(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221095973 5.1 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 中南大学 地址 410000 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 方靖岳　 (74)专利代理 机构 长沙正奇专利事务所有限责 任公司 431 13 专利代理师 魏国先　曾利平 (51)Int.Cl. G01J 3/28(2006.01) G01J 3/02(2006.01) G01N 21/25(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 高光谱成像装置及其制备方法、 成像方法 (57)摘要 本发明公开了一种高光谱成像装置及其制 备方法、 成像方法， 所述装置包括图像传感器、 法 布里‑珀罗滤光膜系、 间隙检测模块、 间隙调节机 构以及控制模块； 法布里 ‑珀罗滤光膜系的中间 腔层和下层高反射膜系设在图像传感器的衬底 上， 上层高反射膜系设在基片上， 间隙调节机构 设在衬底与基片之间并使衬底与基片之间形成 空气隙； 控制模块根据间隙检测模块检测的空气 隙控制间隙调节机构动作， 以调节衬底与基片之 间的空气隙， 实现法布里 ‑珀罗滤光膜系工作波 长的调节， 从而实现光谱通道数量的增加， 无需 增加工艺复杂性和成本 。 权利要求书2页 说明书10页 附图6页 CN 115326202 A 2022.11.11 CN 115326202 A 1.一种高光谱成像装置， 其特 征在于， 包括： 图像传感器， 包括衬底、 位于所述衬底表面的像素区域以及与所述衬底对应的基片， 所 述像素区域内有 若干阵列排布的像素 单元； 法布里‑珀罗滤光膜系， 包括多个微滤光阵列， 每个所述微滤光阵列包括多个以马赛克 形式排列的对应于不同波长的微滤光单元， 所述微滤光单元与所述像素单元一一对应， 每 个所述微滤光单元包括上层高反射膜系、 中间腔层和下层高反射膜系， 所述下层高反射膜 系和中间腔层覆盖在对应的像素 单元上， 所述上层高反射膜系位于所述基片的对应位置； 间隙检测模块， 用于检测所述衬底与所述基片之间的空气隙； 间隙调节机构， 用于调节衬底与基片之间的间隙； 控制模块， 用于根据衬底与基片之间的空气隙控制间隙调节机构动作， 以调节衬底与 基片之间的间隙， 实现法布里 ‑珀罗滤光膜系工作波长的调节， 进而实现光谱通道数的调 节。 2.根据权利要求1所述的高光谱成像装置， 其特征在于， 所述间 隙检测模块包括电容和 电容检测模块； 所述电容， 包括第一电极和第二电极， 所述第一电极设于衬底上且分布于像素区域四 周， 所述第二电极 设于所述基片上且与所述第一电极对应； 所述电容检测模块， 用于检测所述电容的容 值； 所述控制模块， 还用于根据所述电容的容 值计算衬底与基片之间的空气隙。 3.根据权利要求1或2所述的高光谱成像装置， 其特征在于， 所述间隙调节机构包括驱 动模块以及多个压电陶瓷块； 所述压电陶瓷块设于所述衬底与基片之间， 所述驱动模块在 所述控制模块的控制下驱动各压电陶瓷块动作。 4.