1024×512 InGaAs 面積アレイ検出器     


A97A530M1-A InGaAs 面配列検出器は、主に1024×512 InGaAs 感光チップ、読み出し回路(ROIC)、一次熱電クーラ(TEC)で構成され、金属パッケージに封入されています。
短波赤外イメージングやハイパースペクトルイメージングなどの分野で使用可能です。




製品 モデル


名称 モデル 価額
1024×512 InGaAs アレイ検出器   [PDF]  [RFQ]

A97A530M1-A
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パラメータ


主要パラメータ


検出器の主要仕様

パラメータ

典型値

応答波長範囲(μm)*1

0.95 ±0.05~1.65±0.05

ピクセル充填率(%)

100

有効ピクセル率(%)*2,3

≤99.5

ノイズ電子数(e-)*3

≤240

ダーク電流(nA/cm²)*1


ダイナミックレンジ(dB)*1


電圧変換利得(μV/e-)

≤10

飽和出力電圧(V)

≥55

応答不均一性(%)*3

≤5%

最大量子効率(%)

≥70%

読み出しモード

IWR、ITR

出力チャネル数

8

最大読み出し速度(MHz)

20

最大フルフレームレート(Hz)

250

出力モード

行選択対応

 *1 焦平面チップ温度 = 25℃

 *2 光信号半分検出付近条件下で、応答信号が平均値から50%以内に収まるピクセルの割合

 *3 試験条件:チップ温度 = 25℃、高利得、積分時間 11.2ms、ITR モード

 

光学パラメータ


1.光学構造

本検出器は、1024×512素子の InGaAs 焦平面を使用しており、周辺に 8 列の冗長素子を備えています。つまり、総ピクセル数は 1040×528 です。
ピクセル形状は正方形で、感光サイズは 30 μm × 30 μm、ピクセル中心間距離は 30 μm です。


tu5.png


量子効率(典型値)


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電気特性


1.検出器ピン配置図


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2.検出器ピンの説明


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TU9.png

注記:
DC 入力は検出器全体のノイズに直接影響するため、DC 入力電源のリップルノイズには以下の要件があります。

VDDA < 2 mVVDDD < 10 mVVREF / VNDET < 0.3 mVVBOP, VBOUT < 1 mV

 

 

3. 検出器タイミングの説明

全体読み出し回路の駆動タイミングパルスは、以下の図に示します


TU10.png


増幅後、トリガレベル ST におけるタイミングの詳細は以下の通りです


tu11.png


全体のタイミング要件は以下の通りです

tu12.png


IWR モード

全体読み出し回路の駆動タイミングパルスは、下図の通りです


tu13.png

注記:
IWR モードの全体タイミングは ITR モードと同じです。主な違いは、STROW、STROWCOL、STCOLOP、および STCOL が SH1 の下降エッジの後にまとめて移動している点です。
STCOL、STCOLOP、STROWCOL のタイミングを詳細に示すと、下図の通りです。

STCOL の立ち上がりエッジは、CLKROW の立ち上がりエッジから y 回目の CLKCOL サイクル後に発生します。

STCOL 高レベルパルス内の STCOL 立ち上がりエッジは、各行の最初のピクセルの出力開始位置です。局所増幅後の回路駆動タイミングパルスは、下図の通りです。


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全体タイミングの要件は以下の通りです

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注記:

1.RESET 高レベルは積分時間を含み、長さは調整可能です。Tframe はフレーム周期、Tint は積分時間です。SH1 高レベルは基準電圧 VOUTR のサンプリング時間、SH2 高レベルは信号電圧 VOUTS のサンプリング時間を示します。実際の積分時間は SH1 の立ち上がりエッジから SH2 の立ち上がりエッジまでです。

2.本素子のピクセルデータは 528 行 × 1040 列です。各行の最初の列ピクセルの開始位置に注意してください(パルス詳細参照)。CLKROW のクロック周期は CLKCOL の 70 倍で、130×8=1040 列のデータ読み出しに加え、80 の浮動データがあります。80 の浮動データは列の末尾に集中し(空でないデータ)、16 データが 1 サイクル、合計サイクルは 5 回です。

3.行選択パルス SEL128 が LOW の場合は 528 行全データを読み出し、HIGH の場合は 144 行のみを読み出します(128 行は上下に重畳、8 行は冗長)。

4.528 行を読み出す場合は 530 STCOL が必要(2 行は冗長)、144 行を読み出す場合は 146 STCOL が必要(2 行は冗長)。

5.EOSROW は信号出力の行監視レベル、EOSCOL は信号出力の列監視レベルです。

6.単一データの読み出しサイクルは Tcol/2、すなわち各列クロックで 2 ピクセルを読み出します。

7.検出器の輸送および使用中には静電防止対策を行ってください。

8.検出器の通電前に、電源の接続状態と設定値を確認し、各チャンネルの消費電力が 2W を超えないことを厳守してください。信号出力端子の短絡は禁止です。

9.電源が外部供給の場合、まずアナログ電源を同期で供給し、その後デジタル回路に通電します。この間の待機は不要です。

10.1040×528 ピクセルは行単位で読み出されます。1 行目の読み出し後、1、2、3、528 行目を順に読み出します。全列のピクセルは 8 チャンネルで並列に読み出され、8 列を 1 サイクルとします。8 チャンネルの並列出力(VOUT1~VOUT8)の概略図は以下の通りです。


tu15.png


4. 検出器周辺回路の推奨図


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熱特性


熱電クーラ特性

本検出器は一次熱電クーラ(TEC)を内蔵しています。放熱面の中心は検出器底面の中心に位置します。放熱面積は 40 mm × 33 mm です。性能パラメータは以下の表に示します。


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この性能指標は、焦平面とパッケージ構造の放熱面との温度差を指します。

温度センサ特性本検出器は温度センサとしてサーミスタを使用しています。動作温度範囲内における抵抗値と温度の関係は、下図の通りです。


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サーミスタ抵抗値と温度の典型的な関係は、以下の表に示します。


tu19.png

サーミスタ抵抗値と温度の対応関係は以下の通りです。


tu20.png


T1:試験対象温度(単位:℃)

T2:基準点温度(単位:℃)。-70~30℃範囲での典型的な基準温度は -40℃ または -10℃。対象温度に近い基準温度を選択してください。

R1, R2:T1, T2 に対応するサーミスタ抵抗値(単位:kΩ)

B:熱係数。-70~30℃範囲での B-40/-10 の典型値は 2854.43(偏差 ±2%)。この典型値から算出される温度偏差は ±0.5℃。

注意事項
a) TEC の設置時には、外部電気構造による追加抵抗に注意してください。追加抵抗が TEC 抵抗の 10% を超える場合は、I-V カーブの再校正が必要です。

b) できるだけ接続抵抗の小さい方法で TEC を接続してください。はんだ付けが必要な場合は、短絡保護接地を行い、はんだ付け温度は ≤250℃、はんだ付け時間は <10 秒としてください。

c) 狭い温度範囲でより高精度の測定が必要な場合は、B 値を要求に応じて算出可能です。

d) TEC を通電する前に、温度センサが正常に動作していること、放熱面がヒートシンクに完全接触していること、放熱面のサイズが要求以上であること、ヒートシンクが正常に動作していることを確認してください。ヒートシンクが未設置、または動作していない状態での通電は推奨されません。

e) TEC の初回通電時は、電流または電圧を 0A または 0V から徐々に負荷し、同時に温度変化を監視し、設定温度に達するまで進めてください。

f) 検出器の性能は温度に影響されるため、検出器の通電前に TEC を先に通電し、温度が安定するまで待つことを推奨します。温度変化のある環境での検出器使用は推奨されません。

g) 検出器が使用されていないときは、TEC への電源を停止し、寿命を延ばしてください。

h) 検出器の冷却・加熱効果は周囲温度、電力性能、放熱状態に依存します。使用環境や検出器の性能要求に応じて、適切な放熱システムを設計・選定することを推奨します。


パッケージサイズ

機械パラメータ

本検出器は金属パッケージを採用しており、常圧で高純度ガスを充填しています。金属外殻にはコーバー合金を使用しており、ウィンドウの溶接は気密溶接、カバーは平行シーム溶接を採用しています。

外形寸法は67mm(長さ)×46mm(幅)×13.15mm(高さ)です。底面から52本のΦ0.5mmピンが外部に引き出されており、両面単列の「I」形状に配置されています。片側の隣接ピン間隔は1.78mmで、焦平面電源入力・指示信号、焦平面検出信号、温度センサーの電気引き出しに使用されます。

側面にはΦ1.0mmピンが2本あり、サーモエレクトリッククーラーの接続用です。チューブシェルの両側にはΦ2.8mmの貫通穴が4つあり、M2.5ねじで検出器を取り付け・固定できます。機械的インターフェースの外観と寸法は下図の通りです。


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指標名称

代表値

 寸法(長×幅×高)(mm)

67x46x13.15

 重量(g)

165

 焦平面スケール

1024x512

  ピクセル中心間距離(μm)

30

  ピクセルサイズ(μm)

30x30

  感光面積(mm)

30.72x15.36

 

動作環境および消費電力パラメータ

指標名称

代表値e

動作温度(°C)

-45~+55

保存温度(°C)

-50~+60

典型消費電力(W)*

<0.25

TECオフ、室温、読み出しレート = 4MHz、ITRモード、読み出しチャネル数 = 8


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