Системы тепловидения

Тепловидение - это получение изображения на основе теплового излучения в диапазоне от 8 до 14 мкм. Другими словами, длинноволновое инфракрасное излучение превращается в зрительный облик или цифровые данные, которые затем могут быть интерпретированы компьютером. Поскольку интенсивность теплового излучения независима от внешнего освещения и поскольку оно может проходить через многие препятствия, тепловидение - технология, представляющая собою хороший выбор для видеонаблюдения в темноте или в других сложных для зрения обстоятельствах. Тепловидение имеет широкие перспективы на таких рынках, как битва с пожарами, охрана правопорядка, наблюдение, охрана жилья и др. При этом во многих случаях альтернативы тепловидению нет. На рынке охранного видеонаблюдения сочетание обычной видеокамеры с тепловизионной дает дополнительные функциональные возможности в ситуациях, когда обычные камеры не дают удовлетворительной картинки - в плохую погоду или ночью.

Микроболометр под микроскопом
Сегодня наиболее доступная форма тепловидения - сенсор-микроболометр. Обычные стоимости для камер на основе микроболометров - от 8 до 20 тыс. дол., в зависимости от разрешения, качества изображения и набора функций. Микроболометр имеет чувствительные элементы, которые выглядят как стол с двумя ножками: эти ножки отделяют его от основания и обеспечивают его включение в цепь. "Стол" сделан из проводника, такого как Vox.. Когда излучение попадает на "крышку стола", электрическое сопротивление материала меняется. Более интенсивное излучение вызывает более сильное изменение сопротивления. Это изменение может быть измерено при пропускании через устройство электрического тока.

Изучение структуры микроболометра, материалов и процесса производства проясняет, почему эта технология не может удовлетворить требованиям универсального применения. Камеры на основе микроболометров в среднем дороже 7 тыс. дол. Они сделаны на специальных фабриках и из их высококомплексное, многомасковое производство следуют малые объемы производства. Запуск нового производства микроболометров занимает несколько лет и стоит миллионы долларов. Наилучшие образцы микроболометров требуют около 2 Вт для нормального функционирования - это очень много. Чувствительность микроболометров ограничена.

Ключ к универсальному использованию

Чтоб сделать повсеместное применение тепловидения реальностью, нужна новая технология, подразумевающая иное внутренне устройство, другие материалы и технологию производства. Этой технологией может стать оптическое тепловидение - технология на основе пассивного оптического компонента the Thermal Light Valve™ (TLV). Заместо измерения сопротивления чувствительного элемента оптическое тепловидение опирается на изменения в оптических свойствах материала, подвергаемого тепловым изменениям.

Длинноволновое инфракрасное излучение, получаемое от окружения, отображается и воспринимается элементом TLV. Это ведет к нагреву отдельных термопикселей устройства в прямой зависимости от температурной "картинки" окружающей среды. Для измерения температуры пикселей используется узкополосный околоинфракрасный источник света (near-infra red light source, NIR). Настраиваемый оптический фильтр TLV имеет структуру Фабри-Перо (Fabry-Perot structure). Это тонкие пленки аморфного кремния и нитрида кремния, которые широко использовались много лет в солнечных батареях и жидкокристаллических экранах. Эти материалы нанесены напылением с использованием усиленного плазмой химического осаждения, которое позволяет производить однородные твердые материалы в промышленных объемах. Минимальные воспринимаемые длины волн оптического фильтра зависят от оптической толщины полости - продукт физической толщины и индекса отражения. Red-Shift достигает настраиваемое™ изменением индекса отражения. Материалы характеризуются высоким термооптическим коэффициентом, который определяется изменением индекса отражения на градус изменения температуры.

Низкая цена? Да. Оптические тепловизионные камеры будут доступны по цене менее чем 3000 дол. в малых количествах и гораздо подешевле по мере хода времени и увеличения объема производства.

Изменчивость продукции? Да. Технология производства гораздо проще и может быть с легкостью изменена.

Низкое потребление энергии? Да. Чувствительный элемент потребует для питания менее 1 Вт. Высокое качество изображения? Потенциал высок. Термооптические материалы, используемые в технологии оптотепловидения, весьма чувствительны к изменениям температуры. Процентное изменение сигнал на градус изменения температуры в двадцать раз выше, чем в микроболометре.

Многие сектора промышленности выиграют от новой технологии, которая делает тепловизионные камеры доступными, и это повысит степень безопасности для всех участников.