RU2643695C1 - Method for measuring threshold temperature difference of ir mepd - Google Patents

Method for measuring threshold temperature difference of ir mepd Download PDF

Info

Publication number
RU2643695C1
RU2643695C1 RU2016151148A RU2016151148A RU2643695C1 RU 2643695 C1 RU2643695 C1 RU 2643695C1 RU 2016151148 A RU2016151148 A RU 2016151148A RU 2016151148 A RU2016151148 A RU 2016151148A RU 2643695 C1 RU2643695 C1 RU 2643695C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blackbody
integral
pse
signal
planck
Prior art date
Application number
RU2016151148A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Патрашин
Original Assignee
Акционерное общество "НПО "Орион"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "НПО "Орион" filed Critical Акционерное общество "НПО "Орион"
Priority to RU2016151148A priority Critical patent/RU2643695C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2643695C1 publication Critical patent/RU2643695C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps

Landscapes

  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: measurements are carried out using a black body (BB) equipped with an optical modulator with an area of the radiating area not exceeding the size of the array of photosensitive elements. When implementing the method, the specified temperature of the BB (Tsign) is set, the integral noises Vn_ij of all PSE are measured, the transmission spectrum of the MEPD cold light filter is measured, its short-wavelength and long-wavelength cut-off λs and λl are determined, the signals of all PSE Vsign_ij are measured and the value of the threshold temperature difference is calculated according to the formula
Figure 00000015
, where c=2.998⋅1010 cm⋅c-1 is the light speed; kB=1.381⋅10-23 W⋅c⋅K-1 is the Boltzmann's constant; h=6.626⋅10-34 W⋅c2 is the Planck's constant; N(Tsign; λs; λl), quanta⋅c-1⋅cm-2 is the integral of the Planck's function, which determines the quantum irradiance in a solid angle 2⋅π in the spectral interval [λs; λl]; Z(Tsign; λs; λl) is the integral of the Planck's derived function by temperature.
EFFECT: increased accuracy and simplified measurement technique.
1 dwg

Description

Изобретение относится к способам измерения параметров инфракрасных фотоприемных устройств (ИК ФПУ), работающих в режиме накопления. Эти устройства являются сложными высокотехнологичными приборами. Они работают в диапазонах 1-2,8 мкм, 3-5 мкм, 8-12 мкм и далее вплоть до 100-150 мкм, включают матрицу фоточувствительных элементов (МФЧЭ), содержащую от 1000 (формат 4×288) фотодиодов до более чем 1000000 (формат 1280×1024) фотодиодов и более, состыкованных с таким же количеством ячеек кремниевого мультиплексора. Мультиплексор выполняет накопление фототоков фоточувствительных элементов (ФЧЭ) в ячейках, поэлементное считывание накопленных зарядов, преобразование их в напряжение, предварительное усиление и вывод сигналов, как правило, на несколько выходов с заданной частотой кадров. Современные мультиплексоры-процессоры кроме этого преобразуют выходной сигнал из аналоговой формы в цифровую форму и осуществляют предварительную цифровую обработку сигналов. При этом рабочая температура матрицы и мультиплексора может быть достаточно низкой, чтобы снизить обратные токи ФЧЭ. Это достигается расположением их в вакуумированном корпусе на холодном пальце микрокриогенной системы (МКС), представляющей собой сложное электронно-механическое устройство.The invention relates to methods for measuring parameters of infrared photodetectors (IR FPU) operating in the accumulation mode. These devices are sophisticated high-tech devices. They work in the ranges of 1-2.8 microns, 3-5 microns, 8-12 microns and further up to 100-150 microns, include a matrix of photosensitive elements (MFCE) containing from 1000 (4 × 288 format) photodiodes to more than 1,000,000 (1280 × 1024 format) photodiodes and more, coupled with the same number of silicon multiplexer cells. The multiplexer performs the accumulation of photocurrents of photosensitive elements (PSE) in the cells, element-by-element reading of the accumulated charges, converting them to voltage, preliminary amplification and output of signals, as a rule, to several outputs with a given frame rate. Modern multiplexer-processors, in addition, convert the output signal from analog form to digital form and carry out preliminary digital signal processing. In this case, the operating temperature of the matrix and multiplexer can be low enough to reduce the reverse currents of the PSE. This is achieved by placing them in a vacuum case on the cold finger of the microcryogenic system (ISS), which is a complex electronic-mechanical device.

