СЕМЕЙСТВО МАЛОГАБАРИТНЫХ ВИДЕОКАМЕР КОСМИЧЕСКОЙ КВАЛИФИКАЦИИ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В БОРТОВОЙ АППАРАТУРЕ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДЗЗ

По заказу Национального центра космических исследований Франции (CNES) компанией 3D PLUS в рамках НИОКР было разработано семейство оригинальных КМОП-видеокамер видимого спектра и универсальная коротковолновая ИК-камера на базе InGaAs датчика изображения для космических применений. Для обеспечения максимальной компактности конструкции камера была разработана с использованием объёмных технологий. Также при разработке камеры особое внимание было уделено обеспечению её высокой стойкости к воздействию радиации, что является необходимым для использования камеры в таких научных и прикладных применениях как обзор земной поверхности, мониторинг состояния КА и носителя, звездные датчики.
Камера 3DCM734/3DCM739 была разработана с использованием 3D-технологий и представляет из себя куб объёмом 35x35x23 мм3, в котором её компоненты размещены на четырёх уровнях. На верхнем уровне расположен КМОП-датчик изображения, который является основным элементом камеры. Датчик изображения содержит 2048 x 2048 пикселей размером 5,5 микрон. Каждый пиксель имеет в своём составе pin-фотодиод с несколькими транзисторами. Этот датчик полностью цифровой, он содержит микроконтроллер, регистры, 2048 АЦП и может передавать информацию, используя 16 выходов LVDS. Частота кадров зависит от разрядности АЦП и составляет 7 кадров/сек (глубина цветности 12 бит) или 16 кадров/сек (глубина цветности 10 бит). Стойкость цифровой части датчика к одиночным эффектам (SEE) была оценена CNES и признана удовлетворительной в части SEU, но требующей дополнительной защиты для увеличения порога стойкости к SEL. Красный, зеленый и синий цветовые фильтры размещены в оптической системе над каждым пикселем с использованием распределения массива Байера. Микролинзы нанесены в верхней части каждого пикселя. Эти оптические элементы фокусируют падающий на пиксель свет для того, чтобы улучшить квантовую эффективность пикселя.
На втором уровне компонентов размещена ПЛИС на 3 млн. вентилей с низкой потребляемой мощностью, стойкостью к накопленной дозе 40 крад и невосприимчивостью к одиночным эффектам. ПЛИС выполняет функцию интерфейса камеры с другими системами. ПЛИС может хранить изображения в ОЗУ, расположенном на том же уровне и выполняет предварительную обработку изображений. Также имеется ПЗУ для обеспечения загрузки регистров состояния датчика изображения и хранения каталога звезд в случае применения камеры в составе звездных датчиков. Для управления камерой используется последовательный интерфейс, для передачи изображения с выхода камеры используется интерфейс LVDS.
Следующий уровень компонентов камеры содержит PGA, который поддерживает любые типы интерфейсов передачи данных от LVDS до SpaceWire в зависимости от программирования ПЛИС.
Входное напряжение питания камеры от 4,5 до 9 В. В составе камеры имеются четыре стабилизатора напряжения (3,3 В, 2,5 В, 2,1 В и 1,5 В) для питания датчика, генератора, ПЛИС и памяти.
По аналогичному принципу была разработана новая камера 3DCM800/3DCM828 на базе высокопроизводительных электронных компонентов, которая представляет собой куб объёмом 40x40x30 мм3. В качестве датчика изображения используется КМОП-датчик, состоящий из 4096 x 3000 пикселей размером 3,45 микрон. Частота кадров зависит от глубины цветности и составляет до 68 кадров/сек (8 бит при полном разрешении).
Улучшенная вычислительная мощность достигается за счет использования современной высокопроизводительной ПЛИС, 48 Гб энергонезависимой синхронной Flash NAND памяти и 8 Гб оперативной памяти типа DDR3 SDRAM. Наличие высокоскоростных портов GPIO, LVDS и JTAG позволяют без дополнительных усилий встраивать модуль камеры в бортовую систему обмена информацией и производить, при необходимости, ее переконфигурирование.
На базе этой новинки разработана также коротковолновая ИК-камера 3DCM830. В камере используется InGaAs-датчик изображения с эффективной областью 1280х1024 пикселей, работающий в спектральной полосе от 0,4 до 1,7 мкм. Частота кадров составляет до 120 кадров/сек при 10-битной глубине цветности и полном разрешении.
Область применения камеры – организация ИК телекоммуникационной сети между КА, Дистанционное Зондирование Земли, звездные датчики, спектрометрия.
Данное семейство камер выпускается в космическом исполнении. Продукция доступна для поставки в РФ.