CN105814472A - 光学筒组件、包括光学筒组件的照相机、包括光学筒组件的分析物检测器及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学筒组件，该光学筒组件包括：筒，其具有内底表面和从内底表面延伸的内侧表面，内底表面和内侧表面限定圆筒形壳体；以及第一元件，其由筒的内侧表面包围，其中第一元件的外周部的形状不同于由圆筒形壳体限定的周部的形状。

Description

光学筒组件、包括光学筒组件的照相机、包括光学筒组件的分析物检测器及相关方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2013年10月11日提交的名称为：“用于分析物检测器的改进的遮光组件”的美国临时专利申请No.61/889,759，以及2014年1月6日提交的名称为：“镜筒组件、包括镜筒组件的照相机及相关方法”的临时专利申请No.61/924,106的优先权，上述两个临时专利申请的全部内容都以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及筒组件、包括筒组件的照相机、包括筒组件的分析物检测器及相关方法。

背景技术

系统可包括筒组件，筒组件中布置有元件。例如对于光学系统，透镜和间隔物可对准并组装在筒中以限定光学系统，例如，限定镜筒组件。典型地，筒为圆筒形的并且透镜具有圆形的周部。

发明内容

一个或多个实施例涉及一种镜筒组件，包括：筒，其具有内底表面和从内底表面延伸的内侧表面，内底表面和内侧表面限定圆筒形壳体；以及高折射率材料的第一光学元件，第一光学元件在筒的内底表面上并且由筒的内侧表面包围，其中第一光学元件的外周部的形状不同于由圆筒形壳体限定的周部的形状。

第一光学元件可为多边形的。

筒的内底表面包括多边形凹槽，第一光学元件至少部分地位于多边形凹槽内。

多边形凹槽的宽度可等于多边形的第一光学元件的宽度，多边形凹槽和第一光学元件的宽度小于限定圆筒形壳体的内侧表面的宽度。

圆筒形壳体的内侧表面可包围第一光学元件并且与第一光学元件间隔开，在筒的各部分当中，第一光学元件仅接触筒的凹槽的内部。

镜筒组件可包括凹槽，凹槽从筒的内底表面朝向筒的外底表面延伸，凹槽的深度小于筒的内底表面与外底表面之间的距离。

凹槽可具有多边形的形状。

凹槽的宽度可小于圆筒形壳体的内表面的宽度。

第一光学元件可至少部分地插入凹槽。

第一光学元件可与凹槽的底部和侧壁直接接触。

镜筒组件可包括高折射率材料的第二光学元件，第二光学元件在第一光学元件上(onthefirstopticalelement)并在圆筒形壳体的内部。

镜筒组件可包括间隔物，间隔物位于第一光学元件与第二光学元件之间。

镜筒组件可包括位于筒的面向第一光学元件的表面中的第一多边形凹槽以及位于间隔物的面向第二光学元件的表面中的第二多边形凹槽，第一光学元件至少部分地插入筒的第一多边形凹槽，第二光学元件具有多边形外周部并且至少部分地插入间隔物的第二多边形凹槽。

间隔物可包括凹槽，第二光学元件的外周部可与间隔物的外周部具有不同的形状，并且第二光学元件至少位于间隔物的凹槽内。

筒的内底表面可包括凹槽，第一光学元件至少部分地位于筒的凹槽内。

第一光学元件和第二光学元件可具有多边形周部，第一光学元件和第二光学元件的多边形周部的尺寸和形状分别与筒和间隔物的凹槽的尺寸和形状对应。

圆筒形壳体的内侧表面包围第一光学元件和第二光学元件中的每一个并且与第一光学元件和第二光学元件中的每一个间隔开，第一光学元件和第二光学元件仅与各自的凹槽的内部接触。

间隔物可具有圆形外周部、延伸穿过间隔物的孔洞以及从间隔物的内表面朝向间隔物的外表面延伸并且围绕孔洞的多边形凹槽。第二光学元件可具有与多边形凹槽对应的多边形外周部，第二光学元件与孔洞重叠。

间隔物的内径可具有不均一的宽度。间隔物的内径的不均一的宽度可构造为使杂散光最少。

间隔物的内径可包括第一部分至第四部分，第一部分限定间隔物中的多边形凹槽并容纳第二光学元件；第二部分的宽度小于第一部分的宽度；第三部分具有弯曲表面；第四部分具有倾斜表面。

间隔物可包括位于间隔物的外表面中的台阶型部分，第二光学元件在间隔物的内表面上。

台阶型部分可仅位于间隔物的外表面的外周部中，间隔物的中央部分延伸到台阶型部分的上方。

间隔物可包括间隔物的内径与圆筒形壳体的内径之间的延伸体，该延伸体限定间隔物的内径与圆筒形壳体的内径之间的空间。

延伸体可沿间隔物的外径彼此间隔开，每两个相邻的延伸体进一步限定了间隔物的外径与圆筒形壳体的内径之间的空间。

间隔物可包括位于延伸体的底表面中的凹口，由间隔物的内径限定的间隔物的内部空间通过凹口同间隔物与圆筒形壳体之间的空间流体连通。

筒的内底表面还可以包括拐角缺口。

拐角缺口可从筒的内底表面朝向筒的外表面延伸至预定的深度，拐角缺口与第一光学元件的拐角对准。

筒的内底表面可包括沿第一光学元件的边缘延伸的边缘缺口。

边缘缺口可限定筒的表面与第一光学元件的表面之间的间隙。

间隔物可具有圆形外周部并且具有延伸穿过间隔物的孔洞，第一光学元件和第二光学元件与间隔物齐平。

镜筒组件可包括位于筒内部的凹槽，凹槽的外周部与第一光学元件的外周部对应，第一光学元件至少部分地位于凹槽内。

凹槽可与筒的内侧表面形成为一体。

凹槽可与筒的内底表面形成为一体。

凹槽可以位于插入筒中的单独的元件中。

单独的元件可具有圆形外周部。

凹槽可包括拐角缺口。

拐角缺口可包括从凹槽的拐角延伸的通道。

凹槽可包括沿凹槽的在拐角缺口之间的外周部延伸的边缘缺口。

边缘缺口可以是通道，该通道距离筒的内底表面比距第一光学元件更远。

凹槽可包括沿凹槽的外周部延伸的边缘缺口。

边缘缺口可以是通道，该通道距离筒的内底表面比距第一光学元件更远。

每个边缘缺口可限定凹槽的表面与第一光学元件的表面之间的间隙。

一个或多个实施例涉及一种镜筒组件，镜筒组件包括筒，筒具有圆形基体和在圆形基体上的圆筒形结构，圆形基体和圆筒形结构限定了壳体，并且圆形基体包括：有预定深度的凹部；穿过筒的圆形基体而成的孔洞，所述凹部围绕着所述孔洞；以及至少部分地位于圆形基体的凹部内的高折射率材料的第一光学元件，第一光学元件具有多边形的形状。

镜筒组件可包括在第一光学元件上并在壳体的内部的第二光学元件，第二光学元件具有多边形的形状。

镜筒组件可包括间隔物，间隔物位于第一光学元件与第二光学元件之间。

一个或多个实施例涉及一种镜筒组件，镜筒组件包括：筒结构，其具有圆形的内周部，内周部围绕着凹部；以及位于筒结构的内部的高折射率材料的第一光学元件，第一光学元件的外周部被凹部的侧壁包围，第一光学元件具有非圆形的外周部。

镜筒组件可包括第二光学元件，第二光学元件在第一光学元件上并在筒结构的内部。

镜筒组件可包括间隔物，间隔物与筒独立并位于第一光学元件与第二光学元件之间。

一个或多个实施例涉及一种用于光学系统的筒，筒包括：位于圆形基体上的圆筒形结构，圆筒形结构和圆形基体限定了壳体；位于圆形基体中的有预定深度的凹部，凹部的周部为非圆形的；以及穿过圆形基体的孔洞，凹部围绕着孔洞并与孔洞重叠。

一个或多个实施例涉及一种用于筒组件的间隔物，间隔物包括：具有圆形的外周部的基体结构，基体结构的外周部面向筒组件的内周部；穿过基体结构的整个厚度的孔洞；以及位于基体结构中的有预定深度的非圆形的凹部，凹部围绕着孔洞并且仅部分地延伸穿过基体结构。

一个或多个实施例涉及一种包括镜筒组件以及传感器的照相机，光通过镜筒组件入射在传感器上，镜筒组件包括：筒结构，其具有圆形的内周部，内周部围绕着凹部；以及位于筒结构的内部的高折射率材料的第一光学元件，第一光学元件的外周部被凹部的侧壁包围并具有非圆形的外周部。

照相机可包括位于筒结构内部的第二光学元件。

照相机可包括间隔物，间隔物位于第一光学元件与第二光学元件之间。

一个或多个实施例涉及一种组装镜筒的方法，包括：从具有多个第一光学元件的晶圆分割出高折射率材料的第一光学元件小片(firstopticalelementdie)，第一光学元件小片具有非圆形的轮廓；设置具有内底表面和从内底表面延伸的内侧表面的筒，内底表面和内侧表面限定圆筒形壳体；以及将第一光学元件小片设置在圆筒形壳体的内部并由筒的内侧表面包围。

该方法可包括将高折射率材料的第二光学元件小片设置在圆筒形壳体的内部并由筒的内侧表面包围。

该方法可包括在第一光学元件小片与第二光学元件小片之间设置间隔物。

第二光学元件可以是从具有多个第二光学元件的晶圆分割出的第二光学元件小片，第二光学元件小片具有非圆形的轮廓。

第二光学元件小片可以比第一光学元件小片大。

第二光学元件小片的取向可以相对于第一光学元件小片的取向旋转45°。

间隔物的面向第二光学元件小片的表面可具有与第二光学元件小片的非圆形的轮廓对应的凹部并且第二光学元件小片在间隔物的面向第二光学元件小片的表面上。

筒的内底表面可具有与第一光学元件小片的非圆形的轮廓对应的凹部并且第一光学元件小片在筒的内底表面上。

筒的内底表面的凹部与间隔物的凹部可包括拐角缺口。

该方法可包括在筒的内部形成凹槽，凹槽的外周部与第一光学元件的外周部对应，第一光学元件至少部分地位于凹槽内。

凹槽可与筒的内侧表面形成为一体，并与筒的内底表面形成为一体，或者位于插入镜筒中的单独的元件中。单独的元件可具有圆形的外周部。

凹槽可包括拐角缺口和/或边缘缺口。拐角缺口可包括从凹槽的拐角延伸的通道。边缘缺口可沿凹槽的外周延伸，例如，在拐角缺口之间。边缘缺口可以是通道，该通道距离筒的内底表面比距第一光学元件更远。

一个或多个实施例涉及一种镜筒组件，包括：筒，其具有内底表面和从内底表面延伸的内侧表面，内底表面和内侧表面限定圆筒形的壳体；第一光学元件，其在筒的内底表面上并且由筒的内侧表面包围；以及第二光学元件，其在第一光学元件上并在圆筒形壳体的内部，其中第一光学元件和第二光学元件中的至少一者的外周部的形状不同于由圆筒形壳体限定的周部的形状。

第一光学元件可为多边形的。

筒的内底表面可包括多边形凹槽，第一光学元件至少部分地位于多边形凹槽内。

多边形凹槽的宽度可等于多边形的第一光学元件的宽度，多边形凹槽和第一光学元件的宽度小于限定圆筒形壳体的内侧表面的宽度。

圆筒形壳体的内侧表面可包围第一光学元件并且可与光学元件间隔开，第一光学元件仅接触筒的部件中的凹槽的内部。

镜筒组件可包括凹槽，凹槽从筒的内底表面朝向筒的外底表面延伸，凹槽的深度小于筒的内底表面与外底表面之间的距离。

凹槽可具有多边形的形状。凹槽的宽度可小于圆筒形壳体的内表面的宽度。第一光学元件可至少部分地插入凹槽中。第一光学元件可与凹槽的底部和侧壁直接接触。

镜筒组件可包括间隔物，间隔物位于第一光学元件与第二光学元件之间。

镜筒组件可包括位于筒的面向第一光学元件的表面中的第一多边形凹槽以及位于间隔物的面向第二光学元件的表面中的第二多边形凹槽，第一光学元件至少部分地插入筒的第一多边形凹槽，第二光学元件具有多边形的外周部并且至少部分地插入间隔物的第二多边形凹槽。

间隔物可包括凹槽，第二光学元件的外周部与间隔物的外周部具有不同的形状，并且第二光学元件至少部分地位于间隔物的凹槽内。筒的内底表面可包括凹槽，第一光学元件至少部分地位于筒的凹槽内。第一光学元件和第二光学元件可具有多边形的周部，第一光学元件和第二光学元件的多边形的周部的尺寸和形状分别与筒和间隔物的凹槽的尺寸和形状对应。

圆筒形壳体的内侧表面可包围第一光学元件和第二光学元件中的每一个并且可与第一光学元件和第二光学元件中的每一个间隔开，第一光学元件和第二光学元件仅与各自的凹槽的内部接触。

间隔物可具有圆形的外周部、延伸穿过间隔物的孔洞以及从间隔物的内表面朝向间隔物的外表面延伸并且围绕孔洞的多边形凹槽，并且第二光学元件可具有与多边形凹槽对应的多边形的外周部，第二光学元件与孔洞重叠。

间隔物的内径可具有不均一的宽度。间隔物的内径的不均一的宽度可构造为使杂散光最少。间隔物的内径包括第一部分至第四部分：第一部分限定间隔物的多边形凹槽并容纳第二光学元件；第二部分的宽度小于第一部分的宽度；第三部分具有弯曲表面；第四部分具有倾斜表面。

间隔物可包括位于间隔物的外表面中的台阶型部分，第二光学元件在间隔物的内表面上。台阶型部分可仅位于间隔物的外表面的外周上，间隔物的中央部分延伸到台阶型部分的上方。

间隔物可包括间隔物的外径与圆筒形壳体的内径之间的延伸体，该延伸体限定间隔物的外径与圆筒形壳体的内径之间的空间。延伸体可沿间隔物的外径彼此间隔开，每两个相邻的延伸体进一步限定了间隔物的外径与圆筒形壳体的内径之间的空间。

间隔物可包括位于延伸体的底表面中的凹口，由间隔物的内径限定的间隔物的内部空间通过凹口同间隔物与圆筒形壳体之间的空间流体连通。

筒的内底表面可以包括拐角缺口和/或边缘缺口。拐角缺口可从筒的内底表面朝向筒的外表面延伸至预定的深度，拐角缺口与第一光学元件的拐角对准。边缘缺口可沿第一光学元件的边缘延伸。边缘缺口可限定筒的表面与第一光学元件的表面之间的间隙。

间隔物可具有圆形的外周部并且具有延伸穿过间隔物的孔洞，第一光学元件和第二光学元件与间隔物齐平。

镜筒组件可包括位于筒内部的凹槽，凹槽的外周部与第一光学元件的外周部对应，第一光学元件至少部分地位于凹槽内。

凹槽可与筒的内侧表面形成为一体，并与筒的内底表面形成为一体，或者位于插入镜筒中的单独的元件中。单独的元件可具有圆形的外周部。

凹槽可包括拐角缺口和/或边缘缺口。拐角缺口包括从凹槽的拐角延伸的通道。边缘缺口可沿凹槽的外周部延伸，例如，在拐角缺口之间。边缘缺口可以是通道，该通道距离筒的内底表面比距第一光学元件更远。每个边缘缺口可限定凹槽的表面与第一光学元件的表面之间的间隙。

一个或多个实施例涉及一种镜筒组件，包括：筒，其具有圆形基体和在圆形基体上的圆筒形结构，圆形基体和圆筒形结构限定了壳体，并且圆形基体包括有预定深度的凹部、穿过筒的圆形基体的孔洞，所述凹部围绕着所述孔洞；第一光学元件，其位于筒结构的内部，第一光学元件的外周部被凹部的侧壁所包围；以及第二光学元件，其在第一光学元件上并在筒的内部，第一光学元件和第二光学元件中的至少一者具有非圆形的外周部。

镜筒组件可包括间隔物，间隔物位于第一光学元件与第二光学元件之间。

一个或多个实施例涉及一种镜筒组件，包括：筒结构，其具有圆形的内周部，内周部围绕着凹部；第一光学元件，其位于筒结构的内部，第一光学元件的外周部被凹部的侧壁所包围；以及第二光学元件，其在第一光学元件上并在筒结构的内部，第一光学元件和第二光学元件中的至少一者具有非圆形的外周部。

镜筒组件可包括间隔物，该间隔物与筒独立并位于第一光学元件与第二光学元件之间。

一个或多个实施例涉及一种照相机，包括传感器；以及一种镜筒组件，光通过镜筒组件入射在传感器上，镜筒组件包括：筒结构，其具有圆形的内周部，内周部围绕着凹部；第一光学元件，其位于筒结构的内部，第一光学元件的外周部被凹部的侧壁所包围；以及第二光学元件，其在第一光学元件上并在筒结构的内部，第一光学元件和第二光学元件中的至少一者具有非圆形的外周部。

照相机可包括间隔物，间隔物位于第一光学元件与第二光学元件之间。

一个或多个实施例涉及一种组装镜筒的方法，包括：从具有多个第一光学元件的晶圆分割出第一光学元件小片；设置具有内底表面和从内底表面延伸的内侧表面的筒，内底表面和内侧表面限定圆筒形壳体；以及将第一光学元件小片和第二光学元件设置在圆筒形壳体的内部并由筒的内侧表面包围。

该方法可包括在第一光学元件小片与第二光学元件小片之间设置间隔物。

第二光学元件可以是从具有多个第二光学元件的晶圆分割出的第二光学元件小片，第二光学元件小片具有非圆形的轮廓。

第二光学元件小片可以比第一光学元件小片大。

第二光学元件小片的取向为相对于第一光学元件小片的取向旋转例如45°。

间隔物的面向第二光学元件小片的表面可具有与第二光学元件小片的非圆形的轮廓对应的凹部并且第二光学元件小片在间隔物的面向第二光学元件小片的表面上。

筒的内底表面具有与第一光学元件小片的非圆形的轮廓对应的凹部并且第一光学元件小片在筒的内底表面上。

筒的内底表面的凹部与间隔物的凹部可包括拐角缺口。

该方法可包括在筒的内部形成凹槽，凹槽的外周部与第一光学元件的外周部对应，第一光学元件至少部分地位于凹槽内。该方法的凹槽可与筒的内侧表面、筒的内底表面形成为一体，或者凹槽可以位于插入镜筒中的单独的元件中。单独的元件可具有圆形的外周部。

凹槽可包括拐角缺口和/或边缘缺口。拐角缺口可包括从凹槽的拐角延伸的通道。边缘缺口可沿凹槽的外周部延伸，例如，在拐角缺口之间。边缘缺口可以是通道，该通道距离筒的内底表面比距第一光学元件更远。边缘缺口可以是通道，该通道距离筒的内底表面比距第一光学元件更远。

一个或多个实施例涉及一种分析物检测器，包括：壳体；传感器组件，其位于壳体中；采样头，其由壳体定位和承载，采样头具有第一端和第二端以及穿过采样头的孔；遮光套筒，其在采样头的孔中，遮光套筒具有彼此流体连通的入口和出口，其中入口与出口之间的流体路径具有至少两个角形(拐角式)过渡部并且其中流体路径的一部分由采样头的内壁限定并且其中遮光套筒提供壳体的外部与传感器组件之间的流体连通；密封材料，其放置为遮挡采样头与遮光套筒之间的配合接面(matinginterface)。

一个或多个实施例涉及一种分析物检测器，包括：壳体；采样头，其由壳体定位和承载，采样头具有第一端和第二端以及穿过采样头的孔；遮光套筒，其位于采样头的孔中，其中遮光套筒具有在第一端壁中的凹形的样品采集区、位于样品采集区中的入口以及位于遮光套筒的第二端壁上的出口，入口和出口流体连通，连接入口与出口的流体路径具有位于流体路径中的至少两个角形过渡部，并且其中流体路径的至少一部分由采样头的内表面限定；密封材料，其放置为遮挡采样头与遮光套筒之间的配合接面。

一个或多个实施例涉及一种分析物检测器，包括：壳体；采样头，其由壳体定位和承载，采样头具有第一端和第二端、穿过采样头的孔以及由第二端承载的向内突出的凸缘；遮光套筒，其位于采样头的孔中，其中遮光套筒具有在第一端壁中的凹形的样品采集区、位于样品采集区中的入口以及位于遮光套筒的第二端壁上的出口，入口和出口流体连通，连接入口与出口的流体路径具有位于流体路径中的至少两个角形过渡部，并且其中流体路径的至少一部分由采样头的内表面限定，遮光套筒位于采样头的孔中使得遮光套筒的第二端与采样头的向内突出的凸缘接触。

遮光套筒可压力配合在所述采样头的所述孔中。

流体路径的角度变化可在约10°与约170°之间。

流体路径的角度变化可在约20°与约120°之间。

流体路径的角度变化可在约80°与约110°之间。

密封材料可以是室温硫化(RTV)密封剂、聚氨酯、氢化丁腈橡胶(HNBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、硅树脂、氟弹性体橡胶、氯丁橡胶和聚四氟乙烯(PTFE)中的一者。

密封材料可位于采样头的第二端上。

分析物检测器可包括端口，端口放置为接纳采集到的从出口离开的分析物。

密封材料可与端口的外表面接合。

采样头的孔的直径可大于检测器端口的内孔的直径。

遮光组件可位于环境与传感器组件之间。

一个或多个实施例涉及一种光学筒组件，光学筒组件包括：筒，其具有内底表面和从内底表面延伸的内侧表面，内底表面和内侧表面限定圆筒形壳体；以及第一元件，其由筒的内侧表面包围，其中第一元件的外周部的形状不同于由圆筒形壳体限定的周部的形状。

第一元件可以为高折射率材料的第一光学元件。

第一光学元件可为多边形的。

筒的内底表面可包括多边形凹槽，第一光学元件至少部分地位于多边形凹槽内。

多边形凹槽的宽度可等于多边形的第一光学元件的宽度，多边形凹槽和第一光学元件的宽度小于限定圆筒形壳体的内侧表面的宽度。

光学筒组件可包括高折射率材料的第二光学元件，第二光学元件在第一光学元件上并在圆筒形壳体的内部。

光学筒组件可包括间隔物，间隔物位于第一光学元件与第二光学元件之间。

间隔物的内径可具有不均一的宽度。

间隔物的内径的不均一的宽度可构造为使杂散光最少。

筒可以为采样头的孔并且第一元件为具有彼此流体连通的入口和出口的遮光套筒，其中入口与出口之间的流体路径具有至少两个角形过渡部并且其中流体路径的一部分由采样头的孔的内壁限定并且其中遮光套筒提供筒的外部与传感器组件之间的流体连通。

光学筒组件可包括密封材料，密封材料在遮光套筒与孔之间且邻近出口。

采样头可包括邻近出口的向内突出的凸缘，遮光套筒与向内突出的凸缘接触。

侧表面可包括与元件接触的向内突出的结构。

向内突出的结构可与筒形成为一体。

光学筒组件可包括凹槽，凹槽与第一元件的外周部匹配，第一元件至少部分地位于凹槽内。

凹槽可与筒形成为一体。

一个或多个实施例涉及一种检测器，检测器包括传感器以及光学筒组件，光学筒组件包括：筒，其具有内底表面和从内底表面延伸的内侧表面，内底表面和内侧表面限定圆筒形壳体；以及第一元件，其由筒的内侧表面包围，其中第一元件的外周部的形状不同于由圆筒形壳体限定的周部的形状。

传感器可以为长波红外(LWIR)传感器。

第一元件可以为高折射率材料的光学元件。

传感器可以为光传感器。

筒可以为采样头的孔并且第一元件为具有彼此流体连通的入口和出口的遮光套筒，其中入口与出口之间的流体路径具有至少两个角形过渡部并且其中流体路径的一部分由采样头的内壁限定并且其中遮光套筒提供筒的外部与传感器组件之间的流体连通。

附图说明

通过参考附图对示例性实施例作出的详细描述，本领域技术人员将更加容易地理解本发明的特征和优点，其中：

图1A示出了当从镜筒的前面观看时根据实施例的镜筒的组装和分解透视图；

图1B示出了当从镜筒的后面观看时图1A中的镜筒的组装和分解透视图；

图2A示出了图1A中的镜筒的前面的示意性平面图；

图2B示出了沿图2A中的线E-E截取的纵剖视图；

图3A示出了图1A中的镜筒的底视平面图；

图3B示出了沿图3A中的线E-E截取的纵剖视图；

图3C示出了图1A中的镜筒的侧视图；

图3D示出了图1A中的镜筒的前面的平面图；

图4A示出了图1A中的间隔物的放大透视图；

图4B示出了图4A中的间隔物的顶视平面图；

图4C示出了沿图4B中的线A-A截取的纵剖视图；

图4D示出了图4A中的间隔物的底视平面图；

图5A示出了根据另一实施例的镜筒的底视平面图；

图5B示出了沿图5A中的线E-E截取的纵剖视图；

图5C示出了图5A中的镜筒的侧视图；

图5D示出了图5A中的镜筒的前面的平面图；

图5E示出了图5A中的镜筒的透视图；

图5F示出了图5A中的镜筒的分解透视图；

图6A示出了根据另一实施例的镜筒的底视平面图；

图6B示出了沿图6A中的线E-E截取的纵剖视图；

图6C示出了图6A中的镜筒的侧视图；

图6D示出了图6A中的镜筒的前面的平面图；

图6E示出了图6A中的镜筒的透视图；

图7A示出了根据另一实施例的间隔物的底视平面图；

图7B示出了沿图7A中的线A-A截取的纵剖视图；

图7C示出了照相机的示意性剖视图，该照相机包含具有图7A中的间隔物的镜筒组件；

图8A示出了根据另一实施例的间隔物的顶视平面图；

图8B示出了图8A中的间隔物的侧视图；

图9A示出了根据另一实施例的间隔物的透视图；

图9B示出了图9A中的间隔物的示意性顶视平面图；

图9C示出了图9A的间隔物上的凹口的侧视图；

图9D示出了图9A的间隔物上的凹口的另一侧视图；

图9E示出了沿图9B的线A-A截取的纵截面；

图10A示出了根据另一实施例的镜筒的纵剖视图；

图10B示出了拆开的图10A的镜筒的平面底视图；

图10C示出了沿图10B的线A-A截取的纵剖视图；

图10D示出了根据另一实施例的沿图10B的线A-A截取的纵剖视图；

图11A示出了图10B的放大图；

图11B示出了图11A的示意性纵剖视图；

图11C示出了图11B中的“A”部分的放大图；

图12A和图12B示出了根据另一实施例的非圆形光学元件的另一横截面；

图13示出了安装有根据实施例的采样头的分析物检测器的侧剖图；

图14示出了具有流体流动路径的遮光套筒，流体流动路径提供入口与出口之间的流体连通；

图15示出了构造为接纳遮光套筒的壳体或入口端的透视图；

图16示出了具有遮光套筒的采样头的透视图，遮光套筒位于采样头的孔中；

图17示出了图16中示出的装置的侧剖透视图；

图18示出了图16中示出的装置的侧剖图；

图19示出了图16中示出的装置的可选实施例的侧剖透视图；

图20示出了图16中示出的装置的可选实施例的侧剖图；

图21示出了描述遮光套筒的可选实施例的侧剖图；并且

图22示出了描述遮光套筒的可选实施例的侧剖图。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中更全面地描述示例性实施例；然而，示例性实施例可以以不同的形式实施，并且不应被视为局限于本文所述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使得本公开内容全面而完整。

在长波红外(LWIR)传感器(也称为热像仪)的设计中，用作热透镜的材料在7.5μm至13.5μm的LWIR波段中通常具有高透射性。用于热透镜的现有典型材料包括锗(Ge)、硫属化物玻璃、硒化锌(ZnSe)和硫化锌(ZnS)。然而，因对7.5μm至13.5μm的LWIR波段具有高吸收性而排除了具有其它所需特性的许多光学材料。

如在下面共有的和未决的美国专利申请No.13/835,188(其全部内容通过引用方式并入本文)所详细描述的那样，由于LWIR传感器的设计缩小(例如用在移动装置中)，可以充分减小用于热透镜的材料的厚度，以允许将通常被认为是极易吸收LWIR波段的材料用作热透镜。这允许使用具有在LWIR波段中的吸收段但能提供要采用的其它优点(例如晶圆级制造的容易性、低热膨胀系数、低色散等)的其它材料，例如硅。

下面详细讨论的光学元件可以在LWIR波段的任意子集上工作。这些光学元件被设计为由高折射率(即，大于1.8，例如，大于2.2)材料制成，该高折射率材料在工作波段中每毫米厚度吸收率小于75％，并且在400nm-650nm的可见光波段中每毫米厚度吸收率大于75％。虽然硅满足这些参数并提供了如上所述的优点，但也可以使用满足这些参数的其它材料。

由于常规的光学器件具有圆状的外径，因此筒具有圆状(例如圆形)的内径。与之对比，具有圆形形状的晶圆级光学器件比那些具有多边形形状的晶圆级光学器件更加难以制造。然而，尽管多边形的光学器件可以在被分割前以晶圆级固定，但在一些系统(例如，照相机)中圆形的筒组件可能是理想的。然而，将晶圆级的多边形形状的光学器件对准到圆状的筒组件中可能是不实际的。

因此，根据实施例，制造(例如注射成型或机加工)如下的筒(例如，用在照相机中的)：其具有用于将各种晶圆级的多边形形状的光学器件而不是圆状形状的光学器件对准到筒组件中的多边形(例如，方形、六边形等)对准特征。即，在筒内，例如，在筒的内表面中和/或在位于筒中的间隔物中形成多边形(例如，方形、六边形等)的凹槽，从而筒的内径包括多边形凹槽。因此，晶圆级的多边形形状的光学器件，即，多边形的小片透镜(dielens)，可对准并整合在筒中，例如，通过利用多边形凹槽配合在筒中，从而提供筒与晶圆级的多边形形状的光学器件之间的被动对准以形成筒组件。

详细地，参考图1A和图1B，筒组件10可包括位于筒3内部的第一光学元件1、第二光学元件4、光学元件之间的间隔物2以及保持环5。筒3和间隔物2可形成为具有圆形的外轮廓(例如，圆形的直径)，而第一光学元件1和第二光学元件4形成为具有多边形(例如，方形、六边形等)的外轮廓(例如，多边形的外周部1b、多边形的外周部4b)并且在第一光学元件1和第二光学元件4各自的至少一个表面上分别具有圆形的透镜1a、4a。间隔物2可以分隔第一光学元件1和第二光学元件4。

参考图2A和图2B，根据实施例，筒3和间隔物2包括位于各自内径中的多边形凹槽以分别容纳多边形形状的第一光学元件1和第二光学元件4。这样，尽管筒3和间隔物2具有圆状(即圆形)的形状，但多边形的光学元件1与光学元件4仍可对准(例如，配合)到筒3和/或间隔物2的内部。

详细地，如图2B中所示，筒3限定了用于多个元件的壳体。筒3可以是螺纹筒(图1B和图3C)，以便可以改变传感器与容纳在筒3中的透镜系统与之间的距离(即，沿着z轴进行改变)。如图所示，透镜系统可以包括被间隔物2隔开的第一光学元件1和第二光学元件4，从而在表面B与表面E之间提供空气间隙。第一光学元件1的表面A是透镜系统的输入面，并且第二光学元件4的表面F是透镜系统的最终面。表面A和表面B中的至少一者以及表面E和表面F中的至少一者具有光学倍率(例如，表面为弯曲的)。倍率表面中的一个或全部可以是非球面的。表面B和表面E在其外周处可以包括相对平坦的部分(即，平坦区域)，以便于固定间隔物2。

透镜系统还可以包括孔径光阑。例如，孔径光阑可以邻近第一光学元件1的表面A，例如直接位于表面A上。孔径光阑可以由金属(例如铬)、染色聚合物或任何合适的材料制成。孔径光阑可以位于透镜系统内的任何适当的位置。

如图2B中所示，筒3包括外表面3a和内表面3b，其中外表面3a面向筒3的外部，内表面3b与外表面3a相反且平行并且面向筒3的内部。筒3包括在外表面3a与内表面3b之间延伸的孔洞(图3A和图3D)。如将参考图3A至图3B详细讨论的那样，筒3的内表面3b包括限定多边形凹槽3c的凹部。如图2B中进一步示出，第一光学元件1插入到多边形凹槽3c中并与多边形凹槽3c对准(例如，配合)，并且间隔物2和第二光学元件4叠置在第一光学元件1上。此外，如将参考图4C至图4D详细讨论的那样，间隔物2可以包括限定多边形凹槽2c的凹部，从而第二光学元件4插入到间隔物2的多边形凹槽2c中并与多边形凹槽2c对准(例如，配合)。因此，间隔物2用于配准(例如固定和/或对准光学元件)和在光学元件之间进行分隔。参考图1B和图10A，例如，在第二光学元件4插入到间隔物2中之后(图1B)，可以将环氧树脂分配到第二光学元件4和间隔物2的边缘的周围以用于支撑。

详细地，如图3A至图3B所示，筒3的内表面3b可以具有台阶型结构(例如，具有平坦表面和从平坦表面朝向外表面3a延伸的凹部)以包括多边形凹槽3c，从而可以将多边形的结构容纳在多边形凹槽3c中。多边形凹槽3c与筒3的孔洞重叠。例如，当从平面视图观看时(图3A)，多边形凹槽3c可以是具有从筒3的内表面3b朝向筒3的外表面3a延伸的进深的多边形凹部。例如，参考图3B，如果筒3的内表面3b与外表面3a之间沿z轴的距离为预定距离，例如，约0.6mm，则多边形凹槽3c的深度(从内表面3b测量到多边形凹槽3c的底部为止)可以为上述预定距离的大约一半，例如，约0.30mm。

多边形凹槽3c可以与第一光学元件1的尺寸和形状相对应，从而可以将第一光学元件1的至少一部分对准并配合到多边形凹槽3c内。例如，如图3B所示，第一光学元件1的厚度可以等于多边形凹槽3c的深度，从而整个第一光学元件1，例如就深度和宽度而言，可以与多边形凹槽3c的内部配合。

例如，当从平面视图观看时(图3A)，多边形凹槽3c可以具有多边形的横截面，例如具有边长约为2.5mm的方形横截面。例如，多边形凹槽3c还可以从方形横截面的每个拐角处延伸(例如，宽度约为0.50mm)，从而这些延伸部分(即，拐角切口)中的两个延伸部分在方形横截面的对角线上对准。这些延伸部分允许第一光学元件1的拐角在xy平面中与筒3的表面间隔开并且允许第一光学元件1在z轴上与安装面齐平，例如允许第一光学元件1一直安置在安装面上。

如图3A至图3B所示，筒3的内周部3d将多边形凹槽3c包围，例如，完全包围。例如，多边形凹槽3c可与筒3的内周部3d同心，并且可具有比筒3的内周部3d的直径更小的宽度(例如，更小的直径)(图3B)。这样，尽管内周部3d具有圆形形状，在内周部3d将多边形的第一光学元件1包围的同时，仍可以将多边形的第一光学元件1对准并配合到多边形凹槽3c内。在这方面，应注意，内周部3d指的是由筒3的与间隔物2和第二光学元件4重叠的内侧面所限定的圆筒的周部。

如图4A至图4B所示，间隔物2具有圆形形状并且带有贯穿其中的孔洞，例如具有环形或圆环形状。如图4C中所示，间隔物2包括外表面2a和内表面2b，其中外表面2a在间隔物2位于筒3的内部时面向第一光学元件1，并且内表面2b与外表面2a相反且平行并在间隔物2位于筒3的内部时面向第二光学元件4。间隔物2的内表面2b包括凹部，凹部限定多边形凹槽2c并围绕间隔物2的孔洞。

详细地，如图4C至图4D所示，间隔物2的内表面2b具有台阶型结构(例如，具有平坦表面以及从平坦表面延伸并与孔洞重叠的凹部)以包括多边形凹槽2c，从而可以将多边形的结构容纳在多边形凹槽2c中。例如，当从平面视图观看时(图4D)，多边形凹槽2c可以是具有从间隔物2的内表面2b朝向间隔物2的外表面2a延伸的进深的多边形凹部。例如，参考图4C，如果间隔物2的内表面2b与外表面2a之间沿z轴的距离为预定距离，例如，约0.86mm，则多边形凹槽2c的深度(从内表面2b测量到多边形凹槽2c的底部为止)可以在上述预定距离的四分之一至三分之一之间，例如，约为0.25mm。

多边形凹槽2c可以与第二光学元件4的尺寸和形状相对应，从而可以将第二光学元件4的至少一部分对准并配合到多边形凹槽2c内。例如，如图4C所示，第二光学元件4的厚度可以等于多边形凹槽2c的深度，从而整个第二光学元件4，例如就深度和宽度而言，可以配合到多边形凹槽2c内。如之前参考筒3的多边形凹槽3c中的延伸部分所讨论的那样，多边形凹槽2c也可以从其拐角处延伸，例如，以便允许第二光学元件4在z方向上与安装面齐平。

例如，当从平面视图观看时(图4D)，多边形凹槽2c的横截面可以与筒3的多边形凹槽3c的横截面具有相同的形状和尺寸。例如，多边形凹槽2c可与筒3的内径3d同心，并且可具有比筒3的内径3d更小的宽度(例如，直径)(图2B)。这样，尽管间隔物2和筒3的内径3d具有圆形形状，但仍可以将多边形的第二光学元件4对准并配合到多边形凹槽2内。然而，多边形凹槽3c和多边形凹槽2c可以设计为适应其它光学元件，例如，这些光学元件可具有不同宽度(图10A)。

根据其它实施例，如参考图5A至图5F以及图6A至图6E所讨论的那样，筒3的多边形凹槽3c还可以包括用于对准筒3中的间隔物2和/或第二光学元件4的对准标记。

例如，与图1A和图1B中的透镜1和透镜4不同，在图5A至图5F中可以看出，透镜1和透镜4’可以具有相同尺寸的小片(die)。间隔物2’可以简单地对透镜1与透镜4’进行分隔，即，间隔物2’可以不具有凹槽或其它配准特征。筒3可以包括与多边形凹槽3c相邻(例如，围绕多边形凹槽3c)的接入点31(例如，半圆形特性)，接入点31允许分配粘合剂(例如，环氧树脂或胶)以将透镜1、透镜4和间隔物2粘合至筒3。

在另一实例中，如图6A至图6E所示，筒3可以包括用于对准第二光学元件4的与多边形凹槽3c相邻(例如，围绕多边形凹槽3c)的对准标记33(例如，三角形特征)。可以相对于第一光学元件(即，非圆形的元件)的位置而旋转第二光学元件4(即，非圆形的元件)以使第二光学元件4进入位于筒3中的经旋转的凹槽中。因此，间隔物2实际上是整合在筒3中的并且第一光学元件1与第二光学元件4之间的间隔由从筒3的底边起例如约0.718mm的凸缘高度控制。例如，第二光学元件4可以在筒3中相对于第一光学元件1旋转45度。

根据其它实施例，诸如在工作波段在例如7.5μm-13.5μm的任意子集上或可见区域中的照相机等中，可以调节间隔物2的内径以使到达传感器9(图7C)的杂散光减少到最少。即，参考图7A和图7B，间隔物2的内径2d的轮廓(例如，几何轮廓线)可以如图7B中所示那样弯曲，以便将杂散光减少到最少或抑制杂散光，从而改善光学性能。应注意，杂散光包括以超出视场的角度进入光学系统(例如，照相机)的光以及在视场内并且在光学系统内反射并发生散射的光。位于表面A的孔径光阑AS也有助于限制视场。

详细地，参考图7B至图7C，间隔物2的内径2d(即，间隔物2的与第一光学元件1和第二光学元件4之间的空气间隙面对的表面)可以包括第一部分11、第二部分12、第三部分13和第四部分14。第一部分11至第四部分14限定了单个并且连续的表面，并且为清楚起见分开标识和描述这些部分。

如之前参考图4C至图4D所讨论的那样，如图7B至图7C所示，第一部分11从间隔物2的内表面2b延伸以限定多边形凹槽2c。第二部分12从第一部分11连续地延伸，即，从多边形凹槽2c垂直地朝向间隔物2的外表面2a延伸。第三部分13从第二部分12朝向第四部分14而弯曲，例如，第三部分13可以相对于第一光学元件1与第二光学元件4之间的空气间隙呈凹形。第四部分将第三部分连接至外表面2a并且为倾斜的，例如，从第四部分14朝向且超出筒3的外表面3a而延伸和延续的假想线限定了具有角度(即，约37度的顶角)的锥形。例如，间隔物2的对应于第一部分11的厚度可以为约0.32mm，间隔物2的对应于第二部分12的厚度可以为约0.37mm，间隔物2的对应于第三部分13的厚度可以为约0.11mm并且间隔物2的对应于第四部分14的厚度可以为约0.20mm，这里厚度指的是沿垂直于外表面2a的方向的测量值。

图7A至图7B中的间隔物2的内径2d的轮廓是通过迭代过程和用于分析穿过筒组件的光学路径的光学建模得到的。还可以通过在光学元件上(例如，在光学路径的全部表面上)涂布抗反射涂层进一步抑制杂散光。

根据其它实施例，间隔物2的外径可以调整为包括台阶型切口。即，参考图8A至图8B，当间隔物2处于自动化设备分拣器的通道中时，间隔物2的外周部中的台阶型切口在间隔物2的正面朝上的取向与正反颠倒的取向之间提供高度差。这样，自动化设备分拣器可仅使用机械法分拣间隔物，从而能够进行快速和有效的自动化分拣。

换言之，根据实施例，台阶型切口允许间隔物2的较厚的中间部分落入标准的自动化部件分拣器的通道中。安置在通道中的正面朝上的部件与安放在通道上的正反颠倒的部件之间的高度差，允许分拣器仅使用机械法就能在使正确取向的部件通过的同时拒绝正反颠倒的部件通过。与之对比，当标准的自动化分拣设备不能机械地识别间隔物在正面朝上的取向或正反颠倒的取向上的差别时，设备成本和周期时间都会增加。

详细地，如图8A所示，可以移除间隔物2的侧部分(交叉阴影线)，从而使得间隔物2的中央部分21延伸到间隔物2的侧部分22的上方(图8B)。即，如图8B所示，移除部分限定了从间隔物2的外表面2a起的台阶型切口2e(即，对准凹口2e)，例如，使得外表面2a与台阶表面2a’之间具有约0.30mm的台阶差。间隔物2的中央部分21的宽度(例如，沿x轴)可以小于自动化分拣器设备中的通道的宽度，从而间隔物2的中央部分21可以配合在通道中。因此，例如，与当内表面2b没有配合在通道中并使间隔物2位于通道的上方时(指示错误的取向)通道的底部与外表面2a之间的距离相比，当中央部分21配合在通道内部时，从通道的底部到间隔物2的内表面2b的距离较小。这样，为了通过分拣设备自动地拾取和放置，利用间隔物2上的台阶型切口2e对间隔物2进行取向，从而降低自动化分拣器的复杂度和成本。

根据其它实施例，可以调整间隔物2的外径以防止气体截留在第一光学元件1与第二光学元件4之间。即，参考图9A至图9E，在间隔物2的内径与筒3的内径3d之间限定有空间部，并且在间隔物2的底部形成有凹口。因此，被截留的气体可以通过限定的空间部和/或通过凹口从间隔物2的内部空腔穿到间隔物2的外侧。与之对比，当来自大气的气体被截留(例如，在组装期间)在间隔物2的内部空腔中(例如，在第一光学元件1与第二光学元件4之间)时，在组装期间升高的温度可能会增加气体的压力，从而触发组件的潜在变形或损坏。

因此，根据实施例，在间隔物2的外径2f中形成平台2g(例如，空间部)以便限定间隔物2的内部空腔与筒3之间沿间隔物2的宽度方向(例如，沿xy平面中的整个宽度方向)的间隙。间隔物2的底表面中附加有凹口2h，凹口2h相对于平台2g的方向进行取向，以便允许被截留的气体从间隔物2的内部空腔穿到间隔物2的外侧。附加的平台2g和凹口2h在保持光学性能的同时防止气体截留，即，提供气体的排出。换言之，在间隔物2的任一侧上的平台2g限定用于空气排放路径的排气通道，空气在热固化处理期间会发生膨胀，膨胀有可能导致光学元件在筒3内移动，同时凹口2h是这样的排气特征：允许空气从间隔物2的内部空腔(即，从光学元件1与光学元件4之间的空间)逸出，而不会使光学元件1和光学元件4移动。

详细地，参考图9A，多个平台2g可沿间隔物2的外径2f彼此间隔开。如图9A至图9B所示，每个平台2g可沿间隔物2的宽度方向延伸，例如，沿在径向上的整个宽度方向延伸。换言之，每个平台2g可以是间隔物2的相邻的部分2k之间的空间部，从而使得平台2g与间隔物2的内部(即，内部空腔2s)流体连通。由于多个平台2g是彼此间隔开的并且位于筒3的内径3d与间隔物2的内部空腔2s之间，因此各个平台2g限定了空间部(例如，间隙)。此外，如图9A和图9E所示，移除间隔物2的一部分，使得间隔物2的部分2k沿径向的厚度小于在间隔物2的内径2d与间隔物2的外径之间所测得的厚度。

此外，参考图9A和图9C至图9D，凹口2h可形成在间隔物2的底部中，并且可穿过间隔物2的整个厚度沿径向延伸。即，间隔物2的内部空腔2s和间隔物2的外部可以通过凹口2h彼此流体连通。例如，凹口的高度可为约0.10mm并且半径可为约0.40mm。

根据其它实施例，边缘缺口，例如，设计到多边形凹槽的底部中的沟部，形成为使多边形的光学元件(例如，切成方形的透镜小片)能平放在多边形凹槽中，从而避免在成型内边缘时产生的干涉。与之对比，当注射成型的部件的内拐角具有无边缘缺口的一些圆状部分时，圆状部分会妨碍多边形的光学元件(例如，方形透镜小片)齐平地安置在安装面上。例如，当多边形的光学元件的拐角配合在无边缘缺口的圆状内边缘中时，多边形的光学元件的拐角的尖锐边缘不能与圆状内边缘的圆状表面合适地匹配，即，尖锐边缘仅有单个点与圆状表面接触。这样，可能在多边形的光学元件与凹槽之间限定有间隙，从而导致多边形的光学元件的不稳定和倾斜，从而降低光学性能。

因此，根据实施例并如图10A所示，筒3’可包括位于多边形凹槽3c中的边缘缺口3e，从而第一光学元件1的尖锐边缘可以合适地配合在多边形凹槽3c中。即，如图10C所示(放大的部分B)，边缘缺口3e(例如，作为具有多边形截面的沟槽)可以从多边形凹槽3c的拐角朝向外表面3a延伸，从而第一光学元件1的横侧可以与多边形凹槽3c的内侧表面齐平地定位。在另一实例中，如图10D所示，边缘缺口3e’可以是半圆形的沟槽。例如，边缘缺口3e沿z轴的高度可为多边形凹槽3c的高度的约15％，例如，边缘缺口3e的高度可以为约0.050mm至约0.085mm。例如，如图10B中的平面图进一步示出，每个边缘缺口3e可以具有直线形状，从而多个边缘缺口3e(例如，四个边缘缺口3e)可以彼此间隔开并且布置为限定矩形(例如，方形)。

在其它实施例中，如图11A至11C所示，可以由不同形状的延伸体限定拐角缺口。此外，如之前参考图3A中的多边形凹槽3c所讨论的那样，如图11A所示，多边形凹槽3c的延伸部分可以为拐角缺口3k。

图12A和图12B示出其它实例的光学元件14、光学元件15，这些光学元件具有非圆形外轮廓或周部14b、15b，在光学元件14、光学元件15中的至少一个表面上具有圆形的透镜14a、15a。与具有圆形轮廓的元件相比，在保留径向对称以简化对准的同时，这种特定的非圆形横截面将允许更多的圆形透镜更紧密地封装在晶圆上。

通过总结和回顾，根据实施例，可以将非圆形的小片对准并固定在圆筒形的筒中。尽管上述实施例涉及收纳两个光学元件的筒，但上述实施例可适于容纳单个光学元件或多于两个光学元件。例如，单个光学元件可设置在筒中的凹槽中或可设置在具有凹槽的间隔物中。间隔物、凹槽和/或缺口可以与筒本身形成为一体。此外，筒可容纳圆形的元件，例如，圆形的小片或圆形的离散制造的光学元件。尽管在用于LWIR成像的筒中使用多边形的小片可能并非是常规的，但容纳这些小片的实施方式(例如，涉及收纳两个光学元件的筒、拐角缺口和/或边缘缺口的实施例)的细节可用在除了LWIR之外的其它波长区域，例如可见光区域。

制造方法

上述光学元件中的一个或两个可以是硅。可以使用例如在美国专利No.6,027,595中公开的印模和转移技术来制造上述透镜表面中的任意一个、两个或全部，该美国申请的全部内容通过引用的方式并入本文。如上所述，可以以晶圆级制作这些表面，即，可以同时将这些表面中的多个表面复制和转移到晶圆上，并且随后分割，以实现单独的光学元件。这种分割(单片化)可包括切片、钻芯(coredrilling)和/或刻蚀和划线。根据光学元件的材料，用于形成一个或多个透镜表面的其它技术可以包括金刚石车削或成型，例如高温成型。

尽管上述两个光学元件为硅，但也可以一个是硅而另一个可以是用于LWIR成像的更常规的材料。

分析物检测器

上述光学筒组件的一个或多个特征可以用于在无需聚光的其它光学系统中辅助地对光进行遮挡。例如，分析物检测器通常使用传感器组件，传感器组件依赖由光传感器测量的发光变化来指示目标分析物的存在。发光变化可以是所发射的光的可检测到的增强或减弱。由于传感器组件使用暗场检测器测量光的增强或存在，排除进入光传感器构件的环境光将提高分析物检测器的准确度和总灵敏度。

如下面所详细描述的那样，一个或多个实施例涉及提供分析物检测器110的壳体112的遮光组件115的改进的遮光能力。

参考图14至图20，采样头114与插入在采样头114中的遮光套筒122的相互作用限定了从检测器110的外部至传感器组件154的流体流动路径130。从而，套筒122与采样头114协同提供从环境至检测器端口152的流体路径130，即，采样头114与遮光套筒122提供遮光组件115。尽管在图13中被示出，但作为要传送到传感器组件154的样品的进入点，遮光组件115可定位在环境与传感器组件154之间的任意位置。出于本公开的目的，本讨论将如图13中所示的那样描述遮光组件115。当用于其它构造中时，由套筒122与采样头114协同提供的遮光能力将保持不变；然而，采样头114可简化为主要是用于套筒122的壳体。

采样头114具有从第一端118穿到第二端120的孔116。孔116可为圆筒形的并且用作用于遮光套筒122的筒。孔116具有与遮光套筒122的外径相对应的内径。可利用遮光套筒122在孔116中的压力配合将遮光套筒122保持在孔116中，尽管其它用于将遮光套筒122保持在孔116中的构造也可为检测器10提供合适的性能。因此，仅通过摩擦就可将遮光套筒122保持在孔116中。为了阻止光沿着由遮光套筒122的外表面与孔116的内表面限定的配合接面148传输，可以将密封件150(例如，O形环、垫圈或其它适于封闭配合接面148的材料)定位在孔116中的与遮光套筒122的出口128相对应的一侧上。可通过使用诸如但不限于室温硫化(RTV)密封剂、聚氨酯、氢化丁腈橡胶(HNBR)和三元乙丙橡胶(EPDM)的材料来在适当位置形成密封件150。另外，可以将由前述化合物以及硅树脂、氟弹性体橡胶、氯丁橡胶和聚四氟乙烯(PTFE)制备的插入垫圈、O形环或其它类似的构件插在孔116中的遮光套筒122的出口128侧。一般来说，只要组成物不干扰传感器组件154中的传感器(未示出)，任何的组成物都能用于密封件150。

孔116的内径还可大于检测器端口152的外径。从而，配合接面148的位置将在传感器组件154中的检测器(未示出)的光学空间的外侧。另外，配合接面148将在由检测器端口152限定的流体流动路径的外侧。从而，借助密封件150将阻止任何穿透配合接面148的环境光进入传感器组件154。如图13中所示出的那样，检测器端口152为毛细管。然而，可以使用其它构件来提供从遮光组件115至检测器组件154的流体连通。密封件150也可以提供位于采样头114的出口端或第二端120中的排出口152的流体密封和保持。如图13中所示出的那样，端口152提供与传感器组件154的流体连通。

穿过遮光套筒122的流动路径130的构造还有助于增强遮光组件115的遮光能力。如图14和图17至图22中所示出的那样，流动路径130具有至少两个角形过渡部。因此，穿过遮光套筒122的流体在经由出口128离开并穿入检测器端口152之前必须发生至少两次方向改变。此外，流动路径130在流体流路中具有低的死区容积。当流动路径与配合接面交叉时或者当在流体流动路径的内部或附近存在具有停滞的或不一致的流动模式的空腔时会产生死区容积。经过图14、图16至图20中的实施例的各个流动路径的估算的死区容积的表面积(平方英寸)为0.0025in²。一般来说，合适的遮光组件115的死区容积在约零死区容积至约0.0125平方英寸的范围内，例如，等于或小于0.0075平方英寸。

更典型地，在实施例中，如图14和图17至图20中所示出的那样，包含有流体的分析物将经过四个角形过渡部。参考图17和图18，分析物采集区126是凹部区，该凹部区设置为经由与分析物检测器10相联的泵(未示出)将分析物从表面、扫刷器(swipe)或其它采集装置转移到采样头114中。载有分析物的流体穿过入口124并穿过流体路径130到达出口128。如所示出的那样，流体路径130具有由角形过渡部132、134、136和138限定的五个部分131、133、135、137和139。在图17至图20的实施例中，角形过渡部132、134、136和138具有最小的死区空间，从而增大了分析物经过流体路径130到达传感器组件154的通道。

