CN210953796U - 一种光谱分析设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了光谱分析设备，包括分析装置和设于移动装置内的分析模块，分析装置包括移动装置匹配的接口，还包括控制器、多波段滤光图像传感器和补光模块，控制器的输入端和多波段滤光图像传感器的输出端分别连接接口，控制器的输出端分别连接多波段滤光图像传感器的输入端和补光模块的输入端；所述多波段滤光图像传感器包括基底电路层，基底电路层内设有光敏器件层，基底电路层顶部设有平坦层，光敏器件层顶部设有滤光结构层，滤光结构层位于平坦层内，平坦层顶部设有聚焦结构层；所述滤光结构层为纳米结构阵列，至少有四种纳米结构阵列，纳米结构阵列包括多个纳米单元，四种纳米结构阵列中的纳米单元的直径和周期均不同。
Description
技术领域
本实用新型涉及光谱分析领域，特别是涉及一种光谱分析设备。
背景技术
随着图像处理技术的发展，通过获取皮肤图像，进而对图像进行分析，从而实现皮肤无创检测已成为皮肤美容保健领域的研究热点。同时随着人们的保健意识以及对护肤需求的不断提高，消费者对于皮肤各项特性如水分、肤质、皮肤老化及斑点情况等的检测装置有了更多的需求。
基于皮肤图像的分析装置其重点在于提取皮肤的光谱信息，其核心在于利用图像传感器对光谱信息的提取，传统的皮肤分析装置中的图像传感器通过彩色滤光片只能检测2-3种光谱信息，检测功能单一，无法检测完整光谱，从而导致其测试结果准确度差；同时针对提取紫外或近红外等特殊光谱信息，检测装置还需要复杂的光学结构，从而导致设备体积庞大，价格昂贵。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种光谱分析设备，能够实现至少四种波长的光的选择，体积小，价格便宜。
技术方案：本实用新型的一种光谱分析设备，包括光谱分析装置和设于移动装置内的光谱分析模块，光谱分析装置包括移动装置匹配的接口，还包括控制器、多波段滤光图像传感器和补光模块，控制器的输入端和多波段滤光图像传感器连接接口，控制器的输出端分别连接多波段滤光图像传感器的输入端和补光模块的输入端；所述多波段滤光图像传感器包括基底电路层，基底电路层内设有光敏器件层，基底电路层顶部设有平坦层，光敏器件层顶部设有滤光结构层，滤光结构层位于平坦层内，平坦层顶部设有聚焦结构层；所述滤光结构层为纳米结构阵列，至少有四种纳米结构阵列，纳米结构阵列包括多个纳米单元，四种纳米结构阵列中的纳米单元的直径和周期均不同。
其中，所述光谱分析装置还包括壳体，接口设于壳体的一端，所述接口用于与外部移动设备相连，所述光谱分析装置通过接口将数据传入所述外部移动设备中，所述外部移动设备通过所述接口为所述光谱分析装置提供电源。
其中，所述光谱分析装置长小于2cm，宽小于2cm，厚度小于0.5mm。
其中，所述补光模块有多个，所有补光模块围绕着多波段滤光图像传感器设置。
其中，所述纳米结构阵列为硅纳米线阵列，纳米单元为硅纳米线，硅纳米线的高度小于1um，直径为50-150nm，周期为300-800nm。
其中，所述纳米结构阵列为纳米盘阵列，纳米单元为纳米盘，纳米盘的高度为50-200nm，周期为100-400nm，所述纳米盘阵列包括多个子阵列，各子阵列中的纳米柱的直径为50-200nm。
其中，所述纳米盘材料为非晶硅、铝或银。
其中，所述聚焦结构层包括周期性排列的多个纳米柱。
其中，所述纳米柱材料为透明导电氧化物、有机聚合物、或氮化硅。
其中，所述纳米柱为氮化硅纳米柱，氮化硅纳米柱的高度为50-100nm。
有益效果：本实用新型公开了一种光谱分析设备，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1)本实用新型通过设置至少四种纳米结构阵列，且四种纳米结构阵列中的纳米单元的直径和周期均不同，能够实现至少四种波长的光的选择，不需要像现有技术那样使用多种滤光片组合，因此设备体积小，成本低；
