[发明专利]一种非制冷热红外焦平面器件以及红外成像设备

说明书

本申请提供了一种非制冷热红外焦平面器件以及红外成像设备，用于在一定程度上减少非制冷热红外焦平面器件存在的电路读出噪声。本申请提供的非制冷热红外焦平面器件的器件结构，由于采用的暗场散射光读出机制，因此具有更低的噪声以及更高的灵敏度；其次，由于采用光学角度滤波板，反射LED阵列发射的大角度范围光及透射来自热光像素阵列表面纳米粒子的小角度散射光，形成波导式照明和散射光透射的复合功能，在照明结构上具有多芯片集成特征，更为紧凑；此外，由于阵列成像板在具有超薄特性的基础上，还存在多个的成像通道，促使成像光学系统的厚度以及体积得到了有效的降低。

技术领域

本申请涉及红外成像领域，具体涉及一种非制冷热红外焦平面器件以及红外成像设备。

背景技术

非制冷热红外焦平面器件，为红外成像技术中的一种重要部件，其主要由微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)热敏像素阵列以及互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)读出电路组成。

其中，非制冷热红外焦平面器件具有比较复杂的读出电路结构，存在无法克服的电路读出噪声，该电路读出噪声一定程度上会影响到CMOS读出电路的识别能力，尤其是在MEMS热敏像素阵列的热敏材料和结构不断优化使得器件性能不断提升的背景下，电路读出噪声影响了CMOS读出电路的性能，限制了非制冷热红外焦平面器件性能的提升。

而在现有的相关技术的研究过程中，发明人发现，对于CMOS读出电路，目前摒弃电学读出方案，而采用光学读出方案是一种可能解决电路读出噪声问题的方案之一，然而目前基于热敏机械效应或者热光效应的光学读出方案，在减少电路读出噪声时，却引入了来源于照明光源的光学噪声，同时也产生了读出光学系统复杂且体积大的问题，而这与红外热像仪的高灵敏和小型化发展趋势相悖，显然应用价值较低。

发明内容

本申请提供了一种非制冷热红外焦平面器件以及红外成像设备，用于在一定程度上减少非制冷热红外焦平面器件存在的电路读出噪声、光学噪声，进而提升非制冷热红外焦平面器件的性能，同时使器件和设备更紧凑小巧。

第一方面，本申请提供了一种非制冷热红外焦平面器件，沿预设的红外光进入方向，非制冷热红外焦平面器件包括红外探测模块以及光学成像模块；

红外探测模块由红外透射板以及光学角度滤波板构成，红外透射板以及光学角度滤波板之间由外侧的第一间隔层键合并形成封闭的真空腔体；

在真空腔体中，红外透射板的内表面通过多个的支撑介质层分别支撑对应的热光像素单元以形成热光像素阵列，热光像素单元包括红外吸收层、FP微腔以及纳米粒子层，在热光像素阵列外侧还设有与热光像素阵列表面齐平的光学吸收层，光学角度滤波板由光学透明玻璃衬底及光学透明玻璃衬底内表面上的角度滤波膜层构成，光学透明玻璃衬底在角度滤波膜层的外侧还设有LED发光阵列；

光学吸收层用于吸收可见光或近红外光，LED发光阵列发出的可见光或近红外光，在热光像素阵列表面和光学角度滤波板之间经过多次反射，形成波导式照明；

光学成像模块由阵列成像板以及图像传感器构成，阵列成像板的光学玻璃衬底表面设有第一光阑阵列、孔径大小与第一光阑阵列不同的第二光阑阵列、光学透明填充层以及微透镜阵列，光学透明填充层与图像传感器之间由外侧的第二间隔层键合；

第一光阑阵列以及第二光阑阵列用于控制微透镜阵列对散射光的接收角，以限制每个成像通道的成像视场角，避免在图像传感器上出现通道串扰，第二间隔层用于控制微透镜阵列到图像传感器的光敏阵列之间的成像间距；