基于双材料悬臂梁结构的非制冷红外成像系统

报道了一种利用MEMS技术制备,基于双材料悬臂梁结构的非制冷红外焦平面阵列(FPA)并配有可见光读出部分的红外成像系统,可以在8～14μm光谱区得到成像.基于该结构的非制冷红外成像系统利用的是光力学效应原理.我们采用MEMS表面硅工艺制备FPA,深入研究了双材料悬臂梁结构成像系统的基本原理,工艺制备难点和响应结果.     

基于双材料悬臂梁结构的非制冷红外成像系统

报道了一种利用MEMs技术制备，基于双材料悬臂梁结构的非制冷红外焦平面阵列(FPA)并配有可见光读出部分的红外成像系统，可以在8～14μm光谱区得到成像。基于该结构的非制冷红外成像系统利用的是光力学效应原理。我们采用MEMS表面硅工艺制备FPA，深入研究了双材料悬臂梁结构成像系统的基本原理，工艺制备难点和响应结果。     

应用光力学效应的非制冷红外成像系统

应用光力学效应的非制冷红外焦平面阵列( Focal Plane Array - FPA) ,配有可见光读出部分的红外成像系统,可以在8 至14μm 光谱区得到热物体成像。其核心部件是双材料悬臂梁结构的焦平面阵列。不同于利用其他效应的非制冷红外成像系统,此种成像系统可以方便的在室温下正常工作,而且省去了相当复杂的信号转换电路,降低了制备复杂程度和成本。采用MEMS 表面硅工艺制备FPA ,深入研究了双材料悬臂梁结构成像系统的基本原理、光学读出系统、工艺制备难点,并得到了高温物体红外源的成像响应结果。     

光学读出红外成像及其FPA性能分析

针对已提出的光学读出非制冷红外成像系统,设计研制了一种单元尺寸分别是50 μm×50μm和60 μm×60 μm的新型双材料微悬臂梁红外焦平面阵列(FPA),进行了人体红外热成像实验,并对光学读出非制冷红外成像系统的温度-灰度响应曲线及噪声进行了测定.实验结果表明该微梁结构FPA构成的红外成像系统的噪声等效温度差(NETD)约100 mK.和课题组之前的研究结果(微梁单元尺寸120μm×120μm,NETD约300 mK)相比,红外图像的温度分辨率和空间分辨率都得到了明显改善.     

非制冷MEMS红外成像系统

利用光力学效应设计研制了非制冷MEMS红外焦平面阵列及图像探测系统,提出并制作了新型间隔镀金的、无Si衬底的非制冷MEMS红外成像焦平面阵列,分析了FPA热响应时间、NETD、像元的一致性等问题,与光学检测系统共同组成红外成像系统,成功得到了室温背景下人体的热像.     

基于MEMS工艺微悬臂梁阵列光学读出红外成像研究现状

非制冷红外成像技术由于其成本低可考性好而倍受关注。一种基于MEMS双材料梁阵列的新概念光学读出红外成像系统也于今年来被提出来。介绍了这种系统成像原理,影响参数及其研究现状,最后展望了其发展前景。     

一种新型非致冷红外探测器

介绍一种基于标准硅工艺、采用电容读出方式微悬臂梁非制冷红外探测器的设计、制作及性能测试。用这两种热膨胀系数相差很大材料（氮化硅和铝）的薄膜做成的双材料微悬臂梁在红外辐射下，温度升高并发生弯曲。通过检测微悬臂梁和衬底形成的一个可变电容变化可以得知微悬臂梁的弯曲情况，从而可以探测红外辐射的信息。利用外部测试设备对单元探测器进行测试表明微悬臂梁对红外辐射有很高的响应。     

微悬臂梁非致冷红外探测器的研制

介绍了一种基于标准硅工艺的微悬臂梁非致冷红外探测器的设计和制作.由于氮化硅和铝的热膨胀系数相差很大,用这两种材料的薄膜做成的双材料微悬臂梁在红外辐射下温度升高并发生弯曲,微悬臂梁和衬底形成一个可变电容,通过检测电容的变化来反映微悬臂梁的弯曲,从而可以探测红外辐射的情况.利用外部测试设备对单元探测器进行测试表明,该微悬臂梁对红外辐射有很高的响应.     

低功耗非制冷红外图像处理专用SoC芯片

非制冷红外成像技术具有非常广泛的应用前景。但是,目前非制冷红外成像芯片存在非均匀校正、图像细节增强和条纹噪声等亟待解决的问题。论文提出并设计一种面向非制冷红外成像的图像处理专用SoC芯片,芯片集成了一个CPU、两个DSP处理器和一个红外图像处理专用加速器,单芯片可实现非制冷低功耗红外图像的非均匀校正、图像滤波、直方图均衡、数字图像细节增强、条纹消除和目标检测跟踪等实时图像处理。同时,研究开发了面向芯片应用的非制冷低功耗红外图像处理算法。采用65-nm CMOS工艺实现了非制冷红外图像专用处理SoC芯片,实现了基于非制冷红外成像芯片和图像处理SoC芯片的小型低功耗非制冷红外成像系统。测试结果表明成像系统可以实现清晰的非制冷红外成像、目标检测及目标跟踪等功能,系统功耗小于2 W,体积相比传统的系统减小了50%,满足对体积、功耗、性能要求比较高的系统的应用需求,具有较高的工程应用价值和前景。     

基于电容读出的非制冷红外探测器

介绍了一种基于标准硅工艺的电容读出式微悬臂梁非制冷红外探测器的设计、制作以及集成读出电路的设计。该探测器用于探测室温下物体的红外辐射,其响应波长为8～12 μm 。由于氮化硅和铝的热膨胀系数相差很大,用这两种材料的薄膜做成的双材料微悬臂梁在红外辐射下会发生弯曲,微悬臂梁和衬底形成一个可变电容,通过检测电容的变化来反映微悬臂梁的弯曲,从而可以探测红外辐射的情况。采用和探测器集成的CMOS读出电路对探测器信号进行读取,微悬臂梁的电容灵敏度可达2.5 fF/K,温度分辨率为0.1 K。     

二极管原理非制冷红外焦平面阵列的集成设计

面向非制冷红外成像的低成本高性能应用,二极管原理的红外焦平面阵列的设计和工艺实现得到研究和发展.焦平面和读出电路的设计集成以及CMOS和MEMS工艺集成是此项技术的研究重点.基于SOI的二极管原理焦平面阵列在低成本的利用CMOS工艺实现大规模阵列集成方面有很大的优势.读出电路是基于标准CMOS工艺进行设计的.320×2...     

平板电封装工程中的凸点实现及其在紫外焦平面成像阵列中的应用

紫外焦平面成像系统主要用以观测日光下高压输电系统的电晕放电现象。焦平面成像系统主要由信号采集系统、控制系统、信号处理系统和信号存储系统构成,再加上后端的显示器件,就可以完成视频信号的采集、处理、运算、传输和显示等功能。本文在设计紫外焦平面成像系统的时候,参考了发展相对成熟的非制冷型红外焦平面成像系统的技术结构。为了将采集图像的焦平面探测阵列与后端的电路系统连接起来,关键技术是以凸点制作为基础的倒装焊技术。由于焦平面探测阵列的引出点阵的密集性,最好采用性能指标较好的光刻结合电镀的倒装焊工艺。为了保证焊接过程不影响紫外探测元件的性能,凸点材料选择了焊点较低的软金属In,并介绍了这种焊点的制作工艺。     

Optical readout uncooled infrared imaging detector using knife-edge filter operation

An optical readout uncooled infrared (IR) imaging detector of bimaterial cantilever array using knife-edge filter operation (KEFO) is demonstrated. The angle change of each cantilever in a focal plane array (FPA) can be simultaneously detected with a resolution of 10-5 degree. A deformation magnifying substrate-free micro-cantilever unit with multi-fold interval metallized legs is specially designed and modeled. A FPA with 160×160 pixels is fabricated and thermal images with noise equivalent temperature difference (NETD) of 400 mK are obtained by this imaging detector.     

