紧凑型多光谱空间光学遥感器焦平面的设计与拼接

为实现高分辨率、多光谱、宽覆盖的遥感测量,对空间光学遥感器由3片TDI CCD组成的焦面组件进行了设计,并提出了一种新的拼接方法。根据空间光学遥感器采用的多光谱TDI CCD外形尺寸较大、几乎占满整个结构设计空间的特点,对其焦平面进行了紧凑型的机械交错拼接设计;根据紧凑型多光谱焦平面的特点,结合图像处理技术进行了拼接,对由CCD拼接仪产生的图像进行了放大和处理,以尽量消除因人眼视觉误差对拼接精度产生的影响,提高拼接精度;最后进行了拼接验证。结果表明,该方法拼接出的焦面各片CCD之间的搭接误差〈3μm,两排CCD的平行度误差〈3μm,共面性误差〈5μm,满足空间光学遥感器的成像要求。     

空间大规模CMOS面阵焦平面拼接技术

为了提高空间遥感器的时间分辨率,采用更大规模的红外焦平面阵列和可见焦平面阵列是未来高时间分辨率空间遥感的发展趋势。目前,由于大规模阵列探测器受到CMOS工艺的限制,不能满足空间高时间分辨率发展的要求。为了满足大规模焦平面遥感应用的要求,提出了一种大规模阵列焦平面机械的拼接方法。该方法采用精密压电陶瓷电机,完成探测器焦平面的微米量级位置调整,并通过激光测距仪测量以及计算机平面拟合来确定探测器焦平面的空间位置,进而实现了大规模非连续CMOS焦平面阵列的机械式拼接。     

长线列长波红外探测器共面度评估模型

受热应力和边界条件的影响,长线列长波红外探测器工作时会产生变形,这可能会对芯片造成损伤或使光敏面出现不共焦。对热、力耦合条件下探测器的共面度进行评估,这是长线列长波红外焦面组件设计的重要内容之一。对可能引起探测器变形的因素进行了分析,通过有限元仿真确定其中的主要因素。以这些主要因素为变量,基于层合板理论,建立了热、力耦合条件下的长线列长波红外探测器共面度评估模型。对共面度评估模型进行了误差分析,确定了其引进的误差在工程应用上可接受。使用共面度评估模型对焦面组件的结构进行了改进,通过有限元仿真和实物测试的方法对改进的有效性进行了验证。验证结果表明:结构改进后,当探测器工作时,光敏面平面度的变化量由改前的170 μm减少至10 μm,满足小于20 μm的设计要求。     

大面阵红外探测器与低温冷平台集成后的应变测试研究

大面阵红外探测器是红外遥感仪器的核心元件。该类探测器大多由小规模面阵探测器拼接组成,与杜瓦低温冷平台集成后形成杜瓦组件。探测器在杜瓦低温冷平台上安装集成后的应力状态是影响芯片性能和寿命的关键因素。测试了低温时探测器在自由状态下和被安装在杜瓦组件内应变片的热输出,再利用两者的差值表征了探测器与杜瓦低温冷平台集成后的额外应变。以2000×512探测器组件为例,进行了测试验证分析,结果表明该方法可行。     

工程化双波段短波多元碲镉汞探测器

报道了在一个外尺寸为20mm×20mm×4．5mm充氮管壳内封装两个波段拼接的8元短波MCT探测器工程化组件。在155K工作温度下，探测器的DΔλ*为4～10×1011cmHz1／2／W，R0A为104～105Ωcm2；两探测器芯片共面度小于20μm，拼接精度为±5μm，并对该组件进行了一系列环境实验，现已用于系统，呈出高质量的图像。     

弹道相机面阵CCD焦平面的光学拼接

随着科学技术的发展,弹道相机也向着高分辨率、大视场方向发展.由于现有CCD不能满足大视场的要求,因此需要多个CCD进行拼接.本文研究了面阵CCD光学拼接技术,阐述了弹道相机光学拼接的原理和焦平面结构,对拼接误差进行了分析,并针对弹道相机采用两片1 K×2 K面阵CCD进行了拼接实验.实验结果表明,该方法的搭接误差＜2μ...     

超长线列红外探测器组件的低温面形研究

随着红外焦平面探测器阵列规模的不断扩大,由多层结构低温热失配形变导致的杜瓦可靠性问题愈发突出,对焦面低温形变的定量化表征需求越来越迫切。基于超长线列红外焦平面探测器冷箱组件开展焦面低温形变研究,针对多层结构粘接造成的焦面低温形变进行了理论仿真。设计了一种探测器工作温度90 K下焦面低温形变的测试方法。对比分析面形测试结果与仿真计算,低温下焦面整体下移,但变形曲线呈拱形。仿真得出两边芯片向下凹约9.24 μm,中间位置芯片向下凹1.36 μm。实验得出两边芯片向下凹约40 μm,中间位置芯片向下凹10 μm。数据差异与仿真材料的参数设置有关。验证了仿真结果的合理性,可为超长线列探测器焦面多层结构设计提供参考依据。     

基于摆停模式的航空大视场面阵热成像技术

针对目前基于单元探测器和线列探测器的红外成像仪不能较好兼顾大视场、高空间分辨率、高温度灵敏度的问题,研制了一套基于非制冷型面阵红外探测器的大视场热红外成像仪,实现了75°大视场、0.4 mrad空间分辨率和50 m K(NEΔT)温度灵敏度指标.建立了面阵摆扫图像畸变校正模型,较好地解决了面阵摆扫图像定位精度低和图像拼接裂缝问题.研究成果对大视场面阵摆扫红外成像技术的发展具有重要的参考价值.     

