PL216991B1 - Emiter obrazów w podczerwieni - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest emiter obrazów w podczerwieni w zakresie długości fali λ = 2 14 μm, zwłaszcza obrazów dynamicznych o dużej rozdzielczości przestrzennej i znacznym natężeniu promieniowania. Emiter ten przeznaczony jest do testowania układów kamer termowizyjnych, układów sterowania wykorzystujących detekcję podczerwieni oraz do generowania obrazów imitujących szybko przemieszczające się obiekty emitujące promieniowanie cieplne.

Znane są elektroluminescencyjne źródła promieniowania podczerwonego wykonywane z materiałów o wąskiej przerwie zabronionej (pracujące jak typowe diody LED) oraz matryce obrazowe zbudowane z takich diod LED, ale emitowane przez nie promieniowanie nie ma charakteru termicznego o ciągłej charakterystyce spektralnej, tylko postać określonych wąskich pików spektralnych.

Znane są matryce emitujące promieniowanie podczerwone zbudowane z mikrorezystorów, podgrzewanych przez przepływ prądu. Matryce takie charakteryzują się jednak niewielką szybkością działania (kilkadziesiąt herców), która wynika z dużej bezwładności cieplnej.

Znane są również opisane w zgłoszeniach P.385216, P.385428 i P.385456 modulowane iniekcyjnie matryce półprzewodnikowe ze złączami p-n (matryce o konstrukcji p⁺-n-n⁺), w których promieniowanie cieplne (podczerwone) nagrzanej płytki półprzewodnikowej modulowane jest poprzez zmiany emisyjności spowodowane wstrzykiwaniem swobodnych nośników przez spolaryzowane w kierunku przewodzenia złącza p⁺-n. Matryce takie charakteryzują się wystarczająco dużą szybkością działania (kilka kiloherców), ale ich moc promieniowania ograniczona jest przez maksymalną temperaturę pracy (~150 C) elementów p+-n-n+ matrycy.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego emitera obrazów w podczerwieni, który charakteryzowałby się znacznie większą mocą promieniowania podczerwonego niż znane rozwiązania.

Emiter obrazów w podczerwieni, według wynalazku posiada półprzewodnikową płytkę emitującą podczerwień oraz elektroluminescencyjne źródło promieniowania o długości fali mniejszej od długofalowego progu absorpcji w płytce emitującej. W emiterze tym, elektroluminescencyjne źródło promieniowania w postaci sterowanej zewnętrznie matrycy diodowej jest na całej powierzchni połączone poprzez zespół światłowodów (światłowód obrazowy) z płytką półprzewodnikową emitującą promieniowanie termiczne. Po stronie emitującej podczerwień, poza obszarem wyznaczonym przez obrys zespołu światłowodów, płytka półprzewodnikowa jest pokryta warstwą ekranującą, a po drugiej stronie, w tym samym obszarze ma grzejnik rezystorowy zasilany zewnętrznie i czujnik temperatury, umieszczony korzystnie miedzy grzejnikiem, a zespołem światłowodów.

Rozwiązanie emitera według wynalazku pozwala na uniknięcie wad znanych rozwiązań. Dzięki temu, że płytka emitująca nie zawiera struktur złączowych, można ją podgrzać do dość wysokiej temperatury (nawet do 800°C), uzyskując dzięki temu znacznie większą moc promieniowania podczerwonego.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, który przedstawia przekrój emitera przez źródło o litym (jednorodnym) podłożu krzemowym.

Do realizacji przykładowego emitera jako podłoża użyto płytki krzemowej 1, o średnicy 100 mm i grubości 2 mm, dwustronnie polerowanej, wyciętej z monokryształu o rezystywności ~1 kQcm i czasie życia nośników ~0,5 ms. Płytka ta jest sprzężona jest optycznie przez zespół światłowodów 2 (tzw. światłowód obrazowy) z matrycą 3 diod elektroluminescencyjnych, wykonaną z diod z GaAs 4, emitujących promieniowanie o długości fali 900 nm. Na obrzeżu płytki 1, od strony matrycy z diodami elektroluminescencyjnymi a poza obrysem zespołu światłowodów 2, znajduje się grzejnik rezystorowy 5, o małej oporności wykonany w formie pierścienia. Natomiast miedzy grzejnikiem 5, a obrysem zespołu światłowodów 2 na płytce 1, umieszczony jest czujnik temperatury 7 (termopara). Po drugiej stronie płytki 1 (po stronie emitującej podczerwień), obszar wychodzący poza obrys wyznaczony przez zespół światłowodów 2 pokryty jest ekranującą maską aluminiową 6. W rozwiązaniu tym nośniki nadmiarowe są generowane optycznie w półprzewodnikowej płytce 1, przez promieniowanie emitowane przez sprzężoną optyczne z tą płytką matrycę 3 diod elektroluminescencyjnych (lub laserowych), które emitują promieniowanie widzialne lub bliską podczerwień.

Claims (4)

1. Emiter obrazów w podczerwieni w zakresie długości fali 2-14 μm, posiadający półprzewodnikową płytkę emitującą podczerwień oraz elektroluminescencyjne źródło promieniowania o długości fali mniejszej od długofalowego progu absorpcji w płytce emitującej, znamienny tym, że elektroluminescencyjne źródło promieniowania w postaci sterowanej zewnętrznie matrycy diodowej (3) połączone jest poprzez zespół światłowodów (2) (światłowód obrazowy) z emitującą promieniowanie termiczne płytką półprzewodnikową (1).

2. Emiter obrazów według zastrz. 1, znamienny tym, że płytka emitująca promieniowanie termiczne (1), od strony matrycy (3), poza obrysem zespołu światłowodów (2) ma zasilany zewnętrznie grzejnik rezystorowy (5), korzystnie w formie pierścienia.

3. Emiter obrazów według zastrz. 1, znamienny tym, że obszar płytki emitującej promieniowanie termiczne (1), znajdujący się po stronie emitującej podczerwień poza obrysem zespołu światłowodów (2), pokryty jest warstwą ekranującą (6).

4. Emiter obrazów według zastrz. 1, znamienny tym, że na płytce (1), korzystnie w obszarze miedzy grzejnikiem (5), a zespołem światłowodów (2) umieszczony jest czujnik temperatury (7).