[發明專利]一種基于光讀出紅外探測的紅外成像設備及其方法

無效

• 申請號: 201110446662.8
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102564596A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 吳建華;沈憧棐;陳學枝
• 申請（專利權）人: 上海巨哥電子科技有限公司
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01J5/08
• 代理公司: 北京漢昊知識產權代理事務所(普通合伙) 11370
• 代理人: 羅朋

技術領域

本發明涉及紅外成像技術領域，尤其涉及基于光讀出紅外探測的紅外成像設備及其方法。

背景技術

當前，紅外輻射探測裝置用于將不可見的紅外輻射轉化為可見的圖像，它包括紅外熱像儀、紅外測溫儀等。紅外熱像儀探測的紅外線是物體自發輻射的，無需主動照明，也不受白天黑夜的影響，具有非接觸、無干擾、探測距離遠和隱蔽性的優勢。此外，由于長波紅外波長20倍于可見光波長，具有極強的穿透煙霧的能力，可在濃煙和濃霧環境中看清遠處的景物。按照探測原理的不同，大致可將紅外輻射探測裝置的核心部件(即，探測器)分為兩類，一類是量子型的紅外輻射探測器和熱型的紅外輻射探測器。

針對量子型的紅外輻射探測裝置，其核心部件是量子型的紅外輻射探測器，它根據光電效應將紅外光子的能量轉化為光電子的能量。例如，對應于波長為8～14微米的紅外光子，其能量約為0.1eV，這與室溫下(300K)的電子熱運動產生的能量相當。因此，為有效抑制電子熱噪聲，目前所有量子型的紅外輻射探測裝置都需要一套額外的制冷裝置，將探測器的溫度降到77K左右，以降低電子熱運動的能量。然而，設置有制冷裝置的量子型紅外輻射探測裝置比較笨重，而且價格極為昂貴。

針對熱型的紅外輻射探測裝置，其核心部件是熱型的紅外輻射探測器。傳統的熱型紅外輻射探測器將入射的紅外光能量轉化為探測器的熱能，通過集成電路檢測出探測器的溫升引發的熱致可測物理量的變化，比如電阻率或電容的變化等。這些熱致可測物理量的變化是通過對探測單元輸入電流來讀出的。而當電流通過探測單元時，會在探測單元上產生附加的熱量，帶來讀出誤差。同時，為了讓探測單元能有效地產生局部溫升，探測單元與基底之間必須實現熱隔離。為了讀出熱致物理量的變化，探測單元與基底之間必須通過導線相連。而導線往往也是熱的良導體，因此，傳統的熱型紅外輻射探測器也較難實現理想的熱隔離。

正是由于量子型的紅外輻射探測裝置和熱型的紅外輻射探測裝置使用時所存在的缺陷或不足，基于光讀出紅外探測的紅外成像設備已越來越受到設計者和使用者的青睞。光讀出紅外探測的原理是利用器件吸收紅外線后發生某種物理性質的變化，然后用參考光探測其變化，從而得到紅外輻射的強度。光讀出紅外探測器的輸入和輸出都是光信號，不需要電氣引腳，也無功耗，不僅簡化了探測器的設計和加工，更重要的是避開了電學噪聲和電路發熱引起的測量誤差。

然而，現有技術中的光讀出紅外熱像儀的光路設計過于復雜，導致整個紅外成像設備的體積龐大。并且，紅外成像設備中各光學元件的定位也存在多種不穩定因素，導致基于光讀出紅外成像技術的熱像儀可靠性不高。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于光讀出紅外探測的紅外成像設備及其方法。

根據本發明的一個方面，提供一種基于光讀出紅外探測的紅外成像設備，其中，所述紅外成像設備包括：

參考光源，用于提供參考光束，其被引向紅外探測器件；

紅外探測器件，用于吸收待成像的物體所發出的紅外光束，并且透射或反射所述參考光束；

光讀出裝置，用于根據經由所述紅外探測器件透射或反射后的所述參考光束，形成一圖像。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種基于光讀出紅外探測的紅外成像方法，其中，該紅外成像方法包括以下步驟：

a?將待成像的物體所發出的紅外光束引向紅外探測器件；

b?將參考光束引向所述紅外探測器件；

c?所述紅外探測器件吸收所述紅外光束并透射或反射一部分所述參考光束；

d?根據經由所述紅外探測器件透射或反射的所述參考光束形成一個圖像。

與現有技術相比，本發明的紅外成像設備將待成像的物體所發出的紅外光束引向紅外探測器件并被所述紅外探測器件所吸收，以使得該紅外探測器件上的不同像素在吸收所入射的紅外光束后，其相對于參考光束的透射率或反射率發生改變，進而根據透射或反射的部分參考光束，利用光讀出裝置形成一圖像，從而把不可見的紅外景象成功轉化為參考光圖像，優選地，當參考光為可見光時，可形成人眼可見的圖像或者CCD等成像器件可探測到的圖像。此外，本發明的紅外成像設備還對紅外光束和/或參考光束使用了光路折疊技術，以大大減小了整個紅外成像設備的體積。此外，本發明的紅外成像設備中的各光學元件均采用特定的夾具和工藝進行固定，可確保這些光學元件的光學中心處于同一直線，并穩定固定，從而提高了設備的精度和可靠性。

附圖說明