紅外焦平面探測(cè)器
一、引言
本世紀(jì)中超大規(guī)模集成電路和微電機(jī)械加工（MEMS）技術(shù)的發(fā)展，使紅外探測(cè)器技術(shù)取得了驚人的進(jìn)展，紅外焦平面陣列技術(shù)是這種技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。因紅外探測(cè)的隱蔽性和有效性，其應(yīng)用領(lǐng)域主要是軍事方面，對(duì)該技術(shù)的迫切期望使之成為軍方的“寵兒”。特別是冷戰(zhàn)軍備競(jìng)賽，軍方投入巨資使紅外探測(cè)技術(shù)發(fā)展突破了前進(jìn)道路上一個(gè)又一個(gè)的障礙，使紅外探測(cè)器技術(shù)從30年代單一的PbS器件發(fā)展到現(xiàn)在的多個(gè)品種，包括InSb、HgCdTe、PtSi、InGaAs、GaAlAs、非本征硅等量子探測(cè)器、 Vox、PZT、多晶硅和非晶硅等熱探測(cè)器；從單元器件發(fā)展到目前焦平面信號(hào)處理的大型紅外焦平面探測(cè)器。其陣列集成規(guī)模已高達(dá)2048′2048元[2]，從低溫工作發(fā)展到了目前的77K或室溫工作陣列，特別是近年的發(fā)展已接近于可見(jiàn)光CCD、APS和CMOS圖像傳感器的水平。同時(shí)紅外探測(cè)技術(shù)正在急速地拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)，迅速地滲透到廣闊的商用領(lǐng)域，改變其長(zhǎng)期以來(lái)主要用于軍用領(lǐng)域的狀況。
二、器件制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
1、陣列集成規(guī)模將進(jìn)軍4K′4K
超大規(guī)模微電子集成電路制造技術(shù)是實(shí)現(xiàn)紅外焦平面陣列工作的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。由于過(guò)去30年間存儲(chǔ)器芯片尺寸和微處理器技術(shù)所取得的進(jìn)步，預(yù)期未來(lái)10~20年間仍將保持穩(wěn)步攀升的勢(shì)頭。而可見(jiàn)光Si-CCD 器件焦平面集成尺寸在90年代中期已達(dá)到16M（4096′4096像元）。DRAM和Si-CCD的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)2K′2K以上乃至4K′4K（16M）紅外焦平面集成開(kāi)辟了道路。
紅外焦平面陣列由紅外焦平面探測(cè)器和硅信號(hào)處理多路傳輸器組成，其集成發(fā)展要比DRAM和Si-CCD晚1~2代。目前的PtSi和短波HgCdTe陣列已達(dá)到了2K′2K的水平，預(yù)計(jì)到2005年焦平面陣列集成規(guī)?？蛇_(dá)4096′4096。陸軍研究實(shí)驗(yàn)室、雷聲公司和洛克威爾國(guó)際科學(xué)中心采用分子束外延（MBE）工藝在Si片上生長(zhǎng)制作1K′1K和2K′2K的陣列已經(jīng)取得很大進(jìn)展。
2、探測(cè)器元尺寸
為實(shí)現(xiàn)1M級(jí)以上的高密度焦平面陣列集成，縮小探測(cè)器元尺寸是必要的。目前的大型陣列如柯達(dá)KIR-3900型PtSi 1968×1968元陣列像元尺寸為17′17mm2，洛克威爾PACE-1型2048′2048元HgCdTe 短波焦平面陣列的設(shè)計(jì)規(guī)格為0.8mm，像元尺寸18′18mm2 [2]，雷聲公司和噴氣式推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室分別為8~9mm2和14~15mm2，洛克希德馬丁公司的640′480元非致冷陣列為28′28mm2，這些像元尺寸都已大大縮小。相應(yīng)的信號(hào)處理讀出集成電路多路傳輸器技術(shù)必須能滿足發(fā)展這種高密度大型陣列的需求，如洛克威爾HAWAⅡ-2 2048′2048位CMOS多路傳輸器讀出集成電路（ROIC），其光刻的每一、四象限曝光區(qū)精度達(dá)0.05mm，晶體管數(shù)達(dá)1300萬(wàn)個(gè)，目前的這一水平已是非常高的了。預(yù)計(jì)在這一基礎(chǔ)上像元尺寸還會(huì)進(jìn)一步縮小。對(duì)于SWIR和MWIR探測(cè)器，可由下式來(lái)量化推斷其像元尺寸：
d=2.44λf[5]式中：d—衍射限制光斑尺寸；
λ—波長(zhǎng)；
f—聚焦透鏡的焦距。
對(duì)于f/2.0光學(xué)透鏡，5mm波長(zhǎng)的光斑尺寸為25mm2，目前的MWIR 480′640元生產(chǎn)陣列，其像元尺寸為20mm。把用戶通常超取樣的因素考慮進(jìn)去，像元尺寸可縮小到12mm數(shù)量級(jí)，甚至可縮小到10mm。原則上說(shuō)來(lái)，長(zhǎng)波陣列像元減小尺寸不會(huì)明顯低于20mm，但預(yù)期由于讀出設(shè)計(jì)和超取樣，終的中波和長(zhǎng)波陣列像元尺寸也將會(huì)一樣小。
3、雙色和多色陣列
雙色和多色工作的紅外焦平面陣列傳感器將是2020年前發(fā)展的重要課題。由于軍事和空間應(yīng)用的推動(dòng)與牽引，雙色傳感器已取得了顯著的進(jìn)展，像美國(guó)加州理工大學(xué)、噴氣式推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、洛克希德馬丁等軍事和航天部門都在加緊發(fā)展這種傳感器，目前陣列已高達(dá)640′480元的焦平面陣列，是一種采用GaAlAs/GaAs量子阱結(jié)構(gòu)的雙色傳感器[1]。同時(shí)有關(guān)專家已研制出雙色陣列攝像機(jī)，2~3年后將投入生產(chǎn)，其性能與單色傳感器攝像機(jī)一樣好，預(yù)期其用量將不斷增長(zhǎng)。在雙色紅外焦平面陣列技術(shù)取得的成果基礎(chǔ)上，將繼續(xù)發(fā)展三色或四色紅外焦平面陣列技術(shù)。
4、主流傳感器將是廉價(jià)的非致冷紅外焦平面陣列
雖然致冷工作的光量子型焦平面陣列技術(shù)已發(fā)展了數(shù)十年的時(shí)間，取得了舉世矚目的進(jìn)展，但由于需致冷到約77K低溫工作，這對(duì)于降低價(jià)格和實(shí)現(xiàn)小型高密度的便攜式系統(tǒng)不利，妨礙了其推廣應(yīng)用。無(wú)論廣大的商用市場(chǎng)或軍用市場(chǎng)都迫切需要一種既能滿足應(yīng)用且價(jià)格低廉的消耗性紅外傳感器。光量子型紅外焦平面陣列技術(shù)雖然具有低的靈敏度，但卻不能滿足第二個(gè)條件。由于非致冷紅外焦平面陣列微橋結(jié)構(gòu)的靈敏度已達(dá)到第一代和第二代致冷焦平面陣列之間的水平，其NETD通常優(yōu)于0.1K，可達(dá)0.05K[1]，目前telops的紅外熱像儀產(chǎn)品普遍可以達(dá)到14 mK，這個(gè)精度已經(jīng)達(dá)到軍用科研級(jí)別，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)商業(yè)應(yīng)用的要求。如薩爾洛夫公司用Si3N4作絕緣層的陣列設(shè)計(jì)時(shí)，其NETD可達(dá)到0.05K，用 SiC時(shí)為0.01K，雷聲公司已演示了320′240元的雙層結(jié)構(gòu)傳感器攝像機(jī)[6]，其像元尺寸為25′25mm2。而通常的商用紅外攝像機(jī)系統(tǒng)的靈敏度在0.08~0.1K，目前洛克希德馬丁公司的640′480元非致冷紅外攝像機(jī)的靈敏度<150mK（F/1，30Hz）[7]、可分辨的溫度<0.40℃（尼奎斯特頻率）。未來(lái)的靈敏度提高將向焦平面理論值—0.002K的方向努力（50mm2像元尺寸），預(yù)計(jì)2020年前將發(fā)展成為今后紅外焦平面陣列技術(shù)發(fā)展的主流傳感器，從而成為滿足軍用和商用的高密度小型化的廉價(jià)消費(fèi)性傳感器，其機(jī)型將類同于可見(jiàn)光Si-CCD一體化攝錄機(jī)。
總之，在紅外探測(cè)方面，未來(lái)紅外焦平面探測(cè)器的發(fā)展，一是探索新穎的器件結(jié)構(gòu)，二是采用改進(jìn)的材料，以獲得更高集成密度的廉價(jià)焦平面陣列傳感器，同時(shí)大幅度地提高陣列性能，而長(zhǎng)期形成的1~3mm，3~5mm和8~14mm三個(gè)紅外探測(cè)窗口的概念不會(huì)變化。
三、拓展應(yīng)用
長(zhǎng)期以來(lái)，紅外探測(cè)器主要應(yīng)用于為數(shù)有限的高級(jí)軍用系統(tǒng)裝備。隨著紅外焦平面陣列技術(shù)的飛速發(fā)展，使其在軍用和民用方面，有了潛在性的大批量應(yīng)用前景。
1、多光譜和超光譜遙感
從空間對(duì)地球陸地和海洋的監(jiān)察在民用和軍用方面都具有重要的意義。事實(shí)上，發(fā)達(dá)國(guó)家一直都在發(fā)展多光譜和超光譜遙感技術(shù)。由于器件技術(shù)的限制，目前為止大多采用可見(jiàn)光—近紅外（VIS-NIR）成像光譜儀。由于紅外焦平面陣列技術(shù)已由單像元單色發(fā)展到雙色，并向三色、四色的方向發(fā)展，預(yù)計(jì)2020年前將獲得超光譜應(yīng)用的能力。目前雙色凝視焦平面陣列的野外測(cè)試已在進(jìn)行[8]。同時(shí)采用光譜濾波器線陣多色焦平面可實(shí)現(xiàn)覆蓋可見(jiàn)光到長(zhǎng)波紅外的探測(cè)，其光譜段已可多達(dá)數(shù)十個(gè)到數(shù)百個(gè)。美國(guó)波音飛機(jī)公司電子系統(tǒng)和導(dǎo)彈防御部在這方面的研究已取得了很大的進(jìn)展，波音/羅克威爾的遙感器用HgCdTe多光譜紅外焦平面PACE-1已達(dá)1024′1024元，Hawaii-2 2048′2048元陣列已制作出來(lái)[2]，其像元尺寸小達(dá)18′18mm2。海軍研究實(shí)驗(yàn)室的超光譜遙感技術(shù)計(jì)劃和海軍測(cè)繪觀測(cè)衛(wèi)星成像光譜區(qū)的波長(zhǎng)區(qū)為0.4~2.5mm[8]，光譜通道多達(dá)210~512個(gè)[8]。
使用多光譜和超光譜遙感衛(wèi)星對(duì)海洋、陸地、大氣層、氣象、農(nóng)業(yè)和森林有效地監(jiān)控具有重要的軍用和商用價(jià)值。例如，森林遭到嚴(yán)重破壞造成覆蓋面積減少，而生長(zhǎng)新一代森林需上百年時(shí)間；輻射垃圾處理，臭氧消耗和CO2積累引起的全球變暖問(wèn)題等。人類正面臨著對(duì)全球性污染和氣候變化帶來(lái)的災(zāi)害采取補(bǔ)救性措施的問(wèn)題，要解決這一問(wèn)題也許要花費(fèi)數(shù)百年的時(shí)間。紅外多光譜和超光譜傳感器系統(tǒng)將會(huì)提供有效的監(jiān)控，提供氣候變化的趨勢(shì)和世界上陸地情況變化的詳細(xì)圖像照片，更為準(zhǔn)確的大范圍的災(zāi)難性天氣預(yù)報(bào)。圖1左邊是衛(wèi)星提供的全球植被生長(zhǎng)情況，右邊是全球陸地溫度變化照片[5]。
2、限制大規(guī)模毀滅性武器擴(kuò)散監(jiān)控
加緊發(fā)展這種更加先進(jìn)的紅外焦平面陣列傳感器，對(duì)限制全球大規(guī)模毀滅性武器擴(kuò)散監(jiān)控具有重要的意義。顯然，這也是加緊發(fā)展這種高性能陣列技術(shù)的另一個(gè)重要推動(dòng)因素。
這種先進(jìn)的紅外焦平面陣列探測(cè)系統(tǒng)有希望有效地用于發(fā)現(xiàn)和分辨出核武器、生化武器和導(dǎo)彈生產(chǎn)的位置和區(qū)域，提高對(duì)導(dǎo)彈發(fā)射的探測(cè)和跟蹤能力。
3、太空天文探測(cè)
未來(lái)先進(jìn)的紅外焦平面陣列傳感器將為人類的太空天文探測(cè)提供更為先進(jìn)的手段。目前在許多空間探測(cè)器上已安裝上先進(jìn)的紅外傳感器，并已發(fā)回了大量有關(guān)我們所在太陽(yáng)系遙遠(yuǎn)行星和月球的照片，如幾年前獲得的有關(guān)彗星撞擊木星的紅外天文照片[5]。美國(guó)航天局的哈勃（Hubble）空間望遠(yuǎn)鏡是目前使用紅外攝像傳感器先進(jìn)的空間探測(cè)器。圖2是夏威夷凱克天文臺(tái)用InSb陣列攝得的休梅克—利瓦伊彗星撞擊木星的一系列紅外圖像中的兩張照片[5]。左照片是在1.64mm波長(zhǎng)時(shí)攝取的，右照片是在3.41mm時(shí)攝得的。
美國(guó)洛克威爾國(guó)際科學(xué)中心已研制出天文和低背景應(yīng)用的1024×1024元、2048′2048元HgCdTe短波（0.9~2.5mm）紅外焦平面陣列，采用硅CMOS信號(hào)讀出集成電路，后者已由該中心和夏威夷大學(xué)等單位完成了結(jié)果測(cè)試，該中心的下一個(gè)發(fā)展目標(biāo)即是研制4096′4096元的短波和中波紅外焦平面陣列。
4、醫(yī)療衛(wèi)生
由于未來(lái)高靈敏度高分辨率廉價(jià)紅外焦平面陣列技術(shù)的發(fā)展，這種陣列攝像機(jī)技術(shù)將廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，如腫瘤的早期診斷，對(duì)糖尿病患者的血糖監(jiān)控，對(duì)麻風(fēng)病的臨床診斷和醫(yī)學(xué)與遺傳學(xué)研究。迄今為止，在該領(lǐng)域應(yīng)用取得的成果表明這種應(yīng)用是成功的，特別是在腫瘤診斷方面尤其引人注目。研究發(fā)現(xiàn)，由于癌細(xì)胞釋放的氧化氮會(huì)使癌變組織周圍的組織血液發(fā)生變化，由于對(duì)癌毒素的敏感性，其周圍被癌化的組織大多是死的。用高靈敏度高分辨的紅外焦平面陣列攝像機(jī)就可探測(cè)出因這種血液量改變而導(dǎo)致的溫度改變，清楚地分辨出死組織和健康組織。美國(guó)新澤西州Omm.Corcler技術(shù)公司用噴氣式推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）研制的中等格式GaAlAs /GaAs量子阱紅外焦平面陣列（QWIRFPA）研制出了叫做Bioscan系統(tǒng)醫(yī)用診斷熱像儀[9]，用于動(dòng)態(tài)區(qū)域遙控?zé)釡y(cè)量（DAT），焦平面工作波長(zhǎng)>8mm，幀速為30Hz，NETD<30mK，1999年12月美國(guó)食品和藥品管理局已對(duì)該系統(tǒng)發(fā)放了乳腺腫瘤和其它醫(yī)療應(yīng)用的市場(chǎng)許可證。該儀器已在波士頓Dana-Farber癌癥研究所測(cè)試。南加州大學(xué)的一個(gè)外科小組也使用這一攝像機(jī)診斷腦腫瘤和皮癌與麻風(fēng)病。在腦腫瘤截除外科手術(shù)中這種高靈敏度的熱攝像機(jī)可幫助外科醫(yī)生發(fā)現(xiàn)癌變的毛細(xì)血管。圖3是這一手術(shù)中用GaAlAs/GaAs量子阱紅外焦平面陣列攝像機(jī)獲得的腦癌手術(shù)圖像，其健康組織和癌變死組織分辨十分清晰。預(yù)期2020年前這一應(yīng)用將會(huì)急劇擴(kuò)大。
5、分配孔徑紅外傳感器的（DAIRS）應(yīng)用
在天空飛行并發(fā)出熱輻射的任何物體都可能成為熱尋導(dǎo)彈的犧牲品。許多飛機(jī)甚至目前先進(jìn)的軍用戰(zhàn)機(jī)等戰(zhàn)術(shù)武器，由于沒(méi)有導(dǎo)彈逼近告警器，或其告警裝置還不足以對(duì)抗先進(jìn)的熱尋導(dǎo)彈，因而熱尋導(dǎo)彈對(duì)戰(zhàn)術(shù)噴氣式戰(zhàn)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、軍用旋轉(zhuǎn)翼飛機(jī)特別是飛得低和飛得慢的飛機(jī)的威脅很大，往往離導(dǎo)彈很近，探測(cè)和反應(yīng)的時(shí)間少，幸免于難的機(jī)動(dòng)能力差。基于這種情況，歐洲和美國(guó)軍方目前正在發(fā)展飛機(jī)自保護(hù)告警技術(shù)，開(kāi)發(fā)數(shù)百萬(wàn)探測(cè)器元集成焦平面陣列，其分辨率已達(dá)到和超過(guò)電視質(zhì)量水平，這使一種新型傳感器系統(tǒng)—分配孔徑紅外傳感器系統(tǒng)（DAIRS）得到了迅速發(fā)展。DAIRS采用6個(gè)相同的戰(zhàn)略位置探測(cè)傳感器，為軍用飛機(jī)駕駛員提供4π弧度的傳感器覆蓋區(qū)，即360°范圍的飛機(jī)處境認(rèn)知（SA），包括導(dǎo)彈威脅告警、紅外搜索與跟蹤（IRST）、戰(zhàn)場(chǎng)殺傷評(píng)估、目標(biāo)捕獲和導(dǎo)航，還可為水面船只、陸地裝甲車輛和無(wú)人駕駛作戰(zhàn)飛機(jī)等提供這種SA信息。圖4是這種DAIRS傳感器的使用概念，為360°球體覆蓋。6個(gè)相同的傳感器中，每個(gè)視場(chǎng)均為90°′90°，4p覆蓋區(qū)。傳感器由紅外焦平面陣列和信號(hào)處理器構(gòu)成，24時(shí)全天候球體監(jiān)視，空—空探測(cè)跟蹤和空—地探測(cè)跟蹤。傳感器比較大，可達(dá)1K′1K的陣列，還可更大些，幀速30frame/s，取樣速率3′107/s，可采用平形面板多功能顯示，也可采用駕駛員頭盔式顯示。
美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)等歐洲國(guó)家和南非都一直在加緊發(fā)展導(dǎo)彈告警傳感器系統(tǒng)（MAWS）技術(shù)，并從80年代開(kāi)始裝備軍隊(duì)。主要的一些公司有：美國(guó)的洛克希得 Sanders、羅斯羅普格魯曼、雷聲、辛辛那提電子和洛克希德馬丁，法國(guó)的湯姆遜，丹麥的Perlldstn和Terma電子，德國(guó)的Claimler-Chrysler和Terma LFK，南非的Grintek航空電子等，俄羅斯也裝備了自己的戰(zhàn)機(jī)。美國(guó)計(jì)劃用MAWS裝備3000架各種型號(hào)的飛機(jī)，如：F16、F22、MH-60直升飛機(jī)、SA-7G Yail等低空慢速L-130運(yùn)輸機(jī)；英國(guó)準(zhǔn)備裝備其15種不同的直升飛機(jī)和運(yùn)輸機(jī)，“美洲虎”、“鷂式”和“狂風(fēng)式”高速戰(zhàn)機(jī)也在裝備之中；歐洲的Typhoon和Dassualt Rafade；俄羅斯的Su-35、Su-24攻擊機(jī)和Tu-22轟炸機(jī)；南非的“大羚羊”和Roolvalk直升機(jī)；阿聯(lián)酋的“美洲豹”直升機(jī)都裝有或準(zhǔn)備裝備MAWS。
目前使用的這種 MAWS系統(tǒng)均采用紅外和紫外傳感器。紫外傳感器雖然小巧、便宜，不需致冷，對(duì)地面熱目標(biāo)引起的虛警率不敏感，但紫外輻射易被大氣層中的臭氧層吸收，因而降低了對(duì)導(dǎo)彈威脅的探測(cè)能力。紅外傳感器雖然存在著虛警率問(wèn)題，但隨著紅外焦平面陣列技術(shù)的發(fā)展，特別是未來(lái)高性能大格式和廉價(jià)紅外焦平面陣列傳感器的發(fā)展，通常工作于中波和長(zhǎng)波紅外波段的雙色或多色陣列比紫外傳感器更為有效。羅斯羅普格魯曼、洛克希德馬丁和雷聲幾家公司根據(jù)“聯(lián)合攻擊機(jī)（JSF）計(jì)劃”正在加緊研制分配孔徑紅外傳感器系統(tǒng)，將用具有360°視場(chǎng)的全球形高分辨率、低價(jià)格的紅外凝視焦平面陣列傳感器取代老式的導(dǎo)彈告警傳感器，其圖像將反射到飛機(jī)駕駛員的頭盔顯示器上，把傳感器和信號(hào)處理系統(tǒng)高度集成在一起，是系統(tǒng)的一個(gè)重要功能塊，實(shí)現(xiàn)了小型化。這將作為未來(lái)世界上數(shù)量龐大的戰(zhàn)斗機(jī)等軍用飛機(jī)必備的功能系數(shù)，數(shù)量大，而且將日益增加。
6、熱武器瞄準(zhǔn)器（TWS）
未來(lái)作戰(zhàn)中，24小時(shí)全天候成像裝備對(duì)提高機(jī)械化部隊(duì)的作戰(zhàn)靈活性和作戰(zhàn)能力是十分重要的，步兵軍種也需獲得這種熱成像裝備，提高自身的晝夜作戰(zhàn)能力。
步兵軍種的任務(wù)是攻克和占領(lǐng)地形，這就必須在無(wú)星夜晚和雜亂的戰(zhàn)場(chǎng)條件下完成，要隨時(shí)看到比敵人或比自己可射擊距離更遠(yuǎn)的地方，這就需要先進(jìn)紅外傳感器技術(shù)。高性能非致冷的廉價(jià)紅外焦平面陣列為這一大批量的應(yīng)用提供了可行的支撐技術(shù)，滿足了這種應(yīng)用需求。
歐洲和美、日等國(guó)已在這方面作了長(zhǎng)期努力，并已著手裝備部隊(duì)，如聯(lián)合國(guó)的Stairs A單兵攜帶式熱瞄準(zhǔn)器。皮爾金頓光電子和馬可尼電子系統(tǒng)二家公司合作研制的熱武器瞄準(zhǔn)器，采用的是256′128元的非致冷紅外焦平面陣列[10]。Signal USFA和Derlt傳感器系統(tǒng)二家公司為荷蘭皇家陸軍提供了800套輕型夜間觀察瞄準(zhǔn)器（LION），其重量約為2kg。洛克希德馬丁公司也在加緊發(fā)展熱武器瞄準(zhǔn)器，其瞄準(zhǔn)器在晴空時(shí)觀察距離為550~2200m[11]，可觀察分辨出移動(dòng)的人和車輛，使用電池連續(xù)工作時(shí)間達(dá)7個(gè)小時(shí)。SFIM公司專為法國(guó)國(guó)防部研制了小型兵器晝夜瞄準(zhǔn)器，并已在法國(guó)國(guó)防部有關(guān)技術(shù)部門作了評(píng)估。產(chǎn)品主要特性是可在各種天氣和照度下分辨出1500m處地面上人目標(biāo)[11]，和2500m以外距離的車輛目標(biāo)，鋰電池供電，重量小于2.8kg。美國(guó)Sanders 公司研制的采用320′240元非致冷紅外焦平面陣列成像輕武器瞄準(zhǔn)器，NETD<26mK（f/0.8，60Hz），并已展示了640′480元非致冷紅外焦平面攝像機(jī)，NETD<50mK（f/1，30Hz）。該公司在其熱武器瞄準(zhǔn)器（TWs）計(jì)劃的第一階段中，已向美陸軍作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室提供了4套上述系統(tǒng)，并將在以后陸續(xù)交付4000多臺(tái)，每月約幾百臺(tái)。
7、車輛駕駛視覺(jué)增強(qiáng)紅外觀察儀
駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)器將是紅外焦平面陣列未來(lái)應(yīng)用的廣大領(lǐng)域。提高車輛駕駛員在雨雪、灰塵、霧等惡劣天氣和光線不良條件下行車的能力，唯有紅外攝像系統(tǒng)能滿足這一應(yīng)用，這就是隨著紅外焦平面陣列技術(shù)，特別是非致冷紅外焦平面陣列技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的車輛駕駛視覺(jué)增強(qiáng)紅外觀察系統(tǒng)。
迄今為止，由于費(fèi)用昂貴而使這種視覺(jué)增強(qiáng)器還僅限于軍用市場(chǎng)。這種觀察系統(tǒng)能使車輛在惡劣和全黑暗的條件下晝夜行進(jìn)，從而保證在軍事應(yīng)用時(shí)車輛可以在全黑暗條件下或在不易被敵方發(fā)現(xiàn)的模糊條件下行駛，能避開(kāi)障礙，特別是遇到安全危險(xiǎn)時(shí)不但能避開(kāi)，而且不會(huì)迷失方向。
近些年，隨著非致冷低成本紅外焦平面陣列傳感器的發(fā)展，民用車輛成為這種觀察系統(tǒng)的潛在市場(chǎng)。由于成本低、維護(hù)方便和小型化、性能適當(dāng)，不但軍用車輛而且民用車輛也可以接受。
這種駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)紅外熱成像觀察儀（DVE）由熱攝像頭組件和液晶顯示（LCD）屏組成。圖5是洛克希德馬丁和德國(guó)STN ATLAS公司合作研制的DVE系統(tǒng)[11]。非致冷紅外熱成像機(jī)組件是洛克希德馬丁公司提供的SLM100型組件，工作波長(zhǎng)7.5~14mm，有效水平視場(chǎng)4.3°~50.6°，陣列像元數(shù)為27′245元，NETD（f/1，30Hz）<100mK，輸入方式RS-1701 NTSC或PAL，電源為4~29VDC，耗功<10W，該機(jī)已在德國(guó)和英國(guó)形成駕駛員觀察儀系列，歐洲和中東的軍用車輛準(zhǔn)備選擇這種系統(tǒng)。表1是歐洲SAGEM公司制作的改進(jìn)型DVE系統(tǒng)—SAGEM LUTIS的性能指標(biāo)。
表1 SAGEM LUTIS駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)器系統(tǒng)的性能指標(biāo)
| 熱攝像機(jī) | ||
| 光譜范圍 | 8~12mm | |
| 攝像模塊 | SIM 150 | |
| 視場(chǎng) | 40°′30° | |
| 可伸縮式望遠(yuǎn)鏡 | 被動(dòng)式不透熱 | |
|
顯示/控制
|
||
| 形式 | 平面屏幕 | |
| 技術(shù) | LCT-TFT黑/白 | |
| 顯示尺寸 | 5.5英寸 | |
| 像元數(shù) | 320′240 | |
|
接口
|
||
| 使用電源 | 20~32VDC | |
| 視頻 | CCIR或RS-170 | |
|
尺寸與重量
|
||
| 熱攝像機(jī)外形尺寸 | 90′86′234mm3（高×寬×長(zhǎng)），1.8kg | |
| 顯示 | 133′210′150mm3（高×寬×長(zhǎng)），3.2kg | |
SAGEM司的防御和安全部在歐洲紅外光電子方面處于領(lǐng)先地位，生產(chǎn)的紅外光電子系統(tǒng)產(chǎn)品工作光譜范圍覆蓋全部防御和安全領(lǐng)域。SAGEM LUTIS DVE系統(tǒng)采用洛克希德馬丁公司的SIM 159模塊，這種輕型非致冷熱攝像系統(tǒng)（LUTIS）DVE適用于絕大多數(shù)軍用作戰(zhàn)車輛，如裝甲車和戰(zhàn)術(shù)履帶式或輪式戰(zhàn)車，也適用于特殊的民用車輛，如城市安全、執(zhí)法、防暴和消防等專用車輛。
四、市場(chǎng)
如前所述，隨著各種紅外焦平面陣列技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是廉價(jià)的高密度高性能非致冷紅外焦平面陣列技術(shù)的成熟和投產(chǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嚅_(kāi)拓，而傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)擴(kuò)展，未來(lái)紅外焦平面陣列應(yīng)用將不會(huì)像過(guò)去那樣主要限于軍用目的，更多的將會(huì)向民用市場(chǎng)推進(jìn)。
未來(lái)決定市場(chǎng)的關(guān)鍵性因素不是性能，而是價(jià)格。低價(jià)格性能適合的小型化紅外焦平面陣列攝像系統(tǒng)將使軍用市場(chǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大，并廣泛地占領(lǐng)民用商業(yè)市場(chǎng)。由于目前產(chǎn)品價(jià)格尚高，約為40,000美元，已使許多新應(yīng)用滯后。一旦未來(lái)價(jià)格突破1000美元以下[5]，無(wú)論是軍用市場(chǎng)，還是民用市場(chǎng)的銷售量都將會(huì)急劇增長(zhǎng)。
據(jù)國(guó)外資料報(bào)導(dǎo)，1991年美國(guó)商用紅外探測(cè)器市場(chǎng)僅約為5000萬(wàn)美元[12]，而軍用市場(chǎng)為5億美元。當(dāng)時(shí)主要是由于PtSi紅外焦平面陣列技術(shù)的出現(xiàn)刺激了這一市場(chǎng)的發(fā)展。現(xiàn)在交付裝運(yùn)量翻了一番，價(jià)格也因非致冷紅外焦平面的出現(xiàn)正在下降。由于GaAlAs/GaAs量子阱和非致冷焦平面陣列技術(shù)的成就和投產(chǎn)，市場(chǎng)將保持持續(xù)升溫的勢(shì)頭。其中處于市場(chǎng)主導(dǎo)的幾家大公司有波音（北美）、雷聲、洛克希德馬丁、Indigo系統(tǒng)、辛辛那提電子、德州儀器、羅克威爾和法國(guó)的Sofradir公司。Sofradir公司是法國(guó)排名第一的HgCdTe紅外探測(cè)器生產(chǎn)企業(yè)，1998年其銷售額即達(dá)到了2500萬(wàn)美元，以后以每年10%的速度穩(wěn)定增長(zhǎng)，2000年已開(kāi)始出售非致冷和量子阱紅外焦平面陣列，其月銷售額在150套以上。
據(jù)有關(guān)資料表明，2000年量子阱和非致冷焦平面陣列的軍用和商用市場(chǎng)達(dá)2億美元。2001年的紅外焦平面陣列和系統(tǒng)總的市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)了13億美元[13]，這是五年前推出第一批非致冷紅外焦平面時(shí)市場(chǎng)的兩倍。未來(lái)5年間的紅外探測(cè)器產(chǎn)品商用市場(chǎng)將保持持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)的勢(shì)頭。2000年，包括測(cè)溫、工業(yè)監(jiān)控、安全、監(jiān)視、消防和醫(yī)療領(lǐng)域的市場(chǎng)額為5.04億美元，到2005年時(shí)有望達(dá)到8億美元[14]，平均年增長(zhǎng)率為10.5%。如果價(jià)格突破1000美元的底線價(jià)格時(shí)，其市場(chǎng)將會(huì)像可見(jiàn)光CCD圖像傳感器一樣出現(xiàn)急劇的增長(zhǎng)。
五、結(jié)束語(yǔ)
紅外焦平面陣列制造和生產(chǎn)技術(shù)正在向可見(jiàn)光硅CCD和CMOS圖像傳感器陣列的規(guī)模水平發(fā)展，未來(lái)5～10年間將是這種技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。多色陣列技術(shù)將是未來(lái)值得關(guān)注的新課題，以微測(cè)輻射熱計(jì)為主的非致冷紅外焦平面陣列傳感器將成為未來(lái)紅外焦平面陣列的主流傳感器。
由于器件制造和生產(chǎn)技術(shù)取得的迅速進(jìn)展和軍事與商用應(yīng)用的強(qiáng)勁推動(dòng)，未來(lái)20年將是紅外焦平面陣列技術(shù)廣泛拓展應(yīng)用的時(shí)期，其每年產(chǎn)量將保持持續(xù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭，在今后幾年內(nèi)年增長(zhǎng)率將至少達(dá)30%。由于生產(chǎn)和應(yīng)用的持續(xù)升溫，紅外焦平面陣列技術(shù)將迎來(lái)其燦爛的時(shí)期。
參考文獻(xiàn)
[1]. 孫志君. 21世紀(jì)紅外焦平面陣列技術(shù)[J]. 傳感器世界，2001， 7（5）：1-7.
[2] . C.A.Cabell et al. Latest results on HgCdTe 2048×2048 and silicon focal plane array[c]. Proceedings of SPIE Vol.4028,Orlando,April, 2000:331-342.
[3]. S.D.Gunapala et al. 8~9 and 14~15μm Two-color 640′480 GaAs/AlGaAs quantum well infrared photo detector(QWIP) focal plane array camera[C]. Proceeding of SPIE Vol.3698,?Orlando, April, 1999: 678-698.
[4]. P.E.Howard et al. Advanced high performance 320′240 Vox micro-bolo meter uncooled IR focal plane[C]. Proceedings of SPIE Vol. 3698,?Orlando, April, 1999:131-136.
[5]. R.S.Balcerak. Uncooled infrared sensors rapid growth and future perspective[C]. Proceedings of SPIE Vol.4028,?Orlando, April, 2000:36-39.
[6]. R.Murphy et al. Recent developments in uncooled IR technology[C]. Proceedings of SPIE Vol.4028,?Orlando, April, 2000:12-16.
[7]. A.Goldberg et al. Dual band QWIP MWIR/LWIR focal plane array test results[C]. Proceeding of SPIE Vol.4028,Orlando, April, 2000: 276-287.
[8]. L.J.Otten Ⅲ et al. MightysatⅡ.1. 超光譜成像器的工程樣機(jī)[J]. 紅外, 2000(10):20-27.
[9]. S.D.Gunapala etal. Recent developments and applications of quantum well infrared photo detector focal plane arrays [C]. Proceedings of SPIE Vol.3698,?Orlando, April, 1999: 262-275.
[10]. R.K.Mcewen. European uncooled thermal imaging sensors[C]. Proceedings of SPIE, Vol.3698.?Orlando, April, 1999:262-275.
[11]. Thomas Breen et al. Even more applications of uncooled micro bolo meter sensors[C]. Proceedings of SPIE, Vol.3698,?Orlando, April, 1999:308 -321.
[12]. 紅外探測(cè)器市場(chǎng)為何處在不斷變化中[J]. 紅外，2000（11）：34-36。
[13]. D.C.Mccarthy. 依*遙控技術(shù)進(jìn)行戰(zhàn)斗[J]. 紅外，2000（9）：29-32。
]]>目前紅外熱成像已成為一種實(shí)時(shí)顯示的成像設(shè)備，可達(dá)到與可見(jiàn)光電視相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量。熱成像與雷達(dá)、激光、可見(jiàn)光探測(cè)設(shè)備相比，不需要協(xié)作光源或自然光照射目標(biāo)，而是靠接收目標(biāo)自身輻射成像。熱成像為被動(dòng)方式工作，能晝夜工作。由于工作波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)10~20倍，所以透煙霧和塵埃的能力很強(qiáng)，可以在惡劣的氣候環(huán)境下看清目標(biāo)。
工作原理
??? 紅外熱像系統(tǒng)是利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡，接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形，反映到紅外探測(cè)器的光敏元件（探測(cè)器）上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。紅外熱像系統(tǒng)將物體發(fā)出的不可見(jiàn)的紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測(cè)物體的不同溫度。
??? 紅外探測(cè)器是一種對(duì)紅外輻射敏感的器件，它將紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。但是探測(cè)器對(duì)某些波長(zhǎng)紅外輻射的響應(yīng)較低，這主要是由于探測(cè)器材料對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外輻射的反射和吸收存在差異。目前在熱成像系統(tǒng)中使用的非制冷焦平面陣列（FPA）探測(cè)器一般工作在8μm~14μm波段，其探測(cè)器窗口材料及鍍膜使這個(gè)波段的紅外透射率變高，而光敏面設(shè)計(jì)也使用了對(duì)這個(gè)波段吸收良好的材料，因此大大降低了在3μm~5μm波段的靈敏度。
熱像儀的光學(xué)成像物鏡將工作波段內(nèi)的輻射收集起來(lái)，并聚焦到探測(cè)器上。在可見(jiàn)光波段，玻璃是很好的投射材料，但是在中波、長(zhǎng)波紅外波段，這種材料是不透明的，因此常選用鍺、硅等晶體材料，而且為了提高透射率，還需要鍍上一層增透膜，這些材料和膜層如同濾光片一樣，將鏡頭透過(guò)的波長(zhǎng)限制在一定的范圍內(nèi)。
目標(biāo)場(chǎng)景的紅外輻射包括很寬的波段，當(dāng)物體溫度很高時(shí)，還包括可見(jiàn)光的輻射，受“大氣窗口”、探測(cè)器響應(yīng)波段和紅外光學(xué)的限制，紅外熱像系統(tǒng)實(shí)際上大多敏感于3μm~5μm和8μm~14μm波長(zhǎng)范圍。
紅外熱像系統(tǒng)讓我們能看到了人眼看不到的另外一個(gè)輻射世界，可獲取許多對(duì)生產(chǎn)、科研非常重要的信息。
紅外熱像的特點(diǎn)
突破人眼視覺(jué)的限制
在人類活動(dòng)過(guò)程中，人眼是獲取信息占大部分的感覺(jué)器官，它可以直接觀察并通過(guò)“自動(dòng)變焦”、“自動(dòng)光圈”得到所需景物的清晰圖像。但是，人眼的視覺(jué)受到波長(zhǎng)、地點(diǎn)、時(shí)間等限制。
