[发明专利]一种多光谱摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及医疗辅助设备领域，尤其涉及一种多光谱摄像装置。

背景技术

人体血管隐藏在表皮下面，往往被皮下脂肪，甚至骨骼所遮挡，在可红外摄像器件广泛应用于医疗图像诊断和穿刺辅助设备，夜间监控摄像，夜间行车摄像，生物特征识别，机器人视觉，食品质量和工业品表面质量的检测等领域。在移动信息终端的时代应用于手机摄像等则会促使更多多姿多彩的应用开发出来。人眼敏感的波长范围是从400nm到760nm的所谓可见光的光谱范围，然而使用不同光敏感材料的摄像器件和系统，其光电响应可以从X射线波段拓展到远红外波段，然后将不可见的电子图像信息用可见光的形式显示出来，就可以让人眼“直接”看到。如上所述，鉴于人眼与生俱来只能看见和识别可见光图像，实时实地将原来不可见的电磁辐射图像和可见光图像在同一个空间位置作相互比较，才能对外界物体的认识具体化，才能与人脑以往的对于可见光图像的记忆相互关联，才能对同一物体的各种光谱特性做一个综合的判断和信息处理。

为此目的人们开发了使用可见光和红外光的双摄像头的多光谱摄像系统，然而有体积庞大带来的不便于携带和高成本问题，和不同光轴系统带来的图像对位和处理上的麻烦。为了避免这种问题，人们也开发了使用一个既对可见光敏感，又对红外光敏感的摄像器件，在不同的时间段上分别采集和处理不同光谱波段的图像。然而这种无论是使用机械式斩波器或者使用电子快门，不仅带来了系统构造和驱动的复杂性，而且在同时存在可见光和红外光的图像信息空间里，尤其是在被摄物体的空间位置或辐射强度随着时间而变化的场合，无法实时地获得精确的不同光谱的图像。

根据不同波长的光子的吸收深度不同，将同一种半导体材料重复叠加起来在不同的吸收深度上就可以同时获得不同光谱范围的图像，这些不同光谱范围的图像可以是像素和像素精确对位的至少是四维的图像信息(XY空间维度，时间轴维度，波长或者能量轴维度上的强度分布图像)。

更加进一步地，如果使用不同的半导体(无机的或有机的半导体光电转换材料)相互叠加起来，或者再叠加不同的滤波片，偏振片等光学膜片，就可以充分利用不同半导体的特性(能带宽度，吸收深度等)和光学膜片对入射光线的选择和调制作用，将可以采集的光谱图像信息，在光辐射的能量，密度，相位，偏振等特性上拓展的更加宽广和丰富。

现有技术中，已经包括了将连续不间断的非晶硅半导体薄膜叠加在硅的CMOS器件上得到的叠层式混合半导体多光谱摄像器件，其包括了将可见光转换成电信号的第一光电转换层以及将红外光转换成电信号的第二光电转换层，第一光电转换层和第二光电转换层以在光线的入射方向上相互叠加的方式设置。为了充分利用硅集成电路的优点，第一光电转换层和第二光电转换层的电子信号分别连接到不同硅基板上制作的各自所属的晶体管像素电路，对信号做存储，放大，信噪比预处理和选择性地顺序输出到外部电路做进一步的放大，信噪比处理，数模转换，图像处理以及传输到网络和云服务器。在这种结构中，沿着入射光的方向，第一光电转换层的出光一侧的信号电极和第二光电转换层的入光一侧的信号电极在信号存储阶段是是处于电悬浮状态，并且会通过它们之间的寄生电容相互干扰，这种干扰会造成输出信号的“混色”，甚至信号幅度的相互抵消或衰减。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供多光谱摄像装置，克服现有技术中的困难，避免输出信号“混色”，甚至信号幅度的相互抵消或衰减等问题，使得高灵敏度的多光谱摄像成为可能。

根据本发明的一个方面，提供一种多光谱摄像装置，所述多光谱摄像装置包括：第一光电转换单元，所述第一光电转换单元包括：第一光电转换层，用于将可见光光电转换为电信号；第一导电层，可透过可见光和红外光，设置于所述第一光电转换层的入光侧，所述第一导电层连接第一固定电位；第二导电层，可透过红外光，设置于所述第一光电转换层的出光侧；和第一像素电路，所述第一像素电路连接到所述第二导电层；第二光电转换单元，制作在一硅基板上并设置于所述第一光电转换单元的出光侧，所述第二光电转换单元包括：第二光电转换层，用于将红外光光电转换为电信号；第三导电层，可透过红外光，设置于所述第二光电转换层的入光侧；第四导电层，设置于所述第二光电转换层的出光侧；和第二像素电路，所述第二像素电路连接到第二光电转换层或者第四导电层。