本發(fā)明涉及醫(yī)療輔助設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種多光譜攝像裝置以及多光譜攝像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

人體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)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(shí)是難以精確地找到和定位皮下的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(huán)境下圖像信號(hào)及其微弱，甚至完全不為人眼可見。雖然在穿刺之前，醫(yī)生往往會(huì)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(jù)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(jù)隱約可見的血管圖像和醫(yī)學(xué)知識(shí)，對(duì)血管所做的穿刺往往錯(cuò)位，導(dǎo)致病患者的痛苦，延誤治療時(shí)機(jī)，甚至造成注射事故。除了直接對(duì)血管所做的抽血和注射以外，針灸和其他醫(yī)療手術(shù)等操作，都需要準(zhǔn)確地知道血管的位置，以便在操作時(shí)能避開血管或者對(duì)血管做特別處理。

目前嘗試解決此一難題的技術(shù)方法為使用近紅外攝像技術(shù)。這種紅外血管圖像增強(qiáng)技術(shù)主要利用了血管中血紅蛋白對(duì)波長(zhǎng)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(duì)圖像的對(duì)比度做強(qiáng)化后，通過一臺(tái)可見光投影儀將皮下血管投影顯示在皮膚表面。這樣醫(yī)生或護(hù)士就能夠識(shí)別患者皮下血管的位置并實(shí)時(shí)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(duì)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(fā)都會(huì)對(duì)入射的紅外線有吸收和散射作用。它們嚴(yán)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(shù)上的先天缺陷在成像直徑較小的微細(xì)血管時(shí)表現(xiàn)的尤其嚴(yán)重。這是因?yàn)檠茉郊?xì)小，單位長(zhǎng)度的血管內(nèi)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(shù)量就越少，從而它們對(duì)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(duì)比度就很微弱，通常在0.01～0.1。

根據(jù)人體皮下軟組織的光學(xué)特性，不同波長(zhǎng)的光線在人體皮膚下層的吸收深度不同，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，能夠穿透的深度就越大。從藍(lán)紫色的420nm到人眼最為敏感的550nm的可見光僅僅能夠穿透0.6mm的表皮層，而波長(zhǎng)大于690nm左右的紅光可以穿透表皮層和真皮層到達(dá)皮下組織上層和部分靜脈的深度。波長(zhǎng)大于760nm到1000nm的光線為人眼所不可見的近紅外光線，其能夠達(dá)到更加深層次的皮下組織和脂肪層。

所有光線都會(huì)在進(jìn)入皮膚的初始階段遭到散射和反射，其散射和反射的光線對(duì)于只需要知道皮膚下層的血管圖像來說僅僅是干有害的干擾或噪聲。如果從紅外圖像中減去可見光圖像，就可以得到僅僅攜帶皮下深層部位信息的圖像了。這就是紅外圖像的數(shù)字減影技術(shù)的基本原理。之所以需要在數(shù)字圖像的環(huán)境下進(jìn)行這種操作，是因?yàn)閺?fù)雜的圖像處理無法用模擬信號(hào)和模擬電路完成，必須是數(shù)字化后用計(jì)算機(jī)來完成的。

如何有效、準(zhǔn)確地獲得不同波段的圖像是亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供多光譜攝像裝置以及多光譜攝像系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)中的困難，能夠有效、準(zhǔn)確地獲得不同波段的圖像。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種多光譜攝像裝置，所述多光譜攝像裝置用于獲取不同波段的圖像，所述多光譜攝像裝置包括：基板；多個(gè)半導(dǎo)體層，垂直于基板所在平面地堆疊于所述基板之上，不同層的半導(dǎo)體層分別光電地轉(zhuǎn)換可見光和近紅外光；以及濾光層，位于所述多個(gè)半導(dǎo)體層背向所述基板的一側(cè)，包括按矩陣排列的多個(gè)濾光區(qū)域，以在平行于基板的平面上按波段分離入射到所述多光譜攝像裝置的光線。

可選地，所述多個(gè)半導(dǎo)體層包括：第一半導(dǎo)體層，位于所述基板之上，可以是n型半導(dǎo)體或者p型半導(dǎo)體的載流子耗盡層，其作用是光電轉(zhuǎn)換近紅外光，也就是將入射的近紅外光轉(zhuǎn)換成信號(hào)電荷；第二半導(dǎo)體層，位于所述第一半導(dǎo)體層背向所述基板的一側(cè)，光電轉(zhuǎn)換可見光，并供近紅外光穿過；所述濾光層位于所述第二半導(dǎo)體層背向所述第一半導(dǎo)體層的一側(cè)，所述濾光層包括按陣列排列的多個(gè)濾光片，每個(gè)所述濾光片形成一濾光區(qū)域，供對(duì)應(yīng)一種波段的可見光以及近紅外光穿過。

可選地，所述第二半導(dǎo)體層的圖案在所述基板所在平面上的垂直投影完全覆蓋所述第一半導(dǎo)體層的圖案在所述基板所在平面上的垂直投影。

可選地，所述第二半導(dǎo)體層的圖案在所述基板所在平面上的垂直投影部分覆蓋所述第一半導(dǎo)體層的圖案在所述基板所在平面上的垂直投影，并使用黑矩陣薄膜bm(blackmatrix)和不透光的金屬遮擋第一半導(dǎo)體層的尚沒有被第二半導(dǎo)體層重疊或遮擋的部分區(qū)域。

可選地，所述第二半導(dǎo)體層中部分圖案連接至電性元件，所述第二半導(dǎo)體層中另一部分圖案電性懸空。

可選地，所述第一半導(dǎo)體層的圖案在所述基板所在平面上的垂直投影與連接至電性元件的所述第二半導(dǎo)體層的部分圖案在所述基板所在平面上的垂直投影不重疊。

可選地，各所述濾光區(qū)域在所述基板所在平面上的垂直投影完全覆蓋所述第二半導(dǎo)體層的圖案在所述基板所在平面上的垂直投影。

可選地，所述濾光層還包括：透明膜層，形成多個(gè)濾光區(qū)域，供可見光及近紅外光穿過。

可選地，所述透明膜層覆蓋多個(gè)其他波段的濾光區(qū)域和所述濾光區(qū)域之間的間隙，以使所述多光譜攝像裝置的頂面平坦化和并供可見光及近紅外穿過。

可選地，還包括：多條沿第一方向排列，并沿第二方向延伸的柵極線，位于所述基板設(shè)置所述多個(gè)半導(dǎo)體層的一側(cè)；多條沿第二方向排列，并沿第一方向延伸的數(shù)據(jù)線，位于所述基板設(shè)置所述多個(gè)半導(dǎo)體層的一側(cè)，其中，所述第一方向垂直于所述第二方向。

可選地，各所述第一半導(dǎo)體層的圖案電連接至一開關(guān)元件的控制極，并通過該開關(guān)元件的兩個(gè)極分別電連接至所述柵極線和所述數(shù)據(jù)線；至少部分所述第二半導(dǎo)體層的圖案電連接至一開關(guān)元件的控制極，并通過該開關(guān)元件的兩個(gè)極分別電連接至所述柵極線和所述數(shù)據(jù)線。

可選地，還包括：絕緣鈍化層，位于所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層之間。

可選地，所述第二半導(dǎo)體層的圖案包括按矩陣排列的多個(gè)第二子圖案，一連接至電性元件的所述第二子圖案形成一可見光子像素，每個(gè)所述濾光區(qū)域覆蓋至少一所述可見光子像素；所述第一半導(dǎo)體層的圖案包括按矩陣排列的多個(gè)第一子圖案，一所述第一子圖案形成一近紅外光子像素；至少兩個(gè)不同波段的所述可見光子像素和至少一個(gè)所述近紅外光子像素形成一像素單元，以使所述多光譜攝像裝置獲取至少兩個(gè)不同波段的可見光圖像及至少一個(gè)近紅外光圖像。

可選地，各所述像素單元包括三個(gè)不同波段的所述可見光子像素和一個(gè)所述近紅外光子像素，以使所述多光譜攝像裝置獲取三個(gè)不同波段的可見光圖像及一個(gè)近紅外光圖像。

可選地，各所述像素單元包括兩個(gè)不同波段的所述可見光子像素和兩個(gè)不同波段的所述近紅外光子像素，以使所述多光譜攝像裝置獲取兩個(gè)不同波段的可見光圖像及兩個(gè)不同波段的近紅外光圖像。

可選地，各像素單元中兩個(gè)所述近紅外光子像素分別由一透明膜層和一阻擋波長(zhǎng)大于900nm的近紅外光的濾光片覆蓋。

可選地，各像素單元中兩個(gè)所述近紅外光子像素分別對(duì)應(yīng)的第一半導(dǎo)體層具有不同的厚度以光電轉(zhuǎn)換不同波長(zhǎng)的近紅外光。

可選地，各像素單元中一個(gè)近紅外光子像素對(duì)應(yīng)的第一半導(dǎo)體層的厚度為0.5微米至3微米；另一個(gè)近紅外光子像素對(duì)應(yīng)的第一半導(dǎo)體層的厚度則大于第一個(gè)近紅外光的子像素的第一半導(dǎo)體層的厚度，為1微米至15微米。

可選地，所述可見光子像素包括如下子像素中的兩種或多種：紅色子像素(red)；藍(lán)色子像素(blue)；綠色子像素(green)；黃色子像素(yellow)；品紅色子像素(magenta)；藍(lán)綠色子像素(cyan)以及白色子像素,這里所指的白色像素意味著其光電變換層之上的濾光片是對(duì)可見光沒有顏色過濾作用的呈透明狀態(tài)的膜層。

可選地，所述基板為結(jié)晶硅基板。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供一種多光譜攝像系統(tǒng)，包括：如上所述的多光譜攝像裝置，用于將入射到所述多光譜攝像裝置的光線轉(zhuǎn)化為表示不同波段的圖像的電信號(hào)；以及處理器，與所述多光譜攝像裝置相通訊，對(duì)所述多光譜攝像裝置獲取的不同波段的圖像的電信號(hào)進(jìn)行處理。

可選地，所述處理器對(duì)所述多光譜攝像裝置獲取的不同波段的圖像的電信號(hào)進(jìn)行帶有權(quán)重的加減法處理。

有鑒于此，本發(fā)明的多光譜攝像裝置以及多光譜攝像系統(tǒng)通過多光譜攝像裝置的結(jié)構(gòu)將入射到多光譜攝像裝置的光線沿垂直基板方向和平行基板方向分離成多個(gè)不同波段的光線以同時(shí)獲得不同波段的圖像。同時(shí)獲得的不同波段的圖像在多光譜攝像系統(tǒng)的后續(xù)處理中不會(huì)出現(xiàn)位置偏移等誤差，減少針對(duì)這類誤差的圖像處理，提高不同波段的圖像處理速度。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的一種多光譜攝像裝置的截面圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的不同濾光片的光透過率的示意圖；

圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的多光譜攝像裝置的示意圖；

圖4為本發(fā)明第三實(shí)施例的多光譜攝像裝置的示意圖；

圖5為本發(fā)明第四實(shí)施例的多光譜攝像裝置的示意圖；

圖6為本發(fā)明第五實(shí)施例的多光譜攝像裝置的示意圖；

圖7為本發(fā)明第六實(shí)施例的多光譜攝像裝置的示意圖；

圖8為圖7中的a-a’截面圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例的多光譜攝像系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實(shí)施方式。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)施方式使得本發(fā)明將全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的結(jié)構(gòu)，因而將省略對(duì)它們的重復(fù)描述。

所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或更多實(shí)施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細(xì)節(jié)從而給出對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，沒有特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或更多，或者采用其它的方法、組元、材料等，也可以實(shí)踐本發(fā)明的技術(shù)方案。在某些情況下，不詳細(xì)示出或描述公知結(jié)構(gòu)、材料或者操作以避免模糊本發(fā)明。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種用于獲取不同波段的圖像的多光譜攝像裝置。多光譜攝像裝置包括基板、多個(gè)半導(dǎo)體層以及濾光層。多個(gè)半導(dǎo)體層垂直于基板所在平面地堆疊于所述基板之上，不同層的半導(dǎo)體層分別光電地轉(zhuǎn)換可見光和近紅外光。濾光層位于多個(gè)半導(dǎo)體層背向基板的一側(cè)。濾光層包括按矩陣排列的多個(gè)濾光區(qū)域，以在平行于基板的平面上按波段分離入射到所述多光譜攝像裝置的光線。

具體而言，本發(fā)明根據(jù)一些半導(dǎo)體材料中光線的吸收深度和波長(zhǎng)的相關(guān)性，將不同光譜波段通道的圖像信息在沿著垂直于基板的方向上做縱向的分離，同時(shí)在平行于基板的兩維平面空間做多光譜的信道分離，也就是說同時(shí)或者實(shí)時(shí)地做三維空間的信道分離。當(dāng)本發(fā)明提供的多光譜攝像裝置運(yùn)用到醫(yī)療領(lǐng)域獲取人體內(nèi)不同深度的圖像(例如血管圖像)時(shí)，由于光在人體皮下的吸收，反射和散射過程在沿著穿透方向上的連續(xù)性，垂直于基板方向上光電轉(zhuǎn)換的不同波段圖像會(huì)有一定的重疊，通過在三維空間對(duì)入射光線做多光譜(不同波段的光線)的信道分離，獲得更多波段的圖像，以將攝取到的不同波段的圖像信息做一定的運(yùn)算和處理，得出人體皮下不同深度，或者不同組織的高對(duì)比度圖像。

下面結(jié)合各個(gè)附圖說明本發(fā)明提供的各個(gè)實(shí)施例。

首先參見圖1，圖1示出本發(fā)明第一實(shí)施例的一種多光譜攝像裝置的截面圖。

多光譜攝像裝置包括基板190、第一半導(dǎo)體層140、第二半導(dǎo)體層及濾光層。

基板190為結(jié)晶硅基板。第一半導(dǎo)體層140位于基板190之上，對(duì)近紅外光敏感。第一半導(dǎo)體層140可以是在基板190上制作的cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)攝像器件的光電二極管或者是n型半導(dǎo)體或者p型半導(dǎo)體的載流子耗盡層，或者ccd(charge-coupleddevice，電荷耦合元件)攝像器件的電子或者空穴勢(shì)阱。近紅外光在第一半導(dǎo)體層140處進(jìn)行了光電轉(zhuǎn)換。可選地，此處所述的近紅外光的波長(zhǎng)為760nm-1000nm。

第二半導(dǎo)體層(包括121、122及123)位于第一半導(dǎo)體層140背向基板190的一側(cè)，對(duì)可見光敏感，并供近紅外光穿過。具體而言，可見光在第二半導(dǎo)體層處進(jìn)行了光電轉(zhuǎn)換?？蛇x地，此處所述的可見光的波長(zhǎng)為400nm-760nm。第二半導(dǎo)體層可以包括多個(gè)可見光光電轉(zhuǎn)換器件。在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施例中，可采用氫化非晶硅的光電二極管作為第二半導(dǎo)體層的可見光光電轉(zhuǎn)換器件。氫化非晶硅的光電二極管的可見光光譜范圍的相應(yīng)曲線和人眼的視覺相應(yīng)曲線比較吻合，攝取的可見光影像用很少或者幾乎不用再做顏色的校正。和氫化非晶硅內(nèi)的含氫量和成膜工藝以及之后的工藝溫度相關(guān)，氫化非晶硅的薄膜的禁帶寬度從大致從1.6ev到2.0ev，在波長(zhǎng)等于400nm到760nm的可見光范圍內(nèi)的吸收系數(shù)很大，一個(gè)大約2微米厚的氫化非晶硅薄膜能夠吸收將近95％以上的入射可見光。對(duì)于光子能量低于其禁帶寬度的紅外輻射，氫化非晶硅薄膜的吸收系數(shù)大幅下降。例如，氫化非晶硅薄膜對(duì)于波長(zhǎng)大于800nm的近紅外光的吸收系數(shù)比650nm的吸收系數(shù)下降將近100倍。由此，一個(gè)大約2微米厚的氫化非晶硅光電二極管薄膜可以透過98％以上的近紅外光。當(dāng)把一個(gè)大約2微米厚的氫化非晶硅薄膜(第二半導(dǎo)體層)重疊在一個(gè)近紅外光電變換元件(第一半導(dǎo)體層140)的上面，基本不會(huì)對(duì)其透過的近紅外光線產(chǎn)生任何不良影響。換言之，采用氫化非晶硅的光電二極管作為第二半導(dǎo)體層的可見光光電轉(zhuǎn)換器件可以吸收大多數(shù)可見光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并可供大多數(shù)近紅外光穿過以使近紅外光可以到達(dá)第一半導(dǎo)體層140。

濾光層位于第二半導(dǎo)體層背向第一半導(dǎo)體層140的一側(cè)。濾光層包括按陣列排列的多個(gè)濾光片(例如藍(lán)色濾光片111及紅色濾光片112)。每個(gè)濾光片形成一濾光區(qū)域，供對(duì)應(yīng)一種顏色的波段的可見光以及近紅外光穿過。在本實(shí)施例中，多個(gè)濾光片包括可見光光譜中較短波長(zhǎng)的帶通彩色濾光片(比如供波長(zhǎng)范圍為400nm到460nm的光線穿過的藍(lán)色濾光片111)以及可見光光譜中較長(zhǎng)波長(zhǎng)的帶通彩色濾光片(比如供波長(zhǎng)范圍為650nm到760nm的光線穿過的紅色濾光片112)。在本實(shí)施例中，濾光層還可以包括透明膜層113(例如透明有機(jī)膜)。透明膜層113也形成多個(gè)濾光區(qū)域并供可見光及近紅外光穿過。藍(lán)色濾光片111、紅色濾光片112及透明膜層113周期性地在基板所在平面的兩個(gè)方向(例如相互垂直的兩個(gè)方向)重復(fù)，形成了濾光區(qū)域的陣列。各濾光區(qū)域?qū)?yīng)第二半導(dǎo)體層的光電二極管121、122及123(例如氫化非晶硅的三個(gè)p-i-n結(jié)的光電二極管)。可參見圖2以理解不同濾光片的光透過率。根據(jù)圖2，可見光波段的彩色濾光片通常會(huì)透過部分或者絕大部分的波長(zhǎng)大于760nm的紅外線，所以絕大部分的紅外線可以穿過濾光區(qū)域的陣列。

由此，當(dāng)光入射到多光譜攝像裝置時(shí)，藍(lán)色波段的光及近紅外光穿過藍(lán)色濾光片111、紅色波段的光及近紅外光穿過紅色濾光片112、可見光及近紅外光穿過透明膜層并到達(dá)對(duì)應(yīng)的第二半導(dǎo)體層的光電轉(zhuǎn)換器件，第二半導(dǎo)體層對(duì)應(yīng)濾光區(qū)域光電地轉(zhuǎn)換藍(lán)光、紅光及可見光。同時(shí)近紅外光穿過第二半導(dǎo)體層到達(dá)第一半導(dǎo)體層140，近紅外光在第一半導(dǎo)體層140被轉(zhuǎn)換成電子并暫時(shí)存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)電容里面，直到對(duì)應(yīng)像素內(nèi)信號(hào)電荷的讀出(例如，第一半導(dǎo)體層140為光電二極管陣列的場(chǎng)合)或像素電位的復(fù)位動(dòng)作的發(fā)生(例如，第一半導(dǎo)體層140應(yīng)用有源像素傳感器的場(chǎng)合)。

可選地，在本實(shí)施例中，多光譜攝像裝置還包括絕緣鈍化膜130，位于第一半導(dǎo)體層140和第二半導(dǎo)體層之間。絕緣鈍化膜130至少供近紅外光穿過。絕緣鈍化膜130將第二半導(dǎo)體層(例如，氫化非晶硅薄膜光電二極管)和第一半導(dǎo)體層140(例如硅半導(dǎo)體器件)絕緣并減少它們之間的寄生電容的偶合。

進(jìn)一步地，為了清楚起見，圖1僅示出涉及本發(fā)明的相關(guān)部件，本領(lǐng)域人員可以依實(shí)際應(yīng)用和制程增加某些層或部件，例如，第二半導(dǎo)體層的光電轉(zhuǎn)換器件的電極以及其對(duì)應(yīng)的像素開關(guān)；第一半導(dǎo)體層140中的光電二極管及其他相關(guān)的離子注入和擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)；其他電極；像素開關(guān)；以及信號(hào)輸出的數(shù)據(jù)線及柵控線等。在不背離本發(fā)明基本構(gòu)思的情況下，這些部件的增加都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

下面參見圖3，圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的多光譜攝像裝置的示意圖。多光譜攝像裝置包括基板以及依次形成于基板上的第一半導(dǎo)體層240、第二半導(dǎo)體層及濾光層。進(jìn)一步地，第二半導(dǎo)體層的圖案包括按矩陣排列的多個(gè)第二子圖案(每個(gè)第二子圖案可對(duì)應(yīng)一個(gè)光電二極管)。每個(gè)連接至電性元件的第二子圖案(光電二極管)形成一可見光子像素。每個(gè)濾光區(qū)域覆蓋至少一可見光子像素。具體而言，在本實(shí)施例中，每個(gè)第二半導(dǎo)體層的光電二極管在基板的垂直投影與濾光層的多個(gè)濾光區(qū)域?qū)?yīng)重疊。例如藍(lán)色濾光片211對(duì)應(yīng)一第二半導(dǎo)體層的光電二極管；紅色濾光片212對(duì)應(yīng)一第二半導(dǎo)體層的光電二極管；透明膜層213也對(duì)應(yīng)一第二半導(dǎo)體層的光電二極管?？梢姽庾酉袼乜梢园t色子像素、藍(lán)色子像素、綠色子像素、黃色子像素，品紅色子像素，藍(lán)綠色子像素及白色或者透明子像素中的任兩種或多種。第一半導(dǎo)體層的圖案包括按矩陣排列的多個(gè)第一子圖案(每個(gè)第一子圖案可對(duì)應(yīng)一個(gè)光電二極管)。各第一子圖案(光電二極管)形成一近紅外光子像素。至少兩個(gè)可見光子像素和至少一個(gè)近紅外光子像素形成一像素單元，以使多光譜攝像裝置獲取至少兩個(gè)不同波段的可見光圖像及至少一個(gè)近紅外光圖像。圖3示出了一個(gè)像素單元，在圖3所示的實(shí)施例中，各像素單元包括一個(gè)藍(lán)光子像素、一個(gè)紅光子像素、一個(gè)白色子像素和一個(gè)近紅外光子像素。多光譜攝像裝置可以獲取藍(lán)光圖像、紅光圖像、白光圖像及一個(gè)近紅外光圖像。

具體而言，多光譜攝像裝置包括位于基板設(shè)置多個(gè)半導(dǎo)體層的一側(cè)的多條柵極線和多條數(shù)據(jù)線。多條柵極線在基板的平面上沿第一方向排列，并沿第二方向延伸的柵極線。多條數(shù)據(jù)線沿第二方向排列，并沿第一方向延伸的數(shù)據(jù)線。第一方向垂直于第二方向?？蛇x地，上述濾光區(qū)域、第一半導(dǎo)體層的第一子圖案及第二半導(dǎo)體層的第二子圖案的矩陣排列方向也為第一方向可第二方向，但本發(fā)明并非以此為限。各第一半導(dǎo)體層的圖案(第一半導(dǎo)體層的各光電二極管)電連接至一開關(guān)元件的控制極，并通過該開關(guān)元件的兩個(gè)極分別電連接至柵極線和數(shù)據(jù)線。至少部分第二半導(dǎo)體層的圖案(第二半導(dǎo)體層的各光電二極管)電連接至一開關(guān)元件的控制極，并通過該開關(guān)元件的兩個(gè)極分別電連接至柵極線和數(shù)據(jù)線。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，各像素單元的三個(gè)可見光子像素包括與藍(lán)色濾光片211在基板上的垂直投影對(duì)應(yīng)重疊的a-si:h薄膜光電二極管(第二半導(dǎo)體層的光電二極管)，與紅色濾光片212在基板上的垂直投影對(duì)應(yīng)重疊的a-si:h薄膜光電二極管(第二半導(dǎo)體層的光電二極管)，以及與透明膜層213在基板上的垂直投影對(duì)應(yīng)重疊的a-si:h薄膜光電二極管23(第二半導(dǎo)體層的光電二極管)。各像素單元的近紅外光子像素為制作在基板內(nèi)的c-si光電二極管(第一半導(dǎo)體層240的光電二極管)。各可見光子像素和近紅外光子像素由制作在基板上的c-simos晶體管開關(guān)的源漏極連接到數(shù)據(jù)線271或272上。藍(lán)色子像素的開關(guān)元件251和紅色子像素的開關(guān)元件252的柵極(控制極)都連接在柵極線261上。白色子像素的開關(guān)元件253和紅外子像素的開關(guān)元件254的柵極(控制極)都連接在柵極線262上。在一具體實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)此多光譜攝像裝置的各個(gè)柵極線上被依次加上高電位的掃描脈沖(對(duì)應(yīng)于n-mos晶體管開關(guān)的場(chǎng)合)時(shí)，每個(gè)子像素中臨時(shí)存儲(chǔ)的信號(hào)電荷就被依次讀出到數(shù)據(jù)線上，并最終被外圍電路所采集并做進(jìn)一步的處理。

在本實(shí)施例中，為了讓第一半導(dǎo)體層中的光生載流子的匯集和傳輸更加順暢，第一半導(dǎo)體層的光電二極管240在基板所在平面上的垂直投影是一個(gè)完整的矩形結(jié)構(gòu)并完全覆蓋了第二半導(dǎo)體層的三個(gè)a-sih光電二極管在基板所在平面上的垂直投影，且第一半導(dǎo)體層的光電二極管240在基板所在平面上的垂直投影超出第二半導(dǎo)體層的三個(gè)a-sih光電二極管在基板所在平面上的垂直投影的邊界。為了不讓可見光透過a-sih光電二極管的間隙進(jìn)入第一半導(dǎo)體層的光電二極管240，從而獲得更加純凈的沒有可見光信號(hào)混雜的紅外信號(hào)，本實(shí)施例中使用了黑色有機(jī)膜形成的開窗矩陣219，或通常稱為bm(blackmatrix)，遮擋這部分沒有被a-sih薄膜和陣列中的金屬布線所遮擋的第一半導(dǎo)體層。開窗矩陣219的邊界確定了第一層半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的有效受光面積，也就是圖3中的開口區(qū)域(aperture)201所示的面積。

此外，由透明膜層213和第二半導(dǎo)體層的光電二極管組成的白色子像素，不僅可以讓更多的近紅外光透過透明膜層213到達(dá)對(duì)近紅外光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的第一半導(dǎo)體層240，而且通過第二半導(dǎo)體層的a-sih光電二極管的光譜響應(yīng)曲線，同時(shí)可依據(jù)紅色子像素中a-sih光電二極管的面積、藍(lán)色子像素中a-sih光電二極管的面積、白色子像素中a-sih光電二極管的面積比例，以及各自的輸出電信號(hào)，和a-sih光電二極管的對(duì)紅色，藍(lán)色和綠色光譜的量子效率，按照以下方程組計(jì)算出綠光的成分來。

上述公式中，sr，sb，sw分別代表了r，b，w三個(gè)子像素的輸出電信號(hào)；tr代表紅色濾光片對(duì)紅光的透過率，tb代表藍(lán)色濾光片對(duì)藍(lán)光的透過率，其數(shù)值可以從圖2的透過率曲線得到；ηr,ηb,ηg分別代表了a-sih光電二極管對(duì)r，b，g三種顏色光的量子效率；pr,pb,pg則分別代表了入射光到a-sih光電二極管中的r，b，g三種顏色光的光強(qiáng)度或者單位面積的光子密度；ar,ab,aw,則分別代表了r，b，w三個(gè)子像素的受光面積。上述方程組中，除了入射光的各個(gè)光譜的光強(qiáng)以外，所有的參數(shù)都可以事先測(cè)量或通過輸出信號(hào)的各個(gè)分量得到。三個(gè)方程，三個(gè)未知數(shù)，所以通過上述方程組可以獲得唯一解，從而可以合成并復(fù)原入射光線本來的色彩?？蛇x地，在本實(shí)施例中，透明膜層213也可以由綠色濾光片代替，以簡(jiǎn)化色彩還原等圖像處理的步驟。

下面參見圖4，圖4為本發(fā)明第三實(shí)施例的多光譜攝像裝置的示意圖。與圖3所示的第二實(shí)施例類似，多光譜攝像裝置包括基板以及依次形成于基板上的第一半導(dǎo)體層340、第二半導(dǎo)體層及濾光層。多光譜攝像裝置還包括多條柵極線和數(shù)據(jù)線。

圖4示出了一個(gè)像素單元，對(duì)應(yīng)該像素單元，濾光層包括藍(lán)色濾光片311、紅色濾光片312、透明膜層313及綠色濾光片314。各濾光片及透明膜層形成的濾光區(qū)域在基板上的垂直投影大于并完全覆蓋各自相對(duì)應(yīng)的第二半導(dǎo)體層的光電二極管。為簡(jiǎn)單起見這里使用重疊二字來表述，并在圖4中用同一個(gè)外輪廓來簡(jiǎn)單示意。換言之，藍(lán)色濾光片311形成的濾光區(qū)域在基板上的垂直投影與第二半導(dǎo)體層的一光電二極管對(duì)應(yīng)重疊；紅色濾光片312形成的濾光區(qū)域在基板上的垂直投影與第二半導(dǎo)體層的一光電二極管對(duì)應(yīng)重疊；透明膜層313形成的濾光區(qū)域在基板上的垂直投影與第二半導(dǎo)體層的一光電二極管對(duì)應(yīng)重疊；綠色濾光片314形成的濾光區(qū)域在基板上的垂直投影與第二半導(dǎo)體層的一光電二極管對(duì)應(yīng)重疊。

其中，與藍(lán)色濾光片311形成的濾光區(qū)域?qū)?yīng)重疊的第二半導(dǎo)體層的光電二極管通過開關(guān)元件351的源漏極連接至數(shù)據(jù)線371，開關(guān)元件351的柵極連接至柵極線361，以此形成一藍(lán)色子像素；與紅色濾光片312形成的濾光區(qū)域?qū)?yīng)重疊的第二半導(dǎo)體層的光電二極管通過開關(guān)元件352的源漏極連接至數(shù)據(jù)線372，開關(guān)元件352的柵極連接至柵極線361，以此形成一紅色子像素；與綠色濾光片314形成的濾光區(qū)域?qū)?yīng)重疊的第二半導(dǎo)體層的光電二極管通過開關(guān)元件353的源漏極連接至數(shù)據(jù)線371，開關(guān)元件353的柵極連接至柵極線362，以此形成一綠色子像素；與透明膜層313形成的濾光區(qū)域?qū)?yīng)重疊的第二半導(dǎo)體層的光電二極管電性懸空。

對(duì)應(yīng)該像素單元，第一半導(dǎo)體層340的光電二極管在基板上的垂直投影小于并被與透明膜層313形成的濾光區(qū)域?qū)?yīng)重疊的第二半導(dǎo)體層的光電二極管完全覆蓋，并且不與電連接至開關(guān)元件的各第二半導(dǎo)體層的光電二極管重疊。該第一半導(dǎo)體層340的光電二極管在該像素單元中形成一近紅外光子像素。該第一半導(dǎo)體層340的光電二極管通過開關(guān)元件354的源漏極連接至數(shù)據(jù)線372，開關(guān)元件354的柵極連接至柵極線362。透明膜層313的另外一個(gè)作用則是將器件表面平坦化，所以從制造工藝流程上來看，透明膜層313實(shí)際上還可以在其他濾光片的涂布，圖形化分割和烘烤工藝之后涂布在所有子像素濾光片之上，在此種實(shí)施例中，透明膜層313的邊界就不再局限于一個(gè)子像素，而是擴(kuò)展到復(fù)數(shù)個(gè)子像素甚至整個(gè)圖像傳感器的受光面積上，一方面作為全透明子像素的窗口，另一方面又可以將各個(gè)濾光片島嶼之間的間隙填充和平坦化。此外，考慮到彩色濾光片對(duì)于紅外線的高度透過性，本實(shí)施例中的透明膜層313也可以被任何一種彩色有機(jī)膜所替代，比如使用和紅色濾光片312一樣的材料，在同一個(gè)工藝流程中制作。

由此，在本實(shí)施例中，各像素單元包括一個(gè)藍(lán)光子像素、一個(gè)紅光子像素、一個(gè)綠光子像素和一個(gè)近紅外光子像素。近紅外光子像素與其他可見光子像素不重疊。多光譜攝像裝置可以獲取藍(lán)光圖像、紅光圖像、綠光圖像及一個(gè)近紅外光圖像。

在本實(shí)施例中，采用藍(lán)色濾光片311、紅色濾光片312及綠色濾光片314，從而可以直接獲得三原色圖像，簡(jiǎn)化色彩計(jì)算和重構(gòu)的過程。此外，在本實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層340的光電二極管不與電連接至開關(guān)元件的各第二半導(dǎo)體層的光電二極管重疊，它們各自的電容就會(huì)變小，和光電二極管相關(guān)聯(lián)的寄生電容的噪聲(比如ktc噪聲)就可以相對(duì)減少，并且寄生電容帶來的其他負(fù)面影響，比如信號(hào)串?dāng)_也會(huì)相應(yīng)地減少。

下面參見圖5，圖5為本發(fā)明第四實(shí)施例的多光譜攝像裝置的示意圖。與圖4所示的第三實(shí)施例類似，多光譜攝像裝置包括基板以及依次形成于基板上的第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層及濾光層。多光譜攝像裝置還包括多條柵極線和數(shù)據(jù)線。

圖5示出了一個(gè)像素單元，對(duì)應(yīng)該像素單元，濾光層包括藍(lán)色濾光片411、紅色濾光片412、紅外濾光片415及透明膜層416。各濾光片及透明膜層形成的濾光區(qū)域在基板上的垂直投影大于并完全覆蓋各自相對(duì)應(yīng)的第二半導(dǎo)體層的光電二極管。為簡(jiǎn)單起見這里使用重疊二字來表述，并在圖5中用同一個(gè)外輪廓來簡(jiǎn)單示意。紅外濾光片415可過濾波長(zhǎng)范圍760nm至900nm的光線。透明膜層416可供可見光和近紅外光穿透。

