本發(fā)明主要關(guān)于一種光譜測量裝置，特別涉及一種具有濾波陣列的光譜測量裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的光譜測量儀為具有大量的例如分光鏡、平行光管儀(collimator)、聚焦鏡、以及線性感測器等光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)。分光鏡可為棱鏡或是光柵。平行光管儀以及聚焦鏡用以縮短光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光學(xué)路徑。因此，現(xiàn)有的光譜測量儀具有龐大的體積與重量，且具有昂貴的制造成本。

此外，由于現(xiàn)有的光譜測量儀的線性感測器為線性排列。現(xiàn)有的光譜測量儀僅能測量一個樣本的線性光譜，因此限制了現(xiàn)有的光譜測量儀的運用。

雖然現(xiàn)有的光譜測量儀達到了一般性的目的，然而并未滿足所有的方面。因此需要提供改良光譜測量儀的技術(shù)方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供具有體積小及重量輕的光譜測量裝置。此外，光譜測量裝置可測量樣本的二維光譜。

本發(fā)明提供一光譜測量裝置包括一多頻帶通濾波器、一濾波陣列、以及一感測層。多頻帶通濾波器允許一光束的一第一波段、一第二波段以及一第三波段通過。該光束通過該多頻帶通濾波器后形成一多波段光束。該濾波陣列設(shè)置于該多頻帶通濾波器之下。

濾波陣列包括一第一濾光片、一第二濾光片、以及一第三濾光片。第一濾光片允許該多波段光束長于一第一波長的波長通過，第二濾光片允許該多波段光束長于一第二波長的波長通過，且第三濾光片允許該多波段光束長于一第三波長的波長通過。

感測層設(shè)置于該濾波陣列之下。該第二波段為該第一波長至該第二波 長的范圍之間，且該第三波段為該第二波長至該第三波長的范圍之間。

本發(fā)明提供一光譜測量裝置，包括一多頻帶通濾波器、一濾波陣列、以及一感測層。多頻帶通濾波器，允許一光束的一第一波段、一第二波段以及一第三波段通過。該光束通過該多頻帶通濾波器后形成一多波段光束。濾波陣列設(shè)置于該多頻帶通濾波器之下。

濾波陣列包括一第一濾光片、一第二濾光片、以及一第三濾光片。第一濾光片允許該多波段光束短于一第一波長的波長通過。第二濾光片允許該多波段光束短于一第二波長的波長通過。第三濾光片允許該多波段光束短于一第三波長的波長通過。

感測層設(shè)置于該濾波陣列之下。該第二波段為該第一波長至該第二波長的范圍之間，且該第三波段為該第二波長至該第三波長的范圍之間。

綜上所述，由于濾波陣列以及感測層由半導(dǎo)體工藝所制成，因此減少了光譜測量裝置的尺寸以及重量，且不需要許多光學(xué)元件。此外，通過濾波陣列，光譜測量裝置可用以檢測樣本的二維光譜，且可增進樣本的光譜影像的解析度。

附圖說明

圖1為于本發(fā)明的一些實施例中，一光譜測量裝置的示意圖。

圖2為于本發(fā)明的一些實施例中，多波段光束的穿透率對波長圖。

圖3為于本發(fā)明的一些實施例中，濾波陣列的穿透率對波長圖。

圖4為本發(fā)明的一些實施例中，一濾波陣列的示意圖。

圖5A至5F為本發(fā)明的一些實施例中的像素群的示意圖。

圖6A和6B為于本發(fā)明的一些實施例中，濾波陣列的穿透率對波長圖。

圖7為于本發(fā)明的一些實施例中，光譜測量裝置的示意圖。

附圖標記說明：

光譜測量裝置 1

多頻帶通濾波器 10

入射面 11

出光面 12

透鏡模塊 20

透鏡 21

濾波陣列 30

像素群 31

濾光片 32、32a、32b、32c、32d、32e、32f、32g

感測層 40

感測單元 41、41a、41b、41c、41d

處理模塊 50

微透鏡 60

波段 A1

波段 A11、A12、A13、A14

光束 B1

多波段光束 B2

第一光束 B31

第二光束 B32

第三光束 B33

第四光束 B34

峰值波長 P1、P11、P12、P13、P14

線性路徑 T1

U型路徑 T2

波狀路徑 T3

鋸齒狀路徑 T4

具體實施方式

以下的說明提供了許多不同的實施例、或是例子，用來實施本發(fā)明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，僅用來精簡的表達本發(fā)明，其僅作為例子，而并非用以限制本發(fā)明。例如，第一特征在一第二特征上或上方的結(jié)構(gòu)的描述包括了第一和第二特征之間直接接觸，或是以另一特征設(shè)置于第一和第二特征之間，以致于第一和第二特征并不是直接接觸。

此外，本說明書于不同的例子中沿用了相同的元件標號及/或文字。前 述的沿用僅為了簡化以及明確，并不表示于不同的實施例以及設(shè)定之間必定有關(guān)聯(lián)。再者，附圖中的形狀、尺寸或是厚度可能為了清楚對其進行說明目的而未依照比例繪制或是被簡化，僅提供對其進行說明用。

圖1為于本發(fā)明的一些實施例中一光譜測量裝置1的示意圖。光譜測量裝置1用以感測經(jīng)由樣本產(chǎn)生或反射的一光束B1的可見光波段以及不可見光波段樣本。

光譜測量裝置1包括一多頻帶通濾波器(multi-band pass filter)10、一透鏡模塊20、一濾波陣列30、以及一感測層40。多頻帶通濾波器10、透鏡模塊20、濾波陣列30、以及感測層40依序相互疊置。

多頻帶通濾波器10為一平板狀結(jié)構(gòu)，平行于一平面。多頻帶通濾波器10允許光束B1的多個波段(waveband)通過，且止擋光束B1剩余的波段通過。

多頻帶通濾波器10具有一入射面11以及一出光面12。入射面11平行于出光面12。光束B1經(jīng)由入射面11進入多頻帶通濾波器10，且經(jīng)由出光面12離開多頻帶通濾波器10。光束B1通過多頻帶通濾波器10后形成一多波段光束B2。

圖2為于本發(fā)明的一些實施例中多波段光束B2的穿透率對波長圖。于一些實施例中，多頻帶通濾波器10對于波段A1內(nèi)的光束B1的穿透率大于20％、30％、或是40％。于一些實施例中，多頻帶通濾波器10對于波段A1內(nèi)的光束B1的穿透率為約20％至99.9％的范圍之間或是約30％至99.9％的范圍之間。于一些實施例中，多頻帶通濾波器10對于不位于波段A1內(nèi)的光束B1的穿透率小于20％、30％或是40％。

每一波段A1包括一峰值波長(peak wavelength)P1。于一些實施例中，多頻帶通濾波器10對于在峰值波長P1的光束B1的穿透率大于70％、80％或是90％。于一些實施例中，多頻帶通濾波器10對于在峰值波長P1的光束B1的穿透率約為70％至99.9％、80％至99.9％、或是90％至99.9％的范圍之間。

波段A1的數(shù)目可大于2、3、4或是5。于此實施例中，波段A1的數(shù)目為4。每一波段A1可為對應(yīng)于可見光光譜的一可見光波段，或?qū)?yīng)于不可見光光譜的一不可見光波段。于一些實施例中，一些波段A1為可見光波 段A1，且另一些波段A1為不可見光波段A1。于一些實施例中，全部的波段A1為不可見光波段A1。

于一些實施例中，波段A11為對應(yīng)于不可見光光譜的一不可見光波段，例如一紅外線光譜或是一遠紅外線光譜。舉例而言，波段A11約為830nm至870nm的范圍之間。波段A11內(nèi)的峰值波長P11約為850nm。于一些實施例中，峰值波長P11長于或等于700nm。

于一些實施例中，波段A12為對于可見光光譜的一可見光波段，例如紅光光譜。舉例而言，波段A12約為630nm至670nm的范圍之間。波段A12內(nèi)的峰值波長P12約為650nm。

于一些實施例中，波段A13為對應(yīng)于可見光光譜的一可見光波段，例如黃光光譜。舉例而言，波段A13約為530nm至570nm的范圍之間。波段A13內(nèi)的峰值波長P13約為550nm。

