[發明專利]一種熱紅外光探測器陣列、熱紅外成像系統及方法

在審

• 申請號: 201910019233.9
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109830491A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 石東海;王慶康
• 申請（專利權）人: 北京科易達知識產權服務有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L31/0256;H01L31/09;H01L31/18
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;李彪

本發明公開了一種熱紅外光探測器陣列、紅外成像系統及方法，所述熱紅外光探測器陣列由若干個探測器單元排列組合而成，每個探測器單元由從上至下由三層疊加而成，第一層為熱紅外吸收材料(31)，用于在吸收熱紅外線后溫度發生變化；第二層為熱應變材料(32)，用于在感知到溫度變化后產生變形；第三層為柔性可見光透明材料(33)，用于透過熱應變材料(32)反射的可見光。基于該熱紅外光探測器陣列，本發明還提供了一種基于材料熱應變的熱紅外成像系統及其方法。本發明的系統極大地降低了熱紅外成像儀的制造成本。

技術領域

本發明涉及紅外成像領域，具體涉及一種熱紅外光探測器陣列、熱紅外成像系統及方法。

背景技術

由于黑體輻射的存在，任何物體都依據溫度的不同對外進行電磁波輻射。波長為2.0～1000微米的部分稱為熱紅外線。熱紅外成像通過對熱紅外敏感的傳感器陣列與成像光學系統對物體進行成像，能反映出物體表面的溫度場分布，用于在黑暗環境下發現和識別目標物體。熱紅外在軍事、工業、汽車輔助駕駛、醫學領域都有廣泛的應用。

現有的熱紅外成像系統都采用透鏡加熱紅外傳感器陣列的技術方案，如圖1所示。制冷型紅外成像系統探測靈敏度高，但其需要液氮冷卻，系統成本偏高，且體積較大，限制了其應用。傳統的非制冷型紅外成像系統已經應用非常廣泛，其探測信號是由熱紅外輻射的熱阻效應產生，讀出方式都是電讀出，但基于傳統熱紅外輻射的熱阻效應的非制冷型紅外成像系統存在原理性限制和制造技術的不足，限制了其分辨率和探測靈敏度的進一步提高。常溫下工作的熱成像儀主要采用非致冷焦平面熱紅外探測陣列技術，集成數千個乃至上萬個電信號放大器，將熱紅外探測陣列芯片置于光學系統的焦平面上。

現有的熱紅外傳感器陣列都采用熱紅外輻射的熱阻效應傳感器的電信號讀出，由于基于熱紅外輻射的熱阻效應的傳感器陣列需要采用特殊的半導體材料和復雜的器件制造工藝、制造成本和技術門檻很高、價格很貴，使得熱紅外成像儀的價格在幾萬元到十幾萬元。而常規可見光成像模組和攝像頭，由于基于硅集成電路技術的大規模生產，價格已經在百元以下。

發明內容

本發明的目的是針對現有熱紅外成像技術存在的原理瓶頸、技術瓶頸、結構復雜、技術門檻高、制造成本高的問題，提出了一種基于材料熱應變的熱紅外探測成像系統，極大地降低現有熱紅外成像儀的制造成本。

為實現上述目的，一種熱紅外光探測器陣列，所述熱紅外光探測器陣列由若干個探測器單元排列組合而成，每個探測器單元由從上至下由三層疊加而成，第一層為熱紅外吸收材料31，用于在吸收熱紅外線后溫度發生變化；第二層為熱應變材料32，用于在感知到溫度變化后產生變形；第三層為柔性可見光透明材料33，用于透過熱應變材料32反射的可見光。

作為上述裝置的一種改進，所述熱紅外吸收材料31為摻入碳納米管的聚N、摻入石墨烯的聚N或者N-二甲基丙烯酰胺。

作為上述裝置的一種改進，所述熱應變材料32包括蒽基梯度交聯聚合物。

作為上述裝置的一種改進，所述可見光透明材料33包括聚二甲基硅氧烷。

本發明還提供了一種熱紅外成像系統，所述系統包含上述的熱紅外光探測器陣列，所述系統利用熱紅外線吸收材料31在吸收熱紅外線后的溫度變化使熱應變材料32發生變形，從而使可見光的反射率發生變化，將熱紅外信號轉換成可見光信號并進行成像。

作為上述系統的一種改進，所述系統包括：光學系統2、熱紅外光探測器陣列3、平面光波導4、可見光光源5和可見光相機6；

所述光學系統2，用于將熱紅外線焦平面成像在熱紅外光探測器陣列3的正表面；

所述可見光光源5，用于發射可見光7；

所述平面光波導4，用于將可見光7導入到熱紅外光探測器陣列3的背表面；