CN111727358A - 具有被配置用于不同光谱响应的传感器的红外传感器阵列 - Google Patents

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Abstract

提供了用于红外成像和气体检测的改进技术。在一个示例中，一种系统包括传感器阵列，该传感器阵列被配置为从包括背景部分和气体的场景接收红外辐射。传感器阵列包括第一组红外传感器，该组红外传感器被配置为具有对应于与背景部分关联的红外辐射的第一波长范围的第一光谱响应。传感器阵列还包括第二组红外传感器，该组红外传感器被配置为具有对应于与气体关联的红外辐射的第二波长范围的第二光谱响应。系统还包括读出集成电路(ROIC)，该ROIC被配置为响应于所接收的红外辐射，分别提供由第一组红外传感器和第二组红外传感器捕获的第一图像和第二图像的像素值。还提供了另外的系统和方法。

Description

具有被配置用于不同光谱响应的传感器的红外传感器阵列
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月29日提交且标题为“INFRARED SENSOR ARRAY WITHSENSORS CONFIGURED FOR DIFFERENT SPECTRAL RESPONSES”的美国临时专利申请号62/612272的优先权和权益，据此通过引用将该申请全文并入。
技术领域
本发明总体涉及红外成像，更具体地涉及使用热图像的气体检测。
背景技术
在光学气体成像(OGI)领域，采用各种技术来检测气体的存在。例如，特定气体可在特定波长以特有方式发射和/或吸收红外(例如，热)辐射。可以捕获场景的图像并对其进行分析，以确定某些波长的辐射的有无。通过将这些波长与和已知气体关联的波长进行比较，可以确定关注的特定气体的存在。
当根据这种技术对场景进行成像时，通常优选的是去除与关注的气体无关的背景辐射。在一些情况下，这可以在没有滤波的情况下执行。例如，可以采用某些操作来去除顺序捕获的图像，并且基于小的帧间变化来检测气体的存在。不幸的是，这种去除可能除掉了与气体关联的图像的大得不成比例的部分，并且无法用于量化。
其它技术依赖于滤波。例如，可以将来自目标场景的红外辐射提供给单独的传感器阵列。这种方法允许对传感器阵列进行不同的滤波，并且可以独立地校准传感器阵列的积分周期，使得来自不同传感器阵列的结果图像彼此平衡。不幸的是，这种方法可能在由不同定位的传感器阵列捕获的图像之间表现出视差。虽然在一些情况下可以使用分束器来将红外辐射传递到传感器阵列以减少视差，但是这种布置仍然需要各种部件之间的精确对准，以避免例如由系统部件的振动、由不同阵列捕获的图像的时间未对准以及其它因素引起的错误图像。
因此，许多现有系统通常昂贵、需要高功率、并且实施起来相对较大且笨重。而且，许多这种系统可能还依赖于昂贵的冷却检测器，这些检测器增加了另外的成本和复杂性。由此，需要一种改进的热成像方法，该方法允许可靠地捕获目标场景的多个图像，以允许准确且可靠的气体检测。
发明内容
提供了用于红外(例如，热)成像和气体检测的改进技术。单个焦平面阵列(FPA)的各组红外传感器(例如，检测器)可以被配置为具有不同的光谱响应。因此，不同组的红外传感器可以对从场景接收的同一入射红外辐射做出不同的响应。因此，可以捕获响应于不同波长(例如，对应于不同波段的不同波长范围)的不同图像。另外，例如通过提供红外传感器中的各种结构的不同物理配置和/或通过对由不同组的红外传感器提供的信号执行附加处理，这些信号可以相对于彼此平衡(例如，归一化)。
在一些实施方式中，不同组的红外传感器可以彼此交错并且分布在整个FPA中。因此，相邻的红外传感器可以捕获彼此空间对准和时序一致的不同图像。例如，红外传感器可以响应于不同的光谱带，以捕获图像中的不同特征(例如，在一个图像中的关注气体和在另一图像中的场景的背景部分)。这种图像可以有利地用于以改进的准确度和高置信度检测气体的存在。
在一个实施方式中，一种系统包括：传感器阵列，该传感器阵列被配置为接收来自包括背景部分和气体的场景的红外辐射，传感器阵列包括：第一组红外传感器，该第一组红外传感器被配置为具有对应于与背景部分关联的红外辐射的第一波长范围的第一光谱响应；和第二组红外传感器，该第二组红外传感器被配置为具有对应于与气体关联的红外辐射的第二波长范围的第二光谱响应；以及读出集成电路(ROIC)，该ROIC被配置为响应于所接收的红外辐射，分别提供由第一组红外传感器和第二组红外传感器捕获的第一图像和第二图像的像素值。
在另一实施方式中，一种方法包括：在传感器阵列处接收来自包括背景部分和气体的场景的红外辐射；由传感器阵列的第一组红外传感器捕获第一图像，该第一组红外传感器被配置为具有对应于与背景部分关联的红外辐射的第一波长范围的第一光谱响应；由传感器阵列的第二组红外传感器捕获第二图像，该第二组红外传感器被配置为具有对应于与气体关联的红外辐射的第二波长范围的第二光谱响应；以及通过读出集成电路(ROIC)提供第一图像和第二图像的像素值。
在另一实施方式中，一种方法包括：沉积并图案化用于传感器阵列的第一组红外传感器和第二组红外传感器的触点；沉积并图案化用于红外传感器中的每一个的桥的主吸收层；沉积并图案化用于第二组红外传感器的桥的附加吸收层；其中，第一组红外传感器由主吸收层配置为呈现第一光谱响应，该第一光谱响应对应于与场景的背景部分关联的红外辐射的第一波长范围；并且其中，第二红外传感器由主吸收层和附加吸收层配置为呈现第二光谱响应，该第二光谱响应对应于与场景中的气体关联的红外辐射的第二波长范围。
本发明的范围由权利要求限定，通过引用将权利要求并入该章节中。将通过考虑一个或多个实施方式的以下详细描述，来给予本领域技术人员本发明的实施方式的更完全理解、以及本发明另外优点的实现。将参照首先将简要描述的附图。
附图说明
图1例示了根据本公开的实施方式的成像系统的框图。
图2例示了根据本公开的实施方式的图像捕获部件的框图。
图3例示了根据本公开的实施方式的具有以交替棋盘图案布置的红外传感器的传感器阵列的前视图。
图4例示了根据本公开的实施方式的具有以交替列图案布置的红外传感器的传感器阵列的前视图。
图5例示了根据本公开的实施方式的红外传感器和全阵列滤波器的侧视图。
图6和图7例示了根据本公开的实施方式的与红外传感器和滤波器关联的各种波长。
图8例示了根据本公开的实施方式的执行成像的过程。
图9例示了根据本公开的实施方式的红外传感器的顶视图，其中一个红外传感器具有像素上材料(MOP)布置的上吸收层。
图10例示了根据本公开的实施方式的在图9的线10A/10A’以及10B/10B’处截取的红外传感器的剖视图。
图11例示了根据本公开的实施方式的红外传感器的顶视图，其中一个红外传感器具有像素下材料(MUP)布置的下吸收层。
图12例示了根据本公开的实施方式的在图11的线12A/12A’以及12B/12B’处截取的红外传感器的剖视图。
图13例示了根据本公开的实施方式的具有不同支腿和桥配置的红外传感器的顶视图。
图14例示了根据本公开的实施方式的在图13的线14A/14A’以及14B/14B’处截取的红外传感器的剖视图。
图15例示了根据本公开的实施方式的红外传感器的制造过程。
图16至图27例示了根据本公开的实施方式的红外传感器的制造过程的各种操作。
通过参考下面的详细描述，最佳地理解本发明的实施方式及其优点。应当理解，相同的附图标记用于识别在一个或多个附图中例示的相同的元件。
具体实施方式
根据本文讨论的各种实施方式，可以使用具有红外传感器(例如，微测热辐射计)的传感器阵列来执行气体检测，这些红外传感器被配置有不同的光谱响应模式(例如，光谱吸收模式)，以有效地提供对应于不同的红外(例如，热)波长的不同滤波的图像。例如，在一些实施方式中，不同配置的红外传感器可以以交替的方式分布在行、列或两者之中。
