第7章 致冷型红外成像器件(2011裁减的)

1 用于军事和科研领域的制冷型红外探测器发展情况适用于制冷型红外单色探测器的主流材料是InSb和碲镉汞。

InSb中波红外探测器技术相对成熟，比较容易做成低成本、大面积、均匀性好、高性能的探测器阵列。

但它也存在如工作温度不能提高等一些缺点。

适用于多波长探测的低温红外探测器的材料一般有三种，包括碲镉汞（HgCdTe）、量子阱（QWIPs）和Ⅱ类超晶格。

表6：制冷型红外探测器敏感材料对比敏感材料技术特点锑化铟技术成熟，成本较低，只能用于单色制冷红外探测器，军民大量应用，尤其以红外空空导弹为多。

碲镉汞通过改变镉的组份，可以精确的控制碲镉汞材料的禁带宽度，覆盖短波、中波和长波红外。

但是由于微小的组分偏差就会引起很大的带隙变化，其材料的稳定性、抗辐射特性和均匀性都相对较差，所以成品率较低，成本非常高。

量子阱生长技术成熟，并且生长面型均匀，受控性好；价格低廉、产量大、热稳定性高。

但其结构特殊性使得正入射光无法很好地被探测器吸收，致使量子阱探测器的量子效率并不理想。

Ⅱ类超晶格拥有较高的探测灵敏度，几乎可以与碲镉汞相媲美。

隧穿电流和暗电流均较小，对工作温度的要求相对宽松。

提高性能、缩小体积和降低成本是目前碲镉汞探测器的三大研究方向。

国内研究碲镉汞红外探测器的单位主要包括昆明物理研究所、高德红外。

昆明物理所从2006年就开始着手碲镉汞中波红外探测器的研发工作，并于2010年实现了量产。

2015年，昆明物理研究所量产的640×512中波红外探测器实现了在温度为110K，NETD为19.7mK，有效像元率为99.33%的技术指标，标志着我国中波探测器性能指标基本达到同一时期发达国家的技术水平。

据高德红外子公司高芯科技官网显示，该公司研制了国内最新款制冷型碲镉汞中波红外探测器CB12M MWIR，其面阵规格为1280×1024，像元尺寸为12μm，NETD小于20Mk（F2/F4）。

