[发明专利]用于同时实时麻醉剂和呼吸气体浓度检测和测量信号处理的具有集成多光谱镶嵌带通滤波器/聚焦透镜阵列的微测辐射热计焦平面阵列

说明书

一种气体监测装置(10)识别目标麻醉剂或呼吸气体种类并确定其浓度。气体监测器包括多光谱镶嵌滤波器和透镜阵列(12)、复合热感测焦平面阵列(26)和信号处理器(32)。所述镶嵌滤波器和透镜阵列(12)包括分别具有设置在相邻透镜结构和/或滤波器元件之间的第一表面(20)和/或第二表面(24)上的图案化热反射金属沉积层(18、22)的透镜结构(14)和长波红外(IR)带通滤波器元件(16)的2D阵列。复合焦平面阵列(26)包括多个个体热感测焦平面阵列(28)，其具有输出相应的感测通道数据(36)的集成的读出集成电路(ROIC)。所述信号处理器(32)接收感测通道数据输出(36)，并基于在逐帧基础和/或图像堆叠基础上对吸收信号的过采样来生成指示目标气体的标识(50)和/或浓度(52)的输出。

技术领域

本实施例总体上涉及麻醉剂和呼吸气体监测，并且更具体地涉及用于目标麻醉剂或呼吸气体种类的实时同时识别和浓度确定的麻醉剂和呼吸气体监测装置和方法。

背景技术

在一种用于识别目标气体的现有已知方法中，该方法利用多表面镜来产生沿不同方向行进的若干红外(IR)光束，每个IR光束行进到具有一个热检测器的带通滤波器。可以并行地且实时地分析N种气体，但每个数据通道仅使用一个检测器。然而，已知的方法遭受低信号分辨率，低信噪比测量值以及信号的IR光束损耗的问题。信号的IR光束损耗是由于通过在检测器处看到的N面镜子对总入射IR光束能量的拆分造成的。镜子面越多，在检测器处的信号越少。此外，监测多达四种或六种气体可能是使用多面镜的这种分光束技术的限制。

因此，期望一种用于克服现有技术中的问题的改进的方法和装置。

发明内容

根据一个实施例，一种麻醉剂和呼吸气体监测装置适于(i)识别目标麻醉剂或呼吸气体种类并且(ii)确定所识别的目标麻醉剂或呼吸气体种类的浓度。所述装置包括：多光谱镶嵌滤波器和透镜阵列；复合热感测焦平面阵列，其包括具有集成的读出集成电路的多个个体热感测焦平面阵列；以及信号处理器。

所述多光谱镶嵌滤波器和透镜阵列包括透镜结构和长波红外(IR)带通滤波器元件的二维阵列，其被配置为接收宽带红外(IR)能量光束并将所接收的宽带IR能量光束聚焦和光谱滤波成多个聚焦和光谱滤波的IR光束锥。所述镶嵌滤波器和透镜阵列还包括以下中的至少一个：(i)设置在至少在相邻透镜结构之间的第一表面上或覆盖在所述第一表面上的图案化热反射金属沉积层；以及(ii)设置在至少在相邻滤波器元件之间的第二表面上或覆盖在所述第二表面上的图案化热反射金属沉积层。

所述复合热感测焦平面阵列包括具有集成的读出集成电路的多个个体热感测焦平面阵列。为所述镶嵌滤波器和透镜阵列的成对的透镜结构和滤波器元件中的每个相应的成对的透镜结构和滤波器元件提供至少一个个体热感测焦平面阵列。所述多个聚焦和光谱滤波的IR光束锥中的每个由相应的个体热感测焦平面阵列接收，并且响应于接收到聚焦和光谱滤波的IR光束，对应的个体热感测焦平面阵列的每个相应的集成的读出集成电路(ROIC)输出相应的感测通道数据。

所述信号处理器可操作地耦合以接收对应的个体热感测焦平面阵列的每个相应的集成的读出集成电路(ROIC)的感测通道数据输出。所述信号处理器还适于基于在(i)逐帧基础以及(ii)所述感测通道数据输出的图像堆叠基础中的至少一个或多个上对吸收信号的过采样来生成指示选自包括一种或多种麻醉剂和呼吸气体种类的组的目标气体的标识和浓度中的至少一个的输出信号。

根据另一实施例，所述图案化热反射金属层包括金、铂、钛、钯、镍、铝或其任何组合中的至少一种。所述图案化热反射金属层被配置为(i)创建窗框(即，串扰最小化结构)作为最小化所述复合热感测焦平面阵列的相应的热感测焦平面阵列以及所述镶嵌滤波器和透镜阵列的成对的透镜结构滤波器元件的相邻通道之间的串扰的孔径。所述图案化热反射金属层还被配置为(ii)在所述相邻通道之间创建相应的热暗区。在另一实施例中，相邻通道之间的所述热暗区在所述复合热感测焦平面阵列的相应的热感测焦平面阵列上形成暗像素以用于结合改进的信噪比性能在与从光信号对暗信号的基线减法中使用。