CN217504984U - 光谱传感器模组和传感器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光谱传感器模组和传感器装置，其中所述光谱传感器模组包括光谱芯片和光学组件，其中所述光学组件位于所述光谱芯片的感光路径，借以所述光学组件以固定的入射角度引导目标光信号至所述光谱芯片。

Description

光谱传感器模组和传感器装置

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模组和传感器装置。

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。在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(或滤光结构10)阵列与光探测器阵列的组合；其中的滤光片(或滤光结构10)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。

由于计算重构型光谱仪或计算重构型光谱成像装置属于新兴技术，在实际应用中，计算重构型光源仪或计算重构型光谱成像装置遇到诸多技术问题。由于计算光谱芯片对于入射的光信号的主光角比较敏感，实际使用情况下入射光信号的主光角的变化将大幅影响光谱恢复的准确性。也就是说，现有技术的光谱传感器入射光的角度和光强度不稳会导致恢复的光谱信息不准确或者多次恢复的结果波动较大。

实用新型内容

本实用新型的一个主要优势在于提供一种光谱传感器模组和传感器装置，其中所述光谱传感器模组包括光谱芯片和位于所述光谱芯片感光路径的光学组件，其中入射光信号经所述光学组件被以特定角度入射到所述光谱芯片，有利于提高所述光谱传感器模组恢复光谱的稳定性。

本实用新型的另一个优势在于提供一种光谱传感器模组和传感器装置，其中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。

实用新型的另一个优势在于提供一种光谱传感器模组和传感器装置，其中所述光学组件可以实现辐射角满足150°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，也就是解决了光谱传感器模组在获取入射光的角度的稳定性及一致性。

实用新型的另一个优势在于提供一种光谱传感器模组和传感器装置，其中所述传感器装置在入射角在0-50°范围内，芯片只有强度上的变化，均匀性仍能保持一致，说明芯片表面的角度分布未改变，从而提高所述光学组件消除了角度敏感性。

实用新型的另一个优势在于提供一种光谱传感器模组和传感器装置，其中所述光谱传感器模组可以通过光谱芯片的光调制层对入射光信号进行调制，并经过如所述的恢复算法，恢复所得到入射光的光谱信息，根据得到的入射光光谱信息计算得到色温值以及根据入射光的响应计算得到照度信息，从而提高了所述光谱传感器模组的适用性。

实用新型的另一个优势在于提供一种光谱传感器模组和传感器装置，其中通过所述光谱传感器模组，并进行大FOV角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。

依本实用新型的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本实用新型的一种光谱传感器模组，包括：

光谱芯片；和

光学组件，所述光学组件位于所述光谱芯片的感光路径，借以所述光学组件以固定的入射角度引导目标光信号至所述光谱芯片的光光调制层上表面，所述光光调制层用于对入射光进行调制，所述光光调制层上表面位于远离图像传感器的一侧；

