CN111755470A - 使用多波长光的光学装置 - Google Patents

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Abstract

一种使用多波长光的光学装置包括：基板；以及发光阵列，设置在基板上，且包括发射具有不同波长的多个光的多个发光器件。该光学装置包括控制器，其被配置为控制所述发光阵列使得所述多个光被不同地调制并同时发射。

Description

使用多波长光的光学装置
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2019年3月29日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2019-0037062的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及一种使用多波长光的光学装置及其操作方法，更具体地，涉及一种包括具有不同波长的多个发光器件的光学装置及其操作方法。
背景技术
光谱仪是光学领域最重要的光学设备之一。相关技术的光谱仪包括各种大型且沉重的光学器件。近来，随着诸如智能电话和可穿戴设备的相关应用的小型化，需要光谱仪的小型化。
这种光谱仪可以实现为独立的装置，但也可以是另一装置的组件。特别地，对安装在诸如移动电话的移动设备上的光谱仪的研究正在进行中。
发明内容
提供了一种用于获得目标对象的物理特性的光学装置及其操作方法。
还提供了一种用于通过使用具有不同波长的多个发光器件来获得关于目标对象的信息的光学装置及其操作方法。
附加方面部分地将在以下描述中阐述，且部分地将通过以下描述而变得清楚明白，或者可以通过实践所呈现的实施例来获知。
根据实施例，使用多波长光的光学装置包括：基板；以及发光阵列，设置在基板上，且包括发射具有不同波长的多个光的多个发光器件。该光学装置还包括控制器，其被配置为控制发光阵列使得所述多个光被不同地调制并同时发射。
控制器还可以被配置为调制施加到所述多个发光器件的驱动信号的波形，使得发射具有不同波形的多个光。
可以调制驱动信号的频率、幅度和相位中的任一项或任意组合。
驱动信号的波形可以包括正弦波、方波、三角波和脉冲波中的任一项或任意组合。
所述多个光中从发光阵列中的所述多个发光器件中彼此相邻的至少两个发光器件发射的第一光的第一波形相关性可以大于所述多个光中从所述多个发光器件中彼此不相邻的至少两个发光器件发射的第二光的第二波形相关性。
所述多个光中从发光阵列中的所述多个发光器件中彼此相邻的至少两个发光器件发射的第一光的第一波形相关性可以小于所述多个光中从所述多个发光器件中彼此不相邻的至少两个发光器件发射的第二光的第二波形相关性。
所述多个发光器件可以二维地布置在基板上。
所述多个发光器件可以在发光阵列中沿第一方向顺序地布置，并发射具有顺序改变的波长的多个光。
所述多个光中的每一个可以具有小于约15nm的波长带。
所述多个光中由发光阵列中的所述多个发光器件中彼此相邻的至少两个发光器件发射的至少两个光的中心波长之间的间隔可以大于或等于约0.5nm并小于或等于约30nm。
所述多个发光器件中的任一个或任意组合可以是激光器或发光二极管(LED)。
所述多个发光器件中的任一个或任意组合可以包括：有源层，设置在基板上并被配置为产生光；以及波长确定层，被配置为在由有源层产生的光中发射所述多个光中具有不同波长之一的光。
所述不同波长之一可以对应于波长确定层的厚度和介电常数中的任一项或其二者。
有源层可以设置在波长确定层中。
波长确定层可以包括光栅图案结构。
波长确定层可以包括在基板的纵向方向上彼此间隔开的多个介电层。
所述多个介电层的间距可以在基板的纵向方向上连续变化。
所述多个介电层可以包括以第一间距布置的第一介电层和以不同于第一间距的第二间距布置的第二介电层。
发光阵列可以包括：有源层，设置在基板上并被配置为产生光；以及多个波长转换层，设置在有源层上并被配置为将有源层产生的光发射为具有不同波长的多个光。
该光学装置还可以包括阻挡物，该阻挡物设置在有源层上并被配置为使所述多个波长转换层分离。
该光学装置还可以包括：光检测器，被配置为检测如下光，所述光是由目标对象散射、透射和反射的光中的至少一个，其中发光阵列向目标对象发射所述多个光；以及处理器，被配置为使用由光检测器检测到的光来获得关于目标对象的信息。
光检测器可以包括图像传感器。
处理器还可以被配置为针对由发光阵列发射的所述多个光的每个波长对由光检测器检测到的光进行分类，并使用针对每个波长分类的光获得关于目标对象的信息。
根据实施例，一种包括多个发光器件的光学装置的操作方法包括：由所述多个发光器件发射具有不同波长和调制的多个光；并且检测如下光，所述光是由目标对象散射、反射和透射的光中的至少一个，其中由所述多个发光器件向目标对象发射所述多个光。该操作方法还包括：基于对所述多个光的调制，针对每个波长对检测到的光进行分类；并且使用针对每个波长分类的光来获得关于目标对象的信息。
所述多个光中的每一个可以具有小于约15nm的波长带。
所述多个光中由所述多个发光器件中彼此相邻的至少两个发光器件发射的至少两个光的中心波长之间的间隔可以大于或等于约0.5nm并小于或等于约30nm。
根据实施例，一种光学装置包括：基板；有源层，设置在基板上并被配置为产生第一光，以及波长确定层，设置在有源层上并包括第一部分和第二部分，第一部分被配置为发射有源层产生的第一光中具有第一波长的第二光，第二部分被配置为发射有源层产生的第一光中具有第二波长的第三光。
波长确定层的第一部分的第一折射率可以不同于波长确定层的第二部分的第二折射率。
波长确定层的第一部分的第一厚度可以不同于波长确定层的第二部分的第二厚度。
波长确定层的第一部分可以包括在基板的纵向方向上彼此间隔开的第一介电层，波长确定层的第二部分可以包括在基板的纵向方向上彼此间隔开的第二介电层，且第一介电层的第一间距可以与第二介电层的第二间距不同。
附图说明
根据结合附图的以下描述，本公开的实施例的上述和其他方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
图1是示意性地示出了根据实施例的使用多波长光的光学装置的图；
图2是示出了根据实施例的发光器件的示例的图；
图3是示出了根据实施例的发光阵列的示例的图，其中发光阵列发射针对每个有效介电常数具有不同波长的光；
图4是示出了根据实施例的发光阵列的示例的图，其中发光阵列根据波长确定层的厚度发射不同波长的光；
图5是示出了根据实施例的包括不同波长转换层的发光阵列的示例的图；
图6是示出了根据实施例的包括图案结构的发光阵列的示例的图；
图7是示出了根据实施例的包括不连续图案结构的发光阵列的示例的图；
图8是示出了根据实施例的针对每个间距的介电层的发射波长的图；
图9是用于说明根据实施例的对从发光器件发射的光进行调制的示例的参考图；
图10是示出了根据实施例的由光检测器针对每个波长检测的光强度的曲线图；
图11是示出了根据实施例的包括多个子检测器的光检测器的图；以及
图12是示出了根据实施例的光学装置的操作方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，本实施例可以具有不同形式，并且不可被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面通过参考附图来描述实施例，以解释各个方面。诸如“......中的至少一个”之类的表述在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。
下文中，将参照附图描述根据实施例的使用多波长光的光学装置及其操作方法。为了描述的清楚和方便，可以稍微夸大附图中所示的层或区域的宽度和厚度。在整个说明书中，类似的附图标记表示类似的元件。
如在实施例中所使用的，诸如“包括”、“具有”等术语不可被解释为包括实施例中描述的所有组件或操作。应当理解，可以不包括这些组件或操作中的一些，或者可以进一步包括其他组件或操作。
在下文中，所描述的“上方”或“在......上”可以不仅包括接触且直接位于上方、下方、左侧和右侧，而且还包括不接触且直接位于上方、下方、左侧和右侧。下文中，将参考附图来详细描述实施例。
尽管术语“第一”、“第二”等可以在本文用于描述各种组件，但是这些组件可不受这些术语的限制。这些术语仅用来将一个组件与另一组件区分开来。
如本文所使用的，术语“单元”、“模块”等可被理解为处理至少一种功能或操作的单元，并可以体现为硬件、软件或其组合。
图1是示意性地示出了根据实施例的使用多波长光的光学装置100的图。如图1所示，根据实施例的光学装置100可以包括：光发射端120，其向目标对象10发射具有不同波长的多个光；光接收端140，其接收通过目标对象10反射、散射或透射的光，以获得关于目标对象10的信息；以及控制器160，其控制光发射端120和光接收端140。
光发射端120可以包括基板121和发光阵列122，发光阵列122整体地设置在基板121上并且包括发射不同波长的光的多个发光器件200。
基板121可以包括用于生长发光器件200的基板。基板121可以包括通用半导体工艺中使用的各种材料。例如，基板121可以例如包括硅基板或蓝宝石基板。然而，这是示例性的，基板121可以包括各种其他材料。
发光阵列122可以包括发射不同波长的光的多个发光器件200。每个发光器件200可以整体地布置在基板121上。也就是说，发光器件200可以通过经由半导体工艺在基板121上层压或图案化而与基板121一体地形成。多个发光器件200可以在空间上间隔开并布置在基板121上，并且一些层可以彼此连接。
每个发光器件200可以发射具有窄波长带宽的光，并且发光器件200的中心波长之间的间隔可以大于波长带宽。因此，从发光阵列122发射的光可以是不连续的光，例如梳型光。例如，每个发光器件200可以发射具有小于约15nm的带宽的光，并且中心波长之间的间隔可以大于或等于约0.5nm并小于或等于约30nm。
