Инфракрасные системы «смотрящего» типа
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТРИЧНЫЕ МПИ
В последние годы заметно оживился интерес к таким неохлаждаемым приемникам, как термоэлементы (термопары), которые исторически были первыми неселективными приемниками излучения. Это обусловлено необходимостью работать в очень широком спектральном диапазоне (с граничной длиной волны 100 мкм и более) для наблюдения объектов, у которых температуры малы (100 К и менее). Такие задачи ставятся, например, при создании аппаратуры для исследования Плутона и других планет и небесных тел. Термоэлементы обладают хорошей линейностью рабочих (энергетических) характеристик, не требуют периодического перекрывания (обтюрации) падающего на них излучения, как пироэлектрические приемники, работают в широком диапазоне температур практически без термостабилизации, обладают достаточно высокой удельной об - наружительной способностью О. Им не нужны источники питания, что делает 1/^шум пренебрежимо малым и ведет к отсутствию пьедесталов напряжений в снимаемых с их выходов сигналов. К однородности материалов, из которых изготавливаются термоэлементы, предъявляются не столь жесткие требования, как в микроболометрах.
В [121] описываются матричные МПИ на базе термоэлементов из комбинации В1- БЬ-Те, созданные в Центре космических микроэлектронных технологий Калифорнийского технологического института. Эти МПИ с одним мультиплексируемым аналоговым выходом имеют формат 128x128 с размером пикселов 100 мкм, £>* = 2108 Вт_|-смТц1/2 и постоянную времени 4 мс. Ожидается, что значение £>* будет доведено до 109Вт_1-смТцш, а сопротивление приемника-до 100 кОм. Мощность рассеяния одного пиксела составит 0,6 мкВт.
В противоположность микроболометрам, где для двумерного считывания сигналов требуется лишь один транзисторный ключ, в МПИ на термоэлементах для обеспечения высокого значения отношения сигнал-шум требуется усиление и накопление сигнала на уровне отдельного пиксела. Поскольку термоэлемент создает постоянный ток, а 1[- шум может быть сведен к минимуму при высоком входном импедансе схемы считывания (т. е. никакой ток не протекает через приемник), для снижения общего уровня шума сопротивления приемника до уровня шума Джонсона и сведения к минимуму 1/^шума схемы считывания к каждому пикселу КМОП-структуры подключается стабилизированный прерыватель-усилитель (модулятор), демодулятор и накопитель. В устройстве, описанном в [121], постоянный сигнал, снимаемый с отдельного термоэлемента, прерывается с частотой порядка 50 кГц, на которой 1/^шум усилителя мал. После усиления, демодуляции и интегрирования на уровне пиксела сигналы через мультиплексор поступают на аналоговый видеовыход. Общая мощность рассеяния устройства формата 128x128 составляет 20 мВт при мощности рассеяния одного пиксела 1 мкВт.
Невысокая стоимость термоэлектрических МПИ стимулирует их применение при массовом использовании ИКС. Так, в [140] сообщалось о разработке МПИ формата 48x32 пикселов размером 190 мкм для оборудования автомобилей компании «Мзбэп» ИКС на их основе (см. п. 14.3.2).
