9 ТИПЫ ИНФРАКРАСНЫХ ПРИЕМНИКОВ

Типы инфракрасных приемников достаточно многочисленны, именно они определяют основные характеристики тепловизора. Некоторые из них приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Основные параметры фокально-плоскостных ИК-матриц фотоприемников для тепловизионных приборов.

Страна, фирма	Тип матрицы	Рабочая область спектра, мкм	Формат (число пикселов)	Размер пикселя, мкм	Рабочая температура, К	Температурная чувствительность (NETD), мК
США, Raytheon	QWIP	8-12	256x256	28x28	70	15
Германия, AEG Infrared Module GmbH	QWIP	8-10	640x512	24x24	70	25
США, Raytheon	QWIP	8-12	640x486	18x18	70	30
Франция, LIR	KPT	3-5	640x480	23x23	77	14
Германия, AEG Infrared Module GmbH	KPT	8-10	256x256	40x40	77	20
США, Rockwell	КРТ	8-12	256x256	40x40	77
США, Hughes, SBRS	КРТ	8,5-11	256x256	30x30	80	65
США, Hughes, SBRS	КРТ	3-4,5	128x128	40x40	300	50
США, Hughes, SBRS	КРТ	3-4,5	256x256	30x30	300	65
РФ, ГУП "НПО "Орион"	КРТ	8-10,5	128x128	35x35	80
РФ, ГУП “НПО “Орион”	КРТ	8-10,5	384x288	35x35	80
Германия, AEG Infrared Module GmbH	PtSi	3-5	256x256	24x24	75	75
США, Hughes	PtSi	3-5	256x256	30x30	40
США, Boeing Comp.	PtSi	1-5	324x240	30x30	75	60
США, Boeing Comp.	PtSi	1-5	486x640	24x24	75	70
РФ, ЗАО “Матричные технологии”	PtSi	3-5	128x128 256x256 512x512	27x27 25x25 14x14	80	30
США, Cincinnati Electronics Corp.	InSb	3-5	256x256	30x30	77	40
США, SBRC	InSb	3-5	256x256	30x30	50
США, Hughes, SBRC	InSb	0,5-5,4	128x128	40x40	80
США, Hughes, SBRC	InSb	0,5-5,4	256x256	30x30	80
США, Hughes, SBRC	InSb	0,5-5,4	480x640	20x20	80
США, Hughes, SBRC	InSb	0,5-5,4	512x512	27x27	35
США, Hughes, SBRC	InSb	0,5-5,4	1024x1024	27x27	30 – 50
США, Hughes, SBRC	InSb	0,5-5,4	2048x2048	27x27	30 – 50
РФ, ГУП НПО "Орион"	InSb	3-5	128x128	50x50	80
Франция, LIR	Si:Ga	5-17	128x192	75x75	10
Япония, Mitsubishi Electric Co.	Ge:Si/Si (барьер Шоттки)	8-12	512x512	34x34	43	80
РФ, ЦНИИ "Электрон"	PbS	1,5-4	128x128	60x60	80	20
РФ, ЦНИИ "Электрон"	PbSe	2-6	256x256	60x60	80	30
РФ, ЦНИИ "Электрон"	PbSnTe	6-14	256x256	60x60	25	5
Франция, FLIR	MБ	8-14	256x64	47x47	300	50
США, Raytheon	МБ	8-14	320x236	50x50	300	100
США, Indigo Systems Corp.	МБ	8-14	320x240	50x50	300	28
США, Lockheed Techsystems	МБ	8-12	640x480	28x28	300	100
США, Lockheed Techsystems	МБ	8-14	320x240	48x48	300	50
США, Lockheed Martin IR Imaging Systems	МБ	8-14	327x245	25x25	300	100
США, Raytheon	МБ	8-14	320x240	50x50	300	20
Великобритания, MES	ППИ	8-12	384x288	40x40	300	130
Великобритания, MES	ППИ	8-12	256x128	56x56	300	90

Примечание:

ППИ – пироэлектрический приемник излучения, МБ – микроболометр, NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) – эквивалентная фоновому шуму разность температур за время кадра, характеризует тепловизор, как обнаружитель объекта излучения, измеряется в мК. Чем меньше величина NETD, тем лучше приемник излучения.

