priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2024-67-6-511-518pribor-121Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПЛЕКСЫOPTICAL AND OPTOELECTRONIC DEVICES AND COMPLEXESРасчет криволинейной фоточувствительной поверхности приемника, согласованной с нормальным объективомCalculation of a curvolinear photosensitive surface of the receiver, matched with a normal lensБезуглыйА. М.BezuglyiA. M.

Артём Михайлович Безуглый — аспирант, Центр прикладной оптики

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ambezuglyi@itmo.ruБахолдинА. В.BakholdinA. V.

Алексей Валентинович Бахолдин — канд. техн. наук, доцент, профессор, Центр прикладной оптики, директор ЦПО

Санкт-Петербург

St. Petersburg

bakholdin@itmo.ruТочилинаТ. В.TochilinaT. V.

Татьяна Вячеславовна Точилина — канд. техн. наук, Центр прикладной оптики, старший преподаватель

Санкт-Петербург

St. Petersburg

tvtochilina@itmo.ruУниверситет ИТМОITMO university202426112024676511518Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/121

Решаются задачи исследования и расчета параметров криволинейной фоточувствительной поверхности приемника, согласованной с распространенным нормальным объективом. Под нормальными понимаются объективы с заданным полем изображения средних размеров. Проанализирован линзовый объектив с разной формой поверхности изображения. Методом наименьших квадратов получено уравнение аппроксимирующей функции кривой, соответствующей форме поверхности изображения выбранного объектива. При помощи построенных диаграмм прочности деформации объекта оценены прочностные характеристики фоточувствительной поверхности приемника криволинейной формы. Криволинейная фоточувствительная поверхность приемника обеспечивает снижение влияния аберрации кривизны поля в выбранном объективе, уменьшение размеров пятен рассеяния на краю поля в два раза, а следовательно, получение изображения наилучшего качества. Результаты численного моделирования найдут свое применение в проектировании технологии изготовления криволинейной фоточувствительной поверхности, а также при согласовании допустимых значений отклонений, которые проявляются в процессе разработки. Рассмотренная последовательность расчета параметров криволинейной фоточувствительной поверхности приемника может быть применена при проектировании оптических систем и приемных модулей, что позволит упростить создание изображения на фоточувствительной поверхности приемника и снизить влияние кривизны поля без использования линзовых компенсаторов.

The problems of studying and calculating the parameters of a curved photosensitive surface of the receiver, matched with a common normal lens, are solved. Lenses with a given image field of medium size are considered normal. Lenses with different shapes of the image surface are analyzed. Using the least squares method, an equation for the approximating function of the curve corresponding to the shape of the image surface of the selected lens is obtained. Diagrams of the deformation strength of the object are constructed to assess the strength characteristics of the photosensitive surface of the curvilinear receiver. The curved photosensitive surface of the receiver reduces the influence of field curvature aberration in the selected lens, diminishes the size of scattering spots at the edge of the field by half, and therefore ensures the best quality image. Results of numerical modeling may be applied in the design of technology for manufacturing a curved photosensitive surface, as well as in agreeing on the permissible values of deviations that appear during the development process. The considered sequence for calculating the receiver curved photosensitive surface parameters can be used in the design of optical systems and receiving modules to simplify the creation of an image on the photosensitive surface of the receiver and reduce the influence of field curvature without the implementation of lens compensators.

