CN115128819A - 用于传输光的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于传输光的设备和方法。在一个具体实施中，设备包括准直器，所述准直器位于输入端处，所述准直器被定位成接收来自光纤光束源的输入光束并且产生准直的光束。所述设备还包括光束成形组，所述光束成形组具有一个或多个光学元件，并且被定位成从所述准直器接收所述准直的光束，并且将所述准直的光束格式化成成形传播光束，所述成形传播光束在远场中具有基本上矩形的横截面。所述设备还包括用于使用基本上矩形横截面的采样光束对样品进行光学探测的物镜台诸如流通池，其中来自所述样品的荧光被线传感器捕获，以用于检测所述样品的特性，诸如其中的化学反应。

Description

用于传输光的设备和方法

相关专利申请

本申请要求2021年3月25日提交的美国临时专利申请第63/200,754号和2021年10月29日提交的美国临时专利申请第63/273,778号的权益和优先权，所述临时专利申请的每个临时专利申请的内容全文以引用方式并入本文并用于所有目的。

背景

光格式化结构通常需要被定位在远离与其配对的显微镜物镜许多焦距的地方。当这些光格式化结构对光束施加导致发散的扰动时，光束可扩散到成对显微镜物镜的元件被过度填充的程度。显微镜物镜将接收到的光束剪接。这种剪接可降低格式化光束的均匀性，并且产生杂散光，杂散光可能成为整个成像系统中的噪声源或对整个成像系统造成损坏。

发明内容

通过提供用于传输光的设备和方法，可以克服现有技术的缺点，并且可以实现本公开中稍后描述的益处。下文描述了设备和方法的各种具体实施，并且这些设备和方法(包括和排除下文列举的附加具体实施)以任何组合(前提条件是这些组合不是不一致的)可克服这些缺点并实现本文所述的有益效果。

根据第一具体实施，设备包括或包含：准直器，该准直器位于输入端处，该准直器被定位成接收来自光纤光束源的输入光束并且产生基本上准直的光束；光束成形组，该光束成形组包括或包含一个或多个光学元件，并且被定位成从准直器接收基本上准直的光束，并且将基本上准直的光束格式化成成形传播光束，该成形传播光束在远场中包括或具有基本上矩形的横截面；以及聚焦物镜台，该聚焦物镜台包括或包含元件孔口和物镜光瞳，该元件孔口和物镜光瞳用于接收成形传播光束并且被定位成在聚焦物镜台的焦平面处或附近将成形传播光束转换为基本上矩形横截面的采样光束以用于对样品进行光学探测。

根据第二具体实施，对样品进行光学探测的方法包括或包含：从输入光束生成准直光束；使用光束成形组将准直光束格式化成成形传播光束，该成形传播光束在远场中包括或具有基本上矩形的横截面；将成形传播光束提供给光学中继台，该光学中继台在聚焦物镜台的物镜光瞳处产生成形传播光束；使用聚焦物镜台在聚焦物镜台的焦平面处将成形传播光束转换为基本上矩形横截面的采样光束；在焦平面的第一位置处探测样品；以及影响光学中继台的光学补偿，使得聚焦物镜台在焦平面的第二位置处将成形传播光束转换为基本上矩形横截面的采样光束，并且在第二位置处探测样品。

根据第三具体实施，方法包括或包含：在准直器处接收来自光纤光束源的输入光束；由准直器从输入光束产生基本上准直的光束；在包括或包含一个或多个光学元件的光束成形组处接收来自准直器的基本上准直的光束；由光束成形组将基本上准直的光束格式化成在远场中包括或具有基本上矩形的横截面的成形传播光束；以及在包括或包含物镜光瞳的聚焦物镜台处接收成形传播光束；在聚焦物镜台的焦平面处或附近将成形传播光束转换为基本上矩形横截面的采样光束；以及使用聚焦物镜台对样品进行光学探测。

进一步根据前述第一具体实施和/或第二具体实施，设备和/或方法还可包括以下的任一者或多者：

在一个具体实施中，设备还包括或包含：光学中继台，该光学中继台被定位在光束成形组与聚焦物镜台之间，以用于将来自光束成形组的成形传播光束成像到聚焦物镜台的物镜光瞳上或附近。

在另一具体实施中，光学中继台包括或包含输入透镜台和输出透镜台，输入透镜台被定位成接收来自光束成形组的成形传播光束，输出透镜台被定位成产生到达聚焦物镜台的物镜光瞳的成形传播光束。

在另一具体实施中，输入透镜台和输出透镜台形成聚焦元件对，该聚焦元件对在光学中继台内限定中间图像平面。

在另一具体实施中，光学中继台包括或具有在中间图像平面的光束影响元件。

在另一具体实施中，光束影响元件是光学掩模。

在另一具体实施中，光束影响元件是降斑(despeckling)元件。

在另一具体实施中，输入透镜台和输出透镜台中的至少一者的位置是可调节的。

在另一具体实施中，该设备还包括或包含被定位在光学中继台之前的Powell透镜。

在另一具体实施中，该设备还包括或包含被定位在光学中继台之前的Lineman透镜。

在另一具体实施中，光学中继台是无焦的。

在另一具体实施中，光学中继台是固定放大倍率中继器。

在另一具体实施中，光学中继台是可变放大倍率中继器。

在另一具体实施中，光束成形组是积分器。

在另一具体实施中，积分器是由串联定位的两个微透镜阵列形成的成像积分器。

在另一具体实施中，积分器是由串联定位的两个柱面微透镜阵列形成的成像积分器。

在另一具体实施中，积分器是由一个微透镜阵列形成的非成像积分器。

在另一具体实施中，积分器是由作为柱面透镜的微透镜形成的非成像积分器。

在另一具体实施中，微透镜各自包括或具有沿x方向和沿y方向的不同焦距。

在另一具体实施中，光束成形组包括或包含积分衍射特征。

在另一具体实施中，光束成形组包括或包含积分漫射器特征。

在另一具体实施中，积分器是由微透镜形成的成像积分器。微透镜是柱面透镜。

在另一具体实施中，柱面透镜被配置为在微透镜的一个轴向方向上施加发散而不是在微透镜的正交方向上施加发散。

在另一具体实施中，光束成形组包括或包含一个或多个衍射光学元件。

在另一具体实施中，光束成形组包括或包含折射光学元件、折射光学元件和衍射光学元件的组合或具有积分衍射或漫射特征的折射光学元件。

在另一具体实施中，光束成形组将准直光束转换为成形传播光束，该成形传播光束在远场中的矩形区域上包括或具有均匀照明，该矩形包括或具有8比1的比率。

在另一具体实施中，光束成形组将准直光束转换为成形传播光束，该成形传播光束在远场中的矩形区域上包括或具有均匀照明，该矩形包括或具有在大约10比1和大约20比1之间的比率。

在另一具体实施中，光束成形组将准直光束转换为成形传播光束，该成形传播光束在远场中的矩形区域上包括或具有均匀照明，该矩形包括或具有24比1的比率。

在另一具体实施中，光束成形组将准直光束转换为成形传播光束，该成形传播光束在远场中的矩形区域上包括或具有均匀照明，该矩形包括或具有基本上匹配时间延迟和积分(TDI)线传感器的轮廓的比率。

在另一具体实施中，设备还包括或包含光纤光束源。

在另一具体实施中，光纤光束源是用于生成输入光束的双输入光束源，该输入光束包括或具有在第一波长范围上的第一光束以及包括或具有在不同于第一波长范围的第二波长范围上的第二光束。

在另一具体实施中，光纤光束源包括或包含两个专用输入光纤，每个输入光纤对应于第一光束和第二光束中的一者。

在另一具体实施中，每个输入光纤在出口面处包括或具有基本上矩形的横截面。

在另一具体实施中，光纤光束源是光导管。

在另一具体实施中，该设备包括或包含光学补偿器，该光学补偿器被定位成接收成形传播光束，并且包括或具有两个补偿位置：第一补偿位置，该第一补偿位置使得聚焦物镜台产生基本上矩形横截面的采样光束以探测样品的上表面；第二补偿位置，该第二补偿位置使得聚焦物镜台产生基本上矩形横截面的采样光束以探测样品的底表面。

在另一具体实施中，光学补偿器在第一补偿位置与第二补偿位置之间是机电可控的。

在另一具体实施中，光学补偿器在第一补偿位置和第二补偿位置之间是电可控的。

在另一具体实施中，光学补偿器能够插入光束成形组和聚焦物镜台之间。

在另一具体实施中，设备包括或包含被定位在光束成形组和聚焦物镜台之间的光学中继台。光学中继台包括或包含输入透镜台和输出透镜台，输入透镜台被定位成接收来自光束成形组的成形传播光束，输出透镜台被定位成产生到达聚焦物镜台的物镜光瞳的成形传播光束。光学补偿器被定位在光学中继台内。

在另一具体实施中，光学补偿器是电可控以从第一光学状态切换到第二光学状态以影响光学补偿的光学元件。

在另一具体实施中，设备包括或包含被定位在光束成形组和聚焦物镜台之间的光学中继台。光学中继台包括或包含输入透镜台和输出透镜台，输入透镜台被定位成接收来自光束成形组的成形传播光束，输出透镜台被定位成产生到达聚焦物镜台的物镜光瞳的成形传播光束。光学补偿器被定位在光学中继台之前。

在另一具体实施中，设备包括或包含被定位在光束成形组和聚焦物镜台之间的光学中继台。光学中继台包括或包含输入透镜台和输出透镜台，输入透镜台被定位成接收来自光束成形组的成形传播光束，输出透镜台被定位成产生到达聚焦物镜台的物镜光瞳的成形传播光束。光学补偿器被定位在光学中继台之后。

在另一具体实施中，该设备包括或包含光学补偿器；以及定位器，该定位器联接到光学补偿器以可控地：(i)将光学补偿器插入光束路径中，以用于接收成形传播光束并用于影响成形传播光束路径，以探测样品的上表面或下表面中的一者；以及(ii)从光束路径移除光学补偿器，以用于影响成形传播光束路径，以探测样品的下表面或上表面中的另一者。

在另一具体实施中，光学补偿器是折射材料的平面平行板。

在另一具体实施中，光学补偿器是透镜。

在另一具体实施中，光学补偿器被插入在光束路径中的光学中继台之前。

在另一具体实施中，光学补偿器被插入在光束路径中的光学中继台内。

在另一具体实施中，光学补偿器被插入在光束中的光学中继台之后。

在另一具体实施中，设备包括或包含被定位在光束成形组和聚焦物镜台之间的光学中继台。光学中继台包括输入透镜台和输出透镜台，输入透镜台被定位成接收来自光束成形组的成形传播光束，输出透镜台被定位成产生到达聚焦物镜台的物镜光瞳的成形传播光束。输入透镜台能够在第一位置和第二位置之间移动，第一位置使得聚焦物镜台产生基本上矩形横截面的采样光束以探测样品的上表面，第二位置使得聚焦物镜台产生基本上矩形横截面的采样光束以探测样品的底表面。

在另一具体实施中，该设备包括或包含被定位在光束成形组和聚焦物镜台之间的光学中继台，该光学中继台包括被定位成接收来自光束成形组的成形传播光束的输入透镜台和被定位成向聚焦物镜台的物镜光瞳产生成形传播光束的输出透镜台，其中输出透镜台能够在第一位置和第二位置之间移动，第一位置使得聚焦物镜台产生基本上矩形横截面的采样光束以探测样品的上表面，第二位置使得聚焦物镜台产生基本上矩形横截面的采样光束以探测样品的底表面。

在另一具体实施中，设备包括或包含光纤光束源。该设备包括或具有准直器和光纤光束源之间的第一间隔距离以产生用于探测样品的上表面的基本上矩形横截面的采样光束，并且包括或具有准直器和光纤光束源之间的第二间隔距离以产生用于探测样品的底表面的基本上矩形横截面的采样光束。

在另一具体实施中，影响光学中继台的光学补偿包括或包含调节光学中继台内的影响元件的位置或光学特性。

在另一具体实施中，光束成形组包括两个微透镜阵列。

在另一具体实施中，光束成形组包括衍射光学元件。

在另一具体实施中，光束成形组包括或包含折射光学元件、折射光学元件和衍射光学元件的组合或具有积分衍射特征的折射光学元件。

在另一具体实施中，光束成形组将准直光束转换为成形传播光束，该成形传播光束在远场中的矩形区域上包括或具有均匀照明，该矩形包括或具有8比1的比率。

在另一具体实施中，光束成形组将准直光束转换为成形传播光束，该成形传播光束在远场中的矩形区域上包括或具有均匀照明，该矩形包括或具有在大约10比1和大约20比1之间的比率。

在另一具体实施中，光束成形组将准直光束转换为成形传播光束，该成形传播光束在远场中的矩形区域上包括或具有均匀照明，该矩形包括或具有24比1的比率。

在另一具体实施中，生成输入光束包括或包含生成这样的输入光束，该输入光束包括或具有在第一波长范围上的第一光束以及包括或具有在不同于第一波长范围的第二波长范围上的第二光束。

在另一具体实施中，生成输入光束包括或包含使用双输入光束源生成输入光束。

在另一具体实施中，光纤光束源包括或包含两个专用输入光纤，每个输入光纤对应于第一光束和第二光束中的一者。

在另一具体实施中，两个专用输入光纤的输出端以固定间距并且围绕光纤芯和准直器轴线旋转地呈现给准直器。

在另一具体实施中，影响光学中继台的光学补偿包括或包含调节光学中继台内的影响元件的位置或光学特性。

在另一具体实施中，光束成形组包括或包含两个微透镜阵列。

在另一具体实施中，光束成形组包括或包含衍射光学元件。

在另一具体实施中，光束成形组包括或包含折射光学元件、折射光学元件和衍射光学元件的组合或具有积分衍射特征的折射光学元件。

在另一具体实施中，光束成形组将准直光束转换为成形传播光束，该成形传播光束在远场中的矩形区域上包括或具有均匀照明，该矩形包括或具有8比1的比率。

在另一具体实施中，光束成形组将准直光束转换为成形传播光束，该成形传播光束在远场中的矩形区域上包括或具有均匀照明，该矩形具有10比1的比率。

在另一具体实施中，光束成形组将准直光束转换为成形传播光束，该成形传播光束在远场中的矩形区域上包括或具有均匀照明，该矩形包括或具有24比1的比率。

在另一具体实施中，光束成形组将准直光束转换为成形传播光束，该成形传播光束在远场中的矩形区域上具有均匀照明，该矩形具有在大约10比1和大约20比1之间的比率。

在另一具体实施中，光束成形组将准直光束转换为成形传播光束，该成形传播光束在远场中的矩形区域上具有均匀照明，该矩形具有大约1的比率。

在另一具体实施中，该方法包括生成输入光束，该输入光束具有在第一波长范围上的第一光束以及具有在不同于第一波长范围的第二波长范围上的第二光束。

在另一具体实施中，该方法包括使用双输入光束源生成输入光束。

应当理解，前述概念和下文更详细讨论的附加概念(假设此类概念不相互矛盾)的所有组合都被设想为是本文所公开的主题的一部分并且/或者可以被组合以实现特定方面的特定有益效果。具体地讲，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合都被设想为是本文所公开的主题的一部分。

附图说明

图1示出了根据本公开的教导内容的光学成像器设备的具体实施的示意图，其示出了光束成形组和准直器。

图2示出了根据本公开的教导内容的光学成像器设备的另一具体实施的示意图，其示出了光束成形组、准直器和光学中继台。

图3示出了根据本公开的教导内容的光学成像器设备的另一具体实施的示意图，其示出了光束成形组、准直器和具有内部光束成形元件的光学中继台。

图4示出了根据本公开的教导内容的示出用于光学成像器设备的具体实施的光学部件的示意图。

图5示出了根据本公开的教导内容的示出用于光学成像器设备的另一个具体实施的光学部件的示意图。

图6示出了根据本公开的教导内容的光束成形组的具体实施的示意图。

图7是根据本公开的教导内容的由光束成形组生成的基本上矩形横截面的光束轮廓的照明轮廓图像的图。

图8示出了根据本公开的教导的输入光束源的具体实施。

图9示出了根据本公开的教导的组合的光纤束出口面的具体实施的横截面。

图10示出了根据本公开的教导的组合光纤束的入口面的具体实施的横截面。

图11示出了根据本公开的教导的样品中基本上矩形的束对的强度分布的横截面。

图12示出了根据本公开的教导的光学成像器设备的另一具体实施的光学组件。

图13示出了根据本公开的教导的光学成像器设备的另一具体实施的光学组件。

图14示出了根据本公开的教导的具有光学补偿器的光学成像器设备的具体实施。

图15示出了根据本公开的教导的样品的上部区域中的基本上矩形横截面束的强度分布，以瓦每平方毫米示出。

图16示出了根据本公开的教导的样品的底部区域中的基本上矩形横截面束的强度曲线，所述底部区域以瓦每平方毫米示出。

图17a和17b分别示出了根据本公开的教导的具有两个不同位置的补偿器的光学成像器设备。

图18a和18b分别示出了根据本公开的教导的具有在不同位置处的中继输出透镜组的光学成像器设备。

图19a和19b分别示出了根据本公开的教导的具有在不同位置处的中继输入透镜组的光学成像器设备的光学成像器设备。

图20示出了根据本公开的教导的具有用于具体实施的二向色配置的光学成像器设备的示意图。

图21示出了根据本公开的教导内容的系统的具体实施的示意图。

图22示出了可以由设备(特别是光学成像仪)实施以分析一个或多个感兴趣样品的示例过程的流程图。

具体实施方式

虽然以下文本公开了对制造的方法、设备和/或制品的具体实施的详细描述，但应当理解，产权的合法范围由在本专利的末尾阐述的权利要求的文字来限定。因此，以下详细描述应理解为仅是示例，并且不描述每种可能的具体实施，因为描述每种可能的具体实施即使不是不可能的也是不切实际的。可使用当前技术或在本专利的提交日期之后开发的技术来实现许多另选具体实施。据设想，此类另选具体实施仍将落入权利要求的范围内。

本公开的至少一个方面涉及一种设备，特别是光学成像器，其与可用于对一个或多个感兴趣样品执行分析的系统一起使用。样品可包括已线性化形成单链DNA(sstDNA)的一个或多个DNA簇。在各种实例中，设备被设计成从光束源接收输入光束，并且将输入光束覆盖为用于探测样品的基本上矩形的横截面采样束。以此方式，设备能够使用样品中的均匀照明来探测样品，所述照明考虑了流动池应用中使用的各种类型的光检测器的形状，如时间延迟和积分(TDI)线扫描仪。TDI线扫描仪可以具有在约10至1与约20至1之间的纵横比的占地面积。TDI线扫描仪可替代地具有纵横比为约1、约4到3和/或约16到9的占地面积。然而，其他厚度可证明是合适的。TDI线扫描仪可以使用柱面透镜阵列和/或球形透镜阵列。另外，激发照明的功率密度可以在待照明区域上进行更均匀。这种布置可以有利地减少对感兴趣样品的光漂白或其它光损伤、用于执行化学反应的一种或多种试剂和/或用于支持感兴趣样品的基底。另外，这种布置可以有利地允许此类光学系统以增加的速度操作，因为基本上更均匀的激发照明可能导致激发照明区域的边缘。虽然本文描述了实例以生成大体上矩形横截面采样束，但是本技术可以用于形成远场中的任何数量的细长横截面几何形状，包括椭圆形、平行四边形等。

图1-3示出了本文技术的实例实施方案的各种示意图。图1示出了根据实例的光学成像器设备100，其包含准直器台102，所述准直器台被定位成接收由输入光束源106产生的输入光束104。可以实施为由透镜或透镜分组形成的光学准直器的准直器阶段102从输入光束104生成基本上准直的传播束108。

设备100还包括光束成形组110，所述束成形组包括一个或多个光学元件，并且被定位成从准直器阶段102接收准直光束108。在各种实例中，光束成形组110被设计成将准直光束形成为在远场中具有基本上矩形横截面的成形传播光束112，以允许使用均匀强度束轮廓116探测样品114，所述均匀强度束分布与用于流动池应用的线扫描传感器的轮廓重合。为了将成形传播光束聚焦到样品上，在束成形组110与样品114之间提供聚焦物镜台118。

虽然未示出，但是聚焦物镜台118具有物镜，并且被定位成接收成形传播光束112，使得物镜在一些实例中不会过度填充，在一些实例中，所述物镜不会被物镜或物镜118内的其它孔口剪切。在各种实例中，物镜另外被均匀地照射。聚焦物镜台118在聚焦物镜台的焦平面处将光束112变换成基本上矩形的横截面采样束120，并且具有基本上矩形的光束轮廓，如轮廓116。

图2示出了具有与设备100相似的元件的另一示例光学成像器设备200。设备200包括准直器级202，其被定位成接收由输入光束源206产生的输入光束204。类似于准直器阶段102，准直器台202从输入光束204生成基本上准直的传播束208。

还提供了一种光束成形组210，其用于从准直器阶段202接收准直光束208，并且用于将准直光束格式化成具有远场中基本上矩形横截面的成形传播光束212，以允许使用均匀强度束轮廓216探测样品214，所述均匀强度束分布与用于流动池应用的线扫描传感器的轮廓重合。还提供了聚焦物镜台218，但是与设备100不同，设备200包括定位在束成形组210与聚焦物镜台218之间的光学中继台222。光学继电器台220用于将成形传播光束中继到聚焦物镜台或其中的近侧平面的瞳孔上，其中在本文中的各种实例中，光学中继台由定位成从光束成形组210接收传播束的输入透镜台形成，并且输出透镜台被定位成在物镜瞳孔上或附近产生或提供成形传播光束。光学继电器阶段可以是奥地形的，在这种情况下，无穷大的对象将聚焦在物镜的焦平面处。光学继电器阶段可以任选地不是非常焦的，在这种情况下，无穷大的对象将在目标的焦平面处聚焦。在图2的具体实施中，光束成形组210在光学中继级外部。在一些实例中，光束成形组可以部分地或完全地在光学中继阶段内。

图3示出了具有类似于图2的元件的元件并且带有类似的附图标记的示例光学成像器设备300，但是其中除了光束成形组310之前，在光学继电器阶段322之前，存在位于光学中继级322内，例如，在输入透镜台与其输出透镜阶段之间的束成形元件324。在一些实例中，不同于组310的第二光束成形组可以定位在光学中继级320内。

为了在远场中生成具有基本矩形横截面的成形传播光束，可以部署各种类型的束成形组。图4和5示出了光学图像设备的两个示例配置，每个配置具有由积分器形成的束成形组。在一些实例中，包括图4和5中所示的那些，积分器是成像积分器，其由串联定位的圆柱形微透镜的两个阵列形成。然而，在其它实施方案中，微透镜可以不是圆柱形的。在其它实例中，积分器是由一个圆柱形微透镜阵列形成的非成像积分器。在又其它实例中，光束成形组可以是一个或多个衍射光学元件或一个或多个折射光学元件。在又其它实例中，光束成形组可以是折射光学元件和衍射光学元件的组合，或具有积分衍射特征的折射光学元件(如具有整体漫射器)。在一些实例中，光束成形组被配置成从具有基本上矩形形状的束源接收输入光束，例如来自一个或多个矩形出口面光纤(如图8-10所示)。光纤的出口面可以具有正方形横截面、圆形横截面或另一横截面。如果光纤的出口面具有正方形横截面，则在一些实施方案中，可以省略束成形组310。如果光纤的出口面具有圆形横截面，则光束成形组310可以包含在一些实施方案中。

图4示出了具有输入光束源的光学成像器设备400，所述输入光束源呈输入光束源402的形式产生来自其出口面的扩展束输出。本文的光束源可以是刚性光纤、光管或其它基于模式限制的激光束源。输入光纤光束源402的输入可以是激光、发光二极管或其它照明激发源。准直器406被定位成接收输入光束，所述输入光束定位成在其出口处产生大致准直的光束。

与准直器406相邻的是光束成形组408，其在该实例中是双元素成像积分器，其将准直输入光束格式化成在远场中具有基本上矩形横截面的成形传播光束，如图7所示，其中使用成像积分器来转换包括在实验室中记录的具有4:1纵横比的芯的光纤的输出束(具有12:1纵横比)。束成形组408将成形传播光束馈送到聚焦物镜台412以探测样品414。

图6示出了光束成形组408的示例配置的示意图。准直光束被接收到望远镜，所述望远镜包括输入透镜452和输出透镜454以及将时间依赖性变化引入散斑图案的旋转漫射器450。邻近望远镜，成像积分器455由两个圆柱形微透镜阵列456(LA)形成₁(和458(LA₂)，在使用聚焦物镜462(FL)聚焦时，在远场平面FFP 460处产生基本上矩形的横截面束，所述远场平面对应于聚焦物镜的焦平面。在所示实例中，微透镜位于相应微透镜阵列456和458的相对侧上。在任何情况下，在一些实例中，光束成形组408仅由两个圆柱形微透镜阵列456和458形成。

图7示出了通过定位在远场平面FFP处的传感器测量的基本上矩形横截面束的强度曲线，以及随所述光束轮廓的横向距离变化的强度的曲线。虽然未示出，但在一些实例中，光束成形组408可以是由单个单侧圆柱形微透镜阵列形成的非成像积分器。

图4示出了由准直器、束成形组和仅聚焦物镜阶段形成的光学成像仪，其类似于设备100的配置，图5示出了具有光学中继级作为设备200的示例配置的光学成像器设备500。光纤光束源502将输入信号馈送到准直器506，其中光束成形组508邻近准直器506定位以从入射准直光束生成成形传播光束。在所示实例中，光束成形组508是由两个圆柱形微透镜阵列形成的成像积分器，类似于图4中的束成形组408。也就是说，在一些实例中，光束成形组408可以仅由两个圆柱形微透镜阵列456和458形成。光学继电器台510由两个透镜组512、514形成。输入透镜台512接收成形传播光束并在中间图像平面516处生成输入平面(即，光纤输出刻面)的中间图像。输出透镜台514生成来自光学中继台510的输出，并且提供输出到聚焦物镜台518，用于探测样品522。光学继电器阶段510对于可能具有制造公差的变化和/或可与不同组件或布置配对的生产设备可以是有利的。也就是说，光束成形组508可以以预定距离设计或配置为特定的成形传播光束，并且如果聚焦物镜台518的物镜瞳孔不在该特定距离处，则光学中继台510可以用于将成形传播光束中继到聚焦物镜平台518的物镜瞳孔的实际位置。除此之外或代替前述内容，光学继电器台510可以进一步变换特定的成形传播光束，使得光束成形组布置可以通过修改光学继电器台510如何进一步变换特定传播束来与不同的检测传感器一起使用。

光束成形组508以及本文的各种其它实例被设计成在正交方向上形成入射准直光束以在远场处具有不同尺寸。一些束成形组可以包括圆柱形微透镜阵列。其它光束成形组可以包括由柱面透镜构成的非晶继电器。结果是远场处的光束轮廓被定位(以及图5配置的光学继电器的中间平面处的束轮廓)。在一个平面中具有占地面积(例如，XZ平面)和另一正交平面(例如，YZ平面)中的不同占地面积。可以选择微透镜的间距、焦距和形状以进一步控制焦平面处的光束轮廓，如可以在光学器件的相对侧上的微透镜的位置。

在各种实例中，影响光束的元件(例如光学掩模或解剖元件)可以定位在中间平面上，以在远场处在基本上矩形的横截面束上建立更大的照明均匀性。作为掩模，影响光束的元件可用于确保照明图案基本上与成像仪的视野匹配，使得样品的区域仅在成像时被照射。作为散斑元件，可以使用旋转漫射器盘或低发散束成形元件并在一个方向上移动以影响光束。在各种实例中，影响光束的元件可以放置在光学中继台510内的其它地方。

在各种实例中，光束源是光束源，并且更具体地是两个输入光束源，其生成具有在第一波长范围内的第一光束的输入光束和在不同于第一波长范围的第二波长范围内的第二波束。

图8示出了根据实例配置的实例光纤光束源600。通过使两个输入光纤602和604一起形成分叉光纤束来形成束源600。在实例中，输入光纤602、604中的任一个或两个可以在用于流动池探测应用的任何合适波长下接收输入光束，例如455nm、488nm、532nm、660nm、780nm或790nm。在各种具体实施中，输入光束可以在任何波长范围内来自200-2500nm。图10中示出了每个光纤602、604的入口面610的端视图，其指示对于该实例，入口面基本上是矩形的。提供Y-组合器606以将光纤彼此叠加并且形成具有由两个基本上矩形的面612形成的出口表面轮廓的双输入光束源608，如图9所示。如上所述，在一些实例中，输入光束由基本上矩形的光纤面生成，尽管这不是这种情况。此外，光纤面的纵横比将不一定与样品待探测的远场处的所需相同。任何方式，光束成形组被配置成产生基本上矩形的光束。为了说明远场照明的均匀性，在图11中示出了由两个输入光束光纤形成的生成的样品束的实例Zemax图像，其示出了跨整个轮廓的一致照明。所述技术可以用其它光纤配置和/或其它光纤横截面轮廓来实施。例如，在其它具体实施中，可以使用多于两个光纤，并且可以在其他位置中与关于中心线的对称相比。例如，可以使用hex包装上的3×1、6×1、2×2或3个光纤。

图12和图13示出了具有由除微透镜阵列之外的光学分组构成的光束成形组的其它示例光学图像设备配置。图12示出了耦合到输入光纤光束源702的设备700的来自两个视角的视图(俯视图在XZ平面视图上向下观察，并且仰视图在YZ平面视图中向下观察)。准直器组704将准直光束馈送到光束成形组706。光束成形组可以由柱面透镜形成。如不同视图中所示，不同平面、XZ平面和YZ平面中的传播曲线反映了成形传播光束的不同纵横比，其中在该实例中，传播束的成形受到柱面透镜的影响。在XZ(上)视图中，柱面透镜708和710没有电力，并且准直光穿过轴向平面中的尺寸没有变化。在YZ(下)视图中，柱面透镜708和710在710与沿Y之前的准直光束大小不同之后具有沿Y的电力和准直光束尺寸。706的存在导致702在712处的图像的无定形放大。

图13示出了光学成像器设备800，其使用类似类型的光束成形组806到组706，其中设备800包括在组806和聚焦物镜台814和远场定位样品812之间的光学中继级816，其中光学中继台816可以与图5的方式类似的方式形成(例如，光学中继台510)。

通常，与本技术一起，在具有给定设计发散角的光束成形组通过单元-共轭光学继电器阶段成像或靠近物镜的情况下，物镜瞳孔处的发散角将等于光束成形组的发散角。在实例中，可以选择光学中继级的放大倍率以将光束成形组的发散角变换为物镜瞳孔中的不同发散角。这允许将现成的束成形组发散到目标值。例如，Edmund储备液#86-844的标称发散度是±3.2°.当a±3.2°风扇被引导到聚焦物镜(例如，显微镜物镜)中，其具有10mm的有效焦距(EFL)，在物镜的焦点处形成线。线的长度可以通过2(10mm)Tan[3.2°]或大约1.1mm计算。如果目标线长度为1.2mm，则这样的非搁板部件将光束形成为比期望1.2mm短100μm的线。然而，如果光学中继器级的放大倍率被选择为1/1.1，则物镜处的角度将为大约3.5°。线的长度可以通过2(10)计算。mm Tan[3.5°]或近似1.2mm。因此，继电器已经将现成束成形组的输出转换为已经适于满足不同要求的输出。

虽然固定放大倍率光学中继台可以用于将标称的现成风扇转换为标称替代风扇，但是束成形组的变化仍将导致线长的变化，即远场处的基本上矩形的横截面采样束。物镜焦距的变化也将导致线路长度变化。因此，在另一实例中，光学中继台可以包含透镜台，所述焦距可以通过沿着所述轴线移动所述载物台的所述透镜组件中的一个或多个而连续变化，其中所述缩放透镜的所述焦点中的一个保持在固定平面中。在此类可调节的光学中继器阶段中，可以维持与关心的关节或偏差，同时调谐继电器的放大倍率。当这样的光学继电器阶段用于将现成风扇转换为替代风扇时，可以调谐缩放透镜的焦距以补偿光束成形装置的变化。

在各种实例中，本文的技术包括光学成像仪设备和用于在样品内的两个不同距离处格式化光的方法。也就是说，在各种具体实施中，提供了一种设备，其可以产生用于探测样品的光束，其中光束的特征在于在样品内的不同深度处具有基本上矩形的横截面束轮廓，这允许在整个样品中更准确地探测探针。

图14示出了光学成像器设备800，其具有产生输入光束804的输入光束源802、产生基本上准直的输入光束808的准直器阶段807和产生成形传播光束811的光束成形组810。设备800还包括光学中继台814，所述光学中继级将成形传播光束提供给聚焦物镜台816以用于探测样品818。光学图像设备800还包括光学补偿器820，所述光学补偿器可以定位在设备800中以控制物镜816的采样焦平面。在所示的具体实施中，光学补偿器820可以可控地设置在三个不同位置之一：在光学继电器阶段814之前，如OC 820a所示；在所示为OC 820b的光学中继级814之后；或在光学中继级814内，如OC 820c所示。在其它实例中，光学补偿器可以位于设备中的其它地方。

在各种实例中，光学补偿器可以是由折射材料形成的平面平行板。在各种其它实例中，光学补偿器可以是透镜。光学补偿器被设计成具有第一补偿位置或状态，使得聚焦物镜台是在样品的上表面或区域产生基本上矩形的横截面采样束822。此外，补偿器被设计成具有第二补偿位置或状态，使得聚焦物镜台是产生基本上矩形的横截面采样束824以探测样品的底部表面或区域。光学补偿器被设计并定位在设备800内，以在样品的上部和底部两者处维持探针束的基本上相同的均匀照明轮廓。图15和16示出了生成的样品束的实例Zemax图像，其由两个输入光束光纤作为束源形成，并且具体地示出了样品的上表面处的样品束的均匀基本上矩形横截面(图15)。并且在样品的底部表面(图16)，各自通过控制实例中的光学补偿器的位置或状态来实现。

光学补偿器可以在第一补偿位置与第二补偿位置之间机械控制。光学补偿器可以在第一补偿位置与第二补偿位置之间电控。朝向该结束，位置控制器826(图14)在所示的具体实施中提供，其中所述定位器控制器耦合到所述光学补偿器。在一些实例中，位置控制器826被设计成可控地(i)将光学补偿器插入到光束路径中，以用于接收成形传播光束并且用于影响成形传播光束路径以探测样品的上表面或下表面中的一个，并且(ii)从光束路径移除光学补偿器以影响成形传播光束路径以探测样品的下表面或上表面中的另一个。在一些实例中，位置控制器826被设计成改变光学补偿器在第一状态与第二状态之间的状态，以在样品的上表面或下表面处生成基本上矩形的横截面采样束之间选择。例如，光学补偿器可以是电光折射元件，其可以响应于来自位置控制器826的施加电压而改变光路长度。

虽然未示出，但是位置控制器826可以包括一个或多个处理器和存储指令的一个或多个计算机可读存储器，所述指令可以由一个或多个处理器执行以执行包括所公开具体实施的各种功能。位置控制器可以包含用户界面和通信接口，所述用户界面和通信接口电和/或通信地耦合到所述一个或多个处理器，如所述一个或多个存储器。

在一个具体实施中，用户界面170适于从用户接收输入并且向用户提供与系统800的操作和/或进行的分析相关联的信息。用户界面168可包括触摸屏、显示器、键盘、扬声器、鼠标、轨迹球和/或语音识别系统。触摸屏和/或显示器可显示图形用户界面(GUI)。

在一个具体实施中，通信接口172适于经由网络实现系统800与远程系统(例如，计算机)之间的通信。网络可包括互联网、内联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、同轴电缆网络、无线网络、有线网络、卫星网络、数字用户线路(DSL)网络、蜂窝网络、蓝牙连接、近场通信(NFC)连接等。提供给远程系统的一些通信可与由系统100生成或以其他方式获得的分析结果、成像数据等相关联。

一个或多个处理器174和/或系统826可包括基于处理器的系统或基于微处理器的系统中的一个或多个系统。在一些具体实施中，一个或多个处理器172和/或系统100包括可编程处理器、可编程控制器、微处理器、微控制器、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、现场可编程逻辑器件(FPLD)、逻辑电路和/或执行各种功能(包括本文所述的功能)的另一种基于逻辑的器件中的一者或多者。

存储器176可包括半导体存储器、磁性可读存储器、光存储器、硬盘驱动器(HDD)、光存储驱动器、固态存储设备、固态驱动器(SSD)、闪存存储器、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、非易失性RAM(NVRAM)存储器、光盘(CD)、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)、蓝光光盘、独立磁盘冗余阵列(RAID)系统、高速缓存和/或其中信息被存储任何持续时间(例如，永久地、临时地、长时间段、用于缓冲、用于高速缓存)的任何其他存储设备或存储磁盘中的一者或多者。

图17a和17b示出了具有准直器902和束成形组(BSG)904的另一示例光学成像器设备900，由第一透镜组1形成的光学中继级906(输入透镜台908)。和第二透镜组2(输出透镜台910)以及在两个不同位置/状态中的光学补偿器912，用于探测样品922的底部的第一位置/状态(图17b)和用于探测样品922的顶部的第二位置/状态(图17a)。在所示实例中，光学补偿器912具有在图17a和17b之间改变的状态，稍后示出了在光学中继级906内引入光束的光路长度没有或更少，前者示出了在光学中继级906内引入光束的较大光学路径长度，例如使用电光补偿器或任何类似的光学控制装置。因此，光学补偿器可以是光学元件，其可以电控制以从第一光学状态切换到第二光学状态以影响光学补偿，例如液体透镜。在其它实例中，可以通过从光学中继台906内的光学路径移除光学补偿器912来实现图17a的结果。

在不同的实施例中，也可以如图所示使用直角反射镜920和918，以及波长依赖性反射器914和916，其可以用于通过最终的直角反射器924将光束中的不需要的波长组件过滤到样品922。

