。取得プロセスの単一行程において、可変照明源４１０は、第１偏光子系４０５と共に、複数Ｎ個の入射角度から順次第１偏光状態の放射４１４を生成する。
【００７２】
各入射角度で、撮像レンズ４３７は、その受光角度内でサンプルから出る放射４２０を受け取る。撮像レンズ４３７は、フィルタリングされた放射を第２偏光子系４３５へ伝搬する。各入射角度毎に、第２偏光子系４３５は、受け取った放射を分析して、第１偏光状態の放射を放射検出器４４０へと通過させて第１偏光状態に基づいて輝度画像Ｉ１を取込み、第２偏光状態の放射を放射検出器４４０へと通過させて第２偏光状態に基づいて輝度画像Ｉ２を取込む。取得プロセスの単一行程において、放射検出器４４０は、Ｎ個の取得時間での輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定して、Ｎ個の低分解能輝度測定（画像）：Ｉ１，ｉ＝１  ｔｏ  ＮおよびＩ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎの２つのシーケンスを取得する。プロセッサ（図示せず）は、Ｎ個の低分解能画像の２つのシーケンスを有する画像データを受け取る。各入射角度毎に、プロセッサは、輝度分布間の値の差分Ｉｓ＝Ｉ１，ｉ−Ｉ２，ｉを決定して、該入射角度の表面輝度画像を推定する。Ｎ個の入射角度のために、プロセッサは、厚膜サンプルの表面４２０からの反射放射に基づいて、Ｎ個の表面画像Ｉｓ，ｉ＝１ｔｏＮのシーケンスを決定する。回復プロセスにおいて、Ｎ個の表面画像Ｉｓ，ｉ＝１ｔｏＮは、フーリエ空間において反復的に結合されて、高分解能画像データ（輝度および／または位相）が生成される。任意の表示プロセスにおいて、高分解能画像および／またはその他のデータは、表示データとして任意のディスプレイ（図示せず）に提供される。
【００７３】
図４の可変照明源４１０は、撮像レンズ４３７が位置する中心に、個別素子を有さない。中心に個別照明素子がなければ、放射検出器４４０によって取得される輝度画像は、低空間周波数を含まない。徐々に変化する位相対象物の特性化等の用途において、または、対象物表面全体からの反射率の正確な知識が要求される場合、この低空間周波数情報は、有用である。図４に示すＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム４００は、低空間周波数を無視する大きな作動距離と、少ない構成要素の単純な設計とを有する。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム４００は低空間周波数で情報を収集しないため、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム４００は、チップ検査用途等において、高分解能特徴や欠陥の撮像に適している。
【００７４】
図５は、実施態様に係る、構成Ａにしたがって配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム５００の構成要素の断面図である。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム５００のある構成要素は、図４に示すＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム４００と類似する。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム５００は、第１組の１２個の同心円状リング（例：ＬＥＤリング）５１０と第２組の８個の同心円状リング（例：ＬＥＤリング）５１４とを有する可変照明源と、第１偏光子５０５と第２偏光子５０６とを有する第１偏光系と、撮像レンズ５３７を有する光学系５３８と、ビームスプリッター５３９と、第２偏光系５３５と、検出器面５４２を有する放射検出器５４０とを備える画像取得アセンブリを含む。サンプル５２０は、サンプル表面５２６上に示される。
【００７５】
図５において、第１偏光系は、第１組の１２個の同心円状リング（例：ＬＥＤリング）５１０の個別素子５１２とサンプル５２０とのあいだに位置する円形リングの形状の第１偏光子５０５を備える。第１偏光系はまた、第２組の８個の同心円状リング（例：ＬＥＤリング）５１４の個別素子５１５とビームスプリッター５３９とのあいだに位置する円形リングの形状の第２偏光子５０６を備える。第２偏光系５３５は、放射検出器５４０に隣接して、放射検出器５４０とビームスプリッター５３９との間に位置する。
【００７６】
図５において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム５００は、図４に示す構成で省略された低空間周波数を取込むように構成される。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム５００は、ビームスプリッター５３９と撮像レンズ５３８の他方側においてより小さな半径を有する第２同心円状リング５１４とを含むことによって、低空間周波数を取込むように構成される。第２同心円状リング５１４の個別素子５１５は、撮像光学系の像平面へと向けられ、撮像光学系を通してフォーカスされて厚膜サンプル５２０を照明する。図示例は、撮像レンズ５３８とサンプル５２０との間の作動距離ｄｏを示す。図示例はまた、撮像レンズ５３８と放射検出器５４０との間の距離ｄｉを含む。ビームスプリッター５３９は、ビームスプリッター５３９に対して４５度の角度で入射しビームスプリッター５３９によって吸収されない放射の半分を透過させる。（吸収されない）入射放射の残りの半分は、ビームスプリッター５３９によって反射される。ある態様において、ビームスプリッター５３９は、放射を適切に制御するように設計された被覆を有するガラス板やその他の基板からなる。他の例において、ビームスプリッター５３９は、反射性材料（例：金属）の連続薄被膜を有する半透鏡である。また他の例において、ビームスプリッター５３９は、所望の反射・透過率を得るために有孔の非連続被覆を有するスイスチーズビームスプリッターである。
【００７７】
撮像レンズ５３７は、焦点距離ｆ、半径ｒ、および受光角度２θＡを有する。図示例において、撮像レンズ１３８は、その受光角度２θＡ内で放射を受け取る。図示のＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム４００の寸法はｆ＝６ｃｍ、ＮＡ  〜  ０．１６、ｄｉ＝１２  ｃｍ、ｄｏ＝１２、ｒ＝２ｃｍ、θＢ＝３０度、およびθＡ＝５度であるが、他の寸法を用いてもよい。大きなレンズ・サンプル距離を維持するために、撮像レンズ１３８は、約０．１〜約０．３の相対的に低いＮＡを有する。図示例において、撮像レンズ５３８は、約０．１６のＮＡを有し、これは相対的に低い。低ＮＡのシステムの他の例において、ＮＡは、ある例では約０．０８、他の例では約０．０９、他の例では約０．１０、また他の例では約０．０７〜約０．２０である。
【００７８】
図示例において、撮像レンズ５３８は、例えば、６ｃｍの焦点距離ｆと２ｃｍの半径ｒを持つ大きなカメラレンズであってもよい。大きなカメラレンズを使用する場合、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム４００は、約１０〜２０ｃｍ等の、対応する大きな作動距離ｄｏを有する。他の例において、顕微鏡レンズ等のより小さなレンズを用いてもよく、この場合、作動距離ｄｏはより小さく、例えば約２〜３ｃｍである。
【００７９】
図５に示す例は、大きな作動距離を有し、全空間周波数を取込むことができる。つまり、図４に示す例で欠けていた個別照明素子が、光学系の後ろに位置する第２組の同心円状リング５１４によって提供される。
【００８０】
図５において、ビームスプリッター５３９と第２組の同心円状リング５１４との間の光路距離は、ｂで示され、ビームスプリッター５３９と撮像レンズ５３８との間の光路距離は、ａで示される。図示例において、光学系５３８は、撮像レンズ５３７が第２組の同心円状リング５１４からの結合光路距離ａ＋ｂ＝ｆに位置するように、構成される。
【００８１】
図５において、可変照明源は、２組の同心円状リング（例：円形ＬＥＤアレイ）、すなわち、第１組の１２個の等間隔同心円状リング５１０（例：第１ＬＥＤアレイ）および第２組の８個の等間隔同心円状リング５１４（例：第２ＬＥＤアレイ）、を備える。他の例で用いられ得る他の数の同心円状リングは、１、２、３、４、５、６等である。第１組の同心円状リング５１０は、撮像レンズ５３８の平面に位置し撮像レンズ５３８を中心とする個別素子５１２を備える。他の場合において、個別素子５１２は、厚膜サンプル５２０の、撮像レンズ５３８と同じ側の１つ以上のオフセット平面に位置する。第１組の同心円状リング５１０は、均一半径方向間隔Dｒ１で、等間隔である。第２組の同心円状リング５１４は、均一半径方向間隔Dｒ２で、等間隔である。第１組の同心円状リング５１０は、サンプル５２０の上で、作動距離ｄｏと等しい距離に位置する。図示例において、第１組の同心円状リング５１０は、撮像レンズ５３８の中心軸を中心とするため、第１組は、撮像レンズ５３８の中心にわたる個別素子５１２を有さない。第２組の第１組の同心円状リング５１４は、撮像レンズ５３８を介してビームスプリッター５３９によって反射される放射を提供する個別素子５１５を有する。第２組の同心円状リング５１４は、撮像レンズ５３８からの焦点距離ｆの結合光路（ａ＋ｂ）にある平面に位置する個別素子５１２を含む。
【００８２】
図５において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ５００は、第１組の同心円状リング５１０からの単一個別素子５１２が波数ベクトル（ｋｘ，ｋｙ）で入射角度θＢの放射５１４を提供する際の単一取得時間（すなわち、瞬間）で示される。画像取得プロセスにおけるある画像取得時間では、第１組の同心円状リング５１０からの個別素子５１２の１つが、波数ベクトル（ｋｘ，ｋｙ）で入射角度θＢの放射５１４を提供する。第１偏光子５０５は、第１組の同心円状リング５１０の個別素子５１２からの放射を第１偏光状態に偏光する。同一画像取得プロセスにおける他の画像取得時間では、第２組の同心円状リング５１４からの個別素子５１５の１つが放射を提供する。第２偏光子５０６は、第２組の同心円状リング５１４の個別照明素子５１２からの放射を第１偏光状態に偏光する。個別照明素子５１５のうちの１つが照明される場合、第１偏光状態の入射放射は、ビームスプリッター５３９によって受け取られる。ビームスプリッター５３９によって受け取られた（および吸収されない）入射放射の半分は、撮像レンズ５３８へと反射され、撮像レンズ５３８は放射をサンプル５２０へと伝搬する。ビームスプリッター５３９は入射放射の半分を通過させるため、ある態様において、第２組の同心円状リング５１４の各個別素子５１５は、第１組の同心円状リング５１０の各個別照明素子５１２の照明源の輝度の約２倍（２ｘ）の照明源を有する。
【００８３】
第１偏光系は、サンプル５２０への入射放射を第１偏光状態に偏光する。画像取得プロセスの単一行程において、可変照明源は、第１偏光系と共に、複数Ｎ個の入射角度から順次第１偏光状態の放射を生成する。サンプル５２０から出る放射は、撮像レンズ５３８で受け取られる。撮像レンズ５３８は、その受光角度内で放射を受け取って、放射をフィルタリングする。撮像レンズ５３８は、入射放射をビームスプリッター５３８へと伝搬する。撮像レンズ５３８からの入射放射の半分は、ビームスプリッター５３８を介して第２偏光系５３５へと伝搬される。各入射角度毎に、第２偏光系５３５は、受け取った放射を分析して、第１偏光状態の放射を放射検出器５４０へと通過させて第１偏光状態に基づいて輝度画像Ｉ１を取込み、第２偏光状態の放射を放射検出器５４０へと通過させて第２偏光状態に基づいて輝度画像Ｉ２を取込む。画像取得プロセスの単一行程において、放射検出器５４０は、Ｎ個の取得時間での輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定して、Ｎ個の低分解能輝度測定（画像）：Ｉ１，ｉ＝１  ｔｏ  ＮおよびＩ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎの２つのシーケンスを取得する。プロセッサ（図示せず）は、Ｎ個の低分解能画像の２つのシーケンスを有する画像データを受け取る。各入射角度毎に、プロセッサは、輝度分布間の値の差分Ｉｓ  ＝  Ｉ１，ｉ−Ｉ２，ｉを決定して、該入射角度の表面輝度画像を推定する。Ｎ個の入射角度のために、プロセッサは、厚膜サンプルの表面５２０からの反射放射に基づいて、Ｎ個の表面画像Ｉｓ，ｉ＝１ｔｏＮのシーケンスを決定する。回復プロセスにおいて、Ｎ個の表面画像Ｉｓ，ｉ＝１ｔｏＮは、フーリエ空間において反復的に結合されて、高分解能画像データ（輝度および／または位相）が生成される。任意の表示プロセスにおいて、高分解能画像および／またはその他のデータは、表示データとして任意のディスプレイ（図示せず）に提供される。
【００８４】
構成Ｂ
【００８５】
構成Ｂで配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、開口スキャナを備える。ある態様において、開口スキャナは、光学配置の中間面において異なる時間に複数Ｎ個の開口位置で開口を生成する。他の態様において、開口スキャナは、光学配置の中間面において異なる時間に複数Ｎ個の位置に全体としてシフトされる複数の開口を生成する。多くの場合、中間面は、サンプル面と共役なフーリエ面である。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムはさらに、サンプルの輝度画像を取得するように構成される検出器面での放射検出器を備える。
【００８６】
本明細書において、開口スキャナは、中間面の異なるＮ個の位置で開口（または複数の開口）を順次生成するように構成される１つ以上の装置を指す。本明細書において、開口スキャナの開口は、概して、入射放射を光学配置における次の光学素子へと通過させる平面内の領域を指す。ある態様において、該平面において開口を囲む領域は、入射放射を遮断／反射するか、さもなくば、入射放射が次の光学素子へと通過するのを防ぐ。ある態様において、開口は、光学的透明な領域、または、実質的に光学的透明な領域である。これらの態様において、周囲領域は、入射放射を反射または吸収する。ある例において、開口は、不透明プレートにおける放射透過性領域（例：孔）である。他の態様において、開口は、入射放射を次の光学素子へと反射する反射領域（例：ディスプレイにおける１つ以上の反射画素または１つ以上のマイクロミラー）である。これらの態様において、周囲領域は、入射放射を吸収するか、あるいは、次の光学素子から離れるように入射放射を反射する。ある例において、開口は、入射放射を次の光学素子へと反射する角度に向けられた１つ以上のマイクロミラーからなる。この例では、周囲領域における１つ以上のマイクロミラーは、次の光学素子から離れるように放射を反射する別の角度に向けられる。ある場合において、開口位置は、開口領域の重心に対応する。
【００８７】
ある例では開口スキャナの開口は幅ｌおよび高さｈの寸法の長方形であるが、他の例では半径ｒの円形や三角形等の他の形を用いてもよい。また、例において異なる位置での開口は一定の形およびサイズを有するものとして記載するが、他の例において異なる開口位置での開口のサイズや形は可変であってもよいことを理解されたい。ある場合において、開口領域のサイズは、０．５ｍｍ×０．５ｍｍである。他の場合において、開口領域のサイズは、５ｍｍ×５ｍｍである。開口位置は、例えば、１次元または２次元アレイに配置することができる。ある場合において、開口位置は、直線アレイに配置される。他の場合において、開口位置は、２次元格子に配置される。他の場合において、開口位置は、対角アレイに配置される。他の場合において、開口位置は、曲線格子に配置される。ある態様において、複数Ｎ個の開口位置は、２つ以上のその近接開口（すなわち、隣接開口位置の開口）間の重なり領域を含む。ある例において、重なり領域は、開口領域の約７０％である。他の例において、重なり領域は、開口領域の約７５％である。他の例において、重なり領域は、開口領域の約２〜９０％である。
【００８８】
いくつかの態様において、機械ベース開口スキャナは、開口を異なる開口位置に機械的にシフトする。例えば、機械ベース開口スキャナは、開口を有する構造（例：不透明材料のプレートであって、プレートにおける孔等の透過性領域の形で開口を有する）を物理的に並進および／または回転して異なる開口位置で開口を生成するＸ−Ｙステージを含んでもよい。ある例において、開口を有するプレートをＸ−Ｙステージに取り付けてから、Ｘ−Ｙステージが中間面においてプレートを並進および／または回転して、対応する取得時間に適切な開口位置で開口を配置する。ある場合において、プレートの表面には、表面に直交して開口が配される。Ｘ−Ｙステージは、表面が中間面に残るようにプレートを並進／回転する。
【００８９】
他の態様において、ディスプレイベース開口スキャナは、中間面における異なる開口位置に開口をデジタル的に表示する。ディスプレイベース開口スキャナの例には、空間光変調器（ＳＬＭ）がある。本明細書において、ＳＬＭは、そのディスプレイ上に開口を生成することができる装置を指す。ある場合において、ＳＬＭは、光の位相φおよび／または振幅を変調するために、ＳＬＭ照明源からの電気および／または光信号を用いる。ある場合において、ＳＬＭ照明源は、レーザ（例：Ｅｘｃｅｌｓｉｏｒ(R)５３２ＳＭ）等のコリメート光源である。他の場合において、ＳＬＭ光源は、コリメート光を提供しない。例えば、光は、発光ダイオードからの空間フィルタリングされた光（空間コヒーレンス長約１ｍｍ、スペクトル帯域幅２０ｎｍ）、または、レーザ光源からの光（例：５３２ｎｍ準単色レーザ光、多メートルの空間コヒーレンス長）であってもよい。ＳＬＭ光源は、システムの構成要素であってもよく、別の部品であってもよい。特定のＳＬＭは、市販であり得る。ある態様において、ＳＬＭは、複数のＳＬＭ表示素子を有するＳＬＭディスプレイを含む。各ＳＬＭ表示素子は、開口として機能するよう（開口設定）、または、開口を囲む領域として機能するよう（場設定）設定可能である。ある構成において、開口設定のＳＬＭ表示素子は、入射放射を通すように透明またはほぼ透明であり、場設定の表示素子は、入射放射を遮断／反射またはほぼ遮断／反射する。他の構成において、特定のＳＬＭ表示素子は、反射性である。これらの場合において、開口設定の表示素子は、（第１）角度に向けられて入射放射を光学配置における次の光学素子へと反射し、場設定の表示素子は、異なる（第２）角度に向けられて入射放射を次の光学素子から離れるよう反射する。これらの構成において、ＳＬＭディスプレイは、１つ以上のＳＬＭ表示素子を開口設定にしおよび／または周囲の表示素子を場設定にすることで、１つ以上のＳＬＭ表示素子に開口を生成できる。異なる取得時間ｔｉに、異なる組の１つ以上の表示素子を適切な設定にして、対応する開口位置に開口を生成する。ある場合において、ＳＬＭディスプレイは、３０／秒〜１００／秒の範囲のリフレッシュ速度を有する。
【００９０】
ＳＬＭの形で開口スキャナを含む構成ＢにおけるＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムでは、反射性ＬＣｏＳ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）ディスプレイ、ＤＭＤ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ）等、異なるタイプのＳＬＭディスプレイを用いてもよい。反射性ＬＣｏＳ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）ディスプレイは、複数の反射性表示素子を有する反射性ディスプレイである。市販のＬＣｏＳディスプレイの例には、反射性ＨＯＬＯＥＹＥ(R)ＳＬＭ、Ｐｌｕｔｏ、ｐｈａｓｅ  ｏｎｌｙ  ＬＣｏＳ、８μｍ画素サイズ、１０８０×１９２０画素ディスプレイがある。ＤＭＤは、表面上に多数の微小マイクロミラーを有する光半導体チップを指し得る。ある態様において、各マイクロミラーは、個別に角度αに回転される。このようにして、各マイクロミラーを、角度αの開口設定または回転なしの場設定、あるいは、その逆に、遷移させる。これらのマイクロミラーは通常、長方形アレイ（寸法ｏｘｐ）に配置されるが、他の配置を用いてもよい。ある態様において、ＤＭＤの各マイクロミラーは、１つ以上の個別検出器素子（例：画素）と対応する。ある場合において、開口設定の１つ以上のマイクロミラーは、マイクロミラーの表面に直交する光軸がフーリエ面から角度αを向くように、配向される。
【００９１】
ＳＬＭの形で開口スキャナを含むＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムでは、ＳＬＭディスプレイを、その表示面が中間面（例：フーリエ面）にあるように配置する。ある場合において、ＳＬＭディスプレイは、表示面における表示素子（例：画素）の２次元マトリクスの形である。２次元マトリクスは、Ｐｉｘ１×Ｐｉｘ２の寸法を有し、ここで、Ｐｉｘ１は第１方向における画素数、Ｐｉｘ２は第１方向に直交する第２方向における画素数である。ある例において、ＳＬＭディスプレイは、１９２０×１０８０画素ディスプレイであり、ここで、Ｐｉｘ１は１９２０、Ｐｉｘ２は１０８０である。ある態様において、ＳＬＭの表示素子を、照明指示にしたがって異なる取得時間に特定の設定になるようにプログラミングする。
【００９２】
構成Ｂで配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、画像取得プロセスにおいて単一入射角度から放射を提供する照明源を有する。ある場合において、照明は、単色である。他の場合において、照明源は、後述のように、異なる取得時間に、異なる波長（例：ＲＧＢに対応付けられた波長）の放射を提供する。照明源はコヒーレント光源であってもよいが、インコヒーレント光源を用いてもよく、計算補正を適用してもよい。可視光源の例には、ＬＣＤ画素およびＬＥＤディスプレイ画素が含まれる。他の形式の放射を利用する場合、他の放射源を用いてもよい。例えば、Ｘ線放射を利用する実施態様では、放射源は、Ｘ線管と金属ターゲットとを含んでもよい。他の例として、マイクロ波放射を利用する場合、放射源は、真空管を含んでもよい。他の例として、音響放射を利用する場合、放射源は、音響アクチュエータであってもよい。他の例として、テラヘルツ放射を利用する場合、放射源は、ガンダイオードであってもよい。
【００９３】
構成ＢのＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムのカラー撮像の実施において、照明源は、それぞれ赤色、緑色、青色に対応する３つの波長l１、l２、l３のＲＧＢ照明を提供してもよい。テラヘルツ放射を利用する場合、照明源によって与えられる放射周波数は、０．３〜３ＴＨｚの範囲であってもよい。マイクロ波放射を利用する場合、可変照明器によって与えられる放射周波数は、１００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの範囲であってもよい。Ｘ線放射を利用する場合、可変照明器によって与えられる放射波長は、０．０１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲であってもよい。音響放射を利用する場合、可変照明器によって与えられる放射周波数は、１０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲であってもよい。
【００９４】
図６は、実施態様に係る、構成Ｂで配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム６００の概略図である。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム６００は、コヒーレント放射を提供する照明源６１０と、照明源６１０から受け取った放射を第１偏光状態へ偏光する第１偏光子系６０５とを備える。照明源６１０および第１偏光子系６０５が共に、第１偏光の放射を厚膜サンプル６２０に提供する。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム６００はまた、サンプル６２０から出る放射を受け取るように構成される第１光学系６３０（例：第１対物レンズ）と、中間面（例：サンプル６２０のフーリエ面）における複数Ｎ個の開口位置で開口を生成するように構成される開口スキャナ６３２と、開口を通じて放射を受け取る第２光学系６３５（例：第２対物レンズ）と、第２偏光子系６３７と、第２偏光子系６３７を介して受け取った放射の輝度分布を測定する検出器６４０とを備える。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム６００はまた、プロセッサ６５０（例：１つ以上のマイクロプロセッサ）と、プロセッサ６５０と電気通信するコンピュータ可読媒体（ＣＲＭ）６６０と、プロセッサ６５０と電気通信する任意のディスプレイ６７０とを備える。プロセッサ６５０は、検出器６４０とも電気通信する。任意に、プロセッサ６５０は、例えば異なる位置での開口生成を画像取得に同期させるために、開口スキャナ６３２と電気通信する。
【００９５】
画像取得プロセスにおいて、開口スキャナ６３２は、平面（例：光学配置のフーリエ面）における複数Ｎ個の開口位置で開口を生成する。第１光学系６３０は、サンプル６２０からの入射放射を受け取る。第２光学系６３５は、開口によって変調された放射を受け取る。第２偏光子系６３７は、第２光学系６３５から放射を受け取る。第２偏光子系６３７は、受け取った放射を分析して、第１偏光状態の放射を放射検出器６４０へと通過させる。放射検出器６４０は、通過させた放射を受け取って、各開口位置毎に第１偏光状態に基づいて第１輝度分布Ｉ１を測定する。第２偏光子系６３７は、第２偏光状態の放射を放射検出器６４０へと通過させ、各開口位置毎に第２偏光状態に基づいて第２輝度分布Ｉ２を取込む。放射検出器６４０は、Ｎ個の開口位置に対応するＮ個の輝度分布Ｉ１のシーケンスおよびＮ個の輝度分布Ｉ２のシーケンスを測定する。第２偏光子系６３７は、放射検出器６４０が、各開口位置毎にそれぞれ第１偏光状態および第２偏光状態の電磁放射の別々の輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定できるように、構成される。画像取得プロセスにおいて、放射検出器６４０は、Ｎ個の低分解能輝度測定（画像）：Ｉ１，ｉ＝１  ｔｏ  ＮおよびＩ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎの２つのシーケンスを取得するために経時的に輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定する。
【００９６】