一种高光谱成像装置的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 根据目标光谱特性和图像传感器的光谱响应曲线， 确定法布里 ‑珀罗滤光膜系的技术 指标， 并设计法布里 ‑珀罗滤光膜系； 所述法布里 ‑珀罗滤光膜系包括多个微滤光阵列， 每个 所述微滤光阵列包括多个以马赛克形式排列的对应于不同波长的微滤光单元， 所述微滤光 单元与图像传感器的像素单元一一对应， 每个所述微滤光单元包括上层高反射膜系、 中间 腔层和下层高反射膜系； 在所述图像传感器的像素区域制备法布里 ‑珀罗滤光膜系的中间腔层和下层高反射膜 系； 在所述像素区域的四周制备电容的第一电极； 根据所述法布里 ‑珀罗滤光膜系的技术指标调控各微滤光单元的中间腔层厚度， 形成 微滤光阵列； 根据目标光谱特性和衬底选择合适的基片， 并在所述基片的对应位置制备所述电容的 第二电极， 使所述第二电极与第一电极相对应； 在所述基片的对应位置制备法布里 ‑珀罗滤光膜系的上层高反射膜系； 在所述图像传感器的衬底与基片之间设置间 隙调节机构， 形成衬底与基片之间的初始 空气隙； 设计电容检测模块和控制模块， 将所述第 一电极和所述第 二电极分别与电容检测模块 电性连接， 将所述电容检测模块、 所述间隙调节机构分别与所述控制模块电性连接 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115326202 A 25.根据权利要求4所述的高光谱成像装置的制备方法， 其特征在于， 根据所述法布里 ‑ 珀罗滤光膜系的技 术指标， 利用光学薄膜设计软件设计所述法布里 ‑珀罗滤光膜系。 6.根据权利要求4所述的高光谱成像装置的制备方法， 其特征在于， 利用离子辅助电子 束蒸发镀膜系统在所述图像传感器的像素区域制备法布里 ‑珀罗滤光膜系的中间腔层和下 层高反射膜系； 利用离子辅助电子束蒸发镀膜系统在所述基片上制备法布里 ‑珀罗滤光膜系的上层高 反射膜系； 优选地， 利用紫外光刻和电子束蒸发镀膜技术， 在所述像素区域的四周制备电容的第 一电极， 在所述基片的对应位置制备 所述电容的第二电极。 7.根据权利要求4所述的高光谱成像装置的制备方法， 其特征在于， 所述衬底与所述基 片之间的初始空气隙应当使法布里 ‑珀罗滤光膜系工作波长小于技术指标规定的工作波长 的最小值。 8.根据权利要求4～7中任一项所述的高光谱成像装置的制备方法， 其特征在于， 还包 括： 在所述图像传感器的衬底与基片上均设置对准标记。 9.一种如权利要求1～3中任一项所述高光谱成像装置的成像方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： 步骤1： 实时获取衬底与基片之间的空气隙； 步骤2： 根据 所述空气隙确定法布里 ‑珀罗滤光膜系的当前工作波长序列； 其中， 工作波 长序列包括多个工作波长， 工作波长序列中的工作波长数由单个微滤光阵列中的微滤光单 元数确定； 步骤3： 当所述法布里 ‑珀罗滤光膜系的当前工作波长序列与当前设定工作波长序列匹 配时， 控制图像传感器采集与各工作波长的光谱通道分别对应的高光谱图像数据， 转入步 骤4； 当所述法布里 ‑珀罗滤光膜系的当前工作波长序列与当前设定工作波长序列不匹配 时， 控制间隙调节机构动作， 转入步骤1； 步骤4： 控制间隙调节机构动作， 重复步骤1～3， 进行与下一工作波长序列的光谱通道 分别对应的高光谱图像数据的采集， 直到 完成不同光谱通道的高光谱图像数据的采集。 10.根据权利要求9所述的成像方法， 其特征在于， 在所述步骤1之前， 还包括装置校准 步骤， 具体实现过程 为： 步骤01： 获取衬底与基片之间的空气隙； 步骤02： 通过光谱检测计量获取所述空气隙下法布里 ‑珀罗滤光膜系的工作波长序列， 得到所述空气隙及对应的工作波长序列； 步骤03： 控制间隙调 节机构动作， 并重 复步骤01～02， 得到下一组空气隙及对应的工作 波长序列， 直到得到所需组数的空气隙及对应的工作波长序列； 步骤04： 根据多组 空气隙及对应的工作波长序列得到空气隙与工作波长的函数关系； 步骤05： 将空气隙与工作波长的函数关系存 储至控制模块内。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115326202 A 3