Sensor de seguridad infrarrojo con microbolómetro.

Sensor de seguridad infrarrojo pasivo que comprende:

una matriz de plano focal (FPA) que incluye una pluralidad de píxeles de imagen,

de manera que cada uno de dichos píxeles de imagen incluye un mosaico de sub-píxeles (2) que están eléctricamente interconectados en el plano focal formando una red de resistencias, estando dispuesto el mosaico de sub-píxeles formando una matriz de plano focal de píxeles en mosaico (MP-FPA) (1) y siendo cada dicho sub-pixel (2) un detector infrarrojo con microbolómetro resistivo (3);

un medio de lectura de señales;

una lente transmisora infrarroja (7);

un medio de procesamiento de señales; y

un medio de visualización.

Sensor de seguridad infrarrojo con microbolómetro Sector de la técnica [0001] La presente invención se refiere a un sensor de seguridad infrarrojo, que incluye una matriz de plano focal (FPA) de detectores infrarrojos con microbolómetro resistivo conectados de manera que produzcan diferentes formatos de píxeles para cumplir requisitos de detección específicos. La FPA puede estar integrada en un microcircuito de lectura (ROIC) en un mismo sustrato para que con el procesado de señal adecuado y lentes de bajo coste se pueda formar una imagen del campo de visión deseado, facilitando el reconocimiento del blanco y con un índice muy bajo de falsas alarmas.

Normalmente cada pixel de representación óptica puede ser un mosaico que comprende un número de subpíxeles conectados en paralelo (aunque son posibles otras configuraciones) , con el resultado de un funcionamiento mejorado y facilidad de fabricación por métodos de micro-fabricación La disposición de dicha matriz de plano focal con píxeles en mosaico será referida en lo sucesivo como MP-FPA.

La presente invención también se refiere a un método para formular dicho sensor infrarrojo utilizando no sólo arquitectura novedosa sino también técnicas y materiales de fabricación novedosos.

Estado de la técnica

Existen muchas aplicaciones potenciales para los sensores infrarrojos (IR) de alto rendimiento en el campo de la seguridad y otras áreas relacionadas del mercado militar, industrial y domestico. Los sensores actuales o bien son demasiado caros para un amplio uso a gran escala en este segmento del mercado, o bien tienen un funcionamiento inadecuado. El sensor infrarrojo pasivo (PIR) normal utilizado ampliamente en sistemas de seguridad es incapaz de prOducir imágenes y produce una simple detección de un objeto en movimiento. Estos sensores no pueden detectar objetos inmóviles, o discriminar claramente entre un humano y otro objetivo, y estan sujetos a falsas alannas. Hasta la fecha no existen sensores de seguridad IR conocidos por el inventor que faciliten la detección y reconocimiento de blancos de interés con un mínimo de falsas alarmas y a un coste asequible aceptables para este segmento de mercado. En particular no existen sensores de seguridad IR asequibles conocidos que sean capaces de detectar objetivos inmóviles u objetivos en los que la temperatura cambie lentamente [0005] En "Matriz de plano focal con microbolómetro infrarrojo no refrigerado de bajo coste que utiliza la Capa N-Wel1 CMOS", de Tezcan et al., 143 Conferencia IEEE Internacional de Sistemas Microelectromecánicos (MEMS 2001) , págs. 566-569, se describe un método de fabricación de un microbolómetro. La estructura n-well suspendida se obtiene por simple ataque en profundidad de las matrices CMOS, mientras la zona n-well es protegida del ataque mediante la técnica de bloqueo electroquímico en una solución TMAH. Las conexiones eléctricas con la estructura nwel1 suspendida se obtienen mediante capa de interconexión de polisilicona en lugar de aluminio para aumentar el aislamiento térmico del pixel en un orden de magnitud. Se llegó a la conclusión de que el microbolómetro n-well CMOS era un método rentable para producir grandes matrices de plano focal para aplicaciones de imégenes en infrarrojo de bajo coste.

