RTB 3000 紅外線探測與陣列測試系統

多模式測試 (聚焦/全域/準直) 與高彈性模組化設計
加速陣列開發驗證

SBIR RTB 3000 紅外線探測與陣列測試系統 是一款彈性整合的紅外線測試站，專門用於評估單一元件偵測器、線性陣列及焦平面陣列 (FPA)，此系統的核心功能是提供執行精確 IR 偵測器與陣列測試所需的輻射輸入，廣泛適用於實驗室研發與生產線測試等環境。
 

RTB 3000 的黑體輻射源與光學元件經過精心設計，可快速且精確地重新配置，以支援全域模式 (flood-mode)、聚焦模式 (focused-mode) 及準直模式 (collimated-mode) 的測試需求，藉由其高度彈性，可輕鬆執行如 MTF (調變轉換函數)、串擾、光點掃描及 D* (偵測率) 等多種關鍵參數的量測，並確保優異的精確度與可重複性。
 

RTB 3000 允許快速設定與簡易的測試配置記錄，實現精確且一致的測試結果。其整合式設計有效消除了傳統多重、獨立測試配置在設定與校準過程中可能引入的誤差；此外，此 SBIR 系統具備良好的整合彈性，可與大多數資料擷取系統連接，執行完整的偵測器特性分析所需的自動化測試與分析。使用者亦可選擇將其連接至自有的偵測器支援電子設備，進行客製化的測試與分析流程。

 

功能特性

高精度與高再現性測試

SBIR 運用其多年累積的 IR 偵測器測試專業知識，以系統級方法開發 RTB 3000，結合了先進的輻射量測與光機元件技術，確保所有測試結果均具備極高的精確度與優異的可重複性。
 

快速重新配置與高度彈性

RTB 3000 以最少的關鍵元件實現高度的多功能性，使用者僅需將不同的輻射源與光學模組放置於預先校準的快拆運動基座 (quick-change kinematic mounts) 上，即可快速變更測試配置，大幅縮短測試轉換間的停機時間，提升整體測試效率。
 

自動化控制與電腦介面

此系統配備所有必要的電腦介面，可透過主機電腦與 IRWindows™ 測試軟體進行通訊與整合控制，支援全自動化控制多項測試參數，包含黑體溫度設定、目標 (target) 與濾波器自動選擇、光點精密運動與聚焦、以及調變器狀態控制等，顯著簡化複雜的測試流程。
 

系統整合彈性與模組化設計

RTB 3000 可輕易地與多數資料擷取系統 (例如 Pulse Instruments) 整合，在此架構下，由外部 DAQ 系統提供 UUT 的電氣介面與訊號擷取，RTB 3000 則專注提供所有必要的標準化輻射輸入；其功能強大、易於操作的可選配軟體套件具備高度彈性，整體硬體與軟體均採模組化設計，易於針對特定 UUT 或非標準測試需求進行客製化調整。
 

廣泛的杜瓦瓶 (Dewar) 相容性

RTB 3000 的光學系統設計可靈活適配，容納絕大多數類型的杜瓦瓶 (Dewar) 組件，其標準配置即可直接支援業界常見的側視型杜瓦瓶，並且透過簡易修改就能支援俯視型杜瓦瓶的測試需求。

 

測試模式

聚焦模式 (Focused Mode)

原理與應用

在此模式下，RTB 3000 紅外線探測與陣列測試系統 將來自特定紅外線照明孔徑或目標的能量，精確聚焦到待測偵測器上的個別像素，這種方式特別適用於評估像素等級的特性；典型的聚焦模式測試項目包含：串擾、光點掃描及 MTF (調變轉換函數)，此系統的光學設計允許彈性選用高溫腔體黑體或低溫擴展區域黑體作為此模式下的測試光源。

主要測試項目

• 串擾 (Crosstalk)
  • 定義： 量測當單一像素被照亮時，其鄰近像素所感應到的訊號量。
  • 挑戰與方案： 現代焦平面陣列 (FPA) 的像素尺寸已趨近繞射極限 (diffraction limit)，對聚焦光點的定位精度要求極高。RTB 3000 提供精密的軟體控制 X-Y-Z 軸光點移動機制，協助使用者快速找到並定位最佳光點位置。
• 光點掃描 (Spot Scan)
  • 方法： 將聚焦的能量光點在焦平面陣列上進行二維掃描。
  • 目的： 分析偵測器輸出訊號隨光點位置的變化，可直接有效地檢查串擾效應、來自基板邊緣或冷屏 (cold shields) 的內部反射，以及識別大尺寸像素的空間非均勻性 (spatial non-uniformities)。
  • 優勢： RTB 3000 使這種需要精密掃描的量測變得快速、容易且具備高可重複性。
• 調變轉換函數 (Modulation Transfer Function, MTF)
  • 方法： 使用 RTB 3000 產生一狹縫影像 (slit image)，並將此影像掃描過待測偵測器（或像素）。
  • 數據處理： 在掃描過程中，由主機電腦同步記錄目標像素的輸出訊號，進而計算出 MTF。

全域模式 (Flood Mode)

原理與應用

在全域模式中，RTB 3000 紅外線探測與陣列測試系統 使用來自擴展區域黑體或高溫腔體黑體的非聚焦黑體能量，均勻照射整個待測偵測器或陣列。此模式主要用於量測整體或平均性能參數，例如：響應度、雜訊、均勻性、偵測率 (detectivity, D*) 及線性度，利用系統配備的刻度光學滑軌與快拆運動基座，可精確設定輻射源位置，實現對輻照度的精準控制。

主要測試項目

• 響應度 (Responsivity)
  • 定義： 偵測器每單位輻射輸入 (radiometric input) 所對應產生的電氣輸出變化量。
  • 量測設置： 可將擴展區域黑體緊靠偵測器陣列前方，或將帶有特定孔徑的高溫腔體黑體置於距偵測器特定距離處進行量測。
  • 重要性： 響應度是計算 D*、NEDT、NEI 及量子效率等關鍵指標的基礎量測值。
  • 優勢： RTB 3000 的彈性設計允許測試工程師依據需求選擇最適合的測試配置。

• 雜訊 (Noise)
  • 方法： 使用設定在環境溫度附近的擴展區域黑體對偵測器進行均勻照射。
  • 定義： 在此固定輻射輸入條件下，量測偵測器電氣輸出訊號隨時間變化的均方根差 (RMS)。
  • 重要性： 雜訊是計算 D*、NEDT 及 NEI 的另一項關鍵量測值。
  • 優勢： RTB 3000 整合的先進 SBIR 黑體輻射源具有高穩定性，可確保執行穩定且精確的雜訊量測。
• 均勻性 (Uniformity)
  • 定義： 量測當焦平面陣列受到恆定、均勻的輻照度照射時，其像素之間輸出訊號的差異程度。
  • 方法： 將擴展區域黑體放置於能完整覆蓋偵測器視場 (field of view, FOV) 的位置，提供均勻的紅外線照射。收集陣列中每個像素的輸出資料，並計算標準差或其他統計量來表徵均勻性。
• 偵測率 (Detectivity, D*)
  • 定義： D* 是一個標準化的優值指標 (figure of merit)，常用於比較不同偵測器的相對性能，考量了響應度、面積與雜訊。
  • 計算： D∗ 等於響應度乘以偵測器面積的平方根，再除以雜訊頻譜密度。
  • 軟體支援： D* 計算已內建為 RTB 3000 選配軟體套件的標準功能。
  • 報告與條件： D* 值通常需註明參考的特定黑體溫度，RTB 3000 的黑體能提供所有常用於 D* 量測的標準溫度。
• 線性度 (Linearity)
  • 創新方法： RTB 3000 提供一種新穎的線性度測試方法，克服傳統方式（量測整個範圍的絕對電壓）的限制，此方法改為在特定的工作點量測 V(Q) 曲線的斜率（即響應度）。
  • 量測設置： 讓偵測器同時接收來自擴展區域黑體（設定直流背景輻射，即可變標稱輻照度 (nominal irradiance)）與經過調變的高溫輻射源（提供微小、精確可控的交流變化量）的照射。
  • 原理： 偵測器輸出的 AC (交流) 分量正比於該工作點的響應度（即 V(Q) 斜率）。藉由改變背景輻射來量測不同工作點的響應度，即可極高精度地判定系統的線性度偏差。

準直模式 (Collimated Mode)

原理與應用

前述的聚焦與全域模式主要針對偵測器本身或非成像系統進行測試，若要測試完整的紅外線成像系統，可透過增加準直鏡模組，將 RTB 3000 紅外線探測與陣列測試系統的功能輕易擴展至準直模式；在此模式下，來自差動黑體輻射源與目標輪，或是腔體輻射源與孔徑輪的紅外線目標，會被轉換成準直能量照射待測的成像系統。

主要優勢與測試項目

此模式使得在系統層級直接進行如 MTF、SiTF (訊號轉換函數)、NETD (雜訊等效溫差) 及 MRTD (最小可解析溫差) 等關鍵性能指標的常規量測成為可能，且無需額外購置獨立的紅外線目標投影系統。

• 自動 MRTD (最小可解析溫差)
  • 計算： 自動 MRTD (AutoMRTD) 可由量測得到的 NETD 與 MTF，再乘上一組經驗響應函數 K(f) 計算得出：

AutoMRTD=K(f)×[NETD/MTF]  其中  K(f)=ManMRTD/[NETD/MTF]

• • K(f) 取得： K(f) 值通常來自大量手動 MRTD 量測的統計結果。其量測方式需考量待測系統特性，理想上由多位受訓操作員在數天內多次量測取平均值；由於 K(f) 源自先前測試數據，計算 AutoMRTD 時不需使用額外特殊目標。
• SiTF (訊號轉換函數)
  • 定義： 成像系統輸出電壓（或數位值）對目標與背景溫差關係曲線的斜率。
  • 量測： 讓待測物 (UUT) 觀測半月形目標，分別計算目標區域與背景區域的訊號平均值，得到對應溫差的電壓差。改變目標溫差，重複量測數個數據點（通常為六點），計算擬合曲線的切線斜率即為 SiTF。
  • 用途： SiTF 是計算 NETD 的必要參數。
• MTF (調變轉換函數)
  • 方法： 系統級 MTF 通常使用半月形目標產生的邊緣輸入 (edge input) 來計算。
  • 處理： 對感測器輸出的邊緣擴散函數 (ESF) 進行微分得到線擴散函數 (LSF)，再對 LSF 執行快速傅立葉轉換 (FFT) 即可得到空間頻域的 MTF。
  • 呈現： 結果通常正規化為 0 至 100% 的調變度，並繪製成調變度對空間頻率的關係圖。
  • 用途： MTF 資料也是計算 AutoMRTD 的重要輸入。
• NETD (雜訊等效溫差)
  • 計算： 量測待測物觀測均勻目標（如方形目標或開放孔徑的黑體）時的時間雜訊 (temporal noise)（零訊號時的標準差），再將此雜訊值除以先前測得的 SiTF，即可得到 NETD。
  • 用途： NETD 是計算 AutoMRTD 的關鍵參數之一。

 

規格

標準系統 –
RTB 3000 紅外線探測與陣列測試系統的基礎系統能夠執行所有常見的聚焦和全域模式測試，以特性分析 IR 偵測器、線性陣列和焦平面陣列。

選配元件 –
透過整合選配元件，可擴展 RTB 3000 紅外線探測與陣列測試系統以支援系統級測試。