KR102198313B1 - 레퍼런스 스위칭을 위한 광학 시스템 - Google Patents
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Abstract
샘플의 하나 이상의 속성들을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들이 개시된다. 개시된 시스템들 및 방법들은 다수의 위치들을 따라 측정하는 것이 가능할 수 있고, 샘플 내의 다수의 광학 경로들을 재이미징하고 분해할 수 있다. 시스템은 소형 시스템에 적합한 한 층 또는 두 층의 광학체들로 구성될 수 있다. 광학체들은 코팅된 광학 표면들의 개수와 복잡성, 에탈론 효과들, 제조 공차 누적 문제, 및 간섭 기반 분광 오류들을 감소시키기 위해 단순화될 수 있다. 광학체들의 크기, 개수 및 배치는 샘플을 가로지르는 그리고 샘플 내의 다양한 위치들에서 다수의 동시 측정 또는 비동시 측정을 가능하게 할 수 있다. 더욱이, 시스템들은 샘플과 광학체들 사이에 위치된 광학 스페이서 윈도우로 구성될 수 있으며, 광학 스페이서 윈도우의 포함으로 인한 광학 경로들의 변화들을 고려하는 방법들이 개시된다.
Description
본 출원은, 2016년 4월 21일 출원된 미국 가특허 출원 제62/325,908호에 대해 우선권을 주장하며, 그 전체가 참조로 통합된다.
기술분야
이는 일반적으로 샘플 내의 하나 이상의 물질들을 검출할 수 있는, 보다 상세하게는, 샘플 내의 하나 이상의 광학 경로들을 재이미징(reimaging)할 수 있는 레퍼런스 스위치 아키텍처에 관한 것이다.
흡수 분광법은 샘플의 하나 이상의 속성들을 결정하는 데 사용될 수 있는 분석 기법이다. 흡수 분광법을 위한 종래 시스템들 및 방법들은 샘플 내로 광을 방출하는 것을 포함할 수 있다. 광이 샘플을 투과함에 따라, 광 에너지의 일부분이 하나 이상의 파장들에서 흡수될 수 있다. 이 흡수는 샘플에서 출사되는 광의 속성들에 변화를 일으킬 수 있다. 샘플에서 출사되는 광의 속성들은 레퍼런스(reference)에서 출사되는 광의 속성들과 비교될 수 있고, 이러한 비교에 기초하여 샘플의 하나 이상의 속성들이 결정될 수 있다.
샘플에서 출사되는 광의 속성들은 하나 이상의 검출기 픽셀들로부터의 측정들을 사용하여 결정될 수 있다. 샘플 내의 다수의 위치들에서의 측정들은 샘플 내의 하나 이상의 속성들의 정확한 결정에 유용할 수 있다. 이러한 다수의 위치들은 샘플 내의 상이한 위치들에 있을 수 있어, 상이한 경로 길이들, 입사각들, 및 출사 위치들을 구비한 광학 경로들이 발생할 수 있다. 그러나, 일부 종래의 시스템들 및 방법들은 샘플 내의 다수의 위치들을 따른 측정들로부터의 경로 길이들, 침투 깊이들, 입사각들, 출사 위치들, 및/또는 출사각들의 차이들을 식별할 수 없을 수 있다. 다수의 깊이들 또는 다수의 위치들에서 측정할 수 있는 그러한 시스템들 및 방법들은 샘플 내의 다수의 위치들에 입사하는 광학 경로들을 연관시키는 복잡한 컴포넌트들 또는 검출 스킴들을 요구할 수 있다. 이러한 복잡한 컴포넌트들 또는 검출 스킴들은 다수의 광학 경로들을 재이미징하고 분해하는 것의 정확성을 제한할뿐만 아니라, 광학 시스템의 크기 및/또는 구성에 제한을 둘 수 있다. 따라서, 샘플 내의 다수의 광학 경로들을 정확하게 재이미징하고 분해할 수 있는 소형 광학 시스템이 바람직할 수 있다.
본 발명은 샘플의 하나 이상의 속성들을 측정하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 시스템들은 광원, 광학체(들), 레퍼런스, 검출기 어레이, 및 제어기(및/또는 로직(logic))를 포함할 수 있다. 개시된 시스템들 및 방법들은 샘플 내의 다수의 위치들에서 하나 이상의 속성들을 측정하는 것이 가능할 수 있다. 시스템들 및 방법들은 검출기에 의해 측정된 분광 신호 품질이 샘플의 하나 이상의 속성들을 정확하게 나타낼 수 있도록 목표(예를 들어, 미리결정된) 측정 경로 길이를 선택하는 것을 포함하여, 샘플 내의 다수의 광학 경로들을 재이미징하고 분해할 수 있다. 시스템은 소형(예를 들어, 1 ㎤ 미만의 체적) 시스템에 적합한 한 층 또는 두 층의 광학체들로 구성될 수 있다. 광학체들은 코팅된 광학 표면들의 개수와 복잡성, 에탈론 효과들, 제조 공차 누적 문제, 및 간섭 기반 분광 오류들을 감소시키기 위해 단순화될 수 있다. 광학체들은 가동 부품들의 수가 감소될 수 있거나 가동 부품들이 회피될 수 있고, 견고성이 향상될 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 광학체들의 크기, 개수 및 배치는 샘플을 가로지르는 샘플 내의 다양한 위치들에서 다수의 동시 측정 또는 비동시 측정을 가능하게 하여, 샘플 내의 임의의 이질성의 영향을 줄일 수 있다. 더욱이, 시스템들은 샘플과 광학체들 사이에 위치된 광학 스페이서 윈도우로 구성될 수 있으며, 광학 스페이서 윈도우의 포함으로 인한 광학 경로들의 변화들을 고려하는 방법들이 개시된다.
도 1a는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플 내의 다수의 위치들에 위치된 하나 이상의 속성들을 측정할 수 있는 예시적인 시스템의 블록도를 도시한다.
도 1b는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플 내의 다수의 위치들에 위치된 하나 이상의 속성들을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플의 하나 이상의 속성들을 결정하도록 구성된 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플의 하나 이상의 속성들을 결정하도록 구성된 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다.
도 4a는 본 개시내용의 예들에 따른, 두 층의 광학체들을 이용하여 샘플 표면 상의 다수의 입사각들을 분해하도록 구성된 시스템의 예시적인 부분의 단면도를 도시한다.
도 4b는 본 개시내용의 예들에 따른, 광원들에 결합된 예시적인 접합부를 도시한다.
도 4c는 본 개시내용의 예들에 따른, 광원들에 결합된 예시적인 도파관을 도시한다.
도 4d 내지 도 4h는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플 내의 다수의 광학 경로들을 분해하도록 구성된 시스템에 포함된 예시적인 광학체 층들의 단면도들을 도시한다.
도 4i는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플 표면 상의 다수의 입사각들을 분해하고, 광원들로부터의 포획된 광을 감소시키거나 제거하도록 구성된 예시적인 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 예들에 따른, 한 층의 광학체들을 이용하여 샘플 표면 상의 다수의 입사각들을 분해하도록 구성된 예시적인 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 예들에 따른, 두 층의 광학체들을 이용하여 다수의 광학 경로 길이들을 분해하도록 구성된 예시적인 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 예들에 따른, 한 층의 광학체들을 이용하여 다수의 광학 경로 길이들을 분해하도록 구성된 예시적인 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 8은 본 개시내용의 예들에 따른 스넬의 법칙(Snell's Law)을 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학체 유닛을 포함하는 예시적인 그룹의 평면도 및 사시도를 도시한다.
도 9c는 본 개시내용의 예들에 따른, 시스템 내의 광학체 유닛들 및 검출기 어레이들을 포함하는 예시적인 다수의 그룹들의 평면도를 도시한다.
도 10은 본 개시내용의 예들에 따른, 공간 분해능 불확실성(spatial resolution uncertainty)을 갖는 광선들을 이용한 예시적인 구성을 도시한다.
도 11은 본 개시내용의 예들에 따른, 각도 분해능 불확실성(angular resolution uncertainty)을 갖는 광선들을 이용한 예시적인 구성을 도시한다.
도 12는 본 개시내용의 예들에 따른, 가우시안 각도 발산(Gaussian angular divergence)을 갖는 입력 광 빔을 갖는 예시적인 구성을 도시한다.
도 13a는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학체 유닛과 샘플 사이에 위치된 광학 스페이서 윈도우 및 어퍼처 층을 포함하는 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다.
도 13b는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학체 유닛과 샘플 사이에 위치된 광학 스페이서 윈도우를 포함하는 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다.
도 14a는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학 스페이서 윈도우를 제외한 예시적인 시스템의 단면도, 및 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서 입사하는 광의 측방향 위치의 대응되는 결정을 도시한다.
도 14b 및 도 14c는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학 스페이서 윈도우를 포함하는 예시적인 시스템의 단면도들, 및 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서 입사하는 광의 측방향 위치의 대응하는 결정을 도시한다.
도 14d 및 도 14e는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학 스페이서 윈도우를 포함하는 예시적인 시스템의 단면도들을 도시한다.
도 1b는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플 내의 다수의 위치들에 위치된 하나 이상의 속성들을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플의 하나 이상의 속성들을 결정하도록 구성된 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플의 하나 이상의 속성들을 결정하도록 구성된 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다.
도 4a는 본 개시내용의 예들에 따른, 두 층의 광학체들을 이용하여 샘플 표면 상의 다수의 입사각들을 분해하도록 구성된 시스템의 예시적인 부분의 단면도를 도시한다.
도 4b는 본 개시내용의 예들에 따른, 광원들에 결합된 예시적인 접합부를 도시한다.
도 4c는 본 개시내용의 예들에 따른, 광원들에 결합된 예시적인 도파관을 도시한다.
도 4d 내지 도 4h는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플 내의 다수의 광학 경로들을 분해하도록 구성된 시스템에 포함된 예시적인 광학체 층들의 단면도들을 도시한다.
도 4i는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플 표면 상의 다수의 입사각들을 분해하고, 광원들로부터의 포획된 광을 감소시키거나 제거하도록 구성된 예시적인 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 예들에 따른, 한 층의 광학체들을 이용하여 샘플 표면 상의 다수의 입사각들을 분해하도록 구성된 예시적인 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 예들에 따른, 두 층의 광학체들을 이용하여 다수의 광학 경로 길이들을 분해하도록 구성된 예시적인 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 예들에 따른, 한 층의 광학체들을 이용하여 다수의 광학 경로 길이들을 분해하도록 구성된 예시적인 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 8은 본 개시내용의 예들에 따른 스넬의 법칙(Snell's Law)을 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학체 유닛을 포함하는 예시적인 그룹의 평면도 및 사시도를 도시한다.
도 9c는 본 개시내용의 예들에 따른, 시스템 내의 광학체 유닛들 및 검출기 어레이들을 포함하는 예시적인 다수의 그룹들의 평면도를 도시한다.
도 10은 본 개시내용의 예들에 따른, 공간 분해능 불확실성(spatial resolution uncertainty)을 갖는 광선들을 이용한 예시적인 구성을 도시한다.
도 11은 본 개시내용의 예들에 따른, 각도 분해능 불확실성(angular resolution uncertainty)을 갖는 광선들을 이용한 예시적인 구성을 도시한다.
도 12는 본 개시내용의 예들에 따른, 가우시안 각도 발산(Gaussian angular divergence)을 갖는 입력 광 빔을 갖는 예시적인 구성을 도시한다.
도 13a는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학체 유닛과 샘플 사이에 위치된 광학 스페이서 윈도우 및 어퍼처 층을 포함하는 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다.
도 13b는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학체 유닛과 샘플 사이에 위치된 광학 스페이서 윈도우를 포함하는 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다.
도 14a는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학 스페이서 윈도우를 제외한 예시적인 시스템의 단면도, 및 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서 입사하는 광의 측방향 위치의 대응되는 결정을 도시한다.
도 14b 및 도 14c는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학 스페이서 윈도우를 포함하는 예시적인 시스템의 단면도들, 및 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서 입사하는 광의 측방향 위치의 대응하는 결정을 도시한다.
도 14d 및 도 14e는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학 스페이서 윈도우를 포함하는 예시적인 시스템의 단면도들을 도시한다.
예들의 다음 설명에서, 첨부된 도면들이 참조되며, 실시될 수 있는 특정 예들이 도면들 내에서 예시로서 도시된다. 다양한 예들의 범주를 벗어나지 않으면서 다른 예들이 이용될 수 있고 구조적 변경이 행해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시내용에 따른 방법들 및 장치들의 대표적인 응용들이 이 섹션에 기술된다. 이 예들은 단지 맥락을 부가하고 기술된 예들의 이해를 돕기 위하여 제공된다. 따라서, 기술된 예들이 구체적인 세부사항들의 일부 또는 전부가 없어도 실시될 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 응용예들도 가능하며, 따라서 이하의 예들을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
다양한 기술들 및 프로세스 흐름 단계들이 첨부된 도면들에 도시된 예들을 참조하여 상세히 기술될 것이다. 이하의 설명에서, 본 명세서에 기술되거나 언급된 하나 이상의 양태 및/또는 특징의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 기재된다. 그러나, 본 명세서에 기술되거나 언급된 하나 이상의 양태들 및/또는 특징들이 이 구체적인 세부사항들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조들은 본 명세서에 기술되거나 언급된 양태들 및/또는 특징들의 일부를 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다.
본 개시내용은 샘플의 하나 이상의 속성들을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 시스템들은 광원, 광학체들, 레퍼런스, 검출기 어레이, 및 제어기(및/또는 로직)를 포함할 수 있다. 개시된 시스템들 및 방법들은 하나 이상의 속성들을 결정하기 위해 샘플 내의 다수의 위치들을 따라 측정하는 것이 가능할 수 있다. 시스템들 및 방법들은 검출기에 의해 측정된 분광 신호 품질이 샘플의 하나 이상의 속성들을 정확하게 나타낼 수 있도록 목표(예를 들어, 미리결정된) 측정 경로 길이를 선택하는 것을 포함하여, 샘플 내의 다수의 광학 경로들을 재이미징하고 분해할 수 있다. 시스템은 소형(예를 들어, 1 ㎤ 미만의 체적) 시스템에 적합한 한 층 또는 두 층의 광학체들로 구성될 수 있다. 광학체들은 코팅된 광학 표면들의 개수와 복잡성, 에탈론 효과들, 제조 공차 누적 문제, 및 간섭 기반 분광 오류들을 감소시키기 위해 단순화될 수 있다. 광학체들은 가동 부품들의 수가 감소될 수 있거나 가동 부품들이 회피될 수 있고, 견고성이 향상될 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 광학체들의 크기, 개수 및 배치는 샘플을 가로지르는 샘플 내의 다양한 위치들에서 다수의 동시 측정 또는 비동시 측정을 가능하게 하여, 샘플 내의 임의의 이질성의 영향을 줄일 수 있다. 더욱이, 시스템들은 샘플과 광학체들 사이에 위치된 광학 스페이서 윈도우로 구성될 수 있으며, 광학 스페이서 윈도우의 포함으로 인한 광학 경로들의 변화들을 고려하는 방법들이 개시된다.
흡수 분광법은 샘플의 하나 이상의 속성들을 결정하는 데 사용될 수 있는 분석 기법이다. 광은 광원으로부터 방출되어 샘플에 입사될 때 초기 세기 또는 에너지를 가질 수 있다. 광이 샘플을 투과함에 따라, 에너지의 일부분이 하나 이상의 파장들에서 흡수될 수 있다. 이 흡수는 샘플에서 출사되는 광의 세기에 변화(예컨대, 손실)를 일으킬 수 있다. 샘플에서 출사되는 광은 샘플 내의 하나 이상의 위치들로부터 산란되는 광에 기인할 수 있는데, 여기서 위치는 관심 물질을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 관심 물질은 샘플 내부 및/또는 외부로의 광의 경로의 일부 또는 전부에 존재할 수 있으며, 측정된 흡광도는 광이 산란되는 하나 이상의 영역들에서의 흡수를 포함할 수 있다. 샘플 내의 관심 물질의 농도가 증가함에 따라 샘플에서 출사되는 광량이 기하급수적으로 감소할 수 있다. 일부 예들에서, 물질은 하나 이상의 화학 성분들을 포함할 수 있고, 측정은 샘플 내에 존재하는 각각의 화학 성분의 농도를 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 1a는 예시적인 시스템의 블록도를 도시하고, 도 1b는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플 내의 다수의 위치들에 위치된 하나 이상의 물질들을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다. 시스템(100)은 계면(180), 광학체들(190), 광원(102), 검출기(130), 및 제어기(140)를 포함할 수 있다. 계면(180)은 입력 영역들(182), 계면 반사광(184), 레퍼런스(108), 및 출력 영역들(156)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 입력 영역들(182) 및/또는 출력 영역들(156)은 시스템에서 출사되고/되거나 시스템에 입사하는 광의 위치 및/또는 각도들을 제한하도록 구성된 하나 이상의 개구들을 포함하는 어퍼처 층을 포함할 수 있다. 시스템에서 출사되고/되거나 시스템에 입사하는 광의 위치 및/또는 각도들을 제한함으로써, 샘플(120)에 입사하거나 샘플(120)에서 출사되는 광이 또한 제한될 수 있다. 광학체들(190)은 흡수기 또는 광 차단기(192), 광학체들(194)(예를 들어, 네거티브 마이크로 렌즈) 및 집광 광학체들(116)(예를 들어, 포지티브 마이크로 렌즈)를 포함할 수 있다. 샘플(120)은 시스템(100)의 적어도 일부분 근처에 위치되거나, 가까이 있거나, 또는 터치할 수 있다. 광원(102)은 제어기(140)에 결합될 수 있다. 제어기(140)는 샘플(120)의 표면을 향해 광을 방출하도록 광원(102)을 제어하기 위한 신호(예컨대, 전류 또는 전압 파형)를 송신할 수 있다(프로세스(151)의 단계(153)). 시스템이 샘플의 또는 레퍼런스의 하나 이상의 속성들을 측정하는지 여부에 따라, 광원(102)은 입력 영역들(182)(프로세스(151)의 단계(155)) 또는 레퍼런스(108)를 향해 광을 방출할 수 있다.
입력 영역들(182)은 광이 시스템(100)에서 출사되어 샘플(120)에 입사하도록 구성될 수 있다. 광은 샘플(120) 내로 소정 깊이로 침투할 수 있고, 시스템(100)을 향해 다시 반사되고/되거나 산란될 수 있다(프로세스(151)의 단계(157)). 반사광 및/또는 산란광은 출력 영역들(156)에서 시스템(100) 내로 다시 입사할 수 있다(프로세스(151)의 단계(159)). 시스템(100) 내로 다시 입사하는 반사광 및/또는 산란광은 반사광 및/또는 산란광을 방향전환, 시준, 포커싱, 및/또는 확대할 수 있는 집광 광학체들(116)에 의해 집광될 수 있다(프로세스(151)의 단계(161)). 반사광 및/또는 산란광은 검출기(130)를 향해 지향될 수 있다. 검출기(130)는 반사광 및/또는 산란광을 검출할 수 있고, 광을 나타내는 전기 신호를 제어기(140)에 송신할 수 있다(프로세스(151)의 단계(163)).
광원(102)은, 추가적으로 또는 대안적으로, 레퍼런스(108)를 향해 광을 방출할 수 있다(프로세스(151)의 단계(165)). 레퍼런스(108)는 광학체들(194)을 향해 광을 반사할 수 있다(프로세스(151)의 단계(167)). 레퍼런스(108)는 거울, 필터, 및/또는 공지된 광학 속성들을 갖는 샘플을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 광학체들(194)은 검출기(130)를 향해 광을 방향전환, 시준, 포커싱, 및/또는 확대할 수 있다(프로세스(151)의 단계(169)). 검출기(130)는 레퍼런스(108)로부터 반사된 광을 측정할 수 있고, 이 반사광을 나타내는 전기 신호를 생성할 수 있다(프로세스(151)의 단계(171). 제어기(140)는 샘플(120)로부터 반사/산란된 광을 나타내는 전기 신호 및 레퍼런스(108)로부터 반사된 광을 나타내는 전기 신호를 둘 모두 검출기(130)로부터 수신하도록 구성될 수 있다. 제어기(140)(또는 다른 프로세서)는 전기 신호들로부터 샘플의 하나 이상의 속성들을 결정할 수 있다(프로세스(151)의 단계(173)).
일부 예들에서, 시스템이 샘플 및 레퍼런스 내의 하나 이상의 물질들을 측정할 때, 광원(102)으로부터 방출된 광은 샘플의 표면에서 반사되어 시스템(100) 내로 되돌아 갈 수 있다. 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서 반사된 광은 계면 반사광(184)으로 지칭될 수 있다. 일부 예들에서, 계면 반사광(184)은 샘플(120) 또는 레퍼런스(108)에서 반사되지 않은 광원(102)으로부터 방출된 광일 수 있고, 광 산란에 기인한 광일 수 있다. 계면 반사광(184)은 원치 않을 수 있기 때문에, 흡수기 또는 광 차단기(192)는 계면 반사광(184)이 광학체들(194) 및 집광 광학체들(116)에 의해 집광되는 것을 방지할 수 있어, 계면 반사광(184)이 검출기(130)에 의해 측정되는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플의 하나 이상의 속성들을 결정하도록 구성된 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다. 시스템(200)은 샘플(220)에 가까이 있거나, 터치하거나, 그 위에 놓이거나, 또는 부착될 수 있다. 샘플(220)은 위치(257) 및 위치(259)와 같은 하나 이상의 위치들을 포함할 수 있다. 시스템(200)은 광원(202)을 포함할 수 있다. 광원(202)은 광(250)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광원(202)은 램프, 레이저, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 전자발광(EL) 광원, 양자점(QD) 광 방출기, 초발광 다이오드, 초연속체 광원(super-continuum source), 섬유 기반 광원 또는 이들 광원들 중 하나 이상의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 광을 생성할 수 있는 임의의 광원일 수 있다. 일부 예들에서, 광원(202)은 단일 파장의 광을 방출하는 것이 가능할 수 있다. 일부 예들에서, 광원(202)은 복수의 파장의 광을 방출하는 것이 가능할 수 있다. 일부 예들에서, 광원(202)은 SWIR 시그너처를 생성할 수 있는 임의의 튜닝가능한 광원일 수 있다. 일부 예들에서, 복수의 광원들이 시스템에 포함될 수 있으며, 각각의 광원(202)은 상이한 파장 범위의 광(예를 들어, 스펙트럼에서 상이한 색상들)을 방출한다. 일부 예들에서, 광원(202)은 인듐 포스파이드(InP), 갈륨 안티모나이드(GaSb), 갈륨 아세나이드 안티모나이드(GaAsSb), 알루미늄 아세나이드(AlAs), 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs), 알루미늄 인듐 아세나이드(AlInAs), 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP), 인듐 갈륨 아세나이드(InGaAs), 인듐 아세나이드 안티모나이드(InAsSb), 인듐 포스파이드 안티모나이드(InPSb), 인듐 아세나이드 포스파이드 안티모나이드(InAsPSb), 및 갈륨 인듐 아세나이드 안티모나이드 포스파이드(GaInAsSbP)과 같은 III-V 재료를 포함할 수 있다.
시스템(200)은 샘플(220) 또는 시스템의 외부 표면에 가까이 또는 근처에 위치된 입력 영역(282)을 포함할 수 있다. 입력 영역(282)은 윈도우, 광학 셔터, 또는 기계적 셔터를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 투명 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
광(250)은 입력 영역(282)을 통해 시스템(200)에서 출사될 수 있다. 일부 예들에서, 광(250)은 시준된 빔일 수 있다. 시스템(200)에서 출사되어 샘플(220)을 통해 위치(257)까지 이동하는 광은 광(252)으로 지칭될 수 있다. 광(252)은 45°를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 각도로 위치(257)에 입사될 수 있다. 일부 예들에서, 광(252)은 위치(257)에서 20° 내지 30° 사이의 입사각을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 광(252)은 위치(257)에서 35°의 입사각을 가질 수 있다. 위치(257)는 샘플(220)의 하나 이상의 속성들을 포함할 수 있다. 광(252)은 위치(257)에 도달하기 전에, 위치(257)에 있을 때, 및/또는 위치(257)에서 부분적으로 반사 및/또는 산란된 후에 부분적으로 흡수될 수 있으며, 광(254)으로 지칭될 수 있다. 일부 예들에서, 광(254)은 샘플(220)을 투과하는 광에 의해 형성될 수 있다. 광(254)은 샘플(220)을 침투할 수 있고, 광학체(210)의 위치(213)에서 시스템(200)에 입사할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(210)는 샘플(220)에 접촉하거나 또는 근접할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(210)는 윈도우와 같은 임의의 유형의 광학 컴포넌트일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(210)는 입사광의 거동 및 속성들을 변화시킬 수 있는 렌즈와 같은 임의의 광학 컴포넌트일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(210)는 투명 재료를 포함할 수 있다. 광학체(210)는 광이 입사하도록 허용될 수 있는 위치(213) 및 위치(217)를 포함하는 복수의 위치들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(210)는 큰 어퍼처(예를 들어, 입사광 빔의 크기보다 큰 어퍼처) 및 짧은 초점 길이(예를 들어, 초점 길이는 시스템과 10 mm 내로 근접한 샘플에 초점이 맞춰지게 하는 길이일 수 있음)로 구성된 렌즈일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(210)는 실리콘 렌즈 또는 이산화 규소를 포함하는 렌즈일 수 있다.