ИК ФПУ обязательно включает следующие составные части:IR FPU necessarily includes the following components:

- светонепроницаемый корпус с входным окном;- lightproof housing with an entrance window;

- входное окно, просветленное в заданной части спектра;- the entrance window, enlightened in a given part of the spectrum;

- светонепроницаемый и охлаждаемый экран с окном (диафрагмой), соосной с входным окном (если необходим);- a lightproof and cooled screen with a window (diaphragm), coaxial with the input window (if necessary);

- светофильтр, расположенный в охлаждаемом экране, задающий рабочий спектр фоточувствительности (если необходим);- a light filter located in a cooled screen that sets the working spectrum of photosensitivity (if necessary);

- МФЧЭ, соосная с диафрагмой и входным окном ФПУ, окруженная светонепроницаемым экраном с диафрагмой;- MFCHE, coaxial with the diaphragm and the input window of the FPU, surrounded by a light-tight screen with a diaphragm;

- интегральная схема мультиплексора, состыкованная поэлементно с МФЧЭ;- an integrated circuit of a multiplexer, coupled element by element with the MFCE;

- плата с контактными дорожками (сапфир, кремний и т.д.), на которой закреплен мультиплексор с МФЧЭ и разварены его контакты;- a board with contact paths (sapphire, silicon, etc.), on which a multiplexer with MFCE is fixed and its contacts are welded;

- система охлаждения или фиксации рабочей температуры (если необходима), на которой закреплен экран, растр с контактными дорожками, со сборкой МФЧЭ-мультиплексор и с датчиком температуры.- a cooling system or fixing the operating temperature (if necessary), on which the screen is fixed, a raster with contact tracks, with an MFCHE-multiplexer assembly and with a temperature sensor.

При изготовлении ФПУ контролируются параметры всех его составных частей, т.к. от них зависят пороговые фотоэлектрические характеристики устройства, определяющие его качество.In the manufacture of FPU, the parameters of all its components are controlled, since the threshold photoelectric characteristics of the device, which determine its quality, depend on them.

Одной из важнейших характеристик является пороговая разность температур (NETD).One of the most important characteristics is the threshold temperature difference (NETD).

Пороговая разность температур (NETD) - величина приращения температуры излучения, падающего на фотоприемник, приводящего к изменению выходного сигнала на величину, равную интегральному шуму фотоприемника (отношение сигнал/шум равно единице). Эта характеристика определяет качество МФПУ.The threshold temperature difference (NETD) is the increment of the temperature of the radiation incident on the photodetector, leading to a change in the output signal by an amount equal to the integral noise of the photodetector (signal-to-noise ratio is unity). This characteristic determines the quality of the MFP.

В отечественной справочной литературе (ГОСТ 17772-88 Приемники излучения. Полупроводниковые фотоэлектрические и фотоприемные устройства. Методы измерения фотоэлектрических параметров и определения характеристик) отсутствует какое-либо описание метода измерения пороговой разности температур.In the domestic reference literature (GOST 17772-88 Radiation receivers. Semiconductor photoelectric and photodetector devices. Methods for measuring photoelectric parameters and determining characteristics) there is no description of the method for measuring the threshold temperature difference.

Аналогом заявляемого технического решения является способ измерения пороговой разности температур ИК МФПУ (A. Rogalski, Progress in focal plane array technologies, Progress in Quantum Electronics, Elsevier Ltd, 36, 2012, P. 383). Для реализации этого способа необходимоAn analogue of the claimed technical solution is a method for measuring the threshold temperature difference of IR MFP (A. Rogalski, Progress in focal plane array technologies, Progress in Quantum Electronics, Elsevier Ltd, 36, 2012, P. 383). To implement this method, you must

- установить первую температуру АЧТ T1;- set the first temperature of the blackbody T 1 ;

- измерить и запомнить первый массив интегральных шумов каждого ФЧЭ Vш1ij;- measure and remember the first array of integral noise of each PSE V w1ij ;

- измерить и запомнить первый массив выходных сигналов каждого ФЧЭ V1ij;- measure and remember the first array of output signals of each PSE V 1ij ;

- установить вторую температуру АЧТ Т2;- set the second temperature of the blackbody T 2 ;

- измерить и запомнить второй массив интегральных шумов каждого ФЧЭ Vш2ij;- measure and remember the second array of integrated noise of each PSE V w2ij ;

- измерить и запомнить второй массив выходных сигналов каждого ФЧЭ V2ij;- measure and remember the second array of output signals of each PSE V 2ij ;

- рассчитать NETD каждого ФЧЭ по следующей формуле:- calculate the NETD of each PSE according to the following formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где ΔТc21;where ΔT c = T 2 -T 1 ;

ΔVc=V2-V1.ΔV c = V 2 -V 1 .

Данный способ имеет следующие недостатки.This method has the following disadvantages.

1. Измерение двух массивов выходных сигналов ФЧЭ ИК МФПУ при двух разных температурах АЧТ. При этом разность выходных сигналов каждого ФЧЭ должна быть не менее ΔVc=V2-V1=10⋅(Vш1+Vш2). В противном случае на эту величину будут слишком сильно влиять напряжения шумов ФЧЭ при первой и второй температурах АЧТ.1. Measurement of two arrays of output signals of the PSE IR MFPU at two different temperatures of the blackbody. In this case, the difference of the output signals of each PSE should be at least ΔV c = V 2 -V 1 = 10 V (V W1 + V W2 ). Otherwise, the voltage noise of the PSE at the first and second temperatures of the blackbody will be too much affected by this value.

2. Измерение двух массивов шумов ФЧЭ при двух разных температурах АЧТ. При этом разность шумов для каждого ФЧЭ должна быть не более ΔVш=Vш2-Vш1≤0,1⋅Vш1. В противном случае выбор одного из значений Vш для последующего расчета будет давать результат, отличный от результата со вторым значением напряжения шума.2. Measurement of two arrays of PSE noise at two different blackbody temperatures. The difference of noise for each PSE should be no more ΔV = V w -V w1 w2 w1 ≤0,1⋅V. Otherwise, the choice of one of the values of V W for subsequent calculation will give a result different from the result with the second value of the noise voltage.

3. Необходимость установки двух отличающихся температур АЧТ с минимальной разницей напряжений шума и максимальной разницей напряжений сигнала. Фактически, это противоречит и первому, и второму условию, определяющему величину разницы выходных сигналов ИК МФПУ при первой и второй температурах АЧТ.3. The need to install two different temperatures in blackbody with a minimum difference in noise voltage and a maximum difference in signal voltage. In fact, this contradicts both the first and second conditions, which determine the difference between the output signals of the IR MFP at the first and second temperatures of the blackbody.

4. Неизвестность температуры АЧТ (первая или вторая), при которой необходимо измерять (выбирать) величину интегрального шума и рассчитывать NETD.4. The unknown temperature of the blackbody (first or second) at which it is necessary to measure (select) the value of the integral noise and calculate NETD.

5. Пониженная точность измерения NETD, обусловленная перечисленными противоречиями.5. Reduced NETD measurement accuracy due to these contradictions.

Прототипом заявляемого технического решения выбран способ измерения пороговой разности температур ИК МФПУ, вытекающий из работы, описывающей теоретический расчет параметров устройства (А.И. Патрашин и др., Аналитическая модель для расчета параметров матричных фотоприемных устройств, Прикладная физика, №1, 2014 г., с. 35-45).The prototype of the proposed technical solution has chosen a method for measuring the threshold temperature difference of an IR MFP, resulting from the work describing the theoretical calculation of the device parameters (A.I. Patrashin et al., Analytical model for calculating the parameters of matrix photodetector devices, Applied Physics, No. 1, 2014 , p. 35-45).

