CN108700705B - 具有光采样的光学检测系统 - Google Patents

Abstract

包括方法和装置的系统，该系统用于光学检测。该系统可包括用以产生光束的光源、光学元件以及检测器。光学元件可包括具有轴和尖部的光导，该尖部形成光导的倾斜端。光学元件可延伸进光束中，使得尖部和至少一部分轴位于光束内，且光学元件的窗口位于光束外。可以将入射到尖部的光束纵向地传输穿过光导并且离开窗口，而可以将入射到轴上的光束横向地传输穿过轴并且留在下游的光束中。检测器可以配置为检测从窗口接受到的光。

Description

具有光采样的光学检测系统

优先权申请的交叉引用

本申请基于并要求2015年12月29日提交的美国临时专利申请S/N.62/272,436的35 U.S.C.§119(e)的优先权权益，所述美国申请出于所有目的通过引用以其全部内容结合于此。

其他材料的交叉引用

本申请出于所有目的通过引用以其全部内容结合以下材料：Joseph R.Lakowicz，荧光光谱学原理(PRINCIPLES OF FLUORESCENCE SPECTROSCOPY)(第二版，1999年)。

引言

光学检测系统通常配备有至少一个光源来产生光束以用于照射检查位置。能够利用检测器检测由照射所引发的信号，该信号的强度基于光束的强度。相应地，通常由系统来监视光束强度并且可以通过反馈机制来控制光束强度以使波动最小化。

对光束的光强度进行采样的一种流行方式是分束器，其定位于光源与检查位置之间的光路中。分束器仅将光束的光的一小部分反射至采样检测器，而允许剩下的光留在通往检查位置的光路上。可替代地，分束器将大部分光束的光反射向检查位置，而将一小部分光传输至采样检测器。在任一情况下，因为分束器的覆盖面积通常大于光束的截面，所以分束器可能在系统中占据大量的空间。并且，从光束反射出的光分布在对应于光束的大小的区域中。通过使得用于更宽的光束的更大的采样检测器或者将反射光聚焦到较小的采样检测器的一个或多个附加光学元件变得必要，该关系会提高成本以及复杂度。

对光束采样的另一个方法利用小镜子来将光反射出光束至采样检测器。然而，用于镜子的支撑件阻挡了一部分光束，这降低了系统的效率。并且，建立并保持采样检测器与镜子的正确对准会成为问题。

发明内容

本公开提供了包括方法和装置的系统，该系统用于光学检测。该系统可包括用以产生光束的光源、光学元件以及检测器。光学元件可包括具有轴和尖部的光导，该尖部形成光导的倾斜端。光学元件可延伸进光束中，使得尖部和至少一部分的轴位于光束内，且光学元件的窗口位于光束外。可以将入射到尖部的光束纵向地传输穿过光导并射出窗口，而可以将入射到轴上的光束横向地传输穿过轴并留在下游的光束中。检测器可以配置为检测从窗口接受到的光。

附图说明

图1是根据本公开的各方面的示例性光学检测系统的所选方面示意性的、不完全的视图，该示例性光学检测系统配置为监视并控制光束的强度，该系统包括延伸进光束中的示例性光学元件(光采样器)并配置为将一部分光束的光转移出光束并转移向采样检测器。

图2是在光采样器周围截取的图1的检测系统视图，示出了如何将入射到采样器的尖部的光转移用于纵向地传输穿过采样器的轴，而将入射到轴上的光横向地传输穿过轴而无大量偏转并且留在采样器的下游的光束中。

图3是如图2中那样截取的但无光束的图1的光采样器的视图。

图4是大体上沿穿过光采样器的尖部的图2的线4-4截取的图1的检测系统的不完全的、剖面的视图。

图5是大体上沿穿过光采样器的轴的图2的线5-5截取的图1的检测系统的不完全的、剖面的视图。

图6是在尖部和轴的邻近的区域周围截取的图1的光采样器的不完全的视图。

图7是根据本公开的各方面的具有另一个示例性光采样器的图1的检测系统的不完全的视图。

图8是根据本公开的各方面的具有又一个示例性光采样器的图1的检测系统的不完全的视图。

图9是用于图1的检测系统的光采样器的实施例的等距视图。

图10是图9的光采样器的俯视图。

图11是图9的光采样器的仰视图。

图12是大体上沿图10的线12-12截取的图9的光采样器的正视图。

图13是大体上沿图10的线13-13截取的图9的光采样器的另一个正视图。

图14是大体上沿图10的线14-14截取的图9的光采样器的截面图。

图15是大体上沿图1中的线15-15截取的由光采样器传输出光束并传输向图1中的检测器的光的计算出的强度分布。

图16是在光采样器的下游大体上沿图10的线16-16截取的图1的光束的计算出的强度分布。

图17是结合了光采样器以将光转移出光束并转移至检测器的示例性光致发光检测系统的示意性视图，该示例性光致发光检测系统用于监视和/或控制入射到检查位置上的激发光的强度。

