Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Простейшим приемником первого типа является двухплощадоч-ный (разрезной) приемник, состоящий из двух частей, разделенных небольшим промежутком, который играет роль нулевой точки координатной характеристики. Площадки обычно включаются по дифференциальной (разностной) схеме. Хотя обе площадки такого приемника изготовляются обычно в совершенно одинаковых условиях или вырезаются из одной заготовки, полностью устранить разброс их чув-ствительностей не удается, т.е. и здесь отмечается дрейф нуля при изменении окружающих условий или при длительной эксплуатации приемника.
Область координатной характеристики двухплощадочного приемника, в которой выходной сигнал изменяется от минимума, соответствующего уровню шума, до максимума, когда изображение излучателя полностью переходит на одну из площадок, определяется размером изображения, а также шириной разделительного промежутка. Очевидно, что линейность и крутизна характеристики также зависят от параметров изображения — формы и закона распределения освещенности.
Достоинствами таких приемников являются большая крутизна, малый дрейф нуля, высокое быстродействие. К их недостаткам следует отнести сравнительно небольшой линейный участок координатной характеристики, а главное, зависимость крутизны этой характеристики от многих параметров (формы, размера, ориентации Изображения излучателя, закона распределения освещенности и др.).
167 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Помимо однокоординатных мозаичных приемников, измеряющих рассогласования вдоль одной из осей координат, имеются и двухкоор-динатные приемники. Простейшим из них является координатный разрезной фотодиод, представляющий собой пластину полупроводника ор-га-переходом, разделенную на четыре части с промежутками порядка 0,05...0,1 мм. Размеры отдельных площадок таких КПИ достигают нескольких миллиметров, а крутизна координатной характеристики — 0,1...0,5 ВДмммВт). К каждой из частей подведены токо-съемные контакты.
В ряде случаев отдельные элементы чувствительного слоя используются не для образования полезного сигнала, а для компенсации влияния переменных внешних условий (температуры, давления, влажности, уровня фоновой освещенности и т. п.).
При использовании двух- и четырехплощадочных КПИ в ОЭП, предназначенных для точного наведения на излучающий объект, часто возникает задача: компенсировать влияние изменяющейся освещенности чувствительных площадок на крутизну координатной характеристики ОЭП, а следовательно, и на точность наведения. Известно несколько способов уменьшения этого влияния.
Одним из таких способов для КПИ, состоящего из двух элементов — фотодиодов, является последовательное включение фотодиодов в фотогальваническом режиме. При этом крутизна координатной характеристики КПИ в области малых смещений изображения с линии раздела чувствительных площадок не зависит от освещенности изображения, однако чувствительность такого КПИ низка.
Известны схемы КПИ с параллельным включением фотодиодов в фотогальваническом режиме, одна из которых позволяет заметно уменьшить изменение крутизны координатной характеристики КПИ в заданном диапазоне изменения освещенности изображения, а вторая обеспечивает получение сигнала, пропорционального освещенности, в цепях управления усилителем, работающим совместно с КПИ.
Распространенным способом стабилизации координатной характеристики является использование дифференциальных (суммарно-разностных) схем включения, когда смещение изображения, пропорциональное разности сигналов, снимаемых с площадок КПИ, берется в относительной мере как отношение этой разности к их сумме, которая пропорциональна всему потоку, образующему изображение (см. ниже § 7.3, а также [3]).
В последние годы для работы в составе различных ОЭП были разработаны многоэлементные двумерные КПИ с числом элементов от нескольких десятков до нескольких тысяч. В освоенных промыш-
168 Глава 6. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора
ленностью КПИ размеры отдельных элементов обычно составляют несколько десятков микрометров при таких же примерно размерах промежутков между элементами.
В табл. 6.5 и 6.6 приведены параметры некоторых многоэлементных двумерных приемников, разработанных у нас в стране и за рубежом.
Таблица 6.5
Основные параметры отечественных кремниевых фотодиодных матриц
Параметр МФ-14 МФ-16 МФ-22 ФПМ 256x256
Число элементов 32x32 16x16 64x64 256x256
Размер элемента, мкм 100x100 100x100 80x60 Нет данных
Шаг структуры, мкм 250x250 250x250 100x100 Нет данных
Пороговая экспозиция, Дж IO13--IO16 IO13 IO12 Нет данных
Динамический диапазон IO6 IO6 IO3 200
Неоднородность темнового сигнала, % 10 10 10 10
Неоднородность интегральной чувствительности, % Нет данных Нет данных Нет данных 15
Минимальное время выборки одного элемента, мкс 1 1 1 Нет данных
Диапазон тактовых частот, МГц Нет данных Нет данных Нет данных 0,01...8,0
Максимальное время экспозиции 1...3 1...3 0,003 Нет данных
Для ОЭП, работающих в ИК области спектра, наиболее перспективными представляются многоэлементные фотодиодные приемники ®з HgCdTe, InSb и PtSi, а также фоторезисторные матрицы из легированного кремния, PbSe и PbS.
