非制冷红外焦平面阵列最新进展
非制冷红外探测器用热释电材料的研究进展
第35卷，增刊v01．35Su ppl em e n t 红外与激光工程如丘钳ed aI ld Las er Engi nee df 唔2006年l O 月oct ．20()6非制冷红外探测器用热释电材料的研究进展江勤，姜胜林，张海波，杨智兵，钟南海(华中科技大学电子科学与技术系，湖北武汉430074)摘要：分析了热释电非制冷红外探测技术的优势，介绍了当前应用较广泛的各种非制冷红外探测器用热释电材料，即单晶材料、高分子有机聚合物及复合材料和金属氧化物陶瓷及薄膜材料，并预计了热释电材料的发展趋势。
指出了铁电性热释电陶瓷材料的优越性，其应用分为正常热释电体、介电测辐射热型热释电体和弥散相变热释电体，并分别列出了具有代表性材料的研究结果。
最后，指出了研究高性能、大尺寸、易加工的热释电薄膜材料的制备技术，是未来红外探测器用热释电材料的发展的关键；并在此基础上结合半导体集成工艺，制备高性能、大规模的热释电红外焦平面阵列。
关键词：非制冷红外探测器；热释电；铁电；研究进展中图分类号：T M 2文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006)增E ．0127．06P 02r es s of pV r oel ect ri c i f10r uncool ed i nf l r ar ed det ec t or r r 02r eSS 0I pV r oel eC t r l C ma t er l al t or U nC 00l en l nI r a r en net eC t or J I A N G Q in ，JI A N G Sheng —l i I l ，Z H A N G H ai _bo ，Y A N G Z l l i -bi ng ，ZH O N G N a n-hai (D cpar h I l ent of El e c 仃o ni c Sci ence 锄d T ec hnol ogy'H u 缸hong U n i ve 璐i t y of Sci en ce 卸d 1khnol ogy'w uh 强430074。
红外焦平面阵列技术现状和发展趋势
红外焦平⾯阵列技术现状和发展趋势⼀、引⾔⾃从1800年赫谢尔利⽤⽔银温度计制作的最原始的热敏探测器发现了红外辐射以来[1]，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，如热敏型辐射探测器（温差电偶探测器、电阻测辐射热计、热释电探测器）和半导体光电探测器（光电导探测器、光伏型探测器等）。
最初，⼈们只能以单个探测单元通过光机扫描的⽅式并协同低温制冷器来实现图像探测；后来，则出现了探测单元数⽬在⼀万以上，且⾃带有信号读出电路的⼆维N×M元焦平⾯阵列(FPA)探测器；⽽现今，集成了探测器后续信号处理电路，包括信号读出电路、前放、模数转换器等的第三代被称为“灵巧”（smart）凝视的⼤阵列焦平⾯也已开始崭露头⾓[2]。
红外焦平⾯热像仪是⼀种可探测⽬标的红外辐射，并能通过光电转换、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。
因其具有较强的抗⼲扰能⼒，隐蔽性能好、跟踪、制导精度⾼等优点，在军事领域获得了⼴泛的应⽤。
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[3、4]。
⼆、红外焦平⾯阵列原理、分类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。
10微米非制冷红外焦平面阵列芯片
10微米非制冷红外焦平面阵列芯片
10微米非制冷红外焦平面阵列芯片是一种用于红外光学成像
的核心元件。
它由许多微小的像素组成，每个像素可以感测并记录其对应区域的红外辐射。
这些芯片的像素尺寸为10微米，说明每个像素的尺寸仅为10微米，非常微小。
与制冷红外焦平面阵列芯片不同，10微米非制冷红外焦平面
阵列芯片无需冷却，可以直接在室温下工作。
这使得它在成本和实用性方面都具有优势。
这种芯片通常由硅基材料制成，并采用特殊的红外感测器技术，使其能够在红外波段范围内工作。
10微米非制冷红外焦平面阵列芯片广泛应用于军事、安防、
工业检测、医疗和消费电子等领域。
它们可以用于红外夜视设备、红外热成像仪、红外热测温仪等设备中，帮助人们观察红外辐射并获取相关信息。
总的来说，10微米非制冷红外焦平面阵列芯片是一种重要的
红外光学成像技术，具有较低的成本和更广泛的应用领域。
通过非制冷技术，它们可以在常温下工作，并在多个行业中发挥关键作用。
高性能非制冷红外焦平面探测器研制
盲元数（个）
108
86
65
110
172
坏斑（个）
坏行（条） 坏列（条） 响应率 （mV/K）
F1.0， 40℃/55℃ 各连续采 样100帧
0
0
0
0
0
0 0 14.3
0 0 13.7
0 0 13.7
0 0 15.4
0 0 13.1
用户试用
3、货架产品及订单生产
7 6 5 4 3 2 1 0 39 41 43 45 47 49
MEMS工艺设备及工房照片 MEMS Process Equipment and FAB Photos
640×512（17μm）MEMS照片 SEM picture of 640×512（17μm）pixels
NETD直方图（5pF, 25us） NETD Histogram（5pF, 25us）
3）设计方法： 标准设计流程 规范设计文档
专业化分工
4）640×512（17um）探测器设计 （1）电路架构及原理设计
VSK Rdm Rd
CINT
原则：
`
Veb M1m M1
φrst φcol
`
Vref M2m
op Vfid M2
B
Vref
-OTA Vo_int
+
outbuf
+
Vo
架构及模块简洁 指标分配合理
3、探测器卓越指标
通用性
成品率 批次一致性 周期供货能力 工艺、原材料可控
640×512（17um）探测器
基 本 算 法 的 原 始 图 像
1、工程设计
1）设计原则：
满足基本指标
兼顾拓展指标 考虑卓越指标
红外焦平面阵列技术发展现状与趋势
红外焦平面阵列技术发展现状与趋势跨入二十一世纪以来，红外热摄像技术的发展已经历了三十多个年头。
其发展已从当初的机械扫描机构发展到了目前的全固体小型化全电子自扫描凝视摄像，特别是非致冷技术的发展使红外热摄像技术从长期的主要军事目的扩展到诸如工业监控测温、执法缉毒、安全防犯、医疗卫生、遥感、设备先期性故障诊断与维护、海上救援、天文探测、车辆、飞行器和舰船的驾驶员夜视增强观察仪等广阔的民用领域。
红外热摄像技术的发展速度主要取决于红外探测器技术取得的进展。
三十年来，红外探测器技术已从第一代的单元和线阵列发展到了第二代的二维时间延迟与积分（TDI）8～12μm的扫描和3～5μm的640×480元InSb凝视阵列，目前正在向焦平面超高密度集成探测器元、高性能、高可靠性、进一步小型化、非致冷和军民两用技术的方向发展，正在由第二代阵列技术向第三代微型化高密度和高性能红外焦平面阵列技术方向发展。
1 发展现状1.1 超高集成度的焦平面探测器像元像可见光CCD光纤通信工业应用使其具有大批量生产的能力，因而几年来日益受到重视，美国传感器无限公司在DARPA 和NVESD支持下正在加速发展这种非致冷的红外焦平面阵列和摄像机技术，其阵列尺寸已达到320×240元。
·HgCdTe阵列：由于军用目的的需求，过去这种材料焦平面阵列技术的发展主要集中于中波和长波红外波段应用，但洛克威尔国际科学中心却一直在发展1～3μm波段工作的HgCdTe焦平面阵列技术，其主要目的是天文和低背景应用，该中心在90年代中期已制出HQWAⅡ-1 1024×1024元阵列，目前已研制成功世界上最大的HQWAⅡ-2型2048×2048元的阵列，该中心正在计划研制4096×4096元的特大型阵列。
在3～5μm的中波红外焦平面阵列方面：中波红外焦平面阵列技术的发展一直是红外焦平面中发展最快的，主要有PtSi、InSb和HgCdTe三种阵列，其阵列规模已达到2048×2048元（400万元）。
国外非制冷红外焦平面阵列探测器进展
Ｄｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔｏ ｒ ｉｎ Ｕｎｃ ｏ ｅ ｄ Ｉ Ｄｅｅ ｔ ｒ
Ｌ －ｕｉ Ｗ ＡＮＧ ｎ —ｕ ， ＥＩＹａ ｇ ， Ｒｏ ｇ ｒ ｉ ＣＨＥＮ ａ — ａ Ｍｉｏ ｈ ｉ
Ｉ Ｆ Ａ探测器 等 。 ＲＰ
启动快及稳定性好等优点 ， 满足 了民用红外系统和 部分军事红外系统对长波红外探测器的迫切需要。 事实表明， 采用非制冷 Ｉ ＦＡ探测器的轻型红外热 ＲＰ 像仪系统逐渐增多 ， 中采用 的规格 主要有 １０× 其 ６
１０元 、５ ２ ２６×１８元和 ３０× ４ ２ ２ ２０元 等 。一些 较 大规
辐射 热计 的发展 状 况 ， 时也 介 绍 了 近年 出现 的一 同 些新 型非 制 冷 ＩＦ Ａ 探 测 器 技 术 ， 硅 一绝 缘 体 ＲＰ 如 （Ｏ） Ｓ Ｉ 二极管 非 制 冷 Ｉ ＦＡ 探测 器 、 材料 微 悬 臂 ＲＰ 双 梁非 制 冷 Ｉ Ｆ Ａ探 测 器 、 用 热 光 效 应 的 非 制 冷 ＲＰ 利
（ ｏｔ ｈｎ ｅｅｒｈＩｓｔｔ ｏ ｌ ｔ －ｐｉ ， ｅｉｇ１０ １ ，ｈｎ ） Ｎ ｒ Ｃ ｉ Ｒ ｓａｃ ｔｕｅ ｆ ｅ ｒ ｏｔｓ Ｂ ｒｎ ００ ５ Ｃ ｉａ ｈ ａ ｎ ｉ Ｅ ｃｏ ｃ
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非制冷红外焦平面热成像系统硬件电路设计与实现
3、系统集成：非制冷红外焦平面热成像系统的各个组件需要高度集成以保 证系统的性能和稳定性。这需要采用先进的微电子制造技术和先进的封装技术来 实现。同时，需要开发高效的接口协议来实现组件之间的数据传输和控制。
4、能耗与散热：在非制冷红外焦平面热成像系统的设计和实现过程中，需 要考虑能耗和散热问题。高能耗可能会导致系统过热，影响性能和稳定性；而散 热不良可能会导致系统温度过高，引发故障。为了解决这些问题，可以采用低功 耗的组件和设计来降低能耗；同时，需要采用有效的散热设计和布局来确保系统 在正常工作温度范围内运行。
3、算法：为了提高非制冷红外热成像技术的图像质量和稳定性，需要采用 先进的信号处理和图像处理算法，如自适应阈值设定、中值滤波、多尺度变换等。
应用场景展望
随着技术的不断发展，非制冷红外热成像技术的应用领域也将越来越广泛。 以下是几个潜在的应用领域：
1、智能家居：非制冷红外热成像技术可用于智能家居中的安全监控、人体 检测、温度控制等领域，提高居住的舒适度和安全性。
引言
非制冷红外热成像技术是一种利用红外传感器捕捉热辐射并转换为可见图像 的技术。自20世纪初以来，随着科技的不断进步，非制冷红外热成像技术已经成 为军事、安全、医疗、科研等领域的重要工具。本次演示将详细介绍非制冷红外 热成像技术的发展历程、现状分析、关键技术探究及其应用场景展望。
发展历程
自20世纪50年代起，非制冷红外热成像技术开始进入实用阶段。早期的非制 冷红外热成像系统采用多元线阵列传感器，但由于其制造成本高、噪声大、灵敏 度低，限制了其应用范围。随着技术的发展，20世纪90年代中期，非制冷红外热 成像技术取得了突破性进展。新一代的传感器采用非晶硅等先进材料，提高了灵 敏度和稳定性，降低了成本，使得非制冷红外热成像技术得以广泛应用。
基于I 2C的新型非制冷红外焦平面温度控制系统
引言
近 几年来 ，红外成 像技 术突 发猛进 ，而 作为 科技 进 步 新 型 产物 的非 制 冷 型红 外 成 像 系 统 以其 价 格 较 低 、体 积小 、功耗 相对 较低 等优 点迅速 占领 了红外 成 像 技术 的市场 ，而对红 外焦 平面探 测器 的温度 控制 也 理所 当然 成为 了红外 技术 的关键 技术之 一 。 基 于微 测 辐 射 热 计 原 理 的非 制 冷 型 红 外 焦平 面 （Ｒ Ａ）是利用 红外 辐射 引起热 敏像 元 的温 度上 升 ， Ｉ Ｒ） 导致 自身 阻值 发 生变化 ，改变读 出 的电压值 ，从 而探
ｒｎ ｅａ ± ００ ５Ｃ． ｔｉ ｒ ｖ ｓｔｅｔｍｐ ｒｔｒ ｔｂｌ ｙ ｏ ｃ ｌ ｌｎ ｒａ ｓ ａ ｄｐ ｏ ｉｅ ｒｃｉａｉ ａ ｇ ｔ ．０ ￣ Ｉ ｍｐ ｏ ｅ ｅ ｅａｕｅ ｓａ ｉ ｔ ｆｆ ａ ｐａ ｅａｒ ｙ ． ｎ ｒ ｖｄ ｓａｐ ａ ｔ ｌ ｙ ｈ ｉ ｏ ｃ ｔ
中图分类号 ：Ｔ １ Ｎ２ ６ 文 献标识码 ：Ａ 文章编 号 ： １０ —８ １２ １ ）６０ ５ ３ ０ １８ ９ （０ ００ ．３ ３０
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｗ ２ ｂ ｓ ｄ Ｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｒ ｌ ｎ ｙ ｔ ｍ ｓｇ ｆ Ｎｅ Ｉ Ｃ． ａ ｅ ｅ ｅ ａ ｕ ｅＣｏ ｔ ｏ ｉ ｇ Ｓ ｓｅ ａ
（ 电予科技大学 光 电信息学院 电子溥膜 与集成器件 国家重点实验室，四川 成都 ６０ ５ ） １０ ４
摘要：论述 了非制出温度控制原理，在此基础上提
出使用 ＭＡ １７ Ｘ ９ ８对 Ｔ Ｃ进行 闭环 自动控制的方案，并使用 Ｄ Ｃ芯片 Ａ ５６ Ｒ作为温度参考电压 Ｅ Ａ Ｄ ６５ 输入芯片，使用 Ｉ ２ Ｃ协议完成精确定点温度控制，实现 了 将非制冷红外焦平面阵列在不同的环境 下稳
非制冷红外焦平面阵列进展
（ ｉｃ ｎ ｖｃｓ ｎ ｔ ｒｔｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ｐ ｒ ｎ， ｎｔｕｅｏ ｃｏ ｌ ｔ ｎｃ ｆ Ｓｌ ｏ ｉｅ ａ ｄＩ ｅ ａｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙＤｅ ａｔ ｔ Ｉｓ ｔｔ ｆ ｉ Ｄｅ ｎ ｇ ｍｅ ｉ Ｍｉｒｅｅ ｒ ｉｓ ｃｏ ｏ
