LP6515V3-A 型 InGaAs 面阵検出器は、640×512 ピクセルの InGaAs 感光チップ、読み出し集積回路（ROIC）、および 3 段式熱電冷却器（TEC）で構成されています。金属真空パッケージを採用しており、波長拡張機能、窓開放機能、高フレームレート検出を備えています。その高性能な光学・電気特性により、短波赤外線イメージングや分光検出などの幅広い分野で活用可能です。

主要光電子仕様

※1 焦点面チップ温度 = -20℃

※2 光信号が半ウェル付近の場合、応答信号と平均値の偏差が 50% 未満の画素の割合

※3 チップ温度 = -20℃、MG ゲイン、積分時間 2 ms、IWR モード

上記データは、テスト時に CDS モードを有効にせず取得したものです。

機械パラメータ

動作環境および消費電力仕様

TEC 無効、周囲温度 = 25℃、読み出しチャンネル数 = 8、電力制御ギア = 100%

機械仕様

InGaAs 面阵検出器は、真空封止された金属パッケージを採用しています。金属筐体は FeNiCoSi 合金製で、表面には Ni/Au メッキが施されています。窓は In 系ろう材で接合され、カバーは抵抗溶接で封止されています。検出器の外形寸法は 60 mm（長さ）× 44 mm（幅）× 11.55 mm（高さ） です。

筐体側面から 36 本のピン（0.7 mm × 0.25 mm） が引き出されており、両側で単列「リニア」配置となっています。片側の隣接ピン間隔は 1.27 mm です。これらのピンは、焦点面電源およびコマンド入力、熱電冷却器（TEC）電源入力、焦点面検出信号および温度センサー信号の電気的引き出しに使用されます。さらに、側面にはゲッター活性化用の 2 本のピン（1.0 mm × 0.5 mm） があり、パッケージ両側には Φ2.5 mm の貫通穴 4 本 が配置され、検出器の固定に使用されます。

光学仕様

光学構造

本検出器は 640×512 ピクセルの InGaAs 焦点面アレイ を採用しており、ピクセルピッチは 15 μm です。ピクセルは正方形で、各感光ピクセルのサイズは 15 μm × 15 μm となっています。

本検出器は、感光面とパッケージ構造上面との設計距離が 3.4 mm、感光面と光学ウィンドウ下面との距離が 2.45 mm、および感光面と絞り下面との距離が 1.05 mm です。

光学ウィンドウはサファイア製で、厚さ 0.9 mm、屈折率 1.76 を持ちます。表面には反射防止（AR）コーティングが施され、応答波長範囲内で >95% の透過率を確保しています。光学ウィンドウの透過面積は 15 mm × 11 mm、絞りの透過面積は 10.2 mm × 8.2 mm です。

感光面の中心は検出器の中心に位置しており、相対位置偏差は ≤0.05 mm、相対回転ずれは ≤0.02 mm に抑えられています。

相対スペクトル応答（代表値）

 電気仕様

 検出器ピン配置図

※焦点面温度に応じて、供給電圧の調整を推奨：常温（RT） 2.88 V、0℃ 2.86 V、−20℃ 2.84 V

注意事項：

DC 入力は検出器全体のノイズに直接影響します。そのため、DC 入力電源のリプルノイズには以下の要求があります。

各電源電圧のリプルノイズ要求

VDDA1：< 1 mV

VDDA2：< 10 mV

VD33：< 10 mV

VD18：< 10 mV

信号出力端子（VOUT1 – VOUT8）の負荷要求

容量負荷 Cload：< 25 pF

抵抗負荷 Rload：> 100 kΩ

論理出力信号（ROW_ST、ST）の範囲

低レベル：0 – 0.3 V

高レベル：VD18 − 0.3 V ～ VD18

論理出力端子の負荷要求：Cload < 15 pF

検出器動作原理および接続方法図

検出器タイミング説明

ITR モード:

読み出し回路駆動タイミングパルスの回路図は以下の通りです。

タイミング詳細：

a) シリアルポートコマンドワードの入力は、積分開始前に完了している必要があります。

b) INT は積分時間制御信号であり、高レベルおよび低レベルの期間は整数倍の Tclk である必要があります。

c) 現フレームの積分 Tint が完了した後、積分信号の読み出しを開始する前に 保持時間 Thold（93 Tclk） が必要です。
読み出し中は、信号は最初の行から順に読み出され、各行の読み出し後、次の行の積分信号読み出し開始まで Td（32 Tclk） の期間が必要です。すべての信号読み出しが完了するまでこの動作を繰り返します。

d) 現フレーム積分信号の読み出し開始時に、検出器は ST および ROW_ST 電圧信号を同期出力します。ST：フレーム出力フラグ

ROW_ST：行出力フラグ（高レベルで信号読み出し中）
高レベル幅は Tclk × C/N で、C は列数、N は出力チャンネル数です。
隣接する高レベル間の間隔は Td で、積分信号の読み出し完了まで繰り返されます。

e) 各出力チャンネルにおいて、1ピクセルの積分信号の読み出しには 1 Tclk が必要です。
読み出し時間は Tout = C × R/N × Tclk + (R-1) × Td で、R は行数です。
フレーム動作周期は Tframe = Tint + Thold + Tout となります。

