zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-1-II-22-26zldm-1571Research ArticleК 30-ЛЕТИЮ «ВМК-ОПТОЭЛЕКТРОНИКА»TO THE 30th ANNIVERSARY OF VMK-OPTOELEKTRONIKAАпертурные характеристики линеек фотодетекторов БЛПП-2000 и БЛПП-4000Pixel response function of BLPP-2000 and BLPP-4000 photodetector arraysВащенкоП. В.VaschenkoP. V.

Павел Владимирович Ващенко

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, д. 1630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, д. 1, к. 100

Pavel V. Vaschenko

630090, Novosibirsk, prosp. Akademika Koptyuga, 1630090, Novosibirsk, prosp. Akademika Koptyuga, 1-100

vaschenko@vmk.ruЛабусовВ. А.LabusovV. A.

Владимир Александрович Лабусов

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, д. 1630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, д. 1, к. 100630073, г. Новосибирск, просп. К. Маркса, д. 20

Vladimir A. Labusov

630090, Novosibirsk, prosp. Akademika Koptyuga, 1630090, Novosibirsk, prosp. Akademika Koptyuga, 1-100630073, Novosibirsk, prosp. K. Marksa, 20

ШиманскийР. В.ShimanskyR. V.

Руслан Владимирович Шиманский

630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, д. 1

Ruslan V. Shimansky

630090, Novosibirsk, prosp. Akademika Koptyuga, 1

Институт автоматики и электрометрии СО РАН; ООО «ВМК-Оптоэлектроника»РоссияInstitute of Automation and Electrometry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; VMK-OptoelektronikaRussian FederationИнститут автоматики и электрометрии СО РАН; ООО «ВМК-Оптоэлектроника»; Новосибирский государственный технический университетРоссияInstitute of Automation and Electrometry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; VMK-Optoelektronika; Novosibirsk State Technical UniversityRussian FederationИнститут автоматики и электрометрии СО РАНРоссияInstitute of Automation and Electrometry, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesRussian Federation202225012022881(II)2226Copyright © Ващенко П.В., Лабусов В.А., Шиманский Р.В., 20222022Ващенко П.В., Лабусов В.А., Шиманский Р.В.Vaschenko P.V., Labusov V.A., Shimansky R.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1571

В атомно-эмиссионных спектрометрах в составе анализаторов спектров широко применяют линейки фотодетекторов. При ширине спектральной линии, сравнимой с шагом структуры линейки, возникает зависимость регистрируемого сигнала от положения линии относительно фотоячеек линейки фотодетекторов. Как правило, эта зависимость объясняется потерей высоких пространственных частот согласно теореме Котельникова, а апертурная характеристика фотоячеек (зависимость выходного сигнала фотоячейки от положения точечного светового пятна на ее поверхности) считается прямоугольной и определяется их размером. Однако такое приближение в ряде задач может приводить к существенным погрешностям. Цель работы — экспериментальное определение апертурных характеристик линеек фотодетекторов БЛПП-2000 и БЛПП-4000, применяемых в составе высокоскоростных анализаторов МАЭС, путем прецизионного перемещения светового пятна диаметром 0,7 мкм с длиной волны 405 нм. Шаг структуры линеек составляет 14 и 7 мкм соответственно. Показано, что при попадании светового пятна между фотоячейками рассматриваемых линеек фотодетекторов потери информации не происходит. Для линейки БЛПП-2000, выполненной по технологии ПЗС с обратной засветкой, коэффициент взаимного влияния фотоячеек составляет 30 %, а интегральный сигнал не зависит от положения светового пятна. Наличие изолирующих областей (локусов) между фотоячейками в линейке БЛПП-4000, выполненной по КМОП-технологии, привело к незначительным колебаниям интегрального сигнала в зависимости от положения светового пятна, однако позволило снизить коэффициент взаимного влияния до 5 %.

Photodetector arrays are widely used in atomic emission spectrometry as a part of spectrum analyzers. When the width of a spectral line is comparable with the array structure pitch, the recorded signal becomes dependent on the position of the line relative to the cells of the photodetector array. This dependence is usually explained by the loss of high spatial frequencies according to the Kotelnikov theorem, and the pixel response function of the cells (the dependence of the cell output signal on the position of a point light spot on the cell surface) is considered rectangular and determined by the cell size. However, this approximation can sometimes lead to significant errors. The aim of this study is to determine experimentally the pixel response function of BLPP-2000 and BLPP-4000 photodetector array cells used in high-speed MAES analyzers by precise moving of a light spot with a diameter of 0.7 μm and a wavelength of 405 nm. The array cell width is 14 and 7 μm, respectively. It is shown that when a light spot enters between the cells of BLPP-2000 and BLPP-4000 photodetectors, no information is lost. As for the cells of back-illuminated CCD BLPP-2000 arrays, the coefficient of mutual influence is 30% and the integral signal does not depend on the position of the light spot. The presence of isolating areas (loci) between the cells in CMOS BLPP-4000 arrays led to insignificant oscillations of the integral signal depending on the position of the light spot, but, however, provided reduction of the coefficient of mutual influence to 5%.

апертурная характеристикалинейка фотодетекторовПЗСКМОПатомно-эмиссионный спектрометранализатор спектров МАЭСpixel response functionphotodetector arraysCCDCMOSatomic emission spectrometerspectrum analyzer MAESReferencesБабин С. А., Селюнин Д. О., Лабусов В. А. Быстродействующие анализаторы МАЭС на основе линеек фотодетекторов БЛПП-2000 и БЛПП-4000 / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 1. Ч. II. С. 96 – 102. DOI:10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-96-102Babin S. A., Selyunin D. O., Labusov V. A. High-Speed Multichannel MAES Analyzers Based on BLPP-2000 and BLPP-4000 Photodetector Arrays / Inorg. Mater. 2020. Vol. 56. N 14. P. 1431 – 1435. DOI:10.1134/S0020168520140022Данилова Ю. В., Васильева И. Е., Шабанова Е. В. и др. Благородные металлы в породах сарминской серии: фазовый состав и элементные ассоциации / Геохимия. 2021. Т. 66. № 3. С. 262 – 274. DOI:10.31857/S0016752521010027Danilova Y. V., Savelyeva V. B., Danilov B. S., et al. Noble metals in rocks of the sarma group: phase composition and element associations / Geochem. Int. 2021. Vol. 59. N 3. P. 301 – 313. DOI:10.1134/S001670292101002XШевелев Г. А., Василенко Л. И., Каменская Э. Н. и др. Благородные и редкие металлы в некоторых месторождениях угля Казахстана / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 1. Ч. II. С. 38 – 44. DOI:10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-38-44Shevelev G. A., Vasilenko L. I., Kamenskaya E. N., et al. Noble and Rare Metals in Some Coal Deposits of Kazakhstan / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2019. Vol. 85. N 1. Part II. P. 38 – 44 [in Russian]. DOI:10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-38-44Pelipasov O. V., Polyakova E. V. Matrix effects in atmospheric pressure nitrogen microwave induced plasma optical emission spectrometry / J. Anal. At. Spectrom. 2020. Vol. 35. P. 1389 – 1394. DOI:10.1039/D0JA00065EPelipasov O. V., Polyakova E. V. Matrix effects in atmospheric pressure nitrogen microwave induced plasma optical emission spectrometry / J. Anal. At. Spectrom. 2020. Vol. 35. P. 1389 – 1394. DOI:10.1039/D0JA00065EPolyakova E. V., Pelipasov O. V. Plasma molecular species and matrix effects in the Hummer cavity microwave induced plasma optical emission spectrometry / Spectrochim. Acta. Part B. 2020. Vol. 173. 105988. DOI:10.1016/j.sab.2020.105988Polyakova E. V., Pelipasov O. V. Plasma molecular species and matrix effects in the Hummer cavity microwave induced plasma optical emission spectrometry / Spectrochim. Acta. Part B. 2020. Vol. 173. 105988. DOI:10.1016/j.sab.2020.105988Зарубин И. А. Возможности малогабаритного спектрометра «Колибри-2» в атомно-эмиссионном спектральном анализе / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 1. Ч. II. С. 114 – 117. DOI:10.26896/1028-6861-2018-83-1-II-114-117Zarubin I. A. Capabilities of a Compact Kolibri-2 Spectrometer in Atomic Emission Spectral Analysis / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2017. Vol. 83. N 1. Part II. P. 114 – 117 [in Russian]. DOI:10.26896/1028-6861-2018-83-1-II-114-117Ващенко П. В., Лабусов В. А., Лихачев А. В. Восстановление распределения интенсивности излучения на поверхности многоэлементного твердотельного детектора / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 1. Ч. II. С. 94 – 95.Vaschenko P. V., Labusov V. A., Lihachev A. V. Recovery of the radiation intensity distribution at the surface of a multi-element solid state detector / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2012. Vol. 78. N 1. Part II. P. 94 – 95 [in Russian].Niemi S., Cropper M., Szafraniec M., Kitching T. Measuring a charge-coupled device point spread function: euclid visible instrument CCD273-84 PSF performance / Exp. Astron. 