其中所述光学组件包括匀光件及光阑，所述入射光通过所述匀光件及光路上的所述光阑将光信号导引至所述光谱芯片上的光光调制层上表面。

根据本实用新型的一个实施例，所述光学组件还包括位于所述光阑出光路径的光通孔件以及位于所述光通孔件的出光路径的透镜。

根据本实用新型的一个实施例，所述光学组件中包括的匀光件，其中所述匀光件位于所述光阑的入光侧。

根据本实用新型的一个实施例，所述匀光件选自由匀光膜、匀光片以及散射片组成的组合。

根据本实用新型的一个实施例，所述光通孔件具有前后贯通的通光孔和连通所述通光孔的入光口以及出光口，其中所述入光口的孔径尺寸小于所述光通孔件的所述出光口的孔径尺寸。

根据本实用新型的一个实施例，所述光通孔件包括多个通孔件单元，其中所述通孔件单元是带孔的金属薄片，所述光通孔件的所述多个通孔件单元相叠加且前后贯通。

根据本实用新型的一个实施例，所述光学组件进一步包括滤光片，其中所述滤光片位于所述透镜的出射端。

根据本实用新型的一个实施例，所述光通孔件具有前后贯通的通光孔，所述通光孔的进光孔和出光孔的尺寸一致。

根据本实用新型的一个实施例，所述光通孔件具有前后贯通的通光孔，所述通光孔为一体成型的组件形成。

根据本实用新型的一个实施例，所述光学组件进一步包括滤光片，其中所述滤光片位于所述透镜的入射光一侧。

根据本实用新型的一个实施例，所述光谱芯片包括光电探测层和位于所述光电探测层的感光路径的光调制层。

根据本实用新型的另一方面，本实用新型进一步提供了一种传感器装置，包括：

光谱芯片；

线路板，其中所述光谱芯片被设置于所述线路板，并与所述线路板相电气连接；以及

光学组件，其中所述光学组件位于所述光谱芯片的感光路径。

根据本实用新型的一个实施例，进一步包括底座，其中所述底座被固定于所述线路板，并且所述光学组件被设置于所述底座，并通过所述底座固定所述光学组件于所述光谱芯片的感光路径。

根据本实用新型的一个实施例，所述光学组件包括匀光件、光通孔件以及透镜，其中所述光通孔件被设置于所述底座，所述匀光件位于所述光通孔件的入光侧，所述透镜被设置于所述光通孔件的出光侧。

根据本实用新型的一个实施例，进一步包括固定件，其中所述匀光件被所述固定件固定于所述底座。

根据本实用新型的一个实施例，所述光通孔件具有前后贯通的通光孔和连通所述通光孔的入光口以及出光口，其中所述入光口的孔径尺寸小于所述光通孔件的所述出光口的孔径尺寸。

根据本实用新型的一个实施例，所述光通孔件包括多个通孔件单元，其中所述通孔件单元是带孔的金属薄片，所述光通孔件的所述多个通孔件单元相叠加且前后贯通。

通过对随后的描述和附图的理解，本实用新型进一步的目的和优势将得以充分体现。

本实用新型的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明和附图得以充分体现。

附图说明

图1是根据本实用新型的第一较佳实施例的光谱传感器模组的一种光谱芯片的示意图。

图2是根据本实用新型上述第一较佳实施例的所述光谱传感器模组的结构框架示意图。

图3是根据本实用新型上述第一较佳实施例的所述光谱传感器模组的部分结构示意图，其示出了光信号地道所述光谱芯片的收光光锥角为预设角度。

图4A和图4B是根据本实用新型上述第一较佳实施例的所述光谱传感器模组的结构示意图。

图5是根据本实用新型上述第一较佳实施例的所述光谱传感器模组的光学组件的结构示意图。

图6是根据本实用新型上述第一较佳实施例的所述光谱传感器模组的所述光学组件的光通孔件的结构示意图。

图7A和图7B是根据本实用新型上述第二较佳实施例的所述光谱传感器模组的结构示意图。

图8是根据本实用新型上述第二较佳实施例的所述光谱传感器模组的匀光件的安装结构示意图。

图9是根据本实用新型上述较佳实施例的所述光谱传感器模组在不同入射角下芯片表面的响应曲线。

图10是根据本实用新型上述较佳实施例的所述光谱传感器模组获取带有空间信息的色温传感信息的示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。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实用新型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实用新型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，在本实用新型的揭露中，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，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，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，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参照本实用新型说明书附图之图1至图5所示，依照本实用新型第一较佳实施例的一种光谱传感器模组在接下来的描述中被阐明。所述光谱传感器模组包括光谱芯片100和光学组件200，其中所述光学组件200位于所述光谱芯片100的感光路径。所述光谱芯片100包括光电探测层110和位于所述光电探测层110的感光路径上的光调制层120，其中所述光电探测层110被配置为获得经过所述光调制层120调制的光信号。所述光学组件200被配置为接收来自被摄目标的光信号，并将所述光信号引导至所述光谱芯片100。所述光学组件使得被引导至所述光谱芯片100的每一个像素单元具有固定的入射角度以及均匀的光强，进而提高所述光谱传感器模组光谱恢复的准确性。

