[发明专利]一种成像芯片及其集成方法和成像方法、光谱成像仪

说明书

本发明实施例涉及光谱成像仪技术领域，公开了一种成像芯片及其集成方法和成像方法、光谱成像仪，该成像芯片包括按光线入射方向依次设置的介质超构表面滤波器和CMOS图像处理器，介质超构表面滤波器用于接收包含待测物的特征的入射光并透射出射通过调控后得到的信号光，CMOS图像处理器用于接收信号光并根据该信号光获取待测物的光谱信息，本发明实施例提供的成像芯片可通过共形填充工艺和支撑工件集成，该成像芯片具有集成简单、成本低、体积小、成像效果好和光学效率高的优点。

技术领域

本发明实施例涉及光谱成像仪技术领域，特别涉及一种成像芯片及其集成方法和成像方法、光谱成像仪。

背景技术

多光谱成像仪是将光谱特征以及空间图像信息相结合的设备，当中的核心技术就是多光谱成像技术，其主要作用就是将成分复杂的光分解为若干个窄波段的光，然后通过对若干个窄波段的入射光的光谱测量可以获得被检测物的各种信息。多光谱成像仪通常由分光系统、探测光谱成像仪及信息传输系统组成，根据分光系统的分光原理可以将多光谱成像仪分为三大类：色散型多光谱成像仪、调制型多光谱成像仪以及滤波型多光谱成像仪。其中，色散型多光谱成像仪是利用色散元件如棱镜、衍射光栅，把光信号在空间上按波长分散为多条光束并聚焦在光电探测器上；调制型多光谱成像仪则是利用调制原理（如傅里叶变换）的圆孔进光的非空间分光。

目前，市面上提供的滤波型多光谱成像仪主要有两种：

第一种为利用亚波长金属结构的芯片型光谱仪，由亚波长金属结构以及光电探测器所组成，利用亚波长金属结构作为滤波器，并把光电探测器阵列置于滤波器后方组成基础的阵列式光谱仪。其利用亚波长金属结构作为滤波单元，金属结构通过在金属膜上设置开口，在等离子体共振作用下，根据开孔周期决定金属孔阵列的光谱透射特性，实现滤波功能。整个光谱仪作用在可见光波段，因此为了覆盖整个可见光波段，需要同时阵列多种规格的滤波单元，同时光谱仪的功能需要依赖光电探测器实现，并且滤波器的单元尺寸应该为光电探测器像素的整数倍，以便处理光信号数据，常用的光电探测器有CCD或CMOS。

第二种为一利用线性可变滤波器（LVF）与CMOS作为光电探测器的便携式光谱仪设计。LVF的滤波功能主要由形成了一定厚度的介质腔体所决定，介质腔由具有高低地必读的分布式布拉格反射器堆叠，实现高选择性和窄带的滤波，其透射特性由介质层中的薄膜厚度所决定，入射光以沿着LVF长度方向均匀入射，经过滤波后光信号由CMOS阵列所记录。并且可以平行排列多个LVF，以此覆盖更宽的波长范围，或根据需求获得更高分辨率的特定波段。

在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：

目前，第一种亚波长厚度的金属结构作为滤波器与常见的CCD、CMOS组合，其能够在小体积范围内集成，且成本低、灵活性强，但是基于等离子共振的金属结构作为滤波单元存在难以抑制的欧姆损耗，透射峰的半高宽较大，直接影响光谱仪的光谱分辨率，同时透射效率较低，影响滤波的性能，总体而言，会影响光谱仪的性能。

而第二种利用LVF作为滤波器无法避免地要在系统空间长度与光谱范围、光谱分辨率之间进行折衷，尽管可以平行阵列多个LVF，但是同时也面临着体积成倍增加的问题，并且与基于超构表面的滤波器相比，LVF的光学效率较低。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的目的是提供一种成效效果好、光学效率高、体积小、集成简单的成像芯片及其集成方法和成像方法、光谱成像仪。

本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种成像芯片，包括：

介质超构表面滤波器，其入光侧用于接收包含待测物的特征的入射光，其出光侧用于透射出射通过所述介质超构表面滤波器调控后得到的信号光；

CMOS图像处理器，其设于所述介质超构表面滤波器的出光侧，用于接收所述信号光并根据所述信号光获取所述待测物的光谱信息。