СТЕНД ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ФОТОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2021 года по МПК G01J1/04 G01M11/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике в оптико-электронном приборостроении и предназначено для выполнения измерения в автоматическом режиме основных параметров многоэлементных фотоприемных устройств (МФПУ) второго и третьего поколений, работающих в диапазонах длин волн 3-5 мкм и 8-12 мкм, отечественных и зарубежных производителей.

Аналогом является устройство для измерения фотоэлектрических параметров многоэлементных приемников излучения, содержащее блок регистрации и обработки сигналов, источник излучения с плоской излучающей поверхностью, соосный с расположенным в непрозрачном корпусе посадочным местом измеряемого приемника излучения, при этом окно корпуса снабжено заслонкой, а радиус входного окна корпуса вычисляется из определенного соотношения (Патент RU 2123173, МПК G01J 1/04, опубликован 10.12.1998).

Прототипом является автоматизированный стенд для измерения основных параметров МФПУ на основе InGaAs спектрального диапазона 0.9-2.5 мкм (Прикладная физика, 2014, №6, с. 93-98, рис. 1), содержащий излучатель (АЧТ - абсолютно черное тело), соединенный с блоком управления АЧТ (блоком управления температурным режимом), заслонку, посадочное место для установки контролируемого МФПУ, блок регистрации и обработки сигналов с персональным компьютером и соединенными между собой блоком подключения (сопряжения) и модулем сопряжения, а также формирователь рабочих напряжений (блок питания МФПУ и блока сопряжения), при этом персональный компьютер соединен с контролируемым МФПУ через блок подключения и модуль сопряжения.

Основным общим недостатком аналога и прототипа является невысокая точность и низкая повторяемость результатов измерений фотоэлектрических параметров многоэлементных приемников излучения, из-за применения заслонки с нерегулируемой температурой излучения, равной температуре окружающей среды, что в свою очередь ведет к невозможности поддержания стабильного значения температуры заслонки.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и повторяемости результатов измерений фотоэлектрических параметров многоэлементных приемников излучения за счет обеспечения возможности установления и поддержания требуемых значений температуры двух источников излучения с заданной стабильностью.

Технический результат достигается тем, что в стенд измерения параметров многоэлементных фотоприемных устройств (МФПУ), содержащем первый источник излучения, подключенный к блоку управления температурным режимом, посадочное место для установки контролируемого МФПУ, блок регистрации и обработки сигналов с персональным компьютером и соединенными между собой блоком подключения и модулем сопряжения, а также формирователь рабочих напряжений, при этом первый и второй порты персонального компьютера предназначены для подключения, соответственно, к первому и второму портам контролируемого МФПУ через блок подключения и модуль сопряжения, первый и второй порты формирователя рабочих напряжений предназначены для подключения, соответственно, к первому порту блока подключения и третьему порту контролируемого МФПУ, согласно настоящему изобретению, дополнительно введен второй источник излучения, подключенный к блоку управления температурным режимом, при этом первый и второй источники излучения механически соединены с дополнительно введенным устройством перемещения для обеспечения возможности поочередной установки излучающих поверхностей первого и второго источника излучения соосно с входным окном контролируемого МФПУ, третий, четвертый и пятый порты ПК подключены, соответственно, к блоку управления температурным режимом источников излучения, устройству перемещения и к третьему порту формирователя рабочих напряжений.

А также тем, что первый и второй источники излучения выполнены в виде источников излучения с плоской излучающей поверхностью.

А также тем, что блок регистрации и обработки сигналов с персональным компьютером, блоком подключения и модулем сопряжения, устройство перемещения с первым и вторым источниками излучения, блок управления температурным режимом, формирователь рабочих напряжений, а также посадочное место для установки контролируемого МФПУ расположены на посадочной платформе.

А также тем, что модуль сопряжения и посадочное место для установки МФПУ выполнены сменными для обеспечения возможности измерения параметров различных типов МФПУ.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого стенда измерения параметров многоэлементных фотоприемных устройств, на которой первый и второй источники излучения показаны в исходном положении.

На фиг. 2 представлена функциональная схема предлагаемого стенда измерения параметров многоэлементных фотоприемных устройств в момент расположения плоской излучающей поверхности первого источника излучения соосно с входным окном контролируемого МФПУ.

На фиг. 1 и фиг. 2 функциональной схемы предлагаемого стенда устройства и блоки обозначены следующими позициями:

1 - первый источник излучения (ИИ);

2 - блок управления температурным режимом (БУТР);

3 - посадочное место для установки контролируемого МФПУ (ПМ);

4 - многоэлементное фотоприемное устройство (МФПУ);

5 - блок регистрации и обработки сигналов (БРИОС);

6 - персональный компьютер (ПК);

7 - блок подключения (БП);

8 - модуль сопряжения (МС);

9 - формирователь рабочих напряжений (ФРН);

10 - второй источник излучения;

11 - устройство перемещения (УП);

12 - плоская излучающая поверхность первого источника излучения;

13 - плоская излучающая поверхность второго источника излучения;

14 - входное окно МФПУ (ВО);

15 - посадочная платформа.

Стенд измерения параметров многоэлементных фотоприемных устройств (МФПУ) содержит первый источник излучения 1, подключенный к блоку 2 управления температурным режимом, посадочное место 3 для установки контролируемого МФПУ 4, блок 5 регистрации и обработки сигналов с персональным компьютером 6 и соединенными между собой блоком 7 подключения и модулем 8 сопряжения, а также формирователь 9 рабочих напряжений. Первый и второй порты персонального компьютера 6 предназначены для подключения, соответственно, к первому и второму портам контролируемого МФПУ 4 через блок 7 подключения и модуль 8 сопряжения. Первый и второй порты формирователя 9 рабочих напряжений предназначены для подключения, соответственно, к первому порту блока 7 подключения и третьему порту контролируемого МФПУ 4.

Отличием предлагаемого стенда является то, что дополнительно введен второй источник излучения 10, подключенный к блоку 2 управления температурным режимом, при этом первый 1 и второй источники излучения 10, механически соединены с дополнительно введенным устройством 11 перемещения для обеспечения возможности поочередной установки излучающих поверхностей 12 и 13 первого 1 и второго 10 источников излучения соосно с входным окном 14 контролируемого МФПУ 4.

Третий, четвертый и пятый порты персонального компьютера 4 подключены, соответственно, к блоку 2 управления температурным режимом источников излучения, устройству 11 перемещения и к третьему порту формирователя 9 рабочих напряжений.

При этом первый 1 и второй 10 источники излучения выполнены в виде источников излучения с плоской излучающей поверхностью.

Кроме того, блок 5 регистрации и обработки сигналов с персональным компьютером 6, блоком подключения 7 и модулем сопряжения 8, устройство 11 перемещения с первым 1 и вторым 10 источниками излучения, блок 2 управления температурным режимом, формирователь 9 рабочих напряжений, а также посадочное место 3 для установки контролируемого МФПУ 4 расположены на посадочной платформе 15.

Причем модуль сопряжения 8 и посадочное место 3 для установки контролируемого МФПУ 4 выполнены сменными для обеспечения возможности измерения параметров различных типов МФПУ.

Предлагаемый стенд позволяет производить измерение фотоэлектрических параметров многоэлементных приемников излучения второго (субматричные МФПУ) и третьего (матричные МФПУ) поколений с возможностью добавления в перечень МФПУ новых типов (к имеющемуся в БП 7 перечню настроек различных типов МФПУ) за счет использования сменных ПМ 3 и сменных МС 8 для установки МФПУ 4, а также благодаря возможности обновления микропрограммного обеспечения БП 7, что расширяет функциональные возможности стенда.

Стенд используется при разработке и серийном производстве образцов тепловизионной техники и предназначен для выполнения входного контроля МФПУ, работающих с регистрацией излучения в диапазонах длин волн 3-5 мкм и 8-12 мкм, а именно, для проверки работоспособности и параметров МФПУ таких, как: уровень выходного сигнала (DC Level), неоднородность выходного сигнала, вольтовая чувствительность (Responsivity), разность температур, эквивалентная шуму (РТЭШ, NETD), обнаружительная способность (Detectiviy), количество и расположение дефектных пикселей (Bad Pixel), количество и размеры кластеров дефектных пикселей, что делает возможным проводить оценку полного перечня заявляемых отечественными и зарубежными производителями параметров, указываемых в паспортах на МФПУ.

При измерении фотоэлектрических параметров МФПУ, указанных в паспортах, зарубежные и отечественные производители используют методы с последовательной регистрацией излучения протяженного источника излучения при двух различных температурах излучения t₁ и t₂, как правило, равных значениям t₁=20°С и t₂=35°С. В предлагаемом стенде, по-умолчанию, также используется метод с последовательной регистрацией излучения при температурах излучения t₁=20°С и t₂=35°С.

В случае необходимости проведения измерений с настройками МФПУ и стенда, отличными от рекомендуемых, например, при температурах излучения, отличных от значений 20°С и 35°С, программное обеспечение (ПО), установленное в ПК 6, позволяет изменять настройки блоков и модулей стенда, включая значения температур первого 1 и второго 10 источников излучения, перечень значений формируемых ФРН 9 напряжений, количество кадров, записываемых для расчета фотоэлектрических параметров, а также такие настройки МФПУ, как: время накопления, напряжение смещения и т.д.

Стенд измерения параметров многоэлементных фотоприемных устройств работает следующим образом.

В процессе выполнения входного контроля контролируемое МФПУ 4 устанавливают на ПМ 3 и соответствующий типу МФПУ МС8 подключают к контролируемому МФПУ 4 и БП 7. Включают ПК 6 блока 5 регистрации и обработки сигналов, БУТР 2, УП 11 и ФРН 9.

В интерфейсных графических окнах ПО, установленного на ПК 6, вводят паспортные данные и данные о режиме работы контролируемого МФПУ 4. Затем запускают процесс измерения параметров МФПУ 4.

ПК 6, в соответствии с введенными в ПО паспортными данными контролируемого МФПУ 4, задает режим работы ФРН 9, формирующего питающие напряжения для БП 7 и контролируемого МФПУ 4.

ПК 6 также контролирует текущий режим работы контролируемого МФПУ 4 за счет приема данных и выдачи управляющих команд в БП 7, в соответствии с которыми БП 7 через МС 8 передает сигналы управления в МФПУ 4.

Одновременно с этим ПК 6 задает режим работы, ожидает выхода на заданный температурный режим первого 1 и второго 10 источников излучения, принимая данные и выдавая управляющие команды в БУТР 2, который в параллельном режиме передает управляющие напряжения исполнительным механизмам (на фиг. не показаны) первого 1 и второго 10 источников излучения.

В момент выхода контролируемого МФПУ 4 на рабочий режим, МФПУ 4 отправляет сигнал о его готовности к проведению измерений параметров через МС 8 и БП 7 в ПК 6.

Затем ПК 6, после выхода на заданный температурный режим одного из источников излучения, например, первого источника излучения 1, передает управляющие команды в УП 11 на перемещение ИИ 1, и расположение его плоской излучающей поверхности 12 соосно с ВО 14 контролируемого МФПУ 4 (см. фиг. 2).

После этого ПК 6 выполняет запись последовательности кадров с изображением излучения вышедшего на заданный температурный режим первого ИИ 1 в виде цифровых сигналов, поступающих от контролируемого МФПУ 4 через МС 8 и БП 7 в ПК 6.

Далее, после выхода на заданный температурный режим второго источника излучения 10, ПК 6 передает управляющие команды в УП 11 на перемещение и расположение плоской излучающей поверхности 13, вышедшего на заданный температурный режим второго ИИ 10, соосно с ВО 14 контролируемого МФПУ 4.