每个发光器件200可以包括激光器或发光二极管(LED)，并且不限于特定示例。发光器件200可以是垂直腔(C)表面发射激光二极管(VCSEL)、分布式反馈激光器、激光二极管、LED、谐振腔LED等。
备选地，发光器件200可以包括能够提供不同波长的光的可调谐激光器。该激光器可以具有窄带宽和宽波长调谐的范围。然后，单个可调谐激光器可以输出具有不同波长的多个光。可调谐激光器可以根据电信号输出不同波长的光，并且波长的调谐可以是连续的或不连续的。备选地，每个发光器件200可以是具有窄带宽的LED。
多个发光器件200可以一维或二维地布置，如图1所示。多个发光器件200可以布置成m×n矩阵，其中m和n是2或更大的自然数。多个发光器件200可以布置成使得波长在一个方向上顺序地改变。然而，多个发光器件200不限于此。
图2是示出了根据实施例的发光器件200a的示例的图。如图2所示，发光器件200a可以包括产生光的有源层210；彼此分开的第一反射层220和第二反射层230，其间具有有源层210以形成谐振腔C；以及分别设置在第一反射层220和第二反射层230上的第一电极240和第二电极250。发光器件200a可以发射有源层210中产生的光中具有在谐振腔C中谐振的波长的光。
有源层210通过施加到第一电极240和第二电极250的驱动信号(即，电信号)来产生光。有源层210可以包括量子阱结构，其组合电子和空穴以产生光。有源层210可以由III/V族化合物半导体制成，该III/V族化合物半导体由III族和V族材料制成。有源层210可以包括谐振周期性增益(RPG)结构，RPG结构包括多个量子阱层和量子阱层之间的势垒层。
量子阱层和势垒层布置为彼此交替的多层结构。这里，作为量子阱层，可以使用诸如InxGal-xAsyPl-y、InxGal-xAs、InxGal-xNyAsl-y、InxGal-xAsySb(其中0.0＜x＜1.0，0.0＜y＜1.0)等半导体材料。可以为每个量子阱层单独选择x和y的值。可以使用In(Ga)(N)As的量子点代替量子阱层。
第一反射层220和第二反射层230将有源层210中产生的光反射到谐振腔C，使得光可以在谐振腔C中谐振。第一反射层220和第二反射层230可以包括分布式布拉格反射器(DBR)结构，其被设计成在谐振波长处具有高反射率。第一反射层220和第二反射层230可以具有约50％的相同反射率。第一反射层220和第二反射层230可以包括多频带分布式布拉格反射器，其中，例如，多个不同的层按预定顺序周期性地且连续地布置。通过按预定顺序布置高折射率层H和低折射率层L来配置第一反射层220和第二反射层230中的每一个。这里，高折射率层H包括AlxGal-xAs(0≤x＜1)，优选地GaAs(即，x＝0)。另一方面，低折射率层L包括AlyGal-yAs(0＜y≤1)，优选地AlAs(即，y＝1)。
第一电极240可以包括n型掺杂半导体层，且第二电极250可以包括p型掺杂半导体层。将驱动信号施加到第一电极240和第二电极250，使得激发有源层210产生光。所产生的光可以在第一反射层220和第二反射层230之间重复反射时在有源层210中往复运动，并且经放大的光中的在谐振腔C中谐振的光可以发射到外部。
腔C的其余空间可以填充有对从有源层210发射的光透明的材料，并且可以确定谐振腔C的有效介电常数，因此可以称为波长确定层260。有源层210以及第一反射层220和第二反射层230可以由能够发射或反射具有相对宽波长的光的材料形成。另一方面，发光器件200a可以通过谐振腔C的谐振条件放大和发射具有窄波长带的波长的光。从发光器件200a发射的光可以由谐振腔C的谐振波长确定，谐振波长可以由谐振长度确定，并且谐振长度可以由谐振腔C的宽度w和谐振腔C的有效介电常数等确定。谐振腔C的宽度可以由波长确定层260的厚度确定，并且谐振腔C中的有效介电常数可以根据波长确定层260的折射率或介电常数而变化。因此，通过改变波长确定层260的折射率和厚度中的任一个或其二者，可以改变谐振腔C中的光路，使得可以改变谐振波长。
波长确定层260可以包括诸如InxGa1-xAsyP1-y、InxGa1-xAs、InxGa1-xNyAs1-y、InxGa1-xAsySb、AlxGa1-xAs的半导体材料，其中0.0＜x＜1.0，0.0＜y＜1.0。
图3是示出了根据实施例的作为发光阵列122的示例的发光阵列122a的图，其中发光阵列发射针对每个有效介电常数具有不同波长的光。如图3所示，发光器件200可以允许谐振腔C具有不同的有效介电常数。例如，相应发光器件200的波长确定层260a、260b和260c可以包括不同的材料。因此，从每个发光器件200发射的光的波长λ1、λ2或λ3可以变化。
波长确定层260a、260b和260c可以包括诸如InxGal-xAsyPl-y、InxGal-xAs、InxGal-xNyAsl-y、InxGal-xAsySb、AlxGal-xAs的半导体材料，其中0.0＜X＜1.0，0.0＜y＜1.0。可以调整半导体材料的组成比率(例如，InxGal-xAsyPl-y的x值和y值)以具有不同的折射率和介电常数。
