[发明专利]一种适用于焦平面探测器的微型混合抛物线型聚光器阵列

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测的技术领域，具体涉及一种适用于焦平面探测器的微型混合抛物线型聚光器阵列，其为可以提高探测器的灵敏度、信噪比等性能，促进探测器微小型化发展的聚光器阵列。

背景技术

当前焦平面探测器中的焦平面阵列(像元面)可分为两个部分：光敏面和死区。光敏面是焦平面阵列能够发生光电效应的区域，光敏面之间是死区，用于读出电路的设置，通过读出电路可将光敏面产生的电信号输出。由于读出电路设置的需要，导致了单元之间沟槽的最小间距只能做到光敏面的1/3左右。

光电探测器件中的重要指标之一是占空比η(填充因子)，它定义为探测器光敏面的面积(光敏面边长为b)与整个像元的面积(像元面边长为a)之比：

η＝b²/a²(1)

探测器工作时，照射到光敏面的光可以发生光电效应，用于电信号的产生与输出；照射到死区内的光不能发生光电效应，成为无用光而损失掉。因此，光能损失在焦平面阵列中是一个不容忽视的一个问题，能量的损失会严重影响焦平面的感光灵敏度、信噪比、探测率等性能。同时，军事及空间技术中对探测器小型化和微型化提出更加急迫的需求，探测器小型化意味着阵列单元尺寸进一步缩小，由于光能的损失势必使探测器性能进一步恶化。

在探测器的设计和制作过程中，制作较大光敏面存在困难，而光敏面之间也必须留有一定间隙以供电路走线等之用，因此通过增加光敏面的方法来增大探测器占空比是会受到限制的。探测器一旦形成,再用电子学方法提高探测能力的可能性很小。因此，我们只能通过提高光能利用率来增加探测器的响应率。

现有的技术是采用微透镜阵列，将入射光束聚焦到光敏面。然而，由于透镜是成像系统，当入射光束的张角较大时，会聚的光斑仍然会有一部分在光敏面之外的死区。因此，需要研究一种更有效的聚光器阵列，使在一定张角范围内的入射光都能有效地会聚到光敏面上，消除入射到死区中的光线造成的有害辐射，这样可以提高光能利用率，增强探测器的响应率，从而改善探测器的灵敏度、信噪比、探测率等性能，同时有利于探测器的微、小型化发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：焦平面探测器存在的占空比低、光能利用率低而导致的灵敏度低、信噪比低等缺点。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种适用于焦平面探测器的微型混合抛物线型聚光器阵列，包括微型混合抛物线型聚光器阵列、光敏面阵列和像元面阵列，在焦平面探测器的焦平面处、探测器的光敏面阵列前耦合一个微型混合抛物线型聚光器阵列(1)，入射光进入微型混合抛物线型聚光器阵列后，所有以最大接收角的边缘光在经过最多一次反射后就被导引到出射口的边缘，那么以中间角度入射的光都会被反射到出射口内，利用微型混合抛物线型聚光器阵列的这种聚光性能，使原本入射到微透镜阵列像元面上的辐射，有效地会聚到探测器的光敏面阵列光敏面上。

其中，光敏面和像元面的尺寸可以确定混合抛物线型聚光器的入口直径和出口直径分别为a和b，那么其最大接收角为：

本发明的原理是：对于混合抛物线型聚光器，当入口和出口直径确定后，其最大接收角便确定了，所有以最大角度入射的光(边缘光)在经过最多一次反射后就被导引到出射口的边缘，那么以中间角度入射的光都会被反射到出射口内。至此，可实现聚光的目的。利用混合抛物线型聚光器阵列可以将原本入射到整个像元面上的光全部汇聚到光敏面上，使入射到死区的光线几乎全部得到利用。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1、本发明采用的混合抛物线型聚光器相较于微透镜阵列而言，可以对较大张角的光束进行高效的聚光，死区不会出现杂散光。

2、本发明结构简单，在现有的工艺上容易实现。

附图说明

图1为一种适用于焦平面探测器的微型混合抛物线型聚光器阵列；

图2为混合抛物线型聚光器聚光到光敏面的原理示意图；

图3为适用于焦平面探测器的微透镜阵列；

图4为微透镜聚光到光敏面的原理示意图；

图5为混合抛物线型聚光器和微透镜的透光率-入射光束张角曲线图；

图6.1、6.2、6.3、6.4依次是入射光张角为0°、5°、15°、25°时混合抛物线型聚光器的出射光照度图；

图7.1、7.2、7.3、7.4依次是入射光张角为0°、5°、15°、25°时微透镜的出射光照度图；