RU2696364C1 - Method of measuring absolute spectral sensitivity of ir mpdd - Google Patents

Method of measuring absolute spectral sensitivity of ir mpdd Download PDF

Info

Publication number
RU2696364C1
RU2696364C1 RU2018140995A RU2018140995A RU2696364C1 RU 2696364 C1 RU2696364 C1 RU 2696364C1 RU 2018140995 A RU2018140995 A RU 2018140995A RU 2018140995 A RU2018140995 A RU 2018140995A RU 2696364 C1 RU2696364 C1 RU 2696364C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pse
signal
temperature
mct
stationary
Prior art date
Application number
RU2018140995A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Патрашин
Владимир Сергеевич Ковшов
Антон Викторович Никонов
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 RU2018140995A priority Critical patent/RU2696364C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2696364C1 publication Critical patent/RU2696364C1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to methods of measuring absolute spectral sensitivity of multielement or matrix infrared photodetectors (IR MPDD). Said technical result is achieved by the fact that N measurements of integral signals of the photosensitive elements (PSE) of the IR MPDD are performed at different stationary temperatures of the black body model (BBM). BBM has small size of radiating platform, its radiation is modulated and K measurements of integral signal at each stationary temperature of BBM are measured. Thus, for each PSE a data array is accumulated, including K⋅N measurements. Then, for each BBM fixed temperature, the mean-square deviation from the average PSE signal value is automatically calculated, which will be equal to the value of the light modulated signal from the BBM radiation. Obtained signal value is automatically substituted into the left part of integral equations, including convolution of Planck function and corresponding photoelectric characteristic: current SI(λ),volt Su(λ) sensitivity or quantum efficiency η(λ). By converting integral equations, three systems of linear equations for which unknowns will be spectral components of said characteristics are obtained for each PSE. Solving systems, obtained dependencies SI(λ), Su(λ) and η(λ).
EFFECT: method enables one-dimensional determination of absolute spectral sensitivity of all photosensitive elements of the IR MPDD.
3 cl

Description

Спектральная чувствительность инфракрасной системы, одна из важнейших характеристик фотоприемников. Она определяется характеристиками всех ее компонентов, оптических и оптико-электронных, а именно: спектральным пропусканием, поглощением, отражением и излучением используемых материалов, спектральным пропусканием фильтров, которые могут быть применены, и спектральной чувствительностью самого приемника излучения.The spectral sensitivity of the infrared system is one of the most important characteristics of photodetectors. It is determined by the characteristics of all its components, optical and optoelectronic, namely: spectral transmission, absorption, reflection and radiation of the materials used, spectral transmission of filters that can be applied, and the spectral sensitivity of the radiation receiver itself.

Измерение спектров абсолютной чувствительности фотоприемников до сих пор, фактически, основано на двух методах. Первый - на измерении их сигналов при последовательном воздействии узкоспектрального излучения, создаваемого оптическим монохроматором, нормировке сигналов с помощью измерения того же спектра калиброванным фотоприемником, последующем пересчете и построении, например, графика зависимости абсолютной чувствительности S(λ) от длины волны облучения [1]. Второй - на регистрации интерферограммы оптического сигнала, создаваемого интерферометром Майкельсона, с последующей математической обработкой ее методом быстрого преобразования Фурье, получением спектра относительной фоточувствительности [2], который затем необходимо также калибровать с использованием образцового фотоприемника и затем пересчитать в абсолютный спектр фоточувствительности.The measurement of the absolute sensitivity spectra of photodetectors is still, in fact, based on two methods. The first one is based on measuring their signals during sequential exposure to narrow-spectrum radiation generated by an optical monochromator, normalizing signals by measuring the same spectrum with a calibrated photodetector, then recalculating and plotting, for example, a graph of the absolute sensitivity S (λ) versus the irradiation wavelength [1]. The second one is to record the interferogram of the optical signal generated by the Michelson interferometer, followed by its mathematical processing by the Fourier transform method, obtaining the relative photosensitivity spectrum [2], which then must also be calibrated using an exemplary photodetector and then converted to the absolute photosensitivity spectrum.

Первым недостатком указанных методов является их стоимость, т.к. для их реализации необходимы дорогие ИК спектрофотометры или Фурье-спектрометры. Другим их недостатком является невозможность прямого измерения абсолютной спектральной кривой вольтовой или токовой чувствительности. Третьим недостатком - невозможность измерения даже относительной спектральной кривой фоточувствительности на всех фоточувствительных элементах (ФЧЭ) матрицы ИК МФПУ.The first drawback of these methods is their cost, because their implementation requires expensive IR spectrophotometers or Fourier spectrometers. Their other disadvantage is the impossibility of directly measuring the absolute spectral curve of the volt or current sensitivity. The third drawback is the impossibility of measuring even the relative spectral photosensitivity curve on all the photosensitive elements (PSE) of the IR MFP sensor.

По этим причинам интересен способ измерения спектральной чувствительности ИК устройств без применения дорогих спектрофотометров, а лишь с использованием Модели Черного Тела (МЧТ) и соответствующего программного обеспечения в компьютере, подключенном к блоку управления МЧТ, контролирующему работу ИК МФПУ [3].For these reasons, an interesting method for measuring the spectral sensitivity of IR devices without the use of expensive spectrophotometers, but only using the Black Body Model (MCT) and the corresponding software in a computer connected to the MCT control unit that controls the operation of the IR MFP [3].

Известен способ измерения абсолютной спектральной чувствительности, включающий установку протяженного МЧТ радиусом 2⋅R на расстоянии не более

Figure 00000001
от МФЧЭ с размером по диагонали равным 2⋅d, окруженной холодным экраном с диафрагмой радиуса 2⋅r, отстоящей от плоскости МФЧЭ на расстоянии
Figure 00000002
включение МЧТ в рабочий режим, установку первой температуры МЧТ, регистрацию первого сигнала каждого ФЧЭ ИК МФПУ, последовательное пошаговое повышение температуры на заданную величину и измерение соответствующего ей сигнала, составление для каждого ФЧЭ системы N линейных уравнений, в правой части которых стоят измеренные сигналы ИК МФПУ, а в левой части - ряды, представляющие собой разложение интегралов, выражающих выходной сигнал ФЧЭ, в ряд Тейлора с N линейными компонентами абсолютной спектральной чувствительности при соответствующих длинах волн с необходимыми коэффициентами, получение численного решения данной системы уравнений для каждого ФЧЭ с определением значений компонент относительной чувствительности.A known method of measuring the absolute spectral sensitivity, including the installation of an extended MRI with a radius of 2⋅R at a distance of not more than
Figure 00000001
from MFES with a diagonal size of 2⋅d surrounded by a cold screen with a diaphragm of radius 2⋅r spaced apart from the MFES plane at a distance
Figure 00000002
turning the MCB into operation, setting the first temperature of the MCB, registering the first signal of each PSE IR MFP, sequential stepwise increase in temperature by a predetermined value and measuring the corresponding signal, compiling a system of N linear equations for each PSI, the right part of which contains the measured signals of the IR MPU , and on the left side are the series representing the expansion of the integrals expressing the output signal of the PSE into a Taylor series with N linear components of absolute spectral sensitivity for the corresponding wavelengths with the necessary coefficients, obtaining a numerical solution of this system of equations for each PSE with determining the values of the components of relative sensitivity.

Недостатком указанного способа является наличие стационарного облучения от МЧТ большой площади, сигнал которого при последующем расчете необходимо выделять из суммы нескольких также стационарных сигналов, включающей сигналы, обусловленные излучением от входного окна МФПУ, темновым током ФЧЭ и мультиплексором при нулевом входном сигнале, что ухудшает корректность способа. Вторым недостатком является недостаточная точность способа, обусловленная ограничением в максимальном расстоянии от МЧТ до МФЧЭ, связанным с необходимостью перекрытия излучающей площадкой МЧТ апертуры МФЧЭ. Отсюда возникает ограничение максимальной температуры и количества задаваемых значений температуры МЧТ, при которых проводится измерение интегральных сигналов МФПУ.The disadvantage of this method is the presence of stationary irradiation from a large-area MWD, the signal of which, during subsequent calculation, must be isolated from the sum of several stationary signals, including signals caused by radiation from the input window of the MFP, the dark current of the PSE and the multiplexer at zero input signal, which impairs the correctness of the method . The second disadvantage is the lack of accuracy of the method, due to the limitation in the maximum distance from the MCT to the MFCE, associated with the need to cover the radiating platform of the MCHT aperture of the MFCE. Hence, there is a limitation of the maximum temperature and the number of set values of the temperature of the MCT at which the integrated signals of the MFP are measured.

Целью настоящего изобретения является повышение корректности и точности измерения спектров абсолютной чувствительности ФЧЭ ИК МФПУ, в виде зависимости токовой, вольтовой чувствительности или квантовой эффективности ФЧЭ от длины волны, за счет устранения влияния паразитных сигналов на измеряемый параметр МФЧЭ и ограничения на расстояние от МЧТ до МФЧЭ и максимальную температуру МЧТ.The aim of the present invention is to improve the correctness and accuracy of the measurement of the absolute sensitivity spectra of the PSE IR MFPU, in the form of the dependence of the current, voltage sensitivity or quantum efficiency of the PSE on the wavelength, by eliminating the influence of spurious signals on the measured parameter of the MFCE and limiting the distance from the MCH to MFCE and the maximum temperature of the MRI.

