一种多光谱滤光器和图像采集装置的制作方法

1.本技术涉及图像采集技术领域，具体而言，涉及一种多光谱滤光器和图像采集装置。


背景技术：

2.随着科技的快速发展，拍摄装置的应用已经较为普遍，而为了使得拍摄装置实现多光谱拍摄，传统的方法是在cmos或者ccd成像芯片之前集成一个带有多光谱滤光膜的玻璃片或者在成像芯片表面集成rgb光阻阵列实现红、绿、蓝三光谱照片的拍摄。
3.但是传统方法存在滤光膜难以集成于摄像模组，且拍摄效果较差的问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种多光谱滤光器和图像采集装置，以解决现有滤光膜难以集成于摄像模组，且拍摄效果较差的问题。
5.为实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：
6.本技术实施例的一方面，提供一种多光谱滤光器，包括：第一透光板以及依次设置于第一透光板上的第一反射层、法布里-珀罗谐振腔、第二反射层和第二透光板，分别在第一透光板和第二透光板上设置有控制电极，用于调节法布里-珀罗谐振腔的腔长。
7.可选的，第一反射层和/或第二反射层为分布式布拉格反射层。
8.可选的，法布里-珀罗谐振腔的材质为聚二甲基硅氧烷。
9.可选的，控制电极包括分别设置于第一透光板和第二透光板上的透明导电层，透明导电层分别位于第一透光板和第二透光板靠近法布里-珀罗谐振腔的一侧表面。
10.可选的，多光谱滤光器还包括贯穿于第一透光板和/或第二透光板上的通孔；控制电极还包括填充于通孔内且与对应透明导电层连接的导电硅。
11.可选的，多光谱滤光器还包括分别设置于第一透光板和第二透光板背离法布里-珀罗谐振腔的一侧表面的背面电极，第一透光板上的背面电极与第一透光板上的控制电极连接，第二透光板上的背面电极与第二透光板上的控制电极连接。
12.可选的，导电硅的电阻率小于2mω
·
cm。
13.本技术实施例的另一方面，提供一种多光谱滤光器制备方法，方法包括：提供分别设置有控制电极的第一透光板和第二透光板；在形成有控制电极的第一透光板上形成第一反射层；在形成有控制电极的第二透光板上形成第二反射层；在第一反射层上涂布法布里-珀罗谐振腔；将第二反射层键合于法布里-珀罗谐振腔，以得到第一预制器件。
14.可选的，提供分别具有控制电极的第一透光板和第二透光板包括：提供第一硅基底和第二硅基底；通过刻蚀分别在第一硅基底和第二硅基底表面形成凹槽以及位于凹槽内的柱形导电硅；分别在第一硅基底和第二硅基底具有凹槽的一侧表面设置封闭凹槽的玻璃板；通过加热使得玻璃板分别热熔并填充于第一硅基底的凹槽和第二硅基底的凹槽内；分别对第一硅基底和第二硅基底进行双面减薄使得填充于凹槽内的玻璃板于凹槽的底部露
出、由玻璃板覆盖的柱形导电硅露出，以得到第一透光板和第二透光板；分别在第一透光板和第二透光板的一侧表面形成透明导电层，第一透光板上的透明导电层和第一透光板上的导电硅连接以作为第一透光板上的控制电极，第二透光板上的透明导电层和第二透光板上的导电硅连接以作为第二透光板上的控制电极。
15.可选的，在提供分别设置有控制电极的第一透光板和第二透光板之后，方法还包括：分别在第一透光板和第二透光板背离法布里-珀罗谐振腔的一侧表面形成背面电极，其中，第一透光板上的背面电极与第一透光板上的控制电极连接，第二透光板上的背面电极与第二透光板上的控制电极连接。
16.本技术实施例的再一方面，提供一种图像采集装置，包括上述任一种的多光谱滤光器。
17.本技术的有益效果包括：
18.本技术提供了一种多光谱滤光器和图像采集装置，包括：第一透光板以及依次设置于第一透光板上的第一反射层、法布里-珀罗谐振腔、第二反射层和第二透光板，分别在第一透光板和第二透光板上设置有控制电极，用于调节法布里-珀罗谐振腔的腔长。通过两个控制电极改变电压，从而使得法布里-珀罗谐振腔的腔长对应改变，继而实现多个波段的光学滤光特性，满足多光谱的滤光需求，同时，通过集成形成一体化的多光谱滤光器，便于多光谱滤光器通过电压和合理的器件设计能够直接与摄像头模组进行整合集成，形成一个模块化产品，降低成本，提升摄像头多光谱拍摄能力。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的制备状态示意图之一；
21.图2为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的制备状态示意图之二；
22.图3为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的制备状态示意图之三；
23.图4为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的制备状态示意图之四；
24.图5为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的制备状态示意图之五；
25.图6为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的制备状态示意图之六；
26.图7为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的制备状态示意图之七；
27.图8为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的制备状态示意图之八；
28.图9为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的制备状态示意图之九；
29.图10为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的制备状态示意图之十；
30.图11为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的制备状态示意图之十一；
31.图12为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的结构示意图；
32.图13为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器的制备流程示意图；
33.图14为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器施加不同电压时的示意图；
34.图15为本技术实施例提供的一种多光谱滤光器在不同电压下所对应的滤光特性
示意图；
35.图16为本技术实施例提供的一种图像采集装置的结构示意图。
36.图标：100-第一硅基底；101-凹槽；102-导电硅；110-掩膜；130-玻璃板；131-第一透光板；132-第二透光板；140-透明导电层；150-第一反射层；160-背面电极；170-法布里-珀罗谐振腔；180-第二反射层；200-摄像头模组；210-图像传感器；220-多光谱滤光器；230-透镜；240-驱动电路；250-控制器；260-数字图像存储器；270-光线。
具体实施方式
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在不冲突的情况下，本技术的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本技术的保护范围内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
38.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
40.本技术实施例的一方面，提供一种多光谱滤光器，如图12所示，包括：第一透光板131、第一反射层150、法布里-珀罗谐振腔170、第二反射层180和第二透光板132，其中，在第一透光板131上依次设置第一反射层150、法布里-珀罗谐振腔170、第二反射层180和第二透光板132，同时，在第一透光板131上设置有控制电极，在第二透光板132上也设置有控制电极，即两控制电极分别位于法布里-珀罗谐振腔170的相对两侧。
41.由于法布里-珀罗谐振腔170的腔长可以改变滤光特性，因此，在实际使用时，可以通过分别在第一透光板131和第二透光板132上设置的控制电极对法布里-珀罗谐振腔170的腔长进行控制，即通过改变第一透光板131和第二透光板132上设置的控制电极对法布里-珀罗谐振腔170所施加的电压，能够使得法布里-珀罗谐振腔170发生形变，进而改变法布里-珀罗谐振腔170的腔长，换言之，可以通过不同电压等级和属性(相斥:两侧电极都加正或者负向的电压，同性电极相斥，或相吸：两侧电极加不同极性，一正一负，由此异性电极相吸)下的腔长，使得多光谱滤光器能够实现多个波段的光学滤光特性，例如图14中(a)至(d)所示，分别对多光谱滤光器两端的控制电极施加极性均相反的电压v4、v3、v2、v1，其中，v1《v2《v3《v4，结合图15所示，法布里-珀罗谐振腔的腔长因为引力作用由长变短其光谱滤光特性从近红外向紫外靠近，各波段下透过率均较高。
42.在使用时，可以使得光束由第一透光板131入射，经第一反射层150、法布里-珀罗