具体实施方式

本公开提供了包括方法和装置的系统，该系统用于光学检测。该系统可包括用以产生光束的光源、光学元件以及检测器。光学元件可包括具有轴和尖部的光导，该尖部形成光导的倾斜端。光学元件可延伸进光束，使得尖部和至少一部分的轴位于光束内，且光学元件的窗口位于光束外。可以将入射到尖部的光束纵向地传输穿过光导并射出窗口，而可以将入射到轴上的光束横向地传输穿过轴并留在下游的光束中。检测器可以配置为检测从窗口接受到的光。

提供了用于对光进行采样的示例性光学元件。光学元件可以包括光导，光导配置为通过内反射(例如，全内反射)纵向地传输光穿过光导。光导可以包括具有四侧和矩形截面的轴。光学元件还可包括尖部，该尖部从轴逐渐变细以形成光导的倾斜端。尖部可以具有与轴的四侧之一共面且相连续的壁区。在一些情况中，尖部可包括每一个与轴的不同侧共面且相连续的三个壁区。光学元件还可以包括窗口，该窗口位于尖部对面且与轴和尖部一体形成。尖部以及至少一部分的轴可配置为可操作地设置在光束中，该轴被安排为与光束正交并且窗口位于光束外，使得入射到尖部的光束的光进入尖部且被光导的倾斜端反射进入轴中并且被纵向地传输穿过轴并射出窗口，而入射到轴的四个侧壁之一的光束的光被横向地传输穿过轴并留在轴的下游的光束中。

提供了监视光束的强度的示例性方法。在该方法中，可以产生光束。光束可入射到如以上和/或本文中其他地方所描述的光学元件上。可以检测离开光学元件而到光束外的光来创建信号。

包括用于耦合在光导内或光导外的光的全内反射元件的光导广泛用于各种光传输应用中。但是，本公开涉及用于为了光强度监视和/或稳定化的目的对光束进行采样的光导。相比于使用拥有受控反射的分束器的流行的解决方法，所公开的光采样器具有数个独特的优势。例如，光采样器能够具有非常小的覆盖面积且可以轻易地装入现有的光学布局中，和/或可以利用于空间约束应用中。并且，无论入射光束的宽度如何，由光采样器转移至采样检测器的光束的面积都与光导的截面大小相当。与利用小的采样镜子的解决方法相反，光采样器能够可操作地定位在光束中而无阻挡一些入射光的支撑件。最终，对于大容积应用，可以是具有其独有的支撑件和对准特征的单个模制部件的光采样器的成本可以大大低于替代设计。

I.检测系统概览

本章节提供了具有光采样的示例性检测系统50的概览；参见图1-8。检测系统可互换地可称为照明系统。

检测系统50监视和/或稳定光54的光束52的强度。由至少一个光源56所产生的光束跟随限定光轴57的光路，并且可由至少一个光学元件(例如，聚焦透镜58)准直。另一个光学元件(光采样器60)可操作地设置在光束52中，可选地在聚焦透镜58的下游的光束的经准直的区域中。由箭头64所指示的那样，光采样器60配置为将光54的一部分连续地转移出光束并且将经转移的光传输向检测器62。

在本公开中，术语“光”和“光学辐射”可互换使用。任一术语表示紫外辐射、可见光或红外辐射或其任何组合。

图1的光束52中的开放的、水平的箭头指示了光束中光传播的方向。为了方便描述，光可被认为像流体那样“流动”，光在光束中从“上游”位置向“下游”位置行进。也能够根据该流体类比对与光束相关的物理元件的布置进行描述。例如，在图1中，光源56是聚焦透镜58的上游，聚焦透镜58进而是光采样器60的上游。

分别在68和70处所指示的那样，处理器66可以可操作地连接至检测器62和光源56以创建反馈环路72。每个连接可以包括有线和/或无线通信。检测器62检测由光采样器60所接收的光学辐射并创建代表检测到的光学辐射的检测到的信号。由在74处的箭头示意性地指示的那样，将检测到的信号传送至处理器66。由在76处的箭头示意性地指示的那样，作为响应，处理器向光源56发送控制信号(例如，经由光源驱动器)。基于检测到的信号，由处理器产生控制信号，并且该控制信号控制光源的操作。例如，控制信号可以调整来自光源的光学辐射的输出以使光束52的强度稳定。可将处理器描述为控制器，该控制器可以实现任何合适的反馈算法(诸如比例算法、比例积分算法或比例积分微分算法以及其他)。

