CN113588100A - 一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置。包括n个红外器件光敏感元和信号处理输出设备，其中，所述n个红外器件光敏感元分别并列拼接，n个红外器件光敏感元并联于信号处理输出设备，n≥2。本发明克服了目前所能制备的薄膜型红外器件视场小的缺点，降低了制备表面积较大的薄膜型红外器件的难度，一定程度上节省了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及红外传感器领域，尤其涉及一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置。
背景技术
红外传感器是把物体发出的红外辐射能转化成电能或热能等其他便于观测、利用的能量形式的器件。薄膜型红外器件包括但不仅限于热释电红外器件，而热释电型红外器件属于一种主要的非制冷型红外传感器，是利用材料的热释电效应，即极性晶体因温度变化而发生电极化改变的现象，探测红外辐射能量的原理而制成的薄膜型红外器件。薄膜型红外器件具有体积小，反应灵敏等特点。
一方面，根据式1、式2，薄膜型器件表面积越小，等效电容越小，其时间常数也越小，在外界温度发生变化时响应速度越快，器件越灵敏，另一方面，在热释电红外器件制作时，较大的器件不容易制备，因此目前实验室制备的薄膜敏感元的表面积都较小。然而在探测特定方向视场边缘是否有目标存在的简单应用，或是实现特定方向广视场的某些应用中，薄膜型红外探测器较小的表面积可能无法满足探测需求，成为了提高红外探测器视场的阻碍。
τ＝R*C (1)；
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置，用于解决上述问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置，包括n个红外器件光敏感元和信号处理输出设备，其中，所述n个红外器件光敏感元分别并列拼接，n个红外器件光敏感元并联于信号处理输出设备，n≥2。
进一步的，所述n个红外器件光敏感元拼接为一个红外器件。
进一步的，所述红外器件为薄膜型红外器件。
进一步的，所述n个红外器件光敏感元通过横向拼接方式进行拼接。
进一步的，所述n个红外器件光敏感元通过纵向拼接方式进行拼接。
进一步的，所述n个红外器件光敏感元通过横向+纵向拼接方式进行拼接。
进一步的，所述n个红外器件光敏感元通过横向+纵向拼接方式，拼接为M*N的大表面积的光敏感元，其中，M表示横向拼接的红外器件光敏感元的数量，N表示纵向拼接的红外器件光敏感元的数量，M≥2且N≥2。
进一步的，所述信号处理输出设备至少包括TIA、滤波器、单片机、FPGA和上位机中的一种。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用拼接的方法达到了增加薄膜型红外器件光敏感元表面积的效果，可以有效增加在其他光学配件条件下可能达到的极限视场；
(2)本发明采用多个光敏感元拼接达到了和直接采用大面积光敏感元制备器件同等的效果，同时降低了制备大面积薄膜型红外器件的生产难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提出的装置结构示意图；
图2为本发明实施例提出的光敏感元拼接示意图；
图3为本发明实施例提出的光敏感元电路连接示意图。
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明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1，本实施例提出一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置，包括n个红外器件光敏感元和信号处理输出设备，其中，所述n个红外器件光敏感元分别并列拼接，n个红外器件光敏感元并联于信号处理输出设备，n≥2。
进一步的，所述n个红外器件光敏感元拼接为一个红外器件。
进一步的，所述红外器件为薄膜型红外器件。
进一步的，所述n个红外器件光敏感元通过横向拼接方式进行拼接。
进一步的，所述n个红外器件光敏感元通过纵向拼接方式进行拼接。
进一步的，所述n个红外器件光敏感元通过横向+纵向拼接方式进行拼接。
进一步的，所述n个红外器件光敏感元通过横向+纵向拼接方式，拼接为M*N的大表面积的光敏感元，其中，M表示横向拼接的红外器件光敏感元的数量，N表示纵向拼接的红外器件光敏感元的数量，M≥2且N≥2。
进一步的，所述信号处理输出设备至少包括TIA、滤波器、单片机、FPGA和上位机中的一种。
实施例2
在实施例1的基础上，一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置适用于探测特定方向时对高视场的需求，包括N(N>1)个光敏感元拼接成的薄膜型红外器件以及用于处理红外器件信号的信号处理装置。采用本实施例拼接的光敏感元可以等效于一整块大表面积的光敏感元。其电路上的等效模型如图3，每个敏感元单独打线，并列连接至后续信号处理模块，该拼接方法作为优选，可以在另一个方向拼接两行或者两列，即形成类似于2*N的阵列，既在另一个方向上扩展了视场，又方便后续制备器件时打线引出光敏感元的信号。
通过本实施例虽然导致器件的等效输入电容成倍增加，敏感元响应时间变长，高频特性变弱，但是显著增加了该器件捕捉特定方向低频信号时可能达到的视场，或是减小了达到特定视场所需要的光学装置的成本，对于这样的应用优点，其弱点是可以妥协的。
需要注意的是，目前还难以进行M*N(M>2N>2)的拼接，会造成器件制备上的困难，但是并不妨碍对于特定方向视场的提升。
实施例3
在实施例1的基础上，本实施例提出一种红外传感器，包括多个并列连接的光敏感元和用于放大光电传感器输出电流的信号放大电路，并列连接的多个光敏感元在空间上的分布方式如图2，按照2*8分布，如图2中对应的16个敏感元并列，器件前可以包括光学部件，器件后的信号处理部件可以包括TIA、滤波器，单片机或FPGA、上位机等，最终形成可以识别的低噪声信号。
与红外阵列型器件不同的是，本实施例把2*8的光敏感元等效于1块大面积的光敏感元，实验室中制备的单晶敏感元表面积大约为1.8mm*1.8mm，拼接后表面积达到3.6mm*14.4mm，2*8的光敏感元使红外器件可接收光的表面积增加了16倍，在增加光学部件后其在特定方向可能达到的视场明显增加，在电路中，由于其等效输入电容也扩大了16倍，其时间常数增加了16倍，造成其高频特性不佳，但是在低频的应用中，例如步道监控中是可以接受的。
上述实施例创新地利用拼接的方法，将多个光敏感元横向拼接在一起，根据需求的视场大小和器件性能进行平衡，但是将它们看作一个整体光敏感元，并联接入后续的信号处理输出部件的输入端。克服了目前所能制备的薄膜型红外器件视场小的缺点，降低了制备表面积较大的薄膜型红外器件的难度，一定程度上节省了生产成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置，其特征在于，包括n个红外器件光敏感元，所述n个红外器件光敏感元拼接，n个红外器件光敏感元并联于信号处理输出设备的输入端，n≥2。
2.根据权利要求1所述的一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置，其特征在于，所述n个红外器件光敏感元拼接为一个红外器件。
3.根据权利要求2所述的一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置，其特征在于，所述红外器件为薄膜型红外器件。
4.根据权利要求1所述的一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置，其特征在于，所述n个红外器件光敏感元通过横向拼接方式进行拼接。
5.根据权利要求1所述的一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置，其特征在于，所述n个红外器件光敏感元通过纵向拼接方式进行拼接。
6.根据权利要求1所述的一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置，其特征在于，所述n个红外器件光敏感元通过横向+纵向拼接方式进行拼接。
7.根据权利要求6所述的一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置，其特征在于，所述n个红外器件光敏感元通过横向+纵向拼接方式，拼接为M*N的大表面积的光敏感元，其中，M表示横向拼接的红外器件光敏感元的数量，N表示纵向拼接的红外器件光敏感元的数量，M≥2且N≥2。
8.根据权利要求1所述的一种用于扩展薄膜型红外器件特定方向视场的装置，其特征在于，所述信号处理输出设备至少包括TIA、滤波器、单片机、FPGA和上位机中的一种。
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| CN102378903A (zh) * | 2009-03-31 | 2012-03-14 | 松下电工株式会社 | 红外阵列传感器 |
| CN103117287A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-22 | 四川大学 | 非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构及其制备方法 |
| CN107036719A (zh) * | 2016-01-22 | 2017-08-11 | 埃塞力达技术新加坡有限私人贸易公司 | 双元件热释电运动和存在检测器 |
| CN111121835A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-05-08 | 电子科技大学 | 一种热释电/光电双功能集成传感器件 |
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