[发明专利]一种减少信号串扰的微透镜

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种用于电荷耦合元件CCD成像系统的微透镜，特别涉及一种能够减少信号串扰的微透镜。

背景技术

在电荷耦合元件CCD（以下简称为CCD）成像系统中，通常包括透镜和CCD两大部分。透镜将外界光影像透射到CCD上，使得CCD上的光敏物质发生变化，从而将光学信号转换为电信号，将图像像素转换成数字信号。通常，将CCD上能够感知光学信号并将其转换为电信号的部分称之为光敏像元或像素，光敏像元之间的竖向间隔部份被称之为沟阻。在CCD上有许许多多排列整齐的像元，能感应光线，并将光影像转变成数字信号。通常，单位面积CCD上包含的像元数量越多，其提供的画面分辨率也就越高。为获取较高的画面分辨率，单位面积CCD上包含的像元数量越来越多，即像元面积越来越小。通常，将面积较小的像元称之为小像元。

对于小像元CCD来说，由光学串扰引起的调制传递函数MTF（以下简称为MTF）损失一直是影响器件性能的重要因素。对于面阵CCD，由于波长为700－1100nm的长波可见光穿透深度较深（一般4.5－582μm），像元边缘区域的长波光线容易穿透到邻近的像元，在邻近像元产生信号电子，从而引起信号串扰，影响器件的MTF。另外，现有技术微透镜一般采用凸透镜，凸透镜可以将短波光线会聚在光敏区下一定深度内，对于波长大于700nm的长波可见光，由于穿透深度较深，光线会聚后又被发散，发散的光线在邻近像元产生信号电子，也会产生信号串扰，影响器件的MTF。

发明内容

为克服现有技术小像元电荷耦合元件CCD系统中的凸透镜对于波长大于700nm的长波可见光会聚后又被发散并在邻近像元产生信号电子从而引起信号串扰的问题，本发明一种减少信号串扰的微透镜。本发明减少信号串扰的微透镜采用凹凸结合的光学结构，其中，在像元的中间部分采用小曲率凸透镜，在像元的边缘部分采用大曲率凹透镜；所述小曲率凸透镜是指使得焦距大于4.5μm的曲率半径；所述大曲率凹透镜是指曲率半径小于沟阻宽度1/2的凹透镜。

本发明减少信号串扰的微透镜的有益技术效果是在像元的中间部分采用小曲率凸透镜可以将光线会聚在像元下面较深的位置减少长波可见光发生光学串扰的机率，在像元的边缘部分采用大曲率凹透镜能够更好的将光线发散到各独立像元，同时也可以降低斜入射的光线产生光学串扰的概率，降低元电荷耦合元件CCD产生串扰的机率，从而改善调制传递函数MTF。

附图说明

附图1为电荷耦合元件CCD的结构示意图；

附图2为长波可见光穿透像元边缘的示意图；

附图3为凸透镜光线会聚后又被发散的示意图；

附图4为本发明减少信号串扰的微透镜的结构示意图。

下面结合附图及具体实施例对本发明减少信号串扰的微透镜做进一步说明。

具体实施方式

附图1为电荷耦合元件CCD的结构示意图，图中，1为像元，2为沟阻。由图可知，在电荷耦合元件CCD成像系统中，通常包括透镜和CCD两大部分。透镜将外界光影像透射到CCD上，使得CCD上的光敏物质发生变化，从而将光学信号转换为电信号，将图像像素转换成数字信号。通常，将CCD上能够感知光学信号并将其转换为电信号的部分称之为光敏像元或像素，光敏像元之间的横向间隔部份被称之为沟阻。在面阵CCD上有许许多多排列整齐的像元，能感应光线，并将光影像转变成数字信号。通常，单位面积CCD上包含的像元数量越多，其提供的画面分辨率也就越高。为获取较高的画面分辨率，单位面积CCD上包含的像元数量越来越多，即像元面积越来越小。通常，将面积较小的像元称之为小像元。

附图2为长波可见光穿透像元边缘的示意图，图中，1为像元，2为沟阻。由图可知，对于小像元CCD来说，由光学串扰引起的调制传递函数MTF损失一直是影响器件性能的重要因素。对于像元结构为像元和沟阻组成的阵列CCD，由于波长为700－1100nm的长波可见光穿透深度较深（一般4.5－582μm），像元边缘区域的长波光线容易穿透沟阻到邻近的像元，在邻近像元产生信号电子，从而引起信号串扰，影响器件的MTF。

附图3为凸透镜光线会聚后又被发散的示意图，图中，1为像元，2为沟阻，3为凸透镜。由图可知，现有技术微透镜一般采用凸透镜，凸透镜可以将短波光线会聚在光敏区下一定深度内，对于波长大于700nm的长波可见光，由于穿透深度较深，光线会聚后又被发散，发散的光线在邻近像元产生信号电子，也会产生信号串扰，影响器件的MTF。