非制冷红外技术及应用

非制冷红外技术及应用

蓝海光学招募：镜头装配主管，镜头销售人员光学人生，你的精彩人生！一、红外热成像技术简介自然界所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体都会发出红外辐射，红外图像传感器则将探测到的红外辐射转变为人眼可见的图像信息。红外成像技术涵盖了红外光学、材料科学、电子学、机械工程技术、集成电路技术、图像处理算法等诸多技术，红外成像装置的核心为红外焦平面探测器。

二、非制冷红外技术概述2.1 非制冷红外技术原理非制冷红外探测器利用红外辐射的热效应，由红外吸收材料将红外辐射能转换成热能，引起敏感元件温度上升。敏感元件的某个物理参数随之发生变化，再通过所设计的某种转换机制转换为电信号或可见光信号，以实现对物体的探测。

非制冷红外焦平面探测器分类2.2 非制冷红外探测器的关

键技术

热释电型红外辐射使材料温度改变，引起材料的自发极化强度变化，在垂直于自发极化方向的两个晶面出现感应电荷。通过测量感应电荷量或电压的大小来探测辐射的强弱。热释电红外探测器与其他探测器不同，它只有在温度升降的过程中才有信号输出，所以利用热释电探测器时红外辐射必须经过调制。探测材料：硫酸三甘肽、钽酸锂、钽铌酸钾、钛（铁

电）酸铅、钛酸锶铅、钽钪酸铅、钛酸钡热电堆由逸出功不同的两种导体材料所组成的闭合回路，当两接触点处的温度不同时，由于温度梯度使得材料内部的载流子向温度低的一端移动，在温度低的一端形成电荷积累，回路中就会产生热电势。（塞贝克效应Seebeck）而这种结构称之为热电偶。一系列的热电偶串联称为热电堆。因而，可以通过测量热电堆两端的电压变化，探测红外辐射的强弱。二极管型利用半导体PN结具有良好的温度特性。与其他类型的非制冷红外探测器不同，这种红外探测器的温度探测单元为单晶或多晶PN结，与CMOS工艺完全兼容，易于单片集成，非常适合大批量生产。热敏电阻型（微测辐射热计）利用热敏电阻的阻值随温度变化来探测辐射的强弱。一般探测器采用悬臂梁结构，光敏元吸收红外热辐射，由读出电路测量热敏材料电阻变化而引起的电流变化，通过读出电路对电信号采集分析并读出。探测器一般采用真空封装以保证绝热性好。探测材料：氧化钒、非晶硅、钛、钇钡铜氧等氧化钒VOx的TCR 一般为2%~3%，特殊方法制备的单晶态VO2和V2O5可达4%。VOx具有电阻温度系数大，噪声小的特点，被广泛用作非制冷式红外焦平面传感器的热敏材料。全球的非制冷红外热像仪市场中，使用VOx非制冷红外探测器的占80%以上。氧化钒VOx的制备方法：溅射法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法、蒸发法。读出电路IC技术ROIC对微弱的红

外辐射信号产生的电信号进行提取、积分、放大、模数转换。甚至完成片上非均匀性矫正、片上数模转换功能。ROIC是模混合电路系统模拟部分：单元偏置电路、积分电路、采样/保持电路等。数字部分：中央时序控制、行选控制、列选控制等。低成本真空封装技术为了保证探测器光敏元在接收微弱的辐射后，其接收到热能不与其他介质发生热交换，需要把探测器芯片封装在真空中，并保证良好的气密性。封装体的具体要求是：优异且可靠的密闭性；具有高透过率的红外窗口；高成品率；低成本。目前的封装技术可分为芯片级、晶圆级、像元级等，其中芯片级封装技术按照封装外壳的不同又可分为金属管壳封装和陶瓷管壳封装。金属管壳封装是最早开始采用的封装技术，技术已非常成熟，由于采用了金属管壳、TEC 和吸气剂等成本较高的部件，导致金属管壳封装的成本一直居高不下，使其在低成本器件上的应用受到限制。

陶瓷管壳封装是近年来逐渐普及的红外探测器封装技术，可显著减小封装后探测器的体积和重量，且从原材料成本和制造成本上都比传统的金属管壳封装大为降低，适合大批量电子元器件的生产。

2.3 探测器的技术指标X响应率RIRvX噪声等效功率NEPX探测率D*X非均匀性UNX噪声等效温差NETDX最小可分辨温差MRTD

三、非制冷红外探测器应用X消防应用X驾驶员视觉辅助系统X边海防、城市安防、港口监视系统X车载、舰载、机载光电舱X武器热瞄具X医疗诊断X电力检测X工业过程控

制X……

应用案例介绍穿透烟雾、克服雨雾能力强当火灾发生后，尤其是森林火灾的情况下，火焰产生的烟雾很大，往往遮盖了真正的着火点，以及火灾的蔓延趋势。红外热像仪有很强的穿透烟雾的能力，可有效地发现真正的着火点，以及火灾的蔓延趋势，因此，可用于指挥救火，尽量减少经济、人员的损失。

森林景区监测通过红外热像仪对景区文物、建筑及整体环境的防火监测，包括对景区内游客、工作人员抽烟或其他点火行为的监控。

现场救援在浓烟雾的火灾现场，利用红外热像仪快速搜救被困人员和动物。

四、国内外厂商主要产品

五、非制冷探测器技术机遇与挑战高性能的非制冷红外探测器的实现，关键在于探测器结构的设计以及读出电路的设计。低成本的关键因素取决于探测器结构的加工方式，以及探测器的封装方式。像元尺寸不断的减小阵列规模持续增加晶圆级封装及低成本封装工程化应用包含数字化、非均匀性矫正的片上处理系统的读出电路设计