型 、 ． 容 型 非 制 冷 ＩＦ Ａ 和 应 用 光 力 学 效 应 的 非 制 冷 Ｉ Ｆ Ａ、 于 法 布 里 － 罗微 腔 阵 列 的 热 电 ＲＰ ＲＰ 基 珀
非 制 冷 Ｉ Ｆ Ａ。 ＲＰ
关键 词 ： 投非 制冷 红 外成像 技 术 ； 非制冷 红 外焦 平面 阵 列 ； 敏 电阻 ； 热 热释 电 ； 电堆 ； 一 热 热 电
ｓａ ｅｏ ｖ ｒ ｌ ｅ ｒ ｓ ｎ ａｉ ｅｕ ｃ ｏ ｅ ＲＦ Ａ ｒ ｕ ｔｔ ｆ ｅ ｅ ａ ｐ ｅ ｅ ｔ ｔ ｎ ｏ ｌｄ Ｉ Ｐ ａ ｅｓ ｍｍａ ｉ ｅ ． ｈ ｙ ａ ｅｔ ｅ ｍｉｔ ｒｍｏ ｅ ｐ ｒ ｅ ｅ ｔ ｃ ｓ ｒ ｖ ｒ ｄ Ｔ ｅ ｒ ｒ ｓｏ ｄ ， ｙ ｏ ｌｃ ｒ ｚ ｈ ｉ ｍ ｏ ｅ ｈ ｒ ｐ ｌ ｄ ，ｄ ｏ ｅ ｍｏ ｅ ｈ ｒ ｏ ｃ ｐ ｃ ｔ ｒ ｍｏ ｅ Ｉ Ｐ ａ ｄ ｏ ｔ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｕ ｃ ｏ ｅ ｄ ，ｔ ｅ ｍｏ ｉ ｍｏ ｅ ｉ ｄ ｄ ，ｔ ｅｍ － ａ ａ ｉ ｄ ＲＦ Ａ ｎ ｐ ｏ ｃ ａ ｉ ａ ｎ ｏ ｌｄ ｅ ｏ
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非制冷红外热成像技术的发展与现状
非制冷红外热成像技术的发展与现状邢素霞,张俊举,常本康,钱芸生(南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京 210094)摘 要: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50L m 减小到25L m,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。
关键词:非制冷焦平面阵列; 红外热成像; 轻武器中图分类号:TN21 文献标识码:A 文章编号:1007-2276(2004)05-0441-04Recent development and status of uncooled IR thermalimaging technologyXING Su -xia,Z HANG Jun -ju,C HANG Ben -kang,QI AN Yun -sheng(Opto -electronics Academy,Nanjing Universi ty of Science &Technology,Nanji ng 210094,China)Abstract:From small scale to medium and large scale 320@240,640@480unc ooled focal plane array (UFPA),uncooled infrared technology has been developed rapidly in recent years,and 1024@1024FPAs are expec ted in the future.The pixel pitch is also developed from 50~25L m,and the sensitivity is improvedlargely,so that the thermal imaging system is applied successfully in military affairs.Part model has been armed in military and measured well.In the future,with the developing larger scale and smaller pixel of UF -P A,the application of unc ooled thermal imaging system will be wider,especially in light thermal weapon,such as light weapon vision,driver vision enhancer and handle ther mal system,uncooled ther mal imaging syste m is expected to replace the high price,low reliability,big bulk cooled thermal imaging system gradually in recent years.Key words:Uncooled focal plane array; Infrared thermal imaging; Light weapon0 引 言红外热成像仪是一种可探测目标的红外辐射,并通过光电转换、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新技术产品。
非制冷红外热成像技术的发展与现状
第33卷第5期红外与激光工程Z004年10月Vol.33No.5I nf rared and Laser En g i neeri n g O ct.Z004非制冷红外热成像技术的发展与现状邢素霞9张俊举9常本康9钱芸生(南京理工大学电子工程与光电技术学院9江苏南京Z10094)摘要!非制冷红外焦平面技术在过去的几年内飞速发展9非制冷焦平面由原来的小规模9发展到中\大规模3Z0XZ40和640X480阵列9在未来的几年内有望获得超大规模的10Z4X10Z4非制冷焦平面阵列o像素尺寸也由50卜m减小到Z5卜m9提高了焦平面的灵敏度9使非制冷红外热成像系统在军事领域得到了成功应用9部分型号已经装备于部队9并受到好评o今后9随着焦平面阵列规模的不断增大\像素尺寸的进一步减小9非制冷热成像系统在军事领域的应用将越来越广泛9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9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o关键词!非制冷焦平面阵列;红外热成像;轻武器中图分类号!TNZ1文献标识码!A文章编号!1007-Z Z76(Z004)05-0441-04Recent devel o p m ent and st at us of uncooled I R t her m ali m a g i n g technol o gyX I NG Su-xi a9Z~ANG Jun-u9C~ANG Ben-kan g9I AN Yun-shen g(O p t o-el ectr oni cs A cade m y9Nan i n g Uni versit y of S ci ence T echnol o gy9Nan i n g Z100949Chi na)Abstract:Fr o m s m all scal e t o m edi u m and l ar g e scal e3Z0X Z409640X480uncool ed f ocal p l ane arra y(UFPA)9uncool ed i nf rared t echnol o gy has been devel o p ed ra p i dl y i n recent y ears9 and10Z4X10Z4FPA s are ex p ect ed i n t he f ut ure.The p i xel p itch i s al so devel o p ed f r o m50～Z5卜m9and t he sensiti vit y i s i m p r oved l ar g el y9so t hat t he t her m al i m a g i n g s y st e m i s a pp li ed suc-cessf ull y i n m ilit ar y aff airs.Part model has been ar m ed i n m ilit ar y and m easured Well.I n t he f u-t ure9W it h t he devel o p i n g l ar g er scal e and s m all er p i xel of UFPA9t he a pp li cati on of uncool edt her m al i m a g i n g s y st e m W ill be W i der9es p eci all y i n li g ht t her m al Wea p on9such as li g ht W ea p on vi-si on9dri ver visi on enhancer and handle t her m al s y ste m9uncooled t her m al i m a g i n g s y ste mis ex p ected tore p lace t he hi g h p rice9l o W reliabilit y9bi g bul k cooled t her m al i m a g i n g s y ste m g raduall y i n recent y ears.Ke y words:Uncool ed f ocal p l ane arra y;I nf rared t her m al i m a g i n g;L i g ht Wea p on0引言红外热成像仪是一种可探测目标的红外辐射9并通过光电转换\电信号处理等手段9将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备9是集光\机\电等尖端技术于一体的高新技术产品O在军事领域9它可以突破黑夜的障碍9实施夜间行动和作战9大幅度提收稿日期!Z003-11-079修订日期!Z003-1Z-Z9作者简介!邢素霞(1975-)9女9山东菏泽人9博士生9主要从事红外热成像系统方面的研究O高武器系统的作战能力;在民用领域红外热成像系统可以进行无损检测等同时非制冷焦平面探测器使整个红外热成像系统省去了复杂的制冷系统成本大大降低使得红外热成像技术得到飞速发展非制冷红外热成像系统的核心是非制冷焦平面其发展水平直接决定了非制冷热成像系统的发展从1978年非制冷式热成像技术首次研究成功到目前非制冷热成像仪装备到部队已有Z0多年的发展历史世界各国都在竞相开展非制冷焦平面的研究其中美国.英国.法国等国家处于领先地位探测器像素已由原来的单元结构发展到目前的大规模面阵并逐步向超大规模阵列发展像素尺寸也在明显减小1非制冷红外热成像技术发展现状非制冷红外探测器主要有电阻型热探测器.铁电型和热释电型探测器电阻型热探测器的敏感元是热敏电阻使用的材料主要为氧化钒<VOJ>和非晶硅<-S i>铁电型焦平面探测器的材料主要有锆钛酸铅<PZT>钛酸锶钡<BST>为热释电型探测器的主要材料性价比最高的非制冷系统使用的是混合式铁电探测阵列1.1国外非制冷热成像技术发展现状非制冷红外探测器的研究居世界领先水平的国家主要有美国.法国.英国和日本英国从事非制冷红外探测器研究的公司主要是BAE公司发展成熟的探测器为PST和PZT混合结构的热释电陶瓷探测器PST与PZT单片式结构探测器正处在研制中日本从事非制冷红外探测器研制的公司主要有三菱公司和日本电气公司三菱公司的非制冷红外探测器正处于研发过程主要有S i P/N结型和Yba Cu O电阻型热探测器两种探测器规格均为3Z0X Z40像素尺寸均为40卜m在J/1条件下S i P/N结型焦平面探测器的NETD优于1Z0mK Yba Cu O电阻型焦平面的NETD优于80mK日本电气公司主要从事以VOJ为材料的电阻型探测器的研究其第一个原理型探测器的NETD为150mK<Z56X Z5650卜m像素尺寸>最新报道的3Z0XZ40焦平面阵列像素尺寸为37卜m热响应时间为1Z m s填充因子为7Z%装备热成像系统后的NETD为100mK<J/160~Z>据国际光学学会<SPI E>预测目前红外热成像产品的世界市场规模每年合计40亿美元美国产品占50%以上由此看出在红外热成像技术上美国处于世界领先地位图1所示为美国非制冷红外探测器的发展过程世界上第一个非制冷红外热成像系统就是由美国的T exas I nstr u m ents研制成功的主要红外材料为-S i与BST1983年美国~one y Well开始研制室温下的热探测器使用了硅微型机械加工技术因为这样可以提供较好的热隔离并且可以降低生产成本1990～1994年美国很多公司从~one y W ell公司得到技术转让使以VOJ为探测材料的非制冷探测器得到了快速.广泛的发展VOJ材料具有较高的热电阻系数目前世界上性能最好的探测器就是采用VO J材料制备的<1>BST铁电型探测器混合结构的BST热探测器发展已经比较成熟其中像素尺寸为50卜m的3Z0X Z40焦平面阵列的NETD为47mK Ra y t heon生产的W1000系列为典型产品其质量为1.7k g探测距离可达550m可用于轻型武器热瞄具<LT W S>.驾驶员视力增强器<DVE>.手持式热像仪和车载式驾驶仪截止到Z003年9月Ra y t heon已经向美国陆军交付10000只武器热瞄具包括轻.中和重型武器热瞄具其中以轻型武器热瞄具装备的S p ect erI R就是采用3Z0X Z40阵列的BST探测器制备的装备的武器有M16. M4.M Z03和M136等可以探测并识别Z00m以外的行人其各项参数如表1所示薄膜铁电型探测器<TFFE>正处于研发阶段[1Z]设计规格为3Z0X Z40像素大小为48.5卜mZ00Z年Ra y t heon在TFFE上取得新的突破NETD 在90～170mK之间填充因子为55%<Z>VOJ电阻型探测器由于VOJ材料具有较高的热电阻系数因此用此材料制备的非制冷探测器是目前性能最好的探测器已经投入市场的焦平面阵列探测器的规格为3Z0 XZ40像素尺寸为50卜m NETD为Z0mK热响应时间为Z0m s该型号的探测器在Ra y t heon vi si on s y st e m.BAE.I ndi g o.DRS等公司都有生产DRS 公司生产的U3000/U4000已经作为武器热瞄具装备于美国陆军焦平面像素尺寸为51卜m响应波段Z44红外与激光工程第33卷为8～1Z卜m NETD<U3000>为64～75mK质量约为1.36k g表1S p ecter I R热瞄具的各项参数Tab.1The p ara m eter of S p ecter I R t her m al vis i onNEDT<0.1Internalp oW er3AA L i batter yFOV 6.4 <V>X8.6 <~>Externalp oW erS electableM a g n ifica-tion 1.8XIn itialstart-u pti m e<10sO p eratin gte m p erature ran g e 10～60S p ectralres p onse7.5～1Z.5卜mO p tics J/1.0<G e W indoW>I RsensorM ixed BST m icrobo lom eterF ocus ran g e3m～O Po larit ycontro l~ot W h ite/hot blackInd ividual e y e correction D io p tor ad ust/securit yar m y e y e p atchG ain/levelA utom ation/internal sensorshelves calibration/correctionR an g e toreco g n iZe m ovin g m an >Z00mR ailm ountM IL-STD-1913C ontinuous o p eratin g ti m e>6h＠Z5 standardCOT S batter y char g ableV ideo out~om ochrom y SM PTE-170M<NT SC concurrent>W ei g ht<B atteries><1.36k g S iZe33.65c mX7.6Z c mX9.65c m同时BAE公司也在陆续为部队提供M i cr oI R-TM系列的轻型武器热瞄具配备的武器系统有A4 A16系列和M136AF4可用在空降师机械化步兵师等作战部队非制冷红外热像仪在部队轻型武器中的应用是美军用非制冷红外热像仪取代第二代FLI R迈出的第一步小像素尺寸的640X480焦平面阵列探测器是多家公司研制的新型产品也是重点研究产品它可用来提高图像的分辨率1999年BAE第一个报道了以640X480焦平面为核心的热像仪LTC650TM像素尺寸为Z8卜m NETD<0.1质量为Z.4k g DRS公司在Z001年报道了第一个研制的以640 X480焦平面为核心的热像仪U6000像素尺寸为Z5.4卜m Z00Z年5月对该热像仪进行了演示3 Ra y t heon的Z5卜m像素的640X480焦平面性能最高热响应时间10m s NETD平均只有35 mK填充因子大于70%代表了目前电阻型微测辐射热计发展的最高水平但距其NETD为5mK的目标还有一定的差距45以640X480焦平面为组件的热成像系统在LT-W S和DVE等轻武器上的应用目前还未见报道<3>-S i电阻型探测器-S i电阻型探测器的市场主要在商业和民用上Ra y t heon公司生产的160X1Z0芯片其像素尺寸为46.8卜m NETD<100mK目前已经大批量生产在世界范围都有销售法国Sof radir和LET I/GEA公司在非制冷微测辐射热计上的发展打破了美国在这方面的垄断LET I/GEA公司从199Z年开始从事-S i微测辐射热计的研究取得了较好的成果Z000年Sof radir从LET I/GEA公司得到技术转让开始-S i微测辐射热计的研究目前真正从事非制冷红外探测器生产的是Sof radir的子公司ULI S公司该公司的主要产品型号有两种UL01011型<Z001年>和UL01 0Z1E型<Z00Z年>其焦平面阵列均为3Z0XZ40像素尺寸为45卜m的阵列填充因子均大于80% NETD分别为90mK和100mK与UL01011型相比UL010Z1E型内部增加了温度稳定装置使探测器的温度动态范围大大增加其工作性能受外界环境温度的影响明显减小6图1美国非制冷红外探测器发展过程F i g.1D evel o p m ent of uncool ed I R det ect or i n USA处于研发过程的产品有35卜m像素的160X 1Z03Z0X Z40焦平面阵列和Z5卜m像素的640X 4803Z0XZ40焦平面阵列这两种产品为该公司正在开发的两种新型产品Z003年报道的最新资料显示35卜m像素的3Z0X344第5期邢素霞等!非制冷红外热成像技术的发展与现状Z40焦平面阵列NETD为36mK<50~Z J1>热响应时间为1Z m s热阻抗为4.Z X107K WZ5卜m像素的640X4803Z0X Z40焦平面阵列要求达到35卜m像素的焦平面性能Z00Z年LET I CEA给出的资料显示Z5卜m像素的3Z0X Z40焦平面阵列NETD值为35卜m像素的3Z0XZ40焦平面阵列的Z.Z倍个别产品达到与35卜m相同的性能[7]1.2我国非制冷热成像技术发展现状我国在非制冷焦平面阵列技术上起步较晚近年来国家投入了大量人力物力用于非制冷焦平面阵列的研究目前已经取得初步进展1995年中国科学院长春光学精密机械研究所利用微机械加工技术研制成功了低成本线列3Z元1Z8元硅微测热辐射计阵列NETD为300mK存储时间为1m s由中国科学院上海技术物理研究所承担的钛酸锶钡铁电薄膜材料研究项目已于Z000年1Z月通过中国科学院上海分院鉴定该项目采用新工艺制备的钛酸锶钡铁电薄膜材料性能达到国际领先水平与美国T I公司演示的第一代非制冷探测器所使用的材料相同这表明我国在非制冷热成像技术研究上还有很大的潜力我国在非制冷红外热成像方面的研究主要集中在部分高等院校和研究院所这些研究单位主要进行探测器阵列及其工艺的研究而经营非制冷红外热像仪的公司大部分只停留在制作一些外围设备和开发软件的业务上最核心的机芯部分都是从国外进口2非制冷红外热成像技术发展趋势根据非制冷红外热像仪的市场需求未来非制冷红外热成像技术的主要发展方向为=<1>发展高性能的非制冷红外焦平面阵列主要用于满足军事装备的需要其性能要求如下=1>相同性能条件下进一步减小像素的尺寸;Z>响应时间短满足目标搜索的需要;3>低功耗;4>高分辨率;5>发展大阵列;6>进一步缩小系统体积<Z>发展低成本的非制冷红外焦平面阵列适用于对分辨率要求不太高的场合主要市场在民用领域其性能要求如下=1>提高探测器的灵敏度采用新的光学材料;Z>发展小阵列;3>要易于操作;4>在封装上采用集成干胶片技术3结束语非制冷红外热像仪在军事<红外警戒跟踪瞄准以及制导等>和民用领域<电力系统消防医疗诊断森林火灾预警缉私夜间安全监视搜索救援等>都有广泛的应用前景据中国光学协会预测在今后5年我国红外热成像设备市场需求总量约4万台而目前的年自产量不足500台国外的非制冷热像仪成批打入国内市场价格比较昂贵因此国内非制冷红外热像仪的研制与生产已迫在眉捷参考文献![1]~anson Charl es M Berat an~o War d R Belcher Ja m es F et al.Advances i n monolit hi c f err oel ectri c uncool ed I RFPA t echnol o gy[A].SPI E[C].19983379.60-68.[Z]~anson Charl es M Berat an~o War d R.Thi n fil m f err oel ec-tri cs=breakt hr ou g h[A].SPI E[C].Z00Z47Z1.91-98.[3]Phili p E~o War d John E C l ar ke Adri an C Ionescu.DRSU6000640X480VO J uncool ed I R f ocal p l ane[A].SPI E[C].Z00Z47Z1.48-55.[4]M ur p h y R Kohi n M Backer B et al.Recent devel o p m ents i nuncool ed I R t echnol o gy[A].SPI E[C].Z00040Z8.1Z-16. 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非致冷红外焦平面热成像技术的进展
非 致冷红外焦 平面 热成 像技木 韵进展
陈 海Байду номын сангаас生
（ 中光 电技 术研 究 所 ， 汉 ４ ０ ７ ） 华 武 ３ ０ ３
红 外焦 平 面阵列 其探 测层是 通 过溅 射或 化学 汽
１ 引
言
相沉 积技 术在 电绝 缘薄 片 上沉 积薄膜 （＜ “ ， １ ｍ） 沉积 的薄膜 材料包 括 金属 、 ｉ： Ｓ Ｎ 和 Ｖ （ Ｓ 、ｉ Ｏ ， Ｏ 热 敏 电阻材 料） 膜 片位 于 ｓ 衬 底上方 ， 由位 于对 角 线两 端角 上 的两根细 长支 柱 支撑 ，并且 该支柱 连
冷红外 焦平 面阵列的 Ｎ Ｔ Ｅ Ｄ＝０ ０ ９ （ １镜 ．３ Ｋ ∥ 头 ）像 元 大小 为 ５ ． ， ０ ８×５ ｍ （ ０ ８ 见图 １ ）
于 广 泛应 用 。而基于 非致 冷 红外热成 像 技术 的探
测 器 以其 能耗 低 ， 量轻 ， 重 体积 紧凑 ， 开机 预热 且
８ ｍ ～１ 波 段 ，信 号 响 应 率 大 于 ２ ５×１ ７ ｇ ４ ｍ ． ０Ｖ／
２ １ 电阻测 辐射热 计 成像 进展 ．
美 国霍 尼韦 尔 （ ｏ ｅｗ ｌ Ｈ ｎ ｙ ｅ ）传感 器 及系统开 １ 发 中心 ｆ Ｓ Ｃ Ｓ Ｄ ）早在 １ ９ ９ ３年就 报道 了 １ ６×６ ４像 元和 ６ ４ｘ化８像元 ， ４ ３ 像 元 的微 测热辐 射 ２ ０ｘ ０ ３
时 间短和 成本 低等 优 点倍受 国内外 关 注 ，在军事
和 民用领 域拥 有广 阔的应用 前景 。
Ｙ金
２ 非 致 冷 红 外 焦 平 面 热 成像 技 术
非制冷红外焦平面探测器及其技术发展动态
３ ． Ｃｈ ｉ ｎ ａＡｉ ｒ ｂ ｏ ｒ ｎ ｅＭ ｉ ｓ ｓ ｉ ｌ ｅ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ， Ｌ ｕ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ４ ７ １ ０ ０ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｐ ａ ｃ ｋ ａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｉ ｘ ｅ ｌ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｐ ａ ｃ ｋ ａ ｇ ｅ ． Ｍｏ ｓ ｔ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｓ ’ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ￣ Ａｔ ｌ ａ ｓ ｔ ，
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《2024年非制冷红外热成像系统研究》范文
《非制冷红外热成像系统研究》篇一一、引言非制冷红外热成像系统（Uncooled Infrared Thermal Imaging System）以其独特的技术优势和广泛的应用领域，已经成为现代红外技术研究的热点之一。
本文将重点对非制冷红外热成像系统的研究进行详细的阐述，探讨其技术原理、系统构成、性能指标及研究进展等方面，以期为相关研究提供参考。
二、非制冷红外热成像系统技术原理非制冷红外热成像系统利用红外探测器将接收到的红外辐射转换为电信号，再通过信号处理和图像显示等环节，实现红外图像的获取和显示。
其核心技术在于红外探测器的研发，目前常用的探测器包括微测辐射热计、热电堆等。
三、系统构成非制冷红外热成像系统主要由红外探测器、光学系统、信号处理电路、显示器件等部分组成。
其中，红外探测器是系统的核心部件，负责将接收到的红外辐射转换为电信号；光学系统负责将目标场景的红外辐射聚焦到探测器上；信号处理电路负责对探测器输出的电信号进行放大、滤波、数字化等处理；显示器件则将处理后的图像信息以可见光的形式呈现给用户。
四、性能指标非制冷红外热成像系统的性能指标主要包括分辨率、帧率、噪声等效温差（NETD）、探测率等。
其中，分辨率指系统能够分辨的最小目标距离和最小目标尺寸；帧率指系统每秒能够显示的图像帧数；NETD指系统在单位时间内能够检测到的最小温差；探测率则反映了系统对弱信号的检测能力。
这些指标共同决定了系统的性能优劣和应用范围。
五、研究进展近年来，非制冷红外热成像系统在技术研究和应用方面取得了显著的进展。
在探测器方面，新型材料和制备工艺的应用使得探测器的性能得到了大幅提升；在系统集成方面，通过优化系统设计，提高了系统的稳定性和可靠性；在应用领域方面，非制冷红外热成像系统已广泛应用于军事侦察、安防监控、消防救援、医疗诊断等领域。
六、未来展望未来，非制冷红外热成像系统将在技术研究和应用方面继续取得突破。
一方面，随着新材料和制备工艺的发展，红外探测器的性能将得到进一步提升；另一方面，随着人工智能、物联网等新兴技术的融合，非制冷红外热成像系统将在更多领域得到应用。
非致冷焦平面阵列（UFPA）
非致冷焦平面阵列(UFPA)红外探测器非制冷焦平面阵列省去了昂贵的低温制冷系统和复杂的扫描装置，敏感器件以热探测器为主。
突破了历来热像仪成本高昂的障碍，"使传感器领域发生变革"。
