非致冷红外成像：下一代的技术

在过去的几年中,非致冷红外传感器技术得到了迅速发展,具有较高性能的传感器,电子学部分集成以及增强的信号处理技术正在产生新的应用和增生加生产批量。在某些应用中,人们正考虑用非致冷传感器取代致冷型传感器,但是,最重要的是,非致冷传感器独有的特性已引发了该技术的大量新的用途。现在已经有可能制造出体积非常小,重量非常轻,采用非致冷红外技术的低功率传感器,然而,即使得最小的传感器,人们也希望它能够提供中等的性能。这种性能需求激发出一些新的想法,即制作工作性能达到理论极限或接近理论极限的热探测器结构。本文介绍了非致冷技术的一些令人工激动的新应用,并调查了产生新一代非致冷红外传感器技术所必需的新的技术方法。     

可探测许多个红外波段的热红外列阵传感器

美国专利US6495829 (2002年12月17日公布) 非致冷型热红外列阵传感器难以通过单个器件来 探测许多个红外波段;碲镉汞双波段红外列阵传感器则难以探测三个以上的红外波段,而且需要冷却才能工作。     

256×256像素小型非致冷红外相机

探测人和物体温度的红外传感器即使在完全黑暗处也能摄像,因此它具有从宇宙观测到民用的广泛用途.特别是最近研制成功的不需要冷却装置的非致冷红外传感器受到人们的普遍关注.采用二维阵列形状的非致冷红外传感器的高灵敏化、多器件化随着半导体制造技术的发展取得惊人的成果.从80年代中期到现在,世界上以美国为中心进行了以军用和民用为目标的传感器的研究开发.美国由NVEOD(夜视及光电管理局)开始,从1985年起进行SPTS(短区间地观测)项目.在     

能同时获取可见光和红外图像的双波长图像传感器

本发明提供一种能同时获取高分辨率可见光图像和高灵敏度红外图像的双波长图像传感器。它包括一个含有许多可见光探测器和许多非致冷红外探测器的列阵。该列阵中的可见光和非致冷红外探测器是均匀分布的。每个可见光探测器相当于可见光图像上的单个像素。非致冷红外探测器被分成多个具有N个探测器的组,这里的N为一个至少是2的整数。每一组都具有N个串联的非致冷红外探测器,它们共同构成红外图像上的一个像素。     

红外导弹告警传感器

目前的红外导弹告警装置的研制得益于焦平面列阵和信号处理技术的最新进展。上一代机械结构复杂的大型扫描传感器正在被采用凝视探测器列阵的紧凑型传感器取代，新的传感器存在着一些新的设计问题，而且一般都具有更严格的信号处理要求。在本文中，我们将研究来犯导弹及背景的红外特性，并且说明我们如何能够表征凝视列阵传感器的性能以及用于目标－背景判别的有关信号处理技术，特别有意义的是多色判别技术的发展以及对于采用非致冷     

低成本微型传感器计划

低成本微型传感器计划的目标有两个。第一个目标是利用640×512规格的非致冷氧化钒(VO_x)焦平面研制并提供一种远距离红外传感器;第二个目标是利用160×128规格的氧化钒焦平面列阵研制一种可一次性使用的微型传感器。640×480规格的传感器用以执行远距离的监视和目标瞄准任务,是一种可重复使用的贵重仪器。160×120规格的传感器则是为要求微型化以及低成本和低功耗的应用而设计的,同时也是为一次性的军事应用而设计的。这种研究工作的目的是进一步降低非致泠红外传感器的成本,进一步减小它们的重量和功耗,提高它们的性能,从而提高它们在以前热成像技术从未涉及的军用和民用市场中的适用性。     

第三代成像传感器系统概念

第二代前视红外传感器已开始在战场上使用,这种传感器不是基于采用平行扫描和时间延迟与积分技术的长波红外(8 μm-12μm)HgCdTe探测器,就是基于中等规模(640×480元)的中波红外(3μm-5 μm)InSb凝视探测器.根据目前的研究与发展工作,科技界已把其注意力转向对未来第三代前视红外传感器的定义上.已建模的第三代传感器性能超过第二代传感器,这使得第三代传感器在未来的战场上具有更强的杀伤力和存活力.本文介绍关于第三代传感器的设想以及对第三代焦平面列阵探测器的要求.现已区分出三类传感器.高性能传感器将包含一个兆元数或者更大的列阵,并且至少具有两种颜色.更高的操作温度将也是这里的目标,因此,可以减小系统的功耗和重量.本文还设想了一种高性能的非致冷型传感器,其某些方面的性能介于第一代和第二代致冷型探测器之间,但其成本、重量和功耗却要小得多.最终的第三代传感器是一种成本很低的微型传感器.由于其体积小,重量轻,成本低,这种传感器将开辟一个全新的红外市场.未来无人管理的一次性使用的传感器、微型无人驾驶飞机以及装在头盔上的红外摄像机便属于这类新成果.     