谐振腔170和第二反射层180的作用后，由第二透光板132出射，经过对法布里-珀罗谐振腔170的腔长的调节，能够实现对不同光谱的光束进行滤光的效果。
43.综上，本技术通过两个控制电极改变电压，从而使得法布里-珀罗谐振腔170的腔长对应改变，继而实现多个波段的光学滤光特性，满足多光谱的滤光需求，同时，通过集成形成一体化的多光谱滤光器，便于多光谱滤光器通过电压和合理的器件设计能够直接与摄像头模组进行整合集成(通过控制电极能够在摄像头模组的组装过程中较为方便的同驱动电路连接)，形成一个模块化产品，降低成本，提升摄像头多光谱拍摄能力。
44.可选的，第一反射层150为分布式布拉格反射层。
45.可选的，第二反射层180为分布式布拉格反射层。
46.可选的，法布里-珀罗谐振腔170的材质为聚二甲基硅氧烷(pdms)，如此，法布里-珀罗谐振腔170具有低杨氏模量，以便于能够跟随电压的变化，对应具有不同的形变，实现对法布里-珀罗谐振腔170的腔长调整。
47.可选的，如图12所示，针对第一透光板131上的控制电极：控制电极包括设置于第一透光板131上的透明导电层140，透明导电层140则设置于第一透光板131靠近法布里-珀罗谐振腔170的一侧表面，换言之，透明导电层140位于第一透光板131和第一反射层150之间。
48.请继续参照图12，针对第二透光板132上的控制电极：控制电极也包括设置于第二透光板132上的透明导电层140，透明导电层140则设置于第二透光板132靠近法布里-珀罗谐振腔170的一侧表面，换言之，透明导电层140位于第二透光板132和第二反射层180之间。
49.由此，通过透明导电层140能够对位于第一反射层150和第二反射层180之间的法布里-珀罗谐振腔170的腔长进行对应调节，同时，利用透明导电层140的透光作用，还能够便于光束的正常传输。
50.在一些实施方式中，如图12所示，通过分别在第一透光板131和第二透光板132表面形成整层的透明导电层140，能够实现对法布里-珀罗谐振腔170的腔长进行较为均匀的调节，从而保持各部分的滤光特性的一致性。
51.在一些实施方式中，透明导电层140可以是氧化铟锡(ito)。
52.可选的，如图12所示，多光谱滤光器还包括贯穿于第一透光板131通孔，位于第一透光板131上的控制电极还包括填充于第一透光板131的通孔内的导电硅102，导电硅102与设置于第一透光板131上的透明导电层140连接，如此，利用导电硅102可以将位于第一透光板131和第一反射层150之间的透明导电层140引出至第一透光板131的背面，便于后续接电。
53.同理，如图12所示，第二透光板132上也开设有贯穿第二透光板132的通孔，位于第二透光板132上的控制电极还包括填充于第二透光板132的通孔内的导电硅102，如此，利用导电硅102可以将位于第二透光板132和第二反射层180之间的透明导电层140引出至第二透光板132的背面，便于后续接电。
54.通孔内填充的导电硅102可以作为嵌入式导电硅，其可以在摄像头模组的组装过程中更为方便的同驱动电路连接。
55.在一些实施方式中，第一透光板131和第二透光板132均为玻璃材质，因此，在两者各自的通孔内设置导电硅102时，由于导电硅102和玻璃的材质较为接近，因此，能够使得两
者形成质量较高的结构，具体表现为：
56.第一，硅和玻璃具有相似的硬度，因此，在进行较为平整的表面加工时，能够使得两者较容易加工成一个平面，例如可以使得两者的高度落差小于100nm。
57.第二，硅和玻璃能够较为贴合，由此，在玻璃的两面压差大于5个大气压时依然具有较好的贴合度，具有良好的气密性。
58.第三，由于硅和玻璃材质相近，具有较为接近的热膨胀系数，因此，在耐热环境中，两者也依然能够形成较好的贴合度。
59.第四，具有较好的耐化学腐蚀特性。
60.可选的，参照图12所示，多光谱滤光器还包括分别设置于第一透光板131和第二透光板132背离法布里-珀罗谐振腔170的一侧表面的背面电极160，换言之，在第一透光板131的背面和第二透光板132的背面均设置有背面电极160，其中，第一透光板131上的背面电极160与第一透光板131上的控制电极连接，第二透光板132上的背面电极160与第二透光板132上的控制电极连接，通过背面电极160能够便于多光谱滤光器集成时进行电路连接。
61.可选的，导电硅102的电阻率小于2mω
·
cm，如此，能够实现较好的导电性能，例如通过磷或硼对硅材料进行重掺杂，从而降低电阻率。
62.本技术实施例的另一方面，提供一种多光谱滤光器制备方法，如图13所示，方法包括：
63.s010：提供分别设置有控制电极的第一透光板131和第二透光板132。