图4是示出了根据实施例的作为发光阵列122的示例的发光阵列122b的图，其中发光阵列根据谐振腔C的长度发射不同波长的光。如图4所示，发光器件200的波长确定层260d、260e和260f的厚度可以分别彼此不同，使得谐振波长λ1、λ2或λ3可以是不同的。例如，发光器件200可以布置成使得波长确定层260d、260e和260f的厚度沿第一方向X增加。然后，每个发光器件200可以发射在第一方向X上具有更大波长λ1、λ2或λ3的光。
波长确定层260d、260e和260f可以包括诸如InxGal-xAsyPl-y、InxGal-xAs、InxGal-xNyAsl-y、InxGal-xAsySb、AlxGal-xAs的半导体材料，其中0.0＜x＜1.0，0.0＜y＜1.0。可以根据沉积方法调整波长确定层260d、260e和260f中的每一个的厚度。
图5是示出了根据实施例的包括不同波长转换层270a、270b和270c的发光阵列122c的示例的图。如图5所示，波长转换层270a、270b和270c还可以设置在第二电极250a上。波长转换层270a、270b和270c中的每一个可以不同地转换在有源层210中谐振的光的波长λ1、λ2或λ3的大小。波长转换层270a、270b和270c的材料可以是不同的，使得每个发光器件可以发射具有不同波长λ1、λ2或λ3的光。波长转换层270a、270b和270c可以包括预定大小的量子点(QD)和荧光层292，量子点QD由从有源层210发射的光激发并发射预定波长λ1、λ2或λ3的光。量子点QD可以具有包含核部分和壳部分的核-壳结构，并且也可以具有无壳微粒结构。量子点QD可以包括以下项中的任一项或任意组合：例如，II-VI族系半导体、III-V族系半导体、IV-VI族系半导体、IV族系半导体和石墨烯量子点。作为示例，量子点QD可以包括Cd、Se、Zn、S和InP中的任一项或任意组合，但是不限于此。波长转换层270a、270b和270c可以使用根据不同大小具有不同发光波长的量子点或根据不同材料特性具有不同发光波长的荧光层292。
多个发光器件可以通过波长转换层270a、270b和270c而划分开，并且可以共享有源层210、第一反射层220和第二反射层230、第一电极240和波长确定层260。因为谐振腔C、有源层210、第一反射层220和第二反射层230、第一电极240和波长确定层260是共享的，所以可以容易地制造发光阵列122c。此外，发光阵列122c还可以包括分隔发光器件的阻挡物280。阻挡物280可以设置在波长转换层270a、270b和270c之间，并且可以具有网状结构。阻挡物280可以具有从其上部区域到下部区域变窄的锥形形状。锥形形状的阻挡物280可以增加从发光器件200发射的光的不连续性以减少噪声。阻挡物280可以包括黑色基质材料、树脂和聚合物中的任一项或任意组合。第二电极250a也可以以发光器件为单位分隔开。
在图5中，根据波长转换层270a、270b和270c的材料的发射光的波长λ1、λ2和λ3改变，但不限于此。发射光的波长λ1、λ2和λ3可以通过图案结构而改变。
图6是示出了根据实施例的包括图案结构的发光阵列122d的示例的图。如图6所示，发光阵列122d可以包括：基板121、设置在基板121上的波长确定层290和设置在波长确定层290上的有源层210。基板121可以包括例如石英、二氧化硅(SiO2)和蓝宝石(Al2O3)中的任一项或任意组合。
波长确定层290可以具有光栅图案结构。波长确定层290可以包括间隔开并设置在基板121上的介电层291。荧光层292可以填充在介电层291之间。因此，介电层291和荧光层292可以在基板121的纵向方向X上交替地布置。介电层291可以布置成使得介电层291的间距P在基板121的纵向方向X上连续变化。
介电层291可以包括例如氮化物或氧化物。氮化物可以包括例如氮化硅(Si3N4)或氮化镓(GaN)。氧化物可以包括以下项中的任一项或任意组合：例如，氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)和氧化钇(Y2O3)。
荧光层292可以包括以下项中的任一项或任意组合：例如，量子点QD、陶瓷荧光材料和有机染料。量子点QD可以包括以下项中的任一项或任意组合作为半导体纳米颗粒：例如，硒化镉(CdSe)、硒化镉/硫化锌(CdSe/ZnS)、碲化镉(CdTe)和硫化镉(CdS)。陶瓷荧光材料可以包括例如掺杂有铈(Ce)的钇(YAG)。有机染料可以包括例如罗丹明或荧光素。在图6中，荧光层292填充在介电层291之间，但不限于此。介电层291可以填充有除荧光材料之外的材料，例如，有源层210的材料。
有源层210通过施加到电极对的驱动信号(即，电信号)来产生光。有源层210可以包括量子阱结构，其结合电子和空穴以产生光。有源层210可以由III/V族化合物半导体制成，该III/V族化合物半导体由III族和V族材料制成。有源层210可以包括谐振周期性增益(RPG)结构，RPG结构包括多个量子阱和量子阱之间的势垒层。
