使用集成图像阵列和高密度偏振器和/或相移阵列的改进的干涉仪

摘要

用于干涉仪的集成成像元件产生至少一个干涉图像，此图像包括在图像具有高空间频率的图形中具有不同相对相移交错的多干涉部分。该交错干涉图形是至少部分由在集成成像元件中所使用的高密度相对延迟阵列的图形来确定的。在各种实施例中，多干涉部分是在整个检测器器件的表面上是以类似棋盘图形而交错的。因此，可以减少或消除在产生适用于各种相对相位的分离交错图像的各种干涉仪中所呈现出的各种非共模误差。

说明书

                         发明背景

                         技术领域

本发明涉及干涉仪，该干涉仪包括改进的偏振和/或相移结构。

                         背景技术

美国专利6,304,330揭示一种新颖多相移图像发生结构，该结构组合了波阵面扩展元件、相移干涉元件和检测元件。通过组合波阵面扩展元件、相移干涉元件和检测元件，在330专利中所显示的多相移图像发生结构能够将在干涉测量法中所存在的许多潜在误差源转换成共模误差。即，以在330专利所披露的多相移图像发生结构的观点来看，这些误差会同样影响所有的干涉测量。因此，当使用包括在330专利中所披露的多相移图像发生结构的干涉仪来进行高精度测量时，这些共模误差的幅值和方向都可加以忽略。

                         发明内容

然而，在330专利中所披露的多相移图像发生结构引入了新的非共模误差源，这些误差会不利地影响着高精度的干涉测量。希望能够获得类似于采用在330专利中所披露的多相移图像发生结构的特殊形式所获得误差不敏感性，同时能够避免这类新的差模误差源，或者将这些非共模误差源转换成共模误差。

本发明提供一种适用于干涉仪的图像元件，该图像元件将不同多相移图像发生结构中的差模误差源转换成共模误差。

本发明分别提供一种用于干涉仪的图像元件，该元件对在上行的光学元件和图像元件之间的路径长度变化较不敏感。

本发明还提供一种比在330中所披露的多相移图像发生元件对路径长度变化更少些敏感的图像元件。

本发明提供一种能够以一种或多种方式使用的图像元件，该元件对检测元件随输入图像亮度数值和输出信号数值之间关系的变化较不敏感。

本发明还提供一种能够以一种或多种方式使用的图像元件，该元件比比在330中所披露的多相移图像发生元件对检测元件随输入图像亮度数值和输出信号数值之间关系的变化更少些敏感。

本发明分别提供一种具有高密度相移阵列的图像元件。

本发明分别提供一种具有高密度偏振阵列的图像元件。

本发明分别提供一种具有高密度相移阵列和高密度偏振阵列的图像元件。

本发明分别提供一种具有高密度偏振阵列和高密度延迟器板阵列的图像元件。

本发明分别提供一种用于干涉仪的图像元件，该元件根据相位差和相对相移将输入光束分成多个不同部分，其中，类似于相移的不同部分可基于一个一个象素在整个图像阵列中加以交错。

本发明分别提供一种用于干涉仪的图像元件，该元件根据偏振将输入光束分成多个不同部分，其中，类似于偏振的不同部分可基于一个一个象素在整个图像阵列中是交错的。

本发明分别提供一种用于干涉仪的图像元件，该元件根据相位差和相对相移和偏振差将输入光束分成多个部分，其中，类似于相移和偏振的不同部分可基于一个一个象素在整个图像阵列中是交错的。

本发明还提供一种象素单元在尺寸上是单个象素的图像元件。

本发明分别提供一种用于干涉仪的图像元件，该元件将输入光束分成两束相似的部分并且将这两部分施加到图像阵列的不同区域，其中，在各部分之间的任何地方都将会引入相位差，并且将各个两个第一部分再根据各个部分中的相位差分成至少两个部分，这里，对各个两个第一部分来说，根据在各个部分中的相位差至少两个第二部分可基于一个一个象素单元在整个图像阵列所对应的部分是交错的。

本发明分别提供一种用于干涉仪的图像元件，该元件将输入的光束分成两个相似的部分，在各部分之间引入相位差以及将这两个部分施加到图像阵列的不同区域，其中，各个两个第一部分可根据偏振差异进一步分成至少两个部分，这里，对各个两个第一部分来说，根据在各个部分中的偏振差异至少两个第二部分可基于一个一个象素单元在整个图像阵列所对应的部分是交错的。

在不同示例性的实施例中，根据本发明的系统和方法包括干涉仪的集成图像元件，该图像元件可以接收具有不同偏振部分的组合波阵面。集成的图像元件包括至少一个高密度相移阵列元件，至少一个偏振器元件，以及至少一个图像阵列。至少一个高密度相移阵列元件中的每一个元件都包括两个或多个不同相移部分的图形，每一个不同偏振部分都将不同的相移施加到组合波阵面的不同偏振部分的第一部分，该部分是相对于组合波阵面的不同偏振部分的第二部分而言的。每一个高密度相移阵列元件都将组合波阵面传输到偏振元件。该组合波阵面通过偏振元件来产生两个或多个包括干涉光线的干涉部分。相对于其他干涉部分而言，各个干涉部分有其独特的相位关系。

在不同示例性的实施例中，至少有一个高密度相移阵列元件包括一个衬底或材料层，其中衬底或材料层都具有固定的快轴以及将取决于相移的厚度涂覆在组合波阵面的不同偏振部分中的第一部分，该第一部分是相对于组合波阵面的不同偏振部分中的第二部分而言。在各种示例性实施例中，衬底和/或材料层被处理成能够提供两个或多个不同相移部分的隔行重复图形，其中，在各个不同相移部分中具有快轴的衬底或材料层都具有不同的厚度。

在不同示例性的实施例中，至少一个高密度相移阵列元件是单个高密度相移阵列元件，它具有至少三个不同相移部分且各自具有不同的厚度的一个隔行重复图形。在不同的其它示例性实施例中，至少一个高密度相移元件包括两个不同高密度相移元件，其中，各个高密度相移元件具有两个或多个不同厚度的不同相移部分的一个隔行重复图形。

在不同示例性的实施例中，至少一个高密度相移阵列元件包括衬底和双折射材料层，该材料层具有快轴的方向可在各个部分加以选择性变化的性能。双折射材料将取决于相移的厚度涂覆在组合波阵面的不同偏振部分中的第一部分，该第一部分是相对于组合波阵面的不同偏振部分中的第二部分而言，该相对的相移至少部分取决于相对于在各个不同部分中的组合波阵面不同偏振部分的快轴方向的变化取向。

在不同示例性的实施例中，双折射材料层具有恒定厚度，并处理成能提供两个和多个不同相移部分且各自具有不同对准的快轴方向的隔行重复图形。在不同的其它示例性实施例中，将双折射材料的层处理成或者形成能提供至少第一和第二不同厚度区域的图形。在一些这类示例性的实施例中，双折射材料还可以处理成能提供两个和多个不同相移部分的分别隔行重复图形，其中，在各个分别不同厚度区域中的两个和多个不同相移部分都具有不同对准的快轴方向。

在不同示例性的实施例中，至少一个衬底是单衬底，它没有涂覆取决于相移的厚度层。在不同这类示例性的实施例中，双折射材料的层形成了具有至少三个不同相移部分的隔行重复图形，其中，各个不同相移部分具有不同的快轴取向。在不同的其它这类示例性的实施例中，衬底表面处理成能提供两个和多个不同凹面区域的重复图形。在这类示例性的实施例中，在处理后的表面上形成该层，以提供两个和多个不同层的厚度。

双折射材料还可以处理成能提供两个和多个不同相移部分且各自分别具有不同层厚度区域的分别隔行重复图形，其中，在各个分别不同层厚度区域中的两个或多个不同相移部分都具有不同对准的快轴方向。在各个分别不同层厚度区域的两个或多个分别不同相移部分中，对组合波阵面不同偏振部分的第一部分提供了至少三个不同的相对相移，组合波阵面不同偏振部分的第一部分是相对于组合波阵面不同偏振部分的第二部分而言的。

在不同示例性的实施例中，至少一个高密度相移阵列元件包括至少两个衬底，其中，至少一个衬底具有双折射材料的层，它具有快轴方向可以在不同的部分加以选择性变化的性能。双折射材料将取决于相移的厚度涂覆在组合波阵面不同偏振部分的第一部分，组合波阵面不同偏振部分的第一部分是相对于组合波阵面不同偏振部分的第二部分而言的。在这类示例性的实施例中，相对相移是至少部分取决于相对于在各种不同部分中的波阵面不同偏振部分的快轴方向的变化取向。

在不同示例性的实施例中，衬底并没有涂覆取决于相移的厚度。在不同的这类示例性的实施例中，至少双折射材料层的第二层形成了具有不同于双折射材料层的第一层的厚度。在各个不同层中，双折射材料可处理成能提供两个或多个不同相移部分的分别隔行重复图形。特别是，在各个不同层中的两个或多个不同相移部分都具有不同对准的快轴方向。

在不同示例性的实施例中，衬底中的一层并没有涂覆取决于相移的厚度，同时衬底中的另一层涂覆了取决于相移的厚度。在不同的这类示例性的实施例中，衬底上的各层具有相同的厚度。在各个层中，双折射材料可处理成能提供两个或多个不同相移部分的分别隔行重复图形，其中，在各个不同层中的两个或多个不同相移部分都具有不同对准的快轴方向。

以下对根据本发明的系统和方法的各个示例性实施例的详细讨论，进一步讨论本发明的这些或其他性能和优点，并使之更加清晰。

                     附图的简要说明

本发明的系统和方法的不同的示例性实施例将进一步参照附图进行详细讨论，附图包括：

图1举例说明干涉仪设备的一个示例性实施例，利用此设备，根据本发明的相移阵列图像元件的不同的示例性实施例都是可采用的；

图2举例说明在330专利中所披露的多相移图像发生结构的特殊形式；

图3更详细地举例说明330专利的图2所示的相移元件；

图4举例说明了在使用330专利所披露的多相移图像发生结构所产生的四部分光线之间的相对相移；

图5举例说明了当使用330专利所披露的多相移图像发生结构时四部分光线时如何在整个图像阵列中分布的；

图6是举例说明在根据本发明高密度多相移图像发生结构的第一示例性实施例中有效的高密度相移阵列元件的第一和第二示例性实施例的局部投影和剖面图；

图7是举例说明包括多相移发生结构的相移图像元件的第一示例性实施例的俯视图，其中，该多相移发生结构结合图6所示的高密度相移阵列元件的第一和第二示例性实施例；

图8是图7所示的相移图像元件的分解图，该相移图像元件包括了图7所示的多相移发生结构的第一示例性实施例；

图9是举例说明在根据本发明高密度多相移图像发生结构的第一示例性实施例中有效的高密度相移阵列元件的第三、第四和第五示例性实施例的局部投影和剖面图；

图10和11是举例说明相移图像元件的第二示例性实施例的平面图，该相移图像元件包括结合根据本发明的两个高密度相移阵列元件的第二示例性实施例的多相移发生结构；

图12是举例说明根据本发明的高密度相移阵列元件的第六示例性实施例的局部投影和剖面图；

图13是举例说明相移图像元件的第三示例性实施例的分解图，包括结合图12所示高密度相移阵列元件的第六示例性实施例的多相移发生结构的第三示例性实施例；

图14举例说明根据本发明高密度相移阵列元件的第七示例性实施例的局部投影和剖面图；

图15举例说明根据本发明高密度相移阵列元件的第八示例性实施例的局部投影和剖面图；

图16举例说明根据本发明高密度相移阵列元件的第九示例性实施例的不同相移部分之间的相对相移关系；

图17举例说明根据本发明高密度相移阵列元件的第十示例性实施例的不同相移部分之间的相对相移关系；

图18举例说明了高密度偏振阵列元件的第一示例性实施例，该实施例与根据本发明的高密度相移阵列元件的四分之一波和中性平板相组合或者与不同的示例性实施例相组合；

图19是举例说明相移图像元件的第四示例性实施例的平面图，包括多相移发生结构的第四示例性实施例，其中该结构结合根据本发明的高密度偏振阵列和四分之一波和中性平板；

图20是图19所示的相移图像元件的分解图，包括图19所示多相移发生结构的第四示例性实施例；

图21和22是举例说明相移图像元件的第五示例性实施例的平面图，包括多相移发生结构的第五示例性实施例，它结合根据本发明的高密度偏振阵列和四分之一波和中性平板；

图23是举例说明相移图像元件的第六示例性实施例的分解图，包括根据本发明多相移发生结构的第六示例性实施例，该结构结合根据本发明的高密度相移阵列元件，并组合了根据本发明的高密度偏振阵列；

图24是详细举例说明图23所示多相移发生结构的第六示例性实施例的第一示例性实施方法的示意图，该结构结合根据本发明的高密度相移阵列元件和高密度偏振器阵列；

图25是详细举例说明图23所示多相移发生结构的第六示例性实施例的第二示例性实施方法的示意图，该结构结合根据本发明的高密度相移阵列元件和高密度偏振器阵列；

图26是详细举例说明图23所示多相移发生结构的第六示例性实施例的第三示例性实施方法的示意图，该结构结合根据本发明的高密度相移阵列元件和高密度偏振器阵列；

图27是详细举例说明图23所示多相移发生结构的第六示例性实施例的第三示例性实施方法的示意图，该结构结合根据本发明的高密度相移阵列元件和高密度偏振器阵列；

图28是举例说明根据本发明相移图像元件的第七示例性实施例的平面图，包括取代光束分离器的衍射光学元件。

                         示例性实施例的详细描述

图1显示了干涉仪100的一个示例性实施例，采用该干涉仪可用来说明根据本发明相移图像元件和其它光学元件的不同的示例性实施例。正如图1所示，干涉仪100一般包括发射部分102和成像部分104。发射部分102包括激光源110，它发射相干光的波阵面112。在各个示例性的实施例中，激光源110可以包括适用于相干光的波阵面112的两个激光器，波长调制器，或任何其它所公认的或者以后将开发的器件，能在不同时间提供至少两种波长的结构或设备。

正如本文所使用的，术语“光”不仅包含了可见光，还包含了根据本发明的原理所适用的任何其它电磁频谱。当提供了至少两种波长的光时，干涉仪100就可以提供一定类型的精度测量。在任何情况下，由激光源110所发射的相干光的波阵面112可由镜子114转向到单个偏振波阵面分离器120。特别是，应该意识到，单个偏振波阵面分离器120可以由发射部分102和成像部分104所共享。即，单个偏振波阵面分离器120可以将相干光波阵面112分离成参考波阵面122和目标波阵面126，并且可以将返回的参考波阵面124和返回的目标波阵面128组合成波阵面129。随后，所组合的波阵面129通过光学输入部分135。

正如图1所示，示例性实施例的干涉仪100的成像部分104，除了单个偏振波阵面分离器120和光学输入部分135以外，还包括多相移图像发生部分1600。在各个示例性实施例中，光学输入部分135包括一个和多个光学元件，例如，透镜，光圈等等，使得由光学输入部分135所发射的组合波阵面129能与多相移图像发生部分1600相兼容。在各个示例性实施例中，光学输入部分包括光圈和透镜的远焦点结构。正如图1所示，多相移图像发生部分1600包括多相移图像发生结构1400，该结构输入来自光学输入部分135的组合波阵面129并向检测子系统700输出多相移干涉图像的信息600。

一般来说，检测子系统700可具有由光学阵列所定义的工作表面。光学阵列可以是两维的象素阵列，以及可以是视频图像传感器，例如，电荷耦合器件(CCD)摄像机等等。检测子系统700输入多个相干涉图像信息600，并且通过信号线172向控制系统170输出由检测子系统700所采集到的图像数据。控制系统170对所采集到的图像数据进行任何所需要的图像处理和/或分析，包括测量判定。控制系统170也输出控制信号174，用于驱动发射部分102的激光源110。

图2示意性地显示在330专利中所披露一个多相移图像发生设备200的示例性实施例。该多相移图像发生设备200包括波阵面分离元件210和相移干涉元件220，这些元件在提供原先参照图1所讨论的多相移发生结构的公认实施例的组合都是有用的。多相移图像发生设备200还包括检测阵列240，该设备同样提供检测子系统700检测子系统700的公认的实施例。

正如图2所示，由光学输入部分135所发射的组合波阵面129包括来自发射部分102的参考波阵面124以及由物体130通过偏振波阵面分离器120所返回或反射的目标波阵面128。所构成的偏振波阵面分离器120，使得参考波阵面124和目标波阵面128正交偏振，正如图2所示以约定的箭头和点符号加在波阵面124和128上。

从光学输入部分135开始，组合的波阵面129就指向波阵面分离元件210。正如在330专利中所披露的，波阵面分离元件210是两维的衍射光学元件(DOE)，更具体的说，可以是全息光学元件(HOE)。在任何情况下，波阵面分离元件210可以将组合波阵面129分离成四个空间分开的和标称一致的子波阵面250，260，270和280，在各个实施例中，这些子波阵面可以通过输出透镜(未显示)来发射。特别是，正如在专利330中所披露的，各个子波阵面250-280都沿着空间上分别离散的路径行进。各个子波阵面250-289都从示例性的波阵面分离元件210指向示例性的相移干涉元件220，该相移干涉元件包括分别适用于各个子波阵面250-280的一个部分232，234，236和238。

特别是，正如在专利330中所披露的，所设置的相移干涉元件220与波阵面分离源210有关，使得多个子波阵面250-280能分别入射到多个部分232-238中一个部分。特别是，示例性相移干涉元件220的各部分232-238可以在各个位置上移动在参考和目标波阵面124和128之间的相对相位，其中，参考和目标波阵面124和128是由各个子波阵面250-280以离散相移i入射到部分232-238所产生的。随后，示例性相移干涉元件220的各部分232-238通过各自偏振器发射形成的波阵面，以提供原先参照图1所讨论的多相移干涉图像的信息600的公认实施例。

特别是，相移干涉元件220的各个部分232-238随后向检测阵列240发射完全各自空间上分开的相移干涉图像600a，600b，600c和600d。各个空间分开相移的干涉图像600a-600d的相移在任何位置上都是相同的，并且是与其它相移干涉图像的相移相差一个相对于各个离散相移i的相移差。

正如在330专利中所披露的，检测阵列240可以是视频图像传感器，例如，电荷耦合器件(CCD)摄像机。正如在330专利中所披露的，检测阵列240的设置与相移干涉元件220有关，使得空间上分开的多相移干涉图像600a，600b，600c和600d基本上是同时入射在检测阵列240的工作表面上。即，检测阵列240的工作表面能够对各个空间分开相移的干涉图像600a，600b，600c和600d成象。基于所成像的各个空间分开的相移的干涉图像600a，600b，600c和600d，可以在检测阵列240所不同的各自区域中即刻测量到各个空间分开相移的干涉图像600a，600b，600c和600d的空间分辨相位。

图3显示在330专利中所披露的一个相移干涉元件220示例性实施例。正如图3所示，相移干涉元件220包括第一平板222和第二平板226。应该意识到，在图3中，为了说明，所显示的第一和第二平板222和226是相互分开的。然而，在干涉仪100的工作中，所设置的第一和第二平板222和226是以毗邻关系相互靠近。

正如图3所示，第一平板222包括四分之一波平板223和空白或中性的平板224。一般来说，四分之一平板将两个正交偏振入射的波阵面的相对相位移动90°。相反，空白或中性的平板将两个正交偏振入射的波阵面的相对相位移动0°。即，空白或中性的平板在两个正交偏振入射的波阵面之间并没有产生任何相对相移。正如图3所示，平板223和224是共面的，并将第一平板222分成两半。

示例性的相移干涉元件220的第二平板226包括一对偏振部分227和228，它构成了对入射波阵面的线性偏振，使得所发射波阵面的电场矢量相互垂直。特别是，在图3所示的示例性实施例中，一个偏振部分，例如，第一偏振部分227构成了以相对垂直轴的+45°发射偏振光。其结果是，参考和目标波阵面124和128的同相分量提高，以形成干涉。

同样，另一偏振部分，例如，第二偏振部分228构成了以相对垂直轴的一45°发射偏振光。其结果是，参考和目标波阵面124和128的反相分量提高形成干涉。类似于四分之一波和空白或中性平板223和224，第二平板226的第一和第二偏振部分227和228一般也是共面的并且将第二平板226分成了两半。

因此，应该意识到，根据图3所示的结构，示例的相移干涉元件220的第一部分232对应于中性平板224与第一(+45°)偏振部分227相重叠的示例相移干涉元件220的部分。同样，第二部分234对应于四分之一波平板223与第一(+45°)偏振部分227相重叠的部分。相反，第三部分236对应于中性平板224与第二(-45°)偏振部分228相重叠的部分，而第四部分238则对应于四分之一波平板223与第二(-45°)偏振部分228相重叠的部分。

特别是，在图3所示的示例性实施例中，所构成的第一和第二平板222和226使得第一平板222的各个部分223和224垂直于第二平板226的第一和第二偏振部分227和228。

因此，在图3所示相移干涉元件220的示例性实施例中，以及，正如图4所说明的，在第一部分232中，中性平板224和第一(+45°)偏振部分227干涉同相分量，即。在参考和目标波阵面124和128之间的0°分量入射到相移干涉元件220，以产生干涉图像600a。相反，在第二部分234中，四分之一波平板223和第一(+45°)偏振部分227组合，干涉同相四分之一分量，即，在入射的参考和目标波阵面124和128之间的90°分量，以产生干涉图像600b。与第一和第二部分232和234相比较，对第三部分236来说，中性平板224和第二(-45°)偏振部分228组合，以干涉反相分量，即，在入射的参考和目标波阵面124和128之间的180°分量，以产生干涉图像600c。最后，对第四部分238来说，四分之一波平板223和第二(-45°)偏振部分228组合，以干涉反相四分之一波分量，即，在参考和目标波阵面124和128之间的270°分量，以产生干涉图像600d。

正如330专利所披露的，希望检测阵列240的成像区域最大化。于是，为了最大化检测阵列的成像区域，检测阵列240的表面区域部分，即，采用空间分开干涉图像600a，600b，600c和600d所说明的部分应该最大化。于是，在330专利所披露的多相移图像发生设备200中，为了能最大化检测阵列240的成像区域，就希望所设置的相移干涉元件220能靠近或者基本在检测阵列240的工作表面。通过使用检测阵列240能基本上同时检测到多个空间分开相移的干涉图像600a，600b，600c和600d，控制系统170就能够同时测量到整个测试目标130。因此，通过同时检测所有空间分开的相移干涉图像600a，600b，600c和600d，就不再需要通过或者穿过目标130表面单独扫描任何空间的入射目标波阵面126。

正如图5所示，所成像的子波阵面250，260，270和280是在检测阵列240的表面上相互空间分开的。然而，一个和多个光学输入部分135，波阵面分离元件210，和/或输出透镜(如果需要的话)构成了使得各个成像子波阵面250，260，270和280，即，各个入射在检测阵列240表面的相移干涉图像600a-600d是相邻于，或者基本毗邻于，至少一个其它子波阵面，也正如图5所示。例如，如图5所示，子波阵面250基本与子波阵面260和270相毗邻，而子波阵面260基本与子波阵面250和280相毗邻，子波阵面270基本与子波阵面250和280相毗邻，子波阵面280基本与子波阵面270和260相毗邻。

