制冷红外焦平面阵列响应特性的研究

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快速制冷型红外焦平面成像制导系统设计

第35卷第3期 2016年6月红外与毫米波学报J.Infrared Millim.WavesVol. 35 !No. 3June,2016文章编号：1001 -9014(2016)03 -0310-07DOI：10. 11972/j. issn. 1001 -9014.2016.03.010快速制冷型红外焦平面成像制导系统设计牟宏山$,陈静，乔育花(华北光电技术研究所，北京100015)摘要:红外焦平面成像技术是一种通过摄取景物热辐射分布，并将其转换为人眼可见图像的技术，广泛应用于侦察、制导、空间探测等方面.针对红外制导小体积、快速启动的应用要求，设计了快速启动红外焦平面成像制导系统.对应用于系统的折反式红外镜头、快速启动型红外焦平面探测器、低噪声成像电路等进行了设计，设计结果满足制导条件下的红外成像要；.关键词：红外成像制导；红外焦平面探测器；快速制冷J-T制冷器中图分类号:TN219 文献标识码：AD esignof a fast cool-downIRFPAimage guidance systemMUHong-Shan $，C H E N Jing，QIAOYu-Hua(North China Research Institute of Electro-optics，Beijing 100015,China)Abstract:The imaging technology of Infrared focal plane "y(F P A)detector i s a met verts the thermal radiation of the target into the visible image.I t i s widely used in targ s i l e guidance and space exploration，etc.For t t i e requirements of small volume and f a s t coo plication in missile guidance，an i nfrared FPA imaging guidance system was designed，including thecatadioptric infrared lens，f a s t cool-down IRFPA detector，and low noise image ci rcuit.The whole system s a t i s f i e s the imaging requirements of the missile guidance.Key words ： infrared image guidance，infrared focal plane r a y(F P A)detector，f a s t cool-down Joule -Thomson coo,erPACS： 42. 30. -d引言红外探测器组件可以将外界景物发射的红外光能量转化为相应的电信号，通过接收外界物体自身的红外辐射，达到对目标的探测、识别、跟踪等目的.而且红外探测器组件受气候、环境影响较小，是一种理想的被动探测方式，广泛应用于红外制导领域.红外制导导弹具有制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、性价比高、结构紧凑、机动灵活等优点，军事上应用广泛.随着红外焦平面成像制导应用越来越广泛，对探测器组件的要求也越来越高.近程红外制导导弹系统由于从发现目标到实施打击，导弹仅有很短的反应时间，这就要求红外探测器具有快速启动的能力，同时中、近程导弹也要求探测器组件体积尽量小.根据制导用高集成度快速启动的要求，设计了一款快速制冷型红外焦平面成像系统.1系统结构及设计指标快速制冷型红外焦平面成像系统要完成对目标的探测及红外图像输出等功能，同时要求焦距长、体积小、重量轻、启动快.快速制冷型红外焦平面成像系统主要分为以下几部分:整流罩、红外镜头、制冷红外焦平面探测器及视频预处理电路等.整流罩与红外镜头共同组成红外物镜，完成景物辐射信号的采集.探测器芯片、杜瓦和制冷器组成红外探测器，辐射信号经红外探测器完成光电转换.驱动电路和处理电路组成成像电路，对红外探测器的信号进行处理形成电子图像[1].其结构如图1所示，原理框图收稿日期：2〇15- 08- 08,修回日期：2015- 09-22Received d ate: 2015- 08- 08，revised date: 2015 - 09-22基金项目：中国电子科技集团创新基金.Foundation item s：China electronics technolog group corgoration innovation foundation.作者简介（Biography)：牟宏山（1976-)，男，黑龙江佳木斯人，硕士，高级工程师，主要从事红外焦平面探测器研究.$通讯作者（Corresponding author)：E-m ail：sandymhs@163. com牟宏山等:快速制冷型红外焦平面成像制导系统设计311 3期如图2所示，设计指标如表1所示.图1成像系统结构图 Fig. 1Image system layoutm m置电路a模拟处理A/D转换~W¥W号处理丽D/A■系统的供电电源串口2V图2成像系理框图Fig. 2 Functional block diagram of image system2.1光学镜头设计探测器与光学一定的情况下，光学系统的焦距是唯一的，垂直方向的与探测器长.探测器在俯仰方向（V方向即垂直方向）的尺寸：2yv = = 128 X 30 !m= 3 •84 m m，(1$有效焦距：/= yV/—,N = 3.84/(2—(1.6。

浅谈红外焦平面阵列技术原理及发展

妲鹈堂翳考
Ｖｏ．２Ｎｏ３
ＳＥＣＩＮＣＥ
ＦＡＮＳ
．
教育教学３
浅谈红外焦平面阵列技术原理及发展
陈平海
（锦职业技术学院辽宁盘锦１４１）盘２００
摘要：外热成像技术是国家安全依赖的主要探测技术手段，红已在卫星、弹、机等军事领域获得了广泛的应用。同时随着非致导飞
性敏感．光子探测器一般工作在较低的环境温度下．要致冷但需器件。热探测器是基于光辐射作用的热效应原理的一类探测器，
２４ｘ０８元阵列，平均量子效率６．。光响应不均匀性为０８２４５４％
由于采用诸如ＭＥＭＯＶＢ、ＣＤ这样的高精度控制制作工艺，
微机械加工技术和ＣＳ这样的大型或特大型集成多路传输Ｍ０器．但实现了如１２ｘ０４２４ｘ０８元这样的大型二维凝不０４１２．０８２４视红外焦平面阵列的高速大容量的信号处理，而且获得了高度均匀性的阵列焦平面响应特性．一步提高了阵列的性能。进
类。光子探测器是基于光子与物质相互作用所引起的光电效应为原理的一类探测器，包括光电子发射探测器和半导体光电探测器，特点是探测灵敏度高、应速度快、波长的探测选择其响对

IRFPA的响应特性及新的非均匀校正算法

ＡｂｔａｔｈｎａｅｏａＰａｅＡｒｙ（ＦＡ）ｄｔｃｒｒｓｏｓｄｌｓａａｚｄｗｉｈｅａｏｓｉｏｓｃ：ＴｅＩｆｒｄＦｃｌｌｒｒｒｎａＩＰＲｅｅｔｅｐｎｅｍｏｅｗａｎｌｅｔｔｅｒｌｉｎｈｆｏｙｈｔｐ
维普资讯
第３第７期４卷
２００７年７月
光电工程
ＯｐｏＥｌｃｒｎｃＥｇｎｅｉｇｔ— ｅｔｉｎｉｅｒｏｎ
Ｖｏ．４．１３Ｎｏ．７Ｊｙ２０７ｕｌ，０
文章编号：１０ — ０Ｘ（０７０～０４００３５１２０）７０８ — ４
Ｔｈｒｆｒ，ａｎｗｐｒａｈｂｓｄｏｎｅａｉｎｔｅｕａｉｎｗａｒｐｓｄｉｉｈｄｆｅｅｔｒｓｏｓａａｆｏｅｅｏｅｅａｐｏｃａｅｎｉｔｇｔｉｒｏｍｅｒｇｌｔｓｐｏｏｅ，ｎｗｈｃｉｒｎｅｐｎｅｄｔｒｍｏｄｆｅｅｔｉｔｇａｉｎｔｓｕｅｏｃｌｕａｅｇｉｏｆｃｅｔａｄｂａｏｆｃｅｔｘｅｍｅｔｓｏｔａｈｏｉｇｉｒｎｎｅｔｉｒｏｍｅｗａｓｄｔａｃｌｔａｎｃｅｉｎｎｉｓｃｅｉｉｉｎ．Ｅｐｒｎｓｈｗｈｔｃｏｓｎｉ
果优良，可完全用于工程应用，并可克服黑体定标校正算法的不足。
ห้องสมุดไป่ตู้
关键词：红外焦平面阵列；积分时间；非均匀性校正

红外焦平面阵列响应度非均匀性的校正算法

ａｄＴｃｎｌＫｆｈｎＣｅｇｕ１０４Ｃｉａｎｅｈｏｏｙｏｉａｈｎｄ６０５，ｈｎｊＣ
Ａｂｓｒｃ：ｔａｔＩｈｓｐｐｅ，ｔｅｉｆｅｃｆｔｅｒｓｏｓｏｕｉｒｉｙｏｎａｅｏａｌｎｒａｎｔｉａｒｈｎｕｉｆｒｄｆｃｌｐａｅａｒｙｌｏｒ
ｔｅｉｔｇａｉｎｔｍｅｏｉｇｅｄｔｃｉｎｅｅｎｎｉａｉｇｑａｉｙａｅａａｙｅｈｎｅｒｔｏｉｆａｓｎｌｅｅｔｏｌｍｅｔｏｍｇｎｕｌｒｎｌｚｄ．Ａｎａｇｒｔｍｏｔｌｏｉｈｆｒ
ｃｒｅｔｎｈｅｐｎｅｎｏｕｉｏｍｉｆｉｆａｅｏａｌｎｒａｅｅｔｒｓｐｏｏｅ．Ｔｈｌｏｉｈｏｒｃｉｇｔｅｒｓｏｓｎｎｆｒｔｏｒｒｄｆｃｌｐａｅａｒｙｄｔｃｏｓｉｒｐｓｄｙｎｅａｇｒｔｍ
．
ｔｅｐａｔｃｌａｐｌａｉｎａｅｆｔｅｉｆａｅｏａｌｎｅａｒｙｄｔｃｏｓｈｒｃｉａｐｉｔｏｒａｏｈｎｒｒｄｆｃｌｐａｒａｅｅｔｒ．ｃ
ＫｅｒｓＩＰｎｎｎｆｒｔｄｕｔｎ；ｎｅｒｔｎｔ；ａａｕｄｕｔｎｙｗｏｄ：ＲＦＡ；ｏｕｉｍｉａｊｓｍｅｔｉｔｇａｉｉｍｅｎｖｌｅａｊｓｍｅｔｏｙｏｍｅ
ｔｅｒｓｎｅｔｖｉｈｎｕｎｅｃｕｅｙｔｅｃａｉｇｏｔｇａｉｎｔｍｅｏｉｈｓｆｒｈｒｗｉｎｄｈｅｐｏｓｏａｏｄｔｅｉｆｅｃａｓｄｂｈｈｎｇｎｆｎｅｒｔｏｉ．Ｓ，ｔａｕｔｅｄｅｅｌｉ

制冷型热红外焦平面成像系统数据处理的关键技术

ａｎｄＮｏｉｓｅＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＤｉｆｅｒｅｎｃｅ（ＮＥＴＤ）ｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ５０ｍＫ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅ
ＷＡＮＧＸｉａｎｇ — ｂｏ，ＣＨＥＮＸｉａｏ — ｗｅｎ，ＬＩＣｈｕｎ — ｌａｉ，ＪｌＨｏｎｇ — ｚｈｅｎ，ＷＡＮＧＪｉａｎ — ｙｕ
（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００８３，Ｃｈｉｎａｊ
一
。基于
套高帧频低噪声信息获取系统，经过动态范围标定，实现了一套动态范围为２５０￣３３０Ｋ、噪声等效温差（ＮｏｉｓｅＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＤｉｆｅｒｅｎｃｅ，ＮＥＴＤ）小于５０ｍＫ的热红外成像系统。针对焦平面各像元的响应特性，研究了适用于热红外成像系统的非均匀性及盲元校正方法，提出了基于辐射定标的非均匀性校正和盲元检测。经实验验证，其校正效果优于两点定标法，且易于工程实现，基于辐射定标的结果可实现精确的温度反

制冷型红外焦平面探测器原理

制冷型红外焦平面探测器原理制冷型红外焦平面探测器是一种用于红外光谱测量和红外成像的关键元件。

它可以将红外辐射转化为电信号，通过信号处理和放大，最终得到红外图像或光谱信息。

本文将从原理角度来介绍制冷型红外焦平面探测器的工作原理。

制冷型红外焦平面探测器的工作原理基于光电效应和热电效应。

当红外辐射照射到焦平面探测器上时，光电效应使得光子被吸收，激发探测器中的载流子。

然后，载流子在电场的作用下被分离，形成电荷。

这些电荷将被电极收集，产生一个电信号。

然而，由于热噪声的存在，红外探测器本身会产生一定的噪声信号，从而降低探测器的灵敏度。

为了提高探测器的性能，制冷型红外焦平面探测器采用了制冷技术，通常是通过热电制冷或制冷机制冷来降低探测器的工作温度。

降低温度可以减少热噪声，提高探测器的信号噪声比和灵敏度。

制冷型红外焦平面探测器通常由多个像素组成，每个像素都是一个微小的探测单元。

每个像素都包含一个红外探测器和相关的电子学元件。

当红外辐射通过透镜聚焦到焦平面探测器上时，每个像素都会产生一个电信号，这些电信号可以表示红外辐射的强度和分布情况。

为了进一步提高探测器的性能，制冷型红外焦平面探测器通常还包括一些辅助功能。

例如，探测器通常配备有滤波器，用于选择特定波长范围内的红外辐射。

滤波器可以通过光学设计来选择所需的波长范围，并将其他波长的辐射阻挡掉，从而提高探测器的选择性能。

探测器还包括信号处理电路和放大电路。

这些电路可以对探测器产生的微弱电信号进行放大和处理，以提高信号质量和稳定性。

信号处理电路可以对信号进行滤波、放大、调制等操作，以适应不同的应用需求。

制冷型红外焦平面探测器在很多领域都有广泛的应用。

例如，在军事领域，它可以用于夜视仪、导弹导航系统、无人机等设备中，提供夜间或低能见度环境下的图像信息。

在工业领域，它可以用于红外热成像仪，用于检测设备的故障和异常情况。

在医疗领域，它可以用于红外体温计、红外医学成像等应用，用于监测人体温度和诊断疾病。

红外热成像技术中的红外焦平面阵列的研究

第35卷，增刊、b1．35S uppl eI I l c m红外与激光工程I n砌陀d柚d L砸e r Engi nee血g2006年10月oc t．2006红外热成像技术中的红外焦平面阵列的研究万瑾，黄元庆(厦门大学机电工程系，福建厦门361005)摘要：微机电系统(M EM s)推动了红外焦平面阵列(R A)技术的发展，使红外热像仪的性能和精度得到了很大的提高。

