CN113692524A - 自校准光谱传感器模块 - Google Patents

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CN113692524A CN202080025211.4A CN202080025211A CN113692524A CN 113692524 A CN113692524 A CN 113692524A CN 202080025211 A CN202080025211 A CN 202080025211A CN 113692524 A CN113692524 A CN 113692524A
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Abstract

一种示例系统包括第一光源、第二光源、光电检测器和电子控制设备。电子控制设备可操作以使第一光源向对象发射波长范围内的第一光，以及使用光电检测器测量从对象反射的第一光。电子控制设备还可操作以使第二光源发射包括波长范围内的多个发射峰的第二光，以及使用光电检测器测量第二光。电子控制设备还可操作以基于所测量的第一光和所测量的第二光来确定关于对象的光谱信息。

Description

自校准光谱传感器模块
技术领域
本公开涉及光谱仪中使用的光谱传感器模块。
背景技术
光谱仪是用于测量样本光的光谱的仪器(例如，用于确定紫外光、可见光和/或红外光的光谱分量)。在一些实施方式中，光谱仪可确定作为波长或频率的函数的光的强度。
光谱仪可用于各种不同的应用。例如，光谱仪可用于进行环境分析、工业监测、颜色测量和药理学研究。
光谱可以用不同的方法测量，例如通过直接测量或间接测量。作为示例，被配置用于直接测量的光谱仪可以在空间上分离不同波长的光(例如，使用波长色散设备，例如衍射光栅或棱镜)，并且单独测量每个波长的光的功率分布(例如，关于特定波长“直接”测量光谱)。
作为另一个示例，配置用于间接测量的光谱仪可以根据一系列已知的光谱调制模式来调制光，并获得调制光的测量。每个测量提供由多个波长携带并根据不同权重的信息，并且可以用于重建原始光的光谱(例如，使用多路复用技术)。
发明内容
光谱仪系统可以用于基于从样本反射和/或透射通过样本的光的属性来确定关于样本(例如，物体)的信息。例如，光谱仪系统可以包括向样本发射光(例如，具有已知光谱属性的光)的光源，以及测量从样本反射和/或透射通过样本的光的检测器。光谱仪系统可以确定反射和/或透射的光的光谱属性(例如，光关于波长范围的分布)，并基于这些测量确定有关样本的信息。例如，光谱仪系统可以确定样本的物理形状或轮廓、样本表面的特性和/或样本的组成。
在一些实施方式中，光谱仪系统可以根据特定波长或波长范围来测量光。例如，这可能是有用的，因为关于某些波长或波长范围的光测量在确定样本的属性时可能特别有用(例如，与关于其他波长或波长范围的光测量相比)。因此，光谱仪系统可以选择性地测量特定波长或波长范围内的光(例如，提供关于样本的更多信息和/或更期望信息的那些)，而不测量其他波长或波长范围内的光(例如，提供关于样本的更少信息和/或不太期望信息的那些)，以提高测量的效率和准确性。
在一些实施方式中，光谱仪系统可以使用干涉仪根据特定波长或波长范围来测量光。干涉仪是一种使用光干涉(例如，通过叠加光波)从光中提取信息的设备。例如，干涉仪可以接收来自样本的反射和/或透射光，并且通过根据不同相位对接收光进行叠加，选择性地将具有特定波长或波长范围的光的子集透射到检测器用于测量。因此，检测器不测量从样本接收的全部光，而是测量由干涉仪选择性透射的接收光的有限子集。
在一些实施方式中，干涉仪可以是“可调的”，使得系统或用户可以指定由干涉仪透射以用于测量的光的特定波长或波长范围。例如，可调干涉仪的输出可以取决于施加到干涉仪的输入电压。可以改变输入电压来调节光的波长或波长范围，该光被干涉仪选择性地透射到检测器以用于测量。
然而，在一些实施方式中，干涉仪的输出也可以取决于其他因素，例如周围环境的温度。此外，干涉仪的输出可以在干涉仪的寿命期间变化。例如，干涉仪的输出可能由于一个或多个组件(例如，干涉仪的镜子)的氧化而变化，这可能随着时间推移改变干涉仪的性能(例如，引起干涉仪输出的标称中心标称波长的漂移，改变干涉仪的腔的有效长度等)。作为另一个示例，随着时间的推移，干涉仪材料中的水分摄入会对干涉仪的组件产生额外的应变，引起物理变化，该物理变化会随着时间的推移改变干涉仪的性能(例如，由于体积增加而弯曲)。作为另一个示例，一些材料可能会随着时间的推移而失去体积，导致干涉仪的机械配置发生变化以及性能的相应变化。
因此，响应于特定的输入电压，干涉仪可以输出不同波长或波长范围内的光(例如，由于周围环境的温度波动、设备的老化等)。这些变化会降低光谱仪系统的测量的准确度和/或精度，尤其是当光谱仪系统用于不同的环境和/或未调节的环境中时。
为了提高其性能，光谱仪系统可以获得具有已知光谱分布的光的参考测量，并基于参考测量校准样本测量。例如，光谱仪系统可以包括发射具有已知光谱分布的参考光(例如，具有对应于频域中一个或多个已知频率的一个或多个已知强度峰的光)的光源。光谱仪系统可以测量参考光(例如，使用干涉仪和检测器)，并将该测量与参考光的已知属性进行比较。如果存在任何差异(例如，测量的强度峰不与参考光的已知强度峰对齐)，光谱仪系统可以校准测量数据，使得其更好地反映参考光的已知属性(例如，使用一个或多个数学拟合算法或技术)。类似地，这些校准可以关于一个或多个样本测量来执行，以提高光谱仪系统的样本测量的准确度和/或精度。
在一些实施方式中，这种自校准技术使光谱仪系统能够补偿温度和性能的波动，并使光谱仪系统能够进行更准确和/或更精确的测量。此外，这种自校准技术能够使光谱仪系统在更广泛的环境范围和环境条件下使用，并延长光谱仪系统的有效工作寿命。
在一个方面，一种系统包括第一光源、第二光源、光电检测器和电子控制设备。电子控制设备可操作以使第一光源向对象发射波长范围内的第一光，以及使用光电检测器测量从对象反射的第一光。电子控制设备还可操作以使第二光源发射包括波长范围内的多个发射峰的第二光，以及使用光电检测器测量第二光。电子控制设备还可操作以基于所测量的第一光和所测量的第二光确定关于对象的光谱信息。
该方面的实施方式可以包括一个或多个以下特征。
在一些实施方式中，第一光可以是宽带光。
在一些实施方式中，多个发射峰的波长可以均匀分布。
在一些实施方式中，电子控制设备可操作以通过识别所测量的第二光中的多个发射峰中的一个或多个发射峰以及基于识别的一个或多个发射峰变换所测量的第一光的表示，来确定关于对象的光谱信息。
在一些实施方式中，所测量的第一光的表示可以包括指示所测量的第一光的光谱分量的数据记录。
在一些实施方式中，电子控制设备可操作以通过确定所测量的第二光和所测量的第一光之间的差，以及基于该差变换所测量的第一光的表示，来确定关于对象的光谱信息。
在一些实施方式中，所测量的第一光的表示可以包括指示所测量的第一光的光谱分量的数据记录。
在一些实施方式中，电子控制设备可操作以使第二光源向对象发射第二光，以及使用光电检测器测量从对象反射的第二光。
在一些实施方式中，电子控制设备可操作以使第二光源向光学耦合到光电检测器的光导发射第二光，以及使用光电检测器测量从光导发射的第二光。
在一些实施方式中，第二光源可以包括一个或多个介电涂层滤光器和宽带发光元件。
在一些实施方式中，宽带发光元件可以包括白炽灯。
在一些实施方式中，系统还可以包括主机设备。第一光源、第二光源、光电检测器和电子控制设备可以至少部分地设置在主机设备中。
在一些实施方式中，主机设备可以是智能电话或可穿戴设备中的至少一个。
另一方面，一种方法包括向对象发射波长范围内的第一光，以及测量从对象反射的第一光。该方法还包括发射包括波长范围内的多个发射峰的第二光，以及测量第二光。该方法还包括基于所测量的第一光和所测量的第二光确定关于对象的光谱信息。
该方面的实施方式可以包括一个或多个以下特征。
在一些实施方式中，第一光可以是宽带光。
在一些实施方式中，多个发射峰的波长可以均匀分布。
在一些实施方式中，确定关于对象的光谱信息可以包括识别所测量的第二光中的多个发射峰中的一个或多个发射峰，以及基于所识别的一个或多个发射峰变换所测量的第一光的表示。
在一些实施方式中，所测量的第一光的表示可以包括指示所测量的第一光的光谱分量的数据记录。
在一些实施方式中，确定关于对象的光谱信息可以包括确定所测量的第二光和所测量的第一光之间的差，以及基于该差变换所测量的第一光的表示。
在一些实施方式中，所测量的第一光的表示可以包括指示所测量的第一光的光谱分量的数据记录。
在一些实施方式中，发射第二光可以包括向对象发射第二光。测量第二光可以包括测量从对象反射的第二光。
在一些实施方式中，发射第二光可以包括向光导发射第二光。测量第二光可以包括测量从光导发射的第二光。
一个或多个实施方式的细节在附图和下面的描述中阐述。从说明书和附图以及权利要求中，其他特征和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是示例光谱仪系统的示意图。
图2A是示出施加到干涉仪的输入电压和干涉仪输出的相应光波长之间的示例关系的曲线图。
图2B是示出关于几个不同温度，施加到干涉仪的输入电压和干涉仪输出的相应光波长之间的示例关系的曲线图。
图3是示例光谱仪系统的示意图。
图4示出了参考光的示例光谱分布的曲线图。
图5是另一个示例光谱仪系统的示意图。
图6是用于测量从样本反射和/或透射通过样本的光的光谱分布的示例过程的流程图。
图7是示例计算机系统的示意图。
具体实施方式
本公开描述了用于测量从样本反射和/或透射通过样本的光的光谱分布的光谱仪系统的实施方式。光谱仪系统的实施方式包括电压可调干涉仪，用于选择特定波长或波长范围的光以进行测量。为了考虑干涉仪输出的变化(例如，由于环境温度的波动、系统老化等)。光谱仪系统可以获得具有已知光谱分布的参考光(例如，具有对应于频域中一个或多个已知频率的一个或多个已知强度峰的光)的测量，以及基于参考光的测量校准样本测量。在一些实施方式中，这使得光谱仪系统能够补偿操作中的变化，并且使得光谱仪系统能够进行更准确和/或更精确的测量。此外，这种自校准技术能够使光谱仪系统在更广泛的环境范围和环境条件下使用，并延长光谱仪系统的有效操作寿命。
图1示出了示例光谱仪系统100。光谱仪系统100可以实现为独立设备(例如，作为单独的仪器)，或者实现为另一设备的一部分(例如，作为多用途设备的一部分)。在一些实施方式中，光谱仪系统100可以被实现为移动设备(例如智能电话、平板计算机或可穿戴计算机)的一部分。
如图1所示，光谱仪系统100包括光源102和传感器模块150，传感器模块150具有干涉仪104、电压源106、检测器108和电子控制设备110。在光谱仪系统100的示例使用中，光源102产生光112，光112朝向样本114(例如，位于样本区域160中的物体)发射。被样本114反射和/或透射通过样本114的样本光116中的至少一些入射到干涉仪104上。基于由电压源106产生的输入电压，干涉仪104选择性地将样本光118的子集(例如，特定波长或波长范围内的样本光)透射到检测器108。检测器108测量样本光118的子集的特性，并将该测量提供给电子控制设备110。基于该测量，电子控制设备110确定关于样本114的信息(例如，表示样本光118的子集的光谱分布的直方图120、样本114的特性等)。
光源102是可操作以产生光并向样本区域160发射光的组件。光源102可以包括一个或多个发光元件。作为示例，光源102可以包括一个或多个白炽灯、发光二极管(LED)、垂直腔表面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)、有机发光二极管(OLED)或其他选择性地产生光的设备。
干涉仪104是可操作以使用光干涉从光中提取信息的组件。作为示例，干涉仪可以接收样本光116，并且通过根据不同相位对样本光116进行叠加选择性地将具有特定波长或波长范围的样本光118的子集透射到检测器108以用于测量。干涉仪104是“可调的”，使得系统或用户可以指定由干涉仪104透射到检测器108的光的特定波长或波长范围。例如，干涉仪104的输出可以取决于由电压源106产生并施加到干涉仪104的输入电压Vin。可以改变输入电压Vin来调节由干涉仪104选择性地透射到检测器108的光的波长或波长范围。在一些实施方式中，干涉仪104可以包括一个或多个基于微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem，MEMS)的可调法布里-珀罗(Fabry-Pérot，FI)干涉仪。
电压源106是可操作以产生输入电压Vin的组件。电压源106可以包括一个或多个用于产生电压的数字和/或模拟电路组件。在一些实施方式中，电压源106可以包括一个或多个电池或发电机。在一些实施方式中，电压源106可以从外部源(例如，外部电源)接收电能，并使用接收到的电能产生输入电压Vin。在一些实施方式中，电压源106可以通信地耦合到电子控制设备110，并且可以基于从电子控制设备110接收的命令信号svoltage产生具有特定电压值的输入电压Vin。尽管图1将电压源106描绘为传感器模块150的一部分，但是在一些实施方式中，电压源106可以实施为单独的组件(例如，作为光谱仪系统100或另一设备的一部分)。
检测器108是可操作以测量从干涉仪104接收的样本光118的子集的特性的组件。在一些实施方式中，检测器108可以包括一个或多个光电检测器或其他光敏传感器。检测器108可以测量样本光118的子集的各种特性。例如，检测器108可以测量光的强度和/或反射光关于某些波长和/或波长范围的光谱特性。在一些实施方式中，检测器108可操作以根据一个或多个离散时间点测量样本光118的子集。在一些实施方式中，检测器108可操作以连续地、周期性地、间歇地或根据一些其他模式来测量光。
电子控制设备110是可操作以控制光谱仪系统100的一个或多个功能的组件。例如，电子控制设备110可以通信地耦合到光源102，并且可以向光源102发送命令信号以选择性地打开或关闭光源102(例如，在选定的时间段期间(例如在测量操作期间)产生光)和/或指定所产生的光的特性(例如，根据特定图案、光谱组成等产生光)。作为另一个示例，电子控制设备110可以通信地耦合到电压源106，并且可以向电压源106发送命令信号svoltage以产生具有特定电压值的输入电压Vin(例如，用于调整干涉仪104的输出)。作为另一个示例，电子控制设备110可以通信地耦合到检测器108，并且可以从检测器108获得测量。