量子阱层和势垒层布置为彼此交替的多层结构。这里，作为量子阱层，可以使用诸如InxGal-xAsyPl-y、InxGal-xAs、InxGal-xNyAsl-y、InxGal-xAsySb(其中0.0＜x＜1.0，0.0＜y＜1.0)等半导体材料。可以为每个量子阱层单独选择x和y的值。可以使用In(Ga)(N)As的量子点代替量子阱层。
在有源层210中产生的光中与波长确定层290的谐振条件相匹配的光可以发射到外部。从发光阵列122d发射的光可以由波长确定层290的谐振波长λ1、λ2或λ3确定，并且谐振波长λ1、λ2或λ3可以由波长确定层290的厚度、波长确定层290的有效介电常数(例如，每种材料(荧光层292和介电层291)的折射率或介电常数)、介电层291的间距P等确定。在图6中，介电层291的间距P可以布置成在基板121的纵向方向X上连续变化。因此，发光阵列122d可以在基板121的纵向方向X上连续地发射中心波长的变化光。
图7是示出了根据实施例的包括不连续图案结构的发光阵列122e的示例的图。如图7所示，发光阵列122e可以包括具有不连续图案结构的波长确定层290。例如，波长确定层290可以包括：第一波长确定层290a，其包括以第一间距P1分开的介电层；第二波长确定层290b，其包括以与第一间距P1不同的第二间距P2分开的介电层；以及第三波长确定层290c，其包括以与第一间距P1和第二间距P2不同的第三间距P3分开的介电层。因此，第一波长确定层至第三波长确定层290a、290b和290c可以向外部发射不同波长λ1、λ2和λ3的光。在图6和图7中，根据间距发射的波长λ1、λ2和λ3是不同的，但不限于此。还可以通过波长确定层290的厚度或有效介电常数来调节发射光的波长λ1、λ2或λ3。
图8是示出了根据实施例的针对每个间距的介电层291的发射波长的图。如图8所示，可以看出发射光的中心波长根据波长确定层的间距P的大小而变化。可以看出随着间距P增大，发射光的中心波长增加。
参考回图1，控制器160将驱动信号(例如，电信号)施加到每个发光器件200，使得从发光器件200发射光。当发光器件200发光时，控制器160可以控制发光器件200发射不同调制的光。例如，控制器160可以通过不同地调制施加到每个发光器件200的驱动信号的波形来调制从每个发光器件200发射的光。因此，每个发光器件200可以发射不同波形的光。例如，驱动信号的波形可以包括正弦波、方波、三角波、脉冲波和锯齿波中的任一项或任意组合。控制器160可以通过调制驱动信号的频率、幅度、相位等来调制发射光。即使波形是相同的，控制器160也可以利用具有不同周期的驱动信号来调制光。
图9是用于说明根据实施例的对从发光器件200发射的光进行调制的示例的参考图。图9的部分(a)是光信号，且图9的部分(b)是调制幅度的调制信号，作为施加到驱动信号的调制信号。当包括部分(b)的调制信号的驱动信号被施加到发光器件200时，可以输出图9的部分(c)所示的调制光信号。因此，控制器160将不同调制的驱动信号施加到每个发光器件200，因此发光阵列122可以针对每个波长输出不同调制的光。
参考回图1，控制器160可以控制发光器件200，使得沿一个方向布置的发光器件200发射具有顺序改变的波形程度的波形的光。因此，从发光阵列122中彼此相邻的发光器件200发射的光的波形相关性可以大于从彼此不相邻的发光器件200发射的光的波形相关性，但不限于此。控制器160可以将驱动信号施加到发光阵列122，使得从发光阵列122中彼此相邻的发光器件200发射的光的波形相关性小于从彼此不相邻的发光器件200发射的光的波形相关性。这里，波形相关性是指示波形是否相似的值。波形相关性越大，波形越相似。
控制器160可以控制包括在发光阵列122中的发光器件200同时发光，但不限于此。控制器160可以控制发光器件200逐个顺序地发光。备选地，控制器160可以控制发光阵列122，使得一些发光器件200同时发光，而其余发光器件200在不同时间顺序地发光。备选地，可以根据目标对象10来控制发光阵列122，使得包括在发光阵列122中的所有发光器件200发光，或者只有一些发光器件200发光。
当输出发光阵列122的光时，控制器160通过将驱动信号调制成经调制信号来调制发射光，但不限于此。光发射端120还可以包括单独的光调制器，并且控制器160可以通过控制该光调制器来调制发射光。
光接收端140可以包括：光检测器141，其检测从目标对象10入射的光；以及处理器142，其使用由光检测器141检测的结果来获得关于目标对象10的信息。
光检测器141可以检测从目标对象10入射的光。光可以是已穿过目标对象10的光，也可以是由目标对象10散射或反射的光。光检测器141可以包括二维布置的像素。每个像素可以接收入射光并将光转换成电信号，并且可以包括光电检测器(例如，光电二极管)以及用于激活每个光电检测器的一个或多个晶体管。光检测器141可以是图像传感器。例如，光检测器141可以包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)中的任一项或其二者。
处理器142可以根据调制信号使用傅立叶变换对检测到的光的强度进行分类。调制信号可以与发光阵列122发射的波长相对应。因此，处理器142可以通过使用根据调制信号进行分类的检测结果，即，通过使用根据波长的检测结果，来获得关于目标对象10的信息。关于目标对象10的信息可以是物理属性信息。本文中，目标对象10可以是人或动物，但不限于此。目标对象10可以是包括在目标对象10中的一部分，或者可以是用于水质管理或土壤管理的环境样本、食物等。
图10是示出了根据实施例的由光检测器141针对每个波长检测的光强度的曲线图。即使发光阵列122发射对于每个波长具有相同强度的光，光检测器141也可以针对每个波长检测光的强度，如图10所示。这是因为目标对象10针对每个波长具有不同的光吸收特性。因此，可以根据针对每个波长检测到的光的强度来获得关于目标对象10的信息。
参考回图1，处理器142可以根据调制信号使用傅立叶变换对光的检测强度进行分类，但不限于此。光检测器141可以由与发光阵列的驱动信号相对应的驱动信号来驱动。
光检测器141可以包括一维或二维布置的多个子检测器300。
图11是示出了根据实施例的包括多个子检测器300的光检测器141a的图。每个子检测器300可以包括一个或多个像素。子检测器300的数量可以与发光器件200的数量相同，但不限于此。子检测器300的数量可以大于发光器件200的数量。
每个子检测器300可以检测具有一波形的光。例如，第一子检测器300a可以检测具有第一波形的第一光，第二子检测器300b可以检测具有第二波形的第二光，并且第三子检测器300c可以检测具有第三波形的第三光。如上所述，由每个子检测器300检测的光的波形可以由施加到每个子检测器300的驱动信号确定。
控制器160可以控制光检测器141，使得光检测器141可以检测光。控制器160可以以子检测器300为单位驱动光检测器141，并且可以通过与用于驱动发光阵列122的驱动信号相对应的驱动信号来驱动光检测器141。例如，当光学驱动器通过具有第一波形的第一驱动信号驱动第一发光器件200时，控制器160可以通过对应于第一驱动信号的第二驱动信号来驱动对应于第一发光器件200的第一子检测器300。因为第一驱动信号和第二驱动信号是相同的或非常相似，因此第一驱动信号和第二驱动信号可以耦合。第一子检测器300的第二驱动信号可以耦合到由第一驱动信号产生的光以检测光。因此，每个子检测器300可以针对每个波形检测驱动信号的光。通过如上所述地经由耦合来检测一波长的光，可以借由外部光或具有不同波长的光容易地去除噪声。在制造过程中固定用于检测一波长的光的带通滤波器，同时通过控制器160容易地控制施加到光检测器141的驱动信号，并且还针对每个子检测器300改变驱动信号的波形。可以通过各种更多的子检测器300检测相同波长的光。
如上所述的光学装置可以在空间上分离并发射具有不同波长和调制的多个光。因为光学装置基于调制来分离针对每个波长的检测结果，所以不必具有用于检测波长的硬件滤波器。
图12是示出了根据实施例的光学装置的操作方法的流程图。
在操作S1210，光发射端120可以发射具有不同波长和调制的多个光。光发射端120可以包括基板121和多个发光器件200，所述多个发光器件200整体地布置在基板121上并发射具有不同波长的光。每个发光器件200可以包括激光器或LED，并且不限于特定示例。
发光阵列122的每个发光器件200可以发射具有窄波长带宽的光，并且发光器件200的中心波长之间的间隔可以大于波长带宽。因此，从发光阵列122发射的光可以是不连续的光，例如梳型光。例如，每个发光器件200可以发射具有小于约15nm的带宽的光，并且中心波长之间的间隔可以大于或等于约0.5nm并小于或等于约30nm。
控制器160将驱动信号(例如，电信号)施加到每个发光器件200，使得从发光器件200发射光。当发光器件200发光时，控制器160可以控制发光器件200发射不同调制的光。例如，控制器160可以通过不同地调制施加到每个发光器件200的驱动信号的波形来调制从每个发光器件200发射的光。因此，每个发光器件200可以发射不同波形的光。例如，驱动信号的波形可以包括正弦波、方波、三角波、脉冲波和锯齿波中的任一项或任意组合。控制器160可以通过调制驱动信号的频率、幅度、相位等来调制发射光。即使波形是相同的，控制器160也可以利用具有不同周期的驱动信号来调制光。
控制器160可以控制包括在发光阵列122中的发光器件200同时发光，但不限于此。控制器160可以控制发光器件200逐个顺序地发光。备选地，控制器160可以控制发光阵列122，使得一些发光器件200同时发光，而其余发光器件200在不同时间顺序地发光。备选地，可以根据目标对象10来控制发光阵列122，使得包括在发光阵列122中的所有发光器件200发光，或者只有一些发光器件200发光。
