TW202242479A - 用於傳輸光之設備及方法 - Google Patents

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史蒂文 博格
賽蒙 皮恩斯
丹尼羅 寇迪羅
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美商伊路米納有限公司
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Abstract

揭示用於傳輸光之設備及方法。在一實施方案中，一種設備包括一準直器，其經定位於一輸入端以接收來自一光纖光束源之一輸入光束且產生一經準直光束。該設備進一步包括一光束成形群組，其具有一或多個光學元件，且經定位以接收來自該準直器之該經準直光束，且將該經準直光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束。該設備進一步包括一物鏡級，該物鏡級用於使用實質上矩形截面取樣光束來光學地探測一樣本（諸如一流通槽），其中藉由一線感測器擷取來自該樣本的螢光，該線感測器用於偵測該樣本之性質（諸如其中之化學反應）。

Description

用於傳輸光之設備及方法
本申請主張於2021年3月25日申請的美國臨時專利申請案第63/200,754號及於2021年10月29日申請的美國臨時專利申請案第63/273,778號的權益及優先權，該等案的內容全文以引用方式併入本文並用於所有目的。
光格式化結構常需要經定位與其等配對之顯微鏡物鏡間隔的許多焦距。當這些光格式化結構對光束賦予導致發散之擾動時，光束可擴散至配對顯微鏡物鏡的元件過填充的程度。結果，顯微鏡物鏡削減所接收光束。此削減可使經格式化之光束之均勻性劣化且產生雜散光，其可係整體成像系統中之雜訊源或損壞成像系統。
可克服先前技術之優點，且如本揭露中稍後所述的益處可透過提供如本文所述之用於傳輸光之設備及方法而達成。下文描述設備及方法的各種實施方案，並且以任何組合（假設這些組合並非不一致）之該等設備及方法（包括及排除下文列舉的該等額外實施方案）可克服這些缺點並達成本文所述之該等益處。
根據第一實施方案，一種設備包含或包括：一準直器，其經定位於一輸入端以接收來自一光纖光束源之一輸入光束且產生一實質上經準直光束；一光束成形群組，其包含或包括一或多個光學元件，且經定位以接收來自該準直器之該實質上經準直光束，且將該實質上經準直光束格式化成在一遠場中包含或具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束；及一聚焦物鏡級，其包含或包括元件孔隙及一物鏡光瞳，其用於接收該經成形傳播光束且經定位以在該聚焦物鏡級之一焦平面處或附近將該經成形傳播光束變換成一實質上矩形截面取樣光束，以用於光學地探測一樣本。
根據第二實施方案，一種光學地探測一樣本之方法，該方法包含或包括：從一輸入光束產生一經準直光束；使用一光束成形群組將該經準直光束格式化成在一遠場中包含或具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束；提供該經成形傳播光束至一光學中繼器級，而在一聚焦物鏡級之一物鏡光瞳處產生該經成形傳播光束；使用該聚焦物鏡級在該聚焦物鏡級之一焦平面處將該經成形傳播光束變換成一實質上矩形截面取樣光束；在該焦平面之一第一位置處探測該樣本；及影響該光學中繼器級之光學補償，使得該聚焦物鏡級在該焦平面之一第二位置處將該經成形傳播光束變換成實質上矩形截面取樣光束，且在該第二位置處探測該樣本。
根據第三實施方案，一種方法包含或包括：在一準直器處接收來自一光纖光束源之一輸入光束；由該準直器從該輸入光束產生一實質上經準直光束；在包含或包括一或多個光學元件之一光束成形群組處接收來自該準直器之該實質上經準直光束；由一光束成形群組將該實質上經準直光束格式化成在一遠場中包含或具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束；及在包含或包括一物鏡光瞳之一聚焦物鏡級處接收該經成形傳播光束；在該聚焦物鏡級之一焦平面處或附近將該經成形傳播光束變換成一實質上矩形截面取樣光束；及使用該聚焦物鏡級光學地探測一樣本。
進一步根據前述第一及/或第二實施方案，一種設備及/或方法可進一步包括下列中之任一或多項：
在一實施方案中，該設備進一步包含或包括：一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，以用於將來自該光束成形群組的該經成形傳播光束成像至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳上或附近。
在另一實施方案中，該光學中繼器級包含或包括：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，該輸入透鏡級及該輸出透鏡級形成界定在該光學中繼器級內之一中間像平面的一聚焦元件對。
在另一實施方案中，該光學中繼器級包含或具有在該中間像平面處的一光束影響元件。
在另一實施方案中，該光束影響元件係一光學遮罩。
在另一實施方案中，該光束影響元件係一去光斑元件。
在另一實施方案中，該輸入透鏡級與該輸出透鏡級中之至少一者之一位置係可調整的。
在另一實施方案中，該設備進一步包含或包括經定位在該光學中繼器級之前的一鮑威爾透鏡(Powell lens)。
在另一實施方案中，該設備進一步包含或包括經定位在該光學中繼器級之前的一平凹透鏡(Lineman lens)。
在另一實施方案中，該光學中繼器級係無焦的。
在另一實施方案中，該光學中繼器級係一固定放大中繼器。
在另一實施方案中，該光學中繼器級係一可變放大中繼器。
在另一實施方案中，該光束成形群組係一積分器。
在另一實施方案中，該積分器係由經串聯定位之兩個微透鏡陣列所形成的一成像積分器。
在另一實施方案中，該積分器係由經串聯定位之兩個圓柱形微透鏡陣列所形成的一成像積分器。
在另一實施方案中，該積分器係由一個微透鏡陣列所形成的一非成像積分器。
在另一實施方案中，該積分器係由微透鏡所形成的一非成像積分器，其中該等微透鏡係圓柱形透鏡。
在另一實施方案中，該等微透鏡各包含或具有沿一x方向及沿一y方向的不同焦距。
在另一實施方案中，該光束成形群組包含或包括積分繞射特徵。
在另一實施方案中，該光束成形群組包含或包括積分散光器特徵。
在另一實施方案中，該積分器係由微透鏡所形成的一成像積分器。該等微透鏡係圓柱形透鏡。
在另一實施方案中，該等圓柱形透鏡經組態以在該等微透鏡之一個軸向方向且不在該等微透鏡之一正交方向加諸發散。
在另一實施方案中，該光束成形群組包含或包括一或多個繞射光學元件。
在另一實施方案中，該光束成形群組包含或包括一折射光學元件、一折射光學元件與一繞射光學元件之一組合、或具有積分繞射或擴散特徵之一折射光學元件。
在另一實施方案中，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成包含或具有在該遠場中遍及包含或具有一8比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，該光束成形群組將該經準直光束變換成包含或具有在該遠場中遍及包含或具有介於約10比1與約20比1之間之一比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成包含或具有在該遠場中遍及包含或具有一24比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，該光束成形群組將該經準直光束變換成包含或具有在該遠場中遍及包含或具有匹配一時延積分(Time Delay and Integration, TDI)線感測器之一輪廓之一比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，該設備進一步包含或包括該光纖光束源。
在另一實施方案中，該光纖光束源係一雙輸入光束源以產生該輸入光束，該輸入光束包含或具有在一第一波長範圍內之一第一光束且包含或具有在一第二波長範圍內之一第二光束，該第二波長範圍與該第一波長範圍不同。
在另一實施方案中，該光纖光束源包含或包括各自對應於該第一光束及該第二光束中之一者的兩個專用輸入光纖。
在另一實施方案中，各輸入光纖在一出口面處包含或具有一實質上矩形截面。
在另一實施方案中，該光纖光束源係一光導管。
在另一實施方案中，該設備包含或包括：一光學補償器，其經定位以接收該經成形傳播光束且包含或具有兩個補償位置，一第一補償位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一上表面，及一第二補償位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一底表面。
在另一實施方案中，該光學補償器係在該第一補償位置與該第二補償位置之間可機電控制。
在另一實施方案中，該光學補償器係在該第一補償位置與該第二補償位置之間可電控制。
在另一實施方案中，該光學補償器係可插入在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間。
在另一實施方案中，該設備包含或包括經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間的一光學中繼器級。該光學中繼器級包含或包括：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束。該光學補償器經定位在該光學中繼器級內。
在另一實施方案中，該光學補償器係可電控制以從一第一光學狀態切換至一第二光學狀態以影響光學補償的一光學元件。
在另一實施方案中，該設備包含或包括經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間的一光學中繼器級。該光學中繼器級包含或包括：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束。該光學補償器經定位在該光學中繼器級之前。
在另一實施方案中，該設備包含或包括經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間的一光學中繼器級。該光學中繼器級包含或包括：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束。該光學補償器經定位在該光學中繼器級之後。
在另一實施方案中，該設備包含或包括：一光學補償器；及一定位器，其耦接至該光學補償器以可控制地：(i)將該光學補償器插入至一光束路徑中，以用於接收該經成形傳播光束，且用於影響該經成形傳播光束路徑以探測該樣本之一上表面或一下表面中之一者；及(ii)從該光束路徑移除該光學補償器，以用於影響該經成形傳播光束路徑，以探測該樣本之該下表面或該上表面中之另一者。
在另一實施方案中，該光學補償器係折射材料之一平面平行板。
在另一實施方案中，該光學補償器係一透鏡。
在另一實施方案中，該光學補償器插入在該光束路徑中之一光學中繼器級之前。
在另一實施方案中，該光學補償器插入在該光束路徑的一光學中繼器級內。
在另一實施方案中，該光學補償器插入在該光束路徑中之一光學中繼器級之後。
