CN115104022A - 用于将光聚焦到样本的一部分的光谱探针配置 - Google Patents

Abstract

描述了样本光学组合件，其可具有至少一个光学元件，所述至少一个光学元件被定位并具有一个或多个表面，所述一个或多个表面成形为聚焦准直激发光束的单独区段以：(a)在样本的表面或内部的一个或多个部分处形成至少一个焦点或至少一个焦线，同时补偿由与所述样本相邻的光学窗或透明容器形成的光学像差，以减小所述至少一个焦斑或所述至少一个焦线的尺寸和/或使所述至少一个焦斑或所述至少一个焦线锐化；(b)在所述样本的表面或内部的一个或多个部分处形成多个焦斑、离散焦斑的阵列、至少一个焦线或至少一个焦圆，或(c)实现(a)和(b)。

Description

用于将光聚焦到样本的一部分的光谱探针配置

相关申请的交叉参考

本申请要求2020年2月21日提交的第62/979,817号美国临时专利申请的权益，且第62/979,817号美国临时专利申请的全部内容全文在此并入本文中。

技术领域

本文描述的各种实施例通常涉及光谱学领域，且更确切地说涉及用激光束照射样本并收集从样本散射回来的光的拉曼光谱样本探针的组件。

背景技术

拉曼光谱是一种分析方法，其中使用含有具有特定波长的激光光子的激光束照射样本，所述样本可以是固体、晶体、液体或气体形式，且激光光子的小部分在其从样本的分子散射时移位到不同波长。波长移位的量取决于样本分子的结构。因此，不同类型的样本分子将在来自样本的散射光中生成不同的光谱图案，可以对其进行分析以识别和量化样本的化学组成。然而，拉曼散射效应非常弱，因此波长移位的信号通常非常微弱。因此，从样本收集尽可能多的散射光是有利的。此外，样本可能是异质的，因此照射足够大的样本面积或体积是有利的，以使光谱分析结果表示整个样本。此外，样本可以在容器中或在可以使照射射束和/或散射光失真的屏障后面，因此校正此些失真是有利的。

发明内容

在一个方面中，根据本文中的教示，提供一种用于光谱探针的样本光学组合件，其中所述样本光学组合件包括：至少一个光学元件，其被定位成用于接收大体上准直的激发光束且将光线导向光学窗后方或透明容器内的样本，所述至少一个光学元件经定位且具有一个或多个表面，所述一个或多个表面成形为：投射光线穿过所述光学窗或透明容器以将光线聚焦到样本的表面或内部的一个或多个部分处的至少一个焦斑或至少一个焦线中；从样本收集所产生的散射光，且补偿由光学窗或透明容器形成的光学像差以减小所述至少一个焦斑或所述至少一个焦线的尺寸和/或锐化所述至少一个焦斑或所述至少一个焦线，其中，所收集的所产生的散射光由光谱分析系统使用以测量关于样本的所述一个或多个部分的光谱信息。

在至少一个实施例中，所述至少一个光学元件包括一个或多个非球面光学元件。

在至少一个实施例中，所述至少一个光学元件包括环面光学元件，其具有沿着第一轴线的第一构形和沿着第二轴线的第二构形，其中第一和第二轴线彼此垂直，且第一和第二构形不同。

在至少一个实施例中，所述至少一个光学元件包括：(a)一个或多个球面光学元件，和/或(b)一个或多个球面环面光学元件。

在至少一个实施例中，所述至少一个光学元件包括：具有焦斑位置的非球面聚焦器；以及具有至少一个球面的球面光学元件，所述至少一个球面在非球面聚焦器的焦斑位置上大体上居中，其中样本被放置在焦斑位置处或附近。

在至少一个实施例中，球面光学元件包括全球面光学元件或部分球面光学元件。

在至少一个实施例中，所述至少一个光学元件具有至少一个表面，其成形为形成多个焦斑、至少一个焦线或至少一个焦圆。

在另一方面中，根据本文中的教示，提供一种用于光谱探针的样本光学组合件，其中所述样本光学组合件包括：至少一个光学元件，其被定位成用于接收大体上准直的激发光束且将光线导向样本，所述至少一个光学元件经定位且具有一个或多个表面，所述一个或多个表面成形为：投射和聚焦光线以在样本的表面或内部的一个或多个部分处形成多个焦斑、离散焦斑的阵列、至少一个焦线或至少一个焦圆；以及从样本收集所产生的散射光，其中，所收集的所产生的散射光由光谱分析系统使用以测量关于样本的所述一个或多个部分的光谱信息。

在至少一个实施例中，所述至少一个光学元件具有至少一个表面，其为球面、非球面、柱面、非柱面、环面或轴锥面。

在至少一个实施例中，所述至少一个光学元件具有用于形成焦线的至少一个构形，所述焦线的长度小于、大体上等于或大于在透射到样本之前由所述至少一个光学元件接收的准直激发光束的直径。

在至少一个实施例中，所述至少一个光学元件包括至少一个光学元件，其包含至少一个透镜、至少一个反射镜或其组合，它们共同地提供多个光学表面区，所述光学表面区彼此平行地安置和操作以聚焦大体上准直的激发光束的单独区段，来同时形成安置于样本的表面或内部的所述一个或多个部分处的所述多个焦斑、多个焦线或多个焦圆。

在至少一个实施例中，所述至少一个光学元件包含小透镜阵列或反射镜表面阵列，它们共同地提供多个光学表面区，所述光学表面区彼此平行地安置和操作以当样本光学组合件接收大体上准直的激发光束时按包含线、栅格或适合于样本的其它横向分布的图案形成所述多个焦斑、多个焦线或多个焦圆。

在至少一个实施例中，所述多个光学表面区具有不同的焦距或放置在沿着大体上准直的激发光束的光轴的不同位置处以在以下位置处形成所述多个焦斑：(a)距探头不同距离处，和/或(b)样本内的不同深度处。

在至少一个实施例中，所述至少一个光学元件具有至少一个表面，其适于补偿由样本光学组合件和样本之间的光学窗或透明容器形成的光学像差，以减小所述多个焦斑、所述至少一个焦线或所述至少一个焦圆的尺寸和/或锐化所述多个焦斑、所述至少一个焦线或所述至少一个焦圆。

在至少一个实施例中，样本光学组合件集成到流槽中，所述流槽邻近于所述至少一个光学元件且包含流组合件，所述流组合件限定样本流经的样本通道和光学窗，所述光学窗安置在流槽的表面上且邻近于样本通道，用于接收所述至少一个焦斑、所述至少一个焦线或所述至少一个焦圆。