Перспективным направлением является создание матричных приемников на основе фотоприемников на квантовых ямах (ФКЯ или QWIP), на основе тройного и четвертного соединения элементов типа InGaAs, AlGaAs или GaInAsP.

Неохлаждаемые матрицы

Поскольку особый интерес для потребителя представляют неохлаждаемые матрицы, выделим их в отдельную таблицу (см. Таблица 7).

Таблица 7 - Неохлаждаемые матрицы.

Фирма, страна	Материал матрицы	Формат	Шаг, мкм	Основные параметры	Дополнительные сведения
Raytheon Infrared Operations, США	VOX	320x240	50	NETD (F/1; 10 мс; 30 Гц) = 20-35мК	Производится более 1000 матриц в год (марки SB-151, SB-211)
	VOX	640x480 и 640x512	25	NETD (F/1; 30 Гц) = 20мК; Nop=98 %; Р=400 мВт	Разработка (SB-246)
	VOX	1024x1024	15	NETD=50 мК	Разработка
Raytheon Commercial Infrared, США	a-Si	160x120 (7-14)	46,8	NETD (F/1; <21 мс; 20-60 Гц)=63 мК; ∆<10 %	С электронной термостабилизацией
	BST (титанат бария- стронция)	320х240	50	NETD (F/1; 30 Гц)=80 мК; f=6 МГц F=30 Гц (тип.) до 90 Гц	С термоэлектрической стабилизацией температуры. Цифровое разрешение 14 бит
BAE Systems Information & Electronic Warfare systems, США	VOX	320x240 (7,5-14)	46,25	NETD (F/0,8; 60 Гц) <30-75 мК	Серия SIM300, модуль SIM300H (99 г.). Потребление 2,1 Вт. Производится несколько тысяч матриц в год
	VOX	640x480 и 640x512	25	NETO(F/1; 30 Гц)=55 мК; f=6 МГц; Nop=99%	Разработка
	VOX	1024х1024	15	NETD=50 мК
DRS Technologic, США	VOX	320х240 (8-14)	51	NETO (F/1; 25 мс; 60 Гц)=23-100 мК; D>60 дБ; Na=1; f=5 МГц; ∆<10 %; Nop=98%	Матрица U3000. С термоэлектрической и электронной стабилизацией. Производство ведется
	VOX	640х480/ 512	25	NETD =50 мК	Разработка
	VOX	1024х1024	15	NETD=50 мК
INO, Канада	VOK YBaCuO	160x120	-	NETD<50 мК	Изготовление тепловизионных модулей для тепловизора
Sofradir, Франция	a-Si	320х240	45	NETD (F/1; 4 мс; 25 Гц)<80 мК; f=5,5-10 МГц; ∆<10 %; Nop=98%	Потребление 8,5 Вт. С электронной стабилизацией. Произведены сотни матриц
		320х240	35	NETD (F/1; 12 мс; 50 Гц)=35мК	Начато производство
Mitsubishi Electric, Япония	YBa-CuO	320х240	40	NETD (F/1)=80 мК	Первые образцы
BAE Systems Infrared Ltd. Великобри-тания	PST	256х128	56	NETD (F/1; 50 Гц>=110 мК; Nop=99.9%; Р<150 мВт	Модуль Wizard с матрицей Merlin. АЦП 8 бит. Производство более 1000 матриц в год.
		384х288	40	NETD (F/1; 50 Гц)=60-140 мК (в будущем 20-30 мК)	Экспериментальные образцы матриц VLA для модульного тепловизора VIADIMIR (STAIRS В)
NEC, Япония	Пиро-электрик	320х240	37	NETD=34-67 мК	-
Примечание. NETD - эквивалентная шуму разность температур за время кадра, мК; MRTD - минимально разрешаемая наблюдателем разность температур; Т - рабочая температура матрицы, К; F/number - относительный входной диаметр объектива; D - динамический диапазон выходного сигнала. дБ; Na - число аналоговые выходов; Nop - доля работающих каналов в матрице, %; ∆ - неоднородность параметров элементов в матрице до коррекции, %; f - частота выходного сигнала. МГц; F - частота кадров. Гц; Р - выделяемая матрицей мощность. мВт: D* - обнаружительная способность, смГц1/2/Вт.