非致冷焦平面热成象技术及其应用

９０年代以后，非致冷红外焦平面技术的实用化成为红外热成象技术中最引入注目的突破之一，基估军事和民用领域的广泛应用前景受到国内外的普遍重视。本文综述了非致冷红外焦平面技术的两大技术途径及其特点、发展趋势和应用情况，并了发展我国非致冷红外焦平面技术的途径。     

热释电型热成像系统的调制斩波器技术

热释电成像系统以电子束扫描或半导体扫描替传统一代热成像系统的光机扫描，加之不需制冷的特点，使其成为廉价、轻巧、高可靠性、低功耗、室温使用的热成像系统。近年来非制冷焦平面探测器技术得到飞速发展，作为热释电型焦平面探测器的配套技术，调制斩波器成为非制冷焦平面热成像系统的关键技术之一。介绍了应用于热释电探测系统的调制斩波器技术，重点分析了热释电型非制冷焦平面热成像系统采用的新型阿基米德螺旋线斩波器技术，并介绍了具有发展前景的新型液晶斩波器技术。     

利用消杂散光的偏振光技术提高光学读出红外成像检测灵敏度

在基于刀口滤波技术的光学读出的非制冷红外成像技术中,光学元件的反射会在CCD靶面引入杂光光斑,使得检测到的光强信号中FPA的像所占比例降低,因此降低了光学检测灵敏度。采用偏振光学读出系统,即在光路中添加偏振片、四分之一波片,利用对透过光和反射光的偏振方向有选择的偏振分光棱镜代替原有分光棱镜,用偏振光原理消除光路中光学元件的反射杂散光,使FPA像在CCD靶面接收到的光强中所占比例大幅度增加,进而提高光学检测灵敏度。偏振光路检测实验结果显示,检测灵敏度比非偏光实验提高了约47%,与理论分析值一致。     

非制冷红外热成像技术的发展与现状

非制冷红外焦平面技术在过去的几年内飞速发展,非制冷焦平面由原来的小规模,发展到中、大规模320×240和640×480阵列,在未来的几年内有望获得超大规模的1024×1024非制冷焦平面阵列。像素尺寸也由50μm减小到25μm,提高了焦平面的灵敏度,使非制冷红外热成像系统在军事领域得到了成功应用,部分型号已经装备于部队,并受到好评。今后,随着焦平面阵列规模的不断增大、像素尺寸的进一步减小,非制冷热成像系统在军事领域的应用将越来越广泛,尤其在轻武器瞄具、驾驶员视力增强器、手持式便携热像仪等轻武器方面,非制冷热成像系统在近年内有望逐步取代价格高、可靠性差、体积大等笨重的制冷型热成像系统。     

非制冷型640×512面阵红外导引头光学系统设计

为了增大视场角、提高探测距离,本文设计了一款采用640×512面阵非制冷机芯的红外成像导引头.首先分析了红外成像导引头多种结构型式,结合本文设计要求的特点,选择了万向支架式的结构型式;其次对红外导引头光学系统进行像质优化,并对框架角及盲区的满足情况开展分析;最后以实物样机的试验情况,说明此红外成像导引头成像质量良好,能...     

红外焦平面成像器件发展现状

红外焦平面列阵成像技术已经进入了成熟期。本文对几种红外焦平面列阵器件如MCT、InSb和QWIP的最新进展作一评述,简要介绍其器件发展水平、技术路线和关键工艺。简要提及一种新颖的非制冷焦平面成像技术：光学读出微光机红外接收器。     

Uncooled Infrared Imaging Using a Substrate-Free Focal-Plane Array

A substrate-free 160 $times$ 160 focal-plane array (FPA) with a $hbox{60}hbox{-}muhbox{m} times hbox{60}hbox{-}muhbox{m}$ pitch has been developed and used for an optical readout uncooled infrared (IR) detector. The supporting frame of the FPA is a temperature-variable one due to its large decreases in both heat capacity and thermal conductance. This thermal characteristic significantly increases the temperature change of the microcantilever, which depends on both the temperature change induced by its absorption of IR radiation and the linear superposition of the temperature prechange induced by other microcantilevers, and therefore improves the performance of the substrate-free FPA. In the proposed IR detector, the fabricated FPA had an average noise equivalent temperature difference (NETD) and a response time of 330 mK and 16 ms, respectively. Its performance increased by about 4.3 times compared with that of the substrate FPA that consists of the same microcantilevers.