在本申请实施例的光谱传感器模组中，所述光谱芯片100包括滤光结构10和图像传感器20，所述滤光结构10位于所述图像传感器20的感光路径上，滤光结构10为频域或者波长域上的宽带滤光结构10。各个滤光结构10不同波长的通光谱不完全相同。滤光结构10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***)、FP etalon(FP标准具)、cavity layer(谐振腔层)、waveguide layer(波导层)、衍射元件等具有滤光特性的结构或者材料。例如，在本申请实施例中，所述滤光结构10可以是中国专利CN201921223201.2中的光调制层。

如图1示出了本申请实施例的所述光谱传感器模组的一种光谱芯片的示意图，其中所述光谱芯片为本申请实用新型人在中国专利CN 201921223201.2所揭露的一种光谱芯片。基于所述中国专利CN 201921223201.2的内容可知，所述光谱芯片100包括光电探测层110和被保持于所述光电探测层110的感测路径上的光调制层120。特别地，所述光调制层120包括至少一个调制单元121，每一所述调制单元121对应所述光电探测层110的至少一个感应单元111，其中所述光谱芯片100利用所述光调制层120的所述调制单元121对来自被测目标的光信号进行调制，以得到调制后的光频信号，并利用光电探测层110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100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。在一些具体示例中，所述光调制层120包括至少一个调制单元121和至少一非调制单元，每一所述调制单元121和每一所述非调制单元分别对应所述光电探测层110的至少一个感应单元111，即，所述调制单元121和所述感应单元111可以是一对一对应设置，也可以是一对多设置，甚至可以是多对一设置，所述非调制单元和所述感应单元111可以是一对一对应设置，也可以是一对多设置，甚至可以是多对一设置。

如图2所示，所述光学组件200位于所述图像传感器20的感光路径上，光通过所述光学组件200调整再经由滤光结构10进行调制后，被所述图像传感器20接收，获取光谱响应；其中所述光学组件200可以但不限于透镜组件、匀光组件等光学组件。作为示例的，在本实用新型的该优选实施例中，所述光谱芯片100的所述图像传感器20可以是CMOS图像传感器20(CIS)、CCD、阵列光探测器等。所述光谱传感器模组进一步包括数据处理单元，所述数据处理单元可以是MCU、CPU、GPU、FPGA、NPU、ASIC等处理单元，其可以将图像传感器20生成的数据导出到外部进行处理。

作为示例的，所述图像传感器20测得光谱响应后，传入数据处理单元进行入射光恢复光谱信息计算。该过程具体描述如下：

将入射光在不同波长λ下的强度信号记为x(λ)，滤光结构10的透射谱曲线记为T(λ)，滤光片(滤光结构10)上具有m组的结构单元，每一组结构单元的透射谱互不相同，整体来讲，滤光结构10可记为Ti(λ)(i＝1,2,3,…,m)。每一组结构单元下方都有相应的物理像素，探测经过滤光结构10调制的光强bi。在本申请实施例中，以一个物理像素，即一个物理像素对应一组结构单元，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。因此，在根据本申请实施例的计算光谱传感器模组中，至少二组结构单元构成一个“光谱像素”。可以理解的是，多组结构单元和对应的图像传感器构成光谱像素。需要注意的是，所述滤光结构10的有效的透射谱(用以光谱恢复的透射谱，叫做有效的透射谱)Ti(λ)数量与结构单元数量可以不一致，所述滤光结构10的透射谱根据识别或恢复的需求人为的按照一定规则去设置、测试、或计算获得(例如上述每个结构单元通过测试出来的透射谱就为有效的透射谱)。因此所述滤光结构10的有效透射谱的数量可以比结构单元数量少，甚至也可能比结构单元数量多；该变形实施例中，某一个所述透射谱曲线并不一定是一组结构单元所决定。进一步，本实用新型可以用至少一个光谱像素去还原图像。即本申请中光谱传感器模组可以根据光谱响应，去恢复入射光光谱曲线也可以进行光谱成像。