2015. Vol. 39. P. 207 – 231. DOI:10.1007/s10686-015-9440-7Niemi S., Cropper M., Szafraniec M., Kitching T. Measuring a charge-coupled device point spread function: euclid visible instrument CCD273-84 PSF performance / Exp. Astron. 2015. Vol. 39. P. 207 – 231. DOI:10.1007/s10686-015-9440-7Mahato S., De Ridder J., Meynants G., et al. Measuring Intra-pixel Sensitivity Variations of a CMOS Image Sensor / IEEE Sens. J. 2018. Vol. 18. N 7. P. 2722 – 2728. DOI:10.1109/JSEN.2018.2798698Mahato S., De Ridder J., Meynants G., et al. Measuring Intra-pixel Sensitivity Variations of a CMOS Image Sensor / IEEE Sens. J. 2018. Vol. 18. N 7. P. 2722 – 2728. DOI:10.1109/JSEN.2018.2798698Fumo P., Waldron E., Laine Juha-Pekka, Evans G. Pixel response function experimental techniques and analysis of active pixel sensor star cameras / J. Astron. Telesc., Instr. Syst. 2015. Vol. 1. N 2. 028002. DOI:10.1117/1.JATIS.1.2.028002Fumo P., Waldron E., Laine Juha-Pekka, Evans G. Pixel response function experimental techniques and analysis of active pixel sensor star cameras / J. Astron. Telesc., Instr. Syst. 2015. Vol. 1. N 2. 028002. DOI:10.1117/1.JATIS.1.2.028002Tharun B., Georgiev T., Gille J., Goma S. Contrast computation methods for interferometric measurement of sensor modulation transfer function / J. Electron. Imaging. 2018. Vol. 27. N 1. 013015. DOI:10.1117/1.JEI.27.1.013015Tharun B., Georgiev T., Gille J., Goma S. Contrast computation methods for interferometric measurement of sensor modulation transfer function / J. Electron. Imaging. 2018. Vol. 27. N 1. 013015. DOI:10.1117/1.JEI.27.1.013015Belousov D. A., Poleshchuk A. G., Khomutov V. N. Device for Characterization of the Diffraction Pattern of Computer-Generated Holograms in a Wide Angular Range / Optoelectron. Instrument. Proc. 2018. Vol. 54. P. 139 – 145. DOI:10.3103/S8756699018020048Belousov D. A., Poleshchuk A. G., Khomutov V. N. Device for Characterization of the Diffraction Pattern of Computer-Generated Holograms in a Wide Angular Range / Optoelectron. Instrument. Proc. 2018. Vol. 54. P. 139 – 145. DOI:10.3103/S8756699018020048Veiko V. P., Korol’kov V. P., Poleshchuk A. G., et al. Study of the spatial resolution of laser thermochemical technology for recording diffraction microstructures / Quantum Electron. 2011. Vol. 41. P. 631 – 636. DOI:10.1070/QE2011V041N07ABEH014528Veiko V. P., Korol’kov V. P., Poleshchuk A. G., et al. Study of the spatial resolution of laser thermochemical technology for recording diffraction microstructures / Quantum Electron. 2011. Vol. 41. P. 631 – 636. DOI:10.1070/QE2011V041N07ABEH014528Poleshchuk A. G., Korolkov V. P. Fabrication and certification of high-quality and large-aperture CGHs for optical testing / Proc. of the EOS Topical Meeting on Diffractive Optics, Rochester, NY, USA, 9 – 11 October 2006. P. 20 – 23. DOI:10.1364/OFT.2006.OFTuB2Poleshchuk A. G., Korolkov V. P. Fabrication and certification of high-quality and large-aperture CGHs for optical testing / Proc. of the EOS Topical Meeting on Diffractive Optics, Rochester, NY, USA, 9 – 11 October 2006. P. 20 – 23. DOI:10.1364/OFT.2006.OFTuB2Poleshchuk A. G., Korolkov V. P., Cherkashin V. V., et al. Minimization methods of direct laser recording errors of diffractive optical elements / Optoelectron. Instrument. Proc. 2002. Vol. 38. N 3. P. 3 – 19.Poleshchuk A. G., Korolkov V. P., Cherkashin V. V., et al. Minimization methods of direct laser recording errors of diffractive optical elements / Optoelectron. Instrument. Proc. 2002. Vol. 38. N 3. P. 3 – 19.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.