提供了一种杜瓦瓶组件,用于在光学IR检测系统中限定一个光收集区域。所述杜瓦瓶组件含有一个温屏蔽体单元,所述温屏蔽体单元被构造成一个封装体,用于光学封装光收集区域并具有一个光学窗,入射光经穿所述光学窗进入所述杜瓦瓶。所述温屏蔽体限定一个反射内表面,该反射内表面被构造成,使得穿过所述光学窗传播到所述内表面上的入射光的光部分被所述内表面反射向所述光收集区域外部的区域。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括IR检测器单元类别的IR检测系统领域,且涉及用于这类IR检测系统中的杜瓦瓶组件(dewar assembly)。
技术介绍
现有的红外线(IR)检测系统通常包括IR检测器(例如焦平面阵列(FPA))和杜瓦瓶组件,所述杜瓦瓶组件封装(enclosing)所述检测系统的视场并作为热屏蔽体而运行,所述热屏蔽体为所述检测器遮蔽来自所封装的视场外的热辐射。许多类型IR检测器在冷却至极低温度时才适当运行(例如约77-100° K),因此,在该类型IR检测系统中,检测器与冷却系统热耦合(例如安装其上)。其他类型的IR检测器,本文中称为非致冷IR检测器(例如热IR检测器),可在环境温度条件下运行,因此可在不与低温冷却系统耦合的情况下使用。致冷及非致冷IR检测器类型均对来自宽视场角(约180° )内的辐射敏感,所述市场角是相对于通常与所述检测器的敏感区垂直的某一光轴而言。对此,为了将检测器的视场限制为检测系统的某一所希望的视场,通常使用光/热屏蔽体来防止来自所希望的视场之外的辐射到达所述检测器。对此,杜瓦瓶组件的功能之一是将IR检测系统的有效视场限制为所希望的视场,所希望的视场由沿着检测器的光轴传播的光的某一立体角限定(小于IR检测器本身的宽视场角)。因此,杜瓦瓶组件通常被构造成封装具有圆柱样结构的IR检测器,所述圆柱样结构至少部分地包围IR检测系统的光轴和限定一个光学窗(例如其的一个光孔),所希望的视场内的辐射穿过所述光学窗而到达IR检测器。为此,通常的杜瓦瓶组件包括冷屏蔽体(cold shields)和温屏蔽体(warmshields),它们分别与安装其上的冷滤器和温窗相连。所述冷屏蔽体用于至少部分地包围IR检测系统的光轴并从而使得仅有限视场的辐射到达IR检测器。由于所述冷屏蔽体自身可发出热辐射(寄生辐射),因此所述冷屏蔽体维持冷却至相对较低温度(例如约100° K),以减少由所述屏蔽体发出这类寄生热辐射。因此,冷屏蔽体通常被封装在温屏蔽体中,这使冷屏蔽体与外部温度热绝缘。由于冷屏蔽体封装有一部分光路(通常在冷滤器和检测器之间),因此其本身可以朝着IR检测器反射辐射,这是不希望的穿过冷滤器进入系统并撞击在冷屏蔽体的壁上的辐射。由冷屏蔽体的壁在检测器上反射的视场之外的辐射量的减少可通过利用冷屏蔽体的高发射/吸收(发暗的)内表面来增加对这类不想要的辐射的吸收而实现。将冷屏蔽体的内表面构造成反射性的且具有专门设计的几何形状将不想要的辐射反射出检测器的视场,也是已知的。冷却冷屏蔽体内表面以减少由其发出的热辐射。对于增加冷屏蔽体的发射率,具有许多已知技术。根据这些技术中的一些,冷屏蔽体包括几个挡板来帮助减少不想要的IR辐射。利用冷屏蔽体的挡板结构的这类技术的一个实例在美国专利5,225,931中有描述,根据该专利,提供了一个具有一个管的光学系统,所述管具有一个开口前端和一个后端,其中成像光学器件安装在所述管中,并相对于光轴旋转对称地提供多个光反射挡板部分。第一挡板部分被构造成回转的椭圆面,所有的焦点均位于所述管的开口前端的相邻边缘部分并面向所述开口前端。第二挡板部分被构造成回转的双曲面,所述双曲面向远离所述管的开口端和内部方向。美国专利4,820,923公开了一种用于低温冷却辐射检测器、具有环形反射表面的温屏蔽体反射器。所述表面具有导致由检测器发出的光线被反射的几何性质,使得光线在有效检测器区域之外和附近成像为散焦的环。几个这样的部分位于小的低温冷却检测器屏蔽体的前面,以为整个检测器提供与大的低温冷却屏蔽体类似的屏蔽效应。美国专利公布文本2006/180765描述了一种红外成像系统,其使用反射表面之间的未冷却椭圆表面部分,以使检测器感知一个冷的真空室内部,而不是一个结构或外壳(housing)的温表面。以该方式,可使来自系统内的背景红外福射(background infrared辐射)最小化。WO 07/003729描述了一种电磁辐射监测装置,由具有对所述辐射敏感的表面的传感器和含有侧壁的冷屏蔽体组成,所述侧壁具有形成椭圆弧轮廓的横截面,使得被所述壁反射的来源于入射线的光线不会与所述传感器的敏感表面接触。
技术实现思路
本领域需要适于用在IR检测系统中且具有降低的质量和降低的冷却需求的热屏蔽体(杜瓦瓶)。如上文所述,已知的杜瓦瓶组件包括一个非冷却温屏蔽体和一个冷屏蔽体,所述冷屏蔽体包封在所述温屏蔽体内(且通常为分离的形式)且通过所述温屏蔽体与环境热绝缘。冷屏蔽体被用于遮蔽IR检测器免于来源于所述检测器所希望的视场外的热辐射。这类冷屏蔽体通常被构造成封装在检测系统的光学窗(例如冷滤器)和IR检测器之间的光传播的光路(IR辐射)。所述冷屏蔽体通常被构造成吸收以在IR检测器的所希望的视场之外的角度穿过所述光学窗的光/热辐射。为使检测系统具有高信噪比(SNR),冷屏蔽体通常被构造成能够最大程度的吸收撞击其上的辐射,和防止/降低此处的辐射反射率。为此,使用多种热屏蔽体技术,包括例如在冷屏蔽体的内部结构中使用挡板、使用高发射性涂层和使用粗糙的表面纹理来使反射最小化,目的在于增加发射率(吸收率)。但是,增加挡板会增加冷屏蔽体的热容量和重量。另外,使用具有高发射性内部(内表面/结构)的冷屏蔽体意味着,在给定温度下,由所述内部表面/结构发出相对较高的热辐射(例如由于所谓的黑体辐射)。这是因为,为保持热平衡,被所述屏蔽体吸收的能量的量应等于例如通过发出辐射或通过冷却所述屏蔽体而从所述屏蔽体排出的能量的量。更具体地,由物体发出的热辐射与该物体的发射率线性相关,并且与绝对温度的四次方成比例。因此,当用高发射率的冷物体和高反射率的温热物体操作时,由所述物体发出的热辐射可实现相同水平。在此方面,本专利技术的操作与常规方法相反,其中高发射内表面的冷屏蔽体的壁既用于维持低水平的来自所述壁的热辐射,还用于吸收在检测器视场外的方向穿过光学窗而到达的辐射。在本专利技术中,当通过利用所述屏蔽体的壁的高反射内表面来保持低水平的热辐射时,所述屏蔽体的壁的冷却不是必须的。转而言之,由于高反射壁不吸收视场之外的辐射,因此所述壁被构造成将来自光学窗(例如其光孔)的这类辐射反射到仅有较少反射和较少热发射的吸收区域上。IR检测系统的SNR对来自检测器所希望的视场外并到达该检测器的热辐射敏感。因此,由于热辐射与温度的四次方成比例,在使用高发射性冷屏栏的情况下(常规方法),需要将所述冷屏蔽体冷却至低温(例如冷冻温度),以减少由所述屏蔽体的内结构/表面发出的热辐射的量。此处应注意,在本公开中,术语视场之外的辐射是指来自检测器的所希望的视场之外的方向并沿该方向撞击在所述屏蔽体的有效/敏感表面上(例如检测器所处的位置)的电磁(例如IR/热)辐射。所述检测器的所希望的视场可定义为光穿过光学窗(例如通过其一个光孔)而传播的某一立体角,其特征在于,在所述立体角内穿过所述窗的光线(例如IR)的光路(包括可选的光学元件的影响)指向IR检测器的敏感区域。视场之外的辐射被检测器感知是不希望的,因为其通常会弄污由检测器感知的图像并损害系统的SNR。所述视场之外的辐射具有两个主要来源,即:(i)所述屏蔽体的热辐射,其为由屏蔽体的内表面/结构根据其温度发出的辐射,和(ii)未聚焦的辐射,其本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.14 US 61/393,0251.用在包括IR检测器单元类别的光学IR检测系统中的杜瓦瓶组件,其中所述杜瓦瓶组件包含: 一个基底,其含有辐射吸收区域并被安置成用于限定所述杜瓦瓶组件的光收集区域;和 一个温屏蔽体单元,其具有一个使入射光穿过其而进入所述杜瓦瓶的光学窗,所述温屏蔽体单元被构造成一个封装体,用于光学封装所述基底,和限定一个反射内表面,所述反射内表面被构造成,使穿过所述光学窗传播到所述内表面上的入射光的光部分被所述内表面向着所述光收集区域外部的区域反射。2.权利要求1所述的杜瓦瓶组件,其中所述内表面和所述温屏蔽体单元的外表面具有低发射率性质,降低了被所述各表面吸收的辐射的量,由此降低了由所述内表面在给定的温度条件下发出的辐射的量。3.权利要求2所述的杜瓦瓶组件,其中所述内表面的发射率不超过几个百分比。4.前述权利要求中任一项所述的杜瓦瓶组件,其中所述温屏蔽体单元的所述反射内表面曝光于所述光收集区域。5.前述权利要求中任一项所述的杜瓦瓶组件,其中所述辐射吸收区域的面向所述温屏蔽体单元的所述内表面的表面,具有高发射性,由此提供了所述基底的所述表面的有效辐射吸收率。6.权利要求5所述的杜瓦瓶组件,其中所述辐射吸收区域的所述表面具有粗糙质地,使辐射由所述表面的反射最小化。7.权利要求1-6中任一项所述的杜瓦瓶组件,被构造成用在包括低温冷却系统类别的光学IR检测系统中,所述低温冷却系统用于至少冷却所述IR检测器单元的光敏区域;所述杜瓦瓶组件适于在所述低温冷却系统和所述基底之间进行热耦合,用于冷却所述基底的辐射吸收区域。8.权利要求1-6中任一项所述的杜瓦瓶组件,被构造成用在包括温度稳定系统类别的光学IR检测系统中,所述温度稳定系统用于至少稳定所述IR检测器单元的光敏区域;所述杜瓦瓶组件适于在所述温度稳定系统和所述基底之间进行热耦合,用...
【专利技术属性】
技术研发人员:迈克尔·辛格,
申请(专利权)人:半导体器件埃尔法特系统拉法合伙公司,
类型:
国别省市:
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