紅外成像技術的市場介紹

前言
　　 zui近幾年間，紅外熱成像儀技術已成為*普遍關注的熱門產(chǎn)業(yè)技術。像90年代中期的CCD固體攝像技術一樣，由于飛速發(fā)展的CCD制造技術已經(jīng)成熟，范圍的各有關廠家中有的已批量投產(chǎn)，有的正在等待投產(chǎn)，CCD固體攝像機的應用市場急劇增長，很快發(fā)展成為范圍的新興產(chǎn)業(yè)，對包括生活領域（如數(shù)碼攝像機等）在內的各個領域產(chǎn)生了深刻而廣泛的影響。毫無疑問，從目前紅外焦平面陣列技術的發(fā)展趨勢來看，由于作為紅外熱攝像儀關鍵性技術的紅外探測器技術取得長足進展，特別是非致冷紅外焦平面陣列技術取得的突破，實現(xiàn)了高性能廉價的小型化紅外攝像儀，解決了價格長期居高不下造成的應用障礙，開拓了廣闊的民用和軍用市場。目前的*代、第二代和第三代致冷和非致冷紅外焦平面陣列技術都已處于投產(chǎn)或等待投產(chǎn)階段，預計未來5～10年間市場將保持持續(xù)增長的強勁勢頭。目前的紅外焦平面陣列技術的發(fā)展趨勢已預示著在紅外熱攝像機技術方面即將出現(xiàn)新的轉折。 

各種紅外焦平面陣列熱像儀的分類
　　 器件技術是整機技術發(fā)展的關鍵性因素。由于*代線陣列、第二代TDI陣列和第三代凝視焦平面陣列如320×240元的陣列發(fā)展已經(jīng)成熟投入生產(chǎn)，更大型的如640×480元的大型紅外焦平面陣列正在邁向成熟階段，如PtSi陣列早已投入批量生產(chǎn)，HgCdTe陣列已達到2048×2048元，這種格式的陣列品種如HgCdTe、InSb、GaAlAs多量子阱和非致冷陣列代表了紅外焦平面陣列技術的發(fā)展方向。這一切都已表明，紅外焦平面陣列器件制造技術業(yè)已成熟，從而為這種熱攝像儀技術的發(fā)展打下了堅實的基礎，軍界和工業(yè)界十分看好這種熱像儀的廣闊前景，急切期望獲得這種熱像儀技術的廣泛應用能力，加大了投資力度，從而使紅外焦平面陣列熱像儀技術處于含苞欲放的階段。下表根據(jù)對致冷條件的要求和工作波長對紅外焦平面陣列熱像儀進行了分類。  

