基于濾光片的結(jié)構(gòu)簡單低成本多光譜成像儀

近期，兩家大型上市光學(xué)薄膜公司共同開發(fā)出了一種可擴(kuò)展的百萬像素級多光譜成像儀，該成像儀結(jié)合了薄膜與光刻技術(shù)，采用了圖像化二向色濾光片以及CCD或CMOS傳感器結(jié)構(gòu)，適用于低成本、大容量的多光譜成像應(yīng)用。

批處理濾光片

通常情況下，多光譜相機(jī)在圖像傳感器前放置旋轉(zhuǎn)濾光片轉(zhuǎn)輪或機(jī)械切塊的薄膜二向色濾光片。其他常規(guī)多光譜系統(tǒng)則使用帶有大量二向色濾光片的多臺相機(jī)，或者在傳統(tǒng)彩色相機(jī)的頂部放置多塊帶通濾光片，以在4～20個不同波長上對目標(biāo)場景成像。

彩色照相機(jī)通常使用濾光的方法，這種方法放置不同顏色的凝膠濾光片(通常是有紅、綠、藍(lán)三種顏色的彩色濾鏡陣列)在一個二維探測器陣列上，以形成彩色照相機(jī)。新型百萬像素級多光譜成像儀使用的是相同的概念，但是用在通帶為20～200nm的范圍內(nèi)捕捉特定波段的二向色濾光片取代了廣譜彩色凝膠。此外，單個像素可以是長通濾光片、短通濾光片或光學(xué)透明的。

該成像儀的制造過程結(jié)合了薄膜制備方法和標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)，本質(zhì)上是將數(shù)以千計或數(shù)以百萬計的非常小(特征點大小10μm，相鄰特征點間的重合公差為1μm)的薄膜二向色濾光元件覆蓋在百萬像素陣列上各像素的頂部(如圖)。微濾光片是通過將標(biāo)準(zhǔn)的光刻膠涂覆到襯底上，重復(fù)一系列的掩模對準(zhǔn)、曝光、蝕刻、薄膜沉積，以及剝離工藝來制造濾光片陣列。該濾光片可以直接安裝到CCD或CMOS探測器陣列上。

圖：顯微照片顯示了以混合的薄膜光刻技術(shù)制造的二向色濾光片，用于制造成本更低的新型百萬像素級多光譜成像儀。該濾光片可以專門設(shè)計成低亮度場景(左)或外加紅外濾光片(右)提供彩色圖像。矩形元素的尺寸為19μm-33μm。

如果只需要五個系統(tǒng)，那么制造過程顯得并不實用或并不劃算，但是當(dāng)需要大量系統(tǒng)時，百萬像素級多光譜成像儀就可以很好地大規(guī)模生產(chǎn)。在生命安全應(yīng)用方面，更低成本的多光譜成像儀具有巨大潛力;如通過掃描檢測出污染物來協(xié)助確保食品安全，例如最近在西紅柿和菠菜中爆發(fā)的大腸桿菌，或者在手術(shù)過程中幫助識別和確定癌細(xì)胞。海洋光學(xué)首席技術(shù)官Jason Eichenholz說，雖然研究實驗室正在開發(fā)針對這些應(yīng)用的超光譜系統(tǒng)，但是對于真正的廣泛配置來說，它們太昂貴、體積太大并且太過復(fù)雜。鍍膜工藝的規(guī)模¾¬濟(jì)性使得我們的多光譜圖像儀能夠非常容易地應(yīng)用于超市、病人的床邊、普通農(nóng)民的拖拉機(jī)上或者包裝工廠中。