[发明专利]一种固态多光谱传感器

说明书

本发明是一种固态多光谱传感器，涉及光学传感器领域，包括：硅芯片、光敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑电路、数模转换器和数据总线输出接口等模块；所述光敏单元阵列选用固态纳米线阵列；固态纳米线阵列通过深反应离子刻蚀技术直接集成于所述硅芯片上；固态纳米线阵列由纳米线排列而成；纳米线定向垂直于硅芯片表面；入射光照射固态纳米线阵列并引发光电效应，特定几何参数特性的固态纳米线阵列过滤并增强提取入射光信息中特定波长的光信息。利用MEMS技术在硅晶片上精密刻制定制设计的纳米线阵列，建构出以硅晶片为基础、与主流半导体生产工艺相兼容的滤光结构，配合高性能商用CMOS图像传感器基础光检测及信号处理芯片。

技术领域

本发明涉及光学传感器领域，特别是涉及一种固态多光谱传感器。

背景技术

多光谱成像仪虽然工作方式、组成、结构不同，但其基本组成通常包括以下几个部分：

1、光学会聚单元。它由透镜、反射镜或扫描镜等部件组成。它采集来自地面目标和背景的辐射或反射电磁波。

2、分光单元。它把前一单元采集的混合光分解为若干较窄波段，从而实现多光谱探测。

3、探测与信号预处理单元。它常用做探测器材的有相机中的胶片、线列或面阵CCD、红外焦平面阵列等光电探测器件。它实现光电转换，由敏感元分别将分光后聚焦的场景各点相应波段的电磁波强弱转换为对应大小的电信号。信号预处理器对电信号进行放大、修正及其他处理后，转换成图像信号或其他形式的信号。

4、信息记录或传输单元。它将经初步处理后的图像信息用适当的介质记录下来。常用记录介质有存储器、磁盘等，本专利中会应用存储器作为存储介质。为了尽快得到遥感信息，对各种数字式的信号可通过传输单元将其从空中传输到地面进行记录或实时图像显示。

传统多光谱仪绝大多数使用复杂、成本昂贵、体积笨重、功耗大、高精准度的测量只能在几十厘米内进行，需要专业人士进行操作，无法在移动端进行集成，例如： Resonon公司的高品质的多光谱相机，Pixelteq公司的色轮多光谱相机，Texas Instruments公司的数字光处理技术光谱仪。

当前主流的CMOS图像传感器技术是背照式传感器。其中典型的产品就是索尼的红绿蓝（RGB）Exmor RS IMX230(像素尺寸为1.12μm)。外界光透过微型的正弯月形微透镜阵列，被汇聚增强，照射红/绿/蓝染色的聚合物滤光器阵列，入射光线中的红、蓝、绿三个波段的信息被滤光器阵列分别过滤，射入相应的光电二极管，发生光电效应，电信号被收集并由配套电路进行一系列信号处理，从而复原出入射光所含的图像信息。传统CMOS图像传感器中的滤色器将红/绿/蓝人造彩色染料（聚合物）放置在像素的表面。这些滤色器与人眼的滤色系统存在匹配偏差，所以需要使用软件来校准在不同光照射下所观察到的颜色，也就是所谓的白平衡。

许多人尝试使用红绿蓝三色滤波器CMOS图像传感器来构造多光谱相机，但是只能达到真正的多光谱传感器的近似效果，同时只能提取红绿蓝三色可见光的信息。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种固态多光谱传感器，包括两个核心部分：一个过滤并分光的固态纳米线阵列和一个探测光的CMOS图像传感器。使用了固态纳米线结构阵列替代了微透镜阵列和人工染色的聚合物滤光器阵列，从而强化对入射光信息中更多波段信息的增强和提取，由红、蓝、绿三个波段的检测扩大到了一定范围内的任意多波段。基于传统成熟CMOS图像传感器工艺相结合，从而成功检测入射光中的不同的光谱信息，进而分析出被照物体的不同组成成分。纳米线技术可以与常规CMOS传感器或背照式CMOS图像传感器相结合，达到同样滤光效果。