專利名稱：Ccd芯片性能參數的測量系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于測量技術領域，具體涉及對CCD芯片性能參數的測量，用于實現CCD芯片性能的評價。
背景技術：
CCD作為一種重要的光電探測元件，其各項性能參數在很大程度上決定了探測系統的性能，因此，在研制探測系統時，需要選擇合適性能參數的CCD芯片。而CCD生產廠家提供的性能參數指標并不等于CCD應用中所需要的參數指標，因此，在研制CCD成像系統時，為了確保其選型的合理性、成像系統探測的穩定性及精確性，需要研制一套可以對CCD 芯片各項性能參數進行精確標定的科學儀器。目前，在國內隨著CCD的廣泛應用，一些科研單位相繼開發出具有特定功能CCD參數測量系統，但仍未形成統一的測量標準。其中，中國科學院長春精密儀器研究所于1994 年研制了國內第一套CCD光電參量測試系統，并于2001年設計了一種新型的光路可伸縮的 CCD器件光電參數測試裝置。合肥工業大學、大連理工大學、電子科技大學、清華大學、中國科學院西安光學精密機械研究所和中國科學院空間科學與應用研究中心等都根據各自的需求設計了具有針對性的CCD性能參數測量系統。但是，以上系統普遍存在以下幾個不足之處未能實現低溫測量，使測量不夠精確，暗電流、噪聲等受環境溫度影響較大；通用性不夠，各自系統只能實現特定型號CCD的測量；光譜測量范圍較窄、光譜分辨率較低；測量的參數不夠全面，只測量了自己需要的參數。這些不足都嚴重影響了 CCD性能參數測量的精度、通用性和全面性。
發明內容
本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種CCD芯片性能參數的測量系統，以在較寬的光譜范圍300-1500nm內實現對不同類型的CCD芯片性能參數的全面測量，提高其測量的通用性和全面性。為實現上述目的，本發明的測量系統包括可調單色光源系統、積分球、暗室、主控電路系統和主控計算機，主控計算機分別與可調單色光源系統和主控電路系統雙向連接， 可調單色光源系統通過積分球與暗室連接，其特征在于暗室與主控電路系統之間設有杜瓦瓶溫控室，待測(XD、標準探測器和PID溫控儀放置在該杜瓦瓶溫控室內；主控電路系統包括(XD通用驅動電路和USB通信電路，該CXD通用驅動電路，由時序模塊、電壓模塊和接口模塊構成，時序模塊用于提供不同CCD芯片成像所需的驅動時序，電壓模塊用于提供不同CCD芯片所需的驅動電壓，接口模塊用于連接不同CCD芯片的輸入和輸出。待測CXD與CXD通用驅動電路連接；標準探測器通過皮安表與USB通信電路連接。
所述的可調單色光源系統，由光譜范圍為200nm-2500nm、功率為500瓦的氙燈光源和單色儀組成，單色儀與主控計算機相連，其輸出光譜分辨率為IOnm并且連續可調。所述的積分球，采用直徑為20英寸的漫反射球體，其入口直徑為2英寸，出口直徑為4英寸，內表面涂層為Spectralon，輻射均勻度> 98%。所述的暗室，采用木質結構，形狀為一個長方體，內部涂有黑色涂層，具有良好的不透光性，其頂端設有能夠活動的盒蓋，兩端各有一個開孔，分別密閉連接