其中，與藍(lán)色濾光片411形成的濾光區(qū)域?qū)?yīng)重疊的第二半導(dǎo)體層的光電二極管通過開關(guān)元件451的源漏極連接至數(shù)據(jù)線471，開關(guān)元件451的柵極連接至柵極線461，以此形成一藍(lán)色子像素；與紅色濾光片412形成的濾光區(qū)域?qū)?yīng)重疊的第二半導(dǎo)體層的光電二極管通過開關(guān)元件452的源漏極連接至數(shù)據(jù)線472，開關(guān)元件452的柵極連接至柵極線461，以此形成一紅色子像素；與紅外濾光片415形成的濾光區(qū)域?qū)?yīng)重疊的第二半導(dǎo)體層的光電二極管電性懸空；與透明膜層416形成的濾光區(qū)域?qū)?yīng)重疊的第二半導(dǎo)體層的光電二極管電性懸空。

對(duì)應(yīng)該像素單元，第一半導(dǎo)體層的光電二極管在基板上的垂直投影和與紅外濾光片415及透明膜層416形成的濾光區(qū)域?qū)?yīng)重疊的第二半導(dǎo)體層的光電二極管對(duì)應(yīng)重疊，并且不與電連接至開關(guān)元件的各第二半導(dǎo)體層的光電二極管重疊。該第一半導(dǎo)體層的光電二極管在該像素單元中形成兩個(gè)近紅外光子像素。對(duì)應(yīng)重疊紅外濾光片415的第一半導(dǎo)體層的光電二極管441通過開關(guān)元件454的源漏極連接至數(shù)據(jù)線472，開關(guān)元件454的柵極連接至柵極線462。對(duì)應(yīng)重疊透明膜層416的第一半導(dǎo)體層的光電二極管442通過開關(guān)元件453的源漏極連接至數(shù)據(jù)線471，開關(guān)元件453的柵極連接至柵極線462。

由此，在本實(shí)施例中，各像素單元包括一個(gè)藍(lán)光子像素、一個(gè)紅光子像素、及兩個(gè)不同波段的近紅外光子像素。近紅外光子像素與可見光子像素不重疊。多光譜攝像裝置可以獲取藍(lán)光圖像、紅光圖像及兩個(gè)不同波段的近紅外光圖像。

具體而言，連接到開關(guān)元件454的第一半導(dǎo)體層的光電二極管的濾波可以看作是兩個(gè)階段：首先由紅外濾光片415過濾掉部分760nm到900nm的近紅外光線，爾后與紅外濾光片415對(duì)應(yīng)重疊的第二半導(dǎo)體層的a-sih光電二極管薄膜過濾掉所有可見光線，所以連接到開關(guān)元件454的第一半導(dǎo)體層的光電二極管可以僅僅探測(cè)波長(zhǎng)大于900nm的近紅外光和該近紅外光線所攜帶的圖像信息。連接到開關(guān)453的第一半導(dǎo)體層的光電二極管的濾波也可以看作是兩個(gè)階段：透明膜層416可以是對(duì)所有近紅外光線幾乎透明的薄膜，爾后與透明膜層416對(duì)應(yīng)重疊的a-sih光電二極管薄膜過濾掉所有可見光線，連接到開關(guān)453的第一半導(dǎo)體層的光電二極管可以采集波長(zhǎng)大于760nm的所有近紅外光和該近紅外光線所攜帶的圖像信息。由此，如果將這兩個(gè)不同波段的紅外子像素的圖像信號(hào)根據(jù)一定的權(quán)重做相減，就可以得出760nm到900nm紅外波段的圖像信息。

實(shí)現(xiàn)圖5揭示的雙紅外波段探測(cè)目的第二種方式是用能阻擋波長(zhǎng)大于900nm的紅外線的濾光片替換透明膜層416，從而讓連接到開關(guān)453的第一半導(dǎo)體層的光電二極管采集760nm到900nm的紅外波段的圖像信息。

實(shí)現(xiàn)圖5所揭示的雙紅外波段探測(cè)的第三種方式是在將透明膜層用于416和415的濾光片，讓所有紅外光均透過濾光片和第二半導(dǎo)體層a-sih，然后通過不同厚度的第一半導(dǎo)體層的光電二極管來采集較短波長(zhǎng)的紅外線和較長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外線。具體地說，參照?qǐng)D8，所示的輕n型摻雜層640的厚度越大，吸收的長(zhǎng)波的紅外線的成分就越多。在圖5中的連接到開關(guān)453的第一半導(dǎo)體層的光電二極管設(shè)定為0.5微米到3微米的厚度，用來探測(cè)760nm到900nm左右的紅外線，連接到開關(guān)454的第一半導(dǎo)體層的光電二極管設(shè)定為大于前者的厚度比如從1到15微米厚度就能探測(cè)從760nm到1000nm或者直到更長(zhǎng)波的紅外線。兩者的輸出信號(hào)相減，就能得出兩個(gè)不同波段的紅外圖像信息了?？梢岳斫?，由于半導(dǎo)體摻雜的深度可以由離子注入時(shí)的動(dòng)能來控制，也就是需要增加一道離子注入的工序。在有些場(chǎng)合這個(gè)實(shí)施例相比供不同紅外光穿過的精密濾光片更便于制作。

換言之，以對(duì)人體皮膚的攝像為例，為了分離和采集不同波段范圍的紅外線所攜帶的皮下組織的紅外吸收和反射圖像信息，在本實(shí)施例中，不僅將可見光的光譜范圍分成了兩個(gè)波段，400nm到500nm的藍(lán)色波段，650nm到760nm的紅色波段，更是將近紅外光譜的范圍也分成了760nm到900nm，900nm到1100nm的兩個(gè)近紅外波段。四個(gè)光譜波段的圖像信息按照分別由四個(gè)子像素所采集和傳送到外部電路做進(jìn)一步的各自信道的處理，然后將四個(gè)圖像信道的信息做運(yùn)算，即得出皮下組織不同深度斷層的圖像信息。本實(shí)施例提供的多光譜攝像裝置能夠攝取皮下至少四個(gè)深度的解刨斷面的圖像信息，對(duì)人體皮下組織的更多細(xì)節(jié)的實(shí)時(shí)觀測(cè)和了解的程度，以及隨后的治療水準(zhǔn)就能夠有極大的提高。

下面參見圖6，圖6為本發(fā)明第五實(shí)施例的多光譜攝像裝置的示意圖。與圖3所示的第二實(shí)施例類似，多光譜攝像裝置包括基板以及依次形成于基板上的第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層及濾光層。多光譜攝像裝置還包括多條柵極線和數(shù)據(jù)線。