IWR モード：

読み出し回路駆動タイミングパルスの回路図は以下の通りです。

タイミング詳細：

a) シリアルポートコマンドワードの入力は、積分開始前に完了している必要があります。

b) このモードでは、現在フレームのピクセル信号積分と前フレームの積分信号読み出しを、1フレーム周期内で同時に完了します。

c) INT は積分時間制御信号であり、高レベルおよび低レベルの期間は Tclk の整数倍 である必要があります。さらに、INT の低レベル幅は 45 Tclk 以上である必要があります。

d) 現フレームの積分 Tint が完了した後、積分信号の読み出しを開始する前に 保持時間 Thold（93 Tclk） が必要です。
信号読み出し中は、信号を最初の行から順に読み出し、各行の読み出し後、次の行の積分信号読み出し開始まで Td（32 Tclk） の期間が必要です。すべての信号読み出しが完了するまでこの動作を繰り返します。

e) 現フレーム積分信号の読み出し開始時、検出器は ST および ROW_ST 電圧信号を同期出力します。ST：フレーム出力フラグ

ROW_ST：行出力フラグ（高レベルで信号読み出し中）
高レベル幅は Tclk × C/N で、隣接する高レベル間隔は Td です。読み出し完了まで繰り返されます。f) 各出力チャンネルでは、1ピクセルの積分信号の読み出しに 1 Tclk が必要です。
読み出し時間は Tout = C × R/N × Tclk + (R-1) × Td となります。

g) フレーム周期は読み出し時間にほぼ等しく、全体のフレーム周期は Tframe ≥ Thold + Tout + 320 Tclk です。

NDRO モード

読み出し回路の駆動タイミングパルスを示す回路図を以下に示します。

タイミングの詳細：

a) シリアルポートのコマンドワード設定において、NDRO読み出しを有効にする制御ビットを設定すると、検出器はNDROモードに移行します。この間、積分動作はIWR読み出しモードに従って継続されますが、信号のサンプリングは行われません。

b) 出力信号値は、NDROモードに入る直前の最終フレームにおける積分信号が保持され、そのフレームの保持信号が繰り返し出力されます。

c) NDRO読み出しを無効にする制御ビットを設定すると、検出器はIWR読み出しモードに復帰します。ただし、そのフレームでは引き続き保持信号が出力され、次のフレームから通常のIWR積分信号が出力されます。

IMROモード

読み出し回路の駆動タイミングパルスの概略図を以下に示します。 

タイミングの詳細：

a) シリアルポートのコマンドワード設定において、IMRO 読み出しを制御するコーディングビットを設定して IMRO モードを有効にすると、検出器は IWR モードに従って信号サンプリングを継続します。一方、積分動作は連続して行われ、出力信号値は直前の 1 フレーム（Tframe）内で積分された結果となります。

b) コマンドワードを変更して IMRO モードを無効にすると、検出器は IWR 読み出しモードに移行します。

注記：
入力クロック CLK と INT の立ち上がり／立ち下がりエッジの間には、一定のタイミング関係を満たす必要があります。INT の立ち上がりおよび立ち下がりエッジは、いずれも CLK の立ち下がりエッジより遅延している必要があります（通常は約 10 ns）。ただし、その遅延時間は、主クロック CLK のパルス幅の 0.25 倍を超えてはなりません。

シリアルポート・コマンドワード設定

コマンドワード各ビットの定義

ゲイン [1:0] – ゲインレベル制御

制御モード

注記

a) IMRO モードは IMRO（Multiple Integration Readout）コマンドワードで制御され、NDRO モードは NDRO（Non-Destructive Readout）コマンドワードで制御されます。CDS モードは CDS_MODE コマンドワードで制御されます。

b) 各コマンドワードの優先順位は以下の通りです：
IMRO > NDRO > CDS_MODE、また Gain[1] > CDS_MODE。

c) 「CDS モード」から「非 CDS モード」への切り替え時は、まず「非 CDS 低ゲインモード」に切り替え、その後「通常の非 CDS 動作モード」に切り替えることが推奨されます。

