铟镓砷线列探测器及基于其的检测方法、铟镓砷光敏芯片与流程 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种铟镓砷线列探测器及基于其的检测方法、铟镓砷光敏芯片。背景技术：2.通常根据红外辐射大气窗口将1-3μm的波段划分为短波红外，其广泛存在于自然界中，且反射性质与可见光非常相似。具有较高温度工作、高可靠性的铟镓砷探测器能够获取目标场景中人眼不可见的短波红外信号，从而实现短波红外成像，该成像技术在航天遥感、安防监控、工业检测、医疗影像、环境监测等领域具有重要的应用价值。3.线列铟镓砷探测器由于具有较高的帧频和较低的成本而被广泛应用于工业检测。例如产品缺陷检测、同类产品分级、异物识别筛选等。随着行业发展，对红外检测的速度和精度的要求都在不断提高，目前的线列探测器容易影响系统的运行速度以及增加复验成本。技术实现要素：4.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中铟镓砷线列探测器的工作速度和精度无法满足检测要求的缺陷，提供一种铟镓砷线列探测器及基于其的检测方法、铟镓砷光敏芯片。5.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：6.本发明提供了一种多行结构的铟镓砷线列探测器，所述铟镓砷线列探测器包括铟镓砷光敏芯片，所述铟镓砷光敏芯片包括至少两行数量相等的像元；各行像元中相同序位的所述像元在列轴方向对齐；沿所述列轴方向的相邻两个像元之间的中心距不小于沿行轴方向上相邻两个像元之间的中心距。7.较佳地，所述铟镓砷线列探测器还包括读出电路；8.所述读出电路与所述铟镓砷光敏芯片电连接；9.所述读出电路用于将所述铟镓砷光敏芯片输出的电信号转化成成像数据。10.较佳地，所述铟镓砷光敏芯片的下表面为钝化层；11.所述铟镓砷光敏芯片的下表面和所述读出电路的上表面分别设有一一对应的电极组；所述铟镓砷光敏芯片和所述读出电路通过所述电极组电连接。12.较佳地，所述铟镓砷线列探测器还包括光阑；13.所述光阑位于所述铟镓砷光敏芯片的上方，所述光阑的开口在所述铟镓砷光敏芯片上的正投影区域包含所述铟镓砷光敏芯片的像元所在的矩形区域；14.所述光阑用于限制所述铟镓砷线列探测器的成像范围。15.较佳地，所述铟镓砷线列探测器还包括窗口片；16.所述窗口片位于所述光阑的上方，所述窗口片在所述光阑上的正投影区域包含所述光阑的开口所在的区域。17.较佳地，所述铟镓砷线列探测器还包括制冷器，所述制冷器的上表面和所述读出电路的下表面贴合；18.所述制冷器的上表面不小于所述读出电路的下表面。19.较佳地，所述铟镓砷线列探测器还包括管壳；所述管壳为上端开口的立方体；20.所述制冷器位于所述管壳的底部；21.所述光阑和所述窗口片均架设于所述管壳。22.较佳地，所述铟镓砷线列探测器还包括盖板，所述盖板设置于所述管壳的上端开口，以使所述铟镓砷线列探测器形成封闭结构。23.本发明还提供了一种基于铟镓砷线列探测器的检测方法，所述检测方法包括步骤：24.采用上述的铟镓砷线列探测器对检测对象进行扫描以得到成像数据，所述成像数据由所述铟镓砷线列探测器的像元分别获取的像元读数转化得到；25.根据阈值范围，确定所述像元读数中的异常值；26.若位于同一列的所有像元获取的所述像元读数均为异常值，则判定所述检测对象与所述像元对应的位置为异常位置。27.本发明还提供了一种铟镓砷光敏芯片，所述光敏芯片包括至少两行数量相等的像元；各行像元中相同序位的所述像元在列轴方向对齐；沿列轴方向上相邻两个像元之间的中心距不小于沿行轴方向上相邻两个像元之间的中心距。28.本发明的积极进步效果在于：本发明提供的铟镓砷线列探测器及基于其的检测方法、铟镓砷光敏芯片通过合理地设置多行线列像元及其位置关系，可以有效地利用位于同一列轴的多个像元对检测对象进行快速精确地扫描，并能基于扫描得到的多个像元数据实现对于检测对象的快速复验，从而显著地提高了短波红外检测的效率及准确性。附图说明29.图1为本发明实施例1的铟镓砷线列探测器的结构示意图。30.图2为本发明实施例1的512元双行结构的铟镓砷线列探测器的平面结构示意图。