[实用新型]多光谱摄像装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及医疗辅助设备领域，尤其涉及一种多光谱摄像装置。

背景技术

人体内部的结构和组织是人眼无法直接看到的。仅仅依靠人体的外部轮廓和人体解剖知识是难以精确地找到和定位皮下的内部结构和组织的。

人体血管隐藏在表皮下面，往往被皮下脂肪，甚至骨骼所遮挡，在可见光的环境下图像信号及其微弱，甚至完全不为人眼可见。虽然在穿刺之前，医生往往会要求患者攥紧拳头或用拍打穿刺部位皮肤的方式让血管更加可见，但是根据患者的年龄，皮下脂肪的厚薄等因素，皮下血管的可视性依然不理想。根据隐约可见的血管图像和医学知识，对血管所做的穿刺往往错位，导致病患者的痛苦，延误治疗时机，甚至造成注射事故。除了直接对血管所做的抽血和注射以外，针灸和其他医疗手术等操作，都需要准确地知道血管的位置，以便在操作时能避开血管或者对血管做特别处理。

目前尝试解决此一难题的技术方法为使用近红外摄像技术。这种红外血管图像增强技术主要利用了血管中血红蛋白对波长从760nm到1000nm的近红外光的吸收率与周围其他人体组织不同的原理，首先将摄取血管的近红外图像，然后对图像的对比度做强化后，通过一台可见光投影仪将皮下血管投影显示在皮肤表面。这样医生或护士就能够识别患者皮下血管的位置并实时操作。

然而由于皮下血管被皮下脂肪和肌肉组织所包围，它们对于近红外光有明显的散射作用。人体的皮下组织的色素和脂肪，皮肤表面的褶皱，瘢痕和毛发都会对入射的红外线有吸收和散射作用。它们严重模糊了这种投影式血管显像仪获得的血管图像。这种技术上的先天缺陷在成像直径较小的微细血管时表现的尤其严重。这是因为血管越细小，单位长度的血管内的血液容量就越少，所含有的有氧血红蛋白和无氧血红蛋白的数量就越少，从而它们对近红外光线的吸收就越少。在同等的杂散光背景下，血管和周围组织的对比度就很微弱，通常在0.01～0.1。为了获得比背景噪声和探测系统本身的电子噪声更高的信号强度，提高红外照明的强度是一个通用的方法，但是这样会带来更加强烈的背景散射红外光线，可能很快就使得图像探测器件饱和而无法正常探测信号或者脱离线性响应区域。提高探测单元对于红外光的灵敏度可以抑制系统噪声从而提高信噪比，但是提高探测单元的灵敏度也会导致探测单元的存储容量更快达到饱和而无法继续探测信号或者脱离了线性响应区域。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的在于提供多光谱摄像装置，实现了宽动态范围的多光谱摄像。

根据本实用新型的一个方面，提供一种多光谱摄像装置，包括像素阵列，所述像素阵列包括周期性重复排列的多个像素，每个所述像素至少包括一个第一子像素和一个第二子像素，各子像素至少包括：红外光电变换层，用于光电地转换近红外光；可见光电变换层，用于光电地转换可见光；彩色滤光片层，用于选择性地通过特定光谱范围的光线；所述可见光电变换层位于所述红外光电变换层和所述彩色滤光片层之间；其中，所述第一子像素的红外光电变换层的变换效率大于所述第二子像素的红外光电变换层的变换效率，且所述第一子像素的彩色滤光片层的红外光透过率大于所述第二子像素的彩色滤光片层的红外光透过率。

可选地，沿着入射光线的入射方向上，各所述子像素中的所述彩色滤光片层完全覆盖所述可见光电变换层，所述可见光电变换层完全覆盖所述红外光电变换层。

可选地，所述红外光电变换层包括由第一光电二极管组成红外图像探测阵列，所述可见光电变换层包括由第二光电二极管组成可见光图像探测阵列，其中，沿着入射光线的入射方向，所述第一光电二极管为PN型光电二极管，所述第二光电二极管为PIN型光电二极管。

可选地，所述红外光电变换层包括半导体衬底上的电子或者空穴耗尽层，其中所述电子或空穴耗尽层由半导体衬底的耗尽层所组成；或者所述电子或空穴耗尽层由所述半导体衬底上制作的另外一层或两层掺杂层被完全或部分耗尽后形成的耗尽层所组成。

可选地，所述第一子像素的所述电子或者空穴耗尽层的厚度大于所述第二子像素的所述电子或者空穴耗尽层的厚度。

可选地，所述第一子像素的所述电子或者空穴耗尽层的厚度为5um至100um；所述第二子像素的所述电子或者空穴耗尽层的厚度为1um至10um。

可选地，所述第一子像素的彩色滤光片层包括透过红色光线的滤光片。

可选地，所述多光谱摄像装置还包括：第一薄膜，位于相邻滤光片之间以遮挡入射光线，所述第一薄膜的宽度大于等于相邻子像素的可见光电变换层的可见光变换区域之间的间隙。