20世紀(jì)80年代開(kāi)始，非制冷紅外焦平面陣列探測(cè)器在美國(guó)軍方支持下發(fā)展起來(lái)的，在1992年全部研發(fā)完成后才對(duì)外公布。初期技術(shù)路線包括德州儀器研制的BST熱釋電探測(cè)器和霍尼韋爾研制的氧化釩（VOx）微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器。后來(lái)由于熱釋電技術(shù)本身的一些局限性，微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器逐漸勝出。2009年，L-3公司最終宣布停止繼續(xù)生產(chǎn)熱釋電探測(cè)器。
之后，法國(guó)的CEA/LETI以及德州儀器公司又分別研制了非晶硅（a-Si）微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器?；裟犴f爾后來(lái)把技術(shù)授權(quán)給數(shù)家公司生產(chǎn)制造，CEA/LETI的技術(shù)在新成立的ULIS公司生產(chǎn)。而后的近20年內(nèi)，美國(guó)的非制冷探測(cè)器發(fā)生過(guò)多次的公司并購(gòu)重組，目前世界上主要的非制冷焦平面探測(cè)器制造商及各自的市場(chǎng)份額如圖1所示。
從目前到未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，非制冷市場(chǎng)將是VOx技術(shù)與a-Si技術(shù)兩者競(jìng)爭(zhēng)的舞臺(tái)。由于VOx發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，并且美國(guó)是全球最大的紅外市場(chǎng)，所以VOx探測(cè)器目前占據(jù)的市場(chǎng)份額處于領(lǐng)先地位。
圖1主要非制冷焦平面探測(cè)器制造商及市場(chǎng)份額
非制冷紅外焦平面探測(cè)器工作原理
非制冷紅外焦平面探測(cè)器由許多MEMS微橋結(jié)構(gòu)的像元在焦平面上二維重復(fù)排列構(gòu)成，每個(gè)像元對(duì)特定入射角的熱輻射進(jìn)行測(cè)量，其基本原理（圖2）：a):紅外輻射被像元中的紅外吸收層吸收后引起溫度變化，進(jìn)而使非晶硅熱敏電阻的阻值變化；b):非晶硅熱敏電阻通過(guò)MEMS絕熱微橋支撐在硅襯底上方，并通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)與制作在硅襯底上的COMS獨(dú)處電路相連；c):CMOS電路將熱敏電阻阻值變化轉(zhuǎn)變?yōu)椴罘蛛娏鞑⑦M(jìn)行積分放大，經(jīng)采樣后得到紅外熱圖像中單個(gè)像元的灰度值。
圖2 非晶硅紅外探測(cè)器工作原理
為了提高探測(cè)器的響應(yīng)率和靈敏度，要求探測(cè)器像元微橋具有良好的熱絕緣性，同時(shí)為保證紅外成像的幀頻，需使像元的熱容盡量小以保證足夠小的熱時(shí)間常數(shù)，因此MEMS像元一般設(shè)計(jì)成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。利用細(xì)長(zhǎng)的微懸臂梁支撐以提高絕熱性能，熱敏材料制作在橋面上，橋面盡量輕、薄以減小熱質(zhì)量。在襯底制作反射層，與橋面之間形成諧振腔，提高紅外吸收效率。像元微橋通過(guò)懸臂梁的兩端與襯底內(nèi)的CMOS讀出電路連接。所以，非制冷紅外焦平面探測(cè)器是CMOS-MEMS單體集成的大陣列器件。
圖3 非晶硅紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)
(3）應(yīng)用領(lǐng)域
非制冷紅外探測(cè)器在軍事和商用領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用：
（a）軍事領(lǐng)域
軍事領(lǐng)域應(yīng)用包括武器熱觀瞄（TWS）、便攜式視覺(jué)增強(qiáng)、車(chē)載視覺(jué)增強(qiáng)（DVE）、遠(yuǎn)程武器站（RWS）、無(wú)人機(jī)（UAV）、無(wú)人駕駛地面車(chē)輛、觀察指揮車(chē)、火控和制導(dǎo)等，如圖4所示。
圖4 非制冷紅外探測(cè)器在軍事領(lǐng)域的主要應(yīng)用
（b）熱像測(cè)溫領(lǐng)域
熱像測(cè)溫用于預(yù)防性檢測(cè)，例如對(duì)電力輸電線路、發(fā)電設(shè)備、機(jī)械設(shè)備等通過(guò)紅外熱像儀檢測(cè)異常發(fā)熱區(qū)域，可以預(yù)防重大停機(jī)以及事故的發(fā)生。在建筑方面，用于檢測(cè)房屋的隔熱效果、墻壁外立面、空鼓、滲水和霉變等。其它的領(lǐng)域還包括產(chǎn)品研發(fā)、電子制造、醫(yī)學(xué)測(cè)溫和制程控制等，如圖5所示。
圖5 非制冷紅外探測(cè)器在熱像測(cè)溫領(lǐng)域的主要應(yīng)用
（c）商用視覺(jué)增強(qiáng)領(lǐng)域
商用視覺(jué)增強(qiáng)的主要應(yīng)用包括消防營(yíng)救、安防監(jiān)控、車(chē)載、船載的紅外視覺(jué)增強(qiáng)等，如圖6所示。主要是利用紅外成像無(wú)需外界光源、較強(qiáng)的穿透煙霧的能力、作用距離遠(yuǎn)、成像對(duì)比度強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，對(duì)人眼視覺(jué)進(jìn)行有效的補(bǔ)充。
圖6非制冷紅外探測(cè)器在商用視覺(jué)增強(qiáng)領(lǐng)域的主要應(yīng)用
非制冷紅外探測(cè)器主要制造廠商美國(guó)FLIR SYSTEMS公司技術(shù)發(fā)展情況
（一）Boson長(zhǎng)波紅外熱像儀機(jī)芯重新定義了尺寸、重量和功率(SWaP)的革新標(biāo)準(zhǔn)，再次引領(lǐng)行業(yè)先鋒。Boson采用FLIR全新的XIR?可擴(kuò)展紅外視頻處理架構(gòu)，在融合 了先進(jìn)的圖像處理技術(shù)、視頻分析功能、外圍傳感器驅(qū)動(dòng)、以及數(shù)個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信 接口的同時(shí)，仍保持了極低的功耗。此外，Boson提供種類(lèi)繁多的鏡頭供客戶(hù)選擇， 因此，熱像儀機(jī)芯的最終尺寸和重量根據(jù)鏡頭選擇而定。Boson小巧、輕便、功能強(qiáng)大。
（二）FLIR Lepton® 是一款長(zhǎng)波紅外（LWIR）熱像儀，價(jià)格不到傳統(tǒng)熱像儀的十分之一。Lepton擁有80 × 60有效像素的分辨率，可將熱成像技術(shù)用于新一代電子設(shè)備，能夠滿(mǎn)足工作、娛樂(lè)和任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用的需求。
Lepton擁有三種不同型號(hào)： 50°視場(chǎng)角（不帶快門(mén)）、25°視場(chǎng)角（不帶快門(mén)）以及 50°視場(chǎng)角（帶快門(mén)，手動(dòng)校準(zhǔn)）。
（三）Tau 2 具有以下兩個(gè)重要突破：
FLIR 還提供了三種低成本的 Tau 2 選擇，以用于不需要高分辨率成像的應(yīng)用：
Tau 2 160，160×128，25 μ-像元間距
Tau 2 162，160×128，50 μ-像元間距
Tau 2 168，160×128，34 μ-像元間距
