תוכנן, ייוצר ואופיין גלאי חדש, הכולל את הטכנולוגיה L3 CCD (L3Vision™) של e2v לשימוש ביישומי (Light Detection And Ranging) LIDAR. המגבלה הכי קריטית בביצועים היה הדרישה לאסוף מטען משטח גילוי של 120um2 עבור חלון דגימה זמני של 667 ננו-שניות, עם ערב-דיבור (crosstalk) נמוך בין דגימות עוקבות, עם תצוגת אותות בעלת רעש יעיל תת-אלקטרוני. דרישות נוספות כללו אות חושך נמוך, יעילות קוונטית גבוהה באורך-גל לייזר של 355 ננו-מטר והיכולת לטפל בהדי לייזר בהירים, מבלי לפגוע באותות השימושיים היותר חלשים.
ארכיטקטורת הגלאי השתמשה בשיטת -binning מטען מהיר כדי לשלב אותות מכל חלון דגימה לתוך מנת מטען יחידה. זו עברה לאחר מכן דרך אוגר הכפלה (EMCCD) הפועל בשבח טיפוסי של 100X אל מעגל גילוי מטען רגיל. הגלאי השיג יעילות קוונטית של 80% ורעש כולל בחשיכה של פחות מ-0.5 אלקטרונים rms. פיתוח הגלאי נתמך על-ידי ESA (European Space Agency).
ה-CCD תוכנן לקראת שימוש אפשרי במכשיר LIDAR מבוסס-חלל עם חלון דגימה זמני של 667 ננו-שניות כדי לקבל רזולוציה מרחבית של 100 מ’. מבט כללי מפושט של המכשיר ופעולתו מוצגים באיור 1. שימוש בלייזר של 355 ננו-מטר דרש יעילות קוונטית גבוהה באורכי-גל אולטרה-סגולים וחייב מבנה CCD בעל תאורה אחורית (Back Illuminated). גודל הכתם האופטי ובעיות כוונון דרשו משטח הדמיה של 120 מיקרו-מטר מרובע ומספר חידושים בהתקן כדי להפיק את המטען ממשטח גילוי זה עם ערב-דיבור נמוך בין דגימות אטמוספריות עוקבות נשקלו בשלב התכנון. סוכם כי binning מטען מקובל בתהליך דו-שלבי היווה את הגישה בעלת הסיכון הנמוך ביותר.
פרמטרי התקן קריטיים
יעילות קוונטית
המערכת דורשת יעילות קוונטית גבוהה של מעל 70% ב-355 ננו-מטר. דבר זה הושג על-ידי CCD בעל תאורה אחורית עם השתלת היונים התקנית (ממוטבת ל-UV) של e2v וטיפול במשטח אחורי מחושל של הלייזר, ביחד עם ציפוי מיוחד נגד החזרה. מאחר שההתקן מתוכנן לגלות אורכי-גל UV ולא היו לו דרישות של רזולוציה מרחבית תובעניות, עובי הסיליקון וההתנגדות הסגולית אינם קריטיים לצורכי ביצועים אופטיים ונבחרו עבור ביצועים ממוטבים מאוגד השבח (gain register) L3.
אות חושך
אות החושך (dark signal)הדרוש הוא פחות מ-0.3 אלקטרונים לדגימה אטמוספרית במוד LIDAR. ערך נמוך זה השפיע על בחירת ארכיטקטורת ההתקן והביא לרעיונות בהם שבח הכפלה (multiplication gain)הופעל על האותות בשלב המוקדם ביותר האפשרי. זה דרש מאוגר ההכפלה לפעול בתדר של 1.5 מגה-הרץ כדי להתאים לקצב הדגימה של האות. ארכיטקטורות אשר אכסנו את האותות לפני ההכפלה בקצב שעון נמוך יותר נדחו. אף עם הארכיטקטורות הממוטבות אות החושך הצפוי ב-20oC+ היה בערך 4 אלקטרונים לדגימה וערך זה נשלט על-ידי התרומה מאוגר ההכפלה.
טכניקות דוגמת ה-”פעולה במוד מהופך” או פעולת שעון ברטט אינן ישימות באוגרי הכפלה מאחר שגודל המטען הנובע מהשעון המופק באוגר ההכפלה גדל בצורה דרמטית בתנאים אלה. לכן רק שתי אסטרטגיות היו זמינות כדי למלא את הדרישות. ראשית יש לקרר את ה-CCD לטמפרטורה בתחום -10oC עד -20oC ( הערך הדרוש אושר ניסיונית בתכנית). שנית, רוחב אוגר ההכפלה ולכן שטח היצירה של זרם החושך צומצמו בקצה המבוא שם רמות האותות נמוכות, וירדו לערך נורמלי לקראת קצה המוצא, כדי להתאים לאות המתגבר.
אוגר השבח (אוגר ההכפלה) L3
על-מנת להשיג את ביצועי הרעש הנדרשים היה צפוי שיהיו דרושים שבחי הכפלה בין 50 ל-200. תחום זה מושג בנקל עם אוגר שבח הדומה לזה ששימש בתכנוני טכנולוגיות של e2v אשר השתמשו בכ-500 דרגות הכפלה. מלבד היצרות רוחב האוגר אשר נדונה לעיל האוגר הוא בעל תכנון רגיל הדומה לזה המשמש לדוגמה ב-CCD87.
יציבות שבח ההכפלה נבחנה שוב מאחר שהיא תלויה בטמפרטורה ובמתחי ההפעלה, והיא פונקציה חזקה של האמפליטודה של פולס המתח הגבוה של השעון (RO2HV). ניתוח תוצאות של התקנים אחרים רמז שיציבות טמפרטורה של ±0.25oC ויציבות מתח של 4 מילי-וולט יהיו דרושות כדי להשיג את יציבות השבח הדרושה. חלק משלב האפיון של התכנית היה להוכיח שרמות אלה הן בנות-השגה.
השוואה עם התקנים אחרים גם רמזה שניתן להשיג רמות הליניאריות הדרושות בעזרת תכנון אוגר סטנדרטי עבור רמות אותות המערכת וטווח השבחים שנדון לעיל.
כדי לאפשר כיול של שבח ההכפלה ומדידה של הליניאריות הוצע מבנה של מבוא חשמלי בתחילת אוגר השבח, על בסיס מבנים דומים אשר שימשו בהתקני ניסוי שיוצרו על-ידי e2v. מבוא חשמלי הועדף על-פני השיטות האופטיות מאחר שהוא מאפשר בקרה יותר טובה ומדידת המטען לשם כיול.
ידוע שעבור אמפליטודה של מתח גבוה קבוע של שעון האוגר, שבח ההכפלה על השבב נופל בשעה שמריצים את ההתקן [2]. תהליך זה ידוע כהזדקנות (ageing) והוא תלוי בכמות הכוללת של מטען המועבר דרך אוגר ההכפלה. כדי למרב את החיים השימושיים של החיישן חשוב לוודא שרק האותות הרצויים מועברים דרך האוגר. מחזור העבודה הנמוך של המערכת, 400 דגימות אותות ב-10 מילי-שניות, יבטיח רמת הזדקנות סבירה במהלך חיי המשימה.
Antiblooming ו-dump drains
מבני ניקוז שונים דרושים בהתקן כדי להרחיק אותות בלתי-רצויים או עודפים. ניקוזי antiblooming אינם יכולים להיות כלולים בחלק ההדמיה מאחר שבמפרט נכללת דרישה למדידת בהירות ה”אות בשידור לייזר” המוחזר מקומית. אות זה עשוי לגלוש מעבר לקיבול הפיקסלים בחלק ההדמיה אך עדיין ניתן למדוד אותו אם האות העודף בפיקסלים אחדים מסוכם ביחד. אפשר להשתמש בניקוזantiblooming באוגר השבח (דומה ל-CCDs L3 אחרים) כדי להגביל אותות עודפים באוגר ההכפלה, כגון הדים ממראות, ולמנוע שאותות אלה ישבשו נתונים שימושיים או יישנו את האוגר יתר על המידה.
מבני dump drain (ניקוז הפסולת), הדומים לאלה המשמשים בCCDs- סטנדרטיים להדמיה, יכולים לשמש להרחקת ה”אות בשידור הלייזר” אם אין צורך למדוד אותו.
איסוף האות מגלאי 120 מיקרו-מטר
יש לשלב מטען הנוצר בתוך שטח הגלאי של 120 מיקרו-מטרים רבועים בפרק זמן של 667 ננו-שניות לאלמנט CCD יחיד במבוא לאוגר השבח. תהליך זה צריך למזער את ערב-הדיבור בין דגימות זמניות עוקבות. העברת המטען דרך פיקסל יחיד בממד זה הייתה איטית ביותר, במיוחד ברמות האות המאוד נמוכות (~1e- לדגימה) בהן החיישן אמור לתפקד. נשקלו מספר ארכיטקטורות להשגת הביצועים הדרושים, אך סוכם שהסיכון הנמוך ביותר היה השימוש ב-binning clocked רגיל של מטען במערך של פיקסלים קטנים יותר. לכך יש יתרון משני ששטח החיישן ניתן להפעיל במוד הדמיה רגיל למטרות כיוונון וכד’. המספר והגודל של הפיקסלים בהם הגלאי מחולק נקבע על-ידי הפשרה בין תדר השעון ויעילות ההעברה. מספר גדול יותר של פיקסלים קטנים יותר דורש תדר שעון גבוה יותר כדי לקוראו בזמן הזמין. מספר קטן יותר של פיקסלים גדולים יותר היה מפחית את יעילות ההעברה בשל זמן מעבר המטען היותר איטי, העולה בערך כמו החזקה השלישית של ממד הפיקסל. מערך פיקסלים 6×6 של 20 מיקרו-מטרים רבועים נמצא כאופטימום. גודל פיקסל זה מאפשר הפעלת שעון ב-24 מגה-הרץ עם יעילות העברה טובה, המאפשרת שישה פיקסלי הדמיה ושני פיקסלים של תמונה גולשת להיות מאוחסנים (binned) בתוך פרק דגימה של 667 ננו-שניות, עם זמן מספיק הנותר עבור הפעלת שעון האחרת הדרושה. עבור רמות טיפוסיות של יעילות העברת המטען, ערב הדיבור בין דגימות ארעיות עוקבות של האות האופטי נשלט על-ידי ה”מריחה של הזזת המסגרת” בחלק ההדמיה. פותח מודל לחישוב הדבר עבור תחום של גדלים ומצבים של כתמים אופטיים ואושר שאפשר להגיע לערך הנקוב של 13%.
ארכיטקטורת ההתקן
ארכיטקטורת ההתקן מוצגת באיור 2 ומתוארת בפרקים הבאים.
מכלול ההדמיה
מכלול ההדמיה מורכב ממערך מרכזי של 6×6 פיקסלים עם תוספת של שורות ועמודות כדי למזער את אפקט הקצוות. מטען מהעמודות הנוספות בכל צד מועבר ישירות לניקוז בצמוד לאוגר ה-binning (לא מוצג בסכימה). לחלק ההדמיה 10 שורות כאשר האזור הרגיש לאור מוגדר על-ידי סיכוך מתכתי קל, המשוקע ישירות על ה-CCD. אלקטרודות שעון דו-שלביות משמשות לשם פישוט קצב השעון המהיר הדרוש לביצוע binning של המטען. מטען מכל חלק ההדמיה מופנה לתוך באר סיכום (Summing well – SW) הסמוכה למאגר הbinning-, אך מבודדת ממנו על-ידי שער העברה (TG) נפרד המחובר לשעון.
אוגר ה-binning
אוגר ה-binning מקבל מטען האות מחלק ההדמיה והוא מתוזמן להעביר שורת מטענים בתוך האלמנט הראשון של אוגר השבח. לאוגר ה-binning מבנה אלקטרודה בעלת ארבעה שלבים, הכולל את שתלי המחסום המשמשים באלקטרודות בעלות שני שלבים. הדבר מאפשר העברת מטען דו-סטרית עם צורות-גלים של שעון דו-שלביים פשוטות על-ידי זוגות אלקטרודות שחוברו בהתאם. העברת המטען בכיוון ההפוך (ללא binning) מנוצלת כאשר ההתקן מופעל במוד הדמיה פשוט. בור ניקוז בעל שער לאורך הצד של אוגר ה-binning מאפשר ניקוז ישיר של כל האותות הבלתי רצויים ללא צורך להעבירם דרך אוגר ההכפלה.
אוגר ההכפלה
אוגר ההכפלה דומה לזה ששימש ב-L3 CCDs אחרים של e2v, מלבד הרוחב המוקטן בקצה המבוא, כמוסבר לעיל. הוא בנוי מ-520 דרגות הכפלה עם דרגות נוספות ללא הכפלה בשני הקצוות, בהתאם לתקן. ניקוז antiblooming מוצב לכל אורך האוגר לשם סילוק מטענים עודפים מכל אות בהיר מאוד.
מעגלי מוצא
ההתקן כולל שני מעגלי מוצא עצמאיים בעלי ביצועים נומינליים זהים. מוצא 1, מוצא אוגר השבח, משמש במוד ה-LIDAR בשעה שמוצא 2 הנמצא בקצה השני של אוגר ה-binning משמש במוד ההדמיה, לצורכי כיוונון או למדידת ה”אות בשידור הלייזר” הבהיר המוחזר מקומית. לשני המוצאים היענות נומינלית של 3 מיקרו-וולט לאלקטרון, הם מסוגלים לפעול בקצב שעון של 1.5 מגה-הרץ והם בעלי רעש קריאה של 10 אלקטרונים rms בקצב הזה.
מבנה הזרקת המטען
מבנה הזרקת המטען מורכב מדיודת מבוא ושער בעל בקרה נפרדת. הוא משמש לרוב בצירוף למקור זרם מדויק כדי להזריק כמות ידועה של מטען לתוך אוגר השבח בכל מחזור של השעון. שבח ההכפלה נמדד אז ישירות כיחס בין זרם האות במוצא של אוגר השבח (reset drain current) וזרם המבוא. ניתן לכבות את מעגל הזרקת המטען כאשר הוא אינו דרוש על-ידי הזנת ממתח חיובי מתאים (לרוב +20 וולט) לדיודת המבוא.
4רצף הפעולה במוד LIDAR
מבט כללי על פעולת מוד ה-LIDAR מוצג באיור 3, בעוד איור 4 מראה פרטים של רצף השעון המשמש בפרק הרכישה כאשר האותות מועברים מחלק ההדמיה אל אוגר ההכפלה. במשך תקופת ה-”stand-by” חלק ההדמיה מסונכרן עם שער האשפה המוחזק גבוה כדי לסלק מטען בלתי רצוי בניקוז הפסולת. בזמן ה”רכישה” מטען הנוצר ע”י האור משולב בחלק ההדמיה ואח”כ מועבר במהירות בצורה אנכית לתוך באר הסיכום. שילוב ו-binning זה קורים ב-667 ננו-השניות הראשונות של פרק הדגימה. במשך פרק דגימה שני, כאשר אות הדגימה השני משולב, הדגימה הראשונה מועברת (binned) לאוגר ה-binning. הדגימה הראשונה מועברת אופקית לתוך אוגר השבח בעוד הדגימה השנייה מועברת לתוך באר הסיכום. במהלך כל תקופת דגימה עוקבת אות הדגימה הראשון מתקדם שלב אחד לאורך אוגר השבח ומוכפל. כאשר הצטבר סט של ה-400 הדגימות הדרושות בתוך אוגר ההכפלה ההתקן ממותג למוד הקריאה. במוד זה פעולת השעון של אוגר ההכפלה נמשכת באותו תזמון, אך שעוני ההדמיה ואוגר ה-binning נעצרים כדי למנוע זליגה לתוך צורת-הגל של מוצא הוידאו.
לאחר השלמת הקריאה ההתקן חוזר למוד ה-”standby”. אוגר ההכפלה מסונכרן ברציפות במחזור פעולה קבוע במהלך כל הרצף כדי להקל על קיום אמפליטודה יציבה של כ-40 וולט, כנדרש כדי לקבל שבח של 100X.
