CN108020513A - 光学检测器、光谱检测器及使用其的光谱检测方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及光学检测器、光谱检测器及使用其的光谱检测方法。光谱检测器包括：光栅面板，其包括具有第一周期的第一光栅图案、具有与第一周期不同的第二周期的第二光栅图案、以及光出射表面，光通过所述光出射表面从光栅面板出射；以及光学测量板，其被布置为面对光栅面板的光出射表面，并且被配置为测量根据穿过第一光栅图案的第一光的传播距离的第一光的强度变化，以及测量根据穿过第二光栅图案的第二光的传播距离的第二光的强度变化。

Description

光学检测器、光谱检测器及使用其的光谱检测方法

技术领域

这里公开的示例性实施方式涉及光谱检测器及使用其的光谱检测方法。

背景技术

通常，光谱分析用于分析待测量目标的物理和化学状态。目前，光谱分析已经被应用于各种工业领域，包括光学、医学、化学、海洋工程，以及许多其它领域。

光谱学技术的示例包括通过经由具有周期性结构的晶体结构透过入射光而分散光使得光可以根据其波长在不同的方向上行进的方法、以及用于通过经由诸如法布里-珀罗干涉仪的光学滤波器透过光而仅测量特定波长的光的滤波方法。

在衍射光栅方法中，精细的衍射光栅被制造，并且光谱仪使用光根据其波长而衍射的原理被构造。在衍射光栅方法中，应确保光的一定传播距离以获得高分辨率，因而难以制造小型光谱检测器。

在基于滤波器阵列的光谱检测器的情况下，为了提高分辨率，需要更精确地制造滤波器或者增加滤波器的数量。通常，基于滤波器阵列的光谱仪的分辨率的限制由滤波器的数量确定。然而，在制造小型便携式光谱仪时，不能无限地增加滤波器的数量。

发明内容

在此公开的示例性实施方式可以提供利用泰伯(Talbot)效应的光谱检测器及使用其的光谱检测方法。

附加方面将在下面的描述中被部分地阐述，且部分地将由描述是明显的，或者可以通过本示例性实施方式的实践而被了解。

根据一示例性实施方式的一方面，提供一种光谱检测器，其包括：光栅面板，其包括具有第一周期的第一光栅图案、具有与第一周期不同的第二周期的第二光栅图案、以及光出射表面，光通过光出射表面从光栅面板出射；以及光学测量面板，其被布置为面对光栅面板的光出射表面，并且被配置为测量根据穿过第一光栅图案的第一光的传播距离的第一光的强度变化以及测量根据穿过第二光栅图案的第二光的传播距离的第二光的强度变化。

第一光栅图案和第二光栅图案可以彼此平行。

光学测量面板的接收从光出射表面出射的光的表面相对于光栅面板的光出射表面倾斜地布置。

光谱检测器还可以包括距离调节器，其被配置为改变光学测量面板与光栅面板之间的距离，从而改变第一光的传播距离与第二光的传播距离。

光谱检测器还可以包括处理器，其被配置为基于根据第一光的传播距离的第一光的强度变化和根据第二光的传播距离的第二光的强度变化而获得入射到光栅面板上的光的至少一个波长谱(wavelength spectrum)。

处理器还可以被配置为获得基于根据第一光的传播距离的第一光的强度变化的第一波长谱，以及基于根据第二光的传播距离的第二光的强度变化的第二波长谱。

处理器还可以被配置为确定第一波长谱与第二波长谱之间的差额是否大于或等于参考值。

光谱检测器还可以包括角度调节器，其被配置为当第一波长谱与第二波长谱之间的差额大于或等于参考值时，调节光学测量面板的在光从光出射表面出射之后接收所述光的表面的角度。

处理器还可以被配置为基于算法计算第一波长谱和第二波长谱，以及当第一波长谱与第二波长谱之间的差额大于或等于参考值时调节算法。

处理器还可以被配置为通过对根据第一光的传播距离的第一光的强度变化和根据第二光的传播距离的第二光的强度变化的每个执行傅立叶变换而获得入射到光栅面板上的光的波长谱。

光栅面板还可以包括具有与第一光栅图案和第二光栅图案的周期不同的周期的至少一个附加光栅图案。

根据另一示例性实施方式的一方面，提供一种光谱检测方法，其包括：将光发射为入射到光栅面板上，光栅面板包括具有第一周期的第一光栅图案、具有与第一周期不同的第二周期的第二光栅图案、以及光出射表面，光被配置为通过光出射表面从光栅面板出射；以及通过使用面对光栅面板的光出射表面的光学测量面板而测量根据穿过第一光栅图案的第一光的传播距离的第一光的强度变化以及根据穿过第二光栅图案的第二光的传播距离的第二光的强度变化。

第一光栅图案和第二光栅图案可以彼此平行。

光谱检测方法还可以包括相对于光栅面板的光出射表面倾斜地布置光学测量面板的接收从光出射表面出射的光的表面。

光谱检测方法还可以包括改变光学测量面板与光栅面板之间的距离，从而改变第一光的传播距离和第二光的传播距离。

光谱检测方法还可以包括基于根据第一光的传播距离的第一光的强度变化和根据第二光的传播距离的第二光的强度变化获得入射到光栅面板上的光的至少一个波长谱。

获得入射到光栅面板上的光的所述至少一个波长谱可以包括：基于根据第一光的传播距离的第一光的强度变化获得第一波长谱；以及基于根据第二光的传播距离的第二光的强度变化获得第二波长谱。

光谱检测方法还可以包括确定第一波长谱与第二波长谱之间的差额是否大于或等于参考值。

光谱检测方法还可以包括当第一波长谱与第二波长谱之间的差额大于或等于参考值时，改变光学测量面板的表面的角度。

光谱检测方法还可以包括当第一波长谱与第二波长谱之间的差额大于或等于参考值时，调节用于计算第一波长谱和第二波长谱的算法。

入射到光栅面板上的光的所述至少一个波长谱的获得包括对根据第一光的传播距离的第一光的强度变化和根据第二光的传播距离的第二光的强度变化的每个执行傅立叶变换。

根据另一示例性实施方式的一方面，提供一种光学检测器，其包括：光栅面板，其被配置为接收光、将光的一部分输出为具有第一波长谱、以及将光的另一部分输出为具有与第一波长谱不同的第二波长谱；光学测量面板，其被配置为测量第一波长谱的强度和第二波长谱的强度；以及处理器，其被配置为基于第一波长谱的强度与第二波长谱的强度的比较而确定接收到光的角度是否超过估计角度。

光栅面板可以包括配置为输出第一波长谱的第一光栅图案和配置为输出第二波长谱的第二光栅图案。

处理器可以被配置为基于对应于第一波长谱的峰值强度的波长与对应于第二波长谱的峰值强度的波长的比较而确定接收到的光的角度是否超过估计角度。

附图说明

这些和/或另外的方面将由以下结合附图的对示例性实施方式的描述变得明显且更易理解，附图中：

图1是示出根据一示例性实施方式的光谱检测器的透视图；

图2是图1的光谱检测器沿着z-x平面的剖视图；

图3是示出图1和2的光栅面板的表面的图；

图4是示出光栅面板的另一示例的表面的图；

图5是示出光栅面板的另一示例的表面的图；

图6是示出光栅面板的另一示例的表面的图；

图7是示出图1的干涉图案沿着z-x平面的视图的图；

图8是示出图1的另一干涉图案沿着z-x平面的视图的图；

图9是示出图1的干涉图案沿着y-z平面的视图的图；

图10是示出根据另一示例性实施方式的光谱检测器的透视图的图；

图11是示出图10的光谱检测器沿着z-x平面的视图的图；

图12是示出根据入射光的入射角由处理器计算的第一光的波长谱的变化的曲线图；以及

图13是示出根据入射光的入射角由处理器计算的第二光的波长谱的变化的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述根据示例性实施方式的光谱检测器和光谱检测方法。

在本公开中，如果可能，考虑到在此阐述的示例性实施方式的功能，现今广泛使用的常规术语被选择，但是非常规术语可以根据本领域技术人员的意图、惯例或新技术等被选择。此外，一些术语可以由本申请人任意地选择。在这种情况下，这些术语的含义将在本公开的对应部分中被详细地说明。因此，用于在此描述示例性实施方式的某些特征的术语应该不是基于其名称而是基于其含义和示例性实施方式的整体上下文而被限定。

将理解，当一元件或层被称为“连接到”另一元件或层时，该元件或层能直接连接到另一元件或层，或者能电连接到另一元件或层并且在其间具有居间元件或层。相反，当一元件被称为“直接在”另一元件或层“上”时，没有居间元件或层存在。还将理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个另外的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。当在此使用时，术语“单元”、“模块”等应被理解为用于处理至少一个功能或操作的单元，并且可以实现为硬件、软件或其组合。

当在示例性实施方式的描述中使用时，诸如“包括”、“具有”等的术语不应被解释为包括本公开中描述的所有部件或操作。应理解，这些部件或操作中的一些可以不被包括，或者另外的部件或操作可以被进一步包括。

将理解，虽然术语“第一”、“第二”等可以在此用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区分开。当在此使用时，术语“和/或”包括相关列举项目中的一个或更多个的任何和所有组合。诸如“……中的至少一个”的表述当在一列元素之后时，修饰整列元素，而不修饰该列的个别元素。

应理解，示例性实施方式的范围不受以下对某些示例性实施方式的描述限制，并且本领域普通技术人员能容易地获得的事项落入示例性实施方式的范围内。下面将参照附图详细描述示例性实施方式。

图1是示出根据一示例性实施方式的光谱检测器的透视图。

参照图1，根据一示例性实施方式的光谱检测器可以包括光栅面板GP和面对光栅面板GP的光学测量面板OP。光栅面板GP可以包括具有第一周期的第一光栅图案gr1和具有与第一周期不同的第二周期的第二光栅图案gr2。根据一示例性实施方式，术语“光栅图案”应被理解为包括狭缝阵列、狭槽阵列、多个凹槽的阵列、以及其它类型的光栅。术语“光栅图案”也应被理解为包括压印在透明材料层上或刻到透明材料层中的各种形状的图案。

当入射光L1穿过光栅面板GP时，入射光L1的强度可以根据入射光L1行进的方向(例如z轴方向)而变化。例如，当平行光(平面光)入射到具有周期性结构的光栅图案上时，光栅图像可以以距离间隔(例如间隔开一定距离的间隔)重复地出现。也就是，随着光的亮度根据入射光L1行进的方向(z轴方向)周期性地改变，干涉图案可以被形成。该现象可以被称为泰伯效应。

在泰伯效应中，干涉图案重复出现的距离间隔SP可以由下面的等式1表示。

【等式1】

在等式1中，P表示光栅图案gr1或gr2的周期，λ表示入射光L1的波长，SP表示干涉图案根据泰伯效应重复出现的距离间隔。

如等式1中所示，干涉条纹根据泰伯效应重复出现的距离间隔取决于入射光L1的波长和光栅图案gr1和gr2的周期。因为第一光栅图案gr1和第二光栅图案gr2具有不同的周期，所以由穿过第一光栅图案gr1的第一光引起的干涉图案和由穿过第二光栅图案gr2的第二光引起的干涉图案可以以不同的距离间隔重复地出现。应理解，如本领域普通技术人员将理解的那样，第一光栅图案gr1和第二光栅图案gr2的周期可以具有许多不同的值。

光谱检测器可以包括光学测量面板OP，其面对光栅面板GP的光出射表面并根据穿过第一光栅图案gr1的第一光的传播距离测量第一光的强度变化以及根据穿过第二光栅图案gr2的第二光的传播距离测量第二光的强度变化。

图2是图1的光谱检测器沿着z-x平面的剖视图。

参照图2，光学测量面板OP可以包括感测入射到光学测量面板OP上的光并产生电信号的多个光学感测单元(例如光感测单元，也被称为光学传感器或光传感器)SU。所述多个光学感测单元SU可以每个包括光电二极管、电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，但示例性实施方式不限于此。

光谱检测器可以包括改变光学测量面板OP的位置的距离调节器110。距离调节器110可以通过在z轴方向上移动光学测量面板OP而改变光学测量面板OP与光栅面板GP之间的距离(例如，改变量为Δz)。图2示出了光学测量面板OP被移动的情况，但示例性实施方式不限于此。例如，距离调节器110可以在z轴方向上移动光栅面板GP。作为另一示例，距离调节器110可以改变光栅面板GP和光学测量面板OP两者的位置。

光学测量面板OP可以通过感测入射到其上的光而产生电信号。由光学测量面板OP产生的电信号可以被发送到处理器120。处理器120可以通过检查由光学测量面板OP与光栅面板GP之间的距离变化引起的由光学测量面板OP测量的光信号的强度变化而分析(或确定)穿过光栅面板GP的光的干涉图案。处理器120可以获得关于由穿过第一光栅图案gr1的第一光形成的干涉图案的信息以及关于由穿过第二光栅图案gr2的第二光形成的干涉图案的信息。处理器120可以从根据第一光的传播距离的第一光的强度变化以及从根据第二光的传播距离的第二光的强度变化获得入射到光栅面板GP上的光L1的波长谱。

处理器120可以从根据第一光的传播距离的第一光的强度变化确定第一光的干涉图案的周期。在这种情况下，当入射光L1具有不同的波长时，以不同周期重复出现的图案可以在第一光中被混合。因此，处理器120可以通过对根据第一光的传播距离的第一光的强度变化执行傅立叶变换而提取干涉图案的重复周期分量。此外，处理器120可以从根据第一光的传播距离的第一光的强度变化而计算第一光的波长谱。类似地，处理器120可以通过对根据第二光的传播距离的第二光的强度变化执行傅立叶变换而计算第二光的波长谱。

图3是示出图1和2的光栅面板GP的表面的图。

参照图3，光栅面板GP可以包括第一光栅图案gr1和第二光栅图案gr2。第一光栅图案gr1的周期P1和第二光栅图案gr2的周期P2可以彼此不同。第一光栅图案gr1可以被提供在x轴方向上。类似地，第二光栅图案gr2也可以被提供在x轴方向上。因此，第一光栅图案gr1和第二光栅图案gr2可以彼此平行。第一光栅图案gr1和第二光栅图案gr2可以在y轴方向上彼此间隔开。因此，图1的根据泰伯效应的干涉图案可以根据y轴方向的位置而变化。应理解，第一光栅图案gr1和第二光栅图案gr2不限于被提供在x轴方向上，而是可以被提供在其它方向上。