Поставленная цель достигается тем, что известный способ измерения абсолютной спектральной чувствительности ИК МФПУ, включающий последовательную установку N стационарных значений температур МЧТ, регистрацию интегрального сигнала всех ФЧЭ при каждом стационарном значении температуры МЧТ, автоматизированное составление для каждого ФЧЭ трех систем из N интегральных уравнений, соответствующих стационарным значениям температуры МЧТ, решение каждой системы N интегральных уравнений относительно N значений спектральных характеристик ФЧЭ по длинам волн, построение абсолютных спектральных характеристик ФЧЭ по рассчитанным компонентам, отличающийся тем, что устанавливают характерный размер излучающей площадки МЧТ меньшим размера МФЧЭ, излучение МЧТ модулируют с постоянной частотой, сигнал каждого ФЧЭ автоматически измеряют при стационарной температуре МЧТ К раз, рассчитывают среднее значение сигнала каждого ФЧЭ по К измеренным сигналам, рассчитывают среднеквадратичное отклонение сигналов каждого ФЧЭ от среднего значения и подставляют полученное значение среднеквадратичного отклонения в левую часть интегрального уравнения, соответствующего заданной температуре.This goal is achieved by the fact that the known method of measuring the absolute spectral sensitivity of an IR MFP, including sequentially setting N stationary values of the temperature of the MRI, recording the integral signal of all PSEs at each stationary temperature value of the MRI, automatically compiling for each PSE three systems of N integral equations corresponding to stationary the values of the temperature of the MCT, the solution of each system of N integral equations with respect to the N values of the spectral characteristics of the PSE p about wavelengths, the construction of the absolute spectral characteristics of the PSE from the calculated components, characterized in that they establish the characteristic size of the radiating area of the MChT smaller than the size of the MPHE, the radiation of the MChT is modulated at a constant frequency, the signal of each PSH is automatically measured at a stationary temperature of the MCT K times, the average signal of each PSE according to the measured signals, calculate the standard deviation of the signals of each PSE from the average value and substitute the obtained value of the mean square deviation to the left side of the integral equation corresponding to a given temperature.

Поставленная цель достигается также тем, что стационарный температурный режим МЧТ продолжается в течение времени не менее tстац = K⋅τкадра, где τкадра - время кадра МФПУ.The goal is achieved by the fact that a stationary temperature regime MCHT continued for a time of at least t = K⋅τ landline frame, wherein the frame τ - MFP time frame.

Поставленная цель достигается также тем, что сигнал каждого ФЧЭ автоматически измеряют при стационарной температуре МЧТ не менее К=256 раз.This goal is also achieved by the fact that the signal of each PSE is automatically measured at a stationary temperature of the MCT of at least K = 256 times.

Для подтверждения достижения цели рассмотрим работу ИК МФПУ. Регистрация интегральных сигналов всех ФЧЭ ИК МФПУ в автоматическом режиме осуществляется при фиксированной температуре МЧТ и времени накопления сигнала.To confirm the achievement of the goal, we consider the work of the IR MFP The registration of the integrated signals of all PSE IR MFPU in automatic mode is carried out at a fixed temperature of the MCT and the signal accumulation time.

Интегральный сигнал каждого ФЧЭ можно представить в виде суммы пяти основных сигналов.The integral signal of each PSE can be represented as the sum of the five main signals.

Figure 00000003
Figure 00000003

где Vмчт - модулированный световой сигнал от МЧТ [1];where V mcht - modulated light signal from the MChT [1];

Vфон - немодулированный световой сигнал, генерированный излучением окружающего фона [4];V background - unmodulated light signal generated by the radiation of the surrounding background [4];

Vво - немодулированный сигнал, генерированный излучением входного окна МФПУ [4];V in - unmodulated signal generated by the radiation of the input window of the MFP [4];

Vтемн - немодулированный сигнал, генерированный темновым током ФЧЭ [4];V is dark - non-modulated signal generated by the dark current of the PSE [4];

V0 - немодулированный сигнал мультиплексора МФПУ при нулевой облученности [4].V 0 is the unmodulated signal of the MFP multiplexer at zero irradiation [4].

Небольшая излучающая площадка МЧТ находится в поле зрения каждого ФЧЭ МФПУ. При таких габаритах площадки, излучение МЧТ просто модулировать обычным модулятором.A small radiating area of the MCT is in the field of view of each PSE MFPU. With such dimensions of the site, the radiation of the MChT is easy to modulate with a conventional modulator.

Если при каждом фиксированном уровне облученности зарегистрировать интегральный сигнал ФЧЭ К раз, вычислить его среднее значение и среднеквадратичное отклонение от среднего сигнала, то мы автоматически получим величину модулированного светового сигнала Vмчт. При этом ошибка в определении величины сигнала, пропорциональная величине 1/√К, будет тем меньше, чем большее количество измерений каждого интегрального сигнала будет выполнено, или чем больше будет величина К. Время, затраченное на такое количество измерений в автоматическом режиме, примерно, будет равно К⋅tкадра. Установлено, что для получения точности измерения сигнала в несколько процентов необходимо выполнить не менее К=256 измерений сигнала при каждой фиксированной температуре МЧТ.If at each fixed level of irradiation, the integrated PSE signal is recorded K times, its average value and standard deviation from the average signal are calculated, then we automatically obtain the value of the modulated light signal V mcht . In this case, the error in determining the magnitude of the signal, proportional to 1 / √K, will be the smaller, the greater the number of measurements of each integral signal will be performed, or the greater the value K. The time spent on such a number of measurements in automatic mode will approximately equal to the frame . It was found that in order to obtain a signal measurement accuracy of several percent, it is necessary to perform at least K = 256 signal measurements at each fixed temperature of the MCT.

