In this paper, we propose an efficient image equipment implementation for the detector characteristics of various detectors by analyzing un-cooled thermal detector that exhibits nonlinear changes due to external temperature effects. First, we explain Thermal Electric Cooler for un-cooled detector temperature control system and Non-image correction methode for IR system. Second, we present the results of a study on an efficient control technique that can minimize the deterioration of image quality by controlling a un-cooled thermal detector without a thermal electric cooler(TEC) inside. Third, we suggest Image Correction Methods for Uncooled IR TECless Detector with Non-linear characteristics due to Temperature Change. So, we analyze and present the results of Image correction methods for various un-cooled thermal detector.
적외선 열 영상 system에서 가장 핵심이 되는 BSCT 320X240 IRFPA를 구현하였다. 검출기 module은 두 개의 부분, 즉 적외선 감지 pixel의 array와 감지된 신호를 읽어내는 ROIC로 구성된다. 50-${\mu}m$의 pitch와 95-%의 fill-factor를 만족하도록, laser scriber공정과 10-${\mu}m$ 크기의 ball을 갖는 micro bump공정을 적용하였다. ROIC는 선택된 신호를 읽어서 순차적으로 출력하게 설계되었으며, 단일 transistor amplifier, HPF, tunable LPF 그리고 clamp circuit를 삽입하여 SNR이 개선되도록 설계하였다. Detector와 ROIC의 결합으로 제작된 hybrid chip은 좀더 안정한 동작을 하도록 TEC가 내장된 ceramic package에 탑재하였다. 제작된 IRFPA sample은 원하는 특성을 만족하였으며, 특히 fill-factor, 탐지도, 반응도면에서 설계의 목표에 잘 근사함을 알 수 있었다.
Surface micromachined uncooled IR detector with the optimized VOx bolometric layer was fabricated based on sandwich structure of the V$_2$O$_{5}$V/V$_2$O$_{5}$. In order to improve the detectivity of the IR detector, we optimized a few factors in the viewpoint of bolometric material. Vanadium oxide thin film is a promising material for uncooled microbolometers due to its high temperature coefficient of resistance at room temperature. It is, however, very difficult to deposit vanadium oxide thin films having high temperature coefficient of resistance and low resistance because of process limits in microbolometer fabrication. In order to increase the responsivity and decrease noise, we increase TCR of bolometric material and decrease room temperature resistance based on the sandwich structure of the V$_2$O$_{5}$V/V$_2$O$_{5}$ by conventional sputter. By oxygen diffusion through low temperature annealing of V$_2$O$_{5}$V/V$_2$O$_{5}$ in oxygen ambient, various mixed phase vanadium oxide was formed and we obtained TCR in range of-1.2 ~-2.6%/$^{\circ}C$ at room temperature resistance of 5~100k$\Omega$.mega$.
This paper introduces the design techniques of an IR module using the 2-D array un-cooled type infrared detector which is applied to the individual combat weapon. Considering the size and weight of the hand carried weapon system, we used a very small-sized detector and applied an adaptive temperature control algorithm so that the operation consumed with low power can be possible. We applied the AR(Auto Regressive) filter to improve the signal-to-noise ratio in a thermal image processing step. We also applied the plateau equalization and boundary enhancement techniques to improve the visibility for human visual system.
This is a widespread requirement for low cost lightweight thermal imaging sensors for both military and civilian applications. Today, a large number of uncooled infrared detector developments are under progress due to the availability of silicon technology that enables realization of low cost IR sensor. System prices are continuing to drop, and swelling production volume will soon drive process substantially lower. The feasibility of micromechanical optical and infrared (IR) detection using microcantilevers is demonstrated. Microcantilevers provide a simple Structurefor developing single- and multi-element sensors for visible and infrared radiation that are smaller, more sensitive and lower in cost than quantum or thermal detectors. Microcantilevers coated with a heat absorbing layer undergo bending due to the differential stress originating from the bimetallic effect. This paper reports a micromachined silicon uncooled thermal imager intended for applications in automated process control. This paper presents the design, fabrication, and the behavior of cantilever for thermomechanical sensing.