因此，传感器阵列可以有效地同时捕获场景的至少两个不同的图像。例如，第一图像可以包括与响应于红外辐射的第一光谱带的传感器关联的像素，并且第二图像可以包括与响应于红外辐射的第二光谱带的传感器关联的像素。
通过实施对应于至少两个不同光谱带(例如，波长范围)的至少两种类型的红外传感器，可以将所捕获的图像用于检测关注的气体。例如，一组红外传感器可以响应于与气体关联的波长，以提供具有与传感器阵列在气体波长处的响应对应的像素的一个图像(例如，由对应的“气体像素”组成的“气体图像”)。另一组红外传感器可以响应于与场景的背景辐射关联的波长，以提供具有与传感器阵列在背景波长处的响应对应的像素的另一图像(例如，由对应的“无气体像素”组成的“无气体图像”)。在一些示例中，图像的波长可以重叠(例如，两个图像都可以响应于背景波长，而仅一个图像还响应于气体波长)。多组红外传感器的不同响应特性可以用于提供根据红外传感器的响应特性被有效滤波的图像。
除了由红外传感器本身的响应特性提供的滤波之外，在一些实施方式中，滤波器还可以定位于成像场景与红外传感器阵列之间。该全阵列滤波器可以被配置为滤波(例如，去除)从场景接收的无关的带外辐射，以防止其被传递到红外传感器。因此，由红外传感器提供的像素可以仅对应于关注的特定背景和/或气体波长，并且呈现改善的信噪比。
在各种实施方式中，可以选择与红外传感器和全阵列滤波器关联的特定波长范围(例如，光谱响应)，使得所有传感器(例如，接收气体或无气体过滤的红外辐射)呈现对应于所捕获图像的像素值的期望范围的响应(例如，提供信号)。因此，所捕获的图像可以被更有效地处理、校准和相互比较。在一些实施方式中，全阵列滤波器可以被配置为使具有相对小的反射率变化的波段通过，这可以进一步改进本文讨论的图像处理。
在一些情况下，气体图像可以呈现出低噪声等效浓度长度(NECL)和高气体对比度。另外，无气体图像可以仅呈现来自与关注的气体关联的吸收或发射的最小贡献。由此，得到的气体图像和无气体图像可以呈现高图像质量，并且可以用于准确的量化和气体可视化。因此，在一些实施方式中，可以优化用于全阵列滤波器和不同类型的红外传感器的各种波长范围，以实现低NECL和高气体对比度。而且，在一些实施方式中，可以选择各种波长范围和滤波器有关部件的定位，以最小化反射率(例如，以避免由于反射率引起的快速变化的响应，这些响应可能导致红外传感器呈现出随时间变化的不一致信号)。
这种布置与常规的单滤波器方法形成对比，在常规的单滤波器方法中，仅可以对阵列的传感器的一部分进行滤波。在这种单滤波器方法中，仅对传感器的子集进行滤波，以生成用于识别背景辐射的图像，而剩余的未经滤波的传感器被用于生成用于识别关注气体的图像。因此，未经滤波的传感器接收跨越宽范围波长的红外辐射，而经滤波的传感器仅接收红外辐射的经滤波部分。这可能导致阵列的经滤波和未经滤波传感器的响应的显著差异。在这种情况下，必须对未经滤波和经滤波的传感器实施各种校准。由此，无法同时完全捕获来自经滤波图像和未经滤波图像的图像。
而且，在常规的单滤波器方法中，由经滤波传感器和未经滤波传感器接收的红外辐射的波长通常存在显著重叠。例如，背景辐射滤波器仍然可以使与关注气体关联的波长的至少一个子集通过。由此，在成像场景中存在的气体可以使经过滤传感器和未经过滤传感器两者都响应。这可能使使用经滤波图像和未经滤波图像的气体可视化和量化过程显著复杂化并降低其准确性。例如，未经滤波图像可以对应于宽范围的波长，这导致低的气体对比度。另外，经滤波图像由于其窄带而可能呈现高噪声等效温度差(NETD)值，由此使量化不太准确。
相反，如本文讨论的响应于对应于不同波段并且相邻定位的至少两组红外传感器的使用允许可靠地捕获并且有效地处理两个不同滤波的图像。例如，因为不同的红外传感器分布在整个传感器阵列中，所以由不同红外传感器捕获的不同图像被物理对准(例如，以去除图像之间的视差)并且时序一致(例如，同时捕获)。
而且，在阵列的所有传感器被预滤波(例如，由全阵列滤波器预过滤)的情况下，去除无关的带外红外辐射，因此，所得到的像素仅对应于关注的特定波长。因此，在一些实施方式中，传感器可以用相同的积分周期(例如，积分时间)来校准，并且呈现可接受地低NETD值。在其他实施方式中，可以对不同类型的红外传感器使用不同的积分时间，以进一步平衡由此为所捕获的图像提供的信号。
现在转到附图，图1例示了根据本公开的实施方式的成像系统100的框图。根据本文所述的技术，成像系统100可以用于捕获并处理图像。在一些实施方式中，成像系统100的各种部件可以设置在相机部件101中，诸如成像相机。在其他实施方式中，成像系统100的一个或多个部件可以以分布式方式(例如，联网或其他方式)彼此远离地实施。
在一些实施方式中，成像系统100可以用于检测场景170内的一种或多种关注的气体。例如，成像系统100可以被配置为响应于从场景170接收的红外辐射171使用相机部件101(例如，热成像相机)来捕获场景170的一个或多个图像。红外辐射171可以对应于由场景170内的气体172发射和/或吸收的波长、以及由场景170的背景部分173发射和/或吸收的其他波长。
所捕获的图像可以由处理部件110接收并存储在存储部件120中。处理部件110可以被配置为根据本文讨论的气体检测技术处理所捕获的图像。
在一些实施方式中，成像系统100包括处理部件110、机器可读介质113、存储部件120、图像捕获部件130(例如，由如本文进一步讨论的包括至少两组交替传感器的红外传感器230的传感器阵列228实施)、全阵列滤波器133、光学部件132(例如，被配置为通过相机部件101中的孔径134接收红外辐射171的一个或多个镜头)、图像捕获接口部件136、显示部件140、控制部件150、通信部件152以及其他感测部件160。
在一些实施方式中，成像系统100可以被实施为捕获例如场景170(例如，视场)的图像的成像相机，诸如相机部件101。在一些实施方式中，相机部件101可以包括容纳在保护外壳中的图像捕获部件130、光学部件132以及图像捕获接口部件136。成像系统100可以表示任何类型的相机系统，该相机系统例如检测电磁辐射(例如，红外辐射171)并提供代表数据(例如，一个或多个静止图像或视频图像)。例如，成像系统100可以表示被引导以检测红外辐射和/或可见光并提供关联的图像数据的相机部件101。
在一些实施方式中，成像系统100可以包括便携式装置，并且可以例如被实施为联接到各种类型的车辆(例如，汽车、卡车或其他陆基车辆)。成像系统100可以经由一种或多种类型的结构安装件在各种类型的固定场景(例如，汽车道路、火车铁路或其他场景)处利用相机部件101来实施。在一些实施方式中，相机部件101可以以固定布置安装，以捕获场景170的重复图像。
在一些实施方式中，处理部件110可以包括任何期望类型的逻辑电路，例如，微处理器、单核处理器、多核处理器、微控制器、可编程逻辑装置、数字信号处理(DSP)装置、用于存储可执行指令(例如，软件、固件或其他指令)的一个或多个存储器、和/或执行指令以执行本文描述的各种操作中的任何操作的处理装置和/或存储器的任何其他适当组合。处理部件110被配置为与图1所例示的各种部件接口连接并通信，以执行如本文所述的方法和处理步骤。在各种实施方式中，应当理解，处理操作和/或指令可以作为处理部件110的一部分被集成在软件和/或硬件中，或者可以被集成在可以被存储在存储部件120中的代码(例如，软件或配置数据)中。本文公开的处理操作和/或指令的实施方式可以由机器可读介质113以非暂时性方式(例如，存储器、硬盘驱动器、光盘、数字视频光盘或闪存)存储，以由计算机(例如，基于逻辑或处理器的系统)执行，以执行本文公开的各种方法。
在各种实施方式中，机器可读介质113可以被包括作为成像系统100的一部分和/或与成像系统100分离，其中所存储的指令通过将机器可读介质113联接到成像系统100和/或由成像系统100从机器可读介质(例如，包含非暂时性信息)下载(例如，经由有线或无线链路)指令来提供给成像系统100。在各种实施方式中，如本文所述，指令提供处理场景170的各种图像的实时应用。
在一些实施方式中，存储部件120可以包括存储数据和信息的一个或多个存储装置(例如，一个或多个存储器)。一个或多个存储装置可以包括各种类型的存储器，包括易失性和非易失性存储装置，诸如RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EEPROM(电可擦只读存储器)、闪存或其他类型的存储器。在一个实施方式中，处理部件110被配置为执行存储在存储部件120和/或机器可读介质113中的软件，以便以如本文所述的方式执行各种方法、过程和操作。
在一些实施方式中，图像捕获部件130可以包括用于捕获场景170的图像的传感器阵列(例如，任何类型的可见光、红外或其他类型的检测器)。在一个实施方式中，图像捕获部件130的传感器提供为将场景170的捕获图像表示(例如，转换)为数字数据(例如，经由模数转换器，该模数转换器被包括为传感器的一部分或与作为成像系统100的一部分的传感器分开)。如本文进一步讨论的，图像捕获部件130可以被实施为具有至少两种不同类型的传感器的红外传感器阵列，这两种不同类型的传感器用分布在该阵列的各个传感器之间的不同光谱响应模式来实施。
在一些实施方式中，处理部件110可以被配置为通过连接137从图像捕获部件130接收图像、处理图像、将原始和/或经处理的图像存储在存储部件120中、和/或从存储部件120检索所存储的图像。在各个方面中，处理部件110可以远程定位，并且处理部件110可以被配置为经由与图像捕获接口部件136的有线或无线通信从图像捕获部件130远程接收图像，如本文所述。处理部件110可以被配置为处理存储在存储部件120中的图像，以将图像(例如，所捕获和/或处理后的图像)提供给显示部件140，以便用户查看。
在一些实施方式中，显示部件140可以包括图像显示装置(例如，液晶显示器(LCD))或各种其它类型的通常已知的视频显示器或监视器。处理部件110可以被配置为在显示部件140上显示图像数据和信息。处理部件110可以被配置为从存储部件120检索图像数据和信息，并且在显示部件140上显示任意检索到的图像数据和信息。显示部件140可以包括显示电子器件，该电子器件可以被处理部件110用于显示图像数据和信息。显示部件140可以经由处理部件110直接从图像捕获部件130接收图像数据和信息，或者可以经由处理部件110从存储部件120转移图像数据和信息。
在一些实施方式中，控制部件150可以包括用户输入和/或接口装置，该用户输入和/或接口装置具有一个或多个用户致动部件，诸如一个或多个按钮、滑杆、可旋转旋钮或键盘，这些用户致动部件被配置为生成一个或多个用户致动输入控制信号。控制部件150可以被配置为集成为显示部件140的一部分，以操作为用户输入装置和显示装置这两者，该显示装置例如是触摸屏装置，该触摸屏装置被配置为从触摸显示屏的不同部分的用户接收输入信号。处理部件110可以被配置为感测来自控制部件150的控制输入信号，并且响应从其接收的任意感测到的控制输入信号。
在一些实施方式中，控制部件150可以包括控制面板单元(例如，有线或无线手持控制单元)，该控制面板单元具有被配置为与用户界面连接并接收用户输入控制信号的一个或多个用户启动的机构(例如，按钮、旋钮、滑杆或其他)。在各种实施方式中，应当理解，控制面板单元可以被配置为包括一个或多个其他用户启动的机构，以提供成像系统100的各种其他控制操作，诸如自动聚焦、菜单启用和选择、视场(FoV)、亮度、对比度、增益、偏移、空间、时间和/或各种其他特征和/或参数。
在一些实施方式中，控制部件150可以包括图形用户界面(GUI)，该GUI可以被集成为显示部件140(例如，用户致动的触摸屏)的一部分，该显示部件具有用户启动机构(例如，按钮、旋钮、滑杆或其他)的一个或多个图像，这些机构被配置为与用户界面连接并经由显示部件140接收用户输入的控制信号。作为如本文进一步讨论的一个或多个实施方式的示例，显示部件140和控制部件150可以表示平板电脑、膝上型计算机、台式计算机或其他类型的装置的适当部分。
在一些实施方式中，处理部件110可以被配置为与图像捕获接口部件136通信(例如，通过从图像捕获部件130接收数据和信息)。图像捕获接口部件136可以被配置为从图像捕获部件130接收图像，并且以本文进一步描述的通信部件152的方式直接或通过一个或多个有线或无线通信部件(例如，由连接137表示)将图像传送到处理部件110。在各种实施方式中，相机部件101和处理部件110可以彼此接近或彼此远离地定位。
在一些实施方式中，取决于所感测的应用或实施方案，成像系统100可以包括一个或多个其他类型的感测部件160，这些感测部件包括环境和/或操作传感器，这些传感器向处理部件110提供信息(例如，通过从各个感测部件160接收传感器信息)。在各种实施方式中，其他感测部件160可以被配置为提供与环境条件有关的数据和信息，诸如内部和/或外部温度条件、照明条件(例如，白天、夜晚、黄昏和/或黎明)、湿度水平、特定的天气条件(例如，太阳、雨和/或雪)、距离(例如，激光测距仪)和/或是否已进入或离开隧道、有顶停车场或某种类型的围场。因此，其他感测部件160可以包括如本领域技术人员将已知的一个或多个常规传感器，这些传感器用于监测可能对由图像捕获部件130提供的数据(例如，对图像外观)具有影响的各种条件(例如，环境条件)。
在一些实施方式中，其他感测部件160可以包括经由无线通信将信息中继到处理部件110的装置。例如，各个感测部件160可以被配置为借助本地广播(例如，射频)传输、借助移动或蜂窝网络和/或借助基础设施中的信息信标(例如，交通或高速公路信息信标基础设施)或各种其他有线或无线技术从卫星接收信息。
在一些实施方式中，通信部件152可以被实施为被配置为与包括网络中的其他装置的网络进行通信的网络接口部件(NIC)。在各种实施方式中，通信部件152可以包括一个或多个有线或无线通信部件，诸如以太网连接、基于IEEE 802.11标准的无线局域网(WLAN)部件、无线宽带部件、移动蜂窝部件、无线卫星部件或被配置为与网络通信的各种其他类型的无线通信部件，包括射频(RF)、微波频率(MWF)和/或红外频率(IRF)部件。由此可见，通信部件152可以包括天线，该天线为了无线通信目的而耦合到通信部件。在其他实施方式中，通信部件152可以被配置为与DSL(例如，数字用户线路)调制解调器、PSTN(公共交换电话网络)调制解调器、以太网装置和/或被配置为与网络通信的各种其他类型的有线和/或无线网络通信装置接口连接。
在一些实施方式中，网络可以被实施为单个网络或多个网络的组合。例如，在各种实施方式中，网络可以包括因特网和/或一个或多个内联网、陆线网络、无线网络和/或其他适当类型的通信网络。在另一个示例中，网络可以包括被配置为与诸如因特网的其他通信网络进行通信的无线电信网络(例如，蜂窝电话网络)。由此可见，在各种实施方式中，成像系统100和/或其单独的关联部件可以与特定的网络链路关联，例如URL(统一资源定位符)、IP(互联网协议)地址和/或移动电话号码。
图2例示了根据本公开的实施方式的图像捕获部件130的框图。在该所例示的实施方式中，图像捕获部件130是焦平面阵列(FPA)，该FPA包括红外传感器230(例如，被实施为单位单元)的传感器阵列228和读出集成电路(ROIC)202。虽然示出了红外传感器230的8×8阵列，但这仅仅是为了示例和便于例示的目的。可以根据期望使用任何期望的传感器阵列尺寸。
ROIC 202包括偏置生成和定时控制电路204、列放大器205、列多路复用器206、行多路复用器208以及输出放大器210。由红外传感器230捕获的图像可以由输出放大器210提供给处理部件110和/或任何其他适当的部件，以执行本文描述的各种处理技术。ROIC和红外传感器(例如，微测辐射热计电路)的进一步描述可以在2000年2月22日发布的美国专利号6028309中找到，此处通过引用将该专利全文并入。
各个红外传感器230可以例如由诸如微测辐射热计的红外检测器和关联的电路来实施，以提供所捕获图像的像素的图像数据(例如，与所捕获电压关联的数据值)。在这点上，时间复用的电信号可以由红外传感器230提供给ROIC 202。如本文进一步讨论的，可以设置至少两种不同类型的红外传感器230(例如，分别标识为红外传感器230A和230B)，这些红外传感器中的每一个呈现不同的光谱响应模式，以允许FPA捕获至少两个不同滤波的图像。
在各种实施方式中，传感器阵列228可以包括不同类型的红外传感器230A和230B，这些红外传感器以各种图案布置，以允许由同一FPA捕获对应于不同光谱响应模式的两个图像。例如，图3例示了具有以交替棋盘图案布置的红外传感器230A和230B的传感器阵列228的前视图，而图4例示了以交替列图案(例如，行和列可以互换使用)布置的红外传感器230A和230B的传感器阵列228的前视图。
在一些实施方式中，红外传感器230A可以被实施为气体传感器，这些气体传感器被配置有包括与一种或多种要检测的气体关联的波长的光谱响应模式。因此，红外传感器230A可以用于提供气体图像的气体像素。红外传感器230B可以被实施为无气体传感器，这些无气体传感器被配置有省略与一种或多种要检测的气体关联的波长的光谱响应模式。因此，红外传感器230B可以用于提供无气体图像的无气体像素。
因为红外传感器230A和230B分布在整个传感器阵列中(例如，以诸如图3和图4所示的各种图案或其它图案)，所以所得到的气体图像和无气体图像有效地彼此对准而没有视差。另外，因为红外传感器230A和230B(以及全阵列滤波器133)可以被配置为限制用于提供这种图像的波长，所以在一些实施方式中，红外传感器230A和230B可以以相同(例如，完全相同)的积分周期、增益设置以及读出帧率来操作。在其它实施方式中，这些对于红外传感器230A和230B可以不同。
在一些实施方式中，ROIC 202可以被配置为补偿从红外传感器230A和230B接收的不同信号。例如，因为红外传感器230A和230B可以响应于不同的波长(例如，这些波长可以或可以不彼此部分地重叠)，所以由ROIC从红外传感器230A和230B接收的所得电流信号可以相对于彼此在振幅上变化或者以其他方式不成比例。因此，在一些实施方式中，ROIC 202可以被配置为调节积分时间，增加或减少所得到的捕获电压(或其它模拟信号或数字值)、和/或与红外传感器230A和/或23OB关联的其它特征，使得它们可以有效地彼此比较。在一些实施方式中，ROIC 202可以根据以下各项中识别的各种配置中的任何配置来实施：2017年1月13日提交的美国专利申请号62/446287、2017年1月26日提交的美国专利申请号62/450967、2017年11月20日提交的美国专利申请号62/588878、2017年12月15日提交的美国专利申请号62/599574和/或2017年12月29日提交的美国专利申请号62/611711，此处通过引用将所有上述申请全文并入。
图5例示了根据本公开的实施方式的红外传感器230A和230B以及全阵列滤波器133的侧视图。如图所示，全阵列滤波器133从场景170接收红外辐射171(例如，对应于由气体172和/或背景部分173发射和/或吸收的波长)，并且将经滤波的红外辐射174提供给图像捕获部件130的传感器阵列228的红外传感器230A和230B。
如所讨论的，全阵列滤波器133可以被配置为去除从场景170接收的无关的带外辐射，使得提供给红外传感器230A和230B的经滤波的红外辐射174被限制到关注的特定经滤波波长。因此，由红外传感器230A和230B为其关联像素提供的信号可以呈现改善的信噪比。
在各种实施方式中，可以选择(例如，调谐或优化)由红外传感器230A和230B以及全阵列滤波器133滤波的特定波长，以检测各种关注的气体。虽然图6和图7中表示了各种波长范围，但本文讨论的波长范围仅是为了示例的目的而提供。由此可见，可以适当地使用任何期望的波长范围。
图6例示了实施方式，其中与红外传感器230A和230B以及全阵列滤波器133关联的波长被配置为检测甲烷(CH4)。如图所示，甲烷通常吸收波长范围610在大约7微米到大约8.5微米的辐射。
在该实施方式中，红外传感器230A的光谱响应模式有效地提供了高通滤波器，该高通滤波器具有开启波长(cut-on wavelength)在从大约7微米到大约8.5微米的范围内(例如，图6中示出了大约7微米)的响应曲线630A。红外传感器230B的光谱响应模式有效地提供了高通滤波器，该高通滤波器具有开启波长在从大约7微米到大约8.5微米的范围内(例如，图6中示出了大约8.5微米)的响应曲线630B，该曲线在一些实施方式中可以被NECL优化。滤波器133提供了低通滤波器，该低通滤波器具有截止波长在从大约7微米到大约10微米的范围内(例如，图6中示出了大约10微米)的响应曲线633。
通过将红外传感器230B配置有比红外传感器230A更高的开启波长，甲烷波长范围610的至少某一部分将不在红外传感器230A与230B之间重叠。例如，通过将红外传感器230A和230B分别配置有大约7微米和8.5微米的开启波长，红外传感器230A将在甲烷波长范围610内响应，而红外传感器230B将不响应。因此，由红外传感器230A提供的图像可以是表示场景170内的气体172中有无甲烷的气体图像，而由红外传感器230B提供的图像可以是表示场景170的背景部分173的无气体图像。
另外，通过将滤波器133配置有比红外传感器230A和230B的开启波长高的截止波长，滤波器133将去除红外辐射171的带外波长，使得经滤波的红外辐射174可以包括可以由红外传感器230A及230B以改进的信噪比和更高灵敏度成像的波长范围614。例如，在图6所例示的实施方式中，红外传感器230A将具有对应于从大约7微米到大约10微米的波长范围614的光谱响应模式，并且红外传感器23OB将具有对应于从大约8.5微米到大约10微米的波长范围612的光谱响应模式(例如，各个范围的上端由滤波器133限制)。
在各种实施方式中，例如，可以根据要成像的特定气体、期望的气体体积以及期望为所捕获图像的各个像素提供的信号电平来调节与滤波器133和红外传感器230A/230B关联的波长范围。
例如，在另一实施方式中，可以通过以下方式检测一种或多种制冷气体：将红外传感器230A配置有光谱响应模式，以有效地提供高通滤波器，该高通滤波器具有开启波长在从大约8微米到大约8.6微米的范围内的响应曲线630A；将红外传感器230B配置有光谱响应模式，以有效地提供高通滤波器，该高通滤波器具有开启波长在从大约8微米到大约8.6微米的范围内的响应曲线630B；并且将滤波器133配置为低通滤波器，该低通滤波器具有截止波长在从大约8微米到大约11微米的范围内的响应曲线633。
再次，通过将红外传感器230B配置有比红外传感器230A更高的开启波长，制冷气体波长范围的至少某一部分将不在红外传感器230A与230B之间重叠。另外，通过将滤波器133配置有比红外传感器230A和230B的开启波长高的截止波长，滤波器133将去除红外辐射171的带外波长，使得经滤波的红外辐射174可以由红外传感器230A及230B以改进的信噪比和更高灵敏度成像。
在另一实施方式中，图7例示了与被配置用于检测六氟化硫(SF6)和铵(NH4)的红外传感器230A和230B以及全阵列滤波器133关联的波长。如图所示，六氟化硫和铵通常吸收波长范围710在大约10微米到大约11微米的辐射。
在该实施方式中，红外传感器230A配置有光谱响应模式，以有效地提供低通滤波器，该低通滤波器具有截止波长在从大约10微米到大约11微米范围内(例如，图7中示出了大约11微米)的响应曲线730A。红外传感器230B配置有光谱响应模式，以有效地提供低通滤波器，该低通滤波器具有截止波长在从大约10微米到大约11微米范围内(例如，图7中示出了大约10微米)的响应曲线730B。滤波器133提供了高通滤波器，该高通滤波器具有开启波长在从大约8微米到大约10微米的范围内(例如，图7中示出了大约8.8微米)的响应曲线733。
通过将红外传感器230B配置有比红外传感器230A更低的截止波长，六氟化硫和铵波长范围710的至少某一部分将不在红外传感器230A与230B之间重叠。例如，通过将红外传感器230A和230B分别配置有大约11微米和10微米的截止波长，红外传感器230A将在六氟化硫和铵波长范围710内响应，而红外传感器230B将不响应。因此，由红外传感器230A提供的图像可以是表示场景170内的气体172中是否存在六氟化硫或铵的气体图像，而由红外传感器230B提供的图像可以是表示场景170的背景部分173的无气体图像。
另外，通过将滤波器133配置有比红外传感器230A和230B的截止波长低的开启波长，滤波器133将去除红外辐射171的带外波长，使得经滤波的红外辐射174可以包括可以由红外传感器230A及230B以改进的信噪比和更高灵敏度成像的波长范围714。例如，在图7所例示的实施方式中，红外传感器230A将具有对应于从大约8.8微米到大约11微米的波长范围714的光谱响应模式，并且红外传感器230B将具有对应于从大约8.8微米到大约10微米的波长范围712的光谱响应模式(例如，各个范围的下端由滤波器133限制)。
图8例示了根据本公开的实施方式的使用不同组的红外传感器230A和230B执行热成像的过程。在方框810中，系统100从场景170接收红外辐射171。如所讨论的，红外辐射171可以包括由场景170内的气体172发射和/或吸收的波长、以及由场景170的背景部分173发射和/或吸收的其他波长。红外辐射171穿过孔径134和光学部件132，孔径134和光学部件132使得红外辐射171朝向图像捕获部件130的传感器阵列228引导并聚焦。
在方框812中，例如通过由感测部件160提供的一个或多个温度传感器的测量和/或通过处理一个或多个捕获的图像，接收气体172的温度Tgas(例如，空气温度)(例如，假设气体温度迅速达到与空气的热平衡)和场景170的背景部分173的温度Tb。
在方框815中，红外辐射171穿过滤波器133，以提供由红外传感器230A和230B接收的经滤波的辐射174，如图5所示。
在方框820中，红外传感器230A和230B响应于经滤波的辐射174分别捕获气体图像和无气体图像。如所讨论的，在一些实施方式中，以交替方式使用至少两组不同配置的红外传感器230A和230B允许气体图像和无气体图像彼此物理对准而没有视差，并且还通过同时捕获而时间对准。在一些实施方式中，与捕获的图像关联的信号可以作为电流信号从红外传感器230A和230B传递到ROIC 202，这些电流信号由ROIC 202的电容器存储为电压。
在方框825中，ROIC 202将气体图像和无气体图像(例如，从存储的电压转换成数字计数)提供给图像捕获接口部件136，该部件通过连接137将图像提供给处理部件110。
在方框830中，处理部件110校准气体图像和无气体图像。在一些实施方式中，这可以包括相对于彼此校准图像，对图像执行辐射校准和/或其他处理。在一些实施方式中，这可以包括调节图像的气体像素和/或无气体像素的增益，使得总体像素值(例如，数字计数)彼此相当。
如所讨论的，因为所有红外传感器230都被全阵列滤波器133滤波，所以去除无关的带外红外辐射，因此，气体图像和无气体图像的所得气体像素和无气体像素仅对应于由红外传感器230A和23OB捕获的关注的特定经滤波的波长。在各种实施方式中，可以选择红外传感器230A和230B的光谱响应，使得所有红外传感器230A和230B都呈现与气体图像和无气体图像的期望像素值范围对应的响应。因此，在方框830中，可以更有效地校准气体图像和无气体图像。该校准可以显著地改善从气体图像和无气体图像生成的差分图像的质量(例如，在气体172与背景部分173之间提供更大的对比度，以在差分图像中更好地区分它们)，这因此提供更可靠的量化和更准确的警报。
在方框835中，处理部件110基于校准后的气体图像和无气体图像生成差分图像。例如，处理部件110可以从所捕获图像中的任一个减去另一个。应当理解，因为可以根据本文讨论的技术以空间对准和时间对准的方式捕获原始气体图像和无气体图像，所以可以准确且以高置信度执行这种减去。因此，所得到的差分图像将在其无气体部分与气体部分之间呈现高对比度，以便用于如本文讨论的进一步处理。
在方框840中，处理部件110将在差分图像中明显的气带响应与一个或多个已知的气带响应(例如，存储在机器可读介质113和/或存储器部件120中维护的数据库或其他数据结构中)进行比较。在这点上，处理部件110可以确定差分图像是否呈现与数据库中的一种或多种已知气体关联的显著的吸收和/或发射模式。
在方框842中，确定气体温度Tgas和背景温度Tb的绝对温度差DT(例如，DT＝Tb-Tgas)。而且在方框842中，使用该差DT来确定气体浓度长度，例如，从预定表(例如，存储在机器可读介质113和/或存储部件120中维护的数据库或其他数据结构中)确定。
在方框845中，处理部件110基于方框840的比较来识别场景170中的特定气体172。
在方框850中，处理部件110基于在方框842中确定的浓度长度、差分图像和/或所捕获的气体图像和无气体图像中的一个或多个来执行气体量化处理。在各种实施方式中，这种处理可以包括例如一个或多个浓度长度(CL)图像的生成和分析、气流计算和/或其它操作。
在方框855中，处理部件100响应于方框845和/或850的识别和/或量化而生成一个或多个警报。例如，在各种实施方式中，这种警报可以通过显示部件140、通信部件152和/或其他部件使用诸如文本、图形、音频信号的各种媒体和/或其他适当的方式传送给用户。
如所讨论的，使用具有不同响应特性的红外传感器230A和230B允许差分图像在气体172与背景部分173之间呈现增大的对比度。这种增大的对比度(例如，通过进一步分离差分图像中的气体172与背景部分173)可以允许处理部件110更好地区分差分图像中的气体172与背景部分173，由此提高方框845的气体识别、方框850的气体量化和/或方框855的警报生成的准确性(例如，降低的虚警率)。
在方框860中，处理部件110将着色应用于差分图像，以提供用户可视图像。在方框865中，处理部件110将用户可视图像提供给显示部件140，以便显示和/或由系统100的用户进一步操纵。
可以使用各种实施方案来配置具有不同光谱响应的红外传感器230A和230B。在一些实施方式中，红外传感器230A和230B可以用导致不同光谱响应的不同物理配置来实施。
例如，图9例示了根据本公开的实施方式的红外传感器930A和930B的顶视图，其中红外传感器930A具有为像素上材料(MOP)布置的上吸收层。在这种情况下，红外传感器930A和930B彼此相邻定位，并且分别用于实施红外传感器230A和230B中的单独一个，作为传感器阵列228的一部分。图10例示了根据本公开的实施方式的在图9的线10A/10A’和10B/10B’处截取的红外传感器930A和930B的剖视图。如图所示，红外传感器930A和930B可以是用基本上类似的结构实施的微测辐射热计，但红外传感器930A包括为MOP布置的附加吸收层958。
红外传感器930A包括连接到对应支腿914A和916A的触点910A和912A，这些支腿连接到桥918A。如图10所示，触点912A、支腿916A以及桥918A的各个部分可以由绝缘层950(例如，在一些实施方式中为电介质)、导电层954(例如，金属层)以及附加绝缘层956来实施。触点912A还包括金属立杆962和金属盖960。桥918A还包括主吸收层952(例如，在一些实施方式中为氧化钒)和附加吸收层958。触点910A和支腿914A可以以与针对触点912A和支腿916A讨论的类似方式来实施。
