一种可调光学滤波器件和光谱成像系统技术方案

一种可调光学滤波器件，器件包括设置有第一反射结构的第一衬底(104,201)和设置有第二反射结构的第二衬底(108,207),第一衬底(l04,201)和第二衬底(108,207)具有反射结构的表面外围通过键合物(106,205)相互键合以在反射结构之间形成腔体，且腔体内第一衬底(104,201)和/或第二衬底(108,207)具有反射结构的表面分布有不同厚度的光学材料块(109,209)。一种光谱成像系统，包括可调光学滤波器件，还包括成像芯片(402),可调光学滤波器件成像芯片(402)相互键合。另一种光谱成像系统，包括可调光学滤波器件，且可调光学滤波器件的第一衬底(l04,201)和第二衬底(108,207)中的一个为成像芯片（402）。像芯片（402）。像芯片（402）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种可调光学滤波器件和光谱成像系统


[0001]本专利技术涉及一种半导体器件领域，并且特别涉及一种可调光学滤波器件和光谱成像系统。

技术介绍

[0002]在可见光
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近红外(如400
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1000nm)，近红外
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短波红外(如900nm
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2500nm)和中远红外(如3
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14微米)的高光谱成像有时会用于实时目标识别、语义分割和语义识别等应用。而这些应用往往需要实时采集图像，即要求高光谱图像数据有比较高的图像刷新率(帧率)。
[0003]基于传统棱镜分光的解决方案由于需要机械扫描来实现二维空间成像，所以不适合高帧率的应用。而基于转轮的解决方案需要机械转轮来实现在某一时间有一特定的滤光片覆盖成像芯片，结果是体积的增加和稳定性的降低。基于棱镜和镜头矩阵的解决方案虽然可以在牺牲空间分辨率的条件下实现较高帧率的成像，但是却极大地增加了系统的复杂度和成本。
[0004]基于Fabry
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Perot(法伯腔)干涉的可调滤光器件(tuneable FPI)可以被用来制造微型光谱仪和小型甚至迷你高光谱相机。在前述可见光
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近红外
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短波红外和中远红外范围内法伯腔器件可以提供最紧凑的结构和最简洁的光路设计。传统的可调法伯腔采取类似于机械转轮的分时成像方式，在某一时间只有一个波段的光被选通进入成像芯片。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的可调法伯腔在某一时间只有一个波段的光能被选通进入成像芯片的问题，本专利技术提出了一种可调光学滤波器件，以试图解决现有可调滤光器件不能同时选通不同波段的光线到成像芯片的不同位置的问题。
[0006]本专利技术提出了一种可调光学滤波器件，该器件包括设置有第一反射结构的第一衬底和设置有第二反射结构的第二衬底，第一衬底和第二衬底具有反射结构的表面外围通过键合物相互键合以在反射结构之间形成腔体，且腔体内第一衬底和/或第二衬底具有反射结构的表面分布有不同厚度的光学材料块。凭借在腔体分布设置的不同厚度的光学材料块可以实现该法伯腔同时选通不同波段的光线使其入射到相应的不同位置。
[0007]优选的，光学材料块采用半导体材料或绝缘体材料制成。选用半导体或绝缘体材料作为红外光谱范围可以透光的介质，利用其不同厚度及不同空间位置得到不同波长的光谱响应。
[0008]进一步优选的，光学材料块通过在衬底上加工形成，并且衬底以及光学材料块的表面上沉积有反射结构。沉积前在衬底上通过刻蚀等方式提前加工好光学材料块的工艺相对简单，容易实现。
[0009]进一步优选的，光学材料块为在反射结构上加工形成，反射结构为沉积在衬底上的薄膜材料。通过在沉积后的反射结构上加工形成光学材料块，能够更好地控制光学材料块的厚度，使得整体的滤光特性更加的精准。
[0010]进一步优选的，不同厚度的光学材料块在第一衬底和/或第二衬底具有反射结构的表面形成阵列式结构。该阵列式结构类似马赛克式图形，单个马赛克对应特定的谐振腔的长度，进而对应特定的选通波长。
[0011]进一步优选的，多组阵列式结构根据不同的光学材料块的厚度排列组成像素矩阵。组成的像素矩阵可以提供多个不同波长的组合，形成对应的高光谱图像。
[0012]进一步优选的，腔体中的最厚的光学材料块同时抵接第一反射结构和第二反射结构。光学材料块同时抵接两反射结构的法伯腔形成固定式的法伯腔结构。
[0013]进一步优选的，阵列式结构中的个别区域不具有光学材料块。不具有光学材料块的区域即为原始未设置光学材料块的法伯腔。
[0014]优选的，第一反射结构和第二反射结构为布拉格反射器。将反射结构设置为布拉格反射器可以在一定波长的范围内减少反射，增加通光量。
[0015]进一步优选的，光学材料块中具有最大厚度的光学材料块未抵接其面对的另一衬底的反射结构，且第一衬底和/或第二衬底上设置有用于控制第一衬底和/或第二衬底相对位移的驱动装置，驱动装置包括设置于第一反射结构与键合物之间的第一电极，以及第二反射结构在腔体内与第一电极相对的第二电极。凭借第一电极和第二电极之间形成的电容结构，可以驱动第一衬底和/或第二衬底的相对位移。
[0016]优选的，第一反射结构和第二反射结构为镜面，镜面的材质包括硅、氧化硅或其组合或银。镜面材质的多样化可根据实际的需求选择合适的材质。
[0017]进一步优选的，光学材料块中具有最大厚度的光学材料块未抵接其面对的另一衬底的反射结构，且第一衬底和/或第二衬底上设置有用于控制第一衬底和/或第二衬底相对位移的驱动装置，驱动装置包括位于第一衬底与镜面相背的表面的外围硅层的表面上的第三电极和位于镜面上的与第三电极相对的第四电极。凭借第三电极和第四电极之间形成的电容结构，可以驱动第一衬底和/或第二衬底的相对位移。
[0018]优选的，第一衬底和/或第二衬底与腔体相背的表面中部设置有由硅形成的环形重物。凭借环形重物的设置可以提高衬底工作时的平整度。
[0019]优选的，第一衬底和第二衬底具有反射结构的表面外围通过键合物相互键合的方式包括共晶键合、聚合物或阳极键合。凭借键合的方式可将两玻璃薄膜结构紧密结合，保证可调光学滤波器件的稳定性。
[0020]根据本专利技术的第二方面，提出了一种光谱成像系统，包括上述的可调光学滤波器件，还包括成像芯片，可调光学滤波器件与成像芯片相互键合。凭借可调光学滤波器件与成像芯片的配合，可以实现同时选通不同波段的光线入射到成像芯片相应的不同位置，实现较高帧率的成像。
[0021]根据本专利技术的第三方面，提出了一种光谱成像系统，包括上述的可调光学滤波器件，且可调光学滤波器件的第一衬底和第二衬底中的一个为成像芯片。将其中一衬底作为成像芯片，可以实现同时选通不同波段的光线入射到成像芯片相应的不同位置，实现较高帧率的成像。
[0022]优选的，成像芯片包括可见光
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近红外范围的硅基器件、近红外
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短波红外范围内的铟镓砷探测器、中远红外范围的探测器、热电堆或微辐射热测定仪。
[0023]本专利技术的可调光学滤波器件，保留了法伯腔结构紧凑及光路简单的优势，通过在
法伯腔的二维空间上分布设置不同厚度的光学材料块，在法伯腔内形成不同的谐振腔的长度，从而实现了阵列式的马赛克结构的图形，单一的马赛克可以对应特定的谐振腔长度，进而对应特定的选通波长。还提出了一种光谱成像系统，可以通过将可调滤波器件与成像芯片键合或者直接将可调滤波器件的其中一衬底作为成像芯片，使单一马赛克对应成像芯片的单个或若干个成像单元，进而形成高光谱图像。
附图说明
[0024]包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可调光学滤波器件，其特征在于，所述器件包括设置有第一反射结构的第一衬底和设置有第二反射结构的第二衬底，所述第一衬底和所述第二衬底具有反射结构的表面外围通过键合物相互键合以在所述反射结构之间形成腔体，且所述腔体内所述第一衬底和/或所述第二衬底具有反射结构的表面分布有不同厚度的光学材料块。2.根据权利要求1所述的可调光学滤波器件，其特征在于，所述光学材料块采用半导体材料或绝缘体材料制成。3.根据权利要求1或2所述的可调光学滤波器件，其特征在于，所述光学材料块通过在所述衬底上加工形成，并且所述衬底以及所述光学材料块的表面上沉积有所述反射结构。4.根据权利要求1或2所述的可调光学滤波器件，其特征在于，所述光学材料块为在所述反射结构上加工形成，所述反射结构为沉积在所述衬底上的薄膜材料。5.根据权利要求1或2所述的可调光学滤波器件，其特征在于，所述不同厚度的光学材料在所述第一衬底和/或所述第二衬底具有反射结构的表面形成阵列式结构。6.根据权利要求5所述的可调光学滤波器件，其特征在于，多组所述阵列式结构根据不同的所述光学材料块的厚度排列组成像素矩阵。7.根据权利要求4所述的可调光学滤波器件，其特征在于，所述腔体中的最厚的光学材料块同时抵接所述第一反射结构和所述第二反射结构。8.根据权利要求5所述的可调光学滤波器件，其特征在于，所述阵列式结构中的个别区域不具有所述光学材料块。9.根据权利要求1所述的可调光学滤波器件，其特征在于，所述第一反射结构和所述第二反射结构为布拉格反射器。10.根据权利要求9所述的可调光学滤波器件，其特征在于，所述光学材料块中具有最大厚度的光学材料块未抵接其面对的另一衬底的反射结构，且所述第一衬底和/或所述第二衬底上设置有用于控制所述第一衬底和/或所述第二衬底相对位移的驱动装置，所述驱动装置包括设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭斌，
申请(专利权)人：深圳市海谱纳米光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：