[发明专利]具有滤波器和透镜阵列的成像传感器

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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。