加热图像传感器窗口

摘要

一种图像传感器组件，所述图像传感器组件具有定位在图像传感器前方的传感器窗口，具有用于防止在所述传感器窗口上形成冷凝的结构和/或特性。用于防止形成冷凝的结构包括可具有抗冷凝特性、抗反射特性、导电特性、和/或导热特性的薄膜。所述传感器窗口可进一步具有纹理化表面以便对水进行移位从而避免在所述窗口表面上的冷凝形成。所述传感器窗口、以及一些实施例中的框架可在操作过程中保持在所述图像传感器附近的升高温度以便防止形成冷凝。

权利要求

1.一种图像传感器组件，包括：

冷却结构，所述冷却结构包括热电冷却元件(TEC)；

图像传感器，所述图像传感器沿着用于查看样本区域的光学路径被定位，所述图像传感器进一步耦合至所述冷却结构并且由所述冷却结构冷却；

传感器窗口，所述传感器窗口安排在所述图像传感器与所述样本区域之间；

粘合元件，所述粘合元件布置成沿着所述图像传感器的边缘耦合所述图像传感器和所述传感器窗口；

薄膜，所述薄膜涂覆所述传感器窗口的外表面；

一组电触头，所述一组电触头包括一个或多个电阻加热器；以及电源，所述电源被配置为使电流通过该组电触头，其中所述电触头物理连接到所述薄膜，热连接所述热电冷却元件和所述传感器窗口，并且其中利用由所述热电冷却元件产生并通过所述电触头的热量和由从所述电源抽吸的电流产生的热量中的任一种或两种对所述传感器窗口进行加热。

2.根据权利要求1所述的图像传感器组件，其中，所述传感器窗口在所述传感器窗口的外表面上涂覆有防雾涂层。

3.根据权利要求1所述的图像传感器组件，其中，所述图像传感器组件被配置成用于对电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、生物发光化验结果、和/或化学发光化验结果进行成像。

4.根据权利要求1所述的图像传感器组件，其中，所述冷却结构还包括散热器。

5.根据权利要求1所述的图像传感器组件，其中，所述传感器窗口具有0.04-1.14W/(m*K)范围内的热导率(κ)。

6.根据权利要求1所述的图像传感器组件，其中，所述传感器窗口具有3×10-6-80×10-6(1/K)范围内的线性热膨胀系数(αL)。

7.一种图像传感器组件，包括：

热电冷却元件(TEC)；

图像传感器，所述图像传感器沿着用于查看样本区域的光学路径被定位，所述图像传感器进一步耦合至所述热电冷却元件并且由所述热电冷却元件冷却；

加热框架，所述加热框架安排在环绕所述图像传感器与所述样本区域之间的所述光学路径的至少一部分的位置处，用于形成在所述图像传感器与所述样本区域之间具有受热空气的空间区域，薄膜，所述薄膜涂覆于所述加热框架的表面；

一组电触头，所述一组电触头包括一个或多个电阻加热器；以及电源，所述电源被配置为使电流通过该组电触头，其中所述电触头物理连接到所述薄膜，热连接所述热电冷却元件和所述加热框架，并且其中利用由所述热电冷却元件产生并通过所述电触头的热量和由从所述电源抽吸的电流产生的热量中的任一种或两种对所述加热框架进行加热。

8.根据权利要求7所述的图像传感器组件，其中，所述加热框架通过框架支柱悬挂在距所述图像传感器1mm至20mm的位置处。

9.根据权利要求7所述的图像传感器组件，其中，所述图像传感器组件被配置成用于对电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、生物发光化验结果、和/或化学发光化验结果进行成像。

10.根据权利要求7所述的图像传感器组件，其中，所述加热框架利用由所述热电冷却元件产生的热量而被加热。

11.一种图像传感器组件，包括：

冷却结构；

图像传感器，所述图像传感器沿着用于查看样本区域的光学路径被定位，所述图像传感器进一步耦合至所述冷却结构并且由所述冷却结构冷却；

凹形传感器窗口，所述凹形传感器窗口安排在所述图像传感器与所述样本区域之间，所述凹形传感器窗口的凹形表面面向所述图像传感器，在所述凹形传感器窗口的所述凹形表面之间形成空腔，薄膜，所述薄膜涂覆所述凹形传感器窗口的外表面；

一组电触头，所述一组电触头包括一个或多个电阻加热器；以及电源，所述电源被配置为使电流通过该组电触头，其中所述电触头物理连接到所述薄膜，热连接所述冷却结构和所述凹形传感器窗口，并且其中利用由所述冷却结构产生并通过所述电触头的热量和由从所述电源抽吸的电流产生的热量中的任一种或两种对所述凹形传感器窗口进行加热。

12.根据权利要求11所述的图像传感器组件，其中，所述凹形传感器窗口在所述凹形传感器窗口的外表面上涂覆有防雾涂层。

13.根据权利要求11所述的图像传感器组件，其中，所述凹形传感器窗口具有粗糙或凹凸纹理化表面。

14.根据权利要求11所述的图像传感器组件，其中，所述图像传感器组件被配置成用于对电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、生物发光化验结果、和/或化学发光化验结果进行成像。

15.根据权利要求11所述的图像传感器组件，其中，所述凹形传感器窗口是弯曲的凹形传感器窗口。

16.根据权利要求11所述的图像传感器组件，其中，所述凹形传感器窗口是凸起的凹形传感器窗口。

17.根据权利要求11所述的图像传感器组件，其中，所述凹形传感器窗口是双重凹形传感器窗口。

18.根据权利要求11所述的图像传感器组件，其中，所述凹形传感器窗口具有0.04-

1.14W/(m*K)范围内的热导率(κ)。

19.根据权利要求11所述的图像传感器组件，其中，所述凹形传感器窗口具有3×10-6-

80×10-6(1/K)范围内的线性热膨胀系数(αL)。

说明书

加热图像传感器窗口

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求于2014年10月13日提交的题为“HEATED IMAGE SENSOR WINDOW(加热图像传感器窗口)”的美国临时申请号62/063,060的优先权的权益，所述申请通过引用结合在此。

技术领域

[0003] 本发明总体上涉及用于对生物和化学测试和化验结果进行成像的成像和装置领域。更具体地，许多实施例涉及一种用于使用化学发光、荧光、或磷光标记来查看电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、Western印迹、或类似的生化测试和化验的成像装置。

背景技术

[0004] 用于查看、记录和分析生物和化学测试和化验结果的仪器和装置系统通常需要仪器，诸如电荷耦合设备(CCD)相机、互补金属氧化物半导体(CMOS)成像仪、或者其他这种图像传感器。这种仪器可进一步将CCD或CMOS相机并入到显微镜等中。在这种仪器中，CCD或CMOS相机窗口的表面、或其他玻璃或透明表面可受到环境湿度、湿气、或在相机或成像传感器的所述表面上、光学路径中冷凝的雾气的影响。到达CCD或CMOS相机或成像仪器的其他这种图像捕获传感器的窗口的这种冷凝可能会降低被成像样本的质量和准确性。

发明内容

[0005] 下文呈现了本发明的一些实施例的简化内容以便提供对本发明的基本理解。本发明内容并非本发明的扩展性概览。其并不旨在标识本发明的关键或重要性元素或描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本发明的一些实施例和方面作为随后呈现的更详细描述的序言。

[0006] 本公开的一个实施例总体上涉及一种图像传感器组件，所述图像传感器组件可包括：冷却结构，诸如热电冷却元件(TEC)；图像传感器，其中，所述图像传感器可沿着被设置为用于查看样本区域的光学路径被定位，所述图像传感器进一步耦合至所述TEC并且由所述TEC冷却；以及传感器窗口，所述传感器窗口安排在所述图像传感器与所述样本区域之间。在某些方面，所述图像传感器组件传感器窗口可在所述传感器窗口的外表面上涂覆有防雾涂层。在许多方面，所述图像传感器组件被配置成用于对电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、生物发光化验结果、和/或化学发光化验结果进行成像。在进一步方面，所述图像传感器组件可通过热源被加热，所述热源在某些方面可以是由TEC产生的热量。在某些方面，所述图像传感器组件的所述传感器窗口可具有大约0.04-1.14W/(m*K)的热导率(κ)。在其他方面，所述图像传感器组件的所述传感器窗口可具有大约3×10-6-80×10-6(1/K)的线性热膨胀系数(αL)。

