Многодиапазонные приёмники

Такие ФП способны принимать излучение в нескольких спектральных диапазонах (2÷4). Это позволяет распознавать объекты по соотношению сигналов в различных диапазонах волн, либо лучше распознавать объекты.

Конструктивно, такой ФП представляет собой структуру, в которой фотоприемники с различными спектральными характеристиками располагаются последовательно друг за другом. При этом коротковолновый ФП одновременно является для длинноволнового оптическим фильтром. Например, двухдиапазонный ФП состоит из Si – фотодиода и фототранзистора на основе PbSe. ₁= 0,3÷1,15 мкм, ₂= 1,15÷5,2 мкм

При солнечной засветке максимум сигнала выдает 1 ФП, а при длинноволновой засветке второй ФП, т.к. это излучение свободно пройдет через первый.

При использовании твердых растворов замещения типа CdHgTe многодиапазонные ФП можно изготавливать путём накладки друг на друга ФП, изготовленных из различных составов. Самый длинноволновый наклеивают на холодильник. Д^* м.б. до 10¹² см Гц^1/2Вт ^-1 .

Многоэлементные ФП

Для решения многих технических задач, например, топологии объекта или места определения объекта, считывания перфокарт и особенно для формирования изображения необходимы ФП, состоящие из двух и более чувствительных элементов.

Использование одноэлементных ФП приводит к необходимости сканирования, чаще механического по двум координатам. Это усложняет аппаратуру, снижает её надёжность. Для быстро перемещающихся объектов трудно или невозможно механическое сканирование. Применение линейки чувствительных элементов позволяет использовать сканирование только по одной координате, но часть информации теряется из-за наличия зазоров между элементами. Для устранения этого дефекта используют двухрядные линейки с шахматным расположением элементов. Использование самолёта, спутника или другого летательного аппарата для съёмки земной поверхности одно- двухрядными линейками ФП позволяет отказаться от механического сканирования.

Для стационарной аппаратуры изображение объекта можно получить при использовании матричных ФП, т.е. массива ФП расположенных равномерно по 2-м координатам.

Основные трудности при создании многоэлементных фотоприемников (МФП):

- исключение оптической связи между элементами, возникающей при рассеянном излучении в подложке

- подводка электрических выводов к каждому элементу для подачи U_п и снятия сигнала

Дифференциальные ФП: это двухэлементные ФП с близко расположенным чувствительными элементами. При их включении в мостовую схему они могут использоваться для подстройки луча лазера, определения смещения объекта и его протяжённости.

Координато - чувствительные ФП. К ним относят ФП, в которых выходной сигнал зависит от места расположения облучаемого участка чувствительной поверхности. Используются для определения местоположения объекта в пространстве, для определения деформации, подстройки лазерного луча.

Многоэлементные линейки или матричные ФП

Имеют, как правило: 32, 64, 128, 256, 516, 1032 и т.д. элементов, кратных 2^п по одной или 2-м координатам. Общее число ЧЭ может достигать более 30000 тыс. (до 1 млн).

Датчики изображения

Датчики изображения являются МФП, выдают сигналы, в которых содержится информация об оригинальном изображении с представлением её в той или иной форме (после преобразования в световой). Применяются в приборах ночного видения, телевидении, исследования поверхности Земли, технологических установках, дистанционном обнаружении спутников, распознавания формы объектов, чтения буквенно-цифровых символов.

Датчик изображения должен генерировать совокупность сигналов, представляющих значения освещенности для различных точек изображения. Оптическим методом изображение проецируется на совокупную чувствительную поверхность. Каждый ФЧЭ на этой поверхности соответствует элементарному участку изображаемой картины. Каждый ФЧЭ нужно опросить один за другим в строго определенном порядке, чтобы можно было восстановить исходную картину. Наиболее часто изображение анализируют, осуществляя построчную развертку сверху вниз. В телевидении сначала делают развертку чётных строк, а затем нечётных (чтобы избежать мерцания).

В каждом ФЧЭ должно проходить накопление заряда пропорциональное освещённости элемента и времени облучения. Совокупность зарядов на ФЧЭ образует электростатическую картину, являющуюся электрическим изображением объекта.

Ранее мы рассмотрели ЭОПы. К датчикам изображения относят также видиконы и твердотельные датчики изображения на основе ПЗС.

В видиконе – в качестве чувствительной поверхности используют слой полупроводникового материала Sb₂S₃ (1-2 мкм), нанесенного на прозрачную металлическую плёнку на торце стеклянной трубки. Оптическое изображение проецируется через металлическую плёнку на полупроводниковый слой, а с внутренней стороны полупроводник сканируется электронным лучом. В результате в слое материала между его внутренней и внешней поверхностями образуется разность потенциалов. Чем сильнее освещённость поверхности полупроводника тем меньше разность потенциалов. Формируется электростатическое изображение. Далее электронный луч проходит вторично и обнуляет потенциал, генерируя в сигнальных резисторах ток, величина которого будет коррелировать с освещённостью участка поверхности.

ПЗС или фоточувствительные приборы с переносом заряда (ФППЗ). Это уже ФПУ. Конструктивно это матрица элементов, включающих фотоэлектрическое преобразование и обработку сигнала. Чувствительным элементом является МОП или МДП структура.

Излучение прохода через прозрачный металлический электрод генерирует носители в полупроводнике. На электрод подается отрицательный потенциал (электроны покидают зону, а дырки притягиваются). На следующий элемент подается более отрицательный потенциал и дырки смещаются на него и т.д. (создаются потенциальные ямы). Перенос заряда может быть сделан для четных ФЧЭ и нечетных отдельно. Перенос делается в определенном темпе к выходному устройству. Переключение строк делается специальными регистровыми схемами.

Охлаждение ФП

Для большинства ФП охлаждение увеличивает их чувствительность.

В современных ФП ИК-излучения используют следующие охлаждающие устройства:

- криостаты

- термоэлектрические охладители (ТЭО)

- холодильники, использующие эффект Джоуля – Томпсона

- холодильники с переносом хладоагента

1. криостаты или сосуды Дьюара. ФП приклеиваются к доннику (внутри колбы) сосуда Дьюара. Откачивается воздух из межстеночного промежутка и заливается жидкий N₂, H₂, He или помещается твердый. СО₂. Недостаток – обязательное вертикальное положение и периодический режим работы.

2. ТЭО (до 170 К) – малые габариты. Используется эффект Пельтье . Охладитель состоит из 2-х полупроводниковых элементов с «n» и «р» - проводимостями (Bi₂Te₃). На спае 1 будет недостаток зарядов и снижение температуры. Максимальный перепад . Для увеличения холодопроизводительности отдельные термоэлементы соединяют в термобатареи (каскады) от 2 до 7.

3. Холодильники Джоуля-Томпсона. Используют при температурах вблизи жидкого азота (77 К). Эффект заключается в охлаждении газа при его расширении в вакууме.

, где - коэффициент Джоуля-Томпсона.

Конструкция может быть «труба в трубе». Во внутренней трубе имеются отверстия диаметром 25-70 мкм через которые дросселируется газ, сжижается и выводится по межтрубному пространству наружу. Приемник приклеивается к колбе Дьюара.

4. Холодильники с переносом хладоагента. Используют жидкие газы N₂, H₂, He, которые помещают в дьюар. Дьюар имеет специальное устройство подогрева и систему клапанов, с помощью которых на ФП поступают испарившиеся газы.

Поиск по сайту: