一种光学传感器系统包含布置在集成电路上的光学传感器阵列和多个滤光器，多个滤光器的底表面位于光学传感器阵列的顶表面之上。光学传感器系统进一步包含入射角层，该入射角层包括顶表面、底表面和厚度Y，其中入射角层的底表面距多个滤光器的顶表面预定距离X处定位，并且入射角层包括多个准直元件，入射角层的每个准直元件具有孔径宽度Z。
【技术实现步骤摘要】
用于光学传感设备的准直阵列相关申请的交叉引用本美国专利技术专利申请还要求依照《美国法典》第35编第119(e)条对2019年7月11日提交的名称为“用于光学传感设备的准直阵列”的第62/932，304号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入本文，并且出于任何和所有目的，作为本美国专利技术专利申请的一部分。
本专利技术总体上涉及光谱学，并且更具体地说，涉及使用基于干涉的滤光器的光谱传感器。
技术介绍
光谱学设备已被证明在各种行业中的应用是有用的，包括例如健康、生物测定、农业、化学和健身等。基于干涉的滤光器，诸如法布里-珀罗滤光器，当与光谱学结合使用时，已被证明能够提供有用的光谱信息。以相对较小的角度入射到传感器表面的光通过基于干涉的滤光器会对传感器的性能产生负面影响。已经提出了许多方法，通过基于干涉的滤光器来管理入射角，包括单独或组合地添加物镜、狭缝和准直器。附图说明图1示出了根据本专利技术的不同f数的740纳米至790纳米的滤光器透射率或响应；图2示出了根据本专利技术的覆盖有滤光器的光学传感器的自上而下的图示；图3提供了示例性光学传感器的侧视图，示出了入射光照射根据本专利技术的光学传感器的一部分的表面；图4A示出了根据本专利技术的示例性光学传感器的一部分的透视图；图4B示出了根据本专利技术的示例性光学传感器的侧视图；图5示出了根据本专利技术的另一示例性光学传感器的侧视图；图6示出了根据本专利技术的另一示例性光学传感器的侧视图；图7示出了根据本专利技术的另一示例性光学传感器的侧视图；图8示出了根据本专利技术的另一示例性光学传感器的侧视图；图9A示出了根据本专利技术的另一示例性光学传感器的侧视图；图9B示出了根据本专利技术的另一示例性光学传感器的另一侧视图；图10A提供了根据本专利技术的具有覆盖光学传感器阵列的针孔元件阵列的示例性入射角设备的俯视图；图10B示出了根据本专利技术的从入射角投射的光；图11A示出了通过根据本专利技术的入射角设备的针孔元件的通过光的期望的和不期望的入射角的示例；图11B提供了根据本专利技术的具有吸收表面涂层和吸收侧壁涂层的入射角设备的示例；图12A至12F提供了根据本专利技术的适于减少非意愿的反射光的入射的针孔元件形状/结构的示例；图13提供了根据本专利技术的示例性光学传感器的侧视图，该光学传感器具有位于入射角设备上方的角度限制元件；图14提供了根据本专利技术的另一示例性光学传感器的侧视图，该光学传感器具有位于入射角设备上方的角度限制元件；图15提供了根据本专利技术的另一示例性光学传感器的侧视图，该光学传感器具有形成为入射角堆叠的入射角设备；图16提供了根据本专利技术的示例性光学传感器的俯视图，该光学传感器具有入射角堆叠；图17A至17D提供了根据本专利技术的示例性光学传感器的侧视图，该光学传感器具有各种元件与入射角设备集成以形成入射角堆叠；以及图18提供了根据本专利技术制造光学传感器系统的方法。具体实施方式基于干涉的滤光器，诸如法布里-珀罗滤光器，通常具有很强的角度依赖性。例如，当光以大于正负10°的角度通过法布里-珀罗滤光器时，滤光器响应可以发生变化(例如，由于向较低光谱范围的移动可能发生较宽的滤光器响应)。图1示出了基于不同入射光角度的不同f数(f数是系统焦距长度与入射孔径直径的比值)的740纳米至790纳米的滤光器透射率或滤光器响应。准直光束具有基本平行的光线，并且因此传播时传播最小。例如，一束没有发散的完全准直的光束不会随着距离而分散；衍射有效地阻止了任何此类光束的产生。光可以通过许多过程近似准直，例如通过准直器。完全准直的光有时被称为聚焦在无穷远处。因此，随着离点源距离的增加，球面波阵面变得更平坦，并且更接近于完全准直的平面波。在图1中，线A表示基本准直的滤光器响应(“正交准直”响应)，而线B和线C示出具有相同主光线角度(CRA)但不同光束f数(即更多入射角)的滤光器响应。(CRA是从离轴物点通过光学系统的孔径的中心的光线)。在许多应用中，这种角度依赖性是有问题的，而且必须减弱。图2示出了光学传感器100的自上而下的图示，该光学传感器覆盖有针对三个光谱带之一分别优化的滤光器110、滤光器120和滤光器130。如图所示，滤光器110、滤光器120和滤光器130作为阵列在光学传感器100的表面上交叉。可替代地，滤光器110、滤光器120和滤光器130可以使用不同的模式或者甚至以随机模式重复，以便将滤光器响应传递给滤光器阵列下面的传感器。在一个示例(未示出)中，超过3的光谱带可以用于在几乎任何实际配置中根据期望覆盖传感器。在一个实施例中，光学传感器100是用于漫射光谱学的光学传感器的示例，其中光谱滤光器阵列与光学传感器相关联以提供漫射光谱传感。漫射光谱学对照射传感器的光的入射角的均匀性和稳定性可以尤其敏感，因此当照射光谱滤光器表面的光的入射角改变时，照射传感器阵列的光的入射角在相对意义上优选是未调制的。在一个示例中，当滤光器阵列的每个光谱带(诸如滤光器110、滤光器120和滤光器130(一起构成一组光谱带或光谱))在传感器阵列的表面上空间分布时，该空间分布会对漫射光学光谱仪的性能产生显著影响。至少部分是由于这样一个事实，即当一个特定的滤光器通过不同强度的光时，照射传感器阵列的重建的光谱将会变形或“着色”。着色的光谱可以通过电子方式进行补偿(校准)，然而，如果通过滤光器的光的均匀性随时间变化，或者如果入射光的CRA或角度发生变化，重建的光谱将是不稳定的。在此类示例中，当照射光学传感器的入射光的入射角发生改变时，重建的光谱将看起来具有光谱响应的变化。漫射光学传感器可以受益于照射传感器阵列的光的入射角的变化对传感器的影响的减小，并且受益于确保通过传感器的光的均匀性基本独立于照射传感器阵列的光的入射角。因此，为了给光学传感器提供稳定的滤光器响应，优选限制入射光照射光学传感器的表面的入射角。一种提供稳定的滤光器响应的方法是确保所有的光学传感器以及因此所有的滤光器在角度响应中经历基本相同的变化，使得对所有传感器的影响是均匀的。这确保了漫射光谱学的光谱不会经历大量的“重新着色”。在一个实施例中，透镜或透镜系统可以用于准直照射传感器和/或滤光器阵列的光。透镜系统通常需要相对较大的形状因子，尤其是考虑到与光谱滤光器相关联的大的f数(例如f/2或更高)。透镜系统也可以相对较厚，并且需要昂贵的光学堆叠。透镜和/或透镜系统可以同样对通过透镜照射到光学传感器上的入射光的入射角和CRA的变化敏感，导致通过传感器阵列的角度的不均匀变化。这些角度的不均匀变化会对不同的传感器及其光谱响应产生不同的影响。附加地，由于透镜或透镜系统将必须将入射光聚焦在“场景”的不同部分上，场景的不同部分的属性将被投射到传感器阵列的不同部分上，从而导致非漫射光谱响应。在另一示例性实施例中，针孔设备可以用在传感器的表面上。图3提供了示例性光学传感器的侧视图，例如，示出了入射光180通过此类针本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光学传感器系统，包含：/n光学传感器阵列，所述光学传感器阵列布置在集成电路上，所述光学传感器阵列具有各自的顶表面；/n多个滤光器，所述多个滤光器具有各自的顶表面和各自的底表面，其中所述多个滤光器的所述底表面定位在所述光学传感器阵列的所述顶面附近；以及/n入射角层，所述入射角层具有各自的顶表面、各自的底表面和各自的厚度Y，其中所述入射角层的所述底表面距所述多个滤光器的所述顶表面预定距离X处定位，其中所述入射角层包括多个准直元件，其中所述入射角层的每个准直元件具有孔径宽度Z。/n
【技术特征摘要】
20191107 US 62/932,304;20200831 US 17/007,2541.一种光学传感器系统，包含：
光学传感器阵列，所述光学传感器阵列布置在集成电路上，所述光学传感器阵列具有各自的顶表面；
多个滤光器，所述多个滤光器具有各自的顶表面和各自的底表面，其中所述多个滤光器的所述底表面定位在所述光学传感器阵列的所述顶面附近；以及
入射角层，所述入射角层具有各自的顶表面、各自的底表面和各自的厚度Y，其中所述入射角层的所述底表面距所述多个滤光器的所述顶表面预定距离X处定位，其中所述入射角层包括多个准直元件，其中所述入射角层的每个准直元件具有孔径宽度Z。
2.根据权利要求1所述的光学传感器系统，其中所述多个准直元件包括多组准直元件，其中所述多组准直元件中的一组的每个准直元件具有基本相同的各自的孔径宽度Z，其中所述多组准直元件中的每组的所述孔径宽度Z不同于所述多组准直元件中的任何其它组。
3.根据权利要求1所述的光学传感器系统，其中所述孔径宽度Z、所述入射角层厚度Y和所述预定距离X适于将从所述入射角层射出的光的入射角限制在最大角度以下。
4.根据权利要求1所述的光学传感器系统，进一步包含漫射层，所述漫射层具有各自的顶表面和各自的底表面。
5.根据权利要求4所述的光学传感器系统，其中所述漫射层顶表面和底表面位于所述多个滤光器和所述光学传感器阵列之间。
6.根据权利要求4所述的光学传感器系统，其中所述漫射层的所述底表面在所述多个滤光器的所述顶表面的顶上。
7.根据权利要求1所述的光学传感器系统，其中所述入射角层顶表面和底表面位于所述多个滤光器的所述底表面和所述光学传感器阵列的所述顶表面之间。
8.根据权利要求1所述的光学传感器系统，其中所述入射角层的所述底表面在所述多个滤光器的所述顶表面的顶上。
9.根据权利要求8所述的光学传感器系统，其中所述入射角层适于延伸超过所述光学传感器阵列的一个或多个边缘。
10.根据权利要求1所述的光学传感器系统，其中所述入射角层包含光纤板。
11.根据权利要求1所述的光学传感器系统，其中所述多个滤光器的所述顶表面和所述底表面位于所述入射角层的所述底表面和所述光学传感器阵列的所述顶表面之间。
12.根据权利要求1所述的光学传感器系...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·博勒曼斯，M·德博克，R·丽藤，
申请(专利权)人：光谱公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE
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