This paper describes a thermal image processing algorithm for uncooled type TEC-less IR detector which is applicable to fire control system of small arms. We implemented a real-time gain and offset compensation algorithm based on polynomial approximation from the raw dataset which is acquired by two reference temperature of blackbody from various FPA(Focal Plane Array) temperature. Through the experiment, we analyzed the output characteristics of detector's raw-data and compared IR image quality to traditional non-uniformity correction method. It shows that the proposed method works well in all FPA temperature range with low residual non-uniformity.
Vanadium oxide ($VO_x$) thin films are very good candidate material for uncooled infrared (IR) detectors due to their high temperature coefficient of resistance (TCR) at room temperature. But, the deposition of $VO_x$ thin films showing good electrical properties is very difficult in micro bolometer fabrication process using sacrificial layer removal because of its low process temperature and thickness of thin films less than $1000{\AA}$. This paper presents a new fabrication process of $VO_x$ thin films having high TCR and low resistance. Through sandwich structure of $VO_{x}(100{\AA})/V(80{\AA})/VO_{x}(500{\AA})$ by sputter method and post-annealing at oxygen ambient, we have achieved high TCR more than $-2%/^{\circ}C$ and low resistance less than $10K\Omega$ at room temperature.
In this paper, fabricated by MEMS uncooled micro-bolometer detector for the study in the infrared sensitivity enhancement. Absorption layer SiOx-Metal series MDTF (metal-dielectric thin film) by high absorption rate and has a high thermal coefficient of resistance, low noise characteristics were implemented. Then MDTF were made in a vacuum deposition method. And MDTF for the analysis of the physical properties of silicon wafers were fabricated, TCR (temperature coefficient of resistance) value was made in order to measure the glass wafer and FT-IR (Fourier Transform Infrared spectroscopy) values were made in order to measure the germanium window. The analyzed results of MDTF -3 [%/K] has more characteristics of the TCR. And 8~12 um wavelength region close to 70% in the absorption characteristic.
칼코게나이드계 재료를 사용한 비냉각 적외선 센서의 윈도우를 제작하여 그 특성을 조사하였다. 조성을 EDS로 분석한 결과 Ge-Se-Sb로 구성되어 있음을 확인하였다. 두께 2mm인 윈도우 모재를 양면 경연마한 후 코팅 설계치로 8-12um 영역에서 평균 투과도가 95.6%로 나타났다. 이온빔보조증착장치를 이용하여 Ge, ZnS, $YF_3$ 소스로 코팅한 결과 투과도는 동일파장영역에서 약 94%로 나타났다. 칼코게나이드 원재료의 투과도는 약 69%로써 12um 영역 부근에서 강한흡수를 보였다. 코팅면의 거칠기 값(Ra)은 약 1.5 nm로써 매우 매끄러운 면을 얻었으며, 단면 SEM 측정 결과 설계치와 유사한 박막 두께를 얻었다.
Kim, Jai-Soon;Yoon, Jin-Kyung;Lee, Ho-Chan;Lee, Jai-Hyung;Kim, Hye-Kyung;Lee, Seung-Churl;Ahn, Keun-Ok
Journal of the Optical Society of Korea
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제8권4호
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pp.174-181
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2004
Various kinds of systems, that can do target recognition and position detection simultaneously by using infrared sensing detectors, have been developed. In this paper, the detection system TRSS (Thermal target Recognition by Spiral Scanning) adopts linear array shaped uncooled IR detector and uses spiral type fast scanning method for relative position detection of target objects, which radiate an IR region wavelength spectrum. It can detect thermal energy radiating from a 9 m-size target object as far as 200 m distance. And the maximum field of a detector is fully filled with the same size of target object at the minimum approaching distance 50 m. We investigate two types of lens systems. One is a singlet lens and the other is a doublet lens system. Every system includes one aspheric surface and free positioned aperture stop. Many designs of F/1.5 system with ${\pm}5.2^{\circ}$ field at the Efl=20, 30 mm conditions for single element and double elements lens system respectively are compared in their resolution performance [MTF] according to the aspheric surface and stop position changing on their optimization process. Optimum design is established including mechanical boundary conditions and manufacturing considerations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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