具有滤波器和透镜阵列的成像传感器制造技术

一种红外成像设备，包括滤波器阵列(110)，所述滤波器阵列包括：(i)多个间隔开的滤波器元件(116)；(ii)反射涂层(114)，其中，所述反射涂层在所述多个间隔开的滤波器元件中的每个之间被设置在所述滤波器阵列上；以及(iii)多个透镜(112)，其中，所述多个透镜中的每个与所述多个间隔开的滤波器元件中相应的一个对准，并且被配置为将电磁辐射聚焦成射束；以及成像传感器阵列(120)，其与所述滤波器阵列隔开第一距离并且包括多个像素元件(122)，其中，所述多个像素元件中的每个与来自所述多个间隔开的滤波器元件中相应的一个的聚焦射束对准。

Imaging sensor with filter and lens array

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有滤波器和透镜阵列的成像传感器
本公开总体涉及使用具有集成透镜阵列的成像传感器阵列进行实时麻醉和呼吸气体浓度监测的方法和系统。
技术介绍
微测热辐射计(microbolometer)在传感器阵列中使用，以通过加热具有温度依赖性电阻的材料来测量入射电磁辐射的功率。电磁辐射撞击并加热材料，改变其电阻，这可以被检测和分析。曾经专门用于军事应用，微测热辐射计现在已经在商业领域建立，因此降低了制造和购买的成本。例如，当前的微测热辐射计通常具有从80×60(4800像素)开始的像素计数，每个像素元件包括温度敏感的电阻材料以创建微测热辐射计，例如氧化钒或非晶硅。随着产量的增加，每单位成本的降低，预计像素数和灵敏度将不断增加。随着像素数量的增加，可能有更多的信号处理机会。现有技术通常使用旋转滤波器轮，其中一个热探测器是时间复用的，当轮以某个给定速度旋转时，热探测器一次看到一个特定的带通滤波器元件。测量是串行的，只提供一个数据通道。其他现有技术使用多表面镜来产生沿不同方向行进的若干红外射束，每个红外射束行进到带有一个热检测器的带通滤波器。虽然可以并行和实时分析几种气体，但每个数据通道只有一个探测器。
技术实现思路
因此，本领域一直需要一种具有更大的采样容量和增加的并行数据通道的数量的红外成像系统，例如，微测热辐射计系统，从而提供对目标气体的过采样和改善的信噪比性能。本公开涉及用于实时呼吸气体浓度监测的创新系统和方法。应用于红外成像系统，本专利技术的系统和方法包括安装在二维微测热辐射计传感器阵列上的拼贴(mosaic)滤波器/透镜阵列，以提供麻醉和呼吸气体检测和浓度测量功能。安装在微测热辐射计传感器阵列上方的滤波器拼贴体包括红外窄带通滤波器，其中，每个滤波器靶向在标准麻醉流程下发现的呼吸气体的独特红外吸收波长。透镜结构将每个带通红外滤波器下的红外能量聚焦到微测热辐射计的像素阵列上，从而增加信号，减少相邻带通滤波器之间的光学或热串扰，并且改善信噪比。总体地，在一个方面中，提供了一种红外成像设备。所述设备包括滤波器阵列，所述滤波器阵列具有：(i)多个间隔开的滤波器元件；(ii)反射涂层，其中，所述反射涂层在所述多个间隔开的滤波器元件中的每个之间被设置在所述滤波器阵列上；(iii)多个透镜，其中，所述多个透镜中的每个与所述多个间隔开的滤波器元件中相应的一个对准，并且被配置为将电磁辐射聚焦成射束；以及成像传感器阵列，其与所述滤波器阵列隔开第一距离并包括多个像素元件，其中，所述多个像素元件中的每个与来自所述多个间隔开的滤波器元件中的相应一个的聚焦射束对准。根据一个实施例，所述成像阵列包括微测热辐射计。根据实施例，所述像素元件中的每个包括多个像素。根据一个实施例，所述多个像素元件中的至少一个包括至少第一多个像素，所述第一多个像素包括第一材料，并且所述多个像素元件中的至少一个还包括第二多个像素，所述第二多个像素包括第二材料。根据一个实施例，所述多个间隔开的滤波器元件中的每个包括窄带通滤波器，所述窄带通滤波器具有对应于目标麻醉剂或气体的中心波长。根据一个实施例，所述多个间隔开的滤波器元件中的每个的中心波长不与任何其他滤波器元件的中心波长交叠。根据一个实施例，反射涂层被配置为最小化相邻像素元件之间的信号串扰。根据一个实施例，所述多个透镜被定位在所述滤波器阵列的第二侧上，所述滤波器阵列的所述第二侧面向所述成像传感器阵列。根据一个实施例，所述多个透镜被定位在所述滤波器阵列的第一侧上，所述滤波器阵列的所述第一侧背向所述成像传感器阵列。根据实施例，所述多个像素元件至少包括第一像素元件和第二像素元件，所述第一像素元件包括第一材料，并且所述第二像素元件包括第二材料。根据一个实施例，所述多个间隔开的滤波器元件中的至少一个基本上是不透明的。根据一个实施例，所述多个间隔开的滤波器元件中的第一个的中心波长是目标麻醉剂或气体的第一峰值吸收波长，并且其中，所述多个间隔开的滤波器元件中的第二个的中心波长是所述目标麻醉剂或气体的第二峰值吸收波长。根据一个实施例，所述设备被配置为检测目标麻醉剂的浓度和目标呼吸气体的浓度。根据一个实施例，所述反射涂层包括金、铂、钛、钯、镍、铜、铝和/或其组合。根据一个方面的是一种红外成像系统。所述红外成像系统包括滤波器阵列，所述滤波器阵列包括：(i)多个间隔开的滤波器元件；(ii)反射涂层，其中，所述反射涂层在所述多个间隔开的滤波器元件中的每个之间被设置在所述滤波器阵列上；以及(iii)多个透镜，其中，所述多个间隔开的滤波器元件中的每个包括窄带通滤波器，所述窄带通滤波器具有对应于目标麻醉剂或气体的中心波长，并且其中，所述多个透镜中的每个与所述多个间隔开的滤波器元件中相应的一个对准，并且被配置为将电磁辐射聚焦成射束；以及微测热辐射计，其与所述滤波器阵列隔开第一距离并包括多个像素元件，其中，所述多个像素元件中的每个与来自所述多个间隔开的滤波器元件中相应的一个的聚焦射束对准。根据一个方面的是一种红外成像设备。所述红外成像设备包括滤波器阵列，所述滤波器阵列包括：(i)多个间隔开的滤波器元件，其中，所述多个间隔开的滤波器元件中的每个包括窄带通滤波器，所述窄带通滤波器具有对应于目标的中心波长，并且其中，所述多个间隔开的滤波器元件中的至少一个基本上是不透明的。(ii)反射涂层，其中，所述反射涂层在所述多个间隔开的滤波器元件中的每个之间被设置在所述滤波器阵列上；以及(iii)多个透镜，其中，所述多个透镜中的每个与所述多个间隔开的滤波器元件中相应的一个对准，并且被配置为将电磁辐射聚焦成射束；以及微测热辐射计，其与所述滤波器阵列隔开第一距离并包括多个像素元件，其中，所述多个像素元件中的每个与来自所述多个间隔开的滤波器元件中的相应一个的聚焦射束对准；其中，所述反射涂层被配置为最小化相邻像素元件之间的信号串扰。应当理解，上述概念和以下更详细讨论的额外概念的所有组合(假设的这些概念不是相互不一致的)被预期为是本文中公开的专利技术主题的一部分。尤其地，权利要求的主题的所有组合均预期为本文公开的专利技术主题的部分。参考下文描述的实施例，本专利技术的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐述。附图说明附图中，相同的附图标记一般指不同视图中的相同部分。同样，附图不一定按比例，而是重点在于图示本专利技术的原理。图1是根据一个实施例的微测热辐射计系统的示意图。图2是根据一个实施例的拼贴滤波器/聚焦透镜阵列的顶视图的示意图。图3是根据一个实施例的拼贴滤波器/聚焦透镜阵列的侧视图的示意图。图4是根据一个实施例的拼贴滤波器/聚焦透镜阵列的透视侧视图的示意图。图5是根据一个实施例的拼贴滤波器/聚焦透镜阵列的透视侧视图的示意图。图6是根据一个实施例的微测热辐射计系统的示意图。图7是根据实施例的由微测热辐射计系统生成的数据的像素图的曲线图。具体实施方式本公开描述了用于监测气体浓度的系统和方法的各种实施例。更一般地，申请人已经认识并理解，提供一种红外成像系统将是有益的，该红外成像系统被配置为使用多个数据通道并行地同时测量多种麻醉和呼吸气体的浓度。因此，本文描述或者设想的方法提供了一种微测热辐射计系统，其包括安装在二维微测热辐射计传感器阵列上的拼贴滤波器/透镜阵列，以提供麻醉和呼吸气体检测和浓度测量功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外成像设备，包括：滤波器阵列(110)，其包括：(i)多个间隔开的滤波器元件(116)；(ii)反射涂层(114)，其中，所述反射涂层在所述多个间隔开的滤波器元件中的每个之间被设置在所述滤波器阵列上；以及(iii)多个透镜(112)，其中，所述多个透镜中的每个与所述多个间隔开的滤波器元件中相应的一个对准并且被配置为将电磁辐射聚焦成射束；以及成像传感器阵列(120)，其与所述滤波器阵列隔开第一距离并且包括多个像素元件(122)，其中，所述多个像素元件中的每个与来自所述多个间隔开的滤波器元件中相应的一个的聚焦射束对准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.05 US 62/442,5881.一种红外成像设备，包括：滤波器阵列(110)，其包括：(i)多个间隔开的滤波器元件(116)；(ii)反射涂层(114)，其中，所述反射涂层在所述多个间隔开的滤波器元件中的每个之间被设置在所述滤波器阵列上；以及(iii)多个透镜(112)，其中，所述多个透镜中的每个与所述多个间隔开的滤波器元件中相应的一个对准并且被配置为将电磁辐射聚焦成射束；以及成像传感器阵列(120)，其与所述滤波器阵列隔开第一距离并且包括多个像素元件(122)，其中，所述多个像素元件中的每个与来自所述多个间隔开的滤波器元件中相应的一个的聚焦射束对准。2.根据权利要求1所述的红外成像设备，其中，所述成像阵列包括微测热辐射计。3.根据权利要求1所述的红外成像设备，其中，所述像素元件(122)中的每个包括多个像素。4.根据权利要求3所述的红外成像设备，其中，所述多个像素元件中的至少一个包括至少第一多个像素，所述第一多个像素包括第一材料，并且所述多个像素元件中的至少一个还包括第二多个像素，所述第二多个像素包括第二材料。5.根据权利要求1所述的红外成像设备，其中，所述多个间隔开的滤波器元件中的每个包括窄带通滤波器，所述窄带通滤波器具有对应于目标麻醉剂或气体的中心波长。6.根据权利要求5所述的红外成像设备，其中，所述多个间隔开的滤波器元件中的每个的中心波长不与任何其他滤波器元件的中心波长交叠。7.根据权利要求1所述的红外成像设备，其中，所述反射涂层被配置为最小化相邻像素元件之间的信号串扰。8.根据权利要求1所述的红外成像设备，其中，所述多个透镜被定位在所述滤波器阵列的第二侧(126)上，所述滤波器阵列的所述第二侧面向所述成像传感器阵列。9.根据权利要求1所述的红外成像设备，其中，所述多个透镜被定位在所述滤波器阵列的第一侧(124)上，所述滤波器阵列的所述第一侧背向所述成像传感器阵列。10.根据权利要求1所述的红外成像设备，其中，所述多个像素元件至少包括第一像素元件和第二像素元件，所述第一像素元件包括第一材料，所述第二像素元件包括第二材料。11.根据权利要求1所述的红外成像设备，其中，所述多个间隔开的滤波器元件中的至少一个基本上是不透明的。12.根据权利要求1所述的红外成像设备，其中，所述多个间隔开的滤波器元件中的第一个的中心波长是目标麻醉剂或气体的第一峰值吸收波长，并且其中，所述多个间隔开的滤波器元件中的第二个的中心波长是所述目标麻醉剂或气体的第二峰值吸收波长。13.根据权利要求1所述的红外成像设备，其中，所述设备被配置为检测目标麻醉剂的浓度和目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·C·扬多，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL