CN108387538B - 光谱仪和使用光谱仪测量生物成分的设备 - Google Patents

光谱仪和使用光谱仪测量生物成分的设备 Download PDF

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Abstract

提供了一种光谱仪。该光谱仪可以包括：图像传感器，包括像素阵列；和光子层，设置在像素阵列上，并且包括多个谐振器和消逝地耦合到该多个谐振器的多个耦合器。

Description

光谱仪和使用光谱仪测量生物成分的设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年2月2日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请10-2017-0015117的优先权，其全部公开的内容通过引用合并于此。
技术领域
根据示例实施例的设备和方法涉及光谱仪和使用光谱仪测量对象中成分的成分测量设备。
背景技术
近来，已经研究了使用拉曼光谱或近红外(NIR)光谱对体内成分如血糖进行无创测量的方法。采用光谱技术的设备可以包括用于收集从对象的皮肤返回的光信号的准直器、用于分析光信号的波长的光谱仪以及准直器和光谱仪之间的接口如光束整形器。光谱仪可以包括由多个像素形成的图像传感器和设置在图像传感器上的光子层。
发明内容
根据示例实施例的方案，提供了一种光谱仪，包括：图像传感器，包括像素阵列；以及光子层，设置在像素阵列上，并且包括多个谐振器和消逝地耦合到所述多个谐振器的多个耦合器。
所述多个耦合器可以包括：输入耦合器，光可以输入到所述输入耦合器；以及输出耦合器，所述输出耦合器可以连接到输入耦合器，并可以将从输入耦合器传输的光输出到像素阵列的像素。
输入耦合器和输出耦合器可以对应于光栅耦合器、金属反射镜或者光栅耦合器和金属反射镜。
所述多个耦合器中的至少两个耦合器可以连续地设置在像素阵列的每一行中，并且像素阵列的每一行中的所述至少两个耦合器的输出耦合器可以位于同一列位置。
所述多个耦合器中的每一个耦合器可以与所述多个谐振器分离地设置，以在所述多个耦合器和所述多个谐振器之间产生消逝耦合。
所述多个谐振器可以是法布里-珀罗谐振器。
光子层可以包括多个检测区域，设置在所述多个检测区域之一中的所述多个谐振器包括具有至少两种不同波长特性的至少两种谐振器。
所述至少两种谐振器可以交替地设置在像素阵列的每一行中。
所述至少两种谐振器可以串行地设置在像素阵列的每一行的边界线上。
所述多个谐振器可以包括具有至少两种波长特性的至少两种谐振器。
根据另一示例实施例的方案，提供了一种测量体内物质的设备，所述设备包括：光源，配置为向对象发射光；以及光谱仪，配置为感测从对象返回的光，其中所述光谱仪可以包括像素阵列和设置在像素阵列上的光子层，光子层包括多个谐振器和消逝地耦合到所述多个谐振器的多个耦合器。
所述设备还可以包括主体，光源和光谱仪安装在所述主体中。
所述设备还可以包括带子，所述带子连接到主体并且形成为柔性的以缠绕对象。
所述设备还可以包括信号处理器，所述信号处理器配置为使用光谱仪感测的信号来分析对象的物质。
所述设备还可以包括显示器，所述显示器配置为显示由信号处理器获得的分析结果。
所述设备还可以包括通信接口，所述通信接口配置为将信号处理器的分析结果传输到外部装置。
光源可以发射近红外激光或可见光激光。
所述多个耦合器可以包括：输入耦合器，光输入到所述输入耦合器；以及输出耦合器，所述输出耦合器连接到输入耦合器，并将从输入耦合器传输的光输出到像素阵列的像素。
所述多个耦合器中的至少两个耦合器可以设置在所述像素阵列的每一行中以便与像素间距对齐。
所述多个谐振器包括具有至少两种波长特性的至少两种谐振器。
根据另一示例实施例的方案，提供给了一种光谱仪，包括：像素阵列；以及光子层，所述光子层设置在像素阵列上，并且包括：输入耦合器，所述输入耦合器接收光；输出耦合器，所述输出耦合器输出从输入耦合器传输的光；消逝耦合器，所述消逝耦合器设置在输入耦合器和输出耦合器之间，以将从输入耦合器接收的光引导到输出耦合器；以及谐振器，所述谐振器沿从输入耦合器到输出耦合器的方向延伸，并且设置为与输入耦合器和输出耦合器间隔开，以在谐振器和消逝耦合器之间产生消逝耦合。
消逝耦合器可以从输入耦合器延伸到输出耦合器并且可以弯曲，使得谐振器和消逝耦合器之间的距离改变。
光子层可以包括光谱仪的照明间距内的第一耦合器组和第二耦合器组，第一耦合器组可以包括分别与所述输入耦合器、所述输出耦合器和所述消逝耦合器相对应的第一输入耦合器、第一输出耦合器和第一消逝耦合器，第二耦合器组可以包括第二输入耦合器、第二输出耦合器和第二消逝耦合器，以及第一耦合器组和第二耦合器组可以串行地设置。
谐振器可以与第一谐振器相对应。光子层可以包括：第一谐振器，与第一耦合器组对齐；以及第二谐振器，与第二耦合器组对齐，并且与第一谐振器串行地设置。第二谐振器的波长特性可以与第一谐振器的波长特性不同。
附图说明
通过参照附图描述一些示例实施例，上述和/或其他方面将更加清楚，在附图中：
图1A和图1B是示出了普通光谱仪的结构的图。
图2是示出了根据示例实施例的光谱仪的结构的图。
图3A和图3B是用于描述根据示例实施例的光谱仪的结构的图。
图4A、图4B和图4C是用于描述根据示例实施例的光谱重构性能的曲线图。
图5是示出了根据另一示例实施例的光谱仪的示意结构的图。
图6A和图6B是用于描述根据示例实施例的光谱重构性能的曲线图。
图7是示出根据示例实施例的用于测量生物成分的设备的框图。
图8是示出根据另一示例实施例的用于测量生物成分的设备的框图。
具体实施方式
下文参照附图更详细地描述示例实施例。
在以下描述中，即使在不同附图中，相同的附图标记用于相同的元素。以下描述中限定的内容(例如，具体构造和元件)用来帮助全面理解示例实施例。然而，应当清楚，即便在缺少这些具体限定的内容的情况下，也能够实践示例实施例。此外，由于公知的功能或构造会以不必要的细节而使描述变得晦涩，因此没有对其进行详细地描述。
应当理解，虽然术语“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各种元素，但是这些元素不应该受这些术语的限制。这些术语仅用来将元素彼此区分。另外，除非上下文另行明确指示，否则单数形式也意在包括复数形式。在本说明书中，除非另有明确说明，否则词语“包括”及其变体如“包含”或“具有”等应被理解为意味着包含所阐述的元素，但不排除任何其他元素。诸如“…单元”和“模块”等术语表示处理至少一个功能或操作的单元，并且它们可以通过使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。
诸如“…中至少之一”之类的表述在元素列表之前时修饰整个元素列表，而不是修饰列表中的单独元素。
图1A和图1B是示出了普通光谱仪的结构的图。
参照图1A和图1B，光谱仪100包括由像素阵列111构成的图像传感器110和设置在图像传感器110上的光子层120。具体地，光子层可以包括多个检测通道，在每一个检测通道中，输入耦合器121、传输系统122和输出耦合器123串联耦合。
输入耦合器121耦合外部光。例如，当用于测量生物成分的装置的光源向对象发射光时，光被对象的皮肤反射或散射并返回到该装置。输入耦合器121接收返回的光并将光传输到输出耦合器123。具体地，输入到输入耦合器121的光通过传输系统122在光谱上分离，并且分离的光传输到输出耦合器123。输出耦合器123将传输的光输出到图像传感器110的相应像素以进行检测。传输系统122可以由具有各种波长特性的法布里-珀罗谐振器形成。普通干涉仪光谱仪的光谱波长特性取决于谐振器的长度。
参考图1B，在普通光谱仪100的结构中，两个检测通道设置在光子层120上。第一检测通道包括输入耦合器IC1、传输系统RE1和输出耦合器OC1，并且传输系统RE1的两端连接到输入耦合器IC1和输出耦合器OC1。第一检测通道的输出耦合器OC1与像素阵列111的像素P1的位置相对应地设置，并且输入到输入耦合器IC1的光LT通过传输系统RE1分离，使得特定波长的光通过输出耦合器OC1输出到图像传感器110的像素P1。
第二检测通道包括输入耦合器IC2、传输系统RE2和输出耦合器OC2，并且传输系统RE2的两端连接到输入耦合器IC2和输出耦合器OC2。第二检测通道的输出耦合器OC2与像素阵列111的像素P2的位置相对应地设置，并且输入到输入耦合器IC2并且通过传输系统RE2在光谱上分离的光通过输出耦合器OC2输出到像素P2。在这种情况下，第二检测通道的传输系统RE2形成为具有与第一检测通道的传输系统RE1不同的长度，从而具有与传输系统RE1不同的光谱波长特性。
在普通光谱仪100的结构中，由于在光谱上分离光的传输系统122的两端直接串联耦合到输入耦合器121和输出耦合器123，所以要求调节传输系统122的长度以具有各种波长特性。具体地，当调节传输系统122的长度时，直接耦合到传输系统122的输出耦合器123的位置可能改变。然而，如果输出耦合器123的位置没有精确地对齐图像传感器110的对应像素，则可能出现光损耗，并且光谱仪的分辨率和光学效率可能劣化。
图2是示出了根据示例实施例的光谱仪的结构的图。光谱仪200的结构可以代表检测单波长的激光并分析吸收谱的拉曼光谱仪结构的示例实施例，但是不限于此。
参考图2，根据示例实施例的光谱仪200包括用于检测光的图像传感器10和用于在光谱上分离外部光并将光输出到图像传感器10的光子层20。如图2所示，具有恒定尺寸的图像传感器10由多个像素210的阵列形成，并且光子层20设置在图像传感器10的像素阵列上。例如，图像传感器10可以实现为电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)，但是不限于此。
光子层20可以包括一个或多个检测区域DA。例如，图2示出了由像素阵列的7行R1至R7和19列C1至C19形成的区域被设置为一个DA，但是DA的行数、列数和大小不限于实施例中所示，并且可以根据各种标准例如图像传感器的尺寸、光谱分辨率和像素间距的大小进行调节。
在每个DA中，设置了多个谐振器241和242以及多个耦合器CG1和CG2。谐振器241和242以及耦合器CG1和CG2单独形成并设置在像素阵列上，使得耦合器CG1和CG2的位置不会根据确定光谱波长特性的谐振器241和242的长度而改变。另外，谐振器241和242以及耦合器CG1和CG2彼此消逝耦合，如图2所示(参见消逝耦合器EC)。术语“消逝耦合”可以是指一对输入耦合器和输出耦合器与谐振器之间的耦合，而在输入耦合器/输出耦合器与谐振器之间没有直接连接或接触，同时将输入耦合器/输出耦合器放置在相对于像素的固定位置。消逝耦合可以由于输入耦合器和输出耦合器之间的弯曲波导而发生。消逝耦合的强度可以弱于彼此直接连接的传统传输系统和传统输入耦合器/输出耦合器之间的耦合。根据示例实施例，谐振器241和242可以实现为法布里-珀罗谐振器。
如图2所示，消逝耦合器EC的弯曲或弧线形状可以允许耦合器221、222、231和232与谐振器241和242消逝地耦合。消逝耦合器EC可以具有比输入耦合器221和输出耦合器231之间的距离长的长度，并且可以包括一个或多个圆形弯曲。
耦合器CG1和CG2分别包括输入耦合器221和222以及输出耦合器231和232，其中外部光输入到输入耦合器221和222，并且输出耦合器231和232将输入到输入耦合器221和222的光输出到相应的像素。例如，输入耦合器221和222以及输出耦合器231和232可以是光栅耦合器或金属反射镜。例如，当输入到输入耦合器221的光传输到输出耦合器231时，与消逝地耦合到输入耦合器221的谐振器241的谐振模式相对应的特定波长特性的光被耦合，而其余波长特性的光通过输出耦合器231输出到图像传感器的像素。换句话说，当光从输入耦合器221传输到输出耦合器231时，根据谐振器241的长度的所需波长逃逸到谐振器241，并且其余波长的光传输到输出耦合器231。类似地，当光从输入耦合器222传输到输出耦合器232时，根据谐振器242的长度的所需波长逃逸到谐振器242，并且其余波长的光传输到输出耦合器232。根据谐振器241和242的长度的所需波长可以是指谐振器241和242的谐振波长。
同时，耦合器CG1和CG2中的每一个重复地设置在图像传感器10的像素阵列的每一行中，并且至少两个耦合器CG1和CG2可以连续地设置在每个DA的每一行中，如图2所示。具体地，在每一行中连续地布置的第一耦合器CG1和第二耦合器CG2可以具有相同的尺寸。然而，本示例实施例不限于此，第一耦合器CG1和第二耦合器CG2可以设置为根据DA的尺寸或者根据消逝地耦合的谐振器241和242的长度而具有不同的尺寸。
另外，在每个DA中，具有不同波长特性的至少两种谐振器241和242可以重复地串行布置在图像传感器10的像素阵列的每一行中。在这种情况下，具有不同波长特性的第一谐振器241和第二谐振器242可以交替地并排设置在图像传感器10的像素阵列的每一行的边界线上。可以通过调节连接到谐振器241和242各自两端的反射镜251、252和253的位置而使第一谐振器241和第二谐振器242形成为具有不同的长度，使得第一谐振器241和第二谐振器242具有不同的波长特性。反射镜251、252和253的位置根据第一谐振器241和第二谐振器242的波长特性来确定，而与输入耦合器221和222以及输出耦合器231和232或图像传感器10的像素的位置无关。在这种情况下，可以根据分析的目的、图像传感器的尺寸、像素间距的大小等预先确定谐振器的波长特性。
如图2所示，第一谐振器241沿从输入耦合器221到输出耦合器231或者从输出耦合器231到输入耦合器221的方向延伸。第二谐振器242沿从输入耦合器222到输出耦合器232或者从输出耦合器232到输入耦合器222的方向延伸。第一谐振器241与连接在输入耦合器221和输出耦合器231之间的消逝耦合器EC间隔开。因为消逝耦合器EC是弧线且弯曲的，消逝耦合器EC和第一谐振器241之间的距离可以沿从输入耦合器221到输出耦合器231的方向改变。第二谐振器242与连接在输入耦合器222和输出耦合器232之间的消逝耦合器EC间隔开，并且消逝耦合器EC和第二谐振器242之间的距离可以沿从输入耦合器222到输出耦合器232的方向改变。
根据示例实施例，可以在每个DA中重复地设置具有两种不同波长特性的谐振器，并且还可以在不同DA之间设置具有不同波长特性的谐振器，使得每个DA可以检测具有不同波长特性的光。
例如，在像素间距为5.5μm，并且总长度为104.5μm的19个像素列C1至C19设置为图像传感器10上的一个检测区域的情况下，两个耦合器CG1和CG2可以重复地连续设置在每一DA的行R1至R7中的每一行中。在这种情况下，在每一DA中，各行中第一耦合器CG1的输入耦合器221和输出耦合器231的位置可以设置成与图像传感器10的像素阵列的同一列中的像素对齐。类似地，在每一DA中，各行中第二耦合器CG2的输入耦合器222和输出耦合器232的位置可以设置成与图像传感器10的像素阵列的同一列中的像素对齐。
在最小间隔Lmin为10μm到最大间隔Lmax为91.48μm的范围内具有间隔变化ΔL为0.97μm的85个不同长度的谐振器可以一致地设置在所有DA中，使得每个DA具有不同的波长特性。最小间隔Lmin可以是指将要设置在DA中的谐振器的预定最小长度。最大间隔Lmax可以是指将要设置在DA中的谐振器的预定最大长度。间隔变化ΔL可以是指谐振器长度的预定变化。根据示例性实施例，在DA中的谐振器的长度改变的同时，DA的尺寸可以是固定的。光子层20的照明间距可以等于DA的长度。对于谐振器的每个长度，可以在图像传感器的像素阵列中重复设置8200个相同的结构。然而，这些示例不限于以上描述，并且可以根据图像传感器的尺寸、像素间距的大小、DA的大小、谐振器的长度的范围、谐振长度的间隔等而改变。
图3A和图3B是用于描述根据示例实施例的光谱仪的结构的图。
图3A示出了不论谐振器340的长度如何，将输出耦合器330设置为对齐在像素阵列的特定像素310的位置处的构思。如图3A所示，输入耦合器320和输出耦合器330消逝地耦合到谐振器340以设置在特定像素310上，并且在这种情况下，可以根据消逝地耦合的输出耦合器330的输出波长来调节谐振器340的长度。这样，不管谐振器340的长度如何，输出耦合器330设置为对齐在像素阵列的像素310的位置处，使得各种光谱元件(例如，金属阻挡层)可以集成到光子层。
图3B示意性地示出了光谱仪的结构，其中设置在特定像素位置处的成对的输入耦合器321和322以及输出耦合器331和332消逝地耦合到具有不同长度的谐振器341和342。为了便于描述，示出了两个谐振器341和342、输入耦合器321和322以及输出耦合器331和332，但是这些元件的数量不受特别限制。如图3B所示，谐振器341和342可以根据光谱波长特性设置为具有不同的长度。此外，消逝地耦合到相应谐振器341和342的输入耦合器321和322以及输出耦合器331和332，特别是输出耦合器331和332消逝地耦合到相应谐振器341和342，使得输出耦合器331和332可以设置在同一列中的相应像素P1和P2处。
这样，根据本示例实施例，输入耦合器和输出耦合器设置在特定位置处以与图像传感器的像素对齐，并且输入耦合器和输出耦合器消逝地耦合到谐振器，因此具有各种长度的谐振器的集成是可能的，谐振长度是影响光谱分辨率和光谱重构性能的因素。
图4A至图4C是用于描述根据示例实施例的光谱重构性能的曲线图。
图4A示出了将长度在最小值10μm至最大值90μm范围内的谐振器集成到光子层中的情况下的光谱重构性能，其中重建光谱和参考光谱之间的余弦相似度是0.915。图4B示出将长度在最小值30μm至最大值70μm范围内的谐振器集成到光子层中的情况下的光谱重构性能，其中重建光谱和参考光谱之间的余弦相似度是0.833。图4C示出将长度在最小值40μm至最大值60μm范围内的谐振器集成到光子层中的情况下的光谱重构性能，其中重建光谱和参考光谱之间的余弦相似度是0.807。
由于具有较宽范围长度的各种谐振器设置在光子层上，所以增加了光谱分辨率和光谱重构性能增加。在本示例实施例中，如上所述，输入耦合器和输出耦合器的间隔在像素上始终保持不变，使得可以集成具有较宽范围的各种长度的谐振器，因此可以改进光谱性能。
图5是示出了根据另一示例实施例的光谱仪的示意结构的图。
参考图5，在根据本示例实施例的光谱仪500的结构中，如在上述光谱仪200的结构中那样，将上面设置了各种光谱元件的光子层20设置在检测光的图像传感器10上。光子层20可以包括一个或多个检测区域DA，并且每个DA包括多个耦合器CG1和CG2以及多个谐振器540，谐振器540消逝地耦合到相应的耦合器CG1和CG2，耦合器CG1和CG2设置在图像传感器10的像素510的阵列上。
在根据本示例实施例的光谱仪500的结构中，光子层20的光谱元件可以设置为使得所有DA具有相同的波长特性，与参考图2描述的实施例的光谱仪200的结构不同。例如，多个耦合器CG1和CG2可以重复地设置在每个DA的每一行中，并且消逝地耦合至耦合器CG1和CG2的谐振器可以形成为具有各种长度，并且设置为使得该DA具有完整的光谱波长特性。在这种情况下，可以通过不同地调节反射镜551、552和553的位置将多个不同类型的谐振器以打乱方式设置在每个DA中。
例如，当像素间距为5.5μm，并且总长度为104.5μm的19个像素列设置为图像传感器10上的一个检测区域时，在每一个DA中将两个耦合器CG1和CG2重复地连续设置在行R1至R7中，如图5所示。在这种情况下，在每一DA中，每行中各个耦合器CG1和CG2的输出耦合器531和532的位置可以设置为一致地放置在同一列中。此外，在最小间隔Lmin为10μm到最大间隔Lmax为91.48μm的范围内具有间隔变化ΔL为0.97μm的85个不同长度的多个谐振器可以按照打乱方式设置在每一个DA中，使得每个DA具有相同的波长特性。在这种情况下，一个DA的尺寸可以是0.049mm2(104.5μm×5.5μmx85)，并且DA的数量可以取决于整个图像传感器10的尺寸。
如上所述，多个不同类型的谐振器按照打乱形式设置在光子层20上，从而可以将可能在整个图像传感器10中发生的光学不均匀性的影响最小化，从而减少由此导致的频谱性能劣化。
图6A和图6B是用于描述根据示例实施例的光谱重构性能的曲线图。
图6A示出了在要设置在光子层上的谐振器的长度之间的间隔ΔL＝0.97μm并且具有对应长度的谐振器集成到光子层中的情况下的光谱重构性能。在这种情况下，重构光谱和参考光谱之间的余弦相似度为0.994。图6B示出了在长度之间的间隔是0.1μm(比图6A中的间隔相对更短)并且将具有如此间隔的长度的谐振器集成的情况下的光谱重构性能。在这种情况下，重构光谱和参考光谱之间的余弦相似度为1。
如图6A和图6B所示，根据本示例实施例，在输入耦合器和输出耦合器的位置保持在固定位置的状态下分离地形成谐振器，然后谐振器消逝地耦合到输入耦合器和输出耦合器，使得谐振器可以按较短间隔不同地集成，因此可以增加信噪比和光谱分辨率。
图7是示出根据一个实施例的用于测量生物成分的设备的框图。
参考图7，用于测量生物成分的设备700可以包括光源710、光谱仪720和信号处理器730。
光源710可以响应于信号处理器730的控制信号向对象OBJ发射光。光源710可以配置为发射可见光激光或近红外激光，使得可以通过拉曼光谱或近红外光谱来分析吸收谱。光源710可以由卤素灯或发光二极管(LED)形成，但不限于此。
光谱仪720可以检测从被光源710照射的对象OBJ的活体组织反射或散射的光。在这种情况下，对象OBJ可以是人的皮肤或动物的活体。
光谱仪720可以与参考图2或图5描述的光谱仪200或500相对应。光谱仪720可以包括检测光的图像传感器和堆叠在图像传感器上并收集和发射光的光子层。
光子层包括接收从对象OBJ返回的光的输入耦合器和耦合到输入耦合器并且向图像传感器的像素输出所接收的光的输出耦合器。在这种情况下，输出耦合器设置为与图像传感器的像素对齐，以使光损耗最小化。
此外，光子层包括多个谐振器，当由输入耦合器接收的光传输到输出耦合器时，所述谐振器在光谱上将光分离成各种波长特性，并且每一个谐振器均与输入耦合器和输出耦合器分离地形成，并且消逝地耦合到输入耦合器和输出耦合器。在这种情况下，谐振器可以是法布里-珀罗谐振器，并且输入耦合器和输出耦合器可以是光栅耦合器。
光子层可以包括多个检测区域。设置在每个检测区域中的输入耦合器、输出耦合器和谐振器可以重复地设置在图像传感器的像素阵列的每一行中。
另外，可以均匀地或一致地分布不同类型的谐振器，使得每个检测区域具有不同的波长特性。备选地，可以在一个检测区域中设置具有所需的全部波长特性的谐振器，并且相同类型的谐振器重复地设置在每个检测区域中，使得每个检测区域具有相同的波长特性。
信号处理器730可以接收由图像传感器的像素检测到的光信号，并使用所接收的光信号来测量生物成分。例如，信号处理器730可以使用从图像传感器接收的拉曼光信号来重构拉曼光谱，通过分析重构的拉曼光谱来区分生物成分，并且获得与每个成分的浓度有关的信息。这里，生物成分可以包括血糖、甘油三酯、胆固醇、卡路里、蛋白质和尿酸，但不限于此。
另外，信号处理器730可以根据预设标准，基于测量的生物成分来产生要通知给用户的警报或警告信息。
根据本实施例的用于测量生物成分的设备可以按照包括主体和带子、可以穿戴在对象OBJ上的可穿戴形式制造。在这种情况下，可穿戴形式可以包括手表型、手镯型、腕带型、戒指型、眼镜型、发带型等，并且其形状或尺寸不受特别限制。
光源710、光谱仪720和信号处理器730可以安装在主体中。例如，在手表型的情况下，光源710和光谱仪720可以安装在与用户的手腕接触的主体的下部，并且信号处理器730可以安装在主体的内部基板中并电连接至光源710和光谱仪720。
带子可以形成为柔性的以缠绕对象，并且如果需要的话，用于向主体供电的电池可以嵌入到带子中。
另外，用于测量生物成分的设备700可以包括单独的操作单元。操作单元可以接收用户的命令并将所接收的命令传输到信号处理器730。
图8是示出根据另一示例实施例的用于测量生物成分的设备的框图。
参考图8，用于测量生物成分的设备800可以包括光源710、光谱仪720、信号处理器730、显示器810和通信单元(例如，通信接口)820。参照图7描述了光源710、光谱仪720和信号处理器730的结构，并且因此在下文中将重点描述显示器810和通信单元820的配置。
显示器810安装在主体中，并在信号处理器730的控制下输出各种信息。具体地，显示器810可以显示与由信号处理器730测量的生物成分有关的信息或者与测量的生物成分相关的健康状态信息、警告或者警报信息等，并且使用各种视觉显示方法向用户显示这些信息。
显示器810可以包括触摸模块，允许用户执行触摸输入。显示器810可以输出用于与用户交互的界面，接收从用户通过所述界面接收的命令，并且将所接收的命令传输到信号处理器730。
通信单元820可以安装在主体中，并且响应于信号处理器的控制信号，使用各种通信技术向外部设备发送数据和从外部设备接收数据。在这种情况下，通信技术可以包括蓝牙通信、蓝牙低能耗(BLE)通信、近场通信(NFC)、无线局域网(WLAN)通信、ZigBee通信、红外数据协会(IrDA)通信、Wi-Fi直连(WFD)通信、超宽带(UWB)通信、Ant+通信、Wi-Fi通信和第三代(3G)、第四代(4G)和第五代(5G)通信技术，但不限于此。
例如，通信单元820可以连接到外部设备以进行通信，并且传输所测量的传感器信号、生物成分信息等。在这种情况下，外部设备可以包括智能电话、智能平板、台式计算机、笔记本计算机以及相对于用于测量生物成分的设备800具有优异计算性能的其他信息处理设备。然而，外部设备的类型不限于上述示例。按照这种方式，用于测量生物成分的设备800可以小尺寸制造并测量生物成分信息，同时允许外部设备使用生物成分信息来管理各种信息，例如用户的生物成分测量历史、根据生物成分测量的统计信息例如健康状态分析和变化历史信息，并以各种方式如图表提供所述信息。
另外，通信单元820可以从外部设备接收用于校准设备800的参考信息，例如参考血糖值，并将所述信息传输到信号处理器730。
尽管不限于此，示例实施例可以被实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是能够存储数据且数据随后可由计算机系统读取的任何数据存储设备。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在连网的计算机系统上，使得按照分布方式存储和执行计算机可读代码。此外，示例实施例可以写为计算机程序，所述计算机程序通过计算机可读传输介质(例如，载波)被传输，并在执行所述程序的通用或专用数字计算机中被接收和实现。此外，可以理解，在示例实施例中，上述装置和设备的一个或多个单元可以包括电路、处理器、微处理器等，并且可以执行存储在计算机可读介质中的计算机程序。
上述示例实施例仅仅作为示例而不应被解释为限制。本发明的教导能够易于应用于其他类型的装置。此外，对示例实施例的描述只是说明性的，而不是为了限制权利要求的范围，并且本领域技术人员将清楚多种备选、修改和变化。

Claims (14)

1.一种光谱仪，包括：
图像传感器，包括像素阵列；以及
光子层，设置在所述像素阵列上，并且包括多个谐振器和消逝地耦合到所述多个谐振器的多个耦合器，其中，所述多个耦合器中的每一个包括输入耦合器和输出耦合器，光输入到所述输入耦合器，并且所述输出耦合器连接到所述输入耦合器并将从所述输入耦合器传输的光输出到所述像素阵列的像素，
其中所述多个耦合器中的至少两个耦合器连续地设置在所述像素阵列的每一行中，并且