US-B-6465785 describe una matriz de plano focal con microbolómetro que esta provista de al menos un detector. Una relación característica es derivada empíricamente para determinar un valor de resistencia corregido para cada detector de la matriz de plano focal con microbolómetro en respuesta a la radiación desde la escena del blanco como función del correspondiente valor de resistencia del detector, el valor de resistencia del detector con microbolómetro térmicamente cortocircuitado y la relación característica empíricamente derivada.

WO-A-00f75616 describe una estructura de pixel que tiene un bolómetro dispuesto sobre el sustrato que incluye un transductor y un amortiguador que han sido distanciados entre sí y del sustrato para permitir que el transductor y el colector estén optimizados por separado. El colector está en contacto térmico con el transductor a través de una patilla térmicamente conductora que se extiende del transductor al colector. Además de la estructura de pixeles, se ha provisto un método para fabricar una estructura de pixeles que tenga un bolómetro en el que el transductor y el colector están separados [0008] US-A-5629676 describe un sistema de alarma para detectar intrusiones en una zona protegida en virtud de un cambio en la energia infrarroja detectada en un nivel medioambiental y por generar una señal de alarma como respuesta. El sistema incluye un primer montaje compuesto de un elemento sensor infrarrojo pasivo (PIR) para generar una señal de contraste representativa de desviación en la energía infrarroja detectada, un segundo montaje para generar una señal de temperatura ambiente, un amplificador para ampliar la señal de contraste y un procesador para generar un umbral como función de la temperatura ambiente. La amplificación y el umbral se definen para generar una condición de disparo de la alarma y un activador de alarma responde a la condición de disparo de alarma para activar una señal de alarma

US-B-6198098 describe una microestructura para un bolómetro de alta sensibilidad y detectividad infrarroja que comprende una microestructura de puente ondulada que proporciona una gran superficie, baja reflexión infrarroja y gran absorción infrarroja para aumentar la sensibilidad y la detectividad

Un objeto de la presente invención es superar los problemas mencionados y proporcionar al público una alternativa útil y más eficiente a los actuales sensores PIR

[00111 Por consiguiente la presente invención proporciona sensores que facilitan la detección y reconocimiento de blancos que pueden ser animados, como seres humanos, o inanimados, como una zona caliente en el campo de 10 visión que puede, por ejemplo, indicar las etapas tempranas de un incendio [0012] Otro objeto de la presente invención es proporcionar sensores que mejoren la actual capacidad de detectar

blancos que se aproximan al sensor (que a menudo no son detectados por los actuales sensores PIR) , y lentos aumentos de temperatura relacionados con, por ejemplo, fallos en equipos eléctricos o el inicio de un incendio Descripción breve de la invención [0013] Por lo tanto en una de las formas de la invención, aunque no tiene que ser la única ni la mas amplia, se propone un sensor de seguridad infrarrojo pasivo que comprende: una matriz de plano focal (FPA) que incluye una pluralidad de pixeles de representación de imágenes, de manera que cada uno de dichos pixeles de representación de imágenes incluye un mosaico de sub-pixeles que están eléctricamente interconectados en el plano focal para formar una red de resistencias, estando dispuesto el mosaico de sub-pixeles para formar una matriz de plano focal de píxeles en mosaico (MP-FPA) y siendo cada dicho sub-pixel un detector infrarrojo con microbolómetro resistivo; un medio de lectura de señal;

una lente de transmisión infrarroja; un medio de procesamiento de señal; y un medio de visualización [0014] La matriz de plano focal está montada en un paquete al vacio o lleno de gas dotado de una ventana o lente de transmisión infrarroja y los componentes del sensor se eligen tal como se describe aqui para alcanzar una mayor eficacia y mayor capacidad en comparación con los actuales sensores PIR.

De manera preferente, una pluralidad de matrices puede ser fabricada sobre el mismo sustrato por una generación de patrones por incremento y repetición.

De manera preferente, dicho sensor también incluye un medio de almacenamiento para guardar señales medidas por la matriz

De manera preferente, al menos algunos de los detectores infrarrojos con microbol6metro están conectados 40 entre si en paralelo.

