Установка для определения эффективной фоточувствительной площади всех фоточувствительных элементов, входящих в состав инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления Российский патент 2025 года по МПК H02S50/10 G01R31/26 

Изобретение относится к измерительному оборудованию, предназначенному для измерения фотоэлектрических характеристик (ФЭХ) образцов инфракрасных (ИК) фоточувствительных модулей (ФМ) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН), в частности к средствам определения эффективной фоточувствительной площади (ЭФП) всех фоточувствительных элементов (ФЧЭ), входящих в состав ИК ФМ с режимом ВЗН неразрушающим неконтактным способом.

ФЧЭ - это полупроводниковые компоненты, которые преобразовывают энергию света в электрическую энергию. В предложенном изобретении в качестве фоточувствительных элементов используются, в частности, фотодиоды. В качестве полупроводниковых материалов, из которых изготавливаются ФЧЭ, используются, в частности, гетероструктуры, такие как CdHgTe.

ИК ФМ с режимом ВЗН является М-канальным фоточувствительным модулем (где М - целое положительное число каналов в ИК ФМ), состоящим из двух основных частей - большой интегральной схемы считывания (БИС считывания) и матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ). МФЧЭ состоит из нескольких субматриц ФЧЭ.

Каждый канал ИК ФМ имеет следующий состав:

- N фоточувствительных элементов ФЧЭ₁,…, ФЧЭ_N, где N - целое положительное число ФЧЭ в каждом канале ИК ФМ с режимом ВЗН;

- N входных ячеек ВЯ₁,…, ВЯ_N, расположенных вдоль направления сканирования;

- N ключей RD₁,…, RD_N из общей для всех ВЯ коммутационной шины BUS;

- одна коммутационная шина BUS с N ключами RD₁,…, RD_N и N ключами RDT₁,…, RDT_N, общая для всех ВЯ;

- N ключей RDT₁,…, RDT_N из общей для всех ВЯ коммутационной шины BUS;

- N конденсаторов выборки-хранения С_SHВЗН1,…, С _SHВЗНN;

- N блоков ФНЧ/КУ₁,…, ФНЧ/КУ_N для подстройки либо фильтра нижних частот (ФНЧ), либо коэффициента усиления (КУ);

- один ВЗН-регистр для суммирования и задержки сигнала в форме заряда;

- один зарядочувствительный усилитель Q/V;

- один аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

В каждом канале ИК ФМ имеются N фоточувствительных элементов ФЧЭ₁,…, ФЧЭ_N, N входных ячеек ВЯ₁,…, ВЯ_N, одна общая для всех ВЯ коммутационная шина BUS с N ключами RD₁,…, RD_N и RDT₁,…, RDT_N, N конденсаторов выборки-хранения С_SHВЗН1,…, С_SHВЗНN, N блоков ФНЧ/КУ₁,…, ФНЧ/КУ_N, один ВЗН-регистр, а также один зарядочувствительный усилитель Q/V. Если ИК ФМ является цифровым, то после усилителя Q/V устанавливается один АЦП. В канале каждому ФЧЭ_i, (1≤i≤N) соответствуют свои ВЯ_i ключи RD_i и RDT_i, конденсатор выборки-хранения С_SHВЗНi и блок ФНЧ/КУ_i.

Матрица фоточувствительных элементов (МФЧЭ) представляет собой совокупность ФЧЭ со всех каналов ИК ФМ, размер матрицы M×N: МФЧЭ состоит из субматриц ФЧЭ одинакового формата Z×N, где Z=M/N_sub, где N_sub - целое положительное число субматриц в МФЧЭ.

Плоскость МФЧЭ является плоскостью фоточувствительного слоя (ФЧС) ИК ФМ с режимом ВЗН.

Всего в ИК ФМ с режимом ВЗН содержатся М каналов. Число N фоточувствительных элементов в каждом канале ИК ФМ и число М каналов в ИК ФМ определяют формат ИК ФМ. Например, если N=6, а М=576, то ИК ФМ имеет формат 576×6. Формат показывает общее число каналов в ИК ФМ и общее число ФЧЭ в каждом канале ИК ФМ.

Элементы каналов, такие как входные ячейки, ключи, коммутационная шина, конденсаторы выборки-хранения, блоки ФНЧ/КУ, ВЗН-регистр, зарядочувствительный усилитель и АЦП, изготовлены в виде большой интегральной схемы считывания (БИС считывания).

ИК ФМ с режимом ВЗН являются основными составными частями разрабатываемого конечного изделия - многорядного фотоприемного устройства (МФПУ) инфракрасного диапазона. В состав ИК МФПУ входят несколько ИК ФМ. Параметры ИК ФМ с режимом ВЗН определяют параметры разрабатываемого ИК МФПУ.

Определение эффективной площади. (ЭФП) всех ФЧЭ, входящих в состав ИК ФМ с режимом ВЗН, в совокупности со сведениями о характере распределения квантовой эффективности всех ФЧЭ позволяют в дальнейшем определить пороговые характеристики ИК ФМ с режимом ВЗН. Определение пороговых характеристик ИК ФМ с режимом ВЗН позволяют прогнозировать основные ФЭХ разрабатываемого ИК МФПУ.

Для определения пороговых характеристик ИК ФМ и прогнозирования основных ФЭХ разрабатываемого ИК МФПУ применяется имитационная математическая модель (ИММ). Повысить точность прогнозирования основных ФЭХ разрабатываемого ИК МФПУ возможно за счет оценки размеров ФЧЭ в каналах реальных образцов ИК ФМ с режимом ВЗН.

Из уровня техники известны способы и установки оценки размеров ФЧЭ неразрушающим неконтактным способом, два из которых представлены в статье Itay Shtrichman, Tal Fishman, Udi Mizrahi, Vered Nahum, Zippora Calahorra, Yoram Aron «Spatial resolution of SCD's InSb 2D detector arrays» (Israel, Proc. SPIE 6542, Infrared Technology and Applications XXXIII, 65423M, 14 May, 2007).

Первый известный способ определения ЭФП ФЧЭ - это неконтактный способ сканирования одним пятном рассеяния. Способ заключается в прямом сканировании одиночного ФЧЭ по вертикальной и горизонтальной оси сфокусированным пятном рассеяния и последующей деконволюции получившегося двумерного распределения чувствительности.

Недостатком первого известного способа определения ЭФП ФЧЭ являются большие временные затраты, необходимые для сканирования всех ФЧЭ в составе МФЧЭ. Недостаток обусловлен невозможностью одновременного измерения более одного ФЧЭ, поскольку используется одно пятно рассеяния.

Второй известный способ определения ЭФП ФЧЭ - это способ, использующий тестовый объект, представляющий собой неподвижную многоточечную маску, крепящуюся к плоскости ФЧС ИК ФМ. Способ заключается в равномерном освещении множества ФЧЭ в составе МФЧЭ через тестовый объект, отверстия которого расположены над ФЧЭ с различными относительными смещениями относительно центра ФЧЭ.

