CN219551691U - 光谱传感器、光谱传感器模组和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种光谱传感器、光谱传感器模组和电子设备。光谱传感器包括光谱芯片和光学组件。光谱芯片包括光调制层和光电探测层，光调制层在光电探测层的感测路径上设置于光电探测层的入光面一侧并包括调制单元。光电探测层被配置为获得经过至少一个调制单元所调制的光信号。光学组件接收来自被摄目标的光信号并将光信号导引至光谱芯片的光调制层。通过光阑形成的光斑分别覆盖光调制层的至少一个调制单元，其是用于获取恢复所述被摄目标的入射光的光信号的光谱信息的最小单元。由此改善光谱传感器的光电性能，例如显著提高光谱传感器模组恢复光谱的准确性和稳定性，而且能够实现以优化的光电和机械结构带来制造和组装工艺上的诸多优点。

Description

光谱传感器、光谱传感器模组和电子设备

技术领域

本实用新型涉及光谱技术领域，尤其涉及一种光谱传感器、光谱传感器模组和电子设备。

背景技术

目前的微型/小型化光谱传感/光谱成像技术，通常采用以下的工作方式：采用传感器进行光信号的获取，之后进行不同程度的数据处理，最终获得光谱信息。此过程中所使用的传感器能够获得待测光频域上的信息，实现方式包括：具有光调制结构的光探测器阵列，或是滤光片(或调制结构)阵列与光探测器阵列的组合；其中滤光片(或调制结构)可以是在频域或者波长域上窄带、宽带、周期等滤波方式。利用这种计算重构技术，能够避免传统光谱技术中的分光空间光路，实现体积较小的光谱仪或光谱相机。

由于光谱仪或光谱相机在微型化过程中需要解决各种光学问题，因此设计一款新型的微型光谱传感器模组是亟需解决的问题。

实用新型内容

为实现上述目标，本实用新型提出一种光谱传感器、光谱传感器模组以及包括这种光谱传感器模组的电子设备，其不但能够改善目前光谱传感器、光谱传感器模组的光电性能，例如显著提高所述光谱传感器模组恢复光谱的准确性和稳定性，而且能够实现以优化的光电和机械结构带来制造和组装工艺上的诸多优点，例如易于组装和维护和工作稳定可靠等。

根据本申请的第一方面，提出一种光谱传感器，包括：

光谱芯片，所述光谱芯片包括光调制层和光电探测层，其中所述光调制层在所述光电探测层的感测路径上设置于所述光电探测层的入光面一侧并包括用于对入射光进行调制的至少一个调制单元，其中所述光电探测层被配置为获得经过所述至少一个调制单元所调制的光信号，以及

光学组件，所述光学组件设置于所述光谱芯片的感测路径上，用于接收来自被摄目标的入射光信号并将所述光信号导引至所述光谱芯片的光调制层，

其中所述光学组件包括多个光阑，所述多个光阑被配置为通过所述多个光阑形成照射到所述光谱芯片的光调制层的光斑，所述光斑覆盖所述光调制层的至少一个所述调制单元，其中所述调制单元是用于获取恢复所述被摄目标的入射光的光信号的光谱信息的最小单元。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光阑被配置为通过所述多个光阑分别形成的照射到所述光谱芯片的光调制层的多个光斑，所述多个光斑分别覆盖所述光谱芯片上不同位置的调制单元。

根据本申请的第一方面的一些实施例，对于同一个光谱芯片的光调制层上由周期性排布的调制单元构成的情况，对应每个周期内的设定位置上的所述调制单元由所述光阑被配置通过的所述被摄目标的光信号形成的光斑所覆盖。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光阑还被配置为通过所述多个光阑形成的照射到所述光谱芯片的光调制层的光斑的整体组合覆盖所述光谱芯片上的所有调制单元。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光阑被配置为通过所述光阑形成的光斑覆盖同一个调制单元的不同位置。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述调制单元分别包括多个相同或者不同的调制子单元，所述光阑被配置为通过所述光阑形成的多个光斑分别覆盖同一个调制单元的不同调制子单元。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述调制单元分别包括多个相同或者不同的调制子单元，所述光阑被配置为通过所述光阑形成的光斑照射在所述调制单元的不同周期内的多个相同位置的所述调制子单元上。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述调制单元分别包括多个相同或者不同的调制子单元，所述光阑被配置为通过所述光阑形成的多个光斑分别覆盖不同的所述调制单元内处于相同位置的调制子单元。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光谱芯片的光调制层由多组不同的调制单元为光谱单元而构成，所述光谱单元按照周期性设置在所述光谱芯片上，所述光阑还被配置为通过所述多个光阑形成的照射到所述光谱芯片的光调制层的光斑覆盖所述光谱单元的不同调制单元上。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光谱芯片的光调制层由多组不同的调制单元为光谱单元而构成，所述光谱单元按照周期性设置在所述光谱芯片上。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光阑还被配置为通过所述多个光阑形成的照射到所述光谱芯片的光调制层的光斑覆盖不同的所述光谱单元的同一位置的调制单元上。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光阑还被配置为通过所述多个光阑形成的照射到所述光谱芯片的光调制层的光斑覆盖不同的所述光谱单元的对应的不同位置的调制单元上，并且多个所述不同位置的调制单元构成一个周期内的光谱单元。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光谱芯片还包括图像传感器，所述图像传感器配置成用于获取对所述光调制层调制的入射光的响应信号，并由所述响应信号获得光谱图像信息；其中所述光调制层上设置多个调制单元。

根据本申请的第一方面的一些实施例，通过每个光斑处对应的一个或者多个所述调制单元，并通过所述光斑覆盖的所述调制单元获取所述被摄目标的入射光的光谱响应。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述调制单元对应所述光电探测层的一个或多个物理像素，其中至少两个调制单元形成一个光谱像素。

根据本申请的第一方面的一些实施例，多个所述光阑被配置为与所述被摄目标的光信号通过所述多个光阑形成在所述光谱芯片上的多个光斑是多对多或多对一的。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光谱传感器的光学组件还包括设置在一个或多个光阑位置处的光衰减片和/或光增强片。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光阑位置设置的光衰减片用于减弱所述被摄目标的入射光信号，和/或所述光增强片用于增强所述被摄目标的入摄光信号。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述调制单元分别包括多个相同或者不同的调制子单元，所述光衰减片和/或光增强片被设置于多个所述光阑位置处，所述多个光阑被配置为通过对应所述光阑形成的光斑覆盖到同一周期内所述调制单元的不同调制子单元位置。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述调制单元分别包括多个相同或者不同的调制子单元，所述光衰减片和/或光增强片被设置于多个所述光阑位置处，所述多个光阑被配置为通过对应所述光阑形成的光斑覆盖到不同周期内所述调制单元相同的调制子单元位置。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光谱传感器的光学组件还包括匀光组件，其设置在入射光照射到光谱芯片的光路上，所述匀光组件用于使得照射到所述光谱芯片的光信号均匀且角度不敏感。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述匀光组件被配置为使得通过所述匀光组件的入射光形成余弦发光体。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述匀光组件是匀光片。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光学组件还包括滤光组件，其设置在入射光照射到光谱芯片的光路上。

根据本申请的第一方面的一些实施例，对应不同的光阑位置设置具有不同滤光波段的滤光组件。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光阑构造为通过塑胶件注塑形成的通孔。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光阑构造为在所述匀光组件的上表面和/或下表面形成的不透光涂层中的光阑孔。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述光阑构造为在所述滤光组件的上表面和/或下表面形成的不透光涂层中的光阑孔。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述不透光涂层是镀膜，所述镀膜包括一个或者多个涂层。

根据本申请的第一方面的一些实施例，所述通孔的纵截面是方形或者梯形。

根据本申请的第二方面，提出一种光谱传感器模组，包括：

前述的光谱传感器，以及

电路板，所述光谱传感器的光谱芯片安置并电连接到所述电路板上。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述光谱传感器模组的壳体包括第一支撑件，所述光学组件的所述至少一个光阑构造在所述第一支撑件中。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述光学组件的匀光组件设置在第一支撑件的面对入射光的表面上。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述光学组件的滤光组件设置在第一支撑件的与所述匀光组件相对的表面上。

根据本申请的第二方面的一些实施例，在第一支撑件中设置用于容纳所述滤光组件的凹槽，该凹槽与第一支撑件中设置所述光阑的位置相对应。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述滤光组件嵌入到第一支撑件的所述凹槽中，并且所述滤光组件的外表面与凹槽边缘齐平。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述光学组件的滤光组件设置在所述光学组件的匀光组件与第一支撑件之间。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述光谱传感器模组的壳体还包括用于支撑第一支撑件的第二支撑件，其中第一支撑件和第二支撑件设置用于保护并支撑光路的形成。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述第一支撑件和第二支撑件构造成一体的，并由此形成一个一体的底座，在该底座的与所述匀光组件相对的区域中构造所述光阑。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述光谱传感器模组的壳体还包括底板，所述电路板设置在所述底板上，其中所述第二支撑件支撑在第一支撑件和所述底板之间，从而第一支撑、第二支撑件以及所述底板组共同成形成光谱传感器模组的壳体。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述第一支撑件的厚度根据光阑的孔径、光阑之间的中心点的距离、光阑的个数和第二支撑件的厚度来确定。

根据本申请的第二方面的一些实施例，通过所述光阑形成照射到所述光谱芯片上的光斑，其中所述光斑的有效面积遵循以下经验公式：

其中，d代表光阑孔径或者说光阑直径，h₁代表在入射光照射到光谱芯片的光路方向上所述匀光组件的入光面/出光面到光谱芯片的距离，h₂代表在入射光照射到光谱芯片的光路方向上所述光阑的入光面/出光面到光谱芯片的距离。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述光谱传感器模组还包括盖板，其支撑并固定在所述第一支撑件的面对入射光的表面上。

根据本申请的第二方面的一些实施例，在所述盖板中设置有楔形槽，所述楔形槽用于嵌入和固定所述光学组件的匀光组件。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述楔形槽环绕所述匀光组件的外沿设置完整一周。

根据本申请的第二方面的一些实施例，围绕所述匀光组件在多个相对的位置上分别设置一个楔形槽。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述楔形槽构造为在所述盖板中的锥形孔。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述楔形槽的锥形孔的窄端处于所述盖板的外表面，而锥形孔的宽端处于所述盖板的内表面。

根据本申请的第二方面的一些实施例，设置在所述盖板的楔形槽中的匀光组件的内表面和外表面与所述盖板的相应表面齐平。

根据本申请的第二方面的一些实施例，在所述盖板中设置有台阶孔，所述台阶孔的阶梯与匀光组件形状匹配，其中所述嵌入在盖板的台阶孔中的匀光组件的外表面的周向边缘被所述盖板的台阶孔的边缘所覆盖，由此所述盖板对嵌入其中的所述匀光组件形成一种包边结构。

根据本申请的第二方面的一些实施例，在所述盖板上设置保护罩。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述光谱传感器模组的第一支撑件、第二支撑件和盖板一体注塑成型。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所示光谱传感器模组的壳体是一体的筒状结构，并且在面向入射光的一端具有用于容纳和固定所述光学组件的容纳部。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述用于容纳和固定光学组件的容纳部构造成在光谱传感器模组的壳体中的阶梯孔，所述壳体的阶梯孔包括用于通过入射光的开口和用于定位和固定所述光学组件的台阶。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述光学组件的匀光组件、光阑和滤光组件沿着入射光的成像光路依次叠置，形成一种三明治式的整体结构单元，其中所述整体结构单元通过形状锁合、材料锁合或者力锁合的方式嵌入到所述壳体的阶梯孔中。

根据本申请的第二方面的一些实施例，在所述壳体中沿着所述用于容纳和固定光学组件的容纳部的周边构造有溢胶槽。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述溢胶槽在所述壳体中构造为在所述用于容纳和固定光学组件的容纳部的周边棱边上的倒角。

根据本申请的第二方面的一些实施例，在所示光谱传感器模组的壳体中还设置有使壳体内部空间与外部环境彼此连通的排气孔。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述光谱芯片的光调制层上还设置有透光保护层，并在所述透光保护层上设置有介质组件，用于支撑所述光学组件的匀光组件，其中所述介质组件为高透光率的介质材料。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述介质组件设置在光谱芯片的光调制层和光学组件之间，并支撑所述光学组件。

根据本申请的第二方面的一些实施例，在所述介质材料的入光面上设置有滤光层，所述光学组件的所述至少一个光阑构造在所述滤光层中。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述滤光层粘合在所述介质组件的入光面上，所述粘合材料为透光的粘合材料。

根据本申请的第二方面的一些实施例，所述光谱传感器模组还包括数据处理单元。

根据本申请的第三方面，提出一种电子设备，包括所述光谱传感器模组。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本申请的技术方案作进一步的详细描述。在附图中，除非另有说明，相同的附图标记用于表示相同的部件。其中：

图1示出了根据本申请的一些实施例的光谱芯片的结构示意图；

图2示出了根据本申请的一些实施例的光调制层的结构示意图；

图3示出了根据本申请的一些实施例的光谱传感器模组的结构示意图；

图4示出了根据本申请的一些实施例的光学组件相对于光谱芯片的位置关系示意图；

图5示出了图4所示实施例的光路图；

图6示例性地示出了不同区域的环境光在所述匀光组件上不同的匀光效果；

图7和图8示出了根据本申请的一些实施例的光学组件的光阑所形成的光斑照射在光调制层上的示意图，在此分别以五个光斑为例；

图9示出了根据本申请的另一些实施例的光学组件的光阑所形成的光斑照射在光调制层上的示意图，在此以四个光斑为例；

图10示出了根据本申请的另一些实施例的光学组件的光阑所形成的光斑照射在光调制层上的示意图；

图11和12示出了根据本申请的另一些实施例的光学组件的光阑所形成的光斑照射在光调制层上的示意图；

图13示出了根据本申请的一些实施例的光学组件的光阑在光调制层上所形成的光斑的强度和尺寸示意图；

图14示出了根据本申请的一些实施例的光学组件的光阑设置光衰减片和/或光增强片的示意图；

图15示出了根据本申请的一些实施例的光阑的分布图案；

图16示出了根据本申请的一些实施例的光谱传感器模组的结构示意图；

图17示出了图16的光谱传感器模组的光路图；

图18示出了根据本申请的另一些实施例的光谱传感器模组的结构示意图，其中设有多个光阑；

图19示出了图18的光谱传感器模组的光路图；

图20示出了图18的光谱传感器模组的立体剖视图；

图21示出了根据本申请的另一些实施例的光谱传感器模组的结构示意图；

图22示出了根据本申请的另一些实施例的光谱传感器模组的结构示意图；

图23示出了根据本申请的另一些实施例的光谱传感器模组的结构示意图；

图24示出了根据本申请的另一些实施例的光谱传感器模组的结构示意图，其中设有多个光阑；

图25示出了根据本申请的另一些实施例的光谱传感器模组的结构示意图，其中壳体设有凸台形式的容纳部；

图26示出了根据本申请的另一些实施例的光谱传感器模组的结构示意图，其中设有介质组件。

具体实施方式

以下描述用于揭露本申请以使本领域技术人员能够实现本申请。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本申请的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本申请的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本申请的揭露中，术语″纵向″、″横向″、″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″顶″、″底″″内″、″外″等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系或者入射光成像的光轴方向，其仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，权利要求和说明书中术语″一″应理解为″一个或多个″，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本申请的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语″一″或″一个″并不能理解为唯一或单一，术语″一″或″一个″不能理解为对数量的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，属于″第一″、″第二″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语″一个实施例″、″一些实施例″、″示例″、″具体示例″、或″一些示例″等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

本申请提供一种光谱传感器，尤其是一种微型化光谱传感器，包括光谱芯片20和设置于所述光谱芯片20的感测路径上的光学组件10。

所述光谱芯片20包括光电探测层230和在所述光电探测层230的感测路径上设置于所述光电探测层230的入光面一侧的光调制层220。所述光调制层220包括用于对入射光进行调制的至少一个调制单元221。所述光电探测层230被配置为，获得经过所述至少一个调制单元221所调制的光信号。为方便描述，入射光在后文中也被称为被摄光。

所述光学组件10被配置为接收来自被摄目标的入射光的光信号或者说被摄光的光信号，并将所述光信号导引至所述光谱芯片20。所述光学组件10被配置为使得被导引至所述光谱芯片20上的入射光实现光强均匀。

具体地，所述匀光组件110的作用是可以在入射光经过匀光后到达调制层表面的光调制单元221上时实现光锥角的固定值，以及可以有更好的一致性和稳定性，这样可以更好地恢复光谱信息。

所述光学组件10还可以设置一个或者多个光阑120，由此可以利用光斑140中心的那些角度分布比较好的区域进行光谱恢复。尤其是，也可以多个光斑140的中心区域结合起来，一起用于恢复光谱。可以地，在光调制层220的不同位置选择不同的调制单元221，挑选有利于光谱恢复的光响应数据。

下面结合附图对本申请的一些实施例进行具体说明。

图1示出了根据本申请的一些实施例的光谱芯片20的结构示意图。所述光谱芯片20包括调制结构210和图像传感器240。所述调制结构210位于所述图像传感器240的感光路径上。所述调制结构210为频域或者波长域上的宽带调制结构210。各个调制结构210不同波长的通光谱不完全相同。调制结构210可以是超表面、光子晶体、纳米柱、多层膜、染料、量子点、MEMS(微机电系统)、FP etalon(FP标准具)、cavity layer(谐振腔层)、waveguidelayer(波导层)、衍射元件等具有滤光特性的结构或者材料。

所述调制结构210可以包括光电探测层230和位于光电探测层230的感测路径上的光调制层220。为此例如参见中国专利申请号CN201921223201.2。在所述调制结构的光调制层上设置的调制结构，可以是相同的，也可以是不同形状的。所述调制结构形成的调制单元可以是周期性布置的，或者也可以是不同的，即非周期性布置的。

根据本申请，所述光电探测层230包括多个感应单元。所述光调制层220的每个调制单元221沿着入射光的光路方向分别对应所述光电探测层230的至少一个所述感应单元。其中所述光谱芯片20利用所述光调制层220的所述调制单元221对来自被测目标的入射光的光信号进行调制，以得到调制后的光频信号，并利用光电探测层230接收被调制后的光频信号并对其提供差分响应，接着利用所述光谱芯片20的信号电路处理层将所述差分响应进行重构以得到被测目标的原光谱信息。

根据本申请，光调制微纳结构在制造时，选用硅基材料同时作为光调制层220和光电探测层230的材料，以便在制备工艺的加工上具有很好的兼容性。在制备光调制层220时，可直接在光电探测层230上生成光调制层220，也可以先将已制备好的光调制层220转移至光电探测层230上。

光调制层220、光电探测层230和图像传感器240由上至下竖向连接并且彼此相互平行。其中，光调制层220用于对入射光进行光调制，以得到调制后的光谱。光电探测层230用于接收调制后的光谱，并对调制后的光谱提供差分响应。图像传感器240用于将差分响应基于算法进行处理，以重构得到原光谱。

图2示出了根据本申请的一些实施例的光调制层220的结构示意图。如图2所示，光调制层220包括至少一个调制单元221。每个调制单元221可以是微纳结构单元，用于对入射光进行调制。单个调制单元221可以包括尺寸和形状相同或不同的、以相同或者不同阵列形式布置的多个调制结构222，例如纳米孔或纳米柱。调制单元221可以周期性方式规则地布置在在光调制层220上，也可以非周期性方式不规则地布置在光调制层220上。不同的调制单元221对入射光的调制效果不同，即不同的调制单元221可以对应基本不同的透射谱，本申请中所述透射谱可以理解为宽谱透射谱。根据每个调制单元221内的调制结构222的参数特性，可以确定该调制单元221对不同波长的入射光的调制作用和效果。

需要指出，本申请所述的对不同波长的光的调制作用或调制方式，可包括但不限于散射、吸收、透射、反射、干涉、表面等离子激元、谐振等作用。通过不同调制单元221内的调制结构222的改变，可以提高不同调制单元221间光谱响应的差异，通过增加调制单元221数量就可以提高对不同谱之间差异的灵敏度。

不同的调制单元221对不同波长光调制作用可能相同也可能不同，这可以根据需要进行设定，本方面实施例中对此不作具体限定。根据目标光束照射后每个调制单元221对应的像素点的频谱信息，可以确定出待成像对象的光谱信息。

所述调制单元221中设有的调制结构222可以分别具有各自的特定截面形状，例如各个调制结构222可以按照特定截面形状进行自由组合排列。具体地，部分调制结构222的特定截面形状可以相同，具有相同特定截面形状的各个调制结构222构成了多个调制结构组，各个调制结构组的特定截面形状互不相同，且所有的调制结构222均自由组合。

可理解的是，该调制单元221整体可视为针对一种特定波长的光谱进行调制，也可以将其自由分割成一个或者多个调制结构222的调制单元221，从而能针对多种不同波长的光谱进行调制，以增加光调制的灵活性和多样性。

如图3所示，所述光学组件10位于所述图像传感器240的感光路径上，光通过所述光学组件10调整再经由调制结构210进行调制后，被所述图像传感器240接收，获取光谱响应。其中所述光学组件10可以包括但不限于匀光组件110、滤光组件130等光学元器件。

具体地，入射光经过光学组件10，从光调制层220上方垂直入射通过光调制微纳结构，然后经过光调制层220的调制单元221的调制，在不同的调制单元221内获得不同的响应光谱。经过调制的各个响应光谱分别照射到光电探测层230的对应设置的感应单元上，则对应设置的感应单元接收到的响应光谱各不相同，从而得到差分响应，该差分响应是指对各个调制单元221各自调制后得到的响应光谱的信号之间求差值。最后，图像传感器240利用算法处理系统对差分响应进行处理，从而通过重构得到原光谱。

