[发明专利]基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外成像聚能领域，特别是涉及基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列及其制作方法。

背景技术

红外成像技术在民用和军用领域都有非常广泛的应用，一直是军事领域不可替代的实用技术之一，如用于远距离警戒系统以及武器瞄准系统、单兵便携式夜视仪、头盔夜视仪以及红外搜索与跟踪系统等，而IRFPA(infrared focal plane array，红外焦平面阵列)的设计又是红外成像系统中的最为核心的一项技术。IRFPA的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在红外焦平面的这些感光元件上，包括IRFPA的探测器将接受到的光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。

目前已经研制出来的IRFPA的感光元件的光敏吸收区范围比较小，见图1，图中是IRFPA的一个感光元件示意图，感光元件101的光敏吸收区102只占感光元件面积的40％左右，入射光103的40％左右被感光元件吸收利用，另外60％左右的入射光不能被感光元件利用，这部分被浪费的光线称为“死光”。红外焦平面阵列的填充因子是被红外焦平面阵列有效利用的光线占入射光的比例，现有红外焦平面阵列的填充因子约为40％。随着红外焦平面阵列的进一步研究，光敏吸收区在焦平面中的面积比例会越来越小，所以如何收集那些不能被利用的“死光”，提高IRFPA的填充因子是一个急需解决的问题。微透镜阵列与IRFPA的单片集成，正是解决这一问题的最佳办法。在红外探测器及红外焦平面阵列上单片正向集成聚能微透镜，是红外探测器和红外焦平面阵列器件微型化的发展趋势。图2是在感光元件正向集成聚能微透镜的原理示意图，入射光103照射到感光元件101前先被在感光元件上方集成的聚能微透镜104折射，使入射光聚集到感光元件的光敏吸收区102上。聚能微透镜的集成使不能被利用的“死光”聚集到光敏吸收区，理论上可以使感光元件的填充因子达到100％。

在目前的聚能微透镜阵列的研制中采用“光刻胶热熔融——刻蚀转移”法制作聚能微透镜阵列，其制作过程是先熔融光刻胶，形成以光刻胶为材料的阵列，然后再用氩离子等刻蚀转移光刻胶图形到硅衬底上，最终得到以硅为材料的微透镜阵列，如图3所示，聚能微透镜阵列中包括多个微透镜单元201(虚线框中所示)，这样的聚能微镜单元中的透镜包括中部可以汇聚光线的凸透镜202和边缘不能汇聚入射光线的平面形透镜203。现有技术存在的问题是，采用该方法制作的微透镜单元中存在边缘不能聚集入射光的平面透镜，入射到微透镜单元的平面透镜处的光线不能被折射到光敏元件的光敏吸收区而被浪费，这种方法获得的微透镜阵列与其他器件如CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)、FPA(focal plane array，焦平面阵列)等探测器集成时，不能充分聚集入射光能到器件的光敏吸收区，填充因子最大为78.5％，与理论填充因子最大为100％相差较远。

发明内容

本发明提供一种基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，能够提高正向集成有微透镜阵列的红外焦平面阵列的填充因子。

为解决上述问题，本发明提供一种基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，包括位于基底的多个聚能微镜单元，

所述的聚能微镜单元包括通孔和微透镜，其中，

所述通孔的上端口不小于下端口，上端口与下端口之间为通孔的侧壁；

所述微透镜覆盖在所述通孔的上端口；

其中，至少一个聚能微镜单元中包括微反射镜，

微反射镜覆盖在所述通孔的侧壁，所述微反射镜将通过微透镜入射在微反射镜上的光线反射到通孔的下端口；

所述包括微反射镜的聚能微镜单元的通孔上端口大于下端口；

所述聚能微镜单元中通孔下端口与红外焦平面阵列的光敏吸收区对应。

优选地，多个所述聚能微镜单元中通孔的上端口紧密排列组成无空隙的平面。

优选地，所述聚能微镜单元中通孔的上端口为平行四边形、正方形或正六边形。

优选地，所述的聚能微镜单元中都包括微反射镜。

其中，所述聚能微镜单元中通孔的下端口与上端口形状相同，通孔的侧壁包括多个平面。

其中，所述聚能微镜单元中通孔的下端口为圆形，通孔的内侧壁为曲面。

其中，所述的聚能微镜单元中的微透镜包括中部能够汇聚入射光的微透镜和边缘不能汇聚入射光的微透镜。

其中，所述的聚能微镜单元除第一通孔和第一微透镜外还包括位于基底中的第二通孔和第二微透镜，其中，