CN114166345A - 一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片 - Google Patents

一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN114166345A
CN114166345A CN202111398910.6A CN202111398910A CN114166345A CN 114166345 A CN114166345 A CN 114166345A CN 202111398910 A CN202111398910 A CN 202111398910A CN 114166345 A CN114166345 A CN 114166345A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circular
filter
array
detector array
optical filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111398910.6A
Other languages
English (en)
Inventor
郑军
郑志明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Liange Technology Co ltd
Original Assignee
Jiangsu Liange Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Liange Technology Co ltd filed Critical Jiangsu Liange Technology Co ltd
Priority to CN202111398910.6A priority Critical patent/CN114166345A/zh
Publication of CN114166345A publication Critical patent/CN114166345A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0229—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using masks, aperture plates, spatial light modulators or spatial filters, e.g. reflective filters
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/107—Integrated devices having multiple elements covered by H10F30/00 in a repetitive configuration, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00—Package configurations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • G01J2003/2806—Array and filter array

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，包含圆形滤光片和圆形探测器阵列，圆形滤光片包含多片滤光片并且多片滤光片沿圆形滤光片周向均匀分布，圆形探测器阵列由多个独立探测器阵列构成且每个独立探测器阵列与圆形滤光片中一片滤光片一一对应。本发明具有光谱分辨的圆形阵列芯片将线性滤光片改变成圆形滤光片阵列，同时探测器阵列排布方式也随之相应调整，使芯片对入射光具有更高的探测效率。

