CN107430263A - 具有平均照明路径和平均收集路径的共焦检查*** - Google Patents

具有平均照明路径和平均收集路径的共焦检查*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种能够对样本进行光学表征的共焦检查***。物镜或单独的入射透镜和返回透镜，可将入射光从光源递送到样本并可从样本收集光。共焦光学器件可将所收集的光定向到检测器上。所述***可将样本处的多个位置上的入射光平均化，例如通过用可枢转的反射镜来扫描入射光学路径和返回光学路径中的入射光，或者通过用多个隔开的共焦孔来照明和收集。所述***可将所收集的光平均化，例如通过将所收集的光定向至单像素检测器上或者通过将所收集的光定向至多像素检测器上并将像素输出信号平均化以形成单电子信号。平均化所述入射光和/或返回光对于结构化的样本或不均匀的样本可为有利的。

Description

具有平均照明路径和平均收集路径的共焦检查***
相关申请的交叉引用
本专利申请要求提交于2014年12月23日的美国临时专利申请序列号62/096,282的优先权，该申请全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及共焦光学检查***，该共焦光学检查***将照明光学路径和/或收集光学路径平均化，以产生样本的物理属性的单次测量结果，而非样本的图像。
背景技术
许多常见的光学检查***产生样本的图像。典型的检查***可形成图像，在该图像中样本内的指定深度被清晰对焦，而远离指定深度的深度由于离焦而模糊。共焦检查***可能衰减而不是模糊远离指定深度的深度，使得共焦***可以样本内的指定深度产生单个平面的图像。
发明内容
共焦检查***可对样本进行光学表征。物镜或单独的入射透镜和返回透镜，可将入射光从光源递送到样本并可从样本收集光。共焦光学器件可将收集的光定向到检测器上。***可将样本处的多个位置上的入射光平均化，例如通过用可枢转的反射镜来扫描入射光学路径和返回光学路径中的入射光，或者通过用多个隔开的共焦孔来照明和收集。***可将所收集的光平均化，例如通过将所收集的光定向至单像素检测器上，或者通过将所收集的光定向至多像素检测器上并将像素输出信号平均化以形成单电子信号，以及/或者产生样本的物理属性的单次测量结果。平均化入射光和/或返回光对于结构化的样本或不均匀的样本可为有利的。
附图说明
在未必按比例绘制的附图中，类似的数字可描述不同视图中相似的部件。例如具有不同字母后缀的数字可表示相似部件的不同示例。附图以举例的方式而不是限制的方式大体示出本文档中所述的各种示例。
图1是根据一些实施方案的用于对样本进行光学表征的共焦检查***的示例的示意图。
图2是根据一些实施方案的用于对样本进行光学表征的共焦光学***的另一示例的示意图。
图3是根据一些实施方案的用于对样本进行光学表征的共焦光学***的另一示例的示意图。
图4是根据一些实施方案的用于对样本进行光学表征的共焦光学***的另一示例的示意图。
图5是根据一些实施方案的用于对样本进行光学表征的方法的示例的流程图。
图6是根据一些实施方案的多波长共焦检查***的示例的示意性侧视图。
图7示出根据一些实施方案的物镜瞳孔中的照明和收集区域的示例的横截面，该横截面在垂直于样本顶部表面的平面中截取。
图8是根据一些实施方案的物镜瞳孔的示例的端视图。
图9是根据一些实施方案的物镜瞳孔的另一示例的端视图，该物镜瞳孔包括在方位角上与单个收集区域分离的单个照明区域。
图10是根据一些实施方案的物镜瞳孔的另一示例的端视图，该物镜瞳孔包括不同尺寸的两个照明区域和单个收集区域。
图11是根据一些实施方案的物镜瞳孔的另一示例的端视图，该物镜瞳孔包括比单个收集区域更加远离瞳孔中心的两个照明区域。
图12是根据一些实施方案的物镜瞳孔的另一示例的端视图，该物镜瞳孔包括比单个收集区域更加靠近瞳孔中心的两个照明区域。
图13是根据一些实施方案的物镜瞳孔的另一示例的端视图，该物镜瞳孔包括单个照明区域和两个收集区域。
图14是根据一些实施方案的物镜瞳孔的另一示例的端视图，该物镜瞳孔包括多个照明区域和多个收集区域。
图15是根据一些实施方案的物镜瞳孔的另一示例的端视图，该物镜瞳孔在瞳孔的中心包括单个照明区域，并包括多个收集区域。
图16是根据一些实施方案用于光学表征样本的方法的示例的流程图。
具体实施方式
图1是根据一些实施方案的用于对样本102进行光学表征的共焦检查***100的示例的示意图。样本102不是共焦检查***100的一部分。在阅读并理解本具体实施方式后，本领域的技术人员将会知道图1中的***100只是一个示例，可在不脱离本主旨的范围的情况下使用其它配置。
光学子***104被配置为将入射光从光源106递送至样本102处的多个侧向位置并收集从样本102反射和/或散射的光。在一些示例中，侧向位置是连续的。在其它示例中，侧向位置中的至少一个侧向位置是非连续的。在其它示例中，所有侧向位置在侧向上彼此分离。在一些示例中，光学子***104包括单个物镜，该单个物镜可提供入射光并且还可收集反射或散射光。在其它示例中，光学子***104包括单独的入射透镜和返回透镜，用于将光递送至样本并相应地从样本102收集光。
本文所述的***的光源，诸如光源106，可被配置为以多个可选波长中的一者发射光。在一些示例中，光源106能够以两个波长、三个波长、四个波长或四个以上的波长产生光。光源106可包括一个或多个光产生元件。合适的光产生元件的示例包括但不限于以下项中的一个或它们的组合：单半导体激光器、具有相同波长的多半导体激光器、具有不同波长的多半导体激光器、单个发光二极管、具有相同波长的多个发光二极管、具有不同波长的多个发光二极管、一个或多个量子级联激光器、一个或多个超发光光源、一个或多个放大自发发射源。在一些示例中，光源产生可选择的波长，返回光学路径包括一个或多个波长选择性元件，诸如滤波器或光栅，并且***可执行样本的光谱学测量。在一些示例中，样本可产生入射波长之外的光波长，诸如通过荧光或拉曼散射；对于这些示例，返回路径还可包括合适的波长选择性元件。光源106可任选地包括一个或多个准直或对焦元件，这些准直或对焦元件可与光产生元件集成或者可单独制备并附接至光产生元件。
共焦光学器件108被配置为将所收集的光定向到检测器110上。共焦光学器件108和检测器110被配置为从接收自位于或低于样本102的表面的指定深度的光生成信号以及拒绝来自接收自远离指定深度的深度的光的信号。检测器110响应于定向在其上的光来产生至少一个像素信号。对于使用共焦技术来限制信号至位于或低于样本102的表面的指定深度有许多可行的方案，包括固定针孔、扫描针孔、多个扫描针孔、采用一个或多个微镜阵列的技术等等。在下面详细讨论了共焦技术。
在一些示例中，光源106和光学子***104可分类为照明器114，该照明器被配置为对样本102上的多个侧向位置进行照明。在一些示例中，光学子***104和共焦光学器件108可被分类为共焦收集器116，该收集器被配置为收集从样本102反射和/或散射的光并将所收集的光定向到检测器110上。共焦收集器116被配置为从接收自位于或低于样本102的表面的指定深度的光生成信号以及拒绝来自接收自远离指定深度的深度的光的信号。
计算机112被配置为通过在多个侧向位置上平均化至少一个像素信号来形成单个电信号。在一些示例中，计算机112被配置为从检测器110检索多个电信号，每个电信号与样本102处的不同侧向位置对应，并且将检索到的电信号平均化以产生样本112的物理属性的单次测量结果。
对于在多个侧向位置上平均化有多个可行的方案，诸如在样本处的侧向位置上扫描或光栅扫描入射光，并将检测到的信号平均化，在不透明的屏幕中使用多个隔开的孔照明并共焦检查，将收集的光定向到单像素检测器上，通过多像素检测器来检测，并将像素信号平均化等等。在一些示例中，侧向位置被按顺序照明，并适时平均化所生成的信号。在其它示例中，侧向位置被同时照明。在一些示例中，在侧向位置上平均化可有利地帮助测量结构化的样本或不均匀的样本，其中结构化或不均匀性可妨碍典型的光学特性。
在一些示例中，检测器110是产生单个像素信号的单像素检测器。在其它示例中，检测器110是产生多个像素信号的多像素检测器。对于这些示例，计算机112被配置为通过平均化多个像素信号来形成单个电信号。
计算机112被进一步配置为响应于单个电信号产生样本102的物理属性的单次测量结果。合适的物理属性的示例包括但不限于反射率、吸收率、折射率、密度、样本浓度、散射系数和散射各向异性。
组合硬件、固件和软件可实现计算机112。示例还可实施为存储在计算机可读取存储设备上的指令，这些指令可由至少一个处理器读取和执行以执行本文所述的操作。计算机可读取的存储设备可包括任何非暂态机构，用于以机器(例如计算机)可读取的形式存储信息。例如，计算机可读取的存储设备可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器，(RAM)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存存储器设备以及其它存储设备和介质。在一些示例中，计算机***可包括一个或多个处理器，任选地连接至网络，并且可通过存储在计算机可读取的存储设备上的指令来配置。
图2是根据各种实施方案的用于对样本202进行光学表征的共焦光学***200的另一示例的示意图。图2的示例只是顺序照明以及收集的一个示例，并且在不脱离本主旨的范围的情况下有其它顺序配置可行。
在图2中，光源204被配置为产生用于对样本202进行照明的入射光。入射光从分束器206反射；在其它配置中，入射光可通过分束器206传输。可枢转的反射镜208被配置为以可选择的反射角度反射入射光。物镜210被配置为接收以可选择的反射角度反射的入射光并将反射的入射光定向到样本202上位于与可选择的反射角度对应的侧向位置处。物镜被进一步配置为收集从样本202反射或散射的光。可枢转的反射镜208被进一步配置为反射收集的光。从样本202返回的光追溯其途径，使得在可枢转的反射镜208更改位置并平移样本上照亮的点时，从可枢转的反射镜反射的返回光束保持静止。分束器206传输从可枢转的反射镜208反射的所收集的光。共焦光学器件212将所收集的光定向至检测器214上。共焦光学器件212和检测器214从接收自位于或低于样本的表面的指定深度216的光生成信号以及拒绝来自接收自远离指定深度216的深度的光的信号。在该示例中，共焦光学器件212包括不透明的屏幕，该不透明的屏幕定位成与指定深度216共轭，该不透明的屏幕具有穿过其的孔，该孔的尺寸被设定成传输从指定深度216反射或散射的光并阻挡在远离指定深度216的深度处反射或散射的光。计算机218接收检测器214产生的一个或多个电信号，控制可枢转的反射镜208的位置，并任选地控制光源204。在一些示例中，可选择指定深度216，使得在样本内横贯的全部光学路径长度可相等，或者可相对接近预期的样本的散射系数的倒数；附录详细地讨论了这点。
共焦检查***200的照明器包括光源204、可枢转的反射镜208和物镜210。相似地，共焦检查***200的共焦收集器可包括物镜210、可枢转的反射镜208和共焦光学器件212。
在图2的示例中，照明器顺序地照明样本的多个侧向位置，共焦收集器顺序地检测收集的光，并且计算机顺序地从检测器检索多个电信号。其它顺序配置是可行。存在另选的配置，在其中照明器同时照明样本处的多个侧向位置。在图3和图4中示出了这些同时配置的示例。
图3是根据一些实施方案的用于对样本302进行光学表征的共焦光学***300的另一示例的示意图。图3的示例只是同时照明和收集的一个示例，有其它合适的同时配置可行。
光源304被配置为产生用于对样本302进行照明的入射光。入射光从分束器306反射；在其它配置中，入射光可通过分束器306传输。不透明屏幕308从分束器306接收入射光，并通过多个孔传输一部分。物镜310被配置为同时将入射光定向到样本302上位于多个侧向位置处并收集从样本302反射或散射的光。将不透明屏幕308中的每个孔定位成从样本处相应侧向位置传输光。不透明屏幕308中的每个孔的尺寸被设定成传输从指定深度312反射或散射的光并阻挡在远离指定深度312的深度处反射或散射的光。不透明屏幕308相对于物镜310与样本302共轭，使得物镜310在指定深度312将不透明屏幕308成像到样本302上，并且反之亦然。
图3中的照明器包括光源304、不透明屏幕308和物镜310。图3中的共焦收集器包括物镜310、定位成与指定深度312共轭的不透明屏幕308和任选的分束器306。共焦收集器将收集的光定向到检测器314上。共焦收集器从接收自位于或低于样本302的表面的指定深度312的光生成信号以及拒绝来自接收自远离指定深度312的深度的光的信号。
计算机316从检测器314检索多个电信号。每个电信号对应于样本处的不同侧向位置。计算机316将检索的电信号平均化以产生样本302的物理属性的单次测量结果。在一些示例中，检测器314可定位成远离指定深度312的图像；这样的定位不会劣化***300的平均化，但是会劣化相当的共焦***，该相当的共焦***设计用于产生样本302中指定深度312的图像。
图4是根据各种实施方案的用于对样本402进行光学表征的共焦光学***400的另一示例的示意图。图4的示例是同时照明和收集的另一示例。在不脱离本主旨的范围的情况下其它同时配置是可行。
光源404被配置为产生用于对样本402进行照明的入射光。入射光从分束器406反射。在其它配置中，入射光通过分束器406传输。微镜阵列408接收来自分束器406的入射光并在像素级别朝向样本反射入射光可选择的部分。物镜410被配置为同时将入射光定向到样本402上位于多个侧向位置处，并收集从样本402反射或散射的光。可布置微镜阵列408和物镜410，使得微镜阵列408与位于或低于样本402的表面的指定深度412共轭；换句话讲，物镜410在指定深度412处形成微镜阵列408的图像。
图4中的照明器包括光源404、微镜阵列408和物镜410。图4中的共焦收集器包括物镜410、定位成与指定深度412共轭的微镜阵列408和任选的分束器406。共焦收集器将收集的光定向到检测器414上。共焦收集器从接收自位于或低于样本402的表面的指定深度412的光生成信号以及拒绝来自接收自远离指定深度412的深度的光的信号。
在一些示例中，检测器414是单像素检测器。该单像素检测器可有效地将其上的任何入射光平均化，并且可定向计算机416的单个电信号以用在样本的物理属性的单次测量结果计算中。对于此类单像素检测器，可改变检测器414的纵向位置。例如，单像素可位于微镜阵列408的内部图像处和样本中的指定深度412处，或者定位成可以远离微镜阵列408的内部图像和样本402中的指定深度412。
在其它示例中，检测器414是多像素检测器。多像素检测器为每个像素产生电信号。在一些示例中，电信号定向到计算机416，该计算机使用软件来组合它们(例如求平均或求和)。在其它示例中，可在硬件中组合电信号，并且单个组合的信号可定向到计算机416。计算机416可将检索到的电信号平均化以产生样本402的物理属性的单次测量结果。
计算机416可以若干可行的模式来控制微镜阵列408。在一个模式中，计算机416控制微镜阵列408，使得一次仅有一个反射镜朝向样本反射入射光。在反射镜具有反射性的时间间隔中，反射镜的作用类似不透明屏幕(图3)中的针孔，使得仅抵达检测器的光从该特定反射镜反射两次，一次是针对入射光，一次是针对返回光。在该模式下，由计算机416收到的电信号对应于样本402的指定深度412的光栅扫描。计算机可随时间推移将电信号平均化以产生样本402的物理属性的单次测量结果。
在另一模式中，可以唯一指定的频率来驱动阵列408中的微镜，其中每个指定的频率和一个或多个反射镜及其在样本402处的相应侧向位置对应。计算机可对电信号或来自检测器的信号进行频率分析，使得特定指定频率上的信号强度代表样本402上相应侧向位置上的反射和/或散射强度。计算机可以将硬件或软件中的电信号平均化，然后使用平均化的信号来产生样本402的物理属性的单次测量结果。
图5是根据本主题的一些实施方案用于光学表征样本的方法500的示例的流程图。方法500可使用图1-4中的共焦检查***100、200、300、400或其它合适的共焦检查***来执行。
在502处，执行方法500的共焦光学***对样本上的多个侧向位置进行照明。在一些示例中，侧向位置是连续的。在其它示例中，侧向位置中的至少一个侧向位置是非连续的。在其它示例中，所有侧向位置在侧向上彼此分离。
在504处，共焦光学***共焦地检测从样本反射或散射的光。该共焦检测从接收自位于或低于样本的表面的指定深度的光生成信号以及拒绝来自接收自远离指定深度的深度的光的信号。
在506处，***将侧向位置上生成的信号平均化，以产生样本的物理属性的单次测量结果。物理属性可包括，例如反射率、吸收率、折射率、密度、样本浓度或其它合适的物理属性。在一些示例中，侧向位置被顺序照明，并适时平均化生成的信号。在其它示例中，侧向位置被同时照明。
执行方法500的光学***在侧向位置上将信号平均化，以产生样本的物理属性的单次测量结果。在一些示例中，在侧向位置上平均化可有利地帮助测量结构化的或不均匀的样本，其中结构或不均匀性可妨碍典型的光学特性。
在一些示例中，缩小样本内横贯的光学路径的范围可为有利的，这对于吸收性或散射样本特别有利。
缩小样本内横贯的光学路径长度的范围的技术可使用不重叠环形照明和收集区域。在该示例中，共焦检查***可对样本进行光学表征。在一些配置中，物镜可经由入射光学路径将光递送至样本。入射光学路径可从光源延伸到物镜瞳孔的环形照明区域再到样本。物镜可经由返回光学路径从样本收集光。返回光学路径可从样本延伸到瞳孔的环形收集区域再到检测器，并且可包括共焦光学器件。使用环形照明和环形收集可确保在样本内横贯的光学路径对于所有收集的光线几乎相同，这对于吸收性或散射样本可为有利的。环形照明区域和环形收集区域可在瞳孔中为不重叠状态，这样可排除样本回射的光。在其它配置中，单个物镜可由具有相应入射和返回瞳孔的单独入射透镜和返回透镜替换。
缩小在样本内横贯的光学路径长度的范围的另一技术可使用角度变窄的照明和环形收集。在该示例中，共焦检查***可对样本进行光学表征。具有瞳孔的物镜可通过瞳孔的照明区域将入射光从光源递送样本。入射光可在样本上具有减小的传播角度范围。物镜可通过瞳孔的环形收集区域从样本收集光。在多种可选配置中，入射和收集的光可穿过单独的入射透镜和返回透镜。共焦光学器件可将收集的光定向到检测器上，使得检测器从接收自位于或低于样本的表面的指定深度的光生成信号以及拒绝来自接收自远离指定深度的深度的光的信号。角度变窄的入射光和环形收集区域可缩小在样本内横贯的光学路径长度范围，这对于吸收性或散射样本可为有利的。
缩小样本内横贯的光学路径长度的范围的另一技术可使用环形照明和角度变窄的收集。在该示例中，共焦检查***可光学表征样本。具有瞳孔的物镜可通过瞳孔的环形照明区域从光源到样本传输入射光。物镜可通过瞳孔的收集区域从样本收集光。收集的光可在离开样本时具有减小的传播角度范围。在多种可选配置中，入射和收集的光可穿过单独的入射透镜和返回透镜。共焦光学器件可将收集的光定向到检测器上，使得检测器从接收自位于或低于样本的表面的指定深度的光生成信号以及拒绝来自接收自远离指定深度的深度的光的信号。环形入射光和角度变窄的收集的光可缩小在样本内横贯的光学路径长度范围，这对于吸收性或散射样本有利。