小型化低功耗低成本光学人生= lm_optical = END

非制冷红外焦平面热成像测温系统

非制冷红外焦平面热成像测温系统 红外技术四个主要部分： 1.红外辐射的性质，其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性--反射、折射、衍射和散射；热电效应和光电效应等。 2.红外元件、部件的研制，包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。 3.把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械。 4.红外技术在军事上和国民经济中的应用。由此可见，红外技术的研究涉及的范围相当广泛，既有目标的红外辐射特性，背景特性，又有红外元、部件及系统；既有材料问题，又有应用问题。 而在红外热成像技术研究领域中，红外探测器是核心，探测器的技术水平决定了热成像技术的技术水平。基于光电效应的光子探测器和基于热电效应的热电探测器一直是红外热成像技术的两大支柱。为获得高性能必须在低温(典型的是液氮温度77K)下工作。正是由于需要制冷以及成本等原因，使光电探测器类热成像技术在民用领域仍难形成很大的市场。而热电探测器类热成像技术由于灵敏度和响应速度方面的限制，只有采用热电摄像管的热成像系统(即热电视)获得一些应用，而且一般用于要求较低的民用领域。 但90年代以后，非致冷红外焦平面技术的突破和实用化，使其与致冷红外热像技术相比所具有的低成本，低功耗，长寿命，小型化和可靠性等优势得到很好发挥，成为当前红外热成像技术中最引人注目的突破之一，在军用和民用领域的应用前景将“使传感器领域发生变革”。 非致冷红外焦平面技术属于热电探测器类热成像技术。 其焦平面阵列由热探测器，如测辐射热计、热释电探测器、热电堆等，与硅多路传输器，如CCD、MOSf:EF、C协05读出电路等，通常用锢柱互连而成。 测辐射热计的工作原理是被热绝缘的金属薄膜(典型的是入膜)或半异体薄膜(典型的是氧化钒VOZ或非晶硅a一Si薄膜或多晶硅)在吸收红外辐射时会引起其电阻值的变化实现光电变换。此类探测器可全部采用Si集成电路工艺制作，与51信号处理电路之间可形成单片式结构，不需要低温制冷装置，不需要特殊材料，不需要斩波，制作工艺也成熟。以它为核心制成的红外热成像系统成像清晰度高、重量轻、功耗低、易便携，适于野外工作场所。 热释电探测器的工作原理是由具有良好热释电特性的铁电材料，如错酸铅(PZT)陶瓷、PbTIO，陶瓷、PbTIO:，薄膜和LITao，晶体制成的热探测器与51多路传输器互连而成。其中，LITaO，特性格外好，它不仅有大的热释电系数(p二2.3x1osC/cm)，还有小的介电常数(￡，=54)和高的居里温度(兀二618’’C)。以它为核心制成的红外热像系统灵敏度较高，且适合于红外成像。 本系统结合红外测温技术和非致冷焦平面热成像技术原理，开发并完成了一套非致冷红外焦平面热成像测温系统。 系统建立了非致冷红外焦平面热成像系统测温计算的数学模型;对计算中可能产生的各种误差进行了分析和计算;对系统成像的非均匀性进行了分析和校正;提出了精确测量发射率的新算法;结合热成像的原理对红外热图像的特征进行了分析，对红外热像进行了新型直方图均衡和伪彩色增强等处理。 在降低了成本的同时，保证了精度。 基于辐射源的方法较为常用，其中包括两点校正法，多点校正法，非线性拟合校正法，和低次插值校正法等，基于他们各自的特点，此论文中选用了精度相对比较高的一种：非线性拟合校正法。这种校正方法考虑了光敏单元的非线性响应，使得其校正效果比传统的两点校正算法具有更大的动态范围和更高的精度，同时，每个光敏单元的校正只需要3次乘法和2次

非制冷红外技术及应用

非制冷红外技术及应用 蓝海光学招募：镜头装配主管，镜头销售人员光学人生，你的精彩人生！一、红外热成像技术简介自然界所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体都会发出红外辐射，红外图像传感器则将探测到的红外辐射转变为人眼可见的图像信息。红外成像技术涵盖了红外光学、材料科学、电子学、机械工程技术、集成电路技术、图像处理算法等诸多技术，红外成像装置的核心为红外焦平面探测器。 二、非制冷红外技术概述2.1 非制冷红外技术原理非制冷红外探测器利用红外辐射的热效应，由红外吸收材料将红外辐射能转换成热能，引起敏感元件温度上升。敏感元件的某个物理参数随之发生变化，再通过所设计的某种转换机制转换为电信号或可见光信号，以实现对物体的探测。 非制冷红外焦平面探测器分类2.2 非制冷红外探测器的关 键技术 热释电型红外辐射使材料温度改变，引起材料的自发极化强度变化，在垂直于自发极化方向的两个晶面出现感应电荷。通过测量感应电荷量或电压的大小来探测辐射的强弱。热释电红外探测器与其他探测器不同，它只有在温度升降的过程中才有信号输出，所以利用热释电探测器时红外辐射必须经过调制。探测材料：硫酸三甘肽、钽酸锂、钽铌酸钾、钛（铁

电）酸铅、钛酸锶铅、钽钪酸铅、钛酸钡热电堆由逸出功不同的两种导体材料所组成的闭合回路，当两接触点处的温度不同时，由于温度梯度使得材料内部的载流子向温度低的一端移动，在温度低的一端形成电荷积累，回路中就会产生热电势。（塞贝克效应Seebeck）而这种结构称之为热电偶。一系列的热电偶串联称为热电堆。因而，可以通过测量热电堆两端的电压变化，探测红外辐射的强弱。二极管型利用半导体PN结具有良好的温度特性。与其他类型的非制冷红外探测器不同，这种红外探测器的温度探测单元为单晶或多晶PN结，与CMOS工艺完全兼容，易于单片集成，非常适合大批量生产。热敏电阻型（微测辐射热计）利用热敏电阻的阻值随温度变化来探测辐射的强弱。一般探测器采用悬臂梁结构，光敏元吸收红外热辐射，由读出电路测量热敏材料电阻变化而引起的电流变化，通过读出电路对电信号采集分析并读出。探测器一般采用真空封装以保证绝热性好。探测材料：氧化钒、非晶硅、钛、钇钡铜氧等氧化钒VOx的TCR 一般为2%~3%，特殊方法制备的单晶态VO2和V2O5可达4%。VOx具有电阻温度系数大，噪声小的特点，被广泛用作非制冷式红外焦平面传感器的热敏材料。全球的非制冷红外热像仪市场中，使用VOx非制冷红外探测器的占80%以上。氧化钒VOx的制备方法：溅射法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法、蒸发法。读出电路IC技术ROIC对微弱的红

制冷型探测器在不同大气条件下红外搜索系统作用距离计算问题

制冷型探测器在不同大气条件下红外搜索系统作用距离计算问题 已知条件： 1、制冷型探测器：3~5μ 30μ（像元） 像素：320×240 2、3~5μm 波段在海面情况下（分别针对喷气式飞机和舰艇）传输透过率分析。（晴朗和浓雾） 3、能量计算（探测距离） （1）海面对空 20km ，喷气式飞机，翼展30m （2）海面 20km ，舰艇 （3）相对孔径、透过率 4、非制冷型红外探测器光学系统参数：f′=30~180；F ：2.1；透过率：τ〉70% 求晴朗和浓雾大气条件下红外搜索系统作用距离。 解： 搜索系统的作用距离方程为： 21 2 1 *0])(4[n s f F DD I S υυωσττπα? ?= 其中：i I ： 红外辐射强度 ατ： 大气透过率 0τ： 光学系统透过率 D ： 通光口径 *D ： 探测率 σ： 信号过程因子 F ： 光圈数 ω： 视场角 f ?： 系统带宽 n s u u ：信噪比 对于制冷型波段在3-5μm, 30u (像元) 分辨率为320?240 'f =180mm=18cm F=2.1 晴朗时T=25C ? RH=90% 1) 通过查阅《红外技术》知在3-5μm 波段范围内，飞机的辐射强度 53-I =483.49sr w 2) 大气透过率为大气中水蒸气透过率与大气中CO 2中透过率的乘积即 2 2 CO O H τττα?= 相对湿度为空气中试样水蒸气含量与饱和时水蒸气含量比值

即S RH ρρω = 经查表知25C ?饱和水蒸气的质量为S ρ=22.80 3 m g 则356.42080.22m g RH s w =???=?=ρρ 又因为高度为h 的水平距离X 所具有的透射比等于长度为0X 的等效海平面上透射比即 k P P X X ??? ? ???=0 0 其中P ：高度为h 处的大气压强 P 0：平面上的大气压强 k ：常数 对H 2O 系统k=0.5，对CO 2系统k=1.5 。 又因为根据已知有h=10km d=20km ∴水平距离X=22h d -=221020-=103km 经查表得 当h=10km 时 对于H 2O 系统：k ???? ??0ρρ=0.518 对于CO 2系统：k ??? ? ??0ρρ=0.141 根据以上数据可求得对于水蒸气全路程可凝结水的毫米数为 K O H W W X X O H 220 0W ???? ????=?=ρ ρ ρρ = 4.56?17.32?0.518 = 40.911mm 经查表可得在3-5μm 范围内，可凝结水毫米数为40.911mm 的透过率对所有数值进行加和取平均 ()2 3.0 5.0 3.1 3.2 4.9( /202 2 H O τττ τττ=+++????++ 晴朗） =0.001+0.029+0.084+0.233+0.509+0.768+0.883+0.922+0.961+0.961+0.940+0.92 2+0.883+0.824+0.623+0.465+0.334+0.233+0.172+0.0375）/20 = 0.539 对于CO 2的等效海平面的水平距离为 km X X K CO CO 442.2141.072.132 2 =?=???? ???=ρ ρ 经查表可得在3-5μm 范围内,海平面水平距离为2CO X 的CO 2的透射率的平均值为：

非制冷红外热像仪完整版

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红外成像阵列与系统 —非制冷红外热像仪简述 2013年11月8日 非制冷红外热像仪简述 摘要：非制冷红外热像仪是目前主流的夜视观察仪器之一,因其较高的可靠性在军事领域的低端应用、民用等方面有广阔的前景。它通过被测物体向外界发出的辐射能量来得到物体对应的温度。本文主要就非制冷红外热像仪的测温原理、发展状况、系统设计及其性能参数做简单的分析及介绍。比较了两种不同情况下的测温公式的优劣并且做出了相关推导，简单介绍了基于FPGA的非制冷红外热像仪的电路系统和通用型非制冷红外热像仪的性能参数及其一般测定方法。对以后的红外热成像系统的学习起到了一定帮助。 关键字：非制冷红外热像仪；测温原理；发展状况；系统设计；性能参数 The brief description of uncooled infrared thermal imager Yu Chun-kai, Wang Hui-ting, Qi Xiao-yun, Xu Jian Abstract: Currently, uncooled infrared thermal imager is one kind of mainstream devices on night vision. Because of its high reliability, uncooled infrared thermal imager has a broad prospect of application in military and civil field. It gains temperature of the detected object by the infrared radiation the object emits. This paper simply analyses and introduces temperature measuring principle, development status, system design and performance parameter on uncooled infrared thermal imager. We compared two different temperature measuring formulae in their respective situations and did the relevant derivation. We also introduced the circuit system which based on FPGA in uncooled infrared thermal imager and the performance parameter of general uncooled infrared thermal imager. This paper provides us much promotion about the future study of infrared thermal imaging system.