Description

一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片
技术领域
本发明涉及一种阵列芯片，特别是一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，属于光谱仪领域。
背景技术
光谱仪是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由色散元件和探测器等元器件构成。测量物体表面反射的光线通过光谱仪之后，通过对光信息的抓取、以电脑化自动显示数值和分析，从而测知物品中成分信息。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生等的检测中。随着微型光谱仪应用测量系统的不断拓展，其快速高效分析及便携式实时应用的优势逐渐显现出来，光谱分析技术正逐步从实验室分析走向现场实时检测。
色散元件和探测器是光谱仪的核心芯片，对待测光谱的分析具有重要的决定作用。当前的微型光谱仪有采用线性滤光片和探测器阵列形式，这种结构具有机械稳定性好、体积小的特点。然而，目前采用线性滤光片为线状，光谱只能沿一个方向读取，如图2所示。这种线性滤光片为条形，而未经过处理的入射光在进入光谱仪之前为圆形光源，而如果仅对圆形光源进行聚焦，由于入射到条形探测器上的信号光占比很小，光谱仪的效率非常低，如图2所示。为了提高光谱仪的探测效率，需要经过光学元件将其转变成适合线性滤光片和探测器阵列排布方式的条形光源。然而由于微型光谱仪空间非常紧凑，将圆形光源转换成条形光源将增加整个微型光谱仪的光学设计难度和结构稳定性，并且光谱仪效率仍较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，提高微型光谱仪的探测效率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，其特征在于：包含圆形滤光片和圆形探测器阵列，圆形滤光片包含多片滤光片并且多片滤光片沿圆形滤光片周向均匀分布，圆形探测器阵列由多个独立探测器阵列构成且每个独立探测器阵列与圆形滤光片中一片滤光片一一对应。
进一步地，所述圆形滤光片中每一片滤光片的波长范围的变化值均相等并且任意两片滤光片的波长范围不交叉或部分交叉，所有滤光片波长范围在整体上呈连续变化。
进一步地，所述圆形滤光片可分辩的光谱波长范围为300nm-2600nm，圆形滤光片可分辩的光谱波长范围是所有滤光片波长范围叠加的总和。
进一步地，所述圆形滤光片中每片滤光片为大小相等的扇形滤光片。
进一步地，所述圆形滤光片中的任意一片滤光片的波长沿着滤光片的角度方向呈均匀变化。
进一步地，所述圆形滤光片中的任意一片滤光片的波长沿着滤光片的角度方向呈阶梯变化。
进一步地，所述圆形探测器阵列上每个独立探测器阵列为扇形或矩形，每个独立探测器阵列均沿着圆形探测器阵列的径向设置并且多个独立探测器阵列沿着圆形探测器阵列的周向等间距分布。
进一步地，所述圆形探测器阵列中独立探测器阵列的材质采用硅、镓砷、铟镓砷和锗中的一种或几种的组合。
进一步地，所述圆形滤光片和探测器阵列通过硅胶固定或半导体工艺集成在芯片上。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明的具有光谱分辨的圆形阵列芯片将线性滤光片改变成圆形滤光片阵列，同时探测器阵列排布方式也随之相应调整，使芯片对入射光具有更高的探测效率。
附图说明
图1是本发明的一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片的示意图。
图2是现有技术的面状入射光经过光学系统后的聚焦光斑面积以及探测芯片在聚焦光斑的示意图。
图3是本发明的面状入射光经过光学系统后的聚焦光斑面积以及改进后的探测芯片在聚焦光斑的示意图。
具体实施方式
为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明的一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，包含圆形滤光片和圆形探测器阵列，圆形滤光片包含多片滤光片并且多片滤光片沿圆形滤光片周向均匀分布，圆形探测器阵列由多个独立探测器阵列构成且每个独立探测器阵列与圆形滤光片中一片滤光片一一对应。
圆形滤光片中每一片滤光片的波长范围的变化值均相等并且任意两片滤光片的波长范围不交叉或部分交叉，所有滤光片波长范围在整体上呈连续变化。圆形滤光片在0-360度范围内被沿着圆周方向均匀等分成m份，m为64～1024之间的整数值，每一片滤光片占据其中一份，即每一片滤光片是一个角度为360/m度的扇形，每一片滤光片的面积记为S。圆形滤光片的总的波长范围为λ1-λn，那么圆形滤光片中的每一片滤光片对应的波长范围的变化值就是（λ1-λn）/m。圆形滤光片中第j片滤光片的波长范围是λ1+(j-1)(λ1-λn)/m～λ1+j(λ1-λn)/m。
圆形滤光片可分辩的光谱波长范围为300nm-2600nm，圆形滤光片可分辩的光谱波长范围是所有滤光片波长范围叠加的总和。圆形滤光片中每片滤光片为大小相等的扇形滤光片。
圆形滤光片中的任意一片滤光片的波长沿着滤光片的角度方向呈均匀变化。或者，圆形滤光片中的任意一片滤光片的波长沿着滤光片的角度方向呈阶梯变化。而任意一片滤光片沿着滤光片的径向波长相等，即任意一片沿角度方向呈阶梯变化的滤光片可以看成是由多片角度面积相同的小滤光片沿角度方向拼接而成，也就是扇形的滤光片可以看成由更小的小扇形滤光片拼接构成，而这些更小的小扇形滤光片由波长不变。而角度方向呈均匀变化的滤光片，则可以看成由无限多的径线构成完整的扇形滤光片，每条径线上滤光片沿径线的波长都是相等的。
