用于参考切换的光学系统技术方案

本公开涉及用于参考切换的光学系统，具体公开了一种用于确定样本的属性的系统。系统包括发射光的一个或多个光源、包括检测器像素的检测器阵列、照明光学器件、第一光学器件单元和第二光学器件单元。第一光学器件单元包括第一衬底和在第一衬底上的第一多个收集光学器件。第二光学器件单元包括第二衬底和在第二衬底上的第二多个收集光学器件。照明光学器件接收光并且将光引导朝向样本。第一多个收集光学器件接收光的从样本反射的至少一部分。第一多个收集光学器件中的每个光学器件将光的一部分传输到第二多个收集光学器件中的相应一个光学器件。第二多个收集光学器件中的每个光学器件将光的一部分传输到检测器阵列中的相应检测器像素。检测器像素。检测器像素。

【技术实现步骤摘要】
用于参考切换的光学系统
[0001]本申请是申请号为201780024955.2、申请日为2017年4月13日、专利技术名称为“用于参考切换的光学系统”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术整体涉及能够检测样本中的一种或多种物质的参考切换架构，更具体地讲，能够对样本中的一个或多个光学路径重新成像。

技术介绍

[0003]吸收光谱学是一种分析技术，可用于确定样本的一种或多种属性。用于吸收光谱学的常规系统和方法可包括将光发射到样本中。由于光透射穿过样本，光能量的一部分以一个或多个波长被吸收。此吸收可引起离开样本的光的属性的变化。可以将离开样本的光的属性与离开参考对象的光的属性进行比较，并且可基于该比较来确定样本的一种或多种属性。
[0004]可使用来自一个或多个检测器像素的测量来确定离开样本的光的属性。沿样本内多个位置的测量可用于准确确定样本中的一种或多种属性。这些多个位置可位于样本中的不同位置，这可导致具有不同路径长度、入射角和出射位置的光学路径。然而，一些常规的系统和方法可能无法根据沿着样本内的多个位置的测量辨别路径长度、穿透深度、入射角、出射位置和/或出射角的差异。能够在多个深度或多个位置处进行测量的那些系统和方法可能需要复杂的部件或检测方案来关联入射到样本内的多个位置上的光学路径。这些复杂的部件或检测方案不仅可以限制重新成像和解析多个光学路径的精度，而且还可以限制光学系统的尺寸和/或构型。因此，可能期望能够准确地重新成像和解析样本内的多个光学路径的紧凑型光学系统。
专利技术内容
[0005]本专利技术涉及用于测量样本的一种或多种属性的系统和方法。该系统可包括光源、光学器件、参考对象、检测器阵列和控制器(和/或逻辑器)。所公开的系统和方法能够测量样本内多个位置处的一种或多种属性。该系统和方法可以重新成像和解析样本内的多个光学路径，包括选择目标(例如，预先确定的)测量路径长度，使得由检测器测量的光谱信号质量可以准确地表示样本的一种或多种属性。该系统可配置有适合于紧凑型(例如，体积小于1cm3)系统的单层或双层光学器件。可以简化光学器件以减少经涂覆的光学表面的数量和复杂性、标准具效应、制造公差叠加问题，以及基于干涉的光谱误差。光学器件可被形成为使得可以减少移动部件的数量或者可以避免移动部件，并且可以增强稳健性。此外，光学器件的尺寸、数量和位置可在整个样本上和样本内的各个位置处实现多个同时或非同时测量，这可减少样本中任何非均匀性的影响。此外，该系统可配置有位于样本和光学器件之间的光学间隔件窗口，并且公开了考虑由于包含光学间隔件窗口而导致的光学路径变化的方法。
附图说明
[0006]图1A示出了根据本公开的示例的能够测量位于样本内的多个位置处的一种或多种属性的示例性系统的框图。
[0007]图1B示出了根据本公开的示例的用于测量位于样本内的多个位置处的一种或多种属性的示例性处理流程。
[0008]图2示出了根据本公开的示例的被配置为确定样本的一种或多种属性的示例性系统的剖视图。
[0009]图3示出了根据本公开的示例的被配置为确定样本的一种或多种属性的示例性系统的剖视图。
[0010]图4A示出了根据本公开的示例的系统的示例性部分的剖视图，该系统被配置用于利用双层光学器件解析样本表面上的多个入射角。
[0011]图4B示出了根据本公开的示例的耦接到光源的示例性接合件。
[0012]图4C示出了根据本公开的示例的耦接到光源的示例性波导。
[0013]图4D至图4H示出了根据本公开的示例的系统中包括的示例性光学器件层的剖视图，该系统被配置用于解析样本中的多个光学路径。
[0014]图4I示出了根据本公开的示例的示例性系统的一部分的剖视图，该系统被配置用于解析样本表面上的多个入射角并减少或消除来自光源的被捕获的光。
[0015]图5示出了根据本公开的示例的示例性系统的一部分的剖视图，该系统被配置用于利用单层光学器件解析样本表面上的多个入射角。
[0016]图6示出了根据本公开的示例的示例性系统的一部分的剖视图，该系统被配置用于利用双层光学器件来解析多个光学路径的长度。
[0017]图7示出了根据本公开的示例的示例性系统的一部分的剖视图，该系统被配置用于利用单层光学器件来解析多个光学路径的长度。
[0018]图8示出了根据本公开的示例的斯涅尔定律。
[0019]图9A至图9B示出了根据本公开的示例的包括光学器件单元的示例性组的俯视图和透视图。
[0020]图9C示出了根据本公开的示例的在系统中包括光学器件单元和检测器阵列的示例性多个组的俯视图。
[0021]图10示出了根据本公开的示例的具有空间分辨率不确定性的光线的示例性配置。
[0022]图11示出了根据本公开的示例的具有角分辨率不确定性的光线的示例性配置。
[0023]图12示出了根据本公开的示例的具有高斯角度发散度的输入光束的示例性配置。
[0024]图13A示出了根据本公开的示例的示例性系统的剖视图，该系统包括位于光学器件单元和样本之间的光学间隔件窗口和孔隙层。
[0025]图13B示出了根据本公开的示例的示例性系统的剖视图，该系统包括位于光学器件单元和样本之间的光学间隔件窗口。
[0026]图14A示出了根据本公开的示例的不包括光学间隔件窗口的示例性系统的剖视图以及相应地确定入射在系统的外部界面(例如，系统接触样本的界面)处的光的横向位置。
[0027]图14B至图14C示出了根据本公开的示例的包括光学间隔件窗口的示例性系统的剖视图，以及相应地确定入射在系统的外部界面(例如，系统接触样本的界面)处的光的横
向位置。
[0028]图14D至图14E示出了根据本公开的示例的包括光学间隔件窗口的示例性系统的剖视图。
具体实施方式
[0029]相关申请的交叉引用
[0030]本专利申请要求于2016年4月21日提交的美国临时专利申请62/325,908的优先权，该美国临时专利申请全文以引用方式并入本文。
[0031]在以下对示例的描述中将引用附图，在附图中以例示的方式示出了可被实施的特定示例。应当理解，在不脱离各个示例的范围的情况下，可使用其他示例并且可作出结构性变更。
[0032]在该部分描述了根据本公开的方法与装置的代表性应用。提供这些示例仅是为了添加上下文并有助于理解所述示例。因此，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，可在没有具体细节中的一些或全部的情况下实践所述示例。其他应用也是可能的，使得以下示例不应被视为是限制性的。
[0033]现在将参照如附图所示的示例来详细描述各种技术和过程流步骤。在以下描述中，阐述了众多具体细节，以便提供对其中描述或提到的一个或多个方面和/或特征的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，所述或提到的一个或多个方面和/或特征可以在不具有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于确定样本的属性的系统，所述系统包括：一个或多个光源，所述一个或多个光源发射光；检测器阵列，包括检测器像素；照明光学器件；第一光学器件单元，包括：第一衬底；和第一多个收集光学器件，所述第一多个收集光学器件在所述第一衬底上；和第二光学器件单元，包括：第二衬底；和第二多个收集光学器件，所述第二多个收集光学器件在所述第二衬底上，其中：所述照明光学器件接收所述光并且将所述光引导朝向所述样本；所述第一多个收集光学器件接收所述光的从所述样本反射的至少一部分；所述第一多个收集光学器件中的每个光学器件将所述光的一部分传输到所述第二多个收集光学器件中的相应一个光学器件；以及所述第二多个收集光学器件中的每个光学器件将所述光的一部分传输到所述检测器阵列中的相应检测器像素。2.根据权利要求1所述的系统，其中：所述系统包括具有表面的输出耦合器；所述输出耦合器将光传输到所述照明光学器件；所述照明光学器件被定位在所述第二光学器件单元的第一侧；以及所述输出耦合器与所述第二光学器件单元的与第一侧相对的第二侧接触。3.