入射光的频谱分布和图像传感器20的测量值之间的关系可以由下式表示：

bi＝∫x(λ)*Ti(λ)*R(λ)dλ

再进行离散化，得

bi＝Σ(x(λ)*Ti(λ)*R(λ))

其中R(λ)为图像传感器的响应，记为：

Ai(λ)＝Ti(λ)*R(λ)，

则上式可以扩展为矩阵形式：

其中，bi(i＝1,2,3,…,m)是待测光透过滤光结构后图像传感器的响应，分别对应m个结构单元对应的图像传感器的光强测量值，当一个物理像素对应一个结构单元时，可以理解为m个物理像素对应的光强测量值，其是一个长度为m的向量。A是***对于不同波长的光响应，由滤光结构透射率和图像传感器的量子效率两个因素决定。A是矩阵，每一个行向量对应一组结构单元对不同波长入射光的响应，这里，对入射光进行离散、均匀的采样，共有n个采样点。A的列数与入射光的采样点数相同。这里x(λ)即是入射光在不同波长λ的光强，也就是待测量的入射光光谱。

在一些实施例中，与上述实施例不同之处在于，所述滤光结构可直接形成于所述图像传感器上表面，例如量子点、纳米线等，其直接在传感器的感光区域形成滤光结构或材料(纳米线、量子点等)，以滤光结构为例，此时，可以理解为所述图像传感器的原材料在加工形成所述图像传感器时，在原材料上表面加工形成滤光结构，所述透射谱和所述图像传感器的响应是一体的，即可以理解为所述探测器的响应和所述透射谱为同一曲线，此时入射光的频谱分布和图像传感器的光强测量值之间的关系可以由下式表示：

bi＝Σ(x(λ)*Ri(λ))

即本实施例中，透射谱Ai(λ)＝Ri(λ)

进一步，也可以是上述两个实施例的组合，即在所述具有滤光结构的图像传感器上设置至少一用以调制入射光的滤光结构。可以理解为，将第一个实施例中的图像传感器(即光探测器阵列)可以是CMOS图像传感器(CIS)、CCD、阵列光探测器等换成第二个实施例中集成有滤光结构的图像传感器。

此时，入射光的频谱分布和图像传感器的光强测量值之间的关系可以由下式表示：

bi＝∫x(λ)*Ti(λ)*Ri(λ)dλ

再进行离散化，得

bi＝Σ(x(λ)*Ti(λ)*Ri(λ))

本实施例中，Ai(λ)＝Ti(λ)*Ri(λ)

基于此原理工作的计算光谱芯片在实际应用中存在一些问题，这些问题会影响所述光谱芯片的光谱探测性能。

在实际应用中，光谱芯片对于入射的光信号的主光角比较敏感，在实际的使用情况下入射光信号的主光角的变化将大幅影响光谱恢复的准确性。需要说明的是，所述光谱芯片100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100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100的对应感光单元的点之间的连线，法线表示与所述光谱芯片100的感光面垂直的线。对于所述光谱芯片100而言，不同感应单元的所述主光角的角度允许较大差别，但入射到同一感应单元的光线需要保持较小的角度差异，也就是保持入射到同一感应单元的光学的夹角固定大小，才能使得所述光谱传感器模组进行光谱恢复的准确性和稳定性。

因此，在本实用新型的该优选实施例中，所述光学组件200位于所述光谱芯片100的感光路径，其中光线经所述光学组件200被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100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。

如图3所示，在本实用新型的该优选实施例中，所述光谱芯片100对于入射的光信号抵达所述光谱芯片100上光调制层120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。所述收光光锥角为预设角度，可以为0°到50°。到达光谱芯片100的光调制层上表面a、b、c三个不同位置的收光光锥角保持固定大小，即每次测量到达a点的角度θ₁在设定范围内变动或者尽量不变，到达b点的θ₂设定范围内变动或者尽量不变，到达c点的θ₃设定范围内变动或者尽量不变，同时尽快满足到达各个点a、b、c的光强度也保持均匀，或者在设定范围内变动，该设定范围为较小的变动区间。从而实现入射角度分布均匀，经过透镜使芯片表面照度分布均匀，同时角度分布保持一定。

在本实用新型的该优选实施例中，所述光学组件可以被实施为光阑和滤光片组成的匀光组件，即所述光学组件200包括光阑和滤光片；或者所述光学组件200是由光阑、滤光片以及散热片组成的匀光组件；或者所述光学组件200是由匀光片、光阑、滤光片以及散射片组成的匀光组件。值得一提的是，其中匀光组件中包括有但不限于匀光片，匀光膜，透镜模组等。

如图4A至图5所示，依照本实用新型第一较佳实施例的所述光谱传感器模组的一种光学组件200在接下来的描述中被阐明。所述光学组件200包括光阑30、匀光件40、位于所述光阑30的出光路径的光通孔件50、以及位于所述光通孔件50的出光路径的透镜60，其中所述匀光件40位于所述光阑30的入光侧，由所述匀光件40对入射的光进行匀化。所述匀光件40可以但不限于匀光膜或匀光片，作为示例的，在本申请的该优选实施例中，所述匀光件40为匀光膜。所述匀光件40为漫散射材质，例如聚四氟材质的匀光薄膜，当环境光(入射光)入射到匀光膜后经由所述光通孔件50形成小孔到达到所述透镜60，再经由所述透镜60汇聚到像面上，所述像面也就是滤光结构单元的上表面。

可以理解的是，所述滤光结构10的下表面与所述图像传感器20一侧，入射光经由所述滤光结构10的上表面到达下表面并对入射光进行调制，再达到所述图像传感器20。

值得一提的是，在本实用新型的该优选实施例中，所述光阑30可以是圆形的、长方形的或正方形的，取决于其用途。作为示例的，在本实施例中，所述光阑30是圆形的，在一些***(如相机物镜)中设置直径可变的光阑。光阑的中心一般与光学***的光轴重合，光阑所在平面与光轴垂直。

所述光学组件200的所述匀光件40可以为方形或圆形结构，根据使用场景进行调整。优选地，在本实施例以直径的圆形匀光膜为例，所述匀光膜为0.1-0.8mm厚度的聚四氟薄片。

如图5和图6所示，所述光学组件200的所述光通孔件50位于所述光阑30的出光侧，其中所述匀光件40为聚四氟材质的散射片，能够收集180°立体角内的辐射光线，从而消除了由于光线收集取样几何结构限制所导致的光学耦合问题。光线经所述匀光件40后，由所述光通孔件50进一步地引导至所述透镜60。所述光通孔件50具有一前后贯通的通光孔501，其中所述光通孔件50进一步具有一入光口502和一出光口503，其中所述光通孔件50的所述入光口502和所述出光口503与所述光通孔件50的所述通光孔501相连通，并且所述入光口502位于所述通光孔501的光入射端，所述出光口503位于所述通光孔501的光出射端。

环境光线经所述光通孔件50的所述通光孔501引导到达所述透镜60，再经所述透镜60汇聚到像面。在本实用新型的该优选实施例中，所述光通孔件50的所述通光孔501为前小后大的孔。详细地说，所示光通孔件50的所述入光口502的孔径尺寸小于所述光通孔件50的所述出光口503的孔径尺寸，并且所述光通孔件50的所述通光孔501的孔径自所述入光口502向所述出光口503逐渐变大，以特定的角度引导环境光线自所述光通孔件50至所述透镜60。值得一提的是，在本实用新型的该优选实施例中，所述光通孔件50具有限制光束的作用。设所述光通孔件50的所述入光口502的孔径为a，所述出光口503的孔径为b，所述光通孔件50的高为c，其中作为优选地，a为3mm-5mm，b为5mm-10mm，c为2-4mm。所述光通孔件50的所述入光口502的孔径边缘与所述出光口503的中心连线与轴线之间的夹角为θ为10°-30°。优选地，在本实用新型的该优选实施例中，所述光阑30的直径尺寸为1mm至10mm，其中所述透镜60的焦距为f＝2.5mm-2.8mm。

