CC BY
70
УДК 535.317
П.А. Алдохин, П.В. Журавлев, А.С. Рафаилович,
А.В. Турбин, С.М. Чурилов, В.Б. Шлишевский НФ ИФП СО РАН «КТИПМ», Новосибирск
МАЛОГАБАРИТНЫЙ ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА
P.A. Aldokhin, P.V. Zhuravlev, A.S. Rafailovitch,
A.V. Turbin, S.M. Churilov, V.B. Shlishevsky
Novosibirsk branch of the Institute of semiconductors (Siberian division of the Russian academy of sciences) “Engineering and design institute of microelectronics”
Novosibirsk
COMPACT HIGH-SENSITIVITY ULTRAVIOLET TELEVISION MODULE
The article presents the design and layout features of a compact high-sensitivity ultraviolet television module. The achieved parameters values and some practical use results are given.
Вопрос о современной элементной базе и оптико-электронных модулях ультрафиолетового (УФ) диапазона спектра для различных образцов вооружения и военной техники (ВВТ) поднимался неоднократно и остается по-прежнему весьма актуальным [1, 2]. В этой связи в течение нескольких последних лет в Конструкторско-технологическом институте прикладной микроэлектроники СО РАН в широкой кооперации с другими НИИ и промышленными предприятиями соответствующего профиля ведутся целенаправленные работы в указанном направлении. Некоторые их результаты обсуждались ранее в [3 - 6].
В докладе сообщается о разработке унифицированного малогабаритного высокочувствительного телевизионного (ТВ) модуля УФ-ТВМ, предназначенного для использования при модернизации различных систем ВВТ. УФ-ТВМ может найти также применение для обнаружения разливов нефтепродуктов, мест радиационного загрязнения, для проведения профилактических работ на высоковольтных ЛЭП и др.
При создании модуля УФ-ТВМ использован опыт более ранней инициативной разработки низкоуровневой ТВ-камеры «Цербер-У» [3] (на
основе ЭОП типа «Рассвет-У») с параметрами:
- Диапазон спектральной чувствительности, нм 200 - 380
_ _1 _-5
Рабочая освещенность на местности, Вт/м2 10 - 10
- ТВ-разрешение, ТВЛ, не менее 300
- Пороговая освещенность в плоскости фотокатода, Вт/м2 10^
- Фокусное расстояние входного объектива, мм 290
- Поле зрения, град. 3,6x2,6
В состав УФ-ТВМ входят (рис. 1):
- Блок усилителя яркости на основе ЭОП с областью
чувствительности в диапазоне 200 - 340 нм;
- Узел сочленения усилителя яркости с блоком формирования видеосигнала (высокоапертурная линзовая проекционная система);
- Блок формирования видеосигнала на основе ПЗС-матрицы;
- Вторичный источник питания (блок электропитания).
Преобразователь ^электронно-оптический Солидус-ФЭП
Модуль вторичного электропитания МДМ-10-1В12М
ТВ модуль "СОЛИДУС-ЗП"
Рис. 1. Конструктивное исполнение УФ-ТВМ
По сравнению с гибридным исполнением такое построение обладает двумя существенными преимуществами:
1. Ремонтопригодностью, поскольку в отличие от гибридных приборов при выходе из строя ЭОП, ПЗС-матрицы или вторичного источника питания они могут быть оперативно заменены;
2. Возможностью модернизации уже изготовленных модулей, так как при появлении новых ЭОП или ПЗС-матриц с улучшенными параметрами они могут быть использованы взамен устаревших без существенного изменения конструкции модуля.
Опытные образцы ЭОП (вместе с конструкторской и технологической документацией) с фотокатодом на основе соединения Cs2Te и входным окном из MgF2 разработаны и изготовлены ЗАО «Экран-ФЭП» (г. Новосибирск).
Конструкция унифицирована с конструкцией ЭОП 2+ и 3-го поколений по габаритным размерам и электропитанию.
4
Характеристики ЭОП следующие:
Диапазон спектральной чувствительности, нм 200 -
340
Диаметр фотокатода, мм 18-02
Квантовый выход на длине волны 240 нм, %, не менее 15
_2 А
Диапазон рабочей облученности в плоскости фотокатода, Вт/м210 - 10
Л _п
Пороговая облученность в плоскости фотокатода, Вт/м , не более 10 Разрешение, штр./мм, не менее 45
Коэффициент преобразования, не менее 2-10
л _
Яркость темнового фона, кд/м , не более 1,540
3
Напряжение питания, В 2 - 4
Диаметр, мм 43
Длина, мм 25
Масса, г 70
Опытные образцы бескорпусного ТВ-модуля (с рабочей конструкторской и технологической документацией) на основе ПЗС-матрицы разработаны и изготовлены ФГУП НПП «Пульсар» (Москва). Технические характеристики модуля:
Формат кадра, элементов 752x568
Шаг элемента, мкм 9x9
Спектральный диапазон чувствительности (по уровню 0,1), мкм 0,4 - 0,95 Область максимальной чувствительности, мкм 0,7 ± 0,15
Пороговая чувствительность, лк, не более 0,001
ТВ-разрешение, ТВЛ, не менее 550
Частота следования кадров, Гц 25
В итоге при габаритах 088x134 мм и массе около 1 кг экспериментально подтверждены следующие технические параметры УФ-ТВМ в целом: Диапазон спектральной чувствительности (по уровню 0,1), нм 200 -
340
Пороговая облученность в плоскости фотокатода, Вт/м2
5-10-7
Рабочая облученность в плоскости фотокатода, Вт/м2, не более 5-10-4
ТВ-разрешение при рабочей облученности, ТВЛ В центре, не менее В углах, не менее Частота смены кадра, Гц
400
300
25
Время готовности к работе с момента включения, мин., не более 1
Электропитание, В
Энергопотребление, Вт, не более Диапазон рабочих температур, °С
27
+ 4
-7
4
±50
Изготовлены 4 опытных образа УФ-ТВМ, успешно проведены их предварительные испытания; рабочей конструкторской и технологической документации присвоена литера «О».
В декабре 2006 г. один из модулей в составе ТВ-камеры был использован для оценки фоноцелевой обстановки при проведении натурных экспериментов с малоразмерным самоизлучающим объектом. Работы выполнялись при метеорологической дальности видимости 5 - 6 км, высоте облачности 580 м и температуре воздуха -1 °С. По условиям обеспечения безопасности
экспериментов аппаратура функционировала полностью в автономном режиме. На рис. 2 приведена часть раскадровки записи одного из пусков. Дистанция съемки - 3 000 м. На кадре 1 виден момент запуска объекта; кадр 3 - запуск его маршевого двигателя. Объект наблюдается очень отчетливо в отсутствие каких бы то ни было фонов.
малоразмерного самоизлучающего объекта
Прогнозируя пути дальнейшего совершенствования УФ-ТВМ, необходимо рассматривать, прежде всего, разработку ЭОП с фотокатодом большего диаметра (не менее 25 мм, а желательно и до 40 мм, поскольку данный параметр напрямую влияет на габариты, вес, сложность конструкции и изготовления входной оптики для ТВ-систем с большим угловым полем зрения) и новых матричных бескорпусных ТВ-камер с высокой частотой обновления видеоинформации (смены кадра). Именно на основе таких ЭОП и бескорпусных ТВ-камер с использованием ПЗС- или КМОП-матриц возможно создание высокочувствительных ТВ-модулей для УФ-систем различного назначения.
Отметим, что подобного рода модуль может быть эффективно использован в единой информационной системе совместно с инфракрасным (ИК) датчиком, когда с его помощью производится обнаружение факта появления и селекция объектов, после чего выдается целеуказание ИК-
датчику на основе матричного фотоприемника, который осуществляет дальнейшее слежение за объектом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Белоконев В.М., Крайлюк А.Д., Журавлев П.В. и др. Задачи и перспективы создания современной элементной базы для аппаратуры ультрафиолетового диапазона спектра // Материалы [.III Междунар. конф. «Современные проблемы геодезии и оптики». Ч. III - Новосибирск: СГГА, 2003. - С. 40-42.
2. Дегтярев Е.В., Рафаилович А.С., Шлишевский В.Б. Проблемы и пути развития элементной базы для систем дистанционного зондирования в ультрафиолетовой области спектра // Сб. трудов VII Междунар. конф. «Прикладная оптика-2006». Т. 1. - СПб.: Оптическое общество им. Д.С. Рождественского, 2006. - С. 164-167.
3. Бузук В.В., Вергилес С.А., Гусаченко А.В. и др. Унифицированный ряд низкоуровневых телевизионных камер // Оптический журнал. - 2001. - № 9. - С. 98-99.
4. Рафаилович А.С., Шлишевский В.Б. Высокосветосильный растровый УФ телеспектрометр // Тез.докл. Совещ. «Актуальные проблемы полупроводниковой фотоэлектроники» («Фотоника-2003»). - Новосибирск: ИФП СО РАН, 2003. - С. 86.
5. Рафаилович А.С., Шлишевский В.Б. Краткие итоги разработки элементной базы и оптико-электронных модулей специального назначения для ультрафиолетового диапазона спектра // Сб. материалов Междунар. конгресса «ГЕО-СИБИРЬ-2006». Т. 4. -Новосибирск: СГГА, 2006. - С. 31-34.
6. Марков А.В., Рафаилович А.С., Шлишевский В.Б. и др. Некоторые предварительные результаты натурных испытаний оптико-электронной аппаратуры специального назначения для ультрафиолетового диапазона спектра // Сб. материалов Междунар. конгресса «ГЕО-СИБИРЬ-2006». Т. 4. - Новосибирск: СГГА, 2006. - С. 34-37.
© П.А. Алдохин, П.В. Журавлев, А.С. Рафаилович, А.В. Турбин, С.М. Чурилов, В.Б. Шлишевский, 2008
