Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Электронно-дырочные пары, генерируемые в обедненном зарядами 164 Глава б. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора слое, разделяются полем смещения. Ш Дырки, затянутые в толщу подложки, проходят к электродам 1 и 2 путь у свысокимсопротивлением. Этотток, 3$ ГУ инжектированный в подложку, рас- лг пределяется между электродами в 1 соответствии с законом Ома. Разно- у стный ток является линейной функцией поперечного положения пучка лучей, генерирующего носители. Рис. 6.19. Схема координатного Линейность координатной ха фотодиодасбарьеромШоттки рактеристики зависит прежде всего от однородности сопротивления подложки, а также от однородности чувствительности приемника.
Она выше в центральной части чувствительного слоя. Нелинейность в радиусе менее 0,1 продольного размера слоя не превышает 1% и составляет несколько процентов на краю. Эта нелинейность может быть устранена соответствующей калибровкой. Известны фотодиоды рассматриваемого типа с размером чувствительной площадки 35н35 мм и чувствительностью к перемещению порядка долей микрометра. В качестве сканирующего устройства, осуществляющего развертку изображения, в ОЭП используются сканиспторьк — развертывающие приемники излучения на базе)т-и-переходов. В сканисторе с непрерывной базой (непрерывном сканисторе) на высокоомную полоску коллектора 1 с двумя контактами по краям (рис.
6.11, а) наносятся базовая область 2 типа п и эмиттерная область 3 типа р. На последней имеется прозрачный эквипотенциальный электрод 4 с контактом. Дискретный сканистор (рис. 6.11, б) состоит из большого числа р-п-переходов, со- Рис. 6.11. Схемы сканисторов: а — непрерывного; б — дискретного 166 167 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-злектроннык приборов единенных попарно проводниками, что уменьшает растекание носителей вдоль базы и повышает разрешающую способность устройства. Если к контактам коллектора сканистора приложить постоянное напряжение Ут, то при равномерном распределении сопротивления в коллекторе падение напряжения вдоль него также будет распределено равномерно, т.е.
потенциал в точке с координатой х будет равен Ут„/Ь, где Ь вЂ” расстояние между контактами коллектора. Для р-п-переходов в коллекторе зто напряжение является запирающим, а в эмиттере — прямым. Если на эмиттер подать напряжение У от генератора пилообразных импульсов, изменяющееся во времени по закону (/зз/Т с периодом Т, то в точке с координатой х кр-п-переходам в эмиттере будет приложено напряжение ЬУ = Цх/1. — (/зз/Т. В момент времени к„-(Уг/с/ ) (х/Ь/ Т, когда ЛУ = О, происходит изменение знака Л(/, и оно становится обратным для р-и-переходов в эммнтере, являющихся фотодиодами. Сигнал в каждой точке эмиттера (в каждом фотодиоде дискретного сканистора) пропорционален освещенности.
За время Т происходит «опрос» всех переходов вдоль эмиттера. Используя дифференцирование выходного видеосигнала, можно получить последовательность импульсов с амплитудами, пропорциональными освещенности вдоль направления развертки, Объединяя несколько линейных сканисторов и последовательно их коммутируя, можно осуществлять двумерный анализ изображения или сканирование. Сканисторы долговечны, компактны. Длина строк достигает нескольких сантиметров, разрешающая способность непрерывных сканисторов — около 100 мкм, дискретных — порядка 20 мкм и может быть увеличена за счет специальной обработки выходного сигнала, например двукратного его дифференцирования. 6.7.
Многоэлементные приемники излучения Многоэлементные приемники излучения можно разделить на приемники с полной электрической развязкой отдельных чувствительных элементов и приемники с внутренними электрическими связями. Приемник первого типа представляет собой набор отдельных одноэлементных приемников, обычно изготовляемых на единой подложке и часто имеющих самостоятельные каналы предварительного усиления, а иногда и более сложной первичной обработки сигнала. Такие прием- Глава 6. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора ники при большом числе элементов, к сожалению, пока еще имеют увеличенные габаритные размеры и большое число выводов.
При интегральном исполнении приемников второго типа реализуется гораздо большее число каналов, но взаимовлияние и разброс параметров отдельных элементов, наличие коммутационных переходных процессов и утечек по токоведущим шинам и подложкам и ряд других недостатков, например ограниченный диапазон спектральной чувствительности, заметно ограничивают или усложняют их применение, Очень важно, что приемники первого типа позволяют осуществить произвольную координатную выборку отдельных элементов.
Однако на сегодня они уступают ПИ второго типа по числу этих элементов (и по пространственному разрешению), динамическому диапазону амплитуд принимаемых сигналов и по уровню шумов коммутации. Для повышения пространственного разрешения ПИ первого типа (до сотых долей размера одного элемента приемника) приходится принимать специальные меры. Простейшим приемником первого типа является двухплощадочный (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 чувствительностей не удается, т.е.
и здесь отмечается дрейф нуля при изменении окружающих условий или при длительной эксплуатации приемника. Область координатной характеристики двух ил ощадочно го 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.).
Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Помимо однокоординатных мозаичных приемников, измеряющих рассогласования вдоль одной из осей координат, имеются и двухкоординатные приемники. Простейшим из них является координатный разрезной фотодиод, представляющий собой пластину полупроводника ор-ц-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 В/(мм мВт).
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 фотогвльваническом 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 (суммарноразностных) 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 3 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- 166 Глава б. Приемник излучения квк 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 цврвметры отечественных кремниевых фотодподпьтх мвтрпц МФ-14 Параметр МФ-16 МФ-22 ФПМ 25бх256 Чвсло элементов рвэмер элементе, мкм Швг структуры, мкм 10™ Пороговвя экспозиция, Дж 10"...10" 10хм 10э Дяввмвчеснвй диапазон 10' 10' 200 Неоднородность темпового свгявлв, % 10 1О 10 10 Неоднородность явтегрвль- пой чувствательпоств, % Нет двппых Нет ДВПНЫХ Нет ДВПНЫХ 15 Нет двпвых Миввмвльпое время выбор- вп одного элемента, мхе Дввпвзоп тактовых частот, Нет ДВПНЫХ Нет ДВВВЫХ 0,01...8,0 Нет дввпых Мвлспмвльиое время мижоэяцви Нет двппых 0,003 1...3 1...3 Для ОЭП, работающих в ИК области спектра, наиболее перспективными представляются многоэлементные фотодиодные приемники 'лз ИйСЙТе, 1пЯЬ и РТЯ1, а также фоторезисторные матрицы из легированного кремния, РЬяе и РЬя. Анализ большого числа зарубежных источников позволил составить сводную таблицу основных параметров некоторых уже освоенных 169 32х32 100х100 250х250 1бх16 100х100 250х250 64хб4 80х60 100х100 256х256 Нэт данных Нег данных Нвт данных Ю.Г.
Якушенкоз. Теория и расчет оптико-злектроннык приборов Таблица 6.6 Типичные звачення параметров совремеввых зарубежаых многоэлементных фотодиодов (ФД) и фоторезисторов (ФР) Тип приемника ФД (НЗСбте) ФД (Р)81) ФР (81:Аз) ФД (1пБЬ) 488хб40 25бх25б Количество элементов 240х4 40х40 10...10,5 10х50 Размеры одного элемента, мкм 24х24 3ОхзО Нет данных 25 5,0 5,5 Длин новолновая граница спектральной чувствительности, икм х80 <50...70 ь77 Х12 Температура охлаждения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