作为示例的，在本实用新型的一个实施例中，所述光通孔件50是由若干带孔的金属薄片构成，其中金属薄片的每个孔径大小不同，构成的光通孔的孔径截面为梯形。换言之，在本实用新型的该优选实施例中，所述光通孔件50包括多个通孔件单元51，其中所述通孔件单元51是带孔的金属薄片，所述光通孔件50的所述多个通孔件单元51相叠加且前后贯通。值得一提的是，所述多个通孔件单元51的每个孔径大小不同，并且自所述光入射方向向光出射方向所述通孔件单元的孔径逐渐变大，以形成截面为梯形的通光孔501。

可选地，在本实用新型的另一可选实施方式中，所述光通孔件50为一设定孔径的一体成型像的结构件。

值得一提的是，在本实用新型的该优选实施例中，所述匀光件40采用特氟龙(聚四氟乙烯)漫射材料，对200-800nm谱段优化。本申请的实用新型采用的光学组件可以实现辐射角满足150°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，也就是解决了光谱传感器模组在获取入射光的角度的稳定性及一致性。

如图4A所示，所述光谱传感器模组的所述光学组件200进一步包括滤光片70，其中沿光线传播的方向，所述滤光片70位于所述透镜60的光出射端，其中所述滤光片70能够过滤特定波段的光线，并选择性地透过部分波段光线，以减少杂散光对光谱恢复结果的影响。可选地，如图4B所示，在本申请的另一可选实施方式中，所述滤光片位于所述透镜60的光入射端，即入射光经所述滤光片70后到达所述透镜60。

参照本实用新型说明书附图之图7A至图8所示，依照本实用新型另一方面的一传感器装置在接下来的描述中被阐明。所述传感器装置是上述光谱传感器模组的具体结构体现。所述传感器装置包括光谱芯片100、光学组件200以及线路板300，其中所述光谱芯片100被设置于所述线路板300，并且与所述线路板相电气连接，所述光学组件200被设置于所述光谱芯片100的感光路径。值得一提的是，所述光谱芯片100和所述光学组件200的具体结构与上述第一较佳实施例相同，在此不做赘述。

所述线路板300可以但不限于PCB板，其中所述光谱芯片100被固定于所述线路板300的表面，形成FOV的角度为150°以内，即所述光谱芯片100收集150°范围的环境光线。作为优选地，在本实用新型的该优选实施例中，所述光谱芯片100为带有所述滤光结构的图像传感器CIS。

所述光学组件200的所述匀光件40是由聚四氟材料制作而成的强匀光色散片，其中所述光学组件200的所述透镜位于所述光通孔件50的所述通光孔501。所述传感器装置进一步包括底座400，其中所述底座400被设置于所述线路板300的上方，所述光通孔件50被设置于所述底座400，并通过所述底座400固定在所述线路板300的上方。也就是说，在本实用新型的该优选实施例中，所述光学组件200被所述底座300固定地设置在所述线路板300的上方，并通过所述底座300将所述光学组件200的所述光通孔件50、所述匀光件40以及所述透镜60保持在所述光谱芯片100的感光路径。也就是说，通过所述底座300固定所述光学组件200的所述光通孔件40、所述匀光件40以及所述透镜60，使得所述匀光件40、所述光通孔件50的所述通光孔501以及所述透镜60位于同一光路。

所述光学组件200的所述匀光片40被固定在所述光通孔件50的入光侧。作为示例的，所述传感器装置进一步包括固定件500，其中所述光学组件200的所述匀光片40被所述固定件500固定于所述底座400；或者所述匀光片40被所述固定件500固定在所述光通孔件50。

可以理解的是，在本实用新型的该优选实施例中，所述固定件500可以被实施为夹持元件，其中所述匀光片40被所述固定件500夹持，并且所述固定件500的一端与所述底座400相固定连接，通过所述固定件500将所述匀光片40保持在所述光通孔件50的入光侧。可选地，在本实用新型的其他可选实施方式中，所述固定件500可以被实施为其他形式的元件，比如螺钉，粘结件等。因此，在本实用新型的该优选实施例中，所述固定件500的具体实施方式在此仅仅作为示例性的，而非限制。

所述光学组件200的所述光通孔件50被固定于所述底座400，其中所述底座400设有与所述光通孔件50相对应的螺纹卡槽，用于固定所述光通孔件50的金属薄片，所述若干金属薄片叠置在一起形成所述光通孔501。

所述透镜60被设置在所述光通孔件50的下端，值得一提的是，所述透镜60被设置位置由所述匀光件40、所述光通孔件50以及需要达到的所述光调制层决定。作为示例的，在本实施例中所述透镜60的焦距为2.54mm时，所述传感器装置的厚度为7.15mm。该实施例中的参数均为举例，具体实际应用中不做具体限定，根据不同厚度的传感器装置可以调整所述匀光片的厚度和所述透镜的焦距，还可以对所述底座固定匀光片的加持件的厚度进行调整。

如图7A和图7B所示，在本实用新型的该优选实施例中，所述滤光片70被设置于所述透镜60的入光侧或出光侧，其中当所述滤光片70被设置于所述透镜60的入光侧时，所述滤光片70被固定地设置于所述光通孔件50。作为示例的，在本申请的该优选实施例中，所述滤光片70被所述光通孔件50固定于所述通光孔501，并且所述光通孔件50将所述滤光片70保持在所述透镜60的前端。如图7B所示，可选地，在本申请的另一可选实施方式中，所述滤光片70被设置于所述透镜60的出射端，其中所述滤光片70被固定在所述光通孔件50的端部，并由所述光通孔件50将所述滤光片70保持在所述透镜60的光出射端。优选地，在本申请的另一可选实施方式中，所述滤光片70可通过固定件70固定在所述光通孔件50的端部，或者所述滤光片70可通过固定件固定在所述底座300的上表面，并通过所述底座300支撑所述滤光片70于所述透镜60的光出射端。

值得一提的是，在一些视场角FOV较大的场景所述预设角度可以是35°-40°。在本实用新型的该优选实施例中，所述传感器装置的所述收光光锥角具有一定的容忍程度，其收光光锥角在±5°之内。也就是说在本实用新型的该优选实施例中，通过具有特定结构配置的所述光学组件200，控制所述光谱芯片的每个感应单元的主光角和收光光锥角。光谱芯片的主光角要取一固定值，其中所述收光光锥角为一预定角度，并且所述预定角度小于等于45°，以减小所述光谱芯片的光谱恢复误差。

如图9所示，为不同入射角下所述光谱芯片100表面的响应曲线的透射谱。通过进行转角测试，入射角在0-50°范围内，所述光谱芯片100只有强度上的变化，均匀性仍能保持一致，说明所述光谱芯片100表面的角度分布未改变，从而提高所述光学组件200消除了角度敏感性。

进一步地，本实用新型提供的光谱传感器模组，可以通过光谱芯片的光调制层120对入射光信号进行调制，并经过如下所述的恢复算法恢复所得到入射光的光谱信息，根据得到的入射光光谱信息计算得到色温值以及根据入射光的响应计算得到照度信息。

如图10所示，所述光谱成像传感器获取带有空间信息的色温传感信息，其中空间信息可以为二维空间信息，也可以是三维空间信息，所述光谱信息与图像传感器获取的图像信息构成一个光谱立方体。所述光谱传感器模组的光谱芯片100可以获得带有空间信息的色温信息。通过利用结构(传感器)采集光谱信息，根据每个像素的空间信息以及对应的光谱信息并进行色温计算。

根据获取的光谱信息曲线可以计算色坐标及照度信息,具体为：

其中k是规划系数，用于限定Y的最大值为100，φ(λ)为光谱曲线的表达式，

为CIE规定的XYZ颜色空间的颜色标准。

CIE RGB空间可以被用来以常规方式定义色度：色度坐标是r和g：

本实施例中通过获取到的光谱信息X，Y可以计算得到色度坐标x、y，及CCT。通过所述光谱传感器模组，并进行大FOV角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。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型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，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (17)

1.一种光谱传感器模组，其特征在于，包括：

光谱芯片；和

光学组件，所述光学组件位于所述光谱芯片的感光路径，借以所述光学组件以固定的入射角度引导目标光信号至所述光谱芯片的光光调制层上表面，所述光光调制层用于对入射光进行调制，所述光光调制层上表面位于远离图像传感器的一侧；

其中所述光学组件包括匀光件及光阑，所述入射光通过所述匀光件及光路上的所述光阑将光信号导引至所述光谱芯片上的光光调制层上表面。

2.根据权利要求1所述的光谱传感器模组，其中所述光学组件还包括位于所述光阑出光路径的光通孔件以及位于所述光通孔件的出光路径的透镜。

3.根据权利要求2所述的光谱传感器模组，其中所述光学组件中包括的匀光件，其中所述匀光件位于所述光阑的入光侧。

4.根据权利要求3所述的光谱传感器模组，其中所述匀光件选自由匀光膜、匀光片以及散射片之一或者组合。

5.根据权利要求3所述的光谱传感器模组，其中所述光通孔件具有前后贯通的通光孔和连通所述通光孔的入光口以及出光口，其中所述入光口的孔径尺寸小于所述光通孔件的所述出光口的孔径尺寸。

6.根据权利要求3所述的光谱传感器模组，其中所述光通孔件具有前后贯通的通光孔，所述通光孔的进光孔和出光孔的尺寸一致。

7.根据权利要求3所述的光谱传感器模组，其中所述光通孔件具有前后贯通的通光孔，所述通光孔为一体成型的组件形成。

8.根据权利要求3所述的光谱传感器模组，其中所述光通孔件包括多个通孔件单元，其中所述通孔件单元是带孔的金属薄片，所述光通孔件的所述多个通孔件单元相叠加且前后贯通。

9.根据权利要求3所述的光谱传感器模组，其中所述光学组件进一步包括滤光片，其中所述滤光片位于所述透镜的出射光一侧。

10.根据权利要求3所述的光谱传感器模组，其中所述光学组件进一步包括滤光片，其中所述滤光片位于所述透镜的入射光一侧。

11.根据权利要求3所述的光谱传感器模组，其中所述光谱芯片包括光电探测层和位于所述光电探测层的感光路径的光光调制层。

12.一种传感器装置，其特征在于，包括：

光谱芯片；

线路板，其中所述光谱芯片被设置于所述线路板，并与所述线路板相电气连接；以及

光学组件，其中所述光学组件位于所述光谱芯片的感光路径。

13.根据权利要求12所述的传感器装置，进一步包括底座，其中所述底座被固定于所述线路板，并且所述光学组件被设置于所述底座，并通过所述底座固定所述光学组件于所述光谱芯片的感光路径。

14.根据权利要求13所述的传感器装置，其中所述光学组件包括匀光件、光通孔件以及透镜，其中所述光通孔件被设置于所述底座，所述匀光件位于所述光通孔件的入光侧，所述透镜被设置于所述光通孔件的出光侧。

15.根据权利要求14所述的传感器装置，进一步包括固定件，其中所述匀光件被所述固定件固定于所述底座。

16.根据权利要求14所述的传感器装置，其中所述光通孔件具有前后贯通的通光孔和连通所述通光孔的入光口以及出光口，其中所述入光口的孔径尺寸小于所述光通孔件的所述出光口的孔径尺寸。

17.根据权利要求14所述的传感器装置，其中所述光通孔件包括多个通孔件单元，其中所述通孔件单元是带孔的金属薄片，所述光通孔件的所述多个通孔件单元相叠加且前后贯通。

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