用于缩小在样本内横贯的光学路径长度范围的另一技术可使用瞳孔的照明和收集区域，这些区域组合起来具有属于整个瞳孔表面积一部分的表面积(例如使用角度变窄的照明和收集)。在该示例中，共焦检查***可光学表征样本。具有瞳孔的物镜可通过瞳孔的至少一个照明区域将来自光源的入射光递送至样本，并且可集通过瞳孔的至少一个收集区域收集从样本反射或散射的光。在瞳孔中，照明和收集区域均为非重叠的。在一些示例中，照明和收集区域组合起来，具有小于或等于瞳孔表面积50％的表面积。在一些示例中，照明和收集区域组合各具有小于或等于瞳孔表面积10％的表面积。共焦光学器件和检测器从接收自位于或低于样本的表面的指定深度的光生成信号以及拒绝来自接收自远离指定深度的深度的光的信号。在图6-16和附带文本中详细讨论了缩小在样本内横贯的光学路径长度范围。任何或所有该类技术或搭配其它技术的该类技术可配合图1-5和附带文本中讨论的***和方法使用。
图6是根据一些实施方案用于对样本602光学表征的多波长共焦检查***600的示例的功能框图。样本602不是多波长共焦检查***600的一部分。图6只示出了多波长共焦检查***600的配置的示例；其它配置也可行。多波长共焦检查***600包括多波长光源604，该多波长光源被配置为产生至少具有第一波长和第二波长的入射光606。在一些示例中，入射光606具有至少两个离散的波长。在一些示例中，入射光606具有至少一个波长连续体。在一些示例中，入射光606具有离散的波长和光谱连续的区域的组合。
本文所述的***的光源，诸如光源604，可包括一个或多个光产生元件626。合适的光产生元件626的示例可包括半导体激光器、发光二极管、量子级联激光器、超发光光源、放大自发发射源等。光源604可包括一个或多个合适的光产生元件626的任何组合。在一些示例中，可调谐一个或多个光产生元件626。在一些示例中，两个或多个光产生元件626能够以不同波长发射光。在一些示例中，光源604可包括一个或多个准直或对焦元件628，这些元件可将一个或多个光产生元件626产生的光准直或对焦。在一些示例中，可让该一个或多个准直或对焦元件628与光产生元件626集成。在其它示例中，可让该一个或多个准直或对焦元件628分离并附接至光产生元件626。在一些示例中，可通过诸如618的计算机控制光源604。
在各种实施方案中，可以唯一指定的频率来独立和同时调制光产生元件。光源的调制可包括周期性地打开和关闭每个光产生元件(例如数字调制)，或周期性改变每个光产生元件的输出强度(例如模拟调制)，诸如介于零和峰值或介于相对较低的值和相对较高的值。
在各种实施方案中，光源产生可选择的波长、包括一个或多个波长选择性元件(诸如滤波器或光栅)的返回光学路径，并且***可执行样本的光谱学测量。在一些示例中，样本可产生入射波长之外的光波长，诸如通过荧光或拉曼散射；对于这些示例，返回路径还可包括合适的波长选择性元件。
在各种实施方案中，诸如图6中所示的实施方案，共焦检查***包括定位在光源604和物镜608之间的分束器620。在一些示例中，诸如图6中所示，分束器620被定位成传送朝向物镜608定向的光(例如通过光源604产生的光)，并反射通过物镜608收集的光。在其它配置中，分束器620可反射朝向物镜608定向的光，并且可从物镜608传输收集的光。
在一些示例中，分束器620可包括一个或多个掩蔽区域，这些掩蔽区域可优选地阻挡(或传输)其上入射的光束的特定部分。具体而言，对于在一个或多个掩蔽区域的全部或一部分上延伸的具有侧向占有面积的入射光束，占有面积被传输(或被阻挡)的部分形成入射或返回光学路径，而占地面积被阻挡(或被传输)的部分则被从入射或返回光学路径中排除。因此，该一个或多个掩蔽的区域可限定入射和/或返回光学路径，以及物镜620的瞳孔中的照明区域和/或收集区域。在一些示例中，一个或多个掩蔽的区域可作为独立的光学元件(未示出)设置，或者设置在多波长共焦检查***600中的一个或多个其它光学元件上。
多波长共焦检查***600包括具有瞳孔的物镜608。在图6中，瞳孔的方向垂直于图的平面并平行于图的底部。在后续的图中详细示出了瞳孔的若干示例。物镜608被配置为通过瞳孔的至少一个照明区域将入射光606从多波长光源604递送至样本602。物镜608还被配置为通过瞳孔的至少一个收集区域收集从样本602反射或散射的光610。在瞳孔中，照明和收集区域可均为非重叠。使用非重叠区域可排除样本602回射的光，这对一些应用可为有利的。
物镜608可为消色差的，例如颜色经过修正的。例如，物镜608可以第一波长将光对焦至样本602中指定深度616，并且可以不同于第一波长的第二波长额外地对焦光至样本内相同的指定深度616。物镜608可通过包括至少两个元件来实现其颜色修正，这两个元件具有总和为零或为更小的值的色差值。在一些示例中，物镜608可包括通过不同光学材料形成的至少两个折射元件。在这些示例中，折射元件可定位成使得入射和收集的光通过折射元件按顺序传输。在这些示例中，每个折射元件具有相应的单独色差。在这些示例中，折射元件的单独色差小于单独色差中每一个的绝对值。在一些示例中，物镜608可包括至少一个折射元件和至少一个衍射元件。在这些示例中，折射和衍射元件可定位成使得入射和收集的光通过折射和衍射元件按顺序传输。在这些示例中，每个折射和衍射元件具有相应的单独色差。在这些示例中，折射和衍射元件的单独色差小于单独色差中每一个的绝对值。
多波长共焦检查***600包括共焦光学器件610，这些共焦光学器件被布置成通过物镜608接收从样本602收集的光610，并且还包括检测器614。检测器614和共焦光学器件612可被配置为使得检测器614产生信号，这些信号从接收自低于样本602的表面的指定深度616的光生成；并使得该检测器拒绝来自接收自远离指定深度616的深度的光的信号。对于共焦光学器件612有许多可行的配置。
在一些配置中，诸如在图6的示例中，共焦光学器件物理地阻挡在远离指定深度的深度处通过反射和/或散射产生的光。在图6的示例中，共焦光学器件612在针孔配置中布置，其中在指定深度616处生成的光成像到屏幕624中适当设定尺寸的针孔622上，通过针孔622传输，并由检测器614检测到。在远离指定深度的深度处生成的光在屏幕624上表现出失焦。屏幕624上失焦的光的尺寸明显比针孔622大，并且通过针孔622传输的光的一部分可相对较小。这样，针孔配置可仅保留通过在指定深度616折射和/或散射产生的光，并且可消除或衰减从其它深度产生的光。在一些配置中，除了返回光学路径中的部分，共焦光学器件的一部分可设置在入射光学路径中。