非制冷红外热像仪版

红外成像阵列与系统 —非制冷红外热像仪简述

2013年11月8日 非制冷红外热像仪简述 摘要：非制冷红外热像仪是目前主流的夜视观察仪器之一,因其较高的可靠性在军事领域的低端应用、民用等方面有广阔的前景。它通过被测物体向外界发出的辐射能量来得到物体对应的温度。本文主要就非制冷红外热像仪的测温原理、发展状况、系统设计及其性能参数做简单的分析及介绍。比较了两种不同情况下的测温公式的优劣并且做出了相关推导，简单介绍了基于FPGA的非制冷红外热像仪的电路系统和通用型非制冷红外热像仪的性能参数及其一般测定方法。对以后的红外热成像系统的学习起到了一定帮助。 关键字：非制冷红外热像仪；测温原理；发展状况；系统设计；性能参数

The brief description of uncooled infrared thermal imager Yu Chun-kai, Wang Hui-ting, Qi Xiao-yun, Xu Jian Abstract: Currently, uncooled infrared thermal imager is one kind of mainstream devices on night vision. Because of its high reliability, uncooled infrared thermal imager has a broad prospect of application in military and civil field. It gains temperature of the detected object by the infrared radiation the object emits. This paper simply analyses and introduces temperature measuring principle, development status, system design and performance parameter on uncooled infrared thermal imager. We compared two different temperature measuring formulae in their respective situations and did the relevant derivation. We also introduced the circuit system which based on FPGA in uncooled infrared thermal imager and the performance parameter of general uncooled infrared thermal imager. This paper provides us much promotion about the future study of infrared thermal imaging system. Key words:uncooled infrared thermal imager; temperature measuring principle; development status; system design; performance parameter

制冷式与非制冷式红外热像仪 菲力尔FLIR

科学/研发应用红外热像仪堪称功能强大的无创性工具。借助一款此类红外热像仪，你可以在设计阶段及早发现问题，以便在发展成更为严重且维修代价高昂的故障之前，将其记录在案并予以纠正。 应用于研发环境的红外热像仪 红外热像仪会接收无法被人眼所察觉热辐射，并将其转化为描绘某个目标物或场景中热量变化的图像。所有温度高于绝对零度的物体均会放射热能，热能由某些波段的电磁波谱辐射出来，而且辐射量会随着温度的上升而增加。FLIR 红外热像仪可用于实时捕获和记录热分布和热变化，有助于工程师和研究人员看清并精确测量设备、产品和工艺过程中的发热方式、热耗散、热泄漏以及其他温度因素。其中部分红外热像仪可区分细微至0.02?C 的温 度变化。它们均搭载了先进的探测技术和高级数学算法，以实现高性能，以及在-80?C 至+3000?C 之间精确测温。研发用红外热像仪系列整合了极高的成像性能和精确的测温功能，并配备强大的分析报告工具和软件，从而造就其成为范围广泛的研究、热试验和产品验证应用的理想之选。制冷式和非制冷式红外热像仪 研发/科学应用的红外热像仪系统拥有大量选择。因此，我们经常听到这样的问题：“我应该使用制冷式还是非制冷式红外热像仪系统？ 哪种系统更具有成本效益？”事实上，如今市场上售有两种类型的红外热像仪系统：制冷式和非制冷式系统。这两种类型的系统的组件成本大相径庭，因而决定选择哪种系统则变得极 为重要。 多年来，科学家、研究人员和研发专家热衷于将红外热像仪运用于广泛的应用领域中，包括工业研发、学术研究、无损检测(NDT)和材料检测，以及国防与航空航天等。但是，并非所有打造的红外热像仪均具有同等的品质功能，或者可用于一些专门的应用。譬如，如要获得精确的测量值，则需要配备高速定格动画功能的先进红外热像仪。 制冷式与非制冷式红外热像仪 配备制冷式探测器的红外热像仪可在快速移动活动中产生清晰的热图像。 FLIR A6700sc 是一款配备制冷锑化铟 (InSb) 探测器的紧凑型红外热像仪，价格极为经济实惠。 FLIR T650sc 非制冷式研发用红外热像仪具有较高的分辨率。高分辨率的图像可获得精确结果和可靠的测温 精确度。 世界第六感

红外探测器主要参数定义

红 外 探 测 器 1．量子效率 在某一特定波长上，每秒钟产生的光电子数与入射光子数之比。对理想的探测器，入射一个光子发射一个电子，1)(=λη。当然实际上不是所有的光子都可以被吸收，因此1)(<λη。 探测器对波长为λ处的量子效率可以表示为： hv P e I S //)(=λη 其中S J h .106260755.634-?=，是普朗克常数，e 是元电荷。 2. 响应率 输出信号电压S 与输入红外辐射功率P 之比即： ）或（W A W V P S R /)/(= 3. 响应波长范围 单色响应率与波长的关系，称为光谱响应曲线或响应光谱。热敏型红外探测器的响应率与波长无关。光电型红外探测器有峰值波长 p λ和长波限c λ。通常取响应率下降到p λ一半所在的波长为c λ。光电探测器只有在小于c λ范围有响应，因此称为选择性红外探测器。

对于光子探测器，仅当入射光子的能量大于某一极小值时才能产生光电效应。就是说，探测器仅对波长小于cλ，或者频率大于的光子才有响应。因此，光子探测器的响应随波长线性上升，然后到某一截止波长cλ突然下降为零。 而热型探测器响应波长无选择性，对可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感，在室温工作。灵敏度低、响应时间偏长，最快的响应时间也在毫秒量级。热释电探测器主要应用于被动式的传感器中，主要应用于防盗报警、来客告知等被动探测以及石油化工、电力等行业的温度测量、温度检测等灵敏度不是很高的场合。此外，热释电材料是还是制备非制冷红外成像设备的重要材料。 常见红外光子探测器及响应波段 4.噪声 如果测量探测器输出的电子系统有足够大的放大倍数，即使没有入射辐射。也可以看到一些毫无规律的电压起伏,它的均方根称为噪声电压N，此噪声来源于探测器中的某些基本的物理过程。探测器的噪声主要有以下几个来源：f/1噪声(闪烁噪声)，暗电流噪声(热噪声)以及光电流噪声。 GaAs/QWIP中的影响很小，不是主f/1噪声为低频噪声，在AlGaAs 要的制约因素。制约器件性能的主要因素是暗电流噪声和光子噪声，即载流

俄罗斯非制冷微测辐射热计红外热成像系统的发展状况

〈综述与评论〉 俄罗斯非制冷微测辐射热计红外热成像系统的发展状况 吴 铮，陆剑鸣，白丕绩，田 萦 （昆明物理研究所，云南昆明 650223） 摘要：简单介绍了俄罗斯在非制冷微测辐射热计红外热成像系统领域的基本状况，“旋风”中央科学技术研究所完全能代表俄罗斯在该领域的发展水平，详细介绍了该研究所开发的多款非制冷微测辐射热计红外热成像系统，最后分析了俄罗斯在非制冷微测辐射热计红外热成像系统领域的发展特点。 关键词：俄罗斯；“旋风”中央科学技术研究所；微测辐射热计；非制冷红外热成像系统 中图分类号：TN216 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2011)08-0443-07 Development Status of Uncooled Thermal Imaging System Based on Microbolometers in Russia WU Zheng，LU Jian-ming，BAI Pi-ji，TIAN Ying (Kunming Institute of Physics, Kunming 650223, China) Abstract：Basic status of uncooled thermal imaging system based on microbolometers in Russia is introduced simply. The Cyclone Central Institute of Science and technology represents the Russia’s developmental level in the field. A variety of uncooled infrared thermal imaging systems based on microbolometers developed by the institute are introduced. At last, the features of Russia developments in the field are analyzed. Key words：Russia，cyclone Central Institute of Science and technology，microbolometer，uncooled infrared thermal imaging system 引言 与制冷型红外热成像系统相比，非制冷红外热成像系统的主要优点是：无需制冷，功耗小，系统更轻便，造价更低廉等。非制冷红外热成像系统在军事和民用领域广为使用，具有极为广阔的市场前景。目前世界各国除了大力发展制冷式红外热成像系统外，也在不遗余力地发展非制冷红外热成像系统。 非制冷红外热成像系统一般采用微测辐射热计红外焦平面探测器和热释电红外焦平面探测器两种类型，它们各有优缺点，从目前世界上非制冷红外热成像系统的发展和装备状况来看，两者的装备量都很大，各自的应用前景都很广阔[1,2]。 与采用热释电红外焦平面探测器的非制冷红外热成像系统相比较，微测辐射热计红外热成像系统的优势在于不需要机械调制器就能工作（而热释电红外焦平面探测器则需要调制器），从而使整个系统功耗较低；此外，在突破了与硅平面工艺的兼容性后，微测辐射热计焦平面探测器具有极高的性价比；同时，微测辐射热计在8～12μm波段里具有较高的灵敏度，这对开发多通道系统来说具有极大的潜力。 采用大规模探测阵列的非制冷凝视型微测辐射热计红外热成像系统于上个世纪90年代开始研制开发，目前已经达到了工业量产化水平阶段。目前微测辐射热计红外焦平面探测器一般采用氧化钒（VO x）或多晶硅、非晶硅两种材料[3]。 作为世界军事强国之一的俄罗斯，除了大力发展各种制冷式红外热成像系统外，也在不断发展包括微测辐射热计焦平面在内的非制冷红外热成像系统，并取得了显著成效。 1 俄罗斯非制冷微测辐射热计红外热成像系 统的基本状况 按照前苏联的专业分工，在俄罗斯的非制冷红外

非制冷红外热像仪的Petzval型物镜的研制与分析[1]