于一些實施例中，波段A14為對應(yīng)于可見光光譜的一可見光波段，例如藍光光譜。舉例而言，波段A14約為430nm至470nm的范圍之間。波段A14內(nèi)的峰值波長P14約為450nm。于一些實施例中，波段A14為對應(yīng)于不可見光光譜的一不可見光波段，例如紫外線光譜。

再者，所有的波段A1并不相互重疊。波段A11內(nèi)的波長或是峰值波長P11長于波段A12內(nèi)的波長或是峰值波長P12。波段A12內(nèi)的波長或是峰值波長P12長于波段A13內(nèi)的波長或是峰值波長P13。波段A13內(nèi)的波長或是峰值波長P13長于波段A14內(nèi)的波長或是峰值波長P14。

如圖1所示，透鏡模塊20位于多頻帶通濾波器10以及濾波陣列30之間。透鏡模塊20用以將多波段光束B2聚焦于濾波陣列30或是感測層40。于一些實施例中，透鏡模塊20為一遠心透鏡模塊20。透鏡模塊20用以將通過多頻帶通濾波器10的多波段光束B2均勻的照射于濾波陣列30。于一些實施例中，透鏡模塊20包括一或是多個透鏡21。

濾波陣列30位于多頻帶通濾波器10以及感測層40之間。如圖1所示，濾波陣列30設(shè)置于多頻帶通濾波器10的下，且連接于感測層40。于一些實施例中，濾波陣列30排列于平行于多頻帶通濾波器10以及感測層40的一平面。

濾波陣列30包括排列于一像素陣列的多個像素群(pixel group)31。 每一像素群31包括多種濾光片32。每一濾光片32允許多波段光束B2長于一特定波長或是于一特定范圍內(nèi)的波長通過。于此實施例中，每一像素群31包括四種濾光片(filter)32a、32b、32c、32d。

圖3為于本發(fā)明的一些實施例中濾波陣列30的穿透率(transmittance)對波長圖。于一些實施例中，濾光片32a允許多波段光束B2長于一第一波長的波長通過。舉例而言，第一波長約為800nm。因此，多波段光束B2的波段A11可通過濾光片32a，且形成一第一光束B31。多波段光束B2的波段A12、A13、A14被濾光片32a所止擋。

于一些實施例中，濾光片32b允許多波段光束B2長于一第二波長的波長通過。舉例而言，第二波長約為600nm。因此，多波段光束B2的波段A11、A12可通過濾光片32b，且形成一第二光束B32。多波段光束B2的波段A13、A14被濾光片32b所止擋。

于一些實施例中，濾光片32c允許多波段光束B2長于一第三波長的波長通過。舉例而言，第三波長約為500nm。因此，多波段光束B2的波段A11、A12、A13可通過濾光片32c，且形成一第三光束B33。多波段光束B2的波段A14被濾光片32c所止擋。

于一些實施例中，濾光片32d允許多波段光束B2長于一第四波長的波長通過。舉例而言，第四波長約為400nm。因此，多波段光束B2的波段A11、A12、A13、A14可通過濾光片32c，且形成一第三光束B33。于此實施例中，濾光片32d允許多波段光束B2于一特定范圍且長于第一波長的波長通過。舉例而言，特定范圍約為410nm至490nm之間。因此，多波段光束B2的波段A11、A14可通過濾光片32d，且形成一第四光束B34。多波段光束B2的波段A12、A13被濾光片32d所止擋。

于此實施例中，第一波長長于第二波長。第二波長長于第三波長。第三波長長于第四波長。此外，峰值波長P11長于第一波長。波段A12為第一波長至第二波長的范圍之間，且峰值波長P12長于第二波長。

再者，波段A13為第二波長至第三波長的范圍之間，且峰值波長P13長于第三波長。于一些實施例中，波段A14為第三波長至第四波長的范圍之間，且峰值波長P14長于第四波長。于此實施例中，峰值波長P14及/或波段A14為約為相對于濾光片32d的410nm至490nm的特定范圍之間。

如圖1所示，感測層40位于濾波陣列30之下。于此實施例中，感測層40平行于多頻帶通濾波器10，且直接接觸濾波陣列30。感測層40包括排列于一感測陣列的多個感測單元41。感測單元41位于平行于多頻帶通濾波器10的一平面。

于一些實施例中，濾波陣列30以及感測層40由半導(dǎo)體工藝所制成。濾波陣列30以及感測層40形成一影像感測器，例如互補式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)感測器、前側(cè)式(Frontside illumination)或是背照式(BSI，backside illumination)CMOS感測器，或是其他適合的感測器。因此，可減少及減輕濾波陣列30以及感測層40的體積以及重量。

于此實施例中，感測單元41包括感測單元41a、41b、41c、41d。每一感測單元41a位于濾光片32a中之一者之下。每一感測單元41a用以根據(jù)照射于其上的第一光束B31的強度產(chǎn)生一第一強度信號。

每一感測單元41b設(shè)置于濾光片32b中之一者之下。每一感測單元41b用以根據(jù)照射于其上的第二光束B32產(chǎn)生一第二強度信號。

每一感測單元41c設(shè)置于濾光片32c中之一者之下。每一感測單元41c用以根據(jù)照設(shè)于其上的第三光束B33產(chǎn)生一第三強度信號。

每一感測單元41d設(shè)置于濾光片32d中之一者之下。每一感測單元41d用以根據(jù)照設(shè)于其上的第四光束B34產(chǎn)生一第四強度信號。

光譜測量裝置1還包括一處理模塊50，電性連接于每一感測單元41。處理模塊50接收強度信號，且根據(jù)每一強度信號產(chǎn)生一強度值。

于此實施例中，處理模塊50接收第一強度信號，且產(chǎn)生根據(jù)第一強度信號產(chǎn)生一第一強度值。處理模塊50接收第二強度信號，且根據(jù)第二強度信號產(chǎn)生一第二強度值。

處理模塊50接收第三強度信號，且根據(jù)第三強度信號產(chǎn)生一第三強度值。處理模塊50接收第四強度信號，且根據(jù)第四強度信號產(chǎn)生一第四強度值。

之后，處理模塊50根據(jù)第一強度值取得第一光譜值。處理模塊50將第二強度值減去第一強度值藉以取得第二光譜值。處理模塊50將第三強度值減去第二強度值藉以取得第三光譜值。換句話說，第N個光譜值通過第 N個強度值減去第N-1個強度值來取得。上述N為一整數(shù)。

第一光譜值對應(yīng)于光束B1的波段A11的光譜的強度。第二光譜值對應(yīng)于光束B1的波段A11、A12的光譜的強度。第三光譜值對應(yīng)于光束B1的波段A11、A12、A13的光譜的強度。第四光譜值對應(yīng)于光束B1的波段A11、A14的光譜的強度。

于一些實施例中，處理模塊50根據(jù)第一強度值取得第一光譜值。處理模塊50將第二強度值減去第一強度值藉以取得第二光譜值。處理模塊50將第三強度值減去第二強度值藉以取得第三光譜值。處理模塊50將第四強度值減去第一強度值取得第四光譜值。

因此，像素群31中之一者的對應(yīng)于濾光片32a、32b、32c、32d的光譜值形成樣本的光譜影像中的一像素。由于像素群31排列于一像素陣列，因此處理模塊50可根據(jù)光譜值產(chǎn)生樣本的二維光譜影像。

由于濾波陣列30以及感測層40由半導(dǎo)體工藝所制成，濾光片32以及感測單元41的密度很高，且增進了樣本的光譜影像的解析度。

再者，通過多頻帶通濾波器10、濾光片32、以及感測單元41的結(jié)構(gòu)，不需要設(shè)置例如分光鏡、平行光管儀、以及聚焦鏡等光學(xué)元件，因此可減少光譜測量裝置的尺寸以及重量。

圖4為本發(fā)明的一些實施例中的濾波陣列30的示意圖。像素群31排列于一像素陣列。每一像素群31包括四種濾光片32a、32b、32c、32d。濾光片32a、32b、32c、32d排列于2x2陣列。

圖5A至5F為本發(fā)明的一些實施例中的像素群31的示意圖。圖5A至5B繪制了圖4中的濾光片32a、32b、32c、32d的不同排列，用以對應(yīng)不同種類的樣本。