其中所述光子层包括多个检测区域，设置在所述多个检测区域之一中的多个谐振器包括设置在所述像素阵列的每一行中的具有至少两种不同波长特性的至少两种谐振器，并且在所述像素阵列的每一行中，所述至少两种谐振器中的每一个消逝地耦合到所述至少两个耦合器中的相应耦合器的输入耦合器和输出耦合器。
2.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述输入耦合器和所述输出耦合器对应于光栅耦合器、金属反射镜或者光栅耦合器和金属反射镜。
3.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述像素阵列的每一行中的所述至少两个耦合器的输出耦合器位于同一列位置。
4.根据权利要求3所述的光谱仪，其中所述多个耦合器中的每一个耦合器与所述多个谐振器分离地设置，以在所述多个耦合器和所述多个谐振器之间产生消逝耦合。
5.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述多个谐振器是法布里-珀罗谐振器。
6.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述至少两种谐振器交替地设置在所述像素阵列的每一行中。
7.根据权利要求6所述的光谱仪，其中所述至少两种谐振器串行地设置在所述像素阵列的每一行的边界线上。
8.一种用于测量体内物质的设备，所述设备包括：
光源，配置为向对象发射光；以及
根据权利要求1所述的光谱仪，配置为感测从所述对象返回的光。
9.根据权利要求8所述的设备，还包括信号处理器，所述信号处理器配置为使用所述光谱仪感测的信号来分析所述对象的物质。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述光源发射近红外激光或可见光激光。
11.根据权利要求8所述的设备，其中所述多个耦合器中的至少两个耦合器设置在所述像素阵列的每一行中以便与像素间距对齐。
12.一种光谱仪，包括：
像素阵列；以及
光子层，所述光子层设置在所述像素阵列上，并且包括：
输入耦合器，所述输入耦合器接收光；
输出耦合器，所述输出耦合器输出从所述输入耦合器传输的光；
消逝耦合器，所述消逝耦合器设置在所述输入耦合器和所述输出耦合器之间，以将从所述输入耦合器接收的光引导到所述输出耦合器；以及
谐振器，所述谐振器沿从所述输入耦合器到所述输出耦合器的方向延伸，并且设置为与所述输入耦合器和所述输出耦合器间隔开，以在所述谐振器和所述消逝耦合器之间产生消逝耦合，
其中所述光子层包括所述光谱仪的照明间距内的第一耦合器组和第二耦合器组，
所述第一耦合器组包括分别与所述输入耦合器、所述输出耦合器和所述消逝耦合器相对应的第一输入耦合器、第一输出耦合器和第一消逝耦合器，
所述第二耦合器组包括第二输入耦合器、第二输出耦合器和第二消逝耦合器，以及
所述第一耦合器组和所述第二耦合器组串行地设置在所述像素阵列的每一行中，并且
其中所述光子层包括多个检测区域，设置在所述多个检测区域之一中的多个谐振器包括设置在所述像素阵列的每一行中的具有至少两种不同波长特性的至少两种谐振器，并且在所述像素阵列的每一行中，所述至少两种谐振器中的每一个消逝地耦合到所述第一耦合器组和所述第二耦合器组中的相应的消逝耦合器。
13.根据权利要求12所述的光谱仪，其中所述消逝耦合器从所述输入耦合器延伸到所述输出耦合器并且弯曲，使得所述谐振器和所述消逝耦合器之间的距离改变。
14.根据权利要求12所述的光谱仪，其中所述谐振器与第一谐振器相对应，以及
所述光子层包括：
所述第一谐振器，所述第一谐振器与所述第一耦合器组对齐；以及
第二谐振器，所述第二谐振器与所述第二耦合器组对齐，并且
与所述第一谐振器串行地设置，以及
所述第二谐振器的波长特性与所述第一谐振器的波长特性不同。
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