在其它配置中，来自其他深度的光抵达检测器，并且***以电子方式过滤掉来自其它深度的光。例如，共焦光学器件可包括一个或多个调制元件，诸如一个或多个微镜阵列或一个或多个声光调制器或光电调制器的阵列。入射光学路径中的入射光和/或返回光学路径中的返回光可触及到调制元件，这些调制元件可被配置为在独特的指定的频率下调制入射和/或反射光的不同侧向部分。通过以相同独特的指定频率以及在光源604和检测器614之间的两个不同的纵向位置上(包括端值在内)同时调制入射和/或返回光两次，这些配置可在指定深度616同时测量多个侧向位置，这在一次仅测量一个位置的针孔上可为有利的。
在一些示例中，检测器614是单像素检测器，响应于其上的入射光生成电信号。对于单像素检测器，瞳孔的一个或多个收集区域限定在检测器的上游。例如，光学元件上的遮罩限定瞳孔的一个或多个收集区域。作为另一示例，合适的调制器，诸如微镜或像素化液晶面板的阵列置于两个偏光器之间，限定瞳孔的一个或多个收集区域。
在其它示例中，检测器614为多像素检测器。对于多像素检测器，检测器614收集来自其像素中的每一个像素的光，并且可选择性地将从指定位置生成的信号合计。例如，如果物镜瞳孔成像到检测器614上，检测器614可选择性地将从合适像素或像素组产生的信号合计。可增强或在多波长共焦检查***600的其它位置使用遮罩替换该选择性合计。对于这些示例，检测器614收集所有返回光，软件可限定使用返回光的那些区域，并且因此软件可定义瞳孔的收集区域。
检测器614向计算机618提供一个或多个电信号。在一些示例中，检测器614响应于以第一波长定向至其上的光来生成第一电信号。在这些示例中，检测器614响应于以第二波长定向至其上的光来生成第二电信号。在这些示例中，计算机618可被配置为响应于至少第一电信号和第二电信号产生样本的物理属性的单次测量结果。
例如，计算机618可执行光谱学计算来确定样本中特定样本的浓度值。对于这些计算，在两个或更多指定波长上从样本测量的反射率和/或散射的一个或多个比率可与值查找表比较。计算机618可从查找表确定样本内样本浓度的值，并且可以样本的物理属性的单次测量结果的形式返回样本浓度。样本浓度只是一个示例，多波长共焦检查***600可测量其它合适的物理属性，诸如折射率、吸收率、特定样本的存在性等等。
计算机618可包括在计算机***中，该计算机***包括硬件、固件和软件。示例还可实施为存储在计算机可读取存储设备上的指令，这些指令可由至少一个处理器读取和执行以执行本文所述的操作。计算机可读取的存储设备可包括任何非暂态机构，用于以机器(例如计算机)可读取的形式存储信息。例如，计算机可读取的存储设备可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器，(RAM)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存存储器设备以及其它存储设备和介质。在一些示例中，计算机***可包括一个或多个处理器，任选地连接至网络，并且可通过存储在计算机可读取的存储设备上的指令来配置。
在样本上，入射光606角度变窄，并且和通过物镜瞳孔的整个表面区域生成的照明相比，传播角度范围减小。使用角度变窄的入射光的一个优势是该光缩小在样本内横贯的光学路径长度范围，使得样本中每条光线到样本表面以下的指定深度基本上行进相同长度。这对于吸收性或散射样本可为有利的，其中样本内光学路径长度的变化可产生返回至物镜608的光量的不需要的变化。样本602的表面可在典型的制造和对齐公差内定位成垂直于物镜608的纵向轴。
术语“角度变窄”涉及照明以及收集的光的角宽度。它可表示为用于照明和/或收集的物镜瞳孔的表面积除以物镜瞳孔的总表面积的比率的百分比。随着百分百减小，照明和/或收集的角宽度减小。在实施过程中，共焦检查***包含在促使百分比值更大的增大的信噪比和促使百分比值更小的减小的在样本内横贯的光学路径长度范围之间。百分比可根据组合的照明和收集区域表示，或者单独根据照明和收集区域表示。对于图6的***600，照明和收集区域的组合表面积可接受范围的示例为介于瞳孔的表面积的5％到90％之间。照明和收集区域的组合表面积优选范围的示例为介于瞳孔的表面积的5％到60％之间。这些只是合适的范围的两个示例；也可使用其它合适的范围。照明区域和收集区域的的表面积可接受范围的示例为各自介于瞳孔的表面积的1％到50％之间。照明区域和收集区域的的表面积优选范围的示例为各自介于瞳孔的表面积的5％到25％之间。这些只是合适的范围的两个示例；也可使用其它合适的范围。
术语“角度变窄的”也可表示为样本中光学路径长度变化的品质因数。该品质因数可向样本中光学路径长度中的各种不确定性源分配权重。一个此类品质因素可包括在样本中所选测量深度的照明光束的尺寸，归一化为所选深度，并另外归一化为角范围的正弦。角度范围可为样本上照明光的总角度范围，以及/或者收集自样本的光在样本上的总角度范围，并用于执行下游分析。品质因素的一个特定示例可等于样本上的光束直径除以样本中的总光学路径长度，并和角范围的正弦相加。在具体的数值示例中，照明光和/或收集的光的内部径向角度可等于30度，照明光和/或收集的光的外部径向角度可等于35度，并且角范围可等于35度和30度之间的差值，即5度。5度的数值只是一个示例；也可使用其它数值，诸如10度或15度。
在一些示例中，照明区域组合起来以样本上小于或等于10度的角范围将入射光递送至样本。在一些示例中，收集区域组合起来以样本上小于或等于10度的角范围收集反射或散射的光。在一些示例中，每个照明区域以样本上小于或等于10度的角范围将入射光递送至样本。在一些示例中，每个收集区域以样本上小于或等于10度的角范围收集反射或散射的光。
物镜608具有瞳孔，该瞳孔在下面的图8-15的端视图中相应地以元件编号800、900、1000、1100、1200、1300、1400和1500示出。在一些示例中，入射光学路径(例如介于多波长光源604和物镜608之间)包括一个或多个另外的光束转向或成像元件，这些元件可将分束器620上的遮罩成像到物镜608的瞳孔上。在一些示例中，返回光学路径(例如介于物镜608和检测器614之间)可包括一个或多个另外的光束转向或成像元件，这些元件可将物镜608的瞳孔成像到遮罩上和/或检测器614上。为简单起见，根据该假设绘制了图：光在物镜的单个平面上弯曲，尽管在实施过程中，光可在物镜中的不止一个平面上弯曲。
