專利名稱：帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平面陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外探測和成像系統(tǒng)的核心元件紅外焦平面陣列，特 別涉及一種帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平面陣列。
背景技術(shù)：
紅外成像及遙感技術(shù)在軍事、醫(yī)療、工程上有著廣泛的應(yīng)用。焦平面
陣列簡稱FPA ( Focal Plane Arrays )，是紅外4笨測和成^象系統(tǒng)的核心元件， 其功能是將紅外輻射轉(zhuǎn)化成其它我們能夠識(shí)別的電、光等信號(hào)。
紅外焦平面陣列因其工作方式不同可以分為制冷型和非制冷型。裝備 非制冷型焦平面的紅外成像系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、便攜、價(jià)格便宜， 因此不論在軍事上還是在民用上都擁有巨大的市場和潛力。
非制冷型紅外焦平面的種類很多，其原理基本都是利用焦平面吸收紅 外輻射產(chǎn)生溫度變化，再由焦平面將溫度變化轉(zhuǎn)化為電壓、電阻、光等信 號(hào)的變化。
目前市場上主流的非制冷型紅外焦平面陣列主要以電讀出為主，所謂 電讀出就是由焦平面陣列將紅外輻射引起的溫度變化轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，由于 電流流過本身就會(huì)有熱量產(chǎn)生，這種熱量也會(huì)導(dǎo)致溫度變化，最終轉(zhuǎn)化成 噪聲信號(hào)，這是電讀出型紅外焦平面的先天不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種帶 波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平面陣列，它是一種新型的基于光 讀出的紅外焦平面陣列，是用光信號(hào)來顯示紅外輻射引起的溫度變化，它 徹底地解決了電讀出的電流噪聲問題，且制造工藝簡單、成本低，具有高 紅外靈敏度、高填充因子和低噪聲的優(yōu)點(diǎn)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明一種帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平面陣列，包括
密閉的封裝殼體，所述封裝殼體一面為鍺玻璃窗口，另一面為光學(xué)玻璃窗 口，所述封裝殼體內(nèi)為真空，封裝殼體中間自上而下貫穿設(shè)置有一個(gè)雙材 料梁陣列，所述雙材料梁陣列為梳齒狀陣列，由多個(gè)均勻間隔分布的梳齒 條構(gòu)成，每個(gè)梳齒條均由熱膨脹系數(shù)相差很大的兩種材料構(gòu)成，雙材料梁 陣列靠近光學(xué)玻璃窗口的一側(cè)安裝有一個(gè)反光板，雙材料梁陣列和鍺玻璃 窗口之間設(shè)置有一個(gè)微透鏡陣列，所述微透鏡陣列的排布方式為每個(gè)透鏡 的焦點(diǎn)落在雙材料梁上，使得每個(gè)透鏡對(duì)應(yīng)的紅外輻射被匯聚到雙材料梁 上。
每個(gè)梳齒條均由氮化硅和鋁或氮化硅和金構(gòu)成。
梳齒條靠近鍺玻璃窗口的一側(cè)為氮化硅，靠近光學(xué)玻璃窗口的一側(cè)為 鋁或金，鋁或金與氮化硅復(fù)合為一體。
本發(fā)明在雙材料梁陣列和鍺玻璃窗口之間加入微透鏡陣列，從而形成
帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平面陣列，其優(yōu)點(diǎn)是1、相對(duì) 于沒有波前校正的紅外焦平面陣列本發(fā)明帶波前^f交正功能的紅外焦平面 陣列具有更高的填充系數(shù)，所謂填充系數(shù)就是焦平面陣列內(nèi)紅外敏感區(qū)域 面積所占總焦平面陣列面積的比例。2、減少反光板吸熱而產(chǎn)生的彎曲和 熱串?dāng)_。3、具有更高的紅外探測靈敏度。


圖l是本發(fā)明帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平面陣列結(jié)構(gòu) 示意圖。
圖2是本發(fā)明帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平面陣列工作 原理圖。
圖3是本發(fā)明所述焦平面陣列成像單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、封裝殼體；2、鍺玻璃窗口； 3、光學(xué)玻璃窗口； 4、雙材料 梁陣列；41、氮化硅；42、鋁或金；5、反光板；6、微透鏡陣列；7、 LED 燈；8、小孔；9、平行光；10、反射光；11、傅立葉變換透鏡；12、半反 鏡；13、濾波器；14、 CCD相機(jī)。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本 發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
如圖1所示，本發(fā)明一種帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平
面陣列，包括密閉的封裝殼體1，所述封裝殼體一面為鍺玻璃窗口 2，另 一面為光學(xué)玻璃窗口 3，鍺玻璃窗口用來透過紅外光，光學(xué)玻璃窗口用來 透過可見光，所述封裝殼體內(nèi)為真空，封裝殼體中間自上而下貫穿設(shè)置有 一個(gè)雙材料梁陣列4，所述雙材料梁陣列為沖危齒狀陣列，由多個(gè)均勻間隔 分布的梳齒條構(gòu)成，每個(gè)梳齒條均由熱膨脹系數(shù)相差很大的兩種材料構(gòu) 成，雙材料梁陣列靠近光學(xué)玻璃窗口的一側(cè)安裝有一個(gè)反光板5，雙材料 梁陣列和鍺玻璃窗口之間設(shè)置有一個(gè)微透鏡陣列6,所述微透鏡陣列的排 布方式為每個(gè)透鏡的焦點(diǎn)落在雙材料梁上，使得每個(gè)透鏡對(duì)應(yīng)的紅外輻射 被匯聚到雙材料梁上。
每個(gè)橋^齒條均由氮化珪和鋁或氮化石圭和金構(gòu)成。
梳齒條靠近鍺玻璃窗口的一側(cè)為氮化硅41,靠近光學(xué)玻璃窗口的一側(cè) 為鋁或金42,鋁或金與氮化硅復(fù)合為一體。
本發(fā)明所述微透鏡陣列起到了波前校正的功能。紅外輻射通過鍺玻璃 窗口、經(jīng)過微透鏡陣列匯聚之后再輻射到雙材料梁陣列上，可以使每個(gè)透 鏡的焦點(diǎn)落在雙材料梁上。
由于透鏡的匯聚功能，每個(gè)透鏡對(duì)應(yīng)的紅外輻射被匯聚到雙材料梁 上，而不是按面積的比例均勻地分配到雙材料梁和反光板上。加入波前校 正之后，輻射到反光板上的紅外輻射被匯聚到雙材料梁上了，這樣就把浪 費(fèi)在反光板上的紅外輻射匯聚到雙材料梁上，因?yàn)榉垂獍宓闹饕饔肁A 射從光學(xué)玻璃窗口方向射入的可見光，而雙材料梁才是用來吸收紅外輻射 的紅外敏感單元，因此輻射到反光板上的紅外輻射可以說是浪費(fèi)。很明顯， 本發(fā)明帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平面陣列具有更高的靈 敏度和填充因子，而且由于波前校正的作用，反光板不再吸收紅外輻射， 也就不會(huì)有溫度變化，從而解決了沒有波前校正帶來反光板吸收紅外輻射 產(chǎn)生的熱串?dāng)_。
本發(fā)明所述帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平面陣列的工
作原理如圖2所示，當(dāng)紅外輻射發(fā)生時(shí)，紅外輻射通過鍺玻璃窗口、經(jīng)過 微透鏡陣列匯聚之后再輻射到雙材料梁陣列上，由于熱膨脹系數(shù)不一樣導(dǎo) 致雙材料梁產(chǎn)生了彎曲，帶動(dòng)反光板彎曲,反光板的彎曲可以通過多種光 學(xué)方法來轉(zhuǎn)化為圖像，例如光干涉法，刀口濾波法。圖2給出的是刀口濾 波讀出LED燈7發(fā)出的可見光經(jīng)小孔8形成點(diǎn)光源，再經(jīng)由透鏡形成平 行光9照射到反光板上，反射形成反射光IO,其反射光通過傅立葉變換透 鏡11和半反鏡12再在濾波器13處濾波，最后在CCD相機(jī)14處成像。
綜上所述，本發(fā)明帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平面陣列 是一種具有高紅外靈敏度、高填充因子、低噪聲的新型非制冷紅外探測焦 平面陣列。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平面陣列，包括密閉的封裝殼體，所述封裝殼體一面為鍺玻璃窗口，另一面為光學(xué)玻璃窗口，其特征在于所述封裝殼體內(nèi)為真空，封裝殼體中間自上而下貫穿設(shè)置有一個(gè)雙材料梁陣列，所述雙材料梁陣列為梳齒狀陣列，由多個(gè)均勻間隔分布的梳齒條構(gòu)成，每個(gè)梳齒條均由熱膨脹系數(shù)相差很大的兩種材料構(gòu)成，雙材料梁陣列靠近光學(xué)玻璃窗口的一側(cè)安裝有一個(gè)反光板，雙材料梁陣列和鍺玻璃窗口之間設(shè)置有一個(gè)微透鏡陣列，所述微透鏡陣列的排布方式為每個(gè)透鏡的焦點(diǎn)落在雙材料梁上，使得每個(gè)透鏡對(duì)應(yīng)的紅外輻射被匯聚到雙材料梁上。
2、 如權(quán)利要求1所述的帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平 面陣列，其特征在于每個(gè)梳齒條均由氮化硅和鋁或氮化硅和金構(gòu)成。
3、 如權(quán)利要求2所述的帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平 面陣列，其特征在于梳齒條靠近鍺玻璃窗口的一側(cè)為氮化硅，靠近光學(xué) 玻璃窗口的一側(cè)為鋁或金，鋁或金與氮化硅復(fù)合為一體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶波前校正功能的雙材料梁非制冷紅外焦平面陣列，包括密閉的封裝殼體，封裝殼體設(shè)置有鍺玻璃窗口和光學(xué)玻璃窗口，殼體內(nèi)為真空，殼體中間自上而下設(shè)置有一個(gè)雙材料梁陣列，雙材料梁陣列為梳齒狀陣列，由多個(gè)均勻間隔分布的梳齒條構(gòu)成，每個(gè)梳齒條均由熱膨脹系數(shù)相差很大的兩種材料構(gòu)成，雙材料梁陣列一側(cè)安裝有一個(gè)反光板，雙材料梁陣列和鍺玻璃窗口之間設(shè)置有一個(gè)微透鏡陣列，所述微透鏡陣列的排布方式為每個(gè)透鏡的焦點(diǎn)落在雙材料梁上。它是一種新型的基于光讀出的紅外焦平面陣列，徹底地解決了電讀出的電流噪聲問題，且制造工藝簡單、成本低，具有高紅外靈敏度、高填充因子和低噪聲的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J5/02GK101398331SQ20081022335
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者董立軍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所