CN114812813A - 光谱传感器模块 - Google Patents

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J·拉奇科夫斯基
W·范德坦普尔
R·利滕
J·博勒曼斯
M·德博克
P·范维赛梅尔
M·雅各布
G·伊万格洛普洛斯
A·雷耶斯
R·范比尔
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Abstract

一种传感器系统包括多组配置在一层中的光学传感器和多组配置在一层中的光学滤光片，其中，所述多组光学滤光片的底面靠近所述多组光学传感器的顶面，其中，所述多组光学滤光片中的一组光学滤光片包括多个以某种方式排列的光学滤光片，使不同波长范围内的光线通过所述多个光学滤光片中的至少部分光学滤光片。所述传感器系统包括一个或多个配置为一层的带阻滤光片和第一组光学元件，其中，在所述多组光学滤光片顶层上方的堆栈中配置所述一个或多个带阻滤光片和所述第一组光学元件。所述传感器系统包括一个或多个处理模块，所述处理模块可接收所述多组光学传感器中每个光学传感器的输出，并根据输出生成光谱响应。

Description

光谱传感器模块
技术领域
本发明通常涉及分光光度感应，更具体地涉及光谱传感器模块。
背景技术
光谱传感器用于获取对象或场景的光谱信息。利用光谱感应，可以捕获来自对象或场景 的入射光，并提取光谱信息。同时，利用光谱感应，还可以捕获来自对象的光谱信息，例如 来自单点或来自对象或场景所在区域的光谱信息。同时，还可以利用光谱感应获取空间信息， 以便在空间上分辨光谱信息。在光谱感应中，可以检测到与波长光谱相关的入射光。光谱感 应可用于对象分析，例如确定对象中是否存在具有特定光谱轮廓的物质。
光谱感应可分为多光谱感应和高光谱感应。这些术语没有明确的定义，但多光谱感应一 般指采用多个离散波段的光谱感应，而高光谱感应指在连续光谱范围内感应窄光谱波段。
利用专用的光谱内容获取设备(称为分光光度计(光谱仪))，即可进行光谱感应。光 谱仪以及构成光谱仪的单个元件可具有多种波形系数，具体取决于光谱仪的设计用途和相关 的技术要素。
附图说明
图1为本发明所述的传感器模块的侧面截面图；
图2A-2D为本发明所述的传感器模块示例的侧面截面图；
图3显示了本发明所述的包括多个耗尽区的光敏元件；
图4显示了本发明所述的包括多个耗尽区的另一光敏元件；
图5为本发明所述的集成滤光片和传感器阵列的侧面截面图；
图6为SWIR波段中的示例性透射输出的图示；
图7A为本发明所述用于检测SWIR波长的成像设备的侧视图；
图7B为本发明所述用于检测SWIR波长的另一成像设备的侧视图；
图7C为本发明所述用于同时检测SWIR波长和可见光波长的成像设备的侧视图；
图8A为本发明所述用于在传感器阵列上提供周期性黑色像素的干涉滤光片的侧面分解 图；
图8B-8E显示了本发明所述的双布拉格堆栈反射镜的成型过程；
图9A为本发明所述的集成滤光片和传感器阵列的侧面截面图；
图9B为本发明所述的集成滤光片和传感器阵列的另一侧面截面图；
图10为本发明所述的法布里-珀罗干涉滤光片光谱响应图示，其中显示了不同阶数相长 干涉的透射峰；
图11A显示了本发明所述的示例性等离子体滤光片的透射光谱；
图11B显示了本发明所述的作为周期(以纳米(nm)为单位)函数的等离子体滤光片的 相应峰值透射波长；
图11C为本发明所述的集成干涉滤光片和等离子体带阻滤光片对的示例性侧面截面图；
图12A为本发明所述的包括微透镜阵列和微光栅阵列的成像系统的示例性侧面截面图；
图12B为本发明所述的可在图像传感器上重定向入射光的透镜的侧视图；
图12C为本发明所述的可在图像传感器上重定向入射光的微结构阵列的侧视图；
图12D为本发明所述的可在图像传感器上重定向入射光的微镜阵列的侧视图；
图12E为本发明所述的经调整可提供入射光收集曲面的一个示例性成像仪的侧视图；
图12F为本发明所述的经调整可提供入射光收集曲面的另一示例性成像仪的侧视图；
图13为本发明所述的示例性凸型微透镜的透视图；
图14为本发明所述的示例性凹型微透镜的透视图；
图15为本发明所述的包括封装件(具有封装件孔)的传感器模块的侧面截面图；
图16A-D显示了本发明所述的针孔的各种侧壁轮廓；
图17显示了本发明所述的传感器系统中扩散器元件的散射情况；
图18A显示了本发明所述的使用改进型扩散器元件的传感器系统；
图18B显示了本发明所述的多层扩散器元件；
图19A为本发明所述的包括传感器系统封装件(在腔体内上壁上具有反射面)的传感器 模块的侧面截面图；
图19B显示了本发明所述的通过封装件孔进入图19A传感器模块并具有不同中心波长λ1 和λ2的两条光线；
图19C为本发明所述的包括传感器系统封装件(在内上壁上具有反射面)的另一示例性 传感器模块的侧面截面图；
图19D为本发明所述的包括传感器系统封装(在腔体内上壁上具有反射面)的另一示例 性传感器模块的侧面截面图；
图19E为包括多个传感器模块的示例性传感器系统的侧面截面图；
图20显示了本发明所述的将光检测系统和光源相结合的传感器系统；
图21显示了本发明所述的利用微光栅阵列产生在场景上投射的光谱图样阵列；
图22显示了本发明所述的利用衍射元件产生在场景上投射的光谱图样矩阵；
图23为本发明所述的示例性光源模块的截面图；
图24显示了本发明所述的采用光谱仪(具有发光元件)的光源；
图25A显示了本发明所述的将光检测系统和光源相结合的另一传感器系统；
图25B和25C为本发明所述的将光检测系统和光源相结合进行双模快门校准的传感器系 统的侧视图；
图25D为本发明所述的一种光谱传感器校准方法的逻辑图；
图25E为本发明所述的另一种光谱传感器校准方法的逻辑图；
图25F和25G为本发明所述的将光检测系统和光源相结合进行双模快门校准的另一传感 器系统的侧视图；
图26A为本发明所述的一种光谱仪系统的侧视图，其中显示了根据入射光入射角测定的 中心波长的变化；
图26B为本发明所述的另一光谱仪系统的侧视图，其中显示了根据入射光入射角测定的 中心波长的变化；
图26C为本发明所述的相对于宏像素中心的偏置孔的俯视图；
图26D为本发明所述的光谱仪系统的侧视图，其中显示了宏像素与基于干涉的滤光片和 孔相关；
图26E为本发明所述的26D示例性光谱仪系统的侧视图，其中显示了利用反射孔进行光 传播；
图26F为本发明所述的另一光谱仪系统的侧视图，其中显示了宏像素与基于干涉的滤光 片和孔相关；
图26G为本发明所述的另一光谱仪系统的侧视图，其中显示了宏像素与基于干涉的滤光 片和孔相关；
图26H和26I为本发明所述的光谱仪系统的侧视图，其中显示了利用透镜控制宏像素下 接收的入射角；
图26J为本发明所述的光谱仪系统的侧视图，其中显示了利用微透镜控制宏像素下接收 的入射角；
图26K为本发明所述的另一光谱仪系统的侧视图，其中显示了利用微透镜控制宏像素下 接收的入射角。
具体实施方式
在各种实施例中，数字图像传感器与吸收滤色器相结合进行光谱感应。在一些实施例中， 数字图像传感器与光谱仪模块中的吸收滤色器以及附加光学和/或电子元件相结合。在其他实 施例中，吸收滤色器和基于干涉的滤色器与其他光学和/或电子元件相结合，利用各种波形系 数提供附加功能和/或性能，包括但不限于光谱仪模块和光源模块。
图1为包括封装件16(具有封装件孔12)的传感器模块10的侧面截面图。在一个示例 中，入射光线通过封装件孔12进入封装件，并最终在光传感器24处汇集。在本发明的大多 数示例中，封装件孔12与“针孔”是同义词，其中针孔可采用适合所述用途的各种尺寸。封 装件16可采用各种不透明或半透明材料制成，包括金属、复合材料以及合成或半合成有机化 合物及其组合。在一个示例中，封装件孔12可采用透光材料，包括玻璃(如石英或SiOx)、 透明合成或半合成有机化合物(如玻璃纸、乙烯基或树脂玻璃)或任何其他不会显著吸收光 谱传感器模块10目标波长内光线的材料。封装件孔12可防止异物进入封装16限定的腔体， 或者作为光进入腔体的简易开口。在另一示例中，封装件孔12可提供附加功能，如可变开口 尺寸(可变孔径)、光聚焦和选定光学波长和/或电磁辐射的抑制。
光传感器24包括嵌入基板26中的光敏元件(传感器)28。在一个示例中，光敏元件28 可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、电荷耦合器件(CCD)传感器和基于胶体或量 子点的光学传感器中的任何一个，以及这些传感器的组合。在一个示例中，光敏元件28可以 检测可见近红外线(NIR)、中红外线(MIR)或紫外线(UV)或其组合中的光线。在一个示例中，光谱滤光片22包括集成在光传感器24上的多个光谱滤光片元件。在一个具体示例中，光谱滤光片22包括多个滤光片，所述多个滤光片可使光线在连续的光波长中通过，在光传感 器24后道工序(BEOL)处理之后，在光传感器24的顶部安装光谱滤光片22。在一个示例中， 集成光谱滤光片22包括多个光谱滤光片元件，每个元件与一个或多个光敏元件28相关联。 在一个具体实施示例中，光谱滤光片22的集成光谱滤光片元件可包括不同的滤光片类型，其 中包括干涉滤光片，如法布里-珀罗滤光片和吸收滤光片，如等离子体滤光片和量子点滤光片， 这些滤光片可单独使用，也可组合使用。
传感器模块10可包括传感器模块10腔体内的附加光学元件，例如带阻滤光片20和微光 学元件18。在一个示例中，带阻滤光片20可包括多个带阻滤光片元件，而微光学元件18可 包括微透镜、微孔、扩散器及其他相关光学元件。在一个具体示例中，传感器模块10可作为 含有宏光学元件14的传感器系统。在另一示例中，宏光学元件14可以是单个元件或多个光 学元件，每个光学元件大于微光学元件18的各个元件。
在一个具体实施和操作示例中，封装件16可具有相应的顶面、相应的底面和相应的多个 侧面，所述顶面包括封装件孔12，并且所述顶面、多个侧面和底面形成一个腔体。在一个示 例中，基板26具有位于封装件16腔体内的相应底面和相应顶面，基板26的底面耦合到封装 件16的内底面，基板26顶面上设有多个光敏元件28。在该示例中，所述多个光敏元件28 的顶部设有多组具有相应顶面和相应底面的光谱滤光片(光谱滤光片22)，其中，多组光学 滤光片中的每组光谱滤光片包含以某种方式排列的多个光谱滤光片，并且所述多个光谱滤光 片中的每个光谱滤光片可使不同波长范围内的光线通过。
在一个相关示例中，一个或多个带阻滤光片可以为一个具有相应顶面和相应底面的层(如 带阻滤光片20)，所述一个或多个带阻滤光片的底面靠近所述多组光谱滤光片的顶面。在一 个示例中，封装件孔12内至少部分设有盖板，在一个具体示例中，封装件16的腔体内设有 一个或多个宏光学元件14。在一个示例中，宏光学元件14是单个透镜或一组透镜，此透镜 可使光线通过封装件孔16。在另一示例中，宏光学元件14是一个扩散器。在另一示例中， 宏光学元件14是耦合到单个透镜或一组透镜的扩散器。
在一个具体实施或操作示例中，光敏元件(如一个或多个光敏元件28)的波长灵敏度与 光谱滤光片22的特定光谱滤光片元件相匹配，以提供光敏元件和光学滤光片对。在一个示例 中，通过调整特定光敏元件的满阱、转换增益和/或面积，特定光敏元件(如一个或多个光敏 元件28)的量子效率可在预定波长范围内具有灵敏性。在一个相关示例中，传感器系统包括 多组光学滤光片，其中，所述多组光学滤光片中的一组光学滤光片包括多个以某种方式排列 的光学滤光片，其中，所述多个滤光片中的每个滤光片可使不同波长范围内的光线通过。
图2A为包括封装件(具有封装件孔)的另一传感器模块的侧面截面图。在此示例中，入 射光线通过封装件孔12进入封装件，并最终在光传感器24处汇集。参见图1，封装件16可 由各种不透明或半透明材料构成，包括金属、复合材料、合成或半合成有机化合物及其组合。 在一个示例中，封装件孔12可采用透光材料，包括玻璃(如石英或SiOx)、透明合成或半合 成有机化合物(如玻璃纸、乙烯基或树脂玻璃)或任何其他不会显著吸收光谱传感器模块10 目标波长内光线的材料。封装件孔12还可防止异物进入封装16限定的腔体；或者，封装件 孔12可以是光进入腔体的简易开口。在另一示例中，封装件孔12可提供附加功能，如可变 开口尺寸(可变孔径)、光聚焦和选定光学波长和/或电磁辐射的抑制。
光传感器24包括嵌入基板26中的光敏元件28。在一个示例中，光敏元件28可以是互 补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、电荷耦合器件(CCD)传感器和基于胶体或量子点的光 学传感器中的任何一个，以及这些传感器的组合。在一个示例中，光敏元件28可以检测可见 近红外线(NIR)、中红外线(MIR)或紫外线(UV)或其组合中的光线。在一个示例中，光谱滤光片22包括集成在光传感器24上的多个光谱滤光片元件。在一个具体示例中，光谱滤光片22包括多个光学滤光片，所述多个光学滤光片可使光线在连续的光波长中通过，在光传 感器24后道工序(BEOL)处理之后，在光传感器24的顶部安装光谱滤光片22。在一个示例中，集成光谱滤光片22包括多个光谱滤光片元件，每个元件与一个或多个光敏元件28相关联。在一个具体示例中，光谱滤光片22的集成光谱滤光片元件可包括不同的滤光片类型，其中包括干涉滤光片，如法布里-珀罗滤光片和吸收滤光片，如等离子体滤光片和量子点滤光片， 这些滤光片可单独使用，也可组合使用。
传感器模块10可包括附加光学元件，如传感器模块10腔体内的带阻滤光片20和微光学 元件18。在一个示例中，带阻滤光片20可包括多个带阻滤光片元件，而微光学元件18可包 括微透镜、微孔及其他相关光学元件。在一个具体示例中，微光学元件18可包括光纤板。在 一个具体实施示例中，传感器模块10可作为含有微光学元件18(含扩散元件30)的传感器 系统，其中孔12和微光学元件18之间设有扩散元件30。在一个示例中，扩散元件30(也称 为光扩散器或光学扩散器)可包括任何光扩散或散射材料。在一个示例中，扩散元件30包括 半透明材料，包括但不限于光源和扩散光之间的磨砂玻璃、聚四氟乙烯、乳白玻璃和灰玻璃。 在一个示例中，扩散元件30可在微光学元件18接收到入射光之前对入射光进行置乱。在一 个示例中，扩散元件30可以是单个元件，在另一示例中，扩散元件30可包括多个扩散元件。
在一个具体实施和操作示例中，封装件16具有相应的顶面、相应的底面和相应的多个侧 面，其中顶面包括封装件孔12、所述顶面、所述多个侧面和所述底面，从而形成一个腔体。 在一个示例中，封装件16的腔体内设有具有相应底面和相应顶面的基板26，基板26的底面 耦合到封装件16的内底面，基板26的顶面上设有多个光敏元件28。在此示例中，多个光敏 元件28的顶部设有多组具有相应顶面和相应底面的光谱滤光片22，其中，所述多组光学滤 光片的每组光谱滤光片包括多个以某种方式排列的光谱滤光片，其中，所述多个光谱滤光片 中的每个光谱滤光片可使不同波长范围内的光线通过。
在一个相关示例中，一个或多个带阻滤光片20配置为具有相应顶面和相应底面的层，所 述一个或多个带阻滤光片的底面靠近所述多组光谱滤光片的顶面。在一个示例中，封装件16 的腔体内设有一个或多个宏光学元件18，孔12和微光学元件18之间设有扩散元件30。在一 个示例中，宏光学元件18是光纤板。
在一个具体实施和操作示例中，光敏元件(如一个或多个光敏元件28)的波长灵敏度与 光谱滤光片22的特定光谱滤光片元件相匹配，以提供光敏元件和光学滤光片对。在一个示例 中，通过调整特定光敏元件的满阱、转换增益和/或面积，特定光敏元件(如一个或多个光敏 元件28)的量子效率可在预定波长范围内具有灵敏性。在一个相关示例中，传感器系统包括 多组光学滤光片，其中，所述多组光学滤光片中的一组光学滤光片包括多个以某种方式排列 的光学滤光片，其中，所述多个滤光片中的每个滤光片可使不同波长范围内的光线通过。
在一个示例中，多组光敏元件包括所述多组光敏元件中的一组光敏元件，其中一组包括 以某种方式排列的多个光敏元件，并且一组光敏元件中的每个光敏元件基本上可达到不同波 长范围内的峰值量子效率。在一个具体示例中，每个光敏元件包括扩散阱，根据扩散阱的尺 寸，一组光敏元件中的每个光敏元件基本上可达到峰值量子效率。在一个具体示例中，扩散 阱的尺寸包括深度D，其中，每个光敏元件的峰值量子效率至少部分基于深度D。在另一具体 示例中，扩散阱的尺寸包括区域A，其中，每个光敏元件的峰值量子效率至少部分基于区域A。 在另一具体示例中，一组光敏元件中的每个光敏元件包括转换增益C，其中，每个光敏元件 的峰值量子效率至少部分基于转换增益C。
在一个示例中，每个光敏元件与一组光学滤光片中的一个或多个光学滤光片相关联，以 产生光敏元件和光学滤光片对，其中，光敏元件和光学滤光片对的光敏元件峰值量子效率与 通过光敏元件和光学滤光片对的一个或多个光学滤光片的光线波长范围相匹配。
图2B为另一示例性传感器模块的侧面截面图。图2A提供了包括封装件(含封装件孔(针 孔40))的另一传感器模块的侧面截面图。在此示例中，入射光线通过针孔40进入封装件， 并最终在光传感器阵列54处收集。参见图1，封装件16可由各种不透明或半透明材料构成， 包括金属、复合材料、合成或半合成有机化合物及其组合。在一个示例中，提供了扩散器52 和/或滤光玻片42，防止异物进入封装件16限定的腔体。在另一示例中，针孔40可提供附 加功能，如可变开口尺寸(可变孔径)、光聚焦和选定光学波长和/或电磁辐射的抑制。
光谱传感器阵列54包括嵌入基板(如图2A的基板26)中的光敏元件。在一个示例中， 光谱传感器阵列54包括与传感器元件集成的多个光谱滤光片元件，如图1和2A的任何传感 器元件。
传感器模块10可包括附加元件，如微控制器单元(MCU)48。在一个示例中，MCU 48可 以是可接收光谱传感器阵列54输出的处理器。在一个示例中，MCU 48可处理和/或校准传感 器输出，以提供一个或多个光谱。在一个具体实施示例中，MCU 48耦合到基板栅格阵(LGA) 50。在一个示例中，MCU 48通过焊料连接(例如使用球栅阵列)电耦合到LGA基板50。在一 个相关示例中，MCU 48耦合到LGA基板50，光谱传感器阵列54耦合到MCU 48，以提供单个 单元。在一个相关示例中，光谱传感器阵列54通过引线键合到LGA基板50，实现光谱传感器阵列54和MCU 48之间的电气通信，以及与传感器模块10外部部件/元件的电气通信。在另一具体示例中，LGA基板50可为封装件16提供底面，并为MCU 48和光谱传感器阵列54 提供电气连接点。
在一个示例中，透镜44可对通过针孔40进入传感器的光进行大体准直和/或限制。在一 个实施示例中，可使用胶粘剂(如可光学应用的胶粘剂)，将透镜44耦合到光谱传感器阵列 54。在另一示例中，安装透镜44时，透镜44的底面和光谱传感器阵列54之间存在气隙，例 如将透镜安装在封装件16的一个或多个内侧壁上。扩散器52可以包括扩散或散射光的任何 材料，例如图1和/或2A中提及的任何扩散器材料。在一个示例中，扩散器52可以是单个元 件，在另一示例中，扩散器52可包括多个扩散器元件。在另一实施示例中，传感器模块10 中不包含透镜44，或透镜44位于传感器模块10外部。
图2C为包括封装件孔(设在封装件16外边界处或附近)的另一传感器模块的侧面截面 图。在此示例中，入射光线通过滤光玻片42进入封装件，并最终在光传感器阵列54处收集。 在一个示例中，滤光玻片42可采用透光材料，包括玻璃(如石英或SiOx)、透明合成或半合 成有机化合物(如玻璃纸、乙烯基或树脂玻璃)或任何其他过滤掉光谱传感器模块10目标波 长以外光线的材料。此外，滤光玻片42可防止异物进入封装件16限定的腔体。
在具体示例中，滤光玻片42和光谱传感器阵列54之间可设有光纤板(FOP)56。在一个 具体实施示例中，光纤板56可对通过滤光玻片42的光进行大体准直，然后在光谱传感器阵 列54处收集光线。在另一示例中，光扩散器可耦合到FOP 56的一个或多个顶面、滤光玻片 42的顶面或传感器模块10的外侧。
图2D为包括滤光玻片42(基本上安装在封装件16的封装件孔内)的另一传感器模块的 侧面截面图。在此示例中，滤光玻片42和光谱传感器阵列54之间可设有光纤板(FOP)56。 在一个示例中，入射光线通过滤光玻片42进入封装件，通过光纤板56进行准直，并最终在 光谱传感器阵列54处收集。在一个示例中，封装件16限定了一个腔体，此腔体包括滤光玻 片42、光纤板56、光谱传感器阵列54和MCU 48的所有元件。在一个相关示例中，封装件16可装在封装件16内边界以内未占用的任何空间内。在另一示例中，光扩散器可耦合到FOP56的一个或多个顶面(FOP 56和滤光玻片42之间)、滤光玻片42的顶面或传感器模块10 的外侧。
图3显示了另一示例性多结光电二极管，其中，给定的干涉滤光片(如法布里-珀罗滤光 片)选用不同的干涉谐波。在一个示例中，多结光电二极管包括底板内不同深度的多个阱。 在一个示例中，给定干涉滤光片的相关干涉滤光片谐波具有特定的穿透深度，因此可在多结 光电二极管的不同阱处检测到每个干涉滤光片谐波。在此示例中，光敏元件包括多个耗尽区。 在一个示例中，耗尽区32是导电掺杂半导体材料内的绝缘区，其中，移动载流子已在电场的 作用下远离绝缘区。在一个示例中，耗尽区32内的残留元素以离子化施主或受主杂质为主。 相应地，清除所有自由载流子(无任何载流子残留)，即可由导电区形成耗尽区32。在一个 示例中，电子读数器34可测定响应于耗尽区32处吸收光子的电压和/或电流。
在一个具体实施和操作示例中，光学传感器系统包括具有相应顶面的半导体基板和多个 具有相应顶面和相应底面的干涉滤光片，其中，所述多个干涉滤光片的底面靠近多个光学传 感器(作为一个具有相应顶面的层)的顶面，其中，所述多个光学传感器中的每个光学传感 器包括多个阱，其中，所述多个阱的每个阱具有相应顶面和相应底面，并且所述多个阱的每 个阱的相应底面位于基板顶面下方的不同深度处。
在一个相关示例中，所述多个干涉滤光片中的每个干涉滤光片可使光在多个范围中的一 个范围内通过。在另一示例中，所述多个阱中的每个阱设有与谐波(对应于相关干涉滤光片 的谐波)相关的耗尽区。在一个具体相关示例中，每个阱的深度足以检测到通过多个干涉滤 光片中相关联的一个或多个干涉滤光片的光线的中心波长(CWL)的不同谐波下的光线。
图4显示了另一示例性多结光电二极管，其中，无论是否使用干涉滤光片，都可选择不 同的干涉谐波。在一个示例中，nLDD阱的深度a、p阱36B的深度b和n阱36C的深度c限定了吸收和检测蓝色、绿色和红色光子的耗尽区。
图5为集成滤光片和传感器阵列的截面图。在图中，基板26包括传感器阵列中的多个光 敏元件28。后道工序(BEOL)层64设在具有光敏元件28的基板26上，并以第一反射镜66覆盖。每个干涉滤光片68包括腔体62和第二反射镜(反射镜60A-60C)。在一个示例中， 腔体62位于每个干涉滤光片68内的不同厚度处，使每个光敏元件28的不同波长范围内的光 线通过。在一个示例中，使用原子层沉积法和/或脉冲激光沉积法，即可形成腔体材料和/或第一或第二反射镜材料(第一和第二反射镜材料二者任选其一)。在一个示例中，原子层沉积法较为精确，其中包括单原子层沉积。
图6为SWIR波段中的示例性透射输出的图示。此图示中显示了一定温度范围内具有双阶 (λ)腔体的5％半峰全宽滤光片透射。在一个示例中，非CMOS光学传感器(光敏)可用于 将光谱传感器的光谱范围扩展至介于约1400nm和3000nm之间的短波红外(SWIR)波长。例如，硅基锗(Ge-on Si)光学传感器可用于收集SWIR波长范围内的光线。在一个示例中，在SWIR光敏元件的顶部加装集成滤光片，即可制成对SWIR波长敏感的光谱仪。在另一示例中，SWIR光敏元件可用于制作图像传感器。在一个示例中，传感器系统可包括多组光学传感器，其中每组光学传感器以某种方式排列。在另一示例中，在SWIR区域内，将集成滤光片和SWIR光敏元件相结合，即可得到高光谱成像仪(HSI)或光谱仪。在一个具体实施示例中， 光学传感器由含铟、镓、铝和砷的堆栈组成。在一个示例中，堆栈是InxGayAlzAs，其中x、y 和z是表示合金中存在比率的参数。在一个示例中，InxGayAlzAs具有高折射率，使其成为与 集成滤光片堆栈相匹配的理想选择。在另一示例中，可以使用石墨烯传感器。
在一个操作示例中，光谱仪系统包括集成电路上的多个短波红外(SWIR)传感器和所述 多个SWIR传感器顶部的多组干涉滤光片，其中，所述多组干涉滤光片中的一组干涉滤光片包 括多个以某种方式排列的干涉滤光片，多个滤光片中的每个干涉滤光片可使不同波长范围内 的光线通过。在一个示例中，所述多个干涉滤光片中的每组干涉滤光片与一组SWIR传感器相 关联。在一个具体相关示例中，SWIR传感器是硅基锗(Ge-on Si)传感器。在另一示例中， SWIR传感器包括铟、镓、铝和砷。在另一具体示例中，一组干涉滤光片中的一个或多个干涉 滤光片包括在由InxGayAlzAs制成的光敏元件阵列上制备的InxGa/AlAs/氧化物。
半导体基板(如单晶硅基板)对于短波红外(SWIR)波长来说基本透明。图7A提供了用 于检测SWIR光波长(如SWIR光70)的成像设备的侧视图。在此示例中，硅基板138包括顶面和底面，相应顶面上设有一个或多个光谱滤光片222，硅基板的相应底面上设有一个或多个SWIR灵敏元件72。在一个示例中，通过基板顶面上的光谱滤光片222，即可过滤入射光，并通过基板底面上的SWIR灵敏元件72检测入射光。在一个示例中，SWIR灵敏元件72可包 括上述任何材料以及InGaAs和/或HgCdTe(MCT)。在一个示例中，光谱滤光片222可包括 任何滤光片或滤光片组合，此滤光片组合可选择性地透射SWIR波长范围内的光线，滤光片包 括但不限于干涉滤光片、吸收滤光片和等离子体滤光片。
在一个具体实施示例中，首先，在半导体基板138的顶面上制作SWIR滤光片(如光谱滤 光片222)，随后在单独工序中，在半导体基板138的底面上制作对SWIR波长敏感的薄膜光 电传感器(如SWIR灵敏元件72)。在一个具体相关示例中，薄膜光电传感器的制作包括在 低于SWIR滤光片制作工序的温度下，沉积一种或多种薄膜材料。在一个具体操作示例中，光 谱仪系统包括位于集成电路背面的多个短波红外(SWIR)灵敏元件和位于集成电路顶侧的多 组干涉滤光片，其中，所述多组干涉滤光片中的一组干涉滤光片包括以某种方式排列的多个 干涉滤光片，所述多个滤光片中的每个干涉滤光片可使不同波长范围内的光线通过。在一个 具体示例中，所述多个干涉滤光片中的每组干涉滤光片与集成电路背面的一组SWIR传感器相 关联。在一个具体示例中，集成电路可读取来自薄膜光电传感器的信号。
图7B为用于检测SWIR波长的另一成像设备的侧视图。在此示例中，第一半导体基板138A 包括具有相应顶面上的一个或多个光谱滤光片222的顶面和底面，而第二半导体基板包括具 有设在第二半导体基板138B相应顶面上的一个或多个SWIR传感器(如SWIR灵敏元件72) 的相应顶面和底面。在一个示例中，半导体基板138A的底面靠近半导体基板138B的顶面， 即可通过半导体基板138A顶面上的干涉滤光片对入射光进行过滤，然后由半导体基板138B 顶面上的SWIR传感器对入射光进行检测。在一个示例中，使用胶粘材料、通过晶片键合或机 械耦合(或其任何组合)，对产生的基板堆栈或夹层进行耦合。在一个示例中，根据图7A和 7B，SWIR传感器可包括上述任何材料，以及InGaAs和/或HgCdTe(MCT)。在一个示例中， SWIR滤光片可包括选择性地透射SWIR波长范围内光线的任何滤光片或滤光片组合，滤光片 包括但不限于干涉滤光片、吸收滤光片和等离子体滤光片。在一个替代示例中，图7B的干涉 滤光片阵列包括靠近第二半导体基板底面的第一半导体基板的顶面，使入射光在通过第一半 导体基板后通过干涉滤光片进行过滤，并由第二半导体基板顶面上的SWIR传感器进行检测， 从而有可能减少滤光片之间的串扰。
在一个操作示例中，光谱仪系统包括第一集成电路顶侧的多个短波红外(SWIR)传感器 和第二集成电路顶侧的多组干涉滤光片，其中，所述多组干涉滤光片中的一组干涉滤光片包 括以某种方式排列的多个干涉滤光片，所述多个滤光片中的每个干涉滤光片可使不同波长范 围内的光线通过。在一个示例中，第一和第二集成电路的底侧以使第一和第二集成电路的底 侧表面平行并相互靠近的方式设置。在一个具体示例中，所述多个干涉滤光片中的每组干涉 滤光片与集成电路背面的一组SWIR传感器相关联。在另一示例中，第一和第二集成电路的底 侧表面使用胶粘剂、晶片键合和机械耦合中的至少一种方法相互耦合。