De manera preferente, al menos algunos de los detectores infrarrojos con microbolómetro están conectados entre sí en serie.

De manera preferente, el procesador de señales proporciona el número, tamaño, forma, velocidad y dirección de movimiento de los blancos detectados y una alarma registrada según umbrales preestablecidos.

[00201 De manera preferente, dicho sensor de seguridad infrarrojo incluye un visualizador de imágenes que permite visualizar la imagen detectada.

De manera preferente, dicho sensor de seguridad infrarrojo incluye una matriz de sub-pixeles, detectores con microbolómetro, comprendiendo cada pixel de la matriz de plano focal un número N de sub-pixeles, donde N puede tomar un valor de hasta un número determinado según el rendimiento deseado 55 [0022] De manera preferente, la matriz de... [Seguir leyendo]

Sensor de seguridad infrarrojo pasivo que comprende una matriz de plano focal (FPA) que incluye una pluralidad de pixeles de imagen, de manera que cada uno de dichos pixeles de imagen incluye un mosaico de sub-pixeles (2) que están eléctricamente interconectados en el plano focal foonando una red de resistencias, estando dispuesto el mosaico de subpixeles formando una matriz de plano focal de píxeles en mosaico (MP-FPA) (1) Y siendo cada dicho subpixel (2) un detector infrarrojo con microbolómetro resistivo (3) ;

un medio de lectura de señales; una lente transmisora infrarroja (7) ; un medio de procesamiento de señales; y un medio de visualización.

2. Sensor de seguridad infrarrojo según la reivindicación 1, donde al menos algunos de los detectores infrarrojos con microbolómetro (3) estan conectados entre si en paralelo

3. Sensor de seguridad infrarrojo según la reivindicación 1, donde al menos algunos de los detectores infrarrojos con microbolómetro (3) están conectados entre sí en serie.

4. Sensor infrarrojo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde una pluralidad de matrices de plano focal de diferentes formatos de píxeles están incluidas en un paquete (5) para proporcionar mayor resolución óptica en algunos sectores del campo de visión o ampliar el campo de visión.

5. Sensor de seguridad infrarrojo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la matriz de plano focal se foona sobre un CMOS o circu ito integrado de transistor de película fina (TFT) .

6. Sensor de seguridad infrarrojo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la matriz de plano focal está montada en un paquete (5) al vacío o lleno de gas dotado de una ventana o lente de transmisión infrarroja (7)

7. Sensor de seguridad infrarrojo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde una pluralidad de matrices puede ser fabricada en el mismo sustrato por generación de patrones por incremento y repetición

8. Sensor de seguridad infrarrojo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, incluyendo además un medio 35 de almacenamiento para guardar señales medidas por la matriz.

9. Sensor de seguridad infrarrojo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el procesador de señales proporciona el número, tamaño, foona, velocidad y dirección de movimiento de los blancos detectados y una alarma registrada según umbrales preestablecidos.

10. Sensor de seguridad infrarrojo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, incluyendo ademas un visualizador de imágenes que permite visualizar la imagen detectada.

11. Sensor de seguridad infrarrojo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el detector infrarrojo

con microbolómetro comprende material termosensible (19) seleccionado entre un silicio nanocristalino o amorfo dopado o no dopado o una aleación de silicio.

12. Sensor de seguridad infrarrojo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la lente (7) es una lente Fresnel de uno o varios elementos o una lente de vidrio de germanio o calcógeno con geometría de superficie 50 asférica o binaria.

13. Sensor de seguridad infrarrojo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que permite el reconocimiento de un blanco 55 14. Sensor de seguridad infrarrojo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el visualizador de salida se controla localmente o a distancia a través de la linea telefónica o por enlace radioeléctrico a una base de control.

15. Sensor de seguridad infrarrojo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 12, que peonite la 60 detección de un incendio en desarrollo o el sobrecalentamiento de aparatos eléctricos 16. Un método para detectar una señal infrarroja utilizando un aparato tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones anteriores e incluyendo la etapa de desenfocar o promediar la salida de señal de pixeles adyacentes.