[发明专利]一种电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法

说明书

技术领域

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

电子倍增电荷耦合器件(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。

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Y0_MIN，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Y1；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Y0_MAX，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：

G=Y2-Y0MAXY1-Y0MIN]]>

计算出EMCCD的电子增益倍数。这种方法没有考虑到CCD读出放大器、CCD前端预处理电路的非线性特征以及这些部分所产生的噪声引入的测量误差，导致测量结果不准确。

另一种基于模拟信号量的测量方法与基于数字量的测量原理一致，只是将观测对象变为CCD输出的模拟信号量幅度：采用示波器直接观测CCD在有增益和无增益时的模拟信号量幅度大小来判定电子增益倍数，可屏蔽由于CCD前端预处理电路所引入的非线性及其产生的电路噪声，相对第一种方法有所改进，但依然没有考虑到EMCCD的读出放大器的非线性特征以及读出噪声所引入的误差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对电子倍增CCD原有电子增益测量方法无法消除由于CCD读出放大器的非线性特征和读出噪声对电子增益倍数测量所形成的误差，发明了一种基于平均电子数测量的电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法。

(二)技术方案

本发明提供的一种电荷耦合器件的电子增益倍数测量方法，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。

(三)有益效果

本发明采用纳安表直接测量电荷耦合器件复位栅极上的微弱电流的方法来测量电荷耦合器件的电子增益倍数，在信号电子转换为信号电压之前就检测出了电子增益倍数，避免了由于电荷耦合器件读出放大器和后续预处理电路的非线性以及这些部分所产生的噪声对测量结果的影响，可极大地提高电荷耦合器件电子增益倍数测量精度，适用于电荷耦合器件相机的电子增益标定过程。

附图说明

图1本发明电荷耦合器件电子增益倍数测量原理示意图；

图2本发明电荷耦合器件读出放大器结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。