系统50还可以包括一个或多个其他探测器。这些其他探测器中的每个可以配置为检测由光束与设置在检查位置中的样品的相互作用所导致的光。检测到的光可以是由光束所诱发的光致发光(例如荧光或磷光)。可替代地或另外地，检测到的光可以是来自已经被样品折射、反射、散射、相移、偏振转变、衍射和/或传输以及其他的光束的光。

在一些实施例中，系统50可以配置为监视光束52的强度而无任何反馈控制。例如，处理器66可以与检测器62进行通信但不与光源56进行通信。检测器62可以将检测到的信号传送至可以存储和/或处理信号的处理器。处理器66可以通过任何合适的机构(诸如显示器、打印机等等)将监视信号的结果传送至用户。

图2和3分别示出了具有光束52以及不具有光束52的光采样器60。光采样器包括转移部分78、限定长轴81的引导部分80以及可选地安装部分82。可以将转移部分和引导部分共同描述为光导83，光导83通过内反射(可选地为全内反射(TIR))纵向地传输光使其穿过光导。可以将光导83和引导部分80延长，并且可以沿它的至少一部分或它的整个长度呈线性。

在所描绘的实施例中，转移部分78由尖部84形成，以及引导部分80由轴86形成。尖部84从轴86的内端突出并逐渐变细，并且可以形成光导的倾斜端。在图2中，对轴的区域指定“内”和“外”是相对于光束的，轴的内端位于光束内部，并且轴的外端位于光束的外部。在图3中，在轴和尖部之间的概念性边界90作为虚线示出，该概念性边界90可以与轴和尖部彼此一体形成。

尖部的倾斜表面可以在其上具有反射性涂层以促进传统反射，或能够依靠全内反射进行操作。轴是透明的以准许光横向地穿过它，并且因此一般不涂覆有反射性材料。

纵向地传输光使其穿过光采样器60、光导83和/或轴86，在它们的相反两端进入以及离开采样器、光导和/或轴。相继沿着采样器、光导和/或轴的长轴来对相反两端进行布置。长轴可以是在线性的或者是非线性的(例如，曲线或直线和曲线的组合以及其他)。可至少主要通过全内反射来发生纵向传输。相应地，当纵向地传输穿过元件时，光的射线可以在采样器、光导和/或轴的相反侧面之间在Z字型路径上反弹。

安装部分82可以由设置在轴的外端的基座88形成。不考虑系统中采样器60的取向，并且因此不考虑基座和轴的相对高度，可以将安装部分描述为基座。安装部分可以与支架或其他系统的安装结构相接合以相对于光束固定采样器的位置，并且当采样器安装在系统中时可以支撑光导83。安装部分因此可以包括对准特征以确保在光束中光导和其壁的适当的取向。

在图2中(也参见图3)示出了光采样器60的每个部分的功能。光束52的尖部入射光92和轴入射光94按各自不同的方向穿过采样器，即，是纵向地(沿着轴86)或是横向地(穿过轴86)穿过采样器要取决于光是击中尖部84或是击中轴86。如由菲涅尔公式所预测的那样，大部分尖部入射光92的和大部分轴入射光94按各自不同的方向穿过采样器。

击中尖部84的上游侧96的尖部入射光92行进穿过尖部到其下游侧98，该尖部的下游侧98由光导的倾斜表面区域所形成(参见图2和3)。尖部的倾斜表面区域取向为接收以大于临界角的角度入射的光，使得通过全内反射有效地将尖部入射光92反射进入轴86。在示例性实施例中，尖部的倾斜表面区域是平坦的(即，平面的)并且可以例如取向为相对于光束轴和长轴81成45度。

轴沿其整体长度将光92传输至基座88(如果存在的话)。通过全内反射阻止光92在轴的内侧与外侧中间的任何位置离开轴。可以将经转移的光传输穿过基座88至定位在长轴81上的、与尖部84相对的出射窗口100。窗口100可以是位于尖部84对面并背离光导83的基座的表面区域。经转移的光可以在通向位于长轴81(和/或采样光学轴)上的采样检测器的路径上经由窗口100行进出采样器60。

在示例性实施例中，在光束52中采样器60取向为使得长轴81与光束的光路呈十字型交叉(例如，正交)(也参见图1)。轴86的任何合适的部分或轴的全部可以位于光束中，诸如小于或大于轴的长度的二分之一。然而，轴86的一部分和基座88的全部可以位于光束外。位于光束中的一部分轴可以是线性的，以及位于光束外的一部分轴可以是线性或非线性的。

