[实用新型]一种EMCCD相机成像与数据传输系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种EMCCD相机成像与数据传输系统，尤其是适用于基于Camera Link接口的天文用CCD相机成像系统，属于高速低噪声微光成像技术领域。

背景技术

电子倍增CCD（通常记为EMCCD）是一种具有高速读出能力的微光成像器件，能对微弱光电子信号在CCD芯片内部进行放大。它与一般CCD的不同之处在于除了具有通常串行移位寄存器（即水平寄存器）之外，还增加了几百个采用一个高压时钟和普通时钟组合进行驱动的串行移位寄存器。在适当高压时钟驱动作用下，每一个组合单元都具有一定的电子雪崩能力。这样，微弱的光电子信号通过这一寄存器输出时，可以放大几百到几千甚至上万倍。所以，整个CCD图像的等效读出噪声很小，近似为“零噪声”。这样的串行移位寄存器，被称为电子倍增寄存器。几百个电子倍增寄存器就构成了一个区别于常规CCD的电子倍增通道。由于每级雪崩倍增是一个随机过程，对于一个电子输入，经过倍增寄存器后，输出电子数量是一个随机数，但它服从一定的统计规律。使用倍增增益时，它与常规CCD的工作状态和外特性都有一些差异，主要表现在电压倍增时钟及其倍增特性。因此，需要一套稳定的成像与数据传输系统。

发明内容

本实用新型解决的问题是：提供了一种EMCCD相机成像与数据传输系统，以有效控制EMCCD在低温下的成像过程（如清零、曝光、光电图像转换、图像读出、图像模数转换），并将所获得的数字图像高速传输至图像工作站。

本实用新型技术方案是：一种EMCCD相机成像与数据传输系统，包括杜瓦瓶内电路板（即A板）、时钟驱动电路板（即B板）、成像控制与传输电路板（即C板）；所述时钟驱动电路板、成像控制与传输电路板通过连接器自上而下扣接在一起，杜瓦瓶内电路板与时钟驱动电路板、成像控制与传输电路板通过导线和杜瓦瓶真空插座连接，杜瓦瓶内电路板中的前置放大器与成像控制与传输电路板中的后置缓冲放大器通过屏蔽信号线连接，成像控制与传输电路板中的FPGA时序发生器与时钟驱动电路板中的时钟缓冲器相连，时钟驱动电路板中的时钟驱动器通过导线和真空插头分别与杜瓦瓶内电路板中的阻容网络和电流缓冲器相连，时钟驱动电路板中的集成线性稳压电源电路既与杜瓦瓶内电路板中的电源滤波电路相连，也与成像控制与传输电路板中的模拟电源滤波电路和数字电源滤波电路相连。

所述杜瓦瓶内电路板包括电源滤波电路、EMCCD器件、负载电阻器与隔直电容器、前置放大器、阻容网络、电流缓冲器；电源滤波电路与EMCCD器件、电流缓冲器和前置放大器相连，电源滤波电路通过真空插座与来自时钟驱动电路板的输入电源相连接，EMCCD器件垂直、水平时钟输入端通过阻容网络及真空插座与来自时钟驱动电路板的输入驱动时钟相连接，电流缓冲器通过真空插座与来自时钟驱动电路板的垂直时钟相连，EMCCD器件模拟信号输出端接2.2kΩ的负载电阻器，EMCCD器件模拟信号输出端与隔直电容器连接，以去除视频电压信号中的直流分量，隔直电容器与运算放大器OPA642构成的前置放大器连接，EMCCD器件采用TI公司的IMPACTRON CCD器件，CCD输出的模拟视频信号，经隔直电容器进入由运算放大器OPA642组成的前置放大器。

所述时钟驱动电路板包括集成线性稳压电源电路、电平转换电路、时钟缓冲器、时钟驱动器；集成线性稳压电源电路包括固定和可调的集成线性稳压电源电路以及相应的磁珠电容滤波电路，电平转换电路包括多个集成运算放大器构成的提供不同电压水平的电源电路，时钟驱动器包括垂直时钟、水平时钟和高压倍增时钟的驱动电路，时钟驱动器分别与时钟缓冲器、电平转换电路连接，集成线性稳压电源电路分别与电平转换电路、时钟缓冲器、时钟驱动器连接，时钟驱动器输出的垂直时钟与杜瓦瓶内电路板电流缓冲器连接，时钟驱动器输出的水平时钟、高压倍增时钟与杜瓦瓶内电路板阻容网络连接，外部线性稳压直流电源与集成线性稳压电源电路相连。