重量輕的紅外照相機制造技術

一種不需要快門、斬光器或熱電穩(wěn)定器的重量輕的照相機（２０）或探測器。使用了重量輕的材料和重量輕的封裝技術，并且在一些實施方案中，一些或全部的校準、補償和處理硬件從照相機（２０）自身移到了一個遠端站（１００）。這樣一個沒有快門、重量輕的紅外照相機可以在環(huán)境溫度下工作，可以安裝在微型飛行器（ＭＡＶ）等上，由地面站（１００）對未經(jīng)處理的紅外傳感器數(shù)據(jù)進行接收和處理。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
重量輕的紅外照相機本申請是以下申請的分案申請 申請?zhí)?1822869.0 (PCT/US01/50077); 申請日2001年12月20曰； 專利技術名稱重量輕的紅外照相機。相關申請的交叉引用 本申請涉及U.S.專利申請序列號 ，領域 ，標題用于紅外照相機的鏡頭，，，以及U.S.專利申請序列號 _ ,領域 _ ,標題微型測輻射熱儀操作系統(tǒng)。專利
本專利技術一般涉及紅外(IR)照相機和探測器。更特別地，本專利技術涉及 重量輕的紅外(IR)照相機和探測器。專利技術背景紅外照相機和探測器，以及特別是^t型測輻射熱儀，對于本領域的技 術人員來說是熟知的。參見例如U.S.專利5,688,699、 5,999,211、 5,420,419 以及6,026，337，所有這些都在這里被包含進來作為參考。紅外微型測輻射 熱儀照相機典型地包含一個紅外敏感傳感探測器陣列，每個都有一個隨溫 度而變化的阻抗，每個探測器都具有一個可以以多種方式來形成的紅外吸 收器。見例如U.S.專利5,939,971和5,729,019,這里被包含進來作為參考。在工作期間，進入的紅外輻射熱按照每個傳感探測器接收的紅外輻射 的量的比例來加熱每個傳感探測器。然后對這些傳感探測器進行查詢，典 型地是一個接一個的，來確定傳感探測器的阻抗，并且這樣就可以確定接 收到的紅外輻射的量。典型地，提供給照相機支持電子元件來處理探測器 輸出信號，提供校準和補償，以及提供所得的圖像。因為熱被用來測量進入的紅外能量的量，所以微型測輻射熱儀陣列的 環(huán)境溫度的變化可以顯著地影響探測器信號。為了對這進行補償，許多紅外照相機或探測器具有一個熱電穩(wěn)定器來控制陣列的溫度。在一個例子中，熱電穩(wěn)定器被用來將陣列溫度保持在一個已知的值。使用熱電穩(wěn)定器 的一個局限性在于它們可能會抽取顯著的功率并且可能會給系統(tǒng)增加顯著的重量。因為制造公差，照相機中的每個傳感探測器與系統(tǒng)中的其它探測器相 比都可能會有輕微不同的零點。為了補償這些探測器與探測器之間的差 異，許多紅外照相機或探測器具有一種用于提供一個零輻射基線值的裝 置，這種裝置可用來解釋或校準探測器輸出信號。用來提供零輻射基線的 一種方法是使用快門或斬光器來周期性地阻斷進入的紅外能量。當快門或 斬光器啟動的時候，讀出并存儲一個零輻射基線。這種方法的一個局限性 是快門或斬光器可能會給系統(tǒng)增加顯著的復雜度和重量，這對于一些應用 來說，可能會帶來很大的問題。另一種用于提供一個零輻射基線的方法是 周期性地將照相機指向一個統(tǒng)一的紅外源，例如天空。然而，這可能要求 有復雜的控制電路來周期性地改變照相機的方向，又一次給系統(tǒng)增加了重 量。對于一些應用，紅外照相機的重量可能是重要的。例如，在重量輕的微型飛行器(MAV)應用中，紅外照相機的重量可能會顯著地影響飛行器 的尺寸、范圍以及其它關鍵的性能參數(shù)。對于這些和其它的應用，重量輕 的紅外照相機將是非常希望的。專利技術概述通過提供一種重量輕的紅外照相機，本專利技術克服了現(xiàn)有技術的許多缺 點。這主要是通過去除快門或斬光器，去除熱電穩(wěn)定器，使用重量輕的材 料和重量輕的封裝技術，以及/或?qū)⒁恍┬省⒀a償、處理和顯示硬件從照 相^/L移到遠端站而實現(xiàn)的。在本專利技術的一個示例性實施方案中，紅外照相機包含一個微型測輻射 熱儀陣列作為輻射傳感設備。該微型測輻射熱儀陣列包含多個可尋址的輻射傳感探測器，每個具有一個依賴于^:射到探測器的紅外輻射的強度的輸 出。為了降低紅外照相機的重量，受測量的紅外信號可以以模擬或數(shù)字的 形式傳輸?shù)揭粋€遠端站。該信號可以通過最適合應用的無線或光纖或者有線來傳輸。該遠端站接收所傳輸?shù)?言號，并且將信號格式化為對應于最初 的微型測輻射熱儀探測器陣列的陣列。遠端站可以包含用于補償探測器間 差異以及傳輸探測器陣列的環(huán)境溫度變化的必要的處理器硬件。在微型測 輻射熱儀陣列附近還可以提供一個溫度傳感器，該溫度傳感器可以發(fā)送一 個溫度信號，該溫度信號被發(fā)送到遠端站用于信號校準和補償，如果想要 得到的話。通過將校準、補償和/或處理硬件從紅外照相機移至遠端站，在 紅外照相機處可以實現(xiàn)顯著的重量節(jié)省。校準和補償值典型地依賴于微型測輻射熱儀陣列的溫度，典型地對于 每個微型測輻射熱儀陣列溫度和對于每個單獨的陣列上的傳感探測器是 不同的。遠端站可以選擇合適的校準和補償值來應用。要求的數(shù)量可以存 儲在遠端站，或者使用將陣列溫度用作變量的算法來為每個單獨的傳感探 測器生成。在其中景物具有已知的統(tǒng)計特性的照相機應用中，例如，當每個在平 均上與其它任何一個傳感探測器相同的傳感探測器看 一個目標的時候，正如在MAV和許多其它的移動交通工具應用中的情況下，補償和校準值還可以在地面站通過使用每個傳感探測器信號的多個測量的值來計算。另 一種降低紅外照相機的重量的方法是在一種集成真空封裝(IVP )中來提供微型測輻射熱儀。 一個集成真空封裝可能包含一個紅外傳輸蓋， 該蓋包含安裝在微型測輻射熱儀探測器陣列上的空腔。硅是一種典型的蓋 材料。該硅蓋連接到微型測輻射熱儀基底上來集合地形成重量輕的真空封 裝。在一種優(yōu)選的實施方案中，硅蓋并不延伸到微型測輻射熱儀的連接襯墊上。按照這種方式來配置，IVP可能直接連接到一個母板上，通過使用 線連接、塊連接或其它連接機制來將微型測輻射熱儀的連接襯墊直接連接 到母板的連接襯墊上。母板典型地是陶瓷的。這已知為使IVP與母板混 雜，，。這可以消除對傳統(tǒng)的芯片載體的需要，這可以進一步降低照相機的重量。還可以考慮照相機中的任何支持電子元件，例如A/D轉(zhuǎn)換器和/或傳 輸電路，可以與陶瓷母板混雜。也就是說，不是將支持電子元件包含到傳 統(tǒng)封裝中，而是支持電子元件的集成電路小片可以直接連接到陶資母板 上，使用線連接、塊連接或?qū)⒅С蛛娮釉B接到母板上的類似的連接方法。這也可以降低照相機的重量。紅外照相機也可以使用 一個透鏡系統(tǒng)。該透鏡系統(tǒng)用來將進入的紅外 輻射會聚到探測器的微型測輻射熱儀陣列上。該透鏡典型地為鍺透鏡，并 且可以為單透鏡、雙合透鏡或三合透鏡。該透鏡優(yōu)選地通過用例如鈦的材 料制成的重量輕的支撐架來與陶瓷母板保持間隔。使用雙合透鏡或單透鏡 可以進一步降低紅外照相機的重量，如果使用雙合透鏡或單透鏡，所得的 圖像模糊可以由地面站來消除。附圖簡述附圖說明圖1是具有多個輻射傳感探測器、 一個復用器，和一個發(fā)射機的無快門輻射探測器設備的示意圖；圖2是用于接收傳輸?shù)男盘栔档慕邮障到y(tǒng)，該系統(tǒng)包含一個用于補償 未經(jīng)加工的、從如圖1中的系統(tǒng)接收到的信號值的溫度補償器，該溫度補 償器使用隨陣列溫度變化的值，并且這些值典型地對于每個傳感探測器是 不同的；圖3是用于接收如圖1中的系統(tǒng)所發(fā)射的輻射信號值的接收系統(tǒng)的示 意圖，包含使用多個信號值來補償探測器間差異的補償器；圖4是一排紅外探測器和用于圖1的輻射探測器設備的一種實施方案 中的采樣電路的示意圖。圖5是包含一個為微型測輻射熱儀陣列提供真空環(huán)境的紅外透明硅頂蓋的集成真空封裝的一部分剖視、透視圖；以及圖6是包含通過在混合電路板上的多個管腳來與如圖5中的集成真空封裝陣列間隔開的三合透鏡的照相機系統(tǒng)的透視圖。專利技術詳述圖1舉例說明了根據(jù)本專利技術的一個第一說明性的紅外照相機。在這種 實施方案中，紅外照相機僅包含本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種重量輕的照相機（５２０），其特征在于：　　　　一個陶瓷母板（５２８）；　　　　一個用于提供輸出信號的微測輻射熱儀陣列（２２），該微測輻射熱儀陣列（５０６）安裝在陶瓷母板（５２８）上；　　　　一個由框架（５２６）支持的透鏡（５２２），該框架（５２６）與所述微測輻射熱儀陣列（２２）間隔一定距離安裝透鏡（５２２）；以及　　　　一個用于從微測輻射熱儀陣列（２２）選擇和輸出信號的選擇器（３０６）。

【技術特征摘要】
US 2000-12-26 09/7487951.一種重量輕的照相機(520)，其特征在于一個陶瓷母板(528)；一個用于提供輸出信號的微測輻射熱儀陣列(22)，該微測輻射熱儀陣列(...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：RA沃德，
申請(專利權)人：霍尼韋爾國際公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]