[發明專利]偏振非制冷紅外焦平面探測器

有效

• 申請號: 201810994366.3
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109309140B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 方輝;趙永強;潘泉
• 申請（專利權）人: 北方廣微科技有限公司
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09
• 代理公司: 北京展翅星辰知識產權代理有限公司 11693
• 代理人: 王文生

本申請提供一種偏振非制冷紅外探測器，包括：陣列排列的多個探測器像元，所述探測器像元包括：包含讀出電路的硅基片和所述硅基片之上的微橋結構，其中相鄰兩行兩列的四個所述探測器像元為一個像元組，每個所述像元組中的多個所述探測器像元的偏振結構的設計相同，相互之間通過旋轉得到。本申請的技術方案，在非制冷紅外焦平面上的探測器像元的微橋結構上集成偏振結構，整個焦平面由多行多列探測器像元構成，每兩行兩列探測器像元為一個像元組，每個像元組中的多個探測器像元的偏振結構的設計相同，每個像元組中的多個探測器像元的偏振結構通過旋轉得到，在進行不同偏振方向的偏振光強度相減扣除時，背景強度相互抵消，實現盡可能均勻的消光比。

技術領域

本申請涉及紅外成像技術領域，尤其涉及一種偏振非制冷紅外焦平面探測器。

背景技術

自從美國Honeywell公司在上個世紀九十年代公開其基于氧化釩(VO_x)的非制冷紅外焦平面(Infrared Focal Plane Array，簡稱IRFPA)探測器專利以來，主要發達國家都研發并生產了多種類似產品，廣泛地應用于夜視、觀瞄、槍瞄、導引等軍事領域，以及安防監控、測溫、森林防火、輔助駕駛等民用領域。中國也在2010年左右正式地進入了這個產業。

非制冷紅外焦平面探測器通常由紅外焦平面芯片、封裝殼體、吸氣劑、光學窗片組成，有的還包含半導體制冷片(Thermo Electric Cooler，簡稱TEC)。普通的紅外焦平面芯片上由多行多列的微測熱輻射計像元形成陣列，吸收目標輻射出來的紅外線，將其轉化為熱，由此產生的溫度變化引起熱敏材料(最常見的是氧化釩或多晶硅)的電阻變化，通過讀出電路讀出該變化，進一步通過A/D轉換(Analog-to-Digital Convert，模數轉換)后導出到顯示設備成像。圖像上的灰度通常代表目標的冷熱狀況，因此這個過程通常被稱為紅外熱成像。紅外熱成像是通過利用光強這一物理特性，反映目標的溫度及輻射特性。

由于光是橫波，因此具有偏振這另一重要物理特性。由于光的偏振特性，當光在在兩種介質的界面反射時會產生偏振光，并且反射光會隨著反射角的變化而變化。因此反射光中包含著界面的信息，可以通過分析反射光的偏振信息獲得界面信息。偏振紅外熱成像就是為了實現這一目的而發展起來的技術。

為了獲得紅外線中的偏振信息，可以在紅外熱像儀的鏡頭外安裝可旋轉外置偏振片。自然光通過偏振片后會成為線偏振光，而通過改變偏振片的角度則可改變透過的紅外光線的偏振方向。用戶獲取到不同偏振方向的偏振光的熱圖像之后，再進行后續處理，提取偏振信息。這一方法有三個缺點：1)外置偏振片的安裝會受到紅外熱像儀本身的形狀、體積等限制，光學元件復雜，光路系統復雜，成本較高，設計難度較大；2)成像不具有實時性，尤其是針對快速運動的物體；3)外置偏振片與紅外探測器之間存在相當的距離，經過偏振片的光線在紅外探測器焦平面的不同像元上會形成竄擾，使得實際消光比遠遠低于偏振片自身的消光比。

由于外置偏振片的這些缺點，有人在探測器像元上直接集成偏振結構來獲取偏振光信息，如圖1所示。這種方法的優點就是不用使用外置偏振片，而且可以獲取實時信息，并且無竄擾。

常用的偏振結構通常是不同偏振方向的金屬光柵，比如0°、45°、90°、135°四個偏振方向，或者0°、60°、120°三個偏振方向(此處假設面對頁面時從左往右代表0°方向，角度按逆時針方向遞增)。通過將不同偏振方向上獲得的偏振光光強進行處理，即可獲得偏振信息。