紅外傳感器的制造方法

紅外傳感器的制造方法
【專利摘要】一種紅外傳感器總成，其使用紅外傳感器4，該紅外傳感器安裝在TO（晶體管型）殼體1中的底板2上。該殼體被復(fù)合式熱平衡元件（“散熱件”）12、13包圍。熱平衡元件12、13由導(dǎo)熱性能良好的材料（例如黃銅、鋁、銅等等）構(gòu)成，采用厚壁設(shè)計(jì)（壁厚5mm）。該紅外傳感器總成被構(gòu)造成使得底板2和TO殼體1的透鏡3、6的頂面以及熱平衡元件12、13的兩個(gè)組成部分均具有良好的熱連接14a-c。上部熱平衡元件12中整合有光闌10和束流收集器11，因此這兩個(gè)部件也處于良好的熱耦合狀態(tài)。這使得位于視場(chǎng)中的射線8能進(jìn)一步到達(dá)傳感器元件4。此外，經(jīng)單一透射后不到達(dá)傳感器元件4的射線9a也能進(jìn)入殼體。而可以通過多次反射到達(dá)傳感器元件的入射角較大的射線9b，則不再直接射中透鏡6。這部分射線在束流收集器11中被吸收。
【專利說明】紅外傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紅外(IR)傳感器總成，包括:
[0002]-紅外傳感器元件，其具有檢測(cè)紅外線的輻射敏感區(qū)，
[0003]-第一光學(xué)元件，其從入射方向看布置于所述紅外傳感器元件前面，其中，所述光學(xué)元件可具有下述構(gòu)件中的一或多個(gè):
[0004]-折射面，
[0005]-鏡面，
[0006]-光闌，
[0007]-波長相關(guān)濾光器，
[0008]其中，通過所述第一光學(xué)元件和所述紅外傳感器元件的大小規(guī)定從外部射入的紅外線束，以作為所述紅外傳感器元件的預(yù)期視場(chǎng)，所述從外部射入的紅外線
[0009]-如果設(shè)置折射面作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)折射面一次，
[0010]-如果設(shè)置鏡面作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，存在折射面，就只在這個(gè)鏡面上反射一次，
[0011]-如果設(shè)置光闌作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)光闌一次，
[0012]-如果設(shè)置波長相關(guān)濾 光器作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)波長相關(guān)濾光器一次，
[0013]-射中所述輻射敏感區(qū)，并且
[0014]-在所述光學(xué)元件和射中所述輻射敏感區(qū)之間不在任何表面反射。
[0015]本發(fā)明還涉及這種紅外傳感器總成的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0016]在這類例如用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器和非接觸式測(cè)溫(高溫測(cè)量)的紅外傳感器總成中，往往設(shè)有用于限制紅外傳感器視場(chǎng)的光學(xué)元件(例如透鏡、鏡面、光闌或類似元件)。還會(huì)使用平面防護(hù)窗或保護(hù)膜來防止鏡面光學(xué)系統(tǒng)受環(huán)境因素影響。
[0017]典型的用于高溫測(cè)量的紅外傳感器總成包括紅外傳感器元件(例如熱電堆輻射傳感器、熱釋電輻射傳感器、輻射熱計(jì)或類似元件)、用于聚焦的光學(xué)元件(透鏡、鏡面等等)、光闌、濾光器等，以及視情況由多部分組成的殼體，各種元件整合在該殼體中或者作為該殼體的組成部分。
[0018]這種類型的傳感器(見圖2) —般使用包括底板2 (又稱“管座”)和罩蓋3的TO殼體1，其中設(shè)有傳感器元件4 (例如熱電堆芯片，多數(shù)是用于測(cè)量殼體溫度的基準(zhǔn)傳感器)和光學(xué)元件6，例如透鏡、光闌或平面窗口。根據(jù)幾何光學(xué)的法則，由透鏡和紅外傳感器元件定義傳感器的視場(chǎng)7。位于這個(gè)視場(chǎng)之內(nèi)的射線8通過單一透射到達(dá)傳感器元件4。位于預(yù)期視場(chǎng)之外的射線9a經(jīng)單一透射后不到達(dá)傳感器元件4。但是，位于預(yù)期視場(chǎng)之外的射線9b可以通過在光學(xué)元件6內(nèi)部多次反射而到達(dá)傳感器元件4，從而可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真。
[0019]US4，626，686揭示一種包括或不包括透鏡的紅外傳感器總成。此處將熱電堆輻射傳感器從后面裝入一管件，其中傳感器殼體的背面不與該管件連接。在輻射傳感器前面(迎著輻射的入射)先安裝光闌，在光闌后面安裝透鏡或平面窗口。因此光闌位于傳感器元件和透鏡或窗口之間。將所有部件一并安裝在一視情況由多部分組成的管件中。
[0020]這類傳感器總成具有各種缺點(diǎn):
[0021]透鏡和窗口常用的透紅外線材料具有相對(duì)較高的折射率η (例如硅的η?3.46，鍺的η?4.0，聚乙烯的η?1.7)，這會(huì)在邊界層上引起劇烈反射。入射的紅外輻射可能在光學(xué)元件內(nèi)部多次反射。經(jīng)過這樣的多次反射后，原本位于計(jì)算視場(chǎng)之外的紅外輻射會(huì)到達(dá)傳感器元件。配設(shè)防護(hù)窗的鏡面光學(xué)系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)這種效應(yīng)。多次反射雖不是發(fā)生在光學(xué)元件內(nèi)部，但可能出現(xiàn)在鏡面和防護(hù)窗組合的內(nèi)部。
[0022]紅外傳感器總成的光學(xué)元件的熱性能不同于真正意義上的傳感器元件(例如熱電堆芯片)，也就是說，光學(xué)元件的發(fā)熱(冷卻)是相對(duì)于真正意義上的傳感器元件而言。這會(huì)產(chǎn)生附加熱效應(yīng)，而這樣的熱效應(yīng)同樣會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真。環(huán)境介質(zhì)的熱傳導(dǎo)或?qū)α鳎约按郎y(cè)對(duì)象的熱輻射都會(huì)造成光學(xué)元件的發(fā)熱(或冷卻)不均勻。
[0023]真正意義上的傳感器的殼體(例如安裝在Τ0-5殼體中的熱電堆芯片)自身也會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱(冷卻)不均勻現(xiàn)象。引起這一現(xiàn)象的原因(熱傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射)會(huì)引發(fā)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真的熱效應(yīng)(例如附加的紅外輻射)。
[0024]US4，797，840揭示另一種已知的傳感器總成。此處在熱釋電傳感器前面布置用以限制視場(chǎng)的管件。該管件內(nèi)側(cè)涂布反射層，以防止其因自身發(fā)熱而發(fā)出紅外輻射。這能改善其中一個(gè)缺點(diǎn)。但該反射層會(huì)引發(fā)多次反射，從而導(dǎo)致幾乎來自各個(gè)角度(視場(chǎng)之外)的非期望輻射到達(dá)傳感器元件。
[0025]US5, 018，872提出一種如何利用熱平衡元件(“散熱件”)來提高紅外傳感器總成的傳感器殼體的熱均衡度的方案。用光闌和防護(hù)窗確定視場(chǎng)。無法完全避免多次反射。
[0026]W0201004505描述一種熱耦合在傳感器殼體上的束流收集器。但該束流收集器設(shè)置于透鏡或鏡面與傳感器元件之間。這能改善殼體發(fā)熱不均勻這一問題，但無法解決上述的其他缺點(diǎn)。
[0027]DE102004030418揭示一種傳感器殼體的結(jié)構(gòu)，在該傳感器殼體中部分部件與晶片級(jí)傳感器芯片連接。再將這個(gè)復(fù)合體裝入塑料殼體或陶瓷殼體。在此，所有制造在晶片復(fù)合體中的部件均有效熱耦合(熱均衡)。但是外部光闌無論從結(jié)構(gòu)上還是在材料選擇(塑料或陶瓷)方面都只是不完全地與傳感器芯片熱耦合。也就是說，會(huì)出現(xiàn)造成失真結(jié)果的熱效應(yīng)。晶片復(fù)合體的包括外部光闌在內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)也不能完全避免多次反射。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028]因此，本發(fā)明的目的是提供一種至少能部分解決上文聯(lián)系現(xiàn)有技術(shù)所論述的問題的紅外傳感器總成。
[0029]本發(fā)明用以達(dá)成上述目的的解決方案為一種如權(quán)利要求1所述的傳感器。有益實(shí)施方式包含在從屬權(quán)利要求和下文的說明中。
[0030]以前述紅外傳感器總成為基礎(chǔ)，沿入射方向在第一光學(xué)元件(6)前面一定距離Ca)處設(shè)第二光學(xué)元件(10)，該第二光學(xué)元件可具有下述構(gòu)件中的一或多個(gè):
[0031]-折射面，[0032]-鏡面，
[0033]-光闌，
[0034]-波長相關(guān)濾光器，
[0035]其中，通過所述第二光學(xué)元件規(guī)定從外部射入的紅外線束，以作為所述紅外傳感器元件的限制視場(chǎng)，所述從外部射入的紅外線
[0036]-穿過所述第一和第二光學(xué)元件，
[0037]-射中所述輻射敏感區(qū)，
[0038]-在所述第二光學(xué)元件和所述第一光學(xué)元件之間以及在所述第一光學(xué)元件和射中所述輻射敏感區(qū)之間不在任何表面反射，
[0039]-如果設(shè)置折射面作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)折射面一次，
[0040]-如果設(shè)置鏡面作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，存在折射面，就只在這個(gè)鏡面上反射一次，
[0041]-如果設(shè)置光闌作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)光闌一次，
[0042]-如果設(shè)置波長相關(guān)濾光器作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)波長相關(guān)濾光器一次，
[0043]-如果設(shè)置折射面作為所述第二光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)折射面一次，
[0044]-如果設(shè)置鏡面作為所述第二光學(xué)元件的組成部分，存在折射面，就只在這個(gè)鏡面上反射一次，
[0045]-如果設(shè)置光闌作為所述第二光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)光闌一次，
[0046]-如果設(shè)置波長相關(guān)濾光器作為所述第二光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)波長相關(guān)濾光器一次。
[0047]利用上述距離所定義的空間來在第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件之間設(shè)置束流收集器，該束流收集器將在第二光學(xué)元件之后為了穿過第一光學(xué)元件的構(gòu)件(如果第一光學(xué)元件設(shè)有可被穿過的構(gòu)件)或者為了在第一光學(xué)元件的鏡面(如果設(shè)有鏡面)上反射而必須在第二光學(xué)元件和第一光學(xué)元件之間的表面上反射的紅外線的至少一部分吸收。
[0048]本發(fā)明的紅外(IR)傳感器總成通過減小或完全消除散射輻射對(duì)紅外傳感器總成的影響來提高紅外傳感器總成的測(cè)量精度。位于視場(chǎng)之外較遠(yuǎn)處的散射線在束流收集器中被吸收，從而不再產(chǎn)生影響。同時(shí)限制視場(chǎng)，使得穿過光學(xué)元件的所有射線在不發(fā)生干擾性多次反射的情況下進(jìn)入紅外傳感器元件的區(qū)域。通過對(duì)第一和第二光學(xué)元件的類型和間距進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，幾乎可以使這一效果得到任意程度的完善。
[0049]本發(fā)明的紅外傳感器總成使用具有輻射敏感區(qū)的紅外傳感器元件。形成該輻射敏感區(qū)的元件通常布置在一個(gè)平面或多個(gè)平行平面內(nèi)。因此，入射方向主要是指垂直于這些平面的方向。所述紅外傳感器元件特定而言可以構(gòu)造成現(xiàn)有技術(shù)中已知的熱電堆輻射傳感器、熱釋電輻射傳感器或同樣是現(xiàn)有技術(shù)中已知的輻射熱計(jì)。
[0050]本發(fā)明的紅外傳感器總成具有第一和第二光學(xué)兀件。第一和第二光學(xué)兀件可以實(shí)施為相同類型。但在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，第二光學(xué)元件實(shí)施為光闌，從而形成可供紅外線穿過的單一通孔。
[0051]本發(fā)明所使用的光學(xué)元件可由一或多個(gè)部件組成以及/或者可以形成通孔。最簡(jiǎn)單的情況是，所述光學(xué)元件由光闌構(gòu)成，紅外線基本不改變其光路地穿過該光闌。也可以用不明顯改變紅外線光路的防護(hù)窗或保護(hù)膜來封閉該光闌的通孔。在另一實(shí)施方式中，光學(xué)元件可以實(shí)施為包含一個(gè)折射面的元件，特別是包含兩個(gè)折射面的元件，特別優(yōu)選實(shí)施為透鏡且該透鏡能改變穿過該透鏡的紅外線的光路。在另一實(shí)施方式中，所述光學(xué)元件可由一或多個(gè)反射紅外線的鏡面組成。如果所述光學(xué)元件實(shí)施為光闌，紅外線就穿過通孔并視情況穿過為了保護(hù)該光闌而將其封閉的防護(hù)窗或保護(hù)膜。如果所述光學(xué)元件實(shí)施為透鏡，紅外輻射就穿過該透鏡。如果所述光學(xué)元件具有一或多個(gè)鏡面，紅外輻射就在該一或多個(gè)鏡面上反射。所述光學(xué)元件也可以是例如多個(gè)鏡面與一個(gè)透鏡的組合，在此情況下，紅外線被鏡面反射并穿過透鏡。
[0052]所述第一光學(xué)元件和所述紅外傳感器元件的大小規(guī)定從外部射入的紅外線束，以作為所述紅外傳感器元件的預(yù)期視場(chǎng)，所述從外部射入的紅外線
[0053]-如果設(shè)置折射面作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)折射面一次，
[0054]-如果設(shè)置鏡面作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，存在折射面，就只在這個(gè)鏡面上反射一次，
[0055]-如果設(shè)置光闌作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)光闌一次，
[0056]-如果設(shè)置波長相關(guān)濾光器作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)波長相關(guān)濾光器一次，
[0057]-射中所述輻射敏感區(qū)，并且
[0058]-在所述光學(xué)元件和射中所述輻射敏感區(qū)之間不在任何表面反射。
[0059]因此，不屬于預(yù)期視場(chǎng)的例如是
[0060]-不射中紅外傳感器元件的輻射敏感區(qū)的紅外線，或
[0061]-以某一角度進(jìn)入視情況設(shè)置在第一光學(xué)元件中的透鏡的紅外線，且該角度使得這些紅外線在透鏡內(nèi)部多次反射，但之后射中紅外傳感器元件的輻射敏感區(qū)，或
[0062]-以某一角度射中視情況設(shè)置在第一光學(xué)元件中的鏡面的紅外線，且該角度使得這些紅外線在這個(gè)鏡面上或視情況設(shè)置在第一光學(xué)元件中的其他構(gòu)件(鏡面、透鏡、濾光器、防護(hù)窗等等)上多次反射，但之后射中紅外傳感器元件的輻射敏感區(qū)。
[0063]所述第二光學(xué)元件規(guī)定紅外傳感器元件的限制視場(chǎng)，該限制視場(chǎng)是指從外部射入的紅外線束，所述從外部射入的紅外線
[0064]-穿過所述第一和第二光學(xué)元件，
[0065]-射中所述輻射敏感區(qū)，
[0066]-在所述第二光學(xué)兀件和所述第一光學(xué)兀件之間以及在所述第一光學(xué)兀件和射中所述輻射敏感區(qū)之間不在任何表面反射，
[0067]-如果設(shè)置折射面作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)折射面一次，
[0068]-如果設(shè)置鏡面作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，存在折射面，就只在這個(gè)鏡面上反射一次，
[0069]-如果設(shè)置光闌作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)光闌一次，
[0070]-如果設(shè)置波長相關(guān)濾光器作為所述第一光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)波長相關(guān)濾光器一次，
[0071]-如果設(shè)置折射面作為所述第二光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)折射面一次，
[0072]-如果設(shè)置鏡面作為所述第二光學(xué)元件的組成部分，存在折射面，就只在這個(gè)鏡面上反射一次，
[0073]-如果設(shè)置光闌作為所述第二光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)光闌一次，
[0074]-如果設(shè)置波長相關(guān)濾光器作為所述第二光學(xué)元件的組成部分，就只穿過這個(gè)波長相關(guān)濾光器一次。
[0075]因此，不屬于限制視場(chǎng)的例如是以某種方式離開第二光學(xué)元件的紅外線，并且這種離開第二光學(xué)元件的方式使得這部分紅外線在穿過第二光學(xué)元件和穿過第一光學(xué)元件之間必須在其他表面上反射才能穿過第一光學(xué)元件。
[0076]在現(xiàn)有技術(shù)的由紅外傳感器元件(4)和第一光學(xué)元件(6)組成的總成(不設(shè)第二光學(xué)元件和束流收集器)中，第一光學(xué)元件由硅透鏡(未涂層)構(gòu)成，圖2，到達(dá)紅外傳感器元件的功率中大約有80%來自于標(biāo)記為截錐(7)的預(yù)期視場(chǎng)。到達(dá)紅外傳感器元件的功率中大約有20% (例如射線(％))是從預(yù)期視場(chǎng)之外到達(dá)紅外傳感器元件，這部分射線會(huì)使測(cè)量
結(jié)果失真。
[0077]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，在本發(fā)明如圖1所不的由紅外傳感器兀件、第一光學(xué)兀件、第二光學(xué)元件和束流收集器組成的總成中，到達(dá)紅外傳感器元件的功率中大約會(huì)有95%來自于標(biāo)記為截錐的預(yù)期視場(chǎng)。在這個(gè)實(shí)施例中，到達(dá)紅外傳感器元件的功率中大約有5%或更少是從預(yù)期視場(chǎng)之外到達(dá)紅外傳感器元件，這些射線絕大部分在束流收集器中被吸收，僅使測(cè)量結(jié)果輕微失真。
[0078]特別優(yōu)選地，所述束流收集器被構(gòu)造成將射中其表面的紅外線所輸入的能量吸收并且在紅外線所射中的表面不受熱的情況下將這部分能量從這個(gè)表面向外傳輸。這一點(diǎn)例如可以通過至少部分由導(dǎo)熱性能良好的材料(例如金屬，如鋁、銅、鎂、鋅)或者由半導(dǎo)體(例如硅)或者由半導(dǎo)體技術(shù)中所使用的陶瓷材料構(gòu)成的束流收集器而實(shí)現(xiàn)。所述束流收集器也可以被構(gòu)造成將射中其表面的紅外線所輸入的能量至少部分吸收并導(dǎo)出，該表面僅被部分入射能量加熱。
[0079]在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第一和第二光學(xué)元件具有圓形或橢圓形外周。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述束流收集器特定而言具有圓形或橢圓形貫穿通道，其中，第一光學(xué)元件布置在該圓形或橢圓形貫穿通道的一末端，第二光學(xué)元件布置在該圓形或橢圓形貫穿通道的第二末端。特別優(yōu)選地，圓形貫穿通道的直徑大于第一光學(xué)元件的直徑并且大于第二光學(xué)元件的直徑。在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述貫穿通道完全作為圓形或橢圓形貫穿通道形成于第一和第二光學(xué)元件之間。在替代實(shí)施方式中，在所述貫穿通道布置第一光學(xué)元件的末端和/或布置第二光學(xué)元件的末端設(shè)有銜接面，所述銜接面例如以截錐的形式將第一或第二光學(xué)元件的較小直徑與貫穿通道的較大直徑銜接起來。
[0080]在優(yōu)選實(shí)施方式中，在一或兩個(gè)光學(xué)元件中設(shè)有透鏡和/或鏡面，所述透鏡和/或鏡面能夠?qū)⒁跃哂械谝粰M截面積的射線束形式入射的紅外線聚焦在紅外傳感器元件具有較小的第二橫截面積的輻射敏感區(qū)上。
[0081]本發(fā)明的紅外傳感器總成具有形成于第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件之間的束流收集器，該束流收集器將在穿過第二光學(xué)元件后為了穿過第一光學(xué)元件而必須至少在一個(gè)表面上反射的紅外線的至少一部分吸收。此外，所述束流收集器的表面可以具有能改善吸收的結(jié)構(gòu)，例如粗化結(jié)構(gòu)、溝槽、棱錐、梯形結(jié)構(gòu)、螺紋等等。
[0082]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，所述紅外傳感器元件布置在一包含內(nèi)腔的殼體中。特別優(yōu)選地，該殼體的一個(gè)部件是承載紅外傳感器元件的底板。這樣一個(gè)殼體能為紅外傳感器元件提供保護(hù)，允許對(duì)直接接觸紅外傳感器元件的環(huán)境進(jìn)行特別設(shè)計(jì)，例如設(shè)置充填氣體或真空，使得在制造過程中搬運(yùn)紅外傳感器元件時(shí)不存在紅外傳感器元件受損的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樵诤罄m(xù)制造步驟中只需要搬運(yùn)該殼體。通過將紅外傳感器元件布置在底板上，可以從該底板中穿設(shè)用于紅外傳感器元件的連接線。特別優(yōu)選地，所述殼體被構(gòu)造成TO殼體、LCC殼體或CSP殼體(TO=晶體管型；LCC=無引線陶瓷芯片載體；CSP=芯片尺寸封裝)。
[0083]在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述底板的材料或材料組合具有超過lW/mK,特別優(yōu)選超過10ff/mK的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0084]在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述光學(xué)元件被構(gòu)造成與所述殼體連接的部件。這就可以在早期制造步驟中設(shè)置并確定光學(xué)元件相對(duì)于紅外傳感器元件的幾何布局(這樣的設(shè)定對(duì)于紅外線檢測(cè)而言很重要)，而不必?fù)?dān)心這一幾何條件在后期制造步驟中遭到破壞。作為替代方案，也可以用平面窗口封閉殼體。在此情況下，光學(xué)元件可與殼體相隔一定距離布置。
[0085]在優(yōu)選實(shí)施方式中設(shè)有基準(zhǔn)傳感器，特別優(yōu)選地，該基準(zhǔn)傳感器與紅外傳感器元件一同布置在底板上或者整合在紅外傳感器元件中。借助基準(zhǔn)傳感器可以特別簡(jiǎn)單的方式根據(jù)環(huán)境溫度精確標(biāo)定紅外傳感器元件。從制造技術(shù)角度看，將該基準(zhǔn)傳感器布置在共用底板上或者整合在紅外傳感器元件中，是特別有益的。
[0086]在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述光熱作用元件通過熱平衡元件相互耦合。該熱平衡元件可以采用一體式或復(fù)合式設(shè)計(jì)。熱平衡元件能夠減小單個(gè)部件如紅外傳感器元件、光學(xué)元件和束流收集器的局部溫差，因而測(cè)量時(shí)僅需考慮視場(chǎng)之內(nèi)的輻射，從而避免局部發(fā)熱所引發(fā)的“內(nèi)輻射”導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真。為此，光作用元件和熱作用元件通過熱平衡元件相互耦合，是特別有益的。舉例而言，被束流收集器吸收的紅外輻射會(huì)造成束流收集器發(fā)熱、從而自身又發(fā)出紅外線的結(jié)果。如果束流收集器與熱平衡元件耦合或者構(gòu)成熱平衡元件的一部分，就可以將吸收紅外輻射時(shí)所吸收的能量至少部分地通過該熱平衡元件進(jìn)行導(dǎo)散，這樣束流收集器就不會(huì)發(fā)熱，其自身也不會(huì)產(chǎn)生紅外輻射(“內(nèi)輻射”)。
[0087]光作用元件在此是指具有被紅外輻射射中或穿過的表面的元件，特別是指所述紅外傳感器元件和所述光學(xué)元件的光學(xué)相關(guān)部件。紅外傳感器總成的熱作用元件特定而言是指任何一種能發(fā)出熱輻射的質(zhì)量體。優(yōu)選實(shí)施方式中所設(shè)置的熱平衡元件可以用來形成實(shí)施為光闌的第二光學(xué)元件和/或所述束流收集器。如果部分光熱作用元件通過熱平衡元件相互耦合，就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)。特別優(yōu)選地，所有光熱作用元件均通過熱平衡元件相互耦合。
[0088]在紅外傳感器元件布置在殼體中、而該殼體被承載紅外傳感器元件的底板封閉的實(shí)施方式中，所述熱平衡元件優(yōu)選布置于殼體外部，但特定而言與底板導(dǎo)熱連接，且視情況與殼體的其他區(qū)域?qū)徇B接。在替代實(shí)施方式中，殼體可以構(gòu)成熱平衡兀件的一部分。
[0089]在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述熱平衡元件具有由鋁、銅、鎂和/或鋅構(gòu)成的組成部分且特別優(yōu)選地全部由這些材料的其中之一制成。事實(shí)表明，這些組成部分具有特別好的溫度均衡效果。另外，這些材料具有良好的可加工性。熱平衡元件原則上可以采用導(dǎo)熱性能良好的材料，例如金屬、半導(dǎo)體(例如硅)和半導(dǎo)體領(lǐng)域所使用的陶瓷材料。導(dǎo)熱性能良好的材料主要是指導(dǎo)熱能力超過10W/mK,特別優(yōu)選超過20W/mK的材料。高導(dǎo)熱塑料也能達(dá)到這樣的導(dǎo)熱值。在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述熱平衡元件的壁厚大于1.5mm。這能進(jìn)一步增強(qiáng)導(dǎo)熱能力。
[0090]在優(yōu)選實(shí)施方式中，至少部分被紅外線射中或穿過的表面涂布有透紅外線的防污層。這樣的層可由PE (聚乙烯)、聚丙烯(PP)、PTFE (聚四氟乙烯)或聚對(duì)二甲苯(PPX)構(gòu)成。這種涂料的名稱為 “Parylene”,可以從 Specialty Coating Systems 公司(7645WoodlandDrive, Indianapolis, Indiana, 46278, USA)購得。
[0091]本發(fā)明的紅外傳感器總成優(yōu)選應(yīng)用于測(cè)溫儀。這樣的測(cè)溫儀可以是用于在難以接近的表面或通電流(帶電壓)部件上非接觸式測(cè)溫的高溫計(jì)。高溫計(jì)也被廣泛用作可快速測(cè)定體溫的測(cè)量設(shè)備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0092]下面參照僅示出實(shí)施例的附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。其中:
[0093]圖1為本發(fā)明傳感器總成的實(shí)施例的剖面示意圖；以及
[0094]圖2為已知的紅外傳感器總成示例。
【具體實(shí)施方式】
[0095]圖1中示出的紅外傳感器總成基于前文聯(lián)系圖2所描述的紅外傳感器4，該紅外傳感器安裝在TO (晶體管型)殼體I中的底板2上。該殼體被復(fù)合式熱平衡元件(“散熱件”)
12、13包圍。熱平衡元件12、13由導(dǎo)熱性能良好的材料(例如黃銅、鋁、銅等等)構(gòu)成，采用厚壁設(shè)計(jì)(壁厚>1.5mm)0該紅外傳感器總成被構(gòu)造成使得底板2和TO殼體I的透鏡3、6的頂面以及熱平衡元件12、13的兩個(gè)組成部分均具有良好的熱連接14a-c。這個(gè)良好的熱連接14a_c例如可以通過擠壓或螺接14a以及通過壓制14b，c而實(shí)現(xiàn)。
[0096]上部熱平衡元件12中整合有光闌10和束流收集器11，因此這兩個(gè)部件也處于良好的熱耦合狀態(tài)。這使得位于視場(chǎng)中的射線8能進(jìn)一步到達(dá)傳感器元件4。此外，經(jīng)單一透射后不到達(dá)傳感器元件4的射線9a也能進(jìn)入殼體。而可以通過多次反射到達(dá)傳感器元件的入射角較大的射線％，則不再直接射中透鏡6。這部分射線在束流收集器11中被吸收。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外(IR)傳感器總成,包括: 紅外傳感器元件(4)，其具有檢測(cè)紅外線的輻射敏感區(qū)， 第一光學(xué)元件(6)，其從入射方向看布置于所述紅外傳感器元件(4)前面，其中，所述光學(xué)元件(6)可具有下述構(gòu)件中的一或多個(gè): 折射面， 鏡面， 光闌， 波長相關(guān)濾光器， 其中，通過所述第一光學(xué)元件(6)和所述紅外傳感器元件的大小規(guī)定從外部射入的紅外線束，以作為所述紅外傳感器元件(4)的預(yù)期視場(chǎng)(7)，所述從外部射入的紅外線 如果設(shè)置折射面作為所述第一光學(xué)元件(6)的組成部分，就只穿過這個(gè)折射面一次， 如果設(shè)置鏡面作為所述第一光學(xué)元件(6)的組成部分，就只在這個(gè)鏡面上反射一次， 如果設(shè)置光闌作為所述第一光學(xué)元件(6)的組成部分，就只穿過這個(gè)光闌一次， 如果設(shè)置波長相關(guān)濾光器作為所述第一光學(xué)元件(6)的組成部分，就只穿過這個(gè)波長相關(guān)濾光器一次， 射中所述輻射敏感區(qū)，并且 在所述光學(xué)元件和射中所述輻射敏感區(qū)之間不在任何表面反射， 沿入射方向設(shè)在所述第一光學(xué)元件(6)前面一定距離(a)處的第二光學(xué)元件(10)，所述第二光學(xué)元件可具有下述構(gòu)件中的一或多個(gè): 折射面， 鏡面， 光闌， 波長相關(guān)濾光器， 其中，通過所述第二光學(xué)元件規(guī)定從外部射入的紅外線束，以作為所述紅外傳感器元件(4 )的限制視場(chǎng)(7 )，所述從外部射入的紅外線穿過所述第一和第二光學(xué)元件(6)， 射中所述輻射敏感區(qū)， 在所述第二光學(xué)兀件(10)和所述第一光學(xué)兀件(6)之間以及在所述第一光學(xué)兀件和射中所述輻射敏感區(qū)之間不在任何表面反射， 如果設(shè)置折射面作為所述第一光學(xué)元件(6)的組成部分，就只穿過這個(gè)折射面一次， 如果設(shè)置鏡面作為所述第一光學(xué)元件(6)的組成部分，存在折射面，就只在這個(gè)鏡面上反射一次， 如果設(shè)置光闌作為所述第一光學(xué)元件(6)的組成部分，就只穿過這個(gè)光闌一次， 如果設(shè)置波長相關(guān)濾光器作為所述第一光學(xué)元件(6)的組成部分，就只穿過這個(gè)波長相關(guān)濾光器一次， 如果設(shè)置折射面作為所述第二光學(xué)元件(10)的組成部分，就只穿過這個(gè)折射面一次， 如果設(shè)置鏡面作為所述第二光學(xué)元件(10)的組成部分，就只在這個(gè)鏡面上反射一次， 如果設(shè)置光闌作為所述第二光學(xué)元件(10)的組成部分，就只穿過這個(gè)光闌一次， 如果設(shè)置波長相關(guān)濾光器作為所述第二光學(xué)元件(10)的組成部分，就只穿過這個(gè)波長相關(guān)濾光器一次， 其中，在所述第一光學(xué)元件(6)和所述第二光學(xué)元件(10)之間設(shè)有束流收集器(11)，所述束流收集器將為了到達(dá)所述紅外傳感器元件(4)而在所述第二光學(xué)元件(10)之后為了穿過所述第一光學(xué)元件(6)的構(gòu)件(如果所述第一光學(xué)元件(6)設(shè)有可被穿過的構(gòu)件)或者為了在所述第一光學(xué)元件(6)的鏡面(如果設(shè)有鏡面)上反射而必須在所述第二光學(xué)元件(10)和所述第一光學(xué)元件(6)之間的表面上反射的紅外線的至少一部分吸收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外傳感器總成，其中，所述光熱作用元件通過一體式或復(fù)合式熱平衡元件(12，13)相互耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外傳感器總成，其中，基準(zhǔn)傳感器(5)、底板(2)和所述光學(xué)元件(6 )設(shè)置在所述熱平衡元件(12，13 )中或所述熱平衡元件上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的紅外傳感器總成，其中，所述熱平衡元件(12，13)具有由鋁、銅、鎂和/或鋅構(gòu)成的組成部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的紅外傳感器總成，其中，所述熱平衡元件(12，13)的壁厚大于1.5mmο
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的紅外傳感器總成,其中,所述紅外傳感器元件(4)布置在一包含內(nèi)腔的殼體(1)中，其中，所述殼體的一個(gè)部件是承載所述紅外傳感器元件(4)的底板(2)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的紅外傳感器總成,其中，所述殼體(1)被構(gòu)造成TO殼體、LCC殼體或CSP殼體。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的紅外傳感器總成，其中，所述第一光學(xué)元件(6)作為所述殼體的一部分與所述內(nèi)腔鄰接。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的紅外傳感器總成,其中，設(shè)有基準(zhǔn)傳感器(5 )，所述基準(zhǔn)傳感器特定而言與所述紅外傳感器元件(4 ) 一同布置在所述底板(2 )上。
10.根據(jù)上述權(quán)利要 求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的紅外傳感器總成,其中，設(shè)有基準(zhǔn)傳感器(5)，所述基準(zhǔn)傳感器特定而言布置在所述熱平衡元件(12，13)中。
11.一種根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的紅外傳感器總成的應(yīng)用，應(yīng)用于測(cè)溫儀。
【文檔編號(hào)】G01J5/02GK103797345SQ201280030660
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月1日
【發(fā)明者】斯蒂芬·羅星格, 托比亞斯·瑟皮特斯, 邁克爾·巴塞爾 申請(qǐng)人:精量電子（德國）公司