焦平面阵列 Focal plane arrays

2022-11-24 11:36:54 浏览:453

定义

放置在成像系统焦平面中的光探测器阵列。

在光子学中,焦平面阵列(FPA)本质上是一个光探测器阵列,放置在成像系统(简单的透镜或物镜,可能是望远镜)的焦平面中。 实际上,谈论图像平面而不是焦平面会更准确,焦平面并不完全相同。

通常,焦平面阵列是一个矩形二维阵列,包含数千甚至数百万个探测器。 探测器可以是光电探测器(例如光电二极管或光电导探测器)或热探测器(例如微测辐射热计),通常每个探测器的尺寸在几微米到几十微米之间。 使用盖革模式雪崩光电二极管(SPAD)阵列可以实现极其灵敏和快速的检测,包括光子计数。

替代术语凝视阵列来自这样一个事实,即结合成像光学器件,FPA仅接收来自某些方向范围的辐射。

术语焦平面阵列在射电天文学中也被称为接收器阵列,这些接收器阵列可以是不同类型的。

关键属性

分辨率

分辨率 1 通常表示两个方向上的探测器像素数——例如,1024 × 1024、3072 × 2048 或 4096 × 4096 像素。 这限制了可实现的图像分辨率,前提是成像光学器件的质量足够好。

读出电子元件

除了探测器本身,焦平面阵列还可以包含额外的读出和处理电子设备。 其中一些产生数字输出信号,而另一些则具有模拟输出。 例如,CCD芯片按顺序提供对应于不同像素的模拟电压,而CMOS芯片则对信号进行数字化处理。

光谱响应

光谱响应由所使用的探测器技术决定。 FPGA可用于非常不同的光谱区域,不仅包括可见光,红外光和紫外线,还包括X射线。

硅基FPA对可见光和短波长近红外光敏感,但对长波长不敏感 - 除了肖特基势垒探测器,然而其量子效率相当低。 然而,也有焦平面阵列包含波长为几微米的红外探测器。 例如,它们可以基于碲化镉汞(MCT,HgxCd1−xTe ),砷化铟镓(InGaAs),锑化铟(InSb),PtSi(肖特基势垒探测器),QWIP(量子阱红外光电探测器)或微测辐射热计。

还有双波段甚至多色红外焦平面阵列,例如可以独立测量中波和长波红外辐射的强度。 例如,这对于某些军事应用至关重要。

单片与混合 FPA

一个区别是单片和混合焦平面阵列架构。 最简单的制造方法可生产单片FPA,例如全部基于硅技术。 该技术在很大程度上受益于DRAM内存等相关技术的进步。 然而,硅技术通常会将光谱灵敏度限制在可见光和近红外范围内。 因此,人们也使用混合器件,例如通过倒装芯片键合两种不同晶圆进行组装:光敏部件,例如基于III-V族半导体,以及基于硅的电子部件。

动态范围

对于模拟FPA,动态范围由最大输出信号和本底噪声决定。 对于数字FPA,每像素的位数反映了动态范围。 例如,10 位允许 210= 1024 个不同的输出值,对应于 ≈30 dB 动态范围,假设最低位不会因检波器噪声而提供随机值。

时间积分

许多FPA在一定的曝光时间内积分其输入信号,例如通过收集电荷。 人们有时可能会使用相当长的曝光时间进行灵敏检测。

响应的均匀性

对于硅基传感器来说,响应的均匀性通常相当好,而对于大多数红外FPA来说,像素之间存在实质性差异。 因此,可能需要减去与像素相关的偏移值,并校正像素的不同灵敏度。 这通常是通过芯片外部的软件完成的。 为了进行精确的测量,可能必须定期记录暗度,例如,这取决于温度。

焦平面阵列的应用

主要应用是各个领域的成像。 使用二维探测器阵列,可以直接获取二维图像,例如在闪存LIDAR设备中。 特别普遍的是硅基CCD和CMOS传感器,例如用于照相机和摄像机;它们几乎完全取代了以前使用的Vidicon管。 特别先进的焦平面成像阵列已被开发用于天文学应用,其中极限灵敏度至关重要。

有关更多详细信息,请参阅有关图像传感器的文章。

一些焦平面阵列用于光谱仪。 在这里,入射光在光谱上是分散的,使得每个探测器只在一个小的光谱区域内接收辐射。

另一个应用是波前传感器,例如沙克-哈特曼型。 在这里,在焦平面阵列之前放置一个微透镜阵列,每个透镜阵列在探测器平面上产生焦点。 该焦点的位置指示局部波前曲率。 例如,对于生成的波前图像的单个像素,需要几十个探测器像素。

光检测和表征

作          者: 泮桥成像光电商城

出          处: https://www.ipanqiao.com/entry/1423

版          权:本文版权归泮桥成像光电商城所有

免责声明:本文中使用的部分文字内容与图片来自于网络,如有侵权,请联系作者进行删除。

转          载:欢迎转载,但必须保留上述声明;必须在文章中给出原文链接;否则必究法律责任。

Copyright © 2019-2022 南京超维景生物科技有限公司 版权所有 www.ipanqiao.com苏ICP备20009590号-1
联系我们
立即做合同
微信客服
电话咨询

400-998-9826

17302548620

快速留言

泮桥成像光电商城专业人员会在24小时之内联系您

关闭 提交