非制冷红外热像仪的P etzv al型物镜的研制与分析33 张云翠1,233,孙　强1,卢振武1 (1.长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;2.中国科学院研究生院,北京100039) 摘要:研制了应用在长波红外热成像中的Petzval型物镜,工作波段为8～12μm,F数为1,焦距为90mm,视场为12.6°,空间分辨率为0.5mrad,透镜材料均为G e。使用折/衍混合器件作为色差校正器件代替1片负透镜,光学器件的重量从0.50kg减轻到0.38kg,衍射面采用金刚石车削技术进行加工。利用Video光学调制传递函数仪对系统性能进行了检测,检测值的下降不超过设计值的3%。分析了衍射器件的衍射效率对调制传递函数的影响。 关键词:红外;热成像;衍射器件;非制冷探测器 中图分类号:O436 文献标识码:A 文章编号:100520086(2007)0320270203 M anu factu re and A nalyse of P etzv al Objective Lens of U ncooled I nfrared Im aging Sys2 tem ZHANG Yun2cui1,233,SUN Qiang1,LU Zhen2wu1 (1.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,CAS,Changchun130033,China;2.G raduate School of CAS,Beijing100039,China) Abstract:This paper introduces the design of an infrared thermal imaging Petzval objective lens.The focal length of the opti2 cal system is90mm,the F2number is1,the field of view is12.6°,and the material of the total two lenses is G ermanium.A diffractive/refractive lens is used instead of a negative lens to eliminate chromatic aberration,and it is fabricated by diam ond turning technology,which makes the weight of optical elements of this system decrease from0.5kg to0.38kg.The design and detection of MTF is given and the conclusion is educed that the tested MTF reduces no more than3%compared with the design quantity.The influence of diffraction efficiency with wavelength on the MTF is analyzed. K ey w ords:infrared optics;thermal imaging;diffractive optical element;uncooled detector 1　引　言 采用非制冷长波红外探测器阵列的热像仪相对制冷型仪器具有价格低、重量轻、功耗小和结构紧凑等优势,具有广泛的市场[1～4]。 非制冷热像仪光学系统为快光学系统,一般采用正负正3片透镜即可满足要求。近年,采用金刚石车削技术加工连续位相的衍射器件已应用在减少透镜数量的技术中[5～8]。采用衍射器件,只需2片透镜就能够达到与3片透镜相同的成像质量,而且能够提供额外的自由度校正色差。在过去的几年里, W ood等对衍射器件在红外光学系统的应用进行了色差校正、热差校正等的研究,考虑了加工公差对成像质量的影响,但是没有分析衍射效率下降的影响。本文重点研究了应用衍射器件的长波红外成像Petzval型物镜的设计,给出了光学传递函数的检测结果,讨论了衍射效率对成像质量的影响。2　系统设计 系统性能参数为:工作波段为8～12μm,F数为1,焦距为90mm,视场为12.6°,空间分辨率为0.5mrad,透镜材料均为G e。初步确定系统由2片透镜组成,光焦度均为正,其中大部分光焦度由第1片透镜承担,第2片透镜将物体经过第1片透镜成的像重新成像在非制冷探测器的像面上。利用ZEMAX 进行光学系统设计,首先确定系统的初始结构,需要满足以下两个方程。 1)光焦度分配方程 ∑n 1 h iΦi=Φ(1)式中:Φj为器件的光焦度;h i为近轴光线在透镜上的入射高度;Φ为系统的光焦度。 2)消色差方程 光电子?激光 第18卷第3期　2007年3月 J ournal of Optoelect ronics?L aser Vol.18No.3　Mar.2007 3 收稿日期:2006204226　修订日期:2006207204 　3　基金项目:国家自然科学基金资助项目(60507003);云南省省院省校科技合作计划资助项目(2004yx30);应用光学国家重点实验室开发基金资助项目(DA04Q03) 　33E2m ail:zhangyuncui2@https://www.wendangku.net/doc/157540202.html,

非制冷红外成像技术与市场趋势-2016年

《非制冷红外成像技术与市场趋势-2016版》 Uncooled Infrared Imaging Technology & Market Trends 2016 购买该报告请联系： 麦姆斯咨询王懿 电子邮箱：wangyi#https://www.wendangku.net/doc/157540202.html,（#换成@） 麦姆斯咨询：在动态的红外成像市场中，厂商、技术和产品越来越多，因此竞争愈发激烈。2016~2021年，预计非制冷红外成像仪出货量的复合年增长率为15.8%。 受益于新应用拓展和价格下降，非制冷红外热像仪市场不断扩大 目前，红外业务主要由商业市场驱动，并将继续扩大市场规模。展望未来五年，商业市场出货量的复合年增长率为16.8%，到2021年将占整个红外市场规模的92%份额。商业市场主要有三大领域：热像仪（预计2021年出货量将达52.1万台）、汽车（预计2021年出货量将达28.4万台）、监控（预计2021年出货量将达24.8万台）。 2015年，热成像仍然是最主要的商业市场（包括营收和出货量两方面）。自2013年起，Fluke 和FLIR已经推出了几款低价新品，刺激了市场营收增长。超低端红外市场的产品价格下降明显，视觉温度计（visual thermometers）售价仅几百美元，例如FLIR TG130售价为200美元。热像仪的出货量将从2015年的21.2万台增至2021年的52.1万台，复合年增长率为16%。低端热成像仪的市场需求也促使低分辨率红外技术的发展和应用，如热释电、热电堆和热电偶。 2015年，由于价格下滑和供应商越来越多，监控市场的出货量增长了32%。一直以来，热成像摄像机主要应用于重要的高端监控和政府基础设施。然而，随着价格不断下降，新的市政和商业应用正在涌现，包括交通状况、停车场、发电站和光伏电站等。 2015年，汽车市场的出货量增长率15%，但是相比2014年的增速（30%）下降了不少。2015年整个汽车市场的出货量（包括OEM和后装市场）不到10万台，营收为6100万美元，也显示了较强的价格侵蚀现象。由于价格原因，长波红外（LWIR）夜视系统目前还仅限于高档汽车。预计2017年欧洲的中档汽车将配备奥托立夫的长波红外产品。从长期来看，好几家一级供应商都对长波红外技术很有兴趣，主要应用是自动驾驶汽车。但是，其它一些汽车制造商会考虑长波红外技术的性价比，认为目前的价格仍然太高，并且也不是自动驾驶汽车的必备技术。 Yole报告将完整地介绍长波红外成像仪的市场现状和预测，以及主要应用及发展动向。