在至少一个实施例中，流组合件包括浅样本通道部分，且所述至少一个光学元件适于生成所述多个焦斑或所述至少一个焦线以大体上平行于或大体上垂直于样本流方向且与浅样本通道部分重合。

在至少一个实施例中，样本通道的深度小于样本的平均光学散射路径长度。

本申请的其它特征和优点将从以下结合附图的详细描述变得显而易见。然而，应理解，详细描述和特定实例虽然指示本申请的优选实施例，但仅以说明方式给出，因为所属领域的技术人员将从此详细描述显而易见本申请的精神和范围内的各种改变和修改。

附图说明

为了更好地理解本文描述的各种实施例，并且为了更清楚地展示这些各种实施例可以如何实施，将借助于实例参考附图，附图展示至少一个实例实施例，且现在描述附图。图式并不希望限制本文描述的教示的范围。

图1展示代表性光谱分析系统，其在此实例中为拉曼光谱分析系统，示出了主分析仪单元(含有激光器、光谱仪和电力供应器)、探针和控制计算机之间的关系。

图2是典型的探头和样本光学组合件配置的图示。

图3是展示随着更高的数值孔径(NA)(也称为更快会聚激发射束)增加的光学像差的图示。

图4是非球面透镜的实例实施例的图示，所述非球面透镜适于具有补偿由给定厚度的外部窗形成的光学像差的特定光学特性。

图5A是双元件样本光学组合件的实例实施例的侧视图，所述双元件样本光学组合件具有将准直激发射束聚焦到玻璃小瓶中的样本(右侧的圆形区)上的最佳形式双凸透镜(左侧)和校正可能由小瓶的圆柱形壁引起的像差的环面元件(玻璃瓶的左侧)。

图5B是从不同视角检视的图5A的同一双透镜样本光学组合件的另一视图。

图6A是双元件样本光学组合件的实例实施例，所述双元件样本光学组合件具有非球面透镜(用于聚焦)和充当用于与固体、液体或气体样本介接的窗的半球透镜。

图6B是具有球面元件(例如，全球透镜)的双元件样本光学组合件的另一实例实施例，所述球面元件具有穿过中心钻凿的充当用于流体(即，液体或气体)样本的管道的孔。

图7A是从左下方向右上方行进并遇到柱面透镜的模拟准直激发射束的示意透视图，所述柱面透镜沿着水平轴聚焦射束但不更改沿着竖直轴的射线轨迹，从而产生沿着竖直轴定向的焦线而非焦斑或焦斑。

图7B是图7A的同一样本光学组合件的俯视图。

图7C是示意图，其展示当(图7A的)柱面透镜相对于固体样本表面倾斜时，即使表面相对于透镜移动，焦线也可以正确地聚焦在表面上。

图8A是环面聚焦透镜的透视图，所述环面聚焦透镜沿水平轴完全聚焦入射的准直激发射束但沿竖直轴仅部分地聚焦激发射束，从而形成具有比图7A-7C的柱面透镜的实例实施例小的线性尺寸(在此情况下，竖直定向)的焦线。

图8B是两个柱面透镜的透视图，所述两个柱面透镜包含致使入射的准直激发射束竖直发散的第一发散透镜(例如，平凹透镜)和聚焦竖直发散的激发射束的射线以水平地形成线性尺寸(在此情况下，竖直定向)比图7A-7C的柱面透镜的实例实施例大的焦线的第二聚焦透镜(例如，平凸透镜)。

图8C和图8D是与图8B相同的样本光学组合件的俯视图和侧视图，其示出两个透镜中的每一个在传入的入射准直激发射束上的动作。

图8E展示准直激发射束穿过柱面透镜然后穿过球面聚焦透镜借此在样本上形成沿竖直轴定向的焦线的实例实施例。

图8F展示准直激发射束穿过轴锥面透镜然后穿过球面聚焦透镜借此在样本上形成焦圆的实例实施例。

图9A展示4x4栅格中的16个小透镜的小透镜阵列的实例实施例，其在样本焦平面(由正方形表示)上形成16个焦斑。

图9B展示2x2平面镜阵列的替代性实例实施例，其将准直激发射束的部分重定向穿过共同聚焦光学元件以在样本焦平面(由正方形表示)上形成四个焦斑。

图10是小透镜阵列的另一实例实施例的侧视图，其中每一小透镜具有不同焦距，从而致使焦斑出现在距透镜的不同距离处，因此出现在样本体积内的不同点处。

图11A和11B分别是用于流槽的样本光学组合件的实例实施例的透视且部分透明图示，其中样本光学组合件包含柱面聚焦透镜，所述柱面聚焦透镜将入射的准直激发射束聚焦穿过样本窗，从而形成与流槽的流体积内的窄区(即，浅样本通道)重合的焦线。

图11C是用于流槽的样本光学组合件的另一实例实施例的部分透明图示，其中样本光学组合件包含聚焦小透镜阵列，所述聚焦小透镜阵列将入射的准直激发射束聚焦穿过样本窗，从而形成与流槽的流体积内的窄区重合的多个焦斑。

本文中所描述的实例实施例的其它方面和特征将从以下结合附图的描述中显而易见。

具体实施方式

下文将描述根据本文中的教示的各种实施例以提供要求保护的主题的至少一个实施例的实例。本文描述的实施例不限制任何要求保护的主题。要求保护的主题不限于具有下文描述的任何一种装置、系统或方法的所有特征的装置、系统或方法，也不限于本文描述的多个或所有装置、系统或方法共有的特征。可能存在本文中所描述的不是任何要求保护的主题的实施例的装置、系统或方法。本文中所描述的任何未在本文档中要求保护的主题可能是另一保护性法律文书(例如，接续专利申请)的主题，且申请人、发明人或所有者不打算通过在本文档中公开而放弃任何此类主题、对其弃权或将其公开。

应了解，为了图示的简单清晰起见，在视为适当的情况下，可能在图中重复参考标号以指示相应或类似的元件。另外，阐述许多特定细节以提供对本文所描述的实施例的透彻理解。然而，所属领域的普通技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践本文中所描述的实施例。在其它情况下，未详细描述众所周知的方法、程序和组件以免使本文所描述的实施例模糊不清。此外，描述内容不应被视为限制本文中所描述的实施例的范围。

还应注意，如本文所用的术语“联接(coupled/coupling)”可以根据使用这些术语的上下文而具有若干不同的含义。举例来说，术语联接可以具有机械、光学或电学的内涵。举例来说，如本文所用，术语联接可指示两个元件或装置可彼此直接连接，或者通过一个或多个中间元件或装置经由电信号、电连接、机械元件、光学元件或光路径(取决于特定上下文)彼此连接。

应注意，本文所使用的术语“透明”可以表示例如(但不限于)容器或窗等对象，举例来说，可以透明到例如部分透明、半透明或完全透明等某一程度。

还应注意，如本文所用，措辞“和/或”旨在表示包含性“或”。也就是说，举例来说，例如“X和/或Y”等表述通常旨在表示X或Y或两者。作为另一实例，例如“X、Y和/或Z”等表述通常旨在表示X或Y或Z或其任何组合。

应注意，如本文所用的例如“大体上”、“约”和“大致”等程度术语是指被修饰术语的合理偏差量，使得最终结果不会明显改变。举例来说，这些程度术语还可被理解为包含被修饰术语偏差例如1％、2％、5％或10％，条件是这种偏差不否定其所修饰的术语的含义。

此外，本文中由端点进行的数值范围叙述包含含于所述范围内的所有数字和分数(例如，1到5包含1、1.5、2、2.75、3、3.90、4和5)。还应理解，所有数字及其分数经推测为由术语“约”修饰，这意味着如果最终结果没有明显改变，则所参考的数字的变化最多可达某一量，例如1％、2％、5％或10％。

在一个方面中，本发明教示提供拉曼“探针”的实施方案中的新颖概念，拉曼“探针”是与研究中的样本介接的拉曼分析仪系统(例如，光谱分析系统的一个实例)的光学和机械子系统。在许多拉曼分析仪系统(例如，图1中所示的拉曼系统100)中，探针102经由多个光纤线缆连接到主分析仪单元104：一个或多个“激发光纤”106，其用于将激光能量从分析仪单元104传输到探针102；以及一个或多个“收集光纤”108，其用于将由探针102从样本110收集的散射光信号传输回到分析仪单元104。

如图2所示，探针102进一步分为两大部分：“探头”102h和“样本光学件”102o。探头102h通常含有用于准直从激发光纤106提供的发散激光束并将此准直射束导向样本光学件102o的光学元件，在此实例中，样本光学件102o是激发准直器和折叠镜。激发射束然后被透射到产生散射光的样本的一部分，所述散射光然后被探头102h接收并被准直。探头102h内的其它光学元件包含用于接收和过滤从样本光学件102o传回的散射光的至少一个准直射束以移除非拉曼散射光的双色滤光器，以及接着将经滤波的散射返回光向下聚焦到收集光纤108中的收集聚焦器。光谱分析系统使用收集到的散射光来测量关于样本的部分的光谱信息。

在检测来自样本的反向散射光的大多数光谱分析系统中，离开探头102h的准直激发射束被样本光学组合件102o聚焦到称为“探针焦点”的小区上。此区并不是真正的点，而是激发光的源(通常是激发光纤106)的图像，因此其可以被称为“焦斑”。在实践中，此焦斑不是激发光源的完美再现，因为激发光源和焦斑之间的光学元件会引起各种光学像差，这些光学像差会相对于焦斑的理论上完美的尺寸和形状使焦斑模糊、失真和/或通常增大。举例来说，对于样本光学组合件102o，当前最先进的设计通常需要单个平凸或双凸透镜或蓝宝石球透镜。在这些情况下，透镜具有一个或多个表面，这些表面是球体的一部分，或者透镜是一个完整的球体。此些光学元件被所属领域的技术人员称为“球面光学件”，即使当光学元件不包括完整的球体时也是如此。使用标准光学制造技术制造球面光学表面相对容易，但它们通常不会使来自激发光源的光达到最佳聚焦(即，焦斑)。这部分地是由于任何具有球面构形的单个透镜都会受到“球面像差”的影响，这是一种失真效应，其中与理论上完美的“近轴”透镜所形成的光斑相比，光的焦斑是模糊和/或分散的。

随着球面光学元件的NA变得更高，这些像差变得更严重，如图3所示。在图3的顶部面板中，聚焦透镜150的焦距较长，NA较小，因此从左向右传播的平行射线能够聚焦到相对较小的焦斑152上(如顶部面板中放大的插图所示)。在图3的中间面板中，分别与聚焦透镜150的焦距和NA相比，聚焦透镜160具有更短的焦距和更大的NA。聚焦透镜160的球面和平坦表面不能很好地将入射的准直射束聚焦到单个光斑，因此得到的焦斑162大于第一面板中的焦斑152。在图3的第三面板中，分别与聚焦透镜150的焦距和NA相比，聚焦透镜170具有更短的焦距和相当大的NA，从而产生更差的聚焦和更宽的焦斑172。

因为大多数光学散射大体上是各向同性的，这意味着传入的光子从样本的所有方向均匀散射，而不管它们最初行进的方向如何，所以光谱探针的样本光学组合件具有尽可能大的NA是有利的。换句话说，样本光学组合件的NA越大，则光谱探针102将捕获的散射角的范围越大，因此测得的光谱信号将越强且定义越清晰。然而，如果使用具有大NA的球面光学件，则光学像差将降低测得的光谱信号的质量(其中质量是根据测得的信号的信号强度和/或信噪比评估的)，因为激发激光束的功率散布在较大的区域上，且从样本散射的大部分光即使由样本光学组合件102o收集，也会被不正确地聚焦并且将错过收集光纤108的芯体。

为了克服传统球面光学件的这种限制，发明人发现，可以在光谱探针的样本光学组合件中采用非球面单透镜。计算机控制的抛光机和先进的玻璃成型技术使非球面透镜比以前更便宜、更精确，因此非球面光学元件可以容易地集成到例如光谱探针等光学系统中。适当形状的非球面透镜可以从单色同轴光束(例如，激光激发射束)形成近乎完美的图像，并且样本光学组合件中的非球面光学元件使用低色散玻璃，色差在返回的收集射束中将最小化。一些非球面光学件可用于复合显微镜物镜中，充当拉曼显微镜系统的样本光学组合件，但对于非成像光谱，单透镜可能是更好的选择，因为它相比于复合多元件显微镜物镜而言更简单、更小、更便宜，并且透射更多的光子。

