光学分光器及其制备方法、图像传感器以及图像成像系统技术方案

本发明专利技术提供一种光学分光器及其制备方法、图像传感器以及图像成像系统，所述光学分光器为在基底上由多个分光单元一维排列组成的阵列结构，所述分光单元包括上层反射层、下层反射层以及位于所述上层反射层与所述下层反射层之间的介质层，所述下层反射层为水平面结构，所述上层反射为斜面结构或曲面结构。本发明专利技术提供的光学分光器及其制备方法、图像传感器以及图像成像系统，集成度高、体积小，同时高光谱成像耗时短。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光谱成像
，尤其涉及一种光学分光器及其制备方法、图像传感器以及图像成像系统。
技术介绍
随着人们对于世界间事物认识和了解的不断深入，仅仅从二维的图像或者图像序列中对观测信息进行识别、推理和判断已经越来越无法满足目前工、农业各方面的需求。普通的二维彩色图像上的每个像素点上包含了用于识别色彩的二维图像信息，相比较而言，高光谱图像不仅包含了二维图像信息，每个像素点上还包含了一系列不同光谱波长的光强信息(光谱信息)。因此高光谱图像是二维空间图像信息与一维光谱信息构成的“数据立方体”，可以通过分析处理二维图像上各像素点上的光谱信息来识别相对应成像区域内的物质材料、材质和组份等理化信息，还可以通过图像的空间信息快速地、直观地识别相关位置和范围。高光谱图像的成像系统除了需要引入额外的光谱调制器件，例如，分光或色散功能的棱镜、光栅、可调光谱过滤器或光谱滤波片转盘等，还需要特定的成像机制，例如，空间扫描和光谱扫描等。传统的高光谱成像系统一般采用棱镜作为光谱分光器件(dispersive)，或采用液晶光学滤波(LCTF)、声光调制滤波器(AOTF)等可调制光谱滤波器件(tunable optical filter)。高光谱成像系统采用成像方案通常为空间扫描、光谱扫描或空间光谱同步扫描。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下技术问题：传统的高光谱图像的成像系统采用的分光器件为分立式的分光器件，这些分立式的光学器件本身占有一定的空间体积，此外分立式的分光器件需要与其他光学元器件相互聚焦和准直，造成高光谱成像系统的集成化程度低，体积大。此外传统的高光谱成像需要对空间、或对光谱、或同时对二者进行扫描，成像速度较慢，并需要复杂的机械装置和/或光学装置来完成扫描动作。并且传统的高光谱图像成像系统会因为目标物在扫描成像期间发生形变或位移，从而产生高光谱图像的空间信息扭曲或光谱信息“晕染”等问题，在这种情况下，一般额外需要复杂的数据处理方法来还原数据，从而致使高光谱图像的成像系统成像耗时更长。
技术实现思路
本专利技术提供的光学分光器及其制备方法、图像传感器以及图像成像系统，集成度高、体积小，同时高光谱成像耗时短。第一方面，本专利技术提供一种光学分光器，所述光学分光器为在基底上由多个分光单元一维排列组成的阵列结构，所述分光单元包括上层反射层、下层反射层以及位于所述上层反射层与所述下层反射层之间的介质层，所述下层反射层为水平面结构，所述上层反射层为斜面结构或曲面结构。可选地，所述曲面结构的曲率半径沿所述分光单元的宽度变化。可选地，所述斜面结构上开设透光的穿孔。可选地，当所述上层反射层为斜面结构时，所述上层反射层还包括一水平结构。第二方面，本专利技术提供一种光学分光器的制备方法，所述方法包括：在基底上沉积一层反射层；在所述反射层上旋涂一层热固型材料；光学光刻所述热固型材料形成各分光单元的边界；在所述边界中的每两边界之间沉积介质层；刻蚀所述介质层至需要的厚度；在所述介质层上旋涂一层热塑型材料，按照所设计的图案作为掩膜，光学光刻所述热塑型材料，使图案成形；使所述热塑型材料软化流动直到斜面结构或曲面结构形成；以所述热塑性材料做掩蔽，等离子刻蚀所述介质层直至所述斜面结构或曲面结构转移至所述介质层；沉积顶层反射层。可选地，所述曲面结构的曲率半径沿所述分光单元的宽度变化。可选地，所述斜面结构上开设透光的穿孔。可选地，当所述上层反射层为斜面结构时，所述上层反射层还包括一水平结构。第三方面，本专利技术提供一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括上述所述的光学分光器及光电传感器阵列芯片，所述光学分光器根据上述所述的光学分光器的制备方法与光电传感器阵列芯片集成加工，所述光电传感器阵列芯片作为所述光学分光器的基底；或将所述光学分光器的基底与所述光电传感器阵列芯片粘合在一起，或通过夹具结合在一起。第四方面，本专利技术提供一种图像成像系统，所述图像成像系统包括上述所述的图像传感器。本专利技术实施例提供的光学分光器及其制备方法、图像传感器以及图像成像系统，分光单元的阵列结构可同时对各入射光束实现光谱分离的分光功能和光谱的过滤功能，从而可用于目标成像区域上各点光束的同步分光，再通过集成的光电传感器阵列同时读取各分光单元过滤光谱的光强，从而一次性获取具有一定光谱范围和分辨率的高光谱图像数据。由于可以通过高速扫描甚至实现快照式的成像方案，缩短了成像时间。此外不需要分立式的光学元器件，也不需要机械驱动的光谱调制设备，从而简化了光谱成像系统，也缩小了体积。附图说明图1为本专利技术平行镜法珀腔的光谱过滤原理示意图；图2为本专利技术一实施光学分光器的分光单元上反射层为斜面的结构示意图；图3为本专利技术另一实施例光学分光器的分光单元上反射层为曲面的结构示意图；图4为本专利技术一实施例光学分光器的结构示意图；图5为本专利技术一实施例光学分光器的制备方法流程图；图6为本专利技术一实施例光学分光器的剖面示意图及俯视示意图；图7为本专利技术再一实施例光谱图像提取流程示意图；图8为本专利技术光学分光器的分光单元的其他结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种光学分光器，所述光学分光器为在基底上由多个分光单元一维排列组成的阵列结构，所述分光单元包括上层反射层、下层反射层以及位于所述上层反射层与所述下层反射层之间的介质层，所述下层反射层为水平面结构，所述上层反射层为斜面结构或曲面结构。本专利技术实施例提供的光学分光器，分光单元的阵列结构可同时对各入射光束实现光谱分离的分光功能和光谱的过滤功能，从而可用于目标成像区域上各点光束的同步分光，再通过集成的光电传感器阵列同时读取各分光单元过滤光谱的光强，从而一次性获取具有一定光谱范围和分辨率的高光谱图像数据。由于可以通过高速扫描甚至实现快照式的成像方案，缩短了成像时间。此外不需要分立式的光学元器件，也不需要机械驱动的光谱调制设备，从而简化了光谱成像系统也缩小了体积。可选地，所述曲面结构的曲率半径沿所述分光单元的的宽度变化。可选地，所述斜面结构上开设透光的穿孔。可选地，当所述上层反射层为斜面结构时，所述上层反射层还包括一水平结构。可选地，各分光单元具有相同的腔体厚度和宽度或具有不同的腔体厚度和宽度。可选地，所述多个分光单元的最小光谱空间分辨率范围为0.1nm～50nm。可选地，所述上层反射层及所述下层反射层的材料为金属或布拉格反射镜，所述介质层为SiO2、Al2O3、TiO2。可选地，所述光学分光器的工作波长覆盖紫外10nm～400nm、可见光380nm～750nm、红外700nm～1050nm的光谱范围。本专利技术提供的光学分光器的核心结构是基于法珀腔光谱过滤(Fabry Perot Filter)的原理。如图1所示，理想型的法珀腔过滤器是基于两个互相平行的反射镜，当入射法珀腔的光谱在两反射镜间行进的各反射波经透射后相位相同，则该光谱波长可以透射至法珀腔的另一端，从而被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学分光器，其特征在于，所述光学分光器为在基底上由多个分光单元一维排列组成的阵列结构，所述分光单元包括上层反射层、下层反射层以及位于所述上层反射层与所述下层反射层之间的介质层，所述下层反射层为水平面结构，所述上层反射层为斜面结构或曲面结构。

【技术特征摘要】
1.一种光学分光器，其特征在于，所述光学分光器为在基底上由多个分光单元一维排列组成的阵列结构，所述分光单元包括上层反射层、下层反射层以及位于所述上层反射层与所述下层反射层之间的介质层，所述下层反射层为水平面结构，所述上层反射层为斜面结构或曲面结构。2.根据权利要求1所述的光学分光器，其特征在于，所述曲面结构的曲率半径随所述分光单元的宽度变化。3.根据权利要求1所述的光学分光器，其特征在于，所述斜面结构上开设有透光的穿孔。4.根据权利要求1所述的光学分光器，其特征在于，当所述上层反射层为斜面结构时，所述上层反射层还包括一水平结构。5.一种光学分光器的制备方法，其特征在于，包括：在基底上沉积一层反射层；在所述反射层上旋涂一层热固型材料；光学光刻所述热固型材料形成各分光单元的边界；在所述边界中的每两边界之间沉积介质层；刻蚀所述介质层至需要的厚度；在所述介质层上旋涂一层热塑型材料，按照所设计的图案作为掩膜，光学光刻所述热塑型材料，使图案成形；使所述热塑型材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽，黄成军，崔虎山，刘舒扬，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11