红外探测器简介

红外探测器 设计研发部-平 一、红外探测器市场以及应用领域 红外探测技术目前主要分为近红外、中红外和远红外三种研究领域。其中，中红外探测技术由于中红外线的高强度和高穿透性，应用最为广泛，研究也最为成熟；远红外的主要优点就是其穿透性，可用于探测、加热等，应用也比较广泛。近红外，由于其包含氢氧键、碳氢键、碳氧键等功能键的特征吸收线。大气中的水气、二氧化碳、大气辉光等也集中在这个波段。特有的光谱特性使得短波红外探测器可以在全球气候监测、国土资源监测、天文观测、空间遥感和国防等领域发挥重大作用。红外探测器广泛应用于军事、科学、工农业生产和医疗卫生等各个领域，尤其在军事领域，红外探测器在精确制导、瞄准系统、侦察夜视等方面具有不可替代的作用。随着红外探测技术的飞速发展，红外探测器在军事、民用等诸多领域都有着日益广泛的应用。作为高新技术的红外探测技术在未来的应用将更加广泛，地位更加重要。 小型红外探测器是受价格驱动的商品市场，而中型和大型阵列探测器则是受成本和性能驱动的市场，并且为新产品提供了差异化的空间。但是在每种红外探测器技术（如热电/热电偶/微测辐射热计）之间存在着巨大的障碍。由于这些技术都是基于不同的制造工艺，如果没有企业合并或收购，很难从一种技术转换到另外一种技术。 红外探测器已进入居民日常安防中，其中主动式红外探测器遇到

树叶、雨、小动物、雪、沙尘、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。主动红外探测器技术主要采用一发一收，属于线形防，现在已经从最初的单光束发展到多光束，而且还可以双发双收，最大限度地降低误报率，从而增强该产品的稳定性，可靠性。据美国相关公司市场调研分析师预测，全球军用红外探测器需求额有望在2020年达到163. 5亿美元，复合年均增长率为7. 71%。 红外探测器按探测机理可分为热探测器和光子探测器，按其工作中载流子类型可以分为多数载流子器件和少数载流子器件两大类，按照探测器是否需要致冷，分为致冷型探测器和非致冷型探测器。非致冷探测器目前主要是非晶硅、氧化钒和InGaAs等探测器，致冷型探测器主要包括碲镉汞三元化合物、量子阱红外光探测器Ⅱ类超晶格等。在过去的几十年里，大量的新型材料、新颖器件不断涌现，红外光电探测器完成了第一代的单元、多元光导器件向第二代红外焦平面器件的跨越，目前正朝着以大规模、高分辨力、多波段、高集成、轻型化和低成本为特征的第三代红外焦平面技术的方向发展。 二、焦平面红外探测器应用现状 热探测器的应用早于光子探测器。热探测器包括热释电探测器、温差电偶探测器、电阻测辐射热计等。热探测器具有宽谱响应、室温工作的优点，但是它响应时间较慢、高频时探测率低，目前主要应用于民用领域。光子探测器是基于光电效应制备的探测器，通过配备致冷系统，具有高量子效率、高灵敏度、低噪声等效温差、快速响应等优点。在军事领域，光子探测器占据主导地位。常用的光子探测器有

非制冷红外热像仪融资投资立项项目可行性研究报告(中撰咨询)

非制冷红外热像仪立项投资融资项目可行性研究报告 (典型案例〃仅供参考) 广州中撰企业投资咨询有限公司 地址：中国〃广州

目录 第一章非制冷红外热像仪项目概论 (1) 一、非制冷红外热像仪项目名称及承办单位 (1) 二、非制冷红外热像仪项目可行性研究报告委托编制单位 (1) 三、可行性研究的目的 (1) 四、可行性研究报告编制依据原则和范围 (2) （一）项目可行性报告编制依据 (2) （二）可行性研究报告编制原则 (2) （三）可行性研究报告编制范围 (4) 五、研究的主要过程 (5) 六、非制冷红外热像仪产品方案及建设规模 (6) 七、非制冷红外热像仪项目总投资估算 (6) 八、工艺技术装备方案的选择 (6) 九、项目实施进度建议 (6) 十、研究结论 (6) 十一、非制冷红外热像仪项目主要经济技术指标 (8) 项目主要经济技术指标一览表 (9) 第二章非制冷红外热像仪产品说明 (15) 第三章非制冷红外热像仪项目市场分析预测 (15) 第四章项目选址科学性分析 (15) 一、厂址的选择原则 (15) 二、厂址选择方案 (16) 四、选址用地权属性质类别及占地面积 (16) 五、项目用地利用指标 (17) 项目占地及建筑工程投资一览表 (17) 六、项目选址综合评价 (18)

第五章项目建设内容与建设规模 (19) 一、建设内容 (19) （一）土建工程 (19) （二）设备购臵 (20) 二、建设规模 (20) 第六章原辅材料供应及基本生产条件 (20) 一、原辅材料供应条件 (20) （一）主要原辅材料供应 (20) （二）原辅材料来源 (21) 原辅材料及能源供应情况一览表 (21) 二、基本生产条件 (22) 第七章工程技术方案 (23) 一、工艺技术方案的选用原则 (23) 二、工艺技术方案 (24) （一）工艺技术来源及特点 (24) （二）技术保障措施 (24) （三）产品生产工艺流程 (25) 非制冷红外热像仪生产工艺流程示意简图 (25) 三、设备的选择 (25) （一）设备配臵原则 (25) （二）设备配臵方案 (26) 主要设备投资明细表 (27) 第八章环境保护 (27) 一、环境保护设计依据 (28) 二、污染物的来源 (29) （一）非制冷红外热像仪项目建设期污染源 (30) （二）非制冷红外热像仪项目运营期污染源 (30)

