[发明专利]基于滤光器片上集成多像素传感器的微型光谱仪

说明书

本发明提供基于滤光器片上集成多像素传感器的微型光谱仪及制备方法，所述光谱仪包括聚光透镜和管壳，管壳的底座上设置有滤光器片上集成多像素传感器，所述滤光器片上集成多像素传感器的每个像元表面集成有特定的滤光器，不同位置的像元用于探测不同波段入射光，所述滤光器片上集成多像素传感器的特定位置设置有用于校正由位置不同造成的光谱测试偏差的空间光强校准像元，所述光谱仪在单芯片上同时实现光谱的分光与探测，无需衍射光栅或调谐腔等结构部件来辅助分光，具有光谱扫描速度快、体积小、光学系统简单、成本低的优点。

技术领域

本发明涉及光电探测，特别是涉及一种基于滤光器片上集成多像素传感器的微型光谱仪及制备方法。

背景技术

微型光谱仪可以探测识别物体的光谱“指纹”，可广泛应用于环境监测、工业控制、化学分析、食品品质检测、材料分析等领域。

按光谱分光方式，传统的微型光谱仪主要分为衍射光栅型和微机电系统(MEMS)调谐腔型。前者由于需要制备特征尺寸为百纳米量级的衍射光栅，同时需要光栅与探测器阵列高精度对准，存在体积较大、光学系统装配要求高、制作成本高等缺点；后者通过电驱动MEMS腔长变化分时分光，存在光谱扫描速度慢、抗震性差、温度适应性较差、寿命较短等缺点。

发明内容

本发明为解决上述问题，提出了一种基于滤光器片上集成多像素传感器的微型光谱仪及制备方法，针对传统的衍射光栅型和MEMS型微型光谱仪存在的体积较大、光学系统装配要求高、制作成本高或光谱扫描速度慢、抗震性差、温度适应性较差、寿命较短等缺点，本发明在采用滤光器片上集成多像素传感器，在单芯片上同时实现光谱的分光与探测，无需衍射光栅或MEMS调谐腔等结构部件来辅助分光，具有体积小、光学系统简单、成本低的优点；滤光器片上集成多像素传感器各像素分空间同时探测不同谱段的光学信号，具有光谱扫描速度快的优点；单芯片集成、无可动结构，具有可靠性高、与硅工艺兼容性好、成本低等优点。

根据本发明的一方面，提供一种基于滤光器片上集成多像素传感器的微型光谱仪，包括聚光透镜和固定聚光透镜的管壳，所述管壳由底座和管帽组成，底座靠近聚光透镜侧的面上设置有压焊点，底座远离聚光透镜侧的面上设置有管脚，压焊点和管脚通过底座内部走线联通，

所述底座靠近聚光透镜侧的面上设置有滤光器片上集成多像素传感器，所述滤光器片上集成多像素传感器通过贴片工艺与底座粘接，所述滤光器片上集成多像素传感器的压焊点与底座上对应的压焊点以键合工艺通过金属导线连接；

所述滤光器片上集成多像素传感器的每个像元表面集成有特定的滤光器，不同位置的像元用于探测不同波段入射光，所述滤光器片上集成多像素传感器的特定位置还设置有用于校正由位置不同造成的光谱测试偏差的空间光强校准像元。

根据本发明的另一方面，提供一种基于滤光器片上集成多像素传感器的微型光谱仪的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，制作滤光器片上集成多像素传感器，在滤光器片上集成多像素传感器的每个像元表面集成有特定的滤光器，不同位置的像元用于探测不同波段入射光，在滤光器片上集成多像素传感器的特定位置设置用于校正由位置不同造成的光谱测试偏差的空间光强校准像元

步骤2，制作聚光透镜和管壳，将聚光透镜固定于管壳上，所述管壳包括底座和管帽，在底座靠近聚光透镜侧的面上设置压焊点，在底座远离聚光透镜侧的面上设置管脚，将压焊点和管脚通过底座内部走线联通；

步骤3，采用贴片工艺将滤光器片上集成多像素传感器粘接在管壳的底座上；

步骤4，采用金属导线键合工艺，将滤光器片上集成多像素传感器压焊点和管壳底座压焊点的对应位置连接起来，通过管脚实现与驱动电路及外围信号处理电路的互连。