專利名稱：一種非制冷遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紅外熱成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種非制冷遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
非制冷紅外熱成像儀在許多領(lǐng)域，例如安全、偵查、對抗、汽車和交通控制方面有著越來越多的應(yīng)用。由于制冷型熱像儀存在如探測器材料價(jià)格昂貴、成品率低、系統(tǒng)可靠性差、體積笨重、系統(tǒng)功耗大等缺點(diǎn)，極大的限制了其在低成本武器系統(tǒng)和工商業(yè)領(lǐng)域的推廣，因此研制和生產(chǎn)具有價(jià)格低、體積小、功耗低、性能可靠、操作方便等優(yōu)點(diǎn)的非制冷紅外熱像儀成為必然，尤其在近些年發(fā)展更加迅速。非制冷紅外熱像儀都采用凝視型焦平面陣列，目前主要包括微測輻射熱計(jì)型、熱釋電型、雙材料微懸臂梁型以及熱電堆型等非制冷探測器。工作原理基本上都是通過探測器像元吸收紅外輻射引起像元溫度變化，導(dǎo)致探測器材料和內(nèi)部微結(jié)構(gòu)電阻、電壓或者相關(guān)極化特性發(fā)生變化，他們的共同點(diǎn)都是采用電讀出方式。傳統(tǒng)的焦平面陣列(FPA)信號通常用硅工藝集成電路讀出，而這些探測器材料通常與硅不匹配，并且每個(gè)FPA上的電路使得真空封裝變得困難，導(dǎo)致了成本難以控制，成為了低成本市場化的阻礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種非制冷遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)，與現(xiàn)有的基于長波紅外的熱阻敏感效應(yīng)的非制冷遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)不同，本發(fā)明是基于長波紅外的熱敏光學(xué)效應(yīng)的非制冷遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種非制冷遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)，如

圖1所示，包括斬波器1、遠(yuǎn)紅外光(LWIR)透鏡 2、分光器3、紅外焦平面陣列(IRFPA)4、近紅外光(NIR)光源5、近紅外光透鏡6、近紅外光濾波器7、近紅外光透鏡8和數(shù)碼相機(jī)9。目標(biāo)視場所發(fā)出的遠(yuǎn)紅外光依次經(jīng)斬波器1采樣和遠(yuǎn)紅外光透鏡2準(zhǔn)直后，經(jīng)分光器3進(jìn)入紅外焦平面陣列4 ；近紅外光光源5所發(fā)出的近紅外光經(jīng)第一近紅外光透鏡6準(zhǔn)直后由近紅外光濾波器7濾波成為窄帶近紅外參考光，窄帶近紅外參考光經(jīng)分光器3反射入紅外焦平面陣列4 ；從紅外焦平面陣列4出射的窄帶近紅外參考光經(jīng)近紅外光透鏡8投射到數(shù)碼相機(jī)9的圖像傳感器，最終成像于數(shù)碼相機(jī)9的顯示器上。其中所述紅外焦平面陣列4如圖2、3所示，包括一個(gè)二維紅外焦平面像元陣列， 每個(gè)紅外焦平面像元結(jié)構(gòu)通過一個(gè)像元支撐柱12支撐于透明基板13上；所述紅外焦平面像元結(jié)構(gòu)為一種法布里珀羅腔(F-P腔)結(jié)構(gòu)的薄膜濾波器，包括腔體10和位于腔體10兩面的鏡面結(jié)構(gòu)11 ；其中腔體10由α多晶硅構(gòu)成，鏡面結(jié)構(gòu)11為一由α多晶硅薄膜和Si3N4 薄膜交替構(gòu)成的多層膜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的非制冷遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)，其中核心器件為紅外焦平面陣列 (IRFPA)4。該紅外焦平面陣列的像元結(jié)構(gòu)用法布里珀羅腔(F-P腔)結(jié)構(gòu)的薄膜濾波器。 其中F-P腔的工作原理主要是基于多光束干涉理論，以空氣為腔體介質(zhì)的F-P腔為例，入射光進(jìn)入空氣腔后，由于兩邊反射鏡的高反射率，光線將在腔中來回多次反射，相鄰反射光線之間存在固定的相位差，因而從F-P腔出射后的光線將由于受多光束干涉的結(jié)果得到調(diào)制 (如圖如所示)。如圖4b所示，設(shè)光束入射角為α (α 0)、F_P空氣腔的厚度為h、腔體介質(zhì)折射率為n，則腔體光學(xué)厚度d = n*h ；設(shè)反射鏡的反射率為R、入射光波的振幅為A00由上述參數(shù)可以得到入射光最終從第二塊反射鏡出射后的透射光的振幅可以表示為
