CN208705505U - 一种集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜，包括：聚光单元阵列；所述聚光单元阵列下方设置有周期性立体微结构阵列，周期性立体微结构用于过滤特定波长范围的光；所述聚光单元阵列与所述周期性立体微结构阵列集成在同一基底中；本实用新型的集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜微透镜中聚光单元和周期性微立体结构为一体式结构，集成有聚光及过滤功能；本实用新型的微透镜简化了后续窄带滤波器后端工艺，降低了微透镜与窄带滤波器对准难度，提升了生产效率；并且能过滤特定波长范围的光，有利于增强窄带滤波器成像效果，便于实现窄带滤波器的小型化及便携化。
Description
技术领域
本实用新型属于窄带滤波器领域，尤其涉及一种集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜。
背景技术
窄带滤波器被广泛应用于数码相机、移动手机、医疗器械等场合。窄带滤波器制作工艺分为前端工艺和后端工艺。前端工艺主要包括制作窄带滤波器芯片，后端制作工艺包括将彩色滤光片阵列制作在传感器芯片，然后将微透镜阵列制作在彩色滤光片阵列上，制作微透镜的目的是可以汇集更多的光感光元器件中，以提高像素的感光灵敏度。
现有窄带滤波器后端工艺复杂，同时需要经过两次对准，即：彩色滤光片与窄带滤波器芯片中的光敏单元对准以及微透镜阵列与彩色滤光片对准，对准不容易实现，从而影响成像效果；同时由于彩色滤光片一般只能通过红绿蓝三种颜色的光，导致窄带滤波器只能提取红绿蓝三色可见波段的信息，从而严重影响窄带滤波器的成像效果。
实用新型内容
本实用新型目的是为了克服现有技术的不足而提供一种集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜，从而简化了窄带滤波器后端工艺，同时提供的微透镜为聚光和滤光一体式结构，不需要额外的滤光片，并且还能过滤特定波长范围的光，有利于增强窄带滤波器成像效果。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜，包括：聚光单元阵列；所述聚光单元阵列下方设置有周期性立体微结构阵列，周期性立体微结构用于过滤特定波长范围的光；所述聚光单元阵列与所述周期性立体微结构阵列集成在同一基底中。
进一步的，所述周期性立体微结构的材料为半导体。
进一步的，所述周期性立体微结构阵列包括多个周期性排列的像元阵列，每个像元阵列包含多个周期性排列的像元单元，每个像元单元包括多个周期性排列的像元。
进一步的，所述同一像元单元内的像元具有相同的几何参数，所述几何参数包括但不限于长度/半径以及纵/横截面形状。
进一步的，所述同一像元阵列内不同像元单元之间的像元具有不同的几何参数。
进一步的，所述像元包括但不限于：纳米圆柱、纳米盘、纳米锥、纳米线。
进一步的，所述像元深宽比优选为10:1。
进一步的，所述聚光单元阵列中单个聚光单元的形状包括但不限于正方形、圆形、六边形。
进一步的，所述基底为聚合物，所述周期性立体微结构嵌入在所述聚合物中。
进一步的，所述聚合物是聚二甲基硅氧烷。
由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
（1）聚光单元和周期性微立体结构为一体式结构，集成有聚光及过滤功能。
（2）简化了后续窄带滤波器后端工艺，降低了集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜与窄带滤波器对准难度，提升了生产效率。
（3）同时可以过滤特定波长范围的光，有利于增强窄带滤波器成像效果。
（4）便于实现窄带滤波器的小型化及便携化。
附图说明
下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：
附图1为本实用新型中实施例二的结构示意图；
其中：1、聚光单元阵列；2、周期性微立体结构阵列；3、基底。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
参阅附图1，本实用新型所述的一种集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜，包括聚光单元阵列1和周期性微立体结构阵列2，所述聚光单元阵列1下方设置有周期性立体微结构阵列2，周期性立体微结构用于过滤特定波长范围的光；所述聚光单元阵列1与所述周期性立体微结构阵列2为一体式结构，集成在同一基底3中。
具体的，入射光照射微透镜表面后，经过聚光单元汇聚后照射到微立体结构上，微立体结构可以为纳米圆柱、纳米盘、纳米锥、纳米线组成的不同周期性排列的阵列，光照射在不同的微立体结构上会产生不同的物理作用；周期性立体微结构的材料可以半导体材料、聚合物材料、无机材料或金属材料等，其中不同的半导体材料可以对不同波长区段的光谱探测，同时微立体结构的几何参数也会影响对光的吸收特性。