В прототипе данное выделение полезного сигнала МФПУ затруднительно, потому, что там измеряется стационарный интегральный сигнал, обусловленный темновым током ФЧЭ, излучением МЧТ, излучением входного окна, светофильтра, холодного экрана и постоянный выходной сигнал мультиплексора МФПУ при нулевой облученности. По этой причине истинный сигнал будет завышен, и расчеты могут привести к ошибке измерения равной, примерно, (50-80) %.In the prototype, this extraction of the useful MFP signal is difficult because it measures the stationary integral signal due to the dark current of the PSE, the radiation of the MST, the radiation of the input window, a light filter, a cold screen and the constant output signal of the MFP multiplexer at zero exposure. For this reason, the true signal will be overestimated, and calculations can lead to a measurement error of approximately (50-80)%.

Если провести измерение выходных сигналов ИК МФПУ при N температурах МЧТ, то мы получим N значений выходного модулированного сигнала каждого ФЧЭ МФПУ. Время затраченное на эти измерения будет составлять tизм ≈ N⋅K⋅tкадра + N⋅tстац. При N=50, K=256, tкадра ≤ 5 мс и tстац = 5 сек величина tизм не будет превышать шести минут (6 минут). Измеренный массив данных будет соответствовать пятидесяти точкам на спектральной кривой для каждого ФЧЭ. Таким образом, за указанное время в автоматическом режиме будут зарегистрированы три вида спектров фоточувствительности всех ФЧЭ МФПУ.If we measure the output signals of the IR MFP at N temperatures of the MRI, then we get N values of the output modulated signal of each PSE of the MFP. The time spent on these measurements will be edited t ≈ N⋅K⋅t frame + N⋅t landline. At N = 50, K = 256, t frame ≤ 5 ms and t stat = 5 sec, the value of t ISM will not exceed six minutes (6 minutes). The measured data array will correspond to fifty points on the spectral curve for each PSE. Thus, in the indicated time in the automatic mode, three types of photosensitivity spectra of all PSE MFPUs will be recorded.

Такой метод измерения сигнала МФПУ будет корректным, т.к. будет измеряться только модулированный световой сигнал, и будет более точным, т.к. в расчетах будет фигурировать только полезный сигнал, обусловленный МЧТ.This method of measuring the MFP signal will be correct, because only the modulated light signal will be measured, and will be more accurate since only the useful signal due to the MRI will appear in the calculations.

В расчете ПЭВМ будет использоваться только истинное значение облученности от МЧТ, а не его сумма с несколькими дополнительными облученностями от которых в любом случае необходимо было бы избавляться, что внесло бы заметную ошибку в значения спектральных составляющих квантовой эффективности, токовой или вольтовой чувствительности всех ФЧЭ МФПУ. Эти спектральные компоненты ранее были вообще недоступны при измерениях МФПУ на стандартных спектрофотометрах и Фурье спектрометрах. На этих приборах можно было измерять лишь относительную спектральную чувствительность одиночных тестовых ФЧЭ, а затем калибровать их по аттестованному фотоприемнику для получения абсолютного значения спектральной характеристики. Заявляемый способ позволяет сразу получить абсолютную спектральную чувствительность (токовую SI(λ), вольтовую Su(λ) или квантовую эффективность η(λ)) всех ФЧЭ МФПУ.In calculating a PC, only the true value of the irradiation from the MCT will be used, and not its sum with several additional irradiations, which in any case would have to be eliminated, which would introduce a noticeable error in the values of the spectral components of the quantum efficiency, current or volt sensitivity of all PSEs of the MFP. These spectral components were previously generally inaccessible when measuring MPPU on standard spectrophotometers and Fourier spectrometers. On these instruments, it was possible to measure only the relative spectral sensitivity of single test PSEs, and then calibrate them using a certified photodetector to obtain the absolute value of the spectral characteristic. The inventive method allows you to immediately get the absolute spectral sensitivity (current S I (λ), volt S u (λ) or quantum efficiency η (λ)) of all PSE MFPU.

При измерении модулированного светового сигнала, в соответствии с [1], в расчетах необходимо учитывать действующее значение светового потока Фэ, которое выражается формулойWhen measuring a modulated light signal, in accordance with [1], in the calculations it is necessary to take into account the effective value of the luminous flux Ф е , which is expressed by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

где Ф0 - значение немодулированного светового потока от МЧТ, Вт⋅см-2 или фотон⋅см-2⋅с-1;where Ф 0 is the value of the unmodulated light flux from the MRI, W ,cm -2 or photon⋅cm -2 ⋅s -1 ;

β - коэффициент формы модуляции [1].β is the coefficient of the modulation form [1].

Модулированный световой поток, падающий от МЧТ на ФЧЭ, будет описываться следующим выражением:The modulated luminous flux incident from the MFT at the PSE will be described by the following expression:

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
- коэффициент пропускания диафрагмы МЧТ [5] (коэффициент излучения МЧТ [6]);Where
Figure 00000006
- transmittance of the diaphragm of the MCT [5] (emissivity of the MCT [6]);

Кво(λ) - коэффициент пропускания входного окна МФПУ;To in (λ) is the transmittance of the input window of the MFP;

Ксф(λ) - коэффициент пропускания холодного светофильтра в спектральном интервале [λ12];To sf (λ) is the transmittance of the cold filter in the spectral range [λ 1 , λ 2 ];

ε - степень черноты МЧТ;ε is the blackness of the MRI;

Figure 00000007
- функции Планка, p - Вт⋅см-2⋅мкм-1; n - квант⋅см-2⋅с-1⋅мкм-1 [7];
Figure 00000007
- Planck functions, p - W⋅cm -2 ⋅mkm -1 ; n - quantum ⋅ cm -2 ⋅ s -1 ⋅ μm -1 [7];

х, у - координаты в плоскости МФЧЭ, см;x, y - coordinates in the plane of MFPE, cm;

Figure 00000008
- расстояние от МЧТ до МФЧЭ, см.
Figure 00000008
- distance from MChT to MFCHE, see

Модулированный выходной сигнал Vсв каждого ФЧЭ ИК МФПУ будет описываться следующими интегральными уравнениями, в которых участвуют SI(λ), Su(λ) и η(λ), которые будут автоматически записаны в памяти управляющего компьютера:The modulated output signal V sv of each PSE IR MFP will be described by the following integral equations in which S I (λ), S u (λ) and η (λ) participate, which will be automatically recorded in the memory of the control computer:

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

где τ - время накопления МФПУ, с;where τ is the accumulation time of MFPU, s;

AS - площадь ФЧЭ, см2;A S is the area of PSE, cm 2 ;

q - заряд электрона, К⋅электрон-1;q is the electron charge, K electron -1 ;

Сн - величина емкости накопления в ячейке МФПУ, Ф;With n - the value of the accumulation capacity in the cell MFPU, F;

К0 - коэффициент передачи схемы мультиплексора;To 0 is the transfer coefficient of the multiplexer circuit;

SI(λ) - токовая чувствительность ФЧЭ, А⋅Вт-1;S I (λ) - current sensitivity of the PSE, А⋅W -1 ;

Su(λ) - вольтовая чувствительность ФЧЭ, В⋅Вт-1;S u (λ) is the volt sensitivity of the PSE, V⋅W -1 ;

η(λ) - квантовая эффективность ФЧЭ, электрон⋅квант-1.η (λ) is the quantum efficiency of the PSE, electron-quantum -1 .

В выражениях присутствует коэффициент пропускания диафрагмы МЧТ [5] (коэффициент излучения МЧТ [6])

Figure 00000012
Заметим, что в выражениях (3), (4), (5) и (6) все параметры, стоящие перед знаком интеграла известны и не зависят от ТМЧТ и λ. Обозначим их буквой W. В каждой подинтегральной функции содержатся три известных параметра Кво(λ), Ксф(λ) и
Figure 00000013
значения которых нам известны при любой длине волны облучения, и лишь один неизвестный линейный параметр SI(λ), Su(λ) или η(λ). Тогда, если решить систему интегральных уравнений относительно N неизвестных, каждое из которых будет соответствовать значению SIi), Sui) или η(λi), то получим спектральную зависимость токовой, вольтовой чувствительности или квантовой эффективности для каждого ФЧЭ.In the expressions there is a transmittance of the diaphragm of the MCT [5] (emissivity of the MCT [6])
Figure 00000012
Note that in expressions (3), (4), (5), and (6), all parameters facing the integral sign are known and do not depend on T of the MRT and λ. Denote them by the letter W. Each subintegral function contains three known parameters K in (λ), K sf (λ), and
Figure 00000013
the values of which are known to us at any irradiation wavelength, and there is only one unknown linear parameter S I (λ), S u (λ) or η (λ). Then, if we solve the system of integral equations for N unknowns, each of which will correspond to the value of S Ii ), S ui ) or η (λ i ), then we obtain the spectral dependence of the current, volt sensitivity, or quantum efficiency for each PSE.

Существует достаточно много методов решения таких систем. Например, преобразование в систему линейных уравнений, поэтому мы не будем останавливаться на них. Решение полученных систем уравнений даст нам численные значения спектральных компонент SIi), Sui) или η(λi), которые позволят построить необходимые спектральные характеристики зависимостей токовой и вольтовой чувствительностей, а также квантовой эффективности любого ФЧЭ матрицы от длины волны облучения. Метод также позволить провести построение 2D зависимости красной границы чувствительности или максимума чувствительности по плоскости МФЧЭ.There are many methods for solving such systems. For example, conversion to a system of linear equations, so we will not dwell on them. The solution of the obtained systems of equations will give us the numerical values of the spectral components S Ii ), S ui ) or η (λ i ), which will allow us to construct the necessary spectral characteristics of the dependences of the current and voltage sensitivity, as well as the quantum efficiency of any PSE matrix on irradiation wavelengths. The method also allows constructing a 2D dependence of the red sensitivity border or maximum sensitivity along the MFES plane.

Функционирует способ следующим образом: Рассмотрим ИК МФПУ, установленный на стенде измерения сигналов. Стенд должен включать следующие блоки:The method operates as follows: Consider the IR MFP installed on the signal measurement bench. The stand should include the following blocks:

- МЧТ с излучающей площадкой, характерный размер которой меньше размера МФЧЭ, с источником регулировки температуры;- MCHT with a radiating area, the characteristic size of which is smaller than the size of the MFCE, with a temperature adjustment source;

- стандартный модулятор светового потока МЧТ;- standard modulator of light flux MCT;

- держатель образца ИК МФПУ, соосный с МЧТ;- sample holder IR MFPU, coaxial with MCT;

- блок сопряжения (БС) с источниками постоянного питания, осуществляющий выработку и подачу на МФПУ постоянных напряжений питания, тактовых импульсных напряжений питания и импульсных напряжений управления, а также прием, первичную обработку, формирование его выходных сигналов и передача их в последующий блок стенда;- a unit for interfacing (BS) with constant power sources, which generates and supplies constant voltage power, clock pulse power supply voltage and pulse control voltage to the MFP, as well as receiving, primary processing, generating its output signals and transmitting them to the subsequent stand unit;

- блок аналого-цифровой обработки сигналов (БАЦО);- A block of analog-to-digital signal processing (BACO);

- ПЭВМ, осуществляющая цифровую обработку сигналов МФПУ, контролирующая температуру МЧТ и выполняющая управление работой МЧТ и МФПУ.- A PC that digitally processes the signals of the MPPU, controls the temperature of the MPP and controls the operation of the MPP and MPPU.

Устанавливаем МФПУ в держатель, подключаем его к БС. Включаем все приборы стенда в рабочий режим. Запускаем программу измерения спектра чувствительности МФПУ. Вводим в программу номер образца, конструктивные и эксплуатационные параметры МФПУ [4], в том числе и экспериментально измеренные зависимости Кво(λ) и Ксф(λ), первую заданную температуру МЧТ, интервал и шаг ее изменения или количество измеряемых точек спектральной кривой. Включаем программу измерения. Установка, под управлением компьютерной программы, проводит изменение температуры МЧТ на заданный шаг, контролирует степень стационарности температуры по производной от сигнала датчика температуры МЧТ, и проводит измерение сигналов всех ФЧЭ МФПУ при стационарной температуре. По окончании измерений включаем расчет спектральных характеристик МФПУ, вводим номера ФЧЭ и тип спектральных характеристик, которые необходимо показать. Компьютер рассчитывает, запоминает, показывает на экране дисплея и распечатывает, если необходимо, спектральные зависимости отдельных ФЧЭ, или 2D массивы красных границ или максимумов чувствительности всех ФЧЭ.Install the MFP in the holder, connect it to the BS. We turn on all the devices of the stand in the operating mode. We launch the program for measuring the sensitivity spectrum of the MFP. We enter into the program the number of the sample, the design and operational parameters of the MPPU [4], including the experimentally measured dependences K in (λ) and K sf (λ), the first specified temperature of the MCT, the interval and step of its change, or the number of measured points of the spectral curve . We turn on the measurement program. The installation, under the control of a computer program, carries out a change in the temperature of the MCB by a given step, monitors the degree of stationarity of temperature according to the derivative of the signal from the temperature sensor of the MCB, and measures the signals of all PSE MFPs at a stationary temperature. At the end of the measurements, we turn on the calculation of the spectral characteristics of the MFP, enter the numbers of the PSE and the type of spectral characteristics that need to be shown. The computer calculates, stores, displays on the display screen and prints, if necessary, the spectral dependences of individual PSEs, or 2D arrays of red borders or sensitivity maxima of all PSEs.

ЛитератураLiterature

1 ГОСТ 17772-88, Приемники излучения. Полупроводниковые фотоэлектрические и фотоприемные устройства. Методы измерения фотоэлектрических параметров и определения характеристик, М., Госкомитет СССР по стандартам, Изд. стандартов, 1988, С. 34, Приложение 4.1 GOST 17772-88, Radiation receivers. Semiconductor photoelectric and photodetector devices. Methods for measuring photoelectric parameters and determining characteristics, M., USSR State Committee for Standards, Ed. Standards, 1988, p. 34, Appendix 4.

2 Белл Р. Дж., Введение в Фурье-спектроскопию, М. Мир, 1975, 382 С.2 Bell R. J., Introduction to Fourier spectroscopy, M. Mir, 1975, 382 S.

3 A.I. Patrashin, G.A. Ivanov, Testing Unit for Measuring Photoelectric Characteristics of IR Arrays, Proceedings of SPIE, 1998, V. 3379, p. 555-560.3 A.I. Patrashin, G.A. Ivanov, Testing Unit for Measuring Photoelectric Characteristics of IR Arrays, Proceedings of SPIE, 1998, V. 3379, p. 555-560.

4 А.И. Патрашин, И.Д. Бурлаков, и др., Аналитическая модель для расчета параметров матричных фотоприемных устройств, Прикладная физика, №1, 2014, С. 38.4 A.I. Patrashin, I.D. Burlakov, et al., An analytical model for calculating the parameters of matrix photodetector devices, Applied Physics, No. 1, 2014, P. 38.

5 А.И. Патрашин, А.В. Никонов, B.C. Ковшов, Обобщенный метод расчета облученности от абсолютно черного тела, Успехи прикладной физики, т. 6, №2, 2018, С. 157.5 A.I. Patrashin, A.V. Nikonov, B.C. Kovshov, A Generalized Method for Calculating Irradiation from a Blackbody, Advances in Applied Physics, vol. 6, No. 2, 2018, p. 157.

6 А.И. Патрашин, К.В. Козлов, B.C. Ковшов, А.В. Никонов, В.А. Стрельцов, Метод установки заданной облученности от МЧТ, Успехи прикладной физики, т. 6, №4, 2018, С. 349.6 A.I. Patrashin, K.V. Kozlov, B.C. Kovshov, A.V. Nikonov, V.A. Streltsov, Method for setting a predetermined irradiation from an MRI, Advances in Applied Physics, vol. 6, No. 4, 2018, P. 349.

7 Rogalski, Infrared Detectors, CRC Press, 2011, P. 10.7 Rogalski, Infrared Detectors, CRC Press, 2011, p. 10.

Claims (3)

1. Способ измерения абсолютной спектральной чувствительности ИК МФПУ, включающий последовательную установку N стационарных значений температур модели черного тела (МЧТ), регистрацию интегрального сигнала всех фоточувствительных элементов (ФЧЭ) при каждом стационарном значении температуры МЧТ, автоматизированное составление для каждого ФЧЭ трех систем из N интегральных уравнений, соответствующих стационарным значениям температуры МЧТ, решение каждой системы N интетральных уравнений относительно N значений спектральных характеристик ФЧЭ по длинам волн, построение абсолютных спектральных характеристик ФЧЭ по рассчитанным компонентам, отличающийся тем, что устанавливают характерный размер излучающей площадки МЧТ меньшим размера МФЧЭ, излучение МЧТ модулируют с постоянной частотой, сигнал каждого ФЧЭ автоматически измеряют при стационарной температуре МЧТ К раз, рассчитывают среднее значение сигнала каждого ФЧЭ по К измеренным сигналам, рассчитывают среднеквадратичное отклонение сигналов каждого ФЧЭ от среднего значения и подставляют полученное значение среднеквадратичного отклонения в левую часть интегрального уравнения, соответствующего заданной температуре.1. A method for measuring the absolute spectral sensitivity of an IR MFP, including the sequential installation of N stationary temperatures of the blackbody model (MCT), registration of the integral signal of all photosensitive elements (PSE) at each stationary value of the temperature of the MCI, automated compilation of three systems of N integral for each PSE equations corresponding to stationary values of the temperature of the MRI, the solution of each system of N intetral equations with respect to N values of spectral characteristics PSE by wavelength, construction of absolute spectral characteristics of PSE by calculated components, characterized in that the characteristic size of the emitting area of the MCT is smaller than the size of the MPE, the radiation of the MCT is modulated with a constant frequency, the signal of each PSE is automatically measured at a stationary temperature of the MCT K times, the average value is calculated the signal of each PSE according to the measured signals, calculate the standard deviation of the signals of each PSE from the average value and substitute the obtained value adratichnogo deviation to the left side of the integral equation corresponding to a predetermined temperature. 2. Способ измерения абсолютной спектральной чувствительности ИК МФПУ по п. 1, отличающийся тем, что стационарный температурный режим МЧТ продолжается в течение времени не менее tстац=K⋅τкадра, где τкадра - время кадра МФПУ.2. A method for measuring absolute spectral sensitivity IR FPA according to claim 1, characterized in that a stationary temperature regime MCHT continued for a time of at least t = K⋅τ landline frame, wherein the frame τ -. FPA time frame. 3. Способ измерения абсолютной спектральной чувствительности ИК МФПУ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сигнал каждого ФЧЭ автоматически измеряют при стационарной температуре МЧТ не менее К=256 раз.3. A method for measuring the absolute spectral sensitivity of an IR MFP according to claim 1 or 2, characterized in that the signal of each PSE is automatically measured at a stationary temperature of the MCT of at least K = 256 times.
RU2018140995A 2018-11-21 2018-11-21 Method of measuring absolute spectral sensitivity of ir mpdd RU2696364C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018140995A RU2696364C1 (en) 2018-11-21 2018-11-21 Method of measuring absolute spectral sensitivity of ir mpdd