因此，正如图5所示，构成了由示例的波阵面分离元件210所产生的半径角替代，使得半径角位移β变成90°，并且所有四幅图像都是半径对称的。

于是，各个子波阵面250，260，270和280都有着各自从波阵面分离元件210至检测阵列表面的独立光路。确实，这些独立的光路各自都具有与其它光路基本相等的长度。因此，多个子波阵面250，260，270和280是几乎同时到达检测阵列240的表面。

正如图5所示，检测阵列240可以被认为具有几个截然不同的部分242，244，246和248，在这些部分中，各个子波阵面250，260，270和280都分别是标称一致成像的，类似于相移干涉图像600a，600b，600c和600d。特别是，正如图5所示，当使用330专利中所披露的波阵面分离元件210和相移干涉元件220作为多相移发生结构1400时，各个部分242-248在检测阵列240中是相互分开的。

因此，在330专利所披露的多相移干涉图像信息600的最后公认实施例中，在为了确认目标130的测量数值而比较象素时，就必须比较检测阵列240的各个部分242-248中的宽扩散的象素。例如，对于在第一部分242中所给定的象素243，就必须分别比较在第二-第四部分244-248中的相对应位置上的象素245，247和/或249。

正如以上所阐明的，所熟悉的波阵面分离元件210，与所熟悉的相移干涉元件220相组合，而在使用于干涉仪100时，可将在其它干涉仪中的大量不是共模误差的误差转换成共模误差，正如图1和图2所示。然而，正如图2所示，波阵面分离元件210必须与相移干涉元件220分开充分的距离，以便于在各个子波阵面250，260，270和280之间能适当的区分和分开。同样，正如330专利所承认的，理想上，子波阵面250，260，270和280从波阵面分离元件210至相移干涉元件220的各自路径的长度应该是相同的。

然而，这些路径理想上应该是相同的要求引入了新的误差源。即，任何并不影响子波阵面250，260，270和280的路径的旋转和/或变换同样会引起这些路径的路径长度的变化。一般来说，这会引起在相关的空间分开相移干涉图像600a，600b，600c和600d中不同的聚焦条件，和/或可以引起在检测阵列上的各个部分的空间分开相移干涉图像600a，600b，600c和600d的相对位置的偏移，这些都会引起误差。例如，对第一部分242的给定象素243，正如以上与图5有关的讨论那样，在第二至第四部分244-248中所相对应的位置的象素245，247和/或249，就可以分别不再精确地对应于目标130的相同部分，于是，可以不再具有可比较性。因此，这就对由控制系统170通过信号线172对来自输出检测阵列240的图像数据输出所产生的测量值引入误差源。

同样，因为子波阵面250，260，270和280的相关空间分开相移干涉图像600a，600b，600c和600d在检测阵列240的整个表面上是相互分开的，所以在由子部分242，244，246和248中的一个子部分所产生的给定强度数值的输出信号幅度任何变化对于由其它子部分242，244，246和248中的一个子部分的输出都会引入误差源。

正如业内众所周知，对于半导体成像器件来说，例如，CCD阵列和基于CMOS阵列，任何两个相邻的象素都可能在输入强度和输出信号幅度之间具有相同的响应曲线或传递函数。然而，正如业内众所周知，对于这类半导体成像器件，在阵列中充分分开的象素，例如，象素243，245，247和249，在输入强度和输出信号幅度之间会有明显不同的响应曲线或传递函数。

因此，这就对控制系统170从检测阵列240产生的成像数据中所产生的测量引入了其它误差源。另外，要使多相移图像发生设备200，包括提供了参照图2-5所讨论功能的波阵面分离元件210这在空间分开的相移干涉图像600a，600b，600c和600d的可比较区域之间各种畸变，变得很困难和/或很昂贵。

应该意识到，以上参照图2-5所示的元件和操作所讨论的各种误差和困难例示任何系统中可能产生的误差和困难，使得多相移发生结构1400和多相移干涉图像信息600可将空间分开的波阵面，即，将空间分开的相移干涉图像分布在检测子系统700的各个部分或表面。

本发明，除了所有认识到的这些新的非共模误差源之外，还确认能减小和基本消除这些和其它的误差，使之在可以提供的多相移干涉图像的多相位在检测子系统700的小区域的信息范围内。这不同于通过独立的光路将各个子波阵面250，260，270和280，以及将各个明显空间分开的相移干涉图像600a，600b，600c和600d分布到嵌入在检测子系统700中的检测阵列240。

阐述的另一方面，本发明已经确认，如果能够减少相对于在多相移干涉图像信息600中所包括的相位的数量的空间分开的子波阵面的数量，例如，在330专利中所披露的子波阵面250，260，270和280，以及它们各自空间分开的相移干涉图像的数量，则至少一些与非共模误差源有关的误差可以消除和/或转换成共模误差。在任一情况下，这有助于减少相关测量中误差的数量。

例如，如果能保留由空间分开的相移干涉图像600a，600b，600c和600d的组合所产生的多相移干涉图像信息，同时改进或消除波阵面分离元件210，使得用于在多相移干涉图像信息中所包括的至少部分相位的至少部分光路不再在四分之一Q₀-Q₃和检测子系统700的表面分开，于是这些非共模误差就可以消除和/或转换成共模误差。在任一情况下，这有助于减少误差的数量，或者在控制系统170根据检测子系统700所输出的图像通过信号线172所产生的测量中不再产生误差。

图6举例说明根据本发明高密度相移阵列元件410的第一示例性实施例部分。正如图6所示，高密度相移阵列元件410可用于多相移发生结构1400的不同的示例性实施例，正如以下有关根据本发明相移成像元件3000和4000的第一和第二示例性实施例的讨论。应该意识到，示例性实施例3000和4000，以及类似于根据本发明的相移成像元件，都可以用于替代在图2-5所示的多相移成像发生设备200，更具体的是，可以用于替代参照图1所讨论的多相移图像发生部分1600。

图6还举例说明了高密度相移阵列元件420的第二示例性实施例部分，正如图6所示，它在根据本发明相移阵列图像元件3000和4000第一和第二示例性实施例中都是有用的，其次，可以用于替代多相移图像发生结构200，以及更具体的是，可以用于替代参照图1所讨论的多相移图像发生部分1600。

正如图6所示，高密度相移阵列元件410和420第一和第二示例性实施例分别是由双折射材料制成的“可变厚度”型相关延迟阵列。在高密度相移阵列元件410和420的第一和第二示例性实施例中，相关延迟阵列的双折射材料的快轴和慢轴在整个延迟器阵列上是同一取向的。在相关延迟阵列“厚度图形”各个部分中的厚度是由被偏振成并行慢轴称为“相关延迟”的组合波阵面129光中的任何分量与被偏振成并行快轴的组合波阵面129光中的任何分量的比较的数量所确定的。

应该意识到，对给定波长的光来说，在各种通过相关延迟阵列的偏振光分量之间的相关延迟都可以具有在不同偏振光分量之间相对的相移特征。同样，这类在通过相关延迟阵列任何部分的偏振光分量之间的相关延迟也可称之为另一种相关延迟，相关相移，和简称为相位偏移和相移。这类术语在下文中一般具有相同的含义，除非由内容或相关讨论作出其它说明。

应该意识到，术语“快轴”和“慢轴”主要是以相对含义来使用。即，如这里所使用的，快轴是该轴所具有的衍射有效系数小于作为慢轴使用的轴所具有的衍射有效系数。在各种示例性实施例中，快轴和慢轴可以采用特殊的结晶轴，或者严格来说，是指在某些领域中的由特珠材料组成的快轴和慢轴的材料之类。然而，更普遍的是，根据本发明的原理能提供有效工作的“快轴”和“慢轴”工作的任何材料轴都分别在本文所使用的术语快轴和慢轴的范围内。

正如图6所示，在各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件410的第一示例性实施例，如图6A所示，是采用双折射衬底412制成的，例如，低档次的石英波平板。双折射衬底412具有表面419和快轴418。慢轴，未显示，它正交于快轴418并且并行于表面419。正如图6所示，高密度相移阵列元件410的第一示例性实施例的双折射衬底412具有标称厚度T₀，使得偏振并行于双折射衬底412慢轴的组合波阵面129的分量相对于偏振并行于双折射衬底412快轴的组合波阵面129的分量延迟一个波长的整数数值。

正如图6所示，在各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件420的第二示例性实施例，如图6B所示，也是采用双折射衬底422制成的，例如，低档次的石英波平板。双折射衬底422具有表面429和快轴428。正如图6所示，高密度相移阵列元件420的第一示例性实施例的双折射衬底422具有标称厚度T₉₀，使得偏振并行于双折射衬底422慢轴的组合波阵面129的分量相对于偏振并行于双折射衬底422快轴的组合波阵面129的分量延迟一个波长整数数值加上所附加四分之一波长。

因此，高密度相移阵列元件410的各个部分P₀具有标称厚度T₀。因此，高密度相移阵列元件410的第一示例性实施例的部分P₀并不能在波阵面129的分量之间产生任何净相对相位偏移。即，各个部分P₀在波阵面129的分量之间产生零度相移，如本文约定使用下标“0”来表示。相反，高密度相移阵列元件420的各个部分P₉₀具有标称厚度T₉₀。即，衬底422采用了标称的石英波平板。因此，高密度相移阵列元件420的第二示例性实施例的部分P₉₀在波阵面129的分量之间产生90度的相位偏移，如本文约定使用下标“90”来表示。

正如图6所示，各个高密度相移阵列元件410和420第一和第二示例性实施例都包括刻蚀到衬底412和422的凹面阵列。正如图6所示，凹面是矩形的。然而，更具体的说，应该意识到，在各种示例性实施例中，凹面的形状可以是对应于在根据本发明的相移阵列元件3000，4000和类似的检测子系统700和相关信号处理的检测阵列的一个象素或者一组象素的形状的任何有用的形状。

在各种示例性实施例中，对尽可能垂直于衬底412或422的标称表面平面的一面进行刻蚀凹面。可以采用反应离子刻蚀或其它方式来进行这类刻蚀。正如图6所示，高密度相移阵列元件410和420的第一和第二示例性实施例的凹面刻蚀到具有对应于在双折射衬底412中的半波平板的厚度尺寸的深度，正如以下的详细讨论。因此，对刻蚀到衬底412和422的各个凹面来说，对沿着快轴和慢轴偏振的波阵面分量由凹面所产生的相对相移与未刻蚀区域所产生的相对相移相差180度。

即，正如图6所示，在凹面中的衬底412具有的厚度为T₁₈₀，使得偏振并行于双折射衬底412的慢轴的组合波阵面129的分量相对于偏振并行于双折射衬底412的快轴的组合波阵面129的分量延迟了一个波长的整数数值加上附加半个波长。高密度相移阵列元件410的各个部分P₁₈₀具有标称厚度T₁₈₀。即，在衬底412中的各个凹面对应于标称的半波平板。因此，高密度相移阵列元件410的第一示例性实施例的部分P₁₈₀在波阵面129的分量之间产生180度相对相移，如本文约定使用下标“180”来表示。这些具有标称厚度T₁₈₀的高密度相移阵列元件410的第一示例性实施例的180度相移部分P₁₈₀产生相对于零度部分P₀为180度差异的相移。

同样，在凹面中的衬底422具有厚度T₂₇₀，使得偏振并行于双折射衬底422的慢轴的组合波阵面129的分量相对于偏振并行于双折射衬底422的快轴的组合波阵面129的分量延迟了波长的整数数值加上附加四分之三波长。高密度相移阵列元件420的各个部分P₂₇₀具有标称厚度T₂₇₀。即，在衬底422中的各个凹面对应于标称的四分之三波平板。因此，高密度相移阵列元件420的第二示例性实施例的部分P₂₇₀在波阵面129的分量之间产生270度相对相移，如本文约定使用下标“270”来表示。这些具有标称厚度T₂₇₀的高密度相移阵列元件420的第二示例性实施例的270度相移部分P₂₇₀产生相对于90度部分P₉₀为180度差异的相移。

正如图6所示，在各种示例性实施例中，由第一和第二衬底412和422的表面419和429分别形成0度和90度的相移部分P₀和P₉₀。通过对第一和第二衬底412和422的刻蚀分别形成180度和270度的相移部分P18₀和P₂₇₀，其刻蚀的深度尺寸分别对应于在双折射衬底412和422中的半波平板的厚度。在各种示例性实施例中，对应于各个第一和第二衬底412和422来说，刻蚀深度的尺寸对应于零等级的半波平板的厚度。然而，应该意识到，在第一和第二衬底412和/或422的任一衬底中的刻蚀深度尺寸可以对应于零等级半波平板厚度的任何奇数的倍数。

也应该意识到，在各种示例性实施例中，可以使厚度T₀小于厚度T18₀。同样，可以使厚度T₉₀小于厚度T₂₇₀。在这种情况下，可以由第一和第二衬底412和422的表面419和429分别形成180度和270度相移部分P₁₈₀和P₂₇₀。可以通过刻蚀第一和第二衬底412和422分别形成0度和90度相移部分P₀和P₉₀，其刻蚀的深度尺寸分别对应于在双折射衬底412和422中半波平板的厚度。

正如图6所示，高密度相移阵列410的第一示例性实施例的包括其它分布在图形411中的表面419的第一或0度相移部分P₀和第二或180度相移部分P₁₈₀。特别是，正如图6所示，第一和第二相移部分P₀和P₁₈₀的图形411可以在高密度相移阵列410第一示例性实施例的水平和垂直两个方向上交换。这就产生了第一和第二相移部分P₀和P₁₈₀纵横交错地排列位置。在各种示例性实施例中，当高密度相移阵列元件410的第一示例性实施例与根据本发明的图7，8，10和11所示的不同检测器件3000和4000相结合，第一和第二相移部分P₀和P₁₈₀纵横交错地排列图形就会延伸到基本覆盖用于实现检测子系统700的检测器件710的一个部分的整个表面区域。

同样，正如图6所示，高密度相移阵列420的第二示例性实施例包括其它分布在图形411中的表面429的第一或90度相移部分P₉₀和第二或270度相移部分P₂₇₀。特别是，正如图6所示，第一和第二相移部分P₉₀和P₂₇₀的图形411可以在高密度相移阵列420的第二示例性实施例的水平和垂直两个方向上交换。这就产生了第一和第二相移部分P₉₀和P₂₇₀纵横交错地排列位置。在各种示例性实施例中，当高密度相移阵列元件420的第二示例性实施例与根据本发明的图7，8，10和11所示的不同检测器件3000和4000相结合，第一和第二相移部分P₉₀和P₂₇₀纵横交错地排列图形就会延伸到基本覆盖用于实现检测子系统700的检测器件710的一个部分的整个表面区域。

在图6所示的高密度相移阵列元件410和420的实施例中，应该意识到，第一和第二双折射衬底412和422的快轴418和428分别位于与表面419和429垂直的平面上。在各种示例性实施例中，快轴418和428分别并行于0度和180度相移部分P₀和P₁₈₀和90度和270度相移部分P₉₀和P₂₇₀的垂直边缘。然而，应该意识到，在各种示例性实施例中，快轴418和428能够位于并行于不同相移部分的水平边缘，或者以相对于这些边缘的45度，或者以任意其它可操作的取向，则取决于组合波阵面129的偏振分量的相对取向以及其它相关的设计因素。应该意识到，在这些高密度相移阵列元件410和420的第一和第二示例性实施例中，快轴418和428在整个第一和第二衬底412和422上分别是固定的且是恒定的，以及可以通过可控地变换在第一和第二衬底412和422中的制造厚度来获得相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀。

高密度相移阵列元件410和420的第一和第二示例性实施例的不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀可以采用任何公认的或后来开发的制造方法来制成。这类方法可以包括，但并不局限于，材料的添加方法，例如，图形沉积或涂覆，或类似方法；或者材料除去方法如图形刻蚀法之类；或者材料置换方法，例如，微成型或微压模或类似方法。特别是，唯一的制造要求是不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀都可以相对高的密度阵列来制造。特别是，不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀的尺寸都必须能接近于光学检测阵列的一个象素或小的一组象素的尺寸，正如以下所讨论的。在根据本发明的各种示例性实施例中，正如图6所示，不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀的阵列都可以采用刻蚀或者其它在双折射材料所形成的第一和第二衬底412和422中产生具有不同厚度区域的方法来实现。

特别是，各个衬底412和422都可以采用任何适用的公认的和后来开发的方法来掩蔽，例如，用于薄膜制造的方法或者类似方法。因此，第一和第二相移部分P₀和P₁₈₀以及第三和第四相移部分P₉₀和P₂₇₀的图形411和421都可以采用任何适用的公认的和后来开发的方法刻蚀至衬底412和422的表面419和429，例如，反应离子刻蚀或者其它适用的方法。正如以上所讨论的，在各种示例性实施例中，刻蚀部分P₁₈₀和P₂₇₀，其刻蚀的深度尺寸分别对应于双折射衬底412和422中的半波平板的厚度。例如，在使用典型的商品化四分之一波平板材料作为衬底412和422的各种示例性实施例中，相移部分P₁₈₀和P₂₇₀来说，从表面419和429的标称刻蚀深度为35微米，这可适用于激光源发射具有波长为633nm的激光波阵面。

也应该意识到，正如图6所示，不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀的复制方向是水平和垂直排列的。然而，更具体的说，通过与根据本发明多相移发生结构的其它元件的组合完全可以控制和选择不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀的各自复制方向。在各种示例性实施例中，不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀都具有相等的尺寸和形状以及覆盖检测子系统700的检测阵列的相等部分。

在各种示例性实施例中，不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀的各自延伸检测子系统700的检测阵列的象素的整数倍。在各种示例性实施例中，不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀的边界都是与检测阵列的象素之间的边界相对准的。于是，在这类示例性实施例中，不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀中的每一对或每一组都被定义成高密度相移阵列元件410和420的第一和第二示例性实施例中的单位单元并且对应于检测子系统700的检测阵列。在极端的情况下，各个不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀的每一个都可以与所对应的检测阵列的各个单个象素有关且对准。

应该意识到，在企图抵消一些共模偏置误差时，在第一高密度相移阵列元件410上成对的0度和180度的部分P₀和P₁₈₀以及在第二高密度相移阵列元件420上成对的90度和270度的部分P₉₀和P₂₇₀是更为适合的，当时在其它情况下可以是任意的。即，因为在根据本发明的高密度相移阵列元件中使用不同相移组合受到一些基本限制，因此这是难以实现的。于是，一个高密度相移阵列元件可以保留0度和90度的部分P₀和P₉₀，而另一个高密度相移阵列则可以保留180度和270度的部分P₁₈₀和P₂₇₀。这样，在根据本发明相移成像元件的各种示例性实施例中，其它组合的相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀也可以采用高密度相移阵列元件来实现，并且能够至少提供一些根据本发明的高密度相移阵列元件的优点和益处。

图7和图8举例说明了根据本发明的一例相移成像元件3000。正如图7所示，相移成像元件300包括根据本发明多相移发生结构1400的第一示例性实施例和根据本发明检测子系统700的第一示例性实施例，该检测子系统还包括检测器件710a和710b。在图7和图8所示的示例性实施例中，多相移发生结构1400结合了根据本发明的一对高密度相移阵列元件410和420。该多相移发生结构1400还包括了光束分离器310和两个偏振器510a和510b。

应该意识到，在330专利中所披露的以及参照图2-5所讨论的相移成像设备200都使用了两个相移“部分”，第一部分222的四分之一波平板223和空白或中性平板224，和两个不同取向的偏振器，第一+45°偏振部分227和第二-45°偏振部分228，来产生四个在空间上分开的干涉图像。相反，根据本发明的第一示例性的相移成像元件3000分别使用了高密度相移阵列元件410和420的四个相移部分，交错的部分P₀，P₁₈₀和交错的部分P₉₀，P₂₇₀，以及两个具有相同的取向效果的偏振器，偏振器510a和510b，来产生两个干涉图像且各个图像包括具有不同相移的两个交错的干涉图像。

正如图7和图8所示，在该第一示例性实施例中，第一高密度相移阵列元件410和第一偏振器元件510a都沿着第一方向靠近光束分离器310。沿着该第一方向，多相移发生结构1400采用检测器件710a在其界面上产生多相移干涉图像信息610。第二高密度相移阵列元件420和第二偏振器元件510b都沿着第二方向靠近光束分离器310。沿着该第二方向，多相移发生结构1400采用检测器件710b在其界面上产生多相移干涉图像信息620。然而，应该意识到，高密度相移阵列元件410和420并不一定要分别沿着第一和第二方向。即，高密度相移阵列元件410和420可以分别替换成沿着第二和第一方向，而基本上没有改变相移成像元件3000的工作原理。

正如图7和图8所示，组合波阵面129是由光学输入部分135’发射的。各种设计考虑都会涉及到光学输入部分135’，以下将进一步参照图24-27进行讨论。所发射的组合波阵面129包括参考波阵面124和目标波阵面128。所发射的组合波阵面129通过光束分离器310，该光束分离器310将组合波阵面129分离城两个各自组合的子波阵面和“拷贝”129a和129b。应该意识到，由于光束分离器310的作用，子波阵面或“拷贝”129a和129b是相互成镜像的图像。然而，采用适当的信号处理，该差异是不重要的。此外，在各种示例性实施例中，该差异可以成为优点。子波阵面129a是沿着第一方向指着第一高密度相移阵列元件410以及偏振器元件510a指向检测器件710a。相反，子波阵面129b是沿着第二方向指向第二高密度相移阵列元件420以及偏振器元件510b指向检测器件710b。

正如以上所讨论的，制造第一高密度相移阵列元件410的0度相移部分P₀和180度相移部分P₁₈₀，以移动在两个正交片正的子波阵面分量124a和128a之间的相对相位，与组合子波阵面129a相比较，分别移动了0°和180°。于是，当沿着第一方向指向第一高密度相移阵列元件410的子波阵面129a由第一高密度相移阵列元件410来发射时，第一高密度相移阵列410的纵横交错的图形411就会以组合的波阵面129a来产生对应于图形411的空间交错的纵横交错的图像。在纵横交错的相移图形411中，两个正交偏振的子波阵面分量124a和128a会对应于部分P₀相对相移0度以及对应于部分P₁₈₀相对相移180度。

随后，通过第一高密度相移阵列元件410的组合子波阵面129a，包括纵横交错的相移图形411，会指向偏振器元件510a。偏振器元件510a取向，使之能发射组合子波阵面129a的正交偏振的子波阵面分量124a和128a的同相分量。因此，多相移干涉图形信息610包括了对应于图形411的纵横交错的图像，即，对应于0度相移部分P₀和180度相移部分P₁₈₀的纵横交错的图形以高空间频率交错的第一“0度”干涉部分和第二“180度”干涉部分。

