[发明专利]悬浮薄膜型可见光图像到红外图像转换芯片

说明书

技术领域

本发明涉及动态红外图像生成技术领域，具体涉及一种悬浮薄膜型可见光图像到红外图像转换芯片。

背景技术

红外场景产生技术是红外成像制导半实物仿真系统的核心技术，对红外成像制导技术半实物系统仿真有及其重要的作用。动态红外场景产生技术在实验室条件下模拟红外目标和背景的红外辐射特性，为被测试的红外图像传感器提供实时红外目标和背景的红外图像源。

动态红外图像生成技术可归纳为直接辐射型图像转换器和辐射调制型图像转换器。

对于直接辐射型图像转换器来说，其成像像元自身产生辐射，辐射强度由计算机图像生成系统控制。直接辐射型图像转换器主要有电阻阵列、激光二极管阵列、红外阴极射线管、Bly元件和热电器件等。

对于辐射调制型图像转换器来说，其实际上是空间光调制器，计算机图像生成系统控制对器件的读出光进行空间强度调制，辐射调制型图像转换器主要有液晶光阀、可变形反射镜阵列、薄膜空间光调制器等。

在上述这些转换器中，只有液晶光阀、Bly元件、电阻阵列、可变形反射镜阵列和激光二极管阵列在红外图像系统半实物仿真试验中得到实际应用。其中电阻阵列和Bly元件又是较为常用的器件。

电阻阵列通过电阻单元内的控制电路控制流过每个电阻的电流就可以控制每个电阻的温度，从而达到显示红外图像的目的，但是，电阻阵列中的硅桥电阻阵列的缺陷是像元尺寸大，占空比低，难以发展较大尺寸的电阻阵列，空间分辨率低。

Bly元件是一种镀金黑的薄膜，它吸收可见光图像的辐射，引起薄膜发热，金黑上可产生与可见光图像相对应的红外图像。薄膜越薄响应速度越快，但是薄膜太薄(20～200nm)时机械性能就很差，不能做成大面积，因此空间分辨率低；通常不能承受500K以上的温度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种悬浮薄膜型可见光图像到红外图像转换芯片，该芯片的一侧接收入射的可见光图像，经悬浮薄膜结构像元阵列，可见光能量被吸收产生热量，在另一侧向外产生红外图像，实现可见光图像到红外图像的转换，达到大幅度提高动态红外图像生成装置的性能指标并降低成本的目的。

该芯片包括衬底和薄膜像元阵列，其中：

衬底是由导热性极好的材料制成的，衬底上设计有多个开孔，各开孔等间距排列，在每个开孔上覆盖一块薄膜，各薄膜相互独立，所有相同的薄膜构成薄膜像元阵列，每个开孔的另一侧允许可见光通过。

薄膜为在所述衬底上进行碳化或沉积形成高可见光吸收率物质；或者，薄膜为在所述衬底上镀制或悬浮高可见光透过率膜，在该高可见光透过率膜上涂覆红外辐射膜而形成的物质。

薄膜的形状为方形、圆形或多边形。

衬底的面积和厚度的设计尺寸根据需要生成的红外图像的性能指标来选定：

衬底的面积根据需要生成的红外图像的空间分辨率来选定：需要生成的红外图像的空间分辨率越高，设计的衬底的面积越大。

衬底的厚度根据需要生成的红外图像的温度分辨率来选定：需要生成的红外图像的温度分辨率越高，设计的衬底的厚度越大。

薄膜的结构尺寸根据需要生成的红外图像的性能指标来选定：

薄膜的辐射面积根据需要生成的红外图像的转换温度和图像刷新频率来选定：需要生成的红外图像的转换温度越高以及图像刷新频率越高，设计的薄膜的辐射面积越小。

薄膜与衬底的接触面积根据需要生成的红外图像的转换温度和图像刷新频率来选定：需要生成的红外图像的转换温度越高，设计的薄膜与衬底的接触面积越小，需要生成的红外图像的图像刷新频率越高，设计的薄膜与衬底的接触面积越大。

薄膜之间的间隔根据需要生成的红外图像的温度分辨率来选定：需要生成的红外图像的温度分辨率越高，设计的薄膜之间的间隔越大。

薄膜的材料属性根据需要生成的红外图像的性能指标来选定：

薄膜的材料的热传导系数根据需要生成的红外图像的转换温度和图像刷新频率来选定：需要生成的红外图像的转换温度越高，选取的薄膜的材料的热传导系数越低，需要生成的红外图像的图像刷新频率越高，选取的薄膜的材料的热传导系数越高。

薄膜的材料的比热容根据需要生成的红外图像的转换温度来选定：需要生成的红外图像的转换温度越高，选取的薄膜的材料的比热容越低。

有益效果：