DE102016208975A1

DE102016208975A1 - Apparatus and method for detecting infrared radiation

Info

Publication number: DE102016208975A1
Application number: DE102016208975.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Krauss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2017-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung (2; 3) zum Detektieren von Infrarotstrahlung, mit einem Substrat (100); einer Vielzahl von auf dem Substrat (100) angeordneten Pixeleinrichtungen (204; 304), welche zum Detektieren von Infrarotstrahlung ausgebildet sind; einer an dem Substrat (100) angeordneten Kappe (206), welche die Pixeleinrichtungen (204; 304) überdeckt; einer Kaverne (207), welche zwischen dem Substrat (100) und der Kappe (206) ausgebildet ist; und einer Vielzahl von optischen Elementen (201; 301a, 301b), welche auf der Kappe ausgebildet sind, um Infrarotstrahlung auf die Pixeleinrichtungen (204; 304) zu lenken; wobei entsprechende Raumwinkelteilbereiche eines von der Detektionseinrichtung (2; 3) insgesamt erfassbaren Raumwinkelbereichs, welche von verschiedenen Pixeleinrichtungen (204; 304) durch mindestens ein entsprechend angeordnetes optisches Element (201; 301a, 301b) erfassbar sind, sich zumindest teilweise voneinander unterscheiden.The invention relates to a detection device (2; 3) for detecting infrared radiation, comprising a substrate (100); a plurality of pixel means (204; 304) disposed on the substrate (100) adapted to detect infrared radiation; a cap (206) disposed on the substrate (100) overlying the pixel means (204; 304); a cavity (207) formed between the substrate (100) and the cap (206); and a plurality of optical elements (201; 301a, 301b) formed on the cap for directing infrared radiation to the pixel devices (204; 304); wherein corresponding solid angle partial regions of a solid angle range which can be detected by the detection device (2; 3), which are detectable by different pixel devices (204; 304) by at least one correspondingly arranged optical element (201; 301a, 301b), at least partially differ from one another.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Infrarotstrahlung sowie ein Verfahren zum Detektieren von Infrarotstrahlung. The present invention relates to a detection device for detecting infrared radiation and to a method for detecting infrared radiation.

Stand der TechnikState of the art

Wärmebildkameras erzeugen Bilder anhand von detektierter Infrarotstrahlung. Zur Erfassung der Infrarotstrahlung werden im Stand der Technik beispielsweise Thermopile-Arrays verwendet, wie etwa aus der US 8 350 215 B2 bekannt. Derartige Wärmebildkameras finden im Automobilbereich zahlreiche Einsatzmöglichkeiten, etwa als Nachtsichtkameras oder zur Erkennung von Personen oder Tieren. Auch ist es möglich, Sensordaten von weiteren Fahrzeugsensoren, wie Lidar-Sensoren, Radarsensoren oder optischen Kameras, mit Wärmebilddaten zu ergänzen. Die Infrarot- bzw. Wärmebildkameras dienen in diesem Fall der Bereitstellung von Zusatzinformationen, und sollen vorzugsweise einen großen Erfassungsbereich aufweisen, ohne dass jedoch eine besonders hohe Auflösung erforderlich wäre. Thermal cameras generate images based on detected infrared radiation. For detecting the infrared radiation, for example, thermopile arrays are used in the prior art, such as from US 8 350 215 B2 known. Such thermal imaging cameras find numerous uses in the automotive sector, such as night vision cameras or for the detection of persons or animals. It is also possible to supplement sensor data from further vehicle sensors, such as lidar sensors, radar sensors or optical cameras, with thermal image data. The infrared or thermal imaging cameras are used in this case to provide additional information, and should preferably have a large detection range, but without a particularly high resolution would be required.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die Erfindung stellt eine Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Infrarotstrahlung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Detektieren von Infrarotstrahlung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bereit. The invention provides a detection device for detecting infrared radiation with the features of claim 1 and a method for detecting infrared radiation with the features of claim 10.

Die Erfindung betrifft demnach eine Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Infrarotstrahlung mit einem Substrat, einer Vielzahl von auf dem Substrat angeordneten Pixeleinrichtungen, welche zum Detektieren von Infrarotstrahlung ausgebildet sind, und einer an dem Substrat angeordneten Kappe. Die Kappe überdeckt die Pixeleinrichtungen, so dass eine Kaverne zwischen dem Substrat und der Kappe ausgebildet ist. Die Kappe weist weiter eine Vielzahl von optischen Elementen auf, welche dazu ausgebildet sind, die Infrarotstrahlung auf die Pixeleinrichtungen zu lenken. Entsprechende Raumwinkelteilbereiche eines von der Detektionseinrichtung insgesamt erfassbaren Raumwinkelbereichs, welche von verschiedenen Pixeleinrichtungen durch mindestens ein entsprechend angeordnetes optisches Element erfassbar bzw. detektierbar sind, unterscheiden sich zumindest teilweise voneinander.The invention accordingly relates to a detection device for detecting infrared radiation with a substrate, a plurality of pixel devices arranged on the substrate, which are designed to detect infrared radiation, and a cap arranged on the substrate. The cap covers the pixel devices so that a cavity is formed between the substrate and the cap. The cap further includes a plurality of optical elements configured to direct the infrared radiation at the pixel devices. Corresponding solid angle partial regions of a spatial angle range that can be detected by the detection device as a whole, which are detectable or detectable by different pixel devices by at least one correspondingly arranged optical element, differ at least partially from one another.