虽然图3示出了第一光栅图案gr1和第二光栅图案gr2的示例，但示例性实施方式不限于图3中所示的构造。

图4是示出光栅面板GP的另一示例的表面的图。

参照图4，光栅面板GP可以包括第一光栅图案gr1和第二光栅图案gr2。第一光栅图案gr1的图案的每个的宽度W1可以不同于第二光栅图案gr2的图案的每个的宽度W2。此外，第一光栅图案gr1的周期P1和第二光栅图案gr2的周期P2可以彼此不同。也就是，第一光栅图案gr1和第二光栅图案gr2可以在周期和图案占用上彼此不同。

图5是示出光栅面板GP的另一示例的表面的图。

参照图5，光栅面板GP可以包括具有第一周期P1的第一光栅图案gr1、具有第二周期P2的第二光栅图案gr2和具有第三周期P3的第三光栅图案gr3。第一光栅图案至第三光栅图案gr1、gr2和gr3可以沿着x轴彼此平行地被提供。第一光栅图案至第三光栅图案gr1、gr2和gr3也可以布置为在y轴方向上彼此间隔开。因此，由穿过光栅面板GP的光形成的干涉图案可以根据y轴方向上的变化而变化。

如图5中所示，当光栅面板GP包括具有不同周期的三个光栅图案gr1、gr2和gr3时，三种不同的干涉图案可以由穿过光栅面板GP的光形成。光学测量面板OP可以测量根据穿过第一光栅图案gr1的第一光的传播距离的第一光的强度变化、根据穿过第二光栅图案gr2的第二光的传播距离的第二光的强度变化、以及根据穿过第三光栅图案gr3的第三光的传播距离的第三光的强度变化。此外，图2的处理器120可以从根据第一光到第三光的传播距离的第一光到第三光的强度变化计算入射到光栅面板GP上的光的波长谱。

图5示出了三个光栅图案gr1、gr2和gr3被包括在光栅面板GP中的情况，但示例性实施方式不限于此。例如，光栅面板GP可以包括具有不同周期的四个或更多个光栅图案。根据示例性实施方式，可以使用光栅图案和周期的许多不同组合。

此外，图3至5示出了光栅图案的每个以条形状一维地形成的情况，但示例性实施方式不限于此。例如，图3的第一光栅图案gr1和第二光栅图案gr2可以包括二维地形成的光栅图案。

图6是示出光栅面板GP的另一示例的表面的图。

参照图6，光栅面板GP可以包括具有第一周期P1的第一光栅图案gr1、具有第二周期P2的第二光栅图案gr2和具有第三周期P3的第三光栅图案gr3。第一光栅图案至第三光栅图案gr1、gr2和gr3可以沿着x轴彼此平行布置。此外，第一光栅图案至第三光栅图案gr1、gr2和gr3可以布置为在y轴方向上彼此间隔开。第一光栅图案gr1的图案元素(例如单位狭缝)可以每个具有第一宽度W1。第二光栅图案gr2的图案元素(例如单位狭缝)可以每个具有第二宽度W2。第三光栅图案gr3的图案元素(例如单位狭缝)可以每个具有第三宽度W3。第一宽度W1、第二宽度W2和第三宽度W3当中的至少两个可以彼此不同。例如，第二宽度W2可以大于第一宽度W1，并且第三宽度W3可以大于第二宽度W2。作为另一示例，第一宽度W1可以是第一周期P1的一半或近似一半。第二宽度W2可以是第二周期P2的一半或近似一半。第三宽度W3可以是第三周期P3的一半或近似一半。然而，第一光栅图案至第三光栅图案gr1、gr2和gr3的周期和宽度不限于上述那些示例，并且可以以各种方式被改变。或者，还可以提供具有与第一光栅图案至第三光栅图案gr1、gr2和gr3的周期不同的周期的至少另一光栅图案(例如第四光栅图案)。

图7是示出图1的干涉图案沿着z-x平面的视图的图。

图7示出了由穿过第一光栅图案gr1的第一光形成的干涉图案。参照图7，干涉条纹图案可以以距离间隔SP1在z轴方向上重复地出现。如以上等式1所示，在z轴方向上的距离间隔SP1可以取决于第一光栅图案gr1的形成的周期P1以及入射光L1的波长λ。应理解，周期P1可以具有许多不同的值。

图8是示出图1的另一干涉图案沿着z-x平面的视图的图。

图8示出了由穿过第二光栅图案gr2的第二光形成的干涉图案。参照图8，干涉条纹图案可以以距离间隔SP2在z轴方向上重复地出现。第二光栅图案gr2的形成的周期P2可以大于第一光栅图案gr1的形成的周期P1。因此，由穿过第二光栅图案gr2的第二光形成的干涉图案重复出现的距离间隔SP2可以大于由第一光形成的干涉图案重复出现的距离间隔SP1。应理解，周期P2可以具有许多不同的值。

图9是示出图1的干涉图案沿着y-z平面的视图的图。

参照图9，干涉图案重复出现的距离间隔可以根据y轴的位置而变化。由穿过第一光栅图案gr1的第一光形成的图案I重复出现的距离间隔SP1可以不同于由穿过第二光栅图案gr2的第二光形成的图案II重复出现的距离间隔SP2。由第一光形成的图案I重复出现的距离间隔SP1可以取决于入射光L1的波长λ以及第一光栅图案gr1的形成的周期P1。由第二光形成的图案II重复出现的距离间隔SP2可以取决于入射光L1的波长λ以及第二光栅图案gr2的形成的周期P2。

光学测量面板OP可以测量根据第一光的传播距离的第一光的强度变化以及根据第二光的传播距离的第二光的强度变化。处理器120可以从由光学测量面板OP执行的测量的结果获得关于由第一光形成的图案I在z轴方向上重复出现的距离间隔SP1以及由第二光形成的图案II在z轴方向上重复出现的距离间隔SP2的信息。处理器120可以从关于由第一光形成的图案I在z轴方向上重复出现的距离间隔SP1以及由第二光形成的图案II在z轴方向上重复出现的距离间隔SP2的信息计算入射光L1的波长λ。

图7至9示出了入射光L1是具有单一波长的光的情况。当入射光L1是具有单一波长的光时，以不同周期重复出现的图案可以在由第一光形成的干涉图案(图案I)和由第二光形成的干涉图案(图案II)中被混合。在这种情况下，处理器120可以通过对根据第一光的传播距离的第一光的强度变化执行傅立叶变换而计算第一光的波长谱。此外，处理器120可以通过对根据第二光的传播距离的第二光的强度变化执行傅立叶变换而计算第二光的波长谱。

因为第一光栅图案gr1和第二光栅图案gr2具有不同的周期，所以根据第一光的传播距离的第一光的强度变化和根据第二光的传播距离的第二光的强度变化可以彼此不同。也就是，由第一光形成的干涉图案和由第二光形成的干涉图案可以彼此不同。考虑到第一光栅图案gr1的形成的周期和第二光栅图案gr2的形成的周期，处理器120可以通过对由第一光形成的干涉图案和由第二光形成的干涉图案应用不同的算术算法而计算第一光的波长谱和第二光的波长谱。处理器120可以应用本领域技术人员已知的许多不同的算术算法。

图10是示出根据另一示例性实施方式的光谱检测器的透视图。这里将不再描述与图1至9的示例性实施方式的特征相同的图10的示例性实施方式的特征。

参照图10，光学测量面板OP可以相对于光栅面板GP被倾斜地布置。例如，光学测量面板OP可以相对于与光栅面板GP平行的平面倾斜角度θ。在这种情况下，与在图1和2的示例性实施方式中不同，光学测量面板OP可以不在z轴方向上移动。

图11是示出图10的光谱检测器沿着z-x平面的视图的图。

参照图11，光学测量面板OP可以相对于x轴倾斜角度θ。角度θ可以根据光学测量面板OP的尺寸、由穿过光栅面板GP的光形成的干涉图案重复出现的距离间隔等而变化。光学测量面板OP可以包括感测光并产生电信号的多个光学感测单元(例如光感测单元或光传感器)SU。因为光学测量面板OP相对于光栅面板GP倾斜，所以光学测量面板OP中包括的所述多个光学感测单元SU与光栅面板GP之间的距离可以根据所述多个光学感测单元SU的位置而变化。例如，光学测量面板OP的底端上的光学感测单元SU可以比光学测量面板OP的顶端上的另外的光学感测单元SU离光栅面板GP更远。

如图10和11中所示，当光学测量面板OP被布置为相对于光栅面板GP倾斜时，光学测量面板OP的所述多个光学感测单元SU可以在与光栅面板GP间隔开不同距离的同时感测光。因此，光学测量面板OP可以测量根据穿过光栅面板GP的光的传播距离的光的强度变化，而没有如图1和2中所示在z轴方向上移动光学测量面板OP。

如上所述，第一光栅图案gr1的形成的周期和第二光栅图案gr2的形成的周期彼此不同。此外，处理器120可以通过相对于根据第一光的传播距离的第一光的强度变化和根据第二光的传播距离的第二光的强度变化应用不同的算术算法而计算第一光的波长谱和第二光的波长谱。在这种情况下，算术算法可以根据第一光栅图案gr1的形成的周期和第二光栅图案gr2的形成的周期而被确定。

理想地，当具有相同波长谱的入射光L1入射到光栅面板GP的第一光栅图案gr1和第二光栅图案gr2上时，由处理器120计算的第一光的波长谱和第二光的波长谱应该是相同的。然而，入射光L1可以不完全垂直于光栅面板GP地入射到光栅面板GP上，或者入射光L1可以不是平行的。由于光栅面板GP上的入射光L1的入射角改变，因此入射光L1的由光栅面板GP的衍射的条件可以被改变，因而当光穿过光栅面板GP时形成的干涉图案可以被改变。

然而，当处理器120计算第一光的波长谱和第二光的波长谱而没有考虑入射光L1的入射角的变化时，第一光的波长谱和第二光的波长谱可以被计算成彼此不同。此外，第一光的波长谱和第二光的波长谱中的任何一个可以不与入射光L1的波长谱相同。

图12是示出根据入射光L1的入射角由处理器120计算的第一光的波长谱的变化的曲线图。图13是示出根据入射光L1的入射角由处理器120计算的第二光的波长谱的变化的曲线图。

图12示出了第一光栅图案gr1的周期P1为约1.035μm的情况。图13示出了第二光栅图案gr2的周期P2为约1.2μm的情况。应理解，这些周期仅是示例性的，并且周期P1可以大于或小于1.035μm且周期P2可以大于或小于1.2μm。

在图12中，曲线S1表示当入射光L1的入射角为0度时，从穿过第一光栅图案gr1的第一光的干涉图案计算的第一波长谱S1。曲线S2表示当入射光L1的入射角为0.2度时，从穿过第一光栅图案gr1的第一光的干涉图案计算的第一波长谱S2。

在图13中，曲线S3表示当入射光L1的入射角为0度时，从穿过第二光栅图案gr2的第二光的干涉图案计算的第二波长谱S3。曲线S4表示当入射光L1的入射角为0.2度时，从穿过第二光栅图案gr2的第二光的干涉图案计算的第二波长谱S4。

参照图12和13，随着入射光L1的入射角超过0度，所计算出的波长谱灵敏地改变。例如，当入射角为0度时，从第一光的干涉图案计算的第一波长谱S1和从第二光的干涉图案计算的第二波长谱S3可以基本上相同。在波长谱S1和S3两者中，峰可以在约863nm处形成。相反，当入射光L1的入射角为0.2度时，第一光的波长谱S2和第二光的波长谱S4可以彼此不同。

处理器120可以将从第一光的干涉图案计算的第一波长谱与从第二光的干涉图案计算的第二波长谱比较。当第一波长谱与第二波长谱之间的差额小于参考值时，处理器120可以从第一波长谱和第二波长谱获得入射到光栅面板GP上的光L1的波长谱。例如，处理器120可以通过计算第一波长谱和第二波长谱的平均值而获得入射光L1的波长谱。作为另一示例，处理器120可以获得第一波长谱或第二波长谱作为入射光L1的波长谱。此外，如本领域普通技术人员将理解的那样，处理器120可以使用其它技术以获得入射光L1的波长谱。

如图12的曲线S2和图13的曲线S4中所示，当第一波长谱和第二波长谱之间的差额大于或等于参考值时，处理器120可以确定入射光L1的入射角超过0度。

参照回图11，根据一示例性实施方式的光谱检测器还可以包括调节光学测量面板OP的阵列的角度θ的角度调节器130。当处理器120确定入射光L1的入射角超过0度时，角度调节器130可以改变光学测量面板OP的布置的角度θ。角度调节器130可以通过改变光学测量面板OP的角度θ而校正当入射光L1的入射角超过0度时造成的影响。角度调节器130可以改变光学测量面板OP的角度θ，并从处理器120接收关于第一波长谱和第二波长谱的变化的信息作为反馈。角度调节器130可以改变光学测量面板OP的角度θ直到处理器120确定第一波长谱与第二波长谱之间的差额小于参考值。应理解，参考值可以是许多不同的值。

作为另一示例，光谱检测器可以通过调节(校正)将要用于由处理器120计算波长谱的算术算法而不改变光学测量面板OP的角度θ来校正当入射光L1的入射角超过0度时造成的影响。例如，当第一波长谱与第二波长谱之间的差额大于或等于参考值时，处理器120可以确定入射光L1的入射角超过0度。此外，处理器120可以通过考虑入射光L1的入射角而调节(校正)计算第一波长谱的过程和计算第二波长谱的过程。处理器120可以调节(校正)计算第一波长谱的过程和计算第二波长谱的过程，使得第一波长谱与第二波长谱之间的差额小于参考值。此外，处理器120可以从通过所校正的过程获得的第一波长谱和第二波长谱获得入射光L1的波长谱。

