TW202104857A - 使用多通道色彩感測器的光譜重建 - Google Patents
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Abstract
一種光偵測器裝置包含:複數個光偵測器元件;及複數個濾光器,其中該複數個濾光器之各濾光器配置於一對應光偵測器元件之一光偵測表面前面以過濾入射於該光偵測表面上之傳入光,且其中該複數個濾光器經組態以分別過濾該傳入光之至少兩個不同波長頻帶,且其中該至少兩個波長頻帶組合以跨越一預定義波長範圍,且其中該複數個濾光器之各濾光器具有一對應光譜敏感度,且其中該複數個濾光器在該預定義波長範圍內之光譜敏感度曲線之一總和係一恆定值。
Description
本發明係關於使用多通道色彩感測器之光譜重建。
藉由照明樣本且量測反射光譜分量而執行樣本之色彩量測。因此,樣本之色彩係依據照明而變化且一單一樣本可在不同照明光譜下產生不同色彩印象(例如,色彩座標)。此外,在一些情況中,在光譜上不同之樣本亦可在一個照明下看起來相同,如在異譜同色(metamerism)中。為在色彩量測中獲得光譜性質,可量測一樣本且從對照明光譜及經量測光譜之暸解可重建樣本之實際光譜性質且可在一任意照明光譜下判定色彩光譜(例如,色彩座標)。
本發明係關於使用多通道色彩感測器之光譜重建,其中不同通道感測器之光譜回應經預定義,使得以能量上成比例之一方式偵測窄頻光譜分量。
一般言之,在一些態樣中,本發明之標的物可體現在一種光偵測器裝置中,其包含:至少兩個光偵測器元件,諸如至少三個光偵測器元件;及至少兩個濾光器,諸如至少三個濾光器,其中該至少兩個或至少三個濾光器之各濾光器配置於一對應光偵測器元件之一光偵測表面前面以過濾入射於該光偵測表面上之傳入光,且其中該至少兩個或該至少三個濾光器經組態以分別過濾該傳入光之至少兩個或至少三個不同波長頻帶,且其中該至少兩個或至少三個不同波長頻帶組合以跨越一預定義波長範圍,且其中該至少兩個或至少三個濾光器之各濾光器具有一對應光譜敏感度,且其中該至少兩個或該至少三個濾光器在該預定義波長範圍內之光譜敏感度曲線之一總和係一恆定值。
該光偵測器之實施方案可具有下列特徵之一或多者。例如,在一些實施方案中,在該總和中使用之該等光譜敏感度曲線之各者經正規化為一預定義值。
在一些實施方案中,在小於且在該預定義波長範圍內之一第一波長範圍內之恆定總和由一第一濾光器之該光譜敏感度曲線及一第二濾光器之該光譜敏感度曲線之總和組成。
在一些實施方案中,該至少三個濾光器之至少一個濾光器之一光譜敏感度曲線具有由一餘弦函數表示之一形狀。
在一些實施方案中,至少一個濾光器之一光譜敏感度曲線具有一三角函數之一形狀。
在一些實施方案中,至少一個濾光器之一光譜敏感度具有一梯形函數之一形狀。
在一些實施方案中,針對該至少三個濾光器之各濾光器,該濾光器之該光譜敏感度曲線包含一對應峰值及一對應半峰全寬(FWHM)值,其中一第一濾光器之該FWHM值大於該第一濾光器之該峰值與一第二濾光器之該峰值之間的一距離。
在一些實施方案中,各濾光器之該光譜敏感度曲線之一形狀係相同的。
在一些實施方案中,一第一濾光器之該光譜敏感度曲線之一形狀不同於一第二濾光器之該光譜敏感度曲線之一形狀。
在一些實施方案中,一第一濾光器之該光譜敏感度曲線之一形狀係一第二濾光器之該光譜敏感度曲線之一形狀之一鏡像。
在一些實施方案中,該預定義波長範圍跨越約380 nm與約780 nm之間的一波長。
在一些實施方案中,針對各濾光器,該濾光器之該光譜敏感度曲線包含一對應峰值及一對應半峰全寬(FWHM)值,且一第一濾光器之該FWHM大於或等於25 nm。
在一些實施方案中,該至少兩個或該至少三個濾光器包含在一線陣列中。
在一些實施方案中,該至少兩個或該至少三個濾光器包含在一二維陣列中。在一些實施方案中,該至少三個濾光器配置成一圓形圖案,例如一對稱圓形圖案。
在一些實施方案中,各濾光器係經組態以透射該傳入光之其各自波長頻帶內之光之一帶通濾光器。
在一些實施方案中,各濾光器係經組態以吸收該傳入光之其各自波長頻帶內之光之一吸收濾光器。
在一些實施方案中,各濾光器包含一干涉濾光器或一電漿子濾光器。
本標的物之實施方案提供各種優點。例如,在一些實施方案中,多通道光譜感測器之敏感度函數經設計,使得目標光譜以能量上成比例之一方式進入至該等感測器通道中且能量信號損失歸因於窄頻光譜而係有限的。在一些實施方案中,反射量測中之照明(例如,來自一白色LED)之非均質光譜可得到平衡。
下文在隨附圖式及描述中闡述一或多項實施例之細節。從描述、圖式及發明申請專利範圍將明白其他特徵及優點。
為簡化一光譜儀之量測要求,已開發具有減少數目個量測通道(例如,具有擁有不同透射光譜回應之相關聯濾光器結構之光偵測器元件)之光譜儀系統,使得可實施較小且較便宜之光譜儀。由光譜儀之不同通道記錄之量測用於重建入射光之整個光譜。光譜儀之各通道為重建光譜提供所謂之一「支援點」。一般言之,一光譜重建程序之可達成解析度及因此品質部分地取決於光譜儀之敏感度函數及光譜儀之掃描範圍(例如,支援點之數目及分佈)。若入射光譜包含一或多個相對陡峭特徵(例如,一相對窄波長頻帶內之一高功率分量),則可能無法重建此等陡峭特徵,尤其在存在很少支援點時。相比之下,支援點之數目愈大(例如,覆蓋不同波長頻帶之光譜儀通道之數目愈大),可重建入射光譜之陡峭特徵之概率愈大。
圖1係繪示根據本發明之包含一基板102上之多個偵測器元件104及多個光學濾光器106之一光偵測器裝置100 (例如,一多光譜感測器裝置,諸如一光譜儀裝置)之一實例之一示意圖。特定言之,光偵測器裝置100包含至少三個光偵測器元件104及至少三個光學濾光器106,其中至少三個光學濾光器之各光學濾光器106配置於一對應光偵測器元件104之一光偵測表面前面。光偵測器元件104可包含例如一光偵測器元件,諸如一光電二極體(例如,一矽光電二極體)。可在基板102中或其上形成光偵測器元件104。光學濾光器106經組態以過濾入射光,使得僅由下層光偵測器元件104偵測到入射波長之一部分。
光學濾光器106可包含例如帶通濾光器,該等帶通濾光器經組態以透射傳入光(例如光108)之不同各自波長頻帶內之入射光,同時阻擋、吸收或反射具有各自波長頻帶外之波長之光。在帶通濾光器之情況中,各濾光器106之通帶可覆蓋不同於裝置100中之各其他濾光器106之一波長頻帶。在一些實施方案中, 一波長頻帶可被定義為濾光器光譜回應之半峰全寬。替代地,波長頻帶可被定義為其中濾光器光譜回應大於某一最小敏感度值之波長範圍。例如,濾光器106之一或多者之波長頻帶可被定義為其中濾光器之光譜回應大於約0.2、大於約0.3、大於約0.4、大於約0.5、大於約0.6、大於約0.7或大於約0.8等之波長範圍。
由於透射波長頻帶可針對不同濾光器而不同,所以在一些實施方案中,在裝置100中使用至少三個光偵測器元件104及至少三個對應濾光器106可為有利的。例如,至少三個不同濾光器可提供跨至少三個不同色彩座標(例如,針對紅色、藍色及綠色模型)之色彩偵測。然而,一多光譜感測器裝置可包含其他數目個濾光器-光偵測器對(即,一濾光器與下層光偵測器之一組合)。例如,一多光譜感測器裝置可包含2個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、15個、20個、25個、30個、35個、40個、45個或50個濾光器-光偵測器對。
在一些實施方案中,濾光器106包含吸收濾光器,該等吸收濾光器經組態以吸收傳入光之不同各自波長頻帶內之入射光,同時容許波長頻帶外之光傳遞至定位於濾光器106下方之光偵測器元件104。
濾光器106可包含例如干涉濾光器或電漿子濾光器。干涉濾光器可包含具有交替折射率之多個材料薄層,諸如薄膜介電質。例如,濾光器106可為具有交替低折射率及高折射率材料之介電薄膜堆疊。干涉濾光器中之層數可變化。例如,一干涉濾光器中之該數目個介電薄膜可包含2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個或更多薄膜介電層。用作薄膜介電層之材料可包含例如SiO2
、TiO2
、Ta2
O5
、Nb2
O5
、Si2
N4
等。各堆疊內之層之厚度及位置(例如,介電薄膜是否係一最底層、一最上層或一中介層)可取決於濾光器堆疊之設計及濾光器106之所要透射光譜。因此,裝置100之各濾光器106可具有不同於裝置100之其他濾光器106之一設計。在一些情況中,干涉濾光器可為基於聚合物之干涉濾光器。在一些實施方案中,干涉濾光器可為法布立-培若(Fabry-Perot)干涉濾光器。
光偵測器104及濾光器106在圖1中被繪示為配置成一維線陣列。然而,偵測器104及其等對應濾光器106可代替地配置成二維陣列。在一些實施方案中,偵測器104及濾光器106配置成一圓形圖案(例如,一對稱圓形圖案),其中偵測器104及濾光器106與鄰近偵測器-濾光器對均勻間隔。
多光譜感測器裝置100中之各濾光器-偵測器對與一對應光譜敏感度相關聯。光譜敏感度係光透射穿過濾光器106且被偵測器偵測之相對效率,該相對效率依據入射信號之頻率或波長而變化。在一些實施方案中,各光學濾光器106之光譜敏感度包含一對應峰值及一對應半峰全寬(FWHM)值。濾光器106之一或多者之FWHM可大於或等於25 nm、大於或等於30 nm、大於或等於35 nm、大於或等於40 nm、大於或等於45 nm、大於或等於50 nm、大於或等於60 nm、大於或等於75 nm、大於或等於100 nm、大於或等於125 nm或大於或等於150 nm,但其他最小值亦係可行的。在一些實施方案中,FWHM小於或等於200 nm、小於或等於175 nm、小於或等於150 nm、小於或等於125 nm、小於或等於100 nm、小於或等於75 nm、小於或等於60 nm、小於或等於50 nm、小於或等於45 nm、小於或等於40 nm、小於或等於35 nm或小於或等於30 nm,但其他最大值亦係可行的。
圖7係繪示包含具有不同光譜敏感度曲線702至710之五個透射濾光器之一多光譜感測器裝置之光譜敏感度之一標繪圖。如圖7中展示,光譜敏感度曲線702至710共同跨越約350 nm至略大於約750 nm之間的一波長範圍。亦如圖7中展示,各個別濾光器具有一對應光譜敏感度,其具有等於約25 nm之一FWHM。鑑於光譜敏感度702至710之相對窄頻寬,基於經組態以具有圖7中展示之性質之一多光譜感測器裝置之一光譜重建程序可能無法重建一或多個相對陡峭特徵(例如,在對應於不同光譜敏感度曲線702至710之峰值之位置之間下降之一相對窄波長頻帶內之一高功率分量)。例如,虛線712表示具有在其中曲線704及706之量值非常低或相對不顯著之區域中下降之峰值之一目標光譜。因此,光譜敏感度曲線702至710與目標光譜之迴旋積將提供較少至不提供關於該等峰值之資訊。此外,即使可偵測到此等特徵,此等特徵之重建仍可能無法以精確反映入射光譜之能量上成比例之一方式完成。
然而,如本文中描述,可重組態多個濾光器之光譜敏感度,使得可以能量上成比例之一方式重建各種目標光譜而不具有能量信號損失,無關於入射光譜內是否存在窄頻及/或陡峭分量。特定言之,一多光譜感測器裝置(諸如裝置100)之各種濾光器之光譜敏感度可經組態,使得一預定義波長範圍內之光譜敏感度之一總和保持恆定。以此方式,一目標光譜內之極限值(側面(flank)或峰值)之光譜改變不以光譜方式被偵測(如在經組態以展現圖7中展示之性質之裝置中),而代替地以整體方式被偵測。即,不同通道之光譜敏感度經組態,使得一求和函數提供多光譜感測器裝置之一完整光譜範圍內之一均勻分佈,其中多光譜感測器裝置之完整光譜範圍可被定義為與一濾光器通道之一峰值光譜敏感度相關聯之最小波長及與一濾光器通道之一峰值光譜敏感度相關聯之最大波長之間的差異。
圖2係一多光譜感測器裝置(例如,一光譜儀)之一例示性光譜回應之一標繪圖,其中光學濾光器已經組態,使得一預定義波長範圍內之光譜敏感度之一總和係恆定的。如圖2中展示,光譜儀裝置由5個單獨通道組成,其等之各者具有一對應光譜敏感度(202、204、206、208、210)。一光譜儀裝置(諸如與圖2相關聯之裝置)之光譜敏感度之各者可被正規化為一恆定值。例如,如圖2中展示,光譜敏感度202至210皆被正規化為1值。光譜敏感度之各者經組態以具有形狀,使得一預定義波長範圍212內之圖2中展示之光譜敏感度之一總和214依據波長恆定。例如,在圖2之實例中,波長範圍212內之總和214等於1值。
以此方式修改濾光器之光譜敏感度容許以能量上成比例之一方式偵測具有窄頻及/或陡峭分量之目標光譜而不具有信號損失。例如,仍可使用圖2中展示之光譜敏感度組態以能量上成比例之一方式偵測目標光譜216內之窄頻峰值之各者。
換言之,一多光譜感測器裝置之各濾光器-偵測器對之光譜敏感度可被表達為如下:
其中λmin
係預定義波長範圍之最小波長,λmax
係預定義波長範圍之最大波長,k係濾光器或偵測器通道之數目,S_deti
係濾光器或通道i之光譜敏感度,ai
係濾光器或通道i之一縮放因數,且const表示一恆定值。
如圖2中展示,預定義波長範圍212覆蓋開始於與一濾光器通道(即,處於λpeak
≈400 nm之濾光器202)之一峰值光譜敏感度相關聯之最小波長及與一濾光器通道(即,處於λpeak
≈720 nm之濾光器210)之一峰值光譜敏感度相關聯之最大波長之一波長頻帶。因此,預定義波長範圍212覆蓋約320 nm之一波長頻帶。
在一些實施方案中,其中光譜反射率之總和係恆定之預定義波長範圍可覆蓋例如多光譜感測器裝置內之至少兩個濾光器之波長頻帶,包含例如覆蓋多光譜感測器裝置內之至少三個濾光器之波長頻帶、覆蓋多光譜感測器裝置內之至少四個濾光器之波長頻帶、覆蓋多光譜感測器裝置內之至少五個濾光器之波長頻帶、覆蓋多光譜感測器裝置內之至少十個濾光器之波長頻帶、覆蓋多光譜感測器裝置內之至少十五個濾光器之波長頻帶、覆蓋多光譜感測器裝置內之至少二十個濾光器之波長頻帶或覆蓋多光譜感測器裝置內之至少二十五個濾光器之波長頻帶等。
在一些實施方案中,其中光譜反射率之總和係恆定之預定義波長範圍可覆蓋可見波長範圍。例如,其中總和係恆定之預定義波長範圍可在約380 nm至約780 nm之間。在一些情況中,其中光譜敏感度之總和係恆定之預定義波長範圍覆蓋紫外線、近紅外線及/或可見波長範圍內之波長。例如,其中總和係恆定之預定義波長範圍可在約10 nm至約380 nm之間。在另一實例中,其中總和係恆定之預定義波長範圍可在約780 nm至約5微米之間。
圖2中展示之各通道之光譜敏感度形狀被稱為「餘弦」形狀,此係因為曲線實質上追蹤由一餘弦函數表示之一曲線之形狀。然而,濾光器之光譜敏感度不限於此等形狀。例如,圖3係一多光譜感測器裝置(例如,一光譜儀裝置)之例示性光譜回應之一標繪圖,其中光譜儀之光學濾光器已經組態,使得一預定義波長範圍內之濾光器的光譜敏感度(302至310)之一總和300係恆定的,且其中光譜敏感度之形狀係梯形。即,各濾光器之光譜敏感度之峰值(諸如濾光器306之峰值312)在一更寬波長範圍內係恆定的。加寬峰值(諸如峰值312)之寬度可為至少5 nm、至少10 nm、至少15 nm、至少20 nm、至少25 nm或至少30 nm,但其他寬度亦係可行的。峰值之寬度可受到濾光器構造設計之限制且可小於50 nm、小於45 nm、小於40 nm或小於35 nm。
其他光譜敏感度形狀亦係可行的。例如,圖4係一多光譜感測器裝置(例如,一光譜儀裝置)之例示性光譜回應之一標繪圖,其中光譜儀之光學濾光器已經組態,使得一預定義波長範圍內之濾光器的光譜敏感度(402至410)之一總和400係恆定的,且其中光譜敏感度之形狀係三角形。
儘管圖2至圖4中繪示之光譜敏感度針對各光學濾光器具有相同形狀,然一多光譜感測器裝置內之光學濾光器可展現不同形狀。例如,圖5係一多光譜感測器裝置(例如,一光譜儀裝置)之一例示性光譜回應之一標繪圖,其中光學濾光器已經組態,使得一預定義波長範圍內之光譜敏感度之一總和係恆定的,且其中至少兩個光學濾光器之光譜敏感度之形狀係不同的。圖5包含曲線502、504、506、508及510。特定言之,光譜敏感度曲線506、508及510之各者之形狀彼此不同。光譜敏感度曲線506在其峰值之較低波長側上較陡且在其峰值之較高波長側上具有一較平緩斜率。相比之下,敏感度曲線508在其峰值之較低波長側上具有一平緩斜率且在其峰值之較高波長側上具有一較陡斜率。再者,光譜敏感度峰值之分離可為不對稱的。例如,如圖5中展示,相較於與曲線504相關聯之峰值,與曲線506相關聯之峰值更遠離於與曲線508相關聯之峰值。
替代地或另外,多光譜感測器裝置之兩個濾光器之光譜敏感度曲線可為彼此之鏡像。例如,光譜敏感度曲線506之形狀係光譜敏感度曲線508之形狀之一鏡像,如圍繞在550 nm波長處垂直延伸之一虛軸觀察。
在圖2至圖5中展示之例示性標繪圖之各者中,整個預定義波長範圍內之光譜敏感度之總和在該範圍內之各波長下依據僅兩個光譜敏感度曲線之組合而變化。例如,再次參考圖2,約400 nm與約480 nm之波長之間的光譜敏感度曲線之恆定總和214係曲線202及204之組合之一結果;約480 nm與約560 nm之波長之間的光譜敏感度曲線之恆定總和214係曲線204及206之組合之一結果;約560 nm與約640 nm之波長之間的光譜敏感度曲線之恆定總和214係曲線206及208之組合之一結果;約640 nm與約720 nm之波長之間的光譜敏感度曲線之恆定總和214係曲線208及210之組合之一結果。換言之,可以說預定義波長範圍212之一子集內之光譜敏感度值之恆定總和由一第一濾光器之光譜敏感度值及一第二濾光器之光譜敏感度值之總和組成。標繪圖中展示之光譜敏感度可具有一或多個優點。例如,在一些實施方案中,若吾人期望更詳細地分析/重建可見光之一較低光譜範圍,則可定義在該範圍內具有較低光譜分離之更多通道。若存在較不關注細節之光譜範圍(例如,在可見範圍外),則可放寬該等範圍內之光譜分離。
在其他實施方案中,預定義波長範圍212之一子集內之光譜敏感度值之恆定總和可包含恰兩個以上濾光器之光譜敏感度值之總和。例如,在一些情況中,恆定總和可係歸因於與三個不同濾光器、四個不同濾光器、五個不同濾光器或更多不同濾光器相關聯之光譜敏感度值之總和。
在一些實施方案中,光譜儀中之一第一濾光器之光譜敏感度曲線之一FWHM值大於第一濾光器之光譜敏感度曲線之峰值與光譜儀中之一第二濾光器之一光譜敏感度曲線之一峰值之間的一距離。例如,參考圖2,光譜敏感度曲線202可經修改以具有120 nm之一FWHM,而曲線202之峰值與曲線204之峰值之間的距離可被設定為100 nm。
在一些實施方案中,在設計一多光譜感測器裝置時,光偵測器元件之光譜敏感度應納入考慮。在此等境況中,各濾光器之光譜敏感度曲線經縮放至偵測器元件之最大光譜敏感度曲線。例如,圖6A係縮放至一矽偵測器元件(例如,一矽光電二極體)在一預定義波長範圍612內之光譜敏感度曲線600之一光偵測器裝置之例示性光譜敏感度曲線(602、604、606、608、610)之一標繪圖。即,圖6A中之標繪圖展示圖5中所見之經縮放感測器之絕對光譜敏感度且表示一目標形狀。如從圖6A可見,曲線600之量值從約350 nm之一波長增加至約750 nm之一波長。光譜儀之濾光器經設計以展現匹配曲線600在該相同波長範圍內之增加之經縮放光譜敏感度曲線(602a、604a、606a、608a、610a)。
圖6B係如基於圖6A中之曲線之縮放而計算之一光譜儀之濾光器之一例示性光譜回應曲線之一標繪圖。圖6B中之各曲線(602b、604b、606b、608b、610b)分別對應於光譜敏感度曲線(602a、604a、606a、608a、610a)之一光譜回應曲線。因此,圖6B展示濾光器設計之要求,其可被表達為Fi
(λ)=S_deti
(λ)/Si
(λ)。由於Si之形狀,新圖表中所見之感測器敏感度(實線)與濾光器透射(虛線)之間存在一些差異。
如本文中說明, 本發明之濾光器可為干涉濾光器,諸如由具有交替折射率之薄膜介電層形成之干涉濾光器。可使用最佳化技術判定層之組態(例如,厚度、層數、層順序)。例如,一設計者提供一起始設計,該起始設計之性質足夠接近濾光器光譜敏感度曲線所需之規格。接著,一最佳化演算法可用於調整層之厚度及(在一些情況中)其等之折射率,直至達成最佳地符合所要光譜敏感度曲線特性之一設計。關於針對一指定光譜響應度曲線之干涉濾光器製造之進一步細節可在例如S. Larouche及L. Martinu之「OpenFilters: open-source software for the design, optimization, and synthesis of optical filters」,Applied Optics Vol. 47 (13),第C219至C230頁(2008年)中找到,其之全部內容以引用的方式併入本文中。
憑藉根據本發明之通道敏感度之形成方法,亦可達成任意窄頻目標光譜之一穩定偵測。總光譜之重建經改良,使得能量分量成比例地成像為感測器信號,而無需濾光器-偵測器對之數目之一大量增加。
已描述數項實施例。然而,將理解,可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下作出各種修改。因此,其他實施例在以下發明申請專利範圍之範疇內。
100:光偵測器裝置
102:基板
104:光偵測器元件
106:光學濾光器
108:光
202:光譜敏感度/曲線/光譜敏感度曲線/濾光器
204:光譜敏感度/曲線
206:光譜敏感度/曲線
208:光譜敏感度/曲線
210:光譜敏感度/曲線/濾光器
212:預定義波長範圍
214:總和
216:目標光譜
300:總和
302:濾光器的光譜敏感度
304:濾光器的光譜敏感度
306:濾光器的光譜敏感度
308:濾光器的光譜敏感度
310:濾光器的光譜敏感度
312:峰值
400:總和
402:濾光器的光譜敏感度
404:濾光器的光譜敏感度
406:濾光器的光譜敏感度
408:濾光器的光譜敏感度
410:濾光器的光譜敏感度
502:曲線
504:曲線
506:曲線
508:曲線
510:曲線
600:光譜敏感度曲線
602a:經縮放光譜敏感度曲線
602b:曲線
604a:經縮放光譜敏感度曲線
604b:曲線
606a:經縮放光譜敏感度曲線
606b:曲線
608a:經縮放光譜敏感度曲線
608b:曲線
610a:經縮放光譜敏感度曲線
610b:曲線
702:光譜敏感度曲線
704:光譜敏感度曲線
706:光譜敏感度曲線
708:光譜敏感度曲線
710:光譜敏感度曲線
712:虛線
圖1係繪示包含一基板上之多個偵測器元件及多個濾光器之一光偵測器裝置之一實例之一示意圖。
圖2係一光偵測器裝置之一例示性光譜回應之一標繪圖,其中濾光器已經組態,使得一預定義波長範圍內之光譜敏感度曲線之一總和係恆定的。
圖3至圖4係光偵測器裝置之例示性光譜回應之標繪圖,其中濾光器已經組態,使得一預定義波長範圍內之光譜敏感度曲線之一總和係恆定的,且其中光譜敏感度曲線之形狀係三角形或梯形。
圖5係一光偵測器裝置之一例示性光譜回應之一標繪圖,其中光學濾光器已經組態,使得一預定義波長範圍內之光譜敏感度曲線之一總和係恆定的,且其中至少兩個光學濾光器之光譜敏感度曲線之形狀係不同的。
