光学读出红外成像中反光板变形对光学检测灵敏度的影响

在刀口滤波光学读出方法的基础上,讨论了反光板弯曲的情况下,刀口滤波方法的光学检测灵敏度与反光板长度之间的关系.分析表明,在反光板曲率半径一定的情况下,光学检测灵敏度首先随着反光板长度的增加而增大,达到最大值后随着反光板长度的增加而减小.对于不同曲率半径和长度的反光板,分析给出反光板长度L和曲率半径R在满足L2/R=λ(λ为照明光波长)时,光学检测灵敏度达到最大值.实验测量了已制作的像素尺寸分别为200μm,120μm和60μmFPA的光学检测灵敏度,其实验结果和理论分析一致.     

光学读出红外成像及其FPA性能分析

针对已提出的光学读出非制冷红外成像系统,设计研制了一种单元尺寸分别是50 μm×50μm和60 μm×60 μm的新型双材料微悬臂梁红外焦平面阵列(FPA),进行了人体红外热成像实验,并对光学读出非制冷红外成像系统的温度-灰度响应曲线及噪声进行了测定.实验结果表明该微梁结构FPA构成的红外成像系统的噪声等效温度差(NETD)约100 mK.和课题组之前的研究结果(微梁单元尺寸120μm×120μm,NETD约300 mK)相比,红外图像的温度分辨率和空间分辨率都得到了明显改善.     

基于光学读出非制冷红外成像系统的无基底FPA等效电学模型

与传统的有基底FPA(焦平面阵列)相比, 基于全镂空支撑框架结构的新型无基底FPA在热学特性上存在显著差异, 传统的基于恒温基底假设的热学分析模型不再适用, 因此, 通过电学比拟方法, 将无基底FPA的热响应特性等效为电学模型.通过该模型, 进一步分析了无基底FPA在非真空环境下的热学性能, 分析表明: 该无基底FPA具有在大气压下优良的红外成像性能, 其NETD(噪声等效温度差)值仅比真空环境下增加了数倍.     

基于MEMS工艺微悬臂梁阵列光学读出红外成像研究现状

非制冷红外成像技术由于其成本低可考性好而倍受关注。一种基于MEMS双材料梁阵列的新概念光学读出红外成像系统也于今年来被提出来。介绍了这种系统成像原理,影响参数及其研究现状,最后展望了其发展前景。     

基于闪耀光栅的光学读出彩色红外成像研究

基于闪耀光栅的光学读出彩色红外成像根据闪耀光栅的高效分色原理工作。红外焦平面上的热量驱动红外热感应薄膜偏转,红外热感应薄膜有一个金属反射表面和一个吸热表面,具有闪耀光栅结构的红外热感应薄膜的金属反射面将照射到薄膜上的白色照射光分解成彩色光线,在特定衍射角度上放置CCD图像记录单元,即可记录不同转角对应的不同色彩,形成彩色红外图像.依据实验估算的NETD大约为39mK.     

灵敏度可调的光学读出非制冷热像元设计

设计了一种可见光反射型光学读出非制冷热像元结构。理论分析表明热像元的热-机械灵敏度达到0.043deg·K-1,在热像元面积比已有报道减小75%的情况下,热-机械灵敏度反而提高至少79%。通过改变弯折梁底层金膜的面积来调节热像元的灵敏度,使其可在2.36×10-6rad·m2·W-1和9.21×10-6rad·m2·W-1之间变化。ANSYS仿真结果和理论结果吻合较好,验证了设计的正确性。     

基于MEMS技术的光学读出红外成像系统

提出了一种利用悬梁式热感应薄膜阵列、衍射光栅和图像重建技术来实现高灵敏光学读出红外成像的装置和方法。与传统的光学读出红外成像技术相比,该装置采用彩色CCD设计来提高系统灵敏度,具有结构简单、成本低廉的优越性,适用于对速度指标要求不高的应用领域。制备了试验结构并进行了红外测试,证明在人体红外信号作用下,悬臂自由端能产生较大幅度的偏转,随之彩色CCD读出了全可见光波长范围的颜色变化。经估算,系统的噪声等效温度差大大超过目前200mK的水平。     

无基底焦平面阵列的红外成像性能分析

基于提出的光学读出非制冷红外成像系统,先后制作了不同单元尺寸的单层膜无基底焦平面阵列(FPA),获得了室温物体的热图像。分析发现,当FPA的单元尺寸从200μm逐渐减小到60μm时,基于恒温基底模型的理论响应与实验结果的偏差逐渐增大。通过有限元方法,模拟分析了不同尺寸的微梁单元在无基底FPA中的热学行为,发现了当单元尺寸逐渐减小时,恒温基底模型偏差逐渐增大的原因,即无基底FPA的支撑框架逐渐不满足恒温基底条件,受热辐射后,支撑框架的温升从基底上抬高了单元的温升。论文还分析了无基底FPA的红外成像性能。当单元尺寸为60μm时,其热探测灵敏度比传统的有基底FPA高一个数量级。     

非制冷红外焦平面CMOS读出电路设计

在过去的10年里红外焦平面阵列成像技术逐渐进入了成熟期,从红外焦平面的发展背景出发,简要介绍了一种新颖的非制冷焦平面成像技术,论述了读出电路在红外焦平面信号传输中的作用并介绍了其基本框图,分析了国内外焦平面读出电路的现状,最后提出了一些在红外焦平面阵列读出电路设计中所需要注意的问题。     

双材料微梁阵列非制冷红外成像系统——微梁阵列的设计与制作

给出了一种用于非制冷光学读出红外探测器的核心器件--双材料微悬臂梁阵列的设计和制作.微梁阵列是无硅基底的SiNx/Au双材料单层膜结构,其制作工艺简单、可以直接放在空气中成像.实验使用了设计制作的140×98微梁阵列和高信噪比的12-bit CCD,得到120℃以上的物体热像,噪声等效温度差(NETD)为7K左右,实验结果与热机械模型预测结果一致.     

带有热沉结构的全镂空光读出红外焦平面阵列

A substrate-free optical readout focal plane array(FPA) operating in 8-12μm with a heat sink structure (HSS) was fabricated and its performance was tested.The temperature distribution of the FPA with an HSS investigated by using a commercial FLIR IR camera shows excellent uniformity.The thermal cross-talk effect existing in traditional substrate-free FPAs was eliminated effectively.The heat sink is fabricated successfully by electroplating copper,which provides high thermal capacity and high thermal conductivity,on the frame of substrate-free FPA. The FPA was tested in the optical-readout system,the results show that the response and NETD are 13.6 grey/K(F / # = 0.8) and 588 mK,respectively.     

光学电压传感器中λ／4器件的设计与应用

从光学电压传感器的基本原理出发，应用电磁场理论讨论了线偏振光经全反射后的相位差问题，提出了用90°直角棱镜的组合代替1／4波长板（λ／4波片）的设计原则，给出了光学电压传感器结构设计方案。将该结构的光学电压传感器用于110kV光学电压互感器中，试验表明在20％UN以上电压时，系统的线性相对偏差在±0.2％以内。     

波导多层光卡读出系统的研制

研制了适合于波导多层光卡(WMOC)的数据读出系统.该系统硬件主要包括了光卡器件、寻址部分、光学部分和信号读取与处理部分等多个单元;软件采用Visual Basic(VB)语言编程,设计了简单直观的操作界面,通过界面可以精确改变电控平移台的位置,实现对光卡寻址和显微放大光学单元的实时调节.该系统使用方便、具有很强的可操作性与实际应用价值.     

三重共轭消杂散光光学系统的设计方法研究

杂散光抑制能力是光学系统的重要评价指标.红外光学系统不仅受到外部杂散光影响,而且受到仪器内部杂散光影响.传统的"物-像"共轭光学系统的设计方法未能全面考虑杂散光的抑制问题.提出一种三重共轭光学系统的设计方法,该方法设计出的光学系统具有"物-像"、"物-中间像"和"入瞳-出瞳"三重共轭关系,具有同时抑制内部和外部杂散光的能力.基于该方法设计出一种离轴三反射式消像散光学系统,该系统F/#=4、一维线视场7°,离轴5度视场外点源透过率低于5×10~(-4),系统冷屏效率达到96%,并获得良好的在轨图像.     

二极管非制冷红外探测器及其读出电路设计

针对非制冷红外技术的低成本高性能应用,提出了基于SOI的二极管红外探测器及其读出电路的集成设计方案。阐述了二极管非制冷红外探测器的基本原理和工艺实现。对探测器的电学特性进行理论推导,得出读出电路的设计指标。采用连续时间自稳零电路结构实现探测器输出信号的低噪声低失调放大,采用级联滤波器以减弱开关非理想因素的影响,并采用片内电容采样保持,使得I/O引脚数较少,从而减小版图面积。采用spectre工具进行仿真,在CSMC 0.5 m 2P3M CMOS工艺下实现。结果表明:读出电路性能良好,闭环增益为65.8 dB,等效输入噪声谱密度为450 nV/Hz,等效输入失调电压100 V以内,功耗为5 mW,能实现探测器信号的准确读出。     

高性能TDI扫描式红外传感器读出电路研究

扫描式红外成像传感器在遥测遥感、卫星成像等远距离成像领域具有广泛的应用。为了缓解信噪比相对较低而影响图像质量的问题,提出了一种时间延时积分(TDI)型读出电路。该读出电路由电容跨阻放大器(CTIA)像素电路阵列、并行TDI电路、多路开关选择电路和输出缓冲器等组成。为实现对宽动态范围光电流的处理,CTIA电路设计有多档可选增益,且非线性度小于0.3%。该读出电路采用0.35 μm CMOS工艺设计与制造,芯片面积约为1.3 mm×20 mm,采用5 V电源时功耗小于60 mW。为了评估1024×3 TDI读出电路的功能,采用了对TDI输入端注入不同电压激励的方式进行测试,测试结果验证了所提出的设计方案。     

手机镜头的光学系统设计及杂散光模拟

为了满足现代手机镜头对高像素、小型化以及无杂散光的要求,采用光学塑料非球面技术以及蒙特卡洛光线追迹法,使用CODEV光学设计软件,设计了1款三单元5106像素的手机镜头。同时,运用LightTools光学分析软件进行杂散光分析。结果表明,该镜头的F数为2.6,全视场角为72.9,系统总长为3.1mm。最终组装产品的性能测试结果能满足设计要求,且无不可接受的杂散光。