在另一實施方案中，該設備包含或包括經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間的一光學中繼器級。該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束。該輸入透鏡級可在一第一位置與一第二位置之間移動，該第一位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一上表面，且該第二位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一底表面。
在另一實施方案中，該設備包含或包括：一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束，其中該輸出透鏡級可在一第一位置與一第二位置之間移動，該第一位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一上表面，且該第二位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一底表面。
在另一實施方案中，該設備包含或包括該光纖光束源。該設備包含或具有在該準直器與該光纖光束源之間的一第一間隔距離，以產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一上表面，且該設備包含或具有在該準直器與該光纖光束源之間的一第二間隔距離，以產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一底表面。
在另一實施方案中，影響該光學中繼器級之光學補償包含或包括調整在該光學中繼器級內之一影響元件之一位置或一光學性質。
在另一實施方案中，該光束成形群組包含兩個微透鏡陣列。
在另一實施方案中，該光束成形群組包含一繞射光學元件。
在另一實施方案中，該光束成形群組包含或包括一折射光學元件、一折射光學元件與一繞射光學元件之一組合、或具有積分繞射特徵之一折射光學元件。
在另一實施方案中，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成包含或具有在該遠場中遍及包含或具有一8比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，該光束成形群組將該經準直光束變換成包含或具有在該遠場中遍及包含或具有介於約10比1與約20比1之間之一比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成包含或具有在該遠場中遍及包含或具有一24比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，產生該輸入光束包含或包括產生該輸入光束，該輸入光束包含或具有在一第一波長範圍內之一第一光束且包含或具有在一第二波長範圍內之一第二光束，該第二波長範圍與該第一波長範圍不同。
在另一實施方案中，產生該輸入光束包含或包括使用一雙輸入光束來產生該輸入光束。
在另一實施方案中，該光纖光束源包含或包括各自對應於該第一光束及該第二光束中之一者的兩個專用輸入光纖。
在另一實施方案中，該兩個專用輸入光纖之輸出端以固定間隔且繞光纖核心及一準直器軸旋轉呈現給該準直器。
在另一實施方案中，影響該光學中繼器級之光學補償包含或包括調整在該光學中繼器級內之一影響元件之一位置或一光學性質。
在另一實施方案中，該光束成形群組包含或包括兩個微透鏡陣列。
在另一實施方案中，該光束成形群組包含或包括一繞射光學元件。
在另一實施方案中，該光束成形群組包含或包括一折射光學元件、一折射光學元件與一繞射光學元件之一組合、或具有積分繞射特徵之一折射光學元件。
在另一實施方案中，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成包含或具有在該遠場中遍及包含或具有一8比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成包含或具有在該遠場中遍及具有一10比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成包含或具有在該遠場中遍及包含或具有一24比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有介於約10比1與約20比1之間之一比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有大約1之一比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
在另一實施方案中，該方法包括產生該輸入光束，該輸入光束具有在一第一波長範圍內之一第一光束且具有在一第二波長範圍內之一第二光束，該第二波長範圍與該第一波長範圍不同。
在另一實施方案中，該方法包括使用一雙輸入光束源產生該輸入光束。
應理解，下文更詳細論述之前述概念及額外概念的所有組合（假設此類概念並非互相矛盾）係預期作為本文所揭示的專利標的之部分，及/或可經組合以達成特定態樣的特定益處。具體而言，本揭露之結尾處出現的主張的標的之全部組合皆被設想為本文所揭示之標的之部分。
雖然以下文字揭示方法、設備及/或製造物品之實施方案的詳細描述，應理解到，該所有權權利之法律範圍係藉由在此專利結尾處提出的申請專利範圍之字詞所界定。因此，以下詳細敘述係僅解讀為實例，且不描述每個可能的實施方案，因為描述每個可能的實施方案若非不可能，就是不實際。可使用現有技術或本專利申請日期後開發的技術來實施多種替代實施方案。設想得到，此類替代實施方案仍落入申請專利範圍之範疇內。
本揭露之至少一個態樣係關於一種用於與可用以對一或多個所關注樣本實行分析之系統使用的設備，特別是光學成像器。該樣本可包括已線性化以形成單股DNA (single stranded DNA, sstDNA)的一或多個DNA叢集，諸如一DNA叢集。在各種實例中，該設備經設計以接收來自一光束源之一輸入光束，且將該輸入光束轉換成實質上矩形截面取樣光束以用於探測該樣本。以此方式，一種設備能夠在一樣本中使用一均勻照明來探測該樣本，其考量在流通槽應用中使用的各種類型之光偵測器之形狀，諸如時延積分(TDI)線掃描器。TDI線掃描器可具有含約10比1與約20比1之間之縱橫比的佔用區域。替代地，TDI線掃描器可具有含約1、約4比3、及/或約16比9之縱橫比的佔用區域。其他縱橫比可證明是適合的。TDI線掃描器可使用圓柱形透鏡陣列及/或球形透鏡陣列。額外地，可使用於激發照明之功率密度在待照明之區域內更均勻。此配置可有利地降低對所關注樣本、用於實行化學反應一或多種試劑、及/或用以支撐所關注樣本之基板的光漂白效應或其他光損傷。額外地，此配置可有利地允許此一光學系統以增加的速度操作，此係因為實質上更均勻的激發照明可導致激發照明之區域的邊緣。雖然在本文中將實例描述為產生實質上矩形截面取樣光束，但本技術可用以在遠場中形成任何數目個細長截面幾何形狀，包括橢圓、平行四邊形等。
圖1至圖3繪示本文中之技術之實例實施方案的各種示意圖。圖1繪示根據一實例之光學成像器設備100，其包括一準直器級102，該準直器級經定位以接收由一輸入光束源106所產生之一輸入光束104。準直器級102（其可實施為由一透鏡或透鏡群組形成的光學準直器）從輸入光束104產生一實質上經準直傳播光束108。
設備100進一步包括一光束成形群組110，該光束成形群組包括一或多個光學元件且經定位以接收來自準直器級102之經準直光束108。在各種實例中，光束成形群組110經設計以將該經準直光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面的一經成形傳播光束112，以允許使用與在流通槽應用中使用的一線掃描感測器之輪廓重合的一均勻強度光束輪廓116來探測一樣本114。為了將該經成形傳播光束聚焦至該樣本上，一聚焦物鏡級118係提供在光束成形群組110與樣本114之間。
雖然未顯示，聚焦物鏡級118具有一物鏡光瞳且經定位以接收經成形傳播光束112，使得在一些實例中，該物鏡光瞳未被過填充，亦即，未被物鏡級118內之物鏡光瞳或其他孔隙削減。在各種實例中，該物鏡光瞳被額外地均勻地照明。聚焦物鏡級118在該聚焦物鏡級之一焦平面處將光束112變換成實質上矩形截面取樣光束120，且具有實質上矩形的光束輪廓（諸如輪廓116）。
圖2繪示具有與設備100之元件相似的元件之另一實例光學成像器設備200。設備200包括經定位以接收由一輸入光束源206產生的一輸入光束204的一準直器級202。相似於準直器級102，準直器級202從輸入光束204產生一實質上經準直傳播光束208。
亦提供一光束成形群組210以用於接收來自準直器級202的一經準直光束208，且用於將該經準直光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面的一經成形傳播光束212，以允許使用與在流通槽應用中使用的一線掃描感測器之輪廓重合的一均勻強度光束輪廓216來探測一樣本214。亦提供一聚焦物鏡級218，但不同於設備100，設備200包括經定位在光束成形群組210與聚焦物鏡級218之間的一光學中繼器級222。光學中繼器級220作用以將該經成形傳播光束中繼至該聚焦物鏡級之光瞳或在其中之一近端平面上，其中在本文中之各種實例中，該光學中繼器級由一輸入透鏡級及一輸出透鏡級所形成，該輸入透鏡級經定位以接收來自光束成形群組210之該經成形傳播光束，該輸出透鏡級經定位以在該物鏡光瞳上或附近產生或提供該經成形傳播光束。該光學中繼器級可係無焦的，在此情況下，在無窮遠處的一物體將聚焦於一物鏡之焦平面處。光學中繼器級可選地可不完全無焦，在此情況下，無窮遠處的一物體將不完全聚焦於物鏡之焦平面處。在圖2之實施方案中，光束成形群組210在光學中繼器級外部。在一些實例中，一光束成形群組可部分地或完全地在光學中繼器級內。
圖3繪示具有與圖2之元件相似的元件之實例光學成像器設備300且具有相似之元件符號，但其中除了在光學中繼器級322之前的光束成形群組310外，存在定位在光學中繼器級322內（例如在其一輸入透鏡級與一輸出透鏡級之間）的一光束成形元件324。在一些實例中，不同於群組310的一第二光束成形群組可經定位在光學中繼器級322內。
為了產生在一遠場中具有一實質上矩形截面的一經成形傳播光束，可部署各種類型之光束成形群組。圖4及圖5繪示一光學成像設備之兩個實例組態，各具有由一積分器形成之一光束成形群組。在一些實例中，包括圖4及圖5中所繪示者，該積分器係由經串聯定位之兩個圓柱形微透鏡陣列所形成的一成像積分器。然而，在其他實施方案中，該等微透鏡可不係圓柱形。在其他實例中，該積分器係由一個圓柱形微透鏡陣列所形成的一非成像積分器。在又其他實例中，該光束成形群組可係一或多個繞射光學元件、或一或多個折射光學元件。在又其他實例中，該光束成形群組可係一折射光學元件與一繞射光學元件之一組合，或具有積分繞射特徵（諸如具有積分散光器）之一折射光學元件。在一些實例中，該光束成形群組經組態以接收來自具有一實質上矩形形狀之一光束源之一輸入光束，諸如來自一或多個矩形出口面光纖（如圖8至圖10中所示）。該等光纖之出口面可具有一正方形截面、一圓形截面、或另一截面。在一些實施方案中，若該等光纖之出口面具有正方形截面，則可省略光束成形群組310。在一些實施方案中，若該等光纖之出口面具有圓形截面，則可包括光束成形群組310。
圖4繪示具有呈輸入光纖光束源402形式的輸入光束源的一光學成像器設備400，而從其出口面產生一擴展光束輸出。本文中之光束源可係剛性光纖、光導管或其他模式限制型雷射光束源。至輸入光纖光束源402的輸入可係一雷射、一發光二極體、或其他照明激發源。一準直器406經定位以接收輸入光束，經定位以在其一出口處產生一大致經準直光束。
一光束成形群組408相鄰於準直器406，在此實例中，該光束成形群組係二元件成像積分器，其將該經準直輸入光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束，如例如圖7所示，其中一成像積分器用以將包含具有一4比1縱橫比之一核心的一光纖的輸出光束變換成在實驗室記錄的實質上矩形截面（具有一12比1縱橫比）。光束成形群組408將該經成形傳播光束饋送至一聚焦物鏡級412以探測一樣本414。
圖6繪示光束成形群組408之實例組態的示意圖。接收一經準直光束至望遠鏡，該望遠鏡包括一輸入透鏡452及一輸出透鏡454及一旋轉散光器450，該旋轉散光器引入一時間相依變化至一光斑圖案。相鄰於該望遠鏡，一成像積分器455由兩個圓柱形微透鏡陣列456 (LA1()及458 (LA2)形成，而在一遠場平面(far field plane, FFP) 460處產生一實質上矩形截面光束，當使用一聚焦物鏡462 (FL)聚焦時，該遠場平面對應於一聚焦物鏡之焦平面。在所繪示之實例中，該等微透鏡在各別微透鏡陣列456及458之相對側上。在任何情況中，在一些實例中，光束成形群組408由僅兩個圓柱形微透鏡陣列456及458所形成。
圖7繪示如藉由經定位在遠場平面(FFP)處的感測器所測量的一實質上矩形截面光束之一強度輪廓，連同依據光束輪廓之橫向距離而變化的圖。雖然未圖示，在一些實例中，光束成形群組408可係由單一單側圓柱形微透鏡陣列所形成的非成像積分器。
然而圖4繪示組態與設備100者相似僅由一準直器、光束成形群組及聚焦物鏡級所形成的光學成像器，圖5繪示具有一光學中繼器級的光學成像器設備500，作為與設備200者相似的實例組態。一光纖光束源502饋送一輸入信號至一準直器506，其中一光束成形群組508經定位相鄰於準直器506，以從一入射經準直光束產生一經成形傳播光束。在所繪示之實例中，光束成形群組508係由兩個圓柱形微透鏡陣列所形成之成像積分器，其相似於圖4中之光束成形群組408。亦即，在一些實例中，光束成形群組408可由僅兩個圓柱形微透鏡陣列456及458所形成。光學中繼器級510由兩個透鏡群組512、514所形成。輸入透鏡級512接收該經成形傳播光束，並且在中間像平面516處產生（亦即，光纖輸出小面之）輸入平面的一中間影像。輸出透鏡級514從光學中繼器級510產生輸出，且提供該輸出至一聚焦物鏡級518以用於探測樣本522。光學中繼器級510可有利於可具有製造公差之變化及/或可與不同組件或配置配對的生產設備。亦即，光束成形群組508可經設計或經組態以用於在一預定距離處的一特定經成形傳播光束，且若聚焦物鏡級518之物鏡光瞳不在該特定預定距離處，則光學中繼器級510可用以將經成形傳播光束中繼至聚焦物鏡級518之物鏡光瞳的實際位置。額外地或取代前述，光學中繼器級510可進一步變換該特定經成形傳播光束，使得藉由修改光學中繼器級510如何進一步變換該特定傳播光束，而使一光束成形群組配置可與不同偵測感測器使用。
光束成形群組508（以及在本文中之各種其他實例中）經設計以將一入射經準直光束格式化成在一遠場處在正交方向具有不同大小。一些光束成形群組可包含圓柱形微透鏡陣列。其他光束成形群組可包含由圓柱形透鏡構成之變像中繼器。結果是在樣本定位於該處之遠場處的光束輪廓（以及對於在圖5之所組態的光學中繼器，在中間平面處的光束輪廓）將具有在一個平面（例如，XZ平面）中之佔用區域及在另一正交平面（例如，YZ平面）中之不同佔用區域。小透鏡的節距、焦距、及形狀可經選擇以進一步控制焦平面處的光束輪廓，也可選擇微透鏡之位置，諸如其等是否在光學件之相對側上。
在各種實例中，一光束影響元件（諸如一光學遮罩或去光斑元件）可經定位在中間平面上，以建立跨在遠場處之實質上矩形截面光束的照明之更大均勻性。作為一遮罩，該光束影響元件可用以確保照明圖案實質上匹配成像器之視場，使得例如在成像時僅照明樣本之區域。作為去光斑元件，一旋轉散光器碟或一低發散光束成形元件可被使用且以在一個方向移動以影響光束。在各種實例中，該光束影響元件可放置在光學中繼器級510內的其他處。
在各種實例中，該光束源係一光纖光束源，且更具體地係一雙輸入光束源，其產生一輸入光束，該輸入光束具有在一第一波長範圍內之一第一光束及在一第二波長範圍內之一第二光束，該第二波長範圍與該第一波長範圍不同。
圖8繪示根據一實例組態之一實例光纖光束源600。光束源600係藉由使兩個輸入光纖602及604聚攏而形成一分叉光纖束而形成。在實例中，輸入光纖602、604中之任一者或兩者可接收用於流通槽探測應用的任何適合波長（例如，455 nm、488 nm、532 nm、660 nm、780 nm、或790 nm）之輸入光束。在各種實施方案中，該輸入光束可在從200至2500 nm的任何波長範圍內。圖10顯示各光纖602、604之入口面610端視圖，對於此實例，其指示該等入口面係實質上矩形。提供一Y組合器606以對準該等光纖以彼此覆蓋並且形成雙輸入光束源608，該雙輸入光束源具有由兩個實質上矩形面612形成之一出口表面輪廓，如圖9所示。如所提及，在一些實例中，該輸入光束由實質上矩形光纖產生，雖然情況並非必需如此。進一步，光纖面之縱橫比將不必然與在待探測樣本所在處之遠場處所欲者相同。無論哪種方式，該光束成形群組經組態以產生該實質上矩形光束。為了說明一遠場照明之均勻性，圖11顯示由兩個光束光纖所形成的一所產生樣本光束之一實例Zemax影像，其顯示跨整個輪廓的一致照明。可用其他光纖組態及/或其他光纖截面輪廓實施該等技術。例如，在其他實施方案中，多於兩個光纖可被使用且可在除了繞中心線對稱之外的其他位置處。例如，可使用在六角包裝上的3×1、6×1、2×2、或3個光纖。
圖12及圖13繪示具有由除了微透鏡陣列外的光學群組所構成之光束成形群組的其他實例光學成像設備組態。圖12繪示來自耦接至一輸入光纖光束源702之一設備700的兩個觀點之視圖（在XZ平面圖向下看的俯視圖，且在YZ平面向下看的仰視圖）。一準直器群組704饋送一經準直光束至一光束成形群組706。該光束成形群組可由圓柱形透鏡形成。如不同視圖中所示，不同平面（XZ平面及YZ平面）中之傳播輪廓使對經成形傳播光束之不同縱橫比的反映不同，其中在此實例中，傳播光束之成形受圓柱形透鏡影響。在XZ（上）視圖中，圓柱形透鏡708及710不具有屈光度，且經準直光通過軸向平面中而無大小變化。在YZ（下）視圖中，圓柱形透鏡708及710具有屈光度，且在710之後沿Y的經準直光束大小不同於在708之前沿Y的經準直光束大小。在712處，706之存在導致702處之影像之變像放大率。
圖13繪示使用與群組706相似類型的一光束成形群組806的光學成像器設備800，其中設備800包括在群組806與聚焦物鏡級814之間的一光學中繼器級816及遠場定位樣本812，其中光學中繼器級816可以與圖5相似的方式（例如，光學中繼器級510）所形成。
大致上，以本技術，其中藉由單位共軛(unit-conjugate)光學中繼器級將具有給定設計發散角之光束成形群組成像在物鏡光瞳處或近端，在物鏡光瞳處之發散角將等於離開光束成形群組之發散角。在一實例中，光學中繼器級之放大率可經選擇以將離開光束成形群組之發散角變換成至物鏡光瞳中的不同發散角。此允許現成光束成形群組之發散被變換成目標值。例如，Edmund Stock #86-844的標稱發散係±3.2°。當±3.2°扇(fan)被導引至具有10 mm之一有效焦距(Effective Focal Length, EFL)的一聚焦物鏡級（例如，顯微鏡物鏡）中時，一線形成在物鏡之焦點處。線之長度可由2(10 mm) Tan[3.2°]來計算，或大約1.1 mm。若目標線長度係1.2 mm，則此一現成部件將光束成形成比所欲1.2 mm短100 um之線。然而，若光學中繼器級之放大率經選擇成1/1.1，則物鏡光瞳處之角度將係大約3.5°。線之長度可由2 (10) mm Tan[3.5°]來計算，或大約1.2 mm。因此，中繼器已將現成光束成形群組之輸出變換成經調適以符合不同要求的一輸出。
雖然固定放大率之光學中繼器級可用以將標稱現成扇變換成標稱替代扇，但光束成形群組之變化仍將導致（亦即在遠場處的實質上矩形截面取樣光束的）線長度之變化。物鏡焦距之變化亦將導致線長度之變化。因此，在另一實例中，該光學中繼器級可包括一透鏡級，可藉由沿該軸移動該級之透鏡組件中之一或多者而連續地變化該透鏡級之焦距，其中該變焦透鏡之該等焦點中之一者維持在一固定平面中。在此類可調整光學中繼器級中，當調諧中繼器之放大率時，可維持無焦性或對無焦性的偏差。當此類光學中繼器級用以將現成扇變換成替代扇時，變焦透鏡之焦點可經調諧以補償光束成形構件之變化。
在各種實例中，本文中之技術包括光學成像器設備及用於在樣本內之兩個不同距離處格式化光之方法。亦即，在各種實施方案中，提供一種可產生用於探測一樣本之光束的設備，其中光束之特徵在於在該樣本內之不同深度處具有一實質上矩形截面光束輪廓，其允許遍及整個樣本中的更準確探測。
圖14繪示光學成像器設備800，具有產生一輸入光束804之一輸入光束源802、產生一實質上經準直輸入光束808之一準直器級807、及產生一經成形傳播光束811之一光束成形群組810。設備800進一步包括一光學中繼器級814，該光學中繼器級提供該經成形傳播光束至聚焦物鏡級816以用於探測一樣本818。光學成像設備800進一步包括一光學補償器820，該光學補償器可經定位在設備800中以控制物鏡級816之取樣焦平面。在所示實施方案中，光學補償器820可控制地提供在三個不同位置中之一者處：在光學中繼器級814之前，顯示為OC 820A；在該光學中繼器級814之後，顯示為OC 820B；或在光學中繼器級814內，顯示為OC 820C。在其他實例中，該光學補償器可經定位在該設備中的其他處。
在各種實例中，該光學補償器可係由折射材料形成之一平面平行板。在各種其他實例中，該光學補償器可係一透鏡。該光學補償器經設計以具有一第一補償位置或狀態，使得該聚焦物鏡級在該樣本之一上表面或區域處產生一實質上矩形截面取樣光束822。進一步，該補償器經設計以具有一第二補償位置或狀態，使得該聚焦物鏡級產生一實質上矩形截面取樣光束824以探測該樣本之一底表面或區域。該光學補償器經設計且經定位在設備800內，以在樣本之上部分及底部分兩者處維持探測光束之實質上相同的均勻照明輪廓。圖15及圖16繪示由作為光束源之兩個光束光纖所形成的一所產生樣本光束之實例Zemax影像，且特別顯示在該樣本之一上表面處（圖15）及在該樣本之一底表面處（圖16）的樣本光束之均勻實質上矩形截面，在一實例中各藉由控制一光學補償器之位置或狀態的改變而達成。
該光學補償器可在該第一補償位置與該第二補償位置之間可機電控制。該光學補償器可在該第一補償位置與該第二補償位置之間可電控制。朝向該端部，在所示實施方案中提供一位置控制器826（圖14），其中該位置控制器耦接至該光學補償器。在一些實例中，位置控制器826經設計以可控制地：(i)將該光學補償器插入至一光束路徑中，以用於接收該經成形傳播光束，且用於影響該經成形傳播光束路徑以探測該樣本之一上表面或一下表面中之一者；及(ii)從該光束路徑移除該光學補償器，以用於影響該經成形傳播光束路徑，以探測該樣本之該下表面或該上表面中之另一者。在一些實例中，位置控制器826經設計以使光學補償器之狀態在一第一狀態與一第二狀態之間改變，以在樣本之上表面或下表面處產生實質上矩形截面取樣光束之間進行選擇。例如，該光學補償器可係電光折射元件，其可回應於來自位置控制器826的施加電壓而改變光學路徑長度。
雖然未顯示，位置控制器826可包括一或多個處理器及儲存指令之一或多個電腦可讀記憶體，該等指令可由一或多個處理器執行，以實行包括所揭示實施方案之各種功能。該位置控制器可包括一使用者介面及一通訊介面，電性地及/或通訊地耦接至一或多個處理器，如同一或多個記憶體。
在一實施方案中，該使用者介面可經調適以接收來自使用者的輸入，並且提供與設備800之操作相關聯的資訊給使用者。使用者介面可包括一觸控螢幕、一顯示器、一鍵盤、一揚聲器、一滑鼠、一軌跡球、及/或一語音辨識系統。觸控螢幕及/或顯示器可顯示一圖形使用者介面(GUI)。
在一實施方案中，一通訊介面經調適以經由（多個）網路實現設備800與（多個）遠端系統（例如，電腦）之間的通訊。網路可包括網際網路、一內部網路、一區域網路(local-area network, LAN)、一廣域網路(wide-area network, WAN)、一同軸纜線網路、一無線網路、一有線網路、一衛星網路、一數位用戶線路(digital subscriber line, DSL)網路、一蜂巢式網路、一藍牙連接、一近場通訊(near field communication, NFC)連接等。提供至遠端系統之一些通訊可相關於設備100產生或以其他方式獲得之分析結果、成像資料等。
控制器826之一或多個處理器可包括（多個）處理器型系統或（多個）微處理器型系統之一或多者。在一些實施方案中，一或多個處理器包括以下之一或多者：可程式化處理器、可程式化控制器、微處理器、微控制器、圖形處理單元(graphics processing unit, GPU)、數位信號處理器(digital signal processor, DSP)、精簡指令集電腦(reduced-instruction set computer, RISC)、特定應用積體電路(application specific integrated circuit, ASIC)、現場可程式化閘陣列(field programmable gate array, FPGA)、現場可程式化邏輯裝置(field programmable logic device, FPLD)、邏輯電路、及/或執行包括本文所述者之各種功能的另一邏輯型裝置。
該一或多個記憶體可包括以下之一或多者：半導體記憶體、磁性可讀記憶體、光學記憶體、硬碟機(hard disk drive, HDD)、光學儲存驅動器、固態儲存裝置、固態硬碟(solid-state drive, SSD)、快閃記憶體、唯讀記憶體(read-only memory, ROM)、可抹除可程式化唯讀記憶體(erasable programmable read-only memory, EPROM)、電性可抹除可程式化唯讀記憶體(electrically erasable programmable read-only memory, EEROM)、隨機存取記憶體(random-access memory, RAM)、非揮發性RAM (non-volatile RAM, NVRAM)記憶體、光碟(compact disc, CD)、光碟唯讀記憶體(compact disc read-only memory, CD-ROM)、數位多功能光碟(digital versatile disk, DVD)、藍光光碟、獨立磁碟冗餘陣列(redundant array of independent disks, RAID)系統、快取記憶體及/或任何其他儲存裝置或儲存碟（其中資訊係儲存任何持續時間（例如，永久地、暫時地、用於延長的時間時期、用於緩衝、用於快取））。
圖17A及圖17B繪示另一實例光學成像器設備900，其具有一準直器902及光束成形群組(beam shaping group, BSG) 904、由一第一透鏡群組1（輸入透鏡級908）與一第二透鏡群組2（輸出透鏡級910）所形成之光學中繼器級906、以及在兩個不同位置/狀態中之一光學補償器912，一第一位置/狀態用以探測一樣本922之一底部（圖17B）及一第二位置/狀態用以探測樣本922之一頂部（圖17A）。在所繪示之實例中，例如使用電光補償器或任何相似的光學控制構件，光學補償器912已在圖17A與圖17B之間改變狀態，後者顯示在光學中繼器級906內未引入或引入較小之光學路徑長度至光束，前者顯示在光學中繼器級906內引入較大之光學路徑長度至光束。因此，該光學補償器可係可電控制以從一第一光學狀態切換至一第二光學狀態以影響光學補償的一光學元件，諸如液體透鏡。在其他實例中，圖17A之結果可藉由從光學中繼器級906內之光學路徑移除光學補償器912來達成。
在不同實施例中，亦可使用直角反射鏡920及918（如所示），以及波長相依性反射器914及916亦可用以過濾光束中之非所要波長分量免於經由最終直角反射器924傳播至樣本922。
圖18A及圖18B繪示另一實例光學成像器設備930，其具有一準直器932及一光束成形群組(BSG) 934、由可在兩個不同位置之間移動的一第一透鏡群組1（輸入透鏡級938）與一第二透鏡群組2（輸出透鏡級940）所形成之光學中繼器級936，一第一位置用以探測一樣本950之一底部（圖18B）及一第二位置用以探測樣本950之一頂部（圖18A）。在設備930中，藉由改變光學中繼器級936之透鏡群組的位置來實現光學補償之改變。如同光學級900，在所繪示之實例中，亦可使用直角反射鏡948及946（如所示），以及波長相依性反射器942、944亦可用以過濾光束中之非所要波長分量免於經由最終直角反射器952傳播至樣本950。
圖19A及圖19B繪示另一實例光學成像器設備960，其具有一準直器962、光束成形群組(BSG) 964、及由一第一透鏡群組1（輸入透鏡級968）與一第二透鏡群組2（輸出透鏡級970）所形成之一光學中繼器級966，其中中繼器輸入透鏡群組968可在兩個不同位置之間移動，一第一位置用以探測一樣本972之一底部（圖19B）及一第二位置用以探測樣本之一頂部（圖19A）。如同光學級900，在所繪示之實例中，亦可使用直角反射鏡980及978（如所示），以及波長相依性反射器974、976亦可用以過濾光束中之非所要波長分量免於經由最終直角反射器982傳播至樣本972。
圖20繪示另一實例光學成像器設備1100，其具有可用以將抵達相同輸入光纖光束源的兩個不同波長輸入光束1101導引至樣本1103中之不同位置的二色性配置。一準直器1102接收雙波長輸入光束並產生具有該兩個波長之一經準直輸出光束。如同本文中所描述之其他實例，光束成形群組(BSG) 1104針對各波長將該經準直光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束。光學中繼器級1106由一第一透鏡群組1（輸入透鏡級1108）及第二透鏡群組2（輸出透鏡級1110）所形成，其中在所繪示之實例中，第二中繼器輸入透鏡群組1110可在兩個不同位置之間移動，用於例如從樣本1103之底部至樣本1103之頂部跨樣本1103進行探測。二色性直角反射鏡1112及1114各經提供以反射（多個）輸入光束1101中之波長的不同者，且透射波長中之另一者。兩個不同鏡1116及1118經提供以反射入射光。例如，BSG 1104可格式化一光束，而鏡1112反射藍色波長分量且透射綠色波長分量，鏡1118反射藍色波長分量，鏡1116反射綠色波長分量，及鏡1114反射綠色波長分量且透射藍色波長分量。鏡1116及1118之角度經設定以在藍色波長分量與綠色波長分量離開鏡1114之後產生其等之間的特定角度。不同角度到達物鏡（可選地通過中繼器），且在物鏡之焦點處的經成形光束之位置係藉由該等光束相對於物鏡軸之角度來判定。
圖17A至圖17B、圖18A至圖18B、圖19A至圖19B、及/或圖20中所示前述實例之任何者可以參考圖1至圖14中所描述之實施方案中之任何者來實施。
圖21繪示根據本揭露教示之系統1000之實施方案的示意圖。系統1000可用以對一或多個所關注樣本實行分析。該樣本可包括一或多個已線性化之DNA叢集以形成單股DNA (single stranded DNA, sstDNA)。在所示實施方案中，系統1000接收一試劑匣1002，且部分地包括一驅動總成1004及一控制器1006。系統1000亦包括一成像系統1012、及一廢料貯器1014。在其他實施方案中，可包括廢料貯器1014與試劑匣1002。成像系統1012包括本文中所揭示之光學成像器設備100、200、300、400、800、900之任一或多者。控制器1006電性地及/或通訊地耦接至驅動總成1004及成像系統1012，且使驅動總成1004及/或成像系統1012以實行如本文中所揭示之各種功能。
試劑匣1002承載所關注樣本，其可裝載至流通槽1020之通道中。驅動總成1004與試劑匣1002介接以使一或多種試劑（例如，A、T、G、C核苷酸）流動通過與樣本交互作用的流通槽1020。
在一實施方案中，可逆式終止子附接至試劑以允許單核苷酸併入至生長中的DNA股上。在一些此類實施方案中，核苷酸中之一或多者具有在激發時發射顏色的獨特螢光標記。顏色（或其不存在）用以偵測對應之核苷酸。在所示之實施方案中，成像系統1012激發可識別標記（例如，螢光標記）中之一或多者，且其後獲得用於可識別標記之影像資料。該等標記可藉由入射光及/或雷射來激發，且影像資料可包括回應於激發而由各別標記發射的一或多種顏色。影像資料（例如，偵測資料）可藉由系統1000來分析。成像系統1012可係包括物鏡的螢光光譜儀及/或固態成像裝置。固態成像裝置可包括電荷耦合裝置(charge coupled device, CCD)及/或互補式金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)。
在獲得影像資料之後，驅動總成1004與試劑匣1002介接，以使另一反應組分（例如，試劑）流動通過試劑匣1002，其後由廢料貯器1014接收及/或以其他方式由試劑匣1002排放。反應組分實行使螢光標記及可逆式終止子從sstDNA化學劈分的沖洗操作。然後，sstDNA準備好用於另一循環。
現參照驅動總成1004，在所示之實施方案中，驅動總成1024包括一泵驅動總成1022、一閥驅動總成1024、及一致動器總成192。泵驅動總成1022與泵1026介接，以泵送流體通過試劑匣1002及/或流通槽1020，而閥驅動總成1024與一閥1028介接，以控制閥1028的位置。閥1028與閥驅動總成1024之間的交互作用選擇性地致動閥1028，以控制流體通過試劑匣1002之流體線1030的流動。流體線1030之一或多者流體耦接一或多個試劑貯器1032及流通槽1020。閥1028之一或多者可藉由一閥歧管、一旋轉閥、一夾管閥、一平閥、一電磁閥、一簧片閥、一止回閥、一壓電閥等實施。
參照所示實施方案中的控制器1006，控制器1006包括一使用者介面1034；一通訊介面1036；一或多個處理器1038；及一記憶體1040，其儲存可由該一或多個處理器1038執行的指令，以執行包括所揭示的實施方案之各種功能。使用者介面1034、通訊介面1036、及記憶體1040係電性地及/或通訊地耦接至一或多個處理器1038。
在一實施方案中，使用者介面1034接收來自使用者的輸入，並且提供與系統1000之操作及/或正進行的分析相關之資訊給使用者。使用者介面1034可包括一觸控螢幕、一顯示器、一鍵盤、一揚聲器、一滑鼠、一軌跡球、及/或一語音辨識系統。觸控螢幕及/或顯示器可顯示一圖形使用者介面(GUI)。
在一實施方案中，該通訊介面1036經由（多個）網路實現系統1000與（多個）遠端系統（例如，電腦）之間的通訊。（多個）網路可包括內部網路、區域網路(LAN)、廣域網路(WAN)、內部網路等。提供至遠端系統之通訊的一些者可與由系統1000所產生或以其他方式獲得的分析結果、成像資料等相關聯。提供至系統1000的通訊的一些者可與待由系統1000執行的流體分析操作、患者病歷、及/或（多個）規程相關聯。
一或多個處理器1038及/或系統1000可包括（多個）處理器型系統或（多個）微處理器型系統之一或多個。在一些實施方案中，一或多個處理器1038及/或系統1000包括（多個）精簡指令集電腦(RISC)、（多個）特定應用積體電路(ASIC)、（多個）現場可程式化閘陣列(FPGA)、（多個）現場可程式化邏輯裝置(FPLD)、（多個）邏輯電路、及/或執行包括本文所述者之各種功能的另一邏輯型裝置。
記憶體1040可包括一硬碟機、一快閃記憶體、一唯讀記憶體(ROM)、一可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、一電性可抹除可程式化唯讀記憶體(EEROM)、一隨機存取記憶體(RAM)、非揮發性RAM (NVRAM)記憶體、一光碟(CD)、一數位多功能光碟(DVD)、一快取記憶體、及/或任何其他儲存裝置或儲存碟（其中資訊被儲存達任何持續時間（例如，永久地、暫時地、達延長的時間時期、用於緩衝、用於快取））之一或多者。
圖22繪示可藉由設備（特別是光學成像器）實施的實例程序1200的流程圖，以分析一或多個所關注樣本。該樣本可包括已線性化以形成單股DNA (sstDNA)的一或多個DNA叢集，諸如一DNA叢集。在方塊1202處，一設備接收一輸入光束並使用一前端準直器產生一經準直輸出光束。在方塊1204處，該經準直光束之輸出經提供至一光束成形群組，該光束成形群組將該經準直光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束。例如，該光束成形群組可係由各一圓柱形微透鏡陣列的兩個不同元件所形成之成像積分器。在方塊1206處，該經成形傳播光束經提供至一光學中繼器級，該光學中繼器級產生該經成形傳播光束至一聚焦物鏡級之一物鏡光瞳中，其中在方塊1208處，在該聚焦物鏡級之一焦平面處將該經成形傳播光束變換成一實質上矩形截面取樣光束。替代地，可省略該光學中繼器級。在方塊1210處，使用該實質上矩形截面取樣光束，該設備在一第一位置處光學地探測一樣本。進一步，可選地，在方塊1212處，實行一光學補償以調整該實質上矩形截面取樣光束之取樣位置以在一第二位置處光學地探測該樣本，該第二位置不同於該第一位置。在程序1200終止於已用該實質上矩形截面取樣光束至少一次光學地探測該樣本之前，方塊1212之程序可在不同位置、連續地跨不同位置、或在一個位置處多次形成。方塊1212可使用任何數目種本文中之補償技術的來實施，包括將一光學補償器引入至一光學中繼器級中、或在此類級之前或之後。補償可藉由改變光學中繼器級之透鏡群組的位置來實現。
另一程序開始於一輸入光束，該輸入光束具有在一第一波長範圍內之一第一光束且具有在一第二波長範圍內之一第二光束，該第二波長範圍與該第一波長範圍不同。額外地或替代地，可使用雙輸入光束源來產生該輸入光束。該準直器接收來自一光纖光束源之一輸入光束，且該準直器從該輸入光束產生一實質上經準直光束。在包含一或多個光學元件之一光束成形群組處從該準直器接收該實質上經準直光束，且藉由該光束成形群組將該實質上經準直光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束，且在包括一物鏡光瞳之一聚焦物鏡級處接收該經成形傳播光束。在該聚焦物鏡級之一焦平面處或附近將該經成形傳播光束變換成一實質上矩形截面取樣光束，及使用該聚焦物鏡級光學地探測一樣本。
一種設備，其包含：一準直器，其經定位於一輸入端以接收來自一光纖光束源之一輸入光束且產生一實質上經準直光束；一光束成形群組，其包含一或多個光學元件，且經定位以接收來自該準直器之該實質上經準直光束，且將該實質上經準直光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束；及一聚焦物鏡級，其包括一物鏡光瞳，其用於接收該經成形傳播光束且經定位以在該聚焦物鏡級之一焦平面處或附近將該經成形傳播光束變換成一實質上矩形截面取樣光束，以用於光學地探測一樣本。
在一實例中，該設備進一步包括：一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，以用於將來自該光束成形群組的該經成形傳播光束成像至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳上。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該輸入透鏡級及該輸出透鏡級形成界定在該光學中繼器級內之一中間像平面的一聚焦元件對。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學中繼器級具有在該中間像平面處的一光束影響元件。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光束影響元件係一光學遮罩。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光束影響元件係一去光斑元件。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該輸入透鏡級與該輸出透鏡級中之至少一者之一位置係可調整的。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該設備進一步包括經定位在該光學中繼器級之前的一鮑威爾透鏡。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該設備進一步包括經定位在該光學中繼器級之前的一平凹透鏡。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學中繼器級係無焦的。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學中繼器級係一固定放大中繼器。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學中繼器級係一可變放大中繼器。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光束成形群組係一積分器。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該積分器係由經串聯定位之兩個圓柱形微透鏡陣列所形成的一成像積分器。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，其中該等微透鏡係圓柱形透鏡。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，其中該等微透鏡各具有沿一x方向及沿一y方向的不同焦距。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該積分器係由一個微透鏡陣列所形成的一非成像積分器。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，其中該光束成形群組包含積分繞射特徵。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，其中該光束成形群組包含積分擴散器特徵。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，其中該積分器係由微透鏡所形成的一成像積分器，其中該等微透鏡係圓柱形透鏡。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，其中該等圓柱形透鏡經組態以在該等微透鏡之一個軸向方向且不在該等微透鏡之一正交方向加諸發散。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光束成形群組包含一繞射光學元件。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光束成形群組包含一折射光學元件、一折射光學元件與一繞射光學元件之一組合、或具有積分繞射或擴散特徵之一折射光學元件。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一8比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一10比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一24比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有匹配一時延積分(TDI)線感測器之一輪廓之一比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該設備進一步包括該光纖光束源。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光纖光束源係一雙輸入光束源以產生該輸入光束，該輸入光束具有在一第一波長範圍內之一第一光束且具有在一第二波長範圍內之一第二光束，該第二波長範圍與該第一波長範圍不同。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光纖光束源包含各對應於該第一光束及該第二光束中之一者的兩個專用輸入光纖。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，其中該兩個專用輸入光纖之輸出端以固定間隔且繞光纖核心及一準直器軸旋轉呈現給該準直器。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，各輸入光纖在一出口面處具有一實質上矩形截面。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光纖光束源係一光導管。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該設備包括一光學補償器，其經定位以接收該經成形傳播光束且具有兩個補償位置，一第一補償位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一上表面，及一第二補償位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一底表面。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學補償器係在該第一補償位置與該第二補償位置之間可機電控制。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學補償器係在該第一補償位置與該第二補償位置之間可電控制。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學補償器係可插入在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該設備包括一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束，其中該光學補償器經定位在該光學中繼器級內。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，其中該光學補償器係可電控制以從一第一光學狀態切換至一第二光學狀態以影響光學補償的一光學元件