圖6示出了一個(gè)像素單元，對(duì)應(yīng)該像素單元，濾光層包括藍(lán)色濾光片511及紅色濾光片512。各濾光片形成的濾光區(qū)域在基板上的垂直投影覆蓋第二半導(dǎo)體層的光電二極管。在本實(shí)施例中，各濾光片形成的濾光區(qū)域在基板上的垂直投影覆蓋第二半導(dǎo)體層的多個(gè)光電二極管。換言之，藍(lán)色濾光片511形成的濾光區(qū)域在基板上的垂直投影覆蓋第二半導(dǎo)體層的光電二極管521及525；紅色濾光片512形成的濾光區(qū)域在基板上的垂直投影覆蓋第二半導(dǎo)體層的光電二極管522及524。

其中，被藍(lán)色濾光片511形成的濾光區(qū)域覆蓋的第二半導(dǎo)體層的光電二極管521通過開關(guān)元件551的源漏極連接至數(shù)據(jù)線571，開關(guān)元件551的柵極連接至柵極線561，以此形成一藍(lán)色子像素；被紅色濾光片512形成的濾光區(qū)域覆蓋的第二半導(dǎo)體層的光電二極管522通過開關(guān)元件552的源漏極連接至數(shù)據(jù)線572，開關(guān)元件552的柵極連接至柵極線561，以此形成一紅色子像素；第二半導(dǎo)體層的光電二極管525及524電性懸空。

對(duì)應(yīng)該像素單元，第一半導(dǎo)體層的光電二極管541及542不與電連接至開關(guān)元件的各第二半導(dǎo)體層的光電二極管重疊，且第一半導(dǎo)體層的光電二極管541及542分別與第二半導(dǎo)體層的光電二極管525及524對(duì)應(yīng)。該第一半導(dǎo)體層的光電二極管541及542在該像素單元中形成兩個(gè)近紅外光子像素。該第一半導(dǎo)體層的光電二極管541通過開關(guān)元件554的源漏極連接至數(shù)據(jù)線572，開關(guān)元件554的柵極連接至柵極線562。該第一半導(dǎo)體層的光電二極管542通過開關(guān)元件553的源漏極連接至數(shù)據(jù)線571，開關(guān)元件553的柵極連接至柵極線562。

由此，在本實(shí)施例中，各像素單元包括一個(gè)藍(lán)光子像素、一個(gè)紅光子像素及兩個(gè)近紅外光子像素。近紅外光子像素與可見光子像素不重疊。多光譜攝像裝置可以獲取藍(lán)光圖像、紅光圖像及兩個(gè)近紅外光圖像。

具體而言，在本實(shí)施例中，通過調(diào)整或改變摻入彩色濾光片的色素的種類和數(shù)量，調(diào)整紅色和藍(lán)色彩色濾光片對(duì)于短波的近紅外線的透過率，從而紅色和藍(lán)色濾光片可以在兩個(gè)對(duì)近紅外光光電轉(zhuǎn)換的第一半導(dǎo)體層的光電二極管541及542上復(fù)用。按照?qǐng)D6，本實(shí)施例所揭示的結(jié)構(gòu)和制造順序可以節(jié)省至少兩道薄膜涂布，兩道光刻工藝，大大簡(jiǎn)化了制造工藝的難度和縮短了工期。

下面結(jié)合圖7和圖8，圖7為本發(fā)明第六實(shí)施例的多光譜攝像裝置的示意圖。圖8為圖7中的a-a’截面圖。

本實(shí)施例為在圖2所示的實(shí)施例(每個(gè)像素單元包含四個(gè)子像素，紅色子像素，藍(lán)色子像素(或者綠色子像素)，白色子像素(或者其他顏色的像素比如綠色子像素)及和近紅外光子像素)的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的在半導(dǎo)體器件上的具體實(shí)現(xiàn)途徑的一種實(shí)施。

其中，開關(guān)元件651，652，653，654可以分別為四個(gè)子像素的nmosfet(n型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。開關(guān)元件651，652，653，654皆制作在硅基板641之上。多晶硅的柵極線661控制著第一行的兩個(gè)子像素(在基板641平面上排列的紅色子像素和藍(lán)色子像素)的開關(guān)元件651，652。多晶硅的柵極線662控制著第二行的兩個(gè)子像素(在垂直基板641的方向上排列的白色子像素和紅外光子像素)的開關(guān)元件653，654。數(shù)據(jù)線671和672分別在基板641平面上縱向連接這些開關(guān)元件的漏極，并將信號(hào)傳遞到外部信號(hào)放大和處理電路(未示出)。

為了隔離不同信號(hào)源之間的干擾，降低電荷存儲(chǔ)層對(duì)于周圍半導(dǎo)體的暗電流的收集，sti(shallowtrenchisolation，淺槽隔離)44將可見光的三個(gè)子像素的開關(guān)元件651，652級(jí)653四周環(huán)繞將其保護(hù)起來，另外一個(gè)sti43則將紅外光子像素的第一半導(dǎo)體層的光電二極管640和該光電二極管640電荷的開關(guān)元件654包圍起來同周邊的半導(dǎo)體材料和器件隔離開來。作為另外一種實(shí)施例子，sti43也可以被p型重?fù)诫s的隔離帶所替代，在驅(qū)動(dòng)器件的時(shí)候，所有的p型重?fù)诫s隔離帶被施加一固定電位，形成電子勢(shì)壘，對(duì)所有的光電二極管和連接到光電二極管的n+擴(kuò)散層做隔離。感應(yīng)可見光的三個(gè)第二半導(dǎo)體層的a-sih光電二極管是通過光刻工藝將a-sih薄膜制成各自孤立的島狀圖案，所以它們之間不需要額外的隔離墻，但是兼有平坦和鈍化作用的頂層絕緣膜637將各個(gè)a-sih光電二極管圖案隔離開來。a-sih光電二極管的下層電極631是能夠透過紅外線的透明電極，比如可以是大約50nm～200nm左右的ito膜。在一些變化例中，a-sih光電二極管的下層電極631可以使用有一定厚度的重?fù)诫s高導(dǎo)電率的n+或者p+的a-sih薄膜。

為了達(dá)到有足夠的橫向電導(dǎo)率，從而把光生電荷從該半導(dǎo)體薄膜的四周迅速收集起來，并減少臺(tái)階邊緣的導(dǎo)電路徑的斷開概率，使用n+或者p+的a-sih膜層時(shí)的厚度應(yīng)該大于50nm。如圖7，在使用a-sih光電二極管的下層電極631使用n+或者p+的a-sih膜的場(chǎng)合，可以省略層間絕緣膜632從而簡(jiǎn)化工藝步驟。然而，對(duì)于在刻蝕a-sih光電二極管圖案的時(shí)候，相對(duì)于場(chǎng)氧化層645的刻蝕速率比要足夠大，且場(chǎng)氧化層645的厚度要足夠的厚，比如場(chǎng)氧化層645的厚度可以至少超過100nm。

圖8中的其他膜層和結(jié)構(gòu)如下：從附圖標(biāo)記633～636是圖7中的對(duì)應(yīng)透明膜層613的第二半導(dǎo)體層的光電二極管的分層圖解。附圖標(biāo)記633是a-sih光電二極管底層重?fù)诫s層。在這個(gè)實(shí)施例中，底層重?fù)诫s層633使用n+層，其厚度可以大約為30nm～100nm。附圖標(biāo)記634是a-sih光電二極管非摻雜的a-sih層，其厚度大約是1微米到2微米之間，是吸收入射可見光并將可見光轉(zhuǎn)變成電子-空穴對(duì)的半導(dǎo)體膜層；附圖標(biāo)記635是a-sih光電二極管的頂層重?fù)诫s層。在這個(gè)實(shí)施例中，頂層重?fù)诫s層635使用p+層，頂層重?fù)诫s層635吸收光線但基本不貢獻(xiàn)光電變換效率。由于大于100nm的膜層會(huì)顯著吸收掉短波長(zhǎng)的入射光線，低于20nm會(huì)導(dǎo)致頂部電極的注入暗電流激增，因此，頂層重?fù)诫s層635可以設(shè)定在大約30nm～100nm。附圖標(biāo)記636是a-sih光電二極管的頂部透明導(dǎo)電膜，例如ito膜。附圖標(biāo)記638是將基板641平面上縱向的a-sih光電二極管的頂部的透明導(dǎo)電膜串聯(lián)起來的導(dǎo)電金屬或者金屬氧化物(例如ito)。透明膜層613可以與圖2中的透明膜層213相同。附圖標(biāo)記673是nmosfet的源電極。第一半導(dǎo)體層的光電二極管640可以是制作在基板41(例如c-sip型基板)上的輕n型摻雜層，在其載流子被完全耗盡后形成比較深的n型電子勢(shì)阱(n-well)，因而比較適合探測(cè)吸收深度較大的近紅外線。在三個(gè)可見光子像素的nmosfet里面重n型摻雜層642連接到源極金屬。輕n型摻雜層640和重n型摻雜層642合并起來在電荷產(chǎn)生和積累期間是處于懸浮狀態(tài)，其定位隨著電荷累積而變化，也因此稱為浮置擴(kuò)散層或fd(floatingdiffusion)。而所有nmosfet的漏極擴(kuò)散層連接到漏極金屬，然后通過連接到數(shù)據(jù)線，始終被鉗制在一定的電位。

根據(jù)上述各個(gè)實(shí)施例，非晶硅的光電二極管(第二半導(dǎo)體層的光電二極管)和結(jié)晶硅的光電二極管(第一半導(dǎo)體層的光電二極管)在入射光的貫穿方向上相互重疊，但是從光學(xué)吸收和光電轉(zhuǎn)換效能上最大限度地各司其責(zé)，從信號(hào)電荷的存儲(chǔ)和傳送通道上，也都不發(fā)生沖突。本發(fā)明提供了有效的同時(shí)攝取可見光的彩色圖像和紅外光的灰度(強(qiáng)度)圖像，或者同時(shí)攝取可見光的多個(gè)不同波段的圖像(比如三原色)和紅外光的多個(gè)波段的圖像的途徑和器件結(jié)構(gòu)。高效，便攜，精確地獲得多光譜的圖像，特別是人體的皮下組織的紅外圖像信息，從而顯著提高醫(yī)學(xué)影像診斷和治療的水平。

此外，上述圖1至圖8示出的各種實(shí)施例僅僅是示意性的，并非意圖限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如子像素的排列、組合，及子像素與數(shù)據(jù)線和柵極線的連接關(guān)系并未以此為限。對(duì)于圖7和圖8所揭示的具體的半導(dǎo)體器件上的實(shí)現(xiàn)途徑至少涵蓋了四個(gè)方面的技術(shù)內(nèi)容：電路和半導(dǎo)體器件構(gòu)造的設(shè)計(jì)；制造工藝流程和一定范圍的工藝參數(shù)；半導(dǎo)體，金屬和絕緣膜的材料；實(shí)際使用時(shí)的驅(qū)動(dòng)方法。這四個(gè)方面所揭示的內(nèi)容和其各種形態(tài)的組合與變形，應(yīng)用到其他實(shí)施例中揭示的像素排列方案和基于這些實(shí)施例中的像素排列的基本概念所做的其他類似的像素排列方案，也應(yīng)該被理解為秉承了本發(fā)明所揭示的基本概念和在本發(fā)明的適用范圍之內(nèi)。具體的例子，但不限于這些具體的例子，包括多晶硅薄膜，微晶硅薄膜，非晶硒光電薄膜，ⅱ-ⅳ族的半導(dǎo)體薄膜，ⅲ-ⅴ族半導(dǎo)體薄膜，氧化物半導(dǎo)體薄膜，都可以適用于替代本文的a-sih薄膜作為響應(yīng)可見光的子像素的光電變換層。對(duì)于各個(gè)子像素內(nèi)連接光電二極管pd和輸出信號(hào)線的開關(guān)mosfet，也可以使用低溫或者高溫多晶硅tft(thinfilmtransistor，薄膜晶體管)，氧化物半導(dǎo)體igzotft，cdte薄膜tft等。

下面參考圖9，圖9示出本發(fā)明實(shí)施例的多光譜攝像系統(tǒng)的示意圖。多光譜攝像系統(tǒng)包括如圖1至圖8任一實(shí)施例所示的多光譜攝像裝置710以及處理器720。多光譜攝像裝置710用于將入射到多光譜攝像裝置710的光線轉(zhuǎn)化為表示不同波段的圖像的電信號(hào)。處理器720用于與多光譜攝像裝置710相通訊并對(duì)多光譜攝像裝置710獲取的不同波段的圖像的電信號(hào)進(jìn)行處理?？蛇x地，處理器710對(duì)多光譜攝像裝置720獲取的不同波段的圖像的電信號(hào)進(jìn)行帶有權(quán)重的加減法處理，進(jìn)而可以得出人體皮下不同深度，或者不同組織的高對(duì)比度圖像。

有鑒于此，本發(fā)明的多光譜攝像裝置以及多光譜攝像系統(tǒng)通過多光譜攝像裝置的結(jié)構(gòu)將入射到多光譜攝像裝置的光線沿垂直基板方向和平行基板方向分離成多個(gè)不同波段的光線以同時(shí)獲得不同波段的圖像。同時(shí)獲得的不同波段的圖像在多光譜攝像系統(tǒng)的后續(xù)處理中不會(huì)出現(xiàn)位置偏移等誤差，減少針對(duì)這類誤差的圖像處理，提高不同波段的圖像處理速度。

以上對(duì)本發(fā)明的基本概念和具體的若干實(shí)施例進(jìn)行了描述。這里需要聲明的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。本發(fā)明也不局限于本發(fā)明中為了便于闡明基本概念所描述的醫(yī)學(xué)影像應(yīng)用，當(dāng)然也包括其他領(lǐng)域的應(yīng)用比如工業(yè)產(chǎn)品和環(huán)境檢測(cè)，個(gè)人身份判定，虛擬空間和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的游戲以及商業(yè)行為等。