此外，电子控制设备110可以基于测量来确定来自样本114的信息。例如，电子控制设备110可以产生表示样本光118的子集的光谱分布的直方图120。作为另一个示例，电子控制设备110可以基于测量来确定样本114的其他特性，例如样本的物理形状或轮廓、样本表面的特性和/或样本的组成。
在一些实施方式中，电子控制设备110可以结合光谱仪系统100和/或传感器模块150的一个或多个其他组件来实施(例如，作为单个集成设备)。在一些实施方式中，电子控制设备110可以被实施为与光谱仪系统100和/或传感器模块150的一个或多个其他组件分离的设备。例如，电子控制设备110可以是与光谱仪系统100和/或传感器模块150的一个或多个其他组件分离和不同的计算机系统(例如，客户端计算机系统或服务器计算机系统)或计算机处理器。
如上所述，干涉仪104的输出可以取决于施加到干涉仪104的输入电压Vin。可以改变输入电压Vin来调节由干涉仪104选择性地透射到检测器108的光的波长或波长范围。
在一些实施方式中，施加到干涉仪的输入电压Vin和干涉仪输出的相应光波长之间的关系是非线性的。例如，图2A包括曲线图200，该曲线图200示出了施加到光谱仪系统的干涉仪104的输入电压Vin和该干涉仪104输出的光的对应波长之间的关系，该干涉仪104包括示例性基于MEMS的可调FI干涉仪。在该示例中，向干涉仪104施加输入电压Vin将导致输出具有中心波长大约为1550nm的波长范围的光，而该范围之外的其他波长的光基本上不被干涉仪输出。在本例中，该关系可以用以下等式近似：
Figure BDA0003282641920000081
其中k是弹簧常数，x是波长变化(例如，干涉仪腔的位移)，ε0是真空介电常数，εa是相对静态介电常数，A是干涉仪的等平行板的面积，V是电极之间施加的电压，T是与所考虑的介质的几何形状和介电常数相关的参数(例如，
Figure BDA0003282641920000082
其中g是没有施加电压的腔的厚度，td是电极顶部的层的厚度，相对静态介电常数为εb)。
然而，在一些实施方式中，干涉仪的输出也可以取决于周围环境的温度。因此，响应于特定的输入电压，由于周围环境的温度波动，干涉仪可以输出不同波长或波长范围内的光。这些变化会降低光谱仪系统的测量的准确度和/或精度，尤其是当光谱仪系统用于不同的环境和/或未调节的环境中时。例如，尽管电子控制设备110可以指定将特定波长的光透射到检测器108以用于测量，但是可能会透射不同波长的光，从而导致测量的变化和/或这些测量的解释的误差。
作为示例，图2B示出了曲线图210，其描绘了(i)施加到干涉仪104的输入电压Vin和(ii)关于范围从-40℃和85℃的7个不同温度(40℃、-20℃、5℃、25℃、45℃、65℃和85℃)由干涉仪104输出的光的波长范围的相应中心波长之间的关系。如图2B所示，响应于特定的输入电压Vin，干涉仪可以取决于温度来输出不同波长范围内的光。因此，由于每次测量期间和之间的温度波动，所得到的测量可能会有所不同。
此外，在一些实施方式中，干涉仪的输出可以在干涉仪的寿命期间变化。例如，随着干涉仪老化，施加到干涉仪104的输入电压Vin和干涉仪104输出的光的波长范围的相应中心波长之间的关系会偏移或“漂移”。因此，所得到的测量可能会因设备的老化而变化。
为了提高其性能，光谱仪系统可以自校准其样本测量以考虑这些变化。图3示出了用于执行自校准的示例光谱仪系统100。
光谱仪系统100包括具有两个发光元件302a和302b的光源102。发光元件302a和302b中的每一个可以包括，例如，一个或多个白炽灯、发光二极管(LED)、垂直腔表面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)、有机发光二极管(OLED)或其他选择性地产生光的设备。
发光元件302a和302b可以被配置成根据不同的波长或波长范围和/或根据不同的光谱分布来发射光。例如，发光元件302a可以被配置为发射具有已知光谱分布的参考光(例如，具有对应于频域中的一个或多个已知频率的一个或多个已知强度峰的光)。从发光元件302a发射的参考光可以用于获得用于校准样本测量的参考测量。在一些情况下，发光元件302a可以包括一个或多个宽带发光元件和一个或多个滤光器，其赋予发射光特定的光谱分布。
图4示出了参考光的示例光谱分布400。在该示例中，光谱分布400包括8个强度峰402a-402h(例如，局部最大值和/或局部最小值)，每个峰对应于频域中的相应频率。在一些情况下，光谱分布的一些或所有峰可以关于彼此均匀分布。尽管图4中示出了参考光的光谱分布400，但这仅仅是示例。实际上，除了图4所示的光谱分布之外，或者代替图4所示的光谱分布，可以使用参考光的其他光谱分布。
发光元件302b发射适合于进行样本测量(例如，诸如物体或其他对象的样本的测量)的光。在一些情况下，发光元件302b可以发射宽带光(例如，具有宽光学带宽的白光或中性光，和/或类似于或接近黑体发射的发射，例如由灯泡灯丝进行的发射)。在一些情况下，与由发光元件302a发射的参考光相比，由发光元件302b发射的光可以呈现不太强的峰和/或更少的峰。
光谱仪系统100还包括传感器模块150，传感器模块150具有限定腔304和孔306的外壳304。图3所示的传感器模块150的一些或全部组件可以类似于图1所示的那些组件。例如，传感器模块150可以包括设置在腔304内(例如，在基板308上)的检测器108，以及设置在孔306和检测器108之间的腔内(例如，在基板308上)的干涉仪104。光谱仪系统100还包括电子控制设备110和电压源106。为了便于说明，图3中省略了光谱仪系统100的某些组件。
在传感器模块150的示例操作中，发光元件302a发射参考光(例如，朝向样本114)。被样本反射和/或透射通过样本的参考光中的至少一些穿过孔306并入射到干涉仪104上。基于由电压源106产生的输入电压，干涉仪104选择性地将返回参考光的子集(例如，在特定波长或波长范围内的返回参考光)透射到检测器108。检测器108测量返回参考光的子集的特性，并将该测量提供给电子控制设备110。
由于发射的参考光具有特定的已知特性(例如，具有对应于频域中一个或多个已知频率的一个或多个已知强度峰)，返回参考光的子集也可以具有特定的已知特性。作为一个示例，返回参考光的子集也可以呈现由发射的参考光呈现的强度峰的至少一个子集。
返回参考光的子集的测量可用于校准光谱仪系统的性能。例如，电子控制设备110可以从检测器108获得返回参考光的测量，并将该测量与参考光的已知属性(例如，记录在存储设备的数据记录中的预定属性)进行比较。如果存在任何差异(例如，测量的强度峰不与参考光的已知强度峰对齐)，电子控制设备110可以校准测量数据，使得其更好地反映参考光的已知属性(例如，使用一个或多个数学拟合算法或技术)。作为一个示例，可以确定一个或多个拟合函数，其变换返回参考光的测量光谱分布，使得其基本上匹配或更类似于返回参考光的预期光谱分布(例如，对应于参考光的已知属性)。在一些情况下，校准可以使用例如多项式回归的一种或多种回归技术来执行。在一些情况下，校准可以被存储(例如，记录在存储设备的数据记录中)以备将来取得和使用。
这些校准可应用于一次或多次样本测量，以提高光谱仪系统的样本测量的准确度和/或精度。作为示例，光谱仪系统可以使用发光元件302b向样本114发射样本光(例如，宽带光)。被样本反射和/或透射通过样本的样本光的至少一些穿过孔306并入射到干涉仪104上。基于由电压源106产生的输入电压，干涉仪104选择性地将返回样本光的子集(例如，特定波长或波长范围内的返回样本光)透射到检测器108。检测器108测量样本参考光的子集的特性，并将该测量提供给电子控制设备110。电子控制设备110可以应用一个或多个先前确定的拟合函数来将返回样本光的测量光谱分布转换成校准光谱分布。在一些情况下，电子控制设备110可以应用与参考光校准过程期间所采用的基本相同或类似的回归技术和拟合参数(例如，多项式回归)。
在一些情况下，光谱仪系统可以在获得样本光的一个或多个测量之前获得参考光的测量。例如，光谱仪系统可以获得参考光的一个或多个测量，并基于该测量确定合适的校准。光谱仪系统可以随后获得样本光的一个或多个测量，并且对样本光的每个测量应用相同或类似的校准。在一些情况下，光谱仪系统可以在每次测量样本光之前获得参考光的测量(例如，使得在每次测量样本光之前确定新校准)。在一些情况下，光谱仪系统可以周期性地获得参考光的测量(例如，在样本光的每N1次测量和/或每N2分钟之前，使得新校准被确定并对样本光的每N1次测量和/或每N2分钟应用该新校准)。在一些情况下，光谱仪系统可以在设备开启或发动时(例如，作为启动过程的一部分)获得参考光的测量，并将所确定的校准应用于一个或多个后续样本测量。
在一些情况下，光谱仪系统可以在获得样本光的一个或多个测量之后获得参考光的测量。作为示例，光谱仪系统可以获得样本光的一个或多个测量，并且随后基于参考光的一个或多个测量来确定合适的校准。光谱仪系统可以将所确定的校准回溯地(retroactively)应用于一个或多个先前获得的样本光的测量。
在图3所示的示例中，发光元件302a向样本114发射参考光，样本114又向检测器108反射和/或透射参考光的一些。然而，情况不一定总是这样。在一些实施方式中，发光元件302a可以直接或基本直接向检测器108发射参考光。作为示例，图5示出了另一个光谱仪系统500。光谱仪系统500大体类似于图3所示的光谱仪系统300。然而，在该示例中，发光元件302a被配置为引导参考光，使得参考光照射在检测器108上，而不首先从样本114反射和/或透射通过样本114。在一些情况下，这可以使用光导502(例如，一个或多个光管、透镜或设置在外壳上的其他光学元件)来实现，光导502光学耦合发光元件302a和检测器108。
示例过程
图6示出了用于使用光谱仪系统的示例过程600。可以执行过程600来测量从样本反射和/或透射通过样本的光的光谱分布。在一些实施方式中，过程600可以由图1、图3和图5所示的光谱仪系统和/或传感器模块中的一个或多个来执行。
在过程600中，向对象发射波长范围内的第一光(步骤602)。在一些实施方式中，第一光可以是宽带光。作为示例，参考图1，第一光可以由光源102朝向样本114发射。作为另一个示例，参考图3和图5，第一光可以由发光元件302b朝向样本114发射。
测量从对象反射的第一光(步骤604)。作为示例，参考图1，从样本114反射的第一光可以由传感器模块150测量(例如，使用干涉仪104和检测器108测量，并且由电子控制设备110处理)。
发射包括波长范围内的多个发射峰的第二光(步骤606)。在一些实施方式中，多个发射峰的波长可以均匀分布。例如，在图4中示出了第二光的示例光谱分布。
测量第二光(步骤608)。在一些实施方式中，第二光可以朝向对象发射，并且可以测量从对象反射的第二光。作为示例，参考图3，第二光可以由发光元件302a朝向样本114发射，并且从样本114反射的第二光可以由传感器模块150测量(例如，使用干涉仪104和检测器108)。
在一些实施方式中，第二光可以朝向光导发射，并且可以测量由光导发射的第二光。作为示例，参考图5，第二光可以由发光元件302a朝向光导502发射，并且第二光可以由传感器模块150测量(例如，使用干涉仪104和检测器108)。
基于所测量的第一光和所测量的第二光来确定关于对象的光谱信息(步骤610)。在一些实施方式中，确定关于对象的光谱信息可以包括识别所测量的第二光中的多个发射峰中的一个或多个发射峰，以及基于所识别的一个或多个发射峰变换所测量的第一光的表示。所测量的第一光的表示可以包括指示所测量的第一光的光谱分量的数据记录。
在一些实施方式中，确定关于对象的光谱信息可以包括确定所测量的第二光和所测量的第一光之间的差，以及基于该差变换所测量的第一光的表示。所测量的第一光的表示可以包括指示所测量的第一光的光谱分量的数据记录。
参考图3-图5描述了用于确定光谱信息的示例技术(例如，包括变换技术)。
示例系统
本说明书中描述的主题和操作的一些实施方式可以在数字电子电路中实现，或者在包括本说明书中公开的结构及其结构等同物的计算机软件、固件或硬件中实现，或者在它们中的一个或多个的组合中实现。例如，在一些实施方式中，光谱仪系统100、300和500和/或传感器模块150的一个或多个组件(例如，电子控制设备110)可以使用数字电子电路来实现，或在计算机软件、固件或硬件中实现，或在它们中的一个或多个的组合中实现。在另一个示例中，图7所示的过程可以使用数字电子电路来实现，或者在计算机软件、固件或硬件中实现，或者在它们中的一个或多个的组合中实现。
本说明书中描述的一些实施方式可以实现为数字电子电路、计算机软件、固件或硬件的一个或多个组或模块，或者它们中的一个或多个的组合。尽管可以使用不同的模块，但是每个模块不必是不同的，并且多个模块可以在相同的数字电子电路、计算机软件、固件或硬件或其组合上实现。
本说明书中描述的一些实施方式可以被实现为一个或多个计算机程序，即编码在计算机存储介质上的计算机程序指令的一个或多个模块，用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。计算机存储介质可以是或可以包括在计算机可读存储设备、计算机可读存储基板、随机或串行存取存储器阵列或设备或它们中的一个或多个的组合中。此外，虽然计算机存储介质不是传播信号，但是计算机存储介质可以是编码在人工生成的传播信号中的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质也可以是或包括在一个或多个单独的物理组件或介质(例如，多个CD、磁盘或其他存储设备)中。
术语“数据处理装置”包括用于处理数据的所有种类的装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机、片上系统、或前述的多个或其组合。该装置可以包括专用逻辑电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。除了硬件之外，该装置还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时环境、虚拟机或它们中的一个或多个的组合的代码。该装置和执行环境可以实现各种不同的计算模型基础设施，例如网络服务、分布式计算和网格计算基础设施。
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言、声明或过程语言。计算机程序可以(但不是必须)对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的文件)。计算机程序可以被部署为在一台计算机上或位于一个站点或分布在多个站点并通过通信网络互连的多台计算机上执行。
本说明书中描述的一些过程和逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器来执行，以通过对输入数据进行操作并产生输出来执行动作。这些过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路来执行，并且装置也可以被实现为专用逻辑电路，例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。
例如，适于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器、以及任何类型的数字计算机的处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或这两者接收指令和数据。计算机包括用于根据指令执行动作的处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。计算机还可以包括或可操作地耦合到一个或多个用于存储数据的大容量存储设备(例如磁盘、磁光盘或光盘)，以从该一个或多个大容量存储设备接收数据或向该一个或多个大容量存储设备传送数据，或者两者皆有。然而，计算机不需要有这样的设备。适于存储计算机程序指令和数据的设备包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，包括例如半导体存储器设备(例如，EPROM、EEPROM、闪存设备等)、磁盘(例如，内部硬盘、可移动磁盘等)、磁光盘以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路来补充或结合在其中。
为了提供与用户的交互，可以在具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，监视器或另一种类型的显示设备)和用户通过其可以向计算机提供输入的键盘和定点设备(例如，鼠标、轨迹球、平板电脑、触敏屏幕或另一种类型的定点设备)的计算机上实现操作。也可以使用其他类型的设备来提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且来自用户的输入可以以任何形式被接收，包括声音、语音或触觉输入。此外，计算机可以通过向用户使用的设备发送文档和从用户使用的设备接收文档来与用户交互；例如，通过响应于从网络浏览器接收的请求，将网页发送到用户客户端设备上的网络浏览器。
计算机系统可以包括单个计算设备或多个计算机，这些计算机彼此靠近或大体上远离彼此进行操作，并且通常通过通信网络进行交互。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)、互联网络(例如因特网)、包括卫星链路的网络以及对等网络(例如adhoc对等网络)。客户端和服务器的关系可以借助于运行在各自计算机上并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而产生。
图7示出了包括处理器710、存储器720、存储设备730和输入/输出设备740的示例计算机系统700。组件710、720、730和740中的每一个可以例如通过系统总线750互连。在一些实施方式中，计算机系统700可以用于控制光谱仪的操作。例如，图1、图3和图5所示的电子控制设备110可以包括计算机系统700，以控制光谱仪的一个或多个组件的操作和/或处理测量数据。处理器710能够处理在系统700内执行的指令。在一些实施方式中，处理器710是单线程处理器、多线程处理器或另一种类型的处理器。处理器710能够处理存储在存储器720中或存储设备730上的指令。存储器720和存储设备730可以在系统700内存储信息。
输入/输出设备740为系统700提供输入/输出操作。在一些实施方式中，输入/输出设备740可以包括网络接口设备(例如以太网卡)、串行通信设备(例如RS-232端口)和/或无线接口设备(例如802.11卡、3G无线调制解调器、4G无线调制解调器、5G无线调制解调器等)中的一个或多个。在一些实施方式中，输入/输出设备可以包括被配置为接收输入数据并将输出数据发送到其他输入/输出设备(例如，键盘、打印机和显示设备760)的驱动器设备。在一些实施方式中，可以使用移动计算设备、移动通信设备和其他设备。
虽然本说明书包含许多细节，但是这些细节不应被解释为对所要求保护的范围的限制，而是对特定于特定示例的特征的描述。本说明书中在单独实施方式的上下文中描述的某些特征也可以被组合。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中分别实现或者以任何合适的子组合实现。
已经描述了许多实施例。然而，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实施例在权利要求的范围内。

Claims (22)

1.一种系统，包括：
第一光源；
第二光源；
光电检测器；以及
电子控制设备，其能够操作以：
使所述第一光源向对象发射波长范围内的第一光；
使用所述光电检测器测量从所述对象反射的第一光；
使所述第二光源发射第二光，所述第二光包括所述波长范围内的多个发射峰；
使用所述光电检测器测量所述第二光；以及
基于所测量的第一光和所测量的第二光确定关于所述对象的光谱信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一光是宽带光。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个发射峰的波长均匀分布。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子控制设备能够操作以通过以下方式确定关于所述对象的所述光谱信息：
识别所测量的第二光中的所述多个发射峰中的一个或多个发射峰；以及
基于所识别的一个或多个发射峰来变换所测量的第一光的表示。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所测量的第一光的表示包括指示所测量的第一光的光谱分量的数据记录。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子控制设备能够操作以通过以下方式确定关于所述对象的光谱信息：
确定所测量的第二光和所测量的第一光之间的差；以及
基于所述差变换所测量的第一光的表示。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所测量的第一光的表示包括指示所测量的第一光的光谱分量的数据记录。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子控制设备能够操作以：
使所述第二光源向所述对象发射所述第二光，以及
使用所述光电检测器测量从所述对象反射的第二光。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子控制设备能够操作以：
使所述第二光源向光学耦合到所述光电检测器的光导发射所述第二光，以及
使用所述光电检测器测量从所述光导发射的第二光。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二光源包括一个或多个介电涂层滤光器和宽带发光元件。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述宽带发光元件包括白炽灯。
12.根据权利要求1所述的系统，还包括主机设备，并且
其中所述第一光源、所述第二光源、所述光电检测器和所述电子控制设备至少部分地设置在所述主机设备中。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述主机设备是智能电话或可穿戴设备中的至少一个。
14.一种方法，包括:
向对象发射波长范围内的第一光；
测量从所述对象反射的第一光；
发射第二光，所述第二光包括所述波长范围内的多个发射峰；
测量所述第二光；以及
基于所测量的第一光和所测量的第二光确定关于所述对象的光谱信息。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一光是宽带光。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个发射峰的波长均匀分布。
17.根据权利要求14所述的方法，其中确定关于所述对象的所述光谱信息包括：
识别所测量的第二光中的所述多个发射峰中的一个或多个发射峰；以及
基于所识别的一个或多个发射峰变换所测量的第一光的表示。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所测量的第一光的表示包括指示所测量的第一光的光谱分量的数据记录。
19.根据权利要求14所述的方法，其中确定关于所述对象的所述光谱信息包括：
确定所测量的第二光和所测量的第一光之间的差；以及
基于所述差变换所测量的第一光的表示。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所测量的第一光的表示包括指示所测量的第一光的光谱分量的数据记录。
21.根据权利要求14所述的方法，其中发射第二光包括向所述对象发射第二光，并且
其中测量所述第二光包括测量从所述对象反射的第二光。
22.根据权利要求14所述的方法，其中发射第二光包括向光导发射所述第二光，并且
其中测量所述第二光包括测量从所述光导发射的第二光。
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