Типы микроболометров и принцип их работы.

Наиболее актуальными задачами в сфере разработки тепловизоров были и остаются увеличение чувствительности, уменьшение массогабаритных показателей, повышение надежности и быстродействия.

Первые серийные тепловизоры производимые в середине шестидесятых годов весили до 35 килограмм. Работали они исключительно от электрической сети и требовали охлаждения жидким азотом при температуре минус 195 градусов по Цельсию.

Со временем вес приборов уменьшался и составлял 10 -12 килограмм. В 70 - 80-е годы появилась возможность фиксации изображения на магнитофонную ленту с дальнейшей обработкой данных на ЭВМ (электронно-вычислительной машине). Приемник таких тепловизоров достигал 150 х 150 элементов, а обновление картинки не превышало частоты 10 кадров в секунду.

Ближе к девяностым разрешение приемников достигало 256 х 256 элементов и запись данных с приборов возможно было осуществлять на дискету. Термоэлектрические холодильники позволили уменьшить вес до нескольких килограмм. Частота тепловизора увеличилась до 20 Герц.

В девяностые года 20-го века произошел настоящий технологических прорыв, разделивший тепловизоры на две большие группы – охлаждаемые и не охлаждаемые. Этому послужило создание болометрических матриц современного типа, на основе оксида ванадия и аморфного кремния. Разрешение со временем увеличилось с 16 х 16 до 640 х 480 элементов. Чувствительность достигла 0,1 градуса по Цельсию. Большая часть приборов на основе болометрических матриц стали носимыми за счет снижения веса до сотен грамм.

Этому послужили болометрические матрицы которые позволили отказаться от дорогостоящих систем охлаждения и по сей день применяемых в современных фотонных тепловизорах на базе антимонида индия.

Микроболометры не такие «мощные» как фотонные приемники и не дотягивают по наибольшей дистанции обнаружения как у охлаждаемых тепловизоров, но этот недостаток с лихвой компенсируется малым весом и удобством. Микроболометры уверенно заняли нишу приборов ближнего наблюдения и автоматического контроля, где важны малые габариты и низкое энергопотребление.

Определимся с понятийным аппаратом. Что такое микроболометр? Из названия очевидно, что это болометр в миниатюре. Болометр же, если переводить с греческого дословно - это измеритель света. Принцип болометра был изобретен еще в 19 веке, но до поры этим изобретением не пользовались.

Принцип работы всех тепловизоров основан на изменении электрического сопротивления чувствительных элементов под действием нагревания. Но также при нагревании снижается чувствительность принимающих элементов. Поэтому болометры либо охлаждают (если необходимы сверхточные измерения как например в астрономии, где охлаждение происходит до температуры жидкого гелия), либо довольствуются меньшей точностью получая взамен компактность.

Иными словами, микроболометр это сжатый до минимально возможных размеров набор датчиков. Сегодня размер такого датчика может составлять до 11 микрометров. Особенно восхищает и то, что и у этой микроскопической детали есть еще более мелкие элементы. Элементы микроболометра подвешены на высоте 2,5 мкм. Ширина ножек элемента составляет всего 1,5-1,8 мкм.

Чем меньше структурные элементы матрицы, тем более четкое изображение может выдавать ваш тепловизор. Поэтому в будущем основная технологическая гонка в сфере тепловидения будет перемещаться из макромира в сферу микромира.