光学模块和使用该光学模块的光学装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种光学装置和一种光学模块，所述光学装置包括：光谱滤波器；和光检测部分，其用于检测通过光谱滤波器的光，其中将带限滤波器设置在光的路径上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学模块和使用该光学模块的光学装置
本公开涉及一种滤波器阵列式分光计，更具体地说，涉及一种光学模块和一种使用该光学模块的光学装置，该光学模块包括在目标光谱恢复中用于信号恢复和分辨率增强的光谱滤波器中的带限滤波器。
技术介绍
分析材料的本征光谱的光谱仪器被广泛用于测量目标在从可见光到红外波段的宽带波长范围内的颜色或分子键。在传统上，它被用作台式有机/无机物分析仪器，诸如UV-VIS-NIR分光光度计和傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪器。然而，随着对诸如食品领域(例如，环境有害因素检测、水质检测、通过监控工业和农业生产线的过程控制、残留农药的检测、原产地证明、油氧化度测量等)和医学生物领域的各个应用领域的日益重视，对发展用于现场测量的小型化装置的需求增加。另外，近年来，由于对健康、食品和环境的自我管理的需求增加，也期望将它应用作为基于超小型化的个人便携式光谱仪器和物联网光谱传感器来应用。作为使光谱仪器小型化的最有效方式，提出了这样一种方法，其中按照具有带滤波(bandfiltering)功能的光学滤波器阵列的形式来制造替代常规棱镜和衍射光栅的用于分散光的光学组件，并且将该用于分散光的光学组件与光学检测器阵列集成。基于滤波器阵列的分光计实现方法的优点在于稳健和易于小型化，这是因为它不需要运动的目标。提出了各种类型的光学滤波器结构作为用于分光计的滤波器阵列，其中有一种线性可变滤波器(LVF)。LVF是具有Fabry-Perot谐振器结构的光学滤波器，并且具有在长度方向上位于上镜层和下镜层之间的介电谐振层的厚度在长度方向上线性地变化的结构。由于厚度在长度方向上变化的线性结构，这种LVF在工艺再现性和生产率方面具有局限性，并且具有与二维成像传感器技术的工艺兼容性不足的缺点。由于分光计的分辨率也由LVF的高度-长度比决定，所以分光计元件的小型化受到限制。为了克服这个问题，提出了一种具有优良的谐振光谱波长可变性的基于等离子体的滤波器技术。例如，使用利用了超常光透射(EOT)现象的透射滤波器，超常光透射(EOT)现象出现在周期性地布置在金属薄膜结构上的纳米孔阵列结构中。由于可以仅通过二维水平结构控制而不改变竖直结构来实现谐振波长的宽带可变性，因此即使用简单的工艺也能够形成高度集成的光谱滤波器阵列，并且有利于与二维图像装置集成和批量生产。另一方面，由于基于滤波器阵列的分光计的分辨率与滤波器的数量成比例地增加，因此需要大量的滤波器来获得高分辨率。然而，由于在以下工艺技术中存在限制：精细且单独地控制中心波长之间的间隔而在各个滤波器之间无光谱重叠，因此实质上可实现的分辨率是有限的。滤波器数量的限制还影响用于目标光谱恢复的数字信号处理过程，因此成为降低信号恢复能力和操作稳定性的一个因素。
技术实现思路
技术问题本公开提供了一种具有小型化结构的光学滤波器。本公开还有效地克服了基于滤波器阵列的分光计中的滤波器的数量的限制，并且提高了分光计的信号恢复能力和分辨率。本公开还提供了一种方便的额外方法，其通过针对滤波器阵列式分光计的直接应用来提高特定波长范围的分辨率。技术方案本专利技术的实施例提供了一种光学模块，包括：光谱滤波器阵列，其包括多个单位光谱滤波器；带限滤波器，其被构造为选择性地透射比设计为通过光谱滤波器阵列测量的波长区更窄的波长区的光；以及光学检测单元，其被构造为检测通过光谱滤波器阵列和带限滤波器的光学信号。可将‘带限滤波器’理解为限定特定范围的波长带的滤波器的概念。带限滤波器具有比针对光谱滤波器设计的工作波长带更窄的波长范围。带限滤波器可在物理上被构造为覆盖光谱滤波器的全部或一部分。换句话说，可将进入在光学路径上的光谱滤波器的所有光构造为通过带限滤波器，并且一些光也可不通过带限滤波器。也可部分地添加简单光学窗口。光谱滤波器可由单个或多个单位滤波器阵列构成。在将带限滤波器、光谱滤波器和光学检测单元设置在不同模块中的情况下，它们中的两个设为一模块，或者全部三个模块设为一个模块，可在入射到光学检测单元的光到达之前将带限滤波器设置在任何光学路径上。应该理解，本专利技术的范围涵盖其它光学元件插入在带限滤波器、光谱滤波器与光学检测单元之间的情况。另外，带限滤波器可布置在光谱滤波器与光学检测单元之间，并且光谱滤波器可布置在带限滤波器与光学检测单元之间。在实施例中，单位光谱滤波器可为以下中的一个：衍射光栅滤波器、棱镜滤波器、Fabry-Perot谐振滤波器、具有金属纳米结构阵列或金属纳米孔阵列的等离子体滤波器、基于硅纳米线的滤波器、吸收滤波器、谐振波导谐振模式型滤波器、或采用集成光学器件的光学干涉光谱滤波器。在实施例中，光谱滤波器阵列可包括多个单位光谱滤波器，其中具有预定形状的金属图案被周期性地布置成吸收或反射特定波长区的光。在实施例中，带限滤波器可由用于选择性地透射不同波长区的光的多个单位带限滤波器构成。