击中轴86的上游侧102的轴入射光94横向地行进穿过轴到下游侧104。然而，光94在104一侧基本上没反射并因此离开轴来继续在光束中往轴86的下游行进。相应地，光94穿过轴而基本上不反射。

图4和5示出了分别穿过设置在光束52中的尖部84和一部分的轴86截取的截面视图。在图4中，尖部入射光92进入上游侧96并且随后通过下游侧98的倾斜表面区域反射进入轴中。在图5中，轴入射光94穿过上游侧102和下游侧104。

如所示的那样，尖部和轴各自具有矩形截面。例如，轴可以在截面上是正方形。可以将尖部84的上游侧96以及轴86的上游侧102和下游侧104各自安排成正交于光束轴，这样可使光束中的光的偏转最小化。可以将轴86的相反侧106、108以及尖部84的相应的相反侧安排为平行于光束的光轴。可以将轴(或尖部)的每一侧或它们的表面区域称为轴(或尖部)的侧壁或壁区。轴(或尖部)的每一侧或每一个壁区可以是平坦的(平面的)。

图6更详细地示出了光采样器60的端部区域。尖部84的倾斜侧98取向为相对于正交于长轴81的平面成非零角a。光92穿过上游侧96进入尖部84，并行进穿过尖部84到倾斜下游侧98。光92以与尖部的倾斜表面区域的法线成入射角b(即，90-a)击中倾斜侧98。角b大于尖部与周围介质(例如空气)之间的界面的临界角，这导致光92以全内反射被倾斜侧98反射。如图6中所示，如果角a是45度，光92反射进入轴86并平行于长轴81和轴的侧边，且轴的侧边的反射最小的状态来传播穿过轴的长度。在一些实施例中，只要角b大于临界角，角a大于或小于45度，例如，30-60度或40-50度以及其他，可以有效地发挥作用。

图7示出了利用另一个示例性光采样器60的检测系统50。图7的光采样器与图1相比具有不同的基座88。基座具有由突出部创建的凸区域110，该突出部位于光导的尖部对面且可选地位于轴86的长轴上。凸区域提供了窗口100。凸区域110和/或窗口100可以例如是球面的或非球面的。在描绘的实施例中，当光离开采样器时基座88的凸区域对光进行准直，这准许将检测器62可操作地定位为更远离光采样器。在其他实施例中，基座的凸窗口可以配置为将光聚焦向检测器62和/或聚焦到检测器62上。

图8示出了利用不具有基座88的示例性光采样器60的检测系统50(对比图3和8)。窗口100现在由轴86的外端所提供。窗口100可以附连(例如粘合)到检测器62的正面来为采样器提供支撑以及促进光采样器与检测器的对准。在描绘的实施例中，透明胶滴112将光采样器60安装到检测器62的正面。

每个光源可以产生任何合适的波长的光学辐射的光束。光源可以包括至少一个发光元件来发射光，并且可选地包括一个或多个光学元件来对发射的光进行收集和/或聚焦以形成光束。在沿光束的位置上光束可以是发散的、经准直的和/或会聚的。示例性光源和/或发光元件包括电致发光灯(例如发光二极管和激光(诸如激光二极管))、高强度放电灯(例如水银弧光灯)、荧光灯、白炽灯等等。

每个检测器可包括至少一个配置为检测任何合适的波长的光的光传感器。检测器可以是点检测器(例如光电二极管或光电倍增管)或图像传感器以及其他。示例性图像检测器对像素的二维阵列进行检测并且包括电荷耦合器件(CCD)传感器、有源像素传感器(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、N型金属氧化物半导体(NMOS)传感器等等)、多像素光子计数器(例如，硅光电倍增管)等等。

光采样器可具有任何合适的构造。采样器可以由聚合物、玻璃或任何其他的光学上合适的材料形成。所选择的材料可以在与空气的界面处具有任何合适的临界角。临界角是从法线到界面测量出的入射角，超过该入射角时发生全内反射。材料可以例如具有小于45度的临界角以及其他。采样器可具有整块构造和/或采样器的部分可以彼此一体形成。例如，忽略可以在尖部上(例如，在其下游侧上)存在的任何反射性涂层，轴和尖部可以彼此一体形成。并且或可替代地，安装部分和轴(和/或光导)可以彼此一体形成。相应地，在一些实施例中，采样器可以是单片的(忽略其上的任何涂层)。可替代地，在其他实施例中，采样器可以由彼此附连(例如粘合)的两个或两个以上的部件所形成。可以利用任何合适的处理来创建采样器，诸如注射模塑、机械加工和/或其他。

光采样器的安装部分可以具有任何合适的大小、形状和表面特征。正交于长轴81来测量，安装部分的宽度可以大于光导的宽度。在长轴81周围延伸的安装部分的周界可以是至少大体上圆形、椭圆形、多边形等等。平行于长轴81来测量，安装部分的特征平均尺寸可以是基本上小于光导和/或轴的长度，诸如小于长度的大约二分之一或五分之一以及其他。安装部分可以限定一个或多个凹部和/或一个或多个突出部，在该凹部和/或突出部处安装部分与检测系统的附连结构配合。

在以下章节中对可能合适的检测系统50和光采样器60的其他方面进行描述。

II.示例

以下示例描述了与具有光采样的监测系统相关的本公开的所选的方面和实施例。为了说明而包括了这些示例，且这些示例并不旨在限定或界定本公开的所有范围。

示例1.光采样器实施例

本示例描述了图1的光采样器的示例性实施例120；参见图9-14。光采样器120的特征的任何组合可以结合成在章节I中公开的任何光采样器。

光采样器120具有配备有用以促进安装和对准的特征的基座88。基座具有位于基座的周界的多个突出部122。当将基座压入安装支架中时，突出部提供过盈配合。基座还具有从基座88的底侧突出的引脚124。引脚限定了围绕长轴81的取样器的旋转取向(在该处能将基座压入安装支架)并确保相对于光束的旋转取向是正确的。凹部126由基座88的顶侧限定为与引脚124相对。当对光采样器进行注射模塑时，凹部为模具浇口提供了位置。

将采样器120的光学窗口100定位在长轴81上。窗口是凹陷的(参见图9和14)，当正对采样器进行操作或安装时这样可保护窗口免受损伤。

示例2.强度分布

本示例描述了利用图1的检测系统50的示例性实施例的光学建模软件计算出的光强分布；参见图1、15和16。

图15和16示出了利用光学建模程序(

版本13)生成的图像的截屏。预期入射光束是经准直的。即使是从会聚或分散的光束中，光采样器也将相当好地对光进行捕捉和引导。然而，在这样的情况中，光导可能干扰光场传播跨光导长度穿过光导。对于以法线方向入射到光导的前(上游)侧的经准直的光束，干扰是最小的。

图15示出了穿过窗口退出光采样器的光的强度分布。分布覆盖了2x2mm的区域。采样器附近的强度分布与光导截面相匹配，所以可以使用小面积光传感器。这与使用受控的、低反射比的分束器用于采样相反，其中经采样的光通常占据与入射的经准直的光束相同大小的区域。

图16示出了光采样器的光下游的强度分布。分布覆盖了15x15mm的区域。如所期望的，零强度的正方形区域代表由光导的倾斜端所形成的光反射表面的阴影。另外，光强分布仍保持部分不受干扰。当聚焦在系统的其他地方(例如，在检查位置上)时，在光束的光强分布中的暗光斑对光束的强度分布具有微不足道的影响。

示例3.具有光采样的光致发光检测系统

本示例描述了检测系统50的示例性实施例，即，光致发光检测系统150，其具有由光采样器60和相关联的采样检测器62使能的激发光强度的反馈控制；参见图17。在本示例中公开的特征的任何组合可以结合成章节I的任何检测系统，并且可以利用于本公开的任何光采样器(诸如在章节I和示例I中描述的那些)。

检测系统150具有用于光源56的控制的反馈环路。如针对图1在章节I中所描述的那样，由光源56(以及其光束52)、光采样器60、检测器62以及处理器66创建反馈环路。光源56产生传输至检查位置152(在该检查位置对样品进行照射)的激发光的光束。可将检查位置可互换地描述为照射区域或检测容积。

可在光束52与流体子系统的交叉点处创建照射区域。流体子系统可包括引导流体通过检查位置152的沟道156。在描绘的实施例中，沟道包括设置在载体流体(例如油)中的微粒158(例如液滴)。来自光源的激发光从设置在微粒中或微粒上的至少一个光致发光体来诱发光致发光(例如荧光)。

激发光跟随光轴从光源56到检查位置152。更具体地，光由光源56产生并行进依次穿过光导160、准直透镜162、光谱滤光器164并穿过/经过光采样器60。如在章节I中所描述的那样，通过光采样器将激发光的一部分从光路转移以用于由检测器62进行检测。未经转移的光被分束器166反射，穿过包括狭缝形成光学元件170的空间滤光器168，并被聚光器/物镜172聚焦到检查位置152上。

激发光刺激来自检查位置的光发射。发射的光由聚光器/物镜172收集，并随后按相对于激发光路相反的方向行进穿过空间滤光器168。在退出空间滤光器之后，发射的光穿过分束器166以离开激发光路。发射的光随后穿过光谱滤波器174、聚焦透镜176和光导178。在退出光导之后，发射的光穿过准直透镜180，并随后根据波长由分束器186传输至光致发光检测器182、184。在到达每个检测器182、184之前，发射的光被聚焦元件188聚焦。

示例4.具有光采样的检测系统的其他方面

本公开在光学检测领域中并使得能够在狭窄空间中成本有效率地对光束的一小部分进行采样。经采样的光的一部分能够用于监视和/或主动地使光源的强度稳定。光采样器构成单独一块光学上透明的、注射模制成的材料。采样器可以包括光导和支撑基座。插入经采样的光束中的光导的一端被以一定角度“切断”。选取切断角，使得入射到切面上的光束被反射，并且经反射的光沿光导传播，可选地以全内反射传播。在经采样的光束之外的采样器的另一端以垂直于在光导中的光传播的方向的窗口终止。光传感器可以位于窗口前方以测量经采样的光的强度。光采样器的所有表面(包括窗口)可以拥有使经采样的光的损失最小化的光学质量(低粗糙度)。光导截面可以是矩形的，并且光导的长轴可以定位为与入射光束相垂直以使入射光的散射、折射以及反射最小化。可以将抗反射涂层应用于光导的表面区域以进一步减小反射。系统的光学设计可以尽可能小地受光采样器影响，即，无论是否存在光采样器，系统表现都相似。

在经测试的构造中，光采样器具有截面为正方形的光导。光导由在可见光范围内具有高透明度的光学等级聚合物制成。以45度的角将光导的远端切断。在可见范围内具有大约1.52的折射指数的、针对光学等级聚合物的临界角是41度。因此，以45度入射到远端的光经历了全内反射并沿光导朝在采样器的相反端处的窗口传播。

光源能够例如是LED或激光二极管；在我们的测试中，已经使用了绿光(510nm)和红光(625nm)高功率LED。可以直接准直光，或将光耦合至光导纤维并随后对光进行准直；在我们的测试中，已经使用了大芯(芯直径550微米)多模光纤。此外，光导能够以平坦的窗口终止，或以球面或非球面表面区域终止，球面或非球面表面区域在光从光采样器退出时进行准直或聚焦并相应地允许人员将光传感器定位在更远的距离处。已经制造出并由实验测试了平坦窗口版本，并且对两个版本都已进行了建模。光传感器能够例如是光电二极管或光电倍增器；将硅PIN光电二极管用于我们的测试。通过实施LED驱动器的比例积分微分(PID)环路，将由光电二极管产生的电流进行放大并用于稳定LED的强度。光采样器的圆形基座可以用于光采样器的支撑和对准。

示例5.所选择的实施例：

本示例将本公开的所选择的实施例描述为一系列有索引的段落。这些实施例不应该限制本公开的整个范围。

段落1用于光学检测的系统，包括：(A)配置为产生光束的光源；(B)包括具有轴和尖部的光导的光学元件，该尖部从轴逐渐变细以形成光导的倾斜端，该光学元件提供与尖部相对的窗口，其中该光学元件延伸进光束中使得尖部和至少一部分轴位于光束内且窗口位于光束外，并且其中将入射到尖部的光束的光纵向地传输穿过光导并射出窗口，而将入射到轴上的光束的光横向地传输穿过轴并留在轴的下游的光束中；以及(C)配置为检测从窗口接受到的光并且创建代表检测到的光的信号的检测器。

段落2段落1的系统，其中，尖部具有上游侧和下游侧，光束中的光从上游侧行进至下游侧，并且其中下游侧形成光导的倾斜端并相对于与光导的长轴相垂直的平面是倾斜的。

段落3段落2的系统，其中，尖部的下游侧相对于平面成40-50度倾斜。

段落4段落2或段落3的系统，其中，尖部的上游侧与轴的壁区共面且连续。

段落5段落1至4中任一项的系统，其中，位于光束内的一部分轴具有矩形截面。

段落6段落1至5中任一项的系统，其中，尖部具有矩形截面。

段落7段落1至6中任一项的系统，其中，位于光束内的一部分轴具有一对取向为平行于光束的相对的壁区以及另一对取向为垂直于光束的相对的壁区。

段落8段落1至7中任一项的系统，其中，位于光束内的一部分轴是线性的。

段落9段落8的系统，其中，轴的整个长度是线性的。

段落10段落1至9中任一项的系统，其中，轴具有正好四侧，每一侧从尖部延伸至轴的相反端。

段落11段落10的系统，其中，轴的每一侧是平坦的。

段落12段落1至11中任一项的系统，其中，光学元件包括支撑光导并提供窗口的基座，其中基座与光导一体形成，其中基座比轴更宽，其中窗口是基座的表面区域，并且其中可选地窗口是基座的凹陷表面区域。

段落13段落12的系统，其中，光学元件经由基座安装在系统中。

段落14段落1至13中任一项的系统，其中，光学元件由聚合物形成。

段落15段落14的系统，其中，轴限定长轴，并且其中长轴正交于光束。

段落16段落1至15中任一项的系统，其中，光学元件是单片的。

段落17段落1至16中任一项的系统，其中，尖部和一部分轴位于光束的经准直的区域中。

段落18段落1至17中任一项的系统，进一步包括配置为在反馈环路中控制光束的强度的处理器。

段落19段落1至18中任一项的系统，其中，与倾斜端相对的光学元件的一端附连至检测器。

段落20段落19的系统，其中，与倾斜端相对的光学元件的一端粘合至检测器。

段落21用于对光进行采样的光学元件，包括：(A)光导，配置为通过内反射来将光纵向地传输穿过光导，该光导包括：(i)具有四侧和矩形截面的轴，以及(ii)从轴逐渐变细以形成光导的倾斜端的、并且具有与轴的四侧之一共面且连续的壁区的尖部；以及(B)窗口，位于与尖部相对处并与轴和尖部一体形成。

段落22段落21的光学元件，其中，尖部以及至少一部分的轴配置为设置在光束中，该轴被安排为与光束正交并且窗口位于光束外，使得入射到尖部的光束的光进入尖部且被光导的倾斜端反射进入轴中，并且被纵向地传输穿过轴并射出窗口，而入射到轴的四个侧壁之一的光束的光被横向地传输穿过轴并留在轴的下游的光束中。

段落23段落21或段落22的光学元件，其中，轴是线性的。

段落24段落21至23中任一项的光学元件，进一步包括与光导一体形成的基座。

段落25监视光束的强度的方法，该方法包括：(A)产生入射到包括具有轴和尖部的光导的光学元件上的光束，尖部从轴逐渐变细，光学元件提供与尖部相对的窗口，其中尖部和至少一部分轴设置在光束中，轴安排为与光束呈十字型交叉且窗口位于光束外，使得入射到尖部上的光束的光被纵向地传输穿过轴并射出窗口，而入射到轴上的光束的光被横向地传输穿过轴并留在轴的下游的光束中；以及(B)检测来自窗口的光以创建信号。

段落26段落25的方法，进一步包括基于信号对光束的强度进行控制的步骤。

段落27段落26的方法，其中，控制步骤减少了光束的强度中的波动。

如关于值在本文中所使用的术语“大约”指在表述的值的10％以内。例如，描述为“大约10”的尺寸指该尺寸大于9并且小于11。

上文阐述的本公开可涵盖具有独立的效用的多个相区别的发明。尽管每个这些发明已经以其优选形式来公开，但是本文中公开以及示出的其具体实施例不应被视为限制性的，这是因为许多变体是可能的。本发明的主题包括本文中公开的各种元素、特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合以及子组合。

以下的保护请求特别地指出视为新颖的和非显而易见的某些组合以及子组合。可以在请求该申请或相关申请的优先权的申请中请求保护特征、功能、元素和/或特性的其他组合以及子组合中体现的发明。这些权利要求无论是针对不同发明还是针对同一发明，以及无论相对于原始权利要求的范围更宽、更窄、相等或不同，也被认为包括在本公开的本发明的主题内。此外，除非另外具体地说明，标识的元素的顺序标识符(诸如，第一、第二或第三)用于在元素之间进行区分，而不指示这样的元素的特定的位置或次序。

Claims (26)

1.一种用于光学检测的系统，包括：

光源，该光源配置为产生光束；

光学元件，该光学元件包括具有轴和尖部的光导，所述尖部从所述轴逐渐变细以形成所述光导的倾斜端，所述光学元件提供与所述尖部相对的窗口，其中所述光学元件延伸进所述光束中，使得所述尖部和至少一部分所述轴位于所述光束内且所述窗口位于所述光束外，并且其中将入射到所述尖部的所述光束的光纵向地传输穿过所述光导并射出所述窗口，而将入射到所述轴上的所述光束的光横向地传输穿过所述轴并留在所述轴的下游的所述光束中；以及

检测器，该检测器配置为检测从所述窗口接收到的光并创建代表所检测到的光的信号，

其中所述光学元件包括支撑所述光导并提供所述窗口的基座，其中所述基座与所述光导一体形成，其中所述基座比所述轴更宽，并且其中所述窗口是所述基座的表面区域。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述尖部具有上游侧和下游侧，所述光束中的光从所述上游侧行进至所述下游侧，并且其中所述上游面形成所述光导的所述倾斜端且相对于与所述光导的长轴正交的平面是倾斜的。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述尖部的所述下游侧相对于所述平面成40-50度倾斜。

4.如权利要求2所述的系统，其中，所述尖部的所述上游侧与所述轴的壁区共面且连续。

5.如权利要求1所述的系统，其中，位于所述光束中的一部分所述轴具有矩形截面。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述尖部具有矩形截面。

7.如权利要求1所述的系统，其中，位于所述光束内的一部分所述轴具有一对取向为平行于所述光束的相对的壁区以及另一对取向为垂直于所述光束的相对的壁区。

8.如权利要求1所述的系统，其中，位于所述光束内的所述一部分所述轴是线性的。

9.如权利要求8所述的系统，其中，所述轴的整个长度是线性的。

10.如权利要求1所述的系统，其中，所述轴具有正好四侧，每一侧从所述尖部延伸至所述轴的相反端。

11.如权利要求10所述的系统，其中，所述轴的每一侧面是平坦的。

12.如权利要求1所述的系统，其中所述窗口是所述基座的凹陷表面区域。

13.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学元件经由所述基座安装在所述系统中。

14.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学元件是由聚合物形成的。

15.如权利要求14所述的系统，其中，所述轴限定长轴，并且其中所述长轴正交于所述光束。

16.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学元件是单片的。

17.如权利要求1所述的系统，其中，所述尖部和所述一部分所述轴位于所述光束的经准直的区域中。

18.如权利要求1所述的系统，进一步包括处理器，该处理器配置为在反馈环路中控制所述光束的强度。

19.如权利要求1所述的系统，其中，与所述倾斜端相对的所述光学元件的一端粘合至所述检测器。

20.如权利要求19所述的系统，其中，与所述倾斜端相对的所述光学元件的所述一端粘合至所述检测器。

21.一种用于对光进行采样的光学元件，包括：

光导，该光导配置为通过内反射来传输所述光纵向地穿过所述光导，所述光导包括：(i)轴，该轴具有四侧和矩形截面，以及(ii)尖部，该尖部从所述轴逐渐变细以形成所述光导的倾斜端，并且具有与所述轴的所述四侧之一共面且连续的壁区；

窗口，该窗口位于所述尖部对面的位置并与所述轴和所述尖部一体形成；以及

基座，所述基座支撑所述光导并提供所述窗口，其中所述基座与所述光导一体形成，其中所述基座比所述轴更宽，并且其中所述窗口是所述基座的表面区域。

22.如权利要求21所述的光学元件，其中，所述尖部以及至少一部分的所述轴配置为设置在光束中，所述轴被安排为与所述光束正交并且所述窗口位于所述光束外，使得入射到所述尖部上的所述光束的光进入所述尖部且被所述光导的所述倾斜端反射进入所述轴中，并且被纵向地传输穿过所述轴并射出所述窗口，而入射到所述轴的所述四侧之一的所述光束的光被横向地传输穿过所述轴并留在所述轴的下游的所述光束中。

23.如权利要求21所述的光学元件，其中，所述轴是线性的。

24.一种监视光束的强度的方法，所述方法包括：

产生入射到包括具有轴、尖部和基座的光导的光学元件上的光束，所述尖部从所述轴逐渐变细，所述光学元件提供与所述尖部相对的窗口，所述基座支撑所述光导，其中所述尖部和至少一部分所述轴设置在所述光束中，所述轴安排为与所述光束呈十字型交叉且所述窗口位于所述光束外，使得入射到所述尖部上的所述光束的光被纵向地传输穿过所述轴并射出所述窗口，而入射到所述轴上的所述光束的光被横向地传输穿过所述轴并留在所述轴的下游的所述光束中，其中所述基座与所述光导一体形成，其中所述基座比所述轴更宽，并且其中所述窗口是所述基座的表面区域；以及

检测来自所述窗口的光以创建信号。

25.如权利要求24所述的方法，进一步包括基于所述信号对所述光束的强度进行控制的步骤。

26.如权利要求25所述的方法，其中，所述控制的步骤减少了所述光束的所述强度中的波动。

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