Чи можна своїми руками зробити тепловізор Який принцип роботи
або що можна використовувати як тепловізор?
Можна, якщо є потрібні компоненти. Наприклад, піровидикон, або напівпровідниковий датчик на діодах Шоттки, або матриця мікроболометрів, або знову ж таки напівпровідникова матриця, але не кремніва, а класу КРТ (CdHgTe - кадмій-ртуть-телур) з азотним охолодженням. Ну і, зрозуміло, потрібна для такої роботи кваліфікація.
Принцип роботи полягає у реєстрації ІНФРАКРАСНОГО (а чи не оптичного) випромінювання. Хоча фізично різниці немає - і те, й інше є електромагнітне випромінювання, і для того, і для іншого побудова зображення робиться приблизно одними й тими самими способами, лінзовим об'єктивом. І для того, і для іншого потрібен приймач зображення, який перетворює двомірний розподіл інтенсивності (тобто зображення) електричний сигнал. Але диявол завжди в деталях.
Почати з того, що для тепловізора не годяться звичайні об'єктиви, тому що вони самі собою теплі. У складних астрономічних системах, що працюють на довжинах хвиль у кілька мікронів, не лише самі датчики, а й об'єктиви охолоджуються до температури рідкого азоту.
По-друге, ці об'єктиви повинні бути непрозорі у видимій області діапазону, щоб просте світлове зображення не спотворювало теплову картинку. Найбільш популярний матеріал для тепловізійних об'єктивів – германій. Він відсікає всі довжини хвиль коротше приблизно 2 мікрон, тобто все видиме світло і навіть ближній ІЧ.
Ну і по-третє - сам датчик. Вони, як бачите, можуть бути різними. Наприклад, піровидикони реагують назміна опроміненості мішені, тому там доводиться ставити переривник вхідного потоку, якщо потрібно зняти розподіл теплового поля, що не змінюється вчасу. Принцип їхньої дії – спонтанна поляризація матеріалу мішені при нагріванні. Теплове зображення створює деяку зміну цієї спонтанної поляризації по полю мішені, яке потім зчитується електронним променем, як у звичайному видиконі.
Зовсім інакше працюють мікроболометричні матриці. Болометр, "взагалі болометр", - це датчик, що реагує на поглинену енергію. Будь-яке поглинене ним випромінювання викликає нагрівання датчика, це нагрівання як-небудь реєструється. Може змінюватися опір чутливого елемента, може змінюватися форма датчика (наприклад, чорніння нанесено на біметалеву пластину), може щось, це вже деталі технічної реалізації. Ну а мікроболометрична матриця - це, як випливає з назви, масив маленьких-маленьких болометрів, і до кожного прилаштований свій детектор (як правило, що реєструє опір елемента). Конструктивно такі приймачі теплового зображення є матрицею підсилювачів, виготовлену за КМОП-технологією, з елементами послідовного опитування такої матриці, і масив сформованих у кожному елементі (над кожним елементом) мікроболометрів.
І ще зовсім інакше працюють КРТ-матриці. Це "чесні" приймачі зображення на внутрішньому фотоефект, тобто на тому ж принципі, на якому працюють матриці у звичайних цифрових камерах. Просто у зв'язку з тим, що довжина хвилі досить велика і, відповідно, енергія кванта вкрай мала, порівняно з квантами видимого світла, доводиться брати такі екзотичні матеріали, у яких ширина забороненої зони в багато разів менша, ніж у кремнію (соті частки еВ). І саме з цієї причини такі датчики доводиться охолоджувати до кріогенних температур - при "звичайних" температурах, навіть негативних, власний темновий струм, пов'язаний зі спонтанноютепловою генерацією електронно-діркових пар, набагато перевищує корисний оптичний сигнал.
Ще одна радикальна відмінність КРТ-приладів від звичайних кремнієвих – гібридна конструкція. На кремнії можна в одному кристалі поєднати як саму фоточутливу матрицю, так і схеми зчитування сигналу з неї. КРТ - дуже хреновий з погляду досконалості кристалічної структури матеріал, до того ж у ньому неможливо реалізувати планарну технологію (ну-у. скажімо так: це надзвичайно складно і виправдано ні економічно, ні технічно). Тому схеми зчитування для таких матриць роблять на кремнії, за стандартною кремнієвою технологією, і потім якось зчленовують кремніву матрицю зчитування з КРТ-матрицею датчика зображення.