作为示例，在本申请的一些实施例中，所述光谱芯片20的所述图像传感器240可以是CMOS图像传感器(CIS)、CCD、阵列光探测器等。

在实际应用中，所述光谱芯片20对于入射到调制层的光信号的主光角比较敏感，因此如果过于敏感，则会影响光谱恢复的准确性以及稳定性。需要说明的是，所述光谱芯片20的任意一个特定位置的主光角表示被导引至所述光谱芯片20上的光信号的主光线和法线之间的夹角，其中主光线表示来自被摄目标的发出光信号的点与抵达所述光谱芯片20的调制层表面上点之间的连线，法线表示与所述光谱芯片20的调制层所在平面垂直的直线。

因此，所述光学组件10位于所述光谱芯片20的感光路径上，其中光线经所述光学组件10被以设定的入射角度和均匀光强的方式引导至所述光谱芯片20的表面，以便保持入射到同一感应单元的光学的夹角大小固定。可以理解的是，所述光谱芯片20对于入射的光信号抵达所述光谱芯片20上光调制层220上表面的各个位置的收光光锥角也需要保持稳定，不能有较大的变动。

因此需要在调制层对应位置得到的光斑140要具有均匀性，以便在对应的感光单元上的光强均匀，且角敏感性较小。

所述光学组件10包括至少一个光阑120，被摄光通过所述至少一个光阑120形成照射到所述光谱芯片20的光调制层220的光斑140，所述光斑140覆盖所述光谱芯片20的至少一个调制单元221。所述调制单元221例如是用于恢复对应所述入射光的光谱的最小单元。所述至少一个光阑120位于所述光路上，用于控制光斑140的大小、角度及通光量。

所述光学组件10还还包括匀光组件110，其中所述匀光组件110设置于被导引到所述光谱芯片20的被摄光的光路上。

如图4所示，在一些实施例中，匀光组件110设置在光阑120的入光侧，即相对于入射光传播方向而言，匀光组件110设置在光阑120的前面。备选地，匀光组件110也可以设置在光阑120的出光侧，即相对于入射光传播方向而言，匀光组件110设置在光阑120的后面。

如图5所示的光路图，在被摄光通往光谱芯片20的光路上，被摄光依次通过匀光组件110和光阑120，然后达到光谱芯片20。备选地，匀光组件110也可以设置在光阑120的出光侧，即被摄光也可以先通过光阑120，然后再通过匀光组件110，最终到达并达到光谱芯片20。

所述匀光组件110可以是匀光片、匀光膜等使入射光可以得到强度均匀的光以及不同波段的入射光在光谱恢复空间区域的光强基本一致。在一些实施例中，所述匀组件110被配置为通过所述光学组件10到达所述光谱芯片20上的光斑140均匀且角度不敏感。

不同入射角度过来的一束光，通过匀光组件110能够以一个相同的分布强度照射在所述光谱芯片20的每个调制单元221上。同时为了得到的光强相对稳定且满足不同波段的入射光都可以得到其对应的光谱信息，所述匀光组件110需要满足一定的透光率。

下述表格1示出了所述匀光组件110的厚度、规定透过率和公式拟合透过率之间的对应关系。对于不同厚度的匀光组件110，其透光率及匀光的效果也不同。

PTFE(ROCH)匀光片厚度vs透过率

表格1

在此，所述匀光组件110是匀光片，其厚度可以选择为表格1中第三列的数值，其单位是μm。所述匀光组件110也可以是镀膜，例如可以是一种2-20层的复合镀膜。镀膜一般是30μm。匀光片可以是例如大约从5μm到1000μm，或者从5μm到500μm，尤其是300μm。

图6示例性地示出了不同区域的环境光在所述匀光组件上不同的匀光效果。由于不同的材质的匀光效果也有不同，因此根据所得到的光斑的尺寸及调制结构的位置，可以选定不同的匀光组件。不同的匀光组件厚度可以得到不同的区域匀光效果。由于匀光组件越薄，匀光能力越低，但可以得到不同区域的环境光在所述匀光组件上不同的匀光效果，如图6所示。

例如当匀光组件的厚度小于设定值时，例如参考表格1厚度小于或者小于等于400、300、250、200或100μm，设定某个空间中包括如图6所示的不同位置的红(R)、绿(G)、蓝(B)光源，那么由于不同位置的不同颜色的光源照射到匀光组件时，会在所述匀光组件对应的不同位置形成不同区域的匀光。因此当需要获取不同区域的环境光的光谱信息时，需要采用较薄的匀光组件。

如图6所示，假设红绿两种不同的光源照射到匀光组件时，当采用的匀光组件的厚度达到设定值时，可以获取到对应红(R)、绿(G)两种光源的混光，对应到图像传感器获取入射光的位置及光谱信息，可以对不同环境光进行分区域光谱恢复。

在本申请的一些实施例中，所述光学组件10包括还可以包括滤光组件130。所述滤光组件130可以是滤光片或者滤光膜，所述滤光组件130设置在入射光光路中，例如可以设置于所述匀光组件110的上面或者匀光组件110的下面，即位于所述匀光组件110的入光面或者出光面。为此，可以根据光路的形成设计成如下几种光学组件10连接方式：所述被摄光照射到所述匀光组件110上表面，并经过匀光后通过设置于所述匀光组件110下表面的光阑120，经过所述光阑120后到达所述滤光组件130，经过滤光后得到对应设定波段的光，最终在照射到所述光谱芯片20的光调制层220的调制单元221上。

通过所述光学组件10的滤光组件130，能够获得对应不同波段的入射光的光谱信息，同时还能够降低其他不需要的波段的光对常规需求的不利影响。例如，滤光组件130可以对可见光、红外光等进行选择性滤光。

所述光学组件10的光阑120可以构造为通过塑胶件注塑形成的通孔，还可以构造成在所述匀光组件110的上表面和/或下表面形成的不透光涂层的具有设定大小尺寸的光阑孔。对于这些方案，只保留通孔或者光阑孔处进行通光，其他区域遮蔽光传播路径。这里所述不透光涂层可以是一种镀膜，例如金属镀膜，具体请参见后面关于镀膜的描述。

除了上述情况，即所述光学组件10的光阑120构造为在所述匀光组件110的上表面和/或下表面形成的不透光涂层中的透光的光阑孔，还可以在设有滤光组件130的情况下，如滤光片，将所述光阑120构造于滤光片的上表面和/或下表面形成的不透光的涂层，并形成设定大小尺寸的光阑孔，进行通光。在此情况下，所述光阑120构造为在所述滤光片的上表面和/或下表面形成的不透光涂层中的透光的光阑孔。

根据本申请，所述光学组件10的光阑120可以形成特定的形状和孔径，例如光阑孔的横截面可以是圆形或者多边形，而纵截面可以是柱形，也可以是方形或梯形。纵截面是指沿着入射光的光路方向的截面，横截面是指垂直于入射光的光路方向的截面。尤其是，可以根据所需形成的光斑140的大小设定光阑孔的孔径、横截面和纵截面形状等几何特征参数。

在本申请的一些实施例中，所述光学组件10可以设置仅一个光阑120，当设定仅一个光阑120时，在所述光谱芯片20上形成一个对应的光斑140。进一步，所述光阑120构造成一个圆形孔，该圆形孔的圆心处在所述光谱芯片20的成像光路的光轴上。此外，通过所述光阑120形成一个照射到所述光谱芯片20的光调制层220的光斑140，尤其是这个光斑140覆盖光谱芯片20的光调制层220上的所有调制单元221。由此，通过上述措施可以实现对单点、甚至多角度的环境或者入射光进行光学成像和/或光谱成像，并获得相关的成像信息和光谱信息。

通过上述结合单个的光阑120描述的特征，尤其是结合匀光组件110，所述光学组件10甚至可以实现辐射角满足180°以内的立体角的收集，从而实现了对大视场角FOV的入射光采集，这也有助于解决光谱传感器模组在获取入射光时的角度稳定性及一致性问题。通过大视场角FOV的匀光可以更准确的获取到入射光的光谱信息，以便更加准确的计算得到色度值。

备选地，所述光学组件10也可以设置多个光阑120，当设定有多个光阑120时，所述多个光阑120被配置为通过所述多个光阑120可以形成多个光斑140。尤其是，在所述光学组件10包括多个光阑120的情况下，所述多个光阑120被配置为通过所述多个光阑120分别形成一个照射到所述光谱芯片20的光调制层220的光斑140。

图7和图8示出了根据本申请的一些实施例的光学组件10的光阑120所形成的光斑140照射在光调制层上的示意图，在此分别以五个光斑140为例。参照图7和图8，以所述光学组件包括五个光阑为例进行说明，其分别形成一个光斑140，照射到所述光调制层220上的对应调制单元221上。但是，显然光阑的数量、位置和布置方式可以根据需要改变设置，而不限于这里为举例说明而采用的参数。

根据本申请，被摄光通过所述光学组件10的光阑120分别形成一个光斑140，并照射到所述光谱芯片20的光调制层220的对应调制单元221上。所述光调制层220可以由一个或者多个调制单元221形成，所述调制单元221可以是单层或者多层，对被摄光进行调制。调制单元221例如是用于获取恢复所述被摄目标的入射光的光信号的光谱信息的最小单元。需要说明的是，在调制单元221中可以设置多个不同的调制结构222，所述调制结构222可以周期性排列形成不同的调制单元221，所述调制单元221可以设置成用于恢复入射光的光谱信息的最小单元。由于本申请中的调制单元221可以由多个不同的调制结构222构成，每个调制单元221可以设置用于获取不同的响应，根据Y＝TX的计算恢复光谱的算法(下面有详细的介绍)一个调制结构222不能计算出准确的入射光的光谱信息，因此需要至少两个不同的调制结构222构成一个调制单元221，用于计算获取入射光的光谱信息。

进一步，当所述光学组件10包括多个光阑120时，每个光阑120都被配置为对应形成一个光斑140，所述形成的每个光斑140不相互影响。通过每个光阑120形成的光斑140可以照射在所述光谱芯片20上的不同位置上，并且每个光斑140覆盖所述光谱芯片20的光调制层220上不同位置的调制单元221。

可选地，每个光斑140分别一对一地覆盖所述光谱芯片20的光调制层220上的一个调制单元221

更进一步，所述多个光阑120被配置为通过所述多个光阑120形成的照射到所述光谱芯片20的光调制层220的光斑140的整体组合覆盖所述光谱芯片20上的所有调制单元221。也就是说，所述光谱芯片20上的所有调制单元221均被至少一个光斑140或者至少一个光斑140的一部分所覆盖。

如图所示，所述光谱传感器的光谱芯片20上设置有五个光阑120，所述五个光阑120的直径可以不同(图7)，当然也可以相同(图8)。具体而言，所述光阑120的直径可以根据所述光谱芯片20的光调制层220的结构数进行设定。例如，所述光阑120的直径大概在10mm＜光阑孔径-设计目标＜0.001mm。

根据本申请，所述光谱芯片20的光调制层220，所述光调制层220还可以包括至少一非调制单元221，其可以与所述至少一个调制单元221相间隔地布置在光调制层220上。所述光调制层220的每个调制单元221和非调制单元221沿着所述感光路径可以分别对应于所述光电探测层230的至少一个传感单元。由此，所述光调制层220的调制单元221可以配置为对进入其所对应的所述传感单元的成像光线进行调制，其所对应的所述传感单元适于获取该成像光线的频谱信息，而所述光调制层220的非调制单元221可以配置为不对进入其所对应的所述传感单元的成像光线进行调制，其所对应的所述传感单元适于获取该成像光线的光强信息。对于这种情况，根据本申请，也可以在光学组件10中设置光阑120，通过其形成的光斑140照射在光调制层220上对应的非调制单元221上，并通过所述光电探测层230上的对应传感单元获取成像光线的准确光强信息，由此能够获得更高质量的图像信息。

此外，在光调制层220的没有光斑140照射的位置上，例如没有光斑140照射的调制单元221或者非调制单元221，还可以设置其他光感功能，例如flick。

图9示出了根据本申请的另一些实施例的光学组件10的光阑120所形成的光斑140照射在光调制层220上的示意图，在此以四个光斑140为例。如图9所示，所示光谱传感器的光学组件10设置有四个光阑120，当然也可以设置为1、2、3、5...等等其他数量。所述光谱芯片20的光调制层220可以包括以周期性布置的多个调制单元221，且每个调制单元221包括多个光谱调制结构222，例如调制孔或者调制柱。

在本申请中，光电探测层230，位于所述光调制层220的下面，用于接收所述调制后的光谱，并对所述调制后的光谱提供差分响应，所述光谱芯片20的图像传感器240位于所述光电探测层230的下面，用于将所述差分响应重构，以得到原光谱。

在此需要指出，根据本申请，所述光电探测层的感应单元可以是图像传感器的一个物理像素或多个物理像素。不同于物理像素，在根据本申请的光谱传感器中，可以将对应于一个或多个调制单元的一个或多个物理像素称为″光谱像素″。在本申请中，光谱恢复的像素单元指的是″光谱像素″，并且调制单元是与光谱像素对应的一组结构单元。就此而言，″光谱像素″是从光谱成像的角度做出的像素定义，这种光谱像素也可以理解为能够用于恢复被摄光的光谱信息的最小单元。

通过不同结构形式和布置方式的光阑结构，尤其是结合所述光谱芯片的光调制层的对应布置的调制单元，可以获取不同的光电效果，例如可以根据不同的应用场景匹配使用不同形式的光阑结构，来实现对单点、多点、甚至多角度的环境或者入射光进行光学成像和/或光谱成像，并获得相关的成像信息和光谱信息。

在本申请中，恢复光谱的具体算法原理包括：

将环境光在不同波长λ下的强度信号记为f(λ)，调制结构的透射谱曲线记为T(λ)，滤光片上具有m组的调制结构，每一组透射谱互不相同，即如上所述的″结构单元″，整体可记为T_i(λ)(i＝1，2，3，...，m)。每一组滤光结构下方都有相应的物理像素，探测经过调制结构调制的光强I_i。在本申请的特定实施例中，以一个物理像素对应一组结构单元为例进行说明，但是不限定于此，在其它实施例中，也可以是多个物理像素为一组对应于一组结构单元。

环境光的频谱分布和光探测器阵列的测量值之间的关系可以由下式表示：

I_i＝∑(f(λ)·T_i(λ)·R(λ))

其中，R(λ)为探测器的响应，记为：

S_i(λ)＝T_i(λ)·R(λ)

则上式可以扩展为矩阵形式：

这里，I_i(i＝1，2，3，...，m)是待测光透过调制结构后光探测器的响应，分别对应m个光探测器单元的光强测量值，又称m个″物理像素″，其是一个长度为m的向量。S是系统对于不同波长的光响应，其由调制结构透射率和光探测器响应的量子效率两个因素决定。S是矩阵，每一个行向量对应一个宽带滤波器单元(即，光探测器单元及其对应的调制结构)对不同波长环境光的响应，这里，对环境光进行离散、均匀的采样，共有n个采样点。S的列数与环境光的采样点数相同。这里，f(λ)即是环境光在不同波长λ的光谱，也就是待测量的环境光光谱。

在实际应用中，系统的响应参数S已知，通过探测器的光强读数/，利用算法反推可以得到输入光的光谱f，其过程可以视具体情况采用不同的数据处理方式，包括但不限于：最小二乘、伪逆、均衡、最小二范数、人工神经网络等。

以上以一个物理像素对应一组结构单元为例，说明了如何利用m组物理像素(也就是图像传感器上的像素点)，以及其对应的m组结构单元(调制层上相同结构界定为结构单元或者调制单元221)恢复出一个光谱信息，又称为″光谱像素″。值得注意的是，在本申请的一些实施例中，也可以是多个物理像素对应一组结构单元。可以进一步定义，一组结构单元和对应的至少一物理像素构成一单元像素。原则上，至少一单元像素构成一所述光谱像素，可以生成一个色温通道，多个光谱像素可以生成多个色温通道。

在本申请中，基于与每个调制单元221对应的光谱像素恢复所述入射光的光谱信息。所述每个调制单元221可以设定为由n＊n个光谱调制结构222构成(n为任意整数)，当然也可以考虑其他陈列形式的光谱调制结构222构成调制单元221，例如由m＊n个光谱调制结构222(m和n为任意整数)构成。

以四个光阑120为例，在光谱传感器中光谱芯片20的光调制层220上设置有四个调制单元221，每个光阑120分别对应一个调制单元221。在此，以构成2＊2个光谱像素224为例，每个调制单元221中设置有3＊3个光谱调制结构222。如图9所示，由4个光谱像素224构成的一个光谱芯片20，那么也就是说，可以通过四个光斑140分别覆盖一个光谱像素224，这里对应的四个光斑140分别由四个光阑120形成。

在一些实施例中，所述调制单元221对应所述光电探测层230的一个或多个物理像素，其中至少两个调制单元221形成一个光谱像素。

在另一些实施例中，所述多个光阑120被配置为与所述被摄目标的光信号通过所述多个光阑120形成在所述光谱芯片20上的多个光斑140是多对多或多对一的。例如，多个光阑120对应一个光斑140，或者多个光阑120对应多个光斑140，尤其是一一对应。

图10示出了根据本申请的另一些实施例的光学组件10的光阑120所形成的光斑140照射在光调制层220上的示意图。如图10所示，因为如果每个光斑140距离较近时，会产生不均匀或者角度敏感等影响光谱恢复的问题，因此对于同一个光谱芯片20上不同位置的调制单元221周期性排布的情况，对应每个周期的设定位置上都可以照射一个对应的光斑140，并且相应地为在该位置形成光斑140而在所述光学组件10中设置对应的光阑120。当入射光照射通过每个光阑120，并形成在所述光谱芯片20的光调制层220上对应位置的光斑140。所述光阑120还被配置为通过所述光阑120后的光斑140对应的一个或者多个调制单元221及通过所述图像传感器240获取所述入射光对应的光谱响应。通过每个光斑140处对应的一个或者多个调制单元221获取入射光的光谱响应。通过上述措施，有助于确保入射光在所述光谱传感器的光谱芯片上只有强度上的变化，均匀性仍能保持一致，尤其是芯片表面的角度分布未改变，从而提高所述光学组件性能，并有助于消除了角度敏感性。

在一些实施例中，对于同一个光谱芯片20的光调制层220上由周期性排布的调制单元221构成的情况，对应每个周期内的设定位置上的调制单元221由所述光阑120被配置通过的所述被摄目标的光信号形成的光斑140所覆盖。

如图11和12所示，除了所述被摄光通过所述多个光阑120形成的照射到所述光谱芯片20的光调制层220的光斑140分别覆盖所述光谱芯片20上不同位置的调制单元221，也可以备选地将所述光阑120配置为通过光阑120形成的多个光斑140覆盖同一个调制单元221的不同位置。例如，在调制单元221包括多个相同或者不同的调制子单元的情况下，所述光阑120被配置为通过光阑120形成的多个光斑140可以分别覆盖同一个调制单元221的不同调制子单元。

可选地，所述光阑120被配置为通过光阑120形成的光斑140还可以照射在调制单元221的不同周期内的多个相同位置的调制子单元上。例如，在调制单元221分别包括多个相同或者不同的调制子单元的情况下，通过光阑120形成的多个光斑140可以分别覆盖不同调制单元221内处于相同位置的调制子单元。

由此，可以通过入射光到达不同光谱像素224的不同光谱调制结构222的光谱响应矩阵进行恢复算法，由于可以获取到的调制响应的参数增加或者调制强度增加，从而使得光谱恢复的准确性及稳定性增加。此外，通过光阑与调制单元和调制子单元的不同配对组合关系，实现有针对性地定制个性化的光电特性，以满足不同应用场合和传感性能的需求。

在一些实施例中，所述光谱芯片20的光调制层220由多组不同的调制单元221为光谱单元而构成，所述光谱单元按照周期性设置在所述光谱芯片20上，所述光阑120还被配置为通过所述多个光阑120形成的照射到所述光谱芯片20的光调制层220的光斑140覆盖所述光谱单元的不同调制单元221上。

在另一些实施例中，所述光谱芯片20的光调制层220由多组不同的调制单元221为光谱单元而构成，所述光谱单元按照周期性设置在所述光谱芯片20上。

为了得到更加准确稳定的光谱恢复，可以由多个不同的光谱调制结构222构成光谱单元，也可以由多层相同的调制单元221构成光谱单元。所述光谱单元可以由多个不同的调制单元221周期性排列构成，此时在每个光谱单元中都可以获得一组入射光的响应，根据多组入射光的响应可以进行平滑处理，获取更加准确的入射光的响应，也就是T(λ)，这样可以更加准确的获取光谱芯片上不同位置的入射光的响应，通过光谱恢复算法可以获得入射光的更加稳定的且准确的光谱信息。

在另一些实施例中，所述光阑120还被配置为通过所述多个光阑120形成的照射到所述光谱芯片20的光调制层220的光斑140覆盖不同的所述光谱单元的同一位置的调制单元221上。

在另一些实施例中，所述光阑120还被配置为通过所述多个光阑120形成的照射到所述光谱芯片20的光调制层220的光斑140覆盖不同的所述光谱单元的对应的不同位置的调制单元221上，及多个所述不同位置的调制单元构成一个周期内的光谱单元。也就是说，光斑照在不同位置的调制单元221上，然后如果这些不同的周期内的不同位置彼此组合，事实上可以构成一个周期内的一个光谱单元。例如设置九宫格形式的调制单元，然后九个光斑分别在不同周期内照射九宫格的各个位置，即第一个周期的第一个位置，然后第二个周期第二个位置等等，直到第九个周期的第九个位置，这些位置彼此组合就可以形成一个周期的九个位置。

