一种光谱传感模组的制作方法

本发明涉及光学传感器领域，具体涉及一种光谱传感模组。

背景技术：

1、近红外光谱分析是物质成分分析的重要手段，广泛应用于物质成分快速检测、工业化生产在线监测等领域。此外，通过近红光谱分析用于例如血乳酸浓度、血糖浓度等人体生物信息含量的无创检测是一种新兴的有大批量应用需求的检测技术。

2、目前的微型光谱仪模组主要包括衍射光栅色散式微型光谱仪模组和可调mems fp滤波器式微型光谱仪模组，这两种模组基于不同的技术原理，可以实现对物质的光谱分析。

3、衍射光栅色散式是一种基于衍射光栅色散原理的光学仪器，通过衍射光栅将入射光分解为不同波长的单色光，进而实现光谱分析。衍射光栅的精细刻线能够实现高分辨率的光谱分析，准确区分不同波长的光线。通过选择合适的光栅和传感器，可以实现从紫外到红外等宽光谱范围的测量还可适应不同的应用需求，如物质鉴别、浓度测量等。但其尺寸较大，波长分辨率受限于光栅色散能力，波长点数受限于器件尺寸和成本。不能满足智能穿戴类应用需求。

4、可调mems fp滤波器式是一个结合了微机电系统(mems)技术和法布里-珀罗(fabry-perot，简称fp)滤波器原理的先进光谱分析设备，可调mems fp滤波器式微型光谱仪模组的工作原理基于fabry-perot干涉原理。具体为，光线垂直入射到模组中的两个平板镜体之间时，会在两个镜体之间来回反射，形成多个光程差相等的光波。当fp腔长发生变化时，干涉条纹的位置和数量也会发生变化，从而实现光的滤波。通过精确控制fp腔长的变化，可以实现对不同波长光线的选择性透过或反射，进而实现光谱分析。利用mems技术实现的微型光谱仪模组，体积小、重量轻，易于集成到各种便携式或现场测量设备中。但因其是单个fp谐振腔，波长分辨率较低，不能满足高分辨率应用需求。

5、针对上述问题，急需研制一种体积小且高分辨率的光谱传感模组。

技术实现思路

1、本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种光谱传感模组，具有体积小且高分辨率的优点，可集成到各种便携式、可穿戴设备中，满足各种高分辨率的应用需求。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种光谱传感模组，包括外壳、发射端组件和接收端组件；所述外壳具有容纳腔，所述外壳上设有分别与容纳腔连通的发射口和接收口；所述发射端组件和接收端组件设置在腔室内分别对应发射口和接收口；所述发射端组件包括光源组件和光谱调制器；所述光谱调制器的光输入端口组与光源组件耦合，所述光谱调制器的光输出端口组用于从所述发射口向位于所述发射口和接收口之间的待检测物体发射调制光信号；所述接收端组件用于从所述接收口接收来自待检测物体的待测光信号；所述待测光信号为所述调制光信号的反射光和透射光中的一者。

4、可选的，所述光源组件包括至少一个超辐射发光二极管模块；所述光谱调制器的光输入端口组包括至少一个与所述超辐射发光二极管模块对应的光输入端口，所述超辐射发光二极管模块与所述光谱调制器的光输入口耦合。

5、可选的，所述光源组件包括多个波段不同的超辐射发光二极管模块；所述光谱调制器的光输入端口组包括多个光输入端口，多个光输入端口与多个超辐射发光二极管模块对应，多个所述超辐射发光二极管模块分别与对应的光输入端口耦合。

6、可选的，所述光源组件包括多个波段不同的超辐射发光二极管模块，所述光谱调制器的光输入端口组包括一个光输入端口；所述发射端组件还包括设置于光源组件和光谱调制器之间的波分复用元件；多个所述超辐射发光二极管模块通过所述波分复用元件与光输入端口耦合。

7、可选的，所述波分复用元件包括z-block组件，所述z-block组件具有多个滤波片，多个所述滤波片对应多个所述超辐射发光二极管模块。

8、可选的，所述光谱调制器包括多个级联的可调滤波结构；所述可调滤波结构包括马赫曾德尔干涉结构、微环谐振腔结构、光子晶体结构和布拉格光栅结构中的一者。

9、可选的，所述发射端组件还包括设置于所述光源组件和光谱调制器之间的第一透镜组件，第一透镜组件对应所述光源组件，所述光源组件的光信号通过对应的第一透镜组件与对应的光输入端口耦合。

10、可选的，所述外壳具有相对的侧壁，所述发射端组件和接收端组件分别固定在其中一个侧壁上，所述发射口和接收口设置在相对的另一个侧壁上；在所述发射端组件和发射口之间，所述接收口和接收端组件之间分别设有转向镜。

11、可选的，在所述容纳腔内设有分隔件，所述分隔件的两侧分别与外壳的两个相对的侧壁相连，并将所述容纳腔分隔为两个腔室；所述发射端组件和接收端组件分别设置在对应的腔室内；所述分隔件在发射口和接收口之间形成遮挡。

12、可选的，所述外壳的侧壁上设有多个厚度不同的垫块，多个垫块位于所述外壳的同一侧壁；所述发射端组件和接收端组件的各个光学元件分别设置在对应的垫块上。

13、可选的，在所述光谱调制器的输出端口组与所述转向镜之间设有准直透镜组件；所述准直透镜组件用于对调制光信号准直。

14、可选的，所述发射口和接收口上分别设有对应的透明密封件。

15、可选的，所述发射端组件还包括温度传感器；所述温度传感器设置在所述容纳腔内并用于检测所述光源组件和所述光谱调制器中一者的温度。

16、本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。

技术特征：

1.一种光谱传感模组，包括外壳(400)、发射端组件和接收端组件(300)；所述外壳(400)具有容纳腔，所述外壳(400)上设有分别与容纳腔连通的发射口(410)和接收口(420)；所述发射端组件和接收端组件(300)设置在腔室内分别对应发射口(410)和接收口(420)；其特征在于，所述发射端组件包括光源组件(100)和光谱调制器(200)；所述光谱调制器(200)的光输入端口组与光源组件(100)耦合，所述光谱调制器(200)的光输出端口组用于从所述发射口(410)向位于所述发射口和接收口之间的待检测物体发射调制光信号；所述接收端组件(300)用于从所述接收口(420)接收来自待检测物体的待测光信号；所述待测光信号为所述调制光信号的反射光和透射光中的一者。

2.根据权利要求1所述的光谱传感模组，其特征在于，所述光源组件(100)包括至少一个超辐射发光二极管模块(110)；所述光谱调制器(200)的光输入端口组包括至少一个与所述超辐射发光二极管模块(110)对应的光输入端口，所述超辐射发光二极管模块(110)与所述光谱调制器(200)的光输入口耦合。

3.根据权利要求2所述的光谱传感模组，其特征在于，所述光源组件(100)包括多个波段不同的超辐射发光二极管模块(110)；所述光谱调制器(200)的光输入端口组包括多个光输入端口，多个光输入端口与多个超辐射发光二极管模块(110)对应，多个所述超辐射发光二极管模块(110)分别与对应的光输入端口耦合。

4.根据权利要求2所述的光谱传感模组，其特征在于，所述光源组件(100)包括多个波段不同的超辐射发光二极管模块(110)，所述光谱调制器(200)的光输入端口组包括一个光输入端口；所述发射端组件还包括设置于光源组件(100)和光谱调制器(200)之间的波分复用元件(700)；多个所述超辐射发光二极管模块(110)通过所述波分复用元件(700)与光输入端口耦合。

5.根据权利要求4所述的光谱传感模组，其特征在于，所述波分复用元件(700)包括z-block组件，所述z-block组件具有多个滤波片，多个所述滤波片对应多个所述超辐射发光二极管模块(110)。

6.根据权利要求1所述的光谱传感模组，其特征在于，所述光谱调制器包括多个级联的可调滤波结构；所述可调滤波结构包括马赫曾德尔干涉结构、微环谐振腔结构、光子晶体结构和布拉格光栅结构中的一者。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的光谱传感模组，其特征在于，所述发射端组件还包括设置于所述光源组件(100)和光谱调制器(200)之间的第一透镜组件(500)，第一透镜组件(500)对应所述光源组件(100)，所述光源组件(100)的光信号通过对应的第一透镜组件(500)与对应的光输入端口耦合。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的光谱传感模组，其特征在于，所述外壳(400)具有相对的侧壁，所述发射端组件和接收端组件(300)分别固定在其中一个侧壁上，所述发射口(410)和接收口(420)设置在相对的另一个侧壁上；在所述发射端组件和发射口(410)之间，所述接收口(420)和接收端组件(300)之间分别设有转向镜(800)。

9.根据权利要求8所述的光谱传感模组，其特征在于，所述外壳(400)的侧壁上设有多个厚度不同的垫块(440)，多个垫块(440)位于所述外壳(400)的同一侧壁；所述发射端组件和接收端组件(300)的各个光学元件分别设置在对应的垫块(440)上。

10.根据权利要求8所述的光谱传感模组，其特征在于，在所述光谱调制器(200)的输出端口组与所述转向镜(800)之间设有准直透镜组件(600)；所述准直透镜组件(600)用于对调制光信号准直。

11.根据权利要求1-6中任一项所述的光谱传感模组，其特征在于，在所述容纳腔内设有分隔件(430)，所述分隔件(430)将所述容纳腔分隔为两个腔室；所述发射端组件和接收端组件(300)分别设置在对应的腔室内；所述分隔件(430)在发射口(410)和接收口(420)之间形成遮挡。

12.根据权利要求1-6中任一项所述的光谱传感模组，其特征在于，所述发射端组件还包括温度传感器(900)；所述温度传感器(900)设置在所述容纳腔内并用于检测所述光源组件(100)和所述光谱调制器(200)中一者的温度。

技术总结
本申请公开了一种光谱传感模组，涉及光学传感器领域，该光谱传感模组包括外壳、发射端组件和接收端组件；所述外壳具有容纳腔，所述外壳上设有分别与容纳腔连通的发射口和接收口；所述发射端组件和接收端组件设置在腔室内分别对应发射口和接收口；所述发射端组件包括光源组件和光谱调制器；所述光谱调制器的光输入端口组与光源组件耦合，所述光谱调制器的光输出端口组用于从所述发射口向位于所述发射口和接收口之间的待检测物体发射调制光信号；所述接收端组件用于从所述接收口接收来自待检测物体的待测光信号；所述待测光信号为所述调制光信号的反射光和透射光中的一者。本申请具有体积小且高分辨率的优点。

技术研发人员：严亭
受保护的技术使用者：徐州光引科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18