单片集成式滤光片器件及其制造设备系统的制作方法

本申请涉及光学元件，尤其是一种单片集成式滤光片器件及其制造设备系统。

背景技术：

1、常规的集成滤光片通常采用组合刻蚀法和拼接法形成，组合刻蚀法采用半导体刻蚀配合真空镀膜工艺，通过改变滤光片间隔层的厚度来形成中心波长不同的滤光片；拼接法是在不同的基板上分别镀制各个通道的滤光片，将其切割成特定的尺寸大小的滤光片，再滤光片胶合在一个载体基板上得到集成滤光片；这些集成滤光片依赖于在基片上的刻蚀和镀膜形成，生产效率低，且精确度不足。

2、单片集成式的滤光片阵列是便携式高光谱检测设备的关键元件，基于fabry-perot（中文翻译为法布里-珀罗）式的滤光片具有高品质因数的优点；fabry-perot式是通过中间干涉层及其上下两个表面形成干涉，实现光谱滤光，改变不同的干涉层厚度可调整共振波长。

3、目前，基于fabry-perot式的滤光片，其结构通常是通过光刻设备在衬底上加工出不同干涉层厚度的像素块，从而得到合适不同参数的滤光片器件。如上述结构的单片集成式滤光片器件，其结构比较难以加工，导致产品成本较高，而且需要采用光刻设备来制备，不利于大规模生产，还有就是不同点位的干涉层厚度精度难以控制，难以满足高光谱精准探测的需求。

技术实现思路

1、本申请的目的旨在解决上述的技术缺陷之一，提供一种单片集成式滤光片器件及其制造设备系统，以降低单片集成式滤光片器件的制造成本，提升高光谱探测的精准度。

2、一种单片集成式滤光片器件，包括：透明基底，以及设于透明基底上的微镜片阵列；

3、所述透明基底设计为单片集成滤光片结构；

4、所述微镜片阵列包括多个排列在所述透明基底上的微镜片，每个微镜片对应于滤光片上的数据点的像素块，包括硬质透明衬底以及沉积在硬质透明衬底上的多层膜系，多层膜系构成fabry-perot谐振腔；

5、所述微镜片阵列中的微镜片按照预设的数据点排列信息所对应的透射峰值波长进行排列；

6、所述微镜片阵列的硬质透明衬底一侧固定拼装在透明基底上，形成单片集成式滤光片阵列。

7、在一个实施例中，所述多层膜系通过薄膜沉积方式形成；所述多层膜系包括对应于不同透射峰值波长λ1、λ2，…、λn的多层膜系。

8、在一个实施例中，所述多层膜系包括底层反射层、干涉层和顶层反射层；

9、其中，所述干涉层具有与不同透射峰值波长相匹配的厚度值。

10、在一个实施例中，所述微镜片是由对应于不同透射峰值波长λ1、λ2，…、λn的分立滤光片切割得到；

11、其中，所述分立滤光片是在硬质透明衬底上通过薄膜沉积多层膜系形成。

12、在一个实施例中，所述透明基底包括多个拼装的透明子基底：其中，每个透明子基底上放置有多个微镜片，各个微镜片按照滤光片阵列上各个数据点的透射峰值波长编码信息排列。

13、在一个实施例中，所述微镜片的长度l与高光谱检测设备的像素周期d成倍数关系，且长度l误差小于像素周期d的1/10，所述单片集成式滤光片阵列的总长度和总宽度的误差小于的1/5d。

14、在一个实施例中，所述多层膜系的干涉层采用sio2材料或者无损耗的金属氧化物、氮化物介质材料沉积。

15、一种单片集成式滤光片器件的制造设备系统，包括：

16、薄膜沉积设备，用于在硬质透明衬底上沉积出不同透射峰值波长的fabry-perot式的多层膜系形成分立滤光片；

17、切割工具，用于从各个不同透射峰值波长的分立滤光片切割出设定形状的微镜片；

18、微镜片转移设备，用于从分立式滤光片中提取微镜片并转移至透明基底上，并按照不同透射峰值波长的顺序进行排列；

19、以及

20、微镜片拼装设备，用于将微镜片固定拼装到透明基底上形成单片集成式滤光片。

21、在一个实施例中，所述的单片集成式滤光片器件的制造设备系统，还包括：

22、转移载具，用于装载从分立式滤光片中批量提取的多个不同透射峰值波长对应的微镜片并进行排列，以及将微镜片转移至透明基底上对应位置处。

23、在一个实施例中，所述薄膜沉积设备包括：离子束溅射设备、离子束溅射设备、测控溅射设备、热蒸发设备、电子束蒸发设备或离子束辅助沉积设备。

24、在一个实施例中，所述切割工具包括：砂轮划切设备、激光烧蚀切割、激光隐切设备或等离子切割设备。

25、在一个实施例中，所述微镜片转移设备包括：吸盘机。

26、在一个实施例中，所述微镜片拼装设备包括：光学胶粘合机或晶圆键合机。

27、上述实施例的技术方案，单片集成式滤光片器件包括了单片集成滤光片结构的透明基底以及微镜片阵列，微镜片阵列包括了多个排列在所述透明基底上的微镜片，每个微镜片对应于滤光片上的数据点的像素块，包括硬质透明衬底以及沉积在硬质透明衬底上的多层膜系，微镜片阵列中的微镜片按照透射峰值波长顺序排列；微镜片阵列的硬质透明衬底一侧固定拼装在透明基底上，形成单片集成式滤光片阵列；该技术方案，提供了全新结构的单片集成式滤光片器件，通过透明基底以及微镜片阵列形成滤光片上不同干涉层厚度的像素块的效果，更加有利于大规模生产，以降低制造难度和成本。

28、进一步的，微镜片可以通过硬质透明衬底上薄膜沉积多层膜系之后切割得到，可以精准控制干涉层的厚度，从而使得制备的单片集成滤光片可以提升高光谱探测的精准度。

29、进一步的，通过制造设备系统的转移载具，批量地转移微镜片，便于大规模生产制作时降低制作成本。

30、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种单片集成式滤光片器件，其特征在于，包括：透明基底，以及设于透明基底上的微镜片阵列；

2.根据权利要求1所述的单片集成式滤光片器件，其特征在于，所述多层膜系通过薄膜沉积方式形成；所述多层膜系包括对应于不同透射峰值波长λ1、λ2，…、λn的多层膜系。

3.根据权利要求2所述的单片集成式滤光片器件，其特征在于，所述多层膜系包括底层反射层、干涉层和顶层反射层；

4.根据权利要求3所述的单片集成式滤光片器件，其特征在于，所述微镜片是由对应于不同透射峰值波长λ1、λ2，…、λn的分立滤光片切割得到；

5.根据权利要求1-4任一项所述的单片集成式滤光片器件，其特征在于，所述透明基底包括多个拼装的透明子基底：其中，每个透明子基底上放置有多个微镜片，各个微镜片按照滤光片阵列上各个数据点的透射峰值波长编码信息排列。

6.根据权利要求1所述的单片集成式滤光片器件，其特征在于，所述微镜片的长度l与高光谱检测设备的像素周期d成倍数关系，且长度l误差小于像素周期d的1/10，所述单片集成式滤光片阵列的总长度和总宽度的误差小于的1/5d。

7.根据权利要求1所述的单片集成式滤光片器件，其特征在于，所述多层膜系的干涉层采用sio2材料或者无损耗的金属氧化物、氮化物介质材料沉积。

8.一种单片集成式滤光片器件的制造设备系统，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的单片集成式滤光片器件的制造设备系统，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求8所述的单片集成式滤光片器件的制造设备系统，其特征在于，所述薄膜沉积设备包括：离子束溅射设备、离子束溅射设备、测控溅射设备、热蒸发设备、电子束蒸发设备或离子束辅助沉积设备；

技术总结本申请涉及一种单片集成式滤光片器件及其制造设备系统，其中，所述单片集成式滤光片器件包括：透明基底，以及设于透明基底上的微镜片阵列；透明基底设计为单片集成滤光片结构；微镜片阵列包括多个排列在所述透明基底上的微镜片，每个微镜片对应于滤光片上的数据点的像素块，包括硬质透明衬底以及沉积在硬质透明衬底上的多层膜系，多层膜系构成Fabry‑Perot谐振腔；微镜片阵列中的微镜片按照透射峰值波长顺序排列；微镜片阵列的硬质透明衬底一侧固定拼装在透明基底上，形成单片集成式滤光片阵列；该技术方案，有利于单片集成式滤光片器件的大规模生产，降低了制造难度和成本，可以精准控制干涉层的厚度，提升高光谱探测的精准度。技术研发人员：段辉高,陈艺勤,冀鸣,易洪波,刘伟基,赵刚受保护的技术使用者：佛山市博顿光电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5