В данном способе измерения пороговой разности температур ИК МФПУ размещают перед АЧТ, площадь излучающей поверхности которого много больше площади МФЧЭ, устанавливают заданную температуру АЧТ Тсигн, измеряют интегральные сигналы ФЧЭ Vинт_ij, генерированные полезным излучением протяженного АЧТ, и «паразитными» излучениями входного окна МФПУ, светофильтра, светонепроницаемого экрана с окном (диафрагмой) и темновыми токами ФЧЭ, измеряют сумму сигналов ФЧЭ, генерированных «паразитными» излучениями, измеряют интегральные шумы Vш_ij всех ФЧЭ, рассчитывают разности интегральных сигналов и сумм «паразитных» сигналов, получая значения полезных фотосигналов Vсигн_ij, генерированных излучением протяженного АЧТ, измеряют спектр пропускания холодного светофильтра МФПУ, определяют его коротковолновую и длинноволновую границы пропускания λк и λд и рассчитывают величину NETDij по формулеIn this method, infrared temperature measurement threshold difference MFP placed before blackbody emitting surface area which is much larger than the area MFCHE, establish a predetermined temperature blackbody T Sig measured integrated signals PSE V int_ij generated useful radiation extended blackbody, and the "parasitic" radiation input FPA window , a light filter, a lightproof screen with a window (aperture) and dark PSE currents, measure the sum of the PSE signals generated by "spurious" radiation, measure the integral noise V w_ij of all Ф SE, calculate the differences between the integral signals and the sums of “spurious" signals, obtaining the values of the useful photo signals V signal_ij generated by the radiation of extended blackbody, measure the transmission spectrum of the cold MFP filter, determine its short-wave and long-wave transmission boundaries λ k and λ d and calculate the value NETD ij from the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где с=2,998⋅1010 см⋅с-1 - скорость света;where c = 2,998⋅10 10 cm⋅s -1 is the speed of light;

kB=1,381⋅10-23 Вт⋅с⋅К-1 - постоянная Больцмана;k B = 1.381⋅10 -23 W⋅s⋅K -1 - Boltzmann constant;

h=6,626⋅10-34 Вт⋅с2 - постоянная Планка;h = 6,626⋅10 -34 W⋅s 2 - Planck's constant;

N(Tсигн; λк; λд), квантов⋅с-1⋅см-2 - интеграл от функции Планка, определяющий квантовую облученность в телесном угле 2⋅π в спектральном интервале [λк; λд];N (T signal ; λ k ; λ d ), quanta⋅s -1 ⋅cm -2 is the integral of the Planck function, which determines the quantum irradiation in a solid angle of 2⋅π in the spectral range [λ to ; λ d ];

Figure 00000003
Figure 00000003

Z(Tсигн; λк; λд) - интеграл от производной функции Планка по температуреZ (T signal ; λ k ; λ d ) is the integral of the derivative of the Planck function with respect to temperature

Figure 00000004
Figure 00000004

Размерность пороговой разности температур - градусы Кельвина.The dimension of the threshold temperature difference is Kelvin degrees.

Недостатком настоящего технического решения является невозможность прямого определения фотосигналов ФЧЭ, Vсигн_ij, генерированных полезным излучением протяженного АЧТ, что существенно усложняет методику измерения NETD.The disadvantage of this technical solution is the inability to directly determine the PSE photo signals, V signal_ij generated by the useful radiation of an extended blackbody, which significantly complicates the NETD measurement technique.

Действительно, для того чтобы в данной оптической схеме измерить полезные фотосигналы всех ФЧЭ, генерированные излучением протяженного АЧТ, необходимо измерить их интегральные фотосигналы и так называемые «паразитные» фотосигналы ФЧЭ от излучения входного окна МФПУ, от излучения светофильтра, от излучения светонепроницаемого экрана с окном (диафрагмой) и сигналы, генерируемые темновыми токами ФЧЭ. Затем из интегральных сигналов ФЧЭ необходимо вычесть сумму «паразитных» сигналов. Полученные величины будут являться полезными фотосигналами ФЧЭ, генерированными излучением протяженного АЧТ.Indeed, in order to measure the useful photo signals of all PSEs generated by the radiation of an extended blackbody in this optical design, it is necessary to measure their integrated photosignals and the so-called “spurious” PSE signals from the radiation of the MFP input window, from the radiation of a light filter, from the radiation of a lightproof screen with a window ( diaphragm) and signals generated by dark currents of PSE. Then, from the integrated signals of the PSE, it is necessary to subtract the sum of “spurious” signals. The values obtained will be useful PSE photosignals generated by radiation of an extended blackbody.

