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       随着军用光电等高新科学技术的发展，以及经济与民用公共安全发展的需要，特种图像传感器技术已广泛地转为民用。所谓特种图像传感器，即能釆集或拾取人们视觉看不见的特殊图像，如红外、紫外、x射线等特殊频段的图像传感器。

       特种光电成像器件主要是探测不可见光图像的器件，下面分别论述红外光成像器件、紫外光成像器件、x射线光成像器件，最后介绍它们在安防中的应用。

红外光成像器件

        红外线存在于自然界的任何角落，一切温度高于0K的物体，时时刻刻都在不停地辐射红外线。特别是活动在地面、水中和空中的军事装置，如坦克、车辆、军舰、飞机等，由于有高温部位，往往形成强的红外辐射源。因此，红外辐射的探测在军事上和民生上有广泛的应用需求。

        红外光电成像器件有两种主要形式：即制冷型的光（量）子型红外光电成像器件与非制冷型的量热型红外光电成像器件。按成像方式的不同，可分为光机扫描型和凝视型两种。而红外焦平面阵列器件（Infiared-Ray Focus Plane Array,IRFPA）是一类用于凝视型热成像系统的面阵成像器件，它要求将高达106甚至更多的探测器单元紧凑地封装在焦平面上，即将两维探测阵列器件集成在带有多路传输的读出电路的焦平面上。为实现这种设计，必须使用极小的探测器(尺寸小于25μm)并使用高产量低成本的方法来制造。下面主要介绍这种阵列器件。

1.红外焦平面阵列器件（IRFPA）的结构原理

        红外焦平面阵列器件IRFPA通常工作于1~3μm、3~5μm、8~12 μm的红外波段，多用于探测常温（300K）背景中的目标。普通的硅 CCD 对红外辐射（仅为近红外）的响应度很低，允许的光积分时间很短（μs量级），不能直接用于凝视型红外成像。因此，制作IRFPA的途径有两个：一是选用对红外辐射灵敏度高的材料而集成为CCD器件：二是采用兼有普通红外探测器阵列和硅CCD两方面长处的结构。

        IRFPA 的基本结构如图 4-39 所示，图中，红外探测器可选用光电或热电探测器；电荷包的存储与转移输出机构采用普通的硅 CCD 结构。显然，IRFPA 还需有信号处理电路部分，如前置放大、滤波、A/D、延时积分、时钟及提高光敏面均匀的增益与偏置补偿器等。

        根据对红外探测器阵列的信号读出和信号处理的不同安排，IRFPA有不同的结构形式，如图4-40所示。

      （1）单片式结构。又称为整体式，即整个 IRFPA 做在同一块芯片上，信号处理部分通常是在探测器阵列的近旁而不是在其下面，且可以不跟探测器/读出单元制备在同一衬底上，也不需与探测器的温度相同，如图4-40(a)所示。单片式结构的IRFPA具体又分为三种情况：一是本征型红外CCD,它本身对红外敏感，如HgCdTe-CCD；二是把非本征型红外探测器与CCD读出电路做在同一块Si衬底上；三是在Si衬底上制作肖特基势垒二极管面阵与CCD读出电路，如PtSi-CCD。

       (2)混合式结构。这种结构的根本特点是把探测器(如用HgCdTe或InSb等本征窄带半导体制作)与信号读出部分(普通的硅CCD)分开。混合式结构的IRFPA有两种形式：一是直接混合式，如图所示，图中的探测器阵列与信号读出部分是通过锢柱把对应单元连接起来：二是间接混合式，如图4-40(c)所示，其探测器阵列与信号读出部分是通过一块集成电路板相连。这种混合式结构，在选择探测器上具有很大的灵活性，可以获得50%?90%的高量子效率，是目前最受重视的技术之一。

图4-40     IRFPA的几种不同结构

      (3)Z平面式结构。又称为立体式，如图4-40(d)所示，它是将信号处理与信号读出部分采用叠层的方法组装成模块，再把模块与红外探测器连接起来，并安装在同一块硅片上。

2.制冷型IRFPA

        由于光(量)子型(即光电探测器类)红外光电成像器件，在使用时往往需利用制冷器，使其处于低温工作状态，以降低探测器的噪声,提高信噪比和灵敏度，因而用它们制作的IRFPA属于制冷型IRFPA。这类IRFPA主要用于红外遥感、军事目标的探测与制导等性能要求较高的领域。目前，制冷型IRFPA有如下几种。

       (1)锑化铟(InSb)IRFPA。它对于3?5波段的红外辐射非常敏感，但它不像单晶硅有良好的MOS特性，因此探测器采用InSb光电二极管阵列，信号处理器釆用Si-CCD构成，再用锢(In)丘将两者进行机械、电学结合，形成混合型IRFPAo目前，有前照式1x512像素线阵；背照式1024x1024像素面阵。