在一个方面中，根据本文中的教示，存在至少一个实施例，其中调适非球面光学件(即，修改其一个或多个光学表面的形状以具有特定光学特性)以补偿由样本容器、器皿或窗的透明区形成的光学像差，所述样本容器、器皿或窗是固持样本或为样本提供流路径并与光谱测量系统分开的样本设备的部分。在实验室环境中，液体或固体样本可位于小瓶、烧杯、比色皿或其它玻璃罩壳内，且术语容器意图涵盖所有这些情况。在工业环境中，样本液体可流经具有允许光学接达样本的平坦透明窗的金属管，或流经透明玻璃管。在所有这些情况下，来自样本光学组合件的会聚激发光束在样本处生成焦斑时会遇到额外的光学像差，因为器皿壁或窗充当整个系统的额外光学元件。即使是具有高质量、平行、光学平坦表面的窗也会在会聚或发散的光束中引起球面像差。然而，如果提前知道器皿壁或窗的光学特性，则可以设计和制造非球面透镜或反射镜，它们将校正预期的像差，并在样本的表面处或体积内提供改进的焦斑。此情境在图4中示出。在图4的顶部面板中，非球面透镜200已被优化(例如形状和/或表面)以接收具有在小角度范围内(通常在+/-0.2度到+/-1.0度内)相互平行的光线的大体上准直的激发光束并将光线导向非常锐利的焦斑202。因此，应理解，术语准直光束可以指完全准直光束或可能相对于完全准直光束具有小偏差的大体上准直的光束，且术语大体上准直的光束也可以指完全准直光束。在图4的中间面板中，在透镜200和样本焦斑之间已引入厚窗212，从而形成干扰锐聚焦并形成更大和更分散的焦斑214的球面像差。在图4的底部面板中，非球面透镜200'的表面的形状已经略微更改，且特定来说重新优化以考虑和移除来自窗212的球面像差，使得焦斑202的锐聚焦已经恢复。

在另一方面中，根据本文中的教示，还可以通过使用多个球面光学元件和/或球形环面光学元件来实现对样本容器的失真效应的补偿，这些光学元件共同地提供至少一个表面，该表面成形为补偿由光学窗或透明样本容器形成的光学像差，以减小样本的表面处或体积内的至少一个焦斑或至少一个焦线的尺寸和/或使其锐化。尽管多元件样本光学组合件比单个非球面光学元件更复杂，但球面光学件更容易制造，并且多元件样本光学组合件可用于针对不同情形进行调整，方式是通过更改样本光学组合件的光学元件之间的距离，以使样本的表面处或体积内的至少一个焦斑或至少一个焦线锐化。

借助于实例，图5A和5B展示用于光谱探针的多元件样本光学组合件250的两个视图，所述光谱探针适于测量具有不同壁厚的圆柱形玻璃小瓶252的液体含量。这些类型的小瓶的直径通常为约5mm到25mm，壁厚为约1mm到5mm，但在特殊情境下可能会以更小或更大的尺寸出现。多元件样本光学组合件250包括两个元件，(1)“最佳形式”双凸球面单透镜254，和(2)具有凸球面第一表面256a和凹柱面第二表面256b的环面透镜256，其具有与小瓶252的凸外圆柱表面252a大体上相同的曲率半径。这两个透镜254和256的直径将取决于来自探头(未图示)的准直激发射束的尺寸，但通常直径可为约5mm到约20mm，并且最佳形式透镜254可具有约10mm到约30mm的焦距。取决于小瓶252的壁的厚度，可以调整多元件样本光学组合件250的两个元件254和256之间的间隔以将焦斑放置在小瓶的内表面处。

在另一实例实施例中，小瓶252可以被含有液体样本的烧杯(未图示)代替，在这种情况下，可以增加环面透镜256的表面256b的曲率半径以与烧杯的外表面曲率半径匹配。

在又一实例实施例中，样本光学组合件250可适于经由试管(未图示)的半球形底部进行测量，可以通过将表面256b转换成具有与试管的底部外部的曲率半径大体上匹配的曲率半径的球面凹面来进一步调适其光学元件256。

在又一实例实施例中，样本光学组合件250可适于经由烧杯的平坦底部或比色皿的平坦侧部(均未示出)进行测量，可以通过将环面透镜256的表面256b转换为平坦表面以与烧杯底部或比色皿侧部的平坦外表面匹配来进一步调适其光学元件256。

在另一方面，根据本文中的教示，提供样本光学组合件的至少一个实施例，所述样本光学组合件包括非球面聚焦透镜和球面光学元件，其球面曲面在非球面透镜的焦斑上大体上居中，使得来自非球面透镜的会聚的光线在所有位置处垂直于表面进入球面元件。因此，球面元件不会引起像差，然后光线会聚焦在小焦斑上。样本被放置在这个小焦斑处，球面元件充当窗或管道，以防止样本泄漏到样本光学组合件中。应注意，球面元件是非聚焦球面元件，因为它不对光线执行任何聚焦动作。

现参看图6A，其中展示样本光学组合件300的实例实施例，所述样本光学组合件包括非球面聚焦透镜302和非聚焦球面光学元件304，其中球面光学元件304是具有平坦侧304a(即，平坦表面)的半球透镜，且样本110抵着半球透镜的平坦侧304a放置。应注意，样本110可以具有不同的形状，并且在图6A中出于说明性目的仅给出一个实例。焦斑306还位于半球透镜的平坦侧304a和样本110之间的界面处。有利地，此实施例提供用于在与光学元件304接触的样本110的表面处或非常接近的位置处实现焦斑近乎完美聚焦的构件，这导致与其它光学配置相比更强且更恒定的光谱信号，尤其是当样本110为不透明或混浊时。

现参看图6B，其中展示具有非球面聚焦透镜352和非聚焦球面光学元件354的多元件样本光学组合件350的替代性实例实施例。透镜352可以类似于透镜302。在这种情况下，球面光学元件354是一个完整的球体，具有穿过球体中心钻凿的窄管道或通道354c以将液体或气体样本传送通过焦斑356。此实施例的优点在于，携载液体或气体样本的软管或管件(未图示)可以直接联接到管道354c，避免了光学元件354和金属外壳之间容易发生泄漏的金属或环氧树脂基密封。在使用中，管道354c可以完全充满液体(特别是在高压力下)并且样本液体可以是不透明的，因此焦斑可以放置在样本的近侧表面处，所述近侧表面与管道354c的近侧内表面重合。球面光学元件304或354的典型尺寸可为半径约2mm到约20mm，而非球面聚焦透镜302或352的直径可为约5mm到约25mm，且焦距等于其直径。然而，在替代实施例中，所有这些尺寸可以小于或大于此处提供的实例范围。