プロセッサ６５０は、Ｎ個の低分解能画像の２つのシーケンスを有する画像データを受け取る。各開口位置毎に、プロセッサ６５０は、輝度分布間の値の差分Ｉｓ，ｉ  ＝  Ｉ１，ｉ−Ｉ２，ｉを決定して、該開口位置に関連付けられた表面輝度画像を推定する。Ｎ個の開口位置のために、プロセッサ６５０は、厚膜サンプル３２０の表面からの反射放射に基づいて、Ｎ個の表面画像Ｉｓ，ｉ＝１ｔｏＮのシーケンスを決定する。回復プロセスにおいて、プロセッサ６５０は、フーリエ空間における複数Ｎ個の輝度画像を反復的につなぎ合わせて、サンプル面においてサンプル６２０の広視野複素高分解能画像を回復できる。ある態様において、プロセッサ６５０は、複素画像をデジタル的にリフォーカスして、システムにおけるサンプルのデフォーカスおよび／または収差を吸収する。ある態様において、プロセッサ６５０は、複素画像を１つ以上の面に伝搬する。異なる面におけるこれら伝搬複素画像からの画像データを用いて、３次元画像が生成される。ある態様において、プロセッサ６５０は、異なる照明波長（ＲＧＢ）で複素画像を生成して、複素カラー画像を生成する。任意の表示プロセスにおいて、高分解能画像および／またはその他のデータは、表示データとして任意のディスプレイ６７０に提供される。
【００９７】
典型的に、開口は、サンプルのフーリエ面で、複数Ｎ個の開口位置に生成される。しかし、複合レンズ系の開口面や顕微鏡対物の後焦点面等、サンプルと共役な他の中間面に、開口を生成することも可能である。
【００９８】
図７Ａは、実施態様に係る、構成ＢにおけるＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム７００の構成要素の概略図である。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム７００は、第１焦点距離ｆ１（ｆ１  ＝  ｆ）を有する第１光学系（例：レンズ）７１１と、第２焦点距離ｆ２（ｆ１  ＝  ｆ）を有する第２光学系（例：レンズ）７１２と、空間光変調器の形態の開口スキャな７７０とを備える。開口スキャナ７７０は、サンプル７５０のフーリエ面等の中間面における複数Ｎ個の位置に開口７７１をシフトするように構成される。他の例において、他のタイプの開口スキャナを用いてもよい。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム７００はまた、照明源７３０と、サンプル７５０に入射する第１偏光状態の平面波放射７３４を提供する第１偏光子系７３２とを備える。図示しないが、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム７００はまた、プロセッサと、プロセッサと通信するＣＲＭと、任意に、プロセッサと通信するディスプレイとを備える。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム７００はまた、検出器面において（アクティブ）検出面を有する検出器７６０と、第２偏光子系７６２とを備える。図は、撮像されるサンプル７５０がサンプル面に位置する画像取得プロセスのシステムを示す。該システムの構成要素の詳細は、Ｈｏｒｓｔｍｅｙｅｒ，  Ｒｏａｒｋｅ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｏｖｅｒｌａｐｐｅｄ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｃｏｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ  ｒｅｍｏｖａｌ，”（２０１４）にあり、その全体を、ここに参照のために取込む。
【００９９】
図７Ａにおいて、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム７００の光学要素は、４ｆ光学配置であり、第１光学系７１１は、第２光学系７１２から、これらの焦点距離を結合した２ｆと等しい距離に位置する。サンプル７５０のサンプル面は、第１光学系７１１から第１焦点距離（ｆ１＝ｆ）に位置し、検出器７６０の検出器面は、第２光学系７１２から第２焦点距離（ｆ２＝ｆ）の光路距離に位置する。サンプルのフーリエ面は、第１光学系７１１から第１光学系７１１の第１焦点距離（ｆ１＝ｆ）の光路距離に位置し、第２光学系７１２から第２光学系７１２の第２焦点距離（ｆ２＝ｆ）の光路距離に位置する。
【０１００】
図７Ｂは、図７Ａに示す空間光変調器７７０のＳＬＭディスプレイ７７３の概略断面図である。断面は、ＳＬＭディスプレイ７７３の表示面である。図７Ｂは、表示面のｘ’軸およびｙ’軸を含む。ＳＬＭディスプレイ７７３は、幅Ｌおよび高さＨの寸法の長方形ディスプレイである。
【０１０１】
空間光変調器７７０は、そのディスプレイ７７３上で、等間隔開口位置（すなわち、近接開口間が等間隔）の２Ｄ正方形格子（ｎ×ｎ）で開口をデジタル的に生成するように構成される。空間光変調器７７０は、そのディスプレイ７７３上で、複数Ｎ個の位置に開口７７１をデジタル的に生成するように構成される。ここで、Ｎ＝ｎ２である。図７Ｂにおいて、開口７７１（１）および７７１（２）は、幅ｌおよび高さｈの一定長方形である。他の実施態様において、近接開口位置間の間隔は等しい、および／または、開口は異なる位置で異なるサイズを有する。
【０１０２】
図７Ｂにおいて、ディスプレイ７７３は、取得時であり、開口７７１（１）（実線で示す）がＳＬＭディスプレイ７７３上に生成される。図示には、近接開口間の空間重なり関係を表すために点線で示す、後続取得時間（例：ｔ２）に表示される近接開口７７１（２）（点線で示す）も含まれる。図示のように、近接開口７７１（１）、７７２（２）は、ｘ’方向に距離ｃの重なり７７２を有する。ある場合において、重なり７７２は、開口７７１の面積の少なくとも約７０％である。他の場合において、重なり７７２は、開口７７１の面積の少なくとも約７５％であってもよい。他の場合において、重なり７７２は、開口７７１の面積の２〜９０％であってもよい。ＳＬＭ７７０によって表示指示を用いて、直線格子においてディスプレイ７７３上に開口を生成してもよい。ある態様において、近接（隣接）開口間の重なり７７２は、ｎ＞Ｌ／ｌの設定と対応する。例えば、ｎ＝９であれば、Ｌ／ｌ＝２．５を設定することで、７５％を超える近接開口間重なりが生じる。
【０１０３】
ＳＬＭディスプレイ７７０は、正方寸法（ｎ×ｎ寸法）の２Ｄ格子を持つ。この場合、Ｎ個の開口位置は、表示面において、（Ｘｉ，Ｙｊ）、ｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｎとして表され、開口位置数Ｎ＝ｎ２である。ある態様において、開口７７１は、この２Ｄ直線格子の原点から、１＜ｊ＜ｎ２の二次元ベクトルｃｊ＝（ｃｘｊ，ｃｙｊ）によりずらされる。この場合、放射検出器は、検出器面において、異なる開口位置でＭ個の異なる輝度画像Ｉｋ，ｌ，（Ｍ＝ｋ×ｌ）を取込むことができる。
【０１０４】
例示的画像取得プロセスにおいて、開口スキャナ７７０は、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステム７００のフーリエ面における複数Ｎ個の開口位置で開口を生成する。第１光学系７１１は、サンプル７５０からの入射放射を受け取る。第２光学系７１２は、開口によって変調された放射を受け取る。第２偏光子系７６２は、第２光学系７１２から放射を受け取る。第２偏光子系７６２は、受け取った放射を分析して、第１偏光状態の放射を放射検出器７６０へと通過させる。放射検出器７６０は、通過させた放射を受け取って、各開口位置毎に第１偏光状態に基づいて第１輝度分布Ｉ１を測定する。第２偏光子系７６２は、第２偏光状態の放射を放射検出器７６０へと通過させ、各開口位置毎に第２偏光状態に基づいて第２輝度分布Ｉ２を取込む。放射検出器７６０は、Ｎ個の開口位置に対応するＮ個の輝度分布Ｉ１のシーケンスおよびＮ個の輝度分布Ｉ２のシーケンスを測定する。第２偏光子系７６２は、放射検出器７６０が、各開口位置毎にそれぞれ第１偏光状態および第２偏光状態の電磁放射の別々の輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定できるように、構成される。画像取得プロセスにおいて、放射検出器７６０は、Ｎ個の低分解能輝度測定（画像）：Ｉ１，ｉ＝１  ｔｏ  ＮおよびＩ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎの２つのシーケンスを取得するために経時的に輝度分布Ｉ１およびＩ２を測定する。
【０１０５】
プロセッサは、Ｎ個の低分解能画像の２つのシーケンスを有する画像データを受け取る。各開口位置毎に、プロセッサは、輝度分布間の値の差分Ｉｓ，ｉ  ＝  Ｉ１，ｉ−Ｉ２，ｉを決定して、該開口位置に関連付けられた表面輝度画像を推定する。Ｎ個の開口位置のために、プロセッサは、厚膜サンプル７５０の表面からの反射放射に基づいて、Ｎ個の表面画像Ｉｓ，ｉ＝１ｔｏＮのシーケンスを決定する。回復プロセスにおいて、プロセッサは、フーリエ空間における複数Ｎ個の輝度画像を反復的につなぎ合わせて、サンプル面においてサンプル７６０の広視野複素高分解能画像を回復できる。ある態様において、プロセッサは、複素画像をデジタル的にリフォーカスして、システムにおけるサンプルのデフォーカスおよび／または収差を吸収する。ある態様において、プロセッサは、複素画像を１つ以上の面に伝搬する。異なる面におけるこれら伝搬複素画像からの画像データを用いて、３次元画像が生成される。ある態様において、プロセッサは、異なる照明波長（ＲＧＢ）で複素画像を生成して、複素カラー画像を生成する。任意の表示プロセスにおいて、高分解能画像および／またはその他のデータは、表示データとして任意のディスプレイに提供される。
