Инфракрасные системы «смотрящего» типа

НАЗНАЧЕНИЕ И ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА СХЕМ СЧИТЫВАНИЯ СИГНАЛОВ

Основными параметрами звеньев, осуществляющих выборку и хранение сигналов, являются время установления рабочего режима и уровень шума. Первый обусловлен временем, необходимым для накопления (или съема) заряда на фиксирующем конден­саторе, а также емкостью предусилителя или буферной цепи, находящейся перед клю­чом, осуществляющим выборку. Шум цепи выборки и хранения определяется тепловым шумом (АТС-шумом) фиксирующего конденсатора; он должен быть гораздо меньшим, чем шум на выходе предшествующего предусилителя.

Поскольку в большинстве современных ИКС схема считывания составляет единое целое с МПИ, образуя фотоприемное устройство (ФПУ), многие из параметров и ха­рактеристик МПИ, рассмотренных в §7.2 и 7.3, относятся к ФПУ в целом, т. е. и к схеме считывания. Одним из важнейших показателей качества СС, определяющих достижи­мое на ее выходе отношение сигнал-шум, является эквивалентный шуму заряд за время кадра Исс, характеризующий шум всей СС. Этот параметр измеряется числом электро­нов, приходящих на вход и образующих за время кадра или выборки сигнал, при кото­ром отношение сигнал-шум в определенной полосе частот на выходе схемы равно еди­нице. Связь Л/сс и пороговой облученности Еп элемента МПИ определяется по формуле

Еп ^сс I СП^пи^н)»

Где г|9 - квантовая эффективность приемника; Ат - площадь чувствительного слоя эле­мента МПИ; *и - время накопления (интегрирования заряда).

Сегодня в ряде ИКС 7УСС достигает единиц (до десятка) электронов при работе в спек­тральном диапазоне до 5 мкм и 30...50 электронов при работе в диапазоне 8... 14 мкм. Однако типичные значения Л^сс составляют сотни и даже тысячи электронов.

При временах накопления более 100 мс, т. е. при работе с малыми потоками, попа­дающими на приемник, в схемах считывания весьма заметен М/-шум. Обычно из-за его влияния приведенное ко входу число шумовых фотоэлектронов прямо пропорциональ­но времени интегрирования сигнала.

Другими составляющими шума СС могут быть белый шум входной цепи (предуси­лителя) и шум устройств сброса или установки нулевого положения. Первую из них можно снизить, уменьшив накопительную емкость, а вторую, возникающую при уста­новке начального напряжения на емкости и пропорциональную С, где С - ем­кость, Т - температура, к - постоянная Больцмана, - с помощью двойной коррелиро­ванной выборки (см. §10.5).

Важным показателем качества СС является динамический диапазон сигналов, огра­ничиваемый снизу значением Ысс, а сверху - максимальным сигналом (зарядом), вызы­вающим насыщение СС, в частности переполнение ячейки накопления зарядов. Этот параметр определяет возможности реализации различных схем обработки сигналов, снимаемых с отдельных элементов МПИ, например схем коррекции неоднородности или межкадровой обработки изображений.

Насыщение ячеек СС может привести к ухудшению пространственного (геометро­оптического) разрешения ФПУ и ИКС в целом, т. е. к ухудшению пространственно­частотных и температурно-пространственных характеристик, а также к размытию фор­мируемых на выходе ИКС изображений. То же наблюдается при больших перекрест­ных связях между ячейками СС.

С динамическим диапазоном тесно связаны линейность рабочей характеристики СС, коэффициент усиления сигналов и сохранность линейности при изменении уровня сигналов, снимаемых с МПИ, также определяющие возможности калибровки и коррек­ции неоднородности чувствительности отдельных элементов МПИ. Для ряда СС эти параметры зависят от входного импеданса схемы считывания (или ее первых звеньев - предусилителей сигнала), изменение которого в процессе работы ФПУ может заметно сказаться и на шумах СС, а не только на динамическом диапазоне и линейности рабо­чей характеристики.

Многие электрические и технико-экономические параметры СС и отдельных их звеньев зависят от технологии изготовления элементов. В частности, достижимые раз­меры некоторых элементов СС определяют формат многих современных МПИ и ФПУ на их основе. А от этого, в свою очередь, зависит пространственное и энергетическое разрешение многих ИКС «смотрящего» типа.

Наконец, для систем с охлаждаемыми ФПУ очень важно значение рассеиваемой в СС мощности, отводимой от охлаждаемой конструкции. Этот показатель тесно связан с такими параметрами устройств охлаждения, как время их наработки, время выхода на рабочий режим (температуру), масса.