当输出发光阵列122的光时，控制器160通过将驱动信号调制成经调制信号来调制发射光，但不限于此。光发射端120还可以包括单独的光调制器，并且控制器160可以通过控制该光调制器来调制发射光。
在操作S1220，光接收端140的光检测器141可以检测从目标对象10入射的光。光可以是已穿过目标对象10的光，也可以是由目标对象10散射或反射的光。光检测器141可以包括二维布置的像素。每个像素可以接收入射光并将光转换成电信号，并且可以包括光电检测器(例如，光电二极管)以及用于激活每个光电检测器的一个或多个晶体管。光检测器141可以是图像传感器。例如，光检测器141可以包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)中的任一项或其二者。
在操作S1230，处理器142可以基于调制对针对每个波长的检测结果进行分类。例如，处理器142可以根据调制信号使用傅立叶变换对检测到的光的强度进行分类。调制信号可以与发光阵列发射的波长一一对应。因此，处理器142可以基于调制信号对针对每个波长的检测结果进行分类。
备选地，光检测器141可以基于调制检测每个波长的光。光检测器141可以包括一维或二维布置的子检测器300。每个子检测器300可以检测具有一波形的光。控制器160可以以子检测器300为单位驱动光检测器141，并且可以通过与用于驱动发光阵列122的驱动信号相对应的驱动信号来驱动光检测器141。例如，当光学驱动器通过具有第一波形的第一驱动信号驱动第一发光器件200时，控制器160可以通过对应于第一驱动信号的第二驱动信号来驱动对应于第一发光器件200的第一子检测器300。因为第一驱动信号和第二驱动信号是相同的或非常相似，因此第一驱动信号和第二驱动信号可以耦合。第一子检测器300的第二驱动信号可以耦合到由第一驱动信号产生的光以检测光。因此，每个子检测器300可以针对每个波形检测驱动信号的光。
在操作S1240，处理器142可以通过使用根据调制信号进行分类的检测结果，即，通过使用根据波长的检测结果，来获得关于目标对象10的信息。关于目标对象10的信息可以是物理属性信息。本文中，目标对象10可以是人或动物。因为光的吸收率根据目标对象10的物理属性而不同，所以可以通过使用针对每个波长的检测光的强度来获得关于目标对象10的信息。
上述光学装置可以设置在一个壳体中。光学装置可以是透射型的，用于检测透射过目标对象10的光，或者可以是反射型的，用于检测由目标对象10反射的光。
使用多波长光的光学装置的示例包括移动电话、智能电话、膝上型计算机、平板电脑、电子书终端、数字广播终端、PDA(个人数字助理)、便携式多媒体播放器(PMP)、MP3播放器、数字相机、互联网协议电视(IPTV)、数字电视(DTV)、CE设备(例如，具有显示设备的冰箱、空调等)，但不限于此。在本说明书中描述的使用多波长光的光学装置可以是可由用户佩戴的可穿戴设备。
根据实施例的光学装置不需要用于分离每个波长的光的硬件组件，这是因为光学装置发射具有不同较窄带宽和不同中心波长的多个光。因此，可以实现光学装置的小型化。光学装置可以基于波形检测一波长的光，从而通过各种波形调制更准确地获得关于目标对象的信息。
可以理解，本文描述的实施例可以被认为仅是描述性的，而不是为了限制目的。对每个实施例中特征或方面的描述可以被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。
虽然已参考附图描述了实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (30)

1.一种使用多波长光的光学装置，所述光学装置包括：
基板；
发光阵列，设置在所述基板上，并包括多个发光器件，所述多个发光器件发射具有不同波长的多个光；以及
控制器，被配置为控制所述发光阵列，使得所述多个光被不同地调制并同时发射。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述控制器还被配置为调制施加到所述多个发光器件的驱动信号的波形，使得发射具有不同波形的所述多个光。
3.根据权利要求2所述的光学装置，其中对所述驱动信号的频率、幅度和相位中的任一项或任意组合进行调制。
4.根据权利要求2所述的光学装置，其中所述驱动信号的波形包括正弦波、方波、三角波和脉冲波中的任一项或任意组合。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述多个光中从所述发光阵列中的所述多个发光器件中彼此相邻的至少两个发光器件发射的第一光的第一波形相关性大于所述多个光中从所述多个发光器件中彼此不相邻的至少两个发光器件发射的第二光的第二波形相关性。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述多个光中从所述发光阵列中的所述多个发光器件中彼此相邻的至少两个发光器件发射的第一光的第一波形相关性小于所述多个光中从所述多个发光器件中彼此不相邻的至少两个发光器件发射的第二光的第二波形相关性。
7.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述多个发光器件二维地布置在所述基板上。
8.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述多个发光器件在所述发光阵列中沿第一方向顺序地布置，并发射具有顺序改变的波长的所述多个光。
9.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述多个光中的每一个具有小于15nm的波长带。
10.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述多个光中由所述发光阵列中的所述多个发光器件中彼此相邻的至少两个发光器件发射的至少两个光的中心波长之间的间隔大于或等于0.5nm并小于或等于30nm。
11.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述多个发光器件中的任一个或任意组合是激光器或发光二极管LED。
12.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述多个发光器件中的任一个或任意组合包括：
有源层，设置在所述基板上并被配置为产生光；以及
波长确定层，被配置为在由所述有源层产生的光中发射所述多个光中具有不同波长之一的光。
13.根据权利要求12所述的光学装置，其中所述不同波长之一对应于所述波长确定层的厚度和介电常数中的任一项或其二者。
14.根据权利要求12所述的光学装置，其中所述有源层设置在所述波长确定层中。
15.根据权利要求12所述的光学装置，其中所述波长确定层包括光栅图案结构。
16.根据权利要求15所述的光学装置，其中所述波长确定层包括在所述基板的纵向方向上彼此间隔开的多个介电层。
17.根据权利要求16所述的光学装置，其中所述多个介电层的间距在所述基板的纵向方向上连续变化。
18.根据权利要求16所述的光学装置，其中所述多个介电层包括：
以第一间距布置的第一介电层；以及
以不同于所述第一间距的第二间距布置的第二介电层。
19.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述发光阵列包括：
有源层，设置在所述基板上并被配置为产生光；以及
多个波长转换层，设置在所述有源层上并被配置为将所述有源层产生的光发射为具有不同波长的所述多个光。
20.根据权利要求19所述的光学装置，还包括：阻挡物，设置在所述有源层上并被配置为使所述多个波长转换层分离。
21.根据权利要求1所述的光学装置，还包括：
光检测器，被配置为检测如下光：所述光是由目标对象散射、透射和反射的光中的至少一个，其中所述发光阵列向所述目标对象发射所述多个光；以及
处理器，被配置为通过使用所述光检测器检测到的光，获得关于所述目标对象的信息。
22.根据权利要求21所述的光学装置，其中所述光检测器包括图像传感器。
23.根据权利要求21所述的光学装置，其中所述处理器还被配置为：
针对由所述发光阵列发射的所述多个光的每个波长，对所述光检测器检测到的光进行分类；以及
通过使用针对每个波长分类的光来获得关于所述目标对象的信息。
24.一种包括多个发光器件的光学装置的操作方法，所述操作方法包括：
由所述多个发光器件发射具有不同波长和调制的多个光；
检测如下光：所述光是由目标对象散射、反射和透射的光中的至少一个，其中所述多个发光器件向所述目标对象发射所述多个光；
基于所述多个光的调制，针对每个波长对检测到的光进行分类；以及
通过使用针对每个波长分类的光来获得关于所述目标对象的信息。
25.根据权利要求24所述的操作方法，其中所述多个光中的每一个具有小于15nm的波长带。
26.根据权利要求24所述的操作方法，其中所述多个光中由所述多个发光器件中彼此相邻的至少两个发光器件发射的至少两个光的中心波长之间的间隔大于或等于0.5nm并小于或等于30nm。
27.一种光学装置，包括：
基板；
有源层，设置在所述基板上并被配置为产生第一光；以及
波长确定层，设置在所述有源层上并包括：
第一部分，被配置为发射所述有源层产生的所述第一光中具有第一波长的第二光；以及
第二部分，被配置为发射所述有源层产生的所述第一光中具有第二波长的第三光。
28.根据权利要求27所述的光学装置，其中所述波长确定层的所述第一部分的第一折射率不同于所述波长确定层的所述第二部分的第二折射率。
29.根据权利要求27所述的光学装置，其中所述波长确定层的所述第一部分的第一厚度不同于所述波长确定层的所述第二部分的第二厚度。
30.根据权利要求27所述的光学装置，其中所述波长确定层的所述第一部分包括在所述基板的纵向方向上彼此间隔开的第一介电层，
其中所述波长确定层的所述第二部分包括在所述基板的纵向方向上彼此间隔开的第二介电层，以及
其中所述第一介电层的第一间距与所述第二介电层的第二间距不同。
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