图7示出根据一些实施方案的物镜瞳孔706中照明区域702和收集区域704的示例的横截面，该横截面在垂直于样本顶部表面的平面708中截取。如上所述，假设瞳孔706和物镜一致，尽管在实施过程中瞳孔可位于镜头前方或后方。
入射光710在照明区域702触及物镜瞳孔706，并以角度变窄的光束712的形式传播至样本表面上或附近的位置714。入射光710可反射和/或散射到许多方向上，这些反射和/或折射产生自样本中的许多深度，具体取决于样本的属性，但是并非所有的反射和/或散射光都会被光学***检测到。检测到的光线限制为驻留在发散椎体716内；其它所有光线在光学上由收集区域遮罩的几何形状和共焦光学器件(612；图6)阻挡，或者以电子方式从电信号或由检测器(614；图6)生成的信号中被排除。检测到的光线作为返回光718从收集区域704出现。
尽管在图7中将区域702、704显示为圆形，但它们可具有任何合适的形状，包括对称和非对称形状。区域702、704可具有或不具有相同形状。
对于下述(诸如图9-图14)的许多瞳孔配置，照明区域和收集区域据称在方位角上不同。出于本文档的目的，方位角上不同的区域可被布置成完全位于通过瞳孔的中心绘制的分割线的相对侧。例如，据称饼形的楔在方位角上不同。对于包括至少两个非连续子区域的照明或收集区域，假设每个非连续照明区域在方位角上不同于所有收集区域，以及/或者每个非连续收集区域在方位角上不同于所有照明区域。
图8-图15为具有不重叠照明和收集区域的物镜瞳孔的示例的端视图。使用不重叠的照明区域和收集区域可防止***检测到回射。阻挡回射在一些情况下可为有利的。本领域的技术人员将会知道在不脱离本主旨的范围的情况下有其它配置可行。
图8是根据一些实施方案的物镜瞳孔800的示例的端视图，该物镜瞳孔包括照明区域802和收集区域804。尽管可使用其它合适的形状，但在图8中将照明区域802和收集区域804显示为圆形。照明区域802和收集区域804可任选地具有不同形状。在图8的示例中，单个照明区域802和单个收集区域804设置在物镜的中心轴808的相反侧上。在图8的示例中，物镜瞳孔800的中央部分806被从照明区域802和收集区域804排除；在其它示例中，中心轴808可包括在照明或收集区域中。
图9是根据一些实施方案的物镜瞳孔900的另一示例的端视图，该物镜瞳孔包括照明区域902和收集区域904。在图9的示例中，照明区域902和收集区域904在方位角上分离。
图10是根据一些实施方案的物镜瞳孔1000的另一示例的端视图，该物镜瞳孔包括多个照明区域1002A、1002B和收集区域1004。在图10的示例中，照明和收集区域在方位角上均匀间隔开。在图10的示例中，两个照明区域1002A、1002B具有不同的尺寸和/或形状；在其它示例中，所有照明区域可具有相同的尺寸和/或形状。在图10的示例中，照明区域1002A、1002B和收集区域1004均和物镜的中心轴等距。
图11是根据一些实施方案的物镜瞳孔1100的另一示例的端视图，该物镜瞳孔包括多个照明区域1102A、1102B和收集区域1104。在图11的示例中，照明区域1102A、1102B均和物镜的中心轴等距。在图11的示例中，中心轴和照明区域1102A、1102B之间的间距不同于(例如大于)中心轴和至少一个收集区域1104之间的间距。如果仅存在单个照明区域和单个收集区域，此类间距也可不同。
图12是根据一些实施方案的物镜瞳孔1200的另一示例的端视图，该物镜瞳孔包括多个照明区域1202A、1202B和收集区域1204。在图12的示例中，照明区域1202A、1202B均和物镜的中心轴等距。在图12的示例中，中心轴和照明区域1202A，1202B之间的间距不同于(例如小于)中心轴和至少一个收集区域1204之间的间距。
图13是根据一些实施方案的物镜瞳孔1300的另一示例的端视图，该物镜瞳孔包括照明区域1302和多个收集区域1304A、1304B。在图13的示例中，收集区域1304A、1304B均和物镜的中心轴等距。在图13的示例中，中心轴和收集区域1304A，1304B之间的间距不同于中心轴和至少一个照明区域1302之间的间距。使用诸如1304A和1304B的多个收集区域的共焦检查***可将相同共焦光学器件和检测器用作使用单个收集区域的共焦检查***。
图14是根据一些实施方案的物镜瞳孔1400的另一示例的端视图，该物镜瞳孔包括多个照明区域1402A、1402B、1402C和多个收集区域1404A、1404B、1404C。在图14的示例中，照明区域1402A、1402B、1402C均和物镜的中心轴等距。在图14的示例中，收集区域1404A、1404B、1404C均和物镜的中心轴等距。在图14的示例中，中心轴和至少一个收集区域1404A、1404B、1404C之间的间距不同于中心轴和至少一个照明区域1402A、1402B、1402C之间的间距。在图14的示例中，至少一个照明或收集区域在方位角上和诸如区域1402C、1404C的至少一个其它照明或收集区域对齐。在其它示例中，所有照明和收集区域在方位角上隔开。
图15是根据一些实施方案的物镜瞳孔1500的另一示例的端视图，该物镜瞳孔在瞳孔的中心包括单个照明区域1502，并包括多个收集区域1504A、1504B、1504C、1504D。在图15的示例中，收集区域1504A、1504B、1504C、1504D在方位角上均匀隔开。在其它示例中，收集区域1504A、1504B、1504C、1504D中的一些或全部在方位角上不均匀间隔开。
在到现在为止提供的示例中，照明和收集区域在使用期间保持在固定位置。可在硬件中实施固定区域，诸如有一个或多个遮罩的位置和物镜瞳孔共轭。遮罩可具有透明区域，该透明区域可在其中传输光。遮罩可具有反射区域，该反射区域从其反射光。遮罩可具有不透明区域，这些不透明区域阻止在其中传输或从其反射光。遮罩可将照明区域反射(或传输)到物镜。遮罩可将收集区域反射(或传输)到检测器。也可在软件中实施固定区域，诸如采用位置和物镜瞳孔共轭的多像素检测器。软件可对应于收集区域处理信号，并基本忽略对应于在收集区域外部的瞳孔位置的信号。