如图10进一步所示，桥918A悬置在反射层964(例如，反射金属层)上方，光学腔995以高度995布置在其间。反射层964布置在基板966上。金属立杆962通过金属通孔968连接到各种电路970(例如，ROIC 202的部分)。触点910A和912A通过包括在触点910A/912A、支腿914A/916A以及桥918A中的导电层954电连接至主吸收层952。
在操作中，横跨触点910A和912A施加偏置电压(例如，通过控制偏置和定时电路204)，由此横跨主吸收层952提供偏置电压。随着经滤波的辐射174被红外传感器930A接收，它向下穿过所例示的各层。主吸收层952被配置为响应于入射的经滤波的辐射174而呈现电阻变化。响应于所施加的偏置电压和变化的电阻而提供的所得电流穿过导电层954、金属盖960、金属立杆962以及金属通孔968到达电路970(例如，ROIC 202)，该电流在电路970中被俘获，例如作为由电容器存储的电压，该电压可被读出并转换成数字值。
绝缘层950和956操作为包含(例如，捕获)所接收的经滤波的辐射174，以进一步增加由主吸收层952呈现的电阻变化。反射层964将经滤波的红外辐射174的未吸收部分反射回主吸收层952，用于进一步吸收和关联的电阻变化。在这点上，在桥918A与反射层964之间的光学腔990的高度995和/或其他维数可以根据期望配置，以将红外传感器930A的光谱响应例如移位和/或扩展到如对于特定实施方案可以期望的气带。在一些实施方式中，与在图11和图12的MUP实施方案中的附加吸收层959的使用相比，图9和图10中的MOP实施方案中的附加吸收层958的使用可以在光学腔990的尺寸变化更小的情况下实施。
在一些实施方式中，由主吸收层952呈现的电阻可能还受设置在主吸收层952上方的附加吸收层958的存在(例如，为MOP布置)影响。在这点上，附加吸收层958的热特性可以导致红外传感器930A中的主吸收层952响应于波长而呈现比在不存在附加吸收层958时将另外呈现的更大的电阻变化。例如，在一些实施方式中，这可以导致红外传感器930A中的主吸收层952在甲烷波长范围、制冷气体波长范围、六氟化硫波长范围和/或铵波长范围内呈现电阻变化，如关于图6和图7讨论的。因此，红外传感器930A可以响应于特定气体波长，并且可以用于提供图像的气体像素。
各种材料可以用于附加吸收层958。例如，在一些实施方式中，附加吸收层958可以被实施为金属层。在一些实施方式中，附加吸收层958可以被实施为绝缘材料，诸如氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(Si02)和/或其它。例如，可以选择任何适当的材料来呈现与其它层不同的吸收特性。例如，如果在一些实施方式中使用金属或氮化硅来实施附加吸收层958，那么该附加吸收层可以呈现与主吸收层952(例如，在一些实施方式中使用氧化钒实施)以及绝缘层950和956(例如，在一些实施方式中使用二氧化硅实施)不同的吸收特性。因此，可以基于用于实施各层的材料来调节红外传感器930A的光谱响应。
红外传感器930B可以以与红外传感器930A基本上类似的方式来实施和操作。例如，在一些实施方式中，红外传感器930A和930B可以设置在公共基板966上，并且在同一制造过程期间制造。如图所示，红外传感器930B包括使用与红外传感器930A相同的层和部件中的大部分实施的触点910B/912B、支腿914B/916B以及桥918B，红外传感器930A包括绝缘层950、导电层954、附加绝缘层956、金属立杆962、金属盖960、主吸收层952以及金属通孔968。
显著地，红外传感器930B不包括红外传感器930A的附加吸收层958。由此可见，由红外传感器930B中的主吸收层952呈现的电阻将不会以与红外传感器930A相同的方式受到附加吸收层958的存在的影响。特别地，红外传感器930B中的主吸收层952与红外传感器930A的相比响应于波长将呈现不同的电阻变化。例如，在一些实施方式中，这可以使得红外传感器930B中的主吸收层952在针对如关于图6和图7讨论的各种气体的附加波长范围内不呈现电阻的显著变化。因此，红外传感器930B可以不响应于特定气体波长，由此可以用于提供图像的无气体像素。
因此，通过实施具有附加吸收层958的红外传感器930A并从红外传感器930B省略该层，红外传感器930A和930B可以用于提供由传感器阵列228捕获的图像的气体像素和无气体像素。而且，红外传感器930A的光谱响应可以由附加吸收层958相对于红外传感器930A的其它各层和部件的位置、厚度和/或材料来确定。通过调节这些因素中的一个或多个，附加吸收层958可以用于选择红外传感器930A的对应于关注气带的期望光谱响应。
图11例示了根据本公开的实施方式的红外传感器1130A和1130B的顶视图，其中红外传感器1130A具有为像素下材料(MUP)布置的下吸收层。如关于图9至图10类似地讨论的，红外传感器1130A和1130B彼此相邻定位，并且分别用于实施红外传感器230A和230B中的单独一个，作为传感器阵列228的一部分。图12例示了根据本公开的实施方式的在图11的线12A/12A’和12B/12B’处截取的红外传感器1130A和1130B的剖视图。
如图所示，红外传感器1130A和1130B可以是微测热辐射计，这些微测热辐射计被实施有与针对红外传感器930A和930B所讨论的基本上类似的结构和层，但是其中红外传感器1130A包括为MUP布置的附加吸收层959。例如，红外传感器1130A/1130B包括各种触点1110A/1110B和1112A/1112B、支腿1114A/1114B和1116A/1116B以及桥1118A/1118B。
因此，红外传感器1130A和1130B可以分别以与红外传感器930A和930B基本上类似的方式操作，但是在红外传感器1130A中在吸收层952下方设置了附加吸收层959(例如，代替如在红外传感器930A中在吸收层952上方设置的附加吸收层958)。
在这点上，红外传感器1130A中的附加吸收层959的存在可以影响由主吸收层952呈现的电阻，如关于红外传感器930A类似地讨论的。在这点上，附加吸收层959可以使红外传感器1130A在一个或多个气带中响应，以提供气体像素。另外，附加吸收层959的位置、厚度和/或材料可以相对于红外传感器1130A的其它各层和部件进行调节，以选择与关注的气带对应的红外传感器1130A的期望光谱响应。各种材料可以用于附加吸收层959和红外传感器1130A的其它层，如关于附加吸收层958和其它层类似地讨论的。
而且，在一些实施方式中，与例如本文所讨论的其它红外传感器相比，红外传感器1130A中的附加吸收层959的存在可以减小光学腔990的高度995。因此，红外传感器930A的光谱响应可以被例如移位或扩展到如用于特定实施方案期望的气带。而且，因为附加吸收层959与光学腔990相邻，所以它可以比图9和图10的附加吸收层958对光学腔990的尺寸具有更多的影响。
图13例示了具有不同支腿和桥结构的红外传感器1330A和1330B的顶视图。如关于图9至图12类似地讨论的，红外传感器1330A和1330B彼此相邻定位，并且分别用于实施红外传感器230A和230B中的单独一个，作为传感器阵列228的一部分。图14例示了根据本公开的实施方式的在图13的线14A/14A’和14B/14B’处截取的红外传感器1330A和1330B的剖视图。
如图所示，红外传感器1330A和1330B可以是微测热辐射计，这些微测热辐射计实施有与关于红外传感器930A/1130A和930B/1130B讨论的基本上类似的结构和层。例如，红外传感器1330A/1330B包括各种触点1310A/1310B和1312A/1312B、支腿1314A/1314B和1316A/1316B、以及桥1318A/1318B。