如圖1、圖5C至5F所示，像素群31包括六個濾光片32。濾光片32a鄰近或是連接于濾光片32b，濾光片32b鄰近或是連接于濾光片32c，且濾光片32c鄰近或是連接于濾光片32d。濾光片32d鄰近或是連接于濾光片32e，濾光片32e鄰近或是連接于濾光片32f。

濾光片32e允許多波段光束B2長于一第五波長的波長通過。濾光片32f允許多波段光束B2長于一第六波長的波長通過。第四波長長于第五波長。第五波長長于第六波長。

于一些實施例中，第一波長約為900nm，第二波長約為800nm，第三波長約為700nm，第四波長約為600nm，第五波長約為500nm，且第六波長約為400nm。換句話說，第一至第六波長的波長長度逐漸增加。

如圖5C所示，第一濾光片32a至第六濾光片32f依序沿一線性路徑T1排列。如圖5D所示，第一濾光片32a至第六濾光片32f依序沿一U型路徑T2排列。如圖5E所示，第一濾光片32a至第六濾光片32f依序沿一波狀路徑T3。如圖5F所示，第一濾光片32a至第六濾光片32f依序沿一鋸齒狀路徑T4排列。

圖6A為于本發(fā)明的一些實施例中濾波陣列30的穿透率對波長圖。于一些實施例中，濾光片32a允許多波段光束B2長于一第一波長的波長通過。舉例而言，第一波長約為800nm。

濾光片32b允許多波段光束B2長于一第二波長的波長通過。舉例而言，第二波長約為600nm。濾光片32c允許多波段光束B2長于一第三波長的波長通過。舉例而言，第三波長約為500nm。

濾光片32d允許多波段光束B2長于一第四波長的波長通過。舉例而言，第四波長約為400nm或是410nm。因此，第一波長長于第二波長，第二波長長于第三波長，且第三波長長于第四波長。

于波段A11中的波長及/或峰值波長P11長于第一波長。波段A12為第一波長至第二波長的范圍之間。波段A13為第二波長至第三波長的范圍之間。波段A14為第三波長與第四波長的范圍之間。

圖6B為于本發(fā)明的一些實施例中濾波陣列30的穿透率對波長圖。于一些實施例中，濾光片32a允許多波段光束B2短于一第一波長的波長通過。舉例而言，第一波長約為500nm。

濾光片32b允許多波段光束B2短于一第二波長的波長通過。舉例而言，第二波長約為600nm。濾光片32c允許多波段光束B2短于一第三波長的波長通過。舉例而言，第三波長約為800nm。

濾光片32d允許多波段光束B2短于一第四波長的波長通過。舉例而言，第四波長約為900nm。因此，第一波長短于第二波長，第二波長短于第三波長，且第三波長短于第四波長。

波段A11為第三波長至第四波長的范圍之間。波段A12為第二波長至 第三波長的范圍之間。波段A13為第一波長至第二波長的范圍之間。于波段A14內(nèi)的波長及/或峰值波長P14短于第一波長。

圖7為于本發(fā)明的一些實施例中一光譜測量裝置1的示意圖。透鏡模塊20位于多頻帶通濾波器10以及濾波陣列30之上。光譜測量裝置1還包括設(shè)置于濾波陣列30的多個微透鏡60。微透鏡60用以將多波段光束B2聚焦于濾光片32或感測單元41。

綜上所述，由于濾波陣列以及感測層由半導(dǎo)體工藝所制成，因此減少了光譜測量裝置的尺寸以及重量，且不需要許多光學(xué)元件。此外，通過濾波陣列，光譜測量裝置可用以檢測樣本的二維光譜，且可增進樣本的光譜影像的解析度。

上述已公開的特征能以任何適當方式與一或多個已公開的實施例相互組合、修飾、置換或轉(zhuǎn)用，并不限定于特定的實施例。

本發(fā)明雖以各種實施例公開如上，然而其僅為范例參考而非用以限定本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可做些許的變動與潤飾。因此上述實施例并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護范圍當視所附的權(quán)利要求所界定者為準。