[发明专利]用于探测电磁辐射的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于探测电磁辐射的装置，其包括：主动辐射热测量计，装配有对所述电磁辐射敏感的第一元件，与主动辐射热测量计相同的参考辐射热测量计，装配有对所述电磁辐射敏感的第二元件，所述主动辐射热测量计和参考辐射热测量计彼此靠近地排布在同一基板上，具有外壁和面向第二敏感元件的内壁的盖，所述盖至少覆盖第二敏感元件暴露于电磁辐射的部分并在所述第二敏感元件和盖之间形成中空空间，以及反射罩，形成暴露于所述电磁辐射的外壁的至少一部分。

背景技术

通过将辐射转换成电信号，辐射热测量计可实现对太赫兹(terahertz)范围内或者红外线的电磁辐射功率的测量。如图1和图2所示，电阻型辐射热探测器包括悬挂于基板2之上的辐射热板1(bolometric plate)。辐射热板1由吸收电磁辐射的膜3和热敏电阻4构成，热敏电阻4由热敏半导体材料构成，热敏半导体材料的基本特性是当温度变化时其电阻也产生变化。利用热绝缘臂5悬吊膜3，热绝缘臂5通过锚固点6固定于基板2。膜3吸收入射辐射，将入射辐射转换为热量并将热量传送到热敏电阻4。接着热敏电阻4的温度上升导致辐射热探测器的端子处的电压或电流的变化，该变化由合适的电组件测量。电极(未示出)例如设置在锚固点6的位置。以传统的方式，读出电路集成在基板2中并利用形成的测量结果。热绝缘臂5将膜3与基板2热绝缘从而改进了测量的灵敏度。

辐射热探测器的良好运行需要满足三个主要条件：低热质量(calorific mass)，膜3与基板2的良好绝热，以及温度上升转变为电信号的转换效应的良好敏感度。前两个条件将通过将辐射热探测器实施为薄层而获得。

通过将辐射热探测器矩阵直接连接到由CMOS或者CCD型的硅制成的复用电路(multiplexing circuit)而制造在环境温度下工作的单片红外图像装置。

辐射热探测器的读出原理在于测量热敏电阻4的电阻值及其变化。当这些变化非常小时，特别是对于红外探测(IR)而言，探测信号在读出电路中通过高增益放大器或者在积分器台(integrator stage)被放大。在通常的方式中，积分器台是优选的，这是因为它本质上减少通带从而消除白噪声。

在积分器的情况下，源自辐射热探测器的电流使读出集成电路(ROIC)的输出信号快速饱和。接着，包含场景信息的有用电流仅表示全部积分的电流(integrated current)的一部分。为了增加读出灵敏度，通常将电流的不变部分分流到被称为“撇除(skimming)”支路的电路支路中，该支路仅将对应于图像场景的电流的可变部分传送至积分器。

图3示出基于辐射热测量计的探测装置的读出原理。该装置包括主动辐射热测量计7，该主动辐射热测量计7吸收入射电磁辐射8并可实现电磁辐射8的测量。主动辐射热测量计7的电阻变化表示此辐射8的值。电流读出通常用于此测量。主动辐射热测量计7输出的电流包括可变部分和不变部分。实际上，探测装置以相关方式运行，即，它探测不变的连续背景信号，该背景信号可影响有用的可变信号的测量，该有用的可变信号相对该背景信号通常是小的。因此希望消除电流中不变部分以获得辐射值的理想测量。

为了增加读出灵敏度，电流的不变部分最好被分流到分流支路(shunt branch)，使得只有被称为偏移电流(offset current)的电流可变部分被送入积分器9中。用电子术语来说，用作分流支路的元件必须表现出低噪声从而产生尽可能较小的干扰。为此，分流支路由通过直接注入被偏置为足够高的值的电阻器形成。直接注入是指来自电阻器的电子被直接注入晶体管中，该晶体管执行对电阻器的偏置以及对探测器偏置的调节。

常用的解决方案在于采用参考辐射热测量计10作为分流支路，即，辐射热测量计10不探测电磁辐射8。

因此，分流支路包括如图3所示的被保护罩11遮蔽的参考辐射热测量计10，保护罩11置于电磁辐射8和参考辐射热测量计10之间。因此参考辐射热测量计10转变成不吸收任何辐射并用作参考的被动辐射热测量计。

这种类型的探测装置的效率取决于参考辐射热测量计10的特性以及它被完全遮蔽的能力。