[0007] 本公开的另一实施例总体上涉及一种图像传感器组件，所述图像传感器组件可包括冷却结构，诸如热电冷却元件(TEC)；以及图像传感器，其中，所述图像传感器可沿着用于查看样本区域的光学路径被定位，所述图像传感器进一步耦合至TEC并且由所述TEC冷却；以及加热框架，所述加热框架安排在环绕所述图像传感器与所述样本区域之间的所述光学路径的至少一部分的位置处，所述加热框架对由TEC产生的热量进行传导以便形成在所述图像传感器与所述样本区域之间具有受热空气的空间区域。在某些方面，所述图像传感器组件的所述加热框架可通过框架支柱悬挂在距所述图像传感器大约五毫米(5mm)的位置处。在许多方面，图像传感器组件被配置成用于对电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、生物发光化验结果、和/或化学发光化验结果进行成像。在进一步方面，所述图像传感器组件的所述加热框架可利用由TEC产生的热量而被加热。

[0008] 本公开的进一步实施例总体上涉及一种图像传感器组件，所述图像传感器组件可包括冷却结构，诸如热电冷却元件(TEC)；以及图像传感器，其中，所述图像传感器可沿着用于查看样本区域的光学路径被定位，所述图像传感器进一步耦合至TEC并且由所述TEC冷却；以及凹形传感器窗口，所述凹形传感器窗口安排在所述图像传感器与所述样本区域之间，所述凹形传感器窗口的凹形表面面向所述图像传感器，在所述凹形传感器窗口的所述凹形表面之间形成空腔。在某些方面，所述凹形传感器窗口可利用由TEC产生的热量而被加热。在其他方面，所述凹形传感器窗口可在所述凹形传感器窗口的外表面上涂覆有防雾涂层。在进一步方面，所述凹形传感器窗口可具有粗糙或凹凸纹理化表面。在许多方面，所述图像传感器组件可被配置成用于对电泳凝胶、核酸印迹、蛋白质印迹、生物发光化验结果、和/或化学发光化验结果进行成像。在某些方面，所述图像传感器组件的所述凹形传感器窗口可以是弯曲的凹形传感器窗口。在其他方面，所述图像传感器组件的所述凹形传感器窗口可以是凸起的凹形传感器窗口。在进一步方面，所述图像传感器组件的所述凹形传感器窗口可以是双重凹形传感器窗口。在某些方面，所述图像传感器组件的所述凹形传感器窗口、所述凹形传感器窗口可具有大约0.04-1.14W/(m*K)的热导率(κ)。在其他方面，所述图像传感器组件的所述凹形传感器窗口可具有大约3×10-6-80×10-6(1/K)的线性热膨胀系数(αL)。

[0009] 本公开的进一步适用领域将根据下文所提供的详细说明而变得明显。应当理解的是，虽然这些详细说明和具体示例指示了不同实施例，但它们仅旨在用于说明的目的而并非旨在必定限制本公开的范围。

附图说明

[0010] 下面参考以下附图来详细描述说明性方面和实施例。

[0011] 图1是表示图像传感器系统的成像系统腔室的元件的横截面透视示意图。

[0012] 图2是根据一些方面或实施例的示意图，表示具有传感器窗口的加热图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图。

[0013] 图3是根据一些方面或实施例的示意图，表示具有加热框架的加热图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图。

[0014] 图4A是根据一些方面或实施例的示意图，表示加热图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图，所述加热图像传感器系统具有带有绝缘空腔的凹形传感器窗口。

[0015] 图4B是根据一些方面或实施例的示意图，表示图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图，所述图像传感器系统具有带有绝缘空腔的凹形传感器窗口。

[0016] 图4C是根据一些方面或实施例的示意图，表示图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图，所述图像传感器系统具有带有绝缘空腔的弯曲的凹形传感器窗口。

[0017] 图4D是根据一些方面或实施例的示意图，表示图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图，所述图像传感器系统具有透镜以及带有绝缘空腔的凹形传感器窗口。

[0018] 图4E是根据一些方面或实施例的示意图，表示图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图，所述图像传感器系统具有透镜以及带有绝缘空腔的弯曲的凹形传感器窗口。

[0019] 图4F是根据一些方面或实施例的示意图，表示图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图，所述图像传感器系统具有带有绝缘空腔的凸起的凹形传感器窗口。

[0020] 图4G是根据一些方面或实施例的示意图，表示图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图，所述图像传感器系统具有带有绝缘空腔的双重凹形传感器窗口结构。

具体实施方式

[0021] 贯穿本说明书，出于解释的目的，阐述了大量的具体细节以便提供对在此公开的许多实施例的透彻理解。然而，对本领域的技术人员而言将明显的是，可以在没有这些具体细节中的一些的情况下实践许多实施例。在其他实例中，以简图或示意图的形式示出了公知的结构和设备以避免模糊所描述的实施例的基本原理。

[0022] 用于对来自各生物、化学、和/或生化测试和化验的结果进行成像的成像系统、装置、和仪器通常使用由样本中的化学发光、荧光、或磷光标记发出的光以便形成图像并对样本的特性进行标识。这种光可由图像传感器来捕获，所述图像传感器可进一步包含在密封结构内，所述密封结构通常保持环境无灰尘或其他颗粒物质以确保由成像系统查看的样本图像清晰且准确。然而，在一些装置中，湿度和冷凝无法从成像腔室中完全排除。冷凝可因此形成在透明表面或传感元件上，所述传感元件可由诸如玻璃或聚合物表面的材料制成、位于图像传感器的光学路径上或内。这种冷凝可模糊并减弱由成像系统与图像传感器获取的图像的精度。

[0023] 在涉及到出于防止冷凝沉积在像图像传感器的透明表面上的目的而建立、抽空、以及密封成像腔室具有相当大的成本和复杂度。在保持成像腔室环境的恒温以便管理和最小化成像腔室内的冷凝时具有进一步的成本和复杂度。这类系统的复杂度反映在当成像腔室进一步被抽空并且利用干燥气体和/或惰性气体(或者可选地还在腔室中利用物理干燥剂)来填充，以便尝试最小化腔室内部的任何冷凝时。

[0024] 然而，在许多成像系统中，冷却的相机系统通常包括CCD或CMOS，所述CCD或CMOS耦合到具有热交换机构的热电冷却器(TEC)上或者耦合至所述具有热交换机构的热电冷却器。由TEC汲取或产生的热能可重新用于加热图像传感器组件的其他元件。因此，在本公开的一些实施例中，由TEC抽吸出来的热量被传导至定位在图像传感器上或跨图像传感器定位的传感器窗口，这可由此防止连接至图像传感器和CCD或CMOS的传感器窗口变得比周围环境更冷，从而导致在传感器窗口上形成冷凝。在进一步实施例中，传感器窗口可以是凸形窗口，从而形成一口袋空气或气体，所述空气或气体可用作图像传感器与传感器窗口之间的绝缘空间或空腔。在本公开的其他实施例中，由TEC抽吸出来的热量被传导至接近或邻近图像传感器的加热框架，从而生成升高温度的区域，所述升高温度的区域可由此防止在图像传感器上形成冷凝。在替代性实施例中，用于成像系统的冷却系统或冷却结构可以是风扇、制冷单元、液体热交换器等。

[0025] 如在此使用的，除非另外表明，否则包括但不限于“在……之前”、“在……之后”、“在……前方”、“在……后方”、“在……之间”等的相对位置术语指代相对于入射至这类元件上或通过这类元件传输的光的光学路径而对这些元件进行定位。如在此讨论的，相对于彼此而定位的这些元件是光学结构、可包括窗口、图像传感器、成框元件、透镜、滤波器、吸收玻璃、光传感器等。