周期性微立体结构阵列对入射光具有选择性过滤功能，可以通过改变材料及几何参数，如纳米线的宽度，深度及截面形状，从而可以调节吸收的光的波长。
实施例一：
周期性微立体结构阵列为硅纳米线阵列，通过调节纳米线的周期及几何参数，从而可以过滤可见光范围内的波长，当应用于紫外光检测的窄波滤光器时，由于硅纳米线可以将可见光范围内的入射光都过滤掉，从而可以直接增强了入射到窄带滤波器芯片上的紫外光信息，从而显著提高紫外光检测灵敏度。
同时周期性微立体结构阵列直接集成在微透镜上，简化了工艺，降低了微透镜与窄带滤波器对准难度；另一方面，现有技术中，过滤不同波长需要使用不同的滤光片，导致工艺复杂的同时也会使窄带滤波器体积庞大，使用复杂，本实施例一中只需要改变周期性微立体结构阵列的周期及几何参数就可以实现，因此便于实现窄带滤波器的小型化及便携化。
实施例二：
本实施例中，微透镜中的基底材料为聚合物，聚合物可以为PDMS；微透镜的具体制作方法：先在硅片上制备周期性微立体结构，然后将PDMS涂覆在硅片上，待PDMS干燥后将硅片上的微立体结构转移到PDMS上，然后在PDMS上再制备聚光单元阵列，此时微立体结构嵌入到PDMS中。
实施例三：
在本实施例中，微透镜中的基底材料为石英，在石英正面制造聚光单元阵列，在石英背面沉积一层半导体层后再制作周期性微立体结构，然后石英背面涂覆一层PDMS用于保护周期性微立体结构。
进一步的，本实用新型还提供了一种窄带滤波器，包括上述的集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜及窄带滤波器芯片，所述窄带滤波器芯片包括光敏单元阵列，光敏单元阵列设置在周期性立体微结构下方。
具体的制作方法如下：在制备好的窄带滤波器上涂覆一层光学胶，然后将微透镜粘贴在窄带滤波器上。现有技术的窄带滤波器中，入射光经过微透镜、滤光片最终照射到光敏单元上，微透镜、滤光片以及光敏单元的对准精度会直接影响到检测精度，二次对准工艺复杂，容易出现对准问题。本实用新型微透镜中聚光单元和周期性微立体结构为一体式结构，集成有聚光及过滤功能，同时与光敏单元只需经过一次对准，工艺上简单方便容易实现。
以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。
Claims (9)
1.一种集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜，其特征在于，包括：聚光单元阵列；所述聚光单元阵列下方设置有周期性立体微结构阵列，周期性立体微结构用于过滤特定波长范围的光；所述聚光单元阵列与所述周期性立体微结构阵列为一体式结构，集成在同一基底中。
2.根据权利要求1所述的集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜，其特征在于：所述周期性立体微结构阵列包括多个周期性排列的像元阵列，每个像元阵列包含多个周期性排列的像元单元，每个像元单元包括多个周期性排列的像元。
3.根据权利要求2所述的集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜，其特征在于：所述同一像元单元内的像元具有相同的几何参数，所述几何参数包括但不限于长度/半径以及纵/横截面形状。
4.根据权利要求2所述的集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜,其特征在于：所述同一像元阵列内不同像元单元之间的像元具有不同的几何参数。
5.根据权利要求2所述的集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜,其特征在于：所述像元包括但不限于：纳米圆柱、纳米盘、纳米锥、纳米线。
6.根据权利要求2所述的集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜,其特征在于：所述像元深宽比优选为10:1。
7.根据权利要求1所述的集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜,其特征在于：所述聚光单元阵列中单个聚光单元的形状包括但不限于正方形、圆形、六边形。
8.根据权利要求1所述的集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜,其特征在于：所述基底为聚合物，所述周期性立体微结构嵌入在所述聚合物中。
9.根据权利要求8所述的集成有聚光和滤光功能的一体式微透镜,其特征在于：所述聚合物是聚二甲基硅氧烷。
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