在一些示例中，在使用期间照明和/或收集区域在物镜瞳孔中可重新定位。例如，共焦检查***可在多个离散入射角度上表征样本。***可执行测量，然后在瞳孔内移动照明和/或收集区域，然后执行另一次测量等等。在一些示例中，***可让照明区域从物镜瞳孔的中心(其中***在法向入射上测量)变到物镜瞳孔的边缘(其中***在物镜的数值孔径(NA)的正弦上测量)。在一些示例中，***可迭代波长和入射角。例如，***可以第一波长扫描经过一系列角度，然后以第二波长再次扫描经过一系列角度。又如，***在每个角度上可在两个波长之间切换。一般来讲，***可以任何合适的顺序循环经过入射角和波长。
有数种光学配置可在物镜瞳孔中重新定位照明和/或收集区域。例如，入射光学路径可包括一个或多个可枢转的反射镜，这些可枢转的反射镜可将入射光束定向到物镜瞳孔内的可选位置。又如，入射和/或返回光学路径可包括一个或多个可移动的孔，这些孔可在瞳孔的平面中平移，或者在一个平面中和瞳孔共轭。再又如，入射和/或返回光学路径可包括从微镜阵列反射。每个微镜可选择性在第一位置(在该第一位置反射的光定向入射或返回光学路径内)和第二位置之间(在该位置反射的光定向到入射或返回光学路径外部)枢转。***可选择性将微镜切换为仅将光指引至第一组照明区域上。***可对该第一组区域进行第一次测量。然后***可选择性将微镜切换为仅将光指引至第二组照明区域上。***可对该第二组区域进行第二次测量。***可根据需要重复并且可相似地在收集区域的返回光学路径中工作。这些只是一些示例；可使用其它配置，这些配置可将照明和/或收集区域重新定位在物镜瞳孔中。
图16是根据一些实施方案用于对样本光学表征的方法1600的示例的流程图。方法1600可在上述共焦检查***上以及其他合适的装置上执行。还可使用其它合适的方法。
在1602，方法1600向样本提供角度变窄的入射光。光可由物镜递送，该物镜向和从样本递送光，诸如608(图6)，或者由另一合适的元件递送。
在1604，方法1600通过物镜瞳孔的收集区域，收集从样本反射或散射的角度变窄的光。光可由物镜收集，该物镜向和从样本递送光，诸如108(图1)，或者由另一合适的元件递送。在一些示例中，物镜可收集来自多个区域而不只是收集区域的光，并且来自收集区域外部的光可在物理上被阻挡，诸如在合适的区域由遮罩阻挡，或者在软件中被排除。
在1606，方法1600共焦地限制收集的光以仅保留接收自样本表面以下指定深度的光，并拒绝接收自远离指定深度的深度的光。收集的光可共焦地由共焦光学器件限制，诸如612(图6)，或其它合适的工具光学器件。在1608，方法1600检测到共焦限制的收集的光。光可由检测器检测到，诸如614(图6)或其它合适的单像素或多像素检测器。
使用瞳孔的照明和收集区域，这两个区域组合起来具有属于瞳孔表面积一部分的表面积(例如使用角度变窄的照明和收集)，只是用于缩小在样本内横贯的光学路径长度范围的一种技术，这对于吸收性或散射样本可为有利的。其它技术也可行。
附录
特定样本类型的光学属性，诸如人体组织，可能在各样本间有所不同，但是通常位于明确限定的数值范围内。例如特定样本的散射系数通常位于特定的散射系数范围，其中范围可代表和特定样本类型相同的样本群体的散射系数值的分布。该范围可围绕所谓的预期值为中心，诸如预期的散射系数。在一些示例中，当设计光学检查***的几何形状时可使用预期的值，期望大多数实际测量的值将相对接近于但不同于预期值。
在设计用于检测特定类型非透明样本的检测***中，使得从样本传播的光散射和/或在该光传播时由样本吸收，样本的散射和/或吸收的光量可影响在光学检查***中抵达检测器的光量。换句话讲，散射和/或吸收系数的样本间变化可在抵达检测器的光焦度产生样本间变化。此类样本间变化可为不可取的，并且可造成不充分利用检测器的整个动态范围。可将光学检查***设计成减小对于因为样本间散射系数变化而检测到的光焦度的灵敏度。
光学检查***的分析模型可假设在输入点进入样本的光线在散射位置散射单次，在散射位置仅更改方向一次，并在输出点射出样本。在从输入点到散射位置的传播中，输入光束通过因数exp[-A(μs+μa)]衰减，其中数量μs和μa相应地是样本的散射和吸收系数，并且数量A是介于输入点和散射位置之间的光学路径长度。在散射位置，剩余输入光束的一部分γμs朝向输出散射，其中因数γ考虑散射相位函数。朝向输出位置散射的光在射出样本之前通过量exp[-B(μs+μa)]进一步衰减，其中数量B是介于散射位置和输出点之间的光学路径长度。除以在输入位置进入样本的光焦度的在输出位置射出样本的光焦度的一部分由量γμsexp[-L(μs+μa)]给出，其中数量L等于数量A+B，并且是在样本内横贯的总光学路径长度。
射出样本的光焦度的一部分在其导数等于零时相对不敏感，例如当在样本内横贯的总光学路径长度L等于样本散射系数的倒数1/μs时。当L＝1/μs时，抵达检测器的光焦度被最大化，这是有利的，并且对于散射量上的样本间的变化不敏感，这也是有利的。
要利用该相对不敏感性，光学检查***可设计成使得在样本内横贯的总光学路径长度可等于或者可相对接近预期的样本散射系数的导数。例如，在样本内横贯的总光学路径长度可在预期的样本散射系数的倒数的0.1％、1％、10％或50％以内。还可使用其它合适的值。预期的散射系数可代表和特定样本(例如人体组织)类型相同的样本群体的散射系数的值分布。
上述分析假设样本中有单个散射事件。对于其中检测器元件接收大部分由于单个高角度散射事件产生的光的几何形状，上述分析也适用于多个散射事件和有限位置及角分辨率。上述分析也可适用于具有变窄准直输入和角受限输出的共焦检测。
上述详细描述和附录旨在举例说明而非进行限制。例如上述示例(其一个或多个方面)可彼此组合使用。可使用其它实施方案，诸如由本领域的普通技术人员在查看以上描述后使用。提供了说明书摘要以让读者快速确定技术公开的性质。提供该说明书摘要所依据的认识是该技术公开将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在以上具体实施方式中，各种特性可划分为一组以简化本公开。这不应当解读为期望未作权利要求的公开的特性对于任何权利要求必不可少。而具有创造性的主题可以少于特定公开的实施方案的所有特性的形式存在。因此，以下权利要求书据此并入作为示例或实施方案的具体实施方式，其中每个权利要求作为单独实施方案独立存在，并且预期此类实施方案可以各种组合或排列与其它实施方案组合。应当参考所附权利要求以及命名此类权利要求的等同形式的完整范围来确定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于对样本进行光学表征的方法，包括：
对所述样本上的多个侧向位置进行照明；
共焦地检测从所述样本反射或散射的光，所述共焦检测从接收自位于或低于所述样本的表面的指定深度的光生成信号，以及拒绝来自接收自远离所述指定深度的深度的光的信号；以及
在所述侧向位置上将所生成的信号平均化来产生所述样本的物理属性的单次测量结果。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中所述侧向位置按顺序被照明，并且
其中所生成的信号按时间被平均化。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述侧向位置同时被照明。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述物理属性是反射率、吸收率、折射率、密度、分析物浓度、散射系数或散射各向异性中的一者。
5.一种用于对样本进行光学表征的共焦检查***，包括：
光源；
光学子***，所述光学子***被配置为将入射光从所述光源递送至所述样本处的所述多个侧向位置并收集从所述样本反射或散射的光；
检测器；
共焦光学器件，所述共焦光学器件被配置为将所收集的光定向到所述检测器上，所述共焦光学器件和所述检测器被配置为从接收自位于或低于所述样本的表面的指定深度的光生成信号，以及拒绝来自接收自远离所述指定深度的深度的光的信号，所述检测器响应于定向在其上的光来产生至少一个像素信号；和
计算机，所述计算机被配置为通过在所述多个侧向位置上平均化所述至少一个像素信号来形成单个电信号，并被进一步配置为响应于所述单个电信号来产生所述样本的物理属性的单次测量结果。
6.根据权利要求5所述的共焦检查***，其中所述计算机被配置为通过可控制地枢转所述光学子***中的可枢转的反射镜来在所述多个侧向位置上扫描所述照明的光。
7.根据权利要求5所述的共焦检查***，其中所述共焦光学器件包括不透明屏幕，所述不透明屏幕具有与所述样本处的所述多个侧向位置对应的穿过所述不透明屏幕的多个间隔开的共焦孔，所述不透明屏幕和所述光学子***被定位成使得所述不透明屏幕与所述指定深度共轭。
8.根据权利要求5所述的共焦检查***，其中所述检测器是产生单个像素信号的单像素检测器。
9.根据权利要求5所述的共焦检查***，
其中所述检测器是产生多个像素信号的多像素检测器；并且
其中所述计算机被配置为通过平均化所述多个像素信号来形成所述单个电信号。
10.根据权利要求5所述的共焦检查***，其中所述光学子***包括单个物镜。
11.根据权利要求5所述的共焦检查***，其中所述光学子***包括分别用于将光递送至所述样本以及收集来自所述样本的光的单独的入射透镜和返回透镜。
12.根据权利要求5所述的共焦检查***，其中所述物理属性是反射率、吸收率、折射率、密度或分析物浓度中的一者。
13.一种用于对样本进行光学表征的共焦检查***，包括：
照明器，所述照明器被配置为对所述样本上的多个侧向位置进行照明；
检测器；
共焦收集器，所述共焦收集器被配置为收集从所述样本反射或散射的光并将所收集的光定向到所述检测器上，所述共焦收集器被配置为从接收自位于或低于所述样本的表面的指定深度的光生成信号以及拒绝来自接收自远离所述指定深度的深度的光的信号；和
计算机，所述计算机被配置为：
从所述检测器检索多个电信号，每个电信号与所述样本处的不同侧向位置对应；以及
平均化所检索的电信号来产生所述样本的物理属性的单次测量结果。
14.根据权利要求13所述的共焦检查***，
其中所述照明器按顺序对所述样本上的所述多个侧向位置进行照明；
其中所述共焦收集器按顺序检测所收集的光；并且
其中所述计算机按顺序从所述检测器检索所述多个电信号。
15.根据权利要求14所述的共焦检查***，
其中所述照明器包括：
光源，所述光源被配置为产生用于对所述样本进行照明的入射光；
可枢转的反射镜，所述可枢转的反射镜被配置为以可选择的反射角度来反射所述入射光；和
物镜，所述物镜被配置为接收以所述可选择的反射角度反射的入射光，并将所反射的入射光定向到所述样本上位于与所述可选择的反射角度对应的侧向位置处；并且
其中所述共焦收集器包括：
所述物镜，所述物镜被进一步配置为收集从所述样本反射或散射的所述光；
所述可枢转的反射镜，所述可枢转的反射镜被进一步配置为反射所收集的光；和
共焦光学器件，所述共焦光学器件包括不透明屏幕，所述不透明屏幕定位成与所述指定深度共轭，所述不透明屏幕具有穿过其的孔，所述孔的尺寸被设定成传输从所述指定深度反射或散射的光并阻挡在远离所述指定深度的深度处反射或散射的光。
16.根据权利要求13所述的共焦检查***，其中所述照明器同时对所述样本上的所述多个侧向位置进行照明。
17.根据权利要求16所述的共焦检查***，
其中所述照明器包括：
光源，所述光源被配置为产生用于对所述样本进行照明的入射光；和
物镜，所述物镜被配置为同时将所述入射光定向到所述样本上位于所述多个侧向位置处；并且
其中所述共焦收集器包括：
所述物镜，所述物镜被进一步配置为收集从所述样本反射或散射的所述光；和
共焦光学器件，所述共焦光学器件包括不透明屏幕，所述不透明屏幕定位成与所述指定深度共轭，所述不透明屏幕具有穿过其的多个孔，每个孔定位成传输来自所述样本处的相应侧向位置的光，每个孔的尺寸被设定成传输从所述指定深度反射或散射的光并阻挡在远离所述指定深度的深度处反射或散射的光。
18.根据权利要求13所述的共焦检查***，
其中所述照明器包括：
微镜阵列，所述阵列中的每个微镜具有可控制的有效反射率，所述计算机包括驱动电子器件以驱动所述微镜阵列；
物镜，所述物镜设置在所述微镜阵列和所述样本之间，所述物镜和所述微镜阵列被定位成使得所述阵列中的每个微镜成像到位于或低于所述样本的表面的所述指定深度处的相应侧向位置上；和
光源，所述光源沿着入射光学路径产生入射光光束，所述入射光学路径从所述光源延伸到所述微镜阵列再到所述物镜然后到所述样本，所述入射光光束同时对所述阵列中的所述微镜进行照明；并且
其中所述共焦收集器包括：
所述物镜，所述物镜被进一步配置为收集从所述样本反射或散射的所述光；和
所述微镜阵列，所述微镜阵列被进一步配置为反射所收集的光。
19.根据权利要求13所述的共焦检查***，其中所述共焦收集器在单像素检测器上同时检测所收集的光。
20.根据权利要求13所述的共焦检查***，
其中所述共焦收集器在多像素检测器上同时检测所收集的光；并且
其中所述计算机对由检测器像素引起的所述电信号进行组合。
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