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該設備包括一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束，其中該光學補償器經定位在該光學中繼器級之前。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該設備包括一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束，其中該光學補償器經定位在該光學中繼器級之後。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該設備包括：一光學補償器；及一定位器，其耦接至該光學補償器以可控制地：(i)將該光學補償器插入至一光束路徑中，以用於接收該經成形傳播光束，且用於影響該經成形傳播光束路徑以探測該樣本之一上表面或一下表面中之一者；及(ii)從該光束路徑移除該光學補償器，以用於影響該經成形傳播光束路徑，以探測該樣本之該下表面或該上表面中之另一者。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學補償器係折射材料之一平面平行板。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學補償器係一透鏡。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學補償器插入在該光束路徑中之一光學中繼器級之前。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學補償器插入在該光束路徑的一光學中繼器級內。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該光學補償器插入在該光束中之一光學中繼器級之後。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該設備包括一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束，其中該輸入透鏡級可在一第一位置與一第二位置之間移動，該第一位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一上表面，且該第二位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一底表面。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該設備包括一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束，其中該輸出透鏡級可在一第一位置與一第二位置之間移動，該第一位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一上表面，且該第二位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一底表面。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，該設備包括該光纖光束源，該設備具有在該準直器與該光纖光束源之間的一第一間隔距離，以產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一上表面，且該設備具有在該準直器與該光纖光束源之間的一第二間隔距離，以產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一底表面。
一種光學地探測一樣本之方法，該方法包含：從一輸入光束產生一經準直光束；使用一光束成形群組將該經準直光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束；提供該經成形傳播光束至一光學中繼器級，而在一聚焦物鏡級之一物鏡光瞳處產生該經成形傳播光束；使用該聚焦物鏡級在該聚焦物鏡級之一焦平面處將該經成形傳播光束變換成一實質上矩形截面取樣光束；在該焦平面之一第一位置處探測該樣本；及影響該光學中繼器級之光學補償，使得該聚焦物鏡級在該焦平面之一第二位置處將該經成形傳播光束變換成實質上矩形截面取樣光束，且在該第二位置處探測該樣本。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中影響該光學中繼器級之光學補償包含調整在該光學中繼器級內之一影響元件之一位置或一光學性質。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中影響該光學中繼器級之光學補償包含：調整該光學中繼器級之一輸入透鏡級的一位置或該光學中繼器級之一輸出透鏡級的一位置。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光束成形群組包含兩個圓柱形微透鏡陣列。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光束成形群組包含一繞射光學元件。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光束成形群組包含一折射光學元件、一折射光學元件與一繞射光學元件之一組合、或具有積分繞射特徵之一折射光學元件。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一8比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一10比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一24比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
一種方法，其包含：在一準直器處接收來自一光纖光束源之一輸入光束；由該準直器從該輸入光束產生一實質上經準直光束；在包含一或多個光學元件之一光束成形群組處接收來自該準直器之該實質上經準直光束；由一光束成形群組將該實質上經準直光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束；且在包括一物鏡光瞳之一聚焦物鏡級處接收該經成形傳播光束；在該聚焦物鏡級之一焦平面處或附近將該經成形傳播光束變換成一實質上矩形截面取樣光束；及使用該聚焦物鏡級光學地探測一樣本。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其進一步包含產生該輸入光束，該輸入光束具有在一第一波長範圍內之一第一光束且具有在一第二波長範圍內之一第二光束，該第二波長範圍與該第一波長範圍不同。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其進一步包含使用一雙輸入光束源產生該輸入光束。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光纖光束源包含各對應於該第一光束及該第二光束中之一者的兩個專用輸入光纖。
如前述實例中之任一或多者之方法及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之設備，其中該兩個專用輸入光纖之輸出端以固定間隔且繞光纖核心及一準直器軸旋轉呈現給該準直器。
如前述實例中之任一或多者之方法及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中影響該光學中繼器級之光學補償包含調整在該光學中繼器級內之一影響元件之一位置或一光學性質。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光束成形群組包含兩個微透鏡陣列。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光束成形群組包含一繞射光學元件。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光束成形群組包含一折射光學元件、一折射光學元件與一繞射光學元件之一組合、或具有積分繞射特徵之一折射光學元件。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一8比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一10比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
如前述實例中之任一或多者及/或下文所揭示之實例中之任一或多者之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一24比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
提供前文之描述以促成所屬技術領域中具有通常知識者能夠實施本文所述之各種組態。雖然該標的技術已參照各種圖式及組態特別描述，但應理解，這些係僅用於說明之目的，且不應作為限制標的技術範圍。
如本文中所使用，以單數所敘述及以字詞「一(a)」或「一(an)」所開始之元件或步驟應理解為不排除複數個該元件或步驟，除非明確說明此排除。此外，對於「一個實施方案」的引用非意欲解讀為排除亦併入所述特徵的額外實施方案之存在。此外，除非有明確相反陳述，否則「包含」、「包括」、或「具有」具有特定性質的元件或複數個元件的實施方案可包括額外元件，不論額外元件是否具有該性質。此外，用語「包含(comprising)」、「包括(including)」、或類似用語在本文中可互換使用。
此說明書通篇所用的用語「實質上(substantially)」、「大約(approximately)」及「約(about)」用於描述及考慮小的變動，諸如由於處理中的變化。例如，其等可係指小於或等於±5%，諸如小於或等於±2%，諸如小於或等於±1%，諸如小於或等於±0.5%，諸如小於或等於±0.2%，諸如小於或等於±0.1%，諸如小於或等於±0.05%。
