[发明专利]对基于滤光器阵列的光谱分析模组进行预置校准的方法

说明书

本发明针对基于滤光器阵列的光谱分析模组，提供了对其进行预置校准和光谱重构的方法。通过本发明提供的预置校准方法所获取的预置校准信息，包含了所对应的光谱分析模组内部各个部分或元部件的光学响应和光电转换因素、在制造过程中的结构件偏差和各个部分间的对准偏差、以及其它不可控、不明确因素对光谱测试的综合影响，本发明提供的预置校准方法和光谱重构方法有利于使所述光谱分析模组在检测中获得更为准确的光谱信息。

技术领域

本发明涉及基于滤光器阵列的光谱分析模组，尤其是涉及对这种光谱分析模组进行预置校准和光谱重构的方法。

背景技术

光谱仪是一种非常重要的光学仪器。现行常见的光谱仪概括来说有两类：一类是以光栅光谱仪为代表的色散分光型；另一类是以基于干涉仪的傅里叶变换光谱仪为代表的调制型。实验室级别的专业型光谱仪一般都体积较大、价格昂贵，其整体性能往往伴随着仪器尺寸的缩小而减弱。

近年来，随着信息技术的发展、生产生活智能化、和人们对食品安全、环境污染、医疗健康等需求的增长，微型集成光谱分析模组受到关注。其应用目标向作为智能化设备和消费类电子产品(如智能手机和可穿戴设备等)的传感组件的运用来发展。

其中，基于滤光器阵列结构来实现微型集成光谱分析模组是一个重要途径，受到广泛关注。这种光谱分析模组是将通过滤光器阵列中具有不同透射光谱特性的滤光器结构单元的透射光照射在探测器阵列中相应的探测器单元上进行光电转换，然再通过后端数据处理来进行光谱重构。根据其滤光器阵列结构的不同，举例如下：

如滤光器阵列结构是基于具有分立的不同腔长的垂直型Fabry-Perot谐振腔阵列结构【如以下文献所涉及：1.S.-W.Wang,C.Xia,X.Chen,W.Lu,M.Li,H.Wang,W.Zheng,andT.Zhang,Opt.Lett.,32(6),632(2007)；2.温志渝，陈刚，王建国，光谱学与光谱分析，26(10),1955(2006)。】；

如滤光器阵列结构是基于介质材料的光子晶体结构【如以下文献所涉及：N.K.Pervez,W.Cheng,Z.Jia,M.P.Cox,H.M.Edrees,and I.Kymissis,Opt.Express,18(8),8277(2010).】；

如滤光器阵列结构是基于具有不同吸收谱的半导体量子点或量子线阵列结构【如以下文献所涉及：1.J.Bao and M.G.Bawendi,Nature,523,67(2015)；2.Z.Yang,T.Albrow-Owen,H.Cui,et al.,Science,365,1017(2019).】；等等。

还有一类滤光器阵列结构是基于金属微纳结构【如以下公开发明专利所涉及：中国发明专利CN 105092035B、CN 109642822A、CN 108731806 A、CN 110873911 A、CN110243471 A、CN 10954311 A、CN109564323 A、等；美国发明专利US 8542359 B2、US7426040 B2、等。】

基于滤光器阵列的微型集成光谱分析模组在使用中需要结合设备在制造过程中对其中有关光学部件的预置校准信息来进行光谱重构计算。

在如上述期刊论文和一些发明专利【如中国发明专利CN 103207015 A、CN109642822 A、CN 10954311 A；美国发明专利US 8542359 B2】为例的公开文件所提供的方法和实施例中，预置校准信息一般包括：滤光器阵列中各个滤光器结构单元的透射光谱(或称传递函数)和探测器阵列中探测器单元的响应函数(或称灵敏度函数)。