已提高温度稳定性和降低固定图形噪声的红外探测器列阵

美国专利US6583416 (2003年6月24日公布) 同光电探测器相比,热探测器具有无需致冷的优点。然而,目前这一代非致冷红外成像器在性能上与致冷型传感器相比还有很大的差距。这主要是由于非致冷型探测器的热隔离性能差和在探测过程中会引入噪声等造成的。     

红外传感器

Armstron光学公司的IR106红外传感器模块把160×120元的非致冷微测辐射热计列阵和先进的数字信号处理电路集成在一起。其模块化结构和低功耗特性以及配备的各种附件使其适用于传感器的集成、OEM     

用CMOS工艺制作的超低成本非致冷红外探测器列阵

非致冷红外探测器由于具有成本低、重量轻、功率低、光谱响应宽以及工作时间长等优点,在红外成像应用领域已受到了广泛关注。非致冷红外探测技术在各种民间应用和驾驶员夜间视觉增强、安全相机、热分析、探矿以及火情探测中具有很多潜在的用途。     

激光封口在非致冷型红外焦平面组件封装中的应用研究

与致冷型红外探测器相比,非致冷型红外探测器无需在系统中安装致冷装置,因此其尺寸较小、重量较 轻且功耗较低。为了完善非致冷型红外探测器排气后的封口工艺,并实现探测器组件的结构优化和高可靠性,提出了在高真空环境下利 用激光封口来封装非致冷型红外探测器的技术方案。试验表明,组件性能没有发生明显变化,满足工程化应用的要求。     

非致冷红外焦平面热成像技术的进展

近年来，非致冷红外在像技术的研究和开发一直是热成像领域最令人关注的焦点之一，其在军事及民用领域的应用受到国内外的高度重视。本文综述了非致冷红外焦平面热成像技术的4种技术途径应用，并简要地论述了我国非致冷红外焦平面热成像技术的现状和发展途径。     

非致冷微测辐射热探测器的最新研制状况

为了满足广泛的热成像应用的需要,人们正在研制非致冷型红外焦平面列阵.消防、日常维修、生产过程的控制和温度记录只是热成像技术在工业上的一小部分应用,它们都将得益于非致冷型红外探测器。因此,人们已研究出一种像元间距为35μm的非致冷型红外探测器工艺,利用这种工艺可以生产高性能的160×120元和384×288元列阵,除此之外,为了满足生产流程控制和更为精确的炉温控制等工业应用的要求,一种像元间距为45μm的320×240元非致冷型宽带探测器也已研制成功。法国ULIS公司的非晶硅工艺技术很适合用来大量生产低成本的探测器,本文先简单介绍微测辐射热计工艺技术的背景,然后对像元间距为35μm的探测器以及像元间距为45μm的320×240元宽带红外焦平面列阵进行表征。     

红外成像应用

非致冷红外焦平面列阵的批量制造,正在促使其价格下跌并扩大其应用范围。     

微型红外摄像机的新应用

红外成像技术在微型化方面所取得的进步为小型和微型热成像传感器打开了新的市场。红外传感器已攻克尺寸、重量、功耗和成本等壁垒,并在许多热红外成像应用中成为一种得力的工具。这些应用,尤其是用蓄电池工作的红外传感器,在以前是难以实现或者不可能实现的。     

一种高精度非致冷红外焦平面温度控制系统的设计

非致冷红外焦平面基准温度的稳定性和均匀性直接决定了其应用系统的性能.分析了基于PID算法的温度控制原理,在此理论基础上,设计了针对非致冷红外焦平面的高精度微型温度控制系统,该系统利用专用控制芯片ADN8830对TEC进行PID闭环自动控制,温度恒定范围在0～45℃时,实现了温度稳定度±0.01℃的性能指标.该系统还具有高精度、小型化、低噪声、快速稳定等优点,为提高红外焦平面系统温度稳定性、迅速达到稳定工作状态提供了有益的参考.     

非分光红外气体传感器研究进展

介绍了非分光红外气体传感器的工作原理,将非分光红外传感器与常用气体传感器进行了对比分析。综述了非分光红外技术在光源设计、气室设计、探测器设计、信号处理及自组装多气体探测系统等关键技术的研究进展,为进一步提高气体检测精度和响应提供了研究方向。提出了非分光红外气体传感器要朝着小体积、多功能集成、满足复杂应用环境的方向发展。     

非致冷光学成像器件

为了获得一种无需致冷但具有适当特性的光学成像器件特别是在红外波段工作的光学成像器件，本发明提出了一种无需采用低温装置的红外成像器件。该红外成像器件通过用一列MEM微反射镜对入射在传感器列阵上的光束进行调制，使其热噪声的影响减小到了最低限度。它特别适合在摄像机和望远镜中用于红外成像。     

一种冰醋酸红外气体传感器设计

提出了一种基于非色散红外原 理的冰醋酸红外气体传感器。介绍了冰醋酸红外气体传 感器的原理,然后对其结构设计进行了详细描述,并利用Light Tools 软件对其光路进行了仿真验证,最后获得了冰醋酸红外 气体传感器样机。测试结果表明,该传感器在0～5000 ppm范围内 的测量精度优于±1%F.S.,响应时间(T90)为29 s。这种传感器的光源部分 采用电调制方式,舍弃了传统的红外气体传感器光源部分的机 械斩波结构,进而减小了传感器的体积,提高了稳定性。因此,该传感器 在冰醋酸运输、储存和使用等领域具有广泛的应用前景。     

一种高精度非致冷红外焦平面偏置电压系统的设计

非致冷红外焦平面偏置电压的稳定性直接决定了其应用系统的性能.分析了偏置电压控制原理,在此理论基础上,设计了针对非致冷红外焦平面的高精度微型偏置电压控制系统,该系统利用单片机AT89c2051,可调电位器ADN2850,运放AD8606,A/D转化器TLV2544一起组成一个系统完成对电压进行闭环自动控制,实现了电压高稳定度的性能指标.该系统还具备高精度、小型化、低噪声、快速稳定等优点,为提高红外焦平面系统电压稳定性、迅速达到稳定工作状态提供了有益的参考.