在图6A和6B的两个实例实施例中，非球面透镜302和352不需要特别优化以抵消来自样本探针的平坦窗的像差(如针对图4所示的实施例所描述)，因为在焦斑306和356上同心的球面(即，来自球面光学元件304和354)将不会引起像差，因此将大大减少在这些实例实施例中原本可能出现的任何球面像差、色差或其它光学像差。此外，取决于特定测量情境的要求，球面元件304和354可由任何玻璃、晶体或其它透明材料制成，通常不需要调整光学设计来补偿不同材料的不同的光学折射率。

应注意，多元件样本光学组合件300和350的替代实施例可以使用非球面反射镜，例如(但不限于)离轴抛物面反射镜或椭圆反射镜，代替非球面透镜。此外，可以使用多个球面和/或非球面反射镜来代替单个非球面透镜，例如三反射镜去像散设计或Offner成像中继器。

在另一实施例中，根据本文中的教示，环面或柱面光学件可以与光谱探针一起使用，以使激发射束沿一条线而不是小光斑聚焦。这是有利的，因为沿延长线照射样本110提供了对不均匀样本的表面或内部的更全面或平均的评估，同时仍维持相当强的收集信号。虽然可以通过在根本没有聚焦光学件的情况下将准直射束直接发送到样本110来实现样本110的更大区的光谱感测，但如果样本110各向同性地散射入射光子，则只有一小部分入射光子将在小角度内反向散射，从而返回到探头102h的样本光学组合件102o和收集光纤108。

或者，根据本文中的教示，具有如图7A和图7B所示的柱面样本光学透镜402的样本光学组合件400可用于捕获显著更大的散射角406且因此递送更强的光谱信号以获得光谱分析系统的更高的测量准确性或更好的灵敏度，同时仍收集已经从样本110的更大的代表性区(例如焦线404)反向散射的光子。焦线404可以被认为是多个单独的焦斑，每一焦斑提供样本110的不同部分的测量。如果样本110正沿固定方向(未示出)移动或流动，则此照射几何结构特别有用，因为焦线404可以定向为大体上垂直于样本110的运动方向，使得其在收集光谱数据的同时有效地“扫过”移动的样本110的二维(2D)区域。透镜402的直径或宽度可以大于准直射束的直径，因此透镜402的直径通常可介于约2mm到约25mm之间，并且透镜402的焦距由样本相对于样本光学组合件400的预期位置确定。在透镜402的焦距需要小于其宽度或直径(即，提供大的NA)的情况下，对透镜402的一个或两个表面使用非柱面形状以维持良好的聚焦锐度并避免像差可能是有利的。非柱面表面也可以适于补偿由样本光学组合件和样本之间的样本容器(未图示)的光学窗或透明区形成的像差。应注意，虽然图式展示定向在竖直方向上的焦线，但是在特定实施例中，焦线可以定向在任何方向上。

现参看图7C，在样本光学组合件450的替代实施例中，样本光学组合件包含柱面样本光学透镜452，其在形状上可以类似于透镜402，但是相对于样本110的表面以倾斜角定向，使得焦线404到达样本110内的不同深度，并且焦线404的一个部分正确地聚焦在样本110的表面上，而样本110的其它部分失焦。举例来说，图7C中的三个矩形110a、110b和110c表示样本110的表面的三个不同位置。柱面透镜452形成焦线454。应注意，光线将通过焦线454的位置并继续向右，但是经过焦线454的光线的右侧在图7C中已被截断以获得更好的清晰度。如果样本110位于位置110a处，则焦线454将在位置454a处完美地聚焦在样本110上。或者，如果样本110位于位置110b处，则焦线454将在位置454b处完美地聚焦在样本110上。或者，如果样本110位于位置110c处，则焦线454将在位置454c处完美地聚焦在样本110上。中间样本位置(未图示)将各自具有完美地聚焦在样本表面上的焦线454的其自身相应的部分。如果样本110移动靠近或远离柱面透镜452，则焦线454的一些区将仍然对焦，因此将提供恒定的光谱信号。透镜452的可能尺寸和焦距将类似于如上文所提及的透镜402的尺寸和焦距。

在另一方面中，根据本文中的教示，在至少一个实施例中，可使用具有纯柱面或非柱面光学元件(即，具有与上文针对透镜452解释的类似尺寸的柱面或非柱面透镜或反射镜)的样本光学组合件，其将形成一条长度等于准直激发射束的直径的焦线，因为光学元件将致使准直射束沿第一轴线会聚，但不会沿第二轴线生成任何会聚或发散，其中第二轴线垂直于第一轴线。

在另一方面中，根据本文中的教示，在替代实施例中，提供具有环面光学元件502的样本光学组合件500，所述环面光学元件可以适于使焦线的长度大于或小于准直射束直径(见图8A)，使得光谱照射覆盖样本110的最适合所需测量类型的区504。这是因为环面光学元件502，由于其表面曲率沿第一轴线(例如，图8A中为水平)与沿第二轴线(例如，图8A中为竖直)不同，将沿第一轴线较强地会聚准直射束(使焦斑504水平地变窄)但沿第二轴线仅较弱地会聚准直射束(因此焦斑扩散成垂线)。环面光学元件的尺寸和焦距可以类似于例如样本光学组合件400和450等先前实施例所列举的尺寸和焦距。在替代实施例中，可以存在一个以上环面光学元件502，并且焦线可以定向在任何方向上，而不仅仅是如图中所示竖直地定向。此外，在替代实施例中，环面光学元件502可以具有一个或两个表面，其适于补偿由样本光学组合件和样本之间的样本容器(未图示)的光学窗或透明区形成的像差。

在另一方面中，根据本文中的教示，在替代实施例中，提供具有第一透镜552(其可以是发散柱面光学元件)和第二透镜556(其可以是会聚柱面光学元件)的样本光学组合件550，所述第一透镜和第二透镜一起沿第一轴线聚焦准直射束，同时沿第二轴线扩展射束(见图8B、8C和8D)，从而在样本110上形成长焦线554。光学元件552和556两者可以具有与上述柱面光学件相似的尺寸和焦距，但需要注意的是柱面透镜552将具有负焦距。图8B展示样本光学组合件550的透视图，其形成长度大于原始准直射束的直径的焦线554。图8C展示侧视图，其示出透镜552致使射束沿第二轴线发散，而透镜556不更改所述发散。图8D展示俯视图，其示出透镜556致使射束沿第一轴线会聚，而透镜552不更改准直射束沿所述第一轴线的路径。在另一实施例中，透镜552可以是会聚柱面透镜，其仅沿第二轴线部分地聚焦准直射束，从而形成类似于图8A中展示为线504的焦线的短焦线。在任一情况下，透镜552用以根据样本110上所需的照射图案的几何形状沿第二轴线会聚或发散准直射束。虽然这些实施例需要比图8A中针对样本光学组合件500所展示的单个环面透镜502更多的光学元件，但柱面光学元件比环面光学元件更容易制造，并且可以作为可以根据本文中的教示选择和布置的现成的透镜或反射镜获得，借此简化样本光学组合件550的制造工艺和/或降低其成本。对于此实施例的替代方案，焦线的定向可以是竖直的、水平的或任何其它定向。此外，在替代实施例中，光学元件552和556可以具有一个或多个表面，其适于例如使用非柱面透镜代替柱面透镜来补偿由样本光学组合件和样本之间的样本容器(未图示)的光学窗或透明区形成的像差。