시스템(200)은 입사광 빔을 확대 또는 재이미징하는 광학체들을 포함할 수 있다. 시스템(200) 내의 광학체들은 경로 길이들, 입사각들, 및 출사 위치들을 포함하는 광학 경로들을 검출기 어레이(230)에 보다 가까운 다른 평면으로 재이미징하는 것이 가능할 수 있다. 샘플(220)을 침투하는 광학 경로(예를 들어, 광(252) 또는 광(253))와 레퍼런스(222)(예를 들어, 반사기)에서 반사되는 광학 경로 사이의 임의의 변동, 드리프트, 및/또는 변이의 차이를 감소시키기 위하여, 시스템(200)은 두 개의 상이한 광학 경로들 사이의 광학체들을 공유할 수 있다. 시스템(200)은 샘플(220)을 침투한 광과 침투하지 않은 광을 둘 모두 재이미징하기 위한 광학체(210), 광학체(216), 및/또는 광학체(218)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(216) 및 광학체(218)는 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서의 입사 광학 경로들의 재이미지(reimage)가 확대 없이 다른 평면(예를 들어, 검출기 어레이(230)가 위치되는 평면) 상에 재이미징될 수 있도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(216) 및 광학체(218)는 2.5x 내지 5x 배율과 같은 배율이 이미지에 도입되도록 구성될 수 있다.
광(254)은 광학체(216) 및 광학체(218)를 통해 투과될 수 있고, 광(223)에 입사될 수 있다. 광학체(223)는 광학체 유닛(229)에 포함될 수 있다. 광학체 유닛(229)은 기판에 부착된 광학체(223) 및 광학체(227)와 같은 복수의 광학체들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체들은 임의의 유형일 수 있고, 광학체들에 통상적으로 사용되는 임의의 유형의 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 두 개 이상의 광학체들은 동일한 광학 속성들(예를 들어, 반사율, 굴절률 및 투명 범위) 및/또는 기하학적 속성들(예를 들어, 곡률/초점 길이 또는 피치)을 가질 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 광학 속성들 및 동일한 기하학적 속성들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(229)은 하나 이상의 어퍼처 층들에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(229)은 광 혼합을 방지하기 위해 불투명한 인접 광학체들 사이의 위치들을 포함하는 어퍼처 층과 같은 패턴화된 어퍼처 층에 결합될 수 있다.
광(254)은 광학체(223)를 통해 투과될 수 있고, 광학체(223)는 검출기 어레이(230)에 포함된 검출기 픽셀(233)에 의해 검출되도록 광(254)을 수렴할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(223)는 광(254)을 검출기 픽셀의 중앙 위치(도시되지 않음) 또는 에지 위치에 수렴할 수 있다. 검출기 어레이(230)는 기판 상에 배치된 검출기 픽셀(233), 검출기 픽셀(235), 및 검출기 픽셀(237)과 같은 하나 이상의 검출기 픽셀들을 포함할 수 있다. 검출기 픽셀은 공통 풋프린트(footprint)(예를 들어, 동일한 크기 및 형상)를 갖는 하나 이상의 검출기 요소들을 포함할 수 있다. 검출기 요소는 광의 존재를 검출하도록 설계된 요소일 수 있고, 검출된 광을 나타내는 신호를 개별적으로 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 검출기 어레이(230) 내의 다른 검출기 픽셀들로부터 독립적으로 제어(예를 들어, 측정, 관찰, 또는 모니터링)될 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 단파 적외선(SWIR) 범위의 광을 검출하는 것이 가능할 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 2.0 내지 2.5 μm 사이에서 동작할 수 있는 SWIR 검출기일 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 HgCdTe, InSb, 또는 InGaAs 계열 검출기일 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 특정 샘플 위치 및/또는 시스템(200)의 표면에 입사하는 광의 각도와 연관될 수 있다. 검출기 픽셀(233)은 광(254)을 검출할 수 있고 검출된 광(254)의 속성들을 나타내는 전기 신호를 생성할 수 있다. 검출기 어레이(230)는 전기 신호를 제어기(240)에 전송할 수 있고, 제어기(240)는 전기 신호를 프로세싱 및/또는 저장할 수 있다.
시스템(200)은 반사기와 같은 레퍼런스(222)에서 반사된 광으로부터의 정보와 함께 샘플로부터 반사된 광으로부터의 정보를 활용함으로써 샘플(220)의 하나 이상의 속성들을 결정할 수 있다. 광원(202)은 광(264)을 방출할 수 있다. 광(264)은 레퍼런스(222)로 지향될 수 있다. 레퍼런스(222)는 적어도 부분적으로 입사광을 반사할 수 있는 임의의 유형의 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 반사 재료는 티타늄(Ti), 코발트(Co), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 니켈 크롬(NiCr), 티타늄 텅스텐(TiW), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 및 은(Ag)을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 예들에서, 반사 재료는 하나 이상의 유전체 층들을 포함할 수 있다. 레퍼런스(222)의 하나 이상의 속성들(예를 들어, 두께)은 광의 파장, 재료의 유형, 및/또는 레퍼런스(222)의 조성에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스(222)의 크기 및 형상은 광(264)의 광 빔의 크기보다 더 크거나 동일한 크기 및/또는 형상이 되도록 구성될 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 크기 및 형상이 15% 편차를 야기하는 허용 오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 레퍼런스(222)의 광학 속성들 및/또는 물리적 속성들은 광(264)의 반사율이 75%를 초과하도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스(222)의 광학 속성들 및/또는 물리적 속성들은 광(264)의 반사율이 90%를 초과할 수 있게 할 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스(222)의 크기 및 형상은 광(264)의 15% 미만이 레퍼런스(222)를 통해 투과되도록 허용되고, 광(264)이 샘플(220)에 도달하는 것이 방지되도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스(222)는 광(264)을 경면 반사로서 반사하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스(222)는 분광적으로 중성 차단기일 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스 신호는 샘플(220)에 입사하는 광(252)과 레퍼런스(222)에 입사하는 광(264) 사이의 초핑 광(chopping light)(264)을 포함할 수 있다. 도 2는 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에 위치된 레퍼런스(222)를 도시하며, 본 개시내용의 예들은 시스템의 내부 벽, 광학체들의 측면 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 위치들에 위치된 레퍼런스를 포함할 수 있다.
광(264)은 레퍼런스(222)에서 광학체(216)를 향해 반사될 수 있다. 광(264)은 광학체(216)를 통해 투과되어 광학체(218)를 향할 수 있다. 광(264)은 광학체(218)를 통해 투과되고 광학체 유닛(229)에 포함된 광학체(219)에 입사될 수 있다. 광학체(219)는 입사광 빔을 확산하도록 구성된 임의의 유형의 광학체들일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(219)는 초점 길이가 음(negative)인 렌즈일 수 있는 네거티브 렌즈일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(219)는 프리즘일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(219)는 검출기 어레이(230) 내의 각각의 검출기 픽셀에 대하여 웨지 각도를 이루는 프리즘을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(219)는 빔스플리터일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(219)는 광을 광(266) 및 광(267)과 같은 다수의 빔들로 확산 또는 분할하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(219)는 광을 확산하여 각각의 광 빔이 검출기 어레이(230) 내의 상이한 검출기 픽셀로 지향되도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(219)는 광을 균일하게 확산하여 각각의 광 빔의 속성들이 동일할 수 있도록 할 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 속성들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 광학체(219)는 광을 확산하여 적어도 2개의 광 빔들의 세기들이 상이하도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(219)는 다수의 광학체들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(219)의 크기 및/또는 형상은 광이 확산되는 검출기 픽셀들의 수, 광학체(219)에서 출사되는 하나 이상의 광 빔들의 속성들, 또는 이 둘 모두에 기초할 수 있다. 일부 예들에서, 어퍼처 층은 광학체(219)에서 출사되는 광의 속성들 및/또는 방향을 제어하기 위해 광학체(219)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(219) 또는 시스템(200)은 샘플의 표면에서 시스템 내로 다시 반사되는 광(즉, 샘플(220)을 투과하지 않은 광)이 광학체(219)에 입사하는 것이 방지되도록 구성될 수 있으며, 다만 미광 또는 배경 광은 광학체(219)에 입사할 수 있다.
광(264)은 광학체(219)를 투과하여 광(266)을 형성할 수 있다. 광(266)은 검출기 픽셀(233)에 입사할 수 있다. 검출기 픽셀(233)은 광(266)을 검출할 수 있고 검출된 광(266)의 속성들을 나타내는 전기 신호를 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 광 빔을 검출하도록 구성된 검출기 픽셀들의 수는 상이한 광 빔들에 대해 상이할 수 있다. 예를 들어, 광(254)은 하나의 검출기 픽셀(예를 들어, 검출기 픽셀(233))에 의해 검출될 수 있는 한편, 광(255)은 두 개의 검출기 픽셀들(예를 들어, 검출기 픽셀(235) 및 검출기 픽셀(237))에 의해 검출될 수 있다. 전기 신호는 검출기 어레이(230)에서 제어기(240)로 전송될 수 있다. 제어기(240)는 전기 신호를 프로세싱 및/또는 저장할 수 있다. 제어기(240)는 광(254)으로부터 측정된 신호 정보를 활용하여 위치(257)로 향하는 광학 경로를 따라 반사율 또는 하나 이상의 샘플 속성들을 결정할 수 있고, 광(266)으로부터의 신호 정보를 활용하여 광원(202) 및/또는 검출기 어레이(230)의 임의의 변동 또는 드리프트를 검출할 수 있다. 위에서 논의된 방법들 중 임의의 것을 사용하여, 제어기(240)는 전기 신호 및 신호 정보를 프로세싱하여 샘플(220)의 하나 이상의 속성들을 결정할 수 있다.
샘플(220) 내의 위치(259)와 같은 다른 위치들에서의 측정들을 위해 시스템(200)의 동일한 컴포넌트들이 사용될 수 있다. 위치(257)로 향하는 광학 경로를 따라 흡수 또는 반사되지 않는 광(252)은 광(253)으로 지칭될 수 있다. 광(253)은 위치(259)에 입사할 수 있고 광(255)으로서 시스템(200) 내로 반사 및/또는 산란될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(200)의 표면에서의 광(255)의 입사각은 광(254)의 입사각과 상이할 수 있다. 광(255)은 위치(217)에서 광학체(210)를 통해 시스템(200)에 입사할 수 있다. 광(255)은 광학체(216) 및 광학체(218)를 통해 투과될 수 있고, 광학체 유닛(229)에 포함된 광학체(227)에 입사할 수 있다. 광(255)은 광학체(227)를 통해 투과될 수 있고, 광학체(227)는 광(255)이 검출기 어레이(230)에 포함된 검출기 픽셀(235) 및 검출기 픽셀(237)에 의해 검출되도록 광을 수렴, 방향전환, 시준, 포커싱, 및/또는 확대할 수 있다. 검출기 픽셀(235) 및 검출기 픽셀(237)은 광(255)을 검출할 수 있고, 검출된 광(255)의 속성들을 나타내는 전기 신호들을 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(227)는 광(255)이 검출기 픽셀의 중심 위치 또는 에지 위치에 입사하도록 광을 수렴, 방향전환, 시준, 포커싱, 및/또는 확대할 수 있다. 임의의 수의 검출기 픽셀들이 광 빔을 검출하도록 구성될 수 있다. 검출기 어레이(230)는 전기 신호를 제어기(240)에 전송할 수 있다. 제어기(240)는 전기 신호를 프로세싱 및/또는 저장할 수 있다.
제어기(240)는 광(255)으로부터 측정된 신호 정보를 활용하여 샘플(220)의 하나 이상의 속성들을 결정할 수 있고, 광(267)으로부터의 신호 정보를 활용하여 광원(202) 및/또는 검출기 어레이(230)의 임의의 변동 또는 드리프트를 검출할 수 있다. 일부 예들에서, 제어기(240)는 별도의 측정들에 대한 필요 없이도 검출기 픽셀(233)에 입사하는 광(266) 및 검출기 픽셀(235) 및/또는 검출기 픽셀(237)에 입사하는 광(267)을 동시에 검출할 수 있다. 일부 예들에서, 위치(257) 및 위치(259)는 샘플(220)의 표면 또는 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)으로부터 동일한 깊이를 가질 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 깊이들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 위치(257) 및 위치(259)는 샘플(220)의 표면으로부터 상이한 깊이들을 가질 수 있다. 제어기(240)는 위치(257) 및 위치(259) 둘 모두에서 반사율, 굴절률, 밀도, 농도, 산란 계수, 산란 이방성, 또는 흡광도를 측정할 수 있고 그 값들을 평균화할 수 있다.
전술한 도면 및 논의는 샘플 내의 두 위치들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 예들은 임의의 수의 위치들을 포함할 수 있고, 하나 또는 두 개의 위치들에 제한되지 않는다. 일부 예들에서, 광은 동일한 입사각으로 다수의 위치들에 입사할 수 있다. 일부 예들에서, 광원은 시스템에서 출사되는 하나의 광 빔을 생성하도록 구성될 수 있으며, 이로 인해 다수의 입력 광 빔들이 시스템 내로 다시 반사 및/또는 산란된다. 일부 예들에서, 시스템은 위치들에서 상이한 입사각을 가지고 광을 방출하는 하나 이상의 광원들로 구성될 수 있으며, 이때 광은 동시에 또는 상이한 시간들에 방출될 수 있다.
일부 예들에서, 시스템(200)은 광 차단기(292)를 더 포함할 수 있다. 광 차단기(292)는 광을 흡수 또는 차단할 수 있는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광 차단기(292)는 입사광이 반사하는 것을 방지하는 임의의 재료(예를 들어, 반사 방지 코팅)를 포함할 수 있다. 즉, 광 차단기(292)는 원하지 않는 광이 검출기 어레이(230)에 도달하여 측정되는 것을 방지할 수 있다. 일부 예들에서, 광 차단기(292)는 검출기 어레이(230)의 검출 파장들과 상이한 파장들에서 반사하는 임의의 재료를 포함할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 시스템(200)은 복수의 광학체들 및 복수의 검출기 픽셀들을 포함할 수 있으며, 각각의 광학체는 하나 또는 복수의 검출기 픽셀들과 연관될 수 있다. 각각의 광학체들-검출기 픽셀 쌍은 샘플(220) 내의 광학 경로와 연관될 수 있다. 일부 예들에서, 이는 샘플(220) 내의 하나의 광학 경로에 대한 하나의 광학체들-검출기 픽셀 쌍의 연관일 수 있다. 예를 들어, 광학체(223) 및 검출기 픽셀(233)은 광(254)으로부터의 광학 경로와 연관될 수 있고, 광학체(227) 및 검출기 픽셀(237)은 광(255)으로부터의 광학 경로와 연관될 수 있다. 제어기(240)가 검출기 픽셀(233) 및 검출기 픽셀(237)을 샘플(220) 내의 상이한 위치들(예를 들어, 위치(257) 및 위치(259)) 및/또는 상이한 광학 경로들과 연관시킬 수 있기 때문에, 제어기(240)는 경로 길이들, 침투 깊이들, 입사각들, 출사 위치들, 및/또는 출사각들의 차이들을 식별할 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플의 하나 이상의 속성들을 결정하도록 구성된 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다. 시스템(300)은 샘플(320)의 표면에 가까이 있거나, 터치하거나, 그 위에 놓이거나, 또는 부착될 수 있다. 샘플(320)은 위치(357) 및 위치(359)와 같은 하나 이상의 위치들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 하나 이상의 위치들은 하나 이상의 산란 이벤트들과 연관될 수 있다.
시스템(300)은 광원(302)을 포함할 수 있다. 광원(302)은 광(350)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광원(302)은 광(350)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광원(302)은 램프, 레이저, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 전자발광(EL) 광원, 양자점(QD) 광 방출기, 초발광 다이오드, 초연속체 광원, 섬유 기반 광원 또는 이들 광원들 중 하나 이상의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 광을 생성할 수 있는 임의의 광원일 수 있다. 일부 예들에서, 광원(302)은 단일 파장의 광을 방출하는 것이 가능할 수 있다. 일부 예들에서, 광원(302)은 복수의 파장의 광을 방출하는 것이 가능할 수 있다. 일부 예들에서, 광원(302)은 SWIR 시그너처를 생성할 수 있는 임의의 튜닝가능한 광원일 수 있다. 일부 예들에서, 복수의 광원들이 시스템에 포함될 수 있으며, 각각의 광원(302)은 상이한 파장 범위의 광(예를 들어, 스펙트럼에서 상이한 색상들)을 방출한다. 일부 예들에서, 광원(302)은 인듐 포스파이드(InP), 갈륨 안티모나이드(GaSb), 갈륨 아세나이드 안티모나이드(GaAsSb), 알루미늄 아세나이드(AlAs), 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs), 알루미늄 인듐 아세나이드(AlInAs), 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP), 인듐 갈륨 아세나이드(InGaAs), 인듐 아세나이드 안티모나이드(InAsSb), 인듐 포스파이드 안티모나이드(InPSb), 인듐 아세나이드 포스파이드 안티모나이드(InAsPSb), 및 갈륨 인듐 아세나이드 안티모나이드 포스파이드(GaInAsSbP)과 같은 III-V 재료를 포함할 수 있다.
시스템(300)은 또한 샘플(320) 또는 시스템의 외부 표면에 가까이 또는 근접하게 위치된 입력 영역(382)을 포함할 수 있다. 입력 영역(382)은 윈도우, 광학 셔터, 또는 기계적 셔터를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 투명 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
광(350)은 입력 영역(382)을 통해 시스템(300)에서 출사될 수 있다. 일부 예들에서, 광(350)은 시준 빔일 수 있다. 시스템(300)에서 출사되어 샘플(320)을 통해 위치(357)까지 이동하는 광은 광(352)으로 지칭될 수 있다. 광(352)은 45°를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 각도로 위치(357)에 입사할 수 있다. 일부 예들에서, 광(352)은 위치(357)에서 20° 내지 30° 사이의 입사각을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 광(352)은 위치(357)에서 35°의 입사각을 가질 수 있다. 위치(357)는 샘플(320)의 하나 이상의 속성들을 포함할 수 있다. 광(352)은 위치(357)에 도달하기 전에, 위치(357)에 있을 때, 및/또는 위치(357)에서 부분적으로 반사 및/또는 산란된 후에 부분적으로 흡수될 수 있으며, 광(354)으로 지칭될 수 있다. 일부 예들에서, 광(354)은 샘플(320)을 투과하는 광에 의해 형성될 수 있다. 광(354)은 샘플(320)을 침투할 수 있고, 광학체(310)의 위치(313)에서 시스템(300)에 입사할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(310)는 샘플(320)에 접촉하거나 근접하게 있을 수 있다. 광학체(310)는 입사광의 거동 및 속성들을 변화시킬 수 있는 렌즈와 같은 임의의 유형의 광학 컴포넌트일 수 있다. 광학체(310)는 위치(313) 및 위치(317)와 같은 복수의 위치들을 포함할 수 있으며, 여기서 샘플(320)에서 출사되는 광은 시스템(300) 내로 입사하도록 허용될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(310)는 투명 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(310)는 큰 어퍼처(예를 들어, 입사광 빔의 크기보다 큰 어퍼처) 및 짧은 초점 길이(예를 들어, 초점 길이는 시스템과 10 mm 내로 근접한 샘플(220)에 초점이 맞춰지게 하는 길이일 수 있음)로 구성된 렌즈일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(310)는 실리콘 렌즈 또는 이산화 규소를 포함하는 렌즈일 수 있다.
시스템(300)은 광학체(316) 및 광학체(318)와 같은 광학체들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(316) 및 광학체(318)는 대물 렌즈들일 수 있다. 대물 렌즈는 짧은 초점 길이를 가지면서 입사광을 집광하여 광 빔을 확대할 수 있는 렌즈이다. 광학체(316)는 광(354)을 집광할 수 있고, 어퍼처 층(386) 내에 포함된 개구(385)를 향하여 광(354)을 지향시킬 수 있다. 어퍼처 층(386)은 광이 투과할 수 있도록 구성된 개구(385) 및 개구(387)와 같은 하나 이상의 개구들을 포함할 수 있다. 어퍼처 층(386)은 하나 이상의 특정 경로 길이들, 입사각들, 또는 둘 모두를 갖는 광을 선택하고, 다른 경로 길이들 또는 입사각들을 갖는 광을 거부 또는 감쇠시키는 것이 가능할 수 있다. 경로 길이, 입사각, 또는 둘 모두에 기초한 광의 선택 및 거부는 어퍼처 크기(즉, 어퍼처 층 내의 개구의 크기)를 조정함으로써 최적화될 수 있다. 선택된 광(즉, 하나 이상의 특정 경로 길이들, 입사각들, 또는 둘 모두를 갖는 광)은 어퍼처 층 내의 개구에 도달하면 초점이 맞을 수 있고, 거부된 광은 초점을 벗어날 수 있다. 초점을 벗어난 광은 어퍼처 크기보다 큰 빔 크기를 가질 수 있거나, 집광 범위 밖의 입사각를 가질 수 있거나, 또는 둘 모두일 수 있고, 따라서 거부될 수 있다. 초점이 맞는 광은 경로 길이들의 범위 및 집광 각도들의 범위 내의 광 빔을 가질 수 있고, 따라서 어퍼처 층을 투과하도록 허용될 수 있다.
어퍼처 층(386) 내의 개구(385)에서 출사되는 광(354)은 광학체(318)를 통해 투과될 수 있고, 광학체(323)에 입사할 수 있다. 광학체(323)는 광학체 유닛(39)에 포함될 수 있다. 광학체 유닛(39)은 기판에 부착된 광학체(323) 및 광학체(327)와 같은 복수의 광학체들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체들은 임의의 유형일 수 있고, 광학체들에 통상적으로 사용되는 임의의 유형의 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 두 개 이상의 광학체들은 동일한 광학 속성들 및/또는 기하학적 속성들을 가질 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 광학 속성들 및 동일한 기하학적 속성들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(39)은 하나 이상의 어퍼처 층들에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(39)은 광 혼합을 방지하기 위해 불투명한 인접 광학체들 사이의 위치들을 포함하는 어퍼처 층과 같은 패턴화된 어퍼처 층에 결합될 수 있다.
광(354)은 광학체(323)를 통해 투과될 수 있고, 검출기 어레이(330)에 포함된 검출기 픽셀(333)에 입사할 수 있다. 검출기 어레이(330)는 검출기 픽셀(333), 검출기 픽셀(335), 및 검출기 픽셀(337)과 같은 복수의 검출기 픽셀들을 포함할 수 있다. 검출기 픽셀은 공통 풋프린트(예를 들어, 동일한 크기 및 형상)를 갖는 하나 이상의 검출기 요소들을 포함할 수 있다. 검출기 요소는 광의 존재를 검출하도록 설계된 요소일 수 있고, 검출된 광을 나타내는 신호를 개별적으로 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 검출기 어레이(330) 내의 다른 검출기 픽셀들로부터 독립적으로 제어(예를 들어, 측정, 관찰, 또는 모니터링)될 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 SWIR 범위의 광을 검출하는 것이 가능할 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 1.5 내지 2.5 μm 사이에서 동작할 수 있는 SWIR 검출기일 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 HgCdTe, InSb, 또는 InGaAs 계열 검출기일 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 특정 샘플 위치 및/또는 시스템(300)의 표면에 입사하는 광의 각도와 연관될 수 있다. 검출기 픽셀(333)은 광(354)을 검출할 수 있고, 검출된 광(354)의 속성들을 나타내는 전기 신호를 생성할 수 있다. 검출기 어레이(330)는 전기 신호를 제어기(340)에 전송할 수 있고, 제어기(340)는 전기 신호를 프로세싱 및/또는 저장할 수 있다.