תכנון הזיווד
הזיווד אשר שימש בשלב הפיתוח לא חייב להיות מארז תעופתי. הדרישה העיקרית הייתה לאפשר אמצעי פשוט לשמירה על טמפרטורה יציבה של ההתקן שלC -10o עד C -20o לשם עריכת בדיקות. המארז היה אפוא מבוסס על רכיב סטנדרטי ששימש את e2v עבור L3 CCDs אחרים. זהו זיווד עשוי kovar עם מצנן פנימי חד-שלבי Peltier.
צילום של ה-CCD במארז שלו מוצג באיור 5.
שבב ה-CCD וחיישן טמפרטורה נתונים בתוך מסגרת קראמית, המותקנת על הצד הקר של המצנן, עם פסים מכניים לשם חיבור לפינים של המארז. למארז חלון ספיר אטום בתוך מסגרת kovar , כשהתפר מולחם לגוף המארז. לחלון ציפוי נגד החזרות המקנה פחות מ-1% החזרה ב-355 ננו-מטר. למארז צינור משאבה אינטגרלי והוא אפוי ומרוקן ולאחר מכן ממולא קריפטון לפני האיטום.
ייצור ההתקן
אצוות פרוסה של חיישנים עובדו באזור ייצור טכנולוגיות פרוסה של e2v ב-Chelmsford, תוך שימוש בתהליך הייצור הסטנדרטי של פולי-סיליקון ב-4 רמות המשמש ל-L3 CCDs אחרים. הפונקציונליות הבסיסית של ההתקן הוכחה ראשית בדגימות מוארות בחזית ולאחר מכן הפיסות קיבלו את העיבוד הנוסף הדרוש עבור התקנים בעלי הארה אחורית. הוא כלל שקיעה וקישוט של סיכוך קל כדי לכסות את הכל מלבד אזור הדמיית הפיקסלים 6×6 עם מסגרת של 1 פיקסל.
ביצועי ההתקן
הביצועים האלקטרו-אופטיים של מספר התקנים מוארים מאחור נקבעו ב-e2v טכנולוגיות תוך שימוש במצלמת ניסוי הנדסית עם מקור אור בנוי במיוחד, אשר יצר אות של הד LIDAR מדומה. המקור השתמש בשני LEDs ודיודת לייזר שניתן היה להפעיל בנפרד על-ידי פולסים של זרם מבוקרים על-ידי בקר רצף של שעון ה-CCD כדי לקבל תחום רחב של רמות ותבניות אות.
שבח ההכפלה
נמדדו האמפליטודות במתח גבוה של פולסי שעון הדרושות ליצור שבח של X50 ו- 200X ב–20oC ושבח של X100 ב–20oC, -15oC ו–10oC. תנאי הפעלה אלה שימשו לבדיקות המשך כדי לקבוע את נקודת ההפעלה המומלצת שהוותה חלק ממטרות האפיון. כל ההתקנים היו מאוד דומים ודרשו כ-40 וולט עבור שבח של X100 ב-20oC-, אשר היווה את התנאי המומלץ הסופי.
יציבות שבח ההכפלה נמדדה כתחום שיא-לשיא של רמת האות הממוצעת של כל סט של 400 דגימות אות (שוות ערך להד מפולס לייזר בודד) במשך תקופה של 15 שניות במוד LIDAR עם תאורה קבועה מאחד ממקורות האור של LED. הערך שנמדד 0.8% ± עובר את ערך המפרט של 1%. אולם, בדיקה נוספת של המדידות קבעה שהשינוי ברמה הממוצעת של 400 הדגימות נשלטה על-ידי רכיב הרעש האקראי בשל רעש ה-shot של הפוטון וגורם הרעש העודף (ראה פרק 7.4). חישוב האות הממוצע של סטים עוקבים של 4×400 דגימות נתן יציבות שבח במסגרת המפרט. הדבר הוכיח שניתן להשיג את הרמות הדרושות של יציבות מתח וטמפרטורה.
יעילות קוונטית
היעילויות הקוונטיות (quantum efficiency – QE) של שני התקנים טיפוסיים ב-355 ננו-מטר היו 81.8% ו-81.6% אשר תאמו למפרט של >70% עם רזרבה מסוימת. אולם נצפה שדגימת התקן אחרת הציגה אי-יציבות מסוימת של יעילות קוונטית במשך הזמן ולכן נערכה חקירה. הוסכם שההסבר הסביר ביותר של השינויים שנרשמו היה שזיהום נדיף מתעבה על ה-CCD בשעה שהוא מקורר.
רעש כולל בחושך
הרעש הכולל בחושך, הכולל את תרומת רעש ה-shot בזרם חושך, נמדד עבור אותו סט של תנאי הפעלה כמו שבח ההכפלה. ערכים טיפוסיים היו 0.43e-rms לדגימה עבור שבח של X100 ב-20oC- עם ערכים משמעותית יותר גבוהים עבור שבח נמוך יותר או טמפרטורה גבוהה יותר ורק הפחתה קלה בשבח של X200 ו-20oC-.
תרומת רעש הקריאה לסה”כ הייתה כ-0.15e-rms מאחר שהתרומה הממשית מהמגבר והמערכת (15e-) מוקטנת על-ידי השבח של אוגר ההכפלה.
גורם הרעש העודף
כאשר משתמשים בשבח הכפלה, קיימת תרומה נוספת לרעש בשל האופי הסטוכאסטי של תהליך הכפלת המטען. גורם הרעש העודף, F, מוגדר כרעש ביחס למבוא עם שבח מחולק על-ידי הרעש ביחס למבוא ללא שבח, בתנאים של רעש קריאה אפס. אם במהלך תהליך ההכפלה מניחים שכל אלקטרון של האות מתנהג עצמאית מכל אלקטרוני האות האחרים.
כדי לחקור תופעה זו, נערכו מדידות של גורם הרעש העודף עבור שבחי הכפלה שונים והוברר שרמת אות המבוא בה נרשם הרעש העודף המלא ירדה עם עליית השבח. נקודת השבר התאימה בערך לרמת אות מוצא קבועה. לכן נחשד שהתופעה הייתה בשל מטען האות הבא במגע עם מלכודות במשטח הסיליקון. ניתן היה לצפות שלמלכוד זה והשחרור לאחר מכן של מטען תהיה השפעה מחליקה על הרעש העודף. המלכוד גם אמור היה להגדיל את אי-היעילות של העברת המטען (CTI) ולכן נערכו מדידות עבור מגוון שבחים ורמות אות. התוצאות הטיפוסיות מובאות באיור 6, המראה את האות השיורי בדגימות חושך עוקבות לאחר גוש של 400 דגימות מוארות במוד ה-LIDAR במגוון רמות אות. ברור שקבוע זמן השחרור של המלכוד גדל ברמות אות גדולות יותר. הפעולה ההדדית של המטען עם מלכודות איטיות אלה עשויה להיות בעלת השפעת החלקה יותר משמעותית על הרעש העודף.
במקביל לפיתוח ההתקן, עבודה אחרת ב-e2v הראתה שתכנון מרכיבי אוגר ההכפלה לא היה ממוטב ושינויים קטנים בתסדיר עלולים לגרום לעליות משמעותיות ברמת האות שניתן להעביר ולהכפיל ללא מגע עם מלכודות המשטח.
אות החושך
אות החושך במוד ה-LIDAR לא ניתן למדידה ישירה אך הוערך מתוך הרעש הכולל בחושך, רעש הקריאה וגורם הרעש העודף. אות החושך המוערך היה פחות מ-0.1 אלקטרונים לדגימה ב–20oC עם שבח של X100 נתון העונה למפרט של <0.3 אלקטרונים.
ערב-דיבור
ביצועי ערב-הדיבור של <1.7% שנמדד ברמת אות של 500e- לדגימה הם בהחלט בתוך המפרט של <13%. ערך זה מושג עם כתם אור בקוטר 20 מיקרו-מטר הממוקם במרכז חלק ההדמיה ועם פולס אופטי של 667 ננו-שניות המתחיל ומסתיים בערך באמצע “העברת מסגרת”. כאשר הכתם נע אנכית, ערב-הדיבור המוביל או המסיים עולה, בהתאם לתחזיות הדגם.