在另一方面中，根据本文中的教示，柱面透镜或反射镜可与标准光学聚焦元件(例如，球面或非球面透镜，或聚焦反射镜)组合以在样本上形成焦线。举例来说，在图8E所示的一个实例实施例560中，柱面光学元件，比如会聚柱面透镜562和球面聚焦透镜564，被放置在准直射束的路径中以在样本110上产生焦线566。会聚柱面透镜562和球面聚焦透镜564的尺寸和焦距可类似于针对本文中所描述的先前实施例(例如样本光学组合件400和450)所描述的尺寸和焦距。在另一实施例中，柱面光学元件可以是发散柱面透镜，当与球面聚焦透镜564组合时，其将类似地在样本上产生焦线。对于此实施例的替代方案，焦线的定向可以是竖直的、水平的或任何其它定向。此外，在替代实施例中，光学元件562和564可以具有一个或多个表面，其适于补偿由样本光学组合件和样本之间的样本容器(未图示)的光学窗或透明区形成的像差。

在图8F中展示额外实例实施例570，将轴锥面透镜572与标准光学聚焦元件564组合。这种光学元件的组合将在圆形路径576中照射样本110。此路径描绘出圆的边缘，但不照射圆的内部区，并且可以被视为多个单独的焦斑，每一焦斑提供样本110的不同部分的测量。这种配置具有与图8E的实例实施例的焦线566类似的优点，因为照射覆盖了样本的扩展区，以便对样本的特性进行更具代表性的测量，但照射仍然大体上沿一个轴线(在此情况下，极坐标系的径向轴)聚焦以便实现来自样本的散射光的较好收集效率。此外，在替代实施例中，光学聚焦元件564可以具有一个或多个表面，其适于补偿由样本光学组合件和样本之间的样本容器(未图示)的光学窗或透明区形成的像差。

对于上文针对图8E和图8F所描述的配置，替代实施例可以颠倒两个光学元件的顺序，或者可以将两个光学元件合并成一个光学元件，例如在其第一表面上具有柱面或轴锥面构形并且在其第二表面上具有球面聚焦构形的单个光学元件。

在另一方面中，根据本文中的教示，可以通过在从探头102h发出的准直射束的路径内放置多个聚焦元件来获取样本110的更全面或空间平均的光谱评估。举例来说，在图9A所示的一个实例实施例中，样本光学组合件600包括小透镜的二维阵列602(通常称为“小透镜阵列”)，其有利地将准直激发射束共同聚焦到多个焦斑604a到604n中，并且小透镜阵列602中的每一小透镜还捕获和准直来自其相应焦斑的一些散射光，将多个平行的准直收集射束发送回到探头102h中以被过滤并聚焦到收集光纤108上。测得的光谱将是从每一焦斑604a到604n返回的散射光束的所有光谱的加权平均值，从而提供样本110整体的更具代表性的视图，而不仅仅是在单个位置处测量样本110。在替代实施例中，小透镜阵列可以是柱面透镜的一维(1D)或2D阵列，或曲面镜的2D阵列。此外，在替代实施例中，小透镜阵列602的个别小透镜的表面可适于补偿由样本光学组合件600和样本110之间的样本容器(未图示)的光学窗或透明区形成的像差。在不同的替代实施例中，可以通过调适小透镜阵列602的个别小透镜的表面，或添加额外的光学元件(未图示)，将所述多个焦斑改变为多个焦线或多个焦圆，其中这些修改可以以类似于图8E的光学元件562或图8F的光学元件572的方式作用于大体上准直射束的部分。

在替代实施例中，现参看图9B中展示的样本光学组合件620，1D或2D平面镜阵列624a到624d可以将传入的准直射束的多个射束部分重定向到一个或多个聚焦光学元件628，使得所述多个射束部分各自聚焦到样本110的表面上或内部的不同位置630a到630d处的不同焦斑。平面镜624a到624d可以是个别平面镜，其中每一反射镜的平面相对于邻近的反射镜略微倾斜，或者它们可以是单个单片光学元件的不同角度的面，或者这些方法的组合。也可以存在比样本光学组合件620的实例实施例中所示的更多或更少的反射镜面。此外，在替代实施例中，聚焦光学元件628可以具有一个或两个表面，其适于补偿由样本光学组合件和样本之间的样本容器(未图示)的光学窗或透明区形成的像差，以在位置630a到630d处形成更锐利的聚焦和/或更小尺寸的焦斑。替代地或另外，在至少一个替代实施例中，反射镜表面624a到624d可适于补偿由样本容器的光学窗或透明区形成的像差。图9A和9B的样本光学组合件600和620两者的个别小透镜或个别反射镜面的尺寸通常可以为1mm到5mm，但可以根据特定实施例的需要更小或更大。在替代实施例中，小透镜或个别反射镜面可以被成形、定位和/或成角度以形成最适合于被照射的样本部分的尺寸、形状或分布的焦斑的特定分布。在不同的替代实施例中，可以通过调适反射镜表面624a到624d的表面，或添加额外的光学元件(未图示)，将所述多个焦斑改变为多个焦线或多个焦圆，其中这些修改可以以类似于图8E的光学元件562或图8F的光学元件572的方式作用于大体上准直射束的部分。

在另一方面中，根据本文中的教示，图10中示出另一实例实施例，其示出样本光学组合件650，所述样本光学组合件包括聚焦光学元件的阵列652，所述聚焦光学元件可以具有不同的焦距，或者可以放置在沿着准直射束656的主光轴654的不同位置处，使得焦斑形成在以下位置：(a)距探头不同的距离处，和/或(b)样本(未图示)内的不同深度处(110p1到110pq，其中q为整数)。在不同实施例中，聚焦光学元件的阵列可以被布置成提供例如图9A和9B中的焦斑的2D阵列，或例如图10中的1D阵列。样本光学组合件650可用于获得大体上透明且化学不均匀的样本的光学测量值，使得来自样本的返回散射光可被光谱分析系统使用以评估来自样本内的许多不同深度的平均光谱特性。样本光学组合件650还可用于测量例如(但不限于)粉末、颗粒或珠粒等不规则固体样本的表面，例如，其中一些焦斑可以正确地聚焦在样本表面上，而其它焦斑失焦，但总体信号强度的变化将最小化，因为每一不良焦斑往往会被一个良好焦斑平衡。此外，在替代实施例中，阵列652的每一聚焦光学元件可以具有一个或两个表面，这些表面适于补偿由样本光学组合件650和样本之间的样本容器(未图示)的光学窗或透明区形成的像差。

应注意，本文中所描述的提供焦线或多个焦斑的样本光学组合件的各种配置通常不用作超光谱成像器，超光谱成像器是一种从仪器的视场中的多个空间位置收集同时独立光谱的装置。超光谱成像往往需要更复杂的光学元件来并行收集多个光谱。相比之下，本发明教示将来自样本表面处和/或样本内的多个位置的所有返回散射光组合，并将返回的散射光聚焦到单个收集光纤中，这导致收集单个组合光谱。

在另一方面中，根据本文中的教示，产生焦线的样本光学组合件配置和产生多个焦斑的样本光学组合件配置两者都可以有利地集成到或添加到流槽中，流槽是一种通常用于对流过光学焦斑的液体或浆料样本进行光谱测量的装置。这种集成通常采用样本光学组合件的壳体和流槽的壳体之间的机械联接或连接的形式，以便将焦斑或焦线定位在流通道的表面处或内部。利用单个焦斑的常规光谱流槽将所有激发功率集中到一个小焦斑上，如果光功率密度足够高，这可能会损坏或更改样本。此外，如果样本基质不均匀，这些常规流槽也易于进行非代表性取样，在这种情况下，颗粒或化学相异样本材料的其它区可以容易地通过流槽，而不会通过光谱探针的小焦斑。然而，根据本文中的教示，提供致使激发光束聚焦到延伸的焦线或多个单独的焦斑中的实施例，从而可以减轻与常规光谱流槽相关联的这两个非代表性取样问题。

此外，利用图7A到10的实施例，光学测量区分布在更宽的区域或多个区域上，输送流动的液体样本或其它样本类型的样本通道可以制作成非常浅(沿主光轴测量)，而不会过度阻碍或限制样本流。作为实例，常规流槽中的单个样本通道的直径可为约0.5mm(即，0.5mm宽和0.5mm深)，因此如果样本流体是粘性的，则容易被类似尺寸的颗粒堵塞或发生流收缩，而约0.5mm深和约5.0mm宽的较浅、较宽的通道将具有约10倍的横截面面积，从而允许更顺畅的流体流动。形成较浅的较宽测量通道的优点是激发光束将对大体上恒定的体积的样本液体进行取样，而不管样本液体的光学不透明度如何。相比之下，使用传统的光谱流槽，液体在聚焦激发光斑的位置处可能有几毫米“深”。如果样本液体相对透明，则问题不大，因为激发光束可以穿透样本液体的整个深度，且返回的散射光可以以很小的衰减返回到探针的收集光学件，因此收集到的光谱信号较强。然而，如果样本液体相对不透明或混浊，其光学散射距离(也称为“平均自由路径长度”或“平均光学散射路径长度”)类似于或小于样本通道的深度，则激发光束无法穿透到样本中那么远，且返回的散射光可能会被吸收或从它们的路径转向回到探针的收集光学件，从而减小被探测的有效样本体积，且光谱信号强度将相应地减小。这种光谱信号强度对传统光谱流槽中的样本不透明度的依赖性使光谱数据的定量解释变得非常复杂。

根据本文中的教示，当使用与样本的最小光学散射距离相比浅(深度)但宽(宽度)以允许更大的流体流量的样本通道时，光谱强度与使用更深的样本通道时相比可能会降低，因为正在测量的样本体积较小，但光谱强度将仅最低限度地依赖于样本不透明度，从而产生更恒定的测量结果。

现在参看图11A和11B，其中展示样本光学组合件700，其包含可以是柱面会聚聚焦透镜的第一透镜702，以及样本界面704，所述样本界面具有样本窗706，以及具有入口708a和出口708b的样本流通道708，以及包含流变窄部分710a和流扩张部分710b的流组合件710。样本(未图示)经由入口708a进入样本流通道708并经由出口708b离开。样本流动方向由箭头指示。在替代实施例中，入口708a和出口708b的位置可以颠倒。聚焦透镜702将准直的激发光束712沿第一轴线聚焦成会聚光束714到与样本流通道708相邻的样本窗706的表面处的单个焦线716。流组合件710和样本窗706之间的最窄间隙为样本液体流动提供了浅而宽的通道，而不会过度限制样本流速并且不会增加样本流通道708堵塞或阻塞的风险。样本窗可为约1mm到约5mm厚，并且样本流通道708的最窄区可为约0.1mm到约1.0mm宽。在替代实施例中，透镜702还可以具有一个或两个表面，所述表面适于补偿由会聚射束通过窗706而形成的像差。

在替代实施例中，提供样本光学组合件720，其包括如图11C所示的光学元件722。光学元件722与光学元件702的不同之处在于，光学元件722是小透镜阵列。样本光学组合件720利用光学元件722(例如，聚焦透镜的1D阵列)生成多个会聚光束714a到714c，然后会聚成相应的多个焦斑724a到724c，所述多个焦斑在沿着样本窗706的多个位置处同时照射样本(未图示)，以获得样本的更具代表性的光谱测量。光学元件722可以使用小透镜阵列、多个个别透镜元件或提供相同功能性的另一光学元件来实施。在其它实施例中，光学元件722可实施为具有更多或更少数目的小透镜以形成更多或更少数目的会聚光束。此外，在至少一个替代实施例中，小透镜阵列722的表面可以适于补偿由窗706形成的像差，以减小焦斑724a到724c的大小和/或锐化焦斑的聚焦。

应注意，在本文所描述的使用具有多个光学元件的小透镜阵列的各种实施例中，这些元件可以布置成当样本光学组合件接收准直激发光束时以包含线、栅格或适合于样本的其它横向分布的图案形成多个单独的焦斑。

