[发明专利]一种介质超表面型集成式光谱图像传感器

说明书

本发明公开了一种介质超表面型集成式光谱图像传感器，包括：探测端口和数据处理单元；探测端口包括一体化的光电探测器、存储器及信号处理电路组成；本发明通过利用分光探测一体化的光电探测器结构，使得每个图像传感单元具有不同的光谱响应特性，进而能够摒弃传统的滤波结构，进一步缩减器件的固有尺寸，实现高度集成化的光谱探测与成像一体化器件；本发明利用包括一体化的光电探测器、存储器及信号处理组件的堆叠结构，获得入射光的光谱数据，并结合数据处理单元，进一步实现高光谱图像的呈现；本发明利用分光探测一体化的光电探测器制备高灵敏的图像传感器，结合光谱重构算法处理，获得光谱图像。

技术领域

本发明涉及光谱图像传感器的技术领域，特别是涉及一种介质超表面型集成式光谱图像传感器。

背景技术

光谱成像是基于大量窄波段光谱信息的影像数据技术，用于探测目标的空间信息及光谱信息，可实现空间维与光谱维的融合。光谱成像具有波段数多、光谱分辨率高、波段窄、光谱范围广和图谱合一等特点。光谱成像系统主要利用分光系统实现光谱分离，再结合光电探测器阵列实现光谱探测及成像。现有传统高光谱成像系统中主要采用光栅、棱镜、滤色膜、声光可调谐滤波器等结构实现光谱分离。传统的光谱成像系统主要包括扫描系统(光信号接收)，分光系统，探测器(光电转换)和信号处理系统(数据读出和传输)等主要部分。目标辐射经扫描系统或端口进入分光光学系统，利用滤波或色散元件将入射宽带辐射分解为一系列的窄带辐射信号，由探测器系统接收并输出对应电信号，经信号处理后实现高光谱图像。但传统光谱成像系统中分光与探测系统相互分离、系统组成复杂、系统成本高、维护难度大、难以集成且抗振性差等缺点，限制了其在便携式侦察器材、分布式野外勘测、无人载台、医疗光谱和消费电子等方面的应用，可见，光谱成像系统微小型化和集成化有重大应用需求。

因此，研发小型化/微型化芯片式集成光谱图像传感器，将满足更多应用场景的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种介质超表面型集成式光谱图像传感器，用以解决背景技术中提及的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种介质超表面型集成式光谱图像传感器，所述光谱图像传感器包括：

探测端口，其包括：至少一组一体化的光电探测器，以及与该一体化的光电探测器相适配的存储器和信号处理电路；其用于获取并传输入射光谱数据；

数据处理单元，其用于接收探测端口传输的入射光谱数据，并且处理该入射光谱数据，其中，该数据处理单元中配置有光谱重构算法，基于该光谱重构算法，获得光谱图像；

其中，所述一体化的光电探测器还包括多个光电调制单元，所述的光电调制单元，其具有的PIN结构或PN结构自身具有光谱波长敏感特性，无需额外设立其他滤色分光单元；所述的光谱波长敏感特性通过如下方法得到：

通过采用刻蚀技术以及掩膜技术改变所述PIN结构或PN结构的上表面层，，使其构建成具有介质超表面结构特征的光学薄膜层。

进一步的，所述的探测端口包括一组一体化的光电探测器，该一组一体化的光电探测器包括至少一个一体化的光电调制单元。

进一步的，所述的探测端口还包括微透镜系统，该微透镜系统采用透镜组件或者匀光组件。

进一步的，所述探测端口包括至少三组并列的一体化的光电探测器，该三组并列的一体化的光电探测器定义为光谱数据单元；

其中，通过改变该光谱数据单元中各个光电探测器，其介质超表面结构的参数，来得到具有不同响应的光电探测器；其中，该介质超表面结构的参数包括：超表面的尺寸、周期、材料及深度；

再通过该具有不同响应的光电探测器对入射光进行光谱测量，以得具有不同响应特性的光谱信号值。