基于滤光片的结构简单低成本多光谱成像仪

近期，两家大型上市光学薄膜公司共同开发出了一种可扩展的百万像素级多光谱成像仪，该成像仪结合了薄膜与光刻技术，采用了图像化二向色滤光片以及CCD或CMOS传感器结构，适用于低成本、大容量的多光谱成像应用。

批处理滤光片

通常情况下，多光谱相机在图像传感器前放置旋转滤光片转轮或机械切块的薄膜二向色滤光片。其他常规多光谱系统则使用带有大量二向色滤光片的多台相机，或者在传统彩色相机的顶部放置多块带通滤光片，以在4～20个不同波长上对目标场景成像。

彩色照相机通常使用滤光的方法，这种方法放置不同颜色的凝胶滤光片(通常是有红、绿、蓝三种颜色的彩色滤镜阵列)在一个二维探测器阵列上，以形成彩色照相机。新型百万像素级多光谱成像仪使用的是相同的概念，但是用在通带为20～200nm的范围内捕捉特定波段的二向色滤光片取代了广谱彩色凝胶。此外，单个像素可以是长通滤光片、短通滤光片或光学透明的。

该成像仪的制造过程结合了薄膜制备方法和标准的光刻技术，本质上是将数以千计或数以百万计的非常小(特征点大小10μm，相邻特征点间的重合公差为1μm)的薄膜二向色滤光元件覆盖在百万像素阵列上各像素的顶部(如图)。微滤光片是通过将标准的光刻胶涂覆到衬底上，重复一系列的掩模对准、曝光、蚀刻、薄膜沉积，以及剥离工艺来制造滤光片阵列。该滤光片可以直接安装到CCD或CMOS探测器阵列上。

图：显微照片显示了以混合的薄膜光刻技术制造的二向色滤光片，用于制造成本更低的新型百万像素级多光谱成像仪。该滤光片可以专门设计成低亮度场景(左)或外加红外滤光片(右)提供彩色图像。矩形元素的尺寸为19μm-33μm。

如果只需要五个系统，那么制造过程显得并不实用或并不划算，但是当需要大量系统时，百万像素级多光谱成像仪就可以很好地大规模生产。在生命安全应用方面，更低成本的多光谱成像仪具有巨大潜力;如通过扫描检测出污染物来协助确保食品安全，例如最近在西红柿和菠菜中爆发的大肠杆菌，或者在手术过程中帮助识别和确定癌细胞。海洋光学首席技术官Jason Eichenholz说，虽然研究实验室正在开发针对这些应用的超光谱系统，但是对于真正的广泛配置来说，它们太昂贵、体积太大并且太过复杂。镀膜工艺的规模¾¬济性使得我们的多光谱图像仪能够非常容易地应用于超市、病人的床边、普通农民的拖拉机上或者包装工厂中。