可有許多其他方式來實施標的技術。本文所述之各種功能及元件可與所示者不同地分割，而不脫離本標的技術之範疇。對於所屬技術領域中具有通常知識者可輕易明白這些實施方案的各種修改，且本文所定義的通用原理可應用於其他實施方案。因此，可由所屬技術領域中具有通常知識者對本標的技術進行許多改變及修改，而不脫離本標的技術的範疇。例如，可採用不同數目的給定模組或單元，可採用不同類型的給定模組或單元，可新增給定模組或單元，或可省略給定模組或單元。
底線及/或斜體標題及子標題僅為了方便而使用，並不限制本標的技術，並且不會被稱為與本標的技術的說明之解釋有關連。所屬技術領域中具有通常知識者已知或之後已知的本揭露中所描述之各種實施方案之元件的所有結構及功能均等物係以引用方式明確併入本文中，且意欲由本標的技術涵蓋。此外，本文中揭示的任何事項並不意欲專用於公眾，無論該揭露是否在上述說明中明確敘述。
應理解，下文更詳細論述的前述概念及額外概念的全部組合（假設此類概念並未相互不一致）被設想為本文所揭示之標的之部分。具體而言，本揭露之結尾處出現的主張的標的之全部組合皆被設想為本文所揭示之標的之部分。
100:光學成像器設備/設備 102:準直器級 104:輸入光束 106:輸入光束源 108:經準直傳播光束/經準直光束 110:光束成形群組 112:經成形傳播光束/光束 114:樣本 116:均勻強度光束輪廓/輪廓 118:聚焦物鏡級/物鏡級 120:實質上矩形截面取樣光束 192:致動器總成 200:光學成像器設備/設備 202:準直器級 204:輸入光束 206:輸入光束源 208:經準直傳播光束/經準直光束 210:光束成形群組 212:經成形傳播光束 214:樣本 216:均勻強度光束輪廓 218:聚焦物鏡級 220:光學中繼器級 222:光學中繼器級 300:光學成像器設備 310:光束成形群組/群組 322:光學中繼器級 324:光束成形元件 400:光學成像器設備 402:輸入光纖光束源 406:準直器 408:光束成形群組 412:聚焦物鏡級 414:樣本 450:旋轉散光器 452:輸入透鏡 454:輸出透鏡 455:成像積分器 456:微透鏡陣列 458:微透鏡陣列 460:遠場平面 462:聚焦物鏡 500:光學成像器設備 502:光纖光束源 506:準直器 508:光束成形群組 510:光學中繼器級 512:透鏡群組/輸入透鏡級 514:透鏡群組/輸出透鏡級 516:中間像平面 518:聚焦物鏡級 522:樣本 600:光束源 602:輸入光纖/光纖 604:輸入光纖/光纖 606:Y組合器 608:雙輸入光束源 610:入口面 612:實質上矩形面 700:設備 702:輸入光纖光束源 704:準直器群組 706:光束成形群組 708:圓柱形透鏡 710:圓柱形透鏡 800:光學成像器設備/設備 802:輸入光束源 804:輸入光束 806:光束成形群組/群組 807:準直器級 808:實質上經準直輸入光束 810:光束成形群組 811:經成形傳播光束 812:遠場定位樣本 814:聚焦物鏡級/物鏡級/光學中繼器級 816:光學中繼器級 818:樣本 820:光學補償器/OC 820A:光學補償器 820B:光學補償器 820C:光學補償器 822:實質上矩形截面取樣光束 824:實質上矩形截面取樣光束 826:位置控制器 900:光學成像器設備/光學級 902:準直器 904:光束成形群組/BSG 906:光學中繼器級 908:輸入透鏡級 910:輸出透鏡級 912:光學補償器 914:波長相依性反射器 916:波長相依性反射器 918:直角反射鏡 920:直角反射鏡 922:樣本 924:直角反射器 930:光學成像器設備/設備 932:準直器 934:光束成形群組(BSG) 936:光學中繼器級 938:輸入透鏡級 940:輸出透鏡級 942:波長相依性反射器 944:波長相依性反射器 946:直角反射鏡 948:直角反射鏡 950:樣本 952:直角反射器 960:光學成像器設備 962:準直器 964:光束成形群組(BSG) 966:光學中繼器級 968:輸入透鏡級/中繼器輸入透鏡群組 970:輸出透鏡級 972:樣本 974:波長相依性反射器 976:波長相依性反射器 978:直角反射鏡 980:直角反射鏡 982:直角反射器 1000:系統 1002:試劑匣 1004:驅動總成 1006:控制器 1012:成像系統 1014:廢料貯器 1020:流通槽 1022:泵驅動總成 1024:閥驅動總成 1026:泵 1028:閥 1030:流體線 1032:試劑貯器 1034:使用者介面 1036:通訊介面 1038:處理器 1040:記憶體 1100:光學成像器設備 1101:波長輸入光束 1102:準直器 1103:樣本 1104:光束成形群組/BSG 1106:光學中繼器級 1108:輸入透鏡級 1110:輸出透鏡級/中繼器輸入透鏡群組 1112:二色性直角反射鏡/鏡 1114:二色性直角反射鏡/鏡 1116:鏡 1118:鏡 1200:程序 1202:方塊 1204:方塊 1206:方塊 1208:方塊 1210:方塊 1212:方塊 LA 1:圓柱形微透鏡陣列 LA 2:圓柱形微透鏡陣列 FFP:遠場平面 FL:聚焦物鏡
［圖1］繪示根據本揭露教示之光學成像器設備之實施方案的示意圖，其顯示光束成形群組及準直器。 ［圖2］繪示根據本揭露教示之光學成像器設備之另一實施方案的示意圖，其顯示光束成形群組、準直器及光學中繼器級。 ［圖3］繪示根據本揭露教示之光學成像器設備之另一實施方案的示意圖，其顯示具有光束成形群組、準直器及內部光束成形元件之光學中繼器級。 ［圖4］繪示顯示根據本揭露教示之光學成像器設備之實施方案之光學組件的示意圖。 ［圖5］繪示顯示根據本揭露教示之光學成像器設備之另一實施方案之光學組件的示意圖。 ［圖6］繪示根據本揭露教示之光束成形群組之實施方案的示意圖。 ［圖7］係根據本揭露教示之光束成形群組產生之實質上矩形截面光束輪廓的照明輪廓影像的圖。 ［圖8］繪示根據本揭露教示之輸入光纖光束源之實施方案。 ［圖9］繪示根據本揭露教示之組合光纖束出口面之實施方案的截面。 ［圖10］繪示根據本揭露教示之組合光纖束之入口面之實施方案的截面。 ［圖11］繪示根據本揭露教示之在樣本中實質上矩形光束對之強度輪廓的截面。 ［圖12］繪示根據本揭露教示之光學成像器設備之另一實施方案的光學組件。 ［圖13］繪示根據本揭露教示之光學成像器設備之另一實施方案的光學組件。 ［圖14］繪示根據本揭露教示之具有光學補償器之光學成像器設備的實施方案。 ［圖15］繪示根據本揭露教示之以瓦/平方毫米為單位所示的樣本之上區域中的實質上矩形截面光束之強度輪廓。 ［圖16］繪示根據本揭露教示之以瓦/平方毫米為單位所示的樣本之底區域中的實質上矩形截面光束之強度輪廓。 ［圖17A］及［圖17B］分別繪示根據本揭露教示之實施方案之具有在兩個不同位置中之補償器的光學成像器設備。 ［圖18A］及［圖18B］分別繪示根據本揭露教示之實施方案之具有在不同位置之中繼器輸出透鏡群組的光學成像器設備。 ［圖19A］及［圖19B］分別繪示根據本揭露教示之實施方案之具有在不同位置之中繼器輸入透鏡群組的光學成像器設備。 ［圖20］繪示根據本揭露教示之實施方案之具有二色性組態的光學成像器設備的示意圖。 ［圖21］繪示根據本揭露教示之系統之實施方案的示意圖。 ［圖22］繪示可藉由設備（特別是光學成像器）實施的實例程序的流程圖，以分析一或多個所關注樣本。
300:光學成像器設備
302:準直器級
304:輸入光束
306:輸入光束源
308:經準直光束
310:光束成形群組
312:經成形傳播光束
314:樣本
316:均勻強度光束輪廓
318:聚焦物鏡級
322:光學中繼器級
324:光束成形元件

Claims (76)

  1. 一種設備，其包含： 一準直器，其經定位於一輸入端以接收來自一光纖光束源之一輸入光束且產生一實質上經準直光束； 一光束成形群組，其包含一或多個光學元件，且經定位以接收來自該準直器之該實質上經準直光束，且將該實質上經準直光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束；及 一聚焦物鏡級，其包括一物鏡光瞳，其用於接收該經成形傳播光束且經定位以在該聚焦物鏡級之一焦平面處或附近將該經成形傳播光束變換成一實質上矩形截面取樣光束，以用於光學地探測一樣本。
  2. 如請求項1之設備，其進一步包含： 一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，以用於將來自該光束成形群組的該經成形傳播光束成像至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳上或附近。
  3. 如請求項2之設備，其中該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束。
  4. 如請求項3之設備，其中該輸入透鏡級及該輸出透鏡級形成界定在該光學中繼器級內之一中間像平面的一聚焦元件對。
  5. 如請求項4之設備，該光學中繼器級具有在該中間像平面處的一光束影響元件。
  6. 如請求項5之設備，其中該光束影響元件係一光學遮罩。
  7. 如請求項5之設備，其中該光束影響元件係一去光斑元件。
  8. 如請求項3之設備，其中該輸入透鏡級與該輸出透鏡級中之至少一者之一位置係可調整的。
  9. 如請求項2之設備，其進一步包含經定位在該光學中繼器級之前的一鮑威爾透鏡。
  10. 如請求項2之設備，其進一步包含經定位在該光學中繼器級之前的一平凹透鏡(Lineman lens)。
  11. 如請求項2之設備，其中該光學中繼器級係無焦的。
  12. 如請求項2之設備，其中該光學中繼器級係一固定放大中繼器。
  13. 如請求項2之設備，其中該光學中繼器級係一可變放大中繼器。
  14. 如請求項1之設備，其中該光束成形群組係一積分器。
  15. 如請求項14之設備，其中該積分器係由經串聯定位之兩個微透鏡陣列所形成的一成像積分器。
  16. 如請求項15之設備，其中該等微透鏡係一圓柱形透鏡。
  17. 如請求項15之設備，其中該等微透鏡各具有沿一x方向及沿一y方向的不同焦距。
  18. 如請求項14之設備，其中該積分器係由一個微透鏡陣列所形成的一非成像積分器。
  19. 如請求項18之設備，其中該等微透鏡係圓柱形透鏡。
  20. 如請求項18之設備，其中該等微透鏡各具有沿一x方向及沿一y方向的不同焦距。
  21. 如請求項14之設備，其中該光束成形群組包含積分繞射特徵。
  22. 如請求項14之設備，其中該光束成形群組包含積分散光器特徵。
  23. 如請求項22之設備，其中該積分器係由微透鏡所形成的一成像積分器，其中該等微透鏡係圓柱形透鏡。
  24. 如請求項23之設備，其中該等圓柱形透鏡經組態以在該等微透鏡之一個軸向方向且不在該等微透鏡之一正交方向加諸發散。
  25. 如請求項1之設備，其中該光束成形群組包含一繞射光學元件。
  26. 如請求項1之設備，其中該光束成形群組包含一折射光學元件、一折射光學元件與一繞射光學元件之一組合、或具有積分繞射或擴散特徵之一折射光學元件。
  27. 如請求項1之設備，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一8比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