[0026] 图1是表示如本领域中已知的图像传感器系统100的成像系统腔室的元件的横截面示意图。用于减少成像系统内的冷凝量的方式为构建密封的外壳，从而有效地隔离或密封环境，成像传感器容纳在所述环境中以便最小化最接近成像传感器和应用于成像传感器中的光学路径的任何透明表面的气态水的量。如示出的，腔室本体102和腔室前部104可机械地耦合在一起以便形成密封的内部环境，所述密封的内部环境被限定为成像腔室114。腔室前部104可被构建或制备成具有腔室窗口106的位置，图像传感器110通过所述腔室窗口从样本接收光，从而限定从样本到图像传感器的光学路径。图像传感器110安装在包括传感器窗口112的外壳中，所述外壳还与从样本到图像传感器110的光学路径相一致。图像传感器110外壳在图像传感器110的背面连接至热电冷却器(TEC)108，所述热电冷却器将CCD相机冷却至操作温度。图像传感器110密封在成像腔室114内，其中，在制造过程中所述成像腔室可进一步被抽空并且利用惰性气体和/或稀有气体(诸如氩)来填充。在某些方面，成像腔室114可具有物理干燥剂，诸如干燥剂包或袋，所述物理干燥剂放置在成像腔室114内部以便吸收在制造过程中或者在服务过程中可能泄露或进入成像腔室114中的任何湿气(如果成像腔室114密封需要打开)。

[0027] 在这种图像传感器系统100中，面向图像传感器100的透镜的窗口前部应当保持在环境温度处或之上以便防止收集或形成将干扰成像的冷凝。成像腔室114内部的惰性气体和干燥剂可用于最小化成像腔室114内部的显著浓度或数量中存在的湿气，并且由此防止在传感器窗口或其他表面上形成冷凝。然而，这类系统需要使用密封的成像腔室114。

[0028] 如本公开的方面和实施例中描述的，薄膜电介质层滤波器在相关光波长范围中既是光学透明的又是导电的。当应用于玻璃或聚合物基板(诸如传感器窗口)时，薄膜电介质层可电连接至电源，从而发射一定程度的热能作为有源或无源电路的一部分，并且因此防止湿气在薄膜上冷凝。类似地，当应用于或安装到框架上时，电连接至电源且被配置成用于发射一定程度的热能作为有源或无源电路的一部分的薄膜电介质层可因此防止湿气在接近或邻近薄膜的结构元件上冷凝。

[0029] 虽然在此公开的许多实施例和方面大体上涉及一种用于成像传感器和成像系统的加热或抗冷凝元件，但是在此描述的加热或抗冷凝成像装置可用于冷凝可以在受控或开放环境下模糊或遮蔽成像传感器的任何应用，其中，防止冷凝将是适当且有利的。

[0030] 图2是示意图，表示具有传感器窗口200的加热图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图。图像传感器202可相对于样本区域201被定位，从而使得光学路径203存在于样本区域201与图像传感器202之间。尤其是，样本区域201、图像传感器202、以及光学路径203无需密封在成像腔室中。从样本区域201(其可以是反射的光、来自样本内的发射光、或通过样本区域201传输或折射的光)发出的光可沿着由图像传感器202接纳的光学路径203行进。图像传感器202可以是CCD、CMOS、或者耦合至TEC 204的其他这种成像仪，所述TEC可由此冷却图像传感器202从而将图像传感器202保持在操作范围内。TEC可汲取从图像传感器202到散热器206的热能226(即热量)。散热器206可分散热能226或者将热能226重新路由至图像传感器系统200的另一元件。

[0031] 图像传感器202可被定位成用于沿着光学路径203接收光。在某些方面，图像传感器202可进一步包括图像传感器盖件208，所述图像传感器盖件被安排成用于保护图像传感器202的元件。在一些实施例中，传感器窗口212沿着图像传感器202与样本区域201之间的光学路径203被定位，其中，所述传感器窗口212部分地保护图像传感器202免于外部因素，诸如颗粒物质或冷凝。传感器窗口212可沿着环绕图像传感器盖件208的图像传感器202的边缘利用粘合元件210附接至图像传感器202。薄膜214可进一步应用于远离图像传感器202且接近样本区域201的传感器窗口212的表面。薄膜214可导电或传导热能，从而使得薄膜214可保持受控温度，进一步其中，所述薄膜214的受控温度可大于周围温度或环境温度。在替代性方面，图像传感器202可不设置图像传感器盖件208。

[0032] 在某些方面，传感器窗口212可具有大约一至大约二十毫米(1mm-20mm)的厚度、或者在那个范围内的厚度的任何增量或梯度。在具体方面，传感器窗口212可具有大约五毫米(5mm)的厚度。在进一步方面，传感器窗口212可由玻璃制成，具有与图像传感器202的热膨胀系数相似或成比例的热膨胀系数。用于传感器窗口212的玻璃可以是标准玻璃、或者可以是掺杂有元素(诸如制作硼硅酸盐玻璃的硼(B))的玻璃，其可修改传感器窗口212的折射率(IR)或其他透射特性。在其他方面，传感器窗口212可由光学透射性聚合物或塑料制成，其中，所述聚合物或塑料具有与图像传感器202的热膨胀系数相似或成比例的热膨胀系数。在进一步方面，传感器窗口212可由派热克斯(Pyrex)玻璃、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA或丙烯酸玻璃)、聚碳酸酯、聚(氯乙烯)(PVC)、或聚四氟乙烯(PTFE)制成。

[0033] 在某些方面，薄膜214可以是导热薄膜，诸如氧化铟锡(ITO)。薄膜214可通过化学气相沉积、溅射沉积、或本领域中已知的其他沉积方法应用于传感器窗口。在某些方面，薄膜可高达一百(100μm)微米厚。薄膜214可通过物理连接至薄膜214的电触头216被加热。在某些方面，电触头216可以是一个或多个点或线性电阻加热器。在其他方面，电触头216可以是一个或多个圆形或环状电阻加热器。电力可通过电连接220从电源218被传递至电触头，从而在某些方面形成电路。在各方面，电源218可以是交流电源或直流电源、电池、或从散热器206传导的热能219。

[0034] 通过图像传感器系统200在操作中时加热薄膜214，薄膜214可保持在升高温度222(T1)，所述升高温度大于图像传感器系统200的环境温度224(T2)。薄膜214的升高温度222相对于环境温度224仅需足够暖和以便防止在薄膜214的表面以及被薄膜214涂覆的传感器窗口212表面上形成冷凝。在某些方面，在图像传感器系统200在操作中时，升高温度222与环境温度224之间的差可小于或等于一摄氏度(ΔT1-2≤1℃)。在其他方面，在图像传感器系统200在操作中时，升高温度222与环境温度224之间的差可小于或等于五摄氏度(ΔT1-2≤5℃)。从而，虽然TEC 204可以汲取远离图像传感器202的热能226以便维持图像传感器202和/或图像传感器202的CCD或CMOS的操作，但是面向图像传感器系统200的周围环境的传感器窗口212和薄膜214的温度不会下降，从而使得冷凝以将封闭或中断沿着光学路径203行进的光的方式形成在传感器窗口212上。

[0035] 当被加热时，传感器窗口212既可导热又可因热量而膨胀。从而，被选择用于构建传感器窗口212的材料可被选择为具有特定热导率(κ)和线性热膨胀系数(αL)中的任一者或两者的范围或者在特定热导率和线性热膨胀系数中的任一者或两者的范围内。可基于整个成像装置的尺寸、成像装置的温度和光强度的投射操作范围、或其他设计考虑来选择用于传感器窗口212的材料。传感器窗口212的热导率(κ)可用于确定需要向薄膜214提供多少热量以便将操作温度保持在加热图像传感器系统200的周围环境温度之上。传感器窗口212的线性热膨胀系数(αL)可用于确定传感器窗口的尺寸，并且可进一步被选择用于以与图像传感器202相同的速率膨胀以确保这两个元件保持经由粘合元件210而耦合。

[0036] 在传感器窗口212与图像传感器盖件208直接接触的实施例中，这两个光学元件之间的折射率(IR)之差可导致对沿着光学路径203接收的光的检测不正确。从而，被选择用于构建传感器窗口212的材料可被选择为具有特定折射率的范围或者在特定折射率的范围内，所述折射率接近或者与图像传感器盖件208的IR相同，所述图像传感器盖件可以是玻璃。

[0037] 在替代性实施例中，薄膜214可利用布置在薄膜214内的导热纳米线网(未示出)被加热。所述纳米线网可以是光学透明加热器，其可由诸如银的材料制成。所述纳米线网可被安排成跨薄膜214或而随机布置、或者被布置为具有规则或重复图案。

[0038] 表1中阐述了可用于传感器窗口212的材料的折射率(IR)、热导率(κ)以及线性热膨胀系数(αL)的示例性值。这些材料特性的值和范围为启发性而非排他性，因为其他材料也可用于构建传感器窗口212。在某些方面，传感器窗口212可具有大约0.04-1.14W/(m*K)的热导率(κ)。在其他方面，传感器窗口212可具有大约3×10-6-80×10-6(1/K)的线性热膨胀系数(αL)。

[0039] 表1

[0040]

[0041] 图3是示意图，表示具有加热框架300的加热图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图。图像传感器302可相对于样本区域301被定位，从而使得光学路径303存在于样本区域301与图像传感器302之间。同样在此实施例中，样本区域301、图像传感器302、以及光学路径303无需密封在成像腔室中。从样本区域301(其可以是反射的光、来自样本内的发射光、或通过样本区域301传输或折射的光)发出的光可沿着由图像传感器302接纳的光学路径303行进。图像传感器302可以是CCD、CMOS、或者耦合至TEC 304的其他这种传感元件，所述TEC可冷却图像传感器302从而将图像传感器302保持在操作范围内。TEC可汲取从图像传感器302到散热器306的热能326。散热器306可分散热能326或者将热能326重新路由至图像传感器系统300的另一元件。

[0042] 图像传感器302可被定位成用于沿着光学路径303接收光。在某些方面，图像传感器302可进一步包括图像传感器盖件308，所述图像传感器盖件被安排成用于保护图像传感器302的元件。在一些实施例中，加热框架312沿着图像传感器302与样本区域301之间的光学路径303被定位成环绕图像传感器302与样本区域301之间的光学路径303的至少一部分。加热框架312可沿着环绕图像传感器盖件308的图像传感器302的边缘利用粘合元件310附接至图像传感器302。次要层315可耦合至加热框架312，并且可操作用于防止周围大气中的冷凝到达图像传感器302并在图像传感器上冷凝。薄膜314可进一步应用于远离图像传感器
302且接近样本区域301的次要层315的表面。作为单件部件或者作为多件部件，次要层可由派热克斯(Pyrex)玻璃、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA或丙烯酸玻璃)、聚碳酸酯、聚(氯乙烯)(PVC)、或聚四氟乙烯(PTFE)制成。薄膜314可导电或传导热能，从而使得薄膜314可保持受控温度，其中，所述薄膜314可控制在可大于周围温度或环境温度的温度下。在替代性方面，图像传感器302可不设置图像传感器盖件308。

[0043] 在某些方面，加热框架312可由金属、塑料、派热克斯(Pyrex)玻璃、PMMA、丙烯酸玻璃、聚碳酸酯、PVC、或PTFE制成。在其他方面，加热框架312可由与图像传感器302粘结的单个结构元件或多个结构元件(例如，单独的腿或壁)制成。加热框架312可具有大约一至二十毫米(1mm-20mm)的厚度。在具体方面，加热框架312可具有大约五毫米(5mm)的厚度。加热框架312可限定绝缘空间313，所述绝缘空间具有相对地大于图像传感器系统300周围的环境温度的温度。在一些实施例中，次要层315可具有大约从0.7mm到大约七毫米(7mm)的厚度。

[0044] 在某些方面，薄膜314可以是导热薄膜，诸如氧化铟锡(ITO)。薄膜314可通过化学气相沉积、溅射沉积、或本领域中已知的其他沉积方法应用于加热框架312和/或次要层315的边缘。在某些方面，薄膜314可高达一百微米(100μm)厚。薄膜314可通过物理连接至薄膜314的电触头316被加热。在某些方面，电触头316可以是一个或多个点或线性电阻加热器。
在其他方面，电触头316可以是一个或多个圆形或环状电阻加热器，从而与加热框架312的结构和轮廓相匹配。电力可通过电连接320从电源318被传递至电触头，从而在某些方面形成电路。在各方面，电源318可以是交流电源或直流电源、电池319、或从散热器306传导的热能。

[0045] 通过图像传感器系统300在操作中时加热薄膜314，薄膜314可保持在升高温度322(T1)，所述升高温度大于图像传感器系统300的环境温度324(T2)。薄膜314的升高温度322相对于环境温度324仅需足够暖和以便防止在次要层315、图像传感器302、或图像传感器盖件308的表面上形成冷凝。具体地，薄膜314当被加热时提高了绝缘空间313的相对于环境温度
324的温度。在某些方面，在图像传感器系统300在操作中时，升高温度322与环境温度324之间的差可小于或等于一摄氏度(ΔT1-2≤1℃)。在其他方面，在图像传感器系统300在操作中时，升高温度322与环境温度324之间的差可小于或等于五摄氏度(ΔT1-2≤5℃)。从而，虽然TEC 304可以汲取远离图像传感器302的热能326以便维持图像传感器302和/或图像传感器
302的CCD或CMOS的操作，但是绝缘空间313的温度不会下降，从而使得冷凝以将封闭或中断沿着光学路径303行进的光的方式形成在图像传感器302或图像传感器盖件308上。

[0046] 图4A是示意图，表示加热图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图，所述加热图像传感器系统具有带有绝缘空腔400的凹形传感器窗口。图像传感器402可相对于样本区域401被定位，从而使得光学路径4030存在于样本区域401与图像传感器402之间。再次，在这种实施例中，样本区域401、图像传感器402、以及光学路径403无需密封在成像腔室中。从样本区域401(其可以是反射的光、来自样本内的发射光、或通过样本区域401传输或折射的光)发出的光可沿着由图像传感器402接纳的光学路径403行进。图像传感器402可以是CCD、CMOS、或者耦合至TEC 404的其他这种传感元件，所述TEC可冷却图像传感器402从而将图像传感器402保持在操作范围内。TEC可汲取从图像传感器402到散热器406的热能426。散热器406可分散热能426或者将热能426重新路由至图像传感器系统400的另一元件。

[0047] 图像传感器402可被定位成用于沿着光学路径403接收光。在某些方面，图像传感器402可进一步包括图像传感器盖件408，所述图像传感器盖件被安排成用于保护图像传感器402的元件。在一些实施例中，凹形传感器窗口412沿着图像传感器402与样本区域401之间的光学路径403被定位，其中，所述凹形传感器窗口412部分地保护传感元件408免于外部因素，诸如颗粒物质或冷凝。凹形传感器窗口412的凹面面向图像传感器402和传感元件408，从而在传感元件408前方形成窗口空腔413空间。凹形传感器窗口412可沿着环绕传感元件408的图像传感器402的边缘利用粘合元件410附接至图像传感器402。薄膜414可进一步应用于远离图像传感器402且接近样本区域401的凹形传感器窗口412的表面。薄膜414可导电或传导热能，从而使得薄膜414可保持受控温度，进一步其中，所述薄膜414的受控温度可大于周围温度或环境温度。在替代性方面，图像传感器402可不设置图像传感器盖件408。

[0048] 在某些方面，凹形传感器窗口412可由玻璃制成，所述玻璃具有大约一至二十毫米(1mm-20mm)的总体厚度、或者在那个范围内的厚度的任何增量或梯度。窗口空腔413可具有延伸进入传感器窗口412的深度，所述深度大约为一至十九毫米(1mm-19mm)。在具体方面，凹形传感器窗口412可具有大约五毫米(5mm)的总体厚度。在其他具体方面，窗口空腔413可具有延伸进入传感器窗口412的深度，所述深度大约为一至四毫米(1mm-4mm)。窗口空腔413可具有跨传感器窗口412的中心延伸的宽度，所述宽度为从整体传感器窗口412的宽度的大约10％到90％。用于凹形传感器窗口412的玻璃可以是标准玻璃、或者可以是掺杂有元素(诸如制作硼硅酸盐玻璃的硼(B))的玻璃，其可修改凹形传感器窗口412的折射率(IR)或其他透射特性。在其他方面，凹形传感器窗口412可由光学透射性聚合物或塑料制成，其中，所述聚合物或塑料具有与玻璃相似的热膨胀系数、或者与图像传感器402的热膨胀系数相似的热膨胀系数。在进一步方面，凹形传感器窗口412可由派热克斯(Pyrex)玻璃、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA或丙烯酸玻璃)、聚碳酸酯、聚(氯乙烯)(PVC)、或聚四氟乙烯(PTFE)制成。在各方面，凹形传感器窗口412可被形成为单件部件或者多件部件。

