[发明专利]一种硅阵列探测器分段积分的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，提供一种硅阵列探测器分段积分的方法。

背景技术

硅阵列探测器是专为多通道光谱成像探测而设计的一种自扫描光电二极管阵列器件。当来自成像目标并经过光学系统的入射光照在硅阵列探测器上时，在时钟脉冲和起始脉冲的控制下，探测器产生的电荷信号从信号输出线上读出。硅阵列探测器的输出电荷等于入射光的照度与积分时间以及光谱灵敏度的乘积。对应于同一个像元相邻两次读出信号之间的时间间隔称为积分时间，该段时间是像元在入射光照射下产生光电子的积累时间。当不同强度的入射光照射在探测器的不同位置上时，每个像元输出的信号强弱不同。在照度和光谱灵敏度一定时，输出电荷与积分时间成正比，当全部像元采用同一积分时间时，如果探测器某些像元的入射光信号较弱，则此像元输出的电荷信号较小。反之，输出信号可能饱和。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有硬件的功能不足，提供一种通过改变积分时间的方法来改变输出电荷信号的大小，提高系统的测量范围的，硅阵列探测器分段积分的方法。

本发明的技术解决方案说明如下：

一种硅阵列探测器分段积分的方法，包括以下步骤：

步骤i：在硅阵列探测器的引脚上施加驱动脉冲序列N1；

步骤ii：驱动脉冲序列N₁结束后，再次发送脉冲序列N₁，测量像元输出信号电压和噪声电压，算出信噪比根据用户的具体要求，通过信噪比判断像元输出信号是否为弱信号；

步骤iii：当信号弱信号时，且假设控制此像元的是第X脉冲，在硅阵列探测器引脚上施加驱动脉冲序列N₂；所述驱动脉冲序列N₂是在第X-1脉冲与第X脉冲之间增加积分时间Δt，使得第X个到第N个像元输出的信号增强；

步骤iv：驱动脉冲序列N₂结束后，重新输入驱动脉冲序列N₁；

步骤v：循环执行步骤iii、步骤iv，重复采集数据和硅阵列探测器复位的过程。

上述技术方案中，在步骤iii中，增加的积分时间Δt满足：

其中，Q_sat为像元的饱和电荷；Q_noise为像元的噪声电荷；t为像元的积分时间。

本发明的有益效果：

本发明的硅阵列探测器分段积分的方法根据入射在不同区段像元上的光强弱及其响应的差异，相应地调节像元的积分时间，使得接收弱光信号的像元输出的电荷信号增强，提高信噪比。

本发明的硅阵列探测器分段积分的方法从软件方面设计，简单易行，成本低，可靠性高，避免了硬件的复杂设计。

附图说明

附图1是硅阵列探测器的原理图。它包括光电二极管阵列，用于读出信号的开关部分及其选址的移位寄存器。硅阵列探测器使用电荷积分法读出信号。由光电二极管产生的电荷存储在二极管阵列的相应结电容中，输入时钟脉冲和起始脉冲依次导通相应的选址开关，像元中的信号被读出。当所有像元的信号都读出后，输出脉冲信号。

附图2是在正常工作模式下，双相时钟脉冲起始脉冲和结束脉冲以及输出信号的时序图。

附图3是在分段积分的工作模式下，双相时钟脉冲起始脉冲和结束脉冲以及输出信号的时序图。是由驱动脉冲序列N₁和驱动脉冲序列N₂交替循环构成。脉冲序列N₁是正常模式下的工作脉冲，每个像元的积分时间都为t。在脉冲序列N2中，第X-1个和第X个时钟脉冲之间延长时间Δt。在同一帧内，延长时间间隔前，像元的积分时间为t。经过延长的时间间隔，像元的积分时间为t+Δt。

附图4是探测器驱动电路的原理框图。可编程逻辑阵列产生脉冲信号，控制探测器将电荷信号输出到模拟电路中。当最后一个像元信号被读出后，输出扫描结束信号给可编程逻辑阵列。

具体实施方式

本发明的发明思想为：

所谓的分段积分法，是根据入射在不同区段像元上的光信号的强弱及其响应的差异，通过设定驱动脉冲之间的时间间隔，来适当地调节不同区段像元的积分时间的方法。

本发明的硅阵列探测器分段积分的方法，通过软件设计来改变时钟脉冲的时间间隔，使得各区段像元产生不同的积分时间，不需要改变硅阵列探测器的外部电路设计。