Следует обратить внимание на матрицы размером 1024 х 1024 пиксела.

Таблица 8 - Характеристики некоторых неохлаждаемых матриц.

Параметр	P 8093 EEV, Великобри-тания	ЛИ-492 ЦНИИ «Электрон», Россия	ЛИ-513 ЦНИИ «Электрон», Россия	ЛИ-514 ЦНИИ «Электрон», Россия	Пировидикон НИИ «Платан», Россия
Способ отклонения и фокусировки электронного луча	Электромаг-нитный и магнитный	Электромаг-нитный и магнитный	Электромаг-нитный и магнитный	Электромаг-нитный и магнитный	Электроста-тический и магнитный
Входное окно	Германий	Германий	Германий	Германий	Германий
Спектральный рабочий диапазон, мкм	8-14	8-14	8-14	8-14	8-12,5
Материал мишени	Монокрис-талл ДТГС	ДТГС	ДТГС	ДТГС	Органический пироэлектрик ОП 558Б
Тип мишени	Сплошная	Сплошная	Мозаичная, шаг 25 мкм	Мозаичная, шаг 25 мкм	Сплошная
Размер растровый мм	18x24	18х24	18x24	18х24	18х24
Стандарт разложения	625 строк, кадр 40 мс	625 строк, кадр 40 мс	625 строк, кадр 40 мс	625 строк, кадр 40 мс	625 строк, кадр 40 мс
Механизм образования тока сигнала	Считывание пирозаряда	Считывание пирозаряда	Считывание пиронапря-жения	Считывание пиронапря-жения	Считывание пирозаряда
Чувствительность в режиме панорамирования, мкА/Вт	4	4	35	50	4
Чувствительность, мкА/Вт	2,5	2,5	20	25	2,5
Эквивалентная шуму разность температур с объективом D/F=1/1, К	0,5	0,5	0,1	0,08	0,5
Разрешение, телевизионных линий (ТВЛ)/растр	270	300	350	350	300
Глубина модуляции на отметке 200 ТВЛ/растр, %	20	30	50	50	30
Виброустойчивость (ускорение, м/с2)	10	10	50	60	100

Данная таблица представляет характеристики пировидиконов, устройств состоящих из пироэлектрика и ЭОП-а. Лучшие пировидиконы имеют разрешение 350 ТВЛ, что соответствует 460 пикселям матрицы. Данные изделия отличаются меньшей стоимостью по сравнению с тепловизорами на основе матриц.

Рассмотрим зависимость эффективности приемников от числа пикселов и материала матрицы (матрицы на основе микроболометрических элементов, элементов PbSe и элементов КРТ).

При необходимости провести сравнение по эффективности обнаружения цели тепловизионными приемниками, выполненными на базе различных материалов можно использовать следующую зависимость.

 

Рис. 17
Зависимость коэффициентов эффективности Ф приемников от числа пикселов приемников излучения

 

Естественно, данный график не учитывает такие параметры, как удобство эксплуатации, стоимость, долговечность и другие эксплуатационные параметры тепловизора.

На рисунке 26 представлена зависимость коэффициентов эффективности Ф приемников на основе микроболометрических элементов, элементов PbSe и элементов КРТ от числа пикселов приемников излучения. С помощью этого графика легко определить необходимое число элементов приемника для достижения требуемого коэффициента эффективности. Можно также установить шкалу соответствия числа элементов каждого приемника для любого значения коэффициента эффективности Ф. Для этого достаточно, отметив на оси ординат требуемое значение Ф, провести от него линию, параллельную оси абсцисс. Значение аргумента k функции в точках пересечения графиков Ф_i(k) и проведенной линии Ф=const соответствуют числу пикселов каждого типа приемника, необходимых для достижения требуемого коэффициента эффективности. Так, например, легко определить, что граничному значению первого и второго уровней эффективности приемников (Ф=10³) соответствует 1 элемент КРТ, 8 элементов PbSe и 10⁴ элементов микроболометрической матрицы, а граница третьего уровня эффективности (Ф=10⁴) достигается при 100 элементах КРТ, 800 элементах PbSe и 10⁶ элементов микроболометрической матрицы.

Далее >>>