松下GridEYE紅外陣列傳感器解析（一）

　　近年來，由于基于MEMS的獨立式熱隔離像素結構采用薄膜紅外吸收層，使得非制冷紅外傳感器取得了顯著進展。

　　人們利用紅外傳感技術開發了許多應用，例如熱成像、人體探測以及夜視等。對于紅外能量的量化，使用戶能夠確定目標的溫度以及熱行為。

　　紅外熱傳感和成像儀實現了被動、非侵入式的物體表面溫度測量，并能夠繪制其溫度分布圖譜。隨著物體表面溫度的升高，其輻射光譜的強度也會相應增強。這使我們可以通過遠程測量人體或目標物體發射出的能量來確定其溫度。紅外探測器主要分為兩類——紅外光子探測器和紅外熱探測器。

　　紅外光子探測器

　　紅外光子探測器利用材料和電子間的相互作用，吸收被測物體表面發出的紅外輻射。通過吸收電子產生的電能分布變化，輸出紅外探測信號。紅外光子探測器每個單元對入射輻射能量的吸收具有波長選擇性。紅外光子探測器具有完美的信噪比和快速響應性能。但是，紅外光子探測器的缺點是需要對其進行低溫冷卻。而冷卻要求，是基于半導體光子探測器的紅外系統獲得廣泛應用的主要障礙。因為這使得光子探測器紅外系統變得龐大、笨重、昂貴，而且使用不便。

　　紅外熱探測器

　　一直以來，高成本問題嚴重限制了消費類市場紅外系統的發展。紅外熱探測器優勢包括寬廣的波長響應范圍、無需冷卻、高溫穩定性、高信噪比以及較低的成本。紅外熱探測器主要分為熱釋電、熱電堆和微測輻射熱計。（注：本文暫不介紹微測輻射熱計，請參考：非制冷紅外焦平面探測器及其技術發展動態）

　　紅外熱釋電傳感器

　　熱釋電材料吸收熱輻射，在晶體材料間產生靜態電壓信號。但是，熱釋電材料在持續的紅外輻射下，其輸出的靜態電壓信號會減弱，需要對其進行周期性的刷新。熱釋電探測器可以實現大規模批量生產。它們憑借防盜系統和自動照明開關等應用，在消費類市場逐漸找到了切入口。熱釋電探測器也被應用于高性能氣體分析、火焰探測器等科學儀器。另一方面，對于靜態溫度測量應用，熱釋電探測器仍然相對比較昂貴，需要包含一些機械部件。

　　紅外熱電堆傳感器

　　根據塞貝克效應，在兩種不同材料的連接處，當它們的溫度有差異時，會在這兩種材料組成的閉環電路中產生電流。這種現象被廣泛應用于熱電偶的溫度測量。熱電堆或熱電陣列由許多熱敏元件組成，每個熱敏元件都是一根由兩種不同熱敏活性材料組成的細絲。當細絲兩端的溫度出現差異時，便在細絲兩端產生了電壓（熱張力）。熱接點集中在一個非常薄的共同吸收區，而冷節點位于一個周邊環繞高熱質量的散熱片上。

　　現代半導體技術實現了在幾平方毫米內，制造包含數百個熱電偶的紅外熱電堆傳感器。這種紅外傳感器因其微小的尺寸，而具有極高的靈敏度和極快的響應時間，而且由于應用了半導體規模生產和光刻技術，使其成本也較低。

　　電氣設備熱管理工程師們，長久以來一直享受著由數字溫度傳感IC帶來的便利。新款集成熱電堆紅外傳感器IC能夠提供相同便利的數字溫度測量結果，并進一步地降低了產品功耗、尺寸和成本，為其在消費類設備領域創造了市場機遇，例如醫療設備、辦公設備以及家用電器等。

　　什么是Grid-EYE

　　松下Grid-EYE的8 x 8熱電堆陣列紅外傳感器，開啟了其紅外陣列傳感器業務。Grid-EYE是一款64像素紅外攝像頭，采用一體化的緊湊SMD封裝。基于松下的MEMS技術，Grid-EYE包含一顆MEMS傳感器芯片、一顆數字ASIC（I2C接口）以及一款硅基鏡頭。

　　Grid-EYE紅外傳感器

　　Grid-EYE在一個8 x 8網格式布局內含有64個熱電堆元件，能夠在不接觸被測物體的前提下探測物體表面的絕對溫度。與傳統的傳感器不同，Grid-EYE采用了一款受ZL保護的60°硅基鏡頭，該鏡頭在硅晶圓上通過刻蝕工藝制成，是市場上最小（高度低于0.3 mm）的鏡頭。所有這些技術的結合，使該款傳感器的封裝尺寸僅為11.6 mm x 8 mm x 4.3 mm。

　　含有64個熱電堆元件的Grid-EYE可以探測靜止和運動的人體

　　與單點熱電堆紅外傳感器和熱釋電傳感器相比，Grid-EYE不僅能夠探測移動的人體和物體，還能夠探測不動的人體和物體的出現和位置、運動方向以及精確的表面溫度，溫度測量范圍為- 20°C~+100°C。

　　基于MEMS技術的熱電堆陣列紅外傳感器