一种成像光谱滤光片，它包括基片、像素层，其要点在于在基片的正、反两表面都覆盖有像素层，正、反两表面的像素层均为干涉薄膜系或一面为干涉薄膜系、另一面为彩色感光胶的组合。像素层具有二维周期结构，相邻的n个波段像素为一个周期，分别沿滤光片表面的X轴方向、Y轴方向重复排列，直至覆盖探测器的所有工作像素，本发明专利技术的优点在于将像素层分解到基片的两个表面，减少像素元中膜系的层数，降低膜系的总厚度，结构紧凑，有效地克服了陷阱效应，在基片的两个表面同时镀膜使其应力基本平衡，基片不会变形，保证了膜层的精度，减少时间，提高生产效率，独特的离子束溅射双面镀膜机设计方案和磁控溅射双面镀膜机设计方案。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于滤光片，尤其涉及成像光谱滤光片及其制备技术。
技术介绍
成像光谱系统硬件的核心器件包括照相镜头、成像光谱滤光片、成像探测器CMOS/(XD。成像镜头及成像探测器已经实现了工业化生产，有多种型号的产品可以选用，所以设计与制备成像光谱滤光片就成为硬件系统的关键环节。成像光谱滤光片通常可能包含数万至数十万个像素元，并且尺寸范围在几个微米至20微米左右，所以无法想象使用机械组装的方式进行制备，而是采用半导体中的刻蚀技术与物理气相沉积技术相结合的方法，在同一个基片上制备各个透射波段的像素群。为了制备能够耐受各种恶劣环境的影响，同时保证光谱特性稳定的干涉薄膜系，通常使用荷能镀膜工艺，使得膜层的微观结构非常致密。这种结构会在膜层的断面产生张应力，导致成像光谱滤光片的形变。此形变的尺度与基片的厚度有关，基片愈厚，形变愈小，但是基片愈厚，图像会产生更大的象散，影响图像的质量。但如果使用的基片很薄(例如厚度为0. 3-0. 5mm)，形变增加，需要克服应力效应。采用普通制备掩模和镀膜工艺存在的问题 I陷阱效应大 在基片上制备掩模时，基片的裸露部分就构成陷阱，掩膜的厚度成为陷阱的深度。为了提高湿法刻蚀的速度，通常掩模的厚度应是膜层厚度的2倍以上。可见膜层的厚度值愈大，陷阱就愈深；而陷阱愈深，进行物理气相沉积时产生的边缘阴影效应就愈明显，像素元的有效面积就愈小。像素元的边长与厚度的比值，是表明陷阱效应的特征量。较厚的像素元，其边长不能太小；反之，高分辨率的成像光谱滤光片，其像素元的厚度应该足够小。因此，为克服陷阱效应，在进行设计时应尽量降低膜系层的总厚度。2膜层的应力效应大 现有技术中，每个波长像素元的构成方式包括以下方式 I)由相应波段的金属诱导膜系构成方式。缺点是光谱性能较差，通带透过率偏低，过渡特性不够陡峭，容易产生信号串扰。同时膜层强度欠佳，在湿热环境中耐久性得不到保证。2)由全介质带通膜系加截止膜系的构成方式 缺点是膜系结构复杂，总厚度偏厚，导致不能胜任较高分辨率的要求。3)由相应波段的彩色感光胶固化构成方式。此方案只能产生宽带通的光谱特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述缺点，提供一种结构紧凑的成像光谱滤光片，并能实现一次性曝光同时输出对应于不同波长的多光谱影像。、为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是一种成像光谱滤光片，它包括基片、像素层，其要点在于在基片的正、反两表面都覆盖有像素层。将像素层分解到基片的两个表面，减少像素元中膜系的层数，降低膜系的总厚度，同时确保优异的光谱成像特性，结构紧凑，有效地克服了陷阱效应。正、反两表面的像素层均为干涉薄膜系或一面为干涉薄膜系、另一面为彩色感光胶的组合。基片为光学玻璃或其他在工作波段透明的光学材料制成。所述的干涉薄膜系是指 由Nb205 (也可用Ta2O5代替)和SiO2膜层重复相间镀膜构成，即Nb2O5和SiO2膜层相间，多次重复，但每层膜的厚度各异，利用多层膜相互之间的干涉原理，实现需要的光谱特性，干涉薄膜系的薄膜数目为20-80层。像素层具有二维周期结构，相邻的n个波段像素为一个周期，n为大于或等于2的自然数，所述的二维周期结构是指在滤光片表面沿X或Y轴方向成像光谱滤光片按一定排列方式呈周期性排列，每个周期中包含n个不同的中心透过波长，所述每个周期波段像素只允许相应的一组波段的光通过，这组n个波段像素的几何形状和尺寸都是一样的，周期性排列的波段像素形成重复单元，该重复单元分别沿滤光片表面的X轴方向、Y轴方向重复排列，直至覆盖探测器的所有工作像素，所述周期性排列的行列数可以是几百或几千或更多。二维周期结构的排列方式是指沿Y轴方向即滤光片表面的宽度方向进行顺序排列，排好一列后再按顺序排第二列，一直到最后，最后一列不能占满时用空白格填满，形成重复单元，该重复单元分别沿表面的X轴方向、Y轴方向重复排列，直至覆盖探测器的所有工作像素。具体可以所述的二维周期结构是指沿Y轴方向即滤光片表面的宽度方向进行顺序排列，先排第一列1、2，再排第二列3、4，一直到最后,排成两行,第一行为1、3、5......,第二行为2、4、6......,当n为偶数时,两行刚好排齐,成为重复单元，当n为奇数时,第二行的最后一方格为空白，形成重复单元，该重复单元分别沿表面的X轴方向、Y轴方向重复排列，直至覆盖探测器的所有工作像素。