光谱相机的探测器阵列

光谱相机的探测器阵列是其核心部件，负责将光信号转换为电信号，其性能直接影响成像质量。以下是主要技术要点：

一、探测器类型

‌CCD型探测器‌

特点：高量子效率、低噪声、线性响应好

适用：实验室高精度测量（如科研级光谱相机）

局限：读取速度较慢，易产生拖影

‌CMOS型探测器‌

特点：高速读取、低功耗、集成度高

适用：工业在线检测、无人机载系统

优势：支持ROI（感兴趣区域）读取，帧率可达1000fps以上

‌InGaAs探测器‌

工作波段：900-1700nm（短波红外）

应用：农业、矿物检测等近红外分析

制冷型：可降低暗电流，提高信噪比

二、阵列结构类型

‌面阵探测器‌

典型配置：1024×1024像素

工作模式：通过滤光片轮或LCTF实现多光谱采集

优势：空间分辨率高，适合静态场景

‌线阵探测器‌

典型配置：2048×1像素（推扫式）

工作模式：配合扫描运动获取空间信息

优势：光谱通道数多（可达数百个）

‌特殊结构阵列‌

四象限探测器：用于快速定位

楔形线列阵：用于傅里叶变换光谱仪

微透镜阵列：提高光能利用率

三、关键性能参数

‌量子效率‌

可见光波段：>80%（背照式CMOS）

近红外波段：60-70%（InGaAs）

‌动态范围‌

科学级：16bit（65536:1）

工业级：12bit（4096:1）

‌读出噪声‌

低温CCD：<3e-

全局快门CMOS：5-10e-

‌像元尺寸‌

大像元：5.5μm×5.5μm（高灵敏度）

小像元：1.67μm×1.67μm（高空间分辨率）

四、前沿技术发展

‌堆叠式背照技术‌

将光电二极管置于电路层上方

量子效率提升至95%以上

‌事件驱动型传感器‌

仅记录光强变化像素

降低数据量，提升帧率

‌量子点增强型‌

扩展光谱响应范围

实现紫外-可见-红外的宽谱探测

‌片上集成光谱仪‌

将滤光片直接集成在探测器表面

典型产品：IMEC的snapshot高光谱传感器

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