64.s020：在形成有控制电极的第一透光板131上形成第一反射层150。
65.s030：在形成有控制电极的第二透光板132上形成第二反射层180。
66.s040：在第一反射层150上涂布法布里-珀罗谐振腔170。
67.s050：将第二反射层180键合于法布里-珀罗谐振腔170，以得到第一预制器件。
68.综上，本技术通过两个控制电极改变电压，从而使得法布里-珀罗谐振腔170的腔长对应改变，继而实现多个波段的光学滤光特性，满足多光谱的滤光需求，同时，通过集成形成一体化的多光谱滤光器，便于多光谱滤光器通过电压和合理的器件设计能够直接与摄像头模组进行整合集成(通过控制电极能够在摄像头模组的组装过程中较为方便的同驱动电路连接)，形成一个模块化产品，降低成本，提升摄像头多光谱拍摄能力。
69.可选的，以下将以示例的方式进一步的说明制备过程：
70.如图1所示，提供第一硅基底100，在第一硅基底100表面形成掩膜110，通过光刻使得掩膜110图形化；然后如图2所示，通过等离子深硅刻蚀对应在第一硅基底100表面形成凹槽101以及位于凹槽101内的柱形导电硅102；如图3所示，去除掩膜110；如图4所示，在第一硅基底100表面通过阳极键合玻璃板130，使得玻璃板130完全封闭凹槽101；如图5所示，通过加热使得玻璃板130热熔并填充于凹槽101内部，此时，玻璃板130覆盖柱形导电硅102；如图6所示，通过对第一硅基底100的上下两个表面进行双面减薄并抛光，使得凹槽101内填充的玻璃板130于第一硅基底100的背面露出，同时，也使得被玻璃板130覆盖的柱形导电硅102从第一硅基底100的正面露出，剩余留下并填充于凹槽101内的玻璃板130作为第一透光板131；如图7所示，在第一透光板131的一侧表面形成透明导电层140，透明导电层140和露出的柱形导电硅102连接作为第一透光板131的控制电极，由此得到如图7所示的具有控制电极的第一透光板131。参照图1至图7制得具有控制电极的第二透光板132，即具有控制电
极的第一透光板131和具有控制电极的第二透光板132结构相同，制备工艺相同。
71.如图8所示，在具有控制电极的第一透光板131的透明导电层140上镀设第一反射层150，同理，在具有控制电极的第二透光板132的透明导电层140上镀设第二反射层180(图中未示出)。
72.如图9所示，在具有控制电极的第一透光板131的背面通过光刻、蒸镀、剥离形成与第一透光板131中的柱形导电硅102连接的背面电极160。
73.如图10所示，在第一反射层150上涂布法布里-珀罗谐振腔170。
74.如图11所示，将第二透光板132键合于法布里-珀罗谐振腔170背离第一透光板131的一侧表面，且第二透光板132的第二反射层180与法布里-珀罗谐振腔170表面键合。
75.如图12所示，通过切割，去除外围的硅基底材料，形成多光谱滤光器。
76.在一些实施方式中，如图4所示，在第一硅基底100表面键合玻璃板130时，可以在真空环境下进行，使得第一硅基底100将凹槽101封闭，进而在凹槽101内形成类真空环境，使得凹槽101内的气压小于凹槽101外部的气压，由此在进行加热时，能够使得玻璃板130在内外压差的作用下充分填充于凹槽101内部。
77.本技术实施例的再一方面，提供一种图像采集装置，包括上述任一种的多光谱滤光器，如此，通过两个控制电极改变电压，从而使得法布里-珀罗谐振腔170的腔长对应改变，继而实现多个波段的光学滤光特性，满足多光谱的滤光需求，同时，通过集成形成一体化的多光谱滤光器，便于多光谱滤光器通过电压和合理的器件设计能够直接与摄像头模组进行整合集成，形成图像采集装置，使得图像采集装置模块化，降低成本，提升图像采集装置多光谱拍摄能力。
78.如图16所示，示出了一种图像采集装置，包括摄像头模组200、控制器250、数字图像存储器260和驱动电路240，其中，摄像头模组200包括图像传感器210、多光谱滤光器220和透镜230，组装时，透镜230位于图像传感器210的光线接收侧，多光谱滤光器220则位于透镜230和图像传感器210之间，如此，在光线270由摄像头模组200的接收侧入射后，依次通过透镜230和多光谱滤光器220到达图像传感器210，进而实现摄像头模组200的图像采集，控制器250分别与图像传感器210和驱动电路240电连接，由于多光谱滤光器220中采用控制电极实现多光谱滤波需求，因此，便于与驱动电路240进行整合集成，由控制器250控制其所施加的电压。数字图像存储器260则和图像传感器210电连接。
79.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。