расчет оптических системкриволинейная фоточувствительная поверхность приемниканормальный объективФПЗСКМОП-приемникпрочностные характеристики фотоприемных устройствoptical systems calculationcurvilinear photosensitive receiver surfacenormal lensCCDCMOS receiverstrength characteristics of photodetectorsReferencesChambion B., Gaschet C., Behaghel T., Vandeneynde A., Caplet S., Gétin S., Henry D., Hugot E., Jahn W., Lombardo S., Ferrari M. Curved sensors for compact high-resolution wide-field designs: prototype demonstration and optical characterization // Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series. 2018. Vol. 10539. P. 1053913.Chambion B., Gaschet C., Behaghel T., Vandeneynde A., Caplet S., Gétin S., Henry D., Hugot E., Jahn W., Lombardo S., Ferrari M. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE), Conference Series, 2018, vol. 10539, рp. 1053913.Guenter B., Joshi N., Stoakley R., Keefe A., Geary K., Freeman R., Hundley J., Patterson P., Hammon D., Herrera G., Sherman E., Nowak A., Schubert R., Brewer P., Yang L., Mott R., McKnight G. Highly curved image sensors: a practical approach for improved optical performance // Optics Express. 2017. Vol. 25, N 12. Р. 13010–13023. DOI: 10.1364/OE.25.013010.Guenter B., Joshi N., Stoakley R., Keefe A., Geary K., Freeman R., Hundley J., Patterson P., Hammon D., Herrera G., Sherman E., Nowak A., Schubert R., Brewer P., Yang L., Mott R., McKnight G. Optics Express, 2017, no. 12(25), pp. 13010–13023, DOI: 10.1364/OE.25.013010.Iwert O., Delabre B. The challenge of highly curved monolithic imaging detectors // High Energy, Optical, and Infrared Detectors for Astronomy IV. 2010. Proc. SPIE. Vol. 7742, N 6. Р. 646–654.Iwert O., Delabre B. High Energy, Optical, and Infrared Detectors for Astronomy IV, 2010, Proc. SPIE. 7742, vol. 6, рр. 646–654.Swain P. K., Channin D. J., Taylor G. C., Lipp S. A., and Mark D. S. Curved CCDs and their application with astronomical telescopes and stereo panoramic cameras // Proc. SPIE. 2004. Vol. 5301. Р. 109–129.Swain P. K., Channin D. J., Taylor G. C., Lipp S. A., and Mark D. S. Proc. SPIE, 2004, vol. 5301, рр. 109–129.Dumas D., Fendler M., Baier N., Primot J., le Coarer E. Curved focal plane detector array for wide field cameras // Applied Optics. 2012. Vol. 51, N 22. P. 5419–5424.Dumas D., Fendler M., Baier N., Primot J., le Coarer E. Applied Optics, 2012, no. 22(51), pp. 5419–5424.Itonaga K., Arimura T., Matsumoto K., Kondo G., Terahata K., Makimoto S., Hirayama T. A Novel Curved CMOS Image Sensor Integrated with Imaging System // Symposium on VLSI Technology (VLSI-Technology). Digest of Technical Papers. 2014. DOI:10.1109/vlsit.2014.6894341.Itonaga K., Arimura T., Matsumoto K., Kondo G., Terahata K., Makimoto S., Hirayama T. Symposium on VLSI Technology (VLSI-Technology). Digest of Technical Papers, 2014, DOI:10.1109/vlsit.2014.6894341.Hugot E., Lombardo S., Behaghel Th., Chambion B., Jahn W., Gaschet Ch., Hugo S., Gach J. L., Ferrari M., Henry D. Curved sensors: experimental performance of CMOS prototypes and wide field related imagers // Intern. Conf. on Space Optics (ICSO 2018). Chania, Greece, 9–12 October 2018. Proc. of SPIE. Vol. 11180. Р. 111802Y-2.Hugot E., Lombardo S., Behaghel Th., Chambion B., Jahn W., Gaschet Ch., Hugo S., Gach J.L., Ferrari M., Henry D. International Conference on Space (Optics—ICSO 2018), Chania, Greece, October 9–12, 2018, Proc. of SPIE, vol. 11180, рр. 111802Y-2Gaschet Ch., Chambion B., Gétin S., Moulin G. Curved sensors for compact high-resolution wide field designs // Novel Optical Systems Design and Optimization XX. 2017. Proc. of SPIE. Vol. 10376.Gaschet Ch., Chambion B., Gétin S., Moulin G. Novel Optical Systems Design and Optimization XX, Proc. of SPIE, 2017, vol. 10376.Olmedo M., Lloyd J., Mamajek E. E., Chávez M. Deep GALEX UV Survey of the Kepler Field I: Point Source Catalog // The Astrophysical Journal. 2015. Vol. 813, N 2.Olmedo M., Lloyd J., Mamajek E. E., Chávez M. The Astrophysical Journal, 2015, no. 2(813).Слюсарев Г. Г. Расчет оптических систем. Л.: Машиностроение, 1975. 640 с.Slyusarev G. G. Raschet opticheskikh sistem (Calculation of Optical Systems), Leningrad, 1975, 640 р. (in Russ.)Русинов М. М. Техническая оптика. Л.: Машиностроение, 1979. 488 с.Rusinov M. M. Technical optics (Tekhnicheskaya optika), Leningrad, 1979, 488 р. (in Russ.)Sutton T. Panoramic Photography // J. of the Photographic society. 1860. N 95. 185 p.Sutton T. J. of the Photographic society, 1860, no. 95, 185 p.Малышева Т. А. Численные методы и компьютерное моделирование. Лабораторный практикум по аппроксимации функций. СПб: Университет ИТМО, 2016. 33 с.Malysheva T. A. Chislennyye metody i komp’yuternoye modelirovaniye. Laboratornyy praktikum po approksimatsii funktsiy (Numerical Methods and Computer Modeling. Laboratory Workshop on Approximation of Functions), St. Petersburg, 2016, 33 р. (in Russ.)Чуриловский В. Н. Теория оптических приборов. Л.: Машиностроение, 1966. 565 с.Churilovsky V. N. Teoriya opticheskikh priborov (Theory of Optical Instruments), Leningrad, 1966, 565 р. (in Russ.)Адамова А. А., Цивинская Т. А. Прецизионный сенсор давления на базе монокристаллического кремния // Электроника: наука, технология, бизнес. 2020. № 9. С. 104–109.Adamova A. A., Tsivinskaya T. A. Elektronika: nauka, tekhnologiya, biznes, 2020, no. 9, pp. 104–109. (in Russ.)Zhao J.-H., Tellkamp J., Gupta V., and Edwards D. R. Experimental Evaluations of the Strength of Silicon Die by 3-Point-Bend Versus Ball-on-Ring Tests // IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing. 2009. Vol. 32, N 4. P. 248–255.Zhao J.-H., Tellkamp J., Gupta V., and Edwards D. R. IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing, 2009, no. 4(32), pp. 248–255.

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