圆形探测器阵列上每个独立探测器阵列为扇形或矩形，每个独立探测器阵列均沿着圆形探测器阵列的径向设置并且多个独立探测器阵列沿着圆形探测器阵列的周向等间距分布。独立探测器阵列设置在与之对应的滤光片在圆形探测器阵列上的扇形投影区域内，因此独立探测器阵列的面积小于或等于滤光片的面积S。当独立探测器阵列的面积等于滤光片面积S时，即独立探测器阵列是与滤光片相同面积的扇形，则探测器可以接收到滤光片所有波长信息，任意两片滤光片的波长范围可以完全不交叉。当独立探测器阵列的面积小于滤光片面积S时，此时相邻两个独立探测器阵列之间会有间隙，则相应的滤光片投影在间隙部分的波长信息不会被探测器阵列接收，为了保证接收波长的连续性，我们根据探测器阵列间隙的大小，将相邻两片滤光片的波长范围部分交叉，从而对间隙接收不到的区域进行补偿。
圆形探测器阵列中独立探测器阵列的材质采用硅、镓砷、铟镓砷和锗中的一种或几种的组合。圆形滤光片和探测器阵列通过硅胶固定或半导体工艺集成在芯片上。
本发明的具有光谱分辨的圆形阵列芯片将线性滤光片改变成圆形滤光片阵列，同时探测器阵列排布方式也随之相应调整，使芯片对入射光具有更高的探测效率。如图2所示原来的条形探测器单元的长度和宽度分别为L和H，(一般L为H的2到10倍)，阵列数为M，聚焦后的圆形光斑最小直径R1为M×H。如图3所示，现在采用圆形滤光片及探测器分布形式，聚焦的最小光斑直径R2为2L,实现每个探测器单元光强提高（M×H/2L）2倍，提高光谱仪的探测效率。假如，L为H的5倍，阵列数M为124，那么采用本技术，每个探测器得到的光强可最大提高约150倍。本发明的芯片结构设计，将传统光谱分辨芯片由一维线列排布转变成圆形排布的阵列，分辨光谱的芯片由条形分布转变为圆形分布。入射的圆形分布信号光无需进行形状转换，减少光谱仪系统的光学损耗，降低系统的光学设计难度，同时提高微型光谱仪的探测效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，其特征在于：包含圆形滤光片和圆形探测器阵列，圆形滤光片包含多片滤光片并且多片滤光片沿圆形滤光片周向均匀分布，圆形探测器阵列由多个独立探测器阵列构成且每个独立探测器阵列与圆形滤光片中一片滤光片一一对应。
2.根据权利要求1所述的一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，其特征在于：所述圆形滤光片中每一片滤光片的波长范围的变化值均相等并且任意两片滤光片的波长范围不交叉或部分交叉，所有滤光片波长范围在整体上呈连续变化。
3.根据权利要求2所述的一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，其特征在于：所述圆形滤光片可分辩的光谱波长范围为300nm-2600nm，圆形滤光片可分辩的光谱波长范围是所有滤光片波长范围叠加的总和。
4.根据权利要求1所述的一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，其特征在于：所述圆形滤光片中每片滤光片为大小相等的扇形滤光片。
5.根据权利要求4所述的一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，其特征在于：所述圆形滤光片中的任意一片滤光片的波长沿着滤光片的角度方向呈均匀变化。
6.根据权利要求4所述的一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，其特征在于：所述圆形滤光片中的任意一片滤光片的波长沿着滤光片的角度方向呈阶梯变化。
7.根据权利要求4所述的一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，其特征在于：所述圆形探测器阵列上每个独立探测器阵列为扇形或矩形，每个独立探测器阵列均沿着圆形探测器阵列的径向设置并且多个独立探测器阵列沿着圆形探测器阵列的周向等间距分布。
8.根据权利要求1所述的一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，其特征在于：所述圆形探测器阵列中独立探测器阵列的材质采用硅、镓砷、铟镓砷和锗中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1所述的一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片，其特征在于：所述圆形滤光片和探测器阵列通过硅胶固定或半导体工艺集成在芯片上。
CN202111398910.6A 2021-11-24 2021-11-24 一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片 Pending CN114166345A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111398910.6A CN114166345A (zh) 2021-11-24 2021-11-24 一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111398910.6A CN114166345A (zh) 2021-11-24 2021-11-24 一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114166345A true CN114166345A (zh) 2022-03-11

