[實用新型]多光譜攝像裝置

有效

• 申請號: 201720832186.6
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN207116430U
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 黃忠守
• 申請（專利權）人: 展譜光電科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;A61B5/00
• 代理公司: 上海隆天律師事務所31282
• 代理人: 鐘宗,潘一諾

技術領域

本實用新型涉及醫療輔助設備領域，尤其涉及一種多光譜攝像裝置。

背景技術

人體內部的結構和組織是人眼無法直接看到的。僅僅依靠人體的外部輪廓和人體解剖知識是難以精確地找到和定位皮下的內部結構和組織的。

人體血管隱藏在表皮下面，往往被皮下脂肪，甚至骨骼所遮擋，在可見光的環境下圖像信號及其微弱，甚至完全不為人眼可見。雖然在穿刺之前，醫生往往會要求患者攥緊拳頭或用拍打穿刺部位皮膚的方式讓血管更加可見，但是根據患者的年齡，皮下脂肪的厚薄等因素，皮下血管的可視性依然不理想。根據隱約可見的血管圖像和醫學知識，對血管所做的穿刺往往錯位，導致病患者的痛苦，延誤治療時機，甚至造成注射事故。除了直接對血管所做的抽血和注射以外，針灸和其他醫療手術等操作，都需要準確地知道血管的位置，以便在操作時能避開血管或者對血管做特別處理。

目前嘗試解決此一難題的技術方法為使用近紅外攝像技術。這種紅外血管圖像增強技術主要利用了血管中血紅蛋白對波長從760nm到1000nm的近紅外光的吸收率與周圍其他人體組織不同的原理，首先將攝取血管的近紅外圖像，然后對圖像的對比度做強化后，通過一臺可見光投影儀將皮下血管投影顯示在皮膚表面。這樣醫生或護士就能夠識別患者皮下血管的位置并實時操作。

然而由于皮下血管被皮下脂肪和肌肉組織所包圍，它們對于近紅外光有明顯的散射作用。人體的皮下組織的色素和脂肪，皮膚表面的褶皺，瘢痕和毛發都會對入射的紅外線有吸收和散射作用。它們嚴重模糊了這種投影式血管顯像儀獲得的血管圖像。這種技術上的先天缺陷在成像直徑較小的微細血管時表現的尤其嚴重。這是因為血管越細小，單位長度的血管內的血液容量就越少，所含有的有氧血紅蛋白和無氧血紅蛋白的數量就越少，從而它們對近紅外光線的吸收就越少。在同等的雜散光背景下，血管和周圍組織的對比度就很微弱，通常在0.01～0.1。為了獲得比背景噪聲和探測系統本身的電子噪聲更高的信號強度，提高紅外照明的強度是一個通用的方法，但是這樣會帶來更加強烈的背景散射紅外光線，可能很快就使得圖像探測器件飽和而無法正常探測信號或者脫離線性響應區域。提高探測單元對于紅外光的靈敏度可以抑制系統噪聲從而提高信噪比，但是提高探測單元的靈敏度也會導致探測單元的存儲容量更快達到飽和而無法繼續探測信號或者脫離了線性響應區域。

實用新型內容

針對現有技術中的缺陷，本實用新型的目的在于提供多光譜攝像裝置，實現了寬動態范圍的多光譜攝像。

根據本實用新型的一個方面，提供一種多光譜攝像裝置，包括像素陣列，所述像素陣列包括周期性重復排列的多個像素，每個所述像素至少包括一個第一子像素和一個第二子像素，各子像素至少包括：紅外光電變換層，用于光電地轉換近紅外光；可見光電變換層，用于光電地轉換可見光；彩色濾光片層，用于選擇性地通過特定光譜范圍的光線；所述可見光電變換層位于所述紅外光電變換層和所述彩色濾光片層之間；其中，所述第一子像素的紅外光電變換層的變換效率大于所述第二子像素的紅外光電變換層的變換效率，且所述第一子像素的彩色濾光片層的紅外光透過率大于所述第二子像素的彩色濾光片層的紅外光透過率。

可選地，沿著入射光線的入射方向上，各所述子像素中的所述彩色濾光片層完全覆蓋所述可見光電變換層，所述可見光電變換層完全覆蓋所述紅外光電變換層。

可選地，所述紅外光電變換層包括由第一光電二極管組成紅外圖像探測陣列，所述可見光電變換層包括由第二光電二極管組成可見光圖像探測陣列，其中，沿著入射光線的入射方向，所述第一光電二極管為PN型光電二極管，所述第二光電二極管為PIN型光電二極管。

可選地，所述紅外光電變換層包括半導體襯底上的電子或者空穴耗盡層，其中所述電子或空穴耗盡層由半導體襯底的耗盡層所組成；或者所述電子或空穴耗盡層由所述半導體襯底上制作的另外一層或兩層摻雜層被完全或部分耗盡后形成的耗盡層所組成。

可選地，所述第一子像素的所述電子或者空穴耗盡層的厚度大于所述第二子像素的所述電子或者空穴耗盡層的厚度。

可選地，所述第一子像素的所述電子或者空穴耗盡層的厚度為5um至100um；所述第二子像素的所述電子或者空穴耗盡層的厚度為1um至10um。

可選地，所述第一子像素的彩色濾光片層包括透過紅色光線的濾光片。

可選地，所述多光譜攝像裝置還包括：第一薄膜，位于相鄰濾光片之間以遮擋入射光線，所述第一薄膜的寬度大于等于相鄰子像素的可見光電變換層的可見光變換區域之間的間隙。