[发明专利]基于法布里珀罗腔的成像系统

说明书

公开了一种基于法布里珀罗腔的成像系统，包括单色成像芯片以及设置在所述单色成像芯片的上游光路中的带通滤光片和法布里珀罗腔，所述带通滤光片与所述法布里珀罗腔为相互分立的元件，并且所述带通滤光片被配置为具有包括从430nm到760nm在内的第一光学响应范围，并且所述法布里珀罗腔是可调的以使得其光学响应波峰可在所述第一光学响应范围内之内或完全在所述第一光学响应范围之外。本发明利用宽光谱覆盖的可调的法布里珀罗腔和具有从430nm到760nm在内的第一光学响应范围的带通滤光片，且通过单色成像芯片即可实现RGB成像、IR成像和ON‑OFF成像的成像系统，并且可以解析出任意波段的光谱图像。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，并且特别涉及一种基于法布里珀罗腔的成像系统。

背景技术

基于法布里珀罗腔干涉的可调滤光器件可以应用在微型光谱仪、小型高光谱相机及迷你高光谱相机中，在可见光-远红外(如400nm-1050nm波长)的高光谱成像领域，相较于其他的解决方案，法布里珀罗腔提供最简单的光路和系统结构，所以极大的降低高光谱相机的成本和体积。

在消费类特别是手机等便携成像应用中，越来越需要CMOS成像器件可以同时提供RGB(彩色)和IR(远红外)光谱范围的成像，但目前基于滤光膜的主流彩色成像芯片只有R(红)、G(绿)、B(蓝)三个通道。在应用时，基于RGB滤光膜的成像芯片会与IR-CUT滤光片配合，以去除近红外波长的光线对彩色成像的影响。彩色响应(RGB)通常表示单个像素上覆盖R、G或B通道的滤光膜，其响应为像素本身的量子效率叠加对应滤光膜的光谱响应。要实现IR成像，单个RGB芯片不能完成，需要添加额外的成像芯片用于采集近红外波长的图像，该成像芯片一般为单色响应器件附加近红外滤光片。

另外手机上CMOS成像芯片采用电子快门，包括卷帘快门和全局快门，而传动的机械快门由于机器大和寿命低的问题一般不出现在手机等便携式成像应用中，全局快门成像芯片通常像素低，也较少出现在手机等便携应用中，而卷帘快门成像芯片存在诸如高速成像时图像倾斜的问题。并且在高质量成像和光谱图像分析等应用中通常希望用遮盖整个成像芯片的方式来获得当时的黑帧参考，而黑帧参考在没有机械快门的实际应用中非常不容易实现。

发明内容

为了解决现有技术中在典型器件结构和工作模式下，不易用单个法布里珀罗腔和单个成像芯片来得到可以覆盖RGB和IR的光谱成像范围并且同时实现关断效果成像的技术问题，本发明提出了一种基于法布里珀罗腔的成像系统，解决了现有技术中在典型器件结构和工作模式下，不易用单个法布里珀罗腔和单个成像芯片来得到可以覆盖RGB和IR的光谱成像范围并且同时实现关断效果成像的技术问题。

根据本发明的一方面，提出了一种基于法布里珀罗腔的成像系统，包括单色成像芯片以及设置在所述单色成像芯片的上游光路中的带通滤光片和法布里珀罗腔，所述带通滤光片与所述法布里珀罗腔为相互分立的元件，并且所述带通滤光片被配置为具有包括从430nm到760nm在内的第一光学响应范围，并且所述法布里珀罗腔是可调的以使得其光学响应波峰可在所述第一光学响应范围内之内或完全在所述第一光学响应范围之外。

进一步的，所述成像系统还包括设置在所述带通滤光片的上游光路位置的准直透镜组。

进一步的，所述带通滤光片被设置在所述法布里珀罗腔的上游光路中。

进一步的，所述法布里珀罗腔中的反射镜面采用宽光谱反射材料制成。

优选的，所述法布里珀罗腔中的反射镜面采用银制成。

进一步的，所述法布里珀罗腔的两镜面之间的光学距离在300-1125nm之间是可调的。

进一步的，所述法布里珀罗腔通过电压变化调节出的入射光的波峰阶数m，所述法布里珀罗腔的两个镜面间的光学距离为d，所述带通滤光片的光学响应的波长为λ，m＝2d/λ。