图7C为用于同时检测SWIR波长和可见光波长的成像设备的侧视图。在此示例中，经过 调整可检测可见光波长中的波长的光敏元件阵列228顶部设有具有相应顶面和底面(含一个 或多个光谱滤光片222)的第一半导体基板(半导体基板138A)，而具有相应顶面和底面的 第二半导体基板(半导体基板138B)包括顶面上的一个或多个SWIR传感器。在一个示例中， 第一半导体基板的底面靠近第二半导体基板的底面，从而可以通过顶面上的干涉滤光片对可 见波长范围内的入射光(可见入射光74)进行过滤，并在第一半导体基板上对此入射光进行 检测，同时SWIR波长范围内的波长(SWIR光70)通过第一半导体基板上的滤光片和传感器， 并由第二半导体基板顶面上的SWIR传感器进行检测。在一个示例中，使用胶粘材料、通过晶 片键合或机械耦合或其任何组合，对产生的基板堆栈或夹层进行耦合。在一个示例中，根据 图7A和7B，SWIR传感器可包括上述任何材料，以及InGaAs和/或HgCdTe(MCT)。在一个 示例中，SWIR滤光片可包括选择性地透射SWIR波长范围内光线的任何滤光片或滤光片组合， 滤光片包括但不限于干涉滤光片、吸收滤光片和等离子体滤光片。在一个替代示例中，第一 半导体基板的底面靠近第二半导体基板的顶面，使SWIR波长范围内的波长通过第一半导体基 板上的滤光片和传感器，并由第二半导体基板顶面上的SWIR传感器进行检测，而无需通过第 二半导体基板。
在一个示例中，产生的传感器系统可使用公共架构检测两个波长范围内的光线。在一个 相关示例中，产生的传感器系统可基本上达到最大填充系数。在一个示例中，基于干涉的滤 光片采用在至少两个波长通道内透射的设计，一个通道在可见范围内，另一个在SWIR内，可 见光将由可见光传感器检测，而SWIR光将通过可见光传感器，然后到达SWIR传感器。
在一个具体操作示例中，光谱仪系统包括第一集成电路顶侧的多个短波红外(SWIR)传 感器和第二集成电路顶侧多个光学传感器顶部的多组干涉滤光片，其中，所述多组干涉滤光 片中的一组干涉滤光片包括以某种方式排列的多个干涉滤光片，所述多个滤光片中的每个干 涉滤光片可使不同波长范围内的光线通过。在一个示例中，第一和第二集成电路的底侧以使 第一和第二集成电路的底侧表面平行并相互靠近的方式设置。在一个具体示例中，第一和第 二集成电路的底侧表面使用胶粘材料、晶片键合和机械耦合中的至少一种方法或其组合相互 耦合。
图8A为用于在传感器阵列上提供周期性黑色像素的干涉滤光片的侧面分解图。在一个示 例中，传感器阵列(包含对阵列中某些位置的光敏感的像素/传感器(像素))适用于部分应 用场合。例如，黑色像素可用于提供传感器阵列内的基准位置。在另一示例中，由于黑色像 素接收的光线很少或不接收光线，因此黑色像素可用于提供相邻像素校准所需的基准输出。
参见图8A，光学传感器阵列112包括干涉滤光片110阵列下方的光敏元件。干涉滤光片 阵列110包括位于阵列内预定位置的高反射干涉滤光片114。在一个示例中，干涉阵列110 内的每个干涉滤光片与光学传感器阵列112中的光敏元件相关联。出于说明起见，干涉阵列 110与光学传感器阵列112分隔显示，但实际上干涉阵列110直接布置在光学传感器阵列112 表面上或靠近光学传感器阵列112。高反射干涉滤光片114能够有效阻挡光线通过下面的像 素。在一个示例中，所述高反射干涉滤光片114采用法布里-珀罗滤光片，两个厚度为1/4波长 的反射镜之间夹有一个腔体，使其具有高反射性，能够有效阻挡光线传递到下面的像素。
图8B-8D显示了双布拉格堆栈反射镜的成型过程。在一个示例中，黑色像素可包括双布 拉格堆栈反射镜。
在一个具体实施和操作示例中，传感器系统包括多个位于集成电路基板46上的阵列中的 光学传感器(光敏元件28A-28B)，光学传感器阵列的顶部设有多组干涉滤光片。在此示例 中，所述多组干涉滤光片中的一组干涉滤光片包括以某种方式排列的多个干涉滤光片，其中 所述多个滤光片中的每个干涉滤光片可使不同波长范围内的光线通过，并且所述多个干涉滤 光片中的每组干涉滤光片与某个场景的空间区域相关联。在一个示例中，一组干涉滤光片还 包括一个可基本反射光的干涉滤光片，其中，所述可基本反射光的干涉滤光片位于相对于光 学传感器阵列的预定位置。
在一个示例中，可基本反射光的干涉滤光片(如图8B-8D中任何一个所示的黑色堆栈反 射镜118)可包括一个双布拉格堆栈滤光片，其中，双布拉格堆栈滤光片采用干涉滤光片， 一对反射镜通过腔体(如图8B-8D中任何一个所示的腔体材料120)分隔。在一个示例中， 一个或多个处理器(未示出)耦合到传感器系统10，其中，所述一个或多个处理器可根据来 自与所述基本反射光的干涉滤光片相关联的光学传感器的输出，对光学传感器阵列中一个或 多个光学传感器进行校准。
在另一具体操作示例中，用于形成光学传感器的方法包括在光敏元件阵列上沉积第一反 射镜材料，并继续在第一反射镜层顶部沉积一层腔体材料。然后，继续在光敏元件阵列上的 多个预定位置选择性地将腔体材料蚀刻为入射到所述阵列的光预定波长的1/4。在一个示例 中，所述多个预定位置中的每个预定位置与光敏元件阵列中的一个光敏元件相关联。然后， 继续将第二反射镜材料沉积在蚀刻腔体材料上。
图9A为集成滤光片和传感器阵列的侧面截面图。在图中，基板138包括传感器阵列中的 多个传感器(像素136#1、2和#3)。具有像素136#1、2和#3的基板138上设有后道工序(BEOL)层134，反过来，后道工序(BEOL)层134以干涉滤光片138#1、2和#3的反射镜 132B覆盖。干涉滤光片138#1、2和#3各包含一个腔体134和一个顶部反射镜132A。在一 个示例中，对于下层像素136#1、2和#3中的每个像素，在干涉滤光片138#1、2和#3中的 每个干涉滤光片中，设有一个具有不同厚度的腔体134，使不同波长范围内的光线通过。如 图所示，在与所需像素相邻的像素(如像素136#1)处感测到的同时，入射光130可以通过 干涉滤光片(如干涉滤光片138#2)。在一个示例中，这些杂散光波长会降低传感器的性能。
图9B为集成滤光片和传感器阵列的另一侧面截面图，其中，在相邻干涉滤光片之间蚀刻 出一条通道。如图9A所示，图中基板138包括传感器阵列中的多个传感器(像素136#1、2 和#3)。具有像素136#1、2和#3的基板138上设有后道工序(BEOL)层134，后道工序(BEOL) 层134反过来以干涉滤光片138#1、2和#3的反射镜132B覆盖。干涉滤光片138#1、2和#3各包含一个腔体134和一个顶部反射镜132A。在此示例中，对于下层像素136#1、2和#3 中的每个像素，在干涉滤光片138#1、2和#3中的每个干涉滤光片中，设有一个具有不同厚 度的腔体134，使不同波长范围内的光线通过，并且在干涉滤光片138#1、2和#3之间蚀刻 出了一条通道。如图所示，入射光130在干涉滤光片138#2的侧壁处朝像素136#2反射， 而非通过干涉滤光片(如干涉滤光片138#2)并在与所需像素相邻的像素处感测。
在一个示例中，参见图9B，干涉滤光片138#1、2和#3之间的气隙能够在干涉滤光片之 间产生光管，其中，空气折射率可用于通过诱导全内反射(TIR)来抑制至少一部分以非理想 角度到达的光线。在一个示例中，当干涉滤光片腔体内的光波到达边界时，出现TIR，此时 空气处于一个足够倾斜的角度，光波呈反射镜状反射。在另一示例中，用另一种材料填充干 涉滤光片138#1-#3之间的空隙(而非气隙)。在另一示例中，气隙(或空隙)边界处的干涉侧壁与基板顶面不垂直。
在一个具体实施和操作示例中，光学传感器系统包括集成电路上的多个光学传感器和多 组干涉滤光片，其中，所述多组干涉滤光片中的一组干涉滤光片包括以某种方式排列的多个 干涉滤光片，这组滤光片中的每个干涉滤光片可使不同波长范围内的光线通过。在一个示例 中，每个干涉滤光片具有相应顶面、相应底面和四个相应侧面，每个干涉滤光片在至少两个 侧面通过气隙与相邻干涉滤光片分隔。在一个示例中，采用蚀刻制程形成气隙，其中蚀刻制 程可以是液体蚀刻、等离子蚀刻(包括深反应离子蚀刻(DRIE)和离子研磨)中的一种或多 种。
图10为法布里-珀罗干涉滤光片光谱响应图示，其中显示了不同阶数相长干涉的透射峰。 在一个示例中，典型的光学带阻滤光片采用窄透射窗设计，基本限制了通过滤光片向波长(对 应于单一阶数的滤光片)的透射。在一个替代示例中，具有宽带透射窗(宽带带阻滤光片) 的光学带阻滤光片可使寄生信号到达干涉滤光片，如法布里-珀罗滤光片，其中，寄生信号可 以是法布里-珀罗滤光片的高阶谐波。在一个实施示例中，通过将宽带带阻滤光片和法布里- 珀罗滤光片适当结合，可以将寄生信号作为附加波长窗。
在一个具体相关实施示例中，光学传感器系统包括位于集成电路上的光学传感器阵列， 此光学传感器阵列具有相应顶面。在一个示例中，所述传感器系统包括多组干涉滤光片具有 相应顶面和相应底面，其中该组滤光片中的每个干涉滤光片可使不同波长范围内的光线通过， 其中所述多组干涉滤光片的底面靠近光学传感器阵列的顶面。在一个进一步示例中，传感器 系统包括一个或多个带阻滤光片，每个滤光片具有相应顶面和相应底面，其中所述一个或多 个带阻滤光片的顶面和底面靠近光学传感器阵列的顶面，其中每个所述一个或多个带阻滤光 片具有相应的带通上限和相应的带通下限，所述一个或多个带阻滤光片基本上可以抑制带通 上限和带通下限范围以外的光波长。在一个示例中，对于对应于该组干涉滤光片的干涉滤光 片所通过的光波长，选用所述一个或多个带阻滤光片的带通上限和带通下限，即可使X阶数 的相长干涉范围内的波长通过。在一个具体示例中，对于至少一个干涉滤光片所通过的光波 长，X阶数的相长干涉包括相应干涉滤光片的至少一个高阶谐波。在另一示例中，对于至少 一个干涉滤光片所通过的光波长，光学传感器阵列中的一个或多个光学传感器经过调整可感 测X阶数的相长干涉中包含的光波长。
图11A显示了示例性等离子体滤光片的透射光谱，在本例中，等离子体滤光片由铝膜上 的周期性亚波长孔组成。图11B显示了等离子体滤光片在给定波长范围内的相应透射输出。 在此示例中，等离子体滤光片经过调整可传递等离子体滤光片所需的波长(作为周期的函数， 单位纳米(nm)。如图所示，等离子体带阻滤光片可提供较宽的透射频带。在一个实施示例 中，干涉滤光片上可以集成多个等离子体带阻滤光片。在一个具体示例中，可以将一个或多 个等离子体滤光片和一个或多个法布里-珀罗滤光片(或另一种干涉滤光片)进行配对，为光 学传感器设备提供波段选择。
图11C为集成干涉滤光片和等离子体带阻滤光片对的示例性侧面截面图，干涉滤光片上 方或下方设有等离子体带阻滤光片。在一个示例中，半导体管芯上的基板226上设有后道工 序(BEOL)镀金属(薄膜层234)。在此示例中，BEOL层顶部可设有等离子体带阻层(等离 子体带阻滤光片223)，等离子体带阻层顶部设有干涉滤光片(光谱滤光片222)(如法布里- 珀罗滤光片)。在一个替代示例中，BEOL层顶部可设置干涉滤光片，干涉滤光片顶部设有等 离子体带阻层。
在一个示例中，采用与常规半导体加工兼容的窄带隙薄膜，即可制成基于纳米半导体材 料的滤光片，如薄膜量子点。在一个示例中，可以使用大小不一的薄膜量子点，在预定的光 谱范围内提供滤光片响应，其中，薄膜的粒度和光谱带宽由量子点的数量和大小决定。量子 点可以是(但不限于)外延量子点和/或胶体量子点。纳米级半导体元件可包括一个或多个量 子点、胶体纳米粒子、CdSe纳米晶体和ZnS纳米晶体等。在一个具体实施示例中，纳米级半 导体元件可通过不同大小的“点”实现，其中点大小决定了给定纳米级滤光片元件光谱响应 的波长。在此示例中，传感器系统上分布有各种大小的点，从而提供具有给定带宽和粒度的 光谱。
在一个具体实施示例中，传感器系统包括位于集成电路上的多个光学传感器、具有相应 顶面的光学传感器阵列以及多个可以过滤集成电路上不同波段内光线的纳米级半导体滤光 片。
在一个相关示例中，薄膜量子点等纳米级半导体材料可与法布里-珀罗滤光片等干涉滤光 片配套使用，增加滤光片系统的波长选择性。在一个示例中，薄膜量子点可集成在干涉滤光 片的顶部，例如，其中量子点以胶态量子点的形式外延生长和/或沉积。
在另一相关示例中，薄膜量子点与采用背面配置的干涉滤光片配套使用进行扩展波长检 测，例如短波红外(SWIR)检测。在一个具体实施示例中，传感器系统包括多个光学传感器、 多组干涉滤光片以及多个位于集成电路反面的纳米级半导体滤光片。在此示例中，集成电路 的反面与集成电路中带有接线的一侧相对。在一个示例中，传感器系统包括背照式图像传感 器。为了增加捕获的光量，背照传感器(也称为背照式(BSI或BI)传感器)采用了集成电 路(含图像传感器)反面成像元件的新颖布置，从而提高了低光性能。前面(传统)传感器 中光捕获量减少的原因至少部分归结为单个图像元素的矩阵及其布线反射了部分光线，因此 反射减少了可捕获的信号，所以传感器只能接收剩余的入射光。
在一个具体实施示例中，传感器系统包括多个光学传感器和多组干涉滤光片，集成电路 的背面装有多个纳米级半导体滤光片，其中背面是与布线相对的集成电路表面。
在一个具体相关示例中，干涉滤光片可从滤光片基板转印到含有光感测元件(检测器基 板)的基板。在另一相关示例中，在硅基板上制作的法布里-珀罗滤光片可转印到短波红外 (SWIR)波长检测器基板(如InGaAs基板)上。在一个示例中，滤光片基板和检测器基板的 晶圆大小不同，其中，滤光片基板可采用8”晶圆制成，而基于InGaAs的检测器基板可采用 6”晶圆制成。在另一示例中，带阻滤光片转印在干涉滤光片(如法布里-珀罗滤光片)顶部。 在另一示例中，透镜、孔径或准直元件等微光学元件转印在光学滤光片上。
在另一示例中，薄膜量子点可用于波长选择性反射镜，如布拉格反射镜(见图9A和9B)。 在一个具体示例中，将薄膜量子点作为干涉滤光片(如法布里-珀罗滤光片)的元件。在此示 例中，介电反射镜(也称为布拉格反射镜)是由多薄层介电材料组成的反射镜。在一个具体 实施示例中，传感器系统包括位于集成电路上的多个光学传感器，所述多个光学传感器具有 相应顶面，多组干涉滤光片具有相应顶面和相应底面，其中该组滤光片中的每个干涉滤光片 可使不同波长范围内的光线通过。在一个示例中，所述多组干涉滤光片的底面靠近所述多个 光学传感器的顶面，所述多个干涉滤光片可过滤不同波段内的光线。在此示例中，所述多个 干涉滤光片中的每个干涉滤光片包括多个反射镜，其中，多个反射镜中的至少一个反射镜包 括纳米级半导体材料。在一个示例中，至少一个干涉滤光片是法布里-珀罗滤光片。在另一示 例中，与不包含纳米级半导体材料的干涉滤光片相比，纳米级半导体材料可缩小至少一个干 涉滤光片的波长范围。
参见图5和图11A-C，使用带通滤光片时获得的波长选择性可导致过滤波段中的信息发 生丢失。也就是说，当投射到多光谱带通滤光片上的对象和/或场景的图像中包含的一部分信 息不在目标带通波长范围内，并因此从投射图像中丢失时，此信息将受到带通滤光片的抑制。
在一个示例中，在带通滤波中的固有信息不发生丢失的情况下，利用空分或时分波分复 用(WDM)，即可提供波长选择性。采用WDM进行光通信，利用不同波长的光线，将多个光载 波信号多路透射到一根光纤上。在一个示例中，利用多路复用器，WDM可将不同波长的信号 (如具有不同中心波长(CWL)的激光器或LED)进行组合，然后通过光纤发送信号。然后， 在信号到达传感器系统之前，可以通过解复用器将组合信号分离成波长。