同样，制造第二高密度相移阵列元件420的90度相移部分P₉₀和270度相移部分P₂₇₀，以移动在两个正交片正的子波阵面分量124b和128b之间的相对相位，与组合子波阵面129b相比较，分别移动了90°和270°。于是，当沿着第二方向指向第二高密度相移阵列元件420的子波阵面129b由第二高密度相移阵列元件420来发射时，第二高密度相移阵列420的纵横交错的图形421就会以组合的波阵面129b来产生对应于图形421的空间交错的纵横交错的图像。在纵横交错的相移图形421中，两个正交偏振的子波阵面分量124b和128b会对应于部分P₉₀相对相移90度以及对应于部分P₂₇₀相对相移270度。

通过第二高密度相移阵列元件420的组合子波阵面129b，包括纵横交错的相移图形421，会指向偏振器元件510b。偏振器元件510b取向，使之能发射组合子波阵面129b的正交偏振的子波阵面分量124b和128b的同相分量。因此，多相移干涉图形信息620包括了对应于图形421的纵横交错的图像，即，对应于90度相移部分P₉₀和270度相移部分P₂₇₀的纵横交错的图形以高空间频率交错的第一“90度”干涉部分和第二“270度”干涉部分。

在各种示例性实施例中，第一和第二高密度相移阵列元件410和420的图形表面419和429取向，使之分别对准相对应的检测器件710a和710b。在这种情况下，子波阵面129a和129b入射在第一和第二高密度相移阵列元件410和420的未刻蚀或“平坦”的一面，并且通过图形化的表面419和429分别发射到第一和第二偏振元件510a和510b。

在各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件410和420的图形化或刻蚀的表面419和429分别毗邻着偏振元件510a和510b。在各种示例性实施例中，第一和第二偏振元件510a和510b是明显不同的偏振元件。然而，应该意识到，在各种示例性实施例中，偏振元件510a和510b可以分别直接制成在第一和第二高密度相移阵列元件410和420的表面上，这是最接近于所相对应的检测器710a和710b。于是，应该意识到，在各种示例性实施例中，偏振元件510a和/或510b的结构和/或功能可以合并于和/或不能区别于相对应的第一和/或第二高密度相移阵列元件410和420。在图形表面419和429最接近于所相对应的检测器710a和710b的实施例中，图形表面419和429可以是平坦的，只要是偏振元件510a和510b的应用需要，这可以采用在薄膜和半导体工艺领域中所熟悉的平面技术。

在各种示例性实施例中，平面可以包括采用光学材料来填满各个相移部分P₀-P₂₇₀中被刻蚀的部分，其中，光学材料具有与高密度相移阵列元件410或420衬底的标称折射率相匹配的折射率，以及是无定性的或者缺乏延迟的效应的。在各种示例性实施例中，在表面419和429平面化时，要小心以避免取出了任何相移材料。这可以通过在相移阵列元件410和420的整个表面419和429上保留这中性的光学材料的薄膜。在各种示例性实施例中，在相移阵列元件410和/或420分别与各自偏振元件510a和510b相结合的情况下，可以使用具有适当光学系数的光学级粘合剂，来填满图形化的表面419和429以及将相移阵列元件410和/或420的图形表面419和429分别与偏振元件510a和510b相结合。

在各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件410和420可以包括一组光阻材料的“屏障条纹”，根据本发明，该条纹与的高密度相移阵列元件410和420的相移部分P₀-P₂₇₀之间的边缘相一致。一般来说，屏障条纹具有足够的宽度，以封闭在高密度相移阵列元件410和420的相移部分P₀-P₂₇₀之间的刻蚀后侧壁的任何斜面部分。

在一些这类示例性实施例中，屏障条纹也是足够宽的，以避免多相移干涉图像信息610和620的特殊干涉部分不必要的泄漏到无意的敬爱女厕元件和象素上。例如，在根据本发明的第一示例的相移成像元件3000的制造和组装过程中，由于不同对准的容差会产生这类泄漏。

在各种示例性实施例中，偏振元件510a和510b是引线栅极偏振元件，例如以下将参照体18-22所详细讨论的，可以分别直接制成在第一和第二高密度相移阵列元件410和420的平面表面上，这样可以最接近与相对应的检测器710a和710b。在该实施例中，在用于制造引线栅极偏振元件的薄膜步骤中，可以非常容易地制成一组“屏障条纹”。

应该意识到，在不同的其它示例性实施例中，偏振元件510a和/或510b和/或屏障条纹都可以分别直接制成在检测器件710a和710b的表面。当偏振元件510a和510b是引线栅极偏振器时，应该在检测器件710a或710b和引线栅极偏振器之间采用薄膜绝缘层。于是，应该意识到，在各种示例性实施例中，偏振元件510a和/或510b以及检测器件710a和/或710b的结构和功能可以分别合并一起。

在各种示例性实施例中，与它们各自的制造方式无关，相移阵列元件410和420的图形化表面419和429取向指向各自检测器件710a和710b，以及指向毗邻的偏振元件510a和510b。在各种示例性实施例中，相对于在检测器件710a和710b附近的多相移干涉图像信息610和/或620的聚焦深度，偏振元件510a和510b是薄的。在各种示例性实施例中，偏振元件510a和510b毗邻各个检测器件710a和710b，只有采用薄膜绝缘层或者可忽略的空气间歇或者类似方式使得偏振元件510a和510b分别与检测器件710a和710b的检测元件的表面相分开。

在这类“毗邻”的实施例中，便于在不同相移部分P₀-P₂₇₀与它们所相对应的检测器件710a和710b的检测元件之间进行最好的对准，以及减小或者理想地使在相邻检测元件和象素之间不同相对相移的干涉光的“泄漏”最小化。此外，由第一和第二偏振元件510a和510b的偏振结构所散射和衍射的任何光基本上都会限制在所毗邻的象素和受到所毗邻象素的平均，因此就不会分布在所采集到的多相移干涉图像信息610和/或620中。

在各种示例性实施例中，与它们各自的制造方式无关，偏振元件510a和510b，高密度相移阵列元件410和420，检测器部分710a和710b和光束分离器310都可有效地键合或结合起来，以形成单片相移成像元件，例如，图7所示的相移成像元件3000。应该意识到，在根据本发明的各种示例性实施例中，有利于制造偏振元件510a和510b，高密度相移阵列元件410和420，和光束分离器310，使得组合子波阵面129a和129b的各自有效光路长度的各个部分都能尽可能的相似，理想的是相等。

相移成型元件3000的在第一示例性实施例中，参考波阵面124和目标波阵面128是沿着正交的垂直和水平方向132A和133A偏振的，如图8所示。在该示例性实施例中，各个相移阵列元件410或420的双折射衬底材料的快轴418和428是正交垂直的，如图6所示，并且偏振元件510a和510b各自都具有偏振方向512A，即，偏振方向以45度处于正交垂直和水平方向132A和133A。因此，偏振元件510a以通过第一高密度相移阵列元件410的纵横交错相移图形发射和干涉组合子波阵面129a的正交偏振子波阵面分量124a和128a的同相分量，以产生多相移的干涉图像信息610。同样，偏振元件510b以通过第二高密度相移阵列元件420的纵横交错相移图形发射和干涉组合子波阵面129b的正交偏振子波阵面分量124b和128b的同相分量，以产生多相移的干涉图像信息620。

特别是，多相移干涉图像信息610包括“Q₀”和“Q₂”干涉部分的纵横交错图形。“Q₀”干涉部分对应于在通过第一高密度相移阵列元件410和偏振元件510a的0度相移部分P₀的子波阵面分量124a和128a之间的0度的相对相移。“Q₂”干涉部分对应于在通过第一高密度相移阵列元件410和偏振元件510a的180度相移部分P₁₈₀的子波阵面分量124a和128a之间的180度的相对相移。

于是，在多相移干涉图像信息610中的“Q₀”和“Q₂”干涉部分是以纵横交错的图形在对应于第一高密度相移阵列元件410的图形411的高空间频率下交错的。应该意识到，在一种情况下，这种“Q₀”和“Q₂”干涉部分的纵横交错图形对应于图4所示的Q₀象限232和Q₂象限236的高密度交错的，以单个图像发射在检测器件710a的表面。

类似于多相移干涉图像信息610的Q₀和Q₂干涉部分，多相移干涉图像信息620包括“Q₁”和“Q₃”干涉部分的纵横交错图形。“Q₁”干涉部分对应于在通过第二高密度相移阵列元件420和偏振元件510b的90度相移部分P₉₀的子波阵面分量124b和128b之间的90度的相对相移。“Q₃”干涉部分对应于在通过第二高密度相移阵列元件420和偏振元件510b的270度相移部分P₂₇₀的子波阵面分量124b和128b之间的270度的相对相移。

于是，在多相移干涉图像信息620中的“Q₁”和“Q₃”干涉部分是以纵横交错的图形在对应于高密度相移阵列元件420的图形421的高空间频率下交错的。应该意识到，在一种情况下，这种Q₁和Q₃干涉部分的纵横交错图形对应于图4所示的Q₁象限234和Q₃象限238的高密度交错的，以单个图像发射在检测器件710b的表面。

应该意识到，因为子波阵面和“拷贝”129a和129b是相互镜像的图像，正如以上所讨论的，多相移干涉图像信息610和多相移干涉图像信息620同样是关于目标130的它们信息内容而相互镜像。然而，采用适当的信号处理，这种差异是不重要的，或者在各种实施例中，甚至是有利的。

在相移图像元件3000的第二示例性实施例中，参考波阵面124和目标波阵面128是沿着正交方向132B和133B偏振的，正如图8所示。特别是，正交偏振的方向132B和133B相对于第一示例性实施例的水平和垂直方向132A和133A旋转45度。在第二示例性实施例中，各自相移阵列元件410和420的衬底材料的快轴418和428都是相对于图6所示的垂直方向同样旋转45度，但相移阵列元件410和420并没有改变其结构。

在第二示例性实施例中，偏振元件510a和510b都具有偏振方向512B，即，偏振方向处于正交的偏振方向132B和133B之间的一半。因此，类似于第一示例性实施例，偏振元件510a以通过第一高密度相移阵列元件410的纵横交错相移图形发射和干涉正交偏振子波阵面分量124a和128a的同相分量。同样，偏振元件510b以通过第二高密度相移阵列元件420的纵横交错相移图形发射和干涉正交偏振子波阵面分量124b和128b的同相分量。

于是，应该意识到，该示例性实施例采用以上所讨论的相移成像元件3000的第一示例性实施例的基本相似的方式工作。因此，在各种示例性实施例中，由该相移成像元件3000的第二示例性实施例所提供的多相移干涉图像信息610和多相移干涉图像信息620包括与相移成像元件3000的第一示例性实施例有关的上述所讨论的同样纵横交错的图形。

应该意识到，正如图7和图8所示，因为根据本发明多相移发生结构1400的第一示例性实施例和示例的相移成像元件3000都是单片或集成的结构，所以图7和图8所示的各种光路就不再是相互独立的。即，所遇到的任何振动或其它旋转和/或转移运动都会固有地相等地施加到所有光路。于是，由这类旋转和/或转移运动所产生的任何误差都是共模误差。因此，任何这类误差都不会影响由控制系统170所产生的确定测量的精度。

此外，应该意识到，“0°相对相移”干涉部分被称之为Q₀干涉部分，而“180°相对相移”干涉部分被称之为Q₂干涉部分，这些部分都以高的空间频率纵横交错的图像在检测器件710a的整个表面上交错的。因此，应该意识到，在多相移发生设备200中呈现出了不同的差模误差，如图2-5所示，这是由于减小了或者在理论上消除了在Q₀和Q₂象限中相移干涉图像600a和600c的空间分离。即，因为0°和180°相移干涉部分在检测器件710a的各自位置上是相互毗邻的，它假定在各自位置上的0°和180°相移干涉部分上基本成像目标130的相同部分。此外，对于在各自位置上的象素来说，在从入射光强度到输出信号幅度的传递函数中的矛盾可以减小，或者在理论上最小化。于是，在各种示例性实施例中，减小和/或最小化与这些因素有关的误差，并且在许多示例性实施例中，理论上消除了与这些因素有关的误差。

应该意识到，在根据本发明的各种示例性实施例中，因为对在检测子系统700小区域中的多个相位都提供多相移干涉图像信息600，所以就增加了这类益处。所阐明的另一方面，在根据本发明的各种示例性实施例中，因为单个子波阵面所产生的单个图像包括了分别适用于两个或多个不同相对相移的信息，并且该信息在是整个图像上隔行交错扫描的，所以也增加了这类益处。应该意识到，在根据本发明的各种示例性实施例中，可以从称之为Q₁干涉部分的“90°相对相移”干涉部分以及称之为Q₂₇₀干涉部分的“270°相对相移”干涉部分中得到这类益处，出于同样的理由，这些部分是以高空间频率纵横交错图形在检测器件710b的整个表面上交错的。

应该意识到，根据本发明多相移发生结构1400的第一示例性实施例和示例的相移成像元件3000提供了相对相移干涉信息的两个不同相位，该相对相移干涉信息只来自于单个子波阵面所引出的单个图像。同样，根据本发明的多相移发生结构1400的第一示例性实施例和示例的相移成像元件3000提供了相对相移干涉信息的四个不同相位，该相对相移干涉信息只来自于单个分别的子波阵面所各自引出的两个空间分离的图像。

在各种示例性实施例中，选择和组合相移成像元件3000的分量，以确保组合子波阵面129a和129b的光路的长度基本相等。于是，光输入部分135’的任何聚焦，光圈，和/或放大性能，等等将在检测器件710a和710b上产生相同的图像效果。

此外，在各种示例性实施例中，选择检测器件710a和710b，以匹配方式来设置和/或加以校准，使之匹配于两个检测器件710a和710b之间象素的可比较检测元件的输出。应该意识到，使用两个检测器件710a和710b，允许可以获得各自子波阵面129a和129b的图像或多相移干涉信息610和620的图形并能够放大，只要这两个图形是成像在单个同样尺寸的检测器件的空间分离区域中。从而改善了相移成像元件3000的有效信号和空间分辨率。

然而，该示例性实施例还存在着一些缺点，在不同检测器件710a和710b的可比较检测元件或象素之间会呈现出标称图像光亮度的差异和/或从入射光亮度到输出信号幅度的传递函数中的矛盾。应该意识到，由于这类差异，在与控制系统170所产生的测量有关的工作中，依旧还保留了部分固有的非共模误差，但不是全部。应该进一步理解的是，在上述所讨论的各种示例性实施例中，通过匹配和/或校准两个检测器件，减小了这些所固有的误差。

图9举例说明根据本发明的高密度相移元件430的第三示例性实施例部分。正如图9A所示，高密度相移阵列元件430在多相移发生结构1400的各种示例性实施例中都是有用的，正如以上和以下有关根据本发明相移成像元件的第一和第二示例性实施例3000和4000所讨论的。图9还在图9B和9C中举例说明根据本发明高密度相移阵列元件450的第五示例性实施例的部分和高密度相移阵列元件440的第四示例性实施例的部分。高密度相移阵列元件430和450在各个根据本发明的高密度相移阵列成像元件的第一和第二示例性实施例3000和4000中都是有用的。应该意识到，根据本发明的示例性实施例300和4000，和类似的相移成像元件都可以有效地替代图2-5所显示的多相移图像发生设备200，并且更具体的说，可有效地替代参照图1所讨论的多相移图像发生部分1600。

正如图9所示，在各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件430的第三示例性实施例，如图9A所示，是采用无相移的衬底432制成的。在各种示例性实施例中，无相移衬底432可以使用无定形材料或者其它无双折射材料制成，并且衬底432的衬底厚度T_s可以是任何所需要的数值。然而，在不同的其它实施例中，也可以使用双折射材料，所提供的衬底432厚度T_s必须使得偏振成并行于双折射衬底432的慢轴的组合波阵面129分量相对于偏振成并行于双折射衬底432的快轴的组合波阵面129分量延迟波长的整数倍，并且衬底432的快轴必须可操作地对准，使得材料层433采用以下所讨论的方式工作。

高密度相移阵列元件430还包括双折射材料层433，该材料层还包括其表面439。特别是，双折射材料层433是由双折射材料制成，该材料可具有以下详细讨论的图形可选择的快轴。正如图9A所示，高密度相移阵列元件430的第三示例性实施例的双折射材料层433具有标称厚度T₁₈₀。由于厚度T₁₈₀，如果需要，相对于偏振成并行于双折射衬底432的快轴的组合波阵面129分量，偏振成并行于双折射衬底432的慢轴的组合波阵面129分量延迟二分之一波长加上波长的整数倍。正如图9A所示，双折射材料层433包括以纵横交错图形431排列的0度相移部分P₀₍₄₅₎和180度相移部分P_180(v)。

双折射材料层433的各个部分P₀₍₄₅₎具有标称厚度T’₁₈₀。所制成的各个部分P₀₍₄₅₎使得在该部分中的双折射材料层432的快轴以相对于组合波阵面129的正交分量的所希望的工作取向的45度来取向，正如在图9A所示的示例性实施例中示例的REFERENCE和OBJECT正交分量以及在不同部分P₀₍₄₅₎中所显示的典型对准线所指示的。应该意识到，采用相对的取向，高密度相移阵列元件430的第三示例性实施例的部分P₀₍₄₅₎延迟相等的正交分量，因此，并没有在波阵面129的分量之间产生任何净的相对相移。

即，各个部分P₀在波阵面129分量之间产生0度相对相移，以约定使用下标“0”来指示。应该意识到，其它下标“(45)”作为另外的约定使用，用于本文“可变快轴”相移阵列元件的标号部分，指示在双折射材料层的对应部分中快轴的相对取向为“45度”。

在双折射材料的各个部分P_180(v)具有标称厚度T’₁₈₀。所制成的各个部分P_180(v)使得在该部分中的双折射材料层432的快轴以垂直取向。即，各个部分P_180(v)的快轴并行于相对于组合波阵面129的正交分量的垂直取向分量的所希望的工作取向，正如在图9B所示的示例性实施例中示例的REFERENCE和OBJECT正交分量以及在不同部分P_180(v))中所显示的典型对准线所指示的。应该意识到，采用相对的取向，在高密度相移阵列元件430的第三示例性实施例的部分P_180(v)中，偏振成并行于在上折射材料层433部分中的慢轴的组合波阵面129的水平分量相对于组合波阵面129的垂直分量延迟半个波长或180度相移。

即，各个部分P_180(v)在波阵面129的分量之间产生180度的相对相移，如以约定使用下标“180”来指示。应该意识到，作为附加约定所使用的其它下标(v)，用于本文的“可变快轴”相移阵列元件的标号部分，指示在双折射材料层的对应部分中快轴的相对取向为“垂直的”。

应该意识到，从上述的讨论中，就多相移干涉图像信息的净光学影响来说，高密度相移阵列元件430的第三示例性实施例的部分P₀₍₄₅₎和P_180(v)与高密度相移阵列元件410的第一示例性实施例的部分P₀和P₁₈₀具有等效的功能。即，在根据本发明的相移成像元件3000和4000的各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件430和410名义上是相互交换的。因此，根据在相移成像元件3000和4000中所类似的设计考虑，类似的尺寸和类似的组装可以采用高密度相移阵列元件430和410，来产生类似或相同的交错的相移图像信息，例如，以上参照图7和图8所讨论的。

正如图9B所示，高密度相移阵列元件450的第五示例性实施例采用类似于以上所讨论的高密度相移阵列元件430的第三示例性实施例的方式来形成的。在各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件450包括根据对衬底432原先所讨论的任何方法和尺寸来制成衬底452。高密度相移阵列元件450同样包括双折射材料层453，该层还包括了表面459。同样，双折射材料层453是由双折射材料制成，该材料可以具有以下详细讨论的图形选择的快轴。

正如图9B所示，高密度相移阵列元件450的第五示例性实施例的双折射材料层453具有标称厚度T’₉₀。由于厚度T’₉₀，如果需要，相对于偏振成并行于双折射衬底452的快轴的组合波阵面129分量，偏振成并行于双折射衬底452的慢轴的组合波阵面129分量延迟四分之一波长加上波长的整数倍。正如图9B所示，双折射材料层453包括以纵横交错图形451排列的90度相移部分P_90(v)和270度相移部分P_270(h)。

双折射材料层453的各个部分P_90(v)具有标称厚度T’₉₀。所制成的各个部分P_90(v)使得在该部分中的双折射材料层452的快轴以垂直取向。即，各个部分P_90(v)的快轴并行于组合波阵面129的正交分量的垂直取向分量的所希望的工作取向，正如在图9B所示的示例性实施例中示例的REFERENCE和OBJECT正交分量以及在不同部分P_90(v)中所显示的典型对准线所指示的。

应该意识到，采用相对的取向，在高密度相移阵列元件430的第五示例性实施例的部分P_90(v)中，偏振成并行于在上折射材料层433部分中的慢轴的组合波阵面129的水平分量相对于组合波阵面129的垂直分量延迟四分之一波长或90度相移。即，各个部分P_90(v)在波阵面129的分量之间产生90度的相对相移，如以约定使用下标“90”来指示。应该意识到，作为附加约定所使用的其它下标(v)，用于本文的“可变化快轴”相移阵列元件的标号部分，指示在双折射材料层的对应部分中快轴的相对取向为“垂直的”。

双折射材料层453的各个部分P_270(h)具有标称厚度T’₉₀。所制成的各个部分P_270(h)使得在该部分中的双折射材料层452的快轴以水平取向。即，各个部分P_270(h)的快轴并行于组合波阵面129的正交分量的水平取向分量的所希望的工作取向，正如在图9B所示的示例性实施例中示例的REFERENCE和OBJECT正交分量以及在不同部分P_270(h)中所显示的典型对准线所指示的。应该意识到，采用相对的取向，在高密度相移阵列元件450的第五示例性实施例的部分P_270(h)中，偏振成并行于在上折射材料层453部分中的慢轴的组合波阵面129的水平分量相对于组合波阵面129的垂直分量延迟四分之一波长或90度相移。

应该意识到，这个功能相对于有关在多相移干涉图像信息中净光学效应的组合波阵面129的垂直分量等效于延迟水平分量270度。于是，可以看到，事实上，各个部分P_270(h)在组合129的分量之间产生270度的相对相移，如以约定使用下标“270”来指示。应该意识到，作为附加约定所使用的其它下标(h)，用于本文的“可变化快轴”相移阵列元件的标号部分，指示在双折射材料层的对应部分中快轴的相对取向为“水平的”。

于是，应该意识到，从上述的讨论中，高密度相移阵列元件450的第五示例性实施例的部分P_90(v)和P_270(h)与高密度相移阵列元件420的第二示例性实施例的部分P₉₀和P₂₇₀具有等效的功能。根据在相移成像元件3000和4000中所类似的设计考虑，类似的尺寸和类似的组装可以采用高密度相移阵列元件450和420，来产生类似或相同的交错的相移图像信息，例如，以上参照图7和图8所讨论的。