[0049] 在进一步方面，窗口空腔413作为密封空间(一旦传感器窗口412经由粘合元件410耦合至图像传感器402)可保存真空或气体。在方面，保存在窗口空腔413内的气体可以是标准空气、惰性气体等。窗口空腔413由此可用作绝缘空腔，以调节图像传感器402和图像传感器盖件408正前方的热变化速率，从而保持那个空间中的操作温度。保存在窗口空腔413中的气体可被配置成或选择用于最小化凹形传感器窗口412的材料与窗口空腔413的气体之间的折射率(IR)的任何变化，从而降低光穿过凹形传感器窗口412和窗口空腔413时光学路径403的折射和偏转。在某些方面，凹形传感器窗口412可进一步包括抗反射涂层，从而降低光穿过凹形传感器窗口412时光学路径403的折射和偏转。在某些方面，远离图像传感器402且接近样本区域401的凹形传感器窗口412的侧面通常可以是平面的。

[0050] 在某些方面，薄膜414可以是导热薄膜，诸如氧化铟锡(ITO)。薄膜414可通过化学气相沉积、溅射沉积、或本领域中已知的其他沉积方法应用于传感器窗口。在某些方面，薄膜可高达一百微米(100μm)厚。薄膜414可通过物理连接至薄膜414的电触头416被加热。在某些方面，电触头416可以是一个或多个点或线性电阻加热器。在其他方面，电触头416可以是一个或多个圆形或环状电阻加热器。电力可通过电连接420从电源418被传递至电触头，从而在某些方面形成电路。在各方面，电源418可以是交流电源或直流电源、电池、或从散热器406传导的热能。

[0051] 通过图像传感器系统400在操作中时加热薄膜414，薄膜414可保持在升高温度422(T1)，所述升高温度大于图像传感器系统400的环境温度424(T2)。薄膜414的升高温度422相对于环境温度424仅需足够暖和以便防止在薄膜414的表面以及被薄膜414涂覆的凹形传感器窗口412表面上形成冷凝。在某些方面，在图像传感器系统400在操作中时，升高温度422与环境温度424之间的差可小于或等于一摄氏度(ΔT1-2≤1℃)。在其他方面，在图像传感器系统400在操作中时，升高温度422与环境温度424之间的差可小于或等于五摄氏度(ΔT1-2≤5℃)。从而，虽然TEC 404可以汲取远离图像传感器402的热能426以便维持图像传感器402、CMOS、和/或图像传感器402的CCD的操作，但是面向图像传感器系统400的周围环境的传感器窗口412和薄膜414的温度不会下降，从而使得冷凝以将封闭或中断沿着光学路径
403行进的光的方式形成在凹形传感器窗口412上。

[0052] 当被加热时，凹形传感器窗口412既可导热又可因热量而膨胀。从而，被选择用于构建凹形传感器窗口412的材料可被选择为具有特定热导率(κ)和线性热膨胀系数(αL)中的任一者或两者的范围或者在特定热导率和线性热膨胀系数中的任一者或两者的范围内。可基于整个成像装置的尺寸、成像装置的温度和光强度的投射操作范围、或其他设计考虑来选择用于凹形传感器窗口412的材料。凹形传感器窗口412的热导率(κ)可用于确定需要向薄膜414提供多少热量以便将操作温度保持在加热图像传感器系统400的周围环境温度之上。凹形传感器窗口412的线性热膨胀系数(αL)可用于确定传感器窗口的尺寸，并且可进一步被选择用于以与图像传感器402相同的速率膨胀以确保这两个元件保持经由粘合元件
410而耦合。以上表1中阐述了可用于形成凹形传感器窗口412的材料和这类材料的特性。这些材料特性的值和范围为启发性而非排他性，因为其他材料也可用于构建凹形传感器窗口
412。在某些方面，凹形传感器窗口412可具有大约0.04-1.14W/(m*K)的热导率(κ)。在其他方面，凹形传感器窗口412可具有大约3×10-6-80×10-6(1/K)的线性热膨胀系数(αL)。

[0053] 凹形窗口传感器412的结构可进一步被配置成用于辅助导热。在某些方面，凹形窗口传感器412的壁作为对窗口空腔413的深度进行限定的凹形窗口传感器412的一部分可以被配置为相对于加热的图像传感器系统400的其他方面是薄的以便具有降低的整体热容量并且高效地将热量传导至薄膜414或者通过薄膜对热量进行高效传导。凹形窗口传感器412的壁可以从大约一毫米(1mm)到大约五毫米(5mm)厚，或者具有在那个范围内的任何增量或梯度的厚度。类似地，接近传感器区域401的凹形窗口传感器412的侧面可从大约一毫米(1mm)到大约五毫米(5mm)厚，或者具有在那个范围内的任何增量或梯度的厚度。在这种方面，凹形窗口传感器412的壁和接近传感器区域401的凹形窗口传感器412的侧面可被设计成用于保持凹形窗口传感器412所需的结构完整性。凹形窗口传感器412的厚度可部分地取决于用于构建特定凹形窗口传感器412的材料。

[0054] 图4B是示意图，表示图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图，所述图像传感器系统具有带有绝缘空腔400’的凹形传感器窗口。如在图4A中，图像传感器402可相对于样本区域401被定位，从而使得光学路径403存在于样本区域401与图像传感器402之间，其中，所述样本区域401、图像传感器402、以及光学路径403无需密封在成像腔室中。从样本区域401发射的光可沿着由图像传感器402接纳的光学路径403行进。图像传感器402可以是CCD、CMOS、或者耦合至TEC 404的其他这种传感元件，所述TEC可冷却图像传感器402从而将图像传感器402保持在操作范围内。TEC可汲取从图像传感器402到散热器406的热能426，其中，所述散热器406可分散热能426。图像传感器402可进一步包括图像传感器盖件408，其中，图像传感器402被定位成用于沿着光学路径403接收光。在一些实施例中，凹形传感器窗口412沿着图像传感器402与样本区域401之间的光学路径403被定位，其中，所述凹形传感器窗口412部分地保护图像传感器402免于外部因素，诸如颗粒物质或冷凝。凹形传感器窗口412的凹面面向图像传感器402和图像传感器盖件408，从而在图像传感器盖件408前方形成窗口空腔413空间。凹形传感器窗口412可沿着环绕图像传感器盖件408的图像传感器402的边缘利用粘合元件410附接至图像传感器402。

[0055] 在某些方面，薄膜414’可进一步应用于远离图像传感器402且接近样本区域401的凹形传感器窗口412的表面，其中，所述薄膜414’为抗冷凝(或防雾)涂层。抗冷凝薄膜414’的存在可防止在传感器窗口412或抗冷凝薄膜414’上形成冷凝，而无需将热量传导至抗冷凝薄膜414’中或者通过凹形传感器窗口412对热量进行传导。抗冷凝薄膜414’可进一步被配置或选择为具有抗反射特性，以便允许光沿着光学路径403穿过，而不会不利地将光学路径403扭曲至图像传感器402。

[0056] 在以下阐述的各实施例中，图4C、图4D、图4E、图4F或图4G中展示的配置中的任何配置可包括如图4A中示出的加热控制系统。换言之，如图4A中示出的电源418(从散热器406、电池、或其他电源中汲取电力)可以可选地用于连接至图4C、图4D、图4E、图4F或图4G中示出的使用如在此公开的电触头416的薄膜414。可替代地，图4C、图4D、图4E、图4F或图4G中展示的配置中的任何配置可包括抗冷凝薄膜414’而无需使用加热控制系统，如图图4B所示。

[0057] 图4C是示意图，表示图像传感器系统400的元件的配置的分解横截面视图，所述图像传感器系统具有带有绝缘空腔的弯曲的凹形传感器窗口412’。(如在此使用的，用于术语“弯曲的凹形传感器窗口”的形容词“弯曲的”指代面向图像传感器的窗口空腔的内部曲线。)如在图4A中，图像传感器402可相对于样本区域401被定位，从而使得光学路径403存在于样本区域401与图像传感器402之间，其中，所述样本区域401、图像传感器402、以及光学路径403无需密封在成像腔室中。从样本区域401发射的光可沿着由图像传感器402接纳的光学路径403行进。图像传感器402可以是CCD、CMOS、或者耦合至TEC 404的其他这种传感元件，所述TEC可冷却图像传感器402从而将图像传感器402保持在操作范围内。TEC可汲取从图像传感器402到散热器406的热能426，其中，所述散热器406可分散热能426。图像传感器402可进一步包括图像传感器盖件408，其中，所述图像传感器402被定位成用于沿着光学路径403接收光。在这种实施例中，弯曲的凹形传感器窗口412’沿着图像传感器402与样本区域401之间的光学路径403被定位，其中，所述弯曲的凹形传感器窗口412’部分地保护图像传感器402免于外部因素，诸如颗粒物质或冷凝。弯曲的凹形传感器窗口412’的凹面面向图像传感器402和图像传感器盖件408，从而在图像传感器盖件408前方形成窗口空腔413空间。弯曲的凹形传感器窗口412’可沿着环绕图像传感器盖件408的图像传感器402的边缘利用粘合元件410附接至图像传感器402。

[0058] 弯曲的凹形传感器窗口412’的曲率可被配置成用于沿着光学路径403、以朝向图像传感器402或图像传感器盖件408的特定区域的方向而聚焦从样本区域入射的光。弯曲的凹形传感器窗口412’的曲率可允许更精确地测量沿着光学路径403接收的光信号，并且可解释被选择用于构建弯曲的凹形传感器窗口412’的材料的反射、漫射或折射效应及其厚度。

[0059] 在实施例中，当被加热时，弯曲的凹形传感器窗口412’既可导热又可因热量而膨胀。从而，被选择用于构建弯曲的凹形传感器窗口412’的材料可被选择为具有特定热导率(κ)和线性热膨胀系数(αL)中的任一者或两者的范围或者在特定热导率和线性热膨胀系数中的任一者或两者的范围内。可基于整个成像装置的尺寸、成像装置的温度和光强度的投射操作范围、或其他设计考虑来选择用于弯曲的凹形传感器窗口412’的材料。弯曲的凹形传感器窗口412’的热导率(κ)可用于确定需要向薄膜414提供多少热量以便将操作温度保持在加热图像传感器系统400的周围环境温度之上。弯曲的凹形传感器窗口412’的线性热膨胀系数(αL)可用于确定传感器窗口的尺寸，并且可进一步被选择用于以与图像传感器402相同的速率膨胀以确保这两个元件保持经由粘合元件410而耦合。以上表1中阐述了可用于形成弯曲的凹形传感器窗口412’的材料和这类材料的特性。这些材料特性的值和范围为启发性而非排他性，因为其他材料也可用于构建弯曲的凹形传感器窗口412’。在某些方面，弯曲的凹形传感器窗口412’可具有大约0.04-1.14W/(m*K)的热导率(κ)。在其他方面，弯曲的凹形传感器窗口412’可具有大约3×10-6-80×10-6(1/K)的线性热膨胀系数(αL)。

[0060] 图4D是示意图，表示图像传感器系统400的元件的配置的分解横截面视图，所述图像传感器系统具有透镜428以及带有绝缘空腔的凹形传感器窗口412。如在图4A中，图像传感器402可相对于样本区域401被定位，从而使得光学路径403穿过透镜428而存在于样本区域401与图像传感器428之间。在这种方面，样本区域401、图像传感器402、透镜428、以及光学路径403无需密封在成像腔室中。从样本区域401发射的光可沿着由图像传感器402接纳的光学路径403行进。图像传感器402可以是CCD、CMOS、或者耦合至TEC 404的其他这种传感元件，所述TEC可冷却图像传感器402从而将图像传感器402保持在操作范围内。TEC可汲取从图像传感器402到散热器406的热能426，其中，所述散热器406可分散热能426。图像传感器402可进一步包括图像传感器盖件408，其中，所述图像传感器402被定位成用于沿着光学路径403接收光。在这种实施例中，凹形传感器窗口412沿着图像传感器402与样本区域401之间的光学路径403被定位，其中，所述凹形传感器窗口412部分地保护图像传感器402免于外部因素，诸如颗粒物质或冷凝。凹形传感器窗口412的凹面面向图像传感器402和图像传感器盖件408，从而在图像传感器盖件408前方形成窗口空腔413空间。凹形传感器窗口412可沿着环绕图像传感器盖件408的图像传感器402的边缘利用粘合元件410附接至图像传感器402。

[0061] 透镜428可沿着光学路径403被配置或定位以便沿着光学路径403、通过凹形传感器窗口412、以朝向图像传感器402或图像传感器盖件408的特定区域的方向而聚焦从样本区域入射的光。透镜428的曲率可允许更精确地测量沿着光学路径403接收的光信号，并且可解释被选择用于构建凹形传感器窗口412的材料的反射、漫射或折射效应及其厚度。

[0062] 在实施例中，当被加热时，图4D的凹形传感器窗口412既可导热又可因热量而膨胀，如以上关于图4A讨论的。

[0063] 图4E是示意图，表示图像传感器系统400的元件的配置的分解横截面视图，所述图像传感器系统具有透镜428以及带有绝缘空腔的弯曲的凹形传感器窗口412’。如在图4A中，图像传感器402可相对于样本区域401被定位，从而使得光学路径403穿过透镜428而存在于样本区域401与图像传感器428之间。在这种方面，样本区域401、图像传感器402、透镜428、以及光学路径403无需密封在成像腔室中。从样本区域401发射的光可沿着由图像传感器402接纳的光学路径403行进。图像传感器402可以是CCD、CMOS、或者耦合至TEC 404的其他这种传感元件，所述TEC可冷却图像传感器402从而将图像传感器402保持在操作范围内。
TEC可汲取从图像传感器402到散热器406的热能426，其中，所述散热器406可分散热能426。
图像传感器402可进一步包括图像传感器盖件408，其中，所述图像传感器402被定位成用于沿着光学路径403接收光。在这种实施例中，弯曲的凹形传感器窗口412’沿着图像传感器
402与样本区域401之间的光学路径403被定位，其中，所述弯曲的凹形传感器窗口412’部分地保护图像传感器402免于外部因素，诸如颗粒物质或冷凝。弯曲的凹形传感器窗口412’的凹面面向图像传感器402和图像传感器盖件408，从而在图像传感器盖件408前方形成窗口空腔413空间。弯曲的凹形传感器窗口412’可沿着环绕图像传感器盖件408的图像传感器
402的边缘利用粘合元件410附接至图像传感器402。

[0064] 弯曲的凹形传感器窗口412’和透镜428的曲率可被配置成用于协力地操作，以便沿着光学路径403、以朝向图像传感器402或图像传感器盖件408的特定区域的方向而聚焦从样本区域入射的光。弯曲的凹形传感器窗口412’和透镜428的曲率及交互可允许更精确地测量沿着光学路径403接收的光信号，并且可解释被选择用于构建弯曲的凹形传感器窗口412的材料的反射、漫射或折射效应及其厚度。