2)本实用新型的多波段滤光图像传感器中设有聚焦结构层，使得本设备集成了聚焦、探测、滤光多功能于一体，可以做成很薄的厚度。
附图说明
图1为本实用新型具体实施方式中分析装置的结构示意图；
图2为本实用新型具体实施方式中多波段滤光图像传感器的结构示意图。
具体实施方式
本具体实施方式公开了一种光谱分析设备，包括分析装置1和设于移动装置内的分析模块，如图1所示，分析装置1包括移动装置匹配的接口11，还包括壳体15、控制器12、多波段滤光图像传感器13和补光模块14，接口11设于壳体15的一端，控制器12的输入端和多波段滤光图像传感器13的输出端分别连接接口11，控制器12的输出端分别连接多波段滤光图像传感器13的输入端和补光模块14的输入端。如图2所示，多波段滤光图像传感器13包括基底电路层131，基底电路层131内设有光敏器件层132，基底电路层131顶部设有平坦层133，光敏器件层132顶部设有滤光结构层134，滤光结构层134位于平坦层133内，平坦层133顶部设有聚焦结构层135。滤光结构层134为纳米结构阵列，至少有四种纳米结构阵列，纳米结构阵列包括多个纳米单元，四种纳米结构阵列中的纳米单元的直径和周期均不同。
控制器12用于接收移动装置中分析模块发来的指令，并根据指令控制多波段滤光图像传感器13采集对应的光谱信息，采集的光谱信息通过接口11传递给移动装置中的分析模块，分析模块对光谱信息进行分析，得出分析结果并在移动装置中显示出来。控制器12和分析模块都是现有技术中分析设备的常用组成部分，控制器12的控制方法以及分析模块的分析方法均可采用现有技术实现，没有创新，不是本实用新型所要保护的点。控制器12可采用的型号为LM1117。分析模块可采用的型号为STM32F103RBT6。
补光模块14有多个，所有补光模块14围绕着多波段滤光图像传感器13设置。图1仅示出了有一个补光模块14的情形。补光模块14可采用LED灯。
移动装置可以是电脑或手机。
基底电路层131为半导体材料。光敏器件层132为光电二极管。平坦层133用于填充滤光结构层134之间的间隙，同时也作为折射率匹配层，可以建立一个均匀的光学环境，也为后续结构提供了一个平坦的表面，有利于后续结构的沉积。平坦层133可采用二氧化硅薄膜。
纳米结构阵列可以是硅纳米线阵列或者非晶硅纳米盘阵列。纳米结构阵列为硅纳米线阵列时，纳米单元为硅纳米线，硅纳米线的高度为1um，直径为50-150nm，周期为300-800nm。纳米结构阵列为非晶硅纳米盘阵列时，纳米单元为非晶硅纳米盘，非晶硅纳米盘的高度为50-200nm，直径为50-200nm，周期为100-400nm。在本申请另一实施例中，纳米结构阵列也可以为铝纳米盘或者银纳米盘，其中铝纳米盘不易氧化，在可见光范围内均可滤光；银纳米盘对波长选择性好，颜色饱和度好。
聚焦结构层135包括周期性排列的多个纳米柱，对可见光范围内的波长具有较大的透过率。纳米柱为透明导电氧化物纳米柱、有机聚合物纳米柱、氮化硅纳米柱中的任意一种。纳米柱为氮化硅纳米柱时，氮化硅纳米柱的高度为50-100nm，通过设置氮化硅纳米柱的周期和直径，可以在紫外-可见光-红外光范围内对入射光产生0到2π的相移，获得所需的任意相位轮廓，同时保持大的传输幅度，根据透镜面内不同位置所需相移并设计相应的纳米柱直径，从而在紫外-可见光-红外光范围内实现特定波段恒定的焦距。本设备中的聚焦结构层135可以实现多波段滤光的聚焦，能够替代现有技术中多种光学透镜组合的方案，现有技术中多种光学透镜组合后的结构复杂，厚度至少在厘米级别，而本设备通过设置了聚焦结构层135就能将设备厚度做到小于0.5mm，从而实现小型化，也降低了成本。
