Журнал "Системы Безопасности" № 3‘2022

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 93 ляют минимальные индивидуальные размеры пикселей. для LWIR, работающих в диапазоне 8–12 мкм, минимально разумный размер пик- селя составит примерно 10–15 мкм. Как только количество пикселей увеличива- ется для продуктов "высшего класса", оно также увеличивается для камер среднего и низкого уровня. Самые низкокачественные недорогие камеры сегодня поставляются с матрицами 80×60 пк. Камеры смартфонов, доминирующие сейчас на рынке, имеют всего 160×120 пк, но производитель исполь- зует программное обеспечение для обработ- ки изображений, чтобы генерировать более качественные изображения (с качеством, сравнимым с 320×240 пк). все камеры смартфонов в скором времени могут быть оснащены как минимум матрицами размером 320×240 пк. При этом ограничение частоты кадров на 9 Гц нужно увеличить, чтобы включить видеозаписи без лишнего мерцания. многие потребители будут покупать эти систе- мы как повседневные гаджеты. Большинству приложений не нужен существен- но лучший NETD, чем доступен в настоящее время, но разрешение времени и частота кад- ров должны улучшиться для систем среднего диапазона, таких как камеры LWIR. недавно появился, например, усовершенствованный микроболометр на основе оксида ванадия кам- пании Lynred. Он имеет более короткую посто- янную времени около 3 мс, что в принципе может обеспечить более высокую частоту кад- ров (примерно в три раза), около 100 Гц для камер. Болометры являются единственным типом детекторов для создания неохлаждаемых и относительно недорогих камер. Стоимость матрицы неохлаждаемых болометров при промышленном производстве на два поряд- ка меньше, чем стоимость матриц на основе HgCdTe, InSb, при этом типичные значения NETD для болометрических матриц состав- ляют 50–100 мК. Следует отметить, что теп- ловая постоянная времени для всех микро- болометров достаточно велика и составляет ~10 мс. Основные тенденции развития иК-камер можно сформулировать следующим образом: l переход на полный формат (1280x1024) и сверхкрупноформатные матрицы (2048х1536); l повышение функциональных возможностей: двух- и многоспектральные матрицы; l совершенствование технологий неохлаж- даемых матриц (корпусирование на кри- сталле и т.д.) – дальнейшее удешевление камер; l поиск новых принципов детектирования иК- излучения и новых фоточувствительных мате- риалов (графен, другие 2D-структуры и т.п.); l поиск новой, более дешевой оптики для иК- диапазонов и способов ее обработки. наиболее интригующими новыми детектора- ми (а, значит, и камерами) на горизонте являются детекторы на основе "квантовых ям" (Quantum Well Infrared Photodetector – QWIP), а также сверхрешеток 2-го типа (T2SL). Струк- тура с "квантовой ямой" представляет собой многослойную эпитаксиальную структуру, в которой чередуются тонкие слои GaAs – "ямы" и AlGaAs – "барьеры". Сверхрешетки 2-го типа (T2SL) представляют собой напряженные структуры со сверхтонкими слоями InAs и GaSb. Основным форматом здесь также является 640×512 элементов, а по числу эле- ментов достигнут мегапиксельный формат. Они позволяют осуществлять двухдиапазон- ное детектирование (частично уже коммерче- ски доступное) или даже многодиапазонное детектирование. Конечной целью для двух- диапазонных детекторов является использова- ние в качестве камеры для точной термогра- фии. Это позволяет проводить точные измере- ния температуры во всех диапазонах без необходимости знать абсолютное значение излучательной способности. Игроки ИК-рынка мировой рынок иК сильно меняется органи- зационно, и крупные игроки на поле уступают еще более крупным (таким как Teledyne, поку- пающая FLIR). интеграция успешных иК-ком- паний в портфель более крупных компаний может повлиять на исследования и разработ- ки. Успех иК-визуализации осуществился во многом благодаря инвестициям в исследова- ния, которые в случае продолжения должны помочь в создании новых продуктов высшего класса в будущем. Разработкой фотоприемных устройств различ- ного назначения в России занимается ряд пред- приятий, сосредоточенных в аО "Швабе", аО "Росэлектроника", в Российской академии наук, а также частные предприятия. Основными поставщиками тепловизионных приемных устройств и камер являются аО "нПО "Орион" и аО "мз "Сапфир", входящие в аО "Швабе", а также частное предприятие аО "ОКБ "астрон". нПО "Орион" и мз "Сапфир" произво- дят охлаждаемые и неохлаждаемые фотопри- емники на основе Si, Ge, InSb, CdHgTe. аО "нии "Полюс" развивает неохлаждаемые фотоприем- ники на основе InGaAs. Предприятия аО "Росэлектроника" (входит в Ростех) специализируются на разработке и про- изводстве матриц видимого диапазона на осно- ве кремния, барьера Шотки из силицида пла- тины, видиконов, пироэлектрических приемни- ков и на основе примесного кремния (нПП "Пульсар", Цнии "Электрон", нПП "восток"). в 2020 г. Цнии "Циклон" создал тепловизор с матрицей форматом 640х512 чувствительных элементов из структур на "квантовых ямах" (QWIP). аппаратура уверенно распознает объ- екты на расстоянии не менее 3,5 тыс. м в широ- ком поле зрения 10,5х7,8 град. институт физи- ки полупроводников Сибирского отделения Ран развивает фотоприемники на основе CdHgTe, микроболометров и "квантовых ям". аО "ОКБ "астрон" (г. лыткарино) разрабатывает и производит тепловизионные приборы граж- данского назначения на основе неохлаждаемых микроболометров собственного производства. аО "ОКБ "астрон" также приступило к серийно- му выпуску матричного модуля в LWIR-диапазо- не на основе охлаждаемой матрицы КРТ/Si (производства иФП СО Ран) и "квантовых ям" (производства "Светлана Рост") c собственной микрохолодильной системой "астрон- мКС500". некоторые результаты близки по своим показа- телям к мировому уровню, хотя в целом в отрасли имеется отставание. для России задачи достижения импортонезави- симости, паритета с мировым уровнем, особен- но в условиях санкционного давления, а также создания научно-технического и технологиче- ского заделов для развития технологий иК- камер могут быть решены программно-целе- вым методом, с более смелым использованием механизмов государственно-частного парт- нерства. n www.secuteck.ru июнь – июль 2022 СПЕЦПРОЕКТ ТЕПлОвизОРы для ПРОизвОдСТв и ОхРанных СиСТЕм Рис. 7. Смартфон с опцией визуализации ИК-изображения в LWIR-области Рис. 8. Эволюция ИК-устройств, от приставок до интегрированных смартфонов Ваше мнение и вопросы по статье направляйте на ss @groteck.ru