權(quán)利要求
1.一種非制冷遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)，包括斬波器(1)、遠(yuǎn)紅外光透鏡O)、分光器(3)、紅外焦平面陣列0)、近紅外光光源(5)、近紅外光透鏡(6)、近紅外光濾波器(7)、近紅外光透鏡(8)和數(shù)碼相機(jī)(9)；目標(biāo)視場所發(fā)出的遠(yuǎn)紅外光依次經(jīng)斬波器(1)采樣和遠(yuǎn)紅外光透鏡⑵準(zhǔn)直后，經(jīng)分光器⑶進(jìn)入紅外焦平面陣列⑷；近紅外光光源(5)所發(fā)出的近紅外光經(jīng)第一近紅外光透鏡(6)準(zhǔn)直后由近紅外光濾波器(7)濾波成為窄帶近紅外參考光，窄帶近紅外參考光經(jīng)分光器(3)反射入紅外焦平面陣列(4)；從紅外焦平面陣列(4)出射的窄帶近紅外參考光經(jīng)近紅外光透鏡(8)投射到數(shù)碼相機(jī)(9)的圖像傳感器，最終成像于數(shù)碼相機(jī)(9)的顯示器上；其中所述紅外焦平面陣列包括一個(gè)二維紅外焦平面像元陣列，每個(gè)紅外焦平面像元結(jié)構(gòu)通過一個(gè)像元支撐柱(1 支撐于透明基板(1 上；所述紅外焦平面像元結(jié)構(gòu)為一種F-P腔結(jié)構(gòu)的薄膜濾波器，包括腔體(10)和位于腔體(10)兩面的鏡面結(jié)構(gòu)(11)；其中腔體(10)由α多晶硅構(gòu)成，鏡面結(jié)構(gòu)(11)為一由α多晶硅薄膜和Si3N4 薄膜交替構(gòu)成的多層膜結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非制冷遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外焦平面陣列的透明基板(1 材料為光學(xué)玻璃；所述像元支撐柱(1 材料為S^2或Si3N4 ；所述腔體 (10)厚度為1微米，鏡面結(jié)構(gòu)(11)由200內(nèi)米厚的α多晶硅薄膜和100內(nèi)米厚的Si3N4薄膜交替四次構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非制冷遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)碼相機(jī)(9)為 CCD數(shù)碼相機(jī)或CMOS數(shù)碼相機(jī)。
全文摘要
一種非制冷遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)，屬于紅外熱成像技術(shù)領(lǐng)域。系統(tǒng)包括斬波器、遠(yuǎn)紅外光透鏡、分光器、紅外焦平面陣列、近紅外光光源、近紅外光透鏡、近紅外光濾波器、近紅外光透鏡和數(shù)碼相機(jī)；核心器件為紅外焦平面陣列，其像元結(jié)構(gòu)為F-P腔結(jié)構(gòu)的薄膜濾波器，腔體材料為α多晶硅，腔體兩面具有由α多晶硅薄膜和Si3N4薄膜交替構(gòu)成的多層膜作為鏡面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明基于F-P腔薄膜濾波器的熱光效應(yīng)原理，通過集成光學(xué)的測量方法和對光波的轉(zhuǎn)換調(diào)制成像，省去了內(nèi)部讀出電路，避免了Johnson噪聲；同時(shí)避免了使用通常與硅不匹配的氧化釩或焦熱電材料，在不影響器件性能的情況下使器件高度集成化，減小了體積，減少了制作步驟和真空封裝成本，可大幅減低成本，具有一定的應(yīng)用潛力。
文檔編號G01J5/08GK102288297SQ20111024095
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者劉永, 劉爽, 曾璞, 鐘智勇, 馬華平, 魏廣路 申請人:電子科技大學(xué)