一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片的利记博彩app

文档序号:10597469阅读:867来源:国知局
一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片的利记博彩app
【专利摘要】本发明具体涉及一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片,属于光电技术领域。该芯片利用量子点发光探测器实现红外到可见光图像的转换,利用可见光图像传感器实现可见光图像的采集与输出,并通过微型光学透镜阵列实现量子点发光探测器与可见光图像传感器之间的光互联。最终,为形成一种高分辨率、低成本、宽光谱的新型红外电视型成像系统奠定基础。
【专利说明】
一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片
技术领域
[0001] 本发明具体涉及一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片,属于光电技 术领域。
【背景技术】
[0002] 自1800年英国天文学家发现红外福射以来,经过两个多世纪的发展,红外成像技 术由最初主要用于军事上的跟踪定位,发展到如今在交通、环境、制造业等领域的全面覆 盖。相对于可见光成像技术,红外成像技术的抗干扰能力强,受烟雾等恶劣天气的影响小。 因此,红外成像技术在军事和民用领域都有着广泛的应用。在军事领域,主要应用于侦察与 夜视、红外制导与隐蔽目标的探测等。在民用领域,红外成像技术主要应用于工业、农林业、 医学等领域。
[0003] 目前,主要采用基于III-V族化合物半导体的红外焦平面阵列进行红外目标探测。 即:通过InGaAs探测器将目标的红外辐射转换为电信号,再通过Si基读出电路对电信号进 行积分和处理。由于InGaAs探测器单元和Si基读出电路生长于不同的衬底材料,需分别制 备,再通过铟柱将探测器和读出电路单元一对一的连接。上述铟柱互连和对准要求严重限 制了红外焦平面阵列的分辨率,导致其分辨较低,同时也导致其价格相对昂贵(相对于可见 光图像传感器)。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的是提供一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片,该芯片 由量子点发光探测器、微型光学透镜阵列与可见光图像传感器集成,可以对红外图像进行 高分辨率成像,同时具有宽光谱、低成本等优点。
[0005] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006] -种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片,包括量子点发光探测器、微 型光学透镜阵列和可见光图像传感器等。
[0007] 量子点发光探测器、微型光学透镜阵列和可见光图像传感器依次排列,三者之间 的距离可以通过牛顿公式来确定,牛顿公式如公式(1)所示,
[0008] XX,=f,2 (1)
[0009] 其中,x表示微型光学透镜阵列中单个透镜的物方焦点F与量子点发光探测器之间 的距离,X'表示微型光学透镜阵列中单个透镜的像方焦点F'与量子点发光探测器之间的距 离,f'表示单个透镜的焦距。为了使量子点发光探测器与可见光图像传感器的成像区域对 应,需要使量子点发光探测器与可见光图像传感器对应区域的面积相同。根据相似三角形 的对应关系,仅需使式(1)中的x = x '即可。
[0010] 综上所述,量子点发光探测器、微型光学透镜阵列和可见光图像传感器之间的距 离可以通过式(2)来确定
[0011] {^,= ;f,2 (2)
[0012] 所述微型光学透镜阵列的阵列排布为:微型光学透镜阵列由多个微型凸透镜按行 列紧密整齐排列而成,为了提高光能的利用率,每个透镜的形状均选择为正方形,可使填充 因子达到100%,同时透镜的口径很小,透镜的口径不大于500M1,从而可以利用较薄的透镜 得到较小的焦距,提高整个芯片的集成度。
[0013] 所述的可见光图像传感器为CMOS图像传感器或(XD图像传感器;
[0014] -种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片,成像的具体实现步骤如下: [0015] 步骤一:红外-可见光上转换过程。通过无机红外探测器与0LED的集成,形成量子 点发光探测器,将入射红外光转换为可见光,并由0LED进行无像素显示;
[0016] 步骤二:量子点发光探测器与可见光图像传感器之间的光互联过程。基于微型光 学透镜阵列将量子点发光探测器中0LED显示的可见光图像,耦合至高分辨率可见光图像传 感器的光敏面上,实现量子点发光探测器与可见光图像传感器之间的光互联;
[0017] 步骤三:可见光图像的光电转换。可见光图像传感器完成入射可见光图像的光电 转换,输出高分辨率模拟/数学图像信号,实现基于量子点发光探测器的电视型红外成像。
[0018] 有益效果
[0019] 1、高分辨率红外成像能力。基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片避免了 红外焦平面阵列制造过程中的铟柱互联和对准等复杂的工艺问题,其采用量子点发光探测 器直接将入射红外光转化为可见光,并由0LED进行无像素显示。同时,由高分辨率CMOS图像 传感器或CCD图像传感器将0LED显示的可见光图像转换为模拟/数字图像信号。其中,高分 辨率可见光图像传感器的分辨率即为红外成像芯片的分辨率,因而可极大地提高红外成像 芯片的分辨率。
[0020] 2、低成本红外成像。基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片避免了红外焦 平面阵列制造过程中的铟柱互联和对准等复杂的工艺问题。同时,由于有机发光二极管 (0LED)的生长无晶格匹配要求,理论上可生长于任何材质的衬底上,从而极大地简化了量 子点发光探测器的制备工艺,进而大幅降低器件的成本。量子点发光探测器的电视型红外 成像芯片有望将红外成像器件的成本降低至可见图像传感器水平。
[0021] 3、红外-可见光宽光谱成像能力。基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片 采用具有内增益的InGaAs探测器与磷光有机发光二极管(0LED)实现红外光向可见光的转 换。同时,上述材料对可见光同样具有良好的透光性。因此,其光谱响应范围可同时覆盖可 见光-红外光谱,且其探测波长可通过选择不同的材料改变。因此,基于该技术可获得一种 同时具有可见光-红外光谱响应能力的新型图像传感器芯片。
【附图说明】
[0022] 图1为一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片示意图;
[0023] 图2为牛顿公式中所示符号示意图。
[0024] 其中包括:1 一量子点发光探测器,2-微型光学透镜阵列,3-可见光图像传感器。
【具体实施方式】
[0025] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行说明。
[0026] 实施例1
[0027] -种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片,包括量子点发光探测器1、微 型光学透镜阵列2和可见光图像传感器3;
[0028] 量子点发光探测器1选用IR-0LED,该探测器可以将红外光转换为可见光,感光区 域面积为10 X 10_,厚度为0.2mm。
[0029] 微型光学透镜阵列2由微型凸透镜按行列整齐紧密排列而成。为提高整个芯片的 集成度,单个透镜采用正方形透镜,其边长选取为150M1,焦距为1.5mm,整个微型光学透镜 阵列2需要满足对IR-0LED的成像需求,所以有效面积选择为10 X 10mm,对应的厚度为 0.lmm〇
[0030] 可见光图像传感器3选用1/3英寸的CMOS图像传感器,其尺寸为17.8X14.3mm,成 像区域足够满足IR-0LED的感光区域(其面积为10 X 10mm),厚度为3.5mm。
[0031] 量子点发光探测器1、微型光学透镜阵列2和可见光图像传感器3之间的距离通过 式(2)来确定,由公式(2)可以得出x = x' = f',由于f ' =1.5mm,贝ljx = x' = f ' = 1.5mm,即量 子点发光探测器1与微型光学透镜阵列2之间的距离为x+f'=3mm。同理,微型光学透镜阵列 2与可见光图像传感器3之间的距离为f ' +x '= 3mm。通过计算,三者之间的距离可以确定。 [0032] 综上所述,将选用的量子点发光探测器1、微型光学透镜阵列2和可见光图像传感 器3按照计算得出的相对距离集成为芯片,厚度约为lcm,保证了其高集成度。
[0033] 工作过程:
[0034] 1、基于量子点发光探测器1实现红外到可见光图像的转换。量子点发光探测器1是 一种可以实现红外-可见光上转换的探测器,由无机红外探测器、0LED构成。其中,无机红外 探测器可将入射红外光转换为可见光,并由0LED进行无像素显示;
[0035] 2、通过微型光学透镜阵列2实现光互联。基于微型光学透镜阵列2将量子点发光探 测器中0LED显示的可见光图像,耦合至高分辨率可见光图像传感器的光敏面上,实现量子 点发光探测器与可见光图像传感器之间的光互联。为得到在微型化的前提下实现上述光学 耦合,微型光学透镜阵列选用具有超短焦距的微型化、方形透镜阵列;
[0036] 3、基于可见光图像传感器3实现可见光图像的光电转换与图像信号输出。可见光 图像传感器3完成入射可见光图像的光电转换,输出高分辨率模拟/数学图像信号。
[0037] 4、将上述提到的量子点发光探测器1、微型光学透镜阵列2与可见光图像传感器3 集成在一起,形成一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片,实现基于量子点发 光探测器的电视型红外成像。
[0038] 综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片,其特征在于:包括量子点发光 探测器(1)、微型光学透镜阵列(2)和可见光图像传感器(3); 量子点发光探测器(1)、微型光学透镜阵列(2)和可见光图像传感器(3)依次排列,三者 之间的距离可以通过牛顿公式来确定,牛顿公式如公式(1)所示, xx,=f,2 (1) 其中,X表示微型光学透镜阵列(2)中单个透镜的物方焦点F与量子点发光探测器(1)之 间的距离,X'表示微型光学透镜阵列(2)中单个透镜的像方焦点F'与可见光图像传感器(3) 之间的距离,f'表示单个透镜的焦距。为了使量子点发光探测器(1)与可见光图像传感器 (3)的成像区域对应,需要使量子点发光探测器(1)与可见光图像传感器(3)对应区域的面 积相同。根据相似三角形的对应关系,仅需使式(1)中的x = x'即可。 综上所述,量子点发光探测器(1)、微型光学透镜阵列(2)和可见光图像传感器(3)之间 的距离可以通过式(2)来确定。(2)2. 如权利要求1所述的一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片,其特征在 于:所述微型光学透镜阵列(2)的阵列排布为:微型光学透镜阵列(2)由多个微型凸透镜按 行列紧密整齐排列而成。3. 如权利要求1或2所述的一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片,其特征 在于:所述微型光学透镜阵列(2)中的每个透镜的形状均为正方形,同时透镜的口径很小, 透镜的口径不大于500μπι。4. 如权利要求1所述的一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片,其特征在 于:所述的可见光图像传感器(3)为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。5. 如权利要求1所述的一种基于量子点发光探测器的电视型红外成像芯片,其特征在 于:所述芯片成像的具体实现步骤如下: 步骤一:红外-可见光上转换过程。通过无机红外探测器与0LED的集成,形成量子点发 光探测器(1 ),将入射红外光转换为可见光,并由0LED进行无像素显示; 步骤二:量子点发光探测器(1)与可见光图像传感器(3)之间的光互联过程。基于微型 光学透镜阵列(2)将量子点发光探测器(1)中0LED显示的可见光图像,耦合至高分辨率可见 光图像传感器(3)的光敏面上,实现量子点发光探测器(1)与可见光图像传感器(3)之间的 光互联; 步骤三:可见光图像的光电转换。可见光图像传感器(3)完成入射可见光图像的光电转 换,输出高分辨率模拟/数学图像信号,实现基于量子点发光探测器的电视型红外成像。
【文档编号】H04N5/225GK105959597SQ201610262272
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】宋勇, 赵宇飞, 杨盛谊, 韩劭纯
【申请人】北京理工大学
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