于2014年11月3日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請N0.10-2014-0151581的優先權，其公開內容通過引用整體地結合于此。
【主權項】
1.一種光譜儀，包括: 層疊的光吸收結構，包括在豎直方向上層疊并具有多個不同的吸收波長帶的多個吸收層、以及分別插置在所述多個吸收層中的每兩個相鄰的吸收層之間以電連接所述多個吸收層的多個隧道結層；以及 照射單元，配置為從所述多個吸收層當中選擇吸收層并向所述層疊的光吸收結構提供所述多個吸收層中的其它吸收層的照射光，所選擇的吸收層具有所述多個吸收波長帶中的一個吸收波長帶，該照射光包括所述多個吸收波長帶中的其它吸收波長帶。2.根據權利要求1所述的光譜儀，其中所述照射單元包括: 光源，配置為產生包括所述多個吸收層的所述多個吸收波長帶的照射光；以及陷波濾波器陣列，設置在所述光源和所述層疊的光吸收結構之間并包括具有多種吸收特性的多個陷波濾波器，以僅阻擋由所述光源產生的照射光當中的所選擇的吸收層的波長帶的照射光并透射其它波長帶的照射光。3.根據權利要求2所述的光譜儀，其中 所述多個陷波濾波器的每個具有扇形形狀，并且 所述陷波濾波器陣列具有通過在旋轉軸上連接所述多個陷波濾波器而形成的可旋轉的盤形狀。4.根據權利要求1所述的光譜儀，其中 所述多個吸收層的每個包括P-η結，以及 所述多個隧道結層的每個包括以比所述多個吸收層的每個的P-η結高的摻雜濃度摻雜的p-n結。5.根據權利要求1所述的光譜儀，其中 所述多個吸收層以能帶間隙遞減的順序從光輸入側布置，并且 所述多個隧道結層的每個具有比所述多個吸收層大的能帶間隙。6.根據權利要求1所述的光譜儀，其中所述多個吸收層和所述多個隧道結層包含化合物半導體。7.根據權利要求6所述的光譜儀，其中所述多個吸收層和所述多個隧道結層由以下材料形成，該材料包括從包含鎵砷磷化物(GaAsP)、砷化鎵(GaAs)和銦鎵砷化物(InGaAs)的組合、包含鋁鎵砷化物(AlGaAs)、GaAs和InGaAs的組合、包含InGaAs、GaAs和磷化鎵(GaP)的組合、以及包含砷化銦(InAs)、GaAs和氮化鎵(GaN)的組合中選擇的任何一種。8.根據權利要求1所述的光譜儀，其中 所述多個吸收層的每個具有1nm至10 μ m的厚度，并且 所述多個隧道結層的每個具有1nm至10nm的厚度。9.根據權利要求1所述的光譜儀，還包括: 第一電極，設置在所述層疊的光吸收結構的底表面上；以及 第二電極，設置在所述層疊的光吸收結構的頂表面上， 其中所述多個吸收層在所述第一電極和所述第二電極之間被串聯地電連接。10.根據權利要求9所述的光譜儀，其中 所述第一電極設置在所述多個吸收層當中的具有最小能帶間隙的吸收層的底表面上，并且 所述第二電極設置在所述多個吸收層當中的具有最大能帶間隙的吸收層的頂表面上。11.根據權利要求1所述的光譜儀，還包括控制器，該控制器配置為控制所述照射單元以通過隨時間的流逝改變所選擇的吸收層而改變所述照射光中包括的所述吸收波長帶并在所選擇的吸收層改變時測量由所述層疊的光吸收結構產生的光電流。12.根據權利要求11所述的光譜儀，其中所述控制器配置為存儲所述多個吸收層的每個的預先測量的外量子效率或短路電流密度。13.—種無創生物計量傳感器，包括: 光源單元，配置為輻射激發光到對象； 光譜儀，配置為測量通過所述激發光從所述對象產生的散射光的光譜分布；以及 控制器，配置為控制所述光譜儀的操作并通過使用由所述光譜儀提供的信號來分析所述對象的性質， 所述光譜儀包括: 層疊的光吸收結構，包括在豎直方向上層疊并具有不同吸收波長帶的多個吸收層、以及分別插置在所述多個吸收層中的每兩個相鄰的吸收層之間以電連接所述多個吸收層的多個隧道結層；以及 照射單元，配置為從所述多個吸收層當中選擇吸收層并向所述層疊的光吸收結構提供照射光，該照射光包括除了所選擇的吸收層的吸收波長帶之外的其它吸收層的吸收波長帶。14.根據權利要求13所述的無創生物計量傳感器，其中所述照射單元包括: 光源，配置為產生包括所述多個吸收層的吸收波長帶的照射光；以及 陷波濾波器陣列，設置在所述光源和所述層疊的光吸收結構之間并包括具有不同吸收特性的多個陷波濾波器以僅阻擋由所述光源產生的照射光當中的所選擇的吸收層的波長帶的照射光并透射其它波長帶的照射光。15.根據權利要求13所述的無創生物計量傳感器，其中 所述散射光和所述照射光被一起輸入到所述層疊的光吸收結構的光輸入表面，并且 所述陷波濾波器陣列僅設置在所述照射光的路徑上。16.根據權利要求13所述的無創生物計量傳感器，其中所述控制器配置為存儲所述多個吸收層的每個的預先測量的外量子效率或短路電流密度。17.根據權利要求16所述的無創生物計量傳感器，其中所述控制器配置為控制所述照射單元以通過隨時間的流逝改變所選擇的吸收層而改變所述照射光中包括的吸收波長帶并在所選擇的吸收層改變時測量由所述層疊的光吸收結構產生的光電流。18.根據權利要求17所述的無創生物計量傳感器，其中所述控制器配置為通過使用所述多個吸收層的每個的預先測量的外量子效率或短路電流密度以及在所選擇的吸收層改變時獲得的所述層疊的光吸收結構的光電流測量值來計算所述散射光的所述光譜分布。19.根據權利要求13所述的無創生物計量傳感器，還包括信號處理器，該信號處理器配置為基于所述散射光的所述光譜分布來分析所述對象的性質。20.—種無創生物計量感測方法，包括: 輻射激發光到對象； 將通過所述激發光從所述對象產生的散射光提供到層疊的光吸收結構，所述層疊的光吸收結構包括在豎直方向上層疊并分別具有不同的第一至第N吸收波長帶的第一至第N吸收層以及分別插置在所述第一至第N吸收層中的每兩個相鄰的吸收層之間以電連接所述第一至第N吸收層的多個隧道結層； 在提供所述散射光的同時，向所述層疊的光吸收結構提供照射光，該照射光包括除了所述第一吸收波長帶之外的第二至第N吸收波長帶并用于使除了所述第一吸收層之外的第二至第N吸收層飽和； 測量由所述層疊的光吸收結構產生的第一光電流；以及 通過使用所測量的第一光電流來計算所述散射光中的第一波長帶分量的光量。21.根據權利要求20所述的無創生物計量感測方法，在計算所述散射光中的所述第一波長帶分量的光量之后，還包括: 在提供所述散射光的同時，向所述層疊的光吸收結構提供包括除了所述第二吸收波長帶之外的第一和第三至第N吸收波長帶并用于使除了所述第二吸收層之外的所述第一和第三至第N吸收層飽和的照射光； 測量由所述層疊的光吸收結構產生的第二光電流；以及 通過使用所測量的第二光電流來計算所述散射光中的第二波長帶分量的光量。22.根據權利要求21所述的無創生物計量感測方法，在計算所述散射光中的所述第二波長帶分量的光量之后，還包括: 在提供所述散射光的同時，向所述層疊的光吸收結構提供相應的照射光；以及 重復光電流測量操作以計算所述散射光中的第三至第N波長帶分量的光量。23.根據權利要求20所述的無創生物計量感測方法，其中通過使用所測量的第一光電流來計算所述散射光中的所述第一波長帶分量的光量包括:通過比較所測量的第一光電流與所述第一吸收層的預先測量的短路電流密度來計算所述散射光中的所述第一波長帶分量的光量。24.一種生物信號傳感器，包括: 層疊的光吸收結構，包括多個光吸收層，該多個光吸收層配置為接收使所述多個光吸收層的將所述多個光吸收層中的一個排除的其余光吸收層飽和的光并接收將所排除的光吸收層激活的生物光學信號，所述多個光吸收層的每個配置為吸收光譜的不同波長帶；以及 控制器，配置為測量從所述層疊的光吸收結構產生的光電流并基于所測量的光電流來分析所述生物光學信號。25.根據權利要求24所述的生物信號傳感器，還包括存儲器，該存儲器配置為存儲所排除的光吸收層的預先測量的短路電流密度， 其中所述控制器還配置為將所測量的光電流與所述預先測量的短路電流密度比較以分析所述生物光學信號。26.根據權利要求24所述的生物信號傳感器，還包括 光源，配置為朝向所述層疊的光吸收結構的頂表面輻射光；以及 陷波濾波器，配置為從所輻射的光阻擋所排除的光吸收層能夠吸收的波長帶。27.根據權利要求26所述的生物信號傳感器，還包括: 另一光源，配置為朝向目標對象輻射光以從其反射或透射，其中反射或透射的光帶有所述生物光學信號。
【專利摘要】本公開提供了光譜儀、無創生物計量傳感器、無創生物計量感測方法、生物信號傳感器，該光譜儀可以容易地制造同時由于減小的光損失而具有高分辨率和靈敏度。光譜儀包括：層疊的光吸收結構，包括在豎直方向上層疊并具有不同的吸收波長帶的多個吸收層、以及分別插置在該多個吸收層中的每兩個相鄰的吸收層之間以電連接該多個吸收層的多個隧道結層；以及照射單元，配置為向層疊的光吸收結構提供用于使該多個吸收層中的部分吸收層飽和的照射光。
【IPC分類】G01N21/31
【公開號】CN105572059
【申請號】CN201510731560
【發明人】金東湖
【申請人】三星電子株式會社
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年11月2日
【公告號】EP3018459A2, EP3018459A3, US20160120410