正如图9C所示，高密度相移阵列元件440的第四示例性实施例采用类似于以上所讨论的高密度相移阵列元件430的第三示例性实施例的方式来形成的，除了高密度相移阵列元件440需要具有标称厚度T’₉₀的双折射衬底442。由于厚度T’₉₀，如果需要，相对于偏振成并行于双折射衬底442的快轴的组合波阵面129分量，偏振成并行于双折射衬底442的慢轴的组合波阵面129分量延迟四分之一波长加上附加波长的整数倍。箭头448指示在图9C中所示示例性实施例中衬底的快轴取向，这是与以下考虑的高密度相移阵列元件440的结构和工作相一致的。

另外，高密度相移阵列元件440同样包括双折射材料层443，该材料层还包括了表面449。类似地，双折射材料层443是由能够具有它的快轴选择图形的双折射材料制成，正如以下所讨论的。正如图9C所示，高密度相移阵列元件440的第四示例性实施例的双折射材料层443具有标称厚度T’₁₈₀。由于厚度T’₁₈₀，如果需要，相对于偏振成并行于双折射衬底443的快轴的组合波阵面129分量，偏振成并行于双折射衬底443的慢轴的组合波阵面129分量延迟二分之一波长加上波长的整数倍。正如在图9中所示，双折射材料层443包括以纵横交错图形441排列的90度相移部分P₉₀₍₄₅₎和270度相移部分P_270(v)。

双折射材料层443的各个部分P₉₀₍₄₅₎具有标称厚度T’₁₈₀。所制成的各个部分P₉₀₍₄₅₎使得在该部分中的双折射材料层443的快轴以相对于组合波阵面129的正交分量的所希望工作取向的45度为取向。正如在图9B所示的示例性实施例中示例的REFERENCE和OBJECT正交分量以及在不同部分P₉₀₍₄₅₎中所显示的典型对准线所指示的。

应该意识到，采用相对的取向，在高密度相移阵列元件430的第三示例性实施例的部分P₉₀₍₄₅₎延迟相等垂直分量。因此，该部分P₉₀₍₄₅₎本身就没有在波阵面129分量之间产生任何净相对相移。然而，由于双衬底442具有厚度T₉₀，所以在任何位置都会对组合波阵面129的水平分量产生90度的延迟，P₉₀₍₄₅₎各自产生具有在波阵面129的分量之间的90度相对相移的发射光，如以约定使用下标“90”来指示。应该意识到，所附加的下标“(45)”具有原先讨论所约定的含义。

双折射材料层443的各个部分P_270(v)具有标称厚度T’₁₈₀。所制成的各个部分P₉₀₍₄₅₎使得在该部分中的双折射材料层443的快轴垂直取向。各个部分P_270(v)的快轴是以并行于组合波阵面129的正交分量的垂直取向分量的所希望的工作取向，正如在图9C所示的示例性实施例中示例的REFERENCE和OBJECT正交分量以及在不同部分P_270(v)中所显示的典型对准线所指示的。

应该意识到，采用这些相对取向，在高密度相移阵列元件440的第四示例性实施例的部分P_270(v)，相对于组合波阵面129的垂直分量，偏振成并行于双折射材料层443部分中的慢轴的组合波阵面129的水平分量延迟了二分之一波长和180度相移。应该意识到，因为双折射衬底442具有厚度T₉₀，各个位置都产生组合波阵面129的水平分量的90都延迟，因此，P_270(v)部分各自产生具有在组合波阵面129的分量之间总的270度相对相移的发射光，如以约定使用下标“270”来指示。应该意识到，所附加的下标“(v)”具有原先讨论所约定的含义。

于是，应该意识到，从以上的讨论中，高密度相移阵列元件440的第四示例性实施例的部分P₉₀₍₄₅₎和P_270(v)与高密度相移阵列元件450的第五示例性实施例的部分P_90(v)和P_270(h)具有等效的功能。根据在相移成像元件3000和4000中所类似的设计考虑，类似的尺寸和类似的组装可以采用高密度相移阵列元件440和450，来产生类似或相同的交错的相移图像信息，例如，以上参照图7和图8所讨论的。

应该意识到，在根据本发明的相移成像元件的各种示例性实施例中，当组合波阵面129的所有部分的光路长度通过根据本发明的相移成像元件在名义上是相等的，就会增加最终干涉图像测量的精度和分辨率。应该意识到，所示例的“可变化厚度”高密度相移阵列元件410和420会在它们不同的相移部分产生固有的不同的光路长度。如果需要精确相等的光路长度，这类实施例就需要使用匹配的折射率的填充材料等等的附加处理。相反，各个所示例的“可变化快轴”高密度相移阵列元件430，440，和450名义上都分别使用了恒定厚度的双折射材料层433，443，和453。于是，高密度相移阵列元件430，440，和450各自在其不同的相移部分提供了固有相等的光路长度，而不需要附加处理。

应该意识到，双折射材料层433，443和453可以使用任何具有可以控制变化和图形化的快轴和/或慢轴取向的双折射材料来制成。

在各种示例性实施例中，使用了一类称之为“反应中间族”的材料来制成。在各种示例性实施例中，反应中间族基本上是称之为聚合液晶材料。一般来说，反应中间族材料层的各个部分的快轴取向是取决于对准的条件，该对准条件适用于将反应中间族材料层的各个部分作为固定它的不同部分的快轴对准的材料老练制造条件。在各种已知的制造处理中，对准条件可以是对准场的方向，对准光偏振的方向，对准表面的对准方向，等等。

通过使用诸如反应中间族的材料，就有可能产生相移部分的阵列，它可以包括在不同相移部分中的不同快轴方向的图形。即，通过将特殊对准条件同时应用于各个特殊相移部分，阵列中的各个特殊部分都经理了取向固定制造的条件，对各个这类特殊相移部分而言，反应中间族材料的分子取向和快轴都是固定的。这在美国专利6,055,103和5,073,294中以及1999年5月21日出版的Sharp Technical Journal中J.Harrold等人发表的“在欧洲Sharp实验室中的3D显示系统硬件研究(3D Display System Hardware Research at SharpLaboratories of Europe)”一文中作了更详细的讨论。

在不同其它示例性实施例中，使用了相对技术，采用了称之为液晶聚合(LCP)一类的材料制成层433，443和453，该材料具有基本相似液晶聚合材料的性能。这些都是采用线性光聚合(LPP)材料的辅助来制造的。线性光聚合是能够使液晶聚合(LCP)对准的光敏图形化技术。

液晶聚合/线性光敏聚合(LPP/LCP)器件可以采用通过光掩膜的线性光敏结局和层的结构光对准来产生的，于是所产生的高精度，光敏图形化对准层携带了制造根据本发明的可变化快轴高密度相移阵列所需要的对准信息。随后的液晶聚合层将该对准信息层转移到根据本发明的图形化双折射材料层。在美国专利6,300,991；6,160,597和6,369,869，以及在Proceeding of SPIE；OpticalSecurity and Counterfeit Deterrence Techniques III(Vol.3973，pp.196-203，San Jose(CA))上F.Moia等人所发表的“Optical LPP/LCP Devides：A new Generation of Optical Security Elements”一文中作了更加详细的讨论。

对于高密度相移阵列元件430，440和450的第三、第四和第五示例性实施例的不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P_270(v，P_)90(v)，和P_270(h)来说，在层433，443和453中的快轴的取向可以采用任何用于控制形成层433，443和453可变化快轴材料快轴取向的已知和后来开发的方法来制成。特别是，唯一的制造要求是以相对高密度阵列来制成不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P_270(v，P_)90(v)，和P_270(h)。特别是，不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P _270(v，P_)90(v)，和P_270(h)的尺寸必须能接近于光学检测阵列的一个象素和小的一组象素的尺寸，正如以下所详细讨论的。在根据本发明的各种示例性实施例中，不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P_270(v，P_)90(v)，和P_270(h)的阵列是采用沿着不同方向摩擦不同衬底表面，所覆盖的衬底表面来实现的和/或对准层(未显示)是以接近于双折射材料层433，443和453的可操作地对准来形成的。

另外，在根据本发明的各种示例性实施例中，不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P_270(v，P_)90(v)，和P_270(h)的阵列是通过连续施加一个多个外部电场来引起用于形成层433，443和453的材料以对准类似于不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P_270(v，P_)90(v)，和P_270(h)的偏振所需要的方向来实现的。例如，在材料层433中形成图形431，就可以在施加具有第一“45度”取向的外部磁场，电场和偏振光场的同时通过选择性的暴露这些部分以固化激励来形成第一相位角部分P₀₍₄₅₎。随后，可以在施加具有第二“垂直”取向的外部磁场，电场和偏振光场的同时，通过选择性的暴露这些部分以固化激励来形成第二相位角部分P_180(v)。

应该意识到，正如图9所示，不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P_270(v，P_)90(v)，和P_270(h)的复制方向是水平和垂直排列的。然而，更具体的说，在与根据本发明的多相移发生结构的其它器件的组合中，不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P_270(v，P_)90(v)，和P_270(h)中的每一个的复制方向都是可以控制和选择的。在各种示例性实施例中，不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P_270(v，P_)90(v)，和P_270(h)都具有相同的尺寸和形状，并且覆盖检测子系统700检测阵列的相同部分。

一般来说，不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P_270(v，P_)90(v)，和P_270(h)中的每一个都会延伸检测阵列的象素的一个整数倍。一般来说，不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P_270(v，P_)90(v)，和P_270(h)的边界都与在检测阵列的象素之间的边界相对准。于是不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P_270(v，P_)90(v)，和P_270(h)中的每一对或每一组都可以限定成高密度相移阵列元件430，440和450的第三，第四和第五示例性实施例以及它们相应的检测阵列中的单位单元。在极端的条件下，不同相移部分P₀₍₄₅₎，P_180(v)，P₉₀₍₄₅₎，P_270(v)，P_)90(v)，和P_270(h)各自可以与相对应的检测阵列的各自单个象素有关并且与其相对准。

图10和11是说明根据本发明的第二示例的相移成像元件4000的平面图。正如图10所示意的，相移成像元件4000包括根据本发明的多相移发生结构1400’的第二示例性实施例以及检测子系统700’，该检测子系统包括具有检测器件部分710a’和710b’的检测器件710’。多相移发生结构1400’与根据本发明的第一和第二相移阵列子元件410’和420’的高密度相移阵列元件400’相配合。包括多相移发生结构1400’也包括了光束分离表面310’，反射表面312a’和312b’以及偏振元件510’。

在图11所示的示例性实施例中，相移成像元件4000的光束分离表面310’，反射表面312a’和312b’是由光学块320所提供的，该块包括了下半块320a和上半块320b。根据任何的已知或后来开发的光束分离制造技术，上半块和下半块320a和320b可以在非偏振光束分离表面310’结合。上半块和下半块320a和320b也可以具有端表面，或者镜像安装表面，制造成能提供或安装反射表面312a和312b。相移成像元件4000的其它元件可以安装在光学块组件320的另一端面上，正如所示。

所发射的组合波阵面129通过该光学块组件320，在这里，光束分离表面310’将组合波阵面129分离成两个各自组合的子波阵面或“拷贝”129a’和129b’。应该意识到，由于光束分离表面310’的作用，子波阵面或“拷贝”129a’和129b’是相互镜像的图像。然而，采用适当的信号处理，这种差异是不重要的，在各种实施例中，这甚至是有利的。子波阵面129a’指向反射表面312a’，并且被沿着光束分离表面310’一面的第一光路并行反射到光束分离表面310’。相反，子波阵面129b’指向反射表面312b’，并且被沿着光束分离表面310’另一面的第二光路并行反射到光束分离表面310’。

虚线390和实线391说明了当组合波阵面129通过相移成像元件4000传播时组合波阵面129不同部分的第一和第二示例光路。应该意识到，相移成像元件4000的元件和相移成像元件4000相对于输入组合波阵面129入射角的取向都设置为由线390和391所表示的示例光路的总的光路长度基本相等。当组合波阵面129通过相移成像元件4000时，对组合波阵面129的不同部分的所有光路来说，确实是相同的。

在各种示例性实施例中，光学块组件320的设置涉及到光学输入部分135’，使之从接近光学块组件320输入表面311的垂直方向接收组合波阵面129。在各种示例性实施例中，输入表面311有意偏向于垂直的取向。当试图减小过分的反射和衍射时，这可以比法线入射更加有利。在另一情况下，在各种示例性实施例中，组合波阵面129以相对于光束分离表面310’的45度入射的法线角度传播。在该实施例中，上半块和下半块320a和320b的端面制造成能提供以相对于垂直于光束分离表面310’的假定平面314的22.5度的角度311的反射表面312a个312b。

正如图10和图11所示，高密度相移阵列元件400’包括第一和第二相移阵列子元件410’和420’在各种示例性实例中，第一和第二相移阵列子元件410’和420’是高密度相移阵列元件400’的部分，如图10和图11所示。

在此类示例性实例中，高密度相移阵列元件400’的相移阵列子元件410’是分别按有关第一示例性相移阵列元件410或第三示例性相移阵列元件430的上述概述来生产的，以便形成具有相位角P₀和P₁₈₀或者P₀₍₄₅₎和_180(v)的第一相移阵列子元件410’。同样，高密度相移阵列元件400’是分别按上述有关相应的第二示例相符阵列元件420，第四示例性相移阵列元件440或第五示例性相移阵列元450的一种方法来生产的，以便形成具有相位角P₉₀和P₂₇₀，P₉₀₍₄₅₎和P_270(v)或P_90(v)和P_270(h)的第二相移阵列子元件420’。

在各种示例性实施例中，第一和第二相移阵列子元件410’和420’是分开的部件，但它们相互靠近，相互毗邻，等等以形成高密度的相移阵列元件400’。另外，分开的第一和第二相移阵列子元件410’和420’可以在制成后使用粘合剂，扣件，等等结合在一起，以形成具有单个机械组件作用的高密度相移阵列元件400’。在这类示例性实施例中，可以根据第一至第五示例相移阵列元件410-450在结合之前形成具有单个机械部件作用的高密度相移阵列元件400’的上述概述，来制成第一和第二相移阵列子元件410’和420’。

当然，应该进一步理解的是，在任一的这类示例性实施例中，第二相移阵列子元件420’可以包括相位角部分P₀和P₁₈₀，而相移阵列子元件410’可以包括相位角部分P₉₀和P₂₇₀。同样，应该意识到，在任一的这类示例性实施例中，第一相移阵列子元件410’和第二相移阵列子元件420’都可以包括相位角部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀的不同组合，而不再是以上所讨论的组合。

在各种示例性实施例中，第一相移阵列子元件410’，偏振元件510’的第一部分，以及检测器件部分710a’等加以对准，以接收和处理在光束分离表面310’的一面上沿着第一光路的子波阵面129a’。沿着第一光路，多相移发生结构1400’在它与检测器件部分710a’的界面上产生多相移干涉图像信息610’。同样，第二相移阵列子元件420’，偏振元件510’的第二部分，以及检测器件部分710b’等加以对准，以接收和处理在光束分离表面310’的一面上沿着第二光路的子波阵面129b’。沿着第二光路，多相移发生结构1400’在它与检测器件部分710b’的界面上产生多相移干涉图像信息620’。

应该意识到，在各种示例性实施例中，采用同样标号的元件以上述所讨论的相同方式来接收和处理子波阵面129a’和129b’，其中，在任意各种示例性实施例中，子波阵面129a’和129b’与图7和图8所示的相移成像元件3000有关。特别是，采用同样标号的元件来接收和处理波阵面129a’和129b’，其中，该元件具有与129a’和129b’的偏振方向有关的同样结构和取向。

应该意识到，在各种示例性实施例中，多相移干涉图像信息610’和620’的结构是相似于或者相同于以上参照图7和图8所示在任一各种示例性实施例中的相移成像元件3000所讨论的多相移干涉信息610和620的结构。在各种示例性实施例中，当检测器件部分710a’和710b’的功能相同于检测器件710a和710b，多相移干涉图像信息610’和620’可以相同于多相移干涉图像信息610和620。

在任何情况下，应该意识到，图7和图8所示的多相移发生结构1400和相移成像元件3000的不同实施例的原先所讨论的性能和益处同样提供给图10和图11所示多相移发生结构1400’和相移成像元件4000。此外，在各种示例性实施例中，多相移发生结构1400’和相移成像元件4000还享有其它优点，其中，高密度相移阵列元件400’是作为单个相对“平面”元件提供的。特别是，在各种实施例中，检测器件部分710a’和710b’可以是单个检测器件的部分，它不仅在所有可比较的象素的增益特性等等之间提供固有改善的匹配。因此，在各种示例性实施例中，与相移成像元件3000相比，在相移成像元件4000中进一步减少成本和测量误差。

然而，应该意识到，相移成像元件3000和相移成像元件4000的不同实施例都提供了由四个干涉信息部分Q₀-Q₃所产生的四个分开的“相位信号”，且各自具有不同的相对相移，类似于图2-5所示的多相移图像发生设备200，还提供了使用这四个分开的检测元件的系统，例如，Smythe.R等人发表的文章“Instantaneous Phase Measuring Interferometry”(OpticalEngineering23：4(1998)361-4)所披露的。然而，相移成像元件3000和4000一般都使用较简单和/或较少的关键性元件，并且较容易对准和组装和/或更加稳定和紧凑，同时，这些元件至少消除了一些在原先系统中发现的非共模误差。

在根据本发明的各种示例性实施例中，类似于在专利330中所披露的，采用信号处理及其软件方法。特别是，在根据本发明的干涉仪的不同示例性实施例中，正如本文所讨论的，对一个或多个不同波长的激光源110提供了四个分开的“相位信号”。然而，应该意识到，在根据本发明的不同示例性实施例中，采用在330专利中所披露的公式来处理象素位置的坐标，并且改变成对应于在根据本发明的不同示例性实施例中所提供的多相移干涉图像信息600的积分图形。

例如，330专利中的公式10表示：当多相移干涉图像信息600对应于根据本文图2-5讨论所提供的多相移干涉图像信息时，在特殊(x，y)位置上的相位可以从可比较的适当象素中计算出：

Ф(x，y)＝tan^-1[I₃(x，y)-I₁(x，y)]/[I₀(x，y)-I₂(x，y)]}      (1)

式中，I₀，I₁，I₂和I₃是入射在检测器240上的相移干涉图像600a-600d，即，象限Q₀，Q₁，Q₂和Q₃的各自亮度。对公式(1)而言，在330专利中所阐明的相关论述中，应该理解的是，对应于根据以上所阐述的图2-5讨论所提供的多相移干涉图像信息600中，存在着四个所适用的“子波阵面图像”或干涉图像。因此，在各个图像或干涉图像中可比较的象素在适用的图像中表示为“可适用象素地址”，它与这些图像是否成像于单个检测阵列，或者多个检测阵列的不同部分无关。因此，由于可比较象素的实际偏置而产生的实际信号处理地址的任何相关偏置都假定成合并在“适用象素地址”中。

然而，在根据本发明的相移成像元件3000和4000的不同实施例所分别提供的多相移干涉图像信息600a’和600b’，或者600a”和600b”的情况下，应该意识到，对应于公式(1)中的第一子公式[I₃(x，y)-I₁(x，y)]的多相移干涉图像信息在信号图像620和620’中是交错的，正如根据本发明的干涉信息部分。于是，“适用象素地址”并不适合于于公式(1)中的第一子公式。对根据本发明的实施例，对任何在位置(x，y)集中的两个干涉部分Q₃和Q₁的连续块来说，多相移干涉图像信息的信号图像交错的部分Q₃和Q₁，这通常可以定义成Q₃(x，y)和Q₁(x，y)，一个与上述的第一子公式相比较的示例公式：

              [I_Q3(x，y)-I_Q1(x，y)]，

式中I表示各个干涉部分的图像亮度数值。

同样，在根据本发明的各种示例性实施例中，对任何在位置(x，y)集中的两个干涉部分Q₃和Q₁的连续块来说，多相移干涉图像信息的信号图像交错的部分Q₀和Q₂，这通常可以定义成Q₀(x，y)和Q₂(x，y)，一个与上述公式(1)中的第二子公式[I₀(x，y)-I₂(x，y)]相比较的示例公式：

                   [I_Q0(x，y)-I_Q2(x，y)]

应该意识到，如果各个干涉部分都对应于检测器的一组而不是单个象素，则，在各种示例性实施例中，图像亮度数值I表示整个组象素的平均和典型亮度数值。整个组的象素可以看成为“元象素”。应该意识到，在各种示例性实施例中，这类元象素所具有的范围对应于根据本发明所给定的高密度偏振阵列330的第一和第二部分的范围，并且这类元象素根据本发明的原理提供一种所希望的有用的空间平均法。

应该意识到，在不同示例性实施例中，各个独立的干涉部分可以是至少四个不同(x，y)位置上的测量确认中有关的可比较干涉部分，这些位置对应于与它四个可比较的相邻干涉部分交界的比较干涉部分的边界位置。

于是，与在330专利中的公式10比较的总的表示式：

       Ф(x，y)＝tan^-1{[I_Q3(x，y)-I_Q1(x，y)]/[I_Q0(x，y)-I_Q2(x，y)]}.               (2)

因此，对于沿着列或行的三个连续干涉部分的任何块来说，即，对于例如，Q₃-Q₁-Q₃，Q₁-Q₃-Q₁，Q₀-Q₂-Q₀或Q₂-Q₀-Q₂的干涉部分的图形来说，在位置(x，y)处集中，以下示例的其它表示式也是有效的：

       Ф(x，y)＝tan^-1{[I^ave_Q3(x，y)-I^ave_Q1(x，y)]/[I^ave_Q0(x，y)-I^ave_Q2(x，y)]}    (3)

式中，I^ave表示了各自干涉部分的区域平均的图像亮度，这与在三个连续干涉部分中是否存在着一个或两个不同的各自干涉部分无关。

应该意识到，公式(3)式对(x，y)中间象素的一边象素的平均，这一般就取出了在公式(2)中所表示处的最小剃度或偏置误差。即，根据公式(3)的“可比较平均”具有标称的空间位置，理想的是，与(x，y)中间象素相一致。

应该意识到，考虑到以上所阐述的公式，在不同示例性实施例中，多相移干涉图像信息610和620或多相移干涉图像信息610’和620’可以分别是相互镜像的图像，正如原先所讨论的。在这种情况下，应该意识到，(x，y)位置的地址的配置分别类似于在多相移干涉图像信息610和620或多相移干涉图像信息610’和620’中的镜像图像。这类对“适用(x，y)位置的地址”的“镜像图像”(x，y)位置地址的配置使得所进行处理图像的镜像图像的结构不重要，甚至于在根据本发明的各种实施例中是有利的。

基于上述的示例和讨论，很显然，对业内的专业人士来说，不同的改进和其它信号处理方法都可以适用于根据本发明的上述实施例和其它实施例。

应该意识到，在根据本发明的不同实施例中，可以应用在专利330中所讨论的两种波长或“两种颜色的干涉仪”的信号处理和测量确认的方法，当两个波长是充分的靠近在一起时，则本文所讨论的不同实施例的不同元件都可以用于另一波长。在这类情况下，用于确定目标的距离或范围的一个公式，与330专利中的公式14相比较：

