응시 배열

Staring array
"초점 평면 배열" 리디렉션전파 망원경에 사용되는 배열은 초점 평면 배열(방사선 천문학)을 참조하십시오.

응시면 배열 또는 초점면 배열(FPA)이라고도 하는 응시 배열은 렌즈의 초점면에 있는 광 감지 픽셀의 배열(일반적으로 직사각형)로 구성된 이미지 센서다.FPA는 영상 촬영(예: 사진 촬영 또는 영상 촬영) 용도로 가장 많이 사용되지만 분광측정, LIDAR, 파동-전면 감지 등 영상 촬영이 아닌 용도로도 사용할 수 있다.

전파 천문학에서 FPA는 전파 망원경의 초점에 있다.광파장과 적외선 파장에서는 다양한 영상 장치 유형을 나타낼 수 있지만, 일반적인 용어로 적외선 스펙트럼에서 민감한 2차원 장치를 가리킨다.다른 스펙트럼에서 민감한 장치는 일반적으로 가시 스펙트럼의 CCD(충전 결합 장치) 및 CMOS 이미지 센서와 같은 다른 용어로 언급된다.FPA는 특정 파장에서 광자를 검출한 다음 각 픽셀에서 검출된 광자의 수와 관련하여 전하, 전압 또는 저항을 발생시키는 방식으로 작동한다.그런 다음 이 전하, 전압 또는 저항을 측정하고 디지털화하여 광자를 방출하는 물체, 장면 또는 현상의 이미지를 생성하는데 사용한다.

적외선 FPA의 신청에는 미사일 또는 관련 무기 유도 센서, 적외선 천문학, 제조 검사, 소방용 열 영상촬영, 의료 영상 및 적외선 현상학(연소 관측, 무기 충격, 로켓 모터 점화 및 적외선 스펙트럼에 흥미로운 기타 사건)이 포함된다.

검색 배열과 비교

추가 정보:푸시 빗자루 스캐너 및 휘스크 빗자루 스캐너

감시 어레이는 검색 없이 원하는 시야 영역을 이미징한다는 점에서 검색 어레이 및 TDI(시간 지연 통합) 이미저와 구별된다.스캐닝 어레이는 선형 어레이(또는 매우 좁은 2-D 어레이)로 구성되며, 시간이 지남에 따라 2-D 영상을 생성하기 위해 회전 또는 진동 미러를 사용하여 원하는 시야를 가로질러 레이싱된다.TDI 이미저는 카메라의 움직임에 수직으로 이미지를 찍는 것을 제외하고 스캐닝 어레이와 유사한 방식으로 작동한다.시선 배열은 일반적인 카메라의 필름과 유사하다; 그것은 이미지 평면에서 렌즈에 의해 투영된 2-D 이미지를 직접 캡처한다.스캔 배열은 좁은 슬릿을 통해 찍은 사진과 함께 2D 이미지를 압착하는 것과 유사하다.TDI 이미저는 움직이는 자동차의 옆 유리창 밖으로 수직으로 미끄러져 나가는 것을 보고 자동차가 풍경을 통과할 때 길고 연속적인 이미지를 구축하는 것과 유사하다.

스캐닝 어레이는 직접 2-D 이미징을 위한 충분한 크기와 품질을 가진 2-D 어레이를 제작하는 데 있어 역사적 어려움 때문에 개발되고 사용되었다.최신 FPA는 최대 2048 x 2048 픽셀까지 사용할 수 있으며, 더 큰 사이즈는 여러 제조업체에 의해 개발되고 있다.320 x 256 및 640 x 480 어레이를 군사용이 아닌 애플리케이션에서도 사용할 수 있으며 저렴하다.

시공 및 자재

고품질 고해상도 FPA 구축의 어려움은 사용된 재료에서 비롯된다.CCD, CMOS 이미지 센서와 같은 가시적 이미저는 실리콘에서 제조된 반면, 성숙하고 잘 이해된 공정을 사용하여 IR 센서는 가시적이고 근거리 IR 스펙트럼에서만 민감하기 때문에 다른 이국적인 재료에서 제조되어야 한다.Infrared-sensitive materials commonly used in IR detector arrays include mercury cadmium telluride (HgCdTe, "MerCad", or "MerCadTel"), indium antimonide (InSb, pronounced "Inns-Bee"), indium gallium arsenide (InGaAs, pronounced "Inn-Gas"), and vanadium(V) oxide (VOx, pronounced "Vox").다양한 납염도 사용할 수 있지만 오늘날에는 덜 흔하다.이 물질들 중 어느 것도 현대 실리콘 결정의 크기 근처에서는 결정으로 자랄 수 없으며, 그 결과로 생긴 웨이퍼도 실리콘의 거의 균일성을 가지고 있지 않다.또한 IR에 민감한 픽셀의 배열을 구성하는 데 사용되는 재료는 각 픽셀의 결과적 전하, 전압 또는 저항을 측정 회로로 전달하는 데 필요한 전자장치를 구성하는 데 사용할 수 없다.이 기능 세트는 멀티플렉서, 즉 판독 집적회로(ROIC)라고 불리는 칩에 구현되며, 일반적으로 표준 CMOS 공정을 사용하여 실리콘에서 제작된다.그런 다음 검출기 어레이는 하이브리드화되거나 ROIC에 결합되며, 일반적으로 인듐 범프 본딩을 사용하며, 그 결과로 발생하는 어셈블리를 FPA라고 부른다.

일부 재료(및 그 재료에서 제조된 FPA)는 극저온에서만 작동하며, 다른 재료(저항성 아모르퍼스 실리콘(a-Si) 및 VOx 마이크로볼로미터 등)는 냉각되지 않은 온도에서 작동할 수 있다.일부 장치는 극저온적으로만 작동하는데 실용적이다. 그렇지 않으면 열 소음이 감지된 신호를 방해할 수 있기 때문이다.장치는 일반적으로 액체 질소(LN2)나 액체 헬륨 또는 열전 냉각기를 사용하여 증발적으로 냉각될 수 있다.

거의 모든 IR FPA의 특이한 측면은 특정 장치에 있는 픽셀의 전기적 반응이 균일하지 않은 경향이 있다는 것이다.완벽한 장치에서는 모든 픽셀이 적절한 파장의 광자 수가 동일한 경우 동일한 전기 신호를 출력할 수 있다.실제로 거의 모든 FPA는 픽셀 대 픽셀 오프셋과 픽셀 대 픽셀 사진 응답 불균일성(PRNU)을 모두 가지고 있다.비조명일 때는 픽셀마다 "영신호" 레벨이 다르고, 신호의 델타 조명이 될 때도 다르다.이러한 불균일성은 결과 영상을 광-반응을 정상화하기 위해 처리될 때까지 사용할 수 없게 만든다.이 보정 프로세스에는 제어 조건 하에서 특정 장치에서 수집된 일련의 알려진 특성화 데이터가 필요하다.데이터 보정은 소프트웨어, 카메라 전자 장치의 DSP 또는 FPGA 또는 최신 장치의 ROIC에서 수행될 수 있다.

IR FPA를 제작하고 사용하는 데 수반되는 저용량, 희귀한 재료 및 복잡한 공정은 유사한 크기와 해상도의 가시적 이미저보다 훨씬 더 비싸게 만든다.

조준면 배열은 AIM-9X Sidewinder, ASRAAM과[1] 같은 현대의 공대공 미사일과 대전차 미사일에 사용된다.

크로스 토크는 픽셀의 조명을 억제할 수 있다.[2]

적용들

3D LIDAR 이미징

초점 평면 배열(FPA)이 3D LIDAR 영상촬영에 사용된 것으로 보고되었다.[2][3][4]

개선사항

2003년에는 32 x 32 픽셀의 브레드보드가 FPA 간 상호 대화를 억제하는 기능을 갖춘 것으로 보고되었다.미 육군 연구소의 연구원들은 시준기를 사용하여 빵판의 레이저 빔을 수집하고 개별 픽셀로 유도했다.불이 켜지지 않은 픽셀에서는 여전히 낮은 전압 레벨이 관측되었기 때문에 크로스스토크로 조명이 차단되었음을 나타낸다.이 교차 토크는 마이크로스트립 라인과 FPA 내부 도체 사이의 용량성 결합에 기인했다.브레드보드에서 초점 길이가 짧은 수신기를 교체함으로써 콜리메이터의 초점을 줄이고 신호 인식에 대한 시스템의 임계값을 높였다.이것은 교차 대화를 취소함으로써 더 나은 이미지를 만들어냈다.[2]

또 다른 방법은 평평한 얇은 기질막(약 800앙스트롬 두께)을 FPA에 추가하는 것이었다.이는 FPA 영상 애플리케이션에서 픽셀 대 픽셀 교차 대화를 제거하기 위해 보고되었다.[5]또 다른 눈사태 광다이오드 FPA 연구에서는 인접 픽셀 사이의 참호 에칭이 교차 대화를 줄였다.[6]

참고 항목

참조

  1. ^ 공대공 무기 - 영국 공군
  2. ^ a b c 골드버그, A; 스탠, B.; 굽타, N. (2003년 7월)"미 육군 연구소의 다중 스펙트럼, 초경량, 3차원 영상 연구"(PDF)국제 핵융합 국제 회의[6일]의 진행.1: 499–506.
  3. ^ Marino, Richard M.; Stephens, Timothy; Hatch, Robert E; McLaughlin, Joseph L.; Mooney, James G.; O'Brien, Michael E.; Rowe, Gregory S.; Adams, Joseph S.; Skelly, Luke (2003-08-21). "A compact 3D imaging laser radar system using Geiger-mode APD arrays: system and measurements". In Kamerman, Gary W (ed.). Laser Radar Technology and Applications VIII. Vol. 5086. p. 1. doi:10.1117/12.501581. S2CID 110267445.
  4. ^ Marino, Richard M.; Davis, William Rhett (2004). "Jigsaw : A Foliage-Penetrating 3 D Imaging Laser Radar System". S2CID 18046922. Retrieved 2018-08-21.
  5. ^ D., Gunapala, S.; V., Bandara, S.; K., Liu, J.; J., Hill, C.; B., Rafol, S.; M., Mumolo, J.; T., Trinh, J.; Z., Tidrow, M.; D., LeVan, P. (May 2005). "1024 x 1024 pixel mid-wavelength and long-wavelength infrared QWIP focal plane arrays for imaging applications". {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  6. ^ Itzler, Mark A.; Entwistle, Mark; Owens, Mark; Patel, Ketan; Jiang, Xudong; Slomkowski, Krystyna; Rangwala, Sabbir; Zalud, Peter F.; Senko, Tom (2010-08-19). Dereniak, Eustace L; Hartke, John P; Levan, Paul D; Sood, Ashok K; Longshore, Randolph E; Razeghi, Manijeh (eds.). "Design and performance of single photon APD focal plane arrays for 3-D LADAR imaging". Detectors and Imaging Devices: Infrared, Focal Plane, Single Photon. SPIE. 7780: 77801M. Bibcode:2010SPIE.7780E..1MI. doi:10.1117/12.864465. S2CID 120955542.