[0065] 在实施例中，当被加热时，图4E的凹形传感器窗口412既可导热又可因热量而膨胀，如以上关于图4A讨论的。

[0066] 图4F是示意图，表示图像传感器系统的元件的配置的分解横截面视图，所述图像传感器系统具有带有绝缘空腔的凸起的凹形传感器窗口412”。(如在此使用的，用于术语“凸起的凹形传感器窗口”的形容词“凸起的”指代接近并面向样本区域的传感器窗口的突出表面。)如在图4A中，图像传感器402可相对于样本区域401被定位，从而使得光学路径403存在于样本区域401与图像传感器402之间，其中，所述样本区域401、图像传感器402、以及光学路径403无需密封在成像腔室中。从样本区域401发射的光可沿着由图像传感器402接纳的光学路径403行进。图像传感器402可以是CCD、CMOS、或者耦合至TEC 404的其他这种传感元件，所述TEC可冷却图像传感器402从而将图像传感器402保持在操作范围内。TEC可汲取从图像传感器402到散热器406的热能426，其中，所述散热器406可分散热能426。图像传感器402可进一步包括图像传感器盖件408，其中，所述图像传感器402被定位成用于沿着光学路径403接收光。在这种实施例中，凸起的凹形传感器窗口412”沿着图像传感器402与样本区域401之间的光学路径403被定位，其中，所述凸起的凹形传感器窗口412”部分地保护图像传感器402免于外部因素，诸如颗粒物质或冷凝。凸起的凹形传感器窗口412”的凹面面向图像传感器402和图像传感器盖件408，从而在图像传感器盖件408前方形成窗口空腔413空间。凸起的凹形传感器窗口412”可沿着环绕图像传感器盖件408的图像传感器402的边缘利用粘合元件410附接至图像传感器402。

[0067] 凸起的凹形传感器窗口412”的曲率可被配置成用于沿着光学路径403、以朝向图像传感器402或图像传感器盖件408的特定区域的方向而聚焦从样本区域入射的光。凸起的凹形传感器窗口412”的曲率允许更精确地测量沿着光学路径403接收的光信号，并且可解释被选择用于构建凸起的凹形传感器窗口412”的材料的反射、漫射或折射效应及其厚度。在可替代方面，凸起的凹形传感器窗口412”可用于进一步包括透镜428元件的系统，如图4D和图4E所示。

[0068] 在实施例中，当被加热时，凸起的凹形传感器窗口412”既可导热又可因热量而膨胀。从而，被选择用于构建凸起的凹形传感器窗口412”的材料可被选择为具有特定热导率(κ)和线性热膨胀系数(αL)中的任一者或两者的范围或者在特定热导率和线性热膨胀系数中的任一者或两者的范围内。可基于整个成像装置的尺寸、成像装置的温度和光强度的投射操作范围、或其他设计考虑来选择用于凸起的凹形传感器窗口412”的材料。凸起的凹形传感器窗口412”的热导率(κ)可用于确定需要向薄膜414提供多少热量以便将操作温度保持在加热图像传感器系统400的周围环境温度之上。凸起的凹形传感器窗口412”的线性热膨胀系数(αL)可用于确定传感器窗口的尺寸，并且可进一步被选择用于以与图像传感器402相同的速率膨胀以确保这两个元件保持经由粘合元件410而耦合。以上表1中阐述了可用于形成凸起的凹形传感器窗口412”的材料和这类材料的特性。这些材料特性的值和范围为启发性而非排他性，因为其他材料也可用于构建凸起的凹形传感器窗口412”。在某些方面，凸起的凹形传感器窗口412”可具有大约0.04-1.14W/(m*K)的热导率(κ)。在其他方面，弯曲的凹形传感器窗口412’可具有大约3×10-6-80×10-6(1/K)的线性热膨胀系数(αL)。

[0069] 图4G是示意图，表示具有带有绝缘空腔的双重凹形传感器窗口结构430的图像传感器系统400的元件的配置的分解横截面视图。图像传感器402可相对于样本区域401被定位，从而使得光学路径403存在于样本区域401与图像传感器402之间。再次，在这种实施例中，样本区域401、图像传感器402、以及光学路径403无需密封在成像腔室中。从样本区域401(其可以是反射的光、来自样本内的发射光、或通过样本区域401传输或折射的光)发出的光可沿着由图像传感器402接纳的光学路径403行进。图像传感器402可以是CCD、CMOS、或者耦合至TEC 404的其他这种传感元件，所述TEC可冷却图像传感器402从而将图像传感器
402保持在操作范围内。TEC可汲取从图像传感器402到散热器406的热能426。散热器406可分散热能426或者将热能426重新路由至图像传感器系统400的另一元件。图像传感器402可进一步包括图像传感器盖件408，其中，所述图像传感器402被定位成用于沿着光学路径403接收光。

[0070] 在如图4G所示的实施例中，双重凹形传感器窗口430沿着图像传感器402与样本区域401之间的光学路径403被定位，其中，所述双重凹形传感器窗口430部分地保护图像传感器402免于外部因素，诸如颗粒物质或冷凝。双重凹形传感器窗口430可从第一凹形传感器窗口432和第二凹形传感器窗口434中被构建。第一凹形传感器窗口432和第二凹形传感器窗口434可在图像传感器402和图像传感器盖件408的前方组合堆叠，从而使得从样本区域入射的光学路径403穿过第一凹形传感器窗口432、由第一凹形传感器窗口432限定的第一窗口空腔433、第二凹形传感器窗口434、以及由第二凹形传感器窗口434限定的第二凹形窗口空腔435。第一窗口空腔433由此可用作主绝缘空腔，以调节图像传感器402和图像传感器盖件408正前方的热变化速率，从而保持那个空间中的操作温度。第二窗口空腔435可类似地用作补充绝缘空腔，以调节第一凹形传感器窗口432正前方的热变化速率，从而保持那个空间中的操作温度。

[0071] 第一凹形传感器窗口432和第二凹形传感器窗口434两者的凹面面向图像传感器402和图像传感器盖件408，从而分别在图像传感器盖件408前方形成第一窗口空腔433和第二窗口空腔435。双重凹形传感器窗口430可沿着环绕图像传感器盖件408的图像传感器402的边缘利用粘合元件410附接至图像传感器402。薄膜414可进一步应用于远离图像传感器
402且接近样本区域401的凹形传感器窗口432的表面。在一些实施例中，薄膜414可导电或传导热能，从而使得薄膜414可保持受控温度，进一步其中，所述薄膜414的受控温度可大于周围温度或环境温度。在其他实施例中，薄膜可以是不需要连接至电源或热源的抗冷凝薄膜以便防止在双重凹形传感器窗口430上形成冷凝。

[0072] 在某些方面，第一凹形传感器窗口432和第二凹形传感器窗口434中的每一者可由玻璃制成，其中，每个凹形传感器窗口可具有大约一至二十毫米(1mm-20mm)的总体厚度、或者在那个范围内的厚度的任何增量或梯度。类似地，第一窗口空腔433和第二窗口空腔435中的每一者可具有延伸进入其相应传感器窗口的深度，所述深度大约为一至十九毫米(1mm-19mm)、或者在那个范围内的厚度的任何增量或梯度。在具体方面，第一凹形传感器窗口432和第二凹形传感器窗口434中的每一者可具有大约五毫米(5mm)的总体厚度。在其他具体方面，第一窗口空腔433和第二窗口空腔435中的每一者可具有延伸进入其相应传感器窗口的深度，所述深度大约为一至四毫米(1mm-4mm)。每个窗口空腔可具有跨其相应传感器窗口的中心延伸的宽度，所述宽度为从整体传感器窗口的宽度的大约10％到90％。用于第一凹形传感器窗口432和第二凹形传感器窗口434中的任一者或两者的玻璃可以是标准玻璃、或者可以是掺杂有元素(诸如制作硼硅酸盐玻璃的硼(B))的玻璃，其可修改第一凹形传感器窗口432和/或第二凹形传感器窗口434的折射率(IR)或其他透射特性。在其他方面，第一凹形传感器窗口432和第二凹形传感器窗口434中的任一者或两者可由光学透射性聚合物或塑料制成，其中，所述聚合物或塑料具有与玻璃相似的热膨胀系数、或者与图像传感器402的热膨胀系数相似的热膨胀系数。在进一步方面，第一凹形传感器窗口432和第二凹形传感器窗口434中的任一者或两者可由派热克斯(Pyrex)玻璃、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA或丙烯酸玻璃)、聚碳酸酯、聚(氯乙烯)(PVC)、或聚四氟乙烯(PTFE)制成。在这种实施例中，第一凹形传感器窗口432和第二凹形传感器窗口434应当被选择用于具有匹配或相似的折射率(IR)。在某些方面，远离图像传感器402且接近样本区域401的第一凹形传感器窗口432的侧面通常可以是平面的。在某些方面，远离图像传感器402且接近样本区域401的第二凹形传感器窗口434的侧面通常可以是平面的。在其他实施例中，第一凹形传感器窗口432和第二凹形传感器窗口434中的任一者或两者可以是弯曲的凹形传感器窗口或凸起的凹形传感器窗口。