非制冷红外成像技术及其应用

非制冷红外成像技术及其应用 蔡毅 昆明物理研究所，云南，昆明，650223 摘要：红外成像技术与微光图像增强技术是夜视技术的主要组成部分。非制冷红外成像技术包括量子型和热探测型成像技术两种，都是红外热成像技术的最新成就之一。在本文中，比较了这两种技术的特点，讨论了非制冷红外成像技术的优点、发展趋势和应用。 关键词：非制冷，红外成像，应用 Uncooled Infrared Imaging Technology and It’s Application CAI Yi Kunming Insitute of Physics, Kunming, Yunnan, P.R.China, 650223 Abstract: Night vision technology includes low-light-level image intensifier technology and infrared image technology. Uncooled infrared imaging technology is one of the newest achievements of infrared thermal imaging technology. Characterizations of the low-light-level image intensifier and Uncooled infrared imaging technologies are compared, then advantage, development and application of Uncooled infrared imaging technology is discussed in the paper. Keywords: Infrared Imaging，Uncooled Infrared Imaging，Application 1．红外成像技术与微光图像增强技术的比较 用于夜间观察的微光和热成像装置一般由信号接收、转换、处理和显示等四大部分组成。实现夜间观察不同的技术路线，必然要在这四大部件上反映出来。 夜间观察的基本矛盾是光强不足。解决问题的办法有：1）尽可能多的得到光能量，例如使用大口径望远镜，就可以有限的改善人眼在黄昏和明亮的夜晚的观察能力；微光和热成像装置也使用大口径的望远镜，如有的地面用热像仪口径达到245毫米；2）设法对光信号进行放大，不同的技术基础形成不同的技术路线；如应用真空光电子技术形成了一系列的微光成像器件，而以红外物理、半导体、微电子、真空、制冷、精密光学机械等技术则形成了一系列的热成像仪（TI）。3）在红外光谱波段观察目标的红外图像，克服光强不足的困难。如在微光技术中，将光电阴极的光谱响应延伸到近红外区，可以获取目标表面反射的近红外光，得到更多的光能量，改善微光成像器件的成像质量。而直接获取目标自身发射的热辐射信息，在长波红外区观察目标的热图像，则实现了真正意义上的夜视。 在微光图像增强器（L3I）中，用光电阴极将微弱的可见光和近红外光图像转换成相应的电子密度图像，其光阴极是连续和均匀的一个薄膜。在红外成像仪（IRI）中，用若干个分离探测元组成的探测器列阵将红外光转换成电信号。 微光成像器件的信号处理有五大特点：1）信号并行处理，2）信号在空域处理，3）信号是电子数量，4）信号是模拟量，5）信号原位处理。在半导体、微电子技术还不发达时，电真空技术的这些特点占尽优势，成为夜视技术的主流。 非制冷焦平面组件（UFPA）的信号处理有五大特点：1）信号串行处理，2）信号在时域处理，3）信号是电脉冲电平值，4）信号是数字量，5）信号分离处理，便于进行复杂的图像处理 163

非制冷探测器

1 概非制冷探测器技术发展.doc况 自上世纪90年代，非制冷凝视型红外热像仪迅速进入应用市场。这种热像仪与制冷型凝视红外热像仪相比，虽然在温度分辨率等灵敏度方面还有很大差距，但具有一些突出的优点：不需制冷，成本低、功耗小、重量轻、小型化、启动快、使用方便、灵活、消费比高。 至今，非制冷红外焦平面阵列(FPA)技术已由小规模发展到中、大规模320×320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（F PA）。像素尺寸也由50μm减小到25μm，使焦平面灵敏度进一步提高。这种非制冷红外成像系统在军用和民用领域应用越来越广泛，部分型号产品已装备部队，尤其在轻武器（枪械）瞄准具、驾驶员视力增强器、单兵头盔式观瞄、手持式（便携）热像仪等轻武器，以及部分导弹的红外成像末制导等方面，非致冷热像仪在近年内有望部分取代价格高、可靠性差、体积大而又笨重的制冷型热成像系统。 2 现状 1978年美国Texas Instruments在世界上首次研制成功第一个非制冷红外热像仪系统，主要红外材料为α-Si（非晶硅）与BST(钛酸锶钡)。1983年美国Honeywell开始研制室温下的热探测器，使用了硅微型机械加工技术，使热隔离性提高，成本降低。1990-1994年美国很多公司从Honeywell获技术转让，使以VOx（氧化钒）为探测材料的非制冷探测器得到了迅速广泛发展。VOx材料具有较高的热电阻系数，目前世界上性能最好的非制冷探测器就是采用VOx材料制备的，主要采用8~14μm波段3 20×240和160×120元的非制冷FPA器件，其结构按部件功能模块化（诸如，光学模块、FPA组件模块、信号读出处理电路模块和显示模块）。目前市场上有热像仪整机产品，也有各种功能模块单独出售，供用户选用。 3 国外主要几家公司研制生产状况 目前，国际上美国、法国、英国和日本的非制冷红外探测器研制生产水平居世界领先水平。英国的公司主要是BAE公司，正在研制生产PST-锆钛酸铅和BST-钛酸锶钡混合结构的热释电型陶瓷探测器，单元式结构的正在研制。