Недостатком второго известного способа является то, что он применим только при выполнении следующих двух условий:

1) идентичность формы ФЧЭ в МФЧЭ;

2) идентичность формы отверстий в тестовом объекте.

Известно, что оба вышеперечисленных условия, включающих «идентичность формы ФЧЭ в матрице» и «идентичность формы отверстий в тестовом объекте» не всегда выполняются. Например, не всегда выполняется условие идентичности формы ФЧЭ для отечественных сканирующих ИК ФМ. Таким образом, применение второго известного способа возможно только в тех ИК ФМ, в которых формы всех ФЧЭ идентичны, при этом тестовый объект должен иметь идентичные по форме отверстия. Нарушение указанных условий применения приводит к снижению точности прогнозирования основных фотоэлектрических характеристик (ФЭХ) разрабатываемого ИК МФПУ.

Неприменимость второго известного способа при нарушении условия идентичность формы ФЧЭ или отверстий тестового объекта обусловлена тем, что тестовый объект крепится к плоскости ФЧС ИК ФМ таким образом, что тестовый объект становится невозможно сдвинуть по вертикальной или горизонтальной оси во время освещения множества ФЧЭ, т.е. тестовый объект становится неподвижным. Если ФЧЭ различны по форме - то освещение с тестового объекта в общем случае будет падать только на некоторую часть ФЧЭ, но не всю его площадь. Например, ФЧЭ может иметь неправильную форму, из-за которой часть ФЧЭ оказывается вне зоны освещенности, формируемой отверстием тестового объекта. Если отверстия в тестовом объекте различны по форме - то освещение с тестового объекта также в общем случае будет падать только на некоторую часть ФЧЭ. Например, одно из отверстий имеет несколько меньший диаметр по сравнению с другими отверстиями, имеющими заводской диаметр. При этом имеются несколько идентичных по форме вытянутых ФЧЭ. Для отверстий с заводским диаметром вытянутые ФЧЭ еще будут находиться в зоне освещенности, а для отверстия с меньшим диаметром часть ФЧЭ уже будет находиться вне зоны освещенности.

Наиболее близким аналогом заявленной установки для определения эффективной фоточувствительной площади всех ФЧЭ, входящих в состав инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом ВЗН является установка, описанная в ГОСТ 59606-2021 «Устройства фотоприемные второго и последующих поколений. Методы измерений фотоэлектрических параметров и определения характеристик», Москва, Российский институт стандартизации, 2021, с. 31-36, рис. 9. Известная установка содержит источник излучения, конденсор, модулятор, диафрагму и оптический зонд, находящиеся на одной оптической оси, а также координатный столик, блок управления и персональную электронную вычислительную машину.

Недостатками известной установки является сканирование пятном рассеяния, проходящим через одно отверстие в диафрагме, что приводит к большим временным затратам на определение эффективной площади всех ФЧЭ, а также отсутствию возможности практически одновременного измерения эффективной фоточувствительной площади всех ФЧЭ, входящих в состав ИК ФМ с режимом ВЗН.

ФЧЭ, входящие в состав ФМ, часто отличаются по форме, что влияет на точность определения эффективной площади всех фоточувствительных элементов.

Задачей предложенного изобретения является создание установки для определения эффективной фоточувствительной площади всех ФЧЭ, входящих в состав ИК ФМ с режимом ВЗН неразрушающим неконтактным способом независимо от того, насколько разнообразна форма всех ФЧЭ.

Технический результат предложенного изобретения заключается в снижении временных затрат, необходимых для определения эффективной площади всех ФЧЭ, входящих в состав ИК ФМ с режимом ВЗН независимо от идентичности ФЧЭ.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что установка для определения эффективной фоточувствительной площади всех фоточувствительных элементов, входящих в состав фоточувствительного модуля инфракрасного диапазона с режимом временной задержки и накопления, содержит источник излучения, конденсор модулятор, блок управления и персональную электронную вычислительную машину, при этом она дополнительно содержит корпус, внутри которого на одной оптической оси размещены источник излучения, съемный оптический модулятор, конденсор тестового объекта, узел тестового объекта, одноканальный коллиматорный объектив, прецизионное сканирующее зеркало, проекционный объектив и криостат, внутри которого размещают исследуемый образец инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления, при этом узел тестового объекта включает тестовый объект с отверстиями для образования пятен рассеяния, держатель тестового объекта, узел перемещения тестового объекта, состоящий из микроконтроллера и шагового двигателя.

В качестве источника излучения используют протяженную модель абсолютно черного тела.

В качестве тестового объекта используют многоточечную маску с круглыми отверстиями.

Количество круглых отверстий в многоточечной маске определяется по формуле:

N_отв=N_sub×N_test.row, где

N_отв - количество круглых отверстий в многоточечной маске,

N_sub - количество субматриц фоточувствительных элементов, входящих в состав инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления, равное количеству строк в многоточечной маске,

N_test.row - количество отверстий в каждой строке многоточечной маски, определяемое итерационным способом по формуле:

где М - количество каналов инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления;

X_{between.Neig,PSE} - интервал между ФЧЭ, расположенными в одной строке субматрицы фоточувствительных элементов.

Каждый ряд отверстий в многоточечной маске по горизонтали сдвинут относительно предыдущего на расстояние, в три раза превышающее шаг матрицы фоточувствительных элементов.

Расстояние между центрами соседних отверстий в каждой строке многоточечной маски рассчитывается по формуле:

X_test.hole - расстояние между центрами соседних отверстий в каждой строке многоточечной маски (тестового объекта), мкм;

X_pse - расстояние между центрами соседних ФЧЭ в каждой строке каждой субматрицы ФЧЭ, мкм;

ƒ_кол - фокусное расстояние коллиматора, мкм;

ƒ_конд - фокусное расстояние конденсора, мкм;

X_{between.Neig,PSE} - интервал между ФЧЭ, расположенными в одной строке субматрицы фоточувствительных элементов.

Площадь фоточувствительного элемента инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления больше площади пятна рассеяния от отверстия тестового объекта.

Сущность изобретения поясняется следующими фигурами. На фиг.1 представлена блок-схема установки для одновременного определения эффективной площади всех ФЧЭ, входящих в состав фоточувствительного модуля ИК-диапазона с режимом ВЗН (далее установки).

На фиг. 2 представлен рисунок топологии непрозрачной многоточечной маски с круглыми отверстиями (изготовленной в соответствии с: шагом между фоточувствительными элементами в матрице фоточувствительных элементов; площадью фотошаблона, по которому изготовлены фоточувствительные элементы; форматом конкретного образца ИК ФМ с режимом ВЗН).

На фиг. 3 представлена топология субматриц ФЧЭ в составе исследуемого образца ИК ФМ с режимом ВЗН.

На фиг. 4 одномерные пеленгационные характеристики отдельного ФЧЭ из состава конкретного образца ИК ФМ с режимом ВЗН (зависимость сигнала от положения одного пятна рассеяния относительно ФЧЭ).

На фиг. 5 представлена схема процесса обработки одномерных пелен-гационных характеристик отдельного ФЧЭ для вычисления распределения вольтовой чувствительности ФЧЭ.

На фиг. 6 представлен пример реализации топологии непрозрачной многоточечной маски с круглыми отверстиями.

На фиг. 7 представлено распределение вольтовой чувствительности по ФЧЭ, полученное деконволюцией методом Ричардсона-Люси на разработанной установке (слева) и методом обратного преобразования Фурье (по ГОСТ 59606-2021 справа).

На блок-схеме заявленной установки (фиг. 1) обозначены следующие позиции:

1 - источник излучения (МАЧТ);

2 - съемный оптический модулятор;

3 - конденсор тестового объекта (выполняющий также функцию осветителя тестового объекта);

4 - узел тестового объекта;

5 - канал тестового объекта;

6 - одноканальный коллиматорный объектив;

7 - прецизионное сканирующее зеркало;

8 - проекционный объектив;

9 - исследуемый образец ИК ФМ с режимом ВЗН, размещенный внутри криостата;

10 - блок управления, подключенный к источнику электропитания (БУП), предназначенный для управления работой ИК ФМ и обеспечивающий питания ИК ФМ;

11 - персональная электронная вычислительная машина (ПЭВМ);

12 - основание;

13 - корпус, в который заключены конструктивные элементы 1-9.

Установка для одновременного определения эффективной площади всех ФЧЭ, входящих в состав ИК ФМ с режимом ВЗН, (фиг. 1) содержит источник излучения 1, съемный оптический модулятор 2, управляемый посредством блока управления модулятором (не показан на чертеже), конденсор тестового объекта 3 и узел тестового объекта 4, входящие в состав канала тестового объекта 5, одноканальный коллиматорный объектив 6, прецизионное сканирующее зеркало 7, проекционный объектив 8, исследуемый образец ИК ФМ с режимом ВЗН, размещенный внутри криостата 9, а также БУП 10 и ПЭВМ 11. Все устройства 1-8 и входное окно криостата с исследуемым образцом ИК ФМ 9, расположенные на одной оптической оси, установлены на основании 12 и расположены внутри корпуса 13 из немагнитной стали. Корпус крепится к основанию посредством болтового соединения и обеспечивает расположение устройств 1-9 на одной оптической оси. Блок управления 10 и персональная электронная вычислительная машина 11 могут располагаться на основании 12 или отдельно.

Инфракрасный фоточувствительный модуль - это многоканальный фотоприемник для регистрации инфракрасного излучения, состоящий из матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) и большой интегральной схемы считывания (БИС считывания), использующей ВЗН-регистр. В предложенном изобретении используется фоточувствительный модуль формата M×N, где М - количество каналов инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления, N - целое положительное число ФЧЭ в каждом канале ИК ФМ с режимом ВЗН.

В качестве основания используется немагнитная оптическая плита с регулируемой высотой ножек. Данная плита должна располагаться на ровной поверхности и обязательно параллельно поверхности. Параллельность обеспечивается регулировкой высоты ножек.

В качестве источника излучения используется протяженная модель абсолютно черного тела (МАЧТ) 1, режим работы которой регулируется оператором.

Съемный оптический модулятор - устройство, которое превращает постоянное выходное излучение протяженного МАЧТ в переменный сигнал прямоугольной формы.

Конденсор тестового объекта - короткофокусная линза или система линз, используемая для освещения тестового объекта.

Узел тестового объекта 4 включает тестовый объект, держатель тестового объекта и узел перемещения тестового объекта, состоящий из микроконтроллера и шагового двигателя. Шаговый двигатель присоединяется к держателю тестового объекта с помощью диэлектрического крепежа, состоящего из гаек, болтов и шайб.

Тестовый объект - устройство, которое при размещении его в держателе тестовых объектов установки обеспечивает распределение облученности от источника излучения (МАЧТ) в соответствии с конфигурацией данного тест объекта.

В качестве тестового объекта для засветки каждого фоточувствительного элемента в составе ИК ФМ с режимом ВЗН используется многоточечная маска с круглыми отверстиями (фиг. 2).

Многоточечная маска представляет собой матрицу круглых отверстий и содержит N_sub строк и N_test.row столбцов.

Количество круглых отверстий в многоточечной маске определяется по формуле (1):

N_отв=N_sub×N_test.row, (1)

где N_отв - количество круглых отверстий в многоточечной маске, шт.;

N_sub - количество субматриц фоточувствительных элементов, входящих в состав МФЧЭ, являющейся составной частью инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления (количество строк в многоточечной маске должно совпадать с N_sub), шт.;

N_test.row - количество отверстий в каждой строке многоточечной маски, шт.

Таким образом, в каждой строке тестового объекта имеется N_{test row} отверстий.

Количество строк в многоточечной маске (тестовом объекте) выбирается таким образом, чтобы оно совпадало с количеством N_sub субматриц ФЧЭ в составе МФЧЭ, являющейся составной частью ИК ФМ с режимом ВЗН.

Количество отверстий в каждой строке тестового объекта определяется итерационным способом по формуле (2):

где N_test.row - количество отверстий в каждой строке многоточечной маски, шт.;

М - количество каналов инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления (ИК ФМ с режимом ВЗН), шт.;

N_sub - количество субматриц ФЧЭ в МФЧЭ, шт.;

X_{between.Neig,PSE} - интервал между ФЧЭ, расположенными в одной строке субматрицы ФЧЭ, на которые должны падать излучения с соседних отверстий одной строки тестового объекта, данный интервал измеряется в количестве ФЧЭ. Например, если X_{between.Neig,PSE}=2, то излучение первого отверстия будет падать на первый ФЧЭ, а излучение второго отверстия будет падать на третий ФЧЭ. Если X_{between.Neig,PSE}=3, то излучение первого отверстия будет падать на первый ФЧЭ, а излучение второго отверстия будет падать на четвертый ФЧЭ.

Количество отверстий в строке тестового объекта определяется итерационными математическими расчетами по формуле (2). Первая итерация начинается с начального значения X_{between.Neig,PSE}=2. Если рассчитанное значение N_test.row в первой итерации оказалось не целым числом, то X_{between.Neig,PSE} увеличивается на единицу и запускается следующая итерация расчетов. Итерации продолжаются до тех пор, пока N_test.row не станет целым числом. Начальное значение X_{between.Neig,PSE} никогда не задается равным единице по следующим причинам.

На один ФЧЭ матрицы исследуемого образца ИК ФМ с режимом ВЗН должно падать излучение только с одного отверстия тестового объекта (многоточечной маски). Поэтому нельзя изготавливать тестовый объект, в строке которого количество отверстий совпадает с количеством ФЧЭ в строке субматрицы ФЧЭ. В противном случае, на один ФЧЭ будет падать излучение с нескольких отверстий тестового объекта. Это обусловлено тем, что только часть энергии излучения с отверстия тестового объекта приходится на ФЧЭ, остальная часть энергии излучения приходится на пространство вне ФЧЭ. Если на один ФЧЭ будет падать излучение с нескольких отверстий тестового объекта, это приведет с искажения результатов определения эффективной фоточувствительной площади. Во избежание этого эффекта, количество отверстий N_test.row в строке многоточечной маски должно быть в несколько раз меньше, чем количество ФЧЭ в строке субматрицы ФЧЭ. При этом расстояние между центрами соседних отверстий X_test.hole в строке многоточечной маски и фокальные расстояния коллиматора (ƒ_кол) и конденсора (ƒ_конд) должно выбираться таким образом, чтобы излучение соседних отверстий тестового объекта падало не на соседние ФЧЭ, а на такие ФЧЭ, расстояние между центрами которых больше, чем расстояние между центрами соседних ФЧЭ.

Расстояние между центрами соседних отверстий в каждой строке многоточечной маски X_test.hole рассчитывается по формуле (3):

где X_test.hole - расстояние между центрами соседних отверстий в каждой строке многоточечной маски (тестового объекта), мкм;

X_pse - расстояние между центрами соседних ФЧЭ в каждой строке каждой субматрицы ФЧЭ, мкм;

ƒ_кол - фокусное расстояние коллиматора, мкм; ƒ_конд - фокусное расстояние конденсора, мкм.

Тестовый объект характеризуется также параметром Y_test._hole, который показывает расстояние между центром отверстия одной строки тестового объекта и проекцией данного центра на ось, образованную центрами первого н N_test.row-го отверстия в следующей строке тестового объекта.

Расстояние Y_test.hole рассчитывается по формуле (4):

где Y_test.hole - расстояние между центром отверстия одной строки тестового объекта и проекцией данного центра на ось, образованную центрами первого и N_test.row-го отверстия в следующей строке тестового объекта, мкм; Y_pse - расстояние между центрами соседних ФЧЭ в каждом столбце каждой субматрицы ФЧЭ, мкм;

Y_submatrix - расстояние между центром ФЧЭ N-ой строки одной субматрицы и проекцией данного центра на ось, образованную центрами первого и M/N_sub-го ФЧЭ в первой строке следующей субматрицы, мкм.

Тестовый объект характеризуется также параметром X_test.row, который показывает расстояние между центром первого отверстия и центром N_test.row-го отверстия в каждой строке тестового объекта.

Расстояние X_test.row рассчитывается по формуле (5):

где X_test.row - расстояние между центром первого отверстия и центром N_test.row-го отверстия в каждой строке тестового объекта, мкм.

Тестовый объект характеризуется также параметром Y_tes.col, который показывает расстояние между центром отверстия первой строки тестового объекта и проекцией данного центра на ось, образованную центрами первого и N_test.row-го отверстия в N_sub-ой строке тестового объекта.

Расстояние Y_test.col рассчитывается по формуле (6):

где Y_test.col - расстояние между центром отверстия первой строки тестового объекта и проекцией данного центра на ось, образованную центрами первого и N_test.row-го отверстия в N_sub-ой строке тестового объекта, мкм.

Тестовый объект характеризуется формой отверстия в тестовом объекте, которая одинакова для всех отверстий в тестовом объекте. Из различных форм отверстий выбирается та, площадь пятна рассеяния которой в большем количестве впишется в площадь формы ФЧЭ, исходя из имеющихся фокусных расстояний конденсора и коллиматора. Например, для квадратных ФЧЭ, сторона которых равна а, можно предложить два вида отверстий - квадратное со стороной b и круглое с диаметром d, равным b. С учетом фокусных расстояний, соотношение площади квадратного ФЧЭ к площади пятна рассеяния, образованного квадратным отверстием, определяется по формуле (7):

где S_pse - площадь ФЧЭ, мкм²;

S_{test.hole.in.pse} - площадь пятна рассеяния, образованного отверстием тестового объекта, мкм²;

а - сторона квадратного ФЧЭ, мкм;

b - сторона квадратного отверстия тестового объекта, мкм.

С учетом фокусных расстояний, соотношение площади квадратного ФЧЭ к площади пятна рассеяния, образованного круглым отверстием диаметра d=b, определяется по формуле (8):

Из сравнения формул (7) и (8) видно, что в площадь квадратного ФЧЭ можно вписать в 4/π раз больше пятен рассеяния от круглого отверстия диаметром b по сравнению с пятнами рассеяния от квадратного отверстия со стороной b. Поэтому для квадратных ФЧЭ предлагается выбирать круглое отверстие с диаметром d=b, а не квадратное отверстие со стороной b.

Отверстия тестового объекта характеризуется параметрами их формы. Параметры формы выбираются таким образом, чтобы площадь ФЧЭ была на порядок выше, чем площадь пятна рассеяния от отверстия тестового объекта. Данный критерий записывается в виде формулы (9):

Формула (9) дана для произвольной формы ФЧЭ и произвольной формы отверстия тестового объекта. Чем больше отношение площадей, тем точнее определяется ЭФП ФЧЭ.

Для произвольной формы отверстия тестового объекта можно записать формулу (10), позволяющую вычислить площадь пятна рассеяния, образованного данным отверстием:

где S_test.hole - площадь отверстия тестового объекта, мкм².

В случае, когда в качестве отверстия используется круг, отверстия тестового объекта характеризуются одним параметром формы - диаметром d. Площадь круглого отверстия S_test.hole вычисляется по формуле (11):

где d - диаметр круглого отверстия тестового объекта, мкм.

Тогда площадь пятна рассеяния от круглого отверстия диаметром d запишется в виде формулы (12):

С учетом формулы (12) диаметр d круглого отверстия тестового объекта в случае ФЧЭ квадратной формы со стороной а должен выбираться в соответствии с формулой (13):

Тестовый объект также характеризуется параметрами сдвига

а р - целое положительное число. X_shift.test(p) показывает, насколько сдвинута р-ая строка тестового объекта по горизонтальной оси относительно первой строки тестового объекта. Например, X_shift.test(2) показывает, насколько сдвинута вторая строка тестового объекта по горизонтальной оси относительно первой строки тестового объекта. А X_shift.test(N_sub) показывает, насколько сдвинута N_sub-ая строка тестового объекта по горизонтальной оси относительно первой строки тестового объекта.

Сдвиг X_shift.test(p) рассчитывается, исходя из фокусных расстояний конденсора и коллиматора, а также из сдвигов X_shift.pse(p). X_shift.pse(p) показывает, насколько сдвинута р-ая субматрица ФЧЭ по горизонтальной оси относительно первой субматрицы ФЧЭ. X_shift.test(p) рассчитывается по формуле (14):

где X_shift.test(p) - сдвиг p-ой строки тестового объекта по горизонтальной оси относительно первой строки тестового объекта, мкм;

X_shift.pse(p) - сдвиг р-ой субматрицы ФЧЭ по горизонтальной оси относительно первой субматрицы ФЧЭ, мкм;

р - целочисленный положительный индекс строки тестового объекта, удовлетворяющий условию: 2≤р≤N_sub.

Многоточечную маску изготавливают фотолитографическим способом из индия или хром-никеля на кремнии. Фоточувствительные элементы инфракрасного фоточувствительного модуля (ИК ФМ) могут быть любой формы, площадь которой вписывается в площадь отверстия специализированной многоточечной маски.

В качестве узла перемещения тестового объекта используют совокупность шаговых двигателей (в составе узла тестовых объектов МО), часть из которых отвечают за перемещение тестового объекта по оси х, а другая часть отвечает за перемещение тестового объекта по оси у. В зависимости от величины подаваемого напряжения зависит скорость перемещения тестового объекта, при нулевом напряжении скорость перемещения также нулевая.

Канал тестового объекта 5 включает МЧТ 1, съемный оптический модулятор 2, конденсор тестового объекта 3 и узел тестового объекта 4. Элементы 1-4 в канале тестового объекта находятся под вакуумом и охлаждаются при помощи криостата 9 до температуры -105°С.

Коллиматорный объектив 6 предназначен для преобразования пучка излучения от тестового объекта из расходящегося пучка в коллимированный, имитируя удаленное расположение тестового объекта.

Прецизионное сканирующее зеркало 7 предназначено для отражения коллимированного пучка таким образом, чтобы отраженный пучок падал на входной зрачок проекционного объектива 8. Зеркало обеспечивает перемещение пучка лучей по входному зрачку объектива проекционного и соответствующее линейное перемещение изображения в плоскость изображения объектива проекционного.

Проекционный объектив 8 предназначен для фокусировки падающего пучка лучей от тестового объекта и обеспечивает формирование изображения тестового объекта в плоскости фоточувствительного слоя ИК ФМ с режимом ВЗН.

Объект измерения 9, размещенный внутри криостата, располагается по ходу светового луча после проекционного объектива 8.

Криостат имеет прозрачное входное окно, через которое излучение с проекционного объектива 8 падает в плоскость фоточувствительного слоя ИК ФМ. Чтобы излучение с проекционного объектива 8 попало в плоскость фоточувствительного слоя ИК ФМ, исследуемый образец фотомодуля размещается в криостате таким образом, чтобы плоскость фоточувствительного слоя располагалась напротив входного окна криостата.

Блок управления и питания 10 предназначен для обеспечения питания ИК ФМ с режимом ВЗН, а также приема от него цифровых выходных сигналов и преобразования их в цифровой код, доступный для обработки с помощью персональной ПЭВМ 11 (в частности, по интерфейсу RS485).

ПЭВМ 11 управляет перемещением тестового объекта, обрабатывает оцифрованные выходные сигналы ИК ФМ с последующим определением эффективной фоточувствительной площади всех ФЧЭ, входящих в состав ИК ФМ с режимом ВЗН, а также оценкой размеров ФЧЭ.

Работу заявленной установки осуществляют следующим образом.

Устанавливают источник излучения (МАЧТ) 1 на одной оптической оси со съемным оптическим модулятором 2, конденсором тестового объекта 3, узлом тестового объекта 4, одноканальным коллиматорным объективом 6, прецизионным сканирующим зеркалом 7, проекционным объективом 8 и исследуемым образцом ИК ФМ с режимом ВЗН, размещенным внутри криостата 9.

Для измерения большего количества ФЧЭ в качестве тест-объекта в установке используется многоточечная маска с круглыми отверстиями (фиг. 2, фиг. 3), параметры которой выбираются в соответствии с топологией и форматом исследуемого образца ИК ФМ с режимом ВЗН.

Устанавливают источник излучения на заданный режим.

При использовании в качестве тестового объекта многоточечной маски, в плоскость ФЧЭ проецируется множество пятен рассеяния. Пятно рассеяния - это изображение одного из отверстий маски, формируемое в плоскости фоточувствительного слоя ИК ФМ.

Пятно рассеивания формируется в зоне фоточувствительной площадки ФЧЭ следующим образом. Имеются одинаковые отверстия в тестовом объекте, площадь которых равна S_test.hole, а также коллиматор с фокусным расстоянием ƒ_кол и конденсор с фокусным расстоянием ƒ_конд. Тогда в зоне фоточувствительной площадки ФЧЭ сформируется пятно рассеяния площадью S_{test.hole.in.pse}.

Юстировка включает установку пятна рассеяния в зоне фоточувствительной площадки ФЧЭ таким образом, чтобы добиться максимального соотношения сигнал-шум ФЧЭ.

Затем облучают тестовый объект посредством МАЧТ 1.

Модуляция оптического излучения осуществляется съемным оптическим модулятором 2 в канале 5 при неподвижном сканирующем зеркале 7, установленном под углом 45° к оптической оси заявленной установки.

Конденсор 3 строит изображение излучающей поверхности МАЧТ 1 в плоскости расположения тестового объекта. Перемещение тестового объекта по направлениям X и Y в плоскости, перпендикулярной оптической оси установки, обеспечивается приводами на основе шаговых двигателей узла тестового объекта 4, управляемых посредством команд, поступающих от блока управления 10.

Рабочая поверхность тестового объекта совмещена с фокальной плоскостью коллиматорного объектива 6, на выходе которого пучок лучей от тестового объекта преобразуется из расходящегося пучка в коллимированный, имитируя удаленное расположение тестового объекта. Коллимированный пучок отражается от прецизионного сканирующего зеркала и падает на входной зрачок проекционного объектива 8. Проекционный объектив 8 фокусирует пучок лучей от тестового объекта и обеспечивает формирование изображения тестового объекта в плоскости изображения.

В процессе облучения формируют серии изображений тестового объекта в плоскости ФЧЭ исследуемого образца ИК ФМ посредством перемещения тестового объекта во взаимно перпендикулярных направлениях по оси «х» и по оси «у» с заданной линейной скоростью с помощью шаговых двигателей (не показаны на чертеже), входящих в состав узла тестового объекта 4. Управление перемещением тестового объекта осуществляется посредством программы перемещения тестового объекта (ПУПТО), которая, в свою очередь, выбирается и корректируется через графический интерфейс оператором в зависимости от необходимого режима работы установки. Оператор задает величину перемещения тестового объекта по горизонтали и вертикали. В соответствии с величинами, указанными оператором, ПУПТО формирует команды перемещения тестового объекта по горизонтали и вертикали. Команды, в свою очередь, передаются в микроконтроллер (не показан на чертеже), входящий в состав узла тестового объекта 4. Микроконтроллер получает команды от ПЭВМ 11, в соответствии с ними подает по аналоговым линиям на входы шагового двигателя управляющие напряжения. В зависимости от величин управляющих напряжений, шаговый двигатель смещается по горизонтальной и вертикальной оси на величины, указанные оператором в ПУПТО. Одновременно с шаговым двигателем перемещается тестовый объект, прикрепленный к нему посредством держателя тестового объекта.

Формирование серии изображений тестового объекта обеспечивается тем, что во время проецирования зондирующих пятен в плоскость ФЧС узел перемещения тестового объекта передвигает последний сначала в одном направлении, а затем в перпендикулярном направлении.

В каждой точке сканирования проводят измерение сигнала с канала тестового объекта 5 и сохраняют на ПЭВМ 11 данные о ее фактических координатах. За значение сигнала с канала тестового объекта принимают разность математических ожиданий (средних арифметических значений) значений фотооткликов с ФЧЭ или канала, рассчитанных по последовательности кадров, при двух различных известных потоках излучения или температурах МАЧТ 1. В результате измерения получают массив сигналов, в котором хранится информация о сигнале в каждой точке и ее фактическом местоположении.

Во время формирования изображений тестового объекта происходит формирование аналоговых выходных сигналов (напряжений) ИК ФМ (где происходит формирование аналоговых сигналов), соответствующих изображениям, сформированным в плоскости ФЧС.БУП 10 обеспечивает прием аналоговых выходных сигналов ИК ФМ и их преобразование в цифровой код, доступный для обработки ПЭВМ 11. Оцифрованные выходные сигналы ИК ФМ сохраняют в памяти ПЭВМ 11. Сохраненные оцифрованные выходные сигналы ИК ФМ обрабатывают в ПЭВМ 11 для расчета одномерных пеленгационных характеристик одиночного ФЧЭ.

Пеленгационная характеристика - это зависимость сигнала ФЧЭ от положения пятна рассеяния относительно ФЧЭ.

Одномерные пеленгационные (фиг. 4, фиг. 5) характеристики каждого ФЧЭ из сохраненных серий изображений обрабатывают посредством ПЭВМ 11.

Из рассчитанных одномерных пеленгационных характеристик вычитают постоянную составляющую сигналов, после чего нормируют полученный результат на единицу. Затем, используя прямое декартово произведение пеленгационных характеристик, вычисляют двумерную пеленгацион-ную характеристику одиночного ФЧЭ.

Двумерная пеленгационная характеристика - это двумерное распределение сигнала в зависимости от относительной координаты зондирующего пятна.

Полученное двумерное распределение подвергается деконволюции методом Ричардсона-Люси по формуле:

где h(x, у) - ФРТ пятна рассеивания, которым производилось зондирование измеряемого ФЧЭ. Это распределение измеряется для каждого отверстия маски или рассчитывается исходя из размеров отверстия и оптической схемы измерительного стенда.

х,у- экспериментально снятая двумерная пеленгационная характеристика.

fkx, у - распределение чувствительности ФЧЭ на к итерации алгоритма. В начале вычисления Число итераций определяется сходимостью к константе нормы L-Infinity между исходной пеленгационной характеристикой и результатом свертки ФРТ пятна рассеивания с распределением чувствительности ФЧЭ на k итерации алгоритма.

На основании полученных распределений ФЧЭ в ПЭВМ 11 рассчитывают эффективную фоточувствительную площадь одного фоточувствительного элемента, входящего в состав ИК ФМ с режимом ВЗН по формуле:

где S_фчэ - эффективная фоточувствительная площадь одного фоточувствительного элемента, входящего в состав ИК ФМ с режимом ВЗН, мкм²;

А - площадь области сканирования, мкм²;

SF(x,y) - распределение чувствительности по фоточувствительной площадке ФЧЭ ИК ФМ;

Dxdy - символьное обозначение того, что интегрирование ведется по двум переменным х и у;

х - положение пятна рассеяния по горизонтальной оси, мкм;

у - положение пятна рассеяния по вертикальной оси, мкм.

Окончательный результат определения ЭФП для всех ФЧЭ в составе ИК ФМ с режимом ВЗН представляется в виде одномерного массива, число элементов в котором равно N. Каждый элемент массива - это ЭФП одного из ФЧЭ в составе ИК ФМ.

Изобретение применяется для оценки размеров ФЧЭ в составе ИК ФМ с режимом ВЗН. Оценка размеров ФЧЭ позволяет повысить точность прогнозирования основных фотоэлектрических характеристик (ФЭХ) разрабатываемого многорядного фотоприемного устройства (МФПУ) ИК диапазона, основной структурной единицей которого являются ИК ФМ.

Разработанная установка в отличии от аналогов позволяет проводить одновременные измерения разных ФЧЭ неразрушающим неконтактным способом, что позволяет получать данные о распределении чувствительности каждого отдельного ФЧЭ со сравнительно небольшими временными затратами.

Независимость от идентичности ФЧЭ по форме позволяет повысить точность прогнозирования основных ФЭХ разрабатываемого ИК МФПУ по сравнению с наиболее близким аналогом. Одновременное определение площади всех фоточувствительных элементов, входящих в состав ИК ФМ, позволяет существенно снизить временные затраты, необходимые для определения размеров ФЧЭ, по сравнению с временными затратами при определении размеров ФЧЭ прямым сканированием, сфокусированным зондирующим оптическим пятном.

Пример 1. Установка для одновременного определения эффективной площади всех фоточувствительных элементов, входящих в состав инфракрасного фоточувствительного модуля формата M×N с режимом ВЗН (фиг. 3), с использованием в качестве тестового объекта многоточечной маски (фиг. 6)

Параметры тестового объекта определяются параметрами топологии ИК ФМ и фокусными расстояниями конденсора и коллиматора в составе установки.

Фокусное расстояние коллиматора равно 800000 мкм, ƒ_кол=800000 мкм.

Фокусное расстояние конденсора равно 200000 мкм, ƒ_конд=200000 мкм.

ИК ФМ формата M×N с режимом ВЗН имеет следующие параметры:

1) количество каналов ИК ФМ равно 588, М=588;

2) количество ФЧЭ в каждом канале ИК ФМ равно шести, N=6;

3) количество субматриц ФЧЭ в составе МФЧЭ равно трем, N_sub=3;

4) количество столбцов в каждой субматрице ФЧЭ равно 196;

5) количество строк в каждой субматрице ФЧЭ равно 6;

6) расстояние между центрами соседних ФЧЭ в каждой строке каждой субматрицы ФЧЭ равно 80 мкм, X_pse - 80 мкм;

7) расстояние между центрами соседних ФЧЭ в каждом столбце каждой субматрицы ФЧЭ равно 60 мкм, Y_pse - 60 мкм;

8) расстояние между центром ФЧЭ последней строки одной субматрицы ФЧЭ и проекцией данного центра на ось, образованную центрами первого и последнего ФЧЭ в первой строке следующей субматрицы ФЧЭ, равно 200 мкм, Y_submatrix=200 мкм;

9) форма каждого ФЧЭ - квадрат со стороной, длина которой заявлена равной 40 мкм, а=40 мкм;

10) заявленная площадь квадратного ФЧЭ равна 1600 мкм², S_pse=1600 мкм²;

11) сдвиг второй субматрицы ФЧЭ по горизонтальной оси относительно первой субматрицы ФЧЭ равен 40 мкм, X_shift.pse(2)=40 мкм;

12) сдвиг третьей субматрицы ФЧЭ по горизонтальной оси относительно первой субматрицы ФЧЭ равен 20 мкм, X_shift.pse(3)=20 мкм;

13) спектральный длинноволновой инфракрасный диапазон от 8 до 10,5 мкм, λ_left=8 мкм, λ_right=10,5 мкм;

14) длина волны, на которую приходится максимум чувствительности, равна 9,25 мкм, λ_max=9,25 мкм.

ИК ФМ содержит 588 каналов, в каждом канале содержатся шесть ФЧЭ, поэтому формат ИК ФМ 588×6. В данном фоточувствительном модуле содержится МФЧЭ, состоящая из трех субматриц ФЧЭ одинакового формата 196×6. В каждой строке каждой субматрицы имеются 196 ФЧЭ. В каждом столбце каждой субматрицы ФЧЭ содержатся шесть ФЧЭ.

Поскольку МФЧЭ исследуемого образца ИК ФМ формата 588×6 содержит три субматрицы ФЧЭ, то тестовый объект также содержит три строки.

Рассчитаем N_test.row - количество отверстий в каждой строке тестового объекта. N_test.row рассчитывается, исходя из известных М=588, N_sub=3 и начального значения X_{between.Neig,PSE}. Перед расчетом задается начальное значение X_{between.Neig,PSE}, равное двум, после чего рассчитывается N_test.row по формуле (2). При X_{between.Neig,PSE}=2, количество отверстий N_test.row=98,5. Это означает, что нельзя изготовить с шагом X_test.hole отверстия строки тестового объекта, пятна рассеивания от которых всегда бы попадали на первый ФЧЭ, третий ФЧЭ, пятый ФЧЭ и т.д. Поэтому X_{between.Neig,PSE} увеличивается на единицу, и N_test.row снова рассчитывается по формуле (2). При X_{between.Neig,PSE}=3 количество отверстий N_test.row=66. Это означает, что можно изготовить с шагом X_test.hole отверстия строки тестового объекта, пятна рассеивания от которых всегда бы попадали на первый ФЧЭ, четвертый ФЧЭ, седьмой ФЧЭ и т.д.

Таким образом, излучение с первого отверстия первой строки тестового объекта будет падать на первый ФЧЭ первой строки первой субматрицы ФЧЭ, а излучение с последнего отверстия первой строки тестового объекта будет падать на последний ФЧЭ первой строки первой субматрицы ФЧЭ. Излучение с первого отверстия последней строки тестового объекта будет падать на первый ФЧЭ первой строки последней субматрицы ФЧЭ, а излучение с последнего отверстия последней строки тестового объекта будет падать на последний ФЧЭ первой строки последней субматрицы ФЧЭ.

Тестовый объект состоит из трех строк, в каждой из которых содержится 66 отверстий. Количество отверстий N_отв в тестовом объекте определяется по формуле (1). При N_sub=3 и N_test.row=66 получаем, что N_отв=198. Таким образом, в зоне фоточувствительного слоя исследуемого образца ИК ФМ с режимом ВЗН формируется 198 пятен рассеяния.

Расстояние между центрами соседних отверстий в каждой строке тестового объекта X_test.hole определяется по формуле (3). При X_pse=80 мкм, ƒ_кол=800000 мкм, ƒ_конд=200000 мкм и X_{between.Neig,PSE}=3 получаем, что X_test.hole=960 мкм.

Расстояние Y_test.hole между центром отверстия одной строки тестового объекта и проекцией данного центра на ось, образованную центрами первого и последнего отверстия в следующей строке тестового объекта, определяется по формуле (4). При Y_pse=60 мкм, N=6, Y_submatrix=200 мкм, ƒ_кол=800000 мкм и ƒ_конд=200000 мкм получаем, что Y_test.hole=2000 мкм.

Расстояние X_test.row между центром первого отверстия и центром последнего отверстия в каждой строке тестового объекта рассчитывается по формуле (5). При Х_pse мкм, ƒ_кол=800000 мкм, ƒ_конд=200000 М=588 и N_sub=3 получаем, что X_test.row=62400 мкм.

Расстояние Y_test.col центром отверстия первой строки тестового объекта и проекцией данного центра на ось, образованную центрами первого и последнего отверстия в последней строке тестового объекта, рассчитывается по формуле (6). При Y_pse=60 мкм, N=6, Y_submatrix=200 мкм, ƒ_кол=800000 мкм, ƒ_конд=200000 мкм и N_sub=3 получаем, что Y_test.col=4000 мкм.

Поскольку все ФЧЭ имеют форму квадрата, то в качестве формы отверстия тестового объекта следует использовать форму круга. Тогда диаметр круглого отверстия тестового объекта выбирается по формуле (13). При а=40 мкм, ƒ_кол=800000 мкм и ƒ_конд=200000 мкм получаем, что d<57,09 мкм.

Площадь каждого круглого отверстия S_test.hole определяется по формуле (11). При d=40 мкм получаем, что S_test.hole=1256,64 мкм².

Площадь пятна рассеяния от круглого отверстием тестового объекта определяется по формуле (12). При d=40 мкм, ƒ_кол=800000 мкм и ƒ_конд=200000 мкм получаем, что S_{test.hole.in.pse}=78,54 мкм².

Площадь ФЧЭ при заявленной длине а=40 мкм равна 1600 мкм², т.е. S_pse - 1600 мкм².

Отношение площади ФЧЭ к площади пятна рассеяния, сформированного отверстием тестового объекта равно 20,37, что удовлетворяет критерию (9). Таким образом, диаметр круглого отверстия d=40 мкм был подобран корректно.

Сдвиг X_shift.test(2) второй строки отверстий тестового объекта по горизонтальной оси относительно первой строки отверстий тестового объекта рассчитывается по формуле (14). При X_shift.pse(2)=40 мкм, ƒ_кол=800000 мкм и ƒ_конд=200000 мкм получаем, что X_shift.test(2)=160 мкм.

Сдвиг X_shift.test(3) третьей строки отверстий тестового объекта по горизонтальной оси относительно первой строки отверстий тестового объекта рассчитывается по формуле (14). При X_shift.pse(3)=20 мкм, ƒ_кол=800000 мкм и ƒ_конд=200000 мкм получаем, что X_shift.test(3)=80 мкм.