在实施例中，带限滤波器可包括三至七个单位带限滤波器，并且光学检测单元可为CMOS图像传感器。在实施例中，单位带限滤波器可包括一个或多个R、G和B滤色器。在实施例中，所述一个或多个单位带限滤波器可选择性地透射700nm至1100nm内的特定区的光。在实施例中，光学检测单元可为CMOS图像传感器或红外图像传感器的光学检测像素。在实施例中，光学检测单元的光检测像素的大小可小于单位光谱滤波器的大小。在实施例中，光学模块还可包括处理单元，其被配置为利用通过光学检测单元检测的光学信号执行恢复入射光的光谱的功能。在实施例中，在恢复光的光谱中，可通过在列向上添加一组光谱滤波器和带限滤波器的组合来配置滤波器函数矩阵。在实施例中，在信号恢复功能中，用于信号恢复的滤波器函数矩阵可使得波长采样区的范围被带限滤波器有效限制，并且超出有效波长范围的矩阵值收敛至零。在本专利技术的其它实施例中，一种光学装置包括：图像传感器区，其包括被构造为将入射光过滤为至少R、G和B的滤色器层以及被构造为通过多个第一单位像素检测通过滤色器层的光学信号的第一光检测区；以及光谱传感器区，其包括被构造为测量目标对象的光谱的光谱滤波器阵列以及被构造为通过多个第二单位像素检测通过光谱滤波器阵列的光学信号的第二光检测区。在实施例中，光学装置还可包括带限滤波器，其波长区比将通过在光谱传感器区的光学信号的路径上的光谱滤波器阵列测量的工作波长带窄。在实施例中，光谱滤波器阵列和带限滤波器可堆叠，并且带限滤波器可设置在光谱滤波器阵列上。在实施例中，光谱滤波器阵列和带限滤波器可堆叠，并且光谱滤波器阵列可布置在带限滤波器上。在实施例中，带限滤波器可包括被构造为选择性地透射不同波长区的光的多个单位带限滤波器。在实施例中，单位带限滤波器可包括一个或多个R、G和B滤色器。在实施例中，所述一个或多个单位带限滤波器可选择性地透射700nm至1100nm内的特定区的光。在实施例中，光谱滤波器阵列可包括多个单位光谱滤波器，并且单位光谱滤波器中的每一个可包括周期性地布置的具有预定形状的金属图案。在实施例中，第一光检测区和第二光检测区可包括不同大小的光检测像素。在实施例中，第一光检测区和第二光检测区可为CMOS图像传感器的光学检测器的一部分。在实施例中，光谱传感器区的光谱滤波器阵列的分析波长可在300nm至1100nm的范围内。在实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学模块，包括：光谱滤波器阵列，其包括多个单位光谱滤波器；带限滤波器，其被构造为选择性地透射比设计为通过所述光谱滤波器阵列测量的波长区更窄的波长区的光；以及光学检测单元，其被构造为检测通过所述光谱滤波器阵列和所述带限滤波器的光学信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.30 KR 10-2016-0110799;2017.04.26 KR 10-2011.一种光学模块，包括：光谱滤波器阵列，其包括多个单位光谱滤波器；带限滤波器，其被构造为选择性地透射比设计为通过所述光谱滤波器阵列测量的波长区更窄的波长区的光；以及光学检测单元，其被构造为检测通过所述光谱滤波器阵列和所述带限滤波器的光学信号。2.根据权利要求1所述的光学模块，其中，所述光谱滤波器阵列布置在所述带限滤波器与所述光学检测单元之间。3.根据权利要求1所述的光学模块，其中，所述单位光谱滤波器是以下中的一个：衍射光栅滤波器、棱镜滤波器、Fabry-Perot谐振滤波器、具有金属纳米结构阵列或金属纳米孔阵列的等离子体滤波器、基于硅纳米线的滤波器、吸收滤波器、谐振波导谐振模式型滤波器、或采用集成光学器件的光学干涉光谱滤波器。4.根据权利要求1所述的光学模块，其中，所述光谱滤波器阵列包括多个单位光谱滤波器，其中具有预定形状的金属图案被周期性地布置成吸收或反射特定波长区的光。5.根据权利要求1所述的光学模块，其中，所述带限滤波器由用于选择性地透射不同波长区的光的多个单位带限滤波器构成。6.根据权利要求5所述的光学模块，其中，所述带限滤波器包括三至七个单位带限滤波器，并且所述光学检测单元是CMOS图像传感器。7.根据权利要求6所述的光学模块，其中，所述单位带限滤波器包括一个或多个R、G和B滤色器。8.根据权利要求5所述的光学模块，其中，所述一个或多个单位带限滤波器选择性地透射700nm至1100nm内的特定区的光。9.根据权利要求1所述的光学模块，其中，所述光学检测单元是CMOS图像传感器或红外图像传感器的光学检测像素。10.根据权利要求1所述的光学模块，其中，所述光学检测单元的光检测像素的大小小于所述单位光谱滤波器的大小。11.根据权利要求1所述的光学模块，还包括处理单元，其被配置为利用通过所述光学检测单元检测的光学信号执行恢复入射光的光谱的功能。12.根据权利要求11所述的光学模块，其中，在恢复所述光的所述光谱中，通过在列向上添加一组光谱滤波器和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敬锡，黄圭元，金元穆，金寅昊，金玹澈，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR