[发明专利]单片集成的图像传感芯片及光谱识别设备

说明书

本发明涉及成像及光谱识别技术领域，尤其涉及单片集成的图像传感芯片及光谱识别设备。该芯片的光调制层集成在图像传感层的上面，光调制层包括沿其厚度方向设置的至少一层子调制层；每组像素确认模块均包括调制单元和感应单元，光调制层沿其表面分布有至少一组调制单元，图像传感层上分布有至少一组感应单元，每组调制单元分别与至少一组感应单元上下对应设置；信号处理电路层连接在图像传感层的下面，并分别与各个感应单元电连接。该芯片及设备实现了分光部件与晶圆的单片集成，能实现高光谱成像，有利于降低器件失效率，提高器件的成品良率，并且性能稳定，不易受外界环境的影响。

技术领域

本发明涉及成像及光谱识别技术领域，尤其涉及单片集成的图像传感芯片及光谱识别设备。

背景技术

高光谱成像技术是一种将光谱探测和成像有机结合的技术，能够对某一物体进行不同光谱下的成像，同时获得被探测物体的几何形状信息和光谱特征。高光谱成像技术已经成为对地观测和深空探测的重要手段，被广泛应用于农牧林生产、矿产资源勘查、文物检测、海洋遥感、环境监测、防灾减灾、军事侦察等领域。

随着搭载平台的逐步小型化，如小卫星、无人机等小型平台，以及野外应用的续航需求，对高光谱成像设备小型化、轻量化的需求越来越突出。传统高光谱成像设备分光部件与光探测部分是分立的，入射光经过光栅、棱镜或分束/合束器后，由光探测器阵列探测得到入射光频谱信息。所以传统高光谱成像设备需要对各个分立的部件进行固定、组装、精确对准等操作，这导致了它们结构复杂、体积难以进一步缩小且成本高昂。另外，由于每个分立部件的位置和性能的偏移导致的系统误差会累积，使得现有的高光谱成像设备易受外界环境如温度变化、振动等的干扰，需要严格精确地对准且需要采取各种措施如制冷、减震等保证系统的稳定性。

现有技术中，有将多个滤波器单片集成在CMOS图像传感器(英文简称为CIS，即CMOS imaging sensor)上的结构，将分光部件与CIS晶圆集成在一起，其中作为分光部件的多个滤波器对应中心波长不同的法布里-珀罗干涉仪。但该技术能测量的波段数目有限，无法实现高光谱成像，且制备工艺复杂，需要多次光刻、刻蚀/沉积，存在着工艺误差累积，导致器件性能均匀性较差、器件失效等问题。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供了一种单片集成的图像传感芯片及光谱识别设备，实现了分光部件与晶圆的单片集成，工艺简单，无需多次光刻、刻蚀/沉积，有利于降低器件失效率，提高器件的成品良率，而且体积、重量和成本远小于传统高光谱成像器件，并且性能稳定，不易受外界环境的影响。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种图像传感芯片，包括光调制层、图像传感层、信号处理电路层以及至少两组像素确认模块，所述光调制层集成在所述图像传感层的上面，所述光调制层包括沿其厚度方向设置的至少一层子调制层；

每组所述像素确认模块均包括调制单元和感应单元，所述光调制层沿其表面分布有至少一组所述调制单元，所述图像传感层上分布有至少一组所述感应单元，每组所述调制单元分别与至少一组所述感应单元上下对应设置；

所述信号处理电路层连接在所述图像传感层的下面，并分别与各个所述感应单元电连接。

在部分实施例中，所述图像传感层为CIS晶圆。

在部分实施例中，每层所述子调制层上分别分布有沿所述子调制层厚度方向设置的若干个调制孔；所述子调制层为两层或两层以上，且各层的各个所述调制孔上下一一对应设置。

在部分实施例中，位于最下层的所述子调制层上的各个所述调制孔均为通孔或均为盲孔，其余所述子调制层上的各个所述调制孔均为通孔。