Анализ требований к фотоприемному тракту для установок измерения пятен рассеяния на основе матричных фотоприемных устройств
Фотоприемные устройства (ФПУ) второго поколения – это твердотельные многоэлементные фотоприемные устройства с большой интегральной схемой считывания (с топологией в виде матриц или линеек, работающих в режиме временной задержки накопления (ВЗН)). В настоящее время ФПУ второго поколения активно используются в различных отраслях техники и оптико-электронных приборах. В России проводятся работы по стандартизации методик измерения, которые приведут к созданию Государственного стандарта. В статье приведены предложения по организации стандарта измерения параметров ФПУ второго поколения и перечень методик, которые в него должны входить. Также приведены входные и выходные метрологические параметры для каждой методики измерения, которые должны быть нормированы. На основе этих входных и выходных параметров должен проводиться расчет погрешностей измерения.
При измерении фотоприемных устройств (ФПУ) на практике используется не сама относительная спектральная характеристика (ОСХ), а параметры, которые получаются при ее обработке: коэффициент использования излучения источника приемным устройством, граничные длины волн по уровню сигнала 0,1 (или 0,5) и длина волны, соответствующая максимуму спектральной чувствительности. При этом вопрос ошибки измерения этих параметров в литературе слабо освещен, а за ошибку измерения принималась точность измерения ОСХ. Целью данной работы являлось определение точности измерения основных параметров ОСХ, используемых на практике, путем моделирования процесса измерения ОСХ и ее последующей обработки. Особое внимание было уделено коэффициенту использования, который применяется в расчетах основных фотоэлектрических параметров ФП и ФПУ (вольтовая чувствительность, удельная обнаружительная способность, пороговый поток). В результате проведенных исследований был сделан вывод о том, что ошибка определения коэффициента использования при согласовании диапазонов спектральной чувствительности источника излучения и приемного устройства и ОСШ не менее 100 составляет не более 10 %. Ошибка измерения граничных длин волн составляет примерно 2 %. Ошибка определения длины волны соответствующей максимуму чувствительности составляет 3 % при явно выраженном максимуме и при невыраженном – 30 %.
Фотоприемные устройства (ФПУ) второго поколения – это твердотельные многоэлементные фотоприемные устройства с большой интегральной схемой считывания (БИС считывания) с топологией в виде линеек (в том числе «многоцветных» и/или с режимом ВЗН) или одноцветных матриц – находят все большее применение в оптико-электронных приборах. Однако вопросы измерения ФПУ второго поколения в литературе освещены сравнительно мало. Данная статья является обзорной и одержит данные о применяемых методиках измерения фотонных ФПУ второго поколения УФ- и ИК-диапазонов спектра, изготовленных на основе специализированных полупроводниковых материалов. В статье рассмотрены вопросы измерения относительной спектральной характеристики чувствительности, размера фоточувствительной площадки, вольтовой чувствительности, удельной обнаружительной способности и эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ). Все приведенные методики измерения используются при измерениях ФПУ второго поколения на ведущих предприятиях в России и мире.
В оптическом приборостроении существует противоречие массогабаритных характеристик и требований к качеству оптической системы – вся промышленность стремится к миниатюризации изделий, однако чем выше, требования к оп-тическим системам, тем большее число оптических элементов требуется для коррекции аберраций, что приводит к увеличению массы изделия и его габаритов. В данной работе предложено решение для крупносерийного производства, способствующее уменьшению массогабаритных характеристик оптических систем за счет создания асферических поверхностей, без необходимости вытачивать асферику на каждой линзе, посредством применения технологии прецизионного прессо-вания оптических элементов – инновационной для России технологии, которая позволяет создавать оптические элементы сложного профиля (асферические поверхности, free-form поверхности), которые более эффективны в коррекции абер-раций, что позволяет уменьшить число линз в составе объектива. Для подтверждения эффективности технологии представлено сравнение объективов для при-боров ночного видения (ПНВ) на основе электронно-оптического преобразователя (ЭОП) II+ поколения и ЭОП III поколения: сравнение объективов, разработанных из материалов для прецизионного прессования, с их прототипами из обычных стекол продемонстрировало уменьшение массогабаритных характеристик при сохранении достаточного качества изображения для использования их в ПНВ.
Статья посвящена анализу возможности измерения величины эффективной фото-чувствительной площади фотоприемных устройств второго поколения с помощью стандартной методики, приведенной в ГОСТ 17772-88. Существенным достоинством стандартной методики измерения является полное соответствие современным требованиям метрологического обеспечения, а недостатком – направленность на контроль фотоприемных устройств первого поколения. На основании за-рубежных источников для фотоприемных устройств второго поколения определены характерные распределения чувствительности по поверхности фоточувствительного элемента и проведено моделирование процесса измерения величины эффективной фоточувствительной площади по стандартной методике, определена погрешность измерения. Результаты анализа показали возможность ограниченного использования стандартной методики для контроля фотоприемных устройств второго поколения.
Статья посвящена получению формул, которые позволяют проводить приближенный расчет величины потока излучения, падающего на каждый элемент фотоприемных устройств (ФПУ). Применение оптимизированных формул дает возможность сократить машинное время, затрачиваемое для расчетов величины падающего потока при проведении измерений инфракрасных (ИК) ФПУ. Также был поведен анализ оценки дополнительной погрешности, вносимой приближенной формулой вычисления величины падающего потока при измерении параметров ФПУ с «холодной» диафрагмой круглой формы.
В статье рассмотрен вопрос влияния неравномерности распределения температуры по излучающей поверхности АЧТ при проведении измерений параметров ФПУ второго поколения с «холодной» диафрагмой. В результате проведенных исследований выявлена необходимость проведения дополнительных проверок АЧТ с большой излучающей поверхностью при их использовании для контроля параметров ФПУ второго поколения с «холодными» диафрагмами.
Рассмотрены основные области применения оптико-электронных систем коротковолнового, средневолнового и длинноволнового инфракрасных диапазонов на основе матричных фотоприемных устройств. Приведена обобщенная схема работы оптико-электронной системы, обобщенный анализ инфракрасных спектральных диа-пазонов с указанием решаемых задач, текущий технический уровень матричных фотоприемных устройств и требования к ним для решения различных задач.
Представлен обзор докладов, представленных на Форуме «Микроэлектроника – 2023» в секции «Технологии оптоэлектроники и фотоники», подсекции «12.1 Опто- и
фотоэлектроника», посвященных вопросам развития исследований в области оптоэлектроники и фотоники: полупроводниковой фотосенсорике и материалам
фотосенсорики, микрокриогенной технике, технике тепловидения и ночного видения.