阅读说明：本技术 微透镜及滤光片阵列的一体化集成光学元件及制作方法 (Integrated optical element of micro lens and optical filter array and manufacturing method ) 是由 赵嘉学 贺瑛攀 梁志清 刘子骥 郑兴 蒋亚东 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了微透镜及滤光片阵列的一体化集成光学元件,包括依次设置的微透镜阵列、玻璃基板和滤光片阵列,微透镜阵列中的微透镜与滤光片阵列中的滤光片一一对应布置,微透镜阵列、玻璃基板和滤光片阵列一体成型。本发明光学元件微透镜阵列和滤光片阵列直接一体成型的制备方式,不需要粘接,避免了因粘接造成的元件的损伤,并且不需要粘接对准这一工艺要求,让微透镜阵列和滤光片阵列直接一体成型,能省略现有技术中基板对准这一工艺步骤,提高了制备效率。(The invention discloses an integrated optical element of a micro lens and an optical filter array, which comprises the micro lens array, a glass substrate and the optical filter array which are sequentially arranged, wherein micro lenses in the micro lens array and optical filters in the optical filter array are correspondingly arranged one by one, and the micro lens array, the glass substrate and the optical filter array are integrally formed. The preparation method for directly and integrally forming the optical element micro lens array and the optical filter array does not need to be bonded, avoids the damage of elements caused by bonding, does not need the process requirement of bonding and aligning, enables the micro lens array and the optical filter array to be directly and integrally formed, can omit the process step of aligning a substrate in the prior art, and improves the preparation efficiency.)

微透镜及滤光片阵列的一体化集成光学元件及制作方法

技术领域

本发明涉及光学元件技术领域，具体涉及一种微透镜及滤光片阵列的一体化集成光学元件及制作方法。

背景技术

多通道滤光微透镜阵列是光电探测领域的重要元件之一，微透镜阵列将视场中接收到的信号光会聚到滤光片阵列上，滤光片阵列使得需要探测的波段的信号光通过，从而使探测单元获得有用的信息。

现有技术中，微透镜阵列与滤光片阵列一般是在两个基板上分开制备，再通过粘接成一体，组成多通道滤光微透镜阵列。但是，将两个基板粘接会对元件产生损伤，影响光学参数。并且，粘接需要使两基板精确对准，对加工工艺的要求比较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中微透镜阵列及滤光片阵列粘接成的光学元件对加工工艺要求高，且粘接易对元件产生损伤，影响光学参数，目的在于提供一种微透镜及滤光片阵列的一体化集成光学元件及制作方法，解决微透镜及滤光片阵列粘接造成的元件损伤和加工难的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

微透镜及滤光片阵列的一体化集成光学元件，包括依次设置的微透镜阵列、玻璃基板和滤光片阵列，所述微透镜阵列中的微透镜与所述滤光片阵列中的滤光片一一对应布置，所述微透镜阵列、玻璃基板和滤光片阵列一体成型。

本发明中微透镜阵列及滤光片阵列直接一体化成型，避免了现有技术中因粘结造成的元件损伤，影响光学参数，且一体成型的设计对加工工艺的难度要求也降低了许多。

进一步的，所述滤光片阵列由多个滤光片单元组成，所述滤光片单元包括呈阵列分布的四个滤光片，所述滤光片单元按波段由短到长依次包括第三波段滤光片、第二波段滤光片、第一波段滤光片和第四波段滤光片。

微透镜阵列对光信号的会聚，玻璃基板用于将光信号传输到与其对应的滤波片上，滤光片阵列用于对会聚的光信号进行分波段滤光。

进一步的，所述第一波段滤光片和所述第三波段滤光片对角布置，所述第二波段滤光片和所述第四波段滤光片对角布置。滤波通道相邻的滤光片之间对角布置。

使滤波通道相邻的滤波片分隔，能减小相邻滤波片之间的干扰。

进一步的，所述第一波段滤光片位于所述滤光片单元的左上角，所述第二波段滤光片位于所述滤光片单元的右上角，所述第三波段滤光片位于所述滤光片单元的左下角，所述第四波段滤光片位于所述滤光片单元的右下角。

进一步的，所述第一波段滤光片通道为650-750nm，所述第二波段滤光片通道为500-540nm，所述第三波段滤光片通道为460-490nm，所述第四波段滤光片通道为900-1150nm。

进一步的，所述滤光片之间以及所述滤光片阵列四周设置有光吸收器。光吸收器可以吸收滤光片底部的反射光，降低滤光片之间的干扰。

进一步的，所述光吸收器为金属薄膜。

本发明的另一种实现方式，微透镜及滤光片阵列的一体化集成光学元件制作方法，包括以下步骤：S1：标记玻璃基板的正面和反面；S2：在所述玻璃基板的反面制备滤光片阵列，且滤波通道相邻的滤光片之间对角布置；S3：在所述玻璃基板正面标记所述滤光片在所述玻璃基板上的对应位置；在所述滤光片阵列四周以及滤光片之间制备光吸收器；S4：根据所述玻璃基板正面标记，在所述玻璃基板的正面制备微透镜阵列。