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018140995A RU2696364C1 (en) 2018-11-21 2018-11-21 Method of measuring absolute spectral sensitivity of ir mpdd

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2696364C1 true RU2696364C1 (en) 2019-08-01

Family

ID=67586929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018140995A RU2696364C1 (en) 2018-11-21 2018-11-21 Method of measuring absolute spectral sensitivity of ir mpdd

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2696364C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783220C1 (en) * 2022-01-18 2022-11-10 Акционерное общество "НПО "Орион" Method for obtaining the sensitivity distribution over the matrix photodetector pixel area

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61221625A (en) * 1985-12-26 1986-10-02 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Spectral sensitivity measuring instrument
RU2030715C1 (en) * 1991-06-28 1995-03-10 Клышко Давид Николаевич Method of measurement of spatial distribution of absolute sensitivity of photodetectors and device to realize it
JP3925301B2 (en) * 2001-07-12 2007-06-06 コニカミノルタセンシング株式会社 Spectral characteristic measuring apparatus and wavelength shift correction method for spectral sensitivity of the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61221625A (en) * 1985-12-26 1986-10-02 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Spectral sensitivity measuring instrument
RU2030715C1 (en) * 1991-06-28 1995-03-10 Клышко Давид Николаевич Method of measurement of spatial distribution of absolute sensitivity of photodetectors and device to realize it
JP3925301B2 (en) * 2001-07-12 2007-06-06 コニカミノルタセンシング株式会社 Spectral characteristic measuring apparatus and wavelength shift correction method for spectral sensitivity of the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783220C1 (en) * 2022-01-18 2022-11-10 Акционерное общество "НПО "Орион" Method for obtaining the sensitivity distribution over the matrix photodetector pixel area
RU2819206C1 (en) * 2023-10-31 2024-05-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) Reference-free method of measuring quantum efficiency of photomultiplier cathode and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9876968B2 (en) Drift correction method for infrared imaging device
CN102538966B (en) Short wave infrared laboratory spectrum calibration and correction method for hyper spectral imager
US10070076B2 (en) Drift correction method for infrared imaging device
US20110084717A1 (en) Corrected optical spectral responses for photoelectric devices
Brown et al. Spectral irradiance and radiance responsivity calibrations using uniform sources (SIRCUS) facility at NIST
WO2023041566A1 (en) Method for calibrating a spectrometer device
Schinke et al. Implementation and uncertainty evaluation of spectral stray light correction by Zong’s method
RU2696364C1 (en) Method of measuring absolute spectral sensitivity of ir mpdd
CN103968943A (en) Accurate measurement method for signal-to-noise ratio of fiber optic spectrometer
Villemaire et al. Imaging Fourier transform spectrometer
Preslenev et al. Reading, processing and correction of spectroscopic information in a diffraction grating spectral device
Barducci et al. Development of a solar spectro-irradiometer for the validation of remotely sensed hyperspectral images
Plag et al. Comprehensive analysis of a pulsed solar simulator to determine measurement uncertainty components
Pichon et al. Quantix and Intrapix: test benches dedicated to quantum efficiency measurement and intra-pixel response of detectors from VIS to LWIR
Mendenhall et al. Radiometric calibration of the EO-1 advanced land imager
Gardner 6. Uncertainty Estimates in Radiometry
Milton et al. Estimating the spectral response function of the CASI-2
CN118129905B (en) Curve type radiation calibration method and system for satellite-borne hyperspectral imager
Eckardt et al. sCMOS detector for imaging VNIR spectrometry
CN113588115B (en) Temperature measurement method based on multispectral colorimetric
RU2807168C1 (en) Method for measuring quantum efficiency of infrared photodiode receivers
US5861948A (en) Atomic absorption spectrophotometer
Seymour et al. Traceable radiometric characterisation and uncertainty budget development of a spectroradiometer designed for solar spectral data acquisition
Pagano et al. MODIS radiometric accuracy and sensitivity modeling using the Radiometric Math Model (RMM)
Neuzner et al. Pyroelectric detector for EE9 FORUM: design and characterization