红外热成像技术介绍.ppt

,红外热成像技术介绍,北京波谱华光科技有限公司,目录,一、企业介绍 二、技术内容 三、应用领域,中国电子科技集团公司第十一研究所, 1956年建所-是共和国建立的第一个电子元器件 和材料研究所 1958年建立红外技术研究室 1964年建立激光技术研究室,专业方向：研制为导弹、核武器、空间技术及常规 兵器配套的红外、激光产品。, 1970年全所转向为激光红外专业技术研究所，是 我国最早以军事应用为目标的光电技术研究所。,中国光学光电子行业协会理事长单位 中国电子学会量子学与光电子学分会挂靠单位 总装备部军用光电子技术专业组组长单位 军用固体激光技术国防科技重点实验室依托单位 国家固体激光工程技术研究中心依托单位 全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会 主任委员和秘书处单位,中国电子科技集团公司第十一研究所,北京波谱华光科技有限公司,中国电子科技集团公司第十一研究所控股公司 十一所非制冷红外领域的代表 主要面向军用配套市场和民品市场，业务形式以OEM和ODM为主。 成熟的红外整机和光电系统研发和生产能力,自然光的分光现象,Sir Isaace Newton, 1660,牛顿通过三棱镜实验发现，自然光可分解不同的色光； 今天我们知道，光的颜色代表了其频率；,红外辐射现象的发现,Visible,Infrared,Ultraviolet,Sir William Herschel, 1800,赫胥黎的研究： 用温度计测量不同色光所含的热量； 结论： 红光所含热像最高，紫光最低； 红光之外还存在更“热”的光；,红外辐射是一种电磁波,红外辐射特性,红外辐射是一种电磁波，位于可见光的红光之外直至毫米波段，波长为0.71000um 自然界中一切温度高于绝对零度（即零下273）的物体均可向外辐射红外线 红外辐射以光速传播（299.793km/s） 红外辐射不能被人眼感知,红外目标,自主产生热辐射太阳、火焰、生物、发动机、尾焰 吸收热辐射后释放大气、陆地、砂石、金属 蒙皮效应飞机、汽车轮胎 红外辐射吸收体水、玻璃,三个大气窗口,大气对红外辐射的传播具有一定的吸收作用 二氧化碳、水蒸气、甲烷、气溶胶 因此在大气中形成三个可以透过红外辐射的“窗口”： 短波13um 中波35um 长波814um,各种大气现象对红外传播的散射,瑞利散射粒子半径远远小于红外波长，由气体分子引起，影响轻微 弥式散射粒子半径与红外波长接近，散射系数与波长四次方成反比 无选择性散射粒子半径远远大于红外波长，散射与波长无关 雾弥式散射，粒子半径中等，粒子浓度低 云弥式散射，粒子半径中等，粒子浓度高 霾弥式散射，粒子半径小，浓度低 雨无选择性散射,红外探测器的早期研究,研究主要集中在近红外 非完全被动，需借助星光 四十年代出现军用微光夜视仪（美国）,红外探测器的发展,第一代：单元器件、多元器件、Sprite器件五十年代 第二代：线列器件六十年代 第三代：焦平面（FPA）七十至八十年代以后 MCT中波、长波 InSb中波 QWIP（GaAs）中波、长波，90年代后出现 微辐射热计（Microbolometer）长波非制冷 第四代：以超大规模和多光谱为发展方向目前正在研究，已有部分成品,红外探测器,红外探测器的分类,光子型探测器 吸收红外辐射后，产生光电效应，即光子激发成传导电子而形成电信号；响应时间短，对波长有选择性；又可分为光导、光伏、光磁电等类型。 热探测器 吸收红外辐射后，内部产生温度的变化，而温度的变化又引起物理性质的变化；响应时间长，对波长无选择性；又可分为气动探测器、测辐射热计、温差电偶、和热电探测器等类型。,光子型探测器,光子探测器是利用了材料的内光电效应，红外光子直接把材料束缚态电子激发成传导电子，参与导电，实现了光电转换。电信号大小与吸收的光子数量成比例。按电信号输出的不同原理，光子探测器又分为光电导、光伏、光磁电探测器。 