红外焦平面阵列按照其工作原理、结构形式，制冷方式和成像方式的不同分为各种类型，比较并分析了各类型红外焦平面阵列间的不同点和各自特点。

着重介绍了红外焦平面阵列技术最新研究热点中的光量子类红外焦平面阵列和双色、多色红外焦平面阵列，以及近些年它们在国内外最新的研究成果。

最后讨论了红外焦平面阵列技术的发展趋势。

关键词：热成像；红外焦平面；红外器件中图分类号：，n忆15文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006)增E一0053-05I nf r ar ed f ocus ane used i n i nf r a r ed t her al i agi chnoI ogy l nI r ar ed10C U S pl a ne ar r a y U S ed l n l nI r a r en U1er m aI l m agl ng t e C nn0109yW A N J i n，H I7A N G Y u锄-qi ng(Ⅸ=pa咖∞n t of M cchan i cal锄d E l e ct r i cal Engi I l∞fi ng，X i枷衄U ni v哪i哆'】(i枷蚰361005，C hi皿)A bst豫c t：A s Ini c ro—el ec仃om e chaI l i ca l syst e m s(M EM S)p删not i on砌h司眈a1pl a I l e ar r町(FPI A)妣11I l ol ogy devel opm ent，t11em l al i m a gi ng perf b咖aI l ce and accur acy ha V e be en gre at l y i m pr oV ed．T he i nf hr ed f ocus pl ane aⅡay w i t h di f!I br ent pr i nci pl e，st l l l c t ur es，re fnger at i on m ode and i m a gi ng m ode a r e s um m撕zed br i eny and c om pa r ed i n t hi s paper'and t Il e w O dd—w i de up—t o—dat e i nV e st i ga t i ons i n hot s po t s of i nf r ar ed f bcus pl ane a rr ay a r e pr e sent，f bcusi I唱on phot ons qual l t um w el l s I】R F尹I A，dual-baI l dI R R)A and m ul t j-band m凡)A．K e y w or ds：11l ennal i r nage；In丘ar ed f bcus pl ane孤豫y；111缸玳d i ns协l m entO引言红外热像仪是一种利用目标红外辐射的可探测性，通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，是集光、机、电等尖端技术于一体的高科技产品。

红外焦平面阵列简介

红外焦平面阵列简介自从赫谢尔利第一次发现了红外辐射以来，人们就开始不断运用各种方法对红外辐射进行检测，并根据红外光的特点而加以应用，相继制成了各种红外探测器。

进入20世纪后，红外探测器技术取得了惊人的进展，特别是冷战时期，军备竞赛各方投入巨资进行研究，突破了诸多难题，使红外探测器技术从30年代单一的PbS器件发展到现在的多个品种，从单元器件发展到目前焦平面信号处理的大型红外焦平面阵列。

红外焦平面阵列技术作为红外探测技术发展的一个里程碑，正在急速地拓展新的应用领域和市场，渗透到工业监测探测、执法、安全、医疗、遥感、设备等商业用领域，改变了其长期以来主要用于军用领域的状况。

红外焦平面阵列是红外系统及热成像器件的关键部件，是置于红外光学系统焦平面上，可使整个视场内景物的每一个像元与一个敏感元相对应的多元平面阵列红外探测器件，在军事领域得到了广泛应用，拥有巨大的市场潜力和应用前景。

目前许多国家，尤其是美国等西方军事发达国家，都花费大量的人力、物力和财力进行此方面的研究与开发，并获得了成功。

下面依次介绍其原工作原理、分类以及读出电路，并简述国内外发展情况以及展望其发展方向。

一、红外焦平面阵列原理焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。

二、红外焦平面阵列分类1、根据制冷方式划分根据制冷方式，红外焦平面阵列可分为制冷型和非制冷型。

制冷型红外焦平面目前主要采用杜瓦瓶快速起动节流致冷器集成体和杜瓦瓶斯特林循环致冷器集成体[5]。

由于背景温度与探测温度之间的对比度将决定探测器的理想分辨率，所以为了提高探测仪的精度就必须大幅度的降低背景温度。

当前制冷型的探测器其探测率达到～1011cmHz12W-1，而非制冷型的探测器为～109cmHz12W-1，相差为两个数量级。

红外焦平面阵列

红外焦平面阵列红外测量技术2009-12-08 21:07:23 阅读110 评论0 字号：大中小订阅1、红外焦平面阵列原理焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。

2、红外焦平面阵列分类（1）根据制冷方式划分根据制冷方式，红外焦平面阵列可分为制冷型和非制冷型。

制冷型红外焦平面目前主要采用杜瓦瓶/快速起动节流致冷器集成体和杜瓦瓶/斯特林循环致冷器集成体[5]。

由于背景温度与探测温度之间的对比度将决定探测器的理想分辨率，所以为了提高探测仪的精度就必须大幅度的降低背景温度。

当前制冷型的探测器其探测率达到～1011cmHz1/2W-1，而非制冷型的探测器为～109cmHz1/2W-1，相差为两个数量级。

不仅如此，它们的其他性能也有很大的差别，前者的响应速度是微秒级而后者是毫秒级。

（2）依照光辐射与物质相互作用原理划分依此条件，红外探测器可分为光子探测器与热探测器两大类。

光子探测器是基于光子与物质相互作用所引起的光电效应为原理的一类探测器，包括光电子发射探测器和半导体光电探测器，其特点是探测灵敏度高、响应速度快、对波长的探测选择性敏感，但光子探测器一般工作在较低的环境温度下，需要致冷器件。

热探测器是基于光辐射作用的热效应原理的一类探测器，包括利用温差电效应制成的测辐射热电偶或热电堆，利用物体体电阻对温度的敏感性制成的测辐射热敏电阻探测器和以热电晶体的热释电效应为根据的热释电探测器。

这类探测器的共同特点是：无选择性探测（对所有波长光辐射有大致相同的探测灵敏度），但它们多数工作在室温条件下[6]。

（3）按照结构形式划分红外焦平面阵列器件由红外探测器阵列部分和读出电路部分组成。

因此，按照结构形式分类，红外焦平面阵列可分为单片式和混成式两种[7]。

制冷型及非制冷型红外探测器性能对比、应用领域分析

1 用于军事和科研领域的制冷型红外探测器发展情况适用于制冷型红外单色探测器的主流材料是InSb和碲镉汞。

InSb中波红外探测器技术相对成熟，比较容易做成低成本、大面积、均匀性好、高性能的探测器阵列。

但它也存在如工作温度不能提高等一些缺点。

适用于多波长探测的低温红外探测器的材料一般有三种，包括碲镉汞（HgCdTe）、量子阱（QWIPs）和Ⅱ类超晶格。

表6：制冷型红外探测器敏感材料对比敏感材料技术特点锑化铟技术成熟，成本较低，只能用于单色制冷红外探测器，军民大量应用，尤其以红外空空导弹为多。

碲镉汞通过改变镉的组份，可以精确的控制碲镉汞材料的禁带宽度，覆盖短波、中波和长波红外。

但是由于微小的组分偏差就会引起很大的带隙变化，其材料的稳定性、抗辐射特性和均匀性都相对较差，所以成品率较低，成本非常高。

量子阱生长技术成熟，并且生长面型均匀，受控性好；价格低廉、产量大、热稳定性高。

但其结构特殊性使得正入射光无法很好地被探测器吸收，致使量子阱探测器的量子效率并不理想。

Ⅱ类超晶格拥有较高的探测灵敏度，几乎可以与碲镉汞相媲美。

隧穿电流和暗电流均较小，对工作温度的要求相对宽松。

提高性能、缩小体积和降低成本是目前碲镉汞探测器的三大研究方向。

国内研究碲镉汞红外探测器的单位主要包括昆明物理研究所、高德红外。

昆明物理所从2006年就开始着手碲镉汞中波红外探测器的研发工作，并于2010年实现了量产。

2015年，昆明物理研究所量产的640×512中波红外探测器实现了在温度为110K，NETD为19.7mK，有效像元率为99.33%的技术指标，标志着我国中波探测器性能指标基本达到同一时期发达国家的技术水平。

据高德红外子公司高芯科技官网显示，该公司研制了国内最新款制冷型碲镉汞中波红外探测器CB12M MWIR，其面阵规格为1280×1024，像元尺寸为12μm，NETD小于20Mk（F2/F4）。

技术指标达到国内外顶尖水平。

考虑红外焦平面器件非线性响应的一种非均匀性校正方法

ＡｂｔａｔＡｉｎｔｔｅｎｎｉｅｒｔｆｐｏｏｅｐｎｅｃａａｔｒｔｎｉｆａｅｏａｌｎｒａｓｐｒａｈｏｏｕｉｒｓｒｃ：ｍｉｇａｈｏｌａｉｏｈｔｒｓｏｓｈｒｃｅｉｉｉｎｒｒｄｆｃｌａｅａｒｙ，ａａｐｏｃｆｎｎｎｆ－ｎｙｓｃｐｏｍｉｏｒｃｉｎｆｒＩＰ，ｎｍｅ “ｃｒｅｂｅｉｅｃｒｃｉｎ，ｗａｒｐｓｄ，ａｄｔｅｃｒｅｔｎｆｒｌａｉｅ．ＴｅｔｃｒｅｔｏＲＦＡｙｏａｄｕｖ —ｅｌ ” ｏｒｔｎｅｏｓｐｏｏｅｎｈｏｃｉｏｍｕａｗｓｇｖｎｏｈ
ｓｍｕａｉｎｒｓｌｈｗａｔａｅｆｃｅｆｒｎｅｏｉｈｐｅｉｏｉｌｔｅｕｔｓｏｔｔｉｈｓｐｒｔｐｒｍａｃｆｈｇｒｃｓｎ，ａｄｌｓａｃｌｔｎＯｌｅｐｒｍｅｅｓａｅｏｓｈｅｏｉｎｅｓｃｌｕａｉ．ｎｙａｆｗａａｔｒｒｏ
式中，Ｅ为入射辐射通量，（）Ｅ为探测元的响应输
出，ｉａ和分别为增益和偏移量（ｄ暗电流）对于每．个探测元，和ｂａ都是固定的，且不随时间变而化．但不同的探测元的血和６是有差别的，这种差别导致了成像的非均匀性．两点校正法通过以下公式来校正这种非均匀性：
考虑红外焦平面器件非线性响应的种非均匀性校正方法

红外焦平面器件对不同波长激光辐照的响应特性研究

ＳｔｕｄｙｏｆＲｅｓｐｏｎｓｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＩｎｆｒａｒｅｄＦｏｃａｌＰｌａｎｅ
ＤｅｖｉｃｅｔｏＩｒｒａｄｉａｔｉｏｎｏｆＤｉｆｅｒｅｎｔＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＬａｓｅｒｓ
Ｃｈｉｎａ；２．ＮｏｒｔｈＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｑｕｉｐｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，９４７ｍａｉｌｂｏｘ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ）
文章编号；１６７２ — ８７８５（２０１４）０１ — ０００９ — ０５
红外焦平面器件对不同波长激光辐照的响应特性研究
王毕艺官上洪赵万利刘阳
（１．光电信息控制和安全技术重点实验室，河北三河０６５２０１；２．北方电子设备研究所，北京１００１９１）
ｗｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓａｒｅｕｓｅｄｉｎａｎｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｄｅｖｉｃｅｃａｎｒｅａｃｈｔｈｅｉｒｓａｔｕｒａｔｉｏｎｓｔａｔｅｓｅａｓｉｌｙａｎｄｔｈｅｄｅｖｉｃｅ ’ Ｓｒｅｓｐｏｎｓｅｉｓｉｎａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｉｔｓｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅ．Ｔｈｉｓｈｓａｖｅｒｉｉｅｆｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｅｆｅｃｔａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｍｉｄｄｌｅｉｎｆｒａｒｅｄｌａｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｆｏｃａｌｐｌａｎｅｄｅｖｉｃｅｔｏｔｈｅｌａｓｅｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎａｇｉｖｅｎｗａｖｅｂａｎｄｉｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｂｒｉｅｆ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＲＦＰＡ：ｓａｔｕｒａｔｉｏｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；ｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅ；ｒｅｓｐｏｎｓｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ

制冷型大面阵红外探测器研制进展

未来地球天气与气候描述、空气污染检测方面的一种主要工具。随着面阵规格
和材料尺寸的增加，器件的制作难度也越来越大。重点介绍了目前国际上最常
见的两种制红外探测器——HgCdTe和红外探测器。
国内外的一
，
了这两种红外探测器的大面阵
的发展
，并重点介绍了当
前全球行业领先的几家红外探测器厂商的相关产品
。最
了大
WANG Xin，ZHOU Li-qing，UN Zhen (North China Research Institute of Hedro-Optics，Beijing 100015，China)
Abstract: As one of the mainstream development directions of future infrared detectors，large format infrared
的方向发展。太空应用与传统战略应用的不同
之处在于，前者要求探测器具有更加高效的探
1 HgCdTe红外探测器
由于具有探测距离远、抗干扰能力强以及
工作时间不受限制等优势，红外探测技术已被
军事、民
：11]。
HgCdTe是该技术中最常用的一种。
Hg—iCdiTe
的最大优势以在晶
体生长过程中通过调节Hg原子和Cd原子的
原子比来调节带隙，进而调节截止波长，使其
工作波长在整个红外波段可调。通过带隙调整
方面取得了不断进
在
「讳伯
上也应用了
为2kX2k和！的
HgCdTe红外探测器。由于大尺寸CdZnTe
的制作
高昂,Si基HgCdTe
到了越来越的，
在
近些年也取得了显著的发展,0-。

制冷红外焦平面探测器技术

制冷红外焦平面探测器技术
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
红外
这些
制冷
平面
包括
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工艺
平面
技术
应用
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理解
通过
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内容摘要
内容摘要
《制冷红外焦平面探测器技术》是一本全面介绍制冷红外焦平面探测器技术的专业书籍，涵盖了该领域的多个方面，包括探测器的工作原理、制造工艺、性能评估和应用实例等。本书的目的是帮助读者深入理解制冷红外焦平面探测器的工作机制和性能特点，并了解其在现代科技领域中的应用。
精彩摘录
在科技迅速发展的今天，制冷红外焦平面探测器技术已经成为科研人员和工程师们的焦点。这种技术对于军事、环境监测、医疗诊断等领域具有广泛的应用价值。下面，我们将从书中精选出一些精彩摘录，以飨读者。
红外焦平面探测器是一种先进的红外探测器，能够将红外辐射转化为电信号。这种探测器在军事侦查、环境监测、医疗诊断等领域发挥着重要作用。例如，在军事领域，红外焦平面探测器可以用于夜视、导弹制导、目标跟踪等。在环境监测领域，它可以用于检测空气污染、气候变化等。在医疗诊断领域，它可以用于图像引导手术、光谱分析等。
目录分析
《制冷红外焦平面探测器技术》是一本全面深入探讨红外焦平面阵列探测器技术的书籍，其内容基于该领域内的最新研究成果，为读者提供了一个完整的理论体系和实际应用范例。以下是对这本书的目录进行详细分析：
这一章主要介绍了红外焦平面探测器技术的发展历程和应用领域。它概述了红外焦平面探测器的功能、优势和在各个领域的应用，为读者提供了一个关于该技术的宏观认识。

InP基InGaAs红外焦平面阵列器件的研究的开题报告

InP基InGaAs红外焦平面阵列器件的研究的开题报告摘要：红外焦平面阵列器件被广泛应用于红外成像领域。

随着人类社会的发展，对于红外成像的要求也越来越高，因此红外焦平面阵列器件的性能也需要持续改进。

本研究基于InP基InGaAs红外焦平面阵列器件，旨在研究该器件的制备工艺、光学性能、电学性能等方面，以期提高该器件的性能指标，并为红外成像技术的进一步发展提供支撑。

关键词：红外焦平面阵列器件，InP基InGaAs，制备工艺，光学性能，电学性能一、研究背景和意义随着科技的进步，红外焦平面阵列器件在军事、医疗、安防等领域得到了广泛应用，成为了现代红外成像技术中不可或缺的重要组成部分。

