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ELECTRONICS WORLD・技术交流
针对短波红外成像在社会和军事中的应用，基于InGaAs线性阵列探测器及扫描振镜设计了一种短波红外成像系统。讨论了InGaAs 线性阵列探测器的时序驱动、扫描振镜的同步控制、图像数据的处理等关键技术的实现方法。经试验验证，该系统成本低，灵敏度高，体积小，功耗小，可靠性高，适用于对体积、重量、功耗及成本、质量控制要求较高的场合。 InGaAs是一种在短波红外领域极有前景的探测器材料，由InGaAs 材料制备的短波红外探测器标准光谱响应范围为0.9~1.7μm，填补了从可见光到热红外光之间波段探测的空白，这类探测器具有探测灵敏度高，体积较小，功耗较小，可以在室温下工作等优点，极其适用于低光照夜视和诸如空间遥感、人眼安
全测距、精确制导、近红外光谱分析、工业控制、生物医疗和航天航空等新旧应用方向。同时由于InGaAs材料的结构简单、可靠性高，且制备工艺简单、加工成本低，已经越来越多的应用于社会和军事中的各种场合。
InGaAs探测器在结构上可以分为平面阵列探测器及线性阵列探测器两种。相对于平面阵列探测器而言，线性阵列探测器的体积和功耗更小，可靠性更高，而且由于线性阵列探测器的光敏元数量较少和结构简单，所以其成本也更低，甚至可以达到平面阵列探测器的20%以下。本文提出了一种基于InGaAs线性阵列探测器及扫描振镜的短波红外成像系统，具有探测灵敏度高，体积小，功耗小，可以在室温下工作等特点，而相对于传统InGaAs平面阵列探测器成像方案而言，其成本低廉，成像面广，画幅可控，结构简单，可靠性高，更适用于量产设备和需要成本及质量控制的场合。
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1 系统结构及工作原理
基于InGaAs线性阵列探测器及扫描振镜的短波红外成像系统结构如图1所示。
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短波红外光通过光学系统，投射于扫描振镜的振镜上，该振镜表面镀有铝膜，对短波红外具有较高的反射率，其在扫描电机的驱动下，以设定的最大偏转角度为限，沿InGaAs线性阵列探测器的长轴线方向快速往复扫描，将投射于振镜上的短波红外光反射到InGaAs线性阵列探测器的光敏元组成的线性阵列上，InGaAs线性阵列探测器负责将光信号转换为电信号，以电压强度表示光谱响应范围内短波红外udiab
光强度，而A/D转换器模块则负责将模拟电信号转换为数字电信号后传输至处理器模块，处理器模块对图像进行包括降噪、滤波、拼接、优化等预处理后对外输出。 2 系统关键模块设计
2.1 InGaAs线性阵列探测器及探测器驱动模块
本系统采用的是256x1的InGaAs线性阵列探测器，光谱响应范围为0.9~1.7μm，最高响应点为1550nm处，最大时钟频率为4MHz，输出电信号电压范围为1.26~3.5V，其内部集成了高性能的CMOS读出电路，并且提供高低两档增益控制。CLK、Reset为输入信号，由处理器模块提供，AD_trig、Video为输出信号。一个探测周期内，在时钟CLK处于正常频率范围内的情况下，当输入的Reset信号由高电平转为低电平后，探测器的AD_trig和Video同时向外输出信号。AD_trig 输出的是采样触发信号，Video输出的探测器光敏元将光谱响应范围内的短波红外光转化后得到的电信号。一个探测周期内，Video依次输出一组256位的信号，即依次输出从1ch~256ch的光敏元接收到的光信号，在图像上表现为一幅完整图像的一列。
2.2 扫描振镜及振镜驱动模块
本系统采用的是30K速率的扫描振镜，振镜驱动模块电压输入范围为±5V，输入电压与振镜偏转角度
为线性对应关系，处理器模块输出的控制信号经过电路整形处理后得到三角波信号，由于振镜在极限角度转向时的控制信号变化过快会导致振镜电机的损坏，所以需要对三角波的顶端进行平滑处理，最后输入至振镜驱动模块中。
扫描振镜的有效角度范围，即外部入射的短波红外光经振镜反射后可以有效被InGaAs线性阵列探测器接收的振镜偏转角度范围，
基于InGaAs线性阵列探测器及扫描振镜的短波红外成像系统空气质量流量
桂林电子科技大学 张 超
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中国电子科技集团公司第三十四研究所 桂林聚联科技有限公司 蔡云翔 彭怀敏
图1 基于InGaAs线性阵列探测器及扫描振镜的短波红外成像系统结构
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