另外，它的可*性也大大提高、维护简单、工作寿命延长，因为低温制冷系统和复杂扫描装置常常是红外系统的故障源。
非致冷探测器的灵敏度(D）比低温碲镉汞要小1个量级以上，但是以大的焦平面阵列来弥补，便可和第一代MCT探测器争雄。
对许多应用，特别是监视与夜视而言已经足够。
广阔的准军事和民用市场更是它施展拳脚的领域。
为避免大量投资，把硅集成电路工艺引入低成本、非制冷红外探测器开发生产，制造大型高密度阵列和推进系统集成化的信号处理，即大规模焦平面阵列技术，潜力十分巨大。
正因为如此，单元性能较低的热电探测器又重新引人注目，而且可能成为21世纪最具竞争力的探测器之一。
目前发展最快、前景看好的有两类UFPA：（1）热释电FPA。
热释电探测器的研究早在60年代和70年代就颇为盛行，有过多种材料，较新型的有钛酸锶钡(BST)陶瓷和钛酸钪铅(PST)等。
美国TI公司推出的328×240钛酸锶钡(BST)FPA已形成产品，NETD优于0.1K，有多种应用。
计划中还有640×480的FPA，发展趋势是将铁电材料薄膜淀积于硅片上，制成单片式热释电焦平面，有很高的潜在性能，可望实现1000×1000阵列的优质成像。
(2)微测辐射热计(Microbolometer)。
它是在IC－CMOS硅片上以淀积技术，用Si3N4支撑有高电阻温度系数和高电阻率的热敏电阻材料VOx或α－Si，做成微桥结构器件(单片式FPA)。
接收热辐射引起温度变化而改变阻值，直流耦合无须斩波器，仅需一半导体制冷器保持其稳定的工作温度。
90年代初，由Honeywell公司首先开发，研制成工作在8μm～14μm的320×240 UFPA，并以此制成实用的热像系统，NETD已达到0.1K以下，可望在近期达到0.02K。
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文章编号:1008-2980(2003)02-0093-04非制冷红外焦平面阵列最新进展Ξ杜玉杰(滨州师范专科学校,山东滨州256604)摘要:非制冷红外焦平面技术在过去的几年内得到了飞速发展,并在军事、商业和民事中得到成功应用.过去曾是制冷型焦平面占据的应用领域,现在逐渐为价格低、重量轻、功耗低、体积小、性能可靠、操作方便的非制冷红外探测器所代替.非制冷焦平面阵列基本上有两类:一类是铁电-热电型辐射计;另一类为电阻型测辐射计.关键词:非制冷;焦平面;铁电;测辐射热计中图分类号:O 463 文献标识码:A0 引 言红外热成像技术在军事、商业和民事方面都有很广泛的应用,尤其在军事方面,由于它可以突破黑夜的障碍,实施夜间行动和作战,大幅度提高武器系统的作战能力.红外热成像系统分为制冷型和非制冷型.目前用的最多的为制冷型焦平面阵列,但价格昂贵,主要是由于必须有一套完整的制冷设备.常用的制冷器结构复杂,容易发生故障,占据的空间很大,功耗约为非制冷型传感器的10倍.同时,利用长波HgCd Te 材料仍不能做出高质量、高产出的HgCd Te 探测器,严重限制了长波HgCd Te 的使用范围.[1,2]1 非制冷红外焦平面研制动态1.1 铁电型焦平面阵列探测器研究动态用于研制铁电型焦平面探测器的材料主要有锆钛酸铅(PZT )、钛酸锶钡(BST )等.信价比最高的非致冷系统使用的是混合式铁电探测阵列.英国的GEC Marconi 和美国的TI 两家公司在这种技术上占优势.德州公司在20世纪70年代中期开始研究非致冷成像,在1979年,Hopper 申请了铁电-热电混合装置的专利.1987年演示了第一个100×100元的混合非致冷成像阵列,使用BST 晶体切片倒装焊接在读出电路(RO IC )上,其N ETD 值为500m K .TI 公司使用的几种商业和军事产品在非致冷红外系统中取得领先地位.在一个48.5μm 的中心上建立了一种328×245像素的阵列.在带有f/1.0光学的系统上已经测得的N ETD 值至少低于40m K ,无水平第19卷第2期Vol.19,No.2 滨州师专学报Journal of Binzhou Teachers College 2003年6月 J un.,2003Ξ收稿日期:2003-02-21作者简介:杜玉杰(1973-),男,山东滨州人,南京理工大学电光学院在读硕士,滨州师专物理系,讲师,从事光电子信息技术与系统的研究.噪声和其他的损耗纠正系统.单片式铁电型探测器正处于研究阶段.[3]固态微机械加工技术(M EMS)作为一种对物理微传感器和微执行器的重要技术,使得在一块普通的半导体衬底上能够支撑起传感器、电子元件和执行器,对单片式铁电传感器的发展起着巨大地推动作用.在微机械加工集成的传感器的制作上用得最广泛有3种热释电薄膜材料:氧化锌(ZnO)、钛酸铅(Pb TiO3)和钛酸铅锆(PZT).表1给出的是以Pb TiO3作为热释电材料制备的64×64像素的热释电红外成像芯片的性能.表1 PbTiO3硅基底的红外探测器阵列的集成系统性能参 数性 能像素尺寸30×30μm2阵列尺寸64×64像素芯片大小1×1cm2热释电响应率90±10nC/cm2K30Hz下的黑体电压响应率 1.2±0.2×104V/W297K,30Hz下的探测率D3 2.0±0.4×108cmHz1/2/W1.2 电阻型焦平面阵列探测器研究动态电阻型热探测器的传感元是热敏电阻,目前用的比较多的材料为氧化钒(VO x)和非晶硅(α-Si),其电阻温度系数分别为1.5%～2.5%和2%～3%.电阻型微辐射热计的主要研究和生产单位在美国.1983年美国Honeywell制作了一个有80000个像素的装置,N ETD值为300m K,使用的是电阻辐射计.1989年演示了一个64×128元的器件.1993年,提供了320×240元的阵列,采用的α-Si材料,间距为51μm.在f/1.0的光学透镜和30Hz帧速下的N ETD值小于56m K,是较好的热像仪.1993年后,美国的Rockwell、Raytheon、Lockheed Martin等公司从Honeywell得到了该技术的转让权,开始了电阻型微测辐射热计的研制和生产.如表2为Sanders IRIS和Raytheon公司采用VO x材料制备的焦平面阵列.表2 Sanders IRIS和Raytheon公司的焦平面阵列公 司材料阵列规模中心距/μm N ETD/m K波段/μm备 注Sanders IRIS(Lockheed Martin company)VO x160×120468～14320×24046<268～14320×24028<1138～14整机性能640×48028558～14Raytheon α-Si15×1351<100VO x320×2405020320×24025358～14美国桑德斯红外成像公司,从80年代初开始设计和发展非制冷红外技术,生产出一系列以氧化矾微测辐射热计为基础的非制冷红外焦平面阵列,包括中心距为46μm的160×120、320×240阵列和28μm的320×240、640×480阵列.46μm的320×240非阵列焦平面阵列,具有高的灵敏度、宽动态范围和短的热时间常数,使用焦平面阵列时的瞬时噪声等效温差,在偏压为1.75V时小于26m K.26μm的640×480阵列是该公司第一种高分辨率非制冷焦平面阵列.以这种阵列为基础,制造并演示了红外热像仪.[4] Raytheon红外公司设备的像素尺寸为25μm×25μm的320×240焦平面的性能参数如表3所示.代表了目前电阻型微测辐射热计发展的最高水平.49 滨州师专学报 第19卷法国Sofradir 和L ETI/GEA 公司在非制冷微测辐射热计上的发展打破了美国在这方面的垄断.L ETI/GEA 公司从1992年开始从事α-Si 微测辐射热计的研究,取得了较好的成果,[5,6]2000年,Sofradir 从L ETI/GEA 公司得到技术转让,开始α-Si 微测辐射热计的研究,现在已有部分产品走向货架.如表4为法国Sofradir 和L ETI/GEA 公司的部分非制冷型微测辐射热计性能参数.其中心距从开始的50μm ,45μm ,逐渐发展到现在的35μm.中心距为45μm 的微测辐射热计在60K 的动态范围下,平均N ETD 小于100m K (相当于尺寸为50μm 的微测辐射热计的N ETD 80m K ),响应率约为4.5mV/K ,非均匀性为3%,焦平面像素的可操作性大于99%.2001年,Sofradir 公司报道了像素尺寸缩小到35μm 的320×240元微测辐射热计,N ETD 接近35m K.芯片与CMOS 读出电路集成在一起,读出电路芯片上提供非均匀性校正和温度补偿,响应波段为7～14μm.表3 Raytheom 红外公司25μm 微测辐射热计FPA 的性能表(2001)参 数性 能参 数性 能阵列规模像素尺寸帧速光谱响应信号响应率(f/1.0)320×24025μm ×25μm60Hz 8～14μm 2.5×107V/W 或20mV/K输出噪声热响应时间光填充因子TCR非均匀性偏移量N ETD f/1.0,30Hz1.0mVRMS 3～9ms >70%>2.2%/C <150mV <50m K表4 法国S ofradir 非制冷型微测辐射热计焦平面性能参数像素数中心间距/μm热阻抗/m K ・W -1热时间常数/msN ETD/m K256×64(1992年)5014410320×240(2000年)4514 3.2100320×240(2001年)3514210180320×240(2001年)3542121036英国、德国、瑞典、加拿大等国家也在积极发展非制冷焦平面.英国QinetiQ 非制冷热成像小组的技术负责人希望年底能得到热像仪样品,明年制作出集成超大阵列样品(384×288像素,间距为40μm ),N ETD 为20～30m K.3 讨 论从目前非制冷焦平面阵列的发展趋势看,非制冷焦平面阵列的发展目标是小像素、高灵敏度、大阵列(至少640×480元),并且焦平面的集成度也越来越高.Sanders IRIS 的中心距为46μm 的320×240焦平面阵列就是采用片上A/D 转换,在数字图像处理时不再需要专门的高速A/D 转换器,从而简化系统设计.同时,探测器信号不需放大到很高的值,从而减少系统噪声,提高信噪比.参 考 文 献:[1] 吴永生.非制冷红外焦平面阵列研制现状和开发前景[A ].第十五届全国红外科学技术交流会全国光电技术学术交流会论文集(上)[C].宁波:红外与激光工程编辑部编辑出版,2001.63-69.59第2期 杜玉杰 非制冷红外焦平面阵列最新进展 69 滨州师专学报 第19卷[2] 张维力,王京平.红外非制冷焦平面热成像探测器、机芯及整机[A].第十五届全国红外科学技术交流会全国光电技术学术交流会论文集(上)[C].宁波:红外与激光工程编辑部编辑出版,2001.146-148.[3] Hanson.Advances in monolithic ferroelectric uncooled IRFPA technology[A],SPIE[C],1998.3379:60-68.[4] 美国非制冷红外技术的最新进展[J].红外热成像技术快报,2001.71(5):1-3.[5] Murphy R.Recent Developments in Uncooled IR Technology[A],SPIE[C],2000.4028:12-16.[6] Eric MO TTIN.Enhanced amorphous silicon technology for320×240microbolometer arrays with a pitch of35μm[A],SPIE[C],2001.4369:250-256.R ecent Development in U ncooled IRFPADU YuΟjie(B i nz hou Teachers College,B i nz hou256604,Chi na)Abstract:Uncooled Infrared Focal Plane Array(U FPA)technology has been developed at very fast speed in recent years,and applied successfully in military,commerce and civil affairs.The fields,once occupied by cooled focal plane array in the past,have gradually been taken by the U FPA for its lower cost,lighter weight,lower power,smaller bulk,more reliable performance and convenient operation.There are two types of U FPA.One is the ferro-therom electric bolometer,and the other is the resistant bolometer.K ey w ords:uncooled;focal plane array;ferroelectric;bolometer读者・作者・编者别字和参选词举例 科技文献中的别字和参选词常有发现,兹举出一部分,以期作者引以为戒.别字(括号中为正确的)成象(像) 顶蓬(篷) 幅(辐)射 柑桔(橘) 藉(借)以 既(即)使 介(界)面 兰(蓝)色 粘(黏)度 粘(黏)土 粘(黏)膜 凭藉(借) 岐(歧)途 松驰(弛) 水份(分) 拓朴(扑) 消(削)弱 尤(犹)如 予(预)先 予(预)混 组份(分) 分辩(辨)力 天燃(然)气 下功(工)夫 桔杆(秸秆) 截止(至)目前 香烟燎(缭)绕 象(像)潮水般 一如即(既)往 再接再励(厉) 征稿启示(事) 所雇佣(用)的工人 即(既)……又……参选词(括号中为首选词)撤消(撤销) 成份(成分) 呆着(待着) 繁琐(烦琐) 涵义(含义) 推诿(推委) 唯一(惟一) 无需(无须) 想象(想像) 盈利(赢利) 帐目(账目)。