更具体地，参照图12，当具有863nm的波长的光以0度的角度入射时，第一波长谱S1的峰可以为约863nm。参照图13，当具有863nm的波长的光以0度的角度入射时，第二波长谱S3的峰可以为约863nm。在这种情况下，第一波长谱S1和第二波长谱S3的峰的位置可以基本上相同，并且其间的差额可以为例如约±2nm或更小或者约±1nm或更小。在这种情况下，可以确定两个波长谱S1与S3之间的差额小于参考值。参照图12，当具有863nm的波长的光以0.2度的角度入射时，第一波长谱S2的峰可以为约858nm和约869nm。参照图13，当具有863nm的波长的光以0.2度的角度入射时，第二波长谱S4的峰可以远远超出第一波长谱S2的峰(约858nm和约869nm)的范围。第一波长谱S2的峰的位置与和其对应的第二波长谱S4的峰的位置之间的差额可以为约1nm或更多或者约2nm或更多。在这种情况下，可以确定两个波长谱S2与S4之间的差额大于或等于参考值，因而校正可以如上所述地被执行。例如，校正可以被执行直到图12的第一波长谱S1的峰出现并且直到图13的第二波长谱S3的峰出现。或者，校正可以被执行直到满足一些另外的标准。

如果使用具有一个周期的一个光栅图案，则可能难以确定对应于图12的第一波长谱S2的谱是当具有863nm的波长的光以0.2度的角度入射时产生还是当具有858nm的波长的光和具有869nm的波长的光以0度的角度入射时产生。然而，当使用具有不同周期的多个光栅图案时，如以上示例性实施方式中所述，所述多个光栅图案相对于倾斜入射的光表现出不同的结果(参见例如图12的S2和图13的S4)，并且校正可以基于不同的结果被容易地执行。因此，可以通过校正提高精度和分辨率。然而，参照图12和13的以上描述仅是示例，并且可以以更复杂的方式对元件执行校正。

如上所述，当光栅面板GP包括具有不同周期的多个光栅图案gr1和gr2时，处理器120可以将从各光栅图案gr1和gr2输出的波长谱相互比较。例如，当光栅面板GP包括具有第一周期的第一光栅图案gr1和具有第二周期的第二光栅图案gr2时，处理器120可以通过将穿过第一光栅图案gr1的第一光的第一波长谱与穿过第二光栅图案gr2的第二光的第二波长谱相互比较而确定入射光L1的入射角是否超过估计的入射角(例如0度)。

当处理器120确定入射光L1的入射角超过估计的入射角时，角度调节器130可以调节光学测量面板OP的布置的角度θ，以校正由入射光L1的入射角造成的影响。作为另一示例，处理器120可以校正计算第一波长谱的过程和计算第二波长谱的过程。

根据以上示例性实施方式，提供了利用泰伯效应的光谱检测器。因此，光谱检测器可以以小尺寸被制造。此外，因为光谱检测器的光栅面板GP包括具有不同周期的多个光栅图案，所以由光栅面板GP上的光的入射角的变化造成的误差可以被校正。因此，可以增加光谱检测器的可靠性和精度。

应理解，在此描述的示例性实施方式应仅在描述性的意义上被考虑，并且不是为了限制的目的。每个示例性实施方式内的特征或方面的描述通常应被认为对于另外的示例性实施方式中的其它类似特征或方面是可用的。

虽然已经参照附图描述了一个或更多个示例性实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节上的各种各样的改变而不背离如由所附权利要求限定的精神和范围。

本申请要求享有2016年11月1日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0144481号的优先权，其公开通过引用全文合并于此。

Claims (24)

1.一种光谱检测器，包括：

光栅面板，其包括：

具有第一周期的第一光栅图案；

具有与所述第一周期不同的第二周期的第二光栅图案；以及

光出射表面，光通过所述光出射表面从所述光栅面板出射；以及

光学测量面板，其被布置为面对所述光栅面板的所述光出射表面，并且被配置为测量根据穿过所述第一光栅图案的第一光的传播距离的所述第一光的强度变化，以及测量根据穿过所述第二光栅图案的第二光的传播距离的所述第二光的强度变化。

2.根据权利要求1所述的光谱检测器，其中所述第一光栅图案和所述第二光栅图案彼此平行。

3.根据权利要求1所述的光谱检测器，其中所述光学测量面板的接收从所述光出射表面出射的所述光的表面相对于所述光栅面板的所述光出射表面倾斜地布置。

4.根据权利要求1所述的光谱检测器，还包括距离调节器，其被配置为改变所述光学测量面板与所述光栅面板之间的距离，从而改变所述第一光的所述传播距离和所述第二光的所述传播距离。

5.根据权利要求1所述的光谱检测器，还包括处理器，其被配置为基于根据所述第一光的所述传播距离的所述第一光的所述强度变化以及根据所述第二光的所述传播距离的所述第二光的所述强度变化而获得入射到所述光栅面板上的光的至少一个波长谱。