시스템(300)은 레퍼런스(322)로부터 반사된 광으로부터의 정보와 함께 샘플(320)을 침투하는(그리고 샘플 내의 위치로부터 반사되는) 광으로부터의 정보를 활용함으로써 샘플(320)의 하나 이상의 속성들을 결정할 수 있다. 광원(302)은 광(364)을 방출할 수 있다. 광(364)은 레퍼런스(322)에 지향될 수 있다. 레퍼런스(322)는 적어도 부분적으로 광을 반사할 수 있는 임의의 유형의 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 반사 재료들은 Ti, Co, Nb, W, NiCr, TiW, Cr, Al, Au, 및 Ag를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 예들에서, 반사 재료는 하나 이상의 유전체 층들을 포함할 수 있다. 레퍼런스(322)의 하나 이상의 속성들(예를 들어, 두께)은 광의 파장, 재료의 유형, 및/또는 레퍼런스의 조성에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 예들에서, 반사기(322)의 크기 및 형상은 광(364)의 크기 및/또는 형상보다 더 크거나 동일하도록 구성될 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 크기 및 동일한 형상이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 레퍼런스(322)의 광학 속성들 및/또는 물리적 속성들은 광(364)의 반사율이 75%를 초과하도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스(322)의 광학 속성들 및/또는 물리적 속성들은 광(364)의 반사율이 90%를 초과하도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스(322)의 크기 및 형상은 광(364)의 15% 미만이 레퍼런스(322)를 통해 투과되도록 허용되고, 광(364)이 샘플(320)에 도달하는 것이 방지되도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스(322)는 광(364)을 경면 반사로서 반사하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스(322)는 분광적으로 중성 차단기일 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스 신호는 샘플(320)과 레퍼런스(322) 사이의 초핑 광(264)을 포함할 수 있다.
광(364)은 레퍼런스(322)에서 광학체(316)를 향해 반사될 수 있다. 광(364)은 광학체(316)를 통해 투과되어 어퍼처 층(386)을 향할 수 있다. 어퍼처 층(386)은 광(364)이 투과될 수 있도록 그 크기 및 형상이 구성될 수 있는 개구(389)로 구성될 수 있다. 개구(389)에서 출사되는 광(364)은 광학체(318)에 입사할 수 있다. 광(364)은 광학체(318)를 통해 투과되고 광학체(319)에 입사할 수 있다. 광학체(319)는 입사광 빔을 확산하도록 구성된 임의의 유형의 광학체들일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(319)는 초점 길이가 음인 렌즈인 네거티브 렌즈일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(319)는 프리즘일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(319)는 검출기 어레이(330) 내의 각각의 검출기 픽셀에 대하여 웨지 각도를 이루는 프리즘을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(319)는 빔스플리터일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(319)는 광을 광(366) 및 광(367)과 같은 다수의 광 빔들로 확산 또는 분할하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(319)는 각각의 광 빔이 검출기 어레이(330) 상의 상이한 검출기 픽셀을 향하도록 광을 확산할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(319)는 광을 균일하게 확산하여 각각의 광 빔의 하나 이상의 속성들이 동일하도록 할 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 속성들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 광학체(319)는 광 빔을 확산하여 적어도 2개의 광 빔의 세기들이 상이하도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(319)는 다수의 광학체들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(319)의 크기 및/또는 형상은 검출기 픽셀들의 수 및/또는 광학체(319)에서 출사되는 하나 이상의 광 빔들의 속성들에 기초할 수 있다. 일부 예들에서, 어퍼처 층은 광학체(319)에서 출사되는 광의 속성들 및/또는 방향을 제어하기 위해 광학체(319)에 결합될 수 있다.
광(364)은 광학체(319)를 통해 투과되어 광(366)을 형성할 수 있다. 광(366)은 검출기 픽셀(333)에 입사할 수 있다. 검출기 픽셀(333)은 광(366)을 검출할 수 있고 검출된 광(366)의 속성들을 나타내는 전기 신호를 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 광 빔을 검출하도록 구성된 검출기 픽셀들의 수는 상이한 광 빔들에 대해 상이할 수 있다. 예를 들어, 광(354)은 하나의 검출기 픽셀(예를 들어, 검출기 픽셀(233))에 의해 검출될 수 있는 한편, 광(355)은 두 개의 검출기 픽셀들(예를 들어, 검출기 픽셀(335) 및 검출기 픽셀(337))에 의해 검출될 수 있다. 전기 신호는 검출기 어레이(330)에서 제어기(340)로 전송될 수 있다. 제어기(340)는 전기 신호를 프로세싱 및/또는 저장할 수 있다. 제어기(340)는 광(354)으로부터 측정된 신호 정보를 활용하여 위치(357)로 향하는 광학 경로를 따라 반사율 또는 하나 이상의 속성들을 결정할 수 있고, 광(366)으로부터의 신호 정보를 활용하여 광원(302) 및/또는 검출기 어레이(330)의 임의의 변동 또는 드리프트를 검출할 수 있다. 위에서 논의된 방법들 중 임의의 것을 사용하여, 제어기(340)는 전기 신호 및 신호 정보를 둘 모두 프로세싱하여 샘플(320)의 하나 이상의 속성들을 결정할 수 있다.
샘플(320) 내의 위치(359)와 같은 다른 위치들에서의 측정들을 위해 동일한 컴포넌트들이 사용될 수 있다. 위치(357)로 향하는 광학 경로를 따라 흡수 또는 반사되지 않는 광(352)은 광(353)으로 지칭될 수 있다. 광(353)은 위치(359)에 입사할 수 있고 광(355)으로서 시스템(300) 내로 반사 및/또는 산란될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(300)의 표면에서의 광(355)의 입사각은 광(354)의 입사각과 상이할 수 있다. 광(355)은 위치(317)에서 광학체(310)를 통해 시스템(300)에 입사할 수 있다. 광(355)은 광학체(316)를 통해 투과될 수 있고 어퍼처 층(386)에 입사할 수 있다. 어퍼처 층(386)은 광(355)(및 동일한 경로 길이, 입사각 또는 둘 모두를 갖는 임의의 광)이 투과하는 것을 허용하도록 구성된 개구(387)를 포함할 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 경로 길이 및 동일한 입사각이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 위치(357)로부터 반사된 광은 위치(359)로부터 반사된 광과 상이한 경로 길이를 가질 수 있기 때문에, 어퍼처 층(386)은 광학 경로들의 상이한 속성들(예를 들어, 경로 길이 및 입사각)을 고려하여 상이한 크기들 및/또는 형상들을 갖는 다수의 개구들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 개구(385)는 광(354)의 경로 길이 및 입사각에 기초한 크기 및 형상으로 구성될 수 있고, 개구(387)는 광(355)의 경로 길이 및 입사각에 기초한 크기 및 형상으로 구성될 수 있다. 광(355)은 어퍼처 층(386) 내의 개구(387)를 통해 투과될 수 있고, 광학체(318)를 통해 투과될 수 있으며, 광학체 유닛(39)에 포함된 광학체(327)에 입사할 수 있다. 광(355)은 광학체(327)를 통해 투과될 수 있고, 광학체(327)는 광(355)이 검출기 픽셀(335) 및 검출기 픽셀(337)에 의해 검출되도록 광을 수렴, 방향전환, 시준, 포커싱, 및/또는 확대할 수 있다. 검출기 픽셀(335) 및 검출기 픽셀(337)은 광(355)을 검출할 수 있고 검출된 광(355)의 속성들을 나타내는 전기 신호를 생성할 수 있다. 검출기 어레이(330)는 전기 신호를 제어기(340)에 전송할 수 있고, 제어기(340)는 전기 신호를 프로세싱 및/또는 저장할 수 있다.
제어기(340)는 광(355)으로부터 측정된 신호 정보를 활용하여 샘플(320)의 하나 이상의 속성들을 결정할 수 있고, 광(367)으로부터의 신호 정보를 활용하여 광원(302) 및/또는 검출기 어레이(330)의 임의의 변동 또는 드리프트를 검출할 수 있다. 제어기(340)는 샘플(320) 내에 위치된 위치(359)로 향하는 광학 경로를 따라 하나 이상의 속성들을 결정하기 위해 신호 정보의 집광들을 둘 모두 프로세싱할 수 있다. 일부 예들에서, 제어기(340)는 별도의 측정들에 대한 필요 없이도 검출기 픽셀(333)에 입사하는 광(366) 및 검출기 픽셀(335) 및 검출기 픽셀(337)에 입사하는 광(367)을 동시에 검출할 수 있다. 일부 예들에서, 위치(357) 및 위치(359)는 샘플(320)의 표면으로부터 동일한 깊이를 가질 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 깊이들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 위치(357) 및 위치(359)는 샘플(320)의 표면으로부터 상이한 깊이들을 가질 수 있다. 제어기(340)는 위치(357) 및 위치(359) 모두에서 반사율, 굴절률, 밀도, 농도, 산란 계수, 산란 이방성 또는 흡광도를 측정할 수 있고 그 값들을 평균화할 수 있다.
전술한 도면 및 논의는 샘플 내의 두 위치들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 예들은 임의의 수의 위치들을 포함할 수 있고, 하나 또는 두 개의 위치들에 제한되지 않는다. 일부 예들에서, 광은 동일한 입사각으로 다수의 위치들에 입사할 수 있다. 일부 예들에서, 광원은 시스템에서 출사되는 하나의 광 빔을 생성하도록 구성될 수 있으며, 이로 인해 다수의 입력 광 빔들이 시스템 내로 다시 반사 및/또는 산란된다. 일부 예들에서, 시스템은 위치들에서 상이한 입사각을 가지고 광을 방출하는 하나 이상의 광원들로 구성될 수 있으며, 이때 광은 동시에 또는 상이한 시간들에 방출될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 시스템(300)은 어퍼처 내의 복수의 개구들, 복수의 광학체들, 및 복수의 검출기 픽셀을 포함할 수 있고, 각각의 개구 및 광학체들은 검출기 픽셀에 결합될 수 있다. 각각의 개구/광학체들/검출기 픽셀 트리오(trio)는 샘플(320) 내의 광학 경로와 연관될 수 있다. 일부 예들에서, 이는 샘플(320) 내의 하나의 광학 경로에 대한 하나의 개구-광학체들-검출기 픽셀 트리오의 연관일 수 있다. 예를 들어, 개구(385), 광학체(323), 및 검출기 픽셀(333)은 광(354)으로부터의 광학 경로와 연관될 수 있다. 유사하게, 개구(387), 광학체(327), 및 검출기 픽셀(337)은 광(355)으로부터의 광학 경로와 연관될 수 있다. 제어기는 검출기 픽셀(333) 및 검출기 픽셀(337)을 샘플(320) 내의 상이한 위치들(예를 들어, 위치(357) 및 위치(359)) 및 상이한 깊이들 또는 경로 길이들과 연관시킬 수 있기 때문에, 제어기(340)는 경로 길이들, 침투 깊이들, 입사각들, 출사 위치들, 및/또는 출사각들의 차이들을 식별할 수 있다.
일부 예들에서, 시스템(300)은 광 차단기(392)를 더 포함할 수 있다. 광 차단기(392)는 광을 흡수하거나 차단할 수 있는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광 차단기(392)는 입사광이 반사되는 것을 방지하는 임의의 재료(예컨대, 반사방지 코팅)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광 차단기(392)는 검출기 어레이(330)의 검출 파장들과 상이한 파장들에서 반사하는 임의의 재료를 포함할 수 있다.
도 4a는 본 개시내용의 예들에 따른, 두 층의 광학체들을 이용하여 샘플 표면 상의 다수의 입사각들을 분해하도록 구성된 시스템의 예시적인 부분의 단면도를 도시한다. 시스템(400)은 샘플(420)에 가까이 있거나, 터치하거나, 그 위에 놓이거나, 또는 부착될 수 있다. 샘플(420)은 위치(457)와 같은 하나 이상의 위치를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 하나 이상의 위치들은 하나 이상의 산란 이벤트들과 연관될 수 있다. 시스템(400)은 샘플(420) 내의 광학 경로를 재이미징하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시스템(400)은 입사광의 각도들 및 출사 위치들을 다른 평면(예를 들어, 검출기 어레이(430)에 보다 가까이 위치된 평면)에 재이미징하도록 구성될 수 있다. 광학 경로들의 재이미징은 하나 이상의 광학체들의 층들을 사용하여 수행될 수 있다. 시스템(400)은 예를 들어 두 개의 광학체들의 층들을 포함할 수 있다. 검출기 어레이(430)는 광학체들의 층들 아래에(즉, 샘플(420)의 표면의 반대편에) 위치될 수 있고, 두 층의 광학체들이 지지부(414)에 의해 지지될 수 있다. 광학체들의 굴절률에 대조되는 굴절률을 갖는 공기, 진공, 또는 임의의 매질이 광학체들의 두 개 층들 사이에 위치될 수 있다. 도면들에서 두 층의 광학체들을 포함하는 시스템을 도시하지만, 본 개시내용의 예들은 광학체들의 한 개의 층을 포함하거나 또는 두 개의 층들보다 많이 포함하는 광학체들의 임의의 수의 층들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
시스템(400)은 광원들(402)을 포함할 수 있다. 광원들(402)은 광(450)을 방출하도록 구성될 수 있다. 광원들(402)은 램프, 레이저, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 전자발광(EL) 광원, 양자점(QD) 광 방출기, 초발광 다이오드, 초연속체 광원, 섬유 기반 광원 또는 이들 광원들 중 하나 이상의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 광을 생성할 수 있는 임의의 광원일 수 있다. 일부 예들에서, 광원들(402)은 단일 파장의 광을 방출하는 것이 가능할 수 있다. 일부 예들에서, 광원들(402)은 복수의 파장의 광을 방출하는 것이 가능할 수 있다. 일부 예들에서, 광원들(402)은 SWIR 시그너처를 생성할 수 있는 임의의 튜닝가능한 광원일 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 광원들(402)은 상이한 파장 범위의 광(예를 들어, 스펙트럼에서 상이한 색상들)을 방출할 수 있다. 일부 예들에서, 광원들(402)은 인듐 포스파이드(InP), 갈륨 안티모나이드(GaSb), 갈륨 아세나이드 안티모나이드(GaAsSb), 알루미늄 아세나이드(AlAs), 알루미늄 갈륨 아세나이드(AlGaAs), 알루미늄 인듐 아세나이드(AlInAs), 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP), 인듐 갈륨 아세나이드(InGaAs), 인듐 아세나이드 안티모나이드(InAsSb), 인듐 포스파이드 안티모나이드(InPSb), 인듐 아세나이드 포스파이드 안티모나이드(InAsPSb), 및 갈륨 인듐 아세나이드 안티모나이드 포스파이드(GaInAsSbP)과 같은 III-V 재료를 포함할 수 있다.
광원들(402)로부터의 광은 집적 튜닝 요소들(404), 광학 트레이스들(도시되지 않음), 및 하나 이상의 멀티플렉서들(도시되지 않음)을 사용하여 조합될 수 있다. 일부 예들에서, 집적 튜닝 요소들(404), 광학 트레이스들, 및 멀티플렉서(들)는 기판(442) 상에 배치되거나 실리콘 포토닉스 칩(silicon photonics chip)과 같은 단일 광학 플랫폼에 포함될 수 있다. 시스템(400)은 또한 광원들(402)의 온도를 제어, 가열, 또는 냉각하기 위한 열 관리 유닛(401)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 멀티플렉서들에는 아웃커플러들(409)이 결합될 수 있다. 아웃커플러들(409)은 옵션적으로, 멀티플렉서(들)로부터의 광 빔을 광학체(416)를 향해 포커싱, 집광, 시준, 및/또는 컨디셔닝(예를 들어, 형상화)하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 아웃커플러들(409)은 잘-정의된(즉, 지향성인) 광 빔을 광학체(416)로 지향시키는 단일 모드 도파관으로서 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 아웃커플러들(409)로부터의 광(450)은 임의의 적합한 형상(예를 들어, 원추형, 원통형, 등)을 갖는 광 빔일 수 있다. 일부 예들에서, 아웃커플러들(409)로부터의 광(450)은 기판(442)과 광학체들의 층들 중 하나 또는 둘 모두 사이에서 내부 전반사(totally internally reflected, TIR) 및 "포획(trap)"될 수 있다. 광학체(416)는 광(450)을 수신할 수 있고 샘플(420) 내의 하나 이상의 위치들을 향해 광 빔을 시준 및/또는 기울일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(416)는 편평한(또는 편평도 10% 이내인) 하부 표면들(즉, 아웃커플러(409)로 향하는 표면) 및 볼록한 상부 표면들(즉, 아웃커플러(409)로부터 멀어지게 향하는 표면)을 포함할 수 있다. 광원들(402)로부터 방출되고, 아웃커플러들(409)에 의해 시준되고, 광학체(416)를 통해 투과되고, 이어서 시스템(400)에서 출사되는 광은 광(452)으로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 아웃커플러들(409)은 접합부에 포함되는 도파관에 결합될 수 있다. 도 4b는 본 개시내용의 예들에 따른, 광원들에 결합된 예시적인 접합부를 도시한다. 접합부(403)는 광원들(402)로부터 방출된 광을 분할 또는 분배하도록 구성될 수 있으며, 광의 일부분은 도파관(405)으로 지향될 수 있고 광의 일부분은 도파관(407)으로 지향될 수 있다. 도파관(405)은 아웃커플러(409)에 결합될 수 있으며, 이는 광을 샘플(420)에 지향시킬 수 있다. 도파관(407) 또한 아웃커플러(409)에 결합될 수 있으며, 이는 광을 레퍼런스(422)로 지향시킬 수 있다. 일부 예들에서, 광원들(402)로부터의 광은 접합부(403)에서 분할될 수 있으며, 광은 도파관(405)과 도파관(407) 사이에서 균등하게 분할될 수 있다. 일부 예들에서, 접합부(403)는 비대칭형 y-접합부일 수 있고, 광은 도파관(405)을 통과한 광의 세기가 도파관(407)을 통과한 광의 세기보다 더 커지도록 분할될 수 있다.
일부 예들에서, 도파관(405), 도파관(407), 또는 둘 모두의 높이 및 폭은 광 빔의 크기 및 형상 및 발산 속성들에 기초하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 타원형 광 빔에 대해, 도파관(405)의 종횡비는 1보다 크게 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 도파관(405)의 종횡비는 1과 동일할 수 있고, 광 빔은 원형일 수 있다. 일부 예들에서, 도파관(405)의 종횡비는 1 미만일 수 있다. 일부 예들에서, 도파관의 높이는 도파관의 폭 미만일 수 있어 광 빔이 비대칭으로 발산한다.
위에 논의한 바와 같이, 레퍼런스 스위칭은 광을 샘플(420)로 투과하는 것과 레퍼런스(422)으로 광을 투과하는 것 사이에서 교번하는 것을 포함할 수 있다. 이 스위치는 기계적 가동 부품들을 사용하여 수행될 수 있지만, 본 개시내용의 예들은 다이오드(411)와 같은, 광을 차단하는 비가동 부품들을 포함할 수 있다. 다이오드(411)는 도파관(405)을 통해 전류를 공급하도록 구성될 수 있는 광원(413)에 결합될 수 있다. 도파관(405)을 통한 전류를 이용하여, 전류 내의 전자들은 도파관(405)을 통해 이동하는 광의 광자들를 흡수할 수 있으며, 이는 광이 도파관(405)으로부터 출력되는 것을 방지할 수 있다. 도파관(407)을 통한 광은 또한 도파관(407)을 통해 전류를 공급하도록 구성될 수 있는 다른 광원(413)에 결합된 다른 다이오드(411)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 도파관(405) 및/또는 도파관(407)은 도 4c에 도시된 바와 같이, 전류가 도파관을 따라 다수의 위치들을 통과하도록 구성되도록 포함할 수 있다. 도파관을 따라 다수의 위치들을 통해 전류를 통과시킴으로써, 광을 차단하기 위해 광원(413)로부터 공급된 더 낮은 전류가 필요할 수 있으며, 이는 더 낮은 전력 소모로 이어질 수 있다. 또한, 도 4b는 두 개의 다이오드들(예를 들어, 도파관(405)에 결합된 다이오드(411) 및 도파관(407)에 결합된 다른 다이오드(411))를 도시하지만, 본 개시내용의 예들은 임의의 수의 다이오드들을 포함할 수 있다.
다시 도 4a를 참조하면, 광(452)은 샘플(420)에서 지향될 수 있고 위치(457)에 입사할 수 있다. 광(454)으로 지칭되는 광(452)의 일부분은 시스템(400)에 입사각(θ1)으로 다시 반사 및/또는 산란될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(400)에서 출사되는 광(452)은 시준 광 빔일 수 있으며, 위치(457)로 향하는 광학 경로를 따라 하나 이상의 산란 이벤트들이 발생할 수 있고 이는 광(454)이 산란 광 빔이 되는 것으로 이어질 수 있다. 광(454)은 시스템(400)에 입사할 수 있고, 광학체 유닛(410)에 포함된 광학체(418)에 입사할 수 있다. 일부 예들에서, 광(454)은 시준 광 빔일 수 있다.
시스템(400)은 하나 이상의 광학체 유닛들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛들은 하나 이상의 상이한 기능들을 가질 수 있고/있거나 하나 이상의 상이한 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학체 유닛(410)은 광의 일반적인 방향을 변경할 수 있는 한편, 광학체 유닛(429)은 광을 포커싱할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(410)은 사파이어 렌즈들을 포함할 수 있는 한편, 광학체 유닛(429)은 실리콘 렌즈들을 포함할 수 있다.
광학체 유닛(410)은 입사광을 집광하고, 광 빔의 크기 및 형상을 컨디셔닝하고, 그리고/또는 입사광을 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 광학체들(예를 들어, 렌즈들, 마이크로 광학체들, 또는 마이크로 렌즈들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학체(418)는 시스템(400)에 입사각(θ1)으로 입사하는 광(454)을 집광할 수 있다. 광학체(418)는 광(454)이 광학체 유닛(429)을 향해 지향되고 광학체 유닛(429) 상의 입사각을 입사각(θ1) 미만으로 갖도록 광(454)의 각도를 변경시킬(즉, 광 빔을 방향전환할) 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(410)과 광학체 유닛(429) 사이의 매체는 광(454)의 각도의 변화(즉, 굴곡)가 감소하도록 하는 굴절률로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 매체는 다기능일 수 있고 기계적 지지부를 제공하는 컨포멀 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(418)는 적어도 부분적으로 광(454)을 포커싱할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(410)은 광(454)에 포함된 광선들을 집광 각도들의 범위 내의 입사각으로 우선적으로 집광할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(410)은 복수의 실리콘 렌즈들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(410)은 하나 이상의 광학체들을 포함할 수 있다. 도 4a는 지지부(414)에 부착된 광학체 유닛(410)을 도시하지만, 본 개시내용의 예들은 광학체 유닛(410), 광학체 유닛(429), 또는 둘 모두에 에칭된 기계적 특징부들을 통해 광학체 유닛(429)에 부착되거나 결합된 광학체 유닛(410)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(410)에 포함된 적어도 두 개의 광학체들은 상이한 기하학적 속성들을 가질 수 있다. 광학체 유닛(410) 내의 광학체들의 속성들의 상세한 논의는 아래에 제공된다.
시스템(400)은 또한 어퍼처 층(486)을 포함할 수 있다. 어퍼처 층(486)은 광(454)(또는 동일한 입사각(θ1)을 갖는 임의의 광)이 투과하는 것을 허용하도록 구성된 개구(487)를 포함할 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 입사각이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 개구(487)를 통해 투과된 광(454)은 광학체 유닛(429)에 포함된 광학체(423)를 향해 지향될 수 있다. 광학체 유닛(429)은 기판에 부착된 광학체(423) 및 광학체(427)와 같은 복수의 광학체들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(423) 및 광학체(427)는 임의의 유형의 광학체들일 수 있으며, 광학체들에 통상적으로 사용되는 임의의 유형의 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(429) 내의 두 개 이상의 광학체들은 동일한 광학 속성들 및/또는 기하학적 속성들을 가질 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 광학 속성들 및 기하학적 속성들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(429)에 포함된 광학체(416) 및 광학체들(예를 들어, 광학체(423) 및 광학체(427))는 동일한 기판 상에 배치 및/또는 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(416) 및 광학체 유닛(429)은 리소그래피 및 동일한 에칭 프로세스를 사용하여 동시에 제조될 수 있다. 리소그래피 패턴화는 정렬 단계들의 수 및 개별적으로 제조된 컴포넌트들의 수를 감소시킬 수 있는 광학체들의 정렬을 정의할 수 있다. 도 4a는 지지부(414)에 부착된 광학체 유닛(429)을 도시하지만, 본 개시내용의 예들은 광학체 유닛(410), 광학체 유닛(429), 또는 둘 모두에 에칭된 기계적 특징부들을 통해 광학체 유닛(410)에 부착 또는 결합된 광학체 유닛(429)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(429)에 포함된 적어도 두 개의 광학체들은 상이한 기하학적 속성들을 가질 수 있다. 광학체 유닛(429) 내의 광학체들의 속성들의 상세한 논의는 아래에 제공된다.
광학체(423)는 검출기 어레이(430)를 향해 광(454)을 포커싱할 수 있다. 일부 예들에서, 광(454)은 광학체(418)로부터 적어도 부분 굴절을 겪을 수 있다. 광(423)은 광(454) 및 초점 광(454)을 재시준할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(400)은 광(454)이 광학체 유닛(410)에 의해 회전되고 광학체 유닛(429)에 의해 포커싱되도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(400)은 광(454)이 광학체 유닛(410) 및 광학체 유닛(429) 둘 모두에 의해 회전되도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(429)은 복수의 실리콘 마이크로 광학체들을 포함할 수 있다.
광(454)은 광학체(423)를 통해 투과될 수 있고 검출기 어레이(430)에 포함된 검출기 픽셀(433)에 의해 검출될 수 있다. 검출기 어레이(430)는 기판 상에 배치된 검출기 픽셀(433) 및 검출기 픽셀(437)과 같은 하나 이상의 검출기 픽셀들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 기판은 실리콘 기판일 수 있다. 검출기 픽셀은 공통 풋프린트(예를 들어, 동일한 크기 및 형상)를 갖는 하나 이상의 검출기 요소들을 포함할 수 있다. 검출기 요소는 광의 존재를 검출하도록 설계된 요소일 수 있고, 검출된 광을 나타내는 신호를 개별적으로 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 검출기 어레이(430) 내의 다른 검출기 픽셀들로부터 독립적으로 제어될 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 SWIR 범위의 광을 검출하는 것이 가능할 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 1.5 내지 2.5 μm 사이에서 동작할 수 있는 SWIR 검출기일 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 HgCdTe, InSb, 또는 InGaAs 계열 검출기일 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 검출기 픽셀의 표면에 입사하는 광의 위치 및/또는 각도를 검출하는 것이 가능할 수 있다. 검출기 픽셀(433)은 판독 집적 회로(ROIC)(441)와 같은 집적 회로에 연결될 수 있다. ROIC(441) 내의 각각의 회로는 검출기 픽셀 상의 검출된 광(또는 광의 광자들)에 대응하는 전하를 집적 캐패시터에 저장하여, 프로세서 또는 제어기(도시되지 않음)에 의해 샘플링되고 판독되게 할 수 있다. 저장된 전하는 광(454)의 하나 이상의 광학 속성들(예를 들어, 흡광도, 투과율, 및 반사율)에 대응할 수 있다. 일부 예들에서, ROIC(441)는 실리콘 기판 상에 제조될 수 있다.
위치(457)에 입사한 광(452)의 다른 일부분은 시스템(400)에 입사각(θ3)으로 다시 반사될 수 있고, 광(455)으로 지칭될 수 있다. 광(455)은 시스템(400)에 입사할 수 있고, 광학체 유닛(410)에 포함된 광학체(419)에 입사할 수 있다. 광학체(418)와 유사하게, 광학체(419)는 입사광을 집광하고, 빔 크기 및 형상을 컨디셔닝(예를 들어, 광 빔을 방향전환)하고, 그리고/또는 입사광을 포커싱할 수 있다. 광(455)은 어퍼처 층(486)에 포함된 개구(489)를 통해 투과될 수 있다. 광(455)은 광학체 유닛(429)에 포함된 광학체(427)를 향하여 지향될 수 있다. 광학체(427)는 검출기 어레이(430)에 포함된 검출기 픽셀(437)을 향해 광(455)을 포커싱할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(400)은 광(455)이 광학체 유닛(410)에 의해 방향전환되고 광학체 유닛(429)에 의해 포커싱되도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(400)은 광(455)이 광학체 유닛(410) 및 광학체 유닛(429) 둘 모두에 의해 방향전환되도록 구성될 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 시스템(400)은 광학체 유닛(410)에 포함된 복수의 광학체들(예를 들어, 광학체(418) 및 광학체(419)) 및 광학체 유닛(429)에 포함된 복수의 광학체들(예를 들어, 광학체(423) 및 광학체(427))을 포함할 수 있으며, 광학체들 각각은 검출기 어레이(430)에 포함된 검출기 픽셀(예를 들어, 검출기 픽셀(433) 또는 검출기 픽셀(437))에 결합될 수 있다. 각각의 제1 광학체들-제2 광학체들-검출기 픽셀 트리오는 샘플(420) 내의 광학 경로와 연관될 수 있다. 일부 예들에서, 이는 샘플(420) 내의 하나의 광학 경로에 대한 하나의 제1 광학체들-제2 광학체들-검출기 픽셀 트리오의 연관일 수 있다. 예를 들어, 광학체(418), 광학체(423), 및 검출기 픽셀(433)은 광(454)으로부터의 광학 경로와 연관된 제1 광학체들-제2 광학체들-검출기 픽셀 트리오를 형성할 수 있다. 유사하게, 광학체들(419), 광학체들(427), 및 검출기 픽셀(437)은 광(455)으로부터의 광학 경로와 연관된 다른 제1 광학체들/제2 광학체들/검출기 픽셀 트리오를 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템(400)은 샘플(420) 내의 상이한 입사각들을 갖는 다수의 광학 경로들을 재이미징 및 분해하는 것이 가능할 수 있으며, 검출기 어레이(430)의 각각의 검출기 픽셀이 상이한 광학 경로에 전용될 수 있다.
도 4a는 검출기 픽셀(433) 및 검출기 픽셀(437)을 단일 검출기 픽셀들이 광학체들과 각각 개별적으로 연관된 것으로 도시하였지만, 본 개시내용의 예들은 동일한 광학체들과 연관된 다수의 검출기 픽셀들 및 동일한 검출기 픽셀과 연관된 다수의 광학체들을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 시스템(400)은 경로 길이들의 범위 내에서 경로 길이들을 통합하고 통합된 경로 길이들을 검출기 픽셀과 연관시킬 수 있다. 경로 길이들을 통합함으로써 상이한 방위각들이 분해될 수 있다. 동일한 방위각을 가질 수 있는 광학 경로들에 대한 다수의 광원들(예를 들어, 단일 산란 이벤트로부터의 입사광 또는 경로 길이를 변경시키는 다수의 산란 이벤트들로부터의 입사광)이 있을 수 있기 때문에, 시스템(400)은 상이한 광원들을 분해할 수 있다. 일부 예들에서, 상이한 방위각들을 분해하는 것에는 큰 포맷(예를 들어, 100개 초과의 검출기 픽셀들) 검출기 어레이를 요구할 수 있다.
일부 예들에서, 시스템(400)은 적어도 두 개의 제1 광학체들/제2 광학체들/검출기 픽셀 트리오들이 상이한 입사각들을 분해할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 앞서 논의한 바와 같이, 광(454)은 입사각(θ1)을 가질 수 있고, 광(455)은 입사각(θ3)을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 입사각(θ1)은 입사각(θ3)과 상이할 수 있다. 일부 예들에서, 광(454)은 광(455)과 상이한 입사각을 가질 수 있지만, 예를 들어 동일한 경로 길이를 가질 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 경로 길이들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 시스템(400)은 검출기 어레이(430)의 상이한 검출기 픽셀들 또는 동일한 검출기 픽셀들을 상이한 입사각들과 연관시킬 수 있다. 예를 들어, 검출기 픽셀(433)은 입사각(θ1)과 연관될 수 있고, 검출기 픽셀(437)은 입사각(θ3)과 연관될 수 있다. 일부 예들에서, 광학 시스템은 무한 컨쥬게이트(infinite conjugate)(즉, 광선들이 시준하는 무한 거리)에서 작동할 수 있으므로, 광학체 유닛(410)에 포함된 광학체들의 속성들(예를 들어, 초점 길이, 작동 거리, 어퍼처, 피치, 필팩터, 틸트 및 배향)은 입사각에 기초하여 결정될 수 있다.
일부 예들에서, 어퍼처 층(486)은 광학체 유닛(410)과 광학체 유닛(429) 사이에 위치될 수 있다. 어퍼처 층(486)은 광학체 유닛(410)으로부터 초점 길이만큼 이격되고, 광학체 유닛(429)으로부터 초점 길이만큼 이격되어 위치될 수 있다. 또한, 시스템(400)은 광학체 유닛(429)으로부터 초점 길이만큼 이격되어 위치된 검출기 어레이(430)로 구성될 수 있다. 이 구성은 시스템(400)의 스택업 내에 적어도 네 개의 층들을 요구할 수 있다: 제1 층 상의 광학체 유닛(410), 제2 층 상의 어퍼처 층(486), 제3 층 상의 광학체 유닛(429), 및 제3 층 상의 검출기 어레이(430). 그러나 스택업이 더 얇은 시스템에는 보다 적은 수의 층들이 바람직할 수 있다.
도 4d 내지 도 4h는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플 내의 다수의 광학 경로들을 분해하도록 구성된 시스템에 포함된 예시적인 광학체들의 단면도들을 도시한다. 시스템(400)은 시스템 내의 하나 이상의 광학체들 또는 컴포넌트들과 동일한 층 상에 위치된 하나 이상의 어퍼처 층들을 포함할 수 있다. 도 4d에 도시된 바와 같이, 어퍼처 층(486)은 광학체 유닛(410)과 동일한 층 상에 위치될 수 있다. 일부 예들에서, 어퍼처 층(486)은 광학체 유닛(410)의 표면 상에 위치될 수 있다. 도면에서는 어퍼처 층(486)이 광학체 유닛(410)의 하부 표면(즉, 광학체 유닛(429)을 향하는 표면) 상에 위치된 것으로 도시하고 있지만, 본 개시내용의 예들은 광학체 유닛(410)의 상부 표면 상에 위치된 어퍼처 층(486)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 어퍼처 층(486)은 도 4e에 도시된 바와 같이, 광학체 유닛(429)과 동일한 층 상에 위치될 수 있다. 도 4f에 도시된 바와 같이, 본 개시내용의 예들은 또한 두 개의 층들, 즉, 광학체 유닛(410)과 동일한 층 및 광학체 유닛(429)과 동일한 층 상에 위치된 어퍼처 층(486)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 어퍼처 층은 적어도 부분적으로 금속과 같은 불투명 요소를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 어퍼처 층은 광학체 유닛(들)의 하나 이상의 표면들에 도포된 리소그래피로 패턴화된 층일 수 있다.
도 4g는 시스템(400)의 구조 내로 통합된 하나 이상의 광학체들을 도시한다. 통합 광학체들은 경로 길이 또는 입사광의 입사각과 같은 하나 이상의 속성들에 기초하여 광학체들을 통해 광을 선택적으로 투과시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 도 4h에 도시된 바와 같이, 시스템(400)은 광학체 유닛(429)에 포함된 하나 이상의 집적 광학체들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도 4g 및 도 4h에 도시된 집적 광학체들은 광학체 유닛(410) 및 광학체 유닛(429)의 표면과 연속적일 수 있다.
도 4d 내지 도 4h는 광학체 유닛(429)과 동일한 층 상에 위치된(예를 들어, 일체화된) 광학체(416)를 도시하지만, 본 개시내용의 예들은 광학체 유닛(410)과 동일한 층 상에 위치된(예를 들어, 일체화된) 광학체(416)를 포함할 수 있다. 또한, 도 4d 내지 도 4f는 광학체 유닛(410)의 하부 측 또는 광학체 유닛(429)의 상부 측 중 어느 하나 상에 위치된 어퍼처 층(486)을 도시하지만, 본 개시내용의 예들은 다른 측 상에 위치된 동일한 층 또는 추가 어퍼처 층을 포함할 수 있다.
도 4i는 본 개시내용의 예들에 따른, 샘플 표면 상의 다수의 입사각들을 분해하고, 광원들로부터의 TIR 포획된 광을 감소시키거나 제거하도록 구성된 예시적인 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다. 시스템(400)은 아웃커플러(409)가 광학체 유닛(429)의 하부 표면(즉, 편평한 표면)과 접촉하도록 구성될 수 있다. 시스템(400)은 또한 검출기 어레이(430)가 기판(442) 아래에(즉, 광학체 유닛(429)의 반대편에) 위치하도록 구성될 수 있다. 아웃커플러들(409)의 상부 표면(즉, 광이 아웃커플러들(409)에서 출사되는 표면)을 광학체 유닛(429)의 하부 표면과 접촉하도록 배치하고 검출기 어레이(430)를 기판(442) 아래에(즉, 아웃커플러들(409)에서 출사되는 광의 방향에서 이격되게) 위치시킴으로써, 검출기 어레이(430)가 아웃커플러들(409)에서 직접 출사되는 TIR 트랩된 광을 잘못 검출하는 것이 방지될 수 있다. 또한, 검출기 어레이(430)를 기판(442)아래에 위치시키는 것은 광학체 유닛(429)의 하부 표면(즉, 편평한 표면)에서 반사된 광이 검출기 어레이(430)에 의해 검출되어 측정 신호를 잘못 변경시키는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 개시내용의 예들에 따른, 한 층의 광학체들을 이용하여 샘플 표면 상의 다수의 입사각들을 분해하도록 구성된 예시적인 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다. 시스템(500)은 도 4a 내지 도 4i의 맥락에서 논의되고 도시된 바와 같이 하나 이상의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 또한, 시스템(500)은 도 4a 내지 도 4i에 도시된 광학체 유닛(410) 및 광학체 유닛(429)의 기능을 조합하는 것이 가능할 수 있는 광학체 유닛(512)을 포함할 수 있다. 광학체 유닛(512)은 입사광을 집광하고, 빔 크기 및 형상을 컨디셔닝하고, 입사광을 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 광학체들, 마이크로 광학체들, 마이크로 렌즈, 또는 광학체들의 조합을 포함할 수 있다. 광학체 유닛(512)은 시스템(500)에 입사각들(θ1 및 θ3)로 입사한 광(554) 및 광(555)을 각각 집광할 수 있다. 광학체 유닛(512)에 포함된 광학체들은 광이 검출기 어레이(530)를 향해 지향되도록 광(예를 들어, 광(554) 및 광(555))의 각도를 변경시킬(즉, 광 빔을 방향전환할) 수 있다. 광(554) 및 광(555)을 회전시키는 것은 검출기 어레이(530) 상의 입사각이 입사각들(θ1 및 θ3) 미만이 되게 할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(512)과 검출기 어레이(530) 사이의 매체는 광(554) 및 광(555)의 각도 변화(즉, 굴곡)가 증가하도록 하는 굴절률로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 매체는 다기능일 수 있고 기계적 지지부를 제공하는 컨포멀 절연 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(510)에 포함된 광학체들은 광(554)에 포함된 광선들 및 광(555)에 포함된 광선들을 집광 각도들의 범위 내의 입사각들로 우선적으로 집광할 수 있다. 일부 예들에서, 광(554)에 결합된 광학체들에 대한 집광 각도들의 범위는 광(555)에 결합된 집광 각도들의 범위와 상이할 수 있다.
또한, 광학체 유닛(512)에 포함된 광학체(518) 및 광학체들(519)은 검출기 어레이(530)에 포함된 검출기 픽셀(533) 및 검출기 픽셀(537)을 향해 광(554) 및 광(555)을 각각 포커싱할수 있다. 두 층의 광학체들을 갖는 시스템(예를 들어, 도 4a 내지 도 4i에 도시된 시스템(400))은 광 집광, 빔의 회전, 및 입사광의 포커싱을 위해 구성될 수 있는 광학체 유닛(예를 들어, 광학체 유닛(410)을 포함할 수 있으며, 광학체 유닛(512)은 두 층의 광학체들을 갖는 시스템보다 높은 포커싱 파워(즉, 광학체들이 입사광을 수렴 또는 발산하는 정도)로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(512)은 이산화 규소를 포함하는 복수의 실리콘 렌즈들 또는 렌즈들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(512)에 포함된 적어도 두 개의 광학체들은 상이한 기하학적 속성들을 가질 수 있다. 광학체 유닛(512) 내의 광학체들의 속성들의 상세한 논의는 아래에 제공된다.
시스템(500)은 또한 어퍼처 층(586)을 포함할 수 있다. 어퍼처 층(586)은 광(554 및 555)(예를 들어, 집광 각도들의 범위 내의 입사각을 갖는 임의의 광)이 각각 투과하도록 허용하도록 구성되는 복수의 개구들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 어퍼처 층(586)은 시스템(500)의 외부 표면(예를 들어, 하우징) 상에 위치될 수 있고 광이 시스템(500)에 입사할 수 있도록 구성될 수 있다. 도 5는 시스템(500)의 외부 표면 상에 위치된 어퍼처 층(586)을 도시하지만, 본 개시내용의 예들은 다른 측면(예를 들어, 시스템(500)의 내부 표면) 또는 다른 층 상에 위치된 어퍼처 층(586)을 포함할 수 있다.
광학체 유닛(512)에 포함된 각각의 광학체들은 검출기 어레이(530)에 포함된 검출기 픽셀(예를 들어, 검출기 픽셀(533) 또는 검출기 픽셀(537))에 결합될 수 있다. 각각의 광학체들-검출기 픽셀 쌍은 샘플(520) 내의 광학 경로와 연관될 수 있다. 일부 예들에서, 이는 하나의 광학 경로에 대한 하나의 광학체들-검출기 픽셀 쌍의 연관일 수 있다. 예를 들어, 광학체(517) 및 검출기 픽셀(533)은 광(554)으로부터의 광학 경로와 연관된 광학체들-검출기 픽셀 쌍을 형성할 수 있고, 광학체(518) 및 검출기 픽셀(537)은 광(555)으로부터의 광학 경로와 연관된 다른 광학체들-검출기 픽셀 쌍을 형성할 수 있다. 도 5는 검출기 픽셀(533) 및 검출기 픽셀(537)을 단일 검출기 픽셀들이 광학체들과 각각 개별적으로 연관된 것으로 도시하였지만, 본 개시내용의 예들은 동일한 광학체들과 연관된 다수의 검출기 픽셀들 및 동일한 검출기 픽셀과 연관된 다수의 광학체들을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 시스템은 시스템의 스택업 또는 높이를 감소시키기 위해 한 층의 광학체들로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 더 높은 각도 분해능, 더 큰 각도 범위의 입사광, 또는 둘 모두를 위해 두 층의 광학체들로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 샘플로부터 집광된 광과 광원들로부터 방출된 광에 대해 광학체들의 층의 수가 상이하게 구성될 수 있다. 예를 들어 시스템은 광원들로부터 방출된 광에 대해 한 층의 광학체들로 구성되고 샘플로부터 반사된 광에 대해 두 층의 광학체들로 구성될 수 있거나, 또는 시스템은 광원들로부터 방출된 광에 대해 두 층의 광학체들로 구성되고 샘플로부터 반사된 광에 대해 한 층의 광학체들로 구성될 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 예들에 따른, 두 층의 광학체들을 이용하여 다수의 광학 경로 길이들을 분해하도록 구성된 예시적인 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다. 시스템(600)은 샘플(620)에 가까이 있거나, 터치하거나, 그 위에 놓이거나, 또는 부착될 수 있다. 샘플(620)은 위치(657) 및 위치(659)와 같은 하나 이상의 위치를 포함할 수 있다. 시스템(600)은 샘플(620) 내의 광학 경로들을 재이미징 및/또는 분해하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시스템(600)은 광학 경로들의 경로 길이들을 다른 평면(예를 들어, 검출기 어레이(630)에 더 가깝게 위치된 평면)에 재이미징하도록 구성될 수 있다. 광학 경로들의 재이미징은 하나 이상의 광학체들의 층들을 사용하여 수행될 수 있다. 시스템(600)은 예를 들어, 두 층의 광학체들 및 아래에(즉, 샘플(620)의 표면 반대편에) 위치된 검출기 어레이(630)를 포함할 수 있으며, 다수의 층들이 지지부(614)에 의해 지지된다. 광학체들의 굴절률에 대조되는 굴절률을 갖는 공기, 진공, 또는 임의의 매질이 광학체들의 두 개 층들 사이에 위치될 수 있다.
시스템(600)은 광원들(602)을 포함할 수 있다. 광원들은 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 광원(602)은 램프, 레이저, LED, OLED, EL 광원, 초발광 다이오드, 초연속체 광원, 섬유 기반 광원, 또는 이러한 광원들 중 하나 이상의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 광을 생성할 수 있는 임의의 광원일 수 있다. 일부 예들에서, 광원들(602)은 단일 파장의 광을 방출할 수 있다. 일부 예들에서, 광원들(602)은 복수의 파장의 광을 방출할 수 있다. 일부 예들에서, 광원들(602)은 SWIR 시그너처를 생성할 수 있는 튜닝가능한 광원일 수 있다. 일부 예들에서, 광원들(602) 중 적어도 하나는 InP 또는 GaSb와 같은 III-V 재료를 포함할 수 있다.
광원들(602)로부터의 광은 집적 튜닝 요소들(604), 광학 트레이스들(도시되지 않음), 및 멀티플렉서(도시되지 않음)를 사용하여 조합 및 증폭될 수 있다. 일부 예들에서, 집적 튜닝 요소들(604), 광학 트레이스들, 및 멀티플렉서는 기판 상에 배치되거나 실리콘 포토닉스 칩과 같은 단일 광학 플랫폼에 포함될 수 있다. 시스템(600)은 또한 광원들(602)의 온도를 제어, 가열, 또는 냉각하기 위한 열 관리 유닛(601)을 포함할 수 있다. 멀티플렉서에는 아웃커플러들(609)이 결합될 수 있다. 아웃커플러(609)는 멀티플렉서로부터의 광(650)을 광학체(616)를 향해 포커싱 및/또는 컨디셔닝(예를 들어, 형상화)하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 아웃커플러들(609)은 잘-정의된(즉, 지향성 및 선명성) 광 빔을 광학체(616)로 지향시키는 단일 모드 도파관으로서 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 아웃커플러들(609)로부터의 광(650)은 임의의 적합한 형상(예를 들어, 원추형, 원통형, 등)을 갖는 광 빔일 수 있다. 광학체(616)는 광(650)을 집광하고 샘플(620) 내의 하나 이상의 위치들을 향해 광 빔을 시준 및/또는 기울일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(616)는 편평한 하부 표면(즉, 아웃커플러들(609)로 향하는 표면) 및 볼록한 상부 표면(즉, 아웃커플러들(609)로부터 멀어지게 향하는 표면)을 포함할 수 있다. 통상의 기술자는 편평한 표면이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 광원들(602)로부터 방출되고, 아웃커플러들(609)에 의해 시준되고, 광학체(616)를 통해 투과되고, 이어서 시스템(600)에서 출사되는 광은 광(652)으로 지칭될 수 있다.
광(652)은 샘플(620)에 지향될 수 있고 위치(657)에 입사할 수 있다. 광(654)으로 지칭되는 광(652)의 일부분은 시스템(600)을 향해 다시 반사될 수 있다. 추가적으로, 광(652)의 일부분은 위치(659)에 입사할 수 있고 시스템(600)을 향해 다시 반사될 수 있으며, 광(655)으로 지칭될 수 있다. 시스템(600)에서 출사되는 광(652)은 시준 광 빔일 수 있지만, 산란 이벤트들은 위치(657) 및 위치(659)로 향하는 광학 경로를 따라 발생할 수 있으며, 이는 광(654) 및 광(655)이 산란된 빔들이 되는 것으로 이어질 수 있다. 광(654) 및 광(655) 둘 모두는 시스템(600)에 입사할 수 있고, 광학체 유닛(610)에 포함된 광학체(618) 및 광학체(619)에 각각 입사할 수 있다. 광학체 유닛(610)은 하나 이상의 광학체들, 마이크로/또는 포커스 입사광을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학체(618)는 광(654)을 집광할 수 있고, 광학체(619)는 광(655)을 집광할 수 있다. 광학체(628)는 광(654)이 광학체 유닛(629)에 포함된(즉, 입사각보다 수직 입사에 더 근접한) 광학체(623)를 향해 지향되도록 광(654)의 각도를 변경시킬(즉, 광 빔을 방향전환할) 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(610)과 광학체 유닛(629) 사이의 매체는 광(654)의 각도의 변화(즉, 굴곡)가 증가하도록 하는 굴절률로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 매체는 다기능일 수 있고 기계적 지지부를 제공하는 컨포멀 절연 재료를 포함할 수 있다. 유사하게, 광학체(619)는 광(655)이 광학체 유닛(629)에 포함된 광(627)을 향해 지향되도록 광(655)의 각도를 변경할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(618), 광학체(619), 또는 둘 모두는 입사광(예를 들어, 광(654) 및 광(655))을 포커싱하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(610)은 광(654), 광(655), 또는 둘 모두에 포함된 광선들을 집광 각도들의 범위 내의 입사각으로 우선적으로 집광할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(610)은 이산화 규소를 포함하는 복수의 실리콘 렌즈들 또는 렌즈들을 포함할 수 있다. 도 6은 지지부(614)에 부착된 광학체 유닛(610)을 도시하지만, 본 개시내용의 예들은 광학체 유닛(610), 광학체 유닛(629), 또는 둘 모두에 에칭된 기계적 특징부들을 통해 광학체 유닛(629)에 부착 또는 결합된 광학체 유닛(610)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(610)에 포함된 적어도 두 개의 광학체들은 상이한 기하학적 속성들을 가질 수 있다. 광학체 유닛(610) 내의 광학체들의 속성들의 상세한 논의는 아래에 제공된다.
시스템(600)은 어퍼처 층(686)을 포함할 수 있다. 어퍼처 층(686)은 광(654) 및 광(655)(예컨대, 집광각 범위 내의 입사각을 갖는 임의의 광)이 각각 투과하도록 허용하는 개구(687) 및 개구(689)를 포함할 수 있다. 개구(687)를 통해 투과된 광(654)은 광학체 유닛(629)에 포함된 광학체(623)를 향해 지향될 수 있다. 유사하게, 개구(689)를 통해 투과된 광(655)은 광학체 유닛(629)에 포함된 광학체(627)를 향해 지향될 수 있다. 광학체 유닛(629)은 기판에 부착된 광학체(623) 및 광학체(627)와 같은 복수의 광학체들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체(623) 및 광학체(627)는 임의의 유형의 광학체들일 수 있으며, 광학체들에 통상적으로 사용되는 임의의 유형의 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(629) 내의 두 개 이상의 광학체들은 동일한 광학 속성들 및/또는 기하학적 속성들을 가질 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 광학 속성들 및 기하학적 속성들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
광(645)은 광학체(618)로부터 일부 굴절을 겪을 수 있다. 광학체(623)는 검출기 어레이(630)에 포함된 검출기 픽셀(633) 상으로 광(654)을 재시준하고/하거나 광(654)을 포커싱할 수 있다. 유사하게, 광학체(627)는 검출기 어레이(630)에 포함된 검출기 픽셀(637) 상으로 광(655)을 재시준하고/하거나 광(655)을 포커싱할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(600)은 광(654)이 광학체 유닛(610)에 의해 방향전환되고 광학체 유닛(629)에 의해 포커싱되도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(600)은 광(654)이 광학체 유닛(610) 및 광학체 유닛(629) 둘 모두에 의해 방향전환되도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(629)은 이산화 규소를 포함하는 복수의 실리콘 렌즈들 또는 렌즈들을 포함할 수 있다. 도 6은 지지부(614)에 부착된 광학체 유닛(610)을 도시하지만, 본 개시내용의 예들은 광학체 유닛(610), 광학체 유닛(629), 또는 둘 모두에 에칭된 기계적 특징부들을 통해 광학체 유닛(610)에 부착되거나 결합된 광학체 유닛(629)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(629)에 포함된 적어도 두 개의 광학체들은 상이한 기하학적 속성들을 가질 수 있다. 광학체 유닛(629) 내의 광학체들의 속성들의 상세한 논의는 아래에 제공된다.
광(654)은 광학체(623)를 통해 투과될 수 있고 검출기 어레이(630)에 포함된 검출기 픽셀(633)에 의해 검출될 수 있다. 검출기 어레이(630)는 기판 상에 배치된 검출기 픽셀(633) 및 검출기 픽셀(637)과 같은 하나 이상의 검출기 픽셀들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 기판은 실리콘 기판일 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 검출기 어레이(630)의 다른 검출기 픽셀로부터 독립적으로 제어될 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 SWIR 범위의 광을 검출하는 것이 가능할 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 1.5 내지 2.5 μm 사이에서 동작할 수 있는 SWIR 검출기일 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 HgCdTe, InSb, 또는 InGaAs 계열 검출기일 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 위치 및/또는 입사각을 검출하는 것이 가능할 수 있다.
추가적으로, 광(655)은 광학체(627)를 통해 투과될 수 있고 검출기 픽셀(637)에 의해 검출될 수 있다. 검출기 픽셀(633) 및 검출기 픽셀(637)은 ROIC(641)와 같은 집적 회로에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 검출기 픽셀(633) 및 검출기 픽셀(637)은 동일한 회로부에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 검출기 픽셀(633) 및 검출기 픽셀(637)은 상이한 회로부에 결합될 수 있다. ROIC(641) 내의 각각의 회로는 대응하는 검출기 픽셀 상의 검출된 광(또는 광의 광자들)에 대응하는 전하를 집적 캐패시터에 저장하여, 프로세서 또는 제어기에 의해 샘플링되고 판독되게 할 수 있다. 저장된 전하는 검출된 광의 하나 이상의 광학 속성들(예를 들어, 흡광도, 투과율, 및 반사율)에 대응할 수 있다.
시스템(600)은 광학체 유닛(610)에 포함된 복수의 광학체들(예를 들어, 광학체(618) 및 광학체(619)) 및 광학체 유닛(629)에 포함된 복수의 광학체들(예를 들어, 광학체(623) 및 광학체(627))을 포함할 수 있으며, 광학체들 각각은 검출기 어레이(630)에 포함된 검출기 픽셀(예를 들어, 검출기 픽셀(633) 또는 검출기 픽셀(637))에 결합될 수 있다. 각각의 제1 광학체들/제2 광학체들/검출기 픽셀 트리오는 샘플 내의 광학 경로와 연관될 수 있다. 일부 예들에서, 이는 하나의 광학 경로에 대한 하나의 제1 광학체들/제2 광학체들/검출기 픽셀 트리오의 연관일 수 있다. 예를 들어, 광학체(618), 광학체(623), 및 검출기 픽셀(633)은 광(654)으로부터의 광학 경로와 연관될 수 있다. 광학체(619), 광학체(627), 및 검출기 픽셀(637)은 광(655)으로부터의 광학 경로와 연관될 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템(600)은 샘플(620) 내의 상이한 경로 길이들을 갖는 다수의 광학 경로들을 재이미징 및 분해하는 것이 가능할 수 있으며, 검출기 어레이(630)의 각각의 검출기 픽셀이 상이한 광학 경로와 연관될 수 있다. 도 6은 검출기 픽셀(633) 및 검출기 픽셀(637)을 단일 검출기 픽셀들이 광학체들과 각각 개별적으로 연관된 것으로 도시하였지만, 본 개시내용의 예들은 동일한 광학체들과 연관된 다수의 검출기 픽셀들 및 동일한 검출기 픽셀과 연관된 다수의 광학체들을 포함할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 시스템(600)은 적어도 두 개의 제1 광학체들/제2 광학체들/검출기 픽셀 트리오들이 상이한 경로 길이들을 분해할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광(654)은 제1 광학 경로 길이를 가질 수 있고, 광(655)은 제2 광학 경로 길이를 가질 수 있다. 광(654)과 연관된 제1 광학 경로 길이는 광선들이 반사되는 상이한 위치들(예컨대, 위치(657) 및 위치(659))의 상이한 깊이들에 기인하여 광(655)과 연관된 제2 광학 경로 길이와 상이할 수 있다. 일부 예들에서, 광(654)은 광(655)과 동일한 입사각을 가질 수 있지만, 상이한 경로 길이를 가질 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 입사각이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 시스템(600)은 검출기 어레이(630)의 상이한 검출기 픽셀들을 상이한 경로 길이들로 결합할 수 있다. 예를 들어, 검출기 픽셀(633)은 제1 광학 경로 길이와 연관될 수 있고, 검출기 픽셀(637)은 제2 광학 경로 길이와 연관될 수 있다. 일부 예들에서, 광학 시스템은 유한 컨쥬게이트(즉, 광선들이 시준하는 유한 거리)에서 작동할 수 있고, 광학체 유닛(610)에 포함된 광학체들의 속성들(예를 들어, 초점 길이, 작동 거리, 어퍼처, 피치, 필팩터, 틸트, 및 배향)은 집광각들에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(610)에 포함된 적어도 두 개의 광학체들은 동일한 기하학적 속성들을 가질 수 있지만, 광학체 유닛(610)의 상이한 영역들 내에 위치될 수 있다. 광학체 유닛(610) 내의 광학체들의 속성들의 상세한 논의는 아래에 제공된다.
일부 예들에서, 광학체 유닛(610)에 포함된 광학체들의 형상들, 크기들, 및 기하학적 속성들은, 상이한 입사각들을 분해하도록 구성된 광학 시스템(예를 들어, 도 4a 내지 도 4i에 도시된 시스템(400))과 상이한 경로 길이들을 분해하도록 구성된 광학 시스템(예를 들어, 도 6에 도시된 시스템(600)) 간에 상이할 수 있다.
일부 예들에서, 각각의 제1 광학체들/제2 광학체들/검출기 픽셀 트리오는 집광 각도들의 범위와 연관될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 광(654)은 위치(657)로부터 예를 들어 원추와 유사한 형상으로 산란할 수 있다. 시스템(600)은 광(655)에 포함된 광선들의 각도들을 방위각으로 적분할 수 있다. 광선들의 경로 길이들이 동일할 수 있기 때문에, 집광 각도들의 범위 내에서 각도들을 통합하는 것은 각도 빈들(angle bins)의 수, 검출기 픽셀들의 수, 및 광학 시스템에 필요한 광학체들의 복잡성을 줄일 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 경로 길이들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 각도들을 통합하지 않는 광학 시스템은 최소 8개의 검출기 픽셀들을 요구할 수 있는 반면, 각도들을 통합하는 광학 시스템은 더 적은 수의 검출기 픽셀들을 요구할 수 있다.
보다 적은 수의 검출기 픽셀들을 필요로 하는 것에 추가하여, 시스템(600)은 큰 포맷 검출기 어레이보다 더 우수한 성능(예를 들어, 광학 효율, 필팩터 및/또는 신뢰성)을 가질 수 있는 더 작은 포맷(즉, 100 픽셀들 미만) 검출기 어레이를 활용할 수 있다. 추가적으로, 광선들의 각도들을 통합함으로써, 시스템(600)은 검출기 픽셀에 입사하는 공칭 등가 광학 경로들의 공간적 평균화를 본질적으로 수행한다. 공칭 등가 광학 경로의 공간적 평균화는 검출기 픽셀에 더 많은 광이 입사하도록 하며, 이는 더 높은 신호 대 잡음비(SNR)로 이어질 수 있다. 공간 평균화는 또한 중요하지 않은 광선들이 "취소"되거나 평균화에 제외될 수 있기 때문에 더 나은 측정 정확도로 이어질 수 있다.
도 6에는 어퍼처 층(686)이 광학체 유닛(610)과 광학체 유닛(629) 사이에 위치된 것으로서 도시되지만, 본 개시내용의 예들은 시스템 내의 하나 이상의 광학체들 또는 컴포넌트들과 동일한 층 상에 위치된 어퍼처 층(686)을 포함할 수 있다. 도 4d 내지 도 4i에 도시된 예들과 유사하게, 시스템(600)은 광학체 유닛(610)의 표면 상에 위치된 어퍼처 층(686)으로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 어퍼처 층(686)은 광학체 유닛(629)과 동일한 층(예를 들어, 표면) 상에 위치될 수 있다. 일부 예들에서, 어퍼처 층(686)은 광학체 유닛(610)과 동일한 층 및 광학체 유닛(629)과 동일한 층 상에 위치될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(600)은 광학체 유닛(610) 내에 하나 이상의 리세스된 광학체들을 포함할 수 있다. 리세스된 광학체들은 경로 길이 및/또는 입사광의 입사각과 같은 하나 이상의 속성들에 기초하여 광학체들을 통해 광을 선택적으로 투과시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(600)은 광학체 유닛(629) 내에 하나 이상의 리세스된 광학체들을 포함할 수 있다. 리세스된 광학체들 중 하나 이상은 광학체 유닛(610) 및 광학체 유닛(629)의 표면과 연속적일 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(600)은 광학체들의 두 개 층들을 통해 검출기 어레이(630)로 광을 선택적으로 투과하기 위한 하나 이상의 에칭 또는 드릴링된 구멍들을 포함할 수 있다. 어퍼처 층으로서 사용되는 하나 이상의 에칭 또는 드릴링된 구멍들을 이용하여, 시스템(600)은 광학체들의 두 개 층들의 표면들 사이에 위치된 하나 이상의 스페이서들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 스페이서들은 광학체들을 기계적으로 지지하는데 사용될 수 있다.
도 7은 본 개시내용의 예들에 따른, 한 층의 광학체들을 이용하여 다수의 광학 경로 길이들을 분해하도록 구성된 예시적인 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다. 시스템(700)은 도 6의 맥락에서 논의되고 도시된 바와 같이 하나 이상의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 또한, 시스템(700)은 도 6에 도시된 광학체 유닛(610) 및 광학체 유닛(629)의 기능을 조합하는 것이 가능할 수 있는 광학체 유닛(712)을 포함할 수 있다. 광학체 유닛(712)은 입사광을 집광하고, 광 빔 크기 및 형상을 컨디셔닝하고, 입사광을 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 광학체들, 마이크로 광학체들, 마이크로 렌즈, 또는 조합을 포함할 수 있다. 광학체 유닛(712)에 포함된 광학체(718)는 위치(757)에서 반사된 광(754)을 집광할 수 있다. 광학체 유닛(712)에 포함된 광학체(719)는 위치(759)에서 반사된 광(755)을 집광할 수 있다. 광학체 유닛(712)에 포함된 광학체들(예를 들어, 광학체(718) 및 광학체(719))은 광이 검출기 어레이(730)를 향해 지향되도록 광(예를 들어, 광(754) 및 광(755))의 각도를 변경(즉, 광 빔을 방향전환)할 수 있다. 일부 예들에서, 광(754) 및 광(755)의 입사각들은 동일할 수 있고, 광학체(718) 및 광학체(719)는 입사광을 동일한 각도만큼 방향전환하도록 구성될 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 입사각들 및 동일한 각도가 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(712)과 검출기 어레이(730) 사이의 매체는 광(754) 및 광(755)의 각도 변화(즉, 굴곡)가 증가하도록 하는 굴절률로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 매체는 다기능일 수 있고 기계적 지지부를 제공하는 컨포멀 절연 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(712)은 광(754)에 포함된 광선들 및 광(755)에 포함된 광선들을 집광 각도들의 범위 내의 입사각들로 우선적으로 집광할 수 있다.
또한, 광학체 유닛(712)에 포함된 광학체(718) 및 광학체(719)는 검출기 어레이(730)에 포함된 검출기 픽셀(733) 및 검출기 픽셀(737) 각각을 향해 광(754) 및 광(755)을 포커싱할 수 있다. 두 층의 광학체들을 갖는 시스템(예를 들어, 도 6에 도시된 시스템(600))은 광 집광, 빔의 회전, 및 입사광의 포커싱을 위해 구성될 수 있는 광학체 유닛(예를 들어, 광학체 유닛(610)을 포함할 수 있으며, 광학체 유닛(712)은 두 층의 광학체들을 갖는 시스템보다 높은 포커싱 파워(즉, 광학체들이 입사광을 수렴 또는 발산하는 정도)로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(712)은 복수의 실리콘 광학체들을 포함할 수 있다.
시스템(700)은 또한 어퍼처 층(786)을 포함할 수 있다. 어퍼처 층(786)은 광(754 및 755)(예를 들어, 집광각들의 범위 내의 입사각을 갖는 임의의 광)이 각각 투과하는 것을 허용하도록 구성된 복수의 개구들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 어퍼처 층(786)은 시스템(700)의 외부 표면(예를 들어, 하우징) 상에 위치될 수 있고 광이 시스템(700)에 입사할 수 있도록 구성될 수 있다. 도 7은 시스템(700)의 외부 표면 상에 위치된 어퍼처 층(786)을 도시하지만, 본 개시내용의 예들은 다른 측면(예를 들어, 시스템(700)의 내부 표면) 또는 다른 층 상에 위치된 어퍼처 층(786)을 포함할 수 있다.
광학체 유닛(712)에 포함된 각각의 광학체들은 검출기 어레이(730)에 포함된 검출기 픽셀(예를 들어, 검출기 픽셀(733) 또는 검출기 픽셀(737))에 결합될 수 있다. 각각의 광학체들-검출기 픽셀 쌍은 샘플(720) 내의 광학 경로와 연관될 수 있다. 일부 예들에서, 이는 하나의 광학 경로에 대한 하나의 광학체들-검출기 픽셀 쌍의 연관일 수 있다. 예를 들어, 광학체(718) 및 검출기 픽셀(733)은 광(754)(또는 광(754)과 동일한 광학 경로 길이를 갖는 광)과 연관된 광학체들-검출기 픽셀 쌍을 형성할 수 있고, 광학체(719) 및 검출기 픽셀(737)은 광(755)(또는 광(755)과 동일한 광학 경로 길이를 갖는 광)과 연관된 다른 광학체들-검출기 픽셀 쌍을 형성할 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 광학 경로 길이들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 7은 검출기 픽셀(733) 및 검출기 픽셀(737)을 단일 검출기 픽셀들이 광학체들과 각각 개별적으로 연관된 것으로 도시하였지만, 본 개시내용의 예들은 동일한 광학체들과 연관된 다수의 검출기 픽셀들 및 동일한 검출기 픽셀과 연관된 다수의 광학체들을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 시스템은 시스템의 스택업 또는 높이를 감소시키기 위해 한 층의 광학체들로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 더 높은 각도 분해능, 더 큰 각도 범위의 입사광, 또는 둘 모두를 위해 두 층의 광학체들로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 광원들로부터 방출된 광에 대해 그리고 샘플로부터 집광된 광에 대해 광학체들의 층의 수가 상이하게 구성될 수 있다. 예를 들어 시스템은 광원들로부터 방출된 광에 대해 한 층의 광학체들로 구성되고 샘플로부터 집광된 광에 대해 두 층의 광학체들로 구성될 수 있거나, 또는 시스템은 광원들로부터 방출된 광에 대해 두 층의 광학체들로 구성되고 샘플로부터 집광된 광에 대해 한 층의 광학체들로 구성될 수 있다.
도 2 내지 도 7은 샘플에 가까운 시스템을 도시하며, 본 개시내용의 예들은 샘플의 표면을 터치하도록 구성된 시스템을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(예를 들어, 광학체 유닛(410), 광학체 유닛(512), 광학체 유닛(610), 또는 광학체 유닛(712))의 표면은 샘플의 표면을 터치하고 있을 수 있다. 일반적으로, 광학체 유닛에 대해 샘플이 더욱 근접하는 것은, 시스템에 필요한 더 적고 더 작은 광학 컴포넌트들, 더 양호한 측정 정확도, 및 시스템의 더 낮은 전력 소비를 야기할 수 있다.
디바이스의 가까운 근접성은 샘플에서 출사되는 광선들의 감소된 유효 개구수(numerical aperture, NA)를 이용할 수 있다. 감소된 유효 NA는 시스템이 샘플로부터 반사된 광으로서 수용할 수 있는 각도들의 범위를 특성화하는 데 사용될 수 있다. 이러한 감소된 유효 NA는 스넬의 법칙으로 인해 수직 입사에 더 가까운 광학체 및 검출기 상의 입사각에 기인할 수 있다. 입사각이 수직에 더 가깝게 되면, 어퍼처 크기 및 광학체의 피치는 더 작게 만들어져서, 더 작은 시스템으로 이어질 수 있다. 또한, 검출기는 더 높은 광출력을 수신할 수 있고, 이는 더 양호한 측정 정확도, 및 더 낮은 전력 소비를 위해 구성될 수 있는 시스템을 야기할 수 있다.
도 8은 본 개시내용의 예들에 따른 스넬의 법칙을 도시한다. 스넬의 법칙은 상이한 굴절률들을 갖는 2개의 재료들 사이의 계면에서 굴절하는 광선의 속성들을 설명할 수 있다. 스넬의 법칙은 다음과 같이 진술된다:
재료(810)는 굴절률(n1)을 가질 수 있고, 재료(812)는 굴절률(n2)을 가질 수 있으며, 여기서 굴절률(n1)은 굴절률(n2)과 상이할 수 있다. 광선은 입사각(θ1)에서 재료(810)-재료(812) 계면에 입사할 수 있다. 2개 재료들 사이의 굴절률 차이로 인해, 광선은 굴절할 수 있고 입사각(θ1)과 상이한 굴절각(θ2)으로 재료(812)에 입사할 수 있다. 재료(810)가 재료(812)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는다면, 굴절각(θ2)은 감소될 수 있다(즉, 수직 입사에 더 가까움).
충분히 높은 광출력을 갖는다면, 광학체 유닛은 침지 렌즈 대물처럼 작동할 수 있다. 침지 렌즈 대물은 광학체 및 샘플이 대조적인 굴절률을 갖는 매질 내에 둘러싸이거나 침지되는 시스템일 수 있다. 대조적인 굴절률은 침지되지 않은(예를 들어, 광학체 및 샘플이 공기에 의해 둘러싸인) 시스템보다, 감소된 유효 NA에서의 더 큰 변화를 유발할 수 있다. 감소된 유효 NA에서의 더 큰 변화는 더 많은 광 굴절을 유발할 수 있으며, 이는 광학 수차를 감소시킬 수 있고 더 양호한 측정 정확도로 이어질 수 있다. 광학 침지는 또한 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서의 TIR을 제거하거나 감소시킬 수 있으며, 이는 더 많은 광이 검출기에 도달하게 할 수 있다. 더 많은 광이 검출기에 도달한 결과로서, 시스템에 포함된 광원들은 더 적은 파워로 구동될 수 있고, 따라서, 시스템은 더 적은 전력을 요구할 수 있다.
또한, 샘플에 대한 광학체 유닛의 가까운 근접성은 시스템이 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)과 같은 잘-정의된(즉, 명확하고 구별되는) 계면을, 레퍼런스로서 채용하게 할 수 있다. 시스템은 샘플 내의 다수의 광학 경로들을 재이미징하고 분해하기 위해 샘플의 "시작" 또는 "에지"를 정확하게 레퍼런스할 필요가 있을 수 있다. 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)을 레퍼런스로서 사용하면, 광학 요소들 또는 컴포넌트들(예를 들어, 별개의 윈도우)을 더 적게 필요로 할 수 있게 되며, 이는 그렇지 않으면 잘-정의된 계면을 생성하기 위해 추가의 광학 컴포넌트가 요구될 수 있기 때문이다. 더 적은 광학 컴포넌트들은 더 소형의 시스템을 가져올 수 있다.
디바이스를 샘플에 매우 근접하게(예를 들어, 터치하도록) 위치시키는 것에 추가하여, 샘플의 측정 영역은 샘플 내의 다수의 광학 경로들을 정확하게 재이미징하고 분해하는 시스템의 능력에 영향을 줄 수 있다. 정확한 재이미징 및 분해에 영향을 줄 있는 하나의 인자는 측정 경로 길이일 수 있다. 측정 경로 길이는 목표(예를 들어, 미리결정된) 경로 길이에 기초하여 선택될 수 있으며, 이는 검출기에 의해 측정된 분광 신호가 샘플의 원하는 하나 이상의 속성들을 정확히 나타내도록 하는 경로 길이일 수 있다. 목표 측정 경로 길이는 샘플의 스케일 길이들에 기초하여 결정될 수 있다. 샘플의 스케일 길이들은 샘플 내의 평균 흡수 길이 및 샘플 내의 감소된 산란 길이에 기초할 수 있다.