Для определения размеров всех ФЧЭ, входящих в состав рассматриваемого ИК ФМ формата 588×6 с режимом ВЗН, в качестве тестового объекта использовали многоточечную маску, параметры которой были рассчитаны выше, исходя из параметров топологии ИК ФМ и фокусных расстояний конденсора и коллиматора. Тестовый объект имеет следующие параметры:

1) количество строк равно трем;

2) количество отверстий в каждой строке тестового объекта равно 66, N_test.row=66;

3) количество отверстий в каждой строке подобрано таким образом, чтобы пятна рассеяния, сформированные отверстиями одной строки тестового объекта, падали на каждый третий ФЧЭ в одной строке одной субматрицы ФЧЭ - первый ФЧЭ, четвертый ФЧЭ, седьмой ФЧЭ и т.д., X_{between.Neig,PSE}=3;

4) общее число отверстий в тестовом объекте равно 198, N_отв - 198;

5) расстояние между центрами соседних отверстий в каждой строке тестового объекта равно 960 мкм, X_test.hole=960 мкм;

6) расстояние между центром отверстия одной строки тестового объекта и проекцией данного центра на ось, образованную центрами первого и последнего отверстия в следующей строке тестового объекта, равно 2000 мкм, Y_test.hole=2000 мкм;

7) расстояние между центром первого отверстия и центром последнего отверстия в каждой строке тестового объекта равно 62400 мкм, X_test.row=62400 мкм;

8) расстояние между центром отверстия первой строки тестового объекта и проекцией данного центра на ось, образованную центрами первого и последнего отверстия в последней строке тестового объекта, равно 4000 мкм. Y_test.col=4000 мкм;

9) форма каждого отверстия - круг диаметром 40 мкм и площадью 1256,64 мкм², d=40 мкм, S_test.hole=1256,64 мкм²;

10) сдвиг второй строки отверстий тестового объекта по горизонтальной оси относительно первой строки отверстий тестового объекта равен 160 мкм, X_shift.test(2)=160 мкм;

11) сдвиг третьей строки отверстий тестового объекта по горизонтальной оси относительно первой строки отверстий тестового объекта равен 80 мкм, X_shift.test(3)=80 мкм.

Тестовый объект, характеристики которого приведены выше, в виде многоточечной маски представляет собой матрицу круглых отверстий, изготовленную фотолитографическим способом из хром-никеля на кремнии.

Рассматриваемый ИК ФМ формата 588×6 с режимом ВЗН работает в длинноволновом инфракрасном диапазоне 8-10,5 мкм, а его максимальная чувствительность приходится на длину волны, равную 9,25 мкм. Температура АЧТ настраивается таким образом, чтобы обеспечить максимальное излучение на длине волны, равной 9,25 мкм. Температура АЧТ определяется по закону смещения Вина и равна 313 К.

Диапазон скорости перемещения изображения тестовых объектов в плоскости изображения составляет 0,1-0,2 мм/с.

Посредством перемещения зондирующего пятна вдоль ФЧЭ в двух перпендикулярных направлениях путем использования шаговых двигателей в составе узла тестовых объектов МО получаются исходные экспериментальные данные - одномерные пеленгационные характеристики (фиг. 4). После вычитания постоянной составляющей сигналов и нормировки характеристик на единицу, при помощи декартова произведения полученных функций, конструируется двумерное распределение сигнала в зависимости от относительной координаты зондирующего пятна.

На фиг. 7 представлено распределение вольтовой чувствительности по ФЧЭ, полученные деконволюцией методом Ричардсона-Люси на разработанной установке (слева) и методом обратного преобразования Фурье на установке, описанной в ГОСТ 59606-2021 (справа). Распределение, полученное в предложенной установке, лишено артефактов деконволюции на краях изображения, что подтверждает его повышенную точность. Результаты применения установки показали уменьшение времени, затрачиваемого на измерения всех ФЧЭ в матрице в 18 раз по сравнению с установкой, описанной в ГОСТ 59606-2021.

Таким образом, экспериментальные данные подтверждают снижение временных затрат, необходимых для определения эффективной площади всех ФЧЭ, входящих в состав ИК ФМ с режимом ВЗН независимо от идентичности ФЧЭ.

Изобретение относится к измерительному оборудованию, предназначенному для измерения фотоэлектрических характеристик (ФЭХ) образцов инфракрасных (ИК) фоточувствительных модулей (ФМ). Установка для определения эффективной фоточувствительной площади всех ФЧЭ, входящих в состав ИК ФМ, содержит источник излучения 1, съемный оптический модулятор 2, конденсор тестового объекта 3 и узел тестового объекта 4, входящие в состав канала тестового объекта 5, одноканальный коллиматорный объектив 6, прецизионное сканирующее зеркало 7, проекционный объектив 8, исследуемый образец ИК ФМ с режимом ВЗН, размещенный внутри криостата 9, а также блок управления 10 и персональную электронную вычислительную машину 11. Узел тестового объекта 4 включает тестовый объект с отверстиями для образования пятен рассеяния, держатель тестового объекта и узел перемещения тестового объекта, состоящий из микроконтроллера и шагового двигателя. Изобретение позволяет снизить временные затраты, необходимые для определения эффективной площади всех ФЧЭ независимо от идентичности ФЧЭ. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Установка для определения эффективной фоточувствительной площади всех фоточувствительных элементов, входящих в состав инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления, содержащая источник излучения, конденсор, модулятор, блок управления и персональную электронную вычислительную машину, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит корпус, внутри которого на одной оптической оси размещены источник излучения, съемный оптический модулятор, конденсор тестового объекта, узел тестового объекта, одноканальный коллиматорный объектив, прецизионное сканирующее зеркало, проекционный объектив и криостат, внутри которого размещают исследуемый образец инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления, при этом узел тестового объекта включает тестовый объект с отверстиями для образования пятен рассеяния, держатель тестового объекта, узел перемещения тестового объекта, состоящий из микроконтроллера и шагового двигателя.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве источника излучения используют протяженную модель абсолютно черного тела.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве тестового объекта используют многоточечную маску с круглыми отверстиями.

4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что количество круглых отверстий в многоточечной маске определяется по формуле:

N_отв=N_sub×N_test.row

где N_sub - количество круглых отверстий в многоточечной маске, N_sub - количество субматриц фоточувствительных элементов, входящих в состав инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления, равное количеству строк в многоточечной маске,

N_test.row - количество отверстий в каждой строке многоточечной маски, определяемое итерационным способом по формуле:

где М - количество каналов инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления;

X_{between.Neig,PSE} - интервал между фоточувствительными элементами, расположенными в одной строке субматрицы фоточувствительных элементов.

5. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что каждый ряд отверстий в многоточечной маске по горизонтали сдвинут относительно предыдущего на расстояние, в три раза превышающее шаг матрицы фоточувствительных элементов.

6. Установка по пп. 3, 4, отличающаяся тем, что расстояние между центрами соседних отверстий в каждой строке многоточечной маски рассчитывается по формуле:

X_test.hole - расстояние между центрами соседних отверстий в каждой строке многоточечной маски (тестового объекта), мкм;

X_pse - расстояние между центрами соседних ФЧЭ в каждой строке каждой субматрицы ФЧЭ, мкм;

ƒ_кол - фокусное расстояние коллиматора, мкм;

ƒ_конд - фокусное расстояние конденсора, мкм;

X_{between.Neig,PSE} - интервал между ФЧЭ, расположенными в одной строке субматрицы фоточувствительных элементов.

7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что площадь фоточувствительного элемента инфракрасного фоточувствительного модуля с режимом временной задержки и накопления больше площади пятна рассеяния от отверстия тестового объекта.