[发明专利]一种热红外光探测器阵列、热红外成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种热红外光探测器阵列、红外成像系统及方法，所述热红外光探测器阵列由若干个探测器单元排列组合而成，每个探测器单元由从上至下由三层叠加而成，第一层为热红外吸收材料(31)，用于在吸收热红外线后温度发生变化；第二层为热应变材料(32)，用于在感知到温度变化后产生变形；第三层为柔性可见光透明材料(33)，用于透过热应变材料(32)反射的可见光。基于该热红外光探测器阵列，本发明还提供了一种基于材料热应变的热红外成像系统及其方法。本发明的系统极大地降低了热红外成像仪的制造成本。

技术领域

本发明涉及红外成像领域，具体涉及一种热红外光探测器阵列、热红外成像系统及方法。

背景技术

由于黑体辐射的存在，任何物体都依据温度的不同对外进行电磁波辐射。波长为2.0～1000微米的部分称为热红外线。热红外成像通过对热红外敏感的传感器阵列与成像光学系统对物体进行成像，能反映出物体表面的温度场分布，用于在黑暗环境下发现和识别目标物体。热红外在军事、工业、汽车辅助驾驶、医学领域都有广泛的应用。

现有的热红外成像系统都采用透镜加热红外传感器阵列的技术方案，如图1所示。制冷型红外成像系统探测灵敏度高，但其需要液氮冷却，系统成本偏高，且体积较大，限制了其应用。传统的非制冷型红外成像系统已经应用非常广泛，其探测信号是由热红外辐射的热阻效应产生，读出方式都是电读出，但基于传统热红外辐射的热阻效应的非制冷型红外成像系统存在原理性限制和制造技术的不足，限制了其分辨率和探测灵敏度的进一步提高。常温下工作的热成像仪主要采用非致冷焦平面热红外探测阵列技术，集成数千个乃至上万个电信号放大器，将热红外探测阵列芯片置于光学系统的焦平面上。

现有的热红外传感器阵列都采用热红外辐射的热阻效应传感器的电信号读出，由于基于热红外辐射的热阻效应的传感器阵列需要采用特殊的半导体材料和复杂的器件制造工艺、制造成本和技术门槛很高、价格很贵，使得热红外成像仪的价格在几万元到十几万元。而常规可见光成像模组和摄像头，由于基于硅集成电路技术的大规模生产，价格已经在百元以下。

发明内容

本发明的目的是针对现有热红外成像技术存在的原理瓶颈、技术瓶颈、结构复杂、技术门槛高、制造成本高的问题，提出了一种基于材料热应变的热红外探测成像系统，极大地降低现有热红外成像仪的制造成本。

为实现上述目的，一种热红外光探测器阵列，所述热红外光探测器阵列由若干个探测器单元排列组合而成，每个探测器单元由从上至下由三层叠加而成，第一层为热红外吸收材料31，用于在吸收热红外线后温度发生变化；第二层为热应变材料32，用于在感知到温度变化后产生变形；第三层为柔性可见光透明材料33，用于透过热应变材料32反射的可见光。

作为上述装置的一种改进，所述热红外吸收材料31为掺入碳纳米管的聚N、掺入石墨烯的聚N或者N-二甲基丙烯酰胺。

作为上述装置的一种改进，所述热应变材料32包括蒽基梯度交联聚合物。

作为上述装置的一种改进，所述可见光透明材料33包括聚二甲基硅氧烷。

本发明还提供了一种热红外成像系统，所述系统包含上述的热红外光探测器阵列，所述系统利用热红外线吸收材料31在吸收热红外线后的温度变化使热应变材料32发生变形，从而使可见光的反射率发生变化，将热红外信号转换成可见光信号并进行成像。

作为上述系统的一种改进，所述系统包括：光学系统2、热红外光探测器阵列3、平面光波导4、可见光光源5和可见光相机6；

所述光学系统2，用于将热红外线焦平面成像在热红外光探测器阵列3的正表面；

所述可见光光源5，用于发射可见光7；

所述平面光波导4，用于将可见光7导入到热红外光探测器阵列3的背表面；