红外焦平面阵列器件是指将焦平面成像元件与垂直输入输出电路集成在一起的集成电路器件，具有体积小、重量轻、低功耗、灵敏度高、分辨率高等特点。

目前，红外焦平面阵列器件主要采用InSb、HgCdTe等材料制作。

但是，这些材料存在一些问题，如工艺复杂、制造成本高、性能稳定性差等。

与之相比，InP基InGaAs材料具有制造成本低、制备工艺简单、性能稳定性好等优势，因此被广泛应用于红外焦平面阵列器件制造领域。

本研究旨在以InP基InGaAs为基础材料，通过研究其制备工艺、光学性能和电学性能等方面，提高红外焦平面阵列器件的性能指标，为红外成像技术的进一步发展做出贡献。

二、研究内容和方法本研究主要涉及以下内容：1、InP基InGaAs红外焦平面阵列器件的制备工艺研究：采用分子束外延技术，在InP基片表面沉积InGaAs材料，形成InP/InGaAs异质结，进而制备红外焦平面阵列器件；2、InP基InGaAs红外焦平面阵列器件的光学性能研究：采用红外光谱仪对其的光谱响应进行测试，得到器件的光谱响应特性；3、InP基InGaAs红外焦平面阵列器件的电学性能研究：采用高速数字源测量仪对其进行电学性能测试，得到器件的电阻、响应时间、非均匀性等性能指标。

红外焦平面阵列参数

红外焦平面阵列参数红外焦平面阵列是一种用于红外成像的关键技术，它由多个红外探测器组成，并具有一系列参数来描述其性能。

本文将从几个重要的参数入手，介绍红外焦平面阵列的特点和应用。

1. 像素数量：红外焦平面阵列的像素数量决定了其分辨率和图像质量。

像素数量越高，图像细节信息越丰富，分辨率越高。

但同时，像素数量的增加也会导致成本上升和数据处理需求增加。

因此，在选择红外焦平面阵列时需要权衡成本和性能需求。

2. 像素尺寸：像素尺寸是指红外焦平面阵列中每个像素的物理尺寸。

像素尺寸的选择与应用场景有关。

通常情况下，小尺寸的像素可以提供更高的分辨率，但同时也会导致信噪比下降。

对于某些应用而言，如红外夜视仪，信噪比可能更为重要，因此需要选择较大尺寸的像素。

3. 像素响应频率：像素响应频率是指红外焦平面阵列中每个像素的响应速度。

像素响应频率越高，红外焦平面阵列对快速动态场景的适应性越强。

例如在红外导弹追踪系统中，像素响应频率需要达到几千赫兹，以捕捉高速移动目标的瞬时图像。

4. 灵敏度：红外焦平面阵列的灵敏度是指其对红外辐射的响应能力。

灵敏度越高，红外焦平面阵列对红外辐射的探测能力越强。

灵敏度通常用NEP（Noise Equivalent Power）来表示，即单位面积上的最小可探测信号功率。

提高红外焦平面阵列的灵敏度可以增强其在低辐射场景下的成像能力。

5. 动态范围：动态范围是指红外焦平面阵列能够处理的最大和最小信号强度之间的比值。

动态范围越大，红外焦平面阵列能够在高对比度场景下保持细节丰富的图像。

动态范围的提高通常需要采用一些特殊的设计和制造技术，如多采样和非线性校正。

6. 工作波长范围：红外焦平面阵列的工作波长范围决定了其对红外辐射波长的响应能力。

不同的红外焦平面阵列可以工作在不同的波长范围内，如近红外、中红外和远红外。

在选择红外焦平面阵列时，需要根据实际应用需求来确定所需的工作波长范围。

7. 制冷方式：由于红外焦平面阵列需要工作在极低的温度下，通常需要采用制冷技术来降低阵列的工作温度。

红外制冷式变焦光学系统的设计与检测的开题报告

红外制冷式变焦光学系统的设计与检测的开题报告一、课题背景及意义红外光学系统具有光电子器件、军事、航空航天、地质勘探等众多领域的重要应用，目前由于红外焦平面及其探测器的发展，不同领域中对红外光学系统性能的要求也不断提高，而变焦光学系统作为其中的重要组成部分，对红外光学系统的性能尤其重要。

红外制冷式变焦光学系统因具有使用方便、工作可靠、性能稳定等优点，在红外光学系统中应用越来越广泛。

设计和实现一种有效的检测方法，对红外制冷式变焦光学系统的性能分析以及优化具有重要意义。

二、研究内容本文拟对红外制冷式变焦光学系统进行设计与检测。

具体研究内容如下：1. 通过对红外制冷模块的特性和工作原理进行分析，选择合适的制冷模块及控制电路。

2. 设计制冷式变焦光学系统的光学结构，并进行系统模拟分析。

3. 根据系统实际工作情况，选择合适的检测方法，并设计相应的试验系统。

4. 对制冷式变焦光学系统进行性能测试，并对测试结果进行分析和评价。

三、研究方法1. 系统分析法：通过对红外制冷模块的特性和工作原理进行分析，选择合适的制冷模块及控制电路。

2. 光学模拟法：根据变焦光学系统的设计要求、红外光学元件的特性及系统实际工作情况，对系统进行模拟分析，确定光学结构参数以及适当的压力力度参数，为后续设计提供参考。

3. 检测方法的选择：通过对变焦系统的工作状态进行全面分析，并选择适当的测试方法来测试其工作性能。

四、预期成果本文拟开展的红外制冷式变焦光学系统的设计与检测，预期能够从以下方面取得研究成果：1. 设计并制作出红外制冷式变焦光学系统，实现光学结构的优化设计，并提高系统的瞬时调焦精度。

2. 提出一种有效的检测方法，结合变焦系统的实际工作状态，全面测试其性能，为变焦系统的评价提供依据。

3. 分析红外制冷式变焦光学系统的性能参数，为该系统的性能优化提供理论参考。

五、研究难点1. 快速响应的系统结构设计；2. 动态性能测试方法的设计；3. 自适应制冷控制电路的设计。

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制冷红外焦平面阵列响应特性的研究
作者：詹东军
来源：《硅谷》2014年第14期
摘要文章分析了制冷红外焦平面阵列（IRFPA）的响应模型及响应特性，利用恒温黑体采集某320*256长波红外焦平面阵列在不同辐射下的响应数据得到其非线性响应曲线，然后讨论分析响应曲线，在实际应用中划分不同的线性响应段，通过调整合适的积分时间结合两点温度定标法对图像的非均匀性进行线性校正，效果良好。

关键词焦平面阵列；响应特性；入射辐射；积分时间；非均匀性校正
中图分类号：TN215 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0057-02
红外焦平面阵列（IRFPA）是红外成像系统的关键器件，由于制作材料的缺陷、加工工艺等多方面的原因，影响了焦平面响应的均匀性，降低了红外系统的成象质量，需要进行非均匀性校正，而焦平面的响应是非线性的，当其响应动态范围很大时，响应的非线性会变得突出，如果采用线性模型来实现非均匀性校正，则由响应的非线性引入的非均匀性校正误差就会变得明显，如何降低在大动态范围下，焦平面阵列响应非线性对非均匀性校正性能的影响是一个重要的研究内容。

本文利用高低温黑体，通过改变黑体靶面温度、调整积分时间来实测了某长波320*256红外焦平面的响应数据并得到其非线性响应曲线，结合响应曲线对图像的非均匀性进行了线性校正。

1 红外焦平面响应模型
2 焦平面响应曲线分析
2.1 焦平面响应与入射辐射的关系
在环境温度为300K不变的情况下，设定黑体温度，待黑体温度稳定时，将焦平面对准黑体靶面，采集像元的响应均值，采集10帧响应值的均值，求其均值作为焦平面的平均响应值，黑体辐射温度变化范围为233K～373K，每隔5度采集一组数据，获得焦平面对各黑体温度的平均响应，以黑体靶面的温度值为横坐标，焦平面的平均响应值为纵坐标，得到统计的响应曲线。

在积分时间为120 us时，采集的响应均值与黑体辐射关系如图1，从233K开始，响应均值较小，随着温度的升高，均值增加，中间部分的线性度较好，入射幅度较大时即黑体温度在343K之后输出慢慢接近饱和，整个曲线的趋势呈现非线性。

从曲线上可以看出在303K的黑体温度下，焦平面工作的积分时间在200 us以下时，在这个积分时间区域内，积分时间从最小开始增加，各像元的输出随着增加并呈近似线性变化的
趋势。

从实验数据中可以看出，在温度变化的大动态范围内，焦平面的输出响应是黑体温度的单调递增的非线性函数，它的响应曲线经历了由截止到缓慢上升，线性增长到趋于饱和的变化过程，但在中间动态范围，焦平面的输出响应与入射的黑体辐射近似线性响应关系。

3 仿真分析与验证
由上面分析的焦平面响应特性可知，我们如果要得到探测元不同的响应值，可以改变黑体辐射的温度，也可以调整焦平面工作的积分时间。

因此可以将线性校正方法与积分时间相结合，根据焦平面响应曲线的动态范围划分积分时间，每一积分时间内焦平面的响应均在其线性区内，在这个积分时间段对应的线性动态范围内使用两点温度校正。

从图1的响应曲线选取温度，进行仿真试验来实际比较两点校正的效果，在其中间线性段选取两个温度点的响应值，进行两点温度校正后，采集到253K左右温度点的图像如图4，此刻场景的温度已不在其线性区域内，可以明显看出图像有底纹非均匀性较严重。

试验表明焦平面的响应是非线性的，在整个响应区域内用两点温度校正会存在较大的校正误差，但我们可以把其非线性区域通过调整积分时间，划分为多个线性段，在每个线性段内结合线性校正方法，这样可以降低响应的非线性引入的非均匀性校正误差，得到较好的校正效果。

4 结论
本文对焦平面的响应特性作出了讨论，通过试验测试数据，分析了其响应与入射辐射、积分时间的响应关系，在此基础上，通过黑体定标采集试验数据进行对比，采用调整积分时间结合两点温度校正的方法对焦平面的非均匀性进行校正，效果良好，实时性强，计算量小，可以满足实际工程的需要。

参考文献
[1]Mooney J M，Shepherd F D， Ewing W S，eatl. Responsivity nonuniformity limited performance ofinfrared staring cameras[J].Optical Engineering，1989，28（11）：1151-1161.
[2]Sergio N.Torres，Esteban M.Vera，Rodrigo A.Reeves，etal，Adaptive Scene-Based Non-Uniformity Correction Method for Infrared-Focal Plane
Arrays，SPIE，2003，5076：130-139.
[3]冷寒冰，彭鼎祥，汤心溢.IRFPA的响应特性及新的非均匀校正算法[J].光电工程，2007，7，34（7）：84-87.
[4]霍晓江，郭肇敏，张志恒，楼波.基于积分时间的IRFPA非均匀性校正方法研究[J].红外与激光工程，2008，6（37）：604-607.
作者简介
詹东军（1984-），男，湖北广水人，助理工程师，研究方向：红外成像技术。