龐大的紅外焦平面陣列熱像儀產(chǎn)業(yè)市場
　　 未來5～10年間，紅外焦平面陣列熱攝像儀技術的應用領域將不斷擴大，市場將保持持續(xù)增長的強勁勢頭。
　 　激烈競爭的紅外焦平面陣列熱像儀市場
　　 隨著紅外焦平面陣列技術的迅速發(fā)展，研制和生產(chǎn)紅外熱像儀的廠家日益增多，市場競爭極為激烈。美、英、法、德、日、加拿大、韓和以色列等西方發(fā)達國家都在競相研制和生產(chǎn)*的紅外焦平面陣列攝像儀，其中處于地位的是美國。美國從事這種紅外熱攝像儀技術研制和生產(chǎn)的廠家很多，從基礎元器件技術開始，投入的資金和規(guī)模都很大，在紅外焦平面陣列傳感器的發(fā)展水平方面處于遙遙地位，其焦平面陣列規(guī)模已大達2048×2048元，已接近于可見光硅CCD攝像陣列的水平。許多實力雄厚的廠家長期從事這種技術的研究和開發(fā)，涉及面廣，力度大，進展快。這些公司主要有雷聲、洛克希德-馬丁、霍尼韋爾、洛克威爾、德州儀器、柯達、休斯、因的哥系統(tǒng)、薩爾洛夫、勞拉爾、辛辛那提電子、波特蘭前視紅外（FLIR）和傳感器無限公司等。另外，還有一些大學和研究機構，如夏威夷大學和噴氣式推進實驗室等；日本在紅外焦平面陣列器件基礎技術方面投入的研究力度遠不及美國，時間也不長，主要的公司和機構少，如三菱電機和日本電氣兩家公司，而且zui先取得明顯進展是PtSi紅外焦平面陣列技術，并在*處于地位，如PtSi陣列規(guī)模大達1024×1024和1040×1040元、在世界上zui先實現(xiàn)了100萬像元集成度的單片式紅外焦平面陣列，但日本的廠家很能及時捕捉機遇，用更少的錢和zui短的時間獲取zui豐厚的利潤。在紅外熱像儀的研制和生產(chǎn)方面，日本廠家把產(chǎn)品推向市場的速度卻搶先于美國和歐洲，如日本的許多公司早在1999年就把產(chǎn)品推向市場，2000年這些公司的數(shù)量明顯增加，1999～2000年推出上市產(chǎn)品的公司主要有三菱電機、NEC、尼康、富士通、東洋技術、日制產(chǎn)業(yè)、商巖宇航、ITI、安全技術電子、光洋、切洛、日本航空電子、NEC三榮、日本電子數(shù)據(jù)和日本巴恩斯等公司，而且，在品種方面，從HgCdTe、InSb、GaAlAs/GaAs量子阱和PtSi到非致冷紅外焦平面陣列等種類也不少，已顯示出急劇競爭的勢頭，日本公司看準了這一廣闊的市場，迅速介入其中搶占市場和商機；歐洲的競爭伙伴國主要有法國、荷蘭、瑞典、英國、德國和意大利等。主要的公司有英國的GEC-MACONI、法國的Sofradir、CEA-LETI，荷蘭的AGMA、比利時的1MEC，德國的AEG紅外組件和STNATLAS電子等。歐洲的這些公司競爭實力都很強，像荷蘭AGMA、法國的Sofradir和英國的GEC-MACONI等公司都具有很強的競爭能力，與美國一些實力雄厚的公司不相上下，特別是在非致冷紅外熱攝像儀技術的發(fā)展方面已顯出其處于前沿的競爭地位，如AGEMA公司的熱視570，AGEMA520和德國STNATLAS電子公司駕駛員視覺增強系統(tǒng)都具有很高的水平和市場競爭實力，AGEMA520，570已中國廣泛推廣使用，市場前景令人鼓舞。此外，除了美國公司而外，北美的加拿大的一些公司和機構，如國家光學研究所、EG&G光電子和AEREX航空電子公司，以色列的飛機工業(yè)公司，韓國的*科學技術研究所，還有澳大利亞、波蘭、新加坡的一些公司和機構都在盡力發(fā)展*紅外焦平面陣列熱攝像儀技術以便盡快擠入這一市場，競爭已遍及幾大洲。
　　
　　 加快投產(chǎn)步伐，滿足市場
　　 由于紅外焦平面陣列，特別是非致冷紅外焦平面熱攝像技術的發(fā)展和日趨成熟，軍界和產(chǎn)業(yè)界都急于獲得這種新技術，各公司機構為滿足這一需要已大大地加快了現(xiàn)有成熟技術投產(chǎn)的步伐，政府和軍界的投資強度急劇增大，政府、軍界和各大公司主要是看準了這種技術提升現(xiàn)有相關軍事裝備的能力和產(chǎn)業(yè)界應用的潛力。如法國的CEDIP紅外系統(tǒng)公司已于2002年初開始投產(chǎn)其非致冷紅外焦平面陣列傳感器，這是一種非晶硅320×240元的微測輻射熱計焦平面陣列，工作波長8～12μm，像元尺寸47μm×47μm，NETD優(yōu)于120mk(f/1.0)。該熱像儀采用天馬公司的小型低價格電路，重量不到300g，功耗5W，整機重量2.5kg，可用于步槍瞄準器、車輛駕駛視頻增強器和手提式監(jiān)視輔助設備等。該公司還在2001年12月份投產(chǎn)了3～5μm的中波紅外熱像儀，傳感器像元格式640×512元，采用全電視工作模式，幀速高達150Hz，這家公司的Enztraid系列產(chǎn)品對像元為25×25μm的HgCdTe和InSb陣列都適用，典型靈敏度18mk，識別范圍大于5公里，視場18°×14°到4°×3°，斯特林制冷器的壽命1000小時。