Затем ПК 6 выполняет запись последовательности кадров с изображением излучения вышедшего на заданный температурный режим второго ИИ 10 в виде цифровых сигналов, поступающих от контролируемого МФПУ 4 через МС 8 и БП 7 в ПК 6.

По окончании записи последовательности кадров ПК 6 выполняет вычисление фотоэлектрических параметров контролируемого МФПУ 4 посредством обработки последовательностей кадров, записанных при температурах излучения t₁ и t₂, и формирует в электронном виде отчет с результатами измерения таких фотоэлектрических параметров контролируемого МФПУ, как уровень выходного сигнала (DC Level), вольтовая чувствительность (Responsivity), разность температур эквивалентная шуму (РТЭШ) (NETD), обнаружительная способность (Detectiviy), количество и расположение дефектных пикселей (Bad Pixel).

При этом повышается точность и повторяемость результатов измерений фотоэлектрических параметров многоэлементных приемников излучения за счет введения второго источника излучения 10 и обеспечения возможности установления и поддержания требуемых значений температур двух источников излучения с заданной стабильностью. Выполнение первого 1 и второго 10 источников излучения в виде источников излучения с плоской излучающей поверхностью позволяет обеспечить равномерную однородную засветку фоточувствительных элементов контролируемого МФПУ 4.

Кроме того, выполнение сменными посадочного места 3 и модуля сопряжения 8 позволяет расширить функциональные возможности стенда за счет обеспечения контроля параметров многоэлементных приемников излучения второго (субматричные МФПУ) и третьего поколений (матричные МФПУ).

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и касается стенда измерения параметров многоэлементных фотоприемных устройств (МФПУ). Стенд содержит два источника излучения, подключенные к блоку управления температурным режимом, посадочное место для установки контролируемого МФПУ, блок регистрации и обработки сигналов с персональным компьютером и соединенными между собой блоком подключения и модулем сопряжения, а также формирователь рабочих напряжений. Первый и второй источники излучения механически соединены с устройством перемещения для обеспечения возможности поочередной установки излучающих поверхностей первого и второго источников излучения соосно с входным окном контролируемого МФПУ. Технический результат заключается в повышении точности и повторяемости результатов измерений. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Стенд измерения параметров многоэлементных фотоприемных устройств (МФПУ), содержащий первый источник излучения, подключенный к блоку управления температурным режимом, посадочное место для установки контролируемого МФПУ, блок регистрации и обработки сигналов с персональным компьютером и соединенными между собой блоком подключения и модулем сопряжения, а также формирователь рабочих напряжений, при этом первый и второй порты персонального компьютера предназначены для подключения соответственно к первому и второму портам контролируемого МФПУ через блок подключения и модуль сопряжения, первый и второй порты формирователя рабочих напряжений предназначены для подключения соответственно к первому порту блока подключения и третьему порту контролируемого МФПУ, отличающийся тем, что дополнительно введен второй источник излучения, подключенный к блоку управления температурным режимом, при этом первый и второй источники излучения механически соединены с дополнительно введенным устройством перемещения для обеспечения возможности поочередной установки излучающих поверхностей первого и второго источника излучения соосно с входным окном контролируемого МФПУ, третий, четвертый и пятый порты ПК подключены соответственно к блоку управления температурным режимом источников излучения, устройству перемещения и третьему порту формирователя рабочих напряжений.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй источники излучения выполнены в виде источников излучения с плоской излучающей поверхностью.

3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что блок регистрации и обработки сигналов с персональным компьютером, блоком подключения и модулем сопряжения, устройство перемещения с первым и вторым источниками излучения, блок управления температурным режимом, формирователь рабочих напряжений, а также посадочное место для установки контролируемого МФПУ расположены на посадочной платформе.

4. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что модуль сопряжения и посадочное место для установки МФПУ выполнены сменными для обеспечения возможности измерения параметров различных типов МФПУ.