??? 采用熱成像技術(shù)，相當(dāng)于將眼睛的響應(yīng)波段擴(kuò)大到了中、長(zhǎng)紅外波段。即將3μm~5μm或8μm~14μm波段的不可見(jiàn)紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光波段的圖像，突破了波長(zhǎng)對(duì)人眼觀察的限制。紅外熱成像系統(tǒng)除了將目標(biāo)的紅外輻射空間分布轉(zhuǎn)換成能用顯示器顯示的視頻圖像外，還融合了圖像存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?，可彌補(bǔ)人眼觀察目標(biāo)在時(shí)間和空間上的能力，利用圖像處理還可以提高對(duì)目標(biāo)的觀察、分析能力。
??? 上海博銳特光電科技有限公司研發(fā)、生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)溫型紅外熱像系統(tǒng)，在紅外熱像領(lǐng)域率先采用了雙視頻流網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。紅外熱像攝像頭直接安裝在被觀測(cè)目標(biāo)（如高爐熱風(fēng)圍管、支氣管，熱風(fēng)爐）附近，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的全天候監(jiān)測(cè)，同時(shí)將獲取的紅外熱像通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，這樣工人就可以在操作間實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)。同時(shí)，借助鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有的二級(jí)網(wǎng)絡(luò)，目標(biāo)的紅外熱像還可以傳送至網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺(tái)PC終端，這樣就可以在辦公室實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)觀測(cè)、數(shù)據(jù)分析和紅外熱像的回放等操作。
探測(cè)物體表面細(xì)微的溫度分布
紅外測(cè)溫對(duì)目標(biāo)溫度的分辨的精細(xì)程度是由測(cè)溫儀器的光學(xué)分辨率來(lái)確定的。紅外點(diǎn)溫儀的光學(xué)分辨率是由距離系數(shù)由D：S之比確定的，即測(cè)溫儀探頭到目標(biāo)之間的距離D與被測(cè)目標(biāo)直徑S之比。對(duì)于距離D之外的目標(biāo)，點(diǎn)溫儀測(cè)得的就是直徑為S的圓形平面的平均溫度。如果測(cè)溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測(cè)量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測(cè)溫儀。Raytek紅外測(cè)溫儀D：S的范圍從2：1（低距離系數(shù)）到高于300：1（高距離系數(shù)）。
??? 紅外熱像系統(tǒng)的空間分辨率（IFOV）就是其光學(xué)分辨率，即單個(gè)像元的尺寸P與焦距F之比。對(duì)于采用25μm探測(cè)器的熱像儀，只要其焦距F大于25μmx300 = 7.5mm，熱像儀對(duì)目標(biāo)溫度的分辨能力就大于高距離系數(shù)的紅外點(diǎn)溫儀（300：1）。而在某些涉及溫度分析的領(lǐng)域，采用溫度分辨能力更高的紅外熱像儀則顯得尤為重要，例如芯片熱分析：
探測(cè)物體表面的熱場(chǎng)分布
??? 紅外目標(biāo)特征主要表現(xiàn)為表面溫度、表面發(fā)射率和熱場(chǎng)分布。僅能捕獲單點(diǎn)溫度值的紅外點(diǎn)溫儀，在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一次探測(cè)的采樣點(diǎn)只有一個(gè)，而紅外熱像系統(tǒng)的一次探測(cè)采樣點(diǎn)則數(shù)以萬(wàn)計(jì)。上海博銳特光電科技有限公司研發(fā)、生產(chǎn)的紅外熱像系統(tǒng)采用像素為384×288的探測(cè)器，采樣點(diǎn)為110592個(gè)。因此，熱像儀可以將整個(gè)目標(biāo)的溫度特性形成一個(gè)平面圖像，能探測(cè)物體表面的熱場(chǎng)分布而非單個(gè)溫度。
自上世紀(jì)90年代，非制冷凝視型紅外熱像儀迅速進(jìn)入應(yīng)用市場(chǎng)。這種熱像儀與制冷型凝視紅外熱像儀相比，雖然在溫度分辨率等靈敏度方面還有很大差距，但具有一些突出的優(yōu)點(diǎn)：不需制冷，成本低、功耗小、重量輕、小型化、啟動(dòng)快、使用方便、靈活、消費(fèi)比高。
至今，非制冷紅外焦平面陣列(FPA)技術(shù)已由小規(guī)模發(fā)展到中、大規(guī)模320×320和640×480陣列，在未來(lái)的幾年內(nèi)有望獲得超大規(guī)模的1024×1024非制冷焦平面陣列（FPA）。像素尺寸也由50μm減小到25μm，使焦平面靈敏度進(jìn)一步提高。這種非制冷紅外成像系統(tǒng)在軍用和民用領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，部分型號(hào)產(chǎn)品已裝備部隊(duì)，尤其在輕武器（槍械）瞄準(zhǔn)具、駕駛員視力增強(qiáng)器、單兵頭盔式觀瞄、手持式（便攜）熱像儀等輕武器，以及部分導(dǎo)彈的紅外成像末制導(dǎo)等方面，非致冷熱像儀在近年內(nèi)有望部分取代價(jià)格高、可靠性差、體積大而又笨重的制冷型熱成像系統(tǒng)。
2?現(xiàn)狀
1978年美國(guó)Texas?Instruments研制成功一個(gè)非制冷紅外熱像儀系統(tǒng)，主要紅外材料為α-Si（非晶硅）與BST(鈦酸鍶鋇)。1983年美國(guó)Honeywell開(kāi)始研制室溫下的熱探測(cè)器，使用了硅微型機(jī)械加工技術(shù)，使熱隔離性提高，成本降低。1990-1994年美國(guó)很多公司從Honeywell獲技術(shù)轉(zhuǎn)讓，使以VOx（氧化釩）為探測(cè)材料的非制冷探測(cè)器得到了迅速?gòu)V泛發(fā)展。VOx材料具有較高的熱電阻系數(shù)，目前世界上性能更好的非制冷探測(cè)器就是采用VOx材料制備的，主要采用8~14μm波段320×240和160×120元的非制冷FPA器件，其結(jié)構(gòu)按部件功能模塊化（諸如，光學(xué)模塊、FPA組件模塊、信號(hào)讀出處理電路模塊和顯示模塊）。目前市場(chǎng)上有熱像儀整機(jī)產(chǎn)品，也有各種功能模塊單獨(dú)出售，供用戶選用。
3?國(guó)外主要幾家公司研制生產(chǎn)狀況
目前，國(guó)際上美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)和日本的非制冷紅外探測(cè)器研制生產(chǎn)水平靠前。英國(guó)的公司主要是BAE公司，正在研制生產(chǎn)PST-鋯鈦酸鉛和BST-鈦酸鍶鋇混合結(jié)構(gòu)的熱釋電型陶瓷探測(cè)器，單元式結(jié)構(gòu)的正在研制。
名人堂：眾名人帶你感受他們的驅(qū)動(dòng)人生馬云任志強(qiáng)李嘉誠(chéng)柳傳志史玉柱
日本的主要有三菱公司，正在研發(fā)的主要有Si?P/N結(jié)型和YBaCuO電阻型熱探測(cè)器兩種，規(guī)格均為320×240，像元素尺寸均為40μm，在f/1條件下，Si?P/N結(jié)型FPA的NETD（噪聲等效溫差）優(yōu)于120mK，YBaCuO電阻型FPA的NETD優(yōu)于80mK。日本電氣公司主要從事VOx電阻型探測(cè)器研究，新報(bào)道320×240?FPA像素尺寸為37μm，熱響應(yīng)時(shí)間為12ms，填充因子為72%，其熱像儀的NETD為100mK（f/1,60Hz）。
美陸軍在“未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)”使用和部署三種第三代熱像儀：第一種是采用制冷型探測(cè)器，具有較大的焦平面陣列（1024×1024或2048×2048），擴(kuò)大目標(biāo)探測(cè)器范圍和提高靈敏度，并能在中波和長(zhǎng)波波段工作，采用多光譜紅外探測(cè)器，兼?zhèn)湓诶浔尘爸凶R(shí)別目標(biāo)和穿透煙霧的能力。這種熱像儀將裝備那些將來(lái)優(yōu)先發(fā)展的作戰(zhàn)平臺(tái)，如計(jì)劃于2008年開(kāi)始生產(chǎn)，將用于代替現(xiàn)役“艾布拉姆斯”坦克、“布雷德利”步戰(zhàn)車的陸軍“未來(lái)戰(zhàn)車系統(tǒng)”。
第二種是非制冷型第二代高性能單色探測(cè)器，凝視型FPA（1024×1024），可裝備美陸軍未來(lái)的無(wú)人駕駛車輛；第三種是非制冷、體積小、成本低的多光譜、凝視型FPA的探測(cè)器，用于微型無(wú)人駕駛車輛或未來(lái)的偵察監(jiān)視器材，還將代替現(xiàn)役夜視頭盔的微光增強(qiáng)管。美陸軍的“未來(lái)”宇宙戰(zhàn)士傳感器將應(yīng)用這種具有全天候觀測(cè)功能的輕型熱像儀。
表1部份國(guó)外典型非制冷紅外探測(cè)器性能
混合結(jié)構(gòu)型BST鐵電型探測(cè)器
Raytheon公司W(wǎng)1000系列
用于輕型武器熱瞄具（LTWS）、駕駛員視力增強(qiáng)器（DVE）、手持式熱像儀和車載式駕駛儀，重1.7kg，探測(cè)距離550米，截至2003年9月該公司已交付美陸軍10000個(gè)，其中用于LTWS裝備的Specter?IR是320×240?FPA?BST,?已裝備M16、M4、M203和M136等，其探測(cè)和識(shí)別(人)距離為200米。
薄膜鐵電型探測(cè)器（TFFE）
正處于研發(fā)階段：320×240、像素尺寸為48.5μm，NETD為90~170mk,?填充因子55%.
VOx（氧化釩）電阻型探測(cè)器
DRS公司U3000/U4000型（美）
這種非制冷微測(cè)輻射熱計(jì)紅外探測(cè)器，用于武器觀瞄，已裝備美陸軍。320×240元FPA像素尺寸為51μm，波長(zhǎng)8~12μm，NETD（U3000）為64~75mk，重量為1.36kg。
DRS公司LTC650TM??1999年制成，640×480?FPA，像素尺寸為28μm，NETD?<0.1℃重量為2.4kg。
DRS公司U6000型（美）??2001年制成，640×480?FPA，像素尺寸為25.4μm，2002年5月對(duì)其熱像儀進(jìn)行了演示。
Raytheon公司（美）
2000年制成，640×480?FPA，像素尺寸為25μm，熱響應(yīng)時(shí)間10ms，NETD為35mK（平均），填充因子>70%。??α-Si(非晶硅)電阻性探測(cè)器
Raytheon公司（美）??目前已批量生產(chǎn)，國(guó)際市場(chǎng)銷售，主要用于商業(yè)和民用。??160×120?FPA，像素尺寸為46.8μm，?NETD<?100mK。
Sofradir(法)?UL01011型（2001
年）和UL01021E型（2002年）
LET1/GEA公司（法）自1992年開(kāi)始從事α-Si微測(cè)輻射熱計(jì)研究,打破了美國(guó)在這方面的壟斷。2000年Sofradir的子公司ULIS公司
購(gòu)買LET1/CEA的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。??320×240?FPA，像素尺寸為45μm，填充因子>80%，NETD分別為90mk和100mk，UL01021E型內(nèi)裝恒溫裝置。
2003年報(bào)道正在研發(fā)產(chǎn)品：(1)?320×240?FPA，像素尺寸為35μm，NETD為36mk（50Hz,?f/1），熱響應(yīng)時(shí)間為12ms，熱阻抗為4.2×107k/W；(2)?25μm像素，320×240?FPA面陣NETD值為35μm像素320×240?FPA面陣的2.2倍，個(gè)別產(chǎn)品達(dá)到與35μm相同的性能。
4?國(guó)內(nèi)主要幾家公司研制生產(chǎn)狀況
1995年，中科院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所采用微機(jī)械加工技術(shù)研制成低成本線列32元、128元硅微測(cè)熱輻射計(jì)陣列，NETD為300mK，存儲(chǔ)時(shí)間為1ms。
2000年12月，中科院上海技術(shù)物理研究所采用新工藝制成的鈦酸鍶鋇鐵電薄膜材料性能通過(guò)鑒定達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，與美國(guó)TI公司演示的第一代非制冷探測(cè)器所用材料相同。
我國(guó)在非制冷紅外熱像儀方面的研發(fā)集中在部分高等院校和研究所。從事經(jīng)營(yíng)非制冷紅外熱像儀的公司大部分只停留在一些外圍設(shè)備和開(kāi)發(fā)軟件的業(yè)務(wù)上，核心的機(jī)芯部分均系國(guó)外進(jìn)口。
4?國(guó)內(nèi)主要幾家公司研制生產(chǎn)狀況
1995年，中科院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所采用微機(jī)械加工技術(shù)研制成低成本線列32元、128元硅微測(cè)熱輻射計(jì)陣列，NETD為300mK，存儲(chǔ)時(shí)間為1ms。
2000年12月，中科院上海技術(shù)物理研究所采用新工藝制成的鈦酸鍶鋇鐵電薄膜材料性能通過(guò)鑒定達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，與美國(guó)TI公司演示的第一代非制冷探測(cè)器所用材料相同。
我國(guó)在非制冷紅外熱像儀方面的研發(fā)集中在部分高等院校和研究所。從事經(jīng)營(yíng)非制冷紅外熱像儀的公司大部分只停留在一些外圍設(shè)備和開(kāi)發(fā)軟件的業(yè)務(wù)上，核心的機(jī)芯部分均系國(guó)外進(jìn)口。