Особенности энергетического расчета оптико-электронных измерительных систем на основе матриц ПЗС

Бузян Артём Тимофеевич; Коняхин Игорь Алексеевич

ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ

МАТРИЦ ПЗС

А.Т. Бузян, И.А. Коняхин

Необходимыми исходными данными при габаритно-энергетическом расчете современных оптико-электронных систем (ОЭС) являются параметры используемого фотоприемника - анализатора в виде матрицы ПЗС.

Трудность габаритно-энергетического расчета таких анализаторов определяется отсутствием стандартизации в параметрах ПЗС, приводимых в технической документации (паспорта, отраслевые нормали, рекламные проспекты, тематические справочники). Например, производители комплектующих приводят различные наборы параметров, а одноименные часто указывают в иных единицах измерения.

Целью работы являлась разработка методики стандартизации исходных данных, а именно - приведение энергетических характеристик ПЗС-матриц из различных информационных источников к единому виду.

Методика разрабатывалась на примере данных, приводимых в документации следующих фирм-производителей:

• SONY - рассматривались ПЗС-матрицы моделей ICX082AL, ICX083AL, ICX228AL [1].

• Texas Instruments - рассматривались ПЗС-матрицы моделей TC213, TC241 [2].

• НПО "Электрон" - рассматривались ПЗС-матрицы моделей ФПП3 1М, ФПП3 24М, ФППЗ 21М, ФППЗ 23М [3].

Предварительный анализ показал, что параметры ПЗС-матриц, используемые в габаритно-энергетическом расчете, могут быть разделены на три группы.

• Габаритные. Следует отметить, что различные производители описывают габаритные характеристики в единой форме: формат матрицы [дюйм], количество элементов по горизонтали и вертикали, размер чувствительного элемента [мм].

• Спектральные. Также стандартизованы.

• Энергетические. Отсутствует единство наборов параметров. В частности, чувствительность для матриц НПО "Электрон" и Texas Instruments задана в мВ/лк, у SONY в мВ.

Особенно различны способы указания пороговой чувствительности. Наиболее часто указывается минимальная освещенность, воспринимаемая ПЗС-матрицей, или максимальная, но с реализуемым динамическим диапазоном по освещенности.

Рассмотрим методику приведения исходных данных для чувствительности и пороговой освещенности

Чувствительность S целесообразно приводить к значениям в мВ/лк как наиболее часто встречающейся системе единиц.

Для приведения пороговых параметров будем рассматривать максимальную и минимальную освещенность.

Максимальная освещенность Емакс определим как частное напряжения сигнала насыщения [В] (англ. Saturation signal) к световой чувствительности S (англ. Sensitivity) [мВ/лк].

Минимальную освещенность Емин определим делением Емакс на динамический диапазон, пересчитанный из логарифмического [дБ] в линейный масштаб.

Для ПЗС матриц SONY чувствительность S задана в мВ. Для пересчета ее использовалась формула освещенности (1). В формуле используются дополнительные данные: яркость источника L [кд/м2] и диафрагменным числом F8 ( отношение фокуса

f к диаметру входного зрачка D). Все приведенные данные указаны в паспорте на ПЗС-матрицу.

E = , (!)

4 D)

где Е - освещенность ПЗС матрицы; т - пропускание оптической системы.

Отношение напряжения сигнала [мВ] к освещенности ПЗС матрицы Е [лк] позволяет найти чувствительность в требуемых единицах [мВ/лк].

Результаты вычислений были сведены в табл.1, пользуясь которой, можно легко сравнить энергетические характеристики ПЗС-матриц различных фирм-производителей (1 - SONY, 2 - Texas Instruments, 3 - НПО "Электрон").

Чувствительность S, [мВ/лк] Максимальная освещенность -Ема^ [лк] Минимальная освещенность Емин, [лк]

ICX082 AL 89 8,9 0,0089

1 ICX083 AL 89 8,9 0,0089

ISX228 AL 57 13,84 0,0138

2 TC-213 518 0.6177 0.00061

TC-241 150 2.133 0.002133

ФПП31М 15 10 0.01

3 ФПП324М 100 5 0.005

ФПП321М 40 12.5 0.0078

ФПП323М 20 15 0.029

Таблица 1. Сравнение энергетических характеристики ПЗС-матриц различных фирм-производителей

Разработанная методика может использоваться для стандартизации исходных данных для энергетического расчета при использовании ПЗС-матриц и других производителей.

Литература

1. http://www.sony.com

3. НПО "Электрон". Каталог фирмы.

Текст научной работы на тему «Особенности энергетического расчета оптико-электронных измерительных систем на основе матриц ПЗС»