图13示出了根据本申请的一些实施例的光学组件10的光阑120在光调制层220上所形成的光斑140的强度和尺寸示意图。如图13所示，为不同光阑120形成的光斑140照射到光谱芯片20上的示意图，为此所得到的光斑140的均匀性及稳定性在相同或者不同的光阑120下，可以得到光斑140的强度相同或不同，光斑140的大小也可以相同或不同。

此外，通过上述结合光阑描述的特征尤其是特征组合，能够确保由所述光学组件对入射的光信号抵达所述光谱芯片上光调制层上表面的各个位置的收光光锥角保持稳定，有利于提高光谱恢复的稳定。

图14示出了根据本申请的一些实施例的光学组件10的光阑120设置光衰减片225和/或光增强片223的示意图。在本申请的一些实施例中，所述光谱传感器的光学组件10还包括设置在一个或多个光阑120位置处的光衰减片225和/或光增强片223。所述光阑120位置设置的光衰减片225用于减弱所述被摄目标的入射光信号，和/或所述光增强片223用于增强所述被摄目标的入摄光信号。

在一些实施例中，所述光衰减片225和/或光增强片223被设置于多个所述光阑位置处，所述多个光阑120被配置为通过对应所述光阑120形成的光斑覆盖到同一周期内所述调制单元221的不同调制子单元位置。

在另一些实施例中，所述光衰减片225和/或光增强片223被设置于多个所述光阑位置处，所述多个光阑120被配置为通过对应所述光阑120形成的光斑覆盖到不同周期内所述调制单元221相同的调制子单元位置。

如图14所示，可以在一个或多个光阑120位置处设置光衰减片225，或在某一光阑120位置设置光增强片，也可以在设定光阑120位置上同时设置有光衰减片225和光增强片223。当入射光强度超过设定阈值时，可以获取对应设置有光衰减片225的位置的光谱信息；当入射光低于设定阈值时，获取对应设置有光增强片位置的光谱信息。设置光衰减片225的方式有很多，可以在光阑120下方的滤光片上进行镀膜(镀一层半透明材料)，也可以减少光阑120的孔径实现。相反地，可以设置大孔径的光阑120实现光增强。

图15示出了根据本申请的一些实施例的光阑120的分布图案。在本申请的一些实施例中，还可以在所述匀光组件110的出光面设置多个光阑120。例如在镀金属层时，通过设定不同的版图，如图15所示，通过一体镀层形成多个光阑120。光阑120的个数、距离和布置方位可以根据需求进行设定。在此，作为示例的每个圆形光斑140都由对应的光阑120产生。

同样的方案适用于本申请的其他实施例，在此不在赘述。

此外，在本申请的一些实施例中，对应不同的光阑120位置可以设置具有不同的滤光波段的滤光组件130，从而满足不同的环境光在不同波段的光谱响应和恢复。

本申请还提出一种光谱传感器模组，包括所述的光谱传感器以及电路板5(PCB)，所述光谱传感器的光谱芯片20安置并电连接到所述电路板5上。通过所述光谱传感器模组获取到的光谱信息，可以用于恢复色温、照度、亮度等环境光参数。

所述光谱传感器的光谱芯片20安置并电连接于电路板5。尤其是，在电路板5上设有基板6，所述光谱传感器的光谱芯片20可以安置在该基板6上。其中，所述光谱芯片20被配置为接收入射光，并对入射光进行调制获得响应信号，并由所述响应信号及计算光谱恢复算法获得所述入射光的光谱信息。

由于对于照射到所述光谱芯片20的光调制层220上表面的光需要主光角要固定且不敏感，因此在所述入射光照射到所述光谱芯片20的光路上还设置有匀光组件110，所述匀光组件110被配置为使得入射到所述匀光组件110中的光线在所有方向均匀反射。

在一些实施例中，所述匀光组件110被配置为使得通过所述匀光组件110的入射光形成余弦发光体。

例如，所述匀光组件110被配置通过所述匀光组件110的发光强度为D∝cosθ，即其亮度B与方向无关，式中D为出光表面的每块面元S沿某个方向或者说任一方向r的发光强度，θ为r与法线n的夹角。

所述匀光组件110为匀光膜、匀光片或者匀光涂层中的任一种。本实施例中，以匀光片为例，所述匀光片的出光面上设置有不透光层，所述不透光层可以通过镀不透光的金属材料形成，并保留设定孔径的光阑120。所述不透光层的厚度通过光阑孔径、光阑个数以及光阑间的距离决定其厚度。

所述光谱传感器模组还可以进一步包括数据处理单元3，所述数据处理单元3可以是MCU、CPU、GPU、FPGA、NPU、ASIC等处理单元，其可以将图像传感器240生成的数据进一步进行运算和处理，尤其是可以将生成的数据导出到外部进行处理。所述图像传感器240配置成用于获取对所述光调制层220调制的入射光的响应信号，并由所述响应信号获得光谱图像信息，其中所述光调制层上设置多个调制单元221。所述光调制层220上可以设置多个调制单元221。

所述光谱传感器的光学组件10的沿着入射光的光路方向依次包括匀光组件110、光阑120和可能的滤光组件130。

在此示出的光谱传感器模组的光学组件10具有光阑120。但是，由于对应不同的调制单元221可以被不同的光斑140覆盖，因此也可以设置多个不同的光阑120。当然，在此仅以光阑120为例进行说明，相关特征同样可以适用于具有多个不同光阑120的光谱传感器模组。说明书中结合光阑120做出的描述，同样适用于多个光阑120的情况，反之亦然，在之后不再赘述。

所述光谱传感器模组还包括壳体4，其作为整个模组的框架结构，用于形成容纳光谱传感器模组的光电元器件的容纳空间，并为相关的光电元器件提供机械支撑和电气承载作用，以使光谱传感器模组能够实现相应的光电功能。

所述光谱传感器模组的壳体4包括第一支撑件411，所述光学组件10的所述至少一个光阑120构造在所述第一支撑件411中。具体地，在所述第一支撑件411中设置有所述光学组件10的一个或多个光阑120，例如以通孔形式。如图16所示，在所述第一支撑件411中设置一个光阑120。备选地，也可以设置多个通孔形式的多个光阑120。

在本申请的一些实施例中，例如参见图16，第一支撑件411构造为板状或者圆盘状的元件，其板平面或者圆盘平面基本垂直于入射光照射到光谱芯片20的光路布置。在此情况下，第一支撑件411的厚度也是第一支撑件411在入射光照射到光谱芯片20的光路方向上的结构尺寸或者说结构高度。在此实施例中，在第一支撑件411中设有一个光阑120。

光谱传感器的光学组件10的匀光组件110设置在沿着入射光照射到光谱芯片20的光路上，所述匀光组件110设置于第一支撑件411的上表面上，即第一支撑件411的面对入射光的表面上，并与光阑120位置相对。所述入射光经过匀光组件110及光阑120后照射到所述光谱芯片20的主光角在0-20°范围内。所述入射光通过匀光组件110及光阑120照射到所述光谱芯片20的调制层进行光调制，所述光谱芯片20获取到入射光的响应信息，并经过算法获取到对应入射光的光谱信息。

所述光谱传感器模组的壳体4还包括第二支撑件412，第二支撑件412设置用于支撑第一支撑件411，例如可以支撑在第一支撑件411和电路板或者光谱传感器模组的壳体4的底板42之间。从而，第一支撑、第二支撑件412以及所述底板42组共同成形成光谱传感器模组的壳体4。在此情况下，第二支撑件412的厚度也是第二支撑件412在入射光照射到光谱芯片20的光路方向上的结构尺寸或者说结构高度。通过所述光谱传感器模组上述结构形式，有利于提高所述光谱传感器模组恢复光谱的光电稳定性和机械可靠性。

如图17所示的光路图，光源8发出的光线，或者物体的反射光线，或者环境光，通过匀光组件110匀化，然后经过光阑120和滤光组件130，以固定的入射角度和均匀光强的方式引导至所述光谱芯片20的表面。

在此实施例中，所述光谱传感器模组还包括盖板43，其例如支撑并固定在所述第一支撑件411上，尤其是第一支撑件411的面对入射光的表面上。所述盖板43可以是单独加工或者说分离设置的，并通过例如粘合等方式与第一支撑件411和第二支撑件412连接到一起。替代地，也可以将盖板43、第一支撑件411和第二支撑件412一体注塑成型。

所述光谱传感器模组还包括底板42，该底板42例如与处于第二支撑件412一侧的所述盖板43或者第一支撑件411相对，处于第二支撑件412的另一侧。就此而言，在结构上，第二支撑件412在一端支撑并连接第一支撑件411，在另一端连接底板42，因此第二支撑件412起到一种支座的作用。例如，所述电路板5可以固定在所述底板42上。

由此，所述光谱传感器模组的第一支撑件411、第二支撑件412以及底板42组成形成光谱传感器模组的壳体4，用于保护和固定相关的光学和电子元器件，尤其是支持形成入射光照射到光谱芯片20的光路。

所述第一支撑件411的厚度根据光阑孔径(直径)、光阑之间的中心点的距离、光阑的个数和第二支撑件412的厚度等参数来确定。

入射光通过所示匀光组件110，所得到的经过匀光之后的入射光的角度不敏感，且使得通过所述匀光片的入射光形成一个朗伯体，或类朗伯体，然后经过匀光之后的光再通过光阑120照射到所述光谱芯片20上形成光斑140，光斑140的有效面积遵循以下经验公式：

其中，d代表光阑孔径或者说光阑直径，h₁代表在入射光照射到光谱芯片20的光路方向上所述匀光组件110的出光面到光谱芯片20的距离，h₂代表在入射光照射到光谱芯片20的光路方向上所述光阑120的出光面到光谱芯片20的距离。

类似地，h₁也可以定义为在入射光照射到光谱芯片20的光路方向上所述匀光组件110的入光面到光谱芯片20的距离，h₂可以定义为在入射光照射到光谱芯片20的光路方向上所述光阑120的入光面到光谱芯片20的距离。所述参数h₁和h₂的两种定义没有本质区别，只是分别基于匀光组件110的入光面或出光面以及光阑120的出光面或入光面进行定义。在图16中，示出的h₁和h₂基于出光面作为示例。

如果所述光学组件10还包括滤光组件130，那么所述滤光组件130可以设置在第一支撑件411的与所述匀光组件110相对的表面上。或者，所述光阑120的下表面上设置有滤光组件130，例如滤光片。

替代地，所述滤光组件130也可以设置于入射光的入射面，也就是所述滤光组件130设置于所述光阑120的上表面，也就是面对入射光的表面。或者说，所述光学组件10的滤光组件130设置在所述光学组件10的匀光组件110与第一支撑件411之间。滤光组件130可以是一种滤光材料涂层或者滤光片。于是，入射光首先照射到所述滤光组件130上，经过滤光组件130获取到设定波段的入射光，再进行匀光。为此在所述滤光组件130的下面设置匀光组件110，在入射光照射到光谱芯片20的光路上依次设置有滤光组件130、匀光组件110和光阑120。

替代地，如图16所示，在入射光照射到光谱芯片20的光路上依次设置有匀光组件110、光阑120和滤光组件130。所述匀光组件110可以是匀光片、匀光膜等，具体材料可以是聚四氟乙烯PET、PTFE、玻璃等。

根据一些实施方式，匀光组件构造成朗伯体。朗伯体是指当入射能量在所有方向均匀反射，即入射能量以入射点为中心，在整个半球空间内向四周各向同性地反射能量的现象，称为漫反射，也称各向同性反射。完全的漫射体称为朗伯体。本申请实施例中可以不局限朗伯体还可以是类朗伯体。和朗伯体比起来在一定的误差范围内就可以。

所述光谱芯片20通过电连接与电路板5相连，所述光学器件被封装在保护壳内，其中所述第一支撑件411和第二支撑件412用于保护并支撑光路的形成。

在本申请的一些实施例中，在所述盖板43中设置有楔形槽431，所述楔形槽431与匀光组件110形状匹配，可以将上述匀光组件110设置于上述楔形槽431内，由此嵌入和固定将匀光组件110。

所述楔形槽431可以环绕匀光组件110、例如匀光片外沿设置完整一周，即楔形槽431构造成圆形。例如，所述楔形槽431可以构造为在所述盖板43中的通孔，该通孔尤其可以是锥形孔，这尤其有利于匀光组件110的安装、定位和固定。

在图16示出的实施例中，作为所述楔形槽431的锥形孔的窄端处于盖板43的外表面，即面向入射光的表面，而锥形孔的宽端处于盖板43的内表面，即面向第一支撑件411的表面。通过这样的结构形式，匀光组件110被第一支撑件411和楔形槽431限定所有自由端，能够精确固定和定位，同时能够实现与第一支撑件411的表面和楔形槽431的内周面紧密贴合，有利于防水防尘和光线不受干扰地传播。

有利的是，设置在盖板43的锥形孔中的匀光片的内表面和外表面与所述盖板43的相应表面齐平。进一步，所述匀光片的表面与第一支撑件411的对应表面贴合在一起。

替代地，所述楔形槽431可以环绕匀光片设置在部分周长上，用于匀光组件110卡合固定在盖板43上。或者，也可以围绕匀光组件110、例如匀光片在多个相对的位置上，例如等边三角形的三个角上、正方形的四个角等，分别设置一个楔形槽431，用于卡合固定匀光组件110。

除了卡接固定方式，所述匀光片也可以通过其他固定方式与盖板43连接，例如粘接等。

所述盖板43的厚度不小于所述匀光组件110的厚度。本实施例中所述盖板43的厚度和匀光组件110的厚度相同。

在本申请的一些实施例中，在所述电路板5上设置有基板6，所述光谱芯片20可以设置于所述基板6上。

在本申请的一些实施例中，在所述盖板43上还可以设置保护罩，用于保护盖板43以及设置在盖板43中的匀光组件110。所述保护罩可以是罩在盖板43上的壳罩，也可以构造成一种扁平的保护板，这个保护板例如与盖板43贴合。所述保护罩可以是菲涅尔透镜或盖板43玻璃等。

与图16示出的实施例相比，图18示出的实施例在第一支撑件411中设有例如呈3×3阵列形式的九个光阑120，因此如图19的光路图所示，入射光在通过匀光片进行匀光后，直接进入九个光阑120中，从而以九个分光路经过响应的光阑120继续引入后续的滤光片，并最终照射到光谱芯片20的光调制层220上。

与设置光阑120的情况不同，这里光谱传感器模组通过多个光阑120对经过匀光组件110匀化的入射光进行引导，每个光阑120形成自身单独的分光路，以在入射光分别到达对应的感应单元之前，获得最佳的光角度和通光量。这些光阑120设置在第一支撑件411中，尤其是构造成沿着入射光的光路方向贯穿第一支撑件411的通孔。所述滤光组件130设置在这些光阑120的出光侧，尤其是滤光组件130表面在所述光阑120的出光侧与第一支撑件411的表面相贴合。通过设置不同数量和布置形式的多个光阑120，可以针对不同的光谱传感器应用场合、待测光环境特性和传感器光电特性需求等因素，个性化地定制入射光路、频率、波长、角度等，从而获得期望的、准确且稳定的图像成像和/或光谱成像信息。

在此为表达清楚，图20是沿着中间一排光阑孔的中心连线将光谱传感器模组剖开的剖视图。在此实施例中，第一支撑件411和第二支撑件412构造成一体的，并由此形成一个一体的底座。所述光阑120可以构造在该底座的与所述匀光组件110相对的区域中，例如构造成透光的光阑孔。参见图20。第一支撑件411和第二支撑件412由同一种材料制成，并可以例如在同一工序中整体加工出来。因此，第一支撑件411和第二支撑整体形成一种壳身41，其在一端支撑所示盖板43和嵌入所述盖板43的匀光片，在另一端连接电路板5或者底板，在该底板上可以设置用于安置光谱芯片20的电路板5。或者，第一支撑件411、第二支撑件412和所述底板也可以一体制成，并由此构成光谱传感器模组的壳体4。

通过采用整体式的壳身41，一方面可以简化光谱传感器模组的制造和组装工艺，另一方面有利于确保光谱传感器模组的精确的壳体尺寸和形状，有利于光电元器件之间精准定位，避免不利地影响光谱成像和图像成像的质量。

进一步，所述底板42也可以与由第一支撑件411和第二支撑件412构成的壳身41制成为一体的。第一支撑件411、第二支撑件412和底板42由此形成光谱传感器模组的罐状的壳体4，或者形成壳体4的组成部分。

在此实施例中，在第一支撑件411中设置所述光阑120和滤光组件130。例如，在在第一支撑件411中设置用于容纳滤光组件130、尤其是滤光片的凹槽。滤光片可以嵌入到第一支撑件411的这个凹槽中，尤其是滤光片的外表面与凹槽边缘齐平，由此滤光片与第一支撑件411形成整齐的外观，有利于在壳体4中安装其他光电元器件，并避免对于光路和成像过程造成不利影响。

在图21所示的实施例中，所述匀光组件110同样嵌入在盖板43中。但是与前述实施例不同的是，作为所述楔形槽431的锥形孔的窄端处于盖板43的内表面，即背向入射光的表面，或者说面向第一支撑件411的表面；而锥形孔的宽端处于盖板43的外表面，即面向入射光的表面。

同样，沿着入射光的光路方向，所述嵌入在盖板43的锥形孔中的匀光片的两侧表面分别与盖板43表面齐平。进一步，所述匀光片的表面与第一支撑件411的对应表面贴合在一起。

通过这样的结构形式，一方面匀光组件110被第一支撑件411和楔形槽431限定所有自由端，能够精确固定和定位，另一方面能够实现与第一支撑件411的表面和楔形槽431的内周面紧密贴合，有利于防水防尘和光线不受干扰地传播；再一方面，这种结构形式可以从壳体外部将匀光组件110嵌入第一支撑件411的楔形槽431中，有利于简化安装和维护过程。

此外，在第一支撑件411中设置所述光阑120和滤光组件130。在此实施例中，在第一支撑件411中设有一个光阑120，例如构造成在第一支撑件411中的通孔。例如，在第一支撑件411中设置用于容纳滤光组件130、尤其是滤光片的凹槽，该凹槽与第一支撑件411中设置所述光阑120的位置相对应。滤光片可以嵌入到第一支撑件411的这个凹槽中，尤其是滤光片的外表面与凹槽边缘齐平，由此滤光片与第一支撑件411形成整齐的外观，有利于在壳体中安装其他光电元器件，并避免对于光路和成像过程造成不利影响。

在图21所示的实施例中，第一支撑件411和第二支撑件412可以是构造成一体的第一支撑件411和第二支撑件412由同一种材料制成，并可以例如在同一工序中整体加工出来。因此，第一支撑件411和第二支撑整体形成一种壳身41，其在一端支撑所示盖板43和嵌入所述盖板43的匀光片，在另一端连接电路板5或者底板42，在该底板42上可以设置用于安置光谱芯片20的电路板5。

在图22所示的实施例中，所述匀光组件110同样嵌入在盖板43中。但是与前述实施例不同的是，在所述盖板43中设置有台阶孔433，所述台阶孔433的阶梯与匀光组件110形状匹配，可以将上述匀光组件110嵌入上述台阶孔433内，由此定位和固定匀光组件110，同时允许被摄光通过所述匀光组件110，例如匀光片。可选地，所述嵌入在盖板43的台阶孔433中的匀光片的内表面与盖板43的内表面齐平。进一步，所述嵌入在盖板43的台阶孔433中的匀光片的外表面的周向边缘，即面对入射光的表面的周向边缘，被所述盖板43的台阶孔433的边缘所覆盖，由此所述盖板43对嵌入其中的匀光片形成一种包边结构432。这种结构形式的优点是，通过这种包边结构432可以更高地密封匀光组件110与盖板43之间的连接部位，避免雾气、水蒸气和雨水等侵入光谱传感器模组内部。

在此实施例中，在第一支撑件411中同样设有一个光阑120，例如构造成在第一支撑件411中的通孔。可选地，这个通孔的中轴线与所述光谱芯片20的成像光路的光轴重合，这有利于优化入射角度和均匀光强。

有利的是，所述匀光片的表面可以与第一支撑件411的对应表面贴合在一起。此外，在此实施例中，在第一支撑件411中设置所述光阑120和滤光组件130。例如，在在第一支撑件411中设置用于容纳滤光组件130、尤其是滤光片的凹槽。滤光片可以嵌入到第一支撑件411的这个凹槽中，尤其是滤光片的外表面与凹槽边缘齐平，由此滤光片与第一支撑件411形成整齐的外观，有利于在壳体中安装其他光电元器件，并避免对于光路和成像过程造成不利影响。

本申请还提出一种光谱传感器模组，包括所述的光谱传感器以及壳体4，所述光谱传感器的光谱芯片20和光学组件10安置在所述壳体4中。

如图23所示，所示光学组件10直接固定在光谱传感器模组的壳体4中，并设置在光谱芯片20的光学成像路径上。具体地，光谱传感器模组的壳体4是一个整体结构，其例如使用同一种材料在同一个工序中加工出来。整体而言，光谱传感器模组的壳体4是一种一体的柱状或者说筒状结构，其几何对称轴与入射光成像光路是同轴的。在此实施例中，在第一支撑件411中同样设有一个光阑120，其同样可以实现上述结合光阑描述的有益效果。在此，这个光阑可以是遮光镀膜(例如金属镀膜)中的一个透光孔，该遮光镀膜例如贴合在匀光组件110和/或滤光组件130的表面上，特别是被匀光组件110和滤光组件130夹持在中间。

所述光谱传感器模组的壳体4在面向入射光的一端具有用于容纳和固定光学组件10的容纳部。在一些实施例中，所述用于容纳和固定光学组件10的容纳部可以构造成在光谱传感器模组的壳体4中的阶梯孔441。所述壳体4的阶梯孔441一方面具有用于通过入射光的开口442，另一方面具有用于定位和固定所述光学组件10的台阶443，其中所述台阶443围绕所述开口442构造。所述光学组件10整体可以嵌入在所述阶梯孔441中，并以其边缘抵靠在所述壳体4的容纳部的台阶443上。有利地，所述嵌入在所述阶梯孔441中的所述光学组件10的外表面与所述壳体4的内表面齐平，即两者组合形成平整光滑的表面。

进一步，所述光学组件10嵌入在所述光谱传感器模组的壳体4的容纳部中，并且所述光学组件10的外表面的周向边缘，即面对入射光的表面的周向边缘，可以被所述容纳部的开口442的侧壁所覆盖，由此所述壳体4的容纳部对嵌入其中的光学组件10形成一种包边结构。这种包边结构例如可以通过所述壳体4的容纳部的开口442的侧壁上的倒角结构或者扩孔结构来实现。这种结构形式的优点是，通过这种包边结构可以更高地密封匀光组件110与盖板43之间的连接部位，避免雾气、水蒸气和雨水等侵入光谱传感器模组内部。

所述光学组件10包括匀光组件110、光阑120和可选的滤光组件130，其沿着入射光的成像光路依次叠置，形成一种三明治式的整体结构单元。所述光阑120可以在单独设置的遮光层150中的透光的光阑孔。这种整体结构单元可以通过形状锁合、材料锁合或者力锁合的方式嵌入到所述壳体4的容纳部(例如阶梯孔441)中。有利的是，匀光组件110的内表面，即朝向壳体4内部的表面，与壳体4本身的内表面齐平。

可选地，所述壳体4的容纳部构造成在所述壳体4上的凸台444。也就是说，所述壳体4的容纳部在成像光路上突出于所述壳体4的整体轮廓，例如参照图25所示的壳体4的立体图。这样的结构有利于增大壳体内部空间，方便布置和安装其他光电元器件。

同样，如图24所示，所述光学组件10还可以设置多个光阑120。所述光阑120可以在单独设置的遮光层150中的透光的光阑孔。备选地，所述光学组件10的光阑120也可以构造为在不透光涂层(例如镀膜，尤其是金属镀膜)中的光阑孔，所述不透光涂层可以涂敷在所述匀光组件110的上表面和/或下表面，或者可选的滤光组件130的上表面和/或下表面。

在一些实施例中，所述壳体4还设置有溢胶槽446，参见图24。所述溢胶槽446用于引导和容纳工艺胶水。所述溢胶槽446可以构造在所述壳体4中，尤其在所述用于容纳和固定光学组件10的容纳部附近，用于引导和容纳例如在粘接光学组件10时可能流淌出来的粘结剂或者说胶水。在一些实施例中，所述溢胶槽446在所述壳体4中沿着所述用于容纳和固定光学组件10的容纳部的周边构造，尤其是构造成环形槽结构。可选地，所述溢胶槽446在所述壳体4中也可以构造为所述用于容纳和固定光学组件10的容纳部的周边棱边的倒角，通过这种倒角结构所形成的缝隙或者槽口容纳溢胶。

此外，如图25所示，在所述壳体4中，例如在壳体4的上端面中，还可以设置排气孔445，其能够使壳体内部空间与外部环境彼此连通，由此实现壳体内外压力的平衡，确保在光谱传感器模组在制造过程中的公益性以及工作过程中的稳定性。可选地，所述排气孔445还可以设有堵头，其在需要时可以封闭和密封所述排气孔445，避免壳体内部遭受不必要的污染和影响。

参见图26，在本申请的光谱传感器模组的另一些实施例中，在所述光谱芯片20的光调制层220上还设置有透光保护层，并在所述透光保护层上设置有介质组件7。所述介质组件7为高透光率的介质材料。

在此，所述介质组件7可以提供机械和光学双重功能。在结构上，所述介质组件7设置在光谱芯片20的光调制层220和光学组件10之间，并支撑所述光学组件10，尤其是支撑所述匀光组件110。所述高透光的介质材料的折射率与所述介质材料的厚度相关。

作为所述滤光组件130，在所述介质材料的入光面上还可以设置有滤光层，所述滤光层可以粘合在所述介质组件7的入光面上。

结合前述实施例描述的所述光学组件10的匀光组件110、光阑120、滤光组件130以及壳体4等具体结构措施同样适用于本实施例，在此不再赘述。

用于粘合所述滤光层和介质组件7的粘合材料为透光的。在此实施例中，所述入射光经过匀光组件110及设置在所述匀光组件110之后的光阑120，继续通过介质组件7，到达光谱芯片20的光调制层220。

进一步的，所述入射光还可以经过匀光组件110及设置在所述匀光组件110下面的光阑120，继续通过介质组件7上的滤光组件130经过滤光后进入介质组件7，然后到达光谱芯片20的光调制层220。

在一些实施例中，所述光阑120可以构造为在一种镀膜中的孔口，所述镀膜可以敷镀在匀光组件110的入光侧表面和/或出光侧表面上。所述镀膜由遮光材料制成，例如金属镀膜，尤其是镀铬层，由此形成一种不透光涂层。光线可以从镀膜中的透光的孔口穿过，这种透光的孔口也成为透光的光阑孔，其形状、数量和布置方式在后面详细描述。此外，所述镀膜也可以敷镀在滤光组件130的入光侧表面和/或出光侧表面上。在此实施例中，以金属镀膜为例进行说明。

所述镀膜可以是一种复合结构，例如包括一个或者多个涂层。所述一个或者多个涂层彼此叠置，并对应加工有透光的光阑孔，由此形成带有光阑的整体镀膜。所述镀膜的不同涂层可以采用不同材料，由此通过涂层和材料组合，可以实现所述镀膜以及光阑的不同物理特性和光学特性。这里关于镀膜的特征描述，尤其适用于以上所有结合光谱传感器模组描述的示例性实施例。

本申请的一些实施例还提供一种电子设备，包括光谱传感器模组。通过所述电子设备的光谱传感器模组获取到的光谱信息，可以用于恢复色温、照度、亮度等环境光参数。

所述电子设备可以包括一个或多个处理器和存储器。处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行所述光谱传感器或所述光谱传感器模组的功能。所述存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。在所述存储器可以存储用于实现光谱成像和/或图像成像的相关控制指令或者程序。

最后需要指出，上述描述及附图中所示的本申请的实施例只作为举例而并不限制本申请。本申请的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本申请的技术特征和实施方式可以任意组合或者替换，由此形成的变形方案或修改方案也在本申请的记载和公开范围内。

Claims (64)

1.光谱传感器，其特征在于，包括

光谱芯片(20)，所述光谱芯片(20)包括光调制层(220)和光电探测层(230)，其中所述光调制层(220)在所述光电探测层(230)的感测路径上设置于所述光电探测层(230)的入光面一侧并包括用于对入射光进行调制的至少一个调制单元(221)，其中所述光电探测层(230)被配置为获得经过所述至少一个调制单元(221)所调制的光信号，以及

光学组件(10)，所述光学组件(10)设置于所述光谱芯片(20)的感测路径上，用于接收来自被摄目标的入射光信号并将所述光信号导引至所述光谱芯片(20)的光调制层(220)，

其中所述光学组件(10)包括多个光阑(120)，所述多个光阑(120)被配置为通过所述多个光阑形成照射到所述光谱芯片(20)的光调制层(220)的光斑(140)，所述光斑(140)覆盖所述光调制层(220)的至少一个所述调制单元(221)，其中所述调制单元(221)是用于获取恢复所述被摄目标的入射光的光信号的光谱信息的最小单元。

2.如权利要求1所述的光谱传感器，其中所述光阑被配置为通过所述多个光阑(120)分别形成的照射到所述光谱芯片(20)的光调制层(220)的多个光斑(140)，所述多个光斑(140)分别覆盖所述光谱芯片(20)上不同位置的调制单元(221)。

3.如权利要求2所述的光谱传感器，其中对于同一个光谱芯片(20)的光调制层(220)上由周期性排布的调制单元(221)构成的情况，对应每个周期内的设定位置上的所述调制单元(221)由所述光阑(120)被配置通过的所述被摄目标的光信号形成的光斑(140)所覆盖。

4.如权利要求1或2所述的光谱传感器，其中所述光阑(120)还被配置为通过所述多个光阑(120)形成的照射到所述光谱芯片(20)的光调制层(220)的光斑(140)的整体组合覆盖所述光谱芯片(20)上的所有调制单元(221)。

5.如权利要求2所述的光谱传感器，其中所述光阑(120)被配置为通过所述光阑(120)形成的光斑(140)覆盖同一个调制单元(221)的不同位置。

6.如权利要求5所述的光谱传感器，其中所述调制单元(221)分别包括多个相同或者不同的调制子单元，所述光阑(120)被配置为通过所述光阑(120)形成的多个光斑(140)分别覆盖同一个调制单元(221)的不同调制子单元。

7.如权利要求2所述的光谱传感器，其中所述调制单元(221)分别包括多个相同或者不同的调制子单元，所述光阑(120)被配置为通过所述光阑(120)形成的光斑(140)照射在所述调制单元(221)的不同周期内的多个相同位置的所述调制子单元上。

8.如权利要求2所述的光谱传感器，其中所述调制单元(221)分别包括多个相同或者不同的调制子单元，所述光阑(120)被配置为通过所述光阑(120)形成的多个光斑(140)分别覆盖不同的所述调制单元(221)内处于相同位置的调制子单元。

9.如权利要求1或2所述的光谱传感器，其中所述光谱芯片(20)的光调制层(220)由多组不同的调制单元(221)为光谱单元而构成，所述光谱单元按照周期性设置在所述光谱芯片(20)

上，所述光阑(120)还被配置为通过所述多个光阑(120)形成的照射到所述光谱芯片(20)的光调制层(220)的光斑(140)覆盖所述光谱单元的不同调制单元(221)上。

10.如权利要求4所述的光谱传感器，其中所述光谱芯片(20)的光调制层(220)由多组不同的调制单元(221)为光谱单元而构成，所述光谱单元按照周期性设置在所述光谱芯片(20)上。

11.如权利要求9所述的光谱传感器，其中所述光阑(120)还被配置为通过所述多个光阑(120)形成的照射到所述光谱芯片(20)的光调制层(220)的光斑(140)覆盖不同的所述光谱单元的同一位置的调制单元(221)上。

12.如权利要求9所述的光谱传感器，其中所述光阑(120)还被配置为通过所述多个光阑(120)形成的照射到所述光谱芯片(20)的光调制层(220)的光斑(140)覆盖不同的所述光谱单元的对应的不同位置的调制单元(221)上，并且多个所述不同位置的调制单元构成一个周期内的光谱单元。

13.如权利要求1所述的光谱传感器，其中所述光谱芯片(20)还包括图像传感器(240)，所述图像传感器(240)配置成用于获取对所述光调制层(220)调制的入射光的响应信号，并由所述响应信号获得光谱图像信息；其中所述光调制层上设置多个调制单元(221)。

14.如权利要求1所述的光谱传感器，其中通过每个光斑(140)处对应的一个或者多个所述调制单元(221)，并通过所述光斑覆盖的所述调制单元(221)获取所述被摄目标的入射光的光谱响应。

15.如权利要求1所述的光谱传感器，其中所述调制单元(221)对应所述光电探测层(230)的一个或多个物理像素，其中至少两个调制单元(221)形成一个光谱像素。

16.如权利要求2所述的光谱传感器，其中多个所述光阑(120)被配置为与所述被摄目标的光信号通过所述多个光阑(120)形成在所述光谱芯片(20)上的多个光斑是多对多或多对一的。

17.如权利要求1所述的光谱传感器，其中所述光谱传感器的光学组件(10)还包括设置在一个或多个光阑(120)位置处的光衰减片(225)和/或光增强片(223)。

18.如权利要求17所述的光谱传感器，其中所述光阑(120)位置设置的光衰减片(225)用于减弱所述被摄目标的入射光信号，和/或所述光增强片(223)用于增强所述被摄目标的入摄光信号。

19.如权利要求17所述的光谱传感器，其中所述调制单元(221)分别包括多个相同或者不同的调制子单元，所述光衰减片(225)和/或光增强片(223)被设置于多个所述光阑位置处，所述多个光阑(120)被配置为通过对应所述光阑(120)形成的光斑覆盖到同一周期内所述调制单元(221)的不同调制子单元位置。

20.如权利要求17所述的光谱传感器，其中所述调制单元(221)分别包括多个相同或者不同的调制子单元，所述光衰减片(225)和/或光增强片(223)被设置于多个所述光阑位置处，所述多个光阑(120)被配置为通过对应所述光阑(120)形成的光斑覆盖到不同周期内所述调制单元(221)相同的调制子单元位置。

21.如权利要求1到3中任一项所述的光谱传感器，其中所述光谱传感器的光学组件(10)还包括匀光组件(110)，其设置在入射光照射到光谱芯片(20)的光路上，所述匀光组件(110)用于使得照射到所述光谱芯片(20)的光信号均匀且角度不敏感。

22.如权利要求21所述的光谱传感器，其中所述匀光组件(110)被配置为使得通过所述匀光组件(110)的入射光形成余弦发光体。

23.如权利要求21所述的光谱传感器，其中所述匀光组件(110)是匀光片。

24.如权利要求21所述的光谱传感器，其中所述光学组件(10)还包括滤光组件(130)，其设置在入射光照射到光谱芯片(20)的光路上。

25.如权利要求24所述的光谱传感器，其中对应不同的光阑位置设置具有不同滤光波段的滤光组件(130)。

26.如权利要求21所述的光谱传感器，其中所述光阑(120)构造为通过塑胶件注塑形成的通孔。

27.如权利要求21所述的光谱传感器，其中所述光阑(120)构造为在所述匀光组件(110)的上表面和/或下表面形成的不透光涂层中的光阑孔。

28.如权利要求24所述的光谱传感器，其中所述光阑(120)构造为在所述滤光组件(130)的上表面和/或下表面形成的不透光涂层中的光阑孔。

29.如权利要求27或28所述的光谱传感器，其中所述不透光涂层是镀膜，所述镀膜包括一个或者多个涂层。

30.如权利要求26所述的光谱传感器，其中所述通孔的纵截面是方形或者梯形。

31.光谱传感器模组，包括

根据权利要求1至30中任一项所述的光谱传感器，以及

电路板(5)，所述光谱传感器的光谱芯片(20)安置并电连接到所述电路板(5)上。

32.如权利要求31所述的光谱传感器模组，其中所述光谱传感器模组的壳体(4)包括第一支撑件(411)，所述光学组件(10)的所述至少一个光阑(120)构造在所述第一支撑件(411)中。

33.如权利要求32所述的光谱传感器模组，其中所述光学组件(10)的匀光组件(110)设置在第一支撑件(411)的面对入射光的表面上。

34.如权利要求33所述的光谱传感器模组，其中所述光学组件(10)的滤光组件(130)设置在第一支撑件(411)的与所述匀光组件(110)相对的表面上。

35.如权利要求34所述的光谱传感器模组，其中在第一支撑件(411)中设置用于容纳所述滤光组件(130)的凹槽，该凹槽与第一支撑件(411)中设置所述光阑(120)的位置相对应。

36.如权利要求35所述的光谱传感器模组，其中所述滤光组件(130)嵌入到第一支撑件(411)的所述凹槽中，并且所述滤光组件(130)的外表面与凹槽边缘齐平。

37.如权利要求33所述的光谱传感器模组，其中所述光学组件(10)的滤光组件(130)设置在所述光学组件(10)的匀光组件(110)与第一支撑件(411)之间。

38.如权利要求32所述的光谱传感器模组，其中所述光谱传感器模组的壳体(4)还包括用于支撑第一支撑件(411)的第二支撑件(412)，其中第一支撑件(411)和第二支撑件(412)设置用于保护并支撑光路的形成。

39.如权利要求38所述的光谱传感器模组，其中所述第一支撑件(411)和第二支撑件(412)构造成一体的，并由此形成一个一体的底座，在该底座的与所述光学组件(10)的匀光组件(110)相对的区域中构造所述光阑(120)。

40.如权利要求38所述的光谱传感器模组，其中所述光谱传感器模组的壳体(4)还包括底板(42)，所述电路板(5)设置在所述底板(42)上，其中所述第二支撑件(412)支撑在第一支撑件(411)和所述底板(42)之间，从而第一支撑、第二支撑件(412)以及所述底板(42)组共同成形成光谱传感器模组的壳体(4)。

41.如权利要求38所述的光谱传感器模组，其中所述第一支撑件(411)的厚度根据光阑(120)的孔径、光阑(120)之间的中心点的距离、光阑(120)的个数和第二支撑件(412)的厚度来确定。

42.如权利要求41所述的光谱传感器模组，其中通过所述光阑(120)形成照射到所述光谱芯片(20)上的光斑(140)，其中所述光斑(140)的有效面积遵循以下经验公式：

其中，d代表光阑孔径或者说光阑直径，h₁代表在入射光照射到光谱芯片(20)的光路方向上所述光学组件(10)的匀光组件(110)的入光面/出光面到光谱芯片(20)的距离，h₂代表在入射光照射到光谱芯片(20)的光路方向上所述光阑(120)的入光面/出光面到光谱芯片(20)的距离。

43.如权利要求38到42中任一项所述的光谱传感器模组，其中所述光谱传感器模组还包括盖板(43)，其支撑并固定在所述第一支撑件(411)的面对入射光的表面上。

44.如权利要求43所述的光谱传感器模组，其中在所述盖板(43)中设置有楔形槽(431)，所述楔形槽(431)用于嵌入和固定所述光学组件(10)的匀光组件(110)。

45.如权利要求44所述的光谱传感器模组，其中所述楔形槽(431)环绕所述匀光组件(110)的外沿设置完整一周。

46.如权利要求44所述的光谱传感器模组，其中围绕所述匀光组件(110)在多个相对的位置上分别设置一个楔形槽(431)。

47.如权利要求45所述的光谱传感器模组，其中所述楔形槽(431)构造为在所述盖板(43)中的锥形孔。

48.如权利要求47所述的光谱传感器模组，其中所述楔形槽(431)的锥形孔的窄端处于所述盖板(43)的外表面，而锥形孔的宽端处于所述盖板(43)的内表面。

49.如权利要求44所述的光谱传感器模组，其中设置在所述盖板(43)的楔形槽(431)中的匀光组件(110)的内表面和外表面与所述盖板(43)的相应表面齐平。

50.如权利要求43所述的光谱传感器模组，其中在所述盖板(43)中设置有台阶孔(433)，所述台阶孔(433)的阶梯与所述光学组件(10)的匀光组件(110)形状匹配，其中所述匀光组件(110)嵌入在盖板(43)的台阶孔(433)中，并且所述嵌入在盖板(43)的台阶孔(433)中的匀光组件(110)的外表面的周向边缘被所述盖板(43)的台阶孔(433)的边缘所覆盖，由此所述盖板(43)对嵌入其中的所述匀光组件(110)形成一种包边结构(432)。

51.如权利要求43所述的光谱传感器模组，其中在所述盖板(43)上设置保护罩。

52.如权利要求43所述的光谱传感器模组，其中所述光谱传感器模组的第一支撑件(411)、第二支撑件(412)和盖板(43)一体注塑成型。

53.如权利要求31所述的光谱传感器模组，其中所示光谱传感器模组的壳体(4)是一体的筒状结构，并且在面向入射光的一端具有用于容纳和固定所述光学组件(10)的容纳部。

54.如权利要求53所述的光谱传感器模组，其中所述用于容纳和固定光学组件(10)的容纳部构造成在光谱传感器模组的壳体(4)中的阶梯孔(441)，所述壳体(4)的阶梯孔(441)包括用于通过入射光的开口(442)和用于定位和固定所述光学组件(10)的台阶(443)。

55.如权利要求54所述的光谱传感器模组，其中所述光学组件(10)的匀光组件(110)、光阑(120)和滤光组件(130)沿着入射光的成像光路依次叠置，形成一种三明治式的整体结构单元，其中所述整体结构单元通过形状锁合、材料锁合或者力锁合的方式嵌入到所述壳体(4)的阶梯孔(441)中。

56.如权利要求54或55所述的光谱传感器模组，其中在所述壳体(4)中沿着所述用于容纳和固定光学组件(10)的容纳部的周边构造有溢胶槽(446)。

57.如权利要求56所述的光谱传感器模组，其中所述溢胶槽(446)在所述壳体(4)中构造为在所述用于容纳和固定光学组件(10)的容纳部的周边棱边上的倒角。

58.如权利要求31到42中任一项所述的光谱传感器模组，其中在所示光谱传感器模组的壳体(4)中还设置有使壳体内部空间与外部环境彼此连通的排气孔(445)。

59.如权利要求31所述的光谱传感器模组，其中所述光谱芯片(20)的光调制层(220)上还设置有透光保护层，并在所述透光保护层上设置有介质组件(7)，用于支撑所述光学组件(10)的匀光组件(110)，其中所述介质组件(7)为高透光率的介质材料。

60.如权利要求59所述的光谱传感器模组，其中所述介质组件(7)设置在光谱芯片(20)的光调制层(220)和光学组件(10)之间，并支撑所述光学组件(10)。

61.如权利要求59或60所述的光谱传感器模组，其中在所述介质材料的入光面上设置有滤光层，所述光学组件(10)的所述至少一个光阑(120)构造在所述滤光层中。

62.如权利要求61所述的光谱传感器模组，其中所述滤光层粘合在所述介质组件(7)的入光面上，其中用于粘合所述滤光层和介质组件(7)的粘合材料为透光的粘合材料。

63.如权利要求31到42中任一项所述的光谱传感器模组，其中所述光谱传感器模组还包括数据处理单元(3)。

64.电子设备，包括根据权利要求31至63中任一项所述的光谱传感器模组。