红外探测器

第十章 红外线成像与热断层成像
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二、 光子探测器
光子探测器几种类型：
(1) 光电子发射探测器 (2) 光电导探测器
(3) 光-伏探测器 (4) 光磁电探测器
hν hc/ λ
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二、 光子探测器
与热探测器不同，光子探测器是探测光子数的吸收速 率，探测器的响应正比于单位时间吸收的光子数。而且， 欲使材料中的电子从体内逸出，或从束缚态激发到自由导 电状态，吸收的光子能量 hν hc/λ必须超过某一确定值。
的吸收速率。或者说，热探测器的响应只依赖于吸收的辐射
功率，与辐射的光谱分布无关。 原则上讲，热探测器是一类无选择性的探测器。热探测
器的响应时间较长（一般为几毫秒或更长些）。
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一、热探测器
热探测器几种类型： (1) 测辐射温差热电偶和热电堆 (2) 金属和半导体热敏电阻热辐射探测器
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一、热探测器
根据入射辐射的热效应引起探测材料某一物理性质变化而工作 探测材料因吸收入射红外辐射 温度升高
产生温差电动势、电阻率变化、自发极化强度变化 或者气体体积与压强变化等
测量这些物理性质的变化就能够测量被吸收的红外辐射功率
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一、热探测器
热探测器是依据辐射产生的热效应来测量入射辐射能量
一、热探测器 二、光子探测器 三、成像探测器
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第一节 红外探测器
电能（探测器）
红外辐射能 红外探测器 转变
电压、电流等（传感器）
从F.W.赫歇尔发现红外线时使用的涂黑灵敏温度计开始，
随着固体物理学及半导体物理与器件的发展，根据红外辐射
与物质相互作用时产生的各种次级效应，到目前已研制出多 种结构新颖、灵敏度高、响应快的红外探测器。
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三、成像探测器
成像探测器
由无数个单元探测器构成
两类探测器的关键差别是 观测时间不同 成像探测器对整个像不间断地响应,而单元探测器则必 须依次探测各个像素,由此可将多个单元探测器按线阵 或面阵的结构组合成多元列阵成像探测器.
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三、成像探测器
按其工作原理可分成下列几种类型： 1.热释电摄像管
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三、成像探测器
单元探测器
对景物依次扫描时能形成图像,将单元探测器置于景物
的像平面上,它将响应像上该点的平均辐照度
如果移动光学系统或探测器，使它在像平面上扫描, 则可得到像平面上辐射分布的按时间顺序排列的“图 像” ,它正好对应于物面的辐射分布
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物体表面的辐射功率不仅决定于温度T 还依赖于物体表面的发射率ε
不同物体发射率差异很大 不能只通过单一测量辐射出射度来测量温度。
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一、医用红外热像仪的原理
1.全辐射测温原理 通过黑体定标 设黑体的温度为 Tb 所对应的辐射出射度为
M bT σ T
4 b
若两者的接受辐射出射度相同，应有如下关系：
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红外线成像
红 外 辐 射
目 标
探 测 红 外 线
红外线成像 热断层成像
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第十章 红外线成像与热断层成像
第一节 红外探测器
第二节 红外热像仪 第三节 热断层成像
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第一节 红外探测器
第十章 红外线成像与热断层成像
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第一节 红外探测器
红外探测分类 ：
按工作温度分
低温探测器(需液态He 、Ne 、N2致冷) 中温探测器(工作温度在195～200K热电致冷) 室温探测器
近红外探测器
按响应波长范围 中红外探测器 远红外探测器 单元探测器 按结构和用途 多元列阵探测器 成像探测器
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三、成像探测器
3. 红外电荷藕合器件（CCD):
以金属-氧化物-半导体技术为基础 以少数载流子作为信息代表存储于MOS电容器的反型
层中，并通过电极下势阱进行传输。
主要用于成像、存贮和模拟延迟等方面
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第二节 红外热像仪
一、医用红外热像仪的原理
红外图像
转变
热像图 （可以看到）
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一、医用红外热像仪的原理
1.全辐射测温原理 通过收集目标发出的整个光谱范围内的全部辐射能 量来确定物体温度的方法
只在较宽波段范围内接受总辐射能的大部分辐射能量
根据史蒂芬-玻尔兹曼定律
M T ελC1 λ 5 [exp( C2 /λT ) - 1]1 dλ εσT 4
二、医用红外热像仪的性能与参数
三、红外热像仪的特点与临床应用
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一、医用红外热像仪的原理
目标的本身和背景之间的红外线差 形成
热红外线形成的图像称为热像图 目标的热像图与目标的可见光图像不同 不是人眼所能看到的目标可见光图像 而是目标表面温度分布图像 表面温度分布 （不能直接看到）
(3) 热释电探测器
(4) 气动红外辐射探测器
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二、 光子探测器
红外光子探测器 利用入射光子流与探测材料中电子之间直接相互作
用，从而改变电子能量状态，引起各种电学现象称为光子
效应。 根据引起光子效应的大小可以测量被吸收的光子数。 并依据所产生的不同电学现象，可制成各种光子探测器 。
M T εσT M bT σT
4
4 b
Tb T 4 ε 所得到的温度称为物体的辐射温度
因发射率 ε< 1 发射率越小 故辐射温度总低于真实温度 辐射温度与真实温度相差越大
ελ
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一、医用红外热像仪的原理
2.单色测温原理 通过测量目标在某一辐射光谱波段内的辐射功率来确定目标温 度，所得到的是物体的亮温度
不同温度分布 产生不同表面电荷分布
特殊热电材料靶面 形成由图像产生电荷分布 扫描电子束读出
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三、成像探测器
2.光电子发射型成像探测器:
利用光阴极的外光电效应制成的成像器件。 两种使用较广的成像探测器： (1) 变像管 将红外图像变为可见光图像
(2) 热像管（光热离子变像管） 根据光电子发射随温度的变化而制成的热敏成像器件