31.图3为本发明实施例1的1024元三行结构的铟镓砷线列探测器的平面结构示意图。32.图4为本发明实施例2的基于铟镓砷线列探测器的检测方法的流程图。具体实施方式33.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。34.实施例135.参见图1所示，本实施例具体提供了一种铟镓砷线列探测器100，铟镓砷线列探测器100包括铟镓砷光敏芯片1。铟镓砷光敏芯片1包括至少两行数量相等的像元；各行像元中相同序位的像元在列轴方向对齐；沿列轴方向的相邻两个像元之间的中心距不小于沿行轴方向上相邻两个像元之间的中心距。36.沿列轴方向的相邻两个像元之间的中心距至少等于沿行轴方向上相邻两个像元间的中心距，此时两行像元的感光面相同，满足纵向相邻像元响应信号的可替换及复验基础，即可保证相邻两行像元的完整性和独立性。37.如果考虑到像元间的电学及光学串扰，可以在相邻两行像元间设置特定的隔离结构，从而提高像元响应的均匀性及准确性。当然，此时沿列轴方向的相邻两个像元之间的中心距则需大于沿行轴方向相邻两个像元之间的中心距。38.铟镓砷线列探测器100是一种多行结构的探测器，根据实际需要可以设置为双行结构、三行结构甚至更多行像元。由于在列轴方向包括至少两个对齐的像元可以用于扫描检测对象，这样如果同列中的某个像元损坏时，其余像元可以起到备用检测的作用。而同轴中的多个像元的检测结果还可以互为复验以确保检测结果的可靠性。39.作为较佳的实施方式，铟镓砷线列探测器100还包括读出电路2，读出电路2与铟镓砷光敏芯片1电连接，用于将铟镓砷光敏芯片1输出的电信号转化成成像数据。铟镓砷光敏芯片1的下表面为钝化层；该钝化层和读出电路2的上表面分别设有一一对应的若干电极组，铟镓砷光敏芯片1和读出电路2通过这些电极组电连接。钝化层可通过覆盖铟镓砷光敏芯片1的下表面材料以达到减少表面漏电和保护的目的，钝化层上的电极设置足够的高度以从铟镓砷光敏芯片1引出钝化层表面并与读出电路2上对应的电极组成电极组，实现读出电路2和铟镓砷光敏芯片1的电连接。40.作为较佳的实施方式，铟镓砷线列探测器还包括光阑3，位于铟镓砷光敏芯片1的上方，光阑3的开口在铟镓砷光敏芯片1上的正投影区域包含铟镓砷光敏芯片1的像元所在的矩形区域。光阑3用于限制铟镓砷线列探测器的成像范围，芯片上方，光阑3和铟镓砷光敏芯片1的间距以1～10mm为宜。通过上述设置，能够保证铟镓砷线列探测器100的每个像元在检测过程中通过光阑3接收到扫描光束，同时也能够较好地限制无关光束的射入。例如对于512元双行结构的铟镓砷线列探测器，光阑3的开口在铟镓砷光敏芯片1上的正投影区域大于双行512个像元构成的矩形区域。41.作为较佳的实施方式，铟镓砷线列探测器100还包括窗口片4；窗口片4位于光阑3的上方，窗口片4在光阑3上的正投影区域包含光阑3的开口所在的区域。从而窗口片4不会遮挡扫描光束，也不会改变光学放大倍率，并能够起到对于铟镓砷光敏芯片1的防尘等保护作用。窗口片4表面根据实际需求，可镀有不同中心波长的滤光膜。42.作为较佳的实施方式，铟镓砷线列探测器100还包括制冷器5，制冷器5的上表面和读出电路2的下表面贴合；制冷器5的上表面不小于读出电路2的下表面，从而能够保证制冷器5对于读出电路2进行全面及均匀的降温。较佳地，制冷器5可以为热电制冷器，即利用半导体的热-电效应制取冷量的半导体制冷器(thermoelectric cooler)。43.作为较佳的实施方式，铟镓砷线列探测器100还包括管壳6和盖板7；管壳6为上端开口的立方体；制冷器5位于管壳6的底部；参见图1所示，光阑3和窗口片4均架设于管壳6；盖板7设置于管壳6的上端开口，以使铟镓砷线列探测器100形成封闭结构，此外本领域技术人员可知，管壳6的下部可以设置若干管脚，其上部通过引线键合方式与读出电路2外围的金属电极实现电学互连，其下部则可采用针孔插入方式与外接系统进行电信号传输，经信号进一步处理后可获得所需的成像结果。44.作为一种可选的实施方式，参见图2，本实施例示出了512元双行结构时的铟镓砷线列探测器100；铟镓砷线列探测器100规模为512×2(行)像元，单行像元中心距30μm，沿列轴方向的相邻两个像元中心距为30μm。45.读出电路2尺寸为15.5×1.2mm；光阑3尺寸为24.5mm×9.5mm；中心开口尺寸16mm×1mm；窗口片4尺寸17mm×1.5mm且窗口片4制成材料为蓝宝石；盖板7尺寸24.5mm×9.5mm且其中心开口尺寸16.8×1.2mm；管壳6尺寸25mm×10mm×4.2mm且制成材料为陶瓷；左右两侧各15跟金属管脚；热电制冷器5尺寸为20mm×6mm×3mm。46.作为另一种可选的实施方式，参见图3，本实施例还示出了1024元双行结构时的铟镓砷线列探测器100；规模为1024×3(行)像元，其中单行像元中心距20μm，相邻两行像元中心距50μm；读出电路2的尺寸21×1.8mm；光阑3尺寸34.5mm×2mm且其中心开口尺寸22mm×0.5mm；窗口片4尺寸23mm×3mm且制成材料为蓝宝石，窗口片4表面镀有两种介质膜，即1.38μm滤光膜覆盖像元左侧512×3元，1.64μm滤光膜覆盖像元右侧512×3元。盖板7尺寸34.8mm×19.5mm；管壳6尺寸35mm×20mm×13mm，材料为4j29合金，左右两侧各19根金属管脚；热电制冷器5尺寸为24mm×2mm×3mm。47.本实施例的铟镓砷线列探测器通过合理地设置多行线列像元及其位置关系，可以有效地利用位于同一列轴的多个像元对检测对象进行快速精确地扫描，并能基于扫描得到的多个像元数据实现对于检测对象的快速复验，从而显著地提高了短波红外检测的效率及准确性。48.实施例249.参见图4所示，本实施例具体提供了一种基于铟镓砷线列探测器的检测方法，所述检测方法包括步骤：50.s1.对检测对象进行扫描以得到成像数据，成像数据由所述铟镓砷线列探测器的像元分别获取的像元读数转化得到。51.s2.根据阈值范围，确定像元读数中的异常值。52.s3.若位于同一列的所有像元获取的所述像元读数均为异常值，则判定检测对象与像元对应的位置为异常位置。53.对于步骤s1，可以采用实施例1中的铟镓砷线列探测器100对检测对象进行推扫式扫描，以得到成像数据，全面地获取检测对象的相关光学特征。步骤s2中的阈值范围根据具体需求进行设定，若某一像元获取的像元读数超出该阈值范围，则确定该像元读数为异常值。例如进行异物检测时，可以将检测对象中已知物质的正常参数范围作为阈值范围，用于和检测到的结果进行比对；如针对粮食的异物检测中即通过光谱测试，可以根据光谱曲线吻合度判断并识别出混杂在粮食中的玻璃、塑料等杂物，从而大大提高粮食的分选效率。而应用于产品缺陷检测时，对目标物体进行短波红外光学照射并通过铟镓砷线列探测器100进行推扫式成像获得物体的反射光，当判定某处光信号超过合理范围时，即可认为物体存在缺陷；进一步地，通过对特定范围内的缺陷数量统计，更可以实现产品分级。54.步骤s3利用多行结构的像元实现了快速复核，如将同一列的多行像元的结果进行与门计算，当计算结果为异常时，即可表征检测对象的对应位置为异常。55.本实施例的基于铟镓砷线列探测器的检测方法通过合理地设置多行线列像元及其位置关系，可以有效地利用位于同一列轴的多个像元对检测对象进行快速精确地扫描，并能基于扫描得到的多个像元数据实现对于检测对象的快速复验，从而显著地提高了短波红外检测的效率及准确性。56.实施例357.本实施例具体提供了一种铟镓砷光敏芯片，包括至少两行数量相等的像元；各行像元中相同序位的像元在列轴方向对齐；沿列轴方向的相邻两个像元之间的中心距不小于沿行轴方向上相邻两个像元之间的中心距。58.作为较佳的实施方式，可以是实施例1中的铟镓砷光敏芯片1。59.本实施例的铟镓砷光敏芯片通过合理地设置多行线列像元及其位置关系，可以有效地利用位于同一列轴的多个像元对检测对象进行快速精确地扫描，并能基于扫描得到的多个像元数据实现对于检测对象的快速复验，从而显著地提高了短波红外检测的效率及准确性。60.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。









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