[0073] 在实施例中，当被加热时，双重凹形传感器窗口430既可导热又可因热量而膨胀。从而，被选择用于构建双重凹形传感器窗口430的材料可被选择为具有特定热导率(κ)和线性热膨胀系数(αL)中的任一者或两者的范围或者在特定热导率和线性热膨胀系数中的任一者或两者的范围内。可基于整个成像装置的尺寸、成像装置的温度和光强度的投射操作范围、或其他设计考虑来选择用于双重凹形传感器窗口430的材料(其针对此实施例通过延伸指代用于第一凹形传感器窗口432和第二凹形传感器窗口434两者的材料)。双重凹形传感器窗口430的热导率(κ)可用于确定需要向薄膜414提供多少热量以便将操作温度保持在加热图像传感器系统400的周围环境温度之上。双重凹形传感器窗口430的线性热膨胀系数(αL)可用于确定传感器窗口的尺寸，并且可进一步被选择用于以与图像传感器402相同的速率膨胀以确保这两个元件保持经由粘合元件410而耦合。以上表1中阐述了可用于形成双重凹形传感器窗口430的材料和这类材料的特性。这些材料特性的值和范围为启发性而非排他性，因为其他材料也可用于构建双重凹形传感器窗口430。在某些方面，双重凹形传感器窗口430可具有大约0.04-1.14W/(m*K)的热导率(κ)。在其他方面，双重凹形传感器窗口
430可具有大约3×10-6-80×10-6(1/K)的线性热膨胀系数(αL)。

[0074] 在进一步实施例中，凹形传感器窗口412(或弯曲的凹形传感器窗口412’、凸起的凹形传感器窗口412”、或双重凹形传感器窗口430)的表面可具有粗糙或纹理化表面，所述粗糙或纹理化表面可允许光沿着光学路径403穿过，而不会不利地扭曲光学路径403，同时向凹形传感器窗口412提供附加的结构优点。凹形传感器窗口412的粗糙或纹理化表面增加了凹形传感器窗口412的总表面面积，从而允许可通过更大的表面积来传导热量，并且从而防止在凹形传感器窗口412表面上形成冷凝。在又进一步实施例中，凹形传感器窗口412的粗糙表面可以是具有纳米结构的凹凸纹理化表面，从而使得水可沉积并且可从周围环境在凹凸纹理化表面上被吸收，同时同步保持水滴在凹凸纹理化表面上通常彼此间隔，从而使得将以其他方式模糊光学路径403的冷凝不会形成在那个表面上。

[0075] 在可替代实施例中，一系列堆叠的凹形传感器窗口可以是三倍的凹形传感器窗口、四倍的凹形传感器窗口、五倍的凹形传感器窗口等。单个传感器窗口、单个凹形传感器窗口、一系列堆叠的凹形传感器窗口、或其任意组合的总体厚度可部分地确定光学路径403的操作长度，所述长度可被称为Z长度。Z长度取决于所述一个或多个传感器窗口的IR以及光学路径403如何在窗口空腔内折射、以及传感器窗口的厚度和窗口空腔的长度。

[0076] 如在此讨论的，可用于形成透明薄膜电介质的材料可包括但不限于：氧化铟锡(ITO)、氧化硅、氧化钛、氧化锡、氧化锌、氧化铝锌(AZO)、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化锆、氧化钛锆、氧化铌、氧化钛铌、氧化铪、氧化锰、氧化钽、氧化铬、氧化铋、氧化镓锌(GZO)、及其混合物、变体及组合。这种材料可用于薄膜层系统，如导热薄膜、抗冷凝和抗反射薄膜中任一项或全部。

[0077] 在本公开的某些方面，图像传感器组件阐述了一种防止在传感器窗口上形成冷凝的方法。可加热传感器窗口以便保持温度略高于周围环境以作为一种用于防止在传感器窗口上形成冷凝的方式。在这种实施例中，可利用成像仪器的元件(诸如电池、连接的TEC、或可替代的电源或热源)来加热传感器窗口。在进一步实施例中，传感器窗口可被成型为或者弯曲为将具有绝缘空腔，其中，由邻近或接近图像传感器的传感器窗口限定的空间可用于调节图像传感器前方的区域的温度以作为一种用于防止在传感器窗口上形成冷凝的方式。传感器窗口或弯曲的传感器窗口可进一步被成型为具有曲线或凸起，所述曲线或凸起可将通过传感器窗口传输的光学路径聚焦到图像传感器和/或传感元件的特定区域上。在可替代方面，一个或多个传感器窗口或弯曲的传感器窗口可串联堆叠在图像传感器前方以便提供增加程度的温度调节。在进一步可替代方面，加热框架可保持温度略高于周围环境作为一种用于防止恰好在图像传感器或传感元件上形成冷凝的方式。在许多实施例中，温度控制器(可以是运营商受控的微处理器系统)可以用于设定温度以保持在图像传感器组件中。

[0078] 如在此提供的，捕获位于目标区域中的样本的图像的成像仪器可与成像仪器接口电耦合。这种成像仪器系统和成像仪器接口可通过有线或无线的方式电耦合至微处理器(或其他诸如非瞬态计算机可读介质)，并且由此向所述微处理器发送成像数据信号。耦合的微处理器可从成像装置收集成像数据和/或成像仪器接口可进一步将收集的信息中继至其他非瞬态计算机可读介质，和/或对所收集的数据进行计算并且将计算结果中继至用户可操作和/或用户可读显示器。可根据控制微处理器的计算机程序指令(或者通过硬件或软件)来评估由成像装置捕获的成像数据以便对计算进行分析或者将计算基于由样本胶、印迹、或膜发射的光的特定波长、和/或用于对样本胶、印迹、或膜进行照明的光的特定波长。

[0079] 成像仪器可包括微处理器，所述微处理器可进一步是控制成像仪器(具体地在所公开的图像传感器组件中的薄膜元件的热设定点)的操作的处理设备的部件。处理设备(其例如可以是温度控制器)可以经由总线通信地耦合至非易失性存储器设备。非易失性存储器设备可以包括当断电时保持存储信息的任何类型的存储器设备。存储器设备的非限制性示例包括电可擦除可编程只读存储器(“ROM”)、闪存、或任何其他类型的非易失性存储器。在某些方面，存储器设备中的至少一些可包括处理设备可从其中读取指令的非瞬态介质或存储器设备。非瞬态计算机可读介质可包括能够向处理设备提供计算机可读指令或其他程序代码的电子存储设备、光学存储设备、磁存储设备、或其他存储设备。非瞬态计算机可读介质的非限制性示例包括(但不限于)：(多个)磁盘、(多个)存储器芯片、ROM、随机存取存储器(“RAM”)、ASIC、配置处理器、光学存储装置、和/或计算机处理器可从其中读取指令的任何其他介质。这些指令可以包括处理器专用指令，所述处理器专用指令是由编译器和/或解释器从以任何适当的计算机编程语言(包括例如C、C++、C#、Java、Python、Perl、Java脚本等)写入的代码生成的。

[0080] 以上描述是说明性的而非限制性的，并且在审阅本公开时，如对本领域的技术人员而言将变得明显的是，在不脱离本发明的必要特征的情况下，可以以其他具体形式来具体化本发明。例如，以上描述的各方面的任何方面可以被组合成一个或若干个不同的配置，每一个配置具有各方面的子集。进一步地，贯穿前述描述，出于解释的目的，阐述了大量的具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员而言将明显的是，可以在没有这些具体细节中的一些的情况下实践这些实施例。这些其他实施例旨在包括在本发明的精神和范围内。因此，本发明的范围因此不应当参考以上描述来确定，而是应当参考以下且未决的权利要求书连同其法律等效物的全部范围来确定。