本实用新型中可能会涉及一些软件程序，例如控制器12内部可能会通过软件程序对其他模块进行控制，分析模块可能会通过软件程序对图像进行分析，但是这些软件程序都可以根据教科书、工具书、本领域的常规技术手段或者其他现有技术实现，不是本实用新型的创新之所在。本实用新型的创新仅仅在于分析设备的内部构造。
Claims (10)
1.一种光谱分析设备，其特征在于：包括光谱分析装置和设于移动装置内的光谱分析模块，光谱分析装置包括移动装置匹配的接口，还包括控制器、多波段滤光图像传感器和补光模块，控制器的输入端和多波段滤光图像传感器连接接口，控制器的输出端分别连接多波段滤光图像传感器的输入端和补光模块的输入端；所述多波段滤光图像传感器包括基底电路层，基底电路层内设有光敏器件层，基底电路层顶部设有平坦层，光敏器件层顶部设有滤光结构层，滤光结构层位于平坦层内，平坦层顶部设有聚焦结构层；所述滤光结构层为纳米结构阵列，至少有四种纳米结构阵列，纳米结构阵列包括多个纳米单元，四种纳米结构阵列中的纳米单元的直径和周期均不同。
2.根据权利要求1所述的光谱分析设备，其特征在于：所述光谱分析装置还包括壳体，接口设于壳体的一端，所述接口用于与外部移动设备相连，所述光谱分析装置通过接口将数据传入所述外部移动设备中，所述外部移动设备通过所述接口为所述光谱分析装置提供电源。
3.根据权利要求1所述的光谱分析设备，其特征在于：所述光谱分析装置长小于2cm，宽小于2cm，厚度小于0.5mm。
4.根据权利要求1所述的光谱分析设备，其特征在于：所述补光模块有多个，所有补光模块围绕着多波段滤光图像传感器设置。
5.根据权利要求1所述的光谱分析设备，其特征在于：所述纳米结构阵列为硅纳米线阵列，纳米单元为硅纳米线，硅纳米线的高度小于1um，直径为50-150nm，周期为300-800nm。
6.根据权利要求1所述的光谱分析设备，其特征在于：所述纳米结构阵列为纳米盘阵列，纳米单元为纳米盘，纳米盘的高度为50-200nm，周期为100-400nm，所述纳米盘阵列包括多个子阵列，各子阵列中的纳米柱的直径为50-200nm。
7.根据权利要求6所述的光谱分析设备，其特征在于：所述纳米盘的材料为非晶硅、铝或银。
8.根据权利要求1所述的光谱分析设备，其特征在于：所述聚焦结构层包括周期性排列的多个纳米柱。
9.根据权利要求8所述的光谱分析设备，其特征在于：所述纳米柱材料为透明导电氧化物、有机聚合物、或氮化硅。
10.根据权利要求8所述的光谱分析设备，其特征在于：所述纳米柱为氮化硅纳米柱，氮化硅纳米柱的高度为50-100nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921515861.8U CN210953796U (zh) | 2019-09-12 | 2019-09-12 | 一种光谱分析设备 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN210953796U true CN210953796U (zh) | 2020-07-07 |
Family
ID=71379957
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201921515861.8U Active CN210953796U (zh) | 2019-09-12 | 2019-09-12 | 一种光谱分析设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN210953796U (zh) |
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2019
- 2019-09-12 CN CN201921515861.8U patent/CN210953796U/zh active Active
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