[发明专利]一种微光超快高重频成像探测装置与方法

说明书

所属领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种微光探测装置与方法，尤其涉及一种微光超快高重频成像探测装置与方法。

背景技术

微光超快是指自然界经常发生的光学现象的特征之一，这种现象主要有三个特点，一是光能量较弱，表现为低照度，或单位面积的有效光子数仅有几个到几十个光子。二是这种光学现象持续的时间较短，常常只有几十纳秒。三是这种现象的重复频率有可能达到每秒几百次到上千次。随着的空间天文学领域的观测对象的扩充，越来越多的天文现象均属于微光超快现象；微光超快现象很难探测和记录，特别是很难以直观成像的方式记录下来，因此研制一种超快微光成像系统具有重要意义。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提供了一种微光超快高重频成像探测装置与方法。用于捕获微弱超快的光学信号或光现象，并将其以图像的形式记录下来。

本发明的技术解决方案为：一种微光超快高重频成像探测装置，其特殊之处在于：包括光学信号接收导入组件、依次设置在光学信号接收导入组件后方的像增强器、耦合组件、CCD、CCD成像及信号处理模块；还包括用于控制像增强器的触发控制单元；

上述CCD成像及信号处理模块包括依次连接用于完成高帧频大面阵CCD驱动信号产生和输出的CCD驱动板、高帧频大面阵CCD输出视频信号处理的AD转换板、高帧频大面阵CCD多路输出信号拼接的数据处理板、图像传输与指令接收解析执行的接口板；

上述触发控制单元包括光电倍增管、信号逻辑判读单元、像增强器电源与高压控制模块；所述光学信号通过光电倍增管传入信号逻辑判读单元，再通过接口板将外触发信号传递到像增强器电源与控制模块以控制像增强器开门时间；

上述接口板分别与电源模块和用于采集数据的采集卡及用于分析数据的计算机连接；

上述光电倍增管为单光子灵敏光电倍增管；

上述信号逻辑判读单元的外触发脉冲生成时间小于50nS；

上述耦合组件为光锥耦合组件或中继镜耦合组件；

上述CCD为高帧频大面阵CCD；

上述光学信号接收导入组件为镜头或光纤束；

上述耦合组件在入射光下限小于10个光子，动态范围超过1000的情况下为光锥耦合组件；上述耦合组件在入射光下限超过100光子，动态范围小于100的情况下为中继镜耦合组件；

一种微光超快成像探测装置的探测方法，其特殊之处在于：

具有以下步骤：1】根据待测微光超快光源或现象的光学属性设定微光超快成像装置的工作模式、像增强器增益、像增强器开门时间、CCD曝光时间和CCD增益；

1.1]当像增强器的触发控制单元处于关闭时，所述微光超快成像探测装置处于连续工作模式；

1.2]当像增强器的触发控制单元处于开启时，所述像增强器处于阴极常开模式或阴极常关模式；

2】待测微光超快光源或现象发射出的光学信号穿过光学信号接收导入组件的同时被单光子灵敏的光电倍增管接收，经信号逻辑判读单元产生外触发信号。像增强器和CCD按照设定工作模式的时序关系完成阴极开门和CCD曝光操作；

3】待测微光超快光源或现象发射出的光学信号穿过光学信号接收导入组件，在像增强器阴极打开的情况下，利用像增强器微通道板对光学信号进行放大，放大后的光学信号到达像增强器的荧光屏，利用荧光屏的余辉使得光学信号在像增强器的荧光屏有一定的延迟时间；

4】放大并延时后的光学信号通过耦合组件到达CCD；

5】CCD曝光后产生视频信号，由CCD成像及信号处理模块进行信号整理输出后，由采集卡完成高灵敏高帧频大面阵CCD输出信号的采集。

上述步骤5，先利用采集卡上的串口和计算机上的串口，分别与像增强器电源与控制模块及CCD成像及信号处理模块进行通信，完成工作模式设置、像增强器增益调节、CCD曝光及增益调节；然后计算机对采集卡进行配置，通过调用驱动程序与采集卡进行数据交互，CCD成像与信号处理模块输出图像的同时，以帧同步信号作为采集卡触发信号，通知采集卡进行图像采集。

本发明的优点是：本发明能够对微弱，超快的光学信号进行增强，并使其产生一定时间延迟，同时触发高帧频CCD以图像形式记录增强后的光学信号，从而完成对连续或随机发生的微弱超快光学现象进行探测和记录，最高重复工作频率可达到每秒1000帧。

附图说明

图1为本发明结构示意图；