샘플 내의 평균 흡수 길이는 광이 감쇠할 수 있는 거리일 수 있다. 측정 경로 길이가 평균 흡수 길이보다 긴 경우, 나머지 신호(즉, 산란되지 않은 신호) 또는 측정된 신호 세기는 감소될 수 있는 반면, 임의의 노이즈 소스들은 동등한 양만큼 감쇠되지 않을 수 있다. 감쇠에서의 불균형의 결과로, SNR은 더 낮을 수 있다. 평균 흡수 길이는 비어-람버트 법칙(Beer-Lambert Law)에 의해 정의될 수 있는데, 이는 주어진 파장에서의 샘플 내의 물질에 의한 광의 흡수(A)를 수학적으로 다음과 같이 설명할 수 있다:
여기서 e는 몰 흡수율이고(이는 파장에 따라 변할 수 있음), L은 광이 이동해야 하는 샘플을 통한 경로 길이이고, c는 관심 물질의 농도이다.
배경 흡수(즉, 관심 물질과 상이한 물질들에 의한 흡수)가 높은 경우, 광이 이동해야 하는 샘플을 통한 경로 길이는 평균 흡수 길이보다 작을 수 있다. 배경 흡수가 무시할 만한 경우, 경로 길이는 평균 흡수 길이와 동일할 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 경로 길이가 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 평균 흡수 길이는, 평균 흡수 길이가 광이 이동해야 하는 샘플을 통한 경로 길이보다 크거나 그와 동일하도록 선택될 수 있다.
감소된 산란 길이는 광학 경로에 관한 정보가 손실되는(즉, 랜덤화되거나 비상관되는(decorrelated)) 거리일 수 있다. 감소된 산란 길이는 다음에 의해 결정될 수 있다:
여기서 1/μs는 산란 이벤트들 사이의 평균 자유 경로이고, g는 산란 이방성이다. 측정 경로 길이가 감소된 산란 길이보다 큰 경우, 측정 정확도는 손상될 수 있다. 일부 예들에서, 측정 경로 길이는, 측정 경로 길이가 감소된 산란 길이보다 작도록 선택될 수 있다.
일부 예들에서, 평균 흡수 길이는 감소된 산란 길이와 상이할 수 있고, 측정 경로 길이는 평균 흡수 길이 및 감소된 산란 길이 중 더 작은 것에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 예들에서, 반사광의 신호가 검출되지 않도록 평균 흡수 길이가 짧을 수 있거나 또는 샘플 내의 광의 흡수가 강할 수 있고, 시스템은 보상하기 위해 광원들의 광출력을 증가시키거나 검출기의 감도를 증가시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 보상의 양은 전력 소비, 샘플에 대한 광학적 손상, 샘플에서의 원하지 않는 가열 효과, 광자 샷-노이즈에 대한 영향, 샘플을 투과하지 않은 검출된 미광, 또는 효과들의 임의의 조합에 기초할 수 있다. 따라서, 측정 경로 길이의 선택은 측정 정확도 뿐만 아니라, 시스템의 전력 소비, 신뢰성, 및 수명에도 영향을 미칠 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 시스템은 샘플의 광학 파라미터들이 예를 들어 파장과 함께 (예를 들어, 10% 초과) 변할 때 유효 스케일 길이를 이용하도록 구성될 수 있다. 유효 스케일 길이는, 각각의 파장에 대한 개별 스케일 길이를 계산하고 관심 파장들에 걸친 개별 스케일 길이들의 평균을 취함으로써 결정할 수 있다. 일부 예들에서, 개별 스케일 길이들의 범위를 결정하기 위해 각각의 파장에 대한 개별 스케일 길이가 계산될 수 있다. 시스템은 최소 스케일 길이(개별 스케일 길이들의 범위 중에서), 최대 스케일 길이(개별 스케일 길이들의 범위 중에서), 또는 최소 스케일 길이와 최대 스케일 길이 사이의 임의의 스케일 길이를 선택하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 측정 경로 길이는 평균 흡수 길이, 감소된 산란 길이, 최소 스케일 길이, 최대 스케일 길이, 또는 임의의 조합에 기초하여 선택될 수 있다.
전술된 바와 같이, 스케일 길이는 샘플 상의 측정 영역의 크기를 결정하는 데 사용될 수 있다. 측정 영역 밖의 광은 샘플 내에서 다수의 랜덤 산란 이벤트들을 겪은 광선들일 수 있고, 결과적으로, 이들 광선은 샘플 내에서 이동된 광학 경로로부터 비상관될 수 있다. 비상관된 광선들은 정확한 측정에 대한 유용한 정보를 기여하지 않을 수 있고, 결과적으로, 정확한 측정을 희생하지 않고 폐기되거나 무시될 수 있다.
예를 들어, 관심 파장들은 1500 nm 내지 2500 nm(즉, SWIR 범위)일 수 있고, 관심 파장들에 걸쳐 평균화된 평균 흡수 길이 및 감소된 산란 길이는 1 mm일 수 있으며, 이는 1 mm의 스케일 길이에 대응할 수 있다. 이 스케일 길이는 샘플에서 출사되는 광을 집광하는 데 사용되기 위한 1 내지 2 mm의 직경을 갖는 샘플의 영역에 대응할 수 있다. 즉, 샘플에서 출사되는 광출력의 대부분(예를 들어, 70% 초과)은 이러한 1 내지 2 mm 직경 영역 내에 집중될 수 있고, 이 영역 밖의 샘플에서 출사되는 광선들은 무시될 수 있다.
스케일 길이는 또한 아웃커플러로부터 방출된 입력 광 빔의 크기를 결정하는 데 사용될 수 있다. 광 빔의 크기는 광출력(즉, 광 세기) 및 회절 효과에 영향을 줄 수 있다. 측정 정확도는, 시스템이 충분한 광출력(예를 들어, 검출기에 의해 검출될 수 있는 충분히 높은 SNR을 갖는 신호) 및 최소 회절 효과를 갖고서 동작하기 위해, 시준된 입력 광 빔을 선호할 수 있다. 예를 들어, 1 mm의 스케일 길이는 100 내지 300 μm의 빔 직경을 갖는 시준된 입력 광 빔에 대응할 수 있다. 일부 예들에서, 입력 광 빔은 175 μm보다 작은 빔 직경으로 구성될 수 있다.
입력 광 빔의 속성들과 유사하게, 광학체 유닛(들)의 속성들은 또한 시스템에 영향을 줄 수 있다. 광학체 유닛(들)은 단일 기판 또는 층 상에 형성될 수 있거나, 또는 2개 이상의 기판들 또는 층들 상에 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(들), 검출기 어레이, 광원들, 또는 임의의 조합은 동일한 광학 플랫폼 상에 장착될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(들)은 샘플과 접촉하는 평면의(즉, 편평한) 표면을 가질 수 있다. 평면의 표면을 갖는 광학체를 구성하는 것은 웨이퍼 처리 및 제조 복잡성을 감소시킬 수 있다. 일부 예들에서, 다른 표면(즉, 샘플 반대편의 표면)은 광학체 출력을 향상시키기 위해 볼록할 수 있다. 일부 예들에서, 이 다른 표면은 단일 볼록 굴절 표면일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛(들)의 두께는 광 굴곡 량에 기초할 수 있다. 일부 예들에서, 두께는 100 내지 300 μm일 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시내용의 예들에 따른 예시적인 광학체 유닛의 평면도 및 사시도를 도시한다. 그룹(900)은 복수의 유닛들을 포함할 수 있으며, 각각의 유닛은 적어도 3개의 영역들: 론칭 영역(916), 레퍼런스 영역(922), 및 측정 영역(929)을 포함한다.
론칭 영역(916)은 임의의 경면 반사가 검출기 어레이에 도달하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 론칭 영역(916)은 광을 차단 또는 흡수할 수 있는 광 차단기 또는 광 흡수기를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광 차단기는 입사광이 반사되는 것을 방지하는 임의의 재료(예를 들어, 반사방지 코팅)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광 차단기는 검출기 어레이의 검출 파장들과 상이한 파장들에서 반사하는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 론칭 영역은 불투명 마스크를 포함할 수 있다.
레퍼런스 영역(922)은 입사 광 빔들을 확산하도록 구성된 임의의 유형의 광학체(예를 들어, 네거티브 마이크로렌즈들)를 포함할 수 있다. 광원으로부터 방출된 광은 레퍼런스(예를 들어, 시스템(200)에 포함된 레퍼런스(222))에 지향될 수 있으며, 이는 레퍼런스 영역(922)으로 광을 중계할 수 있다. 레퍼런스 영역(922)은 그 광을 확산하여 하나 이상의 광 빔들이 검출기 어레이 상의 검출기 픽셀들로 지향되도록 할 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스 영역(922)은 네거티브 렌즈, 또는 초점 길이가 음인 렌즈를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스 영역(922)은 프리즘을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스 영역(922)은 검출기 어레이 내의 각각의 검출기 픽셀에 대하여 웨지 각도를 이루는 상이한 프리즘을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스 영역(922)은 빔스플리터를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스 영역(922)은 광을 다수의 빔들로 확산 또는 분할하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스 영역(922)은 광을 균일하게 확산하여 각각의 광 빔의 하나 이상의 속성들이 동일하도록 구성될 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 속성들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 레퍼런스 영역(922)은 광 빔을 확산하여 적어도 2개의 광 빔들의 세기들이 상이하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스 영역(922)은 다수의 광학체들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 레퍼런스 영역(922)에 포함된 광학체들의 크기 및/또는 형상은 검출기 픽셀들의 개수 및/또는 레퍼런스 영역(922)에서 출사되는 하나 이상의 광 빔들의 속성들에 기초할 수 있다. 일부 예들에서, 하나 이상의 어퍼처 층들이 레퍼런스 영역(922) 내에 위치되어 레퍼런스 영역(922)에서 출사되는 광의 속성들 및/또는 방향을 제어할 수 있다.
측정 영역(929)은 하나 이상의 집광 광학체들(예를 들어, 포지티브 마이크로렌즈)를 포함할 수 있다. 집광 광학체는 위에서 논의된 바와 같이, 샘플 내의 다수의 광학 경로들을 재이미징하고 분해하도록 구성될 수 있다. 시스템은 레퍼런스 영역(922)에 입사하도록 광원으로부터 광을 방출시키는 것과, 측정 영역(929)에 입사하도록 광원으로부터 광을 방출시키는 것 사이에서 교번시키거나 초핑하도록 구성될 수 있다. 집광 광학체들의 속성들이 이하에 논의될 것이다.
도 4a 내지 도 7은 시스템에 포함된 유닛들 - 각각의 유닛은 샘플에서 출사되고 컨쥬게이트 광학 시스템 및 검출기 어레이에 의해 집광되는 아웃커플러로부터의 하나의 광 빔을 포함할 수 있음 - 을 도시하지만, 본 개시내용의 예들은 다수의 유닛들을 갖는 시스템들을 포함한다. 도 9c는 본 개시내용의 예들에 따른 시스템에 포함된 다수의 그룹들에 포함된 예시적인 광학체 유닛 및 검출기 어레이의 평면도를 도시한다. 시스템은 검출기 어레이(930)에 결합된 복수의 그룹들(900)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 측정 영역(929)에 포함된 하나 이상의 광학체들은 인접한 그룹들(900) 사이에서 "공유"될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 광을 공유된 광학체들로 방출하는 것을 교번시키는 광원들을 갖는 하나 이상의 그룹들로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 27개의 그룹(900) 및 9x3-검출기 어레이(930)로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 그룹(900)은 다른 그룹(900)으로부터 적어도 2 mm만큼 분리될 수 있다. 도 9a 및 도 9b는 측정 영역(929)에 포함된 3 x 3 광학체들의 그리드와 론칭 영역(916) 사이에 위치된 레퍼런스 영역(922)으로 배열된 그룹들(900)을 도시하며, 본 개시내용의 예들은 3개의 영역들의 임의의 배열 및 측정 영역(929)에 포함된 광학체들의 임의의 배열을 포함할 수 있다. 예를 들어, 론칭 영역(916)은 그룹(900)의 중심에 위치될 수 있고, 광학체들은 론칭 영역(916)의 외측 에지들을 둘러쌀 수 있다.
전술된 바와 같이, 광학체 유닛(들)에 포함된 광학체의 구성 및 속성들은 많은 인자들에 기초할 수 있다. 이러한 특성들은 유효 초점 길이, 작동 거리, 광학체의 재료, 필팩터, 어퍼처 크기, 피치, 틸트(또는 편심), 및 배향(또는 회전)을 포함할 수 있으며, 이는 논의될 바와 같다.
시스템은 집광각들의 범위와, 광선이 입사하는 검출기(또는 검출기 픽셀)의 표면 상의 위치 사이의 관계에 기초한 유효 초점 길이로 구성될 수 있다. 시스템은 또한 검출기 어레이의 통합에 기초하여 구성될 수 있다.
광학체 유닛(들)이 샘플과 검출기 사이의 경로 내에 위치되기 때문에, 광학체의 재료는 검출된 광의 광학 속성들, 및 따라서 측정 정확도에 영향을 미칠 수 있다. 샘플에서 출사되는 광이 검출기 어레이에 도달하도록 하기 위해, 광학체는 관심 파장 범위에 걸쳐 투명한 재료로 구성되어, 광이 광학체의 표면들에서 반사되는 것이 방지되게 할 수 있다. 또한, 광학체 유닛이 샘플과 접촉하는 예들에서, 광학체의 재료는 샘플에 대한 광학체의 화학적 및 물리적 노출로부터의 재료 열화에 대한 저항성에 기초할 수 있다. 또한, 광학체 유닛에 대한 임의의 패턴들(예를 들어, 에칭 프로파일들)을 생성하기 위한 웨이퍼-스케일 프로세싱과의 호환성, 재료의 이용가능성, 및 비용과 같은 다른 고려사항들이 고려될 수 있다.
광학체 유닛의 재료는 또한 샘플의 굴절률에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 샘플이 굴절률 1.42(또는 10% 이내)를 가질 때 3.4의 굴절률(예를 들어, 실리콘 렌즈들의 단위)(또는 10% 이내)을 갖는 광학체 유닛으로 구성될 수 있다. 입사광은 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서 45°의 입사각을 가질 수 있으며, 이는 16.9°의 굴절각을 야기할 수 있다. 이러한 방식으로, 광학체 유닛의 재료는 검출기 어레이의 표면 상의 입사각이 수직에 더 가까울 수 있도록 선택될 수 있으며, 이는 더 높은 광출력을 수신하는 검출기, 더 양호한 측정 정확도, 및 더 낮은 전력 소비를 위해 구성될 수 있는 시스템을 가져올 수 있다.
또한, 광학체 유닛의 재료는 광선들의 더 적은 "확산"(즉, 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)과 검출기의 표면 사이의 광의 번들들의 분산)이 발생하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 60°의 입사각을 갖는 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에 입사하는 광은 20.9°의 굴절각을 유발할 수 있다. 광학체 유닛과 샘플 사이의 굴절률 대조가 없으면, 확산은 15°(즉, 60°-45°)일 것인 반면에, 광학체 유닛과 샘플 사이의 굴절률 대조가 있으면, 광선들의 확산은 4°(즉, 20.9°-16.9°)일 수 있다. 광선들의 더 작은 확산은 더 좁은 범위의 집광각들을 유발할 수 있고, 이는 더 작은 광학체들 및 더 소형의 시스템을 야기할 수 있다.
일부 예들에서, 관심 파장 범위는 SWIR(즉, 1500 nm 내지 2500 nm)일 수 있고, 광학체 유닛은 단결정 실리콘, 사파이어, 용융 실리카, 산화물 유리, 칼코겐화 유리, 갈륨 아세나이드(GaAs), 셀렌화 아연(ZnSe), 게르마늄(Ge), 또는 이들 재료의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
광학체들의 직경들은 광원으로부터 방출된 광 빔의 크기에 기초할 수 있다. 예를 들어, 100 내지 300 μm의 광 빔 직경으로 구성된 시스템은 또한 100 내지 300 μm의 직경들을 갖는 광학체 유닛으로 구성될 수 있다.
광학체 유닛의 필팩터는 샘플에서 출사되는 광선들이 집광되는 퍼센티지 또는 비율을 나타낼 수 있다. 일반적으로, 입사광의 번들들의 감소된 확산은 광학체 유닛에서의 더 높은 필팩터(즉, 광학체의 총 면적에 대한, 검출기에 지향된 광의 면적의 비)를 유발할 수 있고, 따라서 더 높은 광학 효율로 이어질 수 있다. 광학체의 필팩터는 다음에 의해 결정될 수 있다:
여기서 AD는 어퍼처 크기이다. 렌즈 또는 마이크로 렌즈의 필팩터(FF)는 샘플에서 출사되고, 시스템으로 굴절하고, 어퍼처를 투과하는 광량을 나타낼 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛에 포함된 광학체 유닛(들)에 포함된 광학체들과 연관된 어퍼처의 어퍼처 크기는 입사 광선들의 확산에 기초할 수 있다. 입사 광선들의 확산의 양이 더 적으면, 어퍼처 크기 및 광학체 피치는 감소되어, 적절한 정보(예를 들어, 더 양호한 측정 정확도에 기여할 수 있는 정보)를 포함하는 입사 광선들의 손실 없이 높은 필팩터가 달성되게 할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛은 25% 이상인 필팩터(FF)로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛은 50% 이상인 필팩터(FF)로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛은 60% 이상인 필팩터(FF)로 구성될 수 있다.
광학체 유닛의 피치는 인접한 광학체들 사이의 거리일 수 있으며, 이는 광학체들의 크기에 영향을 줄 수 있다. 일부 예들에서, 피치는 광학체 유닛의 필팩터에 기초할 수 있다. 식 4에 예시된 바와 같이, 광학체 유닛의 필팩터는 어퍼처 크기에 관련될 수 있으므로, 광학체 유닛의 피치는 또한 어퍼처 크기에 기초할 수 있다. 필팩터 및 샘플에서 출사되는 광선들을 캡처하는 효율을 증가시키기 위해, 피치는 어퍼처 크기보다 클 수 있다. 예를 들어, 100 내지 300 μm의 어퍼처 크기의 경우, 광학체는 125 내지 500 μm의 피치로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 어퍼처 크기는 직경이 175 μm이도록 구성될 수 있고, 피치는 250 μm일 수 있고, 필팩터는 38.4%일 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 광학체 피치 및 어퍼처 크기는 집광각들의 범위에 기초할 수 있다. 어퍼처 크기는 샘플에서 출사되는 광선들 중에서 광학체에 의해 수용되는(즉, 검출기로 투과되는) 것 및 거부되는(즉, 검출기에 도달하는 것이 방지되는) 것을 결정할 수 있다. 샘플 재료 및 샘플 내의 물질들은 산란의 높은 이방성을 초래할 수 있다. 결과적으로, 집광 효율(즉, 집광된 산란광의 효율)은 집광각들의 범위에 기초할 수 있다. 더 넓은 범위의 집광각들이 더 많은 집광(즉, 더 높은 광출력)을 유발할 수 있지만, 집광된 광은 원하지 않는 광의 더 많은 부분(예를 들어, 노이즈 또는 비상관된 광)을 포함할 수 있다. 집광된 광선들의 상이한 각도들은 정확한 측정에 대한 상이한 중요성 또는 관련성을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 광선들의 광출력은 광이 검출기 표면 상의 수직 입사로부터 (예를 들어, 70°보다 크게) 벗어남에 따라 더 낮을 수 있다. 수직 입사로부터 벗어나는 입사각을 갖는 광선들은 광원으로부터 방출된 광과의 교차 각이 작은 광선들(이는 산란 위치 또는 경로 길이에서의 더 큰 불확실성을 초래할 수 있음) 및 많은 수의 산란 이벤트들을 갖는 광선들을 포함할 수 있다. 그 결과, 수직 입사로부터 벗어나는 입사각을 갖는 광선들은 덜 관련있을 수 있고 덜 정확한 측정들로 이어질 수 있다. 또한, 수직 입사로부터 벗어나는 광선들은 샘플 내의 얕은 깊이들에서의 위치들로부터 산란된 광을 포함할 수 있다. 일부 응용들에서, 샘플 내의 관심 물질들은 샘플 내에서 깊게 위치될 수 있으므로, 샘플 내의 얕은 깊이들에서의 위치들로부터 산란된 광선들은 관련있는 정보를 측정에 기여하지 않을 수 있다.
집광각들의 범위에 의해 영향을 받는 것은 어퍼처 크기, 광학체 또는 광학체 피치, 집광 효율, 검출기에 입사하는 광출력, 및 시스템의 전력일 수 있다. 시스템이 측정하도록 구성될 수 있는 집광각들의 범위는 집광각들의 목표(예를 들어, 미리결정된) 범위에 기초할 수 있다. 집광각들의 목표 범위는 집광 효율, 기하학적 경로 불확실성, 샘플 내에서 발생할 가능성이 높은 산란 이벤트들의 수, 침투 깊이, 광학체 설계의 한계들과 같은 여러 인자들에 기초하여 결정될 수 있으며, 이는 광선의 경로 길이에 기초하여 결정될 수 있다. 광선의 경로 길이를 결정하기 위해, 존재하는 다수의 불확실성들이 고려될 수 있다. 총 경로 길이 불확실성(ΔPL)은 공간 분해능 불확실성(Δspatial), 각도 분해능 불확실성(Δangular), 입력 가우시안 각도 발산(Δinput), 및 저각 샘플 산란 불확실성(Δmultiple_scatter)을 포함할 수 있으며, 다음과 같이 정의될 수 있다:
시스템 내의 광학체들 및 어퍼처 층들 중 하나 이상의 속성들은 공간 분해능 불확실성에 기초하여 구성될 수 있다. 도 10은 본 개시내용의 예들에 따른 공간 분해능 불확실성을 갖는 광선들을 이용한 예시적인 구성을 도시한다. 시스템(1000)은 샘플(1020)을 터치하거나 그에 매우 근접할 수 있다. 광은 위치(1006)에서 시스템(1000)에서 출사될 수 있고, 샘플(1020)을 통해 위치(1010)까지 길이(d11)를 이동할 수 있다. 위치(1010)에서의 광의 입사각은 입사각(θ1)일 수 있다. 광의 일부는 산란각(θ4)에서 산란될 수 있고, 샘플(1020)을 통해 길이(d12)를 이동하고, 위치(1016)에서 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에 도달할 수 있다. 위치(1006)와 위치(1016) 사이의 거리는 거리(x)로 지칭될 수 있다. 광의 다른 부분은 샘플(1020) 내로 더 이동하여, 위치(1040)까지 총 길이(d21)를 이동할 수 있다. 일부 예들에서, 위치(1040)에서의 광의 입사각은 또한 입사각(θ1)일 수 있고, 광은 또한 산란각(θ4)에서 산란될 수 있다. 산란광은 샘플(1020)을 통해 길이(d22)를 이동할 수 있고, 위치(1046)에서 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에 도달할 수 있다. 공간 분해능 또는 위치(1016)와 위치(1046) 사이의 거리는 공간 분해능 또는 거리(Δx)로 지칭될 수 있다.
공간 분해능 불확실성(Δspatial)은 위치(1016)에서 입사하는 산란광과 위치(1046)에서 입사하는 산란광 사이의 광학 경로 길이들의 차이에 기초할 수 있으며, 다음과 같이 정의될 수 있다:
사인 법칙에 기초하여:
따라서, 공간 분해능 불확실성(Δspatial)은 다음으로 감소될 수 있다:
식 12에 예시된 바와 같이, 공간 분해능 불확실성(Δspatial)은 입사각(θ1) 및 산란각(θ4)이 증가할 수 있음에 따라 감소할 수 있다. 또한, 공간 분해능 불확실성(Δspatial)은 공간 분해능(Δx)(즉, 위치(1016)에서 입사하는 광과 위치(1046)에 입사하는 광 사이의 거리)이 증가함에 따라 증가할 수 있다. 일부 예들에서, 어퍼처 크기, 광학체들의 틸트, 또는 배향, 또는 조합은 공간 분해능 불확실성(Δspatial)에 기초하여 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 공간 분해능 불확실성(Δspatial)은 150 내지 200 μm일 수 있으며, 이는 입사각(θ1) = 45° 및 45°의 집광각(이는 산란각(θ4)과 동일할 수 있음))과 일치할 수 있다.
시스템 내의 광학체들 중 하나 이상의 광학체들의 속성들은 또한 각도 분해능 불확실성에 기초하여 구성될 수 있다. 도 11은 본 개시내용의 예들에 따른 각도 분해능 불확실성을 갖는 광선들을 이용한 예시적인 구성을 도시한다. 시스템(1100)은 샘플(1120)을 터치하거나 그에 매우 근접할 수 있다. 광은 위치(1106)에서 시스템(1100)에서 출사될 수 있고, 샘플(1120)을 통해 위치(1110)까지 길이(d11)를 이동할 수 있다. 위치(1110)에서의 입사각은 입사각(θ1)일 수 있다. 광의 일부는 산란각(θ5)에서 위치(1110)로부터 산란되고, 샘플(920)을 통해 길이(d12)를 이동하고, 위치(1146)에서 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에 도달할 수 있다. 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서의 굴절률의 변화는 굴절각(θ8)을 유발할 수 있다. 광의 다른 부분은 샘플(1120) 내로 더 이동하여, 위치(1140)까지 총 길이(d21)를 이동할 수 있다. 일부 예들에서, 위치(1140)에서의 광의 입사각은 또한 입사각(θ1)일 수 있고, 위치(1140)로부터 산란된 광은 산란각(θ6)을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 산란각(θ6)은 산란각(θ1)과 상이할 수 있다. 위치(1140)로부터 산란된 광은 샘플(1120)을 통해 길이(d22)를 이동하고 위치(1146)에서 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에 도달할 수 있다. 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서의 굴절률의 변화는 굴절각(θ7)을 유발할 수 있다. 위치(1106)와 위치(1146) 사이의 거리는 거리(x)로 지칭될 수 있다. 일부 예들에서, 굴절각(θ8)은 Δθ의 각도 분해능만큼 굴절각(θ7)과 상이할 수 있다.
각도 분해능 불확실성(Δangular)은 2개의 산란된 광 빔들(예를 들어, 위치(1110)로부터 산란된 광 및 위치(1140)로부터 산란된 광) 사이의 굴절각들의 차이에 기초할 수 있으며, 다음과 같이 정의될 수 있다:
사인 법칙 및 스넬의 법칙에 기초하여:
따라서, 각도 분해능 불확실성(Δangular)은 다음으로 감소될 수 있다:
식 18에 예시된 바와 같이, 각도 분해능 불확실성(Δangular)은 광원으로부터 방출된 광과 출사 위치 사이의 거리(x)가 증가함에 따라 증가할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 각도 분해능 불확실성(Δangular)에 기초한 광학체 유닛에 포함된 대응하는 광학체와 광원 사이의 거리로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 각도 분해능 불확실성(Δangular)에 기초하여 집광각들의 범위(즉, 각도 빈)로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템 내의 광학체들의 틸트, 배향, 또는 둘 모두는 각도 분해능 불확실성(Δangular)에 기초하여 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 각도 분해능 불확실성은 40 내지 100 μm일 수 있고, 집광각들의 범위는 5° 내지 10°일 수 있다.
시스템 내의 광 빔의 속성들은 가우시안 각도 발산에 기초하여 구성될 수 있다. 도 12는 본 개시내용의 예들에 따른 가우시안 각도 발산을 갖는 입력 광 빔을 갖는 예시적인 구성을 도시한다. 시스템(1200)은 샘플(1220)을 터치하거나 그에 매우 근접할 수 있다. 광은 위치(1206)에서 시스템(1200)에서 출사될 수 있고, 입사각(θ1)(반각 발산(θ12)에 대해 측정됨)을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 광원들로부터 방출된 광의 일부분은 위치(1210)에서 입사각(θ10)을 갖는 광의 일부분으로 발산하고 샘플(1220)을 통해 위치(1210)까지 길이(d21)를 이동할 수 있다. 광원들로부터 방출된 광의 다른 부분은 또한 위치(1210)에서 입사각(θ11)으로 발산하고 샘플(1220)을 통해 위치(1210)까지 길이(d12)를 이동할 수 있다. 광은 산란각(θ13)에서 위치(1210)로부터 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면) 상의 위치(1246)로 산란될 수 있다. 산란광의 일부분은 샘플(1220)을 통해 길이(d12)를 이동할 수 있고, 산란광의 다른 부분은 샘플(1220)을 통해 길이(d22)를 이동할 수 있다. 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서의 굴절률의 변화는 굴절각(θ14)을 유발할 수 있다.
가우시안 각도 발산(Δinput)은 발산된 광선들 사이의 광학 경로 길이들의 차이에 기초할 수 있으며, 다음과 같이 정의될 수 있다:
사인 법칙에 기초하여:
가우시안 각도 발산(Δinput)이 증가함에 따라, 경로 길이 불확실성(ΔPL)은 각도 분해능 불확실성(Δangular)에 의해 지배될 수 있다. 일부 예들에서, 공간 분해능 불확실성은 경로 길이 불확실성(ΔPL)의 절반 초과로 기여할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 5 내지 10 각도 빈들을 갖는 50°의 집광각들의 범위로 구성될 수 있다.
광학체의 틸트는 집광 효율에 기초하여 구성될 수 있으며, 이는 측정 정확도 및 시스템의 전력 소비에 영향을 줄 수 있다. 집광 방향이 입사광의 축에 평행하도록(즉, 집광 방향이 입사광 방향으로 향하도록) 광학체를 기울임(즉, 축을 배향시킴)으로써, 집광 효율이 증가될 수 있다. 예를 들어, 입사광의 축은 45°일 수 있고, 집광 방향은 -45°일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체의 틸트는 집광각들의 범위에 기초할 수 있다. 예를 들어, 집광각들의 범위는 0° 내지 -75°일 수 있고, 집광 방향은 -37.5°일 수 있다. 일부 예들에서, 집광각들의 범위는 -25° 내지 -70°일 수 있고, 집광 방향은 -47.5°일 수 있다. 일부 예들에서, 집광각들의 범위는 -30° 내지 -60°일 수 있고, 집광 방향은 -45°일 수 있다. 일부 예들에서, 광학체는 볼록 표면을 포함할 수 있으며, 이는 집광각들의 범위에서의 임의의 비대칭(즉, 바이어스)을 고려하기 위해 기울어질 수 있다(또는 편심될 수 있다). 임의의 비대칭에 대해 보정하는 것은 광학체의 광학 수차의 크기 또는 효과를 감소시킬 수 있다. 일부 예들에서, 모든 광학체들은 수직 입사로부터 동일한 방향으로 기울어질 수 있다.
광학체들에 추가하여, 시스템 성능은 시스템에 포함된 하나 이상의 다른 컴포넌트들의 속성들에 의해 영향을 받을 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 광학체 유닛과 광학 플랫폼 사이에 위치된 스페이서를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광학체 유닛 및 광학 플랫폼은 단결정 실리콘을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광원들, 광학 트레이스들, 또는 둘 모두는 광학 플랫폼 상에 형성된 실리콘 도파관들을 포함할 수 있다.I 일부 예들에서, 검출기에 결합된 ROIC는 실리콘 상에 제조될 수 있다. 실리콘을 포함하도록 광학체 유닛, 광학 플랫폼, 및 ROIC 중 하나 이상을 구성함으로써, 컴포넌트들의 열팽창은 유사할 수 있으며, 이는 임의의 기계적 취약함을 최소화할 수 있고, 시스템의 견고성이 향상될 수 있다. 또한, 실리콘은 양호한 기계적 강도, 양호한 열 컨덕턴스, 저비용, 및 양호한 신뢰성과 같은 많은 바람직한 속성들을 갖는 재료일 수 있다.
일부 예들에서, 시스템은 광학체와 샘플 사이에 위치된 광학 스페이서 윈도우를 포함할 수 있다. 도 13a는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학 스페이서 윈도우, 및 광학 스페이서 윈도우와 샘플 사이에 위치된 어퍼처 층을 포함하는 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다. 시스템(1300)은 광원들(1302), 광학체 유닛(1312), 어퍼처 층(1386), 및 광학 스페이서 윈도우(1321)를 포함할 수 있으며, 여기서 광학 스페이서 윈도우(1321)는 샘플(1320)과 접촉할 수 있다. 광원들(1302)은 샘플(1320)에서 출사되는 광(1352)을 방출할 수 있다. 광(1354)으로 지칭되는 광은 샘플(1320) 내의 위치(1357)에서 반사될 수 있고, 어퍼처 층(1386)을 통해 투과될 수 있고, 광학체 유닛(1312)에 도달할 수 있다.
도 13a에 도시된 바와 같이, 어퍼처 층(1386)의 배치는 에지 계면에서 산란함으로써 생성된 미광 및 광학 수차를 초래할 수 있으며, 이는 광학체 유닛(1312)의 이미징 속성들을 저하시킬 수 있다. 도 13b는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학 스페이서 윈도우, 및 광학 스페이서 윈도우와 광학체 유닛 사이에 위치된 어퍼처 층을 포함하는 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다. 광학 스페이서 윈도우(1321)와 광학체 유닛(1312) 사이에 위치된 어퍼처 층(1387)으로 인해, 광선 광(1354)은 광학체 유닛(1312)에 포함된 적절한 광학체로 전파될 수 있으며, 에지 계면에서 산란함으로써 생성된 미광은 감소되거나 제거될 수 있다.
일부 예들에서, 광학 스페이서 윈도우(1321)는 다기능일 수 있고 광학체에 대한 기계적 지지를 제공하도록 구성될 수 있다. 광학체 유닛(1312)의 두께는 광학체 유닛(1312)에 의해 수행되는 광 굴곡의 양 및 상이한 굴절각들을 분리하는 능력에 기초하여 구성될 수 있다. 광학체 유닛(1312)의 두께가 감소함에 따라, 광학체 유닛(1312)의 성능은 증가한다. 그러나, 광학체 유닛(1312)의 두께의 감소는 취약하고 값비싼 광학체 유닛으로 이어질 수 있고, 낮은 수율의 복잡한 제조 스킴을 요구할 수 있다. 시스템은 광학 성능을 손상시키지 않고 광학 스페이서 윈도우(1321)가 얇은 광학체 유닛(1312)의 취약성을 보상하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 광학 스페이서 윈도우(1321)의 두께는 400 내지 700 μm일 수 있다. 일부 예들에서, 광학 스페이서 윈도우(1321)의 두께는 650 μm일 수 있다.
일부 예들에서, 광학 스페이서 윈도우(1321)는 샘플(1320)과 능동 컴포넌트들(예를 들어, 검출기, 광원, 및 전자장치) 사이의 열적 크로스오버 효과가 감소될 수 있는 두께로 구성될 수 있다. 능동 컴포넌트들은 열을 발생시킬 수 있고 또한 임의의 온도 변동에 민감할 수 있으며, 샘플(1320)의 온도는 변할 수 있거나 또는 능동 컴포넌트들의 동작 온도와 상이할 수 있다. 결과적으로, 샘플(1320)의 온도 및 능동 컴포넌트들의 동작 온도에서의 차이는 열적 크로스오버 효과를 초래할 수 있으며, 이는 측정 정확도를 저하시킬 수 있다. 일부 예들에서, 샘플(1320)은 피부일 수 있으며, 이 경우 온도의 임의의 차이는, 열적 크로스오버 효과가 달리 완화되지 않는 경우 불편함을 야기할 수 있다.
일부 예들에서, 광학 스페이서 윈도우(1321)는 중간 코팅(즉, 샘플(1320)의 굴절률과 광학체 유닛(1312)의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 유전체 재료)을 포함할 수 있다. 중간 코팅이 없다면, 광학체 유닛(1312) 또는 광학체 유닛(1312) 상에 배치된 임의의 반사방지 코팅은, 광학체 유닛(1312)과 샘플(1320) 사이의 높은 굴절률 대조가 발생하거나 시스템의 굴절각이 손상되게 하도록 구성될 것이다. 한편, 중간 코팅의 포함은 복잡성을 감소시키고 시스템의 굴절각을 증가시킬 수 있다.
일부 예들에서, 광학 스페이서 윈도우(1321)는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 유전체 재료는 광학체에 비해 더 높은 화학적 내구성, 더 높은 물리적 내구성, 또는 둘 모두를 가질 수 있다. 일부 예들에서, 광학 스페이서 윈도우(1321)는 사파이어를 포함할 수 있다. 광학체와 샘플 사이에 광학 스페이서 윈도우를 포함함으로써, 시스템은 향상된 기계적 견고성, 향상된 디바이스 내구성, 및 감소된 열적 크로스오버를 가질 수 있다.
광학 스페이서 윈도우(1321)의 포함은 광이 검출기 어레이 내의 검출기 픽셀들 및 광학체 사이에서 분산되는 방식을 변경할 수 있다. 그러나, 이러한 변경이 고려될 수 있고, 검출기 어레이에 입사하는 광은 여전히 각각의 검출기 픽셀이 샘플 내의 궤적 또는 광학 경로를 기술하게 할 수 있다. 도 14a는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학 스페이서 윈도우를 제외한 예시적인 시스템의 단면도, 및 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서 입사하는 광의 측방향 위치의 대응하는 결정을 도시한다. 시스템(1400)은 광원들(1402), 광학체 유닛(1412), 어퍼처 층(1486), 및 검출기 어레이(1430)를 포함할 수 있다. 광원들(1402)은 위치(1406)에서 샘플(1420)에서 출사되는 광(1452)을 방출할 수 있다. 광(1453), 광(1454), 및 광(1455)은 샘플(1420) 내의 위치(1457)에서 반사될 수 있고, 위치(1406)로부터 거리(x)만큼 떨어져 위치될 수 있는 위치(1446)에서 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에 입사할 수 있다. 광(1453), 광(1454), 및 광(1455)은 어퍼처 층(1486)을 투과할 수 있고, 광학체 유닛(1412)에 포함된 광학체(1418)에 도달할 수 있다. 검출기 어레이(1430)는 검출기 픽셀(1433), 검출기 픽셀(1435), 및 검출기 픽셀(1437)을 포함할 수 있다. 광(1453)은 검출기 픽셀(1433)에 입사할 수 있고, 광(1454)은 검출기 픽셀(1435)에 입사할 수 있으며, 광(1455)은 검출기 픽셀(1437)에 입사할 수 있다. 따라서, 광학체(1418), 검출기 픽셀(1433), 검출기 픽셀(1435), 및 검출기 픽셀(1437)은 위치(1446)와 연관될 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서의 입사광의 측방향 위치는 광학체 유닛에 포함된 광학체와 연관될 수 있다.
광학 스페이서 윈도우의 포함은, 광학체 유닛에 포함된 광학체 및 검출기 어레이에 포함된 검출기 픽셀 둘 모두에 기초하여 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서의 입사광의 측방향 위치의 결정을 야기할 수 있다. 도 14b는 본 개시내용의 예들에 따른, 광학 스페이서 윈도우를 포함하는 예시적인 시스템의 단면도, 및 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서 입사하는 광의 측방향 위치의 대응하는 결정을 도시한다. 시스템(1490)은 광원들(1402), 광학체 유닛(1412), 어퍼처 층(1487), 광학 스페이서 윈도우(1421), 및 검출기 어레이(1430)를 포함할 수 있다. 광원들(1402)은 위치(1406)에서 시스템(1490)에서 출사되는 광(1452)을 방출할 수 있다. 광(1452), 광(1451), 및 광(1453)은 샘플(1420) 내의 위치(1457)에서 반사될 수 있고, 어퍼처 층(1487)을 투과할 수 있고, 광학 스페이서 윈도우(1421)를 통해 이동할 수 있다. 일부 예들에서, 광(1452), 광(1451), 및 광(1453)의 산란각들은 상이할 수 있다. 샘플(1420)은 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서 위치(1447), 위치(1448), 및 위치(1449)와 같은 복수의 위치들을 포함할 수 있다. 위치(1447)는 위치(1406)로부터 거리(x1)만큼 떨어져 위치될 수 있고, 위치(1448)는 위치(1406)로부터 거리(x2)만큼 떨어져 위치될 수 있고, 위치(1449)는 위치(1406)로부터 거리(x3)만큼 떨어져 위치될 수 있다. 광(1452)은 위치(1447)에서 입사할 수 있고, 광(1451)은 위치(1448)에서 입사할 수 있으며, 광(1453)은 위치(1449)에서 입사할 수 있다. 검출기 어레이(1430)는 검출기 픽셀(1434), 검출기 픽셀(1436), 및 검출기 픽셀(1438)을 포함할 수 있다. 광(1452)은 검출기 픽셀(1434)에 입사할 수 있다. 유사하게, 광(1451) 및 광(1453)은 각각 검출기 픽셀(1436) 및 검출기 픽셀(1438)에 입사할 수 있다. 검출기 픽셀(1434)은 위치(1447)와 연관될 수 있고, 검출기 픽셀(1436)은 위치(1448)와 연관될 수 있으며, 검출기 픽셀(1438)은 위치(1449)와 연관될 수 있다. 각각의 위치(예를 들어, 위치(1447), 위치(1448), 및 위치(1449))는 상이한 산란각과 연관될 수 있는 상이한 측방향 위치를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서의 입사광의 측방향 위치는 광학체 유닛에 포함된 광학체 및 검출기 어레이에 포함된 검출기 픽셀 둘 모두와 연관될 수 있다.
시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면)에서의 입사광의 측방향 위치에 대한 광학체 및 검출기 픽셀의 연관, 및 광학 경로의 경로 길이를 결정하기 위하여, 광학 스페이서 윈도우를 갖는 예시적인 시스템은 도 14c에 도시된 바와 같이 단순화될 수 있다. 위치(1406)에서 시스템(1450)에서 출사되는 광의 각도는 출사각(θ1)으로 지칭될 수 있고, 위치(1457)로부터의 산란광(1451)의 각도는 산란각(θ2)으로 지칭될 수 있다. 산란각(θ2)은 다음과 같이 정의될 수 있다:
여기서 θCA1 및 θCA2는 집광각들의 범위이고, j는 검출기 어레이에 포함된 j번째 검출기 픽셀을 나타낸다. 스페이서-광학체 유닛 계면에서의 대응하는 입사각(θ3)은 다음과 같이 정의될 수 있다:
여기서 nsample은 샘플(1420)의 굴절률이고, nspacer는 광학 스페이서 윈도우(1421)의 굴절률이다. 위치(1447)와 광학체(1418)의 중심 사이의 거리는 다음과 같이 정의될 수 있다:
여기서 t는 광학 스페이서 윈도우(1421)의 두께이다. 거리(x1)(즉, 광의 측방향 위치)는 다음과 같이 정의될 수 있다:
여기서 m은 광학체 유닛(1412) 내의 m번째 광학체를 나타내고, p는 광학체(1418)의 피치이다. 광선의 광학 경로 길이(PL(j,m))는 다음과 같이 정의될 수 있다:
여기서 d11은 광(1452)의 경로 길이이고, d12는 광(1451)의 경로 길이이다.
예를 들어, 광학체(1418)는 θCA2가 75°와 동일하고 θCA1이 25°와 동일한 소정 범위의 집광각들로 구성될 수 있고, 광학체 유닛(1412)에 포함된 광학체는 150 μm의 피치로 구성될 수 있다. 광학 스페이서 윈도우(1421)는 1.74의 굴절률을 갖는 사파이어를 포함하도록 구성될 수 있고, 500 μm의 두께로 구성될 수 있다. 광학 스페이서 윈도우(1421)는 1.4의 굴절률을 가질 수 있는 샘플과 접촉할 수 있다 검출기 어레이는 광학체 유닛(1412) 내의 동일한 광학체에 결합된 10개의 검출기 픽셀들로 구성될 수 있다. 출사각(θ1)은 45°일 수 있으며, 이는 45°의 산란각을 갖는 광선의 산란을 야기할 수 있다. 광학 스페이서 윈도우(1421)와 샘플(1420) 사이의 굴절률 차이는, 광학 스페이서 윈도우-광학체 유닛 계면에서의 입사각(θ3)이 346 μm의 거리(δ)에서 34.7°와 동일하면서 광선이 광학체 유닛(1412) 내의 8번째 광학체에 입사하는 것을 야기할 수 있다. 광선의 측방향 위치(x1(j,m))는 779 μm와 동일할 수 있고, 광선의 광학 경로 길이는 1.1 mm일 수 있다.
도 14d 및 도 14e는 본 개시내용의 예들에 따른 광학 스페이서 윈도우를 포함하는 예시적인 시스템의 단면도를 도시한다. 도 14d에 도시된 바와 같이, 시스템 내의 광학 스페이서 윈도우의 포함은 광학체 유닛 내의 단일 광학체가 소정 범위의 산란각들을 집광하는 것을 허용할 수 있다. (상이한) 산란각들의 범위는, 상이한 위치들이 광선들이 입사하는 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면) 상에 소정 범위 길이를 함께 형성하는 것을 야기할 수 있다. 일부 예들에서, 광학 스페이서 윈도우의 두께는 총 범위 길이에 기초하여 구성될 수 있다. 광학체 유닛 내의 광학체들은 샘플의 인터리빙 부분들로부터 광선들을 집광할 수 있고, 결과적으로, 광학체 유닛 내의 광학체들의 집합체는 광선들 또는 정보의 손실을 손상시키지 않으면서 다수의 입사각 및 출사각 위치 순열들을 집광할 수 있다.
도 14e에 도시된 바와 같이, 시스템 내의 광학 스페이서의 포함은 또한, 시스템의 외부 계면(예를 들어, 시스템이 샘플과 접촉하는 계면) 상의 단일 위치가 광학체 유닛의 다수의 광학체들로 광을 방출하도록 할 수 있다. 광선들 및 정보가 다수의 광학체들 및 다수의 검출기 픽셀들 사이에서 혼합될 수 있지만, 합계 정보는 동일할 수 있다.
전술한 기능들 중 하나 이상은 예를 들어, 메모리에 저장되고 프로세서 또는 제어기에 의해 실행되는 펌웨어에 의해 수행될 수 있다. 펌웨어는 또한 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스로부터 명령어들을 페치하여 명령어들을 실행할 수 있는 컴퓨터 기반 시스템, 프로세서 포함 시스템, 또는 다른 시스템과 같은, 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위한 임의의 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 내에 저장 및/또는 전송될 수 있다. 본 명세서와 관련하여, "비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체"는 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위한 프로그램을 포함하거나 저장할 수 있는 (신호를 제외한) 임의의 매체일 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치 또는 디바이스, 휴대용 컴퓨터 디스켓(자기), 랜덤 액세스 메모리(RAM)(자기), 판독 전용 메모리(ROM)(자기), 소거가능 프로그래머블 판독 전용 메모리(EPROM)(자기), CD, CD-R, CD-RW, DVD, DVD-R, 또는 DVD-RW와 같은 휴대용 광학 디스크, 또는 콤팩트 플래시 카드, 보안 디지털 카드, USB 메모리 디바이스, 메모리 스틱과 같은 플래시 메모리 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 본 명세서의 맥락에서, "전송 매체"는 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위한 프로그램을 전달, 전파, 또는 전송할 수 있는 임의의 매체일 수 있다. 전송 판독가능 매체는 전자, 자기, 광학, 전자기, 또는 적외선형 유선 또는 무선 전파 매체를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
샘플 내의 복수의 광학 경로들을 재이미징하기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은: 하나 이상의 광원들 - 각각의 광원은 제1 광 및 제2 광을 방출하도록 구성되고, 제1 광은 샘플에 입사하고 복수의 광학 경로들을 포함하며, 제2 광은 레퍼런스에 입사함 -; 제1 광 및 제2 광을 변조하는 것 사이에서 교번시키도록 구성된 변조기; 샘플에 입사하는 제1 광의 반사의 적어도 일부분을 집광하도록 구성된 하나 이상의 광학체 유닛들; 복수의 검출기 픽셀들을 포함하고 집광된 반사된 제1 광의 적어도 일부분을 검출하도록 구성된 검출기 어레이; 및 광학 경로 길이들 및 복수의 광학 경로들의 입사각들 중 적어도 하나를 분해하도록 구성되고, 검출기 어레이 내의 검출기 픽셀을 복수의 광학 경로들에 포함된 광학 경로와 연관시키도록 구성된 로직을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 추가로: 복수의 유닛들을 포함하며, 각각의 유닛은: 하나 이상의 광원들로부터 방출된 광의 파장들과 상이한 하나 이상의 파장들을 반사 또는 흡수하도록 구성된 론칭 영역, 제2 광의 반사를 수신하도록 구성된 레퍼런스 영역, 및 하나 이상의 광학체 유닛들을 포함하는 측정 영역을 포함하고, 여기서 복수의 유닛들에 포함된 각각의 유닛은 샘플의 측정 영역에 결합된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 레퍼런스 영역은 제2 광의 반사를 확산하도록 구성된 하나 이상의 네거티브 렌즈들을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 각각의 유닛은 적어도 2 mm만큼 다른 유닛으로부터 분리된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 복수의 유닛들에 포함된 적어도 하나의 유닛은 복수의 유닛들에 포함된 다른 유닛에 의해 공유되는 측정 영역의 적어도 일부분을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 각각의 유닛은 하나 이상의 광원들 중 적어도 하나를 포함하고, 적어도 하나의 유닛은 2 mm 이하인 직경 또는 둘레를 갖는 샘플 상의 영역을 측정하도록 구성되며, 샘플 상의 영역은 제1 광의 반사의 적어도 70%를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 하나 이상의 광학체 유닛들 중 적어도 하나의 광학체 유닛의 제1 표면은 편평하고 샘플의 표면과 접촉하며, 하나 이상의 광학체 유닛들 중 적어도 하나의 광학체 유닛의 제2 표면은 볼록하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 하나 이상의 광학체 유닛들과 샘플 사이에 위치된 스페이서를 추가로 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 스페이서는 사파이어를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 스페이서는 400 내지 700 마이크로미터의 두께를 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 스페이서와 하나 이상의 광학체 유닛들 사이에 위치된 어퍼처 층을 추가로 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 어퍼처 층을 추가로 포함하며, 어퍼처 층은 제1 범위의 경로 길이들 내의 경로 길이 및 제1 범위의 각도들 내의 입사각을 갖는 하나 이상의 광학 경로들에 대한 액세스를 하나 이상의 광학체 유닛들에 제공하도록 구성되고, 제1 범위의 경로 길이들과 상이한 제2 범위의 경로 길이들 내의 경로 길이를 가지면서 제1 범위의 각도들과 상이한 제2 범위의 각도들 내의 입사각을 갖는 하나 이상의 광학 경로들을 거부하도록 추가로 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 어퍼처 층은 적어도 하나 이상의 광학체 유닛들과 동일한 층 상에 위치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 하나 이상의 광학체 유닛들은 복수의 리세스된 광학체들을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 하나 이상의 광원들과 샘플 사이에 위치되고 또한 하나 이상의 광원들과 레퍼런스 사이에 위치되는 접합부를 추가로 포함하며, 접합부는 하나 이상의 광원들로부터 방출된 광을 제1 광 및 제2 광으로 분할하도록 구성되고, 제1 광의 세기는 제2 광의 세기보다 크다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은: 브리지를 포함하는 제1 아웃커플러 - 제1 아웃커플러는 제1 광을 수신하고 샘플을 향해 방향전환하도록 구성됨 -; 및 브리지를 포함하는 제2 아웃커플러 - 제2 커플러는 제2 광을 수신하고 레퍼런스를 향해 방향전환하도록 구성됨 - 를 추가로 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 제1 아웃커플러 및 샘플에 결합된 하나 이상의 광학체들을 추가로 포함하며, 하나 이상의 광학체들의 제1 표면은 제1 아웃커플러의 표면과 접촉한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 하나 이상의 집적 튜닝 요소들, 하나 이상의 멀티플렉서들, 광학 라우팅, 하나 이상의 도파관들, 및 실리콘 포토닉스 칩에 포함된 집적 회로부 중 적어도 하나를 추가로 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 하나 이상의 광원들 중 적어도 하나의 광원의 빔 크기는 100 내지 300 마이크로미터이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 하나 이상의 광학체 유닛들 중 적어도 하나의 광학체 유닛의 두께는 100 내지 300 마이크로미터이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 1 ㎤ 미만의 크기를 갖는 패키지에 포함된다.