Измерение каждого из «паразитные» фотосигналов ФЧЭ или их суммарной величины, в отличие от теоретического расчета, является весьма непростой задачей, которая до сих пор корректно не решена. В силу этого способ-прототип экспериментально не проработан, точность измерения пороговой разности температур ИК МФПУ с его помощью будет, мягко говоря, низкой, методика будет достаточно сложной, а время измерения - продолжительным.The measurement of each of the “spurious" PSE photosignals or their total value, in contrast to the theoretical calculation, is a very difficult task, which has not yet been correctly solved. Because of this, the prototype method has not been experimentally developed, the accuracy of measuring the threshold temperature difference of the IR MFP with it will be, to put it mildly, low, the method will be quite complicated, and the measurement time will be long.

Целью заявляемого технического решения является повышение точности измерения при одновременном повышении его производительности и упрощении методики.The aim of the proposed technical solution is to increase the measurement accuracy while increasing its productivity and simplifying the methodology.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения пороговой разности температур ФЧЭ ИК МФПУ, в котором ИК МФПУ размещают перед АЧТ, устанавливают заданную температуру АЧТ Тсигн, измеряют интегральные шумы Vш_ij всех ФЧЭ, измеряют спектр пропускания холодного светофильтра МФПУ, определяют его коротковолновую и длинноволновую границы пропускания λк и λд, рассчитывают величину NETDij по формулеThis goal is achieved by the fact that in the known method for measuring the threshold temperature difference of the PSE of an IR MFP, in which an IR MFP is placed in front of the blackbody, set the target temperature of the blackbody T signal , measure the integral noise V w_ij of all the black particles , measure the transmission spectrum of the cold MFP filter, determine its short-wavelength and long-wavelength transmission limits λ k and λ d , calculate the value NETD ij according to the formula

Figure 00000005
Figure 00000005

где с=2,998⋅1010 см⋅с-1 - скорость света;where c = 2,998⋅10 10 cm⋅s -1 is the speed of light;

kB=1,381⋅10-23 Вт⋅с⋅К-1 - постоянная Больцмана;k B = 1.381⋅10 -23 W⋅s⋅K -1 - Boltzmann constant;

h=6,626⋅10-34 Вт⋅с2 - постоянная Планка;h = 6,626⋅10 -34 W⋅s 2 - Planck's constant;

N(Тсигн; λк; λд), квантов⋅с-1⋅см2 - интеграл от функции Планка, определяющий квантовую облученность в телесном угле 2⋅π в спектральном интервале [λк; λд];N (T signal ; λ k ; λ d ), quanta⋅s -1 ⋅cm 2 is the integral of the Planck function, which determines the quantum irradiation in the solid angle 2⋅π in the spectral range [λ to ; λ d ];

Figure 00000006
Figure 00000006

Z(Tсигн; λк; λд) - интеграл от производной функции Планка по температуреZ (T signal ; λ k ; λ d ) is the integral of the derivative of the Planck function with respect to temperature

Figure 00000007
Figure 00000007

используют АЧТ с площадью излучающей площадки, не превышающей размеров МФЧЭ, между АЧТ и МФПУ, вблизи АЧТ устанавливают оптический модулятор, перекрывающий излучение АЧТ, включают модулятор с заданной частотой модуляции излучения, перед расчетом пороговой разности температур измеряют сигналы всех ФЧЭ Vсигн_ij, генерированные полезным излучением АЧТ, останавливают модулятор и проводят вычисление пороговой разности температур всех ФЧЭ.use blackbody with an area of the radiating area not exceeding the size of the MFCE, between the blackbody and the MFP, near the blackbody they install an optical modulator that covers the radiation of the blackbody, turn on the modulator with a given frequency of radiation modulation, before calculating the threshold temperature difference, measure the signals of all the black particles V signal_ij generated by useful radiation Blackbody, stop the modulator and calculate the threshold temperature difference of all PSEs.

В заявляемом способе, измеряемыми величинами являются полезный сигнал ФЧЭ Vсигн_ij, зависящий от границ кривой спектральной чувствительности, [λк; λд], от температуры АЧТ, Тсигн, и от номера ij ФЧЭ, и интегральный шум ФЧЭ Vш_ij, определяемый температурами фона, входного окна, корпуса, холодного экрана и холодного светофильтра, также зависящий от границ кривой спектральной чувствительности [λк; λд], от температуры АЧТ, Тсигн, и от номера ij ФЧЭ. Функции (3) и (4), как и множитель

Figure 00000008
, являются точными расчетными величинами, зависящими лишь от температуры сигнала (АЧТ) Tсигн и ширины спектральной полосы чувствительности МФПУ [λк; λд], которые достаточно точно устанавливаются и измеряются.In the inventive method, the measured values are the useful signal of the PSE V signal_ij , depending on the boundaries of the spectral sensitivity curve, [λ to ; λ d ], the temperature of the blackbody, T signal , and the number of the PSE number ij, and the integrated noise of the PSE V w_ij , determined by the temperatures of the background, input window, housing, cold screen and cold filter, also depending on the boundaries of the spectral sensitivity curve [λ to ; λ d ], from the temperature of the blackbody, T signal , and from the number ij of the PSE. Functions (3) and (4), as well as the factor
Figure 00000008
Are accurate calculated values which depend only on the temperature signal (blackbody) T Sig and the width of the spectral sensitivity band FPA [λ k; λ d ], which are fairly accurately established and measured.

При использовании заявляемого способа отпадает необходимость измерения нескольких «паразитных» сигналов и последующего вычисления полезного фотосигнала, и мы проводим измерение одного шума и одного сигнала ФЧЭ МФПУ и последующий расчет по указанной выше формуле [1]. Измерение спектра пропускания холодного светофильтра для определения длин волн λк и λд является необходимым в заявляемом способе для подтверждения заданного спектрального интервала фоточувствительности. Это измерение обязательно проводится в технологическом маршруте изготовления любого МФПУ.When using the proposed method there is no need to measure several "spurious" signals and then calculate the useful photo signal, and we measure one noise and one signal of the PSE MFPU and the subsequent calculation according to the above formula [1]. The measurement of the transmission spectrum of the cold filter to determine the wavelengths λ to and λ d is necessary in the present method to confirm a given spectral range of photosensitivity. This measurement is necessarily carried out in the technological route of manufacture of any MFPU.

Заявляемый способ, в отличие от прототипа, может быть реализован в стандартной оптической схеме стенда измерения, соответствующей ГОСТ 17772-88.The inventive method, in contrast to the prototype, can be implemented in a standard optical scheme of the measurement stand, corresponding to GOST 17772-88.

Данная оптическая схема стенда измерения (фиг. 1) включает АЧТ с малым диаметром диафрагмы, ∅(2-10) мм, и температурой, например, 500 К, соответствующей вышеуказанному ГОСТу.This optical scheme of the measurement stand (Fig. 1) includes a blackbody with a small aperture diameter, ∅ (2-10) mm, and a temperature, for example, 500 K, corresponding to the above GOST.

При ее реализации на МФПУ попадает модулированное сигнальное излучение от АЧТ и стационарные излучения, создающие, наряду с темновым током ФЧЭ, поэлементный шум устройства. Это излучения от окружающего фона, от корпуса, от входных окон, от холодных светофильтров и экранов, имеющих фиксированные температуры и излучающих, вследствие этого, в соответствии с законом Планка. Полезный сигнал ФЧЭ измеряется прямым образом на заданной частоте модуляции. Шум ФЧЭ измеряется при остановленном модуляторе и закрытой шторке АЧТ, как среднеквадратичное отклонение от среднего выходного напряжения. При его измерении должен учитываться и вычитаться собственный шум стенда измерений. Измерение NETD возможно во всем диапазоне температур АЧТ и требует только одной его температуры. Отсутствие необходимости предварительных измерений нескольких «паразитных» сигналов упрощает методику измерения, снижая трудозатраты, повышая производительность способа и точность измерения заданного параметра.When it is implemented, the MFPA receives modulated signal radiation from the blackbody and stationary radiation, which create, along with the dark current of the PSE, the element-wise noise of the device. This is radiation from the surrounding background, from the housing, from the entrance windows, from cold filters and screens having fixed temperatures and emitting, as a result, in accordance with Planck’s law. The useful signal of the PSE is measured directly at a given modulation frequency. PSE noise is measured when the modulator is stopped and the blackout curtain is closed, as the standard deviation from the average output voltage. When measuring it, the intrinsic noise of the measurement stand should be taken into account and subtracted. NETD measurement is possible over the entire temperature range of the blackbody and requires only one temperature. The absence of the need for preliminary measurements of several "spurious" signals simplifies the measurement procedure, reducing labor costs, increasing the productivity of the method and the accuracy of measuring a given parameter.

Claims (10)

Способ измерения пороговой разности температур ИК МФПУ, в котором ИК МФПУ размещают перед АЧТ, устанавливают заданную температуру АЧТ Tсигн, измеряют интегральные шумы Vш_ij всех ФЧЭ, измеряют спектр пропускания холодного светофильтра МФПУ, определяют его коротковолновую и длинноволновую границы пропускания λк и λд и рассчитывают величину NETDij по формулеA method for measuring the threshold temperature difference of an IR MFP, in which an IR MFP is placed in front of the blackbody, set the target temperature of the blackbody T signal , measure the integral noise V w_ij of all PSEs, measure the transmission spectrum of the cold MFP filter, determine its short-wave and long-wave transmission boundaries λ to and λ d and calculate the value of NETD ij according to the formula
Figure 00000009
Figure 00000009
где с=2,998⋅1010 см⋅с-1 - скорость света;where c = 2,998⋅10 10 cm⋅s -1 is the speed of light; kB=1,381⋅10-23 Вт⋅с⋅К-1 - постоянная Больцмана;k B = 1.381⋅10 -23 W⋅s⋅K -1 - Boltzmann constant; h=6,626⋅10-34 Вт⋅с2 - постоянная Планка;h = 6,626⋅10 -34 W⋅s 2 - Planck's constant; N(Tсигн; λк; λд), квантов⋅с-1⋅см-2 - интеграл от функции Планка, определяющий квантовую облученность в телесном угле 2⋅π в спектральном интервале [λк; λд];N (T signal ; λ k ; λ d ), quanta⋅s -1 ⋅cm -2 is the integral of the Planck function, which determines the quantum irradiation in a solid angle of 2⋅π in the spectral range [λ to ; λ d ];
Figure 00000010
Figure 00000010
Z(Tсигн; λк; λд) - интеграл от производной функции Планка по температуреZ (T signal ; λ k ; λ d ) is the integral of the derivative of the Planck function with respect to temperature
Figure 00000011
Figure 00000011
отличающийся тем, что используют АЧТ с площадью излучающей площадки, не превышающей размеров МФЧЭ, между АЧТ и МФПУ, вблизи АЧТ устанавливают оптический модулятор, перекрывающий излучение АЧТ, включают модулятор с заданной частотой модуляции излучения, перед расчетом пороговой разности температур измеряют сигналы всех ФЧЭ Vсигн_ij, генерированные полезным излучением АЧТ, останавливают модулятор и проводят вычисление пороговой разности температур всех ФЧЭ.characterized in that they use blackbody with an emitting area not exceeding the size of the MFCE, between the blackbody and the MFP, an optical modulator is installed near the blackbody, blocking the blackbody radiation, a modulator with a given frequency of radiation modulation is turned on , before calculating the threshold temperature difference, the signals of all PSEs V signal_ij generated by the useful radiation of the blackbody, stop the modulator and calculate the threshold temperature difference of all PSEs.
RU2016151148A 2016-12-23 2016-12-23 Method for measuring threshold temperature difference of ir mepd RU2643695C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151148A RU2643695C1 (en) 2016-12-23 2016-12-23 Method for measuring threshold temperature difference of ir mepd