根据权利要求1所述的系统，其中：所述系统包括被定位成向所述照明光学器件提供光的输出耦合器；所述照明光学器件被定位在所述第二衬底的第一侧；所述检测器像素面对所述第二衬底的第二侧；以及所述第二侧与所述第二衬底的第一侧相对。4.根据权利要求1所述的系统，还包括位于所述第一衬底上的孔隙层。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述孔隙层包括金属。6.根据权利要求4所述的系统，其中：所述第二多个收集光学器件被定位在所述第二衬底的第一侧；以及所述孔隙层位于所述第二衬底的第一侧。7.根据权利要求1所述的系统，还包括一个或多个复用器，所述一个或多个复用器被配置为组合从所述一个或多个光源接收的所述光。8.根据权利要求7所述的系统，其中：所述一个或多个复用器被设置在第三衬底上；以及所述检测器阵列被定位在所述第三衬底之下。9.根据权利要求1所述的系统，其中：所述照明光学器件被定位在所述第二光学器件单元的第一侧。10.一种系统，包括：
一个或多个光源，所述一个或多个光源发射光，所述光被引导朝向所述系统的外表面；第一组光学器件，所述第一组光学器件接收所述光的至少一部分；第二组光学器件；以及检测器阵列，所述检测器阵列具有多个检测器像素，其中所述检测器阵列、第一组光学器件和第二组光学器件被布置为形成：第一三元件，包括：所述第一组光学器件的第一光学器件，所述第一光学器件在第一光路上收集所述光的返回进入所述系统的至少一部分并改变所述光的第一角度；所述第二组光学器件的第二光学器件，所述第二光学器件在第一光路上接收来自所述第一光学器件的所述光；以及所述检测器阵列中的第一检测器像素，所述第一检测器像素在第一光路上接收来自所述第二光学器件的所述光；第二三元件，包括：所述第一组光学器件的第三光学器件，所述第三光学器件在第二光路上收集所述光的返回进入所述系统的至少一部分并改变所述光的第二角度；所述第二组光学器件的第四光学器件，所述第四光学器件在第二光路上接收来自所述第三光学器件的所述光；以及所述检测器阵列中的第二检测器像素，所述第二检测器像素在第二光路上接收来自所述第四光学器件的所述光，其中所述第一三元件和所述第二三元件解析光的不同入射角。11.根据权利要求10所述的系统，其中：所述系统还包括：第一光学器件单元，包括：第一衬底；以及第一组光学器件；第二光学器件单元，包括：第二衬底；以及第二组光学器件；所述第一组光学器件被设置在所述第一衬底上；所述第二组光学器件被设置在所述第二衬底的第一侧；以及所述检测器阵列面对所述第二衬底的第二侧。12.根据权利要求10所述的系统，其中：所述第一三元件与反射光的第一入射角相关联；所述第二三元件与反射光的第二入射角相关联，所述反射光的第二入射角不同于所述反射光的第一入射角。13.根据权利要求10所述的系统，其中：所述系统还包括：第一光学器件单元，包括：第一衬底；以及第一组光学器件；
第二光学器件单元，包括：第二衬底；以及第二组光学器件；所述第一组光学器件被设置在所述第一光学器件单元上；以及所述一个或多个第二光学器件被集成在所述第二光学器件单元中。14.根据权利要求10所述的系统，其中：所述第一三元件与第一入射角和具有第一路径长度的第一光路相关联；以及所述第二三元件与第二入射角和具有不同于第一路径长度的第二路径长度的第二光路相关联。15.一种用于确定样本的属性的方法，包括：使用一个或多个光源发射光；使用照明光学器件将所述光引导朝向所述样本；在第一光学器件单元处接收所述光的返回的至少一部分，所述第一光学器件单元包括：第一衬底；第一多个收集光学器件，所述第一多个收集光学器件设置在所述第一衬底上；使用所述第一多个收集光学器件重定向所述光并朝向第二光学器件单元，所述第二光学器件单元包括：第二衬底；第二多个收集光学器件，所述第二多个收集光学器件在所述第二衬底上，其中：所述第一多个收集光学器件中的每个光学器件将所述光的一部分传输到所述第二多个收集光学器件中的相应一个光学器件；以及所述第二多个收集光学器件中的每个光学器件将所述光的一部分传输到所述检测器阵列中的相应检测器像素；以及使用包括检测器像素的检测器阵列检测光。16.根据权利要求15所述的方法，其中：所述第一多个收集光学器件中的第一光学器件与所述第二多个收集光学器件中的第二光学器件和所述检测器阵列中的第一检测器像素相关联；...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：