시스템이 개시된다. 시스템은 하나 이상의 광원들 - 각각의 광원은 제1 광 및 제2 광을 방출하도록 구성되고, 제1 광은 시스템의 외부 계면을 향해 지향되고 복수의 광학 경로들을 포함하며, 제2 광은 레퍼런스에 입사함 -; 샘플에 입사하는 제1 광의 반사의 적어도 일부분을 집광하고 제1 광의 각도를 변화시키도록 구성된 하나 이상의 제1 광학체들; 하나 이상의 제1 광학체들로부터 제1 광을 수신하고 제1 광을 검출기 어레이로 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 제2 광학체들; 및 복수의 검출기 픽셀들을 포함하고 하나 이상의 제2 광학체들로부터 포커싱된 제1 광의 적어도 일부분을 검출하도록 구성된 검출기 어레이를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 추가로: 복수의 그룹들을 포함하며, 각각의 그룹은: 하나 이상의 광원들로부터 방출된 광의 파장들과 상이한 하나 이상의 파장들을 반사 또는 흡수하도록 구성된 론칭 영역, 제2 광의 반사를 수신하도록 구성된 레퍼런스 영역, 및 하나 이상의 제1 광학체들을 포함하는 측정 영역을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 각각의 그룹은 하나의 론칭 영역, 하나의 레퍼런스 영역, 및 복수의 측정 영역들을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 적어도 하나의 그룹은 다른 그룹과 측정 영역의 적어도 일부분을 공유한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 적어도 하나의 제1 광학체의 제1 표면은 편평하고 시스템의 외부 계면에 위치되며, 적어도 하나의 광학체의 제2 표면은 볼록하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은: 하나 이상의 제1 광학 경로들이 하나 이상의 제1 광학체들, 하나 이상의 제2 광학체들, 또는 둘 모두로 통과하는 것을 허용하도록 구성된 어퍼처 층 - 하나 이상의 제1 광학 경로들은 제1 범위의 경로 길이들 내의 경로 길이를 가짐 - 을 추가로 포함하며, 어퍼처 층은 제1 범위의 경로 길이들과 상이한 제2 범위의 경로 길이들 내의 경로 길이를 갖는 하나 이상의 제2 광학 경로들을 거부하도록 추가로 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 하나 이상의 제1 광학 경로들이 하나 이상의 제1 광학체들, 광학체들의 제2 층, 또는 둘 모두로 통과하는 것을 허용하도록 구성된 어퍼처 층 - 하나 이상의 제1 광학 경로들은 제1 범위의 각도들 내의 입사각을 가짐 - 을 추가로 포함하며, 어퍼처 층은 제1 범위의 각도들과 상이한 제2 범위의 각도들 내의 입사각을 갖는 하나 이상의 제2 광학 경로들을 거부하도록 추가로 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 하나 이상의 광원들과 시스템의 외부 계면 사이에 위치된 접합부를 추가로 포함하며, 접합부는 또한 하나 이상의 광원들과 레퍼런스 사이에 위치되고, 접합부는 하나 이상의 광원들로부터 방출된 광을 제1 광 및 제2 광으로 분할하도록 구성되고, 제1 광의 세기는 제2 광의 세기보다 크다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은: 브리지를 포함하는 제1 아웃커플러 - 제1 아웃커플러는 제1 광을 수신하고 시스템의 외부 계면을 향해 방향전환하도록 구성됨 -; 및 브리지를 포함하는 제2 아웃커플러 - 제2 커플러는 제2 광을 수신하고 레퍼런스를 향해 방향전환하도록 구성됨 - 를 추가로 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 제1 아웃커플러 및 시스템의 외부 계면에 결합된 하나 이상의 제3 광학체들을 추가로 포함하며, 하나 이상의 제3 광학체들의 제1 표면은 제1 아웃커플러의 표면과 접촉한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 하나 이상의 집적 튜닝 요소들, 하나 이상의 멀티플렉서들, 광학 라우팅, 하나 이상의 도파관들, 및 집적 회로부 중 적어도 하나를 추가로 포함하며, 하나 이상의 집적 튜닝 요소들은 실리콘 포토닉스 칩에 포함된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 각각의 검출기 픽셀은 제1 광학체 및 제2 광학체와 연관된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 각각의 제1 광학체는 제2 광학체 및 복수의 검출기 픽셀들 중 복수 개와 연관된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 하나 이상의 제1 광학체들은 하나 이상의 제2 광학체들에 포함된 재료와 상이한 재료를 포함한다.
샘플의 하나 이상의 속성들을 결정하기 위한 광학 시스템이 개시된다. 일부 예들에서, 광학 시스템은: 제1 기판 상에 배치되고 샘플에 입사하는 제1 광의 반사를 수신하고 방향전환하도록 구성된 제1 광학체 유닛을 포함하며, 제1 광학체 유닛은 복수의 제1 광학체들을 포함하고, 각각의 제1 광학체는 검출기 어레이에 포함된 검출기 픽셀 및 복수의 광학 경로들에 포함된 광학 경로에 결합된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제1 광학체 유닛의 표면은 샘플의 표면과 접촉하고, 제1 광의 반사를 검출기 어레이의 표면을 향해 포커싱하도록 추가로 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 복수의 제1 광학체들은 수직 입사에 대해 동일한 방향으로 배향된 틸트로 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은: 제2 기판 상에 배치되고 제1 광학체 유닛으로부터 제1 광을 수신 및 포커싱하도록 구성된 제2 광학체 유닛을 추가로 포함하며, 제2 광학체 유닛은 복수의 제2 광학체들을 포함하고, 각각의 제2 광학체는 제1 광학체 유닛에 포함된 제1 광학체에 결합된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제1 광학체 유닛은 제1 광학체 유닛, 제2 광학체 유닛, 또는 둘 모두 상에 형성된 복수의 기계적 정합 특징부들을 통해 제2 광학체 유닛에 부착된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 각각의 제1 광학체는 프리즘을 포함하고 다른 제1 광학체들과 상이한 하나 이상의 속성들을 갖도록 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제1 광학체들 중 적어도 하나는 실리콘을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 각각의 제1 광학체는 검출기 어레이에 포함된 복수의 검출기 픽셀들에 결합된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 복수의 제1 광학체들 중 적어도 하나는 50°와 동일한 집광각들의 범위로 구성되고 5 내지 10 각도 빈들로 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 복수의 제1 광학체들 중 적어도 하나는 45°에 중심이 있는 집광각들의 범위로 구성된다.
광학 시스템이 개시된다. 광학 시스템은: 제1 기판 상에 배치되고 제1 광을 수신 및 방향전환하도록 구성된 하나 이상의 제1 광학체들; 제2 기판 상에 배치되고 하나 이상의 제1 광학체들로부터 제1 광을 수신하도록 구성된 하나 이상의 제2 광학체들 - 하나 이상의 제2 광학체들은 수신된 제1 광을 포커싱하도록 추가로 구성됨 -; 및 하나 이상의 개구들을 포함하는 어퍼처 층을 포함할 수 있으며, 어퍼처 층은 입사광의 제1 부분이 통과하는 것을 허용하고 입사광의 제2 부분이 통과하는 것을 방지하도록 구성되며, 어퍼처 층은 하나 이상의 제1 광학체들 또는 하나 이상의 제2 광학체들과 동일한 층 상에 위치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 어퍼처 층은 입사광의 제1 부분이 입사광의 입사각에 기초하여 통과하는 것을 허용한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 어퍼처 층은 입사광의 제1 부분이 경로 길이에 기초하여 통과하는 것을 허용한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 하나 이상의 제2 광학체들과 동일한 층 상에 위치된 제2 어퍼처 층을 추가로 포함하며, 제1 어퍼처 층은 하나 이상의 제1 광학체들과 동일한 층 상에 위치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 어퍼처 층은 하나 이상의 제1 광학체들 또는 하나 이상의 제2 광학체들의 표면 상에 배치된 리소그래피 패턴이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 하나 이상의 제2 광학체들과 동일한 층 상에 위치된 제3 광학체를 추가로 포함하며, 제3 광학체는 시스템의 제1 표면으로부터 광을 수신하고 시스템의 제2 표면으로 광을 지향시키도록 구성되고, 하나 이상의 제1 및 제2 광학체들은 시스템의 제2 표면으로부터 제1 광을 수신하도록 구성된다.
샘플의 하나 이상의 속성들을 결정하는 방법이 개시된다. 일부 예들에서, 방법은: 제1 계면에서의 제1 광의 제1 입사각을 결정하는 단계 - 제1 계면은 샘플 및 스페이서를 포함하고, 제1 광은 광원으로부터 방출됨 -; 제1 계면에서의 제2 광의 제2 입사각을 결정하는 단계 - 제2 광은 제1 광의 반사이고 제1 정보를 포함함 -; 제2 계면에서의 제3 광의 제3 입사각을 결정하는 단계 - 제2 계면은 스페이서 및 하나 이상의 광학체 유닛들을 포함함 -; 및 제1, 제2, 및 제3 입사각들에 기초하여 광학 경로의 경로 길이를 결정하는 단계를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은: 제1 계면에서의 제4 광의 제4 입사각을 결정하는 단계 - 제4 광은 샘플 내에서 제2 광이 유래하는 위치와 동일한 위치로부터 유래하는 제1 광의 반사이며 제2 정보를 포함하고, 제2 광은 제1 계면을 따른 제1 위치에서 입사하고 제4 광은 제2 계면을 따른 제2 위치에서 입사하며, 제2 위치는 제1 위치와 상이하고, 또한 제2 및 제4 광은 제1 광학체에 의해 집광됨 -; 및 제1 및 제2 정보의 집합체에 기초하여 제3 정보를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 방법은: 제1 계면에서의 제4 광의 제4 입사각을 결정하는 단계 - 제4 광은 샘플 내에서 제2 광이 유래하는 위치와 동일한 위치로부터 유래하는 제1 광의 반사이며 제2 정보를 포함하고, 제2 광 및 제4 광은 제1 계면을 따른 제1 위치에서 입사하고 제2 계면을 따른 제2 위치에서 입사하며, 또한 제2 및 제4 광은 하나 이상의 광학체 유닛들에 포함된 상이한 광학체들에 의해 집광됨 -; 및 제1 및 제2 정보의 집합체에 기초하여 제3 정보를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 방법은 광학 경로를, 하나 이상의 광학체 유닛들에 포함된 광학체 및 검출기 어레이에 포함된 검출기 픽셀과 연관시키는 단계를 추가로 포함하며, 광학 경로의 경로 길이를 결정하는 단계는 또한 광학체들의 집광각들의 범위 및 스페이서의 두께에 기초한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 광학 경로는 복수의 광학 경로들에 포함되며, 각각의 광학 경로는 정보 세트를 갖고, 정보 세트는 경로 길이, 입사각, 및 샘플 내의 위치를 포함하며, 각각의 정보 세트는 복수의 광학 경로들에 포함된 다른 정보 세트들과 상이하다.
개시된 예들이 첨부의 도면들을 참조하여 충분히 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 다양한 변경들 및 수정들이 명백할 것이라는 것에 주목하여야 한다. 그러한 변경들 및 수정들은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 개시된 예들의 범주 내에 포함되는 것으로서 이해되어야 한다.
Claims (25)
- 시스템으로서,
제1 광 및 제2 광을 방출하는 하나 이상의 광원들 - 상기 제1 광은 상기 시스템의 외부 계면을 향해 지향되고 복수의 광학 경로들을 포함하며, 상기 제2 광은 레퍼런스에 입사함 -;
상기 제1 광의 반사의 적어도 일부분을 집광하고 상기 제1 광의 각도를 변화시키는 하나 이상의 제1 광학체들;
상기 하나 이상의 제1 광학체들로부터 상기 제1 광을 수신하고 상기 제1 광을 검출기 어레이로 포커싱하는 하나 이상의 제2 광학체들; 및
상기 하나 이상의 제2 광학체들로부터 상기 포커싱된 제1 광의 적어도 일부분을 검출하는 복수의 검출기 픽셀들을 포함하는 상기 검출기 어레이를 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서,
복수의 그룹들을 추가로 포함하며, 상기 복수의 그룹들 각각은,
상기 하나 이상의 광원들로부터 방출된 광의 파장들과 상이한 하나 이상의 파장들을 반사 또는 흡수하는 론칭 영역(launch region),
상기 제2 광의 반사를 수신하는 레퍼런스 영역, 및
상기 하나 이상의 제1 광학체들을 포함하는 측정 영역을 포함하는, 시스템. - 제2항에 있어서, 상기 복수의 그룹들 각각은 하나의 론칭 영역, 하나의 레퍼런스 영역, 및 복수의 측정 영역들을 포함하는, 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 복수의 그룹들 중 적어도 하나는 상기 복수의 그룹들 중 다른 하나와 상기 측정 영역의 적어도 일부분을 공유하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 광학체들 중 적어도 하나의 제1 광학체의 제1 표면은 편평하고 상기 시스템의 상기 외부 계면에 위치되며, 상기 하나 이상의 제2 광학체들 중 적어도 하나의 제2 광학체의 제2 표면은 볼록한, 시스템.
- 제1항에 있어서,
하나 이상의 제1 광학 경로들이 상기 하나 이상의 제1 광학체들, 상기 하나 이상의 제2 광학체들, 또는 둘 모두로 통과하는 것을 허용하는 어퍼처 층 - 상기 하나 이상의 제1 광학 경로들은 제1 범위의 경로 길이들 내의 경로 길이를 가짐 - 을 추가로 포함하며,
상기 어퍼처 층은 상기 제1 범위의 경로 길이들과 상이한 제2 범위의 경로 길이들 내의 경로 길이를 갖는 하나 이상의 제2 광학 경로들을 거부하는, 시스템. - 제1항에 있어서,
하나 이상의 제1 광학 경로들이 상기 하나 이상의 제1 광학체들, 상기 하나 이상의 제2 광학체들, 또는 둘 모두로 통과하는 것을 허용하는 어퍼처 층 - 상기 하나 이상의 제1 광학 경로들은 제1 범위의 각도들 내의 입사각을 가짐 - 을 추가로 포함하며,
상기 어퍼처 층은 상기 제1 범위의 각도들과 상이한 제2 범위의 각도들 내의 입사각을 갖는 하나 이상의 제2 광학 경로들을 거부하는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 광원들과 상기 시스템의 상기 외부 계면 사이에 위치된 접합부를 추가로 포함하며,
상기 접합부는 또한 상기 하나 이상의 광원들과 상기 레퍼런스 사이에 위치되고,
상기 접합부는 상기 하나 이상의 광원들로부터 방출된 광을 상기 제1 광 및 상기 제2 광으로 분할하도록 구성되며, 상기 제1 광의 세기는 상기 제2 광의 세기보다 큰, 시스템. - 제1항에 있어서,
브리지를 포함하는 제1 아웃커플러(outcoupler) - 상기 제1 아웃커플러는 상기 제1 광을 수신하고 상기 시스템의 상기 외부 계면을 향해 방향전환하도록 위치설정됨 -; 및
브리지를 포함하는 제2 아웃커플러 - 상기 제2 아웃커플러는 상기 제2 광을 수신하고 상기 레퍼런스를 향해 방향전환하도록 위치설정됨 - 를 추가로 포함하는, 시스템. - 제9항에 있어서, 상기 제1 아웃커플러 및 상기 시스템의 상기 외부 계면에 광학적으로 결합된 하나 이상의 제3 광학체들을 추가로 포함하며, 상기 하나 이상의 제3 광학체들의 제1 표면은 상기 제1 아웃커플러의 표면과 접촉하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 하나 이상의 집적 튜닝 요소들, 하나 이상의 멀티플렉서들, 광학 라우팅, 하나 이상의 도파관들, 및 집적 회로부 중 적어도 하나를 추가로 포함하며, 상기 하나 이상의 집적 튜닝 요소들은 실리콘 포토닉스 칩에 포함되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 각각의 검출기 픽셀은 상기 하나 이상의 제1 광학체들 중 적어도 하나 및 상기 하나 이상의 제2 광학체들 중 적어도 하나와 연관되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 광학체들 각각은 상기 하나 이상의 제2 광학체들 중 적어도 하나 및 상기 복수의 검출기 픽셀들 중 적어도 2개와 연관되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 광학체들은 상기 하나 이상의 제2 광학체들에 포함된 재료와 상이한 재료를 포함하는, 시스템.
- 시스템을 동작시키는 방법으로서,
하나 이상의 광원들을 사용하여 광을 방출하는 단계 - 상기 광은 제1 광 및 제2 광을 포함함 -;
상기 제1 광을 상기 시스템의 외부 계면을 향해 지향시키는 단계;
상기 제2 광을 레퍼런스를 향해 지향시키는 단계;
하나 이상의 제1 광학체들을 사용하여 상기 제1 광의 반사의 적어도 일부분을 집광하는 단계;
상기 하나 이상의 제1 광학체들을 사용하여 상기 제1 광의 각도를 변화시키는 단계;
하나 이상의 제2 광학체들을 사용하여 상기 제1 광을 검출기 어레이로 포커싱하는 단계; 및
검출기 어레이를 사용하여 상기 하나 이상의 제2 광학체들로부터 상기 포커싱된 제1 광의 적어도 일부분을 검출하는 단계를 포함하는, 방법. - 제15항에 있어서,
접합부를 사용하여 상기 광을 상기 제1 광 및 상기 제2 광으로 분할하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제1 광의 세기는 상기 제2 광의 세기보다 큰, 방법. - 제15항에 있어서, 상기 시스템은 복수의 그룹들을 포함하며, 상기 복수의 그룹들은 제1 론칭 영역, 제1 레퍼런스 영역, 및 제1 측정 영역을 포함하는 제1 그룹을 포함하고,
상기 하나 이상의 제1 광학체들 및 상기 하나 이상의 제2 광학체들은 상기 제1 그룹과 연관되고,
상기 제1 광은 상기 제1 론칭 영역과 연관되고, 상기 제2 광은 상기 제1 레퍼런스 영역과 연관되며, 상기 제1 광의 상기 반사의 상기 일부분은 상기 제1 측정 영역과 연관되는, 방법. - 제17항에 있어서, 상기 검출기 어레이는 상기 복수의 그룹들로부터 상기 포커싱된 제1 광의 상기 일부분을 수신하는, 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 하나 이상의 제1 광학체들을 사용하여 상기 제1 광의 반사의 적어도 일부분을 집광하는 것 이후에:
어퍼처 층을 사용하여, 하나 이상의 제1 광학 경로들이 상기 하나 이상의 제1 광학체들, 상기 하나 이상의 제2 광학체들, 또는 둘 모두로 통과하는 것을 허용하는 단계 - 상기 하나 이상의 제1 광학 경로들은 제1 범위의 경로 길이들 내의 경로 길이를 가짐 -; 및
제2 범위의 경로 길이들 내의 경로 길이를 갖는 하나 이상의 제2 광학 경로들을 거부하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제2 범위의 경로 길이들은 상기 제1 범위의 경로 길이들과 상이한, 방법. - 제15항에 있어서,
상기 하나 이상의 제1 광학체들을 사용하여 상기 제1 광의 반사의 적어도 일부분을 집광하는 것 이후에:
어퍼처 층을 사용하여, 하나 이상의 제1 광학 경로들이 상기 하나 이상의 제1 광학체들, 상기 하나 이상의 제2 광학체들, 또는 둘 모두로 통과하는 것을 허용하는 단계 - 상기 하나 이상의 제1 광학 경로들은 제1 범위의 각도들 내의 입사각을 가짐 -; 및
제2 범위의 각도들 내의 입사각을 갖는 하나 이상의 제2 광학 경로들을 거부하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제2 범위의 각도들은 상기 제1 범위의 각도들과 상이한, 방법. - 광학 시스템으로서,
제1 기판 상에 배치되고 제1 광을 수신 및 방향전환하도록 구성된 하나 이상의 제1 광학체들;
제2 기판 상에 배치되고 상기 하나 이상의 제1 광학체들로부터 상기 제1 광을 수신하도록 구성된 하나 이상의 제2 광학체들 - 상기 하나 이상의 제2 광학체들은 상기 수신된 제1 광을 포커싱하도록 추가로 구성됨 -; 및
하나 이상의 개구들을 포함하는 어퍼처 층을 포함하며, 상기 어퍼처 층은 입사광의 제1 부분이 통과하는 것을 허용하고 상기 입사광의 제2 부분이 통과하는 것을 방지하도록 구성되며, 상기 어퍼처 층은 상기 하나 이상의 제1 광학체들 또는 상기 하나 이상의 제2 광학체들과 동일한 층 상에 위치되는, 광학 시스템. - 제21항에 있어서, 상기 어퍼처 층은 상기 입사광의 제1 부분이 상기 입사광의 입사각에 기초하여 통과하는 것을 허용하는, 시스템.
- 제21항에 있어서, 상기 어퍼처 층은 상기 입사광의 제1 부분이 경로 길이에 기초하여 통과하는 것을 허용하는, 시스템.
- 제21항에 있어서, 상기 어퍼처 층은 상기 하나 이상의 제1 광학체들과 동일한 층 상에 위치되고, 상기 시스템은 상기 하나 이상의 제2 광학체들과 동일한 층 상에 위치된 제2 어퍼처 층을 추가로 포함하는, 시스템.
- 제21항에 있어서, 상기 어퍼처 층은 상기 하나 이상의 제1 광학체들 또는 상기 하나 이상의 제2 광학체들의 표면 상에 배치된 리소그래피 패턴인, 시스템.
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