Weiter schafft die Erfindung demnach ein Verfahren zum Detektieren von Infrarotstrahlung, wobei die Infrarotstrahlung durch eine Vielzahl von optischen Elementen auf eine Vielzahl von Pixeleinrichtungen gelenkt wird. Die Vielzahl von Pixelanordnungen ist hierbei auf einem Substrat angeordnet, wobei eine Kappe an dem Substrat angeordnet ist, welche die Pixeleinrichtungen überdeckt. Eine Kaverne ist zwischen dem Substrat und der Kappe ausgebildet und die Kappe weist eine Vielzahl von optischen Elementen auf. Weiter wird die Infrarotstrahlung durch die Vielzahl von Pixeleinrichtungen detektiert. Entsprechende Raumwinkelteilbereiche eines insgesamt erfassbaren Raumwinkelbereichs, welche von verschiedenen Pixeleinrichtungen durch mindestens ein entsprechend angeordnetes optisches Element erfasst bzw. detektiert werden, unterscheiden sich zumindest teilweise voneinander. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Further, the invention thus provides a method for detecting infrared radiation, wherein the infrared radiation is directed by a plurality of optical elements to a plurality of pixel devices. The multiplicity of pixel arrangements are hereby arranged on a substrate, wherein a cap is arranged on the substrate which covers the pixel devices. A cavity is formed between the substrate and the cap, and the cap has a plurality of optical elements. Further, the infrared radiation is detected by the plurality of pixel devices. Corresponding solid angle partial regions of a total detectable solid angle range, which are detected or detected by different pixel devices by at least one appropriately arranged optical element, differ at least partially from each other. Preferred embodiments are the subject of the respective subclaims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Vorzugsweise unterscheiden sich die optischen Elemente zumindest teilweise in ihren optischen Eigenschaften. Insbesondere können sich die optischen Elemente in ihren Brennweiten und/oder ihrer Form und/oder ihrer Ausrichtung relativ zur Substratoberfläche des Substrats und zu den Pixeleinrichtungen unterscheiden. So können die optischen Elemente Infrarotstrahlung aus verschiedenen Raumwinkelbereichen erfassen und auf die Pixeleinrichtungen lenken. Die Detektionsvorrichtung zeichnet sich somit durch einen kompakten Aufbau aus, wobei gleichzeitig ein großer Raumwinkelbereich erfasst werden kann. Die Detektionsvorrichtung eignet sich dadurch insbesondere zur Bereitstellung von ergänzenden Sensordaten zur Verarbeitung mit Sensordaten von zusätzlichen optischen Fahrzeugsensoren. Insbesondere kann die Größe der entsprechenden Raumwinkelteilbereiche, welche von den jeweiligen Pixeleinrichtungen erfasst werden, variieren. So können unterschiedliche Erfassungsbereiche mit verschiedener Auflösung erfasst werden. Beispielsweise kann ein Zentralbereich vor dem Fahrzeug mit erhöhter Auflösung, das heißt durch mehr Pixeleinrichtungen erfasst werden, als periphere Bereiche.Preferably, the optical elements differ at least partially in their optical properties. In particular, the optical elements can differ in their focal lengths and / or their shape and / or their orientation relative to the substrate surface of the substrate and to the pixel devices. Thus, the optical elements can detect infrared radiation from different solid angle ranges and direct it to the pixel devices. The detection device is thus characterized by a compact construction, wherein at the same time a large solid angle range can be detected. The detection device is thereby particularly suitable for providing supplementary sensor data for processing with sensor data from additional optical vehicle sensors. In particular, the size of the corresponding solid angle partial areas detected by the respective pixel devices may vary. This allows different detection areas to be recorded with different resolutions. For example, a central area in front of the vehicle with increased resolution, that is to be detected by more pixel devices, can be detected as peripheral areas.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Detektionsvorrichtung variiert ein Pixelabstand zwischen den Pixeleinrichtungen. Gleichzeitig kann ein Abstand zwischen den optischen Elementen konstant sein. Dadurch variiert auch ein Abstand zwischen den optischen Achsen der Pixeleinrichtungen und der optischen Elemente relativ zu einander. Somit erfassen die verschiedenen Pixeleinrichtungen unterschiedliche Raumwinkelbereiche, das heißt Strahlung mit unterschiedlichen Auftreffwinkeln auf die Kappe. Die Detektionsvorrichtung kann somit Infrarotstrahlung aus einem großen Raumwinkelbereich detektieren. Der Abstand zwischen den optischen Elementen kann jedoch ebenfalls variieren, sodass die optischen Elemente und die Pixeleinrichtungen beliebig zueinander positioniert werden können. According to a preferred development of the detection device, a pixel spacing between the pixel devices varies. At the same time, a distance between the optical elements may be constant. As a result, a distance between the optical axes of the pixel devices and the optical elements also varies relative to each other. Thus, the various pixel devices detect different solid angle ranges, that is radiation with different angles of incidence on the cap. The detection device can thus detect infrared radiation from a large solid angle range. However, the distance between the optical elements may also vary, so that the optical elements and the pixel devices can be arbitrarily positioned to each other.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Detektionsvorrichtung variiert ein Abstand zwischen den optischen Elementen. Gleichzeitig können die Pixeleinrichtungen in einem gleichmäßigen Array mit konstanten Pixelabständen angeordnet sein, sodass wiederum ein großer Raumwinkelbereich erfasst werden kann. Die Pixelabstände können jedoch auch variieren.According to a preferred development of the detection device, a distance between the optical elements varies. At the same time, the pixel devices can be arranged in a uniform array with constant pixel spacings, so that again a large solid angle range can be detected. However, the pixel pitches can also vary.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Detektionsvorrichtung sind die Vielzahl von optischen Elementen und die Vielzahl von Pixeleinrichtungen derart zueinander angeordnet, dass optische Elemente in einem ersten Bereich der Detektionsvorrichtung die Infrarotstrahlung jeweils auf eine größere Anzahl von Pixeleinrichtungen lenken, als optische Elemente in einem zweiten Bereich der Detektionsvorrichtung. Die Detektionsvorrichtung ermöglicht somit eine Strahlungsdetektion mit variierender Auflösung, da Infrarotstrahlung, welche insbesondere unter verschiedenen Auftreffwinkeln auf unterschiedliche optische Elemente trifft, von einer unterschiedlichen Anzahl von Pixeleinrichtungen erfasst werden kann.According to a preferred embodiment of the detection device, the plurality of optical elements and the plurality of pixel devices are arranged relative to one another such that optical elements in a first region of the detection device direct the infrared radiation to a larger number of pixel devices than optical elements in a second region of the detection device , The detection device thus enables radiation detection with varying resolution, since infrared radiation, which strikes different optical elements in particular at different angles of incidence, can be detected by a different number of pixel devices.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Detektionsvorrichtung ist die Vielzahl von optischen Elementen derart ausgebildet, dass optische Elemente in einem ersten Bereich der Detektionsvorrichtung Infrarotstrahlung aus einem jeweils kleineren Raumwinkelbereich auf die Pixeleinrichtungen lenken als optische Elemente in einem zweiten Bereich der Detektionsvorrichtung. Die Auflösung kann dadurch variieren, da die optischen Elemente unterschiedlich große Erfassungsbereiche aufweisen.According to a preferred embodiment of the detection device, the multiplicity of optical elements are designed such that optical elements in a first region of the detection device direct infrared radiation from a respective smaller solid angle region onto the pixel devices than optical elements in a second region of the detection device. The resolution may vary as the optical elements have different sized detection areas.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Detektionsvorrichtung ist der Pixelabstand zwischen Pixeleinrichtungen in zumindest einem Teilbereich der Detektionsvorrichtung kleiner als der Abstand zwischen entsprechenden optischen Elementen, welche Infrarotstrahlung auf die Pixeleinrichtungen in dem Teilbereich lenken. Dadurch variiert der Abstand zwischen den optischen Achsen der Pixeleinrichtungen und der optischen Elemente. Somit erfassen die Pixeleinrichtungen Infrarotstrahlung aus verschiedenen Raumwinkelbereichen. According to a preferred embodiment of the detection device, the pixel spacing between pixel devices in at least one subregion of the detection device is smaller than the distance between corresponding optical elements which direct infrared radiation onto the pixel devices in the subregion. As a result, the distance between the optical axes of the pixel devices and the optical elements varies. Thus, the pixel devices detect infrared radiation from different solid angle ranges.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Detektionsvorrichtung ist der Pixelabstand in einem zentralen Bereich der Detektionsvorrichtung größer als in einem Randbereich der Detektionsvorrichtung. Der Pixelabstand nimmt somit nach außen hin ab. Vorzugsweise sind die optischen Achsen der optischen Elemente in dem zentralen Bereich im Wesentlichen parallel zu den optischen Achsen entsprechender Pixeleinrichtungen, während die optischen Achsen der optischen Elemente in dem Randbereich gegenüber den optischen Achsen entsprechender Pixeleinrichtungen verschoben sind. Die Detektionseinrichtungen in dem zentralen Bereich detektieren Infrarotstrahlung, welche im Wesentlichen senkrecht auf die Kappe treffen, während die Detektionseinrichtungen in dem Randbereich Infrarotstrahlung mit flacheren Auftreffwinkeln detektieren. Somit wird ein großer Raumwinkelbereich abgedeckt.According to a preferred development of the detection device, the pixel pitch in a central region of the detection device is greater than in an edge region of the detection device. The pixel pitch thus decreases to the outside. Preferably, the optical axes of the optical elements in the central area are substantially parallel to the optical axes of corresponding pixel devices, while the optical axes of the optical elements in the peripheral area are shifted from the optical axes of corresponding pixel devices. The detection devices in the central area detect infrared radiation which strike the cap substantially perpendicularly, while the detection devices in the edge area detect infrared radiation with shallower angles of incidence. Thus, a large solid angle range is covered.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Detektionsvorrichtung ist der Abstand der optischen Elemente in einem zentralen Bereich der Detektionsvorrichtung kleiner als in einem Randbereich der Detektionsvorrichtung, wodurch wiederum ein großer Raumwinkelbereich erfasst werden kann.According to a preferred embodiment of the detection device, the distance of the optical elements in a central region of the detection device is smaller than in an edge region of the detection device, whereby in turn a large solid angle range can be detected.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Detektionsvorrichtung umfasst die Vielzahl von optischen Elementen Linsen und/oder Fresnellinsen und/oder Prismen und/oder Lochblenden.According to a preferred development of the detection device, the multiplicity of optical elements comprise lenses and / or Fresnel lenses and / or prisms and / or pinhole diaphragms.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Querschnittsansicht einer Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Infrarotstrahlung; 1 a schematic cross-sectional view of a detection device for detecting infrared radiation;

2 eine schematische Querschnittsansicht einer Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Infrarotstrahlung gemäß einer ersten Ausführungsform; 2 a schematic cross-sectional view of a detection device for detecting infrared radiation according to a first embodiment;

3 eine schematische Querschnittsansicht einer eine Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Infrarotstrahlung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und 3 a schematic cross-sectional view of a detection device for detecting infrared radiation according to a second embodiment; and

4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Detektieren von Infrarotstrahlung. 4 a flowchart for explaining a method for detecting infrared radiation.

In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Verschiedene Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals. Various embodiments can be combined as desired.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt eine Detektionsvorrichtung 1 zum Detektieren von Infrarotstrahlung mit einer Vielzahl von Pixeleinrichtungen 104, welche zum Detektieren von Infrarotstrahlung ausgebildet sind und welche auf einem Substrat 100 angeordnet sind. Ein Pixelabstand a zwischen den Pixeleinrichtungen 104 ist jeweils gleich groß. Die Pixeleinrichtungen 104 können beispielsweise in einem gleichmäßigen Array angeordnet sein. Eine einzelne Linse 101 befindet sich in einem Linsenabstand c von dem Substrat 100, wobei der Linsenabstand c für eine Abbildung von Strahlungsquellen 102 aus dem Unendlichen vorzugsweise einer Brennweite f der Linse 101 entspricht. Eine erste Infrarotstrahlungsquelle 102a und eine zweite Infrarotstrahlungsquelle 102b senden Infrarotstrahlung aus, welche durch die Linse 101 abgelenkt bzw. gebeugt werden und von jeweiligen Pixeleinrichtungen 104a bzw. 104b detektiert wird. Um einen großen Raumwinkelbereich zu erfassen, wird entweder eine sehr aufwendige, durch physikalische Eigenschaften wie dem Brechungsindex des Materials begrenzte Weitwinkellinse benötigt, oder es wird kann eine Vielzahl von derartigen Detektionsvorrichtungen 1 mit jeweils eigenem Substrat 100 verwendet werden, wodurch der Platzbedarf und der Aufwand ansteigen. 1 shows a detection device 1 for detecting infrared radiation with a plurality of pixel devices 104 which are designed to detect infrared radiation and which are on a substrate 100 are arranged. A pixel spacing a between the pixel devices 104 is the same size. The pixel devices 104 For example, they may be arranged in a uniform array. A single lens 101 is located at a lens distance c from the substrate 100 where the lens spacing c is for a mapping of radiation sources 102 from the infinite preferably a focal length f of the lens 101 equivalent. A first infrared radiation source 102 and a second infrared radiation source 102b emit infrared radiation through the lens 101 be deflected and diffracted and by respective pixel devices 104a respectively. 104b is detected. In order to detect a large solid angle range, either a very expensive wide-angle lens limited by physical properties such as the refractive index of the material is required, or a multiplicity of such detection devices can be used 1 each with its own substrate 100 be used, which increases the space requirements and effort.

2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Detektionsvorrichtung 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Auf einem Substrat 100, beispielsweise einem Siliziumsubstrat, ist eine Vielzahl von Pixeleinrichtungen 204, welche zum Detektieren von Infrarotstrahlung ausgebildet sind, angeordnet. Die Pixeleinrichtungen 204 können beispielsweise Bolometer oder Thermopiles umfassen und können ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von einer Intensität der auftreffenden Infrarotstrahlung abgeben. Anhand dieser elektrischen Signale kann ein Infrarot- bzw. Wärmebild generiert werden. 2 shows a schematic cross-sectional view of a detection device 2 according to a first embodiment of the invention. On a substrate 100 , For example, a silicon substrate, is a plurality of pixel devices 204 , which are designed to detect infrared radiation disposed. The pixel devices 204 For example, they may include bolometers or thermopiles, and may provide an electrical signal in response to an intensity of the incident infrared radiation. Based on these electrical signals, an infrared or thermal image can be generated.

Die Detektionsvorrichtung 2 weist weiter eine an dem Substrat 100 angeordnete Kappe 206 auf, welche die Pixeleinrichtungen 204 überdeckt, wobei eine Kaverne 207 zwischen dem Substrat 100 und der Kappe 206 ausgebildet ist. Die Kappe 206 ist hierbei an Verbindungsstellen 205 mit dem Substrat 100 luftdicht verbunden, wobei in der Kaverne 207 vorzugsweise ein Vakuum in einem Bereich von mindestens unter 1 hPa, besonders bevorzugt unter 0,1 hPa ausgebildet ist. Gemäß einer Weiterbildung kann auch ein schlecht wärmeleitendes Gas, wie z.B. Xenon eingefüllt sein, so dass die Pixeleinrichtungen 204 thermisch voneinander isoliert sind. The detection device 2 further has one on the substrate 100 arranged cap 206 on which the pixel devices 204 covered, with a cavern 207 between the substrate 100 and the cap 206 is trained. The cap 206 is here at connection points 205 with the substrate 100 airtight, being in the cavern 207 preferably a vacuum in a range of at least below 1 hPa, more preferably below 0.1 hPa is formed. According to a development, a poorly heat-conducting gas, such as xenon, may be filled in, so that the pixel devices 204 thermally isolated from each other.

Zwischen den Pixeleinrichtungen 204 können zusätzlich elektronische Einrichtungen angeordnet sein, insbesondere Verstärker, Analog-Digital-Wandler, funktionale Schichten wie Getter-Materialien, um das Vakuum in der Kaverne 207 zu erhalten oder zu verbessern, oder optische Antireflexions- oder Absorbermaterialien. Die Detektionsvorrichtung weist vorzugsweise eine Größe zwischen 3 × 3 mm² und 10 × 10 mm² auf, wobei eine Höhe der Kappe 206 vorzugsweise zwischen 1 und 5 mm liegt. Die Wellenlänge des zu erfassenden Infrarotlichtes liegt vorzugsweise zwischen 7 und 15 µm und die Größe der Pixeleinrichtungen 204 vorzugsweise zwischen 10 × 10 µm² und 150 × 150 µm².Between the pixel devices 204 In addition, electronic devices may be arranged, in particular amplifiers, analog-to-digital converters, functional layers such as getter materials, for the vacuum in the cavern 207 to obtain or improve, or optical antireflection or absorber materials. The detection device preferably has a size between 3 × 3 mm ² and 10 × 10 mm ² , wherein a height of the cap 206 preferably between 1 and 5 mm. The wavelength of the infrared light to be detected is preferably between 7 and 15 μm and the size of the pixel devices 204 preferably between 10 × 10 μm ² and 150 × 150 μm ² .

Weiter weist die Kappe 206 eine Vielzahl von optischen Elementen 201 auf, welche dazu ausgebildet sind, die Infrarotstrahlung auf die Pixeleinrichtungen 204 zu lenken. Die optischen Elemente 204 sind vorzugsweise Linsen, wie in 2 illustriert. Gemäß Weiterbildungen können die optischen Elemente auch Prismen, Lochblenden, lichtdurchlässige Öffnungen, Mikrolinsen, Fresnellinsen, Beugungslinsen, Spiegel und Elemente mit refraktiver oder diffraktiver Wirkung umfassen. Die optischen Elemente 201 können jeweils identisch aufgebaut sein oder sich voneinander in ihren optischen Eigenschaften zumindest teilweise unterscheiden. Gemäß Weiterbildungen der Erfindung unterscheiden sich die optischen Elemente 201 in ihren Brennweiten und/oder ihrer Form und/oder ihrer Ausrichtung relativ zu dem Substrat 100. Die optischen Elemente können in der Kappe 206 integriert sein und/oder auf einer dem Substrat 100 zugewandten und/oder abgewandten Seite angeordnet sein.Next points the cap 206 a variety of optical elements 201 which are adapted to the infrared radiation to the pixel devices 204 to steer. The optical elements 204 are preferably lenses, as in 2 illustrated. According to further developments, the optical elements may also include prisms, pinhole apertures, translucent apertures, microlenses, Fresnel lenses, diffractive lenses, mirrors, and elements having a refractive or diffractive effect. The optical elements 201 can each be identically constructed or at least partially different from each other in their optical properties. According to developments of the invention, the optical elements differ 201 in their focal lengths and / or their shape and / or their orientation relative to the substrate 100 , The optical elements can be in the cap 206 be integrated and / or on a substrate 100 be arranged facing and / or opposite side.

Gemäß der ersten Ausführungsform weisen die optischen Elemente 201 jeweils einen identischen Abstand b zueinander auf und sind vorzugsweise in einem zweidimensionalen gleichförmigen Array angeordnet.According to the first embodiment, the optical elements 201 each have an identical distance b to each other and are preferably arranged in a two-dimensional uniform array.

Ein Pixelabstand a1 zwischen den Pixeleinrichtungen 204 in einem zentralen Bereich 209 der Detektionsvorrichtung 2, welcher einen ersten Bereich der Detektionsvorrichtung 2 darstellt, ist größer als ein Pixelabstand a2 zwischen Pixeleinrichtungen 204 in einem Randbereich 210 der Detektionsvorrichtung 2, welcher einen zweiten Bereich der Detektionsvorrichtung 2 bildet. Der Randbereich kann insbesondere ein radial außen liegender Bereich sein. Der Pixelabstand a1, a2 zwischen den Pixeleinrichtungen 204 variiert somit und die Pixeleinrichtungen 204 sind einem ungleichmäßig verteilten Array angeordnet, wobei die Anzahl der Pixeleinrichtungen 204 pro Flächeneinheit nach außen hin zunimmt. In dem zentralen Bereich 209 der Detektionsvorrichtung 2 ist eine optische Achse 208c eines optischen Elements 201b identisch mit einer optischen Achse 208c einer entsprechenden Pixeleinrichtung 204a. Die Pixeleinrichtung 204a in dem zentralen Bereich 209 der Detektionsvorrichtung 2 ist somit dazu ausgebildet, Infrarotstrahlung aus einem zentralen Raumwinkelbereich zu detektieren, das heißt beispielsweise von einer ersten Infrarotstrahlungsquelle 202a, welche Infrarotstrahlung unter einem im Wesentlichen rechten Winkel auf das optische Element 201b in dem zentralen Bereich 209 der Detektionsvorrichtung 2 aussendet.A pixel spacing a1 between the pixel devices 204 in a central area 209 the detection device 2 which comprises a first region of the detection device 2 is greater than a pixel pitch a2 between pixel devices 204 in a border area 210 the detection device 2 , which comprises a second area of the detection device 2 forms. The edge region may in particular be a radially outer region. The pixel spacing a1, a2 between the pixel devices 204 thus varies and the pixel devices 204 are arranged in an unevenly distributed array, the number of pixel devices 204 increases per unit area towards the outside. In the central area 209 the detection device 2 is an optical axis 208c an optical element 201b identical to an optical axis 208c a corresponding pixel device 204a , The pixel device 204a in the central area 209 the detection device 2 is thus adapted to detect infrared radiation from a central solid angle range, that is, for example, from a first infrared radiation source 202a , which infrared radiation at a substantially right angle to the optical element 201b in the central area 209 the detection device 2 sending out.

Eine optische Achse 208a einer optischen Einrichtung 201a in dem Randbereich 210 der Detektionsvorrichtung 2 ist gegenüber einer optischen Achse 208b einer entsprechenden Pixeleinrichtung 204b, auf welche die Pixeleinrichtung 204a die Infrarotstrahlung lenkt, verschoben. Die Pixeleinrichtung 204b in dem Randbereich 210 der Detektionsvorrichtung 2 erfasst somit Infrarotstrahlung, welche unter flacheren Winkeln auf die Kappe 206 treffen, beispielsweise von einer zweiten Infrarotquelle 203a. Die Pixeleinrichtungen 204b in dem Randbereich 210 der Detektionsvorrichtung 2 erfassen somit Infrarotstrahlung aus peripheren Raumwinkelbereichen.An optical axis 208a an optical device 201 in the border area 210 the detection device 2 is opposite to an optical axis 208b a corresponding pixel device 204b to which the pixel device 204a the infrared radiation directs, moves. The pixel device 204b in the border area 210 the detection device 2 thus detects infrared radiation, which at shallower angles on the cap 206 to meet, for example, from a second infrared source 203a , The pixel devices 204b in the border area 210 the detection device 2 thus capture infrared radiation from peripheral solid angle ranges.

Vorzugsweise ist der Pixelabstand a2 in dem Randbereich 210 der Detektionsvorrichtung 2 kleiner als der Abstand b zwischen den entsprechenden optischen Elementen 201, welche Infrarotstrahlung auf die Pixeleinrichtungen 204b in dem Randbereich 210 lenken. Preferably, the pixel pitch a2 is in the edge area 210 the detection device 2 smaller than the distance b between the respective optical elements 201 , which infrared radiation on the pixel devices 204b in the border area 210 to steer.

Gemäß einer Weiterbildung variiert ein Abstand b zwischen den optischen Elementen. Insbesondere kann in dem zentralen Bereich 209 der Detektionsvorrichtung der Abstand der optischen Elemente größer sein als in dem Randbereich 210 der Detektionsvorrichtung 2. According to a development, a distance b between the optical elements varies. In particular, in the central area 209 the detection device, the distance of the optical elements be greater than in the edge region 210 the detection device 2 ,

Gemäß einer Weiterbildung kann sowohl der Pixelabstand zwischen den Pixeleinrichtungen 204 als auch der Abstand zwischen den optischen Elementen 201 variieren. According to a development, both the pixel spacing between the pixel devices 204 as well as the distance between the optical elements 201 vary.

In 3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Infrarotstrahlung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert. In einem zentralen Bereich 309 der Detektionsvorrichtung 3, welcher einem ersten Bereich der Detektionsvorrichtung 3 entspricht, weist die Detektionsvorrichtung 3 auf der Kappe 206 eine Linse 301a auf, welche Infrarotstrahlung von Infrarotstrahlungsquellen 306, 307 auf eine Vielzahl von auf dem Substrat 100 angeordneten Pixeleinrichtungen 304a mit einem ersten Pixelabstand a3 lenkt. Ein zentraler Raumwinkelbereich wird somit mit einer hohen Auflösung erfasst. Weiter sind in einem Randbereich 310 der Detektionsvorrichtung 3, welcher einem zweiten Bereich der Detektionsvorrichtung entspricht, Prismen 301b auf der Kappe 206 angeordnet, welche Infrarotstrahlung, welche unter flachen Einfallwinkeln auf die Kappe 206 trifft, auf entsprechende auf dem Substrat 100 angeordnete Pixeleinrichtungen 304b lenken. Die Linse 301a in dem zentralen Bereich 309 der Detektionsvorrichtung 3 lenkt somit die Infrarotstrahlung auf eine größere Anzahl von Pixeleinrichtungen 304 als die Prismen 301b in dem Randbereich 310 der Detektionsvorrichtung 3. Der zentrale Raumwinkelbereich wird somit mit einer höheren Auflösung erfasst als ein peripherer Raumwinkelbereich. Außerdem lenkt die Linse 301a Infrarotstrahlung aus einem kleineren Raumwinkelbereich auf jeweilige Pixeleinrichtungen 304a in dem zentralen Bereich 310 der Detektionsvorrichtung als die Prismen 301b in dem Randbereich 309 der Detektionsvorrichtung 3.In 3 Fig. 12 is a schematic cross-sectional view of a detection device for detecting infrared radiation according to a second embodiment of the invention. In a central area 309 the detection device 3 , which is a first area of the detection device 3 corresponds, the detection device 3 on the cap 206 a lens 301 on what infrared radiation from infrared radiation sources 306 . 307 on a variety of on the substrate 100 arranged pixel devices 304a with a first pixel pitch a3 directs. A central solid angle range is thus detected with a high resolution. Next are in a border area 310 the detection device 3 , which corresponds to a second region of the detection device, prisms 301b on the cap 206 arranged which infrared radiation, which at shallow angles of incidence on the cap 206 meets, on appropriate on the substrate 100 arranged pixel devices 304b to steer. The Lens 301 in the central area 309 the detection device 3 thus directs the infrared radiation to a larger number of pixel devices 304 as the prisms 301b in the border area 310 the detection device 3 , The central solid angle range is thus detected at a higher resolution than a peripheral solid angle range. It also directs the lens 301 Infrared radiation from a smaller solid angle range to respective pixel devices 304a in the central area 310 the detection device as the prisms 301b in the border area 309 the detection device 3 ,

Ein zweiter Pixelabstand a4 zwischen den Pixeleinrichtungen 304b des Randbereichs der Detektionsvorrichtung ist größer als der erste Pixelabstand a3 zwischen den Pixeleinrichtungen 304a des zentralen Bereichs 309 der Detektionsvorrichtung 3. A second pixel spacing a4 between the pixel devices 304b of the edge region of the detection device is greater than the first pixel spacing a3 between the pixel devices 304a of the central area 309 the detection device 3 ,