图18a和18b示出了具有准直器932和束成形组(BSG)934的另一示例光学成像器设备930，由第一透镜组1形成的光学中继级936(输入透镜台938)。和第二透镜组2(输出透镜阶段940)可在两个不同位置之间移动，用于探测样品950的底部的第一位置(图18b)和用于探测样品顶部的第二位置(图18a)950。通过改变光学中继台936的透镜组的位置来实现设备930中的光学补偿的变化。与光学台900一样，在所示实例中，也可以如图所示使用直角反射镜948和946，以及波长依赖性反射器942、944，其可以用于通过最终的直角反射器952将光束中的不需要的波长组件过滤到样品950。

图19a和19b示出了具有准直器962、束成形组(BSG)964和由第一透镜组1(输入透镜台968)形成的光学中继级966的另一示例光学成像器设备960。和第二透镜组2(输出透镜台970)，其中继电器输入透镜组968可在两个不同位置之间移动，用于探测样品972的底部的第一位置(图19b)和用于探测样品顶部的第二位置(图19a)。与光学台900一样，在所示实例中，也可以如图所示使用直角反射镜980和978，以及一个或多个波长依赖性反射器974、976，其可以用于通过最终的右角反射器982将光束中的不需要的波长组件过滤到样品972。

图20展示了另一示例光学成像器设备1100，其具有二色性布置，所述二向色性布置可以用于引导两个不同的波长输入光束1101到达与样品1103中的不同位置到达同一输入光束源。准直器1102接收两个波长输入光束并且生成具有两个波长的准直输出光束。与本文所描述的其它实例一样，光束成形组(BSG)1104将准直光束格式化成在远场中具有大体上矩形横截面的每个波长的成形传播光束。光学中继器台1106由第一透镜组1(输入透镜台1108)形成和第二透镜组2(输出透镜台1110)，其中在所示实例中，第二继电器输入透镜组1110可在两个不同位置之间移动，用于跨样品1103进行探测，例如从样品1103的底部到样品1103的顶部。提供了虚拟右角反射镜1112和1114，其各自用于反射输入光束1101中的波长中的不同一个，并且传输其它波长。提供两个不同的镜1116和1118以反射入射光。例如，BSG 1104可以形成光束，而反射镜1112反射蓝色波长分量并且透射绿色波长分量，反射镜1118反射蓝色波长组件，反射镜1116反射绿色波长分量，并且反射镜1114反射绿色波长分量并且透射蓝色波长分量。镜1116和1118的角度设置为在蓝色波长和绿色波长束组件离开反射镜1114之后产生特定角度。不同角度到达物镜(任选地通过继电器)，并且成形束在物镜的焦点处的位置由光束相对于物镜的角度确定。

图17a-17b、18a-18b、19a-19b和/或20中所示的前述实例中的任一个可以用上文参考图1-14描述的任何实施方案来实施。

图21示出了根据本公开的教导内容的系统1000的具体实施的示意图。系统1000可用于对一个或多个感兴趣的样品执行分析。样品可包括已线性化形成单链DNA(sstDNA)的一个或多个DNA簇。在所示的具体实施中，系统1000接收试剂盒1002并且部分地包括驱动组件1004和控制器1006。系统1000还包括成像系统1012和废物储存器1014。在其他具体实施中，废物储存器1014可包括在试剂料筒1002中。成像系统1012包括本文公开的光学成像器设备100、200、300、400、800、900中的任何一个或多个。控制器1006可以电方式和/或以通信方式联接到驱动组件1004和成像系统1012，并且适于使驱动组件1004和/或成像系统1012执行如本文所公开的各种功能。

试剂盒1002携带可以装载到流动池1020的通道中的感兴趣的样品。驱动组合件1004与试剂盒1002介接，以通过与样品相互作用的流动池1020流动一种或多种试剂(例如A、T、G、C核苷酸)。

在一个具体实施中，可逆终止子附接到试剂以允许每个循环通过sstDNA掺入单个核苷酸。在一些此类具体实施中，一个或多个核苷酸具有当被激发时发出颜色的独特荧光标记。颜色(或不存在颜色)用于检测对应的核苷酸。在所示的具体实施中，成像系统1012适于激发一个或多个可识别标记(例如，荧光标记)，然后获得可识别标记的图像数据。标记可由入射光和/或激光激发，并且图像数据可包括由相应标记响应于激发而发射的一种或多种颜色。图像数据(例如，检测数据)可由系统100分析。成像系统1012可以是包括物镜镜头和/或固态成像器件的荧光分光光度计。固态成像器件可包括电荷耦合器件(CCD)和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)。

在获得图像数据之后，驱动组件1004与试剂盒1002交接，以使另一反应组分(例如，试剂)流过试剂盒1002，然后该反应组分被废物储存器1014接纳和/或以其他方式被试剂盒1002耗尽。反应组分进行冲洗操作，该操作从sstDNA化学切割荧光标记和可逆终止子。然后将sstDNA准备用于另一个循环。

现在参见驱动组件115，在所示的具体实施中，驱动组件115包括泵驱动组件1022、阀驱动组件1024和压力驱动组件192。泵驱动组合件1022与泵1026介接以泵送流体通过试剂盒1002和/或流动池1020，并且阀驱动组合件1024与阀1028接合以控制阀1028的位置。阀1028与阀驱动组件1024之间的相互作用选择性地致动阀1028以控制流体通过试剂盒1002的流体管线1030的流动。流体管线1030中的一个或多个流体联接一个或多个试剂储器1032和流动池1020。阀1028中的一个或多个阀可以由阀歧管、旋转阀、夹管阀、平坦阀、电磁阀、簧片阀、止回阀、压电阀等实施。

参见控制器1006，在所示的具体实施中，控制器1006包括用户界面1034、通信接口1036、一个或多个处理器1038和存储器1040，该存储器存储可由一个或多个处理器1038执行的指令，以执行包括所公开的具体实施在内的各种功能。用户界面1034、通信接口1036和存储器1040以电方式和/或以通信方式联接到一个或多个处理器1038。

在一个具体实施中，用户界面1034可从用户接收输入并且向用户提供与系统1000的操作和/或进行的分析相关联的信息。用户界面1034可包括触摸屏、显示器、键盘、扬声器、鼠标、轨迹球和/或语音识别系统。触摸屏和/或显示器可显示图形用户界面(GUI)。

在一个具体实施中，通信接口1036可经由网络实现系统1000与远程系统(例如，计算机)之间的通信。网络可以包括内联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、内联网等。提供给远程系统的通信中的一些可以与由系统1000生成或以其它方式获得的分析结果、成像数据等相关联。提供给系统1000的一些通信可与流体分析操作、患者记录和/或将由系统1000执行的协议相关联。

一个或多个处理器1038和/或系统1000可包括基于处理器的系统或基于微处理器的系统中的一个或多个系统。在一些实施方案中，一个或多个处理器1038和/或系统1000包括降低指令集计算机(RISC)、应用程序特定集成电路(asic)、现场可编程门阵列(一个或多个fpga)、一个或多个现场可编程逻辑装置(一个或多个FPLD)、逻辑电路和/或执行包括本文所述的各种功能的另一基于逻辑的装置。

存储器1040可以包含硬盘驱动器、闪存存储器、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、非易失性RAM(NVRAM)存储器、紧凑型磁盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、高速缓存和/或任何其它存储装置或存储盘中的一个或多个，其中信息被存储在任何持续时间(例如，永久地、暂时地、持续延长的时间段、用于缓存以供缓存)。

图22示出了可以由设备(特别是光学成像仪)实施以分析一个或多个感兴趣样品的实例过程1200的流程图。样品可包括已线性化形成单链DNA(sstDNA)的一个或多个DNA簇。在框1202处，设备接收输入光束并且使用前端准直器生成准直输出光束。在框1204处，将准直光束的输出提供给光束成形组，所述光束成形组将准直光束形成为在远场中具有基本上矩形横截面的成形传播光束。例如，束成形组可以是由每个圆柱形微透镜阵列的两个不同元件形成的成像积分器。在框1206处，将成形传播光束提供给光学继电器阶段，所述光学继电器阶段将成形传播光束产生到聚焦物镜台的物镜，其中在框1208处，成形传播光束在聚焦物镜台的焦平面处被转换为基本上矩形的横截面采样束。可以替代地省略光学中继级。在框1210，使用基本上矩形的横截面采样束将样品光学探测在第一位置处的样品。此外，任选地，在框1212处，执行光学补偿以调整基本上矩形横截面采样束的采样位置以在不同于第一位置的第二位置处光学探测样品。框1212的过程可以在不同位置处、连续地在不同位置处形成，或在过程1200终止于已经用基本上矩形横截面采样束光学探测至少一次的样品之前，在一个位置处形成多次。可以使用本文中的任何数量的补偿技术来实施框1212，包括将光学补偿器引入光学中继阶段，或在此类阶段之前或之后实施。可以通过改变光学中继台的透镜组的位置来实现补偿。

另一个过程开始于输入光束在第一波长范围内具有第一光束并且具有在不同于第一波长范围的第二波长范围内的第二波束。输入光束可以附加地或替代地使用双输入光束源生成。准直器从光纤光源和准直器接收输入光束，从而从输入光束产生基本上准直的光束。在包括一个或多个光学元件的束成形组处从准直器接收基本上准直的光束，并且基本上准直的光束由光束成形组格式化成在远场中具有大体上矩形横截面的成形传播光束，并且在包含物镜的聚焦物镜阶段接收成形传播光束。将成形传播光束转换为聚焦物镜的焦平面处或附近的基本上矩形的横截面采样束，并且使用聚焦物镜对样品进行光学探测。

一种设备，包括：输入端处的准直器，所述准直器定位成从光纤光源接收输入光束并产生基本上准直的光束；束成形组，所述束成形组包括一个或多个光学元件，并且被定位成从所述准直器接收所述基本上准直的光束，并且将所述基本上准直的光束形成为在远场中具有大体上矩形横截面的成形传播光束；和聚焦物镜，所述聚焦物镜包括物镜，所述物镜用于接收所述成形传播光束并定位成将所述成形传播光束变换成在所述聚焦物镜的焦平面处或附近的基本上矩形的横截面采样束，用于光学探测样品。

在实例中，所述设备还包括：光学中继台，其定位在所述束成形组与所述聚焦物镜阶段之间，用于将所述成形传播光束从所述光束成形组成像到所述聚焦物镜的所述物镜瞳孔上。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的任何一个或多个实例，所述光学中继台包括输入透镜台，所述输入透镜台定位成从所述束成形组接收所述成形传播光束和被定位成将所述成形传播光束产生到所述聚焦物镜台的所述物镜的输出透镜台。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，输入透镜台和输出透镜台形成限定光学中继级内的中间图像平面的聚焦元件对。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，所述光学中继级具有在所述中间图像平面处影响元素的光束。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括伸长部分。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括锥形部分。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，输入透镜阶段和输出透镜阶段中的至少一个的位置是可调节的。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，所述设备还包括定位在所述光学继电器阶段之前的Powell透镜。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，所述设备还包括位于所述光学继电器阶段之前的Lineman透镜。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中系统包括传感器模块。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括锥形部分。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括锥形部分。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括伸长部分。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，所述积分器是由串联定位的圆柱形微透镜的两个阵列形成的成像积分器。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中系统包括传感器模块。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，其中所述微透镜各自沿x方向和沿y方向具有不同的焦距。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，所述积分器是由一个微透镜阵列形成的非成像积分器。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括伸长部分。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括伸长部分。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，其中所述积分器是由微透镜形成的成像积分器，其中所述微透镜是柱面透镜。

根据前述实施例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，其中所述柱面透镜被配置成在所述微透镜的一个轴向方向上施加发散并且不在所述微透镜的正交方向上施加发散。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括锥形部分。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，所述束成形组包括折射光学元件、折射光学元件和衍射光学元件的组合，或具有积分衍射或漫射特征的折射光学元件。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，所述光束成形组将所述准直光束转变为在具有比率8到1的矩形中在远场中具有均匀照明的所述成形传播光束中。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，所述光束成形组将所述准直光束转变为在具有比率10到1的矩形中在远场中具有均匀照明的所述成形传播光束中。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，所述光束成形组将所述准直光束转变为在具有比率24到1的矩形中在远场中具有均匀照明的所述成形传播光束中。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，所述光束成形组将所述准直光束转换为在矩形中具有均匀照明的所述成形传播光束，所述矩形具有与时间延迟和积分(TDI)线传感器的轮廓匹配的比率。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中系统包括传感器模块。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，光纤光束源是两个输入光束源，以在第一波长范围内产生具有第一光束的输入光束，并且具有在不同于第一波长范围的第二波长范围内的第二波束。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，所述光纤光束源包括各自对应于所述第一光束和所述第二光束中的一个的两个专用输入光纤。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，其中所述两个专用输入光纤的输出端被呈现给准直器，所述准直器具有固定间距并且围绕光纤芯和准直器轴线旋转。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，每个输入光纤在出口面处具有基本上矩形的横截面。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括锥形部分。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的任何一个或多个实例，所述设备包括被定位成接收所述成形传播光束并且具有两个补偿位置的光学补偿器，使得所述聚焦物镜平台用于产生所述基本上矩形的横截面采样束以探测所述样品的上表面和第二补偿位置，使得所述聚焦物镜台用于产生所述基本上矩形的横截面采样束以探测所述样品的底表面。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，所述光学补偿器在所述第一补偿位置与所述第二补偿位置之间电机械控制。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，所述光学补偿器在所述第一补偿位置与所述第二补偿位置之间是电控的。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，光学补偿器可插入光束成形组和聚焦物镜阶段之间。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的任何一个或多个实例，所述设备包括位于所述束成形组与所述聚焦物镜之间的光学中继台，所述光学中继台包括输入透镜台，所述输入透镜台定位成从所述束成形组接收所述成形传播光束以及被定位成将所述成形传播光束产生到所述聚焦物镜台的所述物镜的输出透镜台，其中所述光学补偿器定位在所述光学继电器阶段内。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，其中所述光学补偿器是光学元件，所述光学元件能够电控制以从第一光学状态切换到第二光学状态以影响光学补偿。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的任何一个或多个实例，所述设备包括位于所述束成形组与所述聚焦物镜之间的光学中继台，所述光学中继台包括输入透镜台，所述输入透镜台定位成从所述束成形组接收所述成形传播光束以及被定位成将所述成形传播光束产生到所述聚焦物镜台的所述物镜的输出透镜台，其中所述光学补偿器定位在所述光学继电器阶段之前。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的任何一个或多个实例，所述设备包括位于所述束成形组与所述聚焦物镜之间的光学中继台，所述光学中继台包括输入透镜台，所述输入透镜台定位成从所述束成形组接收所述成形传播光束以及被定位成将所述成形传播光束产生到所述聚焦物镜台的所述物镜的输出透镜台，其中所述光学补偿器位于所述光学继电器阶段之后。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括伸长部分。和定位器，其联接到所述光学补偿器以可控地(i)将所述光学补偿器插入光束路径中以用于接收所述成形传播光束并且用于影响所述成形传播光束路径以探测所述样品的上表面或下表面中的一个，以及(ii)从所述光束路径移除所述光学补偿器以用于影响所述成形传播光束路径以探测所述样品的所述另一个下表面或上表面。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，所述光学补偿器是折射材料的平面平行板。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括锥形部分。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，所述光学补偿器在所述光束路径中的光学继电器阶段之前插入。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，光学补偿器插入光束路径中的光学继电器阶段内。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的设备，所述光学补偿器在所述束中的光学中继阶段之后插入。

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的任何一个或多个实例，所述设备包括位于所述束成形组和所述聚焦物镜之间的光学中继台，所述光学中继台包括输入透镜台，所述输入透镜台定位成从所述束成形组接收所述成形传播光束和输出透镜台，所述输出透镜台被定位成将所述成形传播光束产生到所述聚焦物镜台的所述物镜，其中所述输入透镜台能够在第一位置之间移动，使得所述聚焦物镜阶段是产生所述基本上矩形的横截面采样束以探测所述样品的上表面以及第二位置，使得所述聚焦物镜台用于产生所述基本上矩形的横截面采样束以探测所述样

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的任何一个或多个实例，所述设备包括位于所述束成形组和所述聚焦物镜之间的光学中继台，所述光学中继台包括输入透镜台，所述输入透镜台定位成从所述束成形组接收所述成形传播光束和输出透镜台，所述输出透镜台被定位成将所述成形传播光束产生到所述聚焦物镜台的所述物镜，其中所述输出透镜台能够在第一位置之间移动，使得所述聚焦物镜阶段是产生所述基本上矩形的横截面采样束以探测所述样品的上表面以及第二位置，使得所述聚焦物镜台用于产生所述基本上矩形的横截面采样束以探测所述样

根据前述实例中任一项或多项所述的设备和/或以下公开的任何一个或多个实例，所述设备包括所述光纤光束源，所述设备具有在所述准直器与所述光纤光束之间的第一间隔距离，以产生所述基本上矩形的横截面采样束以探测所述样品的上表面并且具有在所述准直器与所述光纤光束之间的第二间隔距离，以产生所述基本上矩形的横截面采样束以探测所述样品的底部表面。

一种光学探测样品的方法，所述方法包括：从输入光束生成准直光束；使用光束成形组格式化所述准直光束，所述准直光束在远场中具有大体上矩形横截面的成形传播光束；将所述成形传播光束提供到光学继电器阶段，所述光学继电器阶段在聚焦物镜台的物镜处产生所述成形传播光束；使用所述聚焦物镜将所述成形传播光束转换为所述聚焦物镜台的焦平面处的基本上矩形的横截面采样束；在所述焦平面的第一位置处探测所述样品；并影响光学继电器阶段的光学补偿，使得聚焦物镜将成形传播光束转换为聚焦平面的第二位置处的基本上矩形的横截面采样束，并在第二位置处探测样品。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的方法，其中影响光学中继级的光学补偿包括调整光学中继级内的影响元件的位置或光学特性。

根据前述实例中任一项或多项所述的方法和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，其中影响光学中继级的光学补偿包括调整光学中继级的输入透镜阶段的位置或光学中继台的输出透镜台的位置。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的方法，其中所述束成形组包括两个圆柱形微透镜阵列。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括锥形部分。

根据前述实例中任一项或多项所述的方法和/或以下公开的任何一个或多个实例，其中所述束成形组包括折射光学元件、折射光学元件和衍射光学元件的组合，或具有积分衍射特征的折射光学元件。

根据前述实例中任一项或多项所述的方法和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，其中所述光束成形组将所述准直光束转变为在具有比率8到1的矩形中在远场中具有均匀照明的所述成形传播光束中。

根据前述实例中任一项或多项所述的方法和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，其中所述光束成形组将所述准直光束转变为在具有比率10到1的矩形中在远场中具有均匀照明的所述成形传播光束中。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的方法，该方法还包括对试剂储存器加压。

根据前述实例中任一项或多项所述的方法和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，其中所述光束成形组将所述准直光束转变为在具有比率24到1的矩形中在远场中具有均匀照明的所述成形传播光束中。

一种方法，包括：在准直器处接收来自光纤光束源的输入光束；由所述准直器从所述输入光束产生基本上准直的光束；在包括一个或多个光学元件的束成形组处从所述准直器接收所述基本上准直的光束；由所述光束成形组格式化所述基本上准直的光束，所述基本上准直的光束在远场中具有大体上矩形横截面的成形传播光束；以及在包含物镜的聚焦物镜阶段接收所述成形传播光束；将所述成形传播光束转换成所述聚焦物镜台的焦平面处或附近的基本上矩形的横截面采样束；以及使用聚焦物镜对样品进行光学探测。

根据前述实例中任一项或多项所述的方法和/或以下公开的任何一个或多个实例，还包括在第一波长范围内产生具有第一波束的输入光束，并且具有在不同于第一波长范围的第二波长范围内的第二波束。

根据前述实例中任一项或多项所述的方法和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，还包括使用双输入光束源生成输入光束。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的方法，其中所述光纤光束包括各自对应于所述第一光束和所述第二光束中的一个的两个专用输入光纤。

根据前述实例中任一项或多项所述的方法和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，其中所述两个专用输入光纤的输出端被呈现给准直器，所述准直器具有固定间距并且围绕光纤芯和准直器轴线旋转。

根据前述实例中任一项或多项和/或以下公开的任何一个或多个实例所述的方法，其中影响光学中继级的光学补偿包括调整光学中继级内的影响元件的位置或光学特性。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括伸长部分。

根据前述具体实施中任一项或多项和/或以下公开的具体实施中任一项或多项所述的设备，其中试剂储存器包括锥形部分。

根据前述实例中任一项或多项所述的方法和/或以下公开的任何一个或多个实例，其中所述束成形组包括折射光学元件、折射光学元件和衍射光学元件的组合，或具有积分衍射特征的折射光学元件。

根据前述实例中任一项或多项所述的方法和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，其中所述光束成形组将所述准直光束转变为在具有比率8到1的矩形中在远场中具有均匀照明的所述成形传播光束中。

根据前述实例中任一项或多项所述的方法和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，其中所述光束成形组将所述准直光束转变为在具有比率10到1的矩形中在远场中具有均匀照明的所述成形传播光束中。

根据前述实例中任一项或多项所述的方法和/或以下公开的实例中的任何一个或多个实例，其中所述光束成形组将所述准直光束转变为在具有比率24到1的矩形中在远场中具有均匀照明的所述成形传播光束中。

提供上述说明以使得本领域的技术人员能够实践本文所述的各种构型。虽然已参考各种附图和构型具体描述了本主题技术，但应当理解，这些附图和构型仅用于说明目的，而不应被视为限制本主题技术的范围。

如本文所用，以单数形式叙述且前面带有词语“一个”或“一种”的元件或步骤应当理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地指明此类排除。此外，对“一个具体实施”的引用并非旨在被解释为排除也包含所叙述特征的附加具体实施的存在。此外，除非有相反的明确说明，否则“包括”或“具有”具有特定属性的一个或多个元件的具体实施可包括附加元件，无论它们是否具有该属性。此外，术语“包括”、“具有”等在本文中可互换使用。

在本说明书通篇中使用的术语“基本上”、“大约”和“约”用于描述和说明小的波动，诸如由于处理中的变化所引起的小的波动。例如，它们可以指小于或等于±5％，诸如小于或等于±2％，诸如小于或等于±1％，诸如小于或等于±0.5％，诸如小于或等于±0.2％，诸如小于或等于±0.1％，诸如小于或等于±0.05％。

可存在许多其他方式来实现本主题技术。在不脱离本主题技术的范围的情况下，本文所述的各种功能和元件可与所示的那些功能和元件不同地划分。对这些具体实施的各种修改对于本领域的技术人员而言可以是显而易见的，并且本文所定义的一般原理可应用于其他具体实施。因此，在不脱离本主题技术的范围的情况下，本领域的普通技术人员可对本主题技术进行许多改变和修改。例如，可采用不同数量的给定模块或单元，可采用一个或多个不同类型的给定模块或单元，可添加给定模块或单元或者可省略给定模块或单元。

带下划线和/或斜体的标题和子标题仅为了方便起见而使用，不限制本主题技术，并且不与本主题技术的描述的解释结合引用。本领域的普通技术人员已知的或稍后将知道的贯穿本公开描述的各种具体实施的元件的所有结构和功能等同物明确地以引用方式并入本文并且旨在被本主题技术所涵盖。此外，本文所公开的任何内容都不旨在专用于公众，而不管以上描述中是否明确地叙述了此类公开内容。

应当理解，前述概念和下文更详细讨论的附加概念(假设此类概念不相互矛盾)的所有组合都被设想为是本文所公开的主题的一部分。具体地讲，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合都被设想为是本文所公开的主题的一部分。

Claims (76)

1.一种设备，包括：

准直器，所述准直器位于输入端处，所述准直器被定位成接收来自光纤光束源的输入光束并且产生基本上准直的光束；

光束成形组，所述光束成形组包括一个或多个光学元件，并且被定位成从所述准直器接收所述基本上准直的光束，并且将所述基本上准直的光束格式化成成形传播光束，所述成形传播光束在远场中具有基本上矩形的横截面；以及

聚焦物镜台，所述聚焦物镜台包括物镜光瞳，所述物镜光瞳用于接收所述成形传播光束并且被定位成在所述聚焦物镜台的焦平面处或附近将所述成形传播光束转换为基本上矩形横截面的采样光束以用于对样品进行光学探测。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括：

光学中继台，所述光学中继台被定位在所述光束成形组与所述聚焦物镜台之间，以用于将来自所述光束成形组的所述成形传播光束成像到所述聚焦物镜台的所述物镜光瞳上或附近。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述光学中继台包括输入透镜台和输出透镜台，所述输入透镜台被定位成接收来自所述光束成形组的所述成形传播光束，所述输出透镜台被定位成产生到达所述聚焦物镜台的所述物镜光瞳的所述成形传播光束。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述输入透镜台和所述输出透镜台形成聚焦元件对，所述聚焦元件对在所述光学中继台内限定中间图像平面。

5.根据权利要求4所述的设备，所述光学中继台具有在所述中间图像平面处的光束影响元件。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述光束影响元件是光学掩模。

7.根据权利要求5所述的设备，其中所述光束影响元件是降斑元件。

8.根据权利要求3所述的设备，其中所述输入透镜台和所述输出透镜台中的至少一者的位置是可调节的。

9.根据权利要求2所述的设备，还包括被定位在所述光学中继台之前的Powell透镜。

10.根据权利要求2所述的设备，还包括被定位在所述光学中继台之前的Lineman透镜。

11.根据权利要求2所述的设备，其中所述光学中继台是无焦的。

12.根据权利要求2所述的设备，其中所述光学中继台是固定放大倍率中继器。

13.根据权利要求2所述的设备，其中所述光学中继台是可变放大倍率中继器。

14.根据权利要求1所述的设备，其中所述光束成形组是积分器。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述积分器是由串联定位的两个微透镜阵列形成的成像积分器。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述微透镜是柱面透镜。

17.根据权利要求15所述的设备，其中所述微透镜各自沿x方向和沿y方向具有不同焦距。

18.根据权利要求14所述的设备，其中所述积分器是由一个微透镜阵列形成的非成像积分器。

19.根据权利要求18所述的设备，其中所述微透镜是柱面透镜。

20.根据权利要求18所述的设备，其中所述微透镜各自沿x方向和沿y方向具有不同焦距。

21.根据权利要求14所述的设备，其中所述光束成形组包括积分衍射特征。

22.根据权利要求14所述的设备，其中所述光束成形组包括积分漫射器特征。

23.根据权利要求22所述的设备，其中所述积分器是由微透镜形成的成像积分器，其中所述微透镜是柱面透镜。

24.根据权利要求23所述的设备，其中所述柱面透镜被配置为在所述微透镜的一个轴向方向上施加发散而不是在所述微透镜的正交方向上施加发散。

25.根据权利要求1所述的设备，其中所述光束成形组包括衍射光学元件。

26.根据权利要求1所述的设备，其中所述光束成形组包括折射光学元件、折射光学元件和衍射光学元件的组合或具有积分衍射或漫射特征的折射光学元件。

27.根据权利要求1所述的设备，其中所述光束成形组将所述准直光束转换为所述成形传播光束，所述成形传播光束在所述远场中的矩形区域上具有均匀照明，所述矩形具有8比1的比率。

28.根据权利要求1所述的设备，其中所述光束成形组将所述准直光束转换为所述成形传播光束，所述成形传播光束在所述远场中的矩形区域上具有均匀照明，所述矩形具有在大约10比1和大约20比1之间的比率。

29.根据权利要求1所述的设备，其中所述光束成形组将所述准直光束转换为所述成形传播光束，所述成形传播光束在所述远场中的矩形区域上具有均匀照明，所述矩形具有24比1的比率。

30.根据权利要求1所述的设备，其中所述光束成形组将所述准直光束转换为所述成形传播光束，所述成形传播光束在所述远场中的矩形区域上具有均匀照明，所述矩形具有匹配时间延迟和积分(TDI)线传感器的轮廓的比率。

31.根据权利要求1所述的设备，还包括所述光纤光束源。

32.根据权利要求31所述的设备，其中所述光纤光束源是用于生成所述输入光束的双输入光束源，所述输入光束具有在第一波长范围上的第一光束以及具有在不同于所述第一波长范围的第二波长范围上的第二光束。

33.根据权利要求32所述的设备，其中所述光纤光束源包括两个专用输入光纤，每个输入光纤对应于所述第一光束和所述第二光束中的一者。

34.根据权利要求33所述的设备，其中所述两个专用输入光纤的输出端以固定间距并且围绕光纤芯和准直器轴线旋转地呈现给所述准直器。

35.根据权利要求31、32或33所述的设备，其中每个输入光纤在出口面处具有基本上矩形的横截面。

36.根据权利要求31所述的设备，其中所述光纤光束源是光导管。

37.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括光学补偿器，所述光学补偿器被定位成接收所述成形传播光束，并且具有两个补偿位置：第一补偿位置，所述第一补偿位置使得所述聚焦物镜台产生所述基本上矩形横截面的采样光束以探测所述样品的上表面；第二补偿位置，所述第二补偿位置使得所述聚焦物镜台产生所述基本上矩形横截面的采样光束以探测所述样品的底表面。