在玻璃基板的正面和反面直接制备微透镜阵列和滤光片阵列，从而避免了对对准精度的要求以及粘结造成的元件损失。

进一步的，采用镀膜工艺制备所述滤光片，采用微蚀刻工艺制备所述微透镜。

进一步的，所述光吸收器为金属薄膜。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明光学元件微透镜阵列和滤光片阵列直接一体成型的制备方式，不需要粘接，避免了因粘接造成的元件的损伤，并且不需要粘接对准这一工艺要求，让微透镜阵列和滤光片阵列直接一体成型，能省略现有技术中基板对准这一工艺步骤，提高了制备效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为一个元件单元剖面图；

图2为滤光片阵列示意图；

图3为一个滤光单元的示意图；

图4为微透镜阵列示意图；

图5为一个微透镜单元的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-微透镜，2-玻璃基板，3-滤光片，4-光吸收器，10-微透镜单元，30-滤光单元，301-第一波段滤光片，302-第二波段滤光片，303-第三波段滤光片，304-第四波段滤光片，101-与第一波段滤光片对应的微透镜，102-与第二波段滤光片对应的微透镜，103-与第三波段滤光片对应的微透镜，104-与第四波段滤光片对应的微透镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

本实施例是一种通过在一块玻璃上，反面设计滤光片阵列，正面一一对应设计微透镜阵列，制备成的一体化光学元件。其不需要粘接，不会产生粘接造成的元件损伤，也能省略基板对准这一工艺步骤，提高制备效率。

一种微透镜及滤光片阵列的一体化光学元件包括微透镜阵列、滤光片阵列和光吸收器。滤光片阵列由多个滤光片单元组成，每一个滤光片单元由2×2矩阵分布的四种不同波段的滤光片组成，滤光片单元的左上部分的滤波波段为650nm至750nm，滤光片单元的右上部分的滤波波段为500nm至540nm，滤光片单元的左下部分的滤波波段为460nm至490nm，滤光片单元的右下部分的滤波波段为900nm至1150nm。

每一个滤光片之间都间隔一定的距离，在滤光片之间的间隙处有光吸收器，用来吸收滤光片底部的反射光，降低滤光片之间的干扰。

如图1所示，本实施例的一种微透镜及滤光片阵列的一体化光学元件包括微透镜阵列1、玻璃基板2、滤光片阵列3和光吸收器4。其中，微透镜阵列1和玻璃基板2用于对光信号的会聚和将光信号传输到与其对应的滤波片上，滤光片阵列3用于对会聚的光信号进行分波段滤光，光吸收器4用于吸收滤光片底部反射的光，降低相邻滤光片之间的干扰。

如图2所示，将玻璃基板的一面标记为反面，在玻璃基板的反面上制备滤光片阵列和光吸收器。以一个滤波片为周期，反面上每制备一个滤波片，就在玻璃基板的正面对应标记一个标号，再逐步制备下一个滤波片。

如图3所示，以滤波片单元30为例，滤波片单元30包括4个不同通道滤波片：滤波片301、滤波片302、滤波片303、滤波片304和光吸收器4。滤波片301为第一波段滤波片，通道为650nm至700nm，滤波片302为第二波段滤波片，通道为500nm至540nm，滤波片303为第三波段滤波片，通道为460nm至490nm，滤波片304为第四波段滤波片，通道为900nm至1150nm。将滤波片301与滤波片304、滤波片302与滤波片303成对角制备，使滤波通道相邻的滤波片分隔，能减小相邻滤波片之间的干扰。

滤波片单元30的制备步骤为：首先制备滤波片301，滤波片301制备完成后，在玻璃基板正面的对应位置进行标记；再按顺序制备滤波片302、滤波片303、滤波片304，每一个滤波片制备完成后，都在玻璃基板正面的对应位置进行标记。其余的滤波片单元的制备与滤波片单元30的一样，当玻璃基板反面上的滤波片都制备完成后，再在滤波片的间隙处制备具有介质-金属薄膜结构的光吸收器。

如图4和图5所示，当玻璃基板反面上的滤波片阵列和光吸收器制备完成后，在玻璃基板正面的标记处一一对应的制备微透镜阵列。以微透镜单元10为例，微透镜单元10是与上述滤波片单元30对应的，微透镜101对应滤波片301，微透镜102对应滤波片302，微透镜103对应滤波片303，微透镜104对应滤波片304。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。