特种图像传感器

特种图像传感器 

   现代科学技术的发展，尤其是国家安全，公安刑侦，医疗影像，材料科学，航天，航空，天文观测以及森林防火等领域高科技事业的发展，对图像传感器的某些突出性能提出更高的要求。为满足现代科学技术发展的需要，仅靠图像传感器自身性能的提高已经显得力不从心。为此，人们将一些能够提高图像传感器某特殊性能的工艺与其他器件等图像传感器组合起来，构成具有特殊功能的图像传感器件，简称为特种图像传感器。
   特种图像传感器内容很多，它应该包括越小型，超高速和超大图像传感器，但是限于篇幅，本章只讨论下面几种极特殊的特种图像传感器，其中包括微光图像传感器，红外图像传感器，紫外图像传感器和X射线图像传感器等。
微光图像传感器
   20世纪60年代初发展起来的微光夜视技术就已经出现了微光图像传感器。微光夜视技术使人眼的夜间视觉能力大大提高，使人们能够在伸手不见五指的黑夜，通过夜视化仪器看到远处的景物目标。目前世界上许多研制出很多类的微光夜视图像传感器，大量用于国防，公安，医疗影像和天文观测等各个部门。其中微光CCD图像传感器是目前应用最为广泛，最有前途的微光夜视图像传感器件。本节主要介绍微光CCD夜视图像传感器的基本工作原理，基本结构，特性和应用等问题。
微光图像传感器的发展概况
  图像传感器产生于20世纪40年代，当时图像传感器的光电灵敏度还很低，不能满足夜间视觉要求。后来人们利用电子增强技术，制成了级联式的像增强器，通过这种像增强器可以观测度低于0.1lx景物。这种由像增强器构成的能够直接通过荧光屏观测微光景物图像的仪器称为直视夜视仪。直视夜视仪对提高部队夜间战斗能力以及部队的快速反应能力等起到的重要作用。胆是，直视夜视仪的荧光屏只够一两个人观看，无法对图像进行技术处理，无法以远距离送，更无法保留图像。为适应现代战争的需要，夜视仪器应能够实时地将图像传输到后方指挥系统，并能存储，保留图像。20世纪60年代初，将像增强器与真空电子束摄像管有机地组合在一起，研制出第一代的微光图像传感器，又称为微光电视摄像管。微光电视摄像管与直视夜视仪相比具有如下的特点：1.便于利用图像处理技术，提高显示图像的品质；2.可以实现图像的远距离传输或远距离遥控摄像；3.便于和光电自动控制系统构成电视跟踪装置，直接用于武器制导，指挥射击等领域，并具有较强的抗干扰能力和快速反应的特点；4.能够供更多的人在更为广泛的场所同时观察；5.可以录像并长期保存。虽然微光电视摄像管在体积，重要，能耗，成本，使用维护等方面不如直视夜视仪，但由于上述5个方面的优点，使它愈来愈受到重视，并被广泛地用于国防，公安，医学影像和天文观测等方面。
   微光电视摄像管在军事装备上被广泛地应用，从而进一步促进了它的发展，不同级联方式，不同结构，不同观察距离的微光电视摄像系统不断提高，CCD摄像器件也被用来制作微光电视摄像管。由于CCD摄像器件的不断完善和性能的不断提高，CCD摄像器件也被用来制作微光电视摄像管。由于CCD具有固体摄像器所具有的许多独特的特点，使CCD微光电视摄像管成为最新和最具有前途的一类产品。
    一些军事装备上所用的微光电视摄像系统的型号和性能。这些产品可归结为5种类型，每种类型的主要区在于图像传感器件的不同。
    第一类产品是使用级联式像增强器耦合光导摄像管组成的微光电视摄像管。第二类产品是使用微通道板像增强耦合光导摄像管组成的微光电视摄像管（MCPI-V),以及第三代像增强耦合导摄像管组成的微光摄像管（TGI-HJC）。第三类产品是使用像器耦合二次电子电导摄像管组成的微光摄像管（I-SEC）。第四类产品是采用像增强器耦合电子轰击硅靶摄像管组成的微光摄像管（I-EBS,I-SIT,I-SEM）。第五类是使用电子轰击CCD构成的微光摄像管（EB-CCD），采用砷化镓（CaAs）半导体光电阴极材料构成的像增强器与CCD耦合构成的微光摄像管（I-CCD）。另外，还有电子累积方式的微光CCD摄像管（TDI-CCD）。这一类微光摄像管是最有前途一类。
  目前，已有两种微光CCD摄像管，即增强型（I-CCD）和累型TDI-CCD摄像管。它们的最低照度已达到10-6Lx，分辨率优于510TVL。例如，德国SIM安全与电子系统公司推出的SIM-CCD在10-6lx下工作，具有很宽动态范围，可以在10-5~10-8lx照度范围内工作。该要由CCD和微通道板像增强器构成，分辨率高达510TVL。美国加利福尼亚加利福尼亚州Xybion电子系统公司新近推出了TDL-CCD微光摄像机，采用砷货镓像增强器，可以工作在低于10-6lx的照度下。B&M光谱公司研制的制冷温度在-75~-150℃的低温下，微光特性可以高达10-11lx。