在另一替代实施例中，可以修改样本光学组合件700或720，使得使用不同的光学元件或不同数目的元件代替单个柱面聚焦透镜702或小透镜阵列722，以生成激发光的不同尺寸的焦线或不同数目和/或布置的焦斑(例如在图8A、8B、8C、8D、9A或9B的样本光学组合件实施例中)。举例来说，此经修改的样本光学组合件可用于调整激发光716的焦线的长度或激发光724a-c的所述多个焦斑的间隔，以与流通道708内的单个宽浅通道的宽度匹配。

在样本光学组合件700或720的任一替代实施例中，样本流动孔隙的横截面(即，焦线716附近的样本流通道的部分)可以由于较大的焦线或更多的焦斑而显著变大，从而允许更大的样本流速且不太容易发生堵塞。

尽管本文中所描述的申请人的教示出于说明性目的而结合各种实施例，但并不希望将申请人的教示限于此些实施例，因为本文中所描述的实施例希望作为实例。相反，在不脱离本文中所描述的实施例的情况下，本文描述和说明的申请人的教示涵盖各种替代、修改和等效物，其整体范围在所附权利要求书中限定。

Claims (17)

1.一种用于光谱探针的样本光学组合件，其中所述样本光学组合件包括：

至少一个光学元件，其被定位成用于接收大体上准直的激发光束并将光线导向光学窗后方或透明容器内的样本，所述至少一个光学元件被定位并具有一个或多个表面，所述一个或多个表面成形为：

将所述光线投射穿过所述光学窗或透明容器以将所述光线聚焦到位于所述样本的表面或内部的一个或多个部分处的至少一个焦斑或至少一个焦线中；

从所述样本收集所产生的散射光，以及

补偿由所述光学窗或所述透明容器形成的光学像差以减小所述至少一个焦点或所述至少一个焦线的尺寸和/或使所述至少一个焦点或所述至少一个焦线锐化，

其中，所收集的所产生的散射光由光谱分析系统使用以测量关于所述样本的所述一个或多个部分的光谱信息。

2.根据权利要求1所述的样本光学组合件，其中所述至少一个光学元件包括一个或多个非球面光学元件。

3.根据权利要求1所述的样本光学组合件，其中所述至少一个光学元件包括环面光学元件，所述环面光学元件具有沿第一轴线的第一构形和沿第二轴线的第二构形，其中所述第一和第二轴线相互垂直，且所述第一和第二构形不同。

4.根据权利要求1所述的样本光学组合件，其中所述至少一个光学元件包括：(a)一个或多个球面光学元件，和/或(b)一个或多个球形环面光学元件。

5.根据权利要求1到2中任一项所述的样本光学组合件，其中所述至少一个光学元包件括：

具有焦点位置的非球面聚焦器；以及

具有至少一个球面的球面光学元件，所述球面在所述非球面聚焦器的所述焦点位置上大体上居中，

其中所述样本放置在所述焦点位置处或附近。

6.根据权利要求5所述的样本光学组合件，其中所述球面光学元件包括全球面光学元件或部分球面光学元件。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的样本光学组合件，其中所述至少一个光学元件具有至少一个表面，所述至少一个表面被成形为形成多个焦斑、至少一个焦线或至少一个焦圆。

8.一种用于光谱探针的样本光学组合件，其中所述样本光学组合件包括：

至少一个光学元件，其被定位成用于接收大体上准直的激发光束并将光线导向样本，所述至少一个光学元件被定位并具有一个或多个表面，所述一个或多个表面成形为：

投射和聚焦所述光线以在所述样本的表面或内部的一个或多个部分处形成多个焦斑、离散焦斑的阵列、至少一个焦线或至少一个焦圆；以及

从所述样本收集所产生的散射光，

其中，所收集的所产生的散射光由光谱分析系统使用以测量关于所述样本的所述一个或多个部分的光谱信息。

9.根据权利要求8所述的样本光学组合件，其中所述至少一个光学元件具有至少一个表面，所述至少一个表面为球面、非球面、柱面、非柱面、环面或轴锥面的。

10.根据权利要求8到9中任一项所述的样本光学组合件，其中所述至少一个光学元件具有用于形成所述焦线的至少一个构形，所述焦线的长度小于、大体上等于或大于在透射到所述样本之前由所述至少一个光学元件接收的准直激发光束的直径。

11.根据权利要求8到9中任一项所述的样本光学组合件，其中所述至少一个光学元件包括至少一个透镜、至少一个反射镜或其组合，它们共同地提供多个光学表面区，所述光学表面区彼此平行地安置和操作以聚焦所述大体上准直的激发光束的单独区段，来同时形成安置于所述样本的所述表面或所述内部的所述一个或多个部分处的所述多个焦斑、多个焦线或多个焦圆。

12.根据权利要求8到9中任一项所述的样本光学组合件，其中所述至少一个光学元件包括小透镜阵列或反射镜表面阵列，它们共同地提供多个光学表面区，所述光学表面区彼此平行地安置和操作以当所述样本光学组合件接收所述大体上准直的激发光束时按包含线、栅格或适合于所述样本的其它横向分布的图案形成所述多个焦斑、多个焦线或多个焦圆。

13.根据权利要求11到12中任一项所述的样本光学组合件，其中所述多个光学表面区具有不同的焦距或放置在沿着所述大体上准直的激发光束的光轴的不同位置处以在以下位置处形成所述多个焦斑：(a)距探头不同距离处，和/或(b)所述样本内的不同深度处。

14.根据权利要求8到13中任一项所述的样本光学组合件，其中所述至少一个光学元件具有至少一个表面，所述至少一个表面适于补偿由所述样本光学组合件和所述样本之间的光学窗或透明容器形成的光学像差，以减小所述多个焦斑、所述至少一个焦线或所述至少一个焦圆的尺寸和/或锐化所述多个焦斑、所述至少一个焦线或所述至少一个焦圆。

15.根据权利要求1到14中任一项所述的样本光学组合件，其中所述样本光学组合件集成到流槽中，所述流槽邻近于所述至少一个光学元件且包含流组合件，所述流组合件限定所述样本流经的样本通道和光学窗，所述光学窗安置在所述流槽的表面上且邻近于所述样本通道，用于接收所述至少一个焦斑、所述至少一个焦线或所述至少一个焦圆。

16.根据权利要求15所述的样本光学组合件，其中所述流组合件包括浅样本通道部分，且所述至少一个光学元件适于生成所述多个焦斑或所述至少一个焦线以大体上平行于或大体上垂直于样本流方向且与所述浅样本通道部分重合。

17.根据权利要求15到16中任一项所述的样本光学组合件，其中所述样本通道的深度小于所述样本的平均光学散射路径长度。

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