　　 各大公司爭搶合同
　　 *各國龐大的軍用市場需求在未來5～10年間仍是紅外熱像儀市場占據(jù)主導地位，而且快速增長的需求量將促使這一市場進入暴漲期，各大公司都在爭搶軍方的合同訂貨。
　　 英國一些大公司正在為贏得軍方向紅外熱像儀合同而加緊爭奪戰(zhàn)。英國不列顛*2001年3～4月份啟動了作戰(zhàn)*熱攝像儀計劃，該計劃費用高達2.5億英磅，合3.63億美元。英國*目前正在考慮把該合同授與三家承包商：Avimo、Pilkington Optronics和Hunting，主要用于勇士步兵戰(zhàn)車、彎刀偵察車和斯巴塔機動偵察車、槍炮瞄準器、導航、目標定位和駕駛員夜視增強器等，這三家公司在眾多競爭者中zui有希望獲得該合同。
　　 美國量子阱紅外光電探測器（QWIP）技術公司已獲得了國防技術規(guī)劃局的160萬美元合同，正在加緊發(fā)展一種4色多功能焦平面陣列，其波長復蓋區(qū)從可見光到長波紅外，其中有二色為中波紅外區(qū)，其材料為GaAlAs/GaAs，陣列規(guī)模大達1024×1024元，預計在24個月后交付使用，該公司目前正在測試640×512元陣列，美國和歐洲的合同承包商都在競爭之列。
　 　
　　 龐大的軍用產(chǎn)業(yè)市場
　　 軍用領域是紅外熱像儀zui大的市場，特別是非致冷紅外熱像儀zui引人注目。其主要應用范圍包括：夜視裝備，如機載前視紅外吊艙，夜視眼鏡和駕駛員夜間駕駛夜視增強器等；熱武器瞄準器；導彈逼近告警器；制導打擊武器，如各種導彈和巡航導彈等；艦載紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)等。
　　 夜視和熱成像瞄準器是未來紅外焦平面陣列熱像儀應用的大市場。非致冷紅外熱像儀是這一市場zui為成功、競爭力而又zui吸引人的廉價技術，由于性能冷中、可靠性高、小型便攜式和低廉的價格等*的優(yōu)點，會導致軍用夜視裝備和武器瞄準器迅速更新?lián)Q代，上一個新臺階，極受軍界青睞。
　　 （1）新一代的*夜視眼鏡——ENVG
ENVG即增強夜視眼鏡，是美軍正在實施的水平技術集成（HTI）計劃的目標，是把非致冷紅外熱攝像技術與圖像增強技術結合應用的圖像融合夜視技術。美軍計劃用NEVG取代老式的AN/PVS-7夜視眼鏡，用非致冷攝像和圖像增強器組合封裝在一起的新型夜視眼鏡，包括電池在內重量不足450克，可連續(xù)工作15小時以上，熱攝像觀察距離可達175米，圖像增強器大于160米。
　　 （2）熱武器瞄準器
除去夜視眼鏡外，美軍特別看重的非致冷紅外焦平面陣列技術是熱瞄準器，這又是一個翹首等待的熱門大市場。不僅*和*大量需要這種瞄準器，而且由于*各國的反恐作戰(zhàn)需要都急需這種新的高密度小型化輕量熱武器瞄準器。美軍希望購買10000套輕型中等性能的非致冷熱武器瞄準器（TWS），每套10000美元，這是美*的熱Omni busz計劃的zui初行動。這種熱武器瞄準器功耗降到了不足4W，重量不足1.8公斤。2006～2010年度再購10000套這種小型*瞄準器，使用傳感器為640×480元的非致冷紅外焦平面陣列，并用有機發(fā)光二極管陣列顯示。美軍準備用非致冷紅外熱攝像技術取代現(xiàn)有熱武器瞄準器，輕型武器用320×240元陣列，中型和重型武器系統(tǒng)使用640×480元的陣列技術，未來準備采用1024×1024或更大型的陣列高性能非致冷焦平面陣列。
　　 此外，由于目前和未來反恐作戰(zhàn)的需求，美軍等待投產(chǎn)三種機型的高性能單兵熱瞄準器裝備特種作戰(zhàn)*，其采用致冷型紅外焦平面陣列技術的TIPS-HPC單人瞄準器夜間觀察距離1500米，識別500米，采用3～5μm InSb 256×256元陣列，環(huán)境工作溫度23℃時的NETD為0.02℃，重2.5公斤，功耗＜4.5W。
　　 在軍用市場方面，除了上述夜視和熱武器瞄準器市場外，還有如導彈逼近告警，火控、打擊系統(tǒng)和艦載紅外目標搜索與跟蹤等，市場寬廣，投資極為雄厚。