ליניאריות
בתנאי ההפעלה המומלצים טעות בליניאריות של <1% נשמרה עבור רמות אות מבוא עד 1300e בשבח X100 המכסה את התחום המוגדר של אותות דגימה אטמוספריים. אות “הד הקרקע הנורמלי” המוגדר כ-1900e גרם לשגיאת ליניאריות של לא יותר מ-4%.
כן בוצעו מדידות ליניאריות נוספות אחדות כדי לחקור את הליניאריות עד לרמות אות מאוד נמוכות. השימוש במעגל הזרקת המטען מוגבל לרמות אות בינוניות בשל נוכחות זרמי זליגה.
לכן תוכננה מדידה חלופית המבוססת על מבואות אופטיים. התוצאות של מדידה זו מוצגות באיור 7, המאשר שביצועי ליניאריות טובים נשמרים עד לרמות אות מבוא נמוכות מאוד.
הצגת מוד ה-LIDAR
ביצועי ה-CCD במוד ה-LIDAR הוכחו תוך שימוש באותות שונים המופקים על-ידי מקור הפולסים האופטיים כדי לדמות הדים אטמוספריים מקומיים ושל קרקע. דוגמה מוצגת באיור 8.
הוא מציג 256 רכישות עוקבות כאשר במהלך כל אחת מהן רמת האות מה-LEDs הועלתה בשורת צעדים, ונרכשו 50 דגימות בכל רמת אות, ואחריהם פולס קצר (במשך 20 ננו-שניות) מדיודת הלייזר לשם הדמיה של הד הקרקע.
הזדקנות
כל אפיוני ההזדקנות הקודמים בוצעו על חיישנים מסוג TV בטמפרטורת החדר. אפיון בסיסי של הזדקנות בתנאי מערכת LIDAR נערך אפוא על התקנים אלה.
בדיקות ההזדקנות בוצעו בארבעה התקנים מוארים בחזית. הם אופיינו לפני ואחרי ההזדקנות תוך שימוש בתת-ערכה של הבדיקות שנערכו על התקנים בעלי תאורה אחורית.
במשך תקופת ההזדקנות זוג אחד של התקנים, המכונים A ו-B, הופעלו עם אמפליטודה קבועה של Rø2HV ושבח ההכפלה שלהם נבדק. הזוג השני של התקנים המכונה C ו-D הופעלו בשבח קבוע נומינלי של X100 עם ה-Rø2HV מכוון בכל נקודת מדידה לשם שחזור השבח.
ההתקנים הופעלו ב–20oC והוארו בפולס אור כדי לקבל אות שווה-ערך להד הקרקע כל 10 מילי-שניות. לאחר תקופת הזדקנות של 2700 שעות, קצב הפולסים הוגבר בגורם של 10 למשך 914 שעות נוספות בניסיון להאיץ את ההזדקנות. גרפים של שבח או אמפליטודות במתח גבוה של השעון הדרושות כנגד זמן שווה-ערך (שונה בקנה מידה של 10 בתקופה השנייה) הראה גרדיאנט קבוע של ההעברה המראה שהאצת ההזדקנות הייתה כמצופה. תוצאות דגימה עבור התקני A ו-B מוצגות באיור 9.
ניתן היה לשחזר את השינוי בשבח על-ידי הגדלת אמפליטודת השעון של בערך 1 וולט. אחרי כיוון של מתח השעון התכונות האופטיות של ההתקנים נותרו ללא שינוי משמעותי. ניסויים עם התקנים אחרים הראו ששינוי מרבי של 5 וולט הוא קביל לפני שקורת הורדה בביצועים ודבר זה מביא לתחזית אורך-חיים של בערך 9 שנים עבור מערכת LIDAR.
מסקנות
פיתוח זה הוכיח את הפוטנציאל של טכנולוגיית L3Vision™ לספק רמות תת-אלקטרוניות של רעש כולל בחושך ביחד עם יציבות שבח מתאימה כדי לאפשר שיקול של השימוש שלה במכשירי מדידה. אפשר לשמור על תכונות אלקטרו-אופטיות אחרות האופייניות ל-CCDs סטנדרטיים.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת אלקטרונדארט בע”מ, נציגתה הבלעדית של חברת E2V בישראל.