然而，红外传感器1330A和1330B在没有附加吸收层958或959的情况下提供。而且，与红外传感器1330A的桥1318A和支腿1314A/1316A相比，红外传感器1330B实施有桥1318B和支腿1314B/1316B的修改配置。在这点上，红外传感器1330B呈现不同的填充因数和不同的支腿几何形状。
特别地，桥1318B被实施为更小的桥。例如，如图14所示，与红外传感器1330A的绝缘层相比，红外传感器1330B的绝缘层950和956具有减小的尺寸(金属层954也包括在桥1318B中，但是不延伸到由线14B表示的横截面中)。因此，与红外传感器1330A的更大的桥1318A相比，红外传感器1330B的更小的桥1318B将呈现出减小的热质量，并且保持更少的热量。与接收相同偏压及相同经滤波的红外辐射174的红外传感器1330A的相比，这可以导致红外传感器1330B所提供的输出信号减小(例如，与减小电流关联的减小的增益)(例如，由主吸收层952引起，该主吸收层由于减小的热量保持而呈现更小的电阻变化)。
在一些实施方式中，如果红外传感器1330A被配置为具有更宽光谱响应(例如，如关于红外传感器930A/1130A和/或其它配置讨论的，通过红外传感器1330A中的一个或多个附加吸收层958/959的实施而延伸到气带)，则与红外传感器1330B关联的该减小的输出信号可以有利地用于帮助平衡红外传感器1330A和1330B的输出信号。
例如，如果红外传感器1330A和1330B对重叠的波长范围作出响应，但是红外传感器1330A还对附加的波长范围作出响应，那么由红外传感器1330A提供的与重叠波长关联的输出信号的比例可以小于红外传感器1330B的比例。在这点上，与红外传感器1330A关联的输出信号的仅一部分将与重叠的波长关联，而与红外传感器1330B关联的输出信号的整体将与重叠波长关联。因此，通过提供如所讨论的具有更小桥1318B的红外传感器1330B，可以以与红外传感器1330A对于相同重叠波长提供的输出信号成比例的方式调节(例如，减小)其关联输出信号，例如，以平衡红外传感器1330A和1330B的输出信号。
还如图所示，与支腿1314A/1316A相比，支腿1314B/1316B可以实施有更短长度和/或更大宽度。在一些实施方式中，与支腿1314A/1316A相比，这种配置可以允许支腿1314B/1316B辐射更多的热量，并且可以呈现降低的热隔离。这些配置可以用于调节(例如，减小)由红外传感器1330B提供的输出信号，以相对于由红外传感器1330A提供的输出信号平衡该输出信号。
虽然已经关于红外传感器930A/930B、1130A/1130B和1330A/1330B讨论了特定实施方案，但这些实施方案中的任何一个可以适当地彼此组合。例如，附加吸收层、支腿和/或桥的各种配置中的任何一种可以根据期望组合在一起，以实施具有对应于气体像素或无气体像素的期望光谱响应和/或期望的输出信号特性的红外传感器230A/230B。
可以使用各种技术来制造本文所论述的红外传感器230的不同实施方式。例如，图15例示了红外传感器230A和230B的制造过程，并且图16至图27进一步例示了根据本公开的实施方式的制造过程的各个操作。虽然图15至图27总体涉及红外传感器930A，但是应当理解，所讨论的技术可以用于制造本文提供的任何红外传感器实施方案。而且，在一些实施方式中，所述操作可以用于同时制造阵列228的所有红外传感器230或其部分。
在方框1510中，在包括各种附加部件的基板966上沉积并图案化反射层964，这些附加部件诸如ROIC 202的通孔968和电路970(参见图16)。在方框1515中，沉积牺牲层1700(参见图17)。在方框1520中，沉积并图案化接触立杆962(参见图18)。在方框1525中，沉积并图案化接触盖960(参见图19)。
在方框1530中，对于利用MUP配置实施的红外传感器(例如，如红外传感器1130A例示)，沉积并图案化附加吸收层959(参见图20)。附加吸收层959的各种配置可以用于调节红外传感器1130A的光谱响应。例如，在一些实施方式中，附加吸收层959可以是大约600埃厚，然而，也设想其他厚度。虽然在剩余的图21至图27中未示出附加吸收层959，但是对于各种实施方式，可以根据期望保留它。
在方框1535中，沉积并图案化绝缘层950(参见图21)。在方框1540中，沉积并图案化主吸收层952(参见图22)。在方框1545中，沉积并图案化导电层954(参见图23)。在方框1550中，沉积并图案化附加绝缘层956(参见图24)。
在方框1555中，对于利用MOP配置实施的红外传感器(例如，如红外传感器930A例示)，沉积并图案化附加吸收层958(参见图25)。附加吸收层958的各种配置可以用于调节红外传感器930A的光谱响应。例如，在一些实施方式中，附加吸收层958可以是大约600埃厚，然而，也设想其他厚度。虽然在剩余的图26至图27中未示出附加吸收层958，但是对于各种实施方式，可以根据期望保留它。
在方框1560中，图案化绝缘层950和956，以限定触点、支腿以及桥的形状(参见例示了一个示例触点912A、支腿916A以及桥918A的图26)。在一些实施方式中，这可以包括用于如所讨论的不同红外传感器的修改的支腿和/或桥的配置。
在方框1565中，去除牺牲层1700，以露出光学腔990，这导致桥保持悬在反射层964和基板966上方高度995处(参见图27)。如前所述，附加吸收层958和959在图27中未示出，但可以根据各种实施方式来提供。其后，可以执行附加的制造操作，例如附加电路的供应、封装操作和/或其它操作，以完成传感器阵列228的制造。
由此，在图15的过程之后，可以提供具有响应于不同波长的不同组红外传感器230A和230B的完整的传感器阵列228。因此，可以使用同一传感器阵列228来捕获气体图像和无气体图像，并且进一步处理，以执行气体检测。
虽然已经描述了实施不同光谱响应模式的红外传感器230A和230B的各种物理配置，但是也设想其他实施方式。例如，由光掩模、基板、涂层和/或其它材料实施的一个或多个滤波器可以定位在红外传感器230A和230B的前面，以对红外辐射171进行滤波，使得红外传感器230A和230B接收对应于期望的光谱响应模式的经滤波的红外辐射。在一些实施方式中，这种滤波器可以设置有FPA，该FPA利用一组统一的红外传感器230来实施(例如，在红外传感器230A和230B当中没有设置不同的物理配置)。在其它实施方式中，这种滤波器可以设置有FPA，该FPA利用本文讨论的红外传感器230A和230B的一个或多个物理配置来实施。在一些实施方式中，除了全阵列滤波器133之外，还可以实施这种滤波器。在其它实施方式中，这种滤波器可以有效地实施由全阵列滤波器133执行的滤波，由此允许省略全阵列滤波器133。在一些实施方式中，本文所设想的任何滤波器可以根据在2017年12月5日提交的国际专利申请号PCT/US2017/064759中阐述的滤波器来实施，此处通过引用将该申请并入。
在适用情况下，可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实施由本公开提供的各种实施方式。而且，在适用情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，可以将本文阐述的各种硬件部件和/或软件部件组合成包括软件、硬件和/或这两者的复合部件。在适用情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，可以将本文阐述的各种硬件部件和/或软件部件分成包括软件、硬件或这两者的子部件。另外，在适用情况下，设想软件部件可以被实施为硬件部件，反之亦然。
根据本公开的软件，诸如程序代码和/或数据，可以存储在一个或多个计算机可读介质上。还设想本文识别的软件可以使用联网和/或处于其他方式的一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统来实施。在适用情况下，本文描述的各种步骤的顺序可以更改、组合成复合步骤和/或分成子步骤，以提供本文描述的特征。
上述实施方式例示但不限制本发明。还应理解，大量修改和变更根据本发明的原理是可以的。因此，本发明的范围仅由以下权利要求限定。

Claims (20)

1.一种系统，该系统包括：
传感器阵列，该传感器阵列被配置为接收来自包括背景部分和气体的场景的红外辐射，所述传感器阵列包括：
第一组红外传感器，所述第一组红外传感器被配置为具有对应于与所述背景部分关联的所述红外辐射的第一波长范围的第一光谱响应；和
第二组红外传感器，所述第二组红外传感器被配置为具有对应于与所述气体关联的所述红外辐射的第二波长范围的第二光谱响应；以及
读出集成电路(ROIC)，该ROIC被配置为响应于所接收的红外辐射，分别提供由所述第一组红外传感器和所述第二组红外传感器捕获的第一图像和第二图像的像素值。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述红外传感器是微测辐射热计，每个微测辐射热计包括具有主吸收层的桥，该主吸收层被配置为响应于由所述桥接收的红外辐射而呈现电阻变化；并且
所述第二组红外传感器中的每一个还包括在所述桥中的附加吸收层，以将所述第二波长范围扩展为包括与所述气体关联的所述红外辐射。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述附加吸收层以像素上材料(MOP)或像素下材料(MUP)布置相对于所述主吸收层被定位，其中，所述第一组红外传感器和所述第二组红外传感器分别包括具有不同的第一尺寸和第二尺寸的光学腔。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一组红外传感器的所述桥相对于所述第二组红外传感器的所述桥具有减小的热质量，以平衡由所述第一组红外传感器和所述第二组红外传感器针对所述第一图像和所述第二图像提供给所述ROIC的信号。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述微测热辐射计中的每一个还包括：
触点，所述触点与所述ROIC电连通；
支腿，所述支腿将所述触点与所述桥连接；并且
其中，所述第一组红外传感器的所述支腿相对于所述第二组红外传感器的所述支腿具有减小的长度，以平衡由所述第一组红外传感器和所述第二组红外传感器针对所述第一图像和所述第二图像提供给所述ROIC的信号。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一组红外传感器和所述第二组红外传感器以交替的棋盘图案或交替的列图案布置。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二波长范围与所述第一波长范围重叠。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括滤波器，该滤波器插入于所述传感器阵列与所述场景之间，并且被配置为在所述红外辐射由所述传感器阵列接收之前去除所述红外辐射的第三波长范围，其中，所述第三波长范围与所述第一波长范围及所述第二波长范围重叠。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器阵列被配置为同时捕获所述第一图像和所述第二图像。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括逻辑电路，该逻辑电路被配置为处理所述第一图像和所述第二图像，以识别所述气体。
11.一种方法，该方法包括：
在传感器阵列处接收来自包括背景部分和气体的场景的红外辐射；
由所述传感器阵列的第一组红外传感器捕获第一图像，所述第一组红外传感器被配置为具有对应于与所述背景部分关联的所述红外辐射的第一波长范围的第一光谱响应；
由所述传感器阵列的第二组红外传感器捕获第二图像，所述第二组红外传感器被配置为具有对应于与所述气体关联的所述红外辐射的第二波长范围的第二光谱响应；以及
通过读出集成电路(ROIC)提供所述第一图像和所述第二图像的像素值。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述红外传感器是微测辐射热计，每个微测辐射热计包括具有主吸收层的桥，该主吸收层被配置为响应于由所述桥接收的红外辐射而呈现电阻的变化；并且
所述第二组红外传感器中的每一个还包括在所述桥中的附加吸收层，以将所述第二波长范围扩展为包括与所述气体关联的所述红外辐射。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一组红外传感器的所述桥相对于所述第二组红外传感器的所述桥具有减小的热质量，以平衡由所述第一组红外传感器和所述第二组红外传感器针对所述第一图像和所述第二图像提供给所述ROIC的信号。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述微测热辐射计中的每一个还包括：
触点，所述触点与所述ROIC电连通；
支腿，所述支腿将所述触点与所述桥连接；并且
其中，所述第一组红外传感器的所述支腿相对于所述第二组红外传感器的所述支腿具有减小的长度，以平衡由所述第一组红外传感器和所述第二组红外传感器针对所述第一图像和所述第二图像提供给所述ROIC的信号。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：在所述红外辐射由所述传感器阵列接收之前对所述红外辐射滤波，以去除第三波长范围，其中，所述第三波长范围与所述第一波长范围及所述第二波长范围重叠。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括：处理所述第一图像和所述第二图像，以识别所述气体。
17.一种方法，该方法包括：
沉积并图案化用于传感器阵列的第一组红外传感器和第二组红外传感器的触点；
沉积并图案化用于所述红外传感器中的每一个的桥的主吸收层；
沉积并图案化用于所述第二组红外传感器的所述桥的附加吸收层；
其中，所述第一组红外传感器由所述主吸收层配置为呈现第一光谱响应，该第一光谱响应对应于与场景的背景部分关联的红外辐射的第一波长范围；并且
其中，所述第二红外传感器由所述主吸收层和所述附加吸收层配置为呈现第二光谱响应，该第二光谱响应对应于与所述场景中的气体关联的红外辐射的第二波长范围。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：沉积并图案化用于所述第一组红外传感器和所述第二组红外传感器的所述桥的绝缘层，其中，所述第一组红外传感器的所述绝缘层相对于所述第二组红外传感器的所述绝缘层具有减小的热质量，以平衡由所述第一组红外传感器和所述第二组红外传感器提供的信号。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括：沉积并图案化用于支腿的金属层，所述支腿将所述红外传感器中的每一个的所述触点与其关联的桥连接，其中，所述第一组红外传感器的所述支腿相对于所述第二组红外传感器的所述支腿具有减小的长度，以平衡由所述第一组红外传感器和所述第二组红外传感器提供的信号。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括：提供滤波器，该滤波器插入于所述传感器阵列与所述场景之间，并且被配置为在所述红外辐射由所述传感器阵列接收之前去除所述红外辐射的第三波长范围，其中，所述第三波长范围与所述第一波长范围及所述第二波长范围重叠。
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