集成微透镜光源的光电探测装置

1.本领域属于光电探测技术领域，本公开尤其涉及一种集成微透镜光源的光电探测装置。


背景技术：

2.微镜是一个典型的微机电器件，被广泛地应用于光谱仪、医学影像、光通信、3d扫描、图像显示、自适应光学等领域，可促进各光学系统微型化，是众多微光学系统的核心元件。
3.四象限光电探测器是利用光信号完成对被监测实体的测量，光源发出的光信号经过微镜(被监测实体)的反射，成为入射光信号被探测器捕捉。根据被监测实体位置发生的变化，探测器所接收到的光信号也将变化，从而监测到输出信号的变化。
4.光源的发散角大小直接影响由微镜(被监测实体)反射回探测器上光线的强度，从而影响探测器整体精度。
5.改变光源氧化孔的大小可以改变光源发射光线的发散角大小。为了尽可能的缩小光源的发散角，需要尽可能的制备小的氧化孔，但是现有技术中制备孔径很小的氧化孔的工艺繁琐，较难控制。
6.现有技术中的四象限光电探测器芯片中出射光线的发散角较大，不易于应用。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题之一，本公开提供一种集成微透镜光源的光电探测装置。
8.本公开的集成微透镜光源的光电探测装置通过以下技术方案实现。
9.本公开的集成微透镜光源的光电探测装置，包括：
10.光源，所述光源能够射出出射光线，所述光源射出的出射光线能够经被监测实体反射形成反射光线；以及，
11.光电探测器阵列，所述光电探测器阵列用于对所述反射光线进行探测；
12.其中，所述光源的光线出射面的形状为非球面的曲面形状。
13.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述光源包括发光部以及微透镜部，所述发光部与所述微透镜部具有接触面，所述接触面为平面。
14.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述发光部的形状为正方形形状或者圆形形状。
15.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述微透镜部的不与所述发光部接触的表面形成所述光源的光线出射面。
16.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述微透镜部对所述发光部产生的光线进行会聚。
17.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述微透镜部由光刻胶或者树脂制成。
18.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述微透镜部由负性光刻胶制成。
19.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述光电探测器阵列为四象限光电探测器阵列。
20.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述光电探测器阵列包括四个光电探测器，四个光电探测器设置在所述光源的四周，以使得所述光源处于所述光电探测器阵列的中心位置。
21.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述被监测实体为微镜。
22.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，还包括芯片本体，所述光源以及所述光电探测器阵列均形成在所述芯片本体上。
23.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述光源的出射光线的波长在650nm与850nm之间。
24.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述微透镜部包括第一表面以及第二表面，所述第一表面为圆形平面，所述第二表面为非球面的曲面。
25.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述微透镜部的所述第二表面为双曲面。
26.根据本公开的至少一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置，所述微透镜部的第一表面以及第二表面满足以下方程：
27.r2＝(n
2-1)2×
h2+2
×
[(n
2-1)
×f×
h]，
[0028]
其中，r为所述第一表面的半径，n2为微透镜部的材质的折射率，f为微透镜部的第二表面的曲面顶点至平行光线经由所述微透镜部出射之后的会聚点之间的距离，h为微透镜部的第二表面的曲面顶点至微透镜部的第一表面之间的距离。
附图说明
[0029]
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0030]
图1为本公开的一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置的结构示意图。
[0031]
图2是本公开的又一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置的结构示意图。
[0032]
图3是本公开的一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置的光源的侧面结构示意图。
[0033]
图4是本公开的一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置的光源的微透镜的结构示意图。
[0034]
附图标记说明
[0035]
10 光源
[0036]
20 光电探测器
[0037]
30 芯片本体
[0038]
100 光电探测装置
[0039]
101 发光部
[0040]
102 微透镜部。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
[0042]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
[0043]
除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
[0044]
在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
[0045]
当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
[0046]
为了描述性目的，本公开可使用诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“在
……
下”、“下”、“在
……
上方”、“上”、“在
……
之上”、“较高的”和“侧(例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。
[0047]
这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使
用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
[0048]
图1为本公开的一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置的结构示意图。图2是本公开的又一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置的结构示意图。图3是本公开的一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置的光源的侧面结构示意图。图4是本公开的一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置的光源的微透镜的结构示意图。
[0049]
下文结合图1至图4对本公开的集成微透镜光源的光电探测装置做详细说明。
[0050]
根据本公开的一个实施方式，集成微透镜光源的光电探测装置100包括：
[0051]
光源10，光源10能够射出出射光线，光源10射出的出射光线能够经被监测实体反射形成反射光线；以及，
[0052]
光电探测器阵列，光电探测器阵列用于反射光线进行探测；
[0053]
其中，光源10的光线出射面的形状为非球面的曲面形状。
[0054]
其中，光源10可以是发光二极管或者其他发光体，本公开对此不做特别限定。
[0055]
被监测实体可以是各种类型的被监测实体，被监测实体可以为微镜，被监测实体也可以是电热微镜。
[0056]
本实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置100通过将光源10的光线出射面的形状设置为非球面的曲面形状，能够大幅减小光源10的发散角，从而增强光电探测器阵列的响应率。
[0057]
根据本公开的又一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置100，包括：光源10，光源10能够射出出射光线，光源10射出的出射光线能够经被监测实体反射形成反射光线，光源10包括发光部101以及微透镜部102，发光部101与微透镜部102具有接触面，接触面为平面；光电探测器阵列，光电探测器阵列用于反射光线进行探测；其中，光源10的光线出射面的形状为非球面的曲面形状。
[0058]
本实施方式中，通过光源10的微透镜部102使得光源10的光线出射面为非球面的曲面形状。
[0059]
图1和图2均为本公开的集成微透镜光源的光电探测装置100的俯视图(即平面视图)，本公开的集成微透镜光源的光电探测装置100的光源10的发光部101的形状可以为正方形形状或者圆形形状。
[0060]
图3是本公开的一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置的光源的侧面结构示意图。
[0061]
如图3所示，对于上述各个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置100，光源10的微透镜部102的不与发光部101接触的表面形成光源10的光线出射面。
[0062]
对于上述各个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置100，光源10的微透镜部102对发光部101产生的光线进行会聚。
[0063]
对于上述各个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置100，光源10的微透镜部102优选地由光刻胶或者树脂制成。
[0064]
更优选地，集成微透镜光源的光电探测装置100的光源10的微透镜部102由负性光刻胶制成。
[0065]
根据本公开的优选实施方式，微透镜部102可以使用光刻技术在基底上制作光刻胶结构，再利用热回流工艺将光刻胶结构转变为微透镜部。
[0066]
优选地，使用负性光刻胶，通过飞秒激光扫描透镜的形貌区域，其他部分将在显影中被去掉，通过改变曝光时间、激光功率继而得到本公开的微透镜。
[0067]
为了提高光刻胶的粘附力以及确保微透镜的均匀性和牢固能力，应当设法去除发光部的表面油污和杂质等。
[0068]
根据本公开的优选实施方式，对于上述各个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置100，其中的光电探测器阵列为四象限光电探测器阵列。
[0069]
更优选地，集成微透镜光源的光电探测装置100的光电探测器阵列包括四个光电探测器20，四个光电探测器20设置在光源10的四周，以使得光源10处于光电探测器阵列的中心位置。
[0070]
当对例如电热微镜(待监测实体)进行监测时，电热微镜可以设置在例如图1中示出的集成微透镜光源的光电探测装置100的上方或者例如图2中示出的集成微透镜光源的光电探测装置100的上方。
[0071]
对于上述各个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置100，集成微透镜光源的光电探测装置100还包括芯片本体30，光源10以及光电探测器阵列均形成在芯片本体30上。
[0072]
对于上述各个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置100，集成微透镜光源的光电探测装置100的光源10的出射光线的波长优选地在650nm与850nm之间。
[0073]
对于上述各个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置100，光源10的微透镜部102包括第一表面以及第二表面，第一表面为圆形平面，第二表面为非球面的曲面。图4示出了本公开的一个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置100的光源10的微透镜部102的形状。
[0074]
根据本公开的优选实施方式，集成微透镜光源的光电探测装置100的光源10的微透镜部102的第二表面为双曲面。
[0075]
上述实施方式中，微透镜部102的第一表面即为与发光部101相接触的平面。
[0076]
发光部101可以是发光二极管。
[0077]
对于上述各个实施方式的集成微透镜光源的光电探测装置100，优选地，光源10的微透镜部102的第一表面以及第二表面满足以下方程：
[0078]
r2＝(n
2-1)2×
h2+2
×
[(n
2-1)
×f×
h]，
[0079]
其中，r为第一表面的半径，n2为微透镜部102的材质的折射率，f为微透镜部102的第二表面的曲面顶点至平行光线经由微透镜部102出射之后的会聚点之间的距离，h为微透镜部102的第二表面的曲面顶点至微透镜部102的第一表面之间的距离。
[0080]
本公开的集成微透镜光源的光电探测装置，直接在发光部(例如发光二极管)的表面制作集成微透镜部，具有很高的集成度和可靠性。
[0081]
本公开的集成微透镜光源的光电探测装置，利用微透镜对光源光线的聚焦功能，减小了光源的发散角，增加了光电探探测器的响应率。
[0082]
本公开的集成微透镜光源的光电探测装置，克服了现有技术中四象限光电探测器芯片中出射光线的发散角较大的技术问题，减小了现有技术中的四象限光电探测器芯片中
出射光线的发散角，提高了测量精度。
[0083]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
[0084]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0085]
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。