In 4 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Detektieren von Infrarotstrahlung illustriert. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird Infrarotstrahlung durch eine Vielzahl von optischen Elementen auf eine Vielzahl von Pixeleinrichtungen gelenkt. Die Vielzahl von Pixelanordnungen ist auf einem Substrat angeordnet, wobei eine Kappe an dem Substrat angeordnet ist, welche die Pixeleinrichtungen überdeckt. Somit wird eine Kaverne zwischen dem Substrat und der Kappe ausgebildet. Die Kappe weist die Vielzahl von optischen Elementen auf. In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird die Infrarotstrahlung durch die Vielzahl von Pixeleinrichtungen detektiert. Ein insgesamt erfassbarer Raumwinkelbereich weist verschiedene Raumwinkelteilbereiche, wobei entsprechende Raumwinkelteilbereiche, welche von verschiedenen Pixeleinrichtungen durch mindestens ein entsprechend angeordnetes optisches Element detektierbar sind, sich zumindest teilweise voneinander unterscheiden. Insbesondere kann eine der oben beschriebenen Ausführungsformen der Detektionsvorrichtung für das Verfahren eingesetzt werden. In 4 FIG. 4 is a flow chart for explaining a method for detecting infrared radiation. FIG. In a first method step S1, infrared radiation is directed through a multiplicity of optical elements onto a plurality of pixel devices. The plurality of pixel arrays are disposed on a substrate with a cap disposed on the substrate overlying the pixel devices. Thus, a cavern is formed between the substrate and the cap. The cap has the plurality of optical elements. In a second method step S2, the infrared radiation is detected by the plurality of pixel devices. A total detectable solid angle range has different solid angle partial regions, wherein corresponding solid angle partial regions, which are detectable by different pixel devices by at least one appropriately arranged optical element, at least partially differ from each other. In particular, one of the above-described embodiments of the detection device for the method can be used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 8350215 B2 [0002]

Claims

Detection device ( 2 ; 3 ) for detecting infrared radiation, with a substrate ( 100 ); a variety of on the substrate ( 100 ) arranged pixel devices ( 204 ; 304 ), which are designed to detect infrared radiation; one on the substrate ( 100 ) arranged cap ( 206 ), which the pixel devices ( 204 ; 304 ) covered; a cavern ( 207 ), which between the substrate ( 100 ) and the cap ( 206 ) is trained; and a plurality of optical elements ( 201 ; 301 . 301b ) formed on the cap to transmit infrared radiation to the pixel devices ( 204 ; 304 ) to steer; wherein corresponding solid angle partial areas of one of the detection device ( 2 ; 3 ) total detectable solid angle range, which of different pixel devices ( 204 ; 304 ) by at least one appropriately arranged optical element ( 201 ; 301 . 301b ) are detectable, at least partially different from each other.

Detection device ( 2 ; 3 ) according to claim 1, wherein a pixel pitch (a1, a2; a3, a4) between the pixel devices ( 204 ; 304 ) varies.

A detection device according to claim 1 or 2, wherein a distance between the optical elements varies.

Detection device ( 3 ) according to one of the preceding claims, wherein the plurality of optical elements ( 301 . 301b ) and the plurality of pixel devices ( 304 ) are arranged in such a way that optical elements ( 301 ) in a first area ( 309 ) of the detection device ( 3 ) the infrared radiation in each case to a larger number of pixel devices ( 304 ), as optical elements ( 301b ) in a second area ( 310 ) of the detection device ( 3 ).

Detection device ( 3 ) according to one of the preceding claims, wherein the plurality of optical elements ( 301 . 301b ) is formed such that optical elements ( 301 ) in a first area ( 309 ) of the detection device ( 3 ) Infrared radiation from a respective smaller solid angle range to the pixel devices ( 304 ) direct as optical elements ( 301b ) in a second area ( 310 ) of the detection device ( 3 ).

Detection device ( 2 ) according to one of the preceding claims, wherein the pixel pitch (a1, a2) between pixel devices ( 204 ) in at least a portion of the detection device ( 2 ) is smaller than the distance (b) between corresponding optical elements ( 201 ), which infrared radiation to the pixel devices ( 204 ) in the sub-area.

Detection device ( 2 ) according to claim 2, wherein the pixel pitch (a1, a2) in a central area ( 209 ) of the detection device ( 2 ) is larger than in a border area ( 210 ) of the detection device ( 2 ).

Detection device according to claim 3, wherein the distance of the optical elements in a central region ( 209 ) of the detection device is smaller than in an edge region ( 210 ) of the detection device.

Detection device ( 2 ; 3 ) according to one of the preceding claims, wherein the plurality of optical elements ( 201 ; 301 . 301b ) comprises at least one of lenses, Fresnel lenses, prisms and pinhole diaphragms.

Method for detecting infrared radiation, comprising the steps of directing (S1) the infrared radiation through a multiplicity of optical elements ( 201 ; 301 . 301b ) to a plurality of pixel devices ( 204 ), wherein the plurality of pixel arrays ( 204 ; 204a . 204b ) on a substrate ( 100 ), wherein a cap ( 206 ) on the substrate ( 100 ) is arranged, which the pixel devices ( 204 ), whereby a cavern ( 207 ) between the substrate ( 100 ) and the cap ( 206 ) is formed, and wherein the cap ( 206 ) the plurality of optical elements ( 201 ; 301 . 301b ) having; and detecting ( S2 ) of the infrared radiation through the plurality of pixel devices ( 204 ), wherein corresponding solid angle partial regions of a total detectable solid angle range, which of different pixel devices ( 204 ; 304 ) by at least one appropriately arranged optical element ( 201 ; 301 . 301b ) are at least partially different from each other.