      R(x，y)＝{[(λ₁λ₂)/4π(λ₁-λ₂)]x[Ф_λ1(x，y)-Ф_λ2(x，y)]}，    (4)

式中：₁和₂是两种波长；

₁是对第一波长的相位确定，是根据公式(2)，公式(3)等等来确定的；

₂是对第二波长的相位确定。

图12举例说明根据本发明的高密度相移阵列元件460的第六示例性实施例部分。高密度相移阵列元件460在它的不同部分产生四个不同的相对相移，并且在多相移发生结构1400”的不同示例性实施例中都是有用的，正如以下有关图13所示的根据本发明的相移成像元件的第三示例性实施例5000所讨论的。

为了说明的目的，可以认为高密度相移阵列元件460具有图6所示的高密度相移阵列元件410和420的交错的组合的功能。正如图12所示，在不同示例性实施例中，高密度相移阵列元件460的第六示例性实施例采用双折射衬底462制成，例如，采用低档次的石英波平板。双折射衬底462具有表面469以及具有快的光学轴向和快轴468。双折射衬底462的标称厚度是采用的高密度相移阵列元件420的双折射衬底422的标称厚度T₉₀的类似方法来确定的，以产生相同的光学效果。即，衬底462一般为四分之一波平板。高密度相移阵列元件460的各个部分466a，对应于各个部分P₉₀且具有标称厚度T₉₀。因此，高密度相移阵列元件460的第六示例性实施例部分P₉₀在波阵面129分量之间产生相对相移90度，如采用下标“90”所表示。

同样，双折射衬底462的凹面部分466c的厚度T₂₇₀是采用的高密度相移阵列元件420的双折射衬底422的P₂₇₀部分的标称厚度T₂₇₀的类似方法来确定的，以产生相同的光学效果。即，衬底462的各个凹面部分466c对应于标称的四分之三波平板。高密度相移阵列元件460的各个部分466c，对应于各个部分P₂₇₀，具有标称厚度T₂₇₀。因此，高密度相移阵列元件460的第六示例性实施例部分P₂₇₀在波阵面129分量之间产生相对相移270度，如采用下标“270”所表示。

双折射衬底462的凹面部分466b的厚度T₁₈₀是采用的高密度相移阵列元件420的双折射衬底412的P₁₈₀部分的标称厚度T₁₈₀的类似方法来确定的，以产生相同的光学效果。即，衬底462的各个凹面部分466b对应于标称的二分之一波平板。高密度相移阵列元件460的各个部分466b，对应于各个部分P₁₈₀，具有标称厚度T₁₈₀。因此，高密度相移阵列元件460的第六示例性实施例部分P₁₈₀在波阵面129分量之间产生相对相移180度，如采用下标“180”所表示。

双折射衬底462的凹面部分466d的厚度T₀是采用的高密度相移阵列元件420的双折射衬底412的P₀部分的标称厚度T₀的类似方法来确定的，以产生相同的光学效果。即，衬底462的各个凹面部分466d对应于标称的全波平板。高密度相移阵列元件460的各个部分466d，对应于各个部分P₀，具有标称厚度T₀。因此，高密度相移阵列元件460的第六示例性实施例部分P₀在波阵面129分量之间产生相对相移0度，如采用下标“0”所表示。

正如图12所示，高密度相移阵列元件460的各个部分466a，对应于各个部分P₉₀，是衬底462的表面469的部分。各个部分466b-466d，分别对应于部分P₁₈₀，P₂₇₀和P₀，以三种不同的深度分分别在衬底462中形成凹面，产生和/和对应厚度T₁₈₀，T₂₇₀和T₀，正如以上所讨论的。于是，高密度相移阵列元件460的第六示例性实施例部分包括博阿面部分阵列以及对应于图形461在衬底462的表面469所形成的凹面，因此，这也对应于相移部分P₀-P₂₇₀的图形。

在各种示例性实施例中，采用刻蚀的方法离开形成凹面，正如以上参照图6所示高密度相移阵列元件410和420的原先讨论。更具体的说，高密度相移阵列元件460可以采用任何已知或后来开发的制造方法来制成。特别是，不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀的尺寸都必须能接近于光学检测阵列的一个象素或小的一组象素的尺寸，正如以下所讨论的。

正如图12所显示的，用于形成部分466b-466d的凹面和用于形成表面469的其余区域都是矩形的。然而，更具体的说，应该意识到，在各种示例性实施例中，表面490的凹面和其余部分的形状可以是任何对应于检测器系统700的检测器阵列的单个象素和一组象素所适用的形状，以及适用于在根据本发明的相移阵列成像元件3000，4000和其它等等中所使用的相关信号处理。

应该意识到，高密度相移阵列元件460的各种部分466a-466d所具有的厚度可由对应于在衬底462中的四分之一波平板的厚度步骤来变化。于是，应该意识到，在各种示例性实施例中，对应于相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀的表面和凹面部分的阵列的相对标称腐蚀深度或平面可以采用根据对应于四分之一波平板462厚度的一个或多个步骤来增加或减小各个部分466a-466d所有厚度的各种置换的等效方法来构成。基于以上或以下讨论，对本领域的专业人士来说，其它替换变化和适用的图形都是很清楚的。

正如图12所显示的，在各种示例性实施例中，表面469是采用平面层来覆盖，它可填满通过刻蚀部分466b-466d在表面469中形成的凹面。如果提供了平面层464，则所制成的该材料就难以对入射衬底462的波阵面起到任何取决于厚度的相移，以及可以具有与双折射衬底462衍射标称系数相匹配的系数，使得通过高密度相移阵列元件460的各种光路的光路长度趋向于更加相似，或者理论上相等。然而，应该意识到，在各种示例性实施例中，可以忽略该平面层464。

正如图12所显示的，高密度相移阵列元件460的第六示例性实施例包括以图形461在表面469上分布的四个相邻的相移部分466a-466d的重复结构。特别是，正如图12所显示的，图形461产生了第一至第四相移部分P₀-P₂₇₀的重复交错排列。在各种示例性实施例中，当高密度显影仪阵列元件460的第六示例性实施例与多相移发生结构1400”的各种示例性实施例相合并时，正如以下参照图13所示的根据本发明相移成像元件的第三示例性实施例5000有关的讨论，第一至第四相移部分P₀-P₂₇₀的交错图形延伸至能基本覆盖用于实施检测器子系统700的检测器器件710的整个表面区域。

应该意识到，正如图6所显示的，四个相移部分P₀-P₂₇₀的的各自复制方向设置成水平和垂直。然而，更具体的说，四个相移部分P₀-P₂₇₀的的各自复制方向完全可以采用四个相移部分P₀-P₂₇₀的各种可操作图形和适用于根据本发明的多相移发生结构的信号处理方法来控制和选择。在各种示例性实施例中，各种相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀中的每一个都具有相等的尺寸和形状，并且将覆盖检测器子系统700的检测器阵列的相等部分。

在各种示例性实施例中，各种相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀中的每一个都延伸检测器子系统700的检测器阵列象素的整数倍。在各种示例性实施例中，各种相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀中的边界都与检测阵列的象素之间的边界相对准。于是，在这类示例性实施例中，各种相移部分P₀-P₂₇₀的各组可限定在高密度相移阵列元件46的第六示例性实施例和对应检测器阵列中的单位单元，在极端的情况下，各个各自的不同相移部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀都与相应的检测阵列的各个单象素有关，前者并与后者对准。

如图12所示，应该认识到双折射材料462所组成的快轴468处于与表面469相垂直的平面上。在不同的示例性实例中，快轴468是与相移部分P₀-P₂₇₀的垂直边缘相平行。然后，应认识到，在不同其他示例性实例中，快轴468处于平行于各个相移部分的水平边缘，或以45°相对于这些边缘或在任何其他可工作的取向上，这些都取决于组织波阵面129的偏振元件的相对定向和其他相关设计因素。还应认识到在高密度相移阵列元件460的示例性实例中，快轴468是固定的，并恒定在整个基板462上，和相移部分通过控制地变化基板462内的厚度，而取得相移部分。

正如原先所讨论的，在各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件460的不同部分466a-466d所具有的厚度可以采用对应于衬底462的四分之一波平板厚度的步骤来改变。例如，在使用商品化四分之一波平板材料作为衬底462的不同示例性实施例中，17.5微米的厚度步骤可适用于发射具有波长633nm的激光波阵面的激光源。

应该意识到，一般来说，在沿着双折射材料的快轴偏振的光分量的相位_fast和沿着双折射材料的慢轴偏振的光分量的相位_show之间的相对相移为：

     Ф_slow-Ф_fast＝(2πt/λ)(n_slow-n_fast)＝2πtβ/λ    (5)

式中：_fast￣_show是相对相移；

    t是双折射材料的厚度；

     是光分量的波长；

    n_slow是沿着慢轴的双折射材料的衍射系数；

    n_fast是沿着快轴的双折射材料的衍射系数；

     是材料的双折射，即，沿着快轴和慢轴的双折射材料的衍射指数之间的差值。

于是，在根据本发明使用不同的双折射衬底和/或双折射材料层的不同示例性实施例中有用的不同厚度和/或厚度步骤的尺寸可以根据公式(6)来确定，该公式讨论以光分量  的1/X分子来改变相对于双折射材料沿着快轴偏振的光分量的相位的双折射材料沿着慢轴偏振的光分量的相位所需要的双折射材料的厚度：

$$ >>>t>>1>/>x>->wave>>>=>>(>k>+>1>/>x>)>>>\lambda >\beta >>,>->->->->>(>6>)>>>$$

式中：k是大于或等于零的整数，对应于多个以厚度t所包括的全波相移。

于是，在这里所讨论的各种示例性实施例中，对于光分量的给定波长和给定双折射：

T₀和/或T₀’对应于厚度(k+1/1)/，

T₉₀和/或T₉₀’对应于厚度(k+1/4)/，

T₁₈₀和/或T₁₈₀’对应于厚度(k+1/2)/，以及，

T₂₇₀和/或T₂₇₀’对应于厚度(k+3/4)/。

在各种示例性实施例中，厚度步骤或刻蚀步骤应尽量减少，以便于尽可能低的保持着纵横比。于是，在各种示例性实施例中，将k设置为0，并且选择具有相对较高双折射的材料。例如，与石英相比较，它可以具有0.009的双折射，以及在633nm波长时给出的最小四分之一波步骤尺寸为17.5微米，在各种示例性实施例中，双折射材料碳酸钙，它可以具有双折射为0.172，给出的最小四分之一波步骤尺寸为0.91微米。在各种示例性实施例中，一种原先已经讨论过的反应中间族材料，它可以具有0.16，给出的最小四分之一波步骤尺寸为1.075微米。

应该意识到，在各种示例性实施例中，在制造过程中在不能获得根据本发明的高密度相移阵列元件的不同部分的理想厚度，而且不同部分所产生的相移也并不理想的情况下，可以通过一系列校正流程和信号处理来校正和/或补偿根据本发明的任何相移成像元件。这类校正流程和信号处理可以采用各种相位校正因子或其它补偿不同相位误差的技术和/或通过延迟阵列的变化来实现，以及在不同示例性实施例中，精度的等级最好达到象素的等级。

图13是根据本发明相移成像元件5000的第三示例性实施例的分解图。正如图11所示，相移成像元件5000包括根据本发明的多相移发生结构1400”的第三示例性实施例以及检测子系统700”。在各种示例性实施例中，可以使用任何适用的已知或后来开发类的单个检测器710来实现检测子系统700”。多相移发生结构1400”可与根据本发明的第六示例的高密度相移阵列元件460的任何示例性实施例相合并，与偏振器元件510组合。不同于任何原先所讨论的实施例，在相移成像元件5000中不需要光束分离器。

正如图13所示组合波阵面129由光输入部分135”来发射。所发射的组合波阵面129包括参考波阵面124和目标波阵面128。所发射的组合波阵面129以单个波阵面传播，它可以填满高密度相移阵列元件460。

从以上对高密度相移阵列元件460的结构和工作的讨论中，应该意识到，从高密度相移阵列元件460传播所发射的组合波阵面129包括四个不同的交错的相移部分的图形，这些部分具有对应于在高密度相移阵列元件460中所呈现的第一至第四相移部分P₀-P₂₇₀的图形461的不同的相对相移。

通过高密度相移阵列元件460所发射组合波阵面129包括交错的相移图形，且指向偏振器元件510。偏振器元件510的取向使之能发射组合子波阵面129的正交偏振子波阵面分量124和128的同相分量。因此，多相移干涉图像信息630包括交错的图形，它与第一“0度相对相移”或对应于部分P₀的Q₀干涉部分，第二“90度相对相移”或对应于部分P₁的Q₁干涉部分，第三“180度相对相移”或对应于部分P₂的Q2干涉部分，以及第四“270度相对相移”或对应于部分P₂₇₀的Q₃干涉部分有关，以对应于部分P₀-P₁₈₀的交错图型的高空间频率进行交错的。

以单独图像的方式接收在能通过偏振器阵列元件510的多相移干涉成像信息630中的Q₀-Q₃干涉部分的两维交错的图形，该图形基本延伸于用于实现检测子系统700”的检测器件710的整个表面上。应该意识到，在多相移干涉图形信息600”中第一、第二。第三和第四相移干涉部分的两维交错的图形对应于Q₀-Q₃象限，232-238的高密度交错的，正如图4所示，以单个图像发射到检测器件710的表面。

在各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件460的图形表面469取向向着偏振器元件510和检测器710。更具体的说，在各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件460，偏振元件510和检测器710的各自制造、取向和组装可以类似于适用于相移成像元件3000和4000的对应元件的各自制造、取向和组装的原先所讨论的任一不同实施例，可参照图7，8。10和11的讨论。在各种示例性实施例中，与它们各自的制造方法无关，偏振元件510，高密度相移阵列元件4620，检测器部分710可有效地键合或结合起来，以形成如图13所示的相移成像元件5000，作为单片相移成像元件。

应该意识到，在根据本发明的各种示例性实施例中，有利于制造偏振元件510，高密度相移阵列元件4620，检测器部分710，使得组合的波阵面129的有效光学长度的各个部分尽可能地相似，以及在理论上相等。应该意识到，在各种示例性实施例中，在高密度相移阵列元件460的图形表面469和检测器710的检测器表面之间的距离(未显示)应该小于在检测器710上所呈现的成像聚焦的最大深度。在各种示例性实施例中，该距离d为接近于和小于1-2mm。在各种示例性实施例中，该距离可小于0.2mm。

采用适用于图8所示的偏振阵列元件510a和510b所原先讨论的类似方法使偏振阵列元件510的偏振方向512相对对准于参考波阵面124和目标波阵面128的偏振方向132和133。在相移成像元件5000的第一示例性实施例中，参考波阵面124和目标波阵面128沿着正交方向132A和133A偏振，正如图13所示。在该第一示例性实施例中，偏振器阵列元件510具有偏振方向512A，正如在偏振器阵列元件510上所指示的。

在相移成像元件5000的第二示例性实施例，参考波阵面124和目标波阵面128沿着正交方向132B和133B偏振，正如图13所示。在该第二示例性实施例中，偏振器阵列元件510具有偏振方向512B，正如在偏振器阵列元件512中所指示的。因此，在另一种情况中，偏振器阵列元件510以通过高密度相移阵列元件460的交错的相移图形来发射和干涉波阵面129的正交偏振的分量124和128的同相分量，以产生多相移干涉图形信息630。

然而，应该意识到，在各种示例性实施例中，偏振器阵列元件510能够取向，以发射和干涉波阵面129的正交偏振的分量124和128的反相分量。不过，最终的多相移干涉图形信息仍旧保留着四个不同的有用干涉部分，这类似于在多相移干涉图像信息630的Q₀-Q干涉部分的两维交错的图形。

应该意识到，在各种示例性实施例中，当使用两个激光波阵面来产生和吸收干涉仪，波阵面可以完全相似，使得一个高密度相移阵列元件460可以适用于两个波阵面。

应该意识到，多相移发生结构1400”的不同示例性实施例和示例的相移成像元件5000提供了相对相移干涉信息的四个不同的相位，该信息来自于单个未划分的波阵面所产生的单个图像。于是，应该意识到，图7和图8所显示的多相移发生结构1400和相移成像元件3000，以及图10和图11所显示的多相移发生结构1400’和相移成像元件4000的不同实施例的所有原先所讨论的性能和益处也同样可以由图13所显示的多相移发生结构1400”和相移成像元件5000的不同实施例来提供。

此外，在各种示例性实施例中，图13所显示的多相移发生结构1400”和相移成像元件5000还共享着以单个元件所提供的高密度相移阵列元件460的其它优点。此外，因为高密度相移阵列元件460允许沿着单个光路所提供的两个以上的不同“类型”干涉部分，即，在检测器710的单个图像中，不再需要光束分离元件。这不仅可以使得更少的光学元件失常以及更便于组装和/或信号处理，而且还改进了在所有可比较的图形象素的增益特性，等等之间的匹配。这产生是因为所有可比较象素都位于检测器的相同的小的区域中。

此外，所有可比较象素都位于检测器的相同的小的区域中。因此，在多相移干涉图形信息630的特殊局部区域中从目标的特殊部分到特殊对应于Q₀-Q₃干涉部分的光路长度是固有地相似。于是，有关的相对的相移信息和相对测量确定一般对示例的相移成像元件5000所希望响应的旋转和/或转移运动是不敏感的。因此，在各种示例性实施例中，与相移成像元件3000和4000相比较，进一步减少在相移成像元件中的成本和测量误差。

图14举例说明根据本发明的高密度相移阵列元件470的第七示例性实施例的部分。高难度相移阵列元件470可在多相移发生结构1400”的各种示例性实施例中使用，正如参考相移成像元件5000的第三示例性实施例的上述讨论。正如图14所示，高密度相移阵列元件470的第七示例性实施例可包括无相移的衬底472。应该意识到，无相移的衬底472可以采用无定形或者其它无双折射材料制成。在这类示例性实施例中，衬底472的厚度可以是任何所希望的数值。这时有可能的，因为这类衬底472并没有在衬底472上涂覆任何对入射光取决于厚度的相移材料。衬底471可以包括凹面的部分475。特别是，以下将详细地讨论处于相移部分P_90(v)和P_270(h)的第一部分475a，以及处于相移部分P₀₍₄₅₎和P_180(v)的第二部分475b。

为了说明的目的，高密度相移阵列元件470可以功能性地看成如图9所示的高密度相移阵列元件430和450交错的组合。高密度相移阵列元件470包括双折射材料层473，该层包括其表面479。类似于高密度相移阵列元件430和450，双折射材料层473是由可以具有它的快轴方向选择图形的双折射材料来制成，正如以上所讨论的。

正如图14所示，高密度相移阵列元件470的第七示例性实施例的双折射材料层473具有被第一部分475a所覆盖和/或确定的标称厚度T’₉₀。采用高密度相移阵列元件450的双折射材料层453的标称厚度T’₉₀的相同方式来确定双折射材料层473的标称厚度T’₉₀，以产生相同的光学效果。正如图14所示，双折射材料层473包括90度相移部分P_90(v)和270度相移部分P_270(h)，这是沿着第一部分475a相一致的箭头以另一种图形设置的。双折射材料层473的各个部分P_90(v)和部分P_270(h)具有标称厚度T’₉₀。

在各种示例性实施例中，制成各个部分P_90(v)，使得在该部分中的双折射材料层473的快轴以垂直方向取向。即，在各个部分P_90(v)快轴的取向是并行于组合波阵面129正交分量的垂直取向分量的所希望工作的取向。相反，制成各个部分P_270(h)，使得在该部分中的双折射材料层473的快轴以水平方向取向。即，在各个部分P_270(h)快轴的取向是并行于组合波阵面129正交分量的水平取向分量的所希望工作的取向。这可以由图14所示示例性实施例的各个部分P_90(v)和P_270(h)中所显示的示例REFERENCE和OBJECT正交分量和典型对准线所显示。应该意识到，采用这些相对取向，部分P_90(v)和P_270(h)的功能类同于高密度相移阵列元件450的相同标号部分，以产生相同的光学效果。

正如图14所示，采用相同的方式，高密度相移阵列元件470的第七示例性实施例的双折射材料层473具有被第二部分475b所覆盖和/或确定的标称厚度T’₁₈₀。采用高密度相移阵列元件430的双折射材料层433的标称厚度T’₁₈₀的相同方式来确定双折射材料层473的标称厚度T’₁₈₀，以产生相同的光学效果。正如图14所示，双折射材料层473包括180度相移部分P_180(v)和0度相移部分P₀₍₄₅₎，这是沿着第一部分475a相一致的箭头以另一种图形设置的。双折射材料层473的各个部分P_180(v)和部分P₀₍₄₅₎具有标称厚度T’₁₈₀。

在各种示例性实施例中，制成各个部分P_180(v)，使得在该部分中的双折射材料层473的快轴以垂直方向取向。即，在各个部分P_180(v)快轴的取向是并行于组合波阵面129正交分量的垂直取向分量的所希望工作的取向。相反，制成各个部分P₀₍₄₅₎，使得在该部分中的双折射材料层473的快轴以45度取向。即，在各个部分P₀₍₄₅₎快轴的取向是以组合波阵面129正交分量的所希望工作取向的中间进行取向。这可以由图14所示示例性实施例的各个部分P_180(v)和P₀₍₄₅₎中所显示的示例REFERENCE和OBJECT正交分量和典型对准线所显示。应该意识到，采用这些相对取向，部分P_180(v)和P₀₍₄₅₎功能类同于高密度相移阵列元件430的相同标号部分，以产生相同的光学效果。

从上述所阐明的讨论中应该意识到，有关它们在多相移干涉图像信息中的净光学效果，高密度相移阵列元件470的第七示例性实施例的部分P₀₍₄₅₎，P_90(v)，P_180(v)和P_270(h)在功能上等效于高密度相移阵列元件480的第六示例性实施例的部分P₀，P₉₀，P₁₈₀和P₂₇₀。于是，在根据本发明相移成像元件5000的各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件470和460在名义上是可以相互交换的。因此，根据在相移成像元件5000中的类似的设计考虑，类似的尺寸，以及类似的组装都可以应用于高密度相移阵列元件470和460，以产生类似的或类同的交错的相移图像信息，例如，正如以上参考图13的讨论。

正如图14所示，在各种示例性实施例中，所制成的交错的厚度T’₁₈₀，T’₉₀可便于预先在衬底472上制成第一和第二凹面部分475a和475b，且具有两个明显不同的深度，可分别产生和/或对应于厚度T’₁₈₀和T’₉₀。可以采用刻蚀或微模压的技术，或者任何其它适用已知或后来开发的技术，在衬底472中制成第一和第二凹面部分475a和475b的两个明显不同的深度。在各种示例性实施例中，第一和第二凹面部分475a和475b接收各种对准处理，正如以上以及运用的参考文献中所讨论的，如果需要，还可以采用双折射材料的双折射材料层473来填满。

