CN101398330B - 温室型非制冷红外焦平面阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温室型非制冷红外焦平面阵列，包括密闭的封装壳体，所述封装壳体一面为锗玻璃窗口，另一面为光学玻璃窗口，所述封装壳体内充满高红外吸收率的温室气体或液体，封装壳体中间自上而下贯穿设置有一个焦平面阵列成像单元，焦平面阵列成像单元完全被气体或液体包围，所述焦平面阵列成像单元由双材料梁和反光板构成，双材料梁靠近光学玻璃窗口的一侧安装有一个反光板，所述双材料梁为梳齿状阵列，由多个均匀间隔分布的梳齿条构成，每个梳齿条均由热膨胀系数相差很大的两种材料构成。它用气体或者液体作为红外辐射的吸收材料，是一个覆盖全部大气窗口的新型红外焦平面阵列，同时具有双材料梁，具有成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外探测和成像系统的核心元件红外焦平面阵列，特别涉及一种温室型非制冷红外焦平面阵列。
背景技术
焦平面阵列简称FPA(Focal Plane Arrays)是红外探测和成像系统的核心元件，红外成像及遥感技术在军事、医疗、工程上有着广泛的应用，其功能是将红外辐射转化成其它我们能够识别的电、光等信号。
红外焦平面阵列可以分为制冷型和非制冷型。装备非制冷型焦平面的红外成像系统的主要优点是结构简单、便携、价格便宜，因此不论在军事上还是在民用上都拥有巨大的市场和潜力。
非制冷型红外焦平面其原理基本都是利用焦平面吸收红外辐射并将其转化为电压、电阻、光等信号的变化。
现有的非制冷型红外焦平面都是以固体作为红外吸收材料，无一例外地都受到吸收波长的限制。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有非制冷型红外焦平面都是以固体作为红外吸收材料受到吸收波长的限制的缺陷，提供一种温室型非制冷红外焦平面阵列，它用气体或者液体作为红外辐射的吸收材料，是一个覆盖全部大气窗口的新型红外焦平面阵列，同时具有双材料梁，具有成本低的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种温室型非制冷红外焦平面阵列，包括密闭的封装壳体，所述封装壳体一面为锗玻璃窗口，另一面为光学玻璃窗口，所述封装壳体内充满高红外吸收率的温室气体或液体，封装壳体中间自上而下贯穿设置有一个焦平面阵列成像单元，焦平面阵列成像单元完全被气体或液体包围，所述焦平面阵列成像单元由双材料梁和反光板构成，双材料梁靠近光学玻璃窗口的一侧安装反光板，所述双材料梁为梳齿状阵列，由多个均匀间隔分布的梳齿条构成，每个梳齿条均由热膨胀系数相差很大的两种材料构成。
每个梳齿条均由氮化硅和铝或氮化硅和金构成。
梳齿条靠近锗玻璃窗口的一侧为氮化硅，靠近光学玻璃窗口的一侧为铝或金，铝或金与氮化硅复合为一体。
所述高红外吸收率的温室气体或液体为覆盖红外大气窗口的所有波段的高红外吸收率的温室气体或液体。
所述高红外吸收率的温室气体或液体为甲烷、一氧化二氮或四氯化碳。
高红外吸收率的气体或液体很多，几乎可以覆盖红外大气窗口的所有波段，如甲烷、一氧化二氮或四氯化碳等，这样可以根据不同需要来充入需要波段的气体或液体，因而，本发明所述温室型非制冷红外焦平面阵列是一个覆盖全部大气窗口的新型红外焦平面，同时具有双材料梁和低成本的优点。
附图说明
图1是本发明所述温室型非制冷红外焦平面阵列结构示意图。
图2是本发明所述温室型非制冷红外焦平面阵列工作原理图。
图3是本发明所述焦平面阵列成像单元结构示意图。
图中：1、壳体；2、锗玻璃窗口；3、光学玻璃窗口；4、高红外吸收率的温室气体或液体；5、双材料梁；51、氮化硅；52、铝或金；6、红外透镜；7、LED灯；8、小孔；9、平行光；10、反射光；11、傅立叶变换透镜；12、半反镜；13、滤波器；14、CCD相机；15、反光板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明一种温室型非制冷红外焦平面阵列，包括密闭的封装壳体1，所述封装壳体一面为锗玻璃窗口2，另一面为光学玻璃窗口3，锗玻璃窗口用来透过红外光，光学玻璃窗口用来透过可见光，所述封装壳体内充满高红外吸收率的温室气体或液体4，封装壳体中间自上而下贯穿设置有一个焦平面阵列成像单元，焦平面阵列成像单元完全被气体或液体包围，如图3所示，所述焦平面阵列成像单元由双材料梁5和反光板15构成，双材料梁靠近光学玻璃窗口的一侧安装反光板，所述双材料梁为梳齿状阵列，由多个均匀间隔分布的梳齿条构成，每个梳齿条均由热膨胀系数相差很大的两种材料构成。
如图1所示，每个梳齿条均由氮化硅和铝或氮化硅和金构成。梳齿条靠近锗玻璃窗口的一侧为氮化硅51，靠近光学玻璃窗口的一侧为铝或金52，铝或金与氮化硅复合为一体。
所述高红外吸收率的温室气体或液体为覆盖红外大气窗口的所有波段的高红外吸收率的温室气体或液体。
所述高红外吸收率的温室气体或液体为甲烷、一氧化二氮或四氯化碳。
高红外吸收率的气体或液体很多，几乎可以覆盖红外大气窗口的所有波段，如甲烷、一氧化二氮，四氯化碳等，这样可以根据不同需要来充入需要波段的气体或液体，因而，本发明所述温室型非制冷红外焦平面阵列是一个覆盖全部大气窗口的新型红外焦平面，同时具有双材料梁和低成本的优点。
本发明所述温室型非制冷红外焦平面阵列的工作原理如图2所示，当红外辐射发生时，红外辐射透过红外透镜6首先照射到具有高红外吸收率的液体或者气体上，气体或者液体吸收红外产生温升同时将温升传给所包裹着的焦平面阵列成像单元，由于热膨胀系数不一样导致双材料梁产生了弯曲，从而带动反光板弯曲，这个弯曲可以通过多种光学方法来转化为图像，例如光干涉法，刀口滤波法。
图2给出的是刀口滤波读出：LED灯7发出的可见光经小孔8形成点光源，再经由透镜形成平行光9照射到焦平面上，通过双材料梁的金属面反射形成反射光10，其反射光通过傅立叶变换透镜11和半反镜12再在滤波器13处滤波，最后在CCD相机14处成像。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种温室型非制冷红外焦平面阵列，包括密闭的封装壳体，所述封装壳体一面为锗玻璃窗口，另一面为光学玻璃窗口，其特征在于：所述封装壳体内充满高红外吸收率的温室气体或液体，封装壳体中间自上而下贯穿设置有一个焦平面阵列成像单元，焦平面阵列成像单元完全被气体或液体包围，所述焦平面阵列成像单元由双材料梁和反光板构成，双材料梁靠近光学玻璃窗口的一侧安装反光板，所述双材料梁为梳齿状阵列，由多个均匀间隔分布的梳齿条构成，每个梳齿条均由热膨胀系数相差很大的两种材料构成；
当红外辐射发生时，红外辐射透过红外透镜首先照射到高红外吸收率的温室气体或液体上，气体或者液体吸收红外辐射产生温升同时将温升传给所包裹着的焦平面阵列成像单元，由于热膨胀系数不一样导致双材料梁产生弯曲，带动反光板弯曲；
所述高红外吸收率的温室气体或液体为甲烷、一氧化二氮或四氯化碳。
2.如权利要求1所述的温室型非制冷红外焦平面阵列，其特征在于：每个梳齿条均由氮化硅和铝或氮化硅和金构成。
3.如权利要求2所述的温室型非制冷红外焦平面阵列，其特征在于：梳齿条靠近锗玻璃窗口的一侧为氮化硅，靠近光学玻璃窗口的一侧为铝或金，铝或金与氮化硅复合为一体。
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