[发明专利]包括光栅结构的光传感器模块和光谱仪

说明书

一种光电模块包括光导，所述光导被布置来接收光，诸如环境光或由物体反射的光。所述光导具有包括多个区段的衍射光栅，所述多个区段中的每个区段被调谐成相应的波长或窄波带。所述模块还包括多个光敏元件，所述多个光敏元件中的每个光敏元件被布置来接收由所述衍射光栅的所述区段中的相应一个所衍射的光。所述模块可例如被集成为光谱仪或用于光学确定物体的特性的其他设备的一部分。

公开领域

本公开涉及包括光栅结构的光传感器模块和光谱仪。

背景

各种制造和其他过程涉及测量并收集光学辐射源的光学辐射数据，具体为光谱发射特性。制造或其他过程可以是光学辐射用作执行所述过程的一部分或者光学辐射由所述过程产生的过程。在一些情况中，诸如成像应用，可能希望测量并确定环境光的光谱发射特性。

概述

本公开描述包括光栅结构的光电模块，并且在各种实现方式中，所述光电模块可用于涉及检测或测量光学辐射的光谱特性的范围广泛的应用。光电模块可用于各种应用，以检测环境光或由物体反射的光的特性。

例如，在一方面中，光电模块包括被布置来接收来自模块外的光的光导。光导具有包括多个区段的衍射光栅，所述多个区段中的每个区段被调谐成相应的波长或窄波带。所述模块还包括多个光敏元件，所述多个光敏元件中的每个光敏元件被布置来接收由衍射光栅的区段中的相应一个所衍射的光。

在另一方面中，分析光的组成的方法包括接收光、将所接收的光分成其光谱分量、并且沿着光导引导所分离的光谱分量。所述方法还包括使用在光导中形成的衍射光栅来将多个波长或窄波带中的每个波长或窄波带从光谱分量中衍射到相应的光敏元件，所述光敏元件中的每个光敏元件分别与波长或窄波带中的特定一个相关联。

一些实现方式包括以下特征中的一个或多个。例如，衍射光栅的不同区段可具有彼此不同的周期性光栅结构。衍射光栅可包括例如次波长结构或多层涂覆光栅结构。衍射光栅可例如被设置在光导的传感器侧上。

在一些情况下，光电模块还包括被布置来接收光的光学组件，其中光导具有被布置来将所接收的光衍射成其光谱分量的至少一个其他衍射光栅。在一些实例中，所述至少一个其他衍射光栅包括被设置在光导的光学组件侧上的第一衍射光栅以及被设置成与穿过第一衍射光栅的零阶光束相交的第二衍射光栅。

模块中的光敏元件可例如被实现为CMOS或CCD传感器中的像素。在一些情况下，光敏元件被实现为离散光传感器。

光电模块可包括用于防止来自相邻光学通道的杂散光由光敏元件感测到的装置。例如，在一些情况下，一个或多个相应的滤光器存在于光敏元件中的至少一些的上方。在一些实例中，不透光间隔物将光敏元件彼此分离。

本公开还描述用于光学确定物体的特性的设备(例如，光谱仪)。所述设备包括可操作来生成在一个或多个特定波长或波长范围下的光的发射器，以及用于检测由物体反射的光的模块。所述模块可包括被布置来接收由物体反射的光中的至少一些的光导，所述光导具有包括多个区段的衍射光栅，所述多个区段中的每个区段被调谐成相应的波长或窄波带。所述模块还包括多个光敏元件，所述多个光敏元件中的每个光敏元件被布置来接收由衍射光栅的区段中的相应一个所衍射的光。如本公开所述的模块的其他特征也可并入一些实现方式中。

在一些实现方式中，所述设备还包括光学部件，其被布置来将由发射器生成的光中的至少一些朝向模块引导。

在一些实例中，光学部件可移动，以使得当光学部件处于第一位置中时，来自发射器的光由光学部件朝向模块来引导，并且当光学部件处于第二位置中时，来自发射器的光由光学元件朝向物体来引导。

各种实现方式包括以下优势中的一个或多个。例如，所述模块可提供用于检测环境光或其他光的光谱分量或者用于光学地检测物体的特性的相对紧凑且成本有效的方式。

其他方面、特征和优点将通过以下详述、附图和权利要求书而容易显而易见。