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151148A RU2643695C1 (en) 2016-12-23 2016-12-23 Method for measuring threshold temperature difference of ir mepd

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2643695C1 true RU2643695C1 (en) 2018-02-05

Family

ID=61173684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016151148A RU2643695C1 (en) 2016-12-23 2016-12-23 Method for measuring threshold temperature difference of ir mepd

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2643695C1 (en)

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А. И. Патрашин "Метод расчета параметров ИК матричного фотоприемного устройства", ПРИКЛАДНАЯ ФИЗИКА, No 2, 2010 г., стр. 103-108. *
А. И. Патрашин и др. "Аналитическая модель для расчета параметров матричных фотоприемных устройств", ПРИКЛАДНАЯ ФИЗИКА, No 1, 2014 г., стр. 38-45. *
А. И. Патрашин и др. "Аналитическая модель для расчета параметров матричных фотоприемных устройств", ПРИКЛАДНАЯ ФИЗИКА, No 1, 2014 г., стр. 38-45. А. И. Патрашин "Метод расчета параметров ИК матричного фотоприемного устройства", ПРИКЛАДНАЯ ФИЗИКА, No 2, 2010 г., стр. 103-108. А. И. Патрашин и др. "Исследование метода измерения квантовой эффективности и темнового тока фоточувствительных элементов матричных ФПУ", УСПЕХИ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ, т.1, No 1, 2013 г., стр. 69-74. ГОСТ 17772-88 "Приемники излучения полупроводниковые фотоэлектрические и фотоприемные устройства. Методы измерения фотоэлектрических параметров и определения характеристик", ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ, 1988 г. 06/30/1989. *
А. И. Патрашин и др. "Исследование метода измерения квантовой эффективности и темнового тока фоточувствительных элементов матричных ФПУ", УСПЕХИ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ, т.1, No 1, 2013 г., стр. 69-74. *
ГОСТ 17772-88 "Приемники излучения полупроводниковые фотоэлектрические и фотоприемные устройства. Методы измерения фотоэлектрических параметров и определения характеристик", ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ, 1988 г. 06/30/1989. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nelson et al. General noise processes in hybrid infrared focal plane arrays
EP0783672B1 (en) Automatic gain control for an infrared radiation pyrometer
KR101732346B1 (en) Multi-reference correlated double sampling detection method and microbolometer using the same
Finger et al. Interpixel capacitance in large format CMOS hybrid arrays
US7282691B2 (en) Method for determining wavelengths of light incident on a photodetector
Malz et al. Towards passive imaging with CMOS THz cameras
US3435237A (en) Radiation discriminator means
RU2643695C1 (en) Method for measuring threshold temperature difference of ir mepd
CN212621140U (en) Focal plane infrared sensor
CN103983431A (en) Device and method for testing out-band relative spectral responsivity of solar blind ultraviolet image intensifier
CN114136454A (en) Focal plane infrared sensor and signal reading method thereof
US20130093902A1 (en) Infrared solid state imaging device
US10451487B1 (en) Per-pixel dark reference bolometer
US5912463A (en) Photodetector and solid-state imaging apparatus
EP0566569A1 (en) Light detector
JP7073472B2 (en) Infrared photography device, infrared photography system and infrared photography method
Eminoğlu Uncooled Infrared Focal Plane Arrays with Integrated Readout Circuritry Using MEMS and Standard CMOS Technologies
CN213209277U (en) Focal plane infrared sensor
CN109141634B (en) Method, device, equipment, system and medium for calculating dark background value of infrared detector
US11125625B2 (en) Microbolometer readout circuit and calibration method using the same
Deeg et al. Characterization of a large-format charge-coupled device
Fragasse et al. An Open-Circuit Voltage Pixel for Low-Light Visible Imaging in a Standard CMOS Process
Rebhan et al. Radiometric extension of a measurement arrangement in accordance with the EMVA 1288 standard for camera characterization in UV to NIR wavelength range
Hobbs et al. Evaluation of phase sensitive detection method and Si avalanche photodiode for radiation thermometry
CN114136455A (en) Focal plane infrared sensor and signal reading method thereof