Что такое микроболометр

Тепловизионный прибор – это устройство, позволяющее вести наблюдение как днем, так и ночью при любых погодных условиях. Он работает в тепловом спектральном диапазоне, который невидим для человеческого глаза, что дает возможность обнаруживать объекты, недоступные для приборов ночного видения, обычных видеокамер и камер с инфракрасной подсветкой.

Ключевой элемент любого тепловизора – чувствительный сенсор. В современных моделях эту функцию выполняет микроболометр, от качества и характеристик которого напрямую зависеть эффективность работы прибора и качество формируемого изображения.

Что такое микроболометр

Микроболометр – это неохлаждаемая инфракрасная матрица, состоящая из большого количества микроскопических чувствительных элементов – пикселей. Каждый пиксель реагирует на тепловое излучение, изменяя своё электрическое сопротивление в зависимости от температуры наблюдаемого объекта.

В отличие от охлаждаемых инфракрасных сенсоров микроболометры имеют ряд существенных преимуществ:

• не требуют криогенного охлаждения;
• отличаются компактными габаритами;
• потребляют меньше энергии;
• обладают высокой надёжностью и длительным сроком службы.

Благодаря этим характеристикам микроболометры применяются в большинстве гражданских, охотничьих и тактических тепловизоров.

Как работает микроболометр

Работы тепловизоров основана на изменении электрического сопротивления чувствительных элементов под воздействием теплового излучения. При нагреве сопротивление элемента изменяется, что фиксируется электронной системой прибора и преобразуется в визуальное изображение.

В охлаждаемых болометрах (используемых, например, в астрономии) достигается сверхвысокая точность за счёт охлаждения до температур жидкого гелия. Однако микроболометры работают без охлаждения, обеспечивая оптимальный баланс между точностью измерений, компактностью и энергоэффективностью.

Современные микроболометры представляют собой чрезвычайно миниатюрные структуры:

• размер одного пикселя может достигать 11 микрометров;
• чувствительные элементы подвешены на высоте около 2,5 мкм;
• ширина опорных ножек составляет всего 1,5 – 1,8 мкм.

Чем меньше размеры структурных элементов матрицы, тем выше детализация и чёткость изображения, которое способен формировать тепловизор. Поэтому дальнейшее развитие тепловизионных технологий всё в большей степени сосредотачивается на совершенствовании микроструктур.

Этапы формирования изображения:

1. Объект излучает инфракрасное тепло.
2. Излучение попадает на микроболометрическую матрицу.
3. Каждый пиксель нагревается и изменяет сопротивление.
4. Электроника обрабатывает сигнал и формирует тепловое изображение.

В результате пользователь видит контрастную картину температурных различий даже в полной темноте.

Чувствительность микроболометра и параметр NETD

Одной из наиболее распространённых технологий производства микроболометрических матриц является VOx (оксид ванадия). Такие матрицы отличаются повышенной чувствительностью и низким уровнем шумов, что обеспечивает более качественное и информативное изображение.

Ключевым параметром, характеризующим чувствительность тепловизора, является NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) — эквивалентная шуму разность температур. Этот показатель определяет минимальную температурную разницу, которую способен зафиксировать тепловизор.

Чувствительность измеряется в милликельвинах (мК):

• до 20 мК — очень высокая чувствительность (Patriot 2);
• 20 –30 мК — профессиональный уровень;
• 30 – 50 мК — средний уровень;
• более 50 мК — базовый уровень.

Чем ниже значение NETD, тем более чувствительным является инфракрасный датчик и тем лучше тепловизор различает незначительные перепады температур.

Почему чувствительность так важна

Высокая чувствительность микроболометра обеспечивает:

• уверенное обнаружение объектов с минимальной разницей температур;
• более эффективную работу в тумане, дожде, дыме и при высокой влажности;
• снижение уровня шумов на изображении;
• более чёткие и детализированные контуры целей;
• увеличение дистанции обнаружения.

На практике тепловизор с низким значением NETD способен обнаружить человека, животное или технику в условиях, где менее чувствительный прибор покажет лишь размытый тепловой фон.

Микроболометр по праву считается «сердцем» тепловизора, а его чувствительность напрямую влияет на эффективность и практическую ценность прибора. При выборе тепловизионной техники следует обращать внимание не только на разрешение матрицы или кратность увеличения, но прежде всего — на показатель NETD. Благодаря новой матрице с NETD менее 18 мК, Patriot 2 от Nvectech формирует изображение с исключительной чёткостью и детализацией, позволяя пользователю видеть малейшие тепловые различия, точно определять контуры объектов и получать полную картину происходящего даже в полной темноте или в неблагоприятных погодных условиях.

Именно высокая чувствительность микроболометра гарантирует чёткое, информативное изображение и надёжную работу тепловизора в реальных условиях эксплуатации.