38.根据权利要求36所述的设备，其中所述光学补偿器在所述第一补偿位置与所述第二补偿位置之间是机电可控的。

39.根据权利要求36所述的设备，其中所述光学补偿器在所述第一补偿位置和所述第二补偿位置之间是电可控的。

40.根据权利要求36所述的设备，其中所述光学补偿器能够插入所述光束成形组和所述聚焦物镜台之间。

41.根据权利要求36所述的设备，还包括：

光学中继台，所述光学中继台被定位在所述光束成形组和所述聚焦物镜台之间，所述光学中继台包括输入透镜台和输出透镜台，所述输入透镜台被定位成接收来自所述光束成形组的所述成形传播光束，所述输出透镜台被定位成产生到达所述聚焦物镜台的所述物镜光瞳的所述成形传播光束，

其中所述光学补偿器被定位在所述光学中继台内。

42.根据权利要求36所述的设备，其中所述光学补偿器是电可控以从第一光学状态切换到第二光学状态以影响光学补偿的光学元件。

43.根据权利要求36所述的设备，还包括：

光学中继台，所述光学中继台被定位在所述光束成形组和所述聚焦物镜台之间，所述光学中继台包括输入透镜台和输出透镜台，所述输入透镜台被定位成接收来自所述光束成形组的所述成形传播光束，所述输出透镜台被定位成产生到达所述聚焦物镜台的所述物镜光瞳的所述成形传播光束，

其中所述光学补偿器被定位在所述光学中继台之前。

44.根据权利要求36所述的设备，还包括：

光学中继台，所述光学中继台被定位在所述光束成形组和所述聚焦物镜台之间，所述光学中继台包括输入透镜台和输出透镜台，所述输入透镜台被定位成接收来自所述光束成形组的所述成形传播光束，所述输出透镜台被定位成产生到达所述聚焦物镜台的所述物镜光瞳的所述成形传播光束，

其中所述光学补偿器被定位在所述光学中继台之后。

45.根据权利要求1所述的设备，还包括：

光学补偿器；以及

定位器，所述定位器联接到所述光学补偿器以可控地：(i)将所述光学补偿器插入光束路径中，以用于接收所述成形传播光束并用于影响所述成形传播光束路径，以探测所述样品的上表面或下表面中的一者；以及(ii)从所述光束路径移除所述光学补偿器，以用于影响所述成形传播光束路径，以探测所述样品的所述下表面或上表面中的另一者。

46.根据权利要求44所述的设备，其中所述光学补偿器是折射材料的平面平行板。

47.根据权利要求44所述的设备，其中所述光学补偿器是透镜。

48.根据权利要求45和46中的一项所述的设备，其中所述光学补偿器被插入在所述光束路径中的光学中继台之前。

49.根据权利要求45和46中的一项所述的设备，其中所述光学补偿器被插入在所述光束路径中的光学中继台内。

50.根据权利要求45和46中的一项所述的设备，其中所述光学补偿器被插入在所述光束中的光学中继台之后。

51.根据权利要求1所述的设备，还包括：

光学中继台，所述光学中继台被定位在所述光束成形组和所述聚焦物镜台之间，所述光学中继台包括输入透镜台和输出透镜台，所述输入透镜台被定位成接收来自所述光束成形组的所述成形传播光束，所述输出透镜台被定位成产生到达所述聚焦物镜台的所述物镜光瞳的所述成形传播光束，

其中所述输入透镜台能够在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置使得所述聚焦物镜台产生所述基本上矩形横截面的采样光束以探测所述样品的上表面，所述第二位置使得所述聚焦物镜台产生所述基本上矩形横截面的采样光束以探测所述样品的底表面。

52.根据权利要求1所述的设备，还包括：

光学中继台，所述光学中继台被定位在所述光束成形组和所述聚焦物镜台之间，所述光学中继台包括输入透镜台和输出透镜台，所述输入透镜台被定位成接收来自所述光束成形组的所述成形传播光束，所述输出透镜台被定位成产生到达所述聚焦物镜台的所述物镜光瞳的所述成形传播光束，

其中所述输出透镜台能够在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置使得所述聚焦物镜台产生所述基本上矩形横截面的采样光束以探测所述样品的上表面，所述第二位置使得所述聚焦物镜台产生所述基本上矩形横截面的采样光束以探测所述样品的底表面。

53.根据权利要求1所述的设备，还包括所述光纤光束源，所述设备具有所述准直器和所述光纤光束源之间的第一间隔距离以产生用于探测所述样品的上表面的基本上矩形横截面的采样光束，并且具有所述准直器和所述光纤光束源之间的第二间隔距离以产生用于探测所述样品的底表面的所述基本上矩形横截面的采样光束。

54.一种用于对样品进行光学探测的方法，所述方法包括：

从输入光束生成准直光束；

使用光束成形组将所述准直光束格式化成成形传播光束，所述成形传播光束在远场中具有基本上矩形的横截面；

将所述成形传播光束提供给光学中继台，所述光学中继台在聚焦物镜台的物镜光瞳处产生所述成形传播光束；

使用所述聚焦物镜台在所述聚焦物镜台的焦平面处将所述成形传播光束转换为基本上矩形横截面的采样光束；

在所述焦平面的第一位置处探测所述样品；以及

影响所述光学中继台的光学补偿，使得所述聚焦物镜台在所述焦平面的第二位置处将所述成形传播光束转换为基本上矩形横截面的采样光束，并且在所述第二位置处探测所述样品。

55.根据权利要求54所述的方法，其中影响所述光学中继台的光学补偿包括调节所述光学中继台内的影响元件的位置或光学特性。

56.根据权利要求54所述的方法，其中影响所述光学中继台的光学补偿包括调节所述光学中继台的输入透镜台的位置或所述光学中继台的输出透镜台的位置。

57.根据权利要求54所述的方法，其中所述光束成形组包括两个微透镜阵列。

58.根据权利要求54所述的方法，其中所述光束成形组包括衍射光学元件。

59.根据权利要求54所述的方法，其中所述光束成形组包括折射光学元件、折射光学元件和衍射光学元件的组合或具有积分衍射特征的折射光学元件。

60.根据权利要求54所述的方法，其中所述光束成形组将所述准直光束转换为所述成形传播光束，所述成形传播光束在所述远场中的矩形区域上具有均匀照明，所述矩形具有8比1的比率。

61.根据权利要求54所述的方法，其中所述光束成形组将所述准直光束转换为所述成形传播光束，所述成形传播光束在所述远场中的矩形区域上具有均匀照明，所述矩形具有大约10比1和大约20比1之间的比率。

62.根据权利要求54所述的方法，其中所述光束成形组将所述准直光束转换为所述成形传播光束，所述成形传播光束在所述远场中的矩形区域上具有均匀照明，所述矩形具有24比1的比率。

63.一种方法，包括：

在准直器处接收来自光纤光束源的输入光束；

由所述准直器从所述输入光束产生基本上准直的光束；

在包括一个或多个光学元件的光束成形组处接收来自所述准直器的所述基本上准直的光束；

由所述光束成形组将所述基本上准直的光束格式化成在远场中具有基本上矩形的横截面的成形传播光束；

在包括物镜光瞳的聚焦物镜台处接收所述成形传播光束；

在所述聚焦物镜台的焦平面处或附近将所述成形传播光束转换为基本上矩形横截面的采样光束；以及

使用所述聚焦物镜台对样品进行光学探测。

64.根据权利要求63所述的方法，还包括生成所述输入光束，所述输入光束具有在第一波长范围上的第一光束以及具有在不同于所述第一波长范围的第二波长范围上的第二光束。

65.根据权利要求63至64中任一项所述的方法，还包括使用双输入光束源生成所述输入光束。

66.根据权利要求65所述的方法，其中所述光纤光束源包括两个专用输入光纤，每个输入光纤对应于所述第一光束和所述第二光束中的一者。

67.根据权利要求66所述的方法，其中所述两个专用输入光纤的输出端以固定间距并且围绕光纤芯和准直器轴线旋转地呈现给所述准直器。

68.根据权利要求63所述的方法，其中影响所述光学中继台的光学补偿包括调节所述光学中继台内的影响元件的位置或光学特性。

69.根据权利要求63所述的方法，其中所述光束成形组包括两个微透镜阵列。

70.根据权利要求63所述的方法，其中所述光束成形组包括衍射光学元件。

71.根据权利要求63所述的方法，其中所述光束成形组包括折射光学元件、折射光学元件和衍射光学元件的组合或具有积分衍射特征的折射光学元件。

72.根据权利要求63所述的方法，其中所述光束成形组将所述准直光束转换为所述成形传播光束，所述成形传播光束在所述远场中的矩形区域上具有均匀照明，所述矩形具有8比1的比率。

73.根据权利要求63所述的方法，其中所述光束成形组将所述准直光束转换为所述成形传播光束，所述成形传播光束在所述远场中的矩形区域上具有均匀照明，所述矩形具有10比1的比率。

74.根据权利要求63所述的方法，其中所述光束成形组将所述准直光束转换为所述成形传播光束，所述成形传播光束在所述远场中的矩形区域上具有均匀照明，所述矩形具有24比1的比率。

75.根据权利要求63所述的方法，其中所述光束成形组将所述准直光束转换为所述成形传播光束，所述成形传播光束在所述远场中的矩形区域上具有均匀照明，所述矩形具有大约10比1和大约20比1之间的比率。

76.根据权利要求63所述的方法，其中所述光束成形组将所述准直光束转换为所述成形传播光束，所述成形传播光束在所述远场中的矩形区域上具有均匀照明，所述矩形具有大约1的比率。

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