短中波红外长线阵拼接集成滤光片技术研究

空间光谱成像技术的发展使得探测器阵列与分光元件的集成成为一种趋势,长线阵拼接集成滤光片是空间多光谱成像仪实现焦平面集成分光的关键器件,在我国空间多光谱成像光学系统中需求明显。设计了4通道短中波红外长线阵拼接集成滤光片,采用离子束辅助轰击的电子枪蒸发方法制备了各通道窄带滤光片,利用专门研制的工装探索了拼接工艺,研制出了短中波红外长线阵拼接集成滤光片。测试结果表明:集成滤光片各通道平均透射率达到90%,最小带宽为230 nm （中心波长为4.95 μm）,光谱性能与设计结果吻合,满足性能指标要求。最小拼缝宽度仅为10 μm,拼缝不平行误差为1 μm,集成滤光片设计结构和拼接强度能够耐受抗振性试验。该集成滤光片已经在空间光学遥感仪器上成功应用。     

基于FPGA的多通道面阵CCD拼接成像系统

针对现有的CCD系统技术无法同时满足大面阵与高帧频的问题,提出了一种基于FPGA的高速多通道CCD拼接系统。采用智能化的AD芯片,配置生成精确且接收反馈的CCD驱动信号。调用FPGA内置的IP核,利用乒乓操作的思想操控DDR2完成多通道图像的拼接,百万像素CCD以100帧的速度处理。对多通道影响图像非均匀性进行分析,将处理图像的得到的参数反馈给AD芯片,实时调整各通道的增益,在硬件驱动电路上完成自适应非均匀性校正。经验证,该系统极大地提高了大面阵CCD的显示帧频,多通道拼接后获得较高成像质量。     

基于FPGA的大面阵CMOS相机高速率电子学系统设计

目前深空遥感探测多采用CCD作为高分辨率相机的传感器,相较于CCD,面阵CMOS驱动更简单、功耗更低、抗辐射能力更强,是深空遥感探测目前的发展趋势。为此,本文基于CMOSIS公司生产的型号为CMV20000,图像分辨率为5 120×3 840的CMOS探测器,设计完成了一个大面阵CMOS高分辨率相机,图像分辨率为5 120×3 840。详细阐述了以FPGA为核心的电子学系统的整体结构,结合CMV20000的工作模式和时序电路,实现了高分辨图像的高速传输以及数据校正。试验结果表明,设计的相机系统方案合理,解决了CMV20000数据无法对齐的数据校正问题,系统运行稳定可靠,安装光学系统后能够获取高质量图像。     

New CMOS readout circuit with background suppression and CDS for infrared focal plane array applications

A high injection, large dynamic range, stable detector bias, small area and low power consumption CMOS readout circuit with background current suppression and correlated double sampling (CDS) for a high-resolution infrared focal plane array applications is proposed. The detector bias error in this structure is less than 0.1 mV. The input resistance is ideally zero, which is important to obtain high injection efficiency. Unit-cell occupies 10 μm× 15 μm area and consumes less than 0.4 mW power. Charge storage...     

数字化中波红外焦平面探测器组件研究进展

介绍了美国、以色列、法国等西方发达国家在数字化中波红外焦平面探测器方面的研究现状及发展趋势。从数字读出电路（ROIC）角度出发,阐述了上述三个发达国家开发的列级ADC数字化中波红外焦平面探测器的最新研究成果。在SWaP概念牵引下,以色列、法国都推出了小像元（中心距为10 m及以下）、高温工作、数字化输出的百万像素中波红外焦平面探测器组件。最后介绍了昆明物理研究所在数字化红外焦平面探测器组件研究方面取得的最新进展。昆明物理研究所突破列级ADC数字读出电路关键技术后,研制出一系列中心距（15 m、20 m、25 m）的640512列级ADC数字化中波红外焦平面探测器组件,主要技术指标与国外同类数字化中波红外焦平面探测器组件相当。     

基于CMOS图像传感器的微型偏振成像遥感器研究

针对探测平台受体积的限制,提出了用CMOS探测器构建微小型偏振成像遥感器的思路,分析了其可行性,研制了一套微型CMOS偏振成像遥感器实验系统.利用该系统进行了野外偏振成像探测实验,结果表明其图像质量与CCD偏振成像遥感器获取的图像质量相当,为微型偏振成像传感器的研制和发展作出了有益的探索.     

12.5 μm长线列碲镉汞焦平面杜瓦组件

256×2碲镉汞焦平面模块由2个256×1元芯片和2个光伏信号硅读出电路模块平行对称组成,并分别与2个不同波段的微型滤光片以架桥式结构直接耦合后封装在全金属微型杜瓦内,形成了长波256×2长线列碲镉汞红外探测器件组件。基本解决了256×2焦平面杜瓦组件的关键技术,即高精度的组装技术、器件在冷平台上的热失配设计技术和高可靠性封装技术。对抑制杂散光、降低背景辐射、提高组件的可靠性等方面采取了一系列措施,使研制的碲镉汞焦平面器件获得了良好的性能,并进行了一系列空间适应性实验,实验前后的组件性能未发生明显变化,满足工程化应用的要求。     

基于TDI-CCD的红外焦平面探测技术

TDI-CCD器件是近年来发展起来的一种新型光电传感器,与普通线阵CCD相比具有很高的响应度和更高的灵敏度。基于TDI-CCD构成的红外焦平面探测器件灵敏度高,分辨率高,能在更低照度下工作,具有广阔的应用前景。本文详细介绍了它的工作原理及成像特点,并对器件结构、图像时钟、电荷包转移效率、同步控制等技术问题进行了讨论。