[发明专利]高光谱成像装置及其制备方法、成像方法

说明书

本发明公开了一种高光谱成像装置及其制备方法、成像方法，所述装置包括图像传感器、法布里‑珀罗滤光膜系、间隙检测模块、间隙调节机构以及控制模块；法布里‑珀罗滤光膜系的中间腔层和下层高反射膜系设在图像传感器的衬底上，上层高反射膜系设在基片上，间隙调节机构设在衬底与基片之间并使衬底与基片之间形成空气隙；控制模块根据间隙检测模块检测的空气隙控制间隙调节机构动作，以调节衬底与基片之间的空气隙，实现法布里‑珀罗滤光膜系工作波长的调节，从而实现光谱通道数量的增加，无需增加工艺复杂性和成本。

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，尤其涉及一种高光谱成像装置及其制备方法、成像方法。

背景技术

光谱成像技术是一种将光谱分析技术与光学成像技术结合而成的探测技术，不同于传统黑白或者RGB三色成像，光谱成像可以从光谱维度上获得若干个任意通道。光谱成像技术不仅可以实现定性定量的光谱分析功能，还可以通过光学成像获取准确直观的目标物体分布图，具有图谱合一的优势。例如，光谱成像滤光片和CCD探测器结合，不仅有图像的信息，并且可以获得图像上每个像素点的光谱数据，为分析、检测、监控、测量等应用提供更为丰富、精准的信息。

目前，常见的光谱成像技术包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光和芯片镀膜等。对于光栅分光的光谱成像技术，经过狭缝的光由于不同波长的光照射到不同的探测器像元上，光能量很低，因此需要选择高灵敏相机，同时需要加光源。对于声光可调谐滤波分光的光谱成像技术，系统一般由声光介质、换能器和声终端三部分组成，射频驱动信号通过换能器激励出超声波，超声波在光介质内传播，使介质产生与声波信号相应的、随时间和空间周期变化的弹性形变，从而导致介质中的折射率发生周期变化，形成等效的位相光栅，光栅常数即声波波长；若声波频率较高，且声光作用长度足够大，声扰动介质形成体位相光栅；改变射频驱动信号的频率，可以实现电调谐波长的扫描。对于棱镜分光的光谱成像技术，不同频率入射光通过棱镜后被分成不同的方向，然后照射到不同方向的探测器上进行成像；棱镜分光后，在棱镜的出射面镀了不同波段的滤光膜，使得不同方向的探测器可以采集到不同光谱信息，实现同时采集空间及光谱信息。可见，光栅分光、声光可调谐滤波分光和棱镜分光的方案，制造相当复杂，并且结构尺寸较大，不便于光电子器件大规模集成。

芯片镀膜光谱成像技术需要借助半导体技术进行滤光片的制备，具有微小尺寸和集成度高的特点，相比光栅分光、声光可调谐滤波分光和棱镜分光的方案具有优势。

欧洲微电子研究中心(IMEC)利用高灵敏CCD芯片及SCMOS芯片，开发了一种快照式高光谱成像技术。具体地讲，在CCD探测器的像元上分别镀上不同工作波长的滤波膜，不同的像元会接收到不同波长的光谱信息，实现光谱成像。这种光谱成像方式不需要额外的附件，降低了光谱成像设备的体积和成本，可以快速、高效地获得光谱信息和空间信息；缺点是，滤波通道确定后，中心波长不可改变，如果要增加滤波通道，将增加工艺复杂性和成本，而且受限于法布里-珀罗膜系结构，通道无法无限增加，光谱分辨率也难以达到很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高光谱成像装置及其制备方法、成像方法，以解决现有芯片镀膜光谱技术增加滤波通道导致工艺复杂性和成本增加，以及光谱分辨率难以提高的问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种高光谱成像装置，包括：

图像传感器，包括衬底、位于所述衬底表面的像素区域以及与所述衬底对应的基片，所述像素区域内有若干阵列排布的像素单元；

法布里-珀罗滤光膜系，包括多个微滤光阵列，每个所述微滤光阵列包括多个以马赛克形式排列的对应于不同波长的微滤光单元，所述微滤光单元与所述像素单元一一对应，每个所述微滤光单元包括上层高反射膜系、中间腔层和下层高反射膜系，所述下层高反射膜系和中间腔层覆盖在对应的像素单元上，所述上层高反射膜系位于所述基片的对应位置；

间隙检测模块，用于检测所述衬底与所述基片之间的空气隙；