【０１０６】
ＩＩＩ．ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ撮像方法
【０１０７】
本セクションにおいて、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法は、概して、構成Ａまたは構成ＢのＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムによって行われるものとして、記載される。先のセクションにおいて、構成Ａまたは構成ＢのＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムのいくつかの例が述べられている。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法は、概して、画像取得プロセスと、フーリエタイコグラフィ再構築プロセスと、任意の表示プロセスとを含む。フーリエタイコグラフィ再構築プロセスの詳細は、次のセクションＩＶで述べる。
【０１０８】
図８は、実施態様に係る、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法の動作を示すフローチャートである。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法は、動作８０２から開始する。この方法を用いる場合、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、各露光時間に１つの配向に位置する偏光子を含む第２偏光子系を有する。該システムにおいて、放射検出器は、偏光子が第１配向である露光時間に第１輝度分布Ｉ１を測定し、偏光子が第２配向である他の露光時間に第２輝度分布Ｉ１を測定する。ある例において、第２偏光子系は、単一偏光子と、偏光子を第１配向と第１配向に直交する第２配向との間で回転させる機構とである。
【０１０９】
動作８１０で、「偏光状態１」とも呼ばれる第１偏光状態の放射が、サンプルの、集光光学系が位置する側と同じ側から、サンプルに提供される（落射照明）。厚膜サンプルの表面は、主に偏光状態１（すなわち、第１方向における偏光）を維持しながら、放射を反射する。サンプルの表面下で散乱する放射は、ランダム偏光し、偏光状態１を維持しない。
【０１１０】
ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの構成要素が構成Ａにしたがって配置される場合、動作８１０は、図９Ａのフローチャートに示すサブ動作を含む。サブ動作８０２で、可変照明源および第１偏光子系は共に、偏光状態１でサンプルに入射する放射を提供する。順次照明が、Ｎ個の入射角度で、サンプルに提供される。可変照明源は、入射角度の順および関連する照明のタイミングを定義する照明命令に基づいて順次照明を制御してもよい。これらの命令は、プロセッサによって実施され、コンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。ある態様において、可変照明源は、複数Ｎ個の入射角度の各入射角度で平面波照明を提供する。空間領域における波数ベクトルｋｘ，ｋｙの平面波照明は、フーリエ領域において画像スペクトルを（ｋｘ，ｋｙ）シフトすることと等価である。この点において、フーリエ領域における輝度画像データは、可変照明源によって与えられる入射角度（θｘ，θｙ）に対応する（ｋｘ，ｋｙ）によって直角入射画像データからシフトされる。サブ動作８０４で、第１光学系は、サンプルから出る放射を回収し、第２偏光子系を介して放射検出器へと伝搬する。光学系は、概して、放射をフィルタリングするフィルタリング光学素子を備える。ある例において、フィルタリング光学素子は、照明されたサンプルからの放射を回収する対物レンズである。この場合、対物レンズは、その開口数（ＮＡ）内の角度範囲の入射放射のみを受光することによって、サンプルから出る放射をフィルタリングする。フーリエ空間において、対物レンズ等のフィルタリング光学素子のフィルタリング機能は、半径ＮＡｘｋ０の円形瞳によって表されてもよい。ここで、ｋ０＝２π／λは、真空中の波数である。セクションＩＶに記載のフーリエタイコグラフィ再構築プロセスは、このフィルタリング機能と入射角度とによって定義されるフーリエ空間領域を更新する。ある場合において、フィルタリング光学素子およびその関連するフィルタリング機能は、円形瞳領域の外のデータを省略する。
【０１１１】
ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの構成要素が構成Ｂにしたがって配置される場合、動作８１０は、図９Ｂのフローチャートに示すサブ動作を含む。サブ動作８０６で、照明源は、サンプルに落射照明を提供する。第１光学系は、サンプルからの入射放射を受け取る。サブ動作８０８で、開口スキャナは、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの光学配置の中間（例：フーリエ）面において、複数Ｎ個の開口位置（Ｘｉ，Ｙｊ），  ｉ＝  １  ｔｏ  ｍ，  ｊ＝１  ｔｏ  ｎに開口（または複数の開口）を生成する。開口スキャナは、開口位置の順番を定義する命令に基づいて、異なる位置に開口を生成してもよい。これらの命令は、プロセッサによって実施され、コンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。ｘおよびｙ方向における波数ベクトルは、ｋｘｉおよびｋｙｉと表される。第２光学系は、開口によって変調された入射放射を受信してもよい。
【０１１２】
動作８２０で、放射検出器は、輝度分布を測定して、Ｎ個の輝度画像：Ｉ１，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎの第１シーケンスを取得する。動作８３０で、放射検出器は、輝度分布を測定して、Ｎ個の輝度画像：Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎの第２シーケンスを取得する。図８に示す方法において、放射検出器は、Ｎ個の輝度画像：Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎの第２シーケンスを取得する取得時間と異なる取得時間に、Ｎ個の輝度画像：Ｉ１，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎの第１シーケンスを取得する。これは、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムが、各露光時間に１つの配向に設定される偏光子を含む第２偏光子系を有する場合である。ある例において、第２偏光子系は、単一偏光子と、偏光子を第１配向と第１配向に直交する第２配向との間で回転させる機構とを備える。偏光子が第１配向である時に、第２偏光子系は、第１偏光状態の放射のみを通過させる（他の偏光の電磁波を遮断する）。偏光子が第２配向である時に、第２偏光子系は、第２偏光の放射のみを通過させる。これらの場合において、放射検出器は、偏光子が第１配向である時に第１露光時間において第１輝度分布Ｉ１を測定し、偏光子が第２配向である時に第２露光時間において第２輝度分布Ｉ２を測定する。ある場合において、第２偏光子系の第１配向は、第１偏光子系の第１配向である。ある例において、単一偏光子は、水平「Ｈ」および垂直「Ｖ」配向間で回転される。
【０１１３】
ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの構成要素が構成Ａにしたがって配置される場合、動作８２０および８３０において取得された輝度分布対Ｉ１およびＩ２のそれぞれは、異なる入射角度と関連付けられる。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの構成要素が構成Ｂにしたがって配置される場合、動作８２０および８３０において取得された輝度分布対Ｉ１およびＩ２のそれぞれは、異なる開口位置と関連付けられる。
【０１１４】
動作８４０で、プロセッサは、非散乱画像組Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎを決定する。放射のランダム偏光解消成分が第１画像Ｉ１および第２画像Ｉ２に等しく寄与するという推定に基づいて、第１画像Ｉ１と第２画像Ｉ２との差分が偏光解消放射への寄与を効果的に除去して非散乱表面画像Ｉｓが生成される。プロセッサは、構成Ａを用いる場合各入射角度毎に、構成Ｂを用いる場合各開口位置毎に、第１画像Ｉ１と第２画像Ｉ２との差分をとる。プロセッサは、該差分をとって、非散乱画像組Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎを決定する。
【０１１５】
動作１０００で、プロセッサは、フーリエタイコグラフィ再構築プロセスを用いて、動作８４０で決定された非散乱画像組Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎに基づいて、より高い（すなわち、向上した）分解能のサンプルの複素画像を回復する。この動作の詳細は、セクションＩＶで記載する。該動作において、高分解能複素画像が空間領域で初期化され、フーリエ変換が初期値に適用されて初期化フーリエ変換画像が得られる。高分解能画像は、フーリエ空間において非散乱画像組Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎから輝度測定値を反復的に結合することによって、計算的に構築される。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの構成要素が構成Ａにしたがって配置される場合に適用される動作１０００の詳細は、図１１および１２に関連して記載される。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの構成要素が構成Ｂにしたがって配置される場合に適用される動作１０００の詳細は、図１３および図１４に関連して記載される。
【０１１６】
任意の動作８５０で、ディスプレイは、プロセッサから高分解能複素画像データおよび／または他のデータ等の画像データを受け取り、ディスプレイ上にデータを表示してもよい。動作８６０で、方法は、他のサイクルがあるかどうか判断する。他のサイクルがある場合（ＹＥＳ）、方法は、８１０に戻る。他のサイクルがない場合（ＮＯ）、方法は、終了する（８７０）。
【０１１７】
図１０は、実施態様に係る、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法の動作を示すフローチャートである。この方法を用いる場合、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、放射検出器が両偏光で同時に画像Ｉ１およびＩ２を取得可能であるように、構成される。そのようなＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの一例において、第２偏光子系は、偏光子素子の交互的配置を有する。この例において、ある偏光子素子は第１配向であり、他の偏光子素子は第１配向に直交する第２配向である。ある場合において、交互的配置は、第１配向および第２配向の偏光素子の市松模様パターンを形成してもよい。ある態様において、偏光素子は、放射検出器の個別放射検出素子と一対一で整列される。例えば、偏光子素子の交互的配置は、各ＬＥＤが偏光子素子で覆われるようにＬＥＤアレイを覆う材料の層であってもよい。
【０１１８】
ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法は、動作９０２から開始する。動作９１０で、「偏光状態１」とも呼ばれる第１偏光状態の放射が、サンプルの、集光光学系が位置する側と同じ側から、サンプルに提供される（落射照明）。厚膜サンプルの表面は、主に、偏光状態１（すなわち、第１方向における偏光）を維持しながら放射を反射する。サンプルの表面下で散乱する放射は、ランダム偏光し、偏光状態１を維持しない。
【０１１９】
ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの構成要素が構成Ａにしたがって配置される場合、動作９１０は、図９Ａのフローチャートに示すサブ動作を含む。サブ動作８０２で、可変照明源および第１偏光子系は共に、偏光状態１でサンプルに入射する放射を提供する。順次照明が、Ｎ個の入射角度で、サンプルに提供される。サブ動作８０４で、第１光学系は、サンプルから出る放射を回収し、第２偏光子系を介して放射検出器へと伝搬する。サブ動作８０２および８０４については、動作８１０に関連してより詳細に説明する。
【０１２０】
ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの構成要素が構成Ｂにしたがって配置される場合、動作９１０は、図９Ｂのフローチャートに示すサブ動作を含む。サブ動作８０６で、照明源は、サンプルに落射照明を提供する。第１光学系は、サンプルからの入射放射を受け取る。サブ動作８０８で、開口スキャナは、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの光学配置の中間（例：フーリエ）面において、複数Ｎ個の開口位置（Ｘｉ，Ｙｊ），  ｉ＝  １  ｔｏ  ｍ，  ｊ＝１  ｔｏ  ｎに開口（または複数の開口）を生成する。サブ動作８０６および８０８については、動作８１０に関連してより詳細に説明する。
【０１２１】
動作９２０で、放射検出器は、輝度分布を測定して、Ｎ個の輝度画像：Ｉ１，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎの第１シーケンスおよびＮ個の輝度画像：Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎの第２シーケンスを同時に取得する。第１シーケンスの輝度画像が、第２シーケンスの対応する輝度画像と同時に取得される。例えば、Ｉ１，２およびＩ２，２が、第２取得時間ｔ２に始まる同一露光時間において取得される。同時取得のために、システムは、放射検出器が同一露光時間に第１偏光状態および第２偏光状態に基づいて別々の画像Ｉ１およびＩ２を取ることができるように構成される偏光子素子を含む第２偏光子系を有する。ある例において、第２偏光子系は、偏光子素子の交互的配置を有する。ここで、ある偏光子素子は第１配向であり、他の偏光子素子は第１配向に直交する第２配向である。例えば、交互的配置は、第１配向および第２配向の偏光素子の市松模様パターンを形成してもよい。ある態様において、偏光素子は、放射検出器の個別放射検出素子と一対一で整列される。例えば、偏光子素子の交互的配置は、各ＬＥＤが偏光子素子で覆われるようにＬＥＤアレイを覆う材料の層であってもよい。
【０１２２】
ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの構成要素が構成Ａにしたがって配置される場合、動作９２０において取得された輝度分布対Ｉ１およびＩ２のそれぞれは、異なる入射角度と関連付けられる。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの構成要素が構成Ｂにしたがって配置される場合、動作９２０において取得された輝度分布対Ｉ１およびＩ２のそれぞれは、異なる開口位置と関連付けられる。
【０１２３】
動作９４０で、プロセッサは、非散乱画像組Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎを決定する。放射のランダム偏光解消成分が第１画像Ｉ１および第２画像Ｉ２に等しく寄与するという推定に基づいて、第１画像Ｉ１と第２画像Ｉ２との差分が偏光解消放射への寄与を効果的に除去して非散乱表面画像Ｉｓが生成される。プロセッサは、構成Ａを用いる場合各入射角度毎に、構成Ｂを用いる場合各開口位置毎に、第１画像Ｉ１と第２画像Ｉ２との差分をとる。プロセッサは、該差分をとって、非散乱画像組Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎを決定する。
【０１２４】
動作１０００で、プロセッサは、フーリエタイコグラフィ再構築プロセスを用いて、動作９４０で決定された非散乱画像組Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎに基づいてサンプルのより高い（すなわち、向上した）分解能の複素画像を回復する。この動作の詳細は、セクションＩＶで記載する。該動作において、高分解能複素画像が空間領域で初期化され、フーリエ変換が初期値に適用されて初期化フーリエ変換画像が得られる。高分解能画像は、フーリエ空間において非散乱画像組Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎから輝度測定値を反復的に結合することによって、計算的に構築される。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの構成要素が構成Ａにしたがって配置される場合に適用される動作１０００の詳細は、図１１および１２に関連して記載される。ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムの構成要素が構成Ｂにしたがって配置される場合に適用される動作１０００の詳細は、図１３および図１４に関連して記載される。
【０１２５】
任意の動作９５０で、ディスプレイは、プロセッサから高分解能複素画像データおよび／または他のデータ等の画像データを受け取り、ディスプレイ上にデータを表示してもよい。動作９６０で、方法は、他のサイクルがあるかどうか判断する。他のサイクルがある場合（ＹＥＳ）、方法は、９１０に戻る。他のサイクルがない場合（ＮＯ）、方法は、終了する（９７０）。
【０１２６】
ＩＶ．フーリエタイコグラフィ再構築プロセス
【０１２７】
再構築プロセスの詳細は、Ｚｈｅｎｇ，  Ｇｕｏａｎ，  Ｈｏｒｓｔｍｅｙｅｒ，  Ｒｏａｒｋｅ，  ａｎｄ  Ｙａｎｇ，  Ｃｈａｎｇｈｕｅｉ，  “Ｗｉｄｅ−ｆｉｅｌｄ，  ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，”  Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ｖｏｌ．  ７，  ｐｐ．  ７３９−７４５（２０１３）、および、２０１３年１０月２８日に出願された米国特許出願１４／０６５，２８０号、発明の名称“Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ”に記載がある。再構築動作において、フーリエ領域における重なり領域が、より低い分解能の輝度画像データで反復的に  更新されて、高分解能画像が生成される。
【０１２８】
図１１および１２は、構成Ａにしたがって配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムに適用されるタイコグラフィ再構築プロセスの２つの例の詳細を示す。図１３および１４は、構成Ｂにしたがって配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムに適用されるタイコグラフィ再構築プロセスの２つの例の詳細を示す。
【０１２９】
図１１は、実施態様に係る、構成Ａにしたがって配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムのための再構築プロセスの例のフローチャートである。このプロセスにおいて、サンプルの高分解能画像は、非散乱画像組Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎから計算的に  再構築され得る。
【０１３０】
2018504577.tif 000003
【０１３１】
１５１０、１５２０、１５３０、１５４０、１５５０、１５６０、および１５７０の反復的動作で、サンプルの高分解能画像は、プロセッサを用いてフーリエ空間において低分解能輝度測定を反復的に結合することによって、計算的に再構築される。サンプルがｚ０の量で焦点外である場合、任意の動作１５２０および１５４０を行ってもよい。
【０１３２】
2018504577.tif 000004
【０１３３】
2018504577.tif 000005
【０１３４】
2018504577.tif 000006
【０１３５】
2018504577.tif 000007
【０１３６】
2018504577.tif 000008
【０１３７】
動作１５６０で、プロセッサは、動作１５１０〜１５６０が第２画像組の全ての画像で完了したかを判断する。動作１５１０〜１５６０が全ての画像で完了していない場合、次の画像で動作１５１０〜１５６０を繰り返す。
【０１３８】
動作１５７０で、プロセッサは、高分解能解が収束したかを判断する（動作１５７０）。例えば、プロセッサは、高分解能解が自己無どう着解へ収束したかを判断してもよい。ある場合において、プロセッサは、前反復または初期推測の前高分解能解を現高分解能解と比較し、差が特定値未満である場合、解は自己無どう着解へ収束したとしてもよい。プロセッサが解が収束していないと判断した場合、動作１５１０〜１５７０を繰り返す。ある実施態様において、動作１５１０〜１５６０を一回繰り返す。他の実施態様において、動作１５１０〜１５６０を二回以上繰り返す。解が収束した場合、プロセッサは、フーリエ空間における収束解を空間領域に変換して、高分解能画像
2018504577.tif 000009
を回復する。動作１５７０で解が収束したとプロセッサが判断すると、プロセスは、元に戻る。
【０１３９】
図１２は、実施態様に係る、構成Ａにしたがって配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムのための再構築プロセスの例のフローチャートである。このプロセスにおいて、サンプルの高分解能画像は、非散乱画像組Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎから計算的に  再構築され得る。この再構築プロセスは、デジタル波面補正を含む。該プロセスは、２つの乗算動作１６０５および１６４５におけるデジタル波面補償を組み入れる。具体的に、動作１６０５は、プロセッサによる瞳関数：  
2018504577.tif 000010
を用いた乗算で、実際のサンプルプロファイルと取込み輝度データ（収差を含む）との間の連結をモデル化する。動作１６４５は、そのような連結を反転させて、収差なし再構築画像を実現する。サンプルデフォーカスは、本質的に、デフォーカス位相因子を瞳面（すなわち、デフォーカス収差）に導入することと等価である：
【数１】
2018504577.tif 000011
（式３）
ここで、ｋｘおよびｋｙは、瞳面での波数であり、ｚ０は、デフォーカス距離であり、ＮＡは、光学素子の開口数である。
【０１４０】
2018504577.tif 000012
【０１４１】
１６０５、１６１０、１６３０、１６４５、１６５０、１６６０、および１６７０の反復的動作で、サンプルの高分解能画像は、プロセッサを用いてフーリエ空間において低分解能輝度測定を反復的に結合することによって、計算的に再構築される。
【０１４２】
2018504577.tif 000013
【０１４３】
2018504577.tif 000014
【０１４４】
2018504577.tif 000015
【０１４５】
2018504577.tif 000016
【０１４６】
動作１６６０で、プロセッサは、動作１６０５〜１６５０が第２組の全ての画像で完了したかを判断する。動作１６０５〜１６５０が全ての画像で完了していない場合、第２画像組の次の画像で動作１６０５〜１６５０を繰り返す。
【０１４７】
動作１６７０で、プロセッサは、高分解能解が収束したかを判断する。例えば、プロセッサは、高分解能解が自己無どう着解へ収束したかを判断してもよい。ある場合において、プロセッサは、前反復または初期推測の前高分解能解を現高分解能解と比較し、差が特定値未満である場合、解は自己無どう着解へ収束したとしてもよい。プロセッサが解が収束していないと判断した場合、動作１６０５〜１６７０を繰り返す。ある実施態様において、動作１６０５〜１６７０を一回繰り返す。他の実施態様において、動作１６０５〜１６７０を二回以上繰り返す。解が収束した場合、プロセッサは、フーリエ空間における収束解を空間領域に変換して、高分解能画像
2018504577.tif 000017
を回復する。動作１６７０で解が収束したとプロセッサが判断すると、プロセスは、元に戻る。
【０１４８】
図１３は、実施態様に係る、構成Ｂにしたがって配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムのための再構築プロセスの例のフローチャートである。このプロセスにおいて、サンプルの高分解能画像は、非散乱画像組Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎから計算的に  再構築され得る。図示のフローチャートは、任意のデジタル波面補正  動作１７０５および１７４５を含む。動作１７０５は、瞳孔関数
2018504577.tif 000018
の乗算で、実際のサンプルプロファイルと取込まれた輝度データ（収差を含み得る）との間の連結を提供する。動作１７４５は、該連結を反転して、サンプルの収差なし再構築複素画像を決定する。サンプルデフォーカスは、式３にしたがってデフォーカス位相因子を瞳面（すなわち、デフォーカス収差）に導入することによって、実施可能である。
【０１４９】
2018504577.tif 000019
【０１５０】
2018504577.tif 000020
【０１５１】
2018504577.tif 000021
【０１５２】
動作１７７０で、高分解能画像のための解が収束したかを判断する。解が収束していない場合、動作１７０５〜１７７０を繰り返す。ある実施態様において、動作１７０５〜１７７０を一回繰り返す。他の実施態様において、動作１７０５〜１７７０を二回以上繰り返す。解が収束した場合、フーリエ空間における収束解を空間領域に変換して、高分解能画像
2018504577.tif 000022
を回復する。動作１７７０で解が収束したと判断すると、該方法は、先に進んでもよい。
【０１５３】
デフォーカス距離が未知である場合、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法は、式３からのオートフォーカス指数の計算に基づいて、「ｚ」パラメータを異なる値にデジタル的に調整できる。そして、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法は、対応する画像を構築し、最も鮮明な画像を選択できる。この方式を拡張して、タイルサンプルを撮像することも可能である。この場合、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法は、「ｚ」パラメータをデジタル的に調整して、全体画像の各タイル領域の明瞭度を達成し、焦点領域を結合して全視野の完全焦点画像を形成することができる。
【０１５４】
他の実施態様において、採用された光学系を因子が正しくモデル化する限り、代替デジタル乗法位相因子を乗算動作１７０５および１７４５に含めて、さまざまな収差を補正してもよい。
【０１５５】
ある場合において、サンプルのｚ位置は、事前に知られていなくてもよい。ある態様において、該プロセスは、サンプルのｚ位置を決定してこのｚ位置をデジタルリフォーカスに用いるデジタルオートフォーカス動作を含んでもよい。サンプルのｚ位置を計算するために、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫ方法は、オートフォーカス指数パラメータを決定する。オートフォーカス指数は、以下の式により定義される：
をトフォーカス指数：
【数２】
2018504577.tif 000023
（式４）
2018504577.tif 000024
【０１５６】
式４における総和は、全ての開口位置に対するものである。サンプルの推定ｚ位置を計算した後、プロセスは、推定ｚ位置をデジタル的にリフォーカスできる。ある場合において、高分解能画像の回復解は、正確なｚ位置を用いると、より早く収束することが分かっている。
【０１５７】
図１４は、実施態様に係る、構成Ｂにしたがって配置された構成要素を有するＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムのための再構築プロセスの例のフローチャートである。このプロセスにおいて、サンプルの高分解能画像は、非散乱画像組Ｉ２，ｉ＝１  ｔｏ  Ｎから計算的に  再構築され得る。
【０１５８】
2018504577.tif 000025
【０１５９】
2018504577.tif 000026
【０１６０】
2018504577.tif 000027
【０１６１】
2018504577.tif 000028
【０１６２】
2018504577.tif 000029
【０１６３】
動作１８６０で、動作１８１０〜１８６０がＮ個の開口位置全てに対して完了したかを判断する。もし動作１８１０〜１８６０がＮ個の開口位置全てに対して完了していなければ、次の開口位置に対して動作１８１０〜１８６０を繰り返す。
【０１６４】
動作１８７０で、高分解能画像のための解が収束したかを判断する。例えば、高分解能複素画像が自己無どう着解である場合、収束を決定してもよい。ある場合において、前反復または初期推測の前高分解能複素画像を現高分解能解と比較し、差が特定値未満である場合、解は自己無どう着解へ収束したとしてもよい。解が収束していない場合、動作１８１０〜１８７０を繰り返す。ある実施態様において、動作１８１０〜１８６０を一回繰り返す。他の実施態様において、動作１８１０〜１８６０を二回以上繰り返す。解が収束した場合、プロセッサは、フーリエ空間における収束解を空間領域に変換して、高分解能画像
2018504577.tif 000030
を回復する。動作１８７０で解が収束したとプロセッサが判断すると、該プロセスは、先に進んでもよい。
【０１６５】
Ｖ．サブシステム
【０１６６】
図１５は、実施態様に係る、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムに含まれ得る１つ以上のサブシステムのブロック図である。プロセッサは、場合によって、放射検出器の構成要素であってもよい。
【０１６７】
図に示した種々の構成要素は、本明細書に記載の機能を促進するために、サブシステムの１つ以上を用いて動作してもよい。図における構成要素はいずれも、本明細書に記載の機能を促進するために、任意の適した数のサブシステムを用いてもよい。このようなサブシステムおよび／または構成要素の例を、図１５に示す。図１５に示すサブシステムは、システムバス２４２５を介して相互接続される。プリンタ２４３０、キーボード２４３２、固定ディスク２４３４（またはコンピュータ可読媒体を含む他のメモリ）、ディスプレイアダプタ２４３８に連結されたディスプレイ２４５６他等、付加的なサブシステムが図示されている。周辺装置や入出力（Ｉ／Ｏ）装置は、Ｉ／Ｏコントローラ２４４０に連結し、シリアルポート２４４２等、任意の数の周知手段によって接続され得る。例えば、シリアルポート２４４２または外部インターフェース２４４４を用いて、構成要素を、インターネット等の広域ネットワークや、マウス入力装置や、スキャナに接続することができる。システムバス２４２５を介した相互接続によって、プロセッサは、各サブシステムと通信して、サブシステム間の情報交換と共に、システムメモリ２４４６や固定ディスク２４３４からの命令の実行を制御できる。システムメモリ２４４６および／または固定ディスク２４３４は、場合によって、ＣＲＭ２４５４を組み入れてもよい。これらの要素はいずれも、前述の特徴に存在し得る。
【０１６８】
ある実施態様において、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムのプリンタ２４３０やディスプレイ８３０等の出力装置は、種々の形態のデータを出力可能である。例えば、ＥＰＩ−ＦＰ−ＴＨＩＣＫシステムは、２Ｄカラー／単色画像（輝度および／または位相）や、これらの画像に対応付けられたデータや、他のデータを出力することができる。
【０１６９】
本発明の範囲を逸脱することなしに、上述した実施態様のいずれにも、変形、追加、または省略を行うことができる。本発明の範囲を逸脱することなしに、上述した実施態様のいずれも、より多数の特徴、より少数の特徴、あるいは他の特徴を含むことができる。これに加えて、本発明の範囲を逸脱することなしに、上述した方法の動作は、任意の適切な順序で実行することができる。
【０１７０】
上述した本発明は、コンピュータソフトウェアをモジュール様式または統合様式で用いる制御論理回路の形式で実現することができる。本明細書に提供する開示及び教示に基づいて、当業者は、ハードウェアおよびハードウェアとソフトウェアとの組合せを用いて本発明を実現するための他のやり方および／または方法を知り、認識する。
【０１７１】
本願中に記載したあらゆるソフトウェアコンポーネントまたは機能は、プロセッサによって、任意の適切なコンピュータ言語を用いて実行されるソフトウェアコードとして実現することができ、これらのコンピュータ言語は、例えば従来技術またはオブジェクト指向技術を用いる、Ｊａｖａ、Ｃ＋＋、Ｐｅｒｌ等である。これらのソフトウェアコードは、一連の命令またはコマンドとしてＣＲＭに記憶することができ、ＣＲＭは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードドライブやフロッピーディスク等の磁気媒体、あるいはＣＤ−ＲＯＭ等の光媒体である。こうしたＣＲＭはいずれも、単一のコンピュータ装置上または装置内に存在することができ、システムまたはネットワーク内の異なるコンピュータ装置上または装置内に存在することができる。
【０１７２】
以上に開示した実施態様は、理解を促進するためにある程度詳細に説明してきたが、説明した実施態様は、例示的なものであり限定的なものではない。添付した特許請求の範囲内で、一定の変更及び変形を実施することができることは、当業者にとって明らかであろう。
【０１７３】
本発明の範囲を逸脱することなしに、任意の実施態様からの１つ以上の特徴を、他の実施態様の１つ以上の特徴と組み合わせてもよい。さらに、本発明の範囲を逸脱することなしに、実施態様のいずれにも、変形、追加、または省略を行うことができる。本発明の範囲を逸脱することなしに、任意の実施態様の構成要素を、特定の必要に応じて、統合または分離してもよい。
【図１】
2018504577.tif 000031
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2018504577.tif 000033
【図３】
2018504577.tif 000034
【図４】
2018504577.tif 000035
【図５】
2018504577.tif 000036
【図６】
2018504577.tif 000037
【図７】
2018504577.tif 000038
【図８】
2018504577.tif 000039
【図９】
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【図１０】
2018504577.tif 000041
【図１１】
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【図１２】
2018504577.tif 000043
【図１３】
2018504577.tif 000044
【図１４】
2018504577.tif 000045
【図１５】
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【国際調査報告】
2018504577.tif 000047
2018504577.tif 000048