原先所讨论的任何聚合材料都可以接收快轴对准和图形化处理并且还可以与在特殊实施例中所使用的各种快轴对准处理相兼容，这些都可以用于形成层473。特别是，在图14所示的实施例中，在不同的部分中，形成层473的材料提供了取决于在部分中层473厚度的延迟效应。以及基于层473不同部分所经历聚合的条件可以控制变化和确定该部分快轴方向，正如原先所讨论的。在各种示例性实施例中，双折射材料层473的表面479可制成与衬底472的周围表面共面。

图15说明根据本发明高密度相移阵列元件480的第八示例性实施例部分。高密度相移阵列元件480在多相移发生结构1400”不同示例性实施例中都是适用的，正如以上有关相移成像元件5000的第三示例性实施例的讨论。正如图15所示，第八示例的高密度相移阵列元件480包括无相移衬底482。应该意识到，无相移衬底482可以使用无定形或其它双折射材料制成。在这类示例性实施例中，衬底482的厚度可以是任何所希望的数值。这时有可能的，因为这类衬底482并没有在衬底422上涂覆任何对入射光取决于厚度的相移材料。衬底482可以包括凹面的部分485。特别是，以下将详细地讨论处于相移部分P_90(v)的凹面第一部分485a，处于相移部分P_180(v)的凹面第二部分485b，处于相移部分P_270(v)的凹面第三部分485c，以及处于相移部分P₀₍₄₅₎的凹面第四部分485d。

为了说明的目的，高密度相移阵列元件480可以功能性地看成如图12所示高密度相移阵列元件460相似的操作，其中，快轴方向488在高密度相移阵列元件480的各个位置上都是相同的。然而，不同于图12所示的高密度相移阵列元件460，在高密度相移阵列元件480中，衬底材料是没有双折射的，这样衬底就没有提供相对的相移。另外，在高密度相移阵列元件480中，在双折射材料层483中所填入的材料是双折射的并且产生相对相移部分P_0(v)-P_270(v)，正如图15所示。于是，在制造和材料方面，高密度相移阵列元件480可以采用类似于高密度相移阵列元件470的方法来制成，正如以上所讨论的。然而，在第八示例性实施例中，快轴的对准方向在各个位置上都是相同的。

高密度相移阵列元件480包括双折射材料层483，该层包括其表面489。参考图14所示的双折射材料层473，双折射材料层483可以采用原先所讨论的任一双折射材料来形成。特别是，形成层483的材料提供了取决于层483厚度的延迟量。正如以上所指出的，沿着双折射材料的快轴的方向可以根据当层483聚合时所呈现的对准条件来设置。

正如图15所示，高密度相移阵列元件480的第八示例性实施例的双折射材料层483具有相移部分P_90(v)，它对应于由凹面第一部分485a所覆盖和/或确定的标称厚度T’₉₀，双折射材料层483的标称厚度T’₉₀采用与高密度相移阵列元件470的双折射材料层473的标称厚度T’₉₀的相同方法来确定，以产生相同的延迟效果。同样，双折射材料层483具有相移部分P_180(v)，它对应于由凹面第二部分485b所覆盖和/或确定的标称厚度T’₁₈₀，双折射材料层483的标称厚度T’₁₉₀采用与高密度相移阵列元件470的双折射材料层473的标称厚度T’₁₈₀的相同方法来确定，以产生相同的延迟效果。

以采用相类似的方法，双折射材料层483具有相移部分P_270(v)，它对应于由部分485c所覆盖和/或确定的标称厚度T’₂₇₀。确定由凹面第三部分485c所覆盖和/或确定的双折射材料层483的标称厚度T’₂₇₀，使得高密度相移阵列元件480在这部分产生四分之三波长的延迟效果。采用相类似的方法，双折射材料层483具有相移部分P₀₍₄₅₎，它对应于由凹面第四部分485d所覆盖和/或确定的标称厚度T’₀。确定由凹面第四部分485d所覆盖和/或确定的双折射材料层483的标称厚度T’₀，使得高密度相移阵列元件480在这部分产生全波长的延迟效果。应该意识到，上述所讨论的不同厚度和/或衬底步骤高度都可以根据公式(6)来确定，正如原先所讨论，使用的双折射数值是双折射材料层483在对准和聚合状态中的数值。

正如图15所示，双折射材料层483的快轴488以垂直取向。即，双折射材料层483的快轴488的取向是并行于组合波阵面129正交分量的垂直取向分量的所希望工作的取向。这可以由图15所示的示例REFERENCE和OBJECT正交分量和快轴对准线488来指示。应该意识到，采用这些相对取向，所有部分P_0(v)-P_270(v)的功能类同于高密度相移阵列元件460的相同标号部分P_0(v)-P_270(v)，以产生相同的光学效果。

从以上所阐述的讨论中应该意识到，有关它们在多相移干涉图像信息中的净光学效果，高密度相移阵列元件480的第八示例性实施例的部分P_0(v)-P_270(v)在功能上等效于高密度相移阵列元件460的第六示例性实施例的部分P₀-P₂₇₀。于是，在根据本发明相移成像元件5000的各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件480和460在名义上是可以相互交换的。因此，根据在相移成像元件5000中的类似的设计考虑，类似的尺寸，以及类似的组装都可以应用于高密度相移阵列元件480和460，以产生类似的或类同的交错的相移图像信息，例如，正如以上参考图13的讨论。

正如图15所示，在各种示例性实施例中，所制成的交错的厚度T’₀，T’₉₀，T’₁₈₀和T’₂₇₀可便于预先在衬底472上制成凹面部分485a-485d，且具有四个明显不同的深度，可分别产生和/或对应于厚度T’₀-T’₂₇₀。可以采用刻蚀或微模压的技术，或者任何其它适用已知或后来开发的技术，在衬底472中制成第一至第四部分485a-485d的四个明显不同的深度。在各种示例性实施例中，第一至第四的凹面部分485a-485d的表面接收各种对准处理，正如以上以及在合并的参考中所讨论的，如果需要，还可以采用任何双折射材料的双折射材料层483来填满。

原先所讨论的任何聚合双折射材料都可以接收快轴对准和图形化处理并且还可以与在特殊实施例中所使用的各种快轴对准处理相兼容，这些都可以使用。特别是，在图15所示的实施例中，在不同的部分中，形成层483的材料提供了取决于在该部分中层483厚度的延迟效应。以及基于层473不同部分所经历聚合的条件来设置所有部分的快轴方向，正如原先所讨论的。在各种示例性实施例中，双折射材料层483的表面489与衬底482的周围表面共面制成。

图16和图17分别显示了相对相移部分的两种图形401和401’，它们可以用于分别替代在图12，14和15所显示的图形461，471和481。正如图16和17所示，这些图形401和401’定义了三个不同的相移部分，这不同于图形461，471和481，因为这些图形定义了四个不同的相移部分。即，在图16和图17所显示的图形401和401’中，这些相移部分提供了相互间相差120度相移偏置的相对相移，而不是图形461、471和481中的各个相移部分相对相移的90度。

在图16所示的第一示例的三相位图形中，三个不同相移部分的每一个P₀，P₁₂₀和P₂₄₀都一致地沿着对角线方向重复，在图16所示的特殊示例性实施例中，这是向右下倾斜的。同样，在第一示例的三相位图形中，三个不同相移部分P₀，P₁₂₀和P₂₄₀是以简单的图形来分布的，使得各类相移部分与另外两类的相移部分在水平和垂直方向上相邻。同样，在图16所示的第一示例的三相位图形401中，三个不同相移部分P₀，P₁₂₀和P₂₄₀是以规则的图形来分布的，使得各类相移部分与另外两类的相移部分在水平和垂直方向上相邻。同样，在图1在四个连续相移部分的各组或“方块”中至少能呈现出各类相移部分。

然而，在图16所示的第一示例的三相位图形401中，三个不同相移部分P₀，P₁₂₀和P₂₄₀是以规则的图形分布时，就难以在最终的图像上比较在同一点上由各个相移部分P₀，P₁₂₀和P₂₄₀所产生的干涉信息，这在需要特殊高的干涉测量精度和空间分辨率的不同示例性实施例中是所希望的。因为三个不同相移部分P₀，P₁₂₀和P₂₄₀的各自位置上的有效空间平均点是难以一致的，所以就产生这个难题。

在图17所示的第二示例的三相位图形401’中，三个不同相移部分的每一个P₀，P₁₂₀和P₂₄₀都一致地沿着对角线方向重复，在图17所示的特殊示例性实施例中，这是向右下倾斜的，并且三个不同的相移部分P₀，P₁₂₀和P₂₄₀的其它两个也是沿着对角线的方向交替重复。特别是，在图17所示的第二示例的三相位图形401’特殊示例的实施例中，第一相移部分P₀一致沿着对角线的方向重复，而两个部分P₁₂₀和P₂₄₀也沿着对角线的方向交替重复。

因此，在图17所示的第二示例的三相位图形401’中，三个不同相移部分P₀，P₁₂₀和P₂₄₀是以更加复杂的图形来分布的，从而提供一个提高的空间平均结构。特别是，在图17所示的第二示例的三相位图形401’特殊示例的实施例中，对第一相移部分P₀来说，其它两个相移部分是环绕着在第一相移部分P₀侧面相邻和对称分布着的。此外，第一相移部分P₀的另外一个也是环绕着在第一相移部分P₀的对角线和对称分布。

同样，在图17所示的第二示例的三相位图形401’特殊示例的实施例中，对其它相移部分P₁₂₀和P₂₄₀来说，第一相移部分P₀环绕着着两个相移部分侧面相邻和对称分布，而这两个相移部分的另外一个也是环绕着其相移部分的对角线和对称分布的。因此，对九个连续相移部分的各组或“方块”来说，三个不同相移部分P₀，P₁₂₀和P₂₄₀的每一个在其各自位置上的有效空间平均点是一致的。

应该意识到，以上参考图12和15所讨论的类似于实施例460和480的方法制造的高密度相移阵列元件的实施例中都可以分别采用图形401和401’。应该意识到，对这些实施例中的所有高密度相移阵列元件来说，快轴的对准方向是一致的。提供图形401和401’所需的不同的厚度和/或衬底步骤的高度可以根据公式(6)来确定，正如原先所讨论的。

还应该进一步意识到，使用图形401和401’的高密度相移阵列元件的这类实施例都可以在类似于图13所示的相移成像元件5000所构成的其它实施例中使用，以提供多相移干涉图像信息600的实施例，该图像信息包括三个交错的干涉部分Q₀，Q₁₂₀和Q₂₄₀，且分别以对应于相移部分P₀，P₁₂₀和P₂₄₀的图形401和401’的图形来设置的。

干涉测量数值可以根据三个相对应的相位信号来确定，该信号产生于接收包括三个交错干涉部分的多相移干涉图像信息600的检测器子系统700，正日以下所讨论的。该三个亮度信号可设计成I_Q0(x，y)，I_Q120(x，y)和I_Q240(x，y)，这里，各个亮度信号的符号表示每一个各类干涉部分的区域平均图像亮度数值，它与是否存在有关特殊(x，y)位置所确定干涉测量数值的特殊计算方按中所使用和平均的一个，两个和多个不同的各个干涉部分无关。一般来说，三个亮度信号在特殊(x，y)位置附近是相当接近的，例如：

$$ >>>I>>Q>0>(>x>,>y>)>>>=>>A>0>>sin>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>)>->->->->>(>7>)>>>$$

$$ >>>I>>Q>120>(>x>,>y>)>>>=>>A>0>>\times >sin>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>+>>>2>\pi >>3>>)>->->->->>(>8>)>>>$$

$$ >>>I>>Q>240>(>x>,>y>)>>>=>>A>0>>\times >sin>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>->>>2>\pi >>3>>)>->->->->>(>9>)>>>$$

式中，d(x，y)一般是到目标所对应的(x，y)点的目标光束的光路长度；

A₀是在(x，y)位置附近的干涉图形的标称峰值幅度；和，

是在干涉图形中的光的波长。

随后，可以通过I_Q0(x，y)，I_Q120(x，y)和I_Q240(x，y)的相互成对方式的相减得出新的信号：

$$ >>>V>R>>=>>I>>Q>240>(>x>,>y>)>>>->>I>>Q>120>(>x>,>y>)>>>=>>A>0>>(>sin>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>->>>2>\pi >>3>>)>->sin>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>+>>>2>\pi >>3>>)>=>->>A>0>>>3>>cos>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>->->->>(>10>)>>>$$

$$ >>>V>S>>=>>I>>Q>0>(>x>,>y>)>>>->>I>>Q>240>(>x>,>y>)>>>=>>A>0>>(>sin>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>)>->sin>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>->>>2>\pi >>3>>)>)>=>>A>0>>>3>>cos>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>->>>2>\pi >>6>>)>->->->->>(>11>)>>>$$

$$ >>>V>T>>=>>I>>Q>120>(>x>,>y>)>>>->>I>>Q>0>(>x>,>y>)>>>=>>A>0>>(>sin>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>+>>>2>\pi >>3>>)>->sin>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>)>)>=>>A>0>>>3>>cos>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>+>>>2>\pi >>6>>)>->->->->>(>12>)>>>$$

之后，为了得到正交的信号V_QUAD，对用于干涉测量的计算的信号V_R求反，组合V_S和V_T：

$$ >>>V>QUAD>>=>>V>S>>->>V>T>>=>>A>0>>>3>>>(>cos>>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>->>>2>\pi >>6>>)>>->cos>>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>+>>>2>\pi >>6>>)>>)>>>$$

$$ >>=>>A>0>>>3>>*>2>sin>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>sin>>(>->>>2>\pi >>6>>)>>->->->->>(>13>)>>>$$

$$ >>=>>A>0>>3>sin>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>>$$

在识别出在增加的波长中的可适用的四分之一波长的测量数值的象限之后，在象限的波长中所插入的正交相位位置可随后计算：

$$ >>>>V>QUAD>>>->>V>R>>>>=>>3>>*>tan>>(>2>\pi >>>d>>(>x>,>y>)>>>\lambda >>)>>->->->->>(>14>)>>>$$

最后，解出在可适用的四分之一波长测量数值象限发生中的插入干涉测量的数值d_(x，y)：

$$ >>>d>>(>x>,>y>)>>>=>>\lambda >>2>\pi >>>*>>tan>>->1>\; >>(>>>V>QUAD>>>->>V>R>>*>>3>>>>)>>->->->->>(>15>)>>>$$

$$ >>>d>>(>x>,>y>)>>>=>>\lambda >>2>\pi >>>*>>tan>>->1>\; >>(>>>>(>>I>>Q>0>>(>x>,>y>)>>>>->>I>>Q>240>>(>x>,>y>)>>>>)>>->>(>>I>>Q>120>>(>x>,>y>)>>>>->>I>>Q>0>>(>x>,>y>)>>>>)>>>>->>(>>I>>Q>240>>(>x>,>y>)>>>>->>I>>Q>120>>(>x>,>y>)>>>>)>>*>>3>>>>)>>->->->->>(>16>)>>>$$

图18举例说明根据本发明的高密度偏振器阵列530的示例性实施例的部分。高密度偏振器阵列530在多相移发生结构1400和1400””的不同示例性实施例中都是有用的，正如以下参考图19至22所示的根据本发明相移成像元件的第四和第五示例性实施例3000’和4000’的讨论。高密度偏振器阵列530在多相移发生结构1400”的不同示例性实施例中也是有用的，正如以下参考图23所示的根据本发明相移成像元件的第六示例性实施例6000的讨论。应该意识到，类似于上述参照图6-16所讨论示例性实施例3000和4000，根据本发明的示例性实施例3000’和4000’以及相移成像元件都可以适用于替代图2-5所显示的多相移图形发生设备200，以及，更普遍的是作为参照图1所讨论的多相移成像部分160使用。

正如图18所示，高密度偏振器阵列530包括交替的第一偏振部分532和第二偏振部分534。特别是，正如图18所示，第一和第二偏振部分532和534在高密度偏振器阵列530中以水平和垂直两个方向交替着。这就产生了第一和第二偏振部分532和534的纵横交错的结构。在各种示例性实施例中，当高密度偏振器阵列530与根据本发明的相移成像元件6000相结合时，第一和第二偏振部分532和534的纵横交错图形延伸至基本能覆盖用于实现检测子系统700的检测器件710的各个部分的整个表面区域。

高密度偏振器阵列530的第一偏振部分532和第二偏振部分534可以采用任何已知或后来开发的制造方法来制成。特别是，唯一的制造要求是第一偏振部分532和第二偏振部分534以相对高的密度阵列来制成。特别是，第一偏振部分532和第二偏振部分534的尺寸必须能接近于光学检测阵列的一个象素或者一小组的象素的尺寸，正如以下将进一步讨论的。在根据本发明的各种示例性实施例中，如图18所示，第一和第二偏振部分532和534都是采用引线栅极偏振元件来实现的，该引线栅极偏振元件是采用由间隔538所分割的并行导体元件536的阵列制成的。美国6,108,131，6,122,103和6,243,199披露了适用于形成引线栅极偏振元件的系统和方法。

应该意识到，如图18所示，第一和第二偏振部分532和534分别发射入射光波阵面的水平和垂直偏振分量。然而，一般来说，应该意识到，第一和第二偏振部分532和534的偏振方向可通过与根据本发明的多相移发生结构的其它元件的组合来任意选择的。然而，在各种示例性实施例中，适用于第一和第二偏振部分532和534的偏振方向可以相对于组成组合波阵面129的两个正交偏振入射波阵面124和128旋转45度，和相互正交，以在最终的图像中获得最好的对比度。

于是，在各种示例性实施例中，当两个正交偏振入射波阵面124和128沿着图13所示的偏振方向132A和133A取向时，在第一偏振部分532中的并行的导体元件536和间隔538就将以45度取向。同样，当两个正交偏振的入射波阵面124和128是沿着偏振方向132A和133A取向时，正如图13所示，在第二偏振部分534中的并行导体元件536和538就将沿着正交45度角度取向。

应该意识到，在图18所示的示例性实施例中，第一和第二偏振部分532和534的复制方向是水平和垂直设置的。然而，一般来说，第一和第二偏振部分532和534的复制方向可通过与根据本发明的多相移发生结构的其它元件的组合来任意选择的。在各种示例性实施例中，第一和第二偏振部分532和534具有相同的尺寸和形状并覆盖检测器件710相对的部分。

在各种示例性实施例中，第一和第二偏振部分532和534都延伸检测器件710象素的整数倍。在各种示例性实施例中，第一和第二偏振部分532和534的边界都是与检测器件710的象素之间的边界相对准的。于是，在这类示例性实施例中，第一和第二偏振部分532和534的各队或各组都定义成在高密度偏振器阵列530和检测器件710中的单位单元。在极端的情况下，各个第一和第二偏振部分532和534都可以相关于或对准于检测器件710的各个信号象素。

图19和20举例说明了根据本发明的第四示例的相移成像元件3000’。正如图19所示，相移成像元件3000’包括以上所讨论的根据本发明的多相移发生结构1400””的第四示例性实施例和检测子系统700的第一示例性实施例，该检测子系统包括了检测器件710a和710b。在图19和20所示的第四示例性实施例中，第四多相移发生结构1400””与根据本发明的一对高密度偏振器阵列530a和530b相结合。多相移发生结构1400””的第四示例性实施例也包括光束分离器310，四分之一波平板520和空白和中性平板525。

空白和中性平板525和第一高密度偏振器阵列530a沿着第一方向靠近于光束分离器310。沿着该第一方向，多相移发生结构1400””在与检测器件710a的界面上产生多相移干涉图像信息610’。四分之一波平板520和第二高密度偏振器阵列530b沿着第二方向靠近于光束分离器310。沿着该第二方向，多相移发生结构1400””在与检测器件710b的界面上产生多相移干涉图像信息620’。

图20所示的元件135’和310对波阵面129的操作类同于图8所示的元件135’和310。于是，就不再重复这些元件的操作讨论。然而，应该意识到，不同于图8所示的示例性实施例，在图20所示的示例性实施例中，光束分离器310沿着一个方向将子波阵面129a指向中性平板和高密度偏振器阵列530a。同样，正如图20所示，子波阵面129b沿着另一方向指向四分之一波平板520平板和高密度偏振器阵列530b。

四分之一波平板520和中性或空白平板525以类似于图1-4所示的相移干涉元件220的第一部分222的四分之一波平板223和中性或空白平板224的方法进行工作的。然而，不同于在专利330中所披露的相移成像设备200和参照图2-5所作的讨论，在根据本发明的示例相移成像元件3000’中，四分之一波平板520是采用单个子波阵面来填满的，而中性或空白的平板525也类似采用单个子波阵面来填满的。

类似于四分之一波平板223，四分之一波平板520将在组成组合子波阵面129b的两个正交偏振子波阵面分量124b和128b之间的相对相位移动90度，以产生相移的组合子波阵面。同样，类似于空白或中性平板224，空白或中性平板525与四分之一波平板520的光路长度相匹配，但并没有移动组成组合子波阵面129a的两个正交偏振子波阵面分量124a和128a之间的相对相位。

随后，通过空白或中性平板525的组合子波阵面129a就指向高密度偏振器阵列530。高密度偏振器阵列530a就发射组合子波阵面129a的两个正交偏振子波阵面分量124a和128a，这不同于在第一偏振部分532和第二偏振部分534。因此，多相移干涉成像信息610包括以高的空间频率交错的第一干涉部分和第二干涉部分的纵横交错的图形，该图形对应于第一偏振部分532和第二偏振部分534的纵横交错的图形。

在各种示例性实施例中，第一偏振部分532和第二偏振部分534的偏振元件，例如，由间隔538所分隔开的并行的导体元件536，正如图18所示，或者偏振薄膜等等，都设置在高密度偏振器530a的表面535a上，这最靠近检测器件710a的表面，正如图20的分解图所示。同样，第一偏振部分532和第二偏振部分534的偏振元件，设置在高密度偏振器530b的表面535b上，这最靠近检测器件710b的表面。

应该意识到，在各种示例性实施例中，高密度偏振器阵列530a可以直接制成在空白或中性平板525的表面，这最接近于检测器件710a。同样，在各种示例性实施例中，高密度偏振器阵列530b可以直接制成在四分之一波平板520的表面，这最接近于检测器件710b。于是，应该意识到，在各种示例性实施例中，高密度偏振器阵列530a和/或530b的结构和功能都可以融合在相对应的四分之一波平板520和/或空白或中性平板525中，以及/或者与相对应的四分之一波平板520和/或空白或中性平板525区分不出。特别是，在各种示例性实施例中，空白或中性平板525的结构和功能可以由高密度偏振器阵列530a的衬底来提供。

应该意识到，在各种示例性实施例中，高密度偏振器阵列530a和/或530b可以分别直接制成在检测器件710a和710b的表面上。当高密度偏振器阵列530a或530b是引线栅极偏振器时，在检测器件710a或710b的工作部分和引线栅极偏振器的元件之间应该使用薄膜绝缘层。于是，应该意识到，在各种示例性实施例中，高密度偏振器阵列530a和/或530b和检测器件710a和710b的结构和功能分别可以融合的。

在各种示例性实施例中，高密度偏振器阵列530a和/或530b的偏振元件只提供一薄膜绝缘层或者一可忽略的空气间歇或者其它等等分别与检测器件710a和710b的检测元件的表面相分开的。在这类“毗邻”的实施例中，方便于在第一和第二偏振部分532和534和检测器件710a和710b的检测元件之间最好的对准，以及减小，和理论上使在相邻检测元件或象素之间不同相对相位的干涉光的“泄漏”最小化。此外，当第一偏振部分532和第二偏振部分534的偏振元件是引线栅极偏振元件时，与各元件有关的衍射效应就会受到毗邻象素的限制和平均，于是就不会分布在所需的多相移干涉图形信息610和/或620中。

在相移成像元件3000’的第四示例性实施例的各种实现中，参考波阵面124和目标波阵面128都沿着图20所示的正交方向132A和133A偏振。在这类实现中，高密度偏振器阵列530a和530b包括图形531A，该图形包括了第一偏振部分532A和第二偏振部分534A，它们具有在图形531A的详细视图中由各个“栅极线”所指示的各个偏振方向。在这类情况下，应该意识到，第一偏振部分532A和第二偏振部分534A的功能分别类似于如图3所示的第一偏振部分227和第二偏振部分228。因此，高密度偏振器阵列530a发射多相移干涉图像信息610。同样，密度偏振器阵列530b发射多相移干涉图像信息620’。

因此，正如以上参照图8所讨论的，多相移干涉图形信息610包括“Q₀”和“Q₂”干涉部分的纵横交错图形。然而，在这种情况下，“Q₀”干涉部分对应于在通过空白或中性平板525和高密度偏振器阵列530a的第一偏振部分532A的子波阵面分量124a和128a之间的0度相对相移。“Q₂”干涉部分对应于在提供空白或中性平板525和高密度偏振器阵列530a的第二偏振部分534A的子波阵面分量124a和128a之间的180度相对相移。

在第一示例的实现中，Q₀和Q₂干涉部分分别对应于高密度偏振器阵列530a的第一偏振部分532A和第二偏振部分534A的图形531A。于是，在多相移干涉图形信息610中的Q₀和Q₂干涉部分以对应于图形531A高空间频率的纵横交错图形来交错。应该意识到，Q₀和Q₂干涉部分的纵横交错的图形对应于图4所示的Q₀象限232和Q₂象限236的高密度交错，并以单个图像发射在检测器件710a的表面。

类似于以上参照图8的讨论，多相移干涉图像信息620包括“Q₁”和“Q₃”干涉部分的纵横交错图形。Q₁干涉部分对应于在通过四分之一波平板520和高密度偏振器阵列530b的第一偏振部分532A的相移子波阵面分量124b和128b之间的90度相对相移。相反，Q₃干涉部分对应于在通过四分之一波平板520和高密度偏振器阵列530b的第二偏振部分534A的相移子波阵面分量124a和128a之间的270度相对相移。

在第一示例的实现中，Q₁和Q₃干涉部分分别对应于高密度偏振器阵列530b的第一偏振部分532A和第二偏振部分534A的图形531A。于是，在多相移干涉图形信息620中的Q₁和Q₃干涉部分以对应于图形531A高空间频率的纵横交错图形来交错。应该意识到，Q₁和Q₃干涉部分的纵横交错的图形对应于图4所示的Q₁象限234和Q₃象限238的高密度交错，并以单个图像发射在检测器件710b的表面。

在相移成像元件3000’的第四示例性实施例的第二示例实现中，参考波阵面124和目标波阵面128都沿着图20所示的正交方向132B和133B偏振。在该第二示例性实施例中，高密度偏振器阵列530a和530b包括了第一偏振部分532B和第二偏振部分534B，它们包括图形531B，该图形包括了第一偏振部分532B和第二偏振部分534B，它们具有在图形531B的详细视图中由各个“栅极线”所指示的各个偏振方向。在这类情况下，应该意识到，与在以上所讨论的相移成像元件3000’的第四示例性实施例的相似元件相比较，该第二示例性实施例的各个元件的所有相互作用的偏振方向都旋转了相同的45度角度。

于是，应该意识到，在各种示例性实施例中，该第二示例实现的操作基本上采用以上所讨论的相移成像元件3000’第一示例实现的方法。因此，在各种示例性实施例中，由相移成像元件3000’的第四示例性实施例的第二示例性实现所提供的多相移干涉图像信息610和多相移干涉图像信息620包括以上参考相移成像元件3000’的第四示例性实施例的第一示例性实现所讨论的相同纵横交错图形。

应该意识到，正如图19所示，因为多相移发生结构1400的第四示例性实施例和相移成像元件3000’第四示例性实施例都是单片的或集成的结构，所以图19和图20所示的各种光路不是相互独立的。即，所遇到的任何振动或其它旋转和/或转移运动都会固有相等施加到所有的光路上。于是，由这种旋转和/或转移运动所产生的任何误差都是共模误差，因此不会影响由控制系统170所产生确定测量的精度。

此外，应该意识到，“0°相对相移”干涉部分，称之为Q₀干涉部分，以及“180°相对相移”干涉部分，称之为Q₂干涉部分，在检测器件710a的整个表面上以高空间频率纵横交错图形来交错。因此，应该意识到，由于在Q₀和Q₂象限中的相移干涉图像600a和600c的空间分开，在图2-5所示的多相移图像发生结构200中所呈现的各种差模误差就可以减小和在理论上消除。即，因为0°和180°相移干涉部分在检测器件710a的各个位置上是相互相邻的，所以可以假定各个位置都是基本融合在各个位置上0°和180°相移干涉部分中的目标130部分的相同部分。此外，对各个位置的象素而言，从入射光亮度到输出信号幅度的传递函数中的矛盾也可以减小，和理想地减至最小程度。于是，在各种示例性实施例中，与有关这些因素的误差减少了和/或最小化了，以及在许多示例性实施例中。理想地消除了。

应该意识到，在根据本发明的各种示例性实施例中，对于在检测子系统150小区域中的多个相位，提供了由多相移干涉图像信息600所带来的这类益处。阐明的另一方面，在根据本发明的各种示例性实施例中，因为单个子波阵面产生的单个图像带来的这类益处包括适用于两个和多个不同相对相移的信息，以及这类信息是在整个图像中交错的。应该意识到，在根据本发明的各种示例性实施例中，“90°相对相移”干涉部分，称之为Q₁干涉部分，以及“270°相对相移”干涉部分，称之为Q₃干涉部分，在检测器件710b的整个表面上以高空间频率纵横交错图形来交错，处于相同的原因也可以获得相同的益处。

应该意识到，多相移发生结构1400的第四示例性实施例和相移成像元件3000’的第四示例性实施例提供了由单个图像所产生的相对相移干涉信息的两个不同相位，其中该图像是由单个子波阵面所引出的。同样，多相移发生结构1400””的第四示例性实施例和相移成像元件3000’的第四示例性实施例提供了由仅从令各空间分开的图像中产生的相对相移干涉信息的四个不同相位，其中这两个图像是由单个的子波阵面分别引出的。

在各种示例性实施例中，可以选择相移成像元件3000’的第四示例性实施例的元件，并组装成确保组合子波阵面129a和129b的光路长度基本相等。于是，光学输入部分135’的任何聚焦，光圈，和/或放大性能，或其它等等都能够在检测器件710a和710b上产生相同的图像效果。在各种示例性实施例中，可以忽略中性或空白平板525，但是高密度偏振器阵列530a和检测器件710a依旧严格按照所提供的间隔来设置，并且其光路的长度等于四分之一波平板520的光路长度。

此外，在各种示例性实施例中，检测器件710a和710b可以匹配设置来选择和/或校准，以匹配在两个检测器件之间象素的可比较检测元件的输出。应该意识到，使用两个检测器件可允许各个子波阵面的图像或多相移干涉图像信息610’和620的图像能够大于所获得的图像，只要这两个图像都能进入到单个类似尺寸的检测器件的空间分离区域。因而提高了相移成像元件3000’的第四示例性实施例的有效信号以及空间精度。

然而，该示例性实施例还存在着局部的缺点，在在标称图像光亮度的差异和/或在不同的检测器件的可比较检测元件或象素之间存在着入射光亮度与输出信号幅度的传递函数中的矛盾。应该认识到，由于这种差异，依旧会保持着与控制系统170所产生的测量有关的工作的部分差模误差，但不是全部的。应该进一步意识到，在以上所讨论的匹配和/或校对两个检测器件的各种示例性实施例中可以减少这些所保持的误差。

应该意识到，以上参照图7和图8所阐明的公式(1)-(4)所论述的各种优点和操作特性同样可以适用于图19和图20所示的示例性实施例，并且可以很快被业内的专业人士所接受。于是，将省略详细应用于图19和图20所示的实施例的公式(1)-(4)。

图21和22是举例说明根据本发明的相移成像元件4000’的第五示例性实施例的平面图。正如图21所示意显示的，相移成像元件4000’的第五示例性实施例包括根据本发明的多相移发生结构1400””第五示例性实施例和检测子系统700’。多相移发生结构1400””第五示例性实施例与根据本发明的高密度偏振器阵列530a和530b相结合。多相移发生结构1400””第五示例性实施例还包括光束分离器310’，反射表面312a和312b，空白或中性平板325’和四分之一波平板320’。

应该意识到，图10和21，以及图11和21所示的示例性实施例中的共同元件以相同的方式操作。因此，就不再重复这些元件的描述。在图21和22所示的相移成像元件4000’的第五示例性实施例中，空白或中性平板525’，高密度偏振器阵列530’的第一部分，和检测器件部分710’都对准，以接收和处理沿着光束分离器310’一面的第一光路的子波阵面129a’。沿着该第一光路，多相移发生结构1400””在其与检测器件部分710a’的界面上产生多相移干涉图像信息610’。同样，四分之一波平板520’，高密度偏振器阵列530’的第二部分，和检测器件部分710b’都对准，以接收和处理沿着光束分离器310’另一面的第二光路的子波阵面129b’。沿着该第二光路，多相移发生结构1400””在其与检测器件部分710b’的界面上产生多相移干涉图像信息620’。

应该意识到，以上参照图10和11所阐述的各种优点和可操作性，以及参照图19和20所阐述的各种优点和可操作性都同样适用于图21和22所显示的示例性实施例，并且可以很快被业内的专业人士所接受。特别是，与公式(1)-(4)有关的参照图10和图11的以上所阐述的操作和分析特性也适用于图21和22所显示的示例性实施例。因此，将省略详细地应用于图21和22所示的实施例中的公式(1)-(4)。

图23是举例说明根据本发明相移成像元件6000的第六示例性实施例的分解图。正如图23所示，相移成像元件6000包括根据本发明的多相移发生结构1400””第六示例性实施例和检测子系统700’。在各种示例性实施例中，可以使用任何已知或后来所开发类型的单个检测器710来实现检测器子系统700””。正如图23所示，多相移发生结构1400””第六示例性实施例与以上所讨论的高密度相移阵列元件410和430或者根据本发明的高密度相移阵列元件490中的任一相结合，与根据本发明的高密度偏振器阵列530相组合。如同在参照图13的原先所讨论的第三示例性相移成像元件5000，在相移成像元件6000中不需要光束分离器。

正如图23所示，由光输入部分135’来发射组合波阵面129。所发射的组合波阵面129包括参考波阵面124和目标波阵面128。所发射的组合波阵面129以单个波阵面传播，它填满高密度相移阵列元件490，该元件提供了在两者之间具有四分之一波延迟的两个交错延迟平板的组合功能，正如以下所详细讨论的。于是，在各种示例性实施例中，从高密度相移阵列元件490传播的所发射的组合波阵面129包括了至少两个相移部分的交错图形，该图形具有被相对相移90度所分开的不同的相对相移。

通过高密度相移阵列元件490所发射的组合波阵面129包括了90度差异的相对相移，并指向高密度偏振器阵列530。正如以上参照图18-22所讨论的，在各种示例性实施例中，高密度偏振器阵列530的第一和第二偏振部分532和534中的一个偏振部分取向成能在通过高密度相移阵列元件490所发射的组合波阵面129的各个部分中发射和干涉正交偏振分量124和128的同相分量，并且具有以90度分开的不同相对相移的第一相移。同样，高密度偏振器阵列530的第一和第二偏振部分532和534中的另一个偏振部分取向成能在通过高密度相移阵列元件490所发射的组合波阵面129的各个部分中发射和干涉正交偏振分量124和128的反相分量，并且具有以90度分开的不同相对相移的第二相移。

因此，在各种示例性实施例中，子通过例如偏振器阵列元件530的多相移干涉图像信息640中产生Q₀-Q₃干涉部分的两维交错图形。以单个图像的方式来接收该Q₀-Q₃干涉部分的两维交错图形，其中该单个图像延伸基本超过了用于实现检测器子系统700”的检测器件710的整个表面区域。

在各种示例性实施例中，类似于以上所讨论的各种实施例，高密度相移阵列元件490的图形化表面取向成对准偏振器元件530和检测器710。更具体的说，在各种示例性实施例中，高密度相移阵列元件490，偏振器元件530以及检测器710的各种制造，取向和组装可以类似于以上参照图7，8，10和11所讨论的相移成像元件3000和4000的相对应元件的各种制造，取向和组装的原先所讨论的各种实施例。在各种示例性实施例中，与各自的制造方法无关，偏振器元件530，高密度相移阵列元件490和检测器710都可以有效地键合或结合在一起，以单片相移成像元件的方式形成图23所示的相移成像元件6000。

应该意识到，在根据本发明的各种示例性实施例中，制造偏振器元件530，高密度相移阵列元件490和检测器710，使得组合波阵面129的有效光路长度的各个部分尽可能的相似，和理想地相等，这是有利的。应该意识到，在各种示例性实施例中，在高密度相移阵列元件490的有效部分和检测器件710的检测器表面之间的距离d(未显示)应该小于在检测器件710上所呈现的图像聚焦的最大深度。在各种示例性实施例中，该距离d近似为或小于1-2mm。在各种其它示例性实施例中，该距离d近似为或小于0.2mm。

在各种其它示例性实施例中，高密度偏振器阵列530包括第一偏振部分532和第二偏振部分534的图形，该图形补充了高密度相移阵列元件490中所包括的0度相移部分P₀和90度相移部分P₉₀的图形。高密度相移阵列元件490和高密度偏振器阵列530的补充图形组合起来，产生了第一，第二，第三和第四相对相位干涉部分所希望的两维交错图形，该图形在多相移干涉图像信息640中以高的空间频率交错。

在这类实施例中，应该意识到，在多相移干涉图像信息640中的第一，第二，第三和第四相对相位干涉部分的两维交错图形对应于Q₀-Q₃象限232-238的高密度交错，正如图4所示，以单个图像发射在用于实现检测器子系统700”的检测器件710的表面上。以下将更加详细地讨论这类补充图形的各种示例性实施例，以及多相移干涉图像信息149’的各种最终的示例性实施例。

在相移成像元件6000的第一示例性实现方法中，参考波阵面124和目标波阵面128沿着图23所示的正交方向132A和133A偏振。在该第一示例性实施例中，高密度偏振器阵列530包括图形531C，该图形包括了条纹状的第一偏振部分532C和条纹状的第二偏振部分534C，具有在图形531C的详细视图中的各个“栅极线”所指示的偏振方向。

在该示例性实施例中，当高密度偏振器阵列530包括图形531C时，相移成像元件6000的第六示例性实施例的第一示例性实施方法包括高密度相移阵列元件490，它包括了图形491A。该图形491A，正如图23B的详细视图所示，包括了交替设置的条纹状0度相移部分P₀和条纹状90度相移部分P₉₀。在各种示例性实施例中，根据以上所讨论的任一方法，通过在双折射材料层或双折射衬底中形成适当的厚度，就可以制成高密度相移阵列元件490的条纹状0度相移部分P₀和条纹状90度相移部分P₉₀，例如，图14所示的条纹状的实施例。然而，应该意识到，在该特殊的示例性实施方法中，双折射材料层或双折射衬底中的快轴方向在任何位置上都是一律垂直的，正如图15所示的实施例。

在这类示例性实施方法中，应该意识到，第一偏振部分的功能是发射和干涉在通过高密度相移阵列元件490所发射的组合波阵面129中的正交偏振分量124和128的同相分量。同样，第二偏振部分的功能是发射和干涉在通过高密度相移阵列元件490所发射的组合波阵面129中的正交偏振分量124和128的反相分量。对应于该示例性实施例的多相移干涉成像信息640的结构参照图24进一步讨论如下。

在相移成像元件6000的第二示例性实现方法中，参考波阵面124和目标波阵面128沿着图23所示的正交方向132B和133B偏振。在该第二示例性实施例中，高密度偏振器阵列530包括图形531B，该图形包括了条纹状的第一偏振部分532B和条纹状的第二偏振部分534B，正如以上参照图20所讨论的。

在该第二示例性实施方法中，当高密度偏振器阵列530包括图形531B时，相移成像元件6000的第六示例性实施例的第一示例性实施方法包括高密度相移阵列元件490，它包括了图形491B。该图形491B，正如图19D的详细视图所示，包括了条纹状0度相移部分P₀和条纹状90度相移部分P₉₀的纵横交错的图形。在各种示例性实施例中，根据以上所讨论的任一方法，通过在双折射材料层或双折射衬底中形成适当的厚度，就可以制成高密度相移阵列元件490的条纹状0度相移部分P₀和条纹状90度相移部分P₉₀的纵横交错的图形，例如，图6或15所示的实施例。在该特殊的示例性实施方法中，双折射材料层或双折射衬底中的快轴方向在任何位置上都是一律垂直的，正如图6和15所示的实施例。

在这类示例性实施方法中，应该意识到，第一偏振部分532B的功能是发射和干涉在通过高密度相移阵列元件490所发射的组合波阵面129中的正交偏振分量124和128的同相分量。同样，第二偏振部分534B的功能是发射和干涉在通过高密度相移阵列元件490所发射的组合波阵面129中的正交偏振分量124和128的反相分量。对应于该示例性实例的多相移干涉成象信息640的结构，进一步参照图25，讨论如下。

更具体的说，应该意识到，由许多高密度相移阵列元件和高密度偏振器阵列530的图形的有用组合，可以在相移成像元件6000的第四示例性数实施例中使用。此外，以各种补充偏振和快轴和取向来制成高密度偏振器阵列530和高密度相移阵列元件490的各种其它替代的方法都是可能的，并且基于以上和以下所阐述的描述，将变得更加清晰。于是，使用高密度偏振器阵列530的相移成像元件6000的第六示例性实施例的上述实施方法都只是示例，而不是限制。

应该意识到，多相移发生结构1400”和1400””和示例的相移成像元件5000和6000的各种示例性实施例都提供从单个未划分的波阵面所引出的单个图像产生的相关相移干涉信息的三个或多个不同的相位，这只是包括但并不限制于在以上和以下所讨论的各种示例性实施例中所披露的三个不同的相位和四个不同的相位。于是，应该意识到，图7和8所示的多相移发生结构1400’和相移成像元件3000，以及图10和11所示的多相移发生结构1400’和相移成像元件4000的各种实施例的原先所讨论的性能和益处，分别可以由图13和23所示的多相移发生结构1400”和1400””和相移成像元件5000和6000的各种实施例来同样提供。

另外，在各种示例性实施例中，图13和23所示的多相移发生结构1400”和1400””和相移成像元件5000和6000共享高密度相移阵列元件460，470，480或490等等以单片元件所提供的其它优点。此外，因为高密度相移阵列元件460，470，480或490等等允许沿着单一光路提供多于两个不同“类型的不同相移的干涉部分，即，在检测器710的单个图像中，不需要光束分离元件。这不仅使得更少的光学元件失常和更方便于组装和/或信号处理，而且还改进了在所有可比较的图像象素的增益特性等等之间的匹配。这是因为所有可比较的象素都处于检测器的相同的小区域中。

此外，所有可比较的象素都在检测器相同的下区域中。因此，在多相移干涉图像信息630或640的特殊局部部分中从目标的特定部分至特定对应于Q₀-Q₃干涉部分的各个部分的光路长度都是固有相同的。于是，相应的相对相移信息和相应的测量确定一般对示例性相移成像元件5000或6000所希望响应的旋转和/或转移的运动就不再敏感。因此，在示例性实施例中，与相移成像元件3000，3000’，4000和4000’相比较，在相移成像元件5000和6000中，进一步降低了成本和测量的误差。

图24-27是更加详细地举例说明图23所示的相移成像元件6000的第六示例性实施例的第一和第二，以及第三和第四的特殊实施方法的图形和操作的示意图，其中，相移成像元件6000结合了图18-22所示的高密度偏振阵列530和根据本发明的高密度相移阵列元件490。

特别是，图24是举例说明以上参照图23所讨论的第六示例性相移成像元件6000的第一示例性实施方法的图形和操作的示意图。当参考波阵面124和目标波阵面128是沿着图23所示的正交方向132A和133A偏振时，该第一实施方法时有用的。图24显示了高密度偏振器阵列530的示例图形531C，以及与该示例额图形531C的部分标称上对准的高密度相移阵列元件490的示例图形的部分。这些元件已经参照图23所示的第六相移成像元件6000的第一示例性实施方法进行了讨论。

图24也显示了在以单个图形向检测器件710的表面发射的多相移干涉图形信息640中的“Q₁-Q₃”干涉部分的最终交错图形640A的标称对准部分。该交错图形是从高密度偏振器阵列530Ade图形531C和高密度相移阵列元件490的图形491A中获得的，正如以上参照图23所示的第六相移成像元件6000的第一示例性实施方法的讨论。与以上的讨论一样，各种Q₁-Q₃干涉部分的光学产生和特性都是相同的。正如以下进一步详细讨论的，还显示了标称侧面分辨率指示仪800A。

在各种示例性实施例中，在多相移干涉信息640A中的Q₁-Q₃干涉部分的边缘与检测器件710的检测元件的边缘相对准。即，每一个Q₁-Q₃干涉部分都是象素高度的整数倍，以及象素宽度的整数倍，并且与对应的象素组基本对准。例如，在各种示例性实施例中，当只需要较粗的侧面分辨率时，象素的整数可以在近似为16个象素和更多象素的量级上。在需要更好的侧面分辨率的各种示例性实施例中，象素的整数可以在近似为4-8个象素的量级上。在需要最好的侧面分辨率的各种示例性实施例中，象素的整数可以在近似为1-4个象素的量级上。从而，可以设计高密度偏振器阵列530和高密度相移阵列元件490的各种元件和尺寸，这点是业内的专业人士都很清楚的。

正如以上所讨论的，第六示例的相移成像元件6000的第一示例性实施方法提供了相对相移干涉信息的四种不同的相位，即，是由单个图像所产生的Q₁-Q₃干涉信息部分。于是，该第六示例的相移成像元件6000的第一示例性实施方法提供了由四个Q₁-Q₃干涉信息部分所产生的四个分开的“相位信号”，类似于以上所讨论的相移成像元件3000，3000’，4000和4000’提供的相位信号。