　　 民用市場具有極為廣闊的前景
　　 由于紅外焦平面陣列熱攝像儀技術目前正處于新的轉折前夜，其整機價格較之過去已明顯下降，但是總的情況仍處于高位，目前近期軍用仍占主要成分，民用仍難以承受其價格方面的壓力，價格問題仍是阻礙其民用領域普及應用的關鍵性因素，但未來隨著大批量投產(chǎn)，價格大幅下降，民用領域會迅速擴大。主要的應用領域有：工業(yè)檢測、監(jiān)控、測溫等；*消防和監(jiān)視，緝毒等；保安（金融機構和政府重要部門）；醫(yī)療；電力檢測；科研應用等等。

　　 紅外焦平面陣列熱像儀的市場價格
　　 目前市場上的紅外焦平面陣列熱像儀雖有*（原來軍用機為10萬美元），但仍然居于高位。根據(jù)前文中所提及的數(shù)據(jù)，美軍用市場要到2005年時320×240元的非致冷紅外焦平面熱攝像儀的價格才為每套7500美元～10000美元，而日本市場的2001年報價具有測溫功能的非致冷熱像儀都為150萬～480萬日元，致冷型機種有的甚至高達580萬日元，因此其價格范圍也在1.5～6萬美元之間，更高性能的則更貴。這樣的價格對軍用不利，民用難以承受。據(jù)Flow Research預測，未來5年間紅外探測器商品市場將保持強勁持續(xù)增長的勢頭，平均年增長率為10.5%，一旦價格突破1000美元底線就會像可見光CCD傳感器技術一樣出現(xiàn)爆炸性的增長。

 結論
　　 由于紅外焦平面陣列技術的日趨成熟和范圍的激烈競爭，紅外焦平面陣列熱像儀即將投入大批量生產(chǎn)；非致冷紅外焦平面陣列熱像儀是未來小型低成本應用的主流；雖然熱像儀價格已從過去的10萬美元下降到幾萬美元，但從整體市場發(fā)展來看，目前價格仍居于高位；近期軍用市場仍是熱像儀的主要用戶，并將繼續(xù)受到軍方的強烈關注，定貨將大幅度增加，而民用市場是一個潛在的龐大市場，目前價格仍使民用望而生畏，但隨著大批量投產(chǎn)，民用市場的競爭力將會日益增強。從目前發(fā)展趨勢來看，該市場即將出現(xiàn)新的轉折，未來5~10年間將成為與目前CCD可見光攝像技術相匹敵的新興熱門產(chǎn)業(yè),值得關注,zui近美國FLIR推出的人民幣3萬多的紅外熱成像儀更是創(chuàng)下了銷售價格的新低,這可以看做紅外熱成像產(chǎn)品價格‘平民’化的開端。