技术指标达到国内外顶尖水平。

制冷型红外热像仪原理红外热像仪是一种能够感知并显示物体表面红外辐射能量分布的设备。

制冷型红外热像仪是其中一种常见的热像仪，其原理是利用红外辐射与物体热量的关系进行测量和成像。

制冷型红外热像仪的核心部件是红外探测器。

红外探测器是一种能够感受红外辐射并将其转化为电信号的器件。

制冷型红外热像仪使用的红外探测器通常是基于半导体材料的探测器，如铟锑(SbIn)、铟镓锑(InGaAs)等化合物半导体材料。

这些材料具有良好的红外辐射响应特性，能够在较高温度范围内工作。

在制冷型红外热像仪中，红外探测器的工作温度通常需要维持在较低的温度，以提高探测器的灵敏度和分辨率。

为了实现这一点，制冷型红外热像仪使用了制冷系统来冷却红外探测器。

制冷系统通常采用热电冷却(TEC)或者制冷机制冷的方式。

这些制冷系统能够将红外探测器的温度降低到几十摄氏度以下，以保证其正常工作。

当红外探测器接收到物体表面的红外辐射时，辐射能量会引起探测器内部的电荷变化。

红外探测器将这些电荷变化转化为电信号，并经过放大、滤波等处理后传递给成像系统。

成像系统将接收到的电信号转换为图像，并在显示屏上显示出来。

制冷型红外热像仪的工作原理可以简单概括为：红外辐射能量进入红外探测器，探测器将其转化为电信号，经过处理后由成像系统显示为热像。

热像图能够直观显示物体表面的温度分布情况，不同温度的物体在热像图上呈现不同的颜色。

制冷型红外热像仪在许多领域有着广泛的应用。

例如，制冷型红外热像仪可以用于夜视、安防监控、火灾检测、电力设备检测等领域。

在夜视领域，人们可以利用制冷型红外热像仪观察夜晚的景象，发现隐藏在黑暗中的目标。

在安防监控领域，制冷型红外热像仪可以监测人体的红外辐射，实现对安全隐患的及时发现和预警。

在火灾检测领域，制冷型红外热像仪可以通过监测火源的热辐射，快速准确地发现火灾，并进行报警。

在电力设备检测领域，制冷型红外热像仪可以用于检测电力设备的运行状态，发现异常热点，避免设备故障和事故的发生。

一种制冷型红外近景成像系统的无调焦设计彭晴晴;杨加强;张兴德;李荣刚;刘琳;孙昌峰【摘要】针对制冷型近景成像红外光学系统，讨论了近景系统调焦量对系统冷反射的影响，分析了在定焦近景成像系统中采用无调焦设计的必要性，以及如何选取合适参数提高系统景深、如何选取材料进行无热化设计从而实现无调焦的设计方法。

基于320×256中波制冷探测器，设计了一个焦距为20 mm、F/4的无热化红外光学系统，该系统景深范围可以覆盖成像范围（1～10 m），且在-40～55℃的温度范围内实现无调焦清晰成像。

%Based on the design of cooled infrared near range imaging system without focusing mechanism,the influence of the near range imaging system focusing on the narcissus phenomenon is discussed.The un-necessity of focusing mechanism in fix focus near range imaging system is analyzed,and the method of how to select suitable parameters to raise the depth of field and how to select materials to athermalization design is proposed for no focusing mechanism de-sign.Based on medium-wave 320 ×256 focal plane array cooled detect or,a athermalization infrared system with effec-tive focus length 20mm,F/4 is designed.This system can work well in distance of 1~10 m and temperature of -40~55 ℃ without focusing mechanism.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】4页(P909-912)【关键词】景深;近景成像;无调焦;无热化;制冷型红外系统【作者】彭晴晴;杨加强;张兴德;李荣刚;刘琳;孙昌峰【作者单位】中国电子科技集团公司第十一研究所，北京 100015;中国电子科技集团公司第十一研究所，北京 100015;中国电子科技集团公司第十一研究所，北京 100015;中国电子科技集团公司第十一研究所，北京 100015;中国电子科技集团公司第十一研究所，北京 100015;中国电子科技集团公司第十一研究所，北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN2161 引言随着红外探测技术的成熟，制冷型热像仪在越来越多的领域中得到应用。

制冷型长波红外光学系统设计单秋莎 谢梅林 刘朝晖 陈荣利 段晶 刘凯 姜凯 周亮 闫佩佩Design of cooled long-wavelength infrared imaging optical systemSHAN Qiu-sha, XIE Mei-lin, LIU Zhao-hui, CHEN Rong-li, DUAN Jing, LIU Kai, JIANG Kai, ZHOU Liang, YAN Pei-pei引用本文:单秋莎,谢梅林,刘朝晖,陈荣利,段晶,刘凯,姜凯,周亮,闫佩佩. 制冷型长波红外光学系统设计[J]. 中国光学, 2022, 15(1): 72-78. doi: 10.37188/CO.2021-0116SHAN Qiu-sha, XIE Mei-lin, LIU Zhao-hui, CHEN Rong-li, DUAN Jing, LIU Kai, JIANG Kai, ZHOU Liang, YAN Pei-pei. Design of cooled long-wavelength infrared imaging optical system[J].Chinese Optics, 2022, 15(1): 72-78. doi: 10.37188/CO.2021-0116在线阅读 View online: https:///10.37188/CO.2021-0116您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in二次成像型库德式激光通信终端粗跟踪技术Coarse tracking technology of secondary imaging Coude-type laser communication terminal中国光学. 2018, 11(4): 644 https:///10.3788/CO.20181104.0644分孔径红外偏振成像仪光学系统设计Design of decentered aperture-divided optical system of infrared polarization imager中国光学. 2018, 11(1): 92 https:///10.3788/CO.20181101.0092大视场高像质简单光学系统的光学-算法协同设计Optical/algorithmic co-design of large-field high-quality simple optical system中国光学. 2019, 12(5): 1090 https:///10.3788/CO.20191205.1090激光位移传感器传感探头微小型光学系统设计Design of micro-optical system for laser displacement sensor sensing probe中国光学. 2018, 11(6): 1001 https:///10.3788/CO.20181106.1001多角度耦合分幅相机光学系统设计Optical system design of multi-angle coupled framing camera中国光学. 2018, 11(4): 615 https:///10.3788/CO.20181104.0615大相对孔径紫外成像仪光学系统设计Design of large aperture ultraviolet optical system for ultraviolet camera中国光学. 2018, 11(2): 212 https:///10.3788/CO.20181102.0212文章编号 2095-1531（2022）01-0072-07制冷型长波红外光学系统设计单秋莎1,2 *，谢梅林1，刘朝晖1 *，陈荣利1，段　晶1,2，刘　凯1，姜　凯1，周　亮1，闫佩佩1（1. 中国科学院 西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119；2. 中国科学院大学，北京 100049）摘要：针对640×512长波红外制冷型探测器，设计了一种制冷型长波红外光学系统，用于对目标的红外跟踪探测。

制冷型和非制冷型的红外成像仪原理Infrared imaging cameras, also known as thermal imaging cameras, are an important tool in various industries. They are used to detect and visualize the temperature of objects and materials by capturing the infrared radiation emitted by them. The two main types of infrared imaging cameras are refrigerated (cryogenic) and uncooled.红外成像仪，也称为热成像仪，在各行各业中都是重要的工具。

它们通过捕获物体和材料发射的红外辐射来检测和可视化它们的温度。

红外成像仪主要有两种类型，即制冷型（冷却型）和非制冷型。

Refrigerated infrared cameras, also known as cryogenic cameras, use a cooling system to maintain the detector at a very low temperature, typically around -320°F (-196°C). This cooling process allows the detector to be more sensitive to the infrared radiation and produce higher resolution images. The cryogenic cooling system usually involves using a mechanical refrigeration system or a Stirling cooler to achieve the low temperatures required for optimal performance.制冷型红外相机，也称为冷却型相机，采用冷却系统将探测器保持在非常低的温度，通常约为-320°F（-196°C）。

制冷型红外热成像仪原理
制冷型红外热成像仪利用红外辐射的原理进行工作。

其工作原理主要可以分为以下几个步骤：
1. 接收红外辐射：红外热成像仪通过一系列的透镜和滤光片，将红外辐射从目标物体上收集起来。

这些透镜和滤光片可以选择性地对特定波长的红外辐射进行捕捉和处理。

2. 辐射能量转换：红外辐射在探测器中转化为电信号。

制冷型红外热成像仪通常采用霍尔格林或化感探测器来转换红外辐射能量为电信号。

这些探测器需要在低温环境下工作，因此红外热成像仪中通常使用制冷系统来保持探测器的温度。

3. 信号处理和图像重构：接收到的电信号被放大和处理，然后传输到信号处理单元进行处理。

信号处理单元根据接收到的电信号，计算出不同温度点的亮度值，并将其转化为图像。

图像重构是通过根据红外辐射的能量分布和温度分布来建立图像。

4. 显示和解析：最后，图像被显示在红外热成像仪的显示屏上。

用户可以观察到目标物体的红外辐射图像，并根据图像来分析目标物体的温度分布和热特性。

制冷型红外热成像仪利用红外辐射的不同能量分布和温度分布来生成图像，可以在暗无明亮的环境中检测到目标物体的热量分布，为很多应用领域提供了方便和有效的工具。