Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 6.8
Основные параметры отечественных двумерных фото-ПЗС
Тип
Параметры К569АП1 К1200ЦМ1 К1200ЦМ2 ФПЗСІм ФПЗС2м
Количество элементов 64x128 144x232 288x360 576x572 288x256
Размеры одного элемента, мкм 32x32 27x20 18x11 24x11 30x16
Шаг структуры, мкм 36x32 27x27 18x19 24x28 30x23
Сигнал насыщения, В Экспозиция насыщения, лк с 0,5 Нет данных 0,1 ОД Нет данных Нет данных 0,3 0,1 0,6 0,16
Неравномерность темнового сигнала, % 10 10 Нет данных 10 10
Максимальная тактовая частота, МГц 0,6 2,5 3,5 Нет данных Нет данных
Неравно мерность интегральной чувствительности, % 20 10 3,5 10 10
Таблица 6.9
Параметры некоторых матричных зарубежных фото-ПЗС
Фирма-изготовитель или марка ПЗС Число элементов Размер элемента, мкм Общий размер чувствительной площадки, мм Динамический диапазон, дБ
Philips-Valvo 795x294 11x22,5 8,8x6,6 45
Sanyo MXA 1010 608x575 10x10 6x4,6 Het данных
ICX 018L 510x492 17x13 8,8x6,6 67
MN 8230 449x579 15,2x8,3 6,5x4,9 72
Mitshubishy 510x485 13x10 6,6x4,9 69
НЕ 98211 320x244 27x27 8,8x6,6 Нет данных
175 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
на.
Специфичны шумы многоэлементных приемников излучения (МПИ). Наряду с обычными шумами, присущими одноэлементным приемникам, в МПИ имеют место шумы, определяемые физическими принципами их работы, а также способами считывания сигнала, образуемого на элементах МПИ. К основным составляющим шума МПИ обычно относят:
радиационный фоновый шум;
так называемый геометрический шум, определяемый неоднородностью параметров отдельных элементов МПИ;
тепловой шум, вызываемый теми же, что и в одноплощадных приемниках, явлениями термоэмиссии носителей;
неустранимый минимальный уровень шума — шумовой «пьедестал» (floor noise);
шум вследствие неполной эффективности переноса зарядов в ПЗС-фотоприемниках;
шум выходной цепи (цепи считывания) МПИ. Очень часто все эти составляющие выражают числом электронов («шумовых» электронов), приходящихся на один элемент (пиксель) МПИ.
Дисперсию радиационного фонового шума МПИ можно представить как
= 2el^f.
Р Пс*Псу '
где е — заряд электрона; /ф — ток, вызываемый потоком, приходящим от «видимого» МПИ фона с некоторой усредненной яркостью или температурой; Af11 — информационная полоса пропускания частот, Afll = NxNy /(2ТК), NxJfy — количество элементов МПИ по горизонтали (Nx) и по вертикали (Ny), Tk — время кадра (период сканирования; см. § 8.2). Числитель этого выражения полностью аналогичен выражению для дисперсии дробового шума. Появление в знаменателе произведения коэффициентов г\сх и ті (КПД сканирования по осям хну — см. § 8.2) объясняется тем, что накопление сигнала и шумов в МПИ идет не за все время Тк, а только лишь за его часть, т.е. имеют место потери сигнала.
Большое значение имеет геометрический шум, возникающий из-за различий спектральной чувствительности, темновых токов и других параметров и характеристик отдельных элементов МПИ. По своей сути это пространственно изменяющийся шум, но он превращается во временной шум, когда осуществляется считывание сигналов с от-
176 Глава 6. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора
дельных элементов МПИ (электронное сканирование). Бороться с таким видом шума достаточно сложно. Для этого нужно совершенствовать технологию производства МПИ, чистоту материалов, из которых изготовляется приемник. Для борьбы с ним в последние годы успешно используют методы электронной коррекции (одноточечной, двухточечной, нелинейной), зачастую реализуемые непосредственно в процессе работы МПИ, т. е. в реальном масштабе времени. Иногда с целью уменьшения геометрического шума используют осреднение сигналов, снимаемых с нескольких соседних элементов в процессе принудительного сканирования изображения (колебания изображения).
Для МПИ, работающих в средней и длинноволновой ИК областях спектра, обычно считают, что источником сигнала, который создает фототок, подвергающийся паразитной модуляции из-за неоднородности, является излучение фона, т.е. рассматривают пороговый режим работы МПИ.
Материал фотослоя, технология изготовления приемника определяют некоторый минимальный уровень шума, называемый также шумовым пьедесталом. Среднее квадратическое значение этого уровня для современных зарубежных МПИ составляет 100—300 электронов на один элемент. Эта составляющая шума обычно учитывается при приеме слабых сигналов.
Для распространенных ПЗС-фотоприемников наряду с другими составляющими шума необходимо учитывать неэффективность переноса носителей заряда между ячейками ПЗС. Среднее квадратическое значение эквивалентного шумового заряда (в числе электронов) определяется как
где є — коэффициент эффективности переноса заряда от ячейки к ячейке; т - число ячеек ПЗС, проходимых зарядовым пакетом; гас и пф — числа фотоэлектронов, составляющих полезный сигнал и фон соответственно.
Иногда при расчетах удобно представлять шумы МПИ в фотонной (квантовой) форме, т.е. в виде флуктуаций Дга числа эффективных фотонов, попадающих на приемник. Считая основные составляющие Шума (радиационный или фотонный шум Arap, тепловой шум Дгат, шумовой пьедестал Aran и шум вследствие неэффективности переноса для ПЗС) некоррелированными, можно записать следующее выражение Для среднего квадратического шума на длине волны X:
