一种电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法
【专利摘要】本发明是一种电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法，包括步骤S1：利用电荷耦合器件的读出放大器的复位金属氧化物半导体管导通时，获取吸收浮置栅电容上储存的信号电子形成复位栅极微弱电流；步骤S2：通过纳安表检测读出放大器上复位金属氧化物半导体管的复位栅极微弱电流；步骤S3：根据复位栅极微弱电流计算出浮置栅电容上每个像素的平均电子总数，从而检测到被测相机的电子增益倍数。本发明旨在解决电荷耦合器件读出放大器的非线性特征及其产生的读出噪声将会增大电子增益倍数测量误差的问题，非常适合用于电荷耦合器件在电子增益标定过程中的电子增益倍数测量。
【专利说明】一种电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微光成像领域，涉及一种电子倍增电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法。
【背景技术】
[0002]电子倍增电荷I禹合器件(Electron Multiplying Charge Couple Device,EMCCD)是近十年来在CCD图像传感器领域出现的一项新技术，其在硅片上单独集成了数百级电子倍增寄存器，利用相邻两个栅极所形成的高压电场可在信号电子被读出放大器转换为信号电压之前将信号电子放大1000倍以上，从而抑制由于读出放大器和电路噪声所引入的增益后噪声，获得非常高的灵敏度，特别适合于微光成像。相比于传统带像增强器的电荷耦合器件(CCD)，其结构和体积大大简化，在某些重量和体积敏感的应用场合具有较大优势。
[0003]电子倍增电荷耦合器件的电子增益倍数测量是相机研制成功后必不可少的一项检测。传统的测量方法有两种:基于数字量的检测方法和基于模拟信号量的检测方法。基于数字量的检测方法是基于相机输出的数字灰度图像进行的，首先记录相机在没有光信号输入、无电子增益条件下的暗场灰度均值Y0MIN，再记录相机在光信号输入量为M、无增益时输出的数字图像灰度均值Yl ;然后记录没有光信号输入、有电子增益条件下的灰度暗场均值YOmax,以及在光信号输入量为M、相同电子增益时输出的数字灰度均值Y2，然后利用公式:
【权利要求】
1.一种电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法，其特征在于，该方法包括步骤如下: 步骤S1:利用电荷耦合器件的读出放大器的复位金属氧化物半导体管导通时，获取吸收浮置栅电容上储存的信号电子形成复位栅极微弱电流； 步骤S2:通过纳安表检测读出放大器上复位金属氧化物半导体管的复位栅极微弱电流； 步骤S3:根据复位栅极微弱电流计算出浮置栅电容上每个像素的平均电子总数，从而检测到被测相机的电子增益倍数。
2.根据权利要求1所述电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法，其特征在于，所述电子增益倍数M表示如下:
3.根据权利要求2所述电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法，其特征在于，获取电子总数通过的步骤如下: 步骤S31:开启积分球电源，保持积分球稳定工作至少10分钟以上； 步骤S32:开启被测相机电源，设定被测相机工作参数，将被测相机的模拟数字转换器增益设置为1，并使被测相机保持恒定的像素时钟频率和帧频工作至少10分钟以上； 步骤S33:将积分球输出辐亮度调节到最低，将被测相机的电子增益调节到最大，不断调节衰减片组来调节电荷耦合器件进光量，同时观察被测相机的输出图像，直到被测相机在该输入辐亮度下设置为最大增益工作时不会饱和为止； 步骤S34:关闭被测相机电子增益，确认被测相机的单帧总行数Ht、单帧有效行数Hv、单帧每行总列数Vt、单帧有效列数Vv，采用下式计算被测相机有效像素比K:
4.根据权利要求3所述电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法，其特征在于，获得所述原始净信号平均电子数量Es的步骤S7如下: 步骤S3A1:保持被测相机电子增益功能关闭，推动不透光遮光罩阻断光路，使进入到电荷耦合器件靶面的光通量为0，采用纳安表3次测量电荷耦合器件的复位栅极电流并求3次的平均值ID，并通过下式计算暗场、无电子增益条件下每个像素内的平均暗场电子数量Ed,单位为电子每像素(e-/Pixel):
5.根据权利要求4所述电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法，其特征在于，获得所述电子增益时的倍增后净信号平均电子数量Ees的步骤如下: 步骤S3B1:开启被测相机电子增益功能，并设定电子增益，推动遮光罩阻断光路，使进入到电荷耦合器件的靶面的光通量为O，采用纳安表3次测量电荷耦合器件的复位电流并求3次的平均值IeD，并通过下式计算有电子增益时的暗场条件下每个像素内的平均暗场电子数量Eeil，单位为电子每像素(e-/Pixel):
6.根据权利要求3所述电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法，其特征在于:测试过程中保持所述积分球输出、衰减片组不变化，维持同一设置。
7.根据权利要求3所述电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法，其特征在于:所述衰减片组设置在暗室内部的进光口处，衰减片组安装在滤波盘上，就可调整入射到电子倍增电荷耦合器件靶面的通光量转动滤波盘。
8.根据权利要求4或5所述电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法，其特征在于:所述遮光罩设置在暗室外部的进光口处，通过拉动遮光罩使积分球输出的光线通过或被阻断。
【文档编号】G01R31/26GK103852708SQ201410116526
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】王明富, 任国强, 刘非, 周向东, 马文礼 申请人:中国科学院光电技术研究所