圖6A係一光偵測器裝置之一例示性光譜回應之一標繪圖及矽在一預定義波長範圍內之光譜敏感度曲線之一標繪圖。
圖6B係縮放至矽在一預定義波長範圍內之光譜敏感度曲線之一光偵測器裝置之一例示性光譜回應之一標繪圖。
圖7係繪示一光偵測器裝置之光譜敏感度曲線之一標繪圖。
100:光偵測器裝置
102:基板
104:光偵測器元件
106:光學濾光器
108:光
Claims (18)
- 一種光偵測器裝置,其包括: 至少三個光偵測器元件;及 至少三個光學濾光器,其中該至少三個光學濾光器之各光學濾光器配置於該至少三個光偵測器元件之一對應光偵測器元件之一光偵測表面前面以過濾入射於該光偵測表面上之傳入光, 其中該至少三個光學濾光器經組態以分別過濾該傳入光之至少三個不同波長頻帶,其中該至少三個不同波長頻帶組合以跨越一預定義波長範圍, 其中該至少三個光學濾光器之各光學濾光器具有一對應光譜敏感度,且 其中該至少三個光學濾光器在該預定義波長範圍內之該等光譜敏感度之一總和係一恆定值。
- 如請求項1之光偵測器,其中在該總和中使用之該至少三個光學濾光器之該等光譜敏感度之各者經正規化為一預定義值。
- 如請求項1或2之光偵測器,其中在小於且在該預定義波長範圍內之一第一波長範圍內之總和由該至少三個光學濾光器之一第一光學濾光器之該光譜敏感度及該至少三個光學濾光器之一第二光學濾光器之該光譜敏感度之總和組成。
- 如前述請求項中任一項之光偵測器,其中該至少三個光學濾光器之至少一個光學濾光器之一光譜敏感度具有由一餘弦函數表示之一曲線之一形狀。
- 如前述請求項中任一項之光偵測器,其中該至少三個光學濾光器之至少一個光學濾光器之一光譜敏感度具有一三角函數之一形狀。
- 如前述請求項中任一項之光偵測器,其中該至少三個光學濾光器之至少一個光學濾光器之一光譜敏感度具有一梯形函數之一形狀。
- 如前述請求項中任一項之光偵測器,其中針對該至少三個光學濾光器之各光學濾光器,該光學濾光器之該光譜敏感度包括一對應峰值及一對應半峰全寬(FWHM)值,且 其中該至少三個光學濾光器之一第一光學濾光器之該FWHM值大於該第一光學濾光器之該峰值與該至少三個光學濾光器之一第二光學濾光器之該峰值之間的一距離。
- 如前述請求項中任一項之光偵測器,其中該至少三個光學濾光器之各光學濾光器之該光譜敏感度之一形狀係相同的。
- 如請求項1至7中任一項之光偵測器,其中該至少三個濾光器之一第一光學濾光器之該光譜敏感度之一形狀不同於該至少三個濾光器之一第二光學濾光器之該光譜敏感度之一形狀。
- 如請求項1至7中任一項之光偵測器,其中該至少三個濾光器之一第一光學濾光器之該光譜敏感度之一形狀係該至少三個濾光器之一第二光學濾光器之該光譜敏感度之一形狀之一鏡像。
- 如前述請求項中任一項之光偵測器,其中該預定義波長範圍跨越約380 nm與約780 nm之間的一波長。
- 如請求項1至6中任一項之光偵測器,其中針對該至少三個光學濾光器之各光學濾光器,該光學濾光器之該光譜敏感度包括一對應峰值及一對應半峰全寬(FWHM)值,且 其中該至少三個濾光器之一第一光學濾光器之該FWHM大於或等於25 nm。
- 如前述請求項中任一項之光偵測器,其中該至少三個光學濾光器包含在一線陣列中。
- 如請求項1至12中任一項之光偵測器,其中該至少三個光學濾光器包含在一二維陣列中。
- 如前述請求項中任一項之光偵測器,其中該至少三個濾光器之各光學濾光器係經組態以透射該傳入光之其各自波長頻帶內之光之一帶通濾光器。
- 如請求項1至14中任一項之光偵測器,其中該至少三個濾光器之各光學濾光器係經組態以吸收該傳入光之其各自波長頻帶內之光之一吸收濾光器。
- 如前述請求項中任一項之光偵測器,其中該至少三個濾光器之各光學濾光器包括一干涉濾光器。
- 如前述請求項中任一項之光偵測器,其中該至少三個光學濾光器配置成一圓形圖案。
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