在一个具体实施和操作示例中，光谱传感器系统包括一个将入射光多路透射成波分复用 光学信号的多路复用器，以及一个可传送波分复用光学信号的光学导管。在一个示例中，传 感器系统包括一个将波分复用光学信号分离成波长的解复用器，以及多个位于集成电路上的 光学传感器，所述多个光学传感器具有相应顶面，其中，所述多个光学传感器中的每个光学 传感器可感测来自解复用器和一个或多个处理器的一个或多个光波长，其中一个或多个处理 器经过调整可提供对入射光的光谱响应。
在一个相关示例中，利用一个或多个微光栅阵列完成解多路复用，其中，每个微光栅阵 列包括多个衍射光栅。在一个示例中，衍射光栅是一种具有周期性结构的光学组件，可以将 光分裂并衍射成几个朝不同方向行进的光束。光束的方向取决于光栅间距和光的波长，因此 光栅可作为色散元件。在另一具体实施和操作示例中，传感器系统包括具有相应顶面和相应 底面的微光栅阵列，其中，微光栅阵列包括多个衍射光栅，并且多个衍射光栅中的每个衍射 光栅可将入射光衍射成多个波长。在一个示例中，传感器系统包括多组光学传感器，所述多 组光学传感器具有相应顶面，其中，所述多组光学传感器的顶面靠近微光栅阵列，其中，一 组光学传感器中的每个光学传感器可以感测到从所述多个衍射光栅中的衍射光栅中分散出来 的波长。在另一示例中，将微光栅更换成微分散性光学元件，例如基于超材料的分散性元件。
图12A为包括微透镜阵列238和微光栅阵列240的成像系统的示例性侧面截面图。成像 系统包括用于将场景或对象(如微彩虹阵列图样242)投射在成像仪244上的光学元件236， 光学元件236和成像仪244之间设有微透镜阵列238。在一个示例中，微透镜阵列238可包 括多种形状，包括但不限于无间隙透镜、双面透镜和方形透镜，并且可进一步包括透镜空间 光屏蔽。
众所周知，基于干涉的滤光片(如法布里-珀罗滤光片)对入射光的入射角敏感。在一个 示例中，通过基于干涉的滤光片的光谱的中心波长和宽度在很大程度上取决于入射角。在一 个示例中，包含接收大视场光线的基于干涉的滤光片的一个或多个阵列的光谱系统尤其对基 于干涉的滤光片阵列的不同区域上的入射角差敏感。在一个示例中，在基于干涉的滤光片的 不同区域上感测到的光谱可产生不必要的中心波长和宽度。
图12B为可在图像传感器(未示出)上重定向入射光130的透镜44的侧视图。在一个示 例中，一个或多个透镜可用于缩小基于干涉的滤光片的阵列上入射光的入射角。在此示例中， 一个或多个透镜可用于沿着垂直于图像传感器表面的方向重定向来自广角的入射光线，从而 产生基本准直的光束。在一个具体实施和操作示例中，参见图1，具有相应顶面、相应底面 和相应多个侧面的封装件16，顶面包括封装件孔12，顶面、多个侧面和底面形成一个腔体。 在一个示例中，封装件孔12的顶部设有一个或多个透镜，其中所述一个或多个透镜经过调整 可沿着与封装件16顶面基本垂直的方向重定向入射光。
在一个示例中，封装件16腔体内设有具有相应底面和相应顶面的基板26，基板26的底 面耦合到封装件16的底面，并且基板26的顶面上设有多个光敏元件28。在此示例中，所述 多个光敏元件28的顶部设有多组具有相应顶面和相应底面的光谱滤光片，其中，多组光谱滤 光片中的一组光谱滤光片包括以某种方式排列的多个光谱滤光片，使得所述多个光谱滤光片 中的每个光谱滤光片可使不同波长范围内的光线通过。
图12C为经过调整可在图像传感器(未示出)上重定向入射光130的微结构阵列246的 侧视图。在此示例中，一个或多个微结构阵列可用于缩小基于干涉的滤光片阵列上的入射光 的入射角。在此示例中，一个或多个微结构阵列可用于沿垂直方向重定向入射光线，从而产 生基本准直的光束。在一个示例中，微结构阵列可包括菲涅耳透镜和/或微反射镜中的一种或 多种。图12D为经过调整可在图像传感器(未示出)上重定向入射光130的微反射镜阵列(微 反射镜248)的侧视图。在一个具体实施示例中，可采用微压印工艺制作一个或多个微结构 阵列。在另一具体实施示例中，可采用反射涂层沉积工艺制作一个或多个微结构阵列。
在一个具体实施和操作示例中，参见图1，具有相应顶面、相应底面和相应多个侧面的 封装件16，顶面包括封装件孔12，顶面、多个侧面和底面形成一个腔体。在一个示例中，封 装件孔12的顶部设有一个或多个微结构，其中，所述微结构经过调整可沿着与封装件16顶 面基本垂直的方向重定向入射光。
在一个示例中，封装件16腔体内设有具有相应底面和相应顶面的基板26，基板26的底 面耦合到封装件16的底面，并且基板26的顶面上设有多个光敏元件28。在此示例中，多组 光谱滤光片配置为位于多个光敏元件28顶部的具有相应顶面和相应底面的多组光学滤光片 (光谱滤光片22)，其中，多组光学滤光片中的一组光谱滤光片包括多个以某种方式排列的 光谱滤光片，其中，多个光谱滤光片中的每个光谱滤光片可使不同波长范围内的光线通过。
图12E为可提供入射光130收集曲面的一个示例性成像仪144的侧视图。在一个示例中， 成像仪包括在基板上多个图像传感器的顶部制作的多个干涉滤光片142，随后基板弯折或弯 曲到预定的曲率。在此示例中，根据收集光线的进入角范围，确定基板的曲率，在图像传感 器处收集之前，在基于干涉的滤光片上，相对较大角度的光将具有较窄的入射角范围。在一 个示例中，曲面成像仪基板可减少成像仪对更大入射角的中心波长和光谱宽度相关性。
在一个具体实施和操作示例中，传感器系统包括多组光学滤光片，其中，所述多组光学 滤光片中的一组光学滤光片包括多个以某种方式排列的光学滤光片，其中，所述多个光学滤 光片中的每个光学滤光片可使不同波长范围内的光线通过。所述多组光学滤光片位于多个光 敏元件的顶部，其中，所述多组光敏元件位于曲面基板上。在一个具体相关示例中，在对基 板应用曲率之前，在基板上制作所述多组光学滤光片和所述多个光敏元件。在另一具体示例 中，所述多个光学滤光片中的每个光学滤光片包括多个相应侧，每个光学滤光片在所述相应 侧与相邻光学滤光片通过气隙分隔。
图12F为经过调整可提供入射光收集曲面的另一示例性成像仪的侧视图。在一个示例中， 成像仪包括多段相对较小的光谱传感器(具有光敏元件228的光谱滤光片)，各个分段的表 面相对于相邻分段的表面轻微旋转。在一个示例中，根据收集的光(入射光130)的所需进 入角范围，对各个分段进行配置，在图像传感器处收集之前，在基于干涉的滤光片上，相对 较大角度的光将具有较窄的入射角范围。在一个示例中，在将各个分段置于曲面基板或板上 之前制作各个分段，其中，基板或板弯曲至预定曲率。在一个相关示例中，基板或板在单个 平面上弯曲。在另一示例中，基板或板在不止一个平面上弯曲。
在一个具体实施和操作示例中，传感器系统包括多组光学滤光片，其中，所述多组光学 滤光片中的一组光学滤光片包括多个以某种方式排列的光学滤光片，其中，所述多个光学滤 光片中的每个光学滤光片可使不同波长范围内的光线通过。所述多组光学滤光片位于多个光 敏元件的顶部，其中，所述多组光敏元件位于曲面基板上。在一个具体相关示例中，在对基 板应用曲率之前，在基板上制作所述多组光学滤光片和所述多个光敏元件。在另一具体示例 中，所述多个光学滤光片中的每个光学滤光片包括多个相应侧，每个光学滤光片在所述相应 侧与相邻光学滤光片通过气隙分隔。
图13为示例性凸型微透镜的显微照片，而图14为示例性凹型微透镜的显微照片。在一 个示例中，微透镜阵列和成像仪之间设有微光栅阵列。在一个示例中，在成像仪上光敏元件 阵列的前面，微光栅阵列起到解复用器的作用。微光栅阵列将来自成像场景的波长进行分离， 并将每个波长发送至特定的光敏元件。
在一个具体实施示例中，传感器系统包括多组光学传感器，所述多组光学传感器具有相 应顶面和相应底面。传感器系统进一步包括具有相应顶面和相应底面的微光栅阵列以及具有 相应顶面和相应底面的微透镜阵列，其中，微光栅阵列的底面位于微透镜阵列的底面和所述 多组光学传感器的顶面之间。在一个示例中，一组光学传感器中的每个光学传感器可感测所 述多个衍射光栅中的一个衍射光栅分散出来的一个或多个波长。
在一个具体示例中，传感器系统还包括一个具有相应顶面和相应底面的微准直器阵列， 以及一个吸收滤光片阵列，其中，微准直器阵列的底面位于吸收滤光片阵列的顶部。在替代 一个示例中，传感器系统包括一个具有相应顶面和相应底面的等离子体-准直器阵列，以及一 个吸收滤光片阵列，其中，等离子体-准直器阵列的底面位于吸收滤光片阵列的顶部。在一个 相关示例中，等离子体-准直器阵列中的每个等离子体-准直器包括一个可以将发散的入射光 耦合成光束的纳米结构。
在另一示例中，传感器系统包括多组具有相应顶面和相应底面的干涉滤光片，其中该组 滤光片中的每个干涉滤光片可使不同波长范围内的光线通过，其中，所述多组干涉滤光片的 底面位于光学传感器阵列的顶面。在一个相关示例中，该组干涉滤光片中的每个干涉滤光片 与准直器阵列中的一个准直器相关联。在另一相关示例中，每组干涉滤光片与微光栅阵列中 的一个或多个衍射光栅相关联。在另一相关示例中，该组干涉滤光片中的每个干涉滤光片与 多个通过微光栅阵列中的微衍射光栅分散的波长中的一个或多个波长相关联。
在一个相关示例中，等离子体准直器可用于在具有集成滤光片和光感测元件的传感器系 统中引导光的方向。在一个示例中，等离子体准直器可具有纳米结构，可以将发散(偏斜角) 的入射光耦合成小发散度光束，从而有效准直入射光。由于其结构特点，等离子体准直器的 厚度较小，可以代替金属基准直器和透镜式准直器。
在一个具体操作示例中，方法包括在微透镜阵列处接收入射光，其中，微透镜阵列中的 每个透镜与微光栅阵列中的一个或多个衍射光栅相关联，其中，微透镜阵列靠近微光栅阵列。 此方法继续通过微透镜阵列中的透镜将接收到的入射光折射成聚焦光束，并通过微光栅阵列 的衍射光栅将聚焦光束分离成多个光谱。此方法继续通过所述多组光谱传感器中的一组光谱 传感器对多个光谱中的每个光谱进行采样，其中，所述多组光谱传感器中的每个光谱传感器 从空间上与多组光谱传感器中的其余光谱传感器相互分离。在一个相关示例中，通过一个或 多个光学元件(如单透镜或复合透镜)，将入射光投射在微透镜阵列上。
在一个实施和操作示例中，利用解复用器，传感器系统可以从空间上分离来自光纤的波 长。在此示例中，解复用器可以对靠近集成滤光片系统的光纤中透射的不同波长进行分离， 其中，每个波长(或波长范围)指向集成滤光片系统中的对应滤光片。在一个示例中，集成 滤光片系统可耦合到多根光纤，以便进行波长分离。
图15为包括封装件216(具有封装件孔212)的传感器模块10的侧面截面图。光敏元件 (传感器)228嵌入基板226中。光谱滤光片222包括多个集成在光传感器224上的光谱滤光片元件。传感器模块10的腔体内设有纳米级透镜218。在一个示例中，在光到达传感器系统的集成滤光片和光感测元件之前，入射角装置(如微透镜、导光管和准直器)可用于通过控制光的入射角，改进传感器系统的性能，如量子效率(QE)。当入射角装置的厚度计入封装件结构(如图15的封装件216)时，入射角装置的厚度会使封装件结构增大。在一个示例中，纳米级透镜(如图15的纳米级透镜218)可采用更轻薄的封装件结构。
在一个具体实施示例中，传感器模块包括一个具有相应顶面、相应底面和相应多个侧面 的容器，其中，所述顶面包括孔、顶面、多个侧面和底面，从而形成一个腔体。在此示例中， 腔体内设有具有相应底面和相应顶面的基板，基板的底面耦合到容器的内底面。在一个示例 中，基板的顶面上设有多个光敏元件，所述多组光学滤光片配置为多个光敏元件顶部具有相 应顶面和相应底面的层。在一个示例中，所述多组光学滤光片中的一组光学滤光片包括多个 以某种方式排列的光学滤光片，其中，所述多个滤光片中的每个滤光片可使不同波长范围内 的光线通过。在一个示例中，多组光学滤光片顶面上设有一个或多个纳米级透镜，孔内至少 部分设有盖板。
在一个示例中，纳米级透镜采用菲涅耳透镜和/或超材料透镜。在另一示例中，通过对所 述多组光学滤光片的顶面进行蚀刻，制成纳米级透镜。在另一示例中，利用湿法蚀刻、DRIE 蚀刻或离子研磨中的一种或多种方法，在所述多组光学滤光片的顶面进行纳米级透镜蚀刻。 在另一示例中，纳米级透镜由塑料模制而成，然后用胶水粘合或以其他方式耦合到另一传感 器元件上。在另一示例中，纳米级透镜从源基板转印到另一传感器元件，如检测器基板。
在一个示例中，微透镜(如图13和14所示)配置为单层透镜。在一个示例中，可多层微透镜经过堆叠形成复合微光学元件，此微光学元件能够更高效地将光线引导到滤光片系统 中的集成滤光片的对应滤光片。示例性复合微光学元件包括远心系统和反向远心系统。
在一个具体实施示例中，传感器系统包括多组光学传感器，所述多组光学传感器具有相 应顶面和相应底面，以及具有相应顶面和相应底面的第一微透镜阵列，其中，第一微透镜阵 列中的每个透镜与所述多组光学传感器中的一个或多个光学传感器相关联。在一个示例中， 所述第一微透镜阵列表面的底面位于所述多组光学传感器的顶面上或靠近所述多组光学传感 器的顶面。在此示例中，所述传感器包括具有相应顶面和相应底面的第二微透镜阵列，其中， 第二微透镜阵列中的每个透镜与所述第一微透镜阵列中的一个或多个透镜相关联，所述第二 微透镜阵列表面的底面位于所述第一微透镜阵列的顶面上或靠近所述第一微透镜阵列的顶 面。在一个示例中，第一微透镜阵列和第二微透镜阵列中的一个或多个透镜组合形成复合透 镜。在另一示例中，第一微透镜阵列和第二微透镜中的一个或多个透镜组合形成远心透镜和/ 或反向远心透镜中的一个或多个。
参见图15，在一个示例中，封装件孔212可包括宏光学元件。宏光学元件可用于将接收 到的光朝微光学元件进行引导，同时保护传感器系统免受灰尘和/或湿度等外界条件的影响。 微光学元件可包括透镜、孔径、滤光片、偏振器、扩散器等，并可通过机械和/或电气系统进 行控制。
图16A-16D显示了针孔的各种侧壁轮廓。在一个示例中，针孔(如图16A-16D中的针孔 40A-40D)可用于控制进入传感器模块(如封装件16)的光线的入射角，然而，容器壁的厚度和容器表面的部分反射率会使无用信号/寄生信号到达传感器系统。在一个示例中，针孔可 具有各种形状的侧壁，减少了到达传感器系统的寄生信号。在一个具体示例中，经修改的针 孔圆锥形包括几个阶段，每种形状的设计旨在部分控制进入传感器系统的光线的角度。
在一个具体实施示例中，传感器模块包括一个具有相应顶面、相应底面和相应多个侧面 的容器，其中，所述顶面包括孔径，所述顶面、多个侧面和容器底面形成一个腔体。在此示 例中，腔体内设有具有相应底面和相应顶面的基板，基板的底面耦合到容器的内底面，且基 板的顶面上设有多个光敏元件。在一个示例中，多组光学滤光片配置为一个位于所述多个光 敏元件顶部的具有相应顶面和相应底面的层，其中，所述多组光学滤光片中的一组光学滤光 片包括多个以某种方式排列的光学滤光片，所述多个光学滤光片中的每个光学滤光片可使不 同波长范围内的光线通过。在一个示例中，孔内至少部分设有一个或多个宏光学元件，其中， 每个宏光学元件经过调整可控制光在多组光学滤光片的顶面的入射角。
在一个示例中，一个或多个宏光学元件中的每个宏光学元件包括一个具有侧壁的开口， 其中，一个或多个宏光学元件中的至少一个宏光学元件经过调整可至少部分基于侧壁形状控 制多组光学滤光片顶面的入射角。在一个示例中，侧壁形状为锥形、倒锥形、锯齿状突起、 一系列同心阶梯、沙漏形、叠层锥形、锯齿形、倒锯齿形、双曲面、经修改的双曲面中的至 少一种，其中，经修改的双曲面的顶部孔径小于双曲面底部，双曲面底部进一步包括一个收 缩元件。
图17显示了传感器系统中扩散器(扩散器276)的散射情况。再次参见图1和图15，为 了保护传感器系统(包括集成光感测元件、集成滤光片、带阻滤光片和微光学元件)，传感 器系统可装在封装件中。在一个示例中，参见图16，传感器系统封装件可包括一个或多个孔， 光线通过所述孔从目标区域进入封装件内部。在一个示例中，容器壁对于目标波长呈不透明 状。
在一个示例中，由于系统其他元件上光线的入射角或反射角错误，导致进入传感器系统 封装件的部分入射光130无法到达传感器(表示为散射损耗270)。阻止光线到达光敏元件 的一些因素包括传感器系统不同元件上的入射角和反射角错误。在一个示例中，可以修改传 感器系统，以便对以其他方式受到抑制或阻止而无法到达光敏元件的光线进行重定向，使其 到达至少一个光敏元件。在一个示例中，可以使用扩散器(如图17所示的扩散器)，朝光敏 元件的方向重定向光线，然而，如图所示，扩散器还会使光敏元件散射出大量光线。
图18A显示了采用经修改的扩散器元件276的传感器系统。在一个示例中，反射面(反 射镜272)部分包围扩散器276，形成一个集成球，使光线重定向返回扩散器276，增加了光 线到达光敏元件(如传感器元件274)的可能性。在一个相关示例中，用粗糙面(凹痕面286) 修改扩散器的入口和/或出口表面，进一步沿着传感器元件274的方向重定向光线。在一个示 例中，可采用各种方法(如喷砂或研磨)，形成凹痕面286。
在一个具体实施和操作示例中，传感器系统包括多组光学传感器，所述多组光学传感器 具有相应顶面和相应底面，多组光学滤光片配置为一个位于多个光学传感器顶部的具有相应 顶面和相应底面的层。在此示例中，所述多组光学滤光片中的一组光学滤光片包括多个以某 种方式排列的光学滤光片，其中，所述多个滤光片中的每个滤光片可使不同波长范围内的光 线通过。在一个示例中，所述多个光学滤光片的顶面上方设有一个具有相应顶面、相应多个 侧面和相应底面的扩散元件。
在一个示例中，扩散元件的多个侧面的至少一部分经过调整可反射光线。在一个示例中， 扩散元件顶面的至少一部分经过调整可包含粗糙面，其中，所述粗糙面是经过粗化工艺处理 的表面。在一个相关示例中，粗化工艺包括研磨、喷砂、离子研磨、原子轰击或蚀刻中的至 少一种。在另一示例中，扩散元件顶面的至少一部分经过调整可反射光线。在另一示例中， 扩散元件底面的至少一部分经过调整可反射光线。在另一示例中，扩散元件底面的至少一部 分经过调整已包括粗糙面，其中，粗糙面是经过粗化工艺处理的表面。
基于干涉的滤光片(如法布里-珀罗滤光片)可抑制波长超出预定透射光谱的光线。此外， 基于干涉的滤光片可能无法在预定的透射光谱内透射某些波长的光线，一部分光在滤光片表 面处反射。在一个示例中，由于法布里-珀罗滤光片中使用的反射镜(如布拉格反射镜)的高 反射率，导致无法透射预定透射光谱内部某些波长的光线。
图18B显示了经修改的扩散器元件(如扩散器276)，所述扩散器元件包括多个扩散层。 在此示例中，每个扩散层可增加通过扩散器的入射光130的散射。
图19A提供了示例性传感器模块10的侧面截面图，此传感器模块10包括由封装件216 限定的腔体的内上壁上的传感器系统封装件216(含反射面230)。在此示例中，可以形成一 个光陷阱。在一个示例中，由光谱滤光片222的上表面反射的光可由反射面230反射，直至 其到达光谱滤光片222的滤光片(采用透射所需参数/预定参数)。在一个具体实施示例中， 模块10包括含封装件孔212的封装件216。光敏元件(传感器)228嵌入基板226中。光谱 滤光片222包括覆盖光敏元件228的多个光谱滤光片元件。封装件216所形成腔体的内侧壁 上部和封装件上表面以反射面230为内衬。
在一个具体实施示例中，传感器模块包括一个具有相应顶面、相应底面和相应多个侧面 的容器，其中顶面包括孔，其中容器的顶面、多个侧面和内底面形成一个腔体，且腔体内上 壁的至少一部分和/或多个侧面的每个侧面包括反射面。在此示例中，腔体内设有具有相应底 面和相应顶面的基板，基板底面耦合到容器底面和位于基板顶面上的多个光敏元件。在一个 相关示例中，侧面经过调整可将入射光引导至光敏元件。
在一个示例中，所述多个光敏元件的顶部设有多组配置为具有相应顶面和相应底面的层 的光学滤光片，所述多组光学滤光片中的一组光学滤光片包括以某种方式排列的多个光学滤 光片，其中，所述多个滤光片中的每个滤光片可使不同波长范围内的光线通过。在另一示例 中，所述传感器模块包括配置为介于多组光学滤光片的顶面与一个或多个宏光学元件之间的 具有相应顶面和相应底面的层的准直元件。
图19B显示了两条通过封装件孔212进入图19A中封装件216限定的传感器模块10的具 有不同中心波长λ1和λ2的光线。在此示例中，光谱滤光片222C只能透射波长λ1中的光线， 而光谱滤光片222C还能反射波长λ1中的一部分光线。在一个示例中，波长λ1处的至少一些 光和波长λ2处的大部分光线由光谱滤光片222C反射。在此示例中，封装件216顶部内表面 上的反射层(反射面230)将受抑制的光线从光谱滤光片222C重新引导至其他滤光片，直至 光碰到允许波长λ1通过的光谱滤光片222C或允许波长λ2通过的光谱滤光片222B滤光片。
如图12A到12F所述，通过基于干涉的滤光片进行的光透射在很大程度上取决于入射光 的入射角。在一个示例中，可在滤光片的顶部使用角度选择元件，确保仅透射入射角正确的 光线。对于图19A和19B所述的光陷阱，滤光片阵列顶部可设置多种角度选择元件，以进一 步控制入射光的入射角。关于示例性角度选择元件，可查阅第17/007254号美国专利申请的 图12A-12F，所述美国专利申请通过本发明的整体引用，成为本发明的一部分。
图19C提供了另一示例性传感器模块10的侧面截面图，所述传感器模块10包括封装件 216限定腔体的内上壁上的传感器系统封装件216(含反射面230)。在此示例中，多个角度 选择元件中的每个角度选择元件260与多个光谱滤光片222A-E相关联。在一个具体实施示例 中，传感器模块包括一个具有相应顶面、相应底面和相应多个侧面的容器，其中所述顶面包 括孔，其中所述顶面、所述容器的多个侧面和底面形成一个腔体，所述内顶面的至少一部分 和/或所述多个侧面中的每个侧面包括反射面。在此示例中，腔体内设有具有相应底面和相应 顶面的基板，基板的底面耦合到容器底面和基板顶面上的多个光敏元件。
在一个示例中，所述多个光敏元件的顶部设有多组配置为具有相应顶面和相应底面的层 的干涉滤光片，所述多组干涉滤光片中的一组干涉滤光片包括多个干涉滤光片，其中，所述 多个干涉滤光片中的每个干涉滤光片可使不同波长范围内的光线通过。在一个示例中，所述 传感器模块包括多个角度选择元件，所述角度选择元件位于所述多个干涉滤光片中的至少一 些干涉滤光片之间的边缘处，其中，角度选择元件中的每个角度选择元件可阻挡入射到多个 干涉滤光片上的一部分光线。在一个替代示例中，多个角度选择元件可阻挡入射到单个干涉 滤光片上的一部分光线。
在另一示例中，一个以上的角度选择元件与单个滤光片相关联。在一个进一步示例中， 几个角度选择元件与几个滤光片相关联。
图19D为另一示例性传感器模块10的侧面截面图，所述传感器模块10包括腔体内上壁 上的传感器系统封装件216(含反射面130)。在一个示例中，多个反射角选择元件262中的 至少一部分可反射入射到光谱滤光片222A-E上的一部分光线。在一个具体实施示例中，传感 器模块包括一个具有相应顶面、相应底面和相应多个侧面的容器其中所述顶面包括孔，其中 所述顶面、所述容器的多个侧面和底面形成一个腔体，所述内顶面的至少一部分和/或所述多 个侧面中的每个侧面包括反射面。在此示例中，腔体内设有具有相应底面和相应顶面的基板， 基板的底面耦合到容器底面和基板顶面上的多个光敏元件。
在一个示例中，所述多个光敏元件的顶部设有多组配置为具有相应顶面和相应底面的层 的干涉滤光片，所述多组干涉滤光片中的一组干涉滤光片包括多个干涉滤光片，其中，所述 多个干涉滤光片中的每个干涉滤光片可使不同波长范围内的光线通过。在一个示例中，所述 传感器模块包括多个角度选择元件，所述角度选择元件位于所述多个干涉滤光片中的至少一 些干涉滤光片之间的边缘处，其中，所述角度选择元件中的每一个角度选择元件可反射入射 到多个干涉滤光片上的一部分光线。在一个替代示例中，多个角度选择元件可反射入射到单 个干涉滤光片上的一部分光线。在一个具体示例中，采用沉积工艺(如金属蒸镀、原子层沉 积、等离子体增强沉积或任何其他合适的技术)，在腔体内上壁和/或角度选择元件上完成反 射面的制作。
图19E为包括多个传感器模块(如光谱仪模块272A和光谱仪模块272B)的示例性传感 器系统270的侧面截面图。如图19A-19D所述，光谱模块无法感测给定光谱模块上的所有入 射光。在一个示例中，入射光无需转换为电信号，即可由光谱模块元件吸收，其中一部分入 射光在光谱模块(如光谱仪模块272A)的表面处反射(反射光284)。在一个示例中，基于干涉的滤光片(如法布里-珀罗滤光片)透射范围以外的波长从光传感器反射出去，在一个示 例中，可在用于收集反射光的另一光谱仪模块(如光谱仪模块272B)处收集此波长。
在一个具体实施示例中，传感器系统包括具有相应顶面、相应底面和相应多个侧面的容 器，其中顶面包括一个开口，其中所述容器的顶面、多个侧面和底面形成一个腔体。在此示 例中，腔体内设有具有相应底面和相应顶面的第一传感器模块，基板的底面耦合到容器的内 底面。在一个实施实例中，腔体内设有具有相应底面和相应顶面的第二传感器模块，第二传 感器模块的底面耦合到容器的内顶面，使第一传感器模块和第二传感器模块相对于传感器系 统的开口相互偏移。
在一个示例中，第一和第二传感器模块中的每一个传感器模块包括多组配置为具有相应 顶面和相应底面的层(位于多个光敏元件的顶部)的干涉滤光片，所述多组干涉滤光片中的 一组干涉滤光片包括多个干涉滤光片，其中，所述多个干涉滤光片中的每个干涉滤光片可使 不同波长范围内的光线通过。在一个具体实施示例中，第一传感器模块和第二传感器模块相 对于传感器系统的开口相互偏移，使通过所述开口的至少一部分入射光反射到第二模块的顶 面。在另一示例中，图19E的传感器系统包括多个传感器模块，这些传感器模块可反射和/ 或接收所述多个传感器模块中的其他传感器模块的反射光。
在另一示例中(未示出)，埋入式光传感器(像素)可感测穿透传感器基板的光线，而 不会被与一个或多个基于干涉的滤光片相关联的光传感器检测到。在一个示例中，埋入式光 传感器捕获的光多于以其他方式检测到的光线。在一个示例中，不同的光波长可穿透并到达 给定基板中的不同深度，因此，埋入式光传感器可放置在基板中的不同预定深度，以便增加 对所需特定波长的检测。
特定光传感器的动态范围可视为表示光传感器可以检测到的最小和最大信号。在一个示 例中，同一光传感器可检测到相对较弱和相对较强的信号，因此高动态范围(HDR)比较可取。 在一个具体相关示例中，通过改变光电二极管上的外加偏压，即可增加基于半导体的光传感 器(如光电二极管)的动态范围。在一个示例中，改变偏压可以调节光传感器的灵敏度，以 便在偏压较大的情况下获得更高的灵敏度，从而检测到相对较弱的信号。相反，使用较低的 偏压可以实现较低的灵敏度，从而在不使光电二极管饱和的情况下检测到相对较强的信号。 在一个具体示例中，利用改变偏压的方法，使给定的光谱传感器检测到强度从非常弱到非常 强的光谱通道。在一个示例中，偏压的改变可引起给定光传感器的非线性响应，在光传感器 和/或传感器系统校准期间，可以对此响应进行补偿。
在另一具体实施和操作示例中，通过改变给定光传感器的集成周期，即可增加动态范围。 在一个示例中，延长集成时间即可检测到相对较弱的信号，缩短集成时间可防止强信号产生 饱和。在一个具体示例中，可以针对多个光传感器中的每个光传感器改变集成度，或针对光 传感器阵列改变集成度。
在另一具体实施和操作示例中，通过单光子雪崩二极管(SPAD)与集成干涉滤光片(如 法布里-珀罗滤光片)组合使用，即可增加动态范围。在此示例中，SPADS可用于检测代表相 对较弱光信号的信号。在一个相关示例中，SPADS可位于靠近传统光传感器(如光电二极管) 的位置，SPADS可以直接收集场景的输入光线，和/或收集相关基于干涉的滤光片的抑制光线。
图20显示了将光检测系统和光源相结合的传感器系统。在此示例中，传感器系统240包 括具有封装件孔212的封装件216，封装件孔212内设有光检测系统，此光检测系统包括嵌 入基板226中的光敏元件(传感器)228。封装件216包括光谱滤光片222，光谱滤光片222 包括覆盖光敏元件228的多个光谱滤光片元件。传感器系统240包括一个光源封装件252， 光源封装件孔250内设有一个或多个配置在光源基板256上的光源254。在一个示例中，光 源254经过调整可用光谱(发射光282)照亮目标区域(如目标场景或对象)，以便光敏元 件228检测到由于与目标区域相互作用而产生的光谱(接收光280)变化。
在一个示例中，基本上，光源254能够提供目标区域照明所需的所有光线。在一个替代 示例中，目标区域照明光将光源254与其他光源(如其他人造光和/或自然光)相结合。在另 一示例中，光源254可以是单个发光元件，如发光二极管(LED)或激光二极管。在一个替代 示例中，光源254可包括多个元件，如LED阵列，或多个激光二极管。在另一示例中，光源 254可包括多个元件，每个元件可发出不同波段的光线。
在另一示例中，光源254可发出基本呈白色的光线，其中，白光是基本上包含所有可见 光谱波长的光线。在另一示例中，光源254仅发射离散波段内的光线，在一个相关示例中， 可以独立控制离散波段的强度和/或启动。在一个相关示例中，光源254的发射光谱可根据时 间和/或强度进行校准和/或控制。在一个实施和操作示例中，可使用图20的光检测系统进行 光源254的输出校准。
在一个具体示例中，光源254是荧光粉型LED。在另一示例中，光源封装件孔250由带 通滤光片覆盖，使所需的LED光线通过，同时抑制无用光线。在一个示例中，无用光线包括 荧光粉型LED激发带范围内的波长，例如450nm范围内的波长。在一个示例中，覆盖光源封 装件孔250的带通滤光片是一个反射滤光片，可将光线反射回传感器封装件或容器内。在一 个相关示例中，在荧光粉型LED的直接输出中加入反射光能，提高了荧光粉型LED的效率， 增加了目标操作范围内的光子。在另一示例中，用提供光约束的元件(如透镜)覆盖光源254。
在一个具体相关示例中，波分复用(WDM)可用于控制光源254的发射光谱，其中，可以 在时域、空域或其组合中进行WDM。在一个示例中，可以通过控制特定波长或波段照射场景 或对象特定部分的时间，利用光检测系统(如图20的光检测系统)获取场景或对象的光谱图 像。在一个示例中，光检测系统可以是光谱系统，或者在另一示例中，光检测系统可以是非 光谱系统，其中光谱系统是一种提取目标区域光谱信息的系统。
在一个示例中，光源254可与光检测系统配对，作为用于校准和/或控制光检测的反馈机 构的一部分。在另一示例中，光检测系统可与光源254配对，作为用于校准和/或控制光源 254的反馈机构的一部分。在一个具体示例中，反馈机构可用于在传感器系统(如传感器系 统240)启动时提供单个校准序列。在另一示例中，反馈机构可用于根据占空比提供传感器 系统校准。在一个具体示例中，反馈机构可采用光源254的电子或机械快门。
在一个具体操作示例中，一种用于控制光源的方法包括，首先对光源通电，输出多波长 光线，然后继续对多波长光线进行波分复用(WDM)，产生波分复用光线。在一个示例中，WDM 在时域中执行，在另一示例中，WDM在空域中执行。在另一示例中，WDM同时在空域和时域中 执行。然后，继续使用波分复用光照射一个或多个对象，检测一个或多个对象产生的光线， 利用从一个或多个对象检测到的光线，生成一个或多个对象的光谱图像。在一个示例中，在 预定的时间段内，用多波长光线的特定波长照射一个或多个对象的一部分。最后，继续使用 该方法修改光源，以响应从一个或多个对象检测到的光线。
图21显示了使用微光栅阵列302产生用于投射到场景上的光谱图(微彩虹图样304)矩 阵。在此示例中，照明设备(光发射器300)可发射白光，微光栅阵列302可生成微彩虹图 样304，利用光学元件306即可将图样投射在场景或对象上。在一个示例中，微光栅阵列302 将来自光发射器300的白光解复用，生成微彩虹图样304。在一个替代示例中，波分复用(WDM) 用于生成波长以所需方式在空间上分布的光线。
在一个具体实施示例中，一种方法包括，首先对光源通电，输出多波长光线，然后继续 对多波长光线进行波分复用(WDM)，产生微彩虹图样。在一个替代示例中，用微光栅阵列代 替WDM，产生微彩虹图样。继续使用波分复用光照射一个或多个对象，检测一个或多个对象 产生的光线，利用从一个或多个对象检测到的光线，生成一个或多个对象的光谱图像。在一 个示例中，用多个波长照射一个或多个对象的一部分，将各部分组合生成预定的波长图样。
图22显示了利用衍射元件产生用于在场景上投射的光谱图样矩阵。在此示例中，照明设 备包括配置在一起(多波长光发射器310)用于发射不同波长以输出光谱图样(投射图样314) 的光源阵列。在一个示例中，衍射元件(倍增衍射元件312)用于对多波长光发射器310生 成的光谱图样进行倍增，以投射投射图样314。在一个具体实施示例中，一种方法包括，首 先对光源阵列通电，输出多波长光线，然后继续使用衍射元件，使光谱图样倍增，以投射光 谱图样矩阵。
在另一示例中，使用机械元件，扫描具有一个或多个光谱图样的场景或对象的整体或一 部分。在此示例中，机械扫描可利用照明设备的不同波长，照射场景或对象(或其一部分) 的所有空间点。
图23为示例性光源模块264的截面图。光源模块264包括具有光源封装件孔250的光源 封装件252，光源封装件孔250内装有配置在光源基板256上的发光元件260。在一个示例中， 滤光片(光谱滤光片262)阵列用于将发光元件260的输出解复用为光谱图样。在一个示例 中，发光元件260可以是多个发光元件中的一个或多个发光元件，如发光二极管(LED)、微 型LED、纳米LED和微激光器阵列。在一个示例中，滤光片阵列中的每个滤光片可与所述多 个发光元件中的一个或多个发光元件相关联。在另一示例中，发光元件260可进一步发射均 匀光线，以照射场景或对象。在另一示例中，发光元件260进一步配置为马赛克图样。在另 一示例中，发光元件260包括一个或多个以马赛克图样排列的红、绿、蓝(RGB)LED或RGB 激光器。
在一个具体实施示例中，光源模块包括具有相应顶面和相应底面的光源。在一个示例中， 多组光学滤光片配置为具有相应顶面和相应底面的层(位于光源顶部)，其中，所述多组光 学滤光片中的一组光学滤光片包括多个以某种方式排列的光学滤光片，其中，所述多个滤光 片中的每个滤光片可使不同波长范围内的光线通过。在一个示例中，所述光源包括多个发光 元件。在另一示例中，所述多组光学滤光片中的该组光学滤光片中的每个光学滤光片与光源 的一个或多个发光元件相关联。在另一相关示例中，多组光学滤光片集成到光源的顶面上。
在一个示例中，光源包括多组发光元件，其中，每组发光元件包括多个发光元件。在另 一示例中，发光元件选自由发光二极管(LED)、微型LED、等离子体纳米激光器和纳米LED 组成的组，其中，不同的发光元件组在不同的光谱带宽范围内发光。在另一示例中，发光元 件包括半导体基板上的多个半导体层。在一个具体示例中，所述多组发光元件可以对时分复 用，使所述多组发光元件中的某些组发光元件在一段时间段内处于活动状态。在一个示例中， 通过使不同发光元件组在一个时间段内按顺序活动，即可在该时间段内以不同的波长照射目 标区域(如场景或对象)，对该目标区域进行有效的光谱扫描。
在一个具体实施和操作示例中，光源模块包括光源，该光源包括多组发光元件，其中， 每组发光元件包括多个发光元件、具有相应顶面和相应底面的光源。在一个示例中，所述多 个发光元件中的每个发光元件可根据时序发光。在另一示例中，所述多个发光元件中的发光 元件可共同提供光谱时间序列，从而照射至少一部分目标区域。
图24显示了采用光谱仪(具有发光元件)的光源。在此示例中，光谱仪(微型光谱仪294)与发光二极管(LED)组件292集成，并可监测LED管芯294中LED的输出并输出信号， 如IO 290上的信号。在一个示例中，光谱仪可利用1线协议并通过阳极或阴极连接将显示 LED性能的信息传输到LED。在一个示例中，此信息可显示LED的一个或多个电流中心波长(CWL)、电流光谱组件和线型。在一个具体实施和操作示例中，光源模块包括可以对光源的光谱组件进行分离和测定的光谱仪元件。在一个示例中，光谱仪元件可集成在光源基板中，如图23的光源基板256。在另一示例中，光源模块可包括多个光谱仪元件，其中，多个光谱仪元件中的每个光谱仪元件与光源的发光元件相关联。
在一个示例中，光谱组件可用于检测光源强度和/或光谱随时间的变化。在一个示例中， 光源强度和/或光谱随时间的变化可显示光源本身或模块中的温度变化，以及显示光源老化情 况。在一个具体示例中，检测到的变化可以直接传输，或者在另一示例中，光源本身可以通 过在预定的脉冲和/或闪光图样中发光来显示检测到的变化。在一个替代示例中，利用校准反 馈机构，即可将检测到的变化传输到传感器模块。在一个具体实施和操作示例中，光谱仪与 液晶显示器(LCD)的一个或多个发光二极管(LED)组件集成。在此示例中，光谱仪可用于 监测提供LCD背光的LED的性能，以便校正光谱变化和/或强度变化，或仅告知用户LCD性能 出现下降。
再次参见图23，在一个示例中，发光元件260可包括在红外(IR)、近红外(NIR)、 可见光和紫外光(UV)波长范围内发射的发光二极管(LED)和/或激光器。在一个替代示例 中，发光元件260可包括一个或多个宽带LED，其中，宽带LED经过调整可根据宽带LED的 材料、结构或实施来提高效率。再次参见图23，光源模块264包括具有光源封装件孔250的 光源封装件252，光源封装件孔250内装有配置在光源基板256上的发光元件260。在一个具 体示例中，光源模块264可包括发光元件260所发射的光线通路中的一个或多个偏振元件。 在一个示例中，偏振元件可以是一个或多个偏振器、四分之一波片、半波片或其组合。在一 个示例中，偏振元件可位于由光源封装件252形成的腔体内。在另一示例中，偏振元件可至 少部分地位于光源封装件孔250内。在另一示例中，偏振元件可位于光源封装件252外部的 发光元件的光线通路中。
图25A显示了将光检测系统和光源相结合的另一传感器系统。在此示例中，传感器系统 240包括具有封装件孔212的封装件216，封装件孔212内设有光检测系统，所述光检测系统 包括嵌入基板226中的光敏元件(传感器)228。封装件216包括光谱滤光片222，光谱滤光 片222包括多个覆盖光敏元件228的光谱滤光片元件。传感器系统240包括具有光源封装件 孔250的光源封装件252，光源封装件孔250内设有配置在光源基板256上的一个或多个光 源254。在一个示例中，光源254可通过光谱(发射光282)照射目标区域，如目标场景或对象，使光敏元件228检测到因与目标区域相互作用引起的光谱(接收光280)变化。
在一个示例中，由光源254提供由控制电路340控制的调制照明。在一个示例中，在光 敏元件228处收集光线，然后直接输出，也可作为代表光谱响应的信号输出到计算设备240 的计算模块330。在一个示例中，可以调制光源254，以提高传感器系统240的性能。例如， 可以调制光源254的发射强度、光谱、相位和偏振。
在一个具体实施示例中，可以调制光源254，防止传感器系统240饱和，同时保持高信 噪比(SNR)。可利用光源254和光检测系统之间的反馈机构，增加光源254的电流，直至达到阈值。例如，可增加进入光源254的电流，直至其接近光敏元件228的饱和度。在一个示 例中，如果超过阈值，反馈机构将减小进入光源254的电流。在采用此示例的一个示例中， 在操作过程中，可以获得并保持最大SNR。在另一示例中，反馈机构可用于增加进入光源254的电流，直至传感器系统240确定SNR达到足以使传感器系统240减少进入光源254的电流的最小阈值，从而达到节能省电的目的。
在另一具体实施示例中，可以调制光源254，以区分光源254产生的信号和环境光。在 一个示例中，可以利用调制减少环境光的影响。在一个具体示例中，在光源254调制过程中， 反馈机构将光源254的参数传输到传感器系统240，在一个示例中，基本上，可以确定的是， 检测信号中未遵循调制步骤所产生的影响由环境光引起，因此这部分影响可以在后处理中予 以消除。在一个具体相关示例中，通过消除环境光的影响，提高了距离光谱测量精度。
再次参见图20，在一个示例中，光源(如光源254)将具有相对已知的受控发射参数。 在一个示例中，发射参数可以是光谱、强度、相位和偏振中的一个或多个参数。在一个示例 中，已知受控发射参数可与光谱系统(如传感器系统240)结合使用，以获得来自目标区域 (如场景或对象或其一部分)的光谱信息。
在另一示例中，具有已知受控发射参数的光源(如光源254)可用于校准光谱传感器， 如传感器系统240。在另一具体示例中，可使用光源(如光源254)与光谱传感器(如传感器 系统240的光谱传感器)的组合进行测量值认证。在一个示例中，预计已知光源的发射参数 将与光谱系统检测到的参数相匹配。在一个示例中，例如，利用“已知”参数，可以确认光源正在照射的目标区域与光谱传感器正在检测的目标区域相同。
再次参见图20，光源可与光检测系统配对，作为用于校准和/或控制光检测的反馈机构 的一部分，并同时作为用于校准和/或控制一个或多个光源的反馈机构的一部分。在一个示例 中，校准可以是用于提供来自光谱模块和/或光谱感测系统的可靠光谱测量值的基本要素。在 一个示例中，在生产过程中，通过比较光谱模块对一个或多个已知照明源的响应并对任何实 测差值进行补偿，即可执行校准。在另一示例中，光传感器或光源的老化以及温度漂移等因 素都会影响光谱模块的性能。例如，照明属性以及传感器的光谱响应可根据生产后工艺、温 度变化和传感器使用中遇到的其他变化而发生改变。在一个示例中，校准步骤可包括一个闭 环过程，以测量传感器系统的属性，并校正不良系统性能。在一个具体示例中，可采用反射 法，反射已知目标发出的光线，并以此为基准进行测量。
图25B和25C为将光检测系统和光源相结合进行双模快门校准的传感器系统的侧视图。 在一个示例中，传感器系统封装件内设有一个或多个专用照明源(光源254)和一个或多个 光感测阵列(光敏元件228)。在此示例中，包括图25B和25C中的可控透射/反射机构(快 门)--316A和316B(如液晶快门或机械快门)，如316B所示，快门打开后，光线可进入封装件，也可如316B所示关闭快门，有效阻止光线进入封装件。在图25B所示的示例中，光源254在快门关闭(316A)时发光，快门反射光源254发出的光线，以照射所述一个或多个光 感测阵列。在一个相关示例中，快门提供了用于将光反射回光感测阵列的反射面。在图25C 的实施例中，快门打开(316B)，一个或多个光敏元件228检测到入射光。在一个相关示例中，快门打开时，光源254经过调整可进一步照射场景。
在一个具体实施和操作示例中，所述快门采用施加电压时用来阻挡光线的液晶快门。在 一个示例中，液晶快门包括液晶显示器，所述液晶显示器包括覆盖封装件开口的单个大像素， 其中，快门在透明状态下“打开”，在不透明状态下“关闭”。在一个示例中，例如，通过 施加方波驱动电压，即可在打开和关闭状态之间切换显示。在一个替代示例中，快门包括具 有可动叶片或叶状物的机械机构，可以控制入射光线通过封装件开口的时间长度。
参见图25B，在一个示例中，当快门处于反射模式时，光从照明源反射到光感测阵列， 以提供校准基准。参见图25C，在一个示例中，当快门处于透射模式时，照明源可照射场景， 同时来自场景的输入光可到达光感测阵列。在一个示例中，感测到入射光之后，将其与基准 进行比较，以获得此场景的校正和/或校准光谱。
在一个具体实施示例中，传感器系统封装件中可包含照明源和传感器模块，其中，传感 器系统封装件包括可控透射/反射机构(快门)。在一个替代示例中，传感器模块包括一个或 多个照明源和一个或多个光感测元件以及一个或多个快门。在另一具体示例中，在传感器模 块中，照明源和光感测元件之间设有阻挡面或闸门。在一个替代示例中，在没有阻挡面或闸 门的情况下，设置照明源和光感测元件。在一些实施例中，图25B和25C的系统可用于移动 设备。移动设备的示例包括但不限于智能手机、智能手表、校准设备、医疗设备、健身器材 和全民监测设备。
图25D为光谱传感器校准方法的逻辑图。此方法从步骤500开始，将可控透射/反射机构 (快门)设置为反射(关闭)模式，然后继续步骤502，一个或多个光感测元件对从快门反 射的光进行采样，以产生校准基准。在一个示例中，快门具有相应顶面和相应底面，其中， 顶面经过调整可面向场景或对象，底面经过调整可面向一个或多个照明源和一个或多个光感 测元件。在一个具体示例中，快门底面可至少部分反射照明源发射的光线。在另一示例中， 所述一个或多个照明源和光感测元件位于容器内，快门可基本控制进入容器的光线。在步骤 504中，快门设置为透射(打开)模式，在步骤506中，照明源用于照射场景或对象。在替 代步骤中，利用自然和/或外部照明源照射场景或对象，在另一示例中，除照明源以外，还可 利用自然和/或外部照明源照射场景或对象。然后继续步骤508，光感测元件对来自场景或对 象的入射光进行采样，以产生测量输出，然后继续步骤510，将测量输出与校准基准进行比 较，产生场景或对象的光谱图像。
图25E为另一种用于校准光谱传感器的方法的逻辑图。此方法从步骤520开始，将可控 透射/反射机构(快门)设置为反射(关闭)模式，然后继续步骤522，一个或多个光感测元 件对从快门反射的光进行采样，以生成校准基准。在一个示例中，快门具有相应顶面和相应 底面，其中，顶面经过调整可面向场景或对象，底面经过调整可面向一个或多个照明源和一 个或多个光感测元件。在一个具体示例中，快门底面可至少部分反射照明源发射的光线。在 另一示例中，所述一个或多个照明源和光感测元件位于容器内，快门可基本控制进入容器的 光线。在步骤524中，快门设置为透射(打开)模式，在步骤528中，照明源用于照射场景 或对象。在替代步骤中，利用自然和/或外部照明源照射场景或对象，在另一示例中，除照明 源以外，还可利用自然和/或外部照明源照射场景或对象。然后继续步骤530，光感测元件对 来自场景或对象的入射光进行采样，以产生测量输出。然后继续步骤532，确定是否已接收 所需或最小数量的样本，当未接收到所需或最小数量的样本时，此方法返回步骤520，重复 步骤520到530。当已经接收到所需或最小数量的样本时，继续步骤534，将测量输出与校准 基准进行比较，产生场景或对象的光谱图像。在一个替代示例中，步骤534可直接从步骤530 开始继续，然后在步骤532中确定是否已接收到最小或所需数量的样本；在一个替代示例中， 在附加步骤(未示出)中产生场景或对象的最终光谱图像。
在一个示例中，在“调谐”过程中，将测量输出的逐次比较与一个或多个校准基准进行 比较，以产生场景或对象的光谱图像。通过逐次获得具有不同照明源光谱的校准基准和测量 值，可以获得场景或对象的更多信息(如其他光源的存在)。
图25F和25G为将光检测系统和光源相结合进行双模快门校准的另一传感器系统的侧视 图。在此示例中，将光谱模块(参见图25B所示的光谱模块)作为校准模块，此模块作为包 括一个或多个附加光感测元件(如光敏元件228)的传感器系统320的一部分。在一个示例 中，在同一过程中，使用附加光敏元件制作校准模块的光敏元件228和集成光谱滤光片222。 在一个示例中，在同一过程中制作校准和测量元件可减少制作过程中的可变性。在一个示例 中，一部分传感器起到校准作用，降低了透射/反射机构(快门)(316A和316B)的复杂度 和/或价格，减少了快门成本。在图25F所示的示例中，当快门关闭(316A)时，一个或多个 光源254经过调整可用于照明，快门反射光源254发出的光线，照射由光敏元件228组成的 一个或多个光感测阵列，从而用于校准。在此示例中，即使快门关闭进行校准时，附加光敏 元件228也可对来自场景或对象的光进行采样。在图25G的示例中，快门打开，校准用光敏 元件228组成的一个或多个光感测阵列和光敏元件228组成的附加光感测阵列检测到入射光。
如图19A和19B所述，基于干涉的滤光片(如法布里-珀罗滤光片)对入射光的入射角敏 感。通过基于干涉的滤光片的光线的入射角可以限定基于干涉的滤光片的光谱透过率。在一 个示例中，改变入射角会使中心波长和透射光谱的宽度发生改变。在一个示例中，利用入射 角变化或差异引起的中心波长变化，即可分析入射光的光谱。
图26A为光谱仪系统的侧视图，其中显示了根据入射光的入射角130测定的中心波长的 变化。在此示例中，单个基于干涉的滤光片(光谱滤光片222)下方设有一组光敏元件228， 形成宏像素400。在此示例中，该组光敏元件228配置为具有相应顶面和相应底面的层，单 个光谱滤光片222具有相应顶面和相应底面，光谱滤光片222的底面靠近该组光敏元件228 的顶面。在一个示例中，单个基于干涉的滤光片上方开有具有相应顶面和相应底面的单孔(封 装件孔212)。在一个示例中，单孔的大小及其相对于光敏元件组中单个光敏元件的位置限 定了入射光入射到单个光敏元件的角度。在一个示例中，入射光的入射角限定了单个基于干 涉的滤光片在每个光敏元件的方向上的透射光谱，相应地，对于包括宏像素的光感测元件组 中的其他光感测元件，光感测元件组中的每个光敏元件可测量不同的光谱线型。
在一个具体示例中，利用来自包括宏像素的一组光感测元件中的不同光感测元件的输出， 即可测定不同的光谱响应，其中，产生不同光谱响应的原因至少部分归结为到达不同光感测 元件的光线具有不同的中心波长。在一个示例中，由于光的中心波长不同而产生的光谱响应 会使实测光谱出现少量修改。
在一个具体实施和操作示例中，一种传感器模块包括具有相应底面和相应顶面的基板， 基板的顶面上设有一组或多组光敏元件。传感器模块进一步包括作为一层配置的具有相应顶 面和相应底面的一个或多个干涉滤光片，其中，一个或多个干涉滤光片的底部位于一组或多 组光敏元件的顶部，其中，一个或多个干涉滤光片中的每个干涉滤光片可使预定波长范围内 的光线通过。一个或多个干涉滤光片中的每个干涉滤光片与一组或多组光敏元件中的一组相 关联。传感器模块进一步包括一个或多个孔，每个孔具有相应顶面和相应底面，其中，每个 孔的底面位于一个或多个干涉滤光片中的一个干涉滤光片上方。在一个具体相关示例中，一 个或多个孔中的每个孔具有相应的宽度和深度，孔的宽度和深度共同限定了一个或多个干涉 滤光片顶面处接收的光线的入射角。在另一具体相关示例中，根据一个或多个干涉滤光片中 每个干涉滤光片处接收的光线的入射角，该组光敏元件中每个光敏元件的位置经过调整可增 加传感器模块的光谱分辨率。
图26B为另一光谱仪系统的侧视图，其中显示了根据入射光的入射角测定的中心波长的 变化。在一个示例中，孔(如图26A所示的封装件孔212)相对于宏像素中心偏移。在一个 示例中，偏置孔扩大了包括宏像素的光敏元件228组中的光敏元件228处接收的入射光130 的入射角的角度范围。图26C为相对于宏像素中心的偏置孔的俯视图。在一个示例中，将孔 位于靠近包括一组光敏元件的宏像素角点的位置，即可为该组光感测元件的入射光430的入 射角提供相对较宽的分布，此方法可用于为测量光谱提供相对较宽的光谱扩展，如宏像素上 的9个子象限431。
图26D为光谱传感器系统420的侧视图，其中显示了宏像素450与基于干涉的滤光片(光 谱滤光片222A-222C)和孔相关。在一个示例中，在光谱仪系统中，包括宏像素450的多组 光感测元件与光谱滤光片222A、222B或222C相关联，其中，光谱滤光片222A-222C中的每 个光谱滤光片显现出不同的透射线型，222A、222B和222C中的每个光谱滤光片具有用于入 射光130收集的关联孔。
在一个具体实施和操作示例中，一种传感器模块包括一个具有相应底面和相应顶面的基 板，基板顶面上设有多组光敏元件。传感器模块进一步包括配置为具有相应顶面和相应底面 的层的多个干涉滤光片，其中，多个干涉滤光片的底面位于一组或多组光敏元件的顶部，其 中，所述多个干涉滤光片中的每个干涉滤光片可使预定波长范围内的光线通过。所述多个干 涉滤光片中的每个干涉滤光片与一组多个光敏元件相关联。传感器模块进一步包括多个孔， 每个孔具有相应顶面和相应底面，其中，所述多个孔中的每个孔的底面位于多个干涉滤光片 中的一个干涉滤光片上方。在一个具体相关示例中，多个孔中的每个孔具有相应的宽度和深 度，孔的宽度和深度共同限定了一个或多个干涉滤光片顶面处接收的光线的入射角。在另一 具体相关示例中，所述多个干涉滤光片中的至少某些干涉滤光片可使不同波长范围内的光线 通过。在另一具体相关示例中，多个孔中的至少一些孔的宽度和深度可提供不同的入射光入 射角范围。
在一个具体相关实施示例中，多个孔中的不同孔可由不透明区域分隔和/或与不透明区域 相关联，不透明区域内的孔的底面上沉积有反射层。在一个示例中，所述多个干涉滤光片中 的一个干涉滤光片的顶面处的反射光随后可以在不透明区域的底面处反射，直至其到达具有 所需透射参数的基于干涉的滤光片。在一个示例中，所述多个干涉滤光片中的每个干涉滤光 片通过气隙与相邻的干涉滤光片分隔。在一个替代示例中，所述多个干涉滤光片中的每个干 涉滤光片与相邻的干涉滤光片通过气隙分隔。
图26E为26D示例性光谱仪系统的侧视图，其中显示了利用反射孔进行的光传播。在此 示例中，两条具有不同中心波长λ1和λ2的入射光线通过左孔。在此示例中，光谱滤光片222A 可透射波长为λ1的光线，并抑制其他波长；因此抑制了波长为λ2的光线。在一个示例中， 通过纳入多个孔之间的不透明底面上的反射面230，可以反射抑制光线，直至其到达允许透 射波长λ2的光谱滤光片222B。
图26F为另一光谱仪系统的侧视图，其中显示了宏像素与基于干涉的滤光片和孔相关。 在此示例中，多个光谱滤光片222与单个宏像素470和封装件孔212相关联。在一个示例中， 通过采用一个具有预定透射特性的光谱滤光片222，即可补偿通过封装件孔212的入射光130 的入射角。在一个具体实施和操作示例中，传感器模块包括具有相应底面和相应顶面的基板 226，基板226的顶面上设有多组光敏元件228。传感器模块进一步包括多组配置为具有相应 顶面和相应底面的层的光谱滤光片222，其中，多组光谱滤光片222的底面位于一组或多组 光敏元件228的顶部，其中，所述多个光谱滤光片222中的每个光谱滤光片222可使预定波 长范围内的光线通过。在一个示例中，一组光谱滤光片222中的每个光谱滤光片222与一组 光敏元件228相关联。传感器模块进一步包括多个封装件孔212，每个封装件孔212具有相 应顶面和相应底面，其中，所述多个封装件孔212中的每个封装件孔212的底面位于一组光 谱滤光片222的上方。在一个示例中，根据通过与光谱滤光片222和微像素470相关联的封 装件孔212的光线的入射角，确定至少部分光谱滤光片222的预定透射特性。在此示例中， 进一步确定光谱滤光片222的预定透射特性，以补偿通过相关联封装件孔212的光线的选定 入射角。
图26G为另一光谱仪系统的侧视图，其中显示了宏像素与基于干涉的滤光片和孔相关。 在此示例中，多个宏像素450中的每个宏像素与其对应的封装件孔212相邻，并提供一个宏 像素450和封装件孔212对。在一个示例中，与宏像素450和封装件孔212对相关联的光谱 滤光片222(如基于干涉的滤光片)的设置可使包括宏像素450的一组光敏元件228中的光 敏元件228以基本相同的入射角接收到入射角足以越过多个封装件孔212的光线。在一个具 体示例中，通过相邻封装件孔212、入射角足够大的光线可以覆盖与相邻宏像素450共用的 光谱滤光片222。
在一个示例中，角度选择元件的构造可为通过孔的光提供各种类型的控制。关于示例性 结构，可查阅第17/007,254号美国专利申请图12A–12F，所述美国专利申请通过本发明的 整体引用，成为本发明的一部分。
图26H和26I为光谱仪系统的侧视图，其中显示了利用透镜控制宏像素下接收的入射角。 在图26H的示例中，具有相应顶面和相应底面的封装件孔212包括一个具有相应顶面和相应 底面的透镜(微透镜462)，微透镜462的底面位于封装件孔212顶面的正上方，孔的底面 面向一个或多个宏像素。在一个示例中，微透镜462的顶面经过调整可缩小宏像素452的单 个光谱滤光片222上的入射光130的入射角。在图26I的示例中，微透镜462的顶面经过调 整可缩小与宏像素452相关联的一组光谱滤光片222上的入射光的入射角。
在此示例中，一个或多个透镜可用于沿着垂直于包含宏像素的图像传感器表面的方向重 定向广角的入射光线，从而产生基本准直的光束。在一个具体实施和操作示例中，参见图1， 具有相应顶面、相应底面和相应多个侧面的封装件16，顶面包括封装件孔12，顶面、多个侧 面和底面形成一个腔体。在一个示例中，封装件孔12的顶部设有一个或多个透镜，其中，所 述一个或多个透镜经过调整可沿着与封装件16顶面基本垂直的方向重定向入射光。
在一个示例中，封装件16腔体内设有具有相应底面和相应顶面的基板26，基板26的底 面耦合到封装件16的底面，基板26的顶面上设有一组或多组光敏元件28。在此示例中，所 述多个光敏元件28的顶部设有多组具有相应顶面和相应底面的干涉滤光片。
图26J为光谱仪系统的侧视图，其中显示了利用微透镜控制宏像素下接收的入射角。在 一个示例中，多个宏像素452与多个封装件孔212相关联，以产生宏像素452和封装件孔212 对，其中，微透镜462阵列的配置使阵列的每个微透镜462与宏像素452和封装件孔212对 中的封装件孔212相关联。
图26K为另一光谱仪系统的侧视图，其中显示了利用微透镜控制宏像素下接收的入射角。 在一个示例中，多个宏像素450与多个封装件孔212相关联，以产生多个宏像素450和封装 件孔212对。在此示例中，每个封装件孔212还与微透镜462相关联，使得通过封装件孔212 的光线的入射角包含足以通过相邻宏像素450和封装件孔212对的入射角。在一个示例中， 位于包括宏像素450的一组光敏元件228的边界处的单个光敏元件228可接收横穿相邻宏像 素450和封装件孔212对的光线。在一个示例中，利用两个相邻宏像素450的边界处的光敏 元件228，可以检测到入射角基本相同的光线。
需要注意，本文中可使用的术语(如比特流、流、信号序列等(或其等效术语))已互换使用，以描述内容对应于任何所需类型(例如数据、视频、语音、文本、图形、音频等， 其中任何一种类型通常可称为‘数据’)的数字信息。
本文中使用的术语“基本上”和“大约”为其对应术语和/或项目之间的相关性提供了行 业认可的公差。对于某些行业，行业认可的公差小于1％，对于其他行业，行业认可的公差为 10％或更高。其他行业认可的公差示例范围从小于1％到50％不等。行业认可的公差对应于(但 不限于)分量值、集成电路制程变化、温度变化、上升和下降时间、热噪声、尺寸、信号传 导错误、分组丢失、温度、压力、材料组成和/或性能指标。行业内可接受公差的公差方差可 能大于或小于一个百分率水平(例如，尺寸公差小于+/-1％)。项目之间一定相关性的范围可 能从小于一个百分率水平的差异到几个百分率水平不等。项目之间其他相关性的范围从几个 百分率的差异到差异幅值不等。
本文中也可使用术语“配置为”、“可操作地耦合到”、“耦合到”和/或“耦合”，这 些术语包括项目之间的直接耦合和/或项目之间通过中间项目(例如，项目包括但不限于组件、 元件、电路和/或模块)间接耦合，其中，以间接耦合为例，中间项目不修改信号信息，但可 以调整其电流电平、电压电平和/或功率电平。本文进一步使用的术语“推断耦合”(即根据 推断，其中一个元件耦合到另一元件)包括两个项目之间以“耦合到”的相同方式直接和间 接耦合。
本文中进一步使用的术语“配置为”、“可操作以”、“耦合到”或“可操作地耦合到”表示一个项目包括电源连接、输入、输出等中的一个或多个，以便在激活时执行一个或多个对应的功能，并可进一步包括与一个或多个其他项目的推断耦合。本文中进一步使用的术语 “相关联”包括单独项目和/或嵌入另一项目中的一个项目的直接和/或间接耦合。
本文中使用的术语“有利比较”表示两个或多个项目、信号等之间进行比较后可以得出 所需的关系。例如当所需关系为信号1的幅值大于信号2的幅值时，可以实现有利的比较， 此时信号1的幅值大于信号2的幅值，或信号2的幅值小于信号1的幅值。本文中使用的术 语“不利比较”表示两个或多个项目、信号等之间进行比较后未能得出所需的关系。
本文中使用的一个或多个权利要求可包括(以这种一般形式的特定形式存在)短语“a、 b和c中的至少一个”或一般形式“a、b或c中的至少一个”，其要素多于或少于“a”、“b”和“c”。在任何一种表达方式中，可以按照完全相同的方式解释短语。特别是，“a、b和c 中的至少一个”相当于“a、b或c中的至少一个”，且应指a、b和/或c。例如，其意指： 仅“a”、仅“b”、仅“c”、“a”和“b”、“a”和“c”、“b”和“c”和/或“a”、“b” 和“c”。
本文中使用的术语“处理模块”、“处理电路”、“处理器”、“处理线路”和/或“处 理单元”可以是单个处理设备或多个处理设备。这种处理设备可以是微处理器、微控制器、 数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑装置、状态 机、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或任何基于电路和/或操作指令的硬编码对信号(模 拟和/或数字信号)进行操纵的设备。处理模块、模块、处理电路、处理线路和/或处理单元 可以是或进一步包括存储器和/或集成存储元件，可以是单个存储设备、多个存储设备和/或另一处理模块、模块、处理电路、处理线路和/或处理单元的嵌入式线路。这种存储设备可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、高速缓冲存储器和/或任何数字信息存储设备。需要注意，如果处理模块、模块、处理电路、处理线路和/或处理单元包含多个处理设备，处理设备可以居中设置(例如，通过有线和/或无线总线结构直接耦合在一起)或分散设置(例如，通过局域网和/或广域网，经由间接耦合进行云计算)。还需要注意的是，如果处理模块、模块、处理电路、处理线路和/或处理单元通过状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路实现其一项或多项功能，则存储 对应操作指令的存储器和/或存储元件可以嵌入包含状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑 电路的电路内部，或位于该电路的外部。还需要注意的是，存储元件可存储对应于一个或多 个附图所示的至少某些步骤和/或功能的硬编码和/或操作指令，并且处理模块、模块、处理 电路、处理线路和/或处理单元也可执行这些硬编码和/或操作指令。制造品中可包含这种存 储设备或存储元件。
本文借助方法步骤对上述一个或多个实施例进行了介绍，举例说明了指定功能的表现及 指定功能之间的关系。为了便于描述，本文对这些功能构建块和方法步骤的边界和顺序进行 了任意定义。只要指定功能和关系能够得以适当执行，就可以定义替代边界和顺序。因此， 任何这种替代边界和顺序都未超出权利要求书的范围和精神。此外，为了便于描述，本文对 这些功能构建块的边界进行了任意定义。只要某些重要功能能够得以适当执行，就可以定义 替代边界。同样，本文还可以任意定义流程图块，以举例说明某些重要功能。
从所使用的程度上来讲，流程图块边界和顺序可以通过其他方式进行定义，并且仍然可 以执行某些重要功能。因此，功能构建块以及流程图块和序列的这种替代定义未超出权利要 求书的范围和精神。本领域普通技术人员还将认识到，按照所示内容(或者通过离散构件、 专用集成电路、执行合适软件的处理器等或其组合)即可实现功能构建块以及本文中的其他 说明块、模块和组件。
此外，流程图可包括“开始”和/或“继续”指示。“开始”和“继续”指示反映了所示步骤可选地纳入或以其他方式结合使用一个或多个其他例行程序。此外，流程图还可包括“结 束”和/或“继续”指示。“结束”和/或“继续”指示反映了可以按照所述和所示内容结束所示步骤，或者可选地纳入或以其他方式结合使用一个或多个其他例行程序。在这种情况下， “开始”表示所示第一步开始，并且第一步之前还可能进行过未具体显示的其他活动。此外， “继续”指示反映了所示步骤可多次执行和/或随后可能出现未具体显示的其他活动。此外， 虽然流程图显示了特定的步骤次序，但是如果能够保持因果关系原则，也可能存在其他次序。
本文中使用的一个或多个实施例旨在说明一个或多个方面、一个或多个特征、一个或多 个概念和/或一个或多个示例。器械、制造品、机器和/或制程的物理实施例可包括参照本文 所述实施例中的一个或多个实施例进行介绍的方面、特征、概念、示例等中的一个或多个方 面、特征、概念、示例等。此外，如图所示，实施例可包含相同或命名相似的功能、步骤、 模块等，这些功能、步骤、模块等可使用相同或不同的参考编号，因此，所述功能、步骤、 模块等可以是相同或相似的功能、步骤、模块等，或者不同的功能、步骤、模块等。
除非有明确的相反规定，否则发送到本文所示任何附图中的某个附图中的元件、来自这 些元件和/或这些元件之间的信号可以是模拟或数字、连续时间或离散时间以及单端或差分信 号。例如，如果信号路径显示为单端路径，则此路径还表示差分信号路径。同样，如果信号 路径显示为差分路径，则此路径还表示单端信号路径。本领域普通技术人员认识到，虽然本 文介绍了一个或多个特定架构，但是同样可以实现其他架构，即采用一个或多个数据总线(未 明确显示)、元件间直接连接和/或其他元件间的间接耦合。
术语“模块”用于描述所述实施例中的一个或多个实施例。模块通过处理器或其他处理 设备或其他硬件(可包含存储操作指令的存储器或与此存储器关联运行)等设备，即可实现 一项或多项功能。模块可独立运行和/或与软件和/或固件一起运行。本文中使用的模块可包 含一个或多个子模块，每个子模块可以是一个或多个模块。
本文中进一步使用的计算机可读存储器包括一个或多个存储元件。存储元件可以是单独 的存储设备、多个存储设备或存储设备内的一组存储位置。这种存储设备可以是只读存储器、 随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、高速 缓冲存储器和/或任何数字信息存储设备。存储设备的形式可以是固态存储器、硬盘驱动器存 储器、云存储器、拇指驱动器、服务器存储器、计算设备存储器和/或其他用于存储数字信息 的物理介质。
虽然本文对一个或多个实施例的各种功能和特征的特定组合进行了介绍，但是这些特征 和功能的其他组合同样可以存在。本公开不受本文所公开特定示例的限制，并且明确包含了 上述其他组合。

Claims (25)

1.一种传感器系统，包括：
多组配置在一层中具有相应顶面和相应底面的光学传感器；
多组配置在一层中具有相应顶面和相应底面的光学滤光片，其中，所述多组光学滤光片的底面靠近所述多组光学传感器的顶面，其中，所述多组光学滤光片中的一组光学滤光片包括多个以某种方式排列的光学滤光片，其中，所述多个光学滤光片中的部分光学滤光片可使不同波长范围内的光线通过；
一个或多个配置为一层具有相应顶面和相应底面的带阻滤光片；
具有相应顶面和相应底面的第一组光学元件；其中，将所述一个或多个带阻滤光片和所述第一组光学元件配置在堆栈中，其中，所述堆栈位于所述多组光学滤光片顶层上方；以及
一个或多个处理模块，其中，所述一个或多个处理模块可接收所述多组光学传感器中每个光学传感器的输出，其中，所述一个或多个处理模块可进一步根据输出生成光谱响应。
2.根据权利要求1所述的传感器系统，进一步包括一个或多个具有相应顶面和相应底面的扩散元件，其中，将所述一个或多个带阻滤光片和所述第一组光学元件配置在具有一个或多个扩散元件的堆栈中，其中，所述堆栈位于所述多组光学滤光片顶层上方。
3.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，所述传感器系统进一步包括具有相应顶面和相应底面的第二组光学元件，其中，所述第二组光学元件的底面位于所述第一组光学元件的顶部。
4.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，所述多个光学滤光片包括干涉滤光片。
5.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，所述一个或多个带阻滤光片中的每个带阻滤光片经过调整可限制预定波长范围以外的光波长通过所述带阻滤光片。
6.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，从包括以下几项的一组中选择所述第一组光学元件中的一个光学元件：孔径光阑、透镜、色散元件、光纤板、针孔、微透镜、微光栅、纳米级透镜和多个挡板，其中，所述多个挡板中的每个挡板延伸至所述第一组光学元件的相应底面。
7.根据权利要求3所述的传感器系统，其中，从包括以下几项的一组中选择所述第二组光学元件中的至少一个光学元件：针孔、透镜、孔径光阑、光圈、超透镜、平面透镜、色散元件和透镜堆栈。
8.根据权利要求1所述的传感器系统，进一步包括：
一个容器，所述容器具有相应的顶面、相应的底面和相应的多个侧面，所述顶面包括一个容器开口，其中，所述顶面、多个侧面和底面形成一个腔体；其中，至少所述多组光学传感器、多组光学滤光片和第一组光学元件位于腔体内。
9.根据权利要求8所述的传感器系统；其中，所述多组光学传感器的底面靠近所述容器的底面。
10.根据权利要求8所述的传感器系统，其中，所述一个或多个处理模块的底面靠近所述容器的底面。
11.根据权利要求8所述的传感器系统，其中，基本透明材料至少部分位于所述容器开口内。
12.根据权利要求8所述的传感器系统，进一步包括：
一个或多个扩散元件，其中，所述一个或多个带阻滤光片、一个或多个扩散元件以及第二组光学元件中的一个或多个光学元件中的至少一个至少部分位于所述容器开口内。
13.根据权利要求8所述的传感器系统，其中，所述容器的相应顶面、多个侧面和底面的至少一部分经过调整可反射进入腔体内的光线。
14.根据权利要求8所述的传感器系统，进一步包括：
一个容器，所述容器具有相应的底面和相应的多个侧面，所述多个侧面形成一个容器开口，其中，所述顶面、所述多个侧面和所述底面形成一个腔体；其中，至少所述多组光学传感器、所述多组光学滤光片和所述第一组光学元件位于腔体内。
15.一种光学传感器系统的生产方法，所述方法包括以下步骤：
在集成电路上形成光学传感器阵列，所述光学传感器阵列具有相应的顶面；
形成多个具有相应顶面和相应底面的光学滤光片，其中，所述多个光学滤光片的底面靠近所述光学传感器阵列的顶面；
形成具有相应顶面和相应底面的带阻滤光片；
形成具有相应顶面和相应底面的第一组光学元件；
将带阻滤光片和第一组光学元件配置在具有相应顶面和相应底面的堆栈中；以及
将堆栈的底面放置在所述多组光学滤光片的顶面顶部。
将光学传感器阵列耦合到一个或多个处理模块，其中，将所述一个或多个处理模块配置在具有相应顶面和相应底面的基板上，其中，所述基板可提供一个或多个电气连接点。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括以下步骤：
形成具有相应顶面和相应底面的扩散元件；
将带阻滤光片、第一组光学元件和扩散元件配置在具有相应顶面和相应底面的堆栈中；以及
将堆栈的底面放置在所述多组光学滤光片的顶面顶部。
17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括以下步骤：
形成具有相应顶面和相应底面的第二组光学元件；以及
将第二组光学元件的底面放置在堆栈的顶面顶部。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述带阻滤光片包括多个带阻滤光片元件。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述扩散元件包括多个扩散子元件。
20.根据权利要求15所述的方法，进一步包括以下步骤：
形成一个具有相应顶面、相应底面和多个相应侧面的容器，其中，所述容器的多个侧面和底面形成一个腔体，其中，所述顶面包括一个通向腔体的开口；以及
将集成电路和多个光学滤光片放置在腔体内。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括以下步骤：
将基板的底面放置在容器的底面。
22.根据权利要求20所述的方法，进一步包括以下步骤：
在顶面、多个侧面和底面的至少一部分上形成一个反射面，其中，所述反射面可反射进入腔体内的光线。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，所述光学滤光片是干涉滤光片。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，所述光学滤光片是法布里-珀罗滤光片。
25.根据权利要求20所述的方法，其中，在集成电路的背面形成所述光学传感器阵列。
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