于是，采用类似于以上有关公式(2)和图7，8，10，11和19-22的讨论，对根据本发明的各种示例性实施例来说，在多相移干涉图像信息的单个图像交错四个Q₁-Q₃干涉信息部分的情况下，正如图24所示，对几种在位置(x，y)上的四个连续的不同干涉部分的任何2×2区域，且该区域称之为干涉部分Q₃(x，y)，Q₁(x，y)，Q₀(x，y)和Q₂(x，y)来说，则比较330专利中的公式10和上述的方程式(2)的表示式为：

    Ф(x，y)＝tan^-1{[I_Q3(x，y)-I_Q1(x，y)]/[I_Q0(x，y)-I_Q2(x，y)]}    (17)

式中，I表示各个干涉部分的各自的图像亮度数值。

类似于有关公式(2)和(3)的上述讨论，应该意识到，如果各个干涉部分对应于检测器上一组多于一个象素的象素组，在各种示例性实施例中，则图像亮度数值I表示整组象素的平均或典型的亮度数值。整组的象素可以称之为“象素元”。应该意识到，在各种示例性实施例中，这种象素元具有对应于根据本发明的高密度偏振器阵列530的第一和第二部分以及高密度相移阵列元件490的0度相移部分P₀和90度相移部分P₉₀的各个覆盖区域组合的内容。在各种示例性实施例中，这类象素元提供了根据本发明原理的所希望的空间平均有效的方法。

也类似于有关公式(2)和(3)的上述讨论，应该意识到，在各种示例性实施例中，各个独立的干涉部分可以是在测量确定中所涉及到的可比较的干涉部分，它至少是在对应于各个干涉部分的四个边界与四个可比较的各个相邻干涉部分(即，邻居，例如，与各个干涉部分所相邻的)的四个不同(x，y)位置上。

另外，类似于有关公式(3)所阐述的上述讨论，对集中在与中心象素相一致的位置(x，y)上的9个连续干涉部分的任一3×3区域来说，以下示例的另一种表示式也是有用的：

    Ф(x，y)＝tan^-1{[I^ave_Q3(x，y)-I^ave_Q1(x，y)]/[I^ave_Q0(x，y)-I^ave_Q2(x，y)]}    (18)

式中，I^ave表示各个干涉部分的区域平均亮度数值，它与在九个连续干涉区域中是否存在着一个，两个或四个不同的各个干涉部分无关。

应该意识到，公式(18)将一个(x，y)中心象素的各边的象素平均，这就去除了在公式(17)中的最小梯度或偏置误差。即，在各种示例性实施例中，根据公式(18)的“可比较平均”具有标称的空间位置，理想的与(x，y)的中心象素相一致。应该意识到，在各种示例性实施例中，各个独立的干涉部分可以是涉及在至少八个不同(x，y)位置的测量确定的可比较的干涉部分，其中这些位置对应着那各个独立干涉部分的四个边相邻的可比较邻居干涉部分，以及各个独立干涉部分的四个对角相邻的可比较邻居干涉部分。

根据上述的示例和讨论，很显然，对本领域中的熟练技术人士来说，各种改进和其它信号处理的方法都对根据本发明的这些或其它实施例有用。

图25是举例说明第六示例性相移成像元件6000的第二示例性上述方法的图形和操作的示意图，正如以上参照图23的讨论。当参考波阵面124和目标波阵面128是沿着图23所示的正交方向132B和133B偏振时，该第二示例性实施方法是有用的。图25显示了高密度偏振器阵列530的示例性图形531B，以及与示例性图形531B标称对准的高密度相移阵列元490的示例性图形491B。已经参照图23所示的第六示例性相移成像元件6000的第二示例性实施方法讨论了这些元件。

图25还显示了在以单个图形发射在检测器件710表面上的多相移干涉图像信息640中的Q₀-Q₃干涉部分中的交错图形640的标称对准部分。可以从高密度偏振阵列530的图形531B和高密度相移阵列490的图形491B的组合中获得交错的图形640B，正如以参照图23所示的第六示例性相移成像元件6000的第二示例性实施方法的讨论。各个Q₀-Q₃干涉部分的光学产生和特性都相同于以上的讨论。也显示了标称侧面分辨率指示器800B，正如以下将进一步详细讨论。

类似于参照图24所讨论的第一示例性实施方法，在各种示例性实施例中，多相移干涉图形信息640B中Q₀-Q₃干涉部分的边缘是标称上与检测器件710的检测器件的边缘相对准。即，各个Q₀-Q₃干涉部分是象素高度的整数倍，以及象素宽度的整数倍，且与所对应的象素组相对准。因此，很显然，对本领域中的熟练技术人士来说，可以设计出高密度偏振阵列530和高密度相移阵列490的各个元件的尺寸。

应该意识到，该第二示例性实施方法也提高了由四个Q₀-Q₃干涉部分所产生的四个分离的“相位信号”，类似于以上所讨论的第一示例性实施方法所提供的四个相位信号。即，通过类同于参照图24所示的第一示例性实施方法有关阐述的讨论，公式(17)对该第二示例性实施方法也是有用的，适用于在位置(x，y)上所集中的四个连续不同干涉部分的任一2×2区域。然而，应该意识到，由于该第二示例性实施方法的特殊结构，正如在图25所示的图形640B中以虚线所表示的，四个连续不同干涉部分的区域与发生在与高密度相移阵列元件490的图形491B中的90度相移部分P₉₀和0度相移部分P₀之间的边缘中心相一致的(x，y)位置上。于是，对第二示例性实施方法来说，公式(17)只可以应用于这些特定位置的测量确定。

然而，应该意识到，在与90度相移部分P₉₀和0度相移部分P₀之间的边缘中心相一致的上述(x，y)位置之间的中间各个(x，y)的位置上，公式(18)也适用于该第二特殊实施方法，适用于沿着x方向有2个干涉部分的宽度和沿着y方向有4个干涉部分的高度，或者，反之相反的，8个连续干涉部分的区域。基于上述的示例和讨论，很显然，对本领域中的熟练技术人士来说，各种改进和其它信号处理方法也可以适用于该第二示例性实施方法。

图26是举例说明第六示例性相移成像元件6000的第三示例性上述方法的图形和操作的示意图，正如以上参照图23的讨论。当参考波阵面124和目标波阵面128是沿着图23所示的正交方向132B和133B偏振时，该第三示例性实施方法是有用的。图26显示了高密度偏振器阵列530的示例性图形531B，以及与示例性图形531B标称对准的高密度相移阵列元490的示例性图形491B。已经参照图23所示的第六示例性相移成像元件6000的第三示例性实施方法讨论了这些元件。

图26还显示了在以单个图形发射在检测器件710表面上的多相移干涉图像信息640中的Q₀-Q₃干涉部分中的交错图形640C的标称对准部分。可以从高密度偏振阵列530的图形531B和高密度相移阵列490的图形491B的组合中获得交错的图形640C，正如以参照图23所示的第六示例性相移成像元件6000的讨论。各个Q₀-Q₃干涉部分的光学产生和特性都相同于以上的讨论。也显示了标称侧面分辨率指示器800C，正如以下将进一步详细讨论。

类似于参照图24所讨论的第一示例性实施方法，在各种示例性实施例中，多相移干涉图形信息640C中Q₀-Q₃干涉部分的边缘是标称上与检测器件710的检测器件的边缘相对准。即，各个Q₀-Q₃干涉部分是象素高度的整数倍，以及象素宽度的整数倍，且与所对应的象素组相对准。因此，很显然，对本领域中的熟练技术人士来说，可以设计出高密度偏振阵列530和高密度相移阵列490的各个元件的尺寸。

应该意识到，该第三示例性实施方法也提高了由四个Q₀-Q₃干涉部分所产生的四个分离的“相位信号”，类似于以上所讨论的第一示例性实施方法所提供的四个相位信号，通过类同于参照图24所示的第一示例性实施方法有关阐述的讨论。尽管在图24所示的第一示例性实施方法的图形640A和该第三示例性实施方法的图形640C之间的四个Q₀-Q₃干涉部分的结构中存在着镜像差异，但是。公式(17)也是适用于该第三示例性实施方法的，适用于在位置(x，y)上所集中的四个连续不同干涉部分的任一2×2区域。同样，对于在位置(x，y)上所集中的九个连续不同干涉部分的任一3×3区域来说，公式(18)也是适用的。基于上述的示例和讨论，很显然，对本领域中的熟练技术人士来说，各种改进和其它信号处理方法也可以适用于该第三示例性实施方法。

图27是举例说明第六示例性相移成像元件6000的第四示例性上述方法的图形和操作的示意图。当参考波阵面124和目标波阵面128是沿着图23所示的正交方向132B和133B偏振时，该第四示例性实施方法是有用的。不同于图24-26所说明的实施方法，图27所举例说明的实施方法显示了仅仅提供3个不同干涉部分，即，Q₀-Q₂干涉部分的示例性实施方法。因此，该示例性实施方法适用于只使用3个相位的测量确定。

图27显示了高密度偏振器阵列530的另一示例性图形531”，以及与示例性图形531B标称对准的高密度相移阵列元490的另一示例性图形491”。这些元件的一般属性类似于参照图23所示的类似标号的元件的上述原先的讨论。图27还显示了在以单个图形发射在检测器件710表面上的多相移干涉图像信息640中的Q₀，Q₁和Q₂干涉部分中的最终交错图形640D的标称对准部分。在图23所示的第六示例性相移成像元件6000的该第四示例性实施方法中，可以从高密度偏振阵列530的图形531”和高密度相移阵列490的图形491”的组合中获得交错的图形640D。各个Q₀-Q₃干涉部分的光学产生和特性都相同于以上的讨论。

也显示了标称侧面分辨率指示器800C，正如以下将进一步详细讨论。

类似于参照图24所讨论的第一示例性实施方法，在各种示例性实施例中，多相移干涉图形信息640中Q₀，Q₁和Q₂干涉部分的边缘是标称上与检测器件710的检测器件的边缘相对准。即，各个Q₀，Q₁和Q₂干涉部分是象素高度的整数倍，以及象素宽度的整数倍，且与所对应的象素组相对准。因此，很显然，对本领域中的熟练技术人士来说，可以设计出高密度偏振阵列530和高密度相移阵列490的各个元件的尺寸。

应该意识到，该第四示例性实施方法也提高了由三个Q₀，Q₁和Q₂干涉部分所产生的三个分离的“相位信号”。尽管在第一示例性实施方法的图形640A和该第四示例性实施方法的图形640D之间存在着该镜像差异，公式(19)替代公式(17)，适用于该第四示例性实施方法，适用于在位置(x，y)上所集中的任一三个连续不同干涉部分。该三个连续不同的干涉部分可以是沿着列的，沿着行的，或者任意取向的“L”形状。在“L”形状的情况下，(x，y)位置标称是“L”的内角。于是，对于在位置(x，y)上所集中的三个这类连续不同干涉部分的任一区域来说，这些区域可以标称识别为区域Q_2(x，y)，Q_1(x，y)和Q_0(x，y)，可与330专利中的公式(10)和以上公式(2)相比较的一个表示式：

  Ф(x，y)＝tan^-1{[I_Q3(x，y)-I_Q1(x，y)]/[2_IQ0(x，y)-(I_Q3(x，y)+I_Q1(x，y))]}    (19)

式中，I表示各个干涉部分的图像亮度数值。

同样，因为该第四示例性实施方法制提供了由三个Q₀，Q₁和Q₂所产生的三个分开的“相位信号”，由于在第一示例性实施方法的图形640A和该第四示例性实施方法的图形640D之间的镜像差异，公式(20)替代公式(18)，可适用于该第四示例性实施方法。于是，对于任何四个连续的干涉部分来说，它可以在位置(x，y)上至少包括了三个不同类型的干涉部分，公式(20)是可以适用的。四个连续的干涉部分沿着列的，沿着行的，或者在2×2的块中。则，以下示例性的另一表示式也是有用的：

  Ф(x，y)＝tan^-1{[I^ave_Q3(x，y)-I^ave_Q1(x，y)]/2[2I^ave_Q0(x，y)-(I^ave_Q3(x，y)+I^ave_QI(x，y))]}(20)

式中，I^ave表示各个干涉部分的区域平均图像亮度数值，而与在该四个连续干涉部分区域中的各个干涉部分的数量无关。

应该意识到，在公式(19)和(20)中，与公式(18)和(19)相比较，不存在“I_Q2(x，y)”一项。于是，就不需要去除在I_Q0(x，y)中所出现的一些信号偏置。然而，因为原先讨论了当使用根据本发明原理的各种实施例时所获得的“共模”误差，所以可以假定在I_Q0(x，y)信号中的许多信号偏置相同于在I_Q3(x，y)和I_Q1(x，y)信号中的信号偏置。于是，应该意识到，减去在公式(20)中的子表示式(I^ave_Q3(x，y)+I^ave_Q3(x，y))可有效地去除在I_Q0(x，y)信号中所存在着的大多数偏置效应。

于是，尽管存在少量缺点，图27所示的图形结构以及产生三种不同干涉部分的各种组合的其它图形结构都适用于根据本发明的各种实施例。很显然，对于本领域的专业人士来说，基于上述的示例和讨论，各种改进和其它信号处理方法都可以适用于第四特殊实施例。更具体的说，对于本领域的专业人士来说，基于与图24-27所示各种图形有关的上述示例和讨论，根据本发明原理所适用的各种其它图形改进和其它图形组合都是很清晰的。

图28显示了相移成像元件7000的一个示例性实施例，它的功能类似于图11和22所示的相移成像元件4000和4000’。于是，下列图28的详细讨论只集中于在相移成像元件7000和相移成像元件4000和4000’之间明显不同之处。在图28所示的相移成像元件7000中，在相移成像元件4000’中所使用的光束分离表面310’和发射表面312a和312b被衍射光学元件310”所替代，它的功能类似于光束分量表面310’将组合波阵面129沿着不同的光路分离成两个分开的组合子波阵面或“拷贝”129”和129b”的功能。应该意识到，图28所示的各种角度，长度和比例只是用于说明，并且为了更清晰而放大的。在各种示例性实施例中，所选择的角度，长度和比例很大程度上取决于采用特殊衍射光学元件310”所获得的光束散焦。

应该意识到，所制成的衍射光学元件310”，使得子波阵面129a”不同于图11和22所显示的波阵面129a’，子波阵面129a”不是子波阵面129b”的镜像图像。此外，不同于光学块320，光学块320’是全息材料制成的，其主要作用是提供各种安装表面和在相移成像元件7000的各种实施例中保持临界的空间。取决于衍射光学元件310”所提供的子波阵面129a”和129b”的取向，在各种示例性实施例中，光学块320’包括定位在分别靠近偏振元件400’和靠近空白和中性平板525’和四分之一波平板520’的棱镜形状端面部分。光学块320’的棱镜形状端面的结构选择，使之确保由线390和391所表示的示例性光路的光路长度是基本相等的。当组合波阵面129提供相移成像元件7000传播时，组合波阵面129的各个部分的光路实际上是相同的。

另一方面，相移成像元件7000的功能类似于图11和22所示的相移成像元件4000和4000’的功能。于是，应该意识到，图10所示的多相移发生结构1400”和相移成像元件4000或者图22所示的多相移发生结构1400””和相移成像元件4000’的各种实施例的原先所讨论的性能和益处都类似于图28所示的相移成像元件7000的各种实施例所提供的性能和益处。

正如以上所讨论的，在各种示例性实施例中，对于近似为633nm的激光源的波长来说，高密度相移阵列元件322可以是典型的，商品化的石英四分之一波平板，它可以具有刻蚀到17.5微米的标称刻蚀深度的中性部分的区域。为了能方便的和/或经济有效的制成该高密度相移阵列元件322，在各种实施例中，最好是图12-16所示的区域1125，1125’和1125”的最小x和/或y的尺寸可以近似为与刻蚀的深度或层相同。

于是，在各种示例性实施例中，当检测器340”的检测器件的象素尺寸和中心与中心的间隔近似为6微米，并且在多相移干涉图像信息149’A，149’B和149’C中的各个Q₀-Q₃干涉部分都是象素高度的整数倍和象素宽度的整数倍，最小的Q₀-Q₃干涉部分可以是边长近似为3×6＝18微米，和4×6＝24微米等等的区域。因此，在图12-16所示的示例性实施例中，各个部分322和334边长都近似为18微米。在补充的方面中，图12和14所示的对应四分之一平板和中性平板1120和1125都具有18微米的窄尺寸。同样，在图13中，四分之一平板和中性平板1120”和1125”都具有近似为2×18＝36微米的边长。

当然，在各种示例性实施例中，也可以使用较大的和较小的尺寸。应该意识到，随着获得允许更薄的四分之一波尺寸或允许在刻蚀深度和中性和四分之一波区域1120和1125的边长之间具有更高的宽幅比等等的新材料和/或新的处理工艺的出现，其尺寸可以经济地减小到在检测器340”的象素尺寸的限制以下。应该意识到，多相移干涉图像信息149’A，149’B和149’C中的各个Q₀-Q₃干涉部分的宽幅比与检测器340”的象素的宽幅比相匹配。因此，可以设计出高密度偏振阵列330”和高密度相移阵列元件322的各种实施例的尺寸，且对本领域的数量专业人士都是很清楚的。

在根据本发明的相移成像元件3000，3000’，4000，4000’，5000，6000和/或7000的各种示例性实施例中，如同各种实施例的135’或135”所表示的光学输入元件135，包括半波平板作为其输出，并且从提供半波平板的输出成像透镜中输出组合波阵面129。正如本领域所已知的，半波平板的快轴所选择的取向可以旋转两个正交偏振入射波阵面124和128的偏振，其中入射波阵面124和128由所选择的量来构成组合波阵面129。例如，正如图8和13所示，可以容易地获得两个沿着方向132A和133A，或者沿着132B和133B的取向，而与进入光学输入部分135之前的正交偏转入射波阵面124和128的取向无关。当然，另外，整个相移成像元件可以环绕着光学输入轴旋转，以获得所需要的偏振角和关系。然而，与在光学输入部分135中包括可调整的半波平板相比，这可能会更加复杂些，更加不稳定或者更加不方便。

此外，在根据本发明的相移成像元件3000，3000’，4000，4000’，5000，6000和/或7000的各种示例性实施例中，如同各种实施例的135’或135”所表示的光学输入元件135，通过“输入”成像透镜来输入组合波阵面129，随后，通过光圈来分别滤波组合波阵面129，并且通过“输出”成像透镜传播最终的组合波阵面129。这类适用于类似图1所示的各种远程计算中心的远程计算中心的结构在本领域中是已知的。光学输入部分135的透镜可以具有聚焦长度f，以及提供放大率M。应该意识到，可以通过试验或者通过基本的光学分析来适当地选择适用于根据本发明设备的特殊应用的这些参数的数值。

在根据本发明的各种示例性实例中，当恰当地选择这些参数值时的二个考虑因素是斑纹尺寸即检测系统700的各种实例中检测器表面上某些物体所产生的斑纹尺寸，和由光学输入部分135测定的侧面分辨率。一般说来，在出现斑纹的应用中，标称斑纹尺寸和该系统的标称侧面分辨率是相一致的。

在各种示例性实施例中，公式(21)可以应用于分析和调整标称的侧面分辨率LR，和/或标称斑纹尺寸S：

LR＝S＝1.22(M+1)*λ*f/a，            (21)

式中，M是放大倍率；

f是成像透镜的聚焦长度；

a是有效光圈的直径；和

是激光源110所发射光的波长。

应该意识到，在瞄准的情况下，由在检测器附近的偏振器将相干参照光束的波阵面与目标光束波阵面相混合，使得在各种示例性实施例中所获得的斑纹尺寸实际上近似于位由公式(21)所指示尺寸的两倍。应该意识到，在各种示例性实施例中，可以通过变换输入光学系统的光圈来调整斑纹尺寸。此外，对于一些给定的应用来说，可以根据试验来调整光圈，从而获得所需的斑点尺寸和/或侧面分辨率。

一般来说，在各种示例性实施例中，不希望在用于确定所对应于目标130中特殊位置的测量数值的Q₀-Q₃象素组中的可比较的Q₀-Q₃象素具有独特的斑点内容。这类独特的斑点内容将引起相关可比较象素的图像亮度数值I的失真，于是在相关的测量确定中引入误差。类似的是，在各种示例性实施例中，不希望在用于确定所对应于目标130中特殊位置的测量数值的Q₀-Q₃象素组中的可比较的Q₀-Q₃象素对应着目标130的唯一位置高度。这类唯一的高度会产生相关可比较象素的唯一标称相位差异和唯一图像亮度数值I。因此，相关测量确定将不反射在目标130的特定位置上的平均高度的最佳估计。

于是，在各种示例性实施例中，在使用根据本发明的系统和方法的各种示例性实施例所产生的多相移干涉图像信息600中，由光学输入部分135所提供在检测器上的图像中的侧面分辨率标称为等于或大于在可比较干涉部分的各个可比较组中的最大侧面尺寸。即，在各种示例性实施例中，在使用根据本发明的系统和方法的各种示例性实施例所产生的多相移干涉图像信息600中，由光学输入部分135的侧面精度所提供的侧面空间平均标称为等于或大于所对应的可比较干涉部分Q₀-Q₃的各个可比较组中的侧面空间分辨率。

图24-27在的侧面分辨率指示器800A-800D分别对各种示例性实施例指示了在一组可比较Q₀-Q₃象素和由光学输入部分135所提供的侧面分辨率之间的近似示例的关系。在各种其它示例性实施例中，因为这类实施例系统能够的侧面空间分辨率的限制因素，使用了相对较大的侧面分辨率。

在任何情况下，应该意识到，在根据本发明的各种示例性实施例中，根据本发明的高密度偏振器阵列的各个部分和/或各种高密度增益阵列元件490的各个部分的至少侧面、尺寸以及检测器的象素尺寸是按照在各种限制的设计因素、成本等等来相互依赖选择的，以便于获得以上所阐述的各种所需的性能和关系。

应该意识到，在以上已经强调的产生交错的两个、三个和四个相位干涉信息的各种实施例的同时，以上所披露的各种元件、技术和元件的组合也举例介绍了适用于产生几个多相位交错干涉信息的各种其它元件，技术和元件的组合，包括了冗余和/或“循环”交错相位信息。例如，其它冗余厚度可以容易地合并在根据本发明的各种高密度相移阵列中，以提供其它相关的相移。此外，根据本发明的各种高密度偏振器阵列可以适用于和具有其它延迟厚度的这类高密度增益阵列的组合。应该意识到，在各种示例性实施例中，这类附加的交错相位信息适用于组合各种相应的信号处理方法，以获得更高级别的内插精度和分辨率。

于是，在结合上述所阐述的示例性实施例讨论本发明的同时，很显然，对本领域的专业人士来说，可以有许多替代、改进和变化。因此，正如以上所阐述的，本发明的示例性实施例只是用于举例说明，而不是限制。所产生的各种变化都在本发明的精神和范围内。