Family

ID=80480088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111398910.6A Pending CN114166345A (zh) 2021-11-24 2021-11-24 一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114166345A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113916799A (zh) * 2021-09-29 2022-01-11 江苏联格科技有限公司 一种具有光谱分辨的探测器阵列芯片

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030222223A1 (en) * 2002-06-03 2003-12-04 Toshihiro Kamei Solid-state detector and optical system for microchip analyzers
US20050072908A1 (en) * 2003-10-02 2005-04-07 Fred Grunert Photo sensor for standardized color measurement
CN110375852A (zh) * 2019-06-28 2019-10-25 中国科学院西安光学精密机械研究所 多条带微窄带滤光片阵列光谱成像芯片及其实现方法
CN111505820A (zh) * 2020-03-17 2020-08-07 清华大学 单片集成的图像传感芯片及光谱识别设备
CN211627935U (zh) * 2020-03-17 2020-10-02 清华大学 单片集成的图像传感芯片及光谱识别设备
CN211828773U (zh) * 2020-05-06 2020-10-30 清华大学 光谱成像芯片及光谱识别设备
CN113495310A (zh) * 2020-03-18 2021-10-12 吉林求是光谱数据科技有限公司 基于双玻孔阵的滤光膜系和近红外光谱芯片及其制备方法
CN113497065A (zh) * 2020-03-18 2021-10-12 吉林求是光谱数据科技有限公司 兼具光谱和成像功能的成像光谱芯片及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030222223A1 (en) * 2002-06-03 2003-12-04 Toshihiro Kamei Solid-state detector and optical system for microchip analyzers
US20050072908A1 (en) * 2003-10-02 2005-04-07 Fred Grunert Photo sensor for standardized color measurement
CN110375852A (zh) * 2019-06-28 2019-10-25 中国科学院西安光学精密机械研究所 多条带微窄带滤光片阵列光谱成像芯片及其实现方法
CN111505820A (zh) * 2020-03-17 2020-08-07 清华大学 单片集成的图像传感芯片及光谱识别设备
CN211627935U (zh) * 2020-03-17 2020-10-02 清华大学 单片集成的图像传感芯片及光谱识别设备
CN113495310A (zh) * 2020-03-18 2021-10-12 吉林求是光谱数据科技有限公司 基于双玻孔阵的滤光膜系和近红外光谱芯片及其制备方法
CN113497065A (zh) * 2020-03-18 2021-10-12 吉林求是光谱数据科技有限公司 兼具光谱和成像功能的成像光谱芯片及其制备方法
CN211828773U (zh) * 2020-05-06 2020-10-30 清华大学 光谱成像芯片及光谱识别设备

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113916799A (zh) * 2021-09-29 2022-01-11 江苏联格科技有限公司 一种具有光谱分辨的探测器阵列芯片

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113654661B (zh) 一种基于超表面透镜的光谱仪
Neumann et al. Representative terrestrial solar brightness profiles
CN111256821A (zh) 双波长拉曼-荧光联合光谱仪
CN112737504B (zh) 一种用于多结太阳能电池的微区多光谱响应光电测试仪
US2940355A (en) Raman spectrophotometer
CN102967365B (zh) 扩展光谱仪光谱测量范围方法及系统
CN119805628B (zh) 超透镜及应用其的飞秒激光制造实时监测系统
CN114166345A (zh) 一种具有光谱分辨的圆形阵列芯片
CN103256981B (zh) 小型柱面镜多光栅光谱分析的光学系统
CN113916799A (zh) 一种具有光谱分辨的探测器阵列芯片
CN108760244B (zh) 一种高分辨率光性能监测装置和方法
CN114034386A (zh) 电弧激发与中阶梯光栅分光相结合的全谱直读原子发射光谱仪
CN114646652B (zh) 一种x射线光子甄选仪的应用
CN219015468U (zh) 一种用于测量色散型光谱成像系统光谱性能的成像装置
CN219454985U (zh) 一种光谱黑洞共焦测量装置
CN104931139A (zh) 斩波单色仪和量子效应检测仪
CN103323112B (zh) 一种宽光谱高分辨率微型平场光谱仪的光机结构
CN108362379B (zh) 一种宽谱段高分辨率光谱色散方法及装置
CN223678635U (zh) 一种宽光谱、高分辨率的拉曼光学系统
CN118329392A (zh) 一种多类型光栅衍射效率测量装置及方法
CN114295208B (zh) 双光栅光谱仪
CN1831517A (zh) 一种微型化便携式红外光谱仪
CN2391183Y (zh) 振镜扫描光谱仪
CN115931929A (zh) 一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪
CN211877754U (zh) 一种气体浓度检测的高光谱系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zheng Zhiming

Inventor before: Zheng Jun

Inventor before: Zheng Zhiming

CB03 Change of inventor or designer information