[发明专利]具有多功能窗口的全天时成像探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及具有多功能窗口的全天时成像探测器及其制备方法，该装置包括包括多功能窗口和探测部分，多功能窗口包括微透镜阵列、窗口本体和滤光片阵列；所述微透镜阵列集成在窗口本体的上表面，每个微透镜单元顶面均为球冠结构，球冠的俯视投影为正方形，相邻微透镜单元球冠俯视投影的正方形相接；所述滤光片阵列镀制在窗口本体的下表面；所述滤光片阵列包括四种滤光片，分别为三种单色可见光结合红外波段的带通滤光片和一种红外滤光片；所述探测部分由像素单元阵列构成，每个像素单元包括四种亚像素单元，四种亚像素单元与四种滤光片一一正对；本发明还介绍了微透镜阵列的制备方法、探测器的探测方法。本发明装置可以实现全天时探测。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种具有多功能窗口的全天时成像探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器是由辐射引起被照射材料电导率发生改变而进行探测。光电探测器具有广泛用途，在可见光或近红外波段主要用于成像和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于红外热成像、红外遥感等方面。

传统光电探测器由分立的窗口、微透镜阵列、滤光片阵列和像素单元阵列组成，需要分别装配构成探测器。窗口是为探测器透进光波，隔绝空气进行真空封装而设计的。窗口下方的微透镜阵列可透所探测光波波段，微透镜阵列下方是不同的滤光片组成的阵列，滤波片阵列下方是位于基底上的像素单元阵列，由像素单元阵列对入射光波进行探测。每个像素单元又由多种亚像素单元分区域组合构成。现有的可见光探测器的像素单元由可探测红光（R）、绿光（G）、蓝光（B）的3个亚像素单元组成，分别称为红光（R）亚像素单元，绿光（G）亚像素单元，蓝光（B）亚像素单元，各亚像素单元上方的滤光片对入射光波进行滤波，分别选择性透过红光、绿光、蓝光，分别称为红光滤光片（R）、绿光滤光片（G）、蓝光滤光片（B）。三种滤光片在三种亚像素单元上方对应排布，上下对正。在滤光片的上方还设置有微透镜阵列，将入射的光线汇聚。三种滤光片的阵列位于像素单元阵列的正上方，红光滤光片（R）正对红光（R）亚像素单元，绿光滤光片（G）正对绿光（G）亚像素单元，蓝光滤光片（B）正对蓝光（B）亚像素单元。相应地，每个微透镜正对着下方的亚像素单元。通过设计红光（R）、绿光（G）、蓝光（B）亚像素单元不同的排列组合形式，实现可见光波段的彩色探测成像。亚像素单元对入射光波进行光电转换，进行探测，选用可见光或红外的探测材料制作敏感层，由敏感层确定了亚像素单元的工作波段。常见的光电探测器件是可见光成像或者单波段的红外器件，窗口、微透镜阵列及滤光片只能单波段透过，其波段覆盖范围窄，不能实现昼夜兼用。窗口、微透镜阵列及滤光片是分立器件，集成度低。

为了解决全天时光电探测的问题，现有的可见光-红外成像探测器，白天工作的可见光成像系统与夜间工作的红外成像系统一般是分开的，在两条光路中对可见光和红外进行独立探测成像，其窗口只能工作于可见或红外单一波段，然后通过计算机采用图像配准与融合的方法将可见光图像和红外图像进行合成。这种方式会导致成像系统体积大、重量重、功耗高，限制了应用范围，因此未能满足对体积小、重量轻、功耗低的单芯片、全天时成像探测器的需求。用于全天时成像器件的探测器窗口要同时满足白天可见光彩色成像及夜间红外成像的要求，将窗口、微透镜阵列、滤波片阵列进行集成，减小其占用空间，缩短安装步骤，简化安装工艺。

其中意法半导体公司于2015年申请的专利CN201510609809中提出了一种利用IR亚像素单元探测信号分别校正R、G、B亚像素单元探测信号的方法，如图1所示，透过R、G、B滤光片的光线中含有部分杂光IR，通过校正这一部分的杂光，从而得到尽可能纯的R、G、B亚像素单元探测信号，但是窗口、微透镜阵列及滤光片是分立器件，没有集成；由于透过滤光片的光谱范围在红外波段只到1.1μm，未能覆盖近红外、短波红外、中波红外及长波红外。因此使用该发明中滤光片的探测器只能在白天工作，不能实现全天时探测。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多功能窗口的全天时成像探测器及其制备方法，将窗口、微透镜阵列、滤波片阵列进行集成，解决现有技术中探测器只能在白天工作，不能实现全天时探测的问题。