也可以一列有三行、四行……。上述成像光谱滤光片像素层的每个波长像素元的构成方式在于使用短波通膜系(SP)与长波通膜系(LP)合成对应波段Ui)的带通膜系，或者使用边带截止膜系来构成滤光片的像素元。像素层是由相应波段ni的彩色感光胶与干涉薄膜系组合构成滤光片的像素元，对于特定的待测的周期光谱组合，通过改变感光胶的组分，调节长波通特性的边界波长位置，再与适配的短波通膜系组合，得到需要的带通特性，并且可有效减少像素结构的厚度。上述成像光谱滤光片的制备技术是用刻蚀技术和物理气相沉积技术方法，在同一个基片的正、反两个表面相应位置处，同时进行湿法刻蚀，制备同一透射波段像素群的掩模，使用镀膜设备，在基片的正、反两个表面同时镀膜。所述的刻蚀和物理气相沉积技术工艺流程如下I):制备基片；2):用刻蚀法制备正、反两个表面第i个波段像素群的掩膜；3):用物理气相沉积法制备正、反两个表面第i个波段的干涉薄膜系；4):用刻蚀法剥离掩模；5):检测是否为最后一个波段；检测如不是最后一个波段，重复流程2)-5)，直到检测到最后一个波段，所有像素群掩膜及物理气相沉积过程的工艺流程结束。所述基片厚度为0. 3-0. 5毫米。所述流程的刻蚀工艺可选用湿法刻蚀或干法刻蚀，本工艺流程中采用湿法刻蚀工艺。采用半导体中的刻蚀技术与物理气相沉积技术相结合的方法，在同一个基片的两个表面，同时进行湿法刻蚀，以便实现将膜层分解到基片的两个表面，分别制备对应于各个透射波段的像素群的掩摸。在基片的两个表面同时进行湿法刻蚀，在两个表面的相应位置处，制成某一波段像素群的掩膜后，使用特殊的镀膜设备离子束溅射双面镀膜机设计方案或磁控溅射双面镀膜机设计方案的技术来制备该波段像素群的膜系。其中，所述离子束溅射双面镀膜机设计方案和磁控溅射双面镀膜机设计方案是在基片的两个表面，对已制成的同一像素群的掩膜同时镀膜，将膜层分解到基片的两个表面， 减少像素元中膜系的层数，降低膜系的总厚度，使应力达到平衡，同时确保优异的光谱成像特性。其中，所述离子束溅射双面镀膜机设计方案和磁控溅射双面镀膜机设计方案使得选用更薄的基片(例如0. 3毫米)成为可能，所述选用0. 3毫米的基片能有效降低成像系统的象散，确保优异的光谱成像特性。新型成像光谱滤光片制备技术的离子束溅射双面镀膜机设计方案是通过一组旋转机构带动基片载盘I进行快速旋转，通过另外两组旋转机构分别带动两面Nb2O5和SiO2靶材在需要时进行慢速旋转，以实现更换靶材。在真空室里用离子束溅射物理气相沉淀法在同一基片的两个表面对制备的各个透射波段的像素群分别镀膜，离子束溅射双面镀膜机设计方案在该像素群达到光谱特性要求的同时，使应力达到平衡。其中，磁控溅射双面镀膜机设计方案是通过一组旋转机构带动基片载盘进行快速旋转。在真空室里用磁控溅射物理气相沉淀法，在同一基片的两个表面本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种成像光谱滤光片，它包括基片(I)、像素层(2)，其特征在于在基片(I)的正、反两表面都覆盖有像素层(2)。2.根据权利要求I所述的一种成像光谱滤光片，其特征在于正、反两表面的像素层(2)均为干涉薄膜系或一面为干涉薄膜系、另一面为彩色感光胶的组合。3.根据权利要求2所述的一种成像光谱滤光片，其特征在于所述的干涉薄膜系是指由Nb2O5和SiO2、或Ta2O5和SiO2膜层重复相间镀膜构成，即Nb2O5或Ta2O5和SiO2膜层相间，多次重复，每层膜的厚度各异。4.根据权利要求3所述的一种成像光谱滤光片，其特征在于干涉薄膜系的薄膜数目为20-80层。5.根据权利要求I所述的一种成像光谱滤光片，其特征在于基片(I)为光学玻璃或其他在工作波段透明的光学材料制成。6.根据权利要求2所述的一种成像光谱滤光片，其特征在于像素层(2)具有二维周期结构，相邻的n个波段像素为一个周期，n为大于或等于2的自然数，所述的二维周期结构是指在滤光片表面沿X或Y轴方向成像光谱滤光片按一定排列方式呈周期性排列，每个周期中包含n个不同的中心透过波长，所述每个周期波段像素只允许相应的一组波段的光通过，这组n个波段像素的几何形状和尺寸都是一样的，周期性排列的波段像素形成重复单元，该重复单元分别沿滤光片表面的X轴方向、Y轴方向重复排列，直至覆盖探测器的所有工作像素，所述周期性排列的行列数可以是几百或几千或更多。7.根据权利要求6所述的一种成像光谱滤光片，其特征在于所述的二维周期结构排列方式是指沿Y轴方向即滤光片表面的宽度方向进行顺序排列，排好一列后再按顺序排第二列，一直到最后，最后一列不能占满时用空白格填满，形成重复单元，该重复单元分别沿表面的X轴方向、Y轴方向重复排列，直至覆盖探测器的所有工作像素。8.根据权利要求7所述的一种成像光谱滤光片，其特征在于所述的二维周期结构排列方式是指沿Y轴方向即滤光片的宽度方向进行顺序排列，先排第一列I、2，再排第二列3、4，一直到最后，排成两行，第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔令华，
申请(专利权)人：孔令华，
类型：发明
国别省市：
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