6.根据权利要求5所述的光谱检测器，其中所述处理器还被配置为获得基于根据所述第一光的所述传播距离的所述第一光的所述强度变化的第一波长谱以及基于根据所述第二光的所述传播距离的所述第二光的所述强度变化的第二波长谱。

7.根据权利要求6所述的光谱检测器，其中所述处理器还被配置为确定所述第一波长谱与所述第二波长谱之间的差额是否大于或等于参考值。

8.根据权利要求7所述的光谱检测器，还包括角度调节器，其被配置为当所述第一波长谱与所述第二波长谱之间的所述差额大于或等于所述参考值时调节所述光学测量面板的在所述光从所述光出射表面出射之后接收所述光的表面的角度。

9.根据权利要求7所述的光谱检测器，其中所述处理器还被配置为基于算法计算所述第一波长谱和所述第二波长谱，并且当所述第一波长谱与所述第二波长谱之间的所述差额大于或等于所述参考值时调节所述算法。

10.根据权利要求5所述的光谱检测器，其中所述处理器还被配置为通过对根据所述第一光的所述传播距离的所述第一光的所述强度变化和根据所述第二光的所述传播距离的所述第二光的所述强度变化的每个执行傅立叶变换而获得入射到所述光栅面板上的光的波长谱。

11.根据权利要求1所述的光谱检测器，其中所述光栅面板还包括具有与所述第一光栅图案和所述第二光栅图案的周期不同的周期的至少一个附加光栅图案。

12.一种光谱检测方法，包括：

将光发射为入射到光栅面板上，所述光栅面板包括具有第一周期的第一光栅图案、具有与所述第一周期不同的第二周期的第二光栅图案、以及光出射表面，光通过所述光出射表面从所述光栅面板出射；以及

通过使用面对所述光栅面板的所述光出射表面的光学测量面板测量根据穿过所述第一光栅图案的第一光的传播距离的所述第一光的强度变化以及根据穿过所述第二光栅图案的第二光的传播距离的所述第二光的强度变化。

13.根据权利要求12所述的光谱检测方法，其中所述第一光栅图案和所述第二光栅图案彼此平行。

14.根据权利要求12所述的光谱检测方法，还包括相对于所述光栅面板的所述光出射表面倾斜地布置所述光学测量面板的接收从所述光出射表面出射的所述光的表面。

15.根据权利要求12所述的光谱检测方法，还包括改变所述光学测量面板与所述光栅面板之间的距离，从而改变所述第一光的所述传播距离和所述第二光的所述传播距离。

16.根据权利要求12所述的光谱检测方法，还包括基于根据所述第一光的所述传播距离的所述第一光的所述强度变化和根据所述第二光的所述传播距离的所述第二光的所述强度变化而获得入射到所述光栅面板上的光的至少一个波长谱。

17.根据权利要求16所述的光谱检测方法，其中所述获得入射到所述光栅面板上的所述光的所述至少一个波长谱包括：

基于根据所述第一光的所述传播距离的所述第一光的所述强度变化获得第一波长谱；以及

基于根据所述第二光的所述传播距离的所述第二光的所述强度变化获得第二波长谱。

18.根据权利要求17所述的光谱检测方法，还包括确定所述第一波长谱与所述第二波长谱之间的差额是否大于或等于参考值。

19.根据权利要求18所述的光谱检测方法，还包括当所述第一波长谱与所述第二波长谱之间的所述差额大于或等于所述参考值时改变所述光学测量面板的表面的角度。

20.根据权利要求18所述的光谱检测方法，还包括当所述第一波长谱与所述第二波长谱之间的所述差额大于或等于所述参考值时调节用于计算所述第一波长谱和所述第二波长谱的算法。

21.根据权利要求16所述的光谱检测方法，其中入射到所述光栅面板上的所述光的所述至少一个波长谱的所述获得包括对根据所述第一光的所述传播距离的所述第一光的所述强度变化和根据所述第二光的所述传播距离的所述第二光的所述强度变化中的每个执行傅立叶变换。

22.一种光学检测器，包括：

光栅面板，其被配置为接收光、将所述光的一部分输出为具有第一波长谱、以及将所述光的另一部分输出为具有与所述第一波长谱不同的第二波长谱；

光学测量面板，其被配置为测量所述第一波长谱的强度和所述第二波长谱的强度；以及

处理器，其被配置为基于所述第一波长谱的所述强度与所述第二波长谱的所述强度的比较而确定接收到的光的角度是否超过估计角度。

23.根据权利要求22所述的光学检测器，其中所述光栅面板包括配置为输出所述第一波长谱的第一光栅图案和配置为输出所述第二波长谱的第二光栅图案。

24.根据权利要求22所述的光学检测器，其中所述处理器被配置为基于对应于所述第一波长谱的峰值强度的波长与对应于所述第二波长谱的峰值强度的波长的比较而确定所述接收到的光的所述角度是否超过所述估计角度。