Naumov 7/14/22 10:32 PM Page 90
СПЕЦПРОЕКТ ТЕПлОвизОРы для ПРОизвОдСТв и ОхРанных СиСТЕм
90 В И Д Е О Н А Б Л Ю Д Е Н И Е И В И Д Е О А Н А Л И Т И К А
Развитие фотографии в различных диапазонах Что дальше?
Аркадий Наумов Руководитель направления АО "ОКБ "Астрон" одавляющее большинство всей информации об окружающем мире попадает через наши глаза. Свет от прямых источников или рассеянный свет от объектов, попадая в наши глаза, фокусируется в сетчатке. Полученные сигналы интерпретируются мозгом, что приводит к восприятию изображения объектов. Глаза обнаруживают только видимое излучение в диапазоне длин волн от примерно 380 до 780 нм. несмотря на то что наши глаза – уникальный оптический прибор, часто хочется видеть еще что-то, выходящее за пределы возможностей зрительной системы. Человек для этого немало сделал. Так, основным ограничением в отношении микроскопических объектов является пространственное разрешение, которое преодолевается микроскопами. С разрешением по времени можно справиться с помощью высокоскоростных камер. а вот изменение детектируемого спектрального диапазона электромагнитного излучения может значительно улучшить наши возможности. в темноте человек всегда хотел видеть лучше. Более короткие длины волн, такие как рентгеновское излучение, являются ценными инструментами для медицинской визуализации. Более длинноволновое тепловое излучение обнаруживает излучение объекта, которое не зависит от внешних источников излучения. Это тепловое излучение определяется законом Планка и излучательными свойствами объекта. Основным фактором, регулирующим спектр, является температура объекта.
П
80 лет назад, в 1942 г., был получен сверхпроводящий болометр на основе тантала и сурьмы с охлаждением жидким гелием. Немецкие "Донау-60", один из прообразов современных тепловизоров на основе таких болометров, позволяли распознавать морские суда на расстоянии до 30 км. Настоящая статья посвящена истории и экономике камер инфракрасного (ИК) диапазона, перспективам их развития, а также важнейшим для современной России вопросам импортозамещения такого класса ной технологии, предполагающей попиксельное соединение кремниевой интегральной схемы считывания с матрицей фоточувствительных элементов. иК-матрицы сегодня могут насчитывать до 108 иК-детекторов, что соответствует числу чувствительных рецепторов в глазе человека (~2*108). необходимость гибридизации двух различных полупроводниковых структур приводит к существенному возрастанию стоимости камер данного диапазона (в среднем 20–30 раз) по сравнению с камерами на основе кремниевого датчика.
Рис. 1. Фото автора: видимый диапазон (a), длинноволновый ИК-диапазон LWIR (б), рентгеновский диапазон (с)
Эволюция ИК-камер Камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIR) используют кремниевые датчики в диапазоне длин волн от 0,8 до 1,1 мкм. Благодаря спектральному диапазону чувствительности кремния можно даже на любительской технике получить изображение в ближнем иК-диапазоне. для этого с коммерческой матрицы удаляют фильтр, отрезающий иК-область спектра, и дополняют фильтрами, отрезающими видимую и УФ-части спектра. Камеры коротковолнового инфракрасного диапазона (SWIR) используют в основном детекторы, также матричного типа, из арсенида индия-галлия (InGaAs), работающие в диапазоне примерно от 0,9 до 1,7 мкм. Такие матрицы выполнены по гибридиюнь – июль 2022
www.secuteck.ru
Средноволновые инфракрасные (MWIR) камеры обычно основаны на антимониде индия (InSb), работающем в диапазоне от 3 до 5 мкм. Этим датчикам требуется глубокое охлаждение. Они еще на порядок-два дороже предыдущих камер. Учитывая более дорогие оптические материалы для объективов такого диапазона, стоимость камер возрастает еще в 2–3 раза. Обнаружение еще более длинноволнового инфракрасного излучения (LWIR) от 7,5 до 14 мкм достигается либо с помощью охлаждаемых КРТ-детекторов (HgCdTe), либо неохлаждаемых тепловых детекторов.
Рис. 2. Диапазон электромагнитного излучения
