Журнал "Системы Безопасности" № 3‘2020

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 68 В последние годы темпы развития теплови- зионной техники новых поколений заметно ускорились. Устройства с использованием теп- ловизоров позволяют осуществлять наблюде- ние в условиях плохой видимости, обнаружи- вать людей с повышенной температурой в толпе и др. (рис. 1). По "допандемическому" прогнозу фирмы Maxtech International (США), рынок гражданских и военных ИК-систем, составляю- щий в 2017 г. 10,5 млрд долларов, в 2023 г. превысит 17 млрд долларов. Из-за пандемии, вероятно, следует пересмотреть эти прогнозы в сторону увеличения, а после ее окончания вполне может быть, что эпидемиологическая угроза займет в общественном сознании такое же место, какое заняла террористическая после терактов в Нью-Йорке в 2001 г. Нельзя исклю- чать и появление в аэропортах биометрическо- го контроля в дополнение к существующим про- токолам авиационной безопасности, а также новых правил пересечения пограничных пунк- тов и др. Как работают ИК-детекторы? Инфракрасные камеры воссоздают образ теп- лого объекта по сигналам от первичных пре- образователей – датчиков теплового излучения. Инфракрасная энергия от объектов сцены фоку- сируется посредством оптики на ИК-детектор, информация от него передается на электронику для обработки изображения, которое трансли- руется на стандартный видеоэкран. Современные датчики имеют подложку, на кото- рой размещен массив детекторов, представляю- щих собой пиксели. Подложка также включает в себя интегральную схему, обычно называемую Read Out Integrated Circuit (ROIC), которая элек- трически соединяется с детектирующими эле- ментами (рис. 2). Интеграция таких схем с раз- ными типами детекторов позволила создавать матричные ИК – ФПУ (МФПУ), которые могут насчитывать до 10 8 ИК-детекторов, что соответ- ствует числу чувствительных рецепторов в глазе человека (~2 х 10 8 ). В настоящее время на повестке дня стоит раз- работка МФПУ 2-го и 3-го поколений. Ко 2-му поколению относятся МФПУ смотрящего типа с числом элементов до 10 6 (мегапиксель). 3-е поколение МФПУ характеризуется расши- ренными возможностями, например работой при повышенных температурах и др. К 3-му поколению относятся и МФПУ мегапиксельных форматов с уменьшенным шагом элементов. Преимущества охлаждаемых МФПУ Тепловизионные приборы можно разделить на два класса: 1) более эффективные – на фотонных (охлаж- даемых и неохлаждае- мых) детекторах; 2) менее чувствитель- ные – на тепловых ( н е о х л а ж д а е м ы х ) детекторах (микробо- лометрах). Существенным недо- статком ИК-фотонных детекторов является необходимость крио- генного охлаждения. Оно нужно для пред- отвращения тепловой генерации носителей заряда, которая являет- ся источником шумов, ограничивающих пара- метры приемников излучения. Типичная конструкция современного охлаждае- мого фотоприемного узла показана на рис. 2. Гибридный фотоприемный узел, включающий в себя матрицу фоточувствительных элементов, состыкованную с кремниевой интегральной схемой считывания, смонтирован в вакуумный корпус. Охлаждение МФПУ обеспечивается микрокриогенной системой охлаждения (МКС), интегрированной с корпусом МФПУ и работающей по циклу Стирлинга. Сегмент охлаждаемых МФПУ демонстрирует быстрый рост, связанный с внедрением новых технологий создания приемников и более эффективных систем охлаждения. Самые используемые материалы Основой МФПУ являются полупроводниковые фоточувствительные материалы, роль которых все более возрастает. Основные материалы, исполь- зуемые для создания фотонных приемников: l тройное полупроводниковое соединение кад- мий-ртуть-теллур (HgCdTe) для спектральных диапазонов 1–2,5/3–5/8–14 мкм; l двойное полупроводниковое соединение антимонида индия (InSb) для спектрального диапазона 3–5 мкм; l тройное полупроводниковое соединение индий-галлий-арсенид (InGaAs) для спек- трального диапазона 0,4–2,3 мкм; l структуры с квантовыми ямами (QWIP) для спектральных диапазонов 3–5/8–14 мкм. июнь – июль 2020 www.secuteck.ru Владимир Попов Генеральный директор АО "ОКБ "Астрон" Аркадий Наумов Инженер-аналитик АО "ОКБ "Астрон" Рис. 1. Области использования тепловидения (Yole Development, 2018 г.) Современные охлаждаемые фотоприемные устройства ИК-диапазона Динамика рынка до и после пандемии В данной статье рассмотрены некоторые свойства и характеристики наиболее широко применяемых охлаждаемых матричных фотоприемных устройств для инфра- красных камер 1 , а также возможные перспективы развития рынка в "постпандеми- ческую" эпоху 1 В настоящем обзоре использованы материалы XXV Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва, "НПО "Орион"), 2018 г.