画像反転制御：UPCOL、UPROW

TEC ピンを左側に配置した場合、デフォルトの原点 (1, 1) は左下隅にあり、読み出しは右上方向（640, 512）に進行します。

注：上記の図は、TEC ピンを左側に配置し、8 チャネル読み出しを有効にした場合の読み出し順序の模式図です。

プリセットウィンドウサイズ制御：SizeA、SizeB

カスタムウィンドウ設定

a)ウィンドウの行数は出力チャネル数に依存しません。

開始行：0 ≤ Rstart ≤ 508

終了行：0 ≤ Rfinal ≤ 511

b) 2チャネル出力（NBOUT[1:0] = 2’b00 または 2’b01）

開始列：2 × Cstart, 0 ≤ Cstart ≤ 318

終了列：2 × Cfinal + 1, Cstart + 1 ≤ Cfinal ≤ 319

最小ウィンドウサイズ：4 行 × 4 列

c) 4チャネル出力（NBOUT[1:0] = 2’b10）

開始列：4 × Cstart, 0 ≤ Cstart ≤ 158

終了列：4 × Cfinal + 3, Cstart + 1 ≤ Cfinal ≤ 159

最小ウィンドウサイズ：4 行 × 8 列

d) 8チャネル出力（NBOUT[1:0] = 2’b11）

開始列：8 × Cstart, 0 ≤ Cstart ≤ 78

終了列：8 × Cfinal + 7, Cstart + 1 ≤ Cfinal ≤ 79

消費電力制御：Pctrl [1:0]

出力チャネル数：NBOUT[1:0]

ピクセル消費電力制御：Ppix [2:0]

カラム BUF 消費電力制御：Pbuf [1:0]

駆動信号セットアップ時間制御：Pfol [1:0]

出力 BUF 消費電力制御：Pout

積分準備時間制御：Tpre [2:0]

INT の高レベル幅（すなわち積分時間）は、積分準備時間よりも長くする必要があります。最短積分時間を達成するには、Tpre [2:0] を 3b’111 に設定してください。

CDS モード（相関二重サンプリングモード）では、積分時間は Tpre [2:0] の時間と Tcds の時間の合計よりも長くする必要があります。

アンチブルーミング機能制御：BLM_EN および BLM_CTL [2:0]

Tcds クロックカウント制御信号：Tcds

CDS モード（相関二重サンプリングモード）では、積分時間は TCDS の時間設定よりも長くする必要があります。

帯域制限制御：OUTbw

短積分時間用途向けの設定方法

CDS_MODE = 1’b0（非 CDS モード）かつ Tpre = 3’b111 を同時に設定すると、回路は非 CDS モードに入ります。このモードでは、最短積分時間が 3Tclk を超える設定が可能です。

この設定は、アクティブ照明ゲーティングイメージングなど、短露光時間を必要とするアプリケーションに適しています。

検出器用推奨周辺回路図

熱特性

サーモエレクトリッククーラー（TEC）の特性

検出器には3段式サーモエレクトリッククーラー（TEC）が内蔵されています。放熱面の中心は検出器底面の中心と一致しており、放熱面積は36mm × 30mm以上である必要があります。性能パラメータは下表の通りです。

 ※この性能指標は、パッケージ構造における焦点面と放熱面との温度差を指します。

温度センサーの特性

本製品では温度センサー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、サーミスタの抵抗値と温度の対応関係は下図の通りです。

サーミスタ抵抗値と温度の代表的対応関係

サーミスタ抵抗値と温度の対応関係（以下の式で表されます）：

記号の意味

T1：試験対象温度、単位：℃

T2：基準点温度、単位：℃。範囲は-70〜30℃で、基準温度の典型値は-40℃または-10℃です。対象温度に近い基準温度を選択してください。

R1, R2：それぞれT1、T2に対応するサーミスタの抵抗値、単位：kΩ

B：サーミスタ係数。範囲は-70〜30℃で、B-40/-10の典型値は2854.43（許容誤差 ±2%）です。この典型値から計算される温度誤差は±0.5℃です。

注意事項
a) TECを取り付ける際、外部電気構造による付加抵抗に注意してください。付加抵抗がTEC抵抗の10％を超える場合、I-Vカーブを再校正する必要があります。
b) TECは接続抵抗が最小になるように接続することを推奨します。ピンはんだ付けが必要な場合は、短絡保護を行い、局所温度が≤250℃、はんだ付け時間が10秒未満であることを守ってください。
c) 小さい温度範囲でより高精度の測定が必要な場合、B値は必要に応じて個別に算出できます。
d) TECを通電する前に以下を必ず確認してください：温度センサーが正常に動作していること、放熱面がヒートシンクと十分接触していること、放熱面のサイズが規定通りであること、ヒートシンクが正常に機能していること。ヒートシンク未装着または機能不良時のTEC通電は推奨されません。
e) TECを初めて通電する場合は、電流または電圧を0Aまたは0Vから徐々に上げ、設定温度に達するまで温度変化を監視してください。
f) 検出器の性能は温度に影響されるため、検出器を作動させる前にTECを先に通電し、目標温度で安定させてください。温度変動環境下での検出器運転は推奨されません。
g) 長期間使用しない場合、TECへの電源供給を停止し、寿命を延ばしてください。
h) 検出器の冷却効果は周囲温度、電源性能、放熱状況に依存します。実際の動作環境や検出器性能に応じて放熱システムを適切に整備してください。

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