如图14、图17至图20中所示出的那样，流动路径部130由孔116的内表面与遮光套筒122中的槽40限定。因此，遮光套筒122的构造通过能够采用形成流动路径部131、133、137和139的简单的钻孔技术而简化了制造过程。因此，一个或多个实施例还可以降低整个制造成本。此外，由于采样头114与遮光套筒122的组件化，一个或多个实施例可允许将现有检测器与遮光组件115容易地加装在一起。

在如图19至图20中所示出的可选实施例中，采样头114的第二端120承载有突伸到孔116的内部空间中的凸缘158。对于位于孔116中的遮光套筒122，可将遮光套筒122压力配合在孔116中直至与凸缘158接触。从而，凸缘158将减少或排除任何穿透配合接面148到达传感器组件154的光的通道。在本实施例中，密封件150可以提供位于采样头114的出口端或第二端120中的端口152的流体密封和保持。

图21示出了遮光套筒122’的可选实施例。在本实施例中，流体路径130’具有三个限定流动路径161、163、165和167的角形过渡部160、162和164。另外，槽140已被孔眼170替代，孔眼170具有足以容许钻出流动路径163和流动路径165的直径。如在以上实施例中所述的那样，孔116的内表面将整个流体路径130’的一部分限定在孔眼170的区域中。最后，图21中示出的遮光套筒122’的实施例可与图17至图20中示出的采样头114的任一形式一起使用。

图22示出了遮光套筒122’的可选实施例。在本实施例中，流体路径130’具有两个限定流动路径175、177和179的角形过渡部174、176。孔眼170具有足以容许钻出流动路径175和流动路径177的直径。如在以上实施例中所述的那样，孔116的内表面将整个流体路径130’的一部分限定在孔眼170的区域中。最后，图22中示出的遮光套筒122’的实施例可与图17至图20中示出的采样头114的任一形式一起使用。

在任何流动路径中的样品流动方向的角度变化的范围可以为从约10°到约170°，例如，从约20°到约120°。此外，角度变化的范围可以为从约80°到约110°。参考图21，三个角形过渡部160、162和164的角度变化分别为115°、20°、115°。

如这里所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列举事项的任何和所有组合。此外，虽然诸如“第一”、“第二”、“第三”等术语可以在本文中用来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限定。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层和/或部分与另一个元件、部件、区域、层和/或部分区分开。因此，在不脱离本文所述实施例的教导的情况下，第一元件、部件、区域、层和/或部分可以称为第二元件、组件、区域、层和/或部分。

诸如“之下”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等空间相关术语可以在本文中用于方便地描述如附图所示的一个元件或特征关于其它元件或特征(一个或多个)的关系。应理解的是，空间相关术语意在涵盖使用或操作中的装置的除了在附图中示出的取向之外的不同取向。例如如果附图中的装置被倒置过来，描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件于是将取向为在其它元件或特征的“上方”。这样，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两个取向。所述装置可以以其它方式取向(转动90度或处于其它取向)，本文所使用的空间相关描述语也相应地进行解释。

除非上下文中明确地指出，在本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”也意在包括复数形式。还应当理解的是，术语“包括”、“含有”、“包含”和“具有”表示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件、部件等，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件、组等的存在或添加。

本文已经公开了本发明的实施例，尽管使用了具体的术语，但是这些术语应仅仅以一般性和描述性的意义来使用和理解，而不是用于限定的目的。在某些情况下，在提交本申请时，对于本领域的普通技术人员显而易见的是，结合特定实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用或与结合其它实施例描述的特征、特性、和/或元件结合使用，另有明确说明除外。因此，本领域的普通技术人员应理解的是，在不脱离以下权利要求书所述的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (20)

1.一种光学筒组件，包括：

筒，其具有内底表面和从所述内底表面延伸的内侧表面，所述内底表面和所述内侧表面限定圆筒形壳体；以及

第一元件，其由所述筒的所述内侧表面包围，其中所述第一元件的外周部的形状不同于由所述圆筒形壳体限定的周部的形状。

2.根据权利要求1所述的光学筒组件，其中所述第一元件为高折射率材料的第一光学元件。

3.根据权利要求2所述的光学筒组件，其中所述第一光学元件为多边形的。

4.根据权利要求2所述的光学筒组件，其中所述筒的所述内底表面包括多边形凹槽，所述第一光学元件至少部分地位于所述多边形凹槽内。

5.根据权利要求4所述的光学筒组件，其中所述多边形凹槽的宽度等于多边形的所述第一光学元件的宽度，所述多边形凹槽和所述第一光学元件的宽度小于限定所述圆筒形壳体的所述内侧表面的宽度。

6.根据权利要求2所述的光学筒组件，还包括高折射率材料的第二光学元件，所述第二光学元件在所述第一光学元件上并在所述圆筒形壳体的内部。

7.根据权利要求6所述的光学筒组件，还包括间隔物，所述间隔物在所述第一光学元件与所述第二光学元件之间。

8.根据权利要求7所述的光学筒组件，其中所述间隔物的内径具有不均一的宽度。

9.根据权利要求8所述的光学筒组件，其中所述间隔物的内径的不均一的宽度构造为使杂散光最少。

10.根据权利要求1所述的光学筒组件，其中所述筒为采样头的孔并且所述第一元件为具有彼此流体连通的入口和出口的遮光套筒，所述入口与所述出口之间的流体路径具有至少两个角形过渡部，所述流体路径的一部分由所述采样头的所述孔的内壁限定并且所述遮光套筒提供所述筒的外部与传感器组件之间的流体连通。

11.根据权利要求10所述的光学筒组件，还包括密封材料，所述密封材料在所述遮光套筒与所述孔之间并且邻近所述出口。

12.根据权利要求10所述的光学筒组件，其中所述采样头包括邻近所述出口的向内突出的凸缘，所述遮光套筒与所述向内突出的凸缘接触。

13.根据权利要求1所述的光学筒组件，其中所述侧表面包括与所述元件接触的向内突出的结构。

14.根据权利要求1所述的光学筒组件，还包括凹槽，所述凹槽与所述第一元件的所述外周部匹配，所述第一元件至少部分地位于所述凹槽内。

15.一种检测器，包括：

传感器；以及

光学筒组件，所述光学筒组件包括：

筒，其具有内底表面和从所述内底表面延伸的内侧表面，所述内底表面和所述内侧表面限定圆筒形壳体；以及

第一元件，其由所述筒的所述内侧表面包围，其中所述第一元件的外周部的形状不同于由所述圆筒形壳体限定的周部的形状。

16.根据权利要求15所述的检测器，其中所述传感器为长波红外(LWIR)传感器。

17.根据权利要求16所述的检测器，其中所述第一元件为高折射率材料的光学元件。

18.根据权利要求15所述的检测器，其中所述传感器为光传感器。

19.根据权利要求18所述的检测器，其中所述筒为采样头的孔并且所述第一元件为具有彼此流体连通的入口和出口的遮光套筒，所述入口与所述出口之间的流体路径具有至少两个角形过渡部，所述流体路径的一部分由所述采样头的内壁限定并且所述遮光套筒提供所述筒的外部与传感器组件之间的流体连通。

20.一种组装镜筒的方法，包括：

从具有多个第一光学元件的晶圆分割出高折射率材料的第一光学元件小片，所述第一光学元件小片具有非圆形的轮廓；

设置具有内底表面和从所述内底表面延伸的内侧表面的筒，所述内底表面和所述内侧表面限定圆筒形壳体；以及

将所述第一光学元件小片设置在所述圆筒形壳体的内部并由所述筒的所述内侧表面包围。