  28. 如請求項1之設備，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有介於約10比1與約20比1之間的一比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
  29. 如請求項1之設備，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一24比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
  30. 如請求項1之設備，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有匹配一時延積分(Time Delay and Integration, TDI)線感測器之一輪廓之一比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
  31. 如請求項1之設備，其進一步包含該光纖光束源。
  32. 如請求項31之設備，其中該光纖光束源係一雙輸入光束源以產生該輸入光束，該輸入光束具有在一第一波長範圍內之一第一光束且具有在一第二波長範圍內之一第二光束，該第二波長範圍與該第一波長範圍不同。
  33. 如請求項32之設備，其中該光纖光束源包含各對應於該第一光束及該第二光束中之一者的兩個專用輸入光纖。
  34. 如請求項33之設備，其中該兩個專用輸入光纖之輸出端以固定間隔且繞光纖核心及一準直器軸旋轉呈現給該準直器。
  35. 如請求項31、32或33之設備，其中各輸入光纖在一出口面處具有一實質上矩形截面。
  36. 如請求項31之設備，其中該光纖光束源係一光導管。
  37. 如請求項1之設備，其進一步包含：一光學補償器，其經定位以接收該經成形傳播光束且具有兩個補償位置，一第一補償位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一上表面，及一第二補償位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一底表面。
  38. 如請求項36之設備，其中該光學補償器係在該第一補償位置與該第二補償位置之間可機電控制。
  39. 如請求項36之設備，其中該光學補償器係在該第一補償位置與該第二補償位置之間可電控制。
  40. 如請求項36之設備，其中該光學補償器係可插入在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間。
  41. 如請求項36之設備，其進一步包含： 一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束， 其中該光學補償器經定位在該光學中繼器級內。
  42. 如請求項36之設備，其中該光學補償器係可電控制以從一第一光學狀態切換至一第二光學狀態以影響光學補償的一光學元件。
  43. 如請求項36之設備，其進一步包含： 一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束， 其中該光學補償器經定位在該光學中繼器級之前。
  44. 如請求項36之設備，其進一步包含： 一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束， 其中該光學補償器經定位在該光學中繼器級之後。
  45. 如請求項1之設備，其進一步包含： 一光學補償器；及 一定位器，其耦接至該光學補償器以可控制地：(i)將該光學補償器插入至一光束路徑中，以用於接收該經成形傳播光束，且用於影響該經成形傳播光束路徑以探測該樣本之一上表面或一下表面中之一者；及(ii)從該光束路徑移除該光學補償器，以用於影響該經成形傳播光束路徑，以探測該樣本之該下表面或該上表面中之另一者。
  46. 如請求項44之設備，其中該光學補償器係折射材料之一平面平行板。
  47. 如請求項44之設備，其中該光學補償器係一透鏡。
  48. 如請求項45及46中之一項之設備，其中該光學補償器插入在該光束路徑中之一光學中繼器級之前。
  49. 如請求項45及46中之一項之設備，其中該光學補償器插入在該光束路徑的一光學中繼器級內。
  50. 如請求項45及46中之一項之設備，其中該光學補償器插入在該光束中之一光學中繼器級之後。
  51. 如請求項1之設備，其進一步包含： 一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束， 其中該輸入透鏡級可在一第一位置與一第二位置之間移動，該第一位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一上表面，且該第二位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一底表面。
  52. 如請求項1之設備，其進一步包含： 一光學中繼器級，其經定位在該光束成形群組與該聚焦物鏡級之間，該光學中繼器級包含：一輸入透鏡級，其經定位以接收來自該光束成形群組之該經成形傳播光束；及一輸出透鏡級，其經定位以產生至該聚焦物鏡級之該物鏡光瞳的該經成形傳播光束， 其中該輸出透鏡級可在一第一位置與一第二位置之間移動，該第一位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一上表面，且該第二位置使得該聚焦物鏡級產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一底表面。
  53. 如請求項1之設備，其進一步包含該光纖光束源，該設備具有在該準直器與該光纖光束源之間的一第一間隔距離，以產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一上表面，且該設備具有在該準直器與該光纖光束源之間的一第二間隔距離，以產生該實質上矩形截面取樣光束以探測該樣本之一底表面。
  54. 一種光學地探測一樣本之方法，該方法包含： 從一輸入光束產生一經準直光束； 使用一光束成形群組將該經準直光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束； 提供該經成形傳播光束至一光學中繼器級，而在一聚焦物鏡級之一物鏡光瞳處產生該經成形傳播光束； 使用該聚焦物鏡級在該聚焦物鏡級之一焦平面處將該經成形傳播光束變換成一實質上矩形截面取樣光束； 在該焦平面之一第一位置處探測該樣本；及 影響該光學中繼器級之光學補償，使得該聚焦物鏡級在該焦平面之一第二位置處將該經成形傳播光束變換成實質上矩形截面取樣光束，且在該第二位置處探測該樣本。
  55. 如請求項54之方法，其中影響該光學中繼器級之光學補償包含調整在該光學中繼器級內之一影響元件之一位置或一光學性質。
  56. 如請求項54之方法，其中影響該光學中繼器級之光學補償包含：調整該光學中繼器級之一輸入透鏡級的一位置或該光學中繼器級之一輸出透鏡級的一位置。
  57. 如請求項54之方法，其中該光束成形群組包含兩個微透鏡陣列。
  58. 如請求項54之方法，其中該光束成形群組包含一繞射光學元件。
  59. 如請求項54之方法，其中該光束成形群組包含一折射光學元件、一折射光學元件與一繞射光學元件之一組合、或具有積分繞射特徵之一折射光學元件。
  60. 如請求項54之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一8比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
  61. 如請求項54之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有介於約10比1與約20比1之間之一比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
  62. 如請求項54之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一24比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
  63. 一種方法，其包含： 在一準直器處接收來自一光纖光束源之一輸入光束； 由該準直器從該輸入光束產生一實質上經準直光束； 在包含一或多個光學元件之一光束成形群組處接收來自該準直器之該實質上經準直光束； 由一光束成形群組將該實質上經準直光束格式化成在一遠場中具有一實質上矩形截面之一經成形傳播光束； 在包括一物鏡光瞳之一聚焦物鏡級處接收該經成形傳播光束； 在該聚焦物鏡級之一焦平面處或附近將該經成形傳播光束變換成一實質上矩形截面取樣光束；及 使用該聚焦物鏡級光學地探測一樣本。
  64. 如請求項63之方法，其進一步包含產生該輸入光束，該輸入光束具有在一第一波長範圍內之一第一光束且具有在一第二波長範圍內之一第二光束，該第二波長範圍與該第一波長範圍不同。
  65. 如請求項63至64中任一項之方法，其進一步包含使用一雙輸入光束源產生該輸入光束。
  66. 如請求項65之方法，其中該光纖光束源包含各對應於該第一光束及該第二光束中之一者的兩個專用輸入光纖。
  67. 如請求項66之方法，其中該兩個專用輸入光纖之輸出端以固定間隔且繞光纖核心及一準直器軸旋轉呈現給該準直器。
  68. 如請求項63之方法，其中影響該光學中繼器級之光學補償包含調整在該光學中繼器級內之一影響元件之一位置或一光學性質。
  69. 如請求項63之方法，其中該光束成形群組包含兩個微透鏡陣列。
  70. 如請求項63之方法，其中該光束成形群組包含一繞射光學元件。
  71. 如請求項63之方法，其中該光束成形群組包含一折射光學元件、一折射光學元件與一繞射光學元件之一組合、或具有積分繞射特徵之一折射光學元件。
  72. 如請求項63之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一8比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
  73. 如請求項63之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一10比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
  74. 如請求項63之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有一24比1比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
  75. 如請求項63之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有介於約10比1與約20比1之間之一比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
  76. 如請求項63之方法，其中該光束成形群組將該經準直光束變換成具有在該遠場中遍及具有大約1之一比率之一矩形的一均勻照明的該經成形傳播光束。
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