光电导探测器是当红外辐射照射到探测器上之后，引起它的电阻发生变化，从而可探测出入射辐射的强弱。这种探测器有时也称为光敏电阻。器件有PbS、PbSe、Ge:Hg、InSb、MCT等。 光伏探测器是利用了半导体p-n结的特性，当它受到红外辐射的照射以后，载流子(即带负电的电子和带正电的空穴)被p-n 结所分开，在p-n 结两端建立起一个电场，这个电场的大小就表示了入射红外辐射的强弱。器件如InSb、MCT、TeSnPb、PtSi等。 光磁电探测器由于需要在探测器芯片上要外加磁场，结构复杂，不常使用，器件有InSb、MCT等。 光子探测器为对波长有选择响应的探测器，如: 13m PbS（硫化铅） 35m PbSe（硒化铅） InSb（锑化铟） MCT（碲镉汞HgCdTe） PtSi(硅化铂) QWIP（量子阱） 814m G:Hg(锗掺汞) PbSnTe(碲锡铅) MCT(碲镉汞) QWIP(量子阱),热探测器,传感器被入射的红外辐射加热 温度变化的测量可由下列方式得到 电阻变化（测辐射热计） 热电结（TE传感器） 热释电效应 油膜蒸发（蒸发图案） 半导体吸收边缘移动 热弹性效应 液晶色变 气体压力改变（高利元件）,非制冷红外探测器,制冷型红外的缺陷成本高、寿命短 20世纪70年代末，美、英军方制定秘密计划： 发展非制冷焦平面， 目的是发展出用户买得起和用得起的热成像仪。 ULISUncooled Low-cost Infrared Sensor,非制冷红外探测器,早期有用热释电材料制成的摄像管，并制成了热电视(红外电视)。 1992年公布了非制冷焦平面的研制结果。采用的探测器材料主要为两种，即热释电和测辐射热计。采用热释电材料的有:美国TI公司1987年研制出了100100元的BST，NETD 0.5，1990年对交付的第一个成像阵列进行评估，更大的焦平面阵列达到了所希望的0.3的指标，测得NETD为0.08，1993年328 245元的阵列，像元中心距为48.5m。对系统进行测试所获得的NETD在使用f/1光学时小于0.04 。英国在1988年研制出了100100元的PZT。1991年美国Loral公司研制出了192128元的热释电器件，NETD小于0.07。采用测辐射热计的主要是美国Honeywell公司,该公司在1985年研制的80000元电阻型测辐射热计的NETD= 0.3。1990年采用氧化钒的336240元阵列制作了第一个便携式热像仪，获得的NETD=39mK (F=1)。此后，无论是热释电还是测辐射热计，320240系列的器件和热成像出现了很多。九十年代末以来探测器的尺寸减小到了30m左右，出现了640480系列的阵列，产品的NETD达到了50mK以下。目前多家公司已经演示了此种热像仪。前几年已经报道了1024规格的产品。,非制冷红外探测器,红外热像仪的组成,红外探测器 驱动电路 制冷机（制冷型具备） 红外光学镜头 外形及其他接口、结构配件,机芯,红外光学,红外仪器中的光学元件，如透镜、转鼓(棱镜)、窗口(包括杜瓦瓶的窗口)、滤光片、调制盘等，均需要光学材料。红外光学材料除一般光学玻璃所具备的光学、物理、化学、热、机械等性能外，还要求在红外波段内具有良好的透过率。 常用的红外光学材料为Ge，少量使用ZnS等,光学镀膜,红外光线材料的折射率较高，反射损失大，因而透过率较低，而且反射光线还将引起象质变差。镀增透膜对于透射式红外光学元件是必不可少的工艺，它不但提高了光学元件透过率，还对光学材料起到了保护作用，避免了某些材料的潮解等损伤。由图可以看到，未镀增透膜的Ge片透过率很低,镀增透膜可以根据需要在35微米或814微米的工作波段提高透过率。图中所示为814微米工作波段的曲线。,不受光照条件影响,可穿透烟、雾,对比技术微光夜视,作用距离很短 成像质量差 受外部光源影响极大，无法避免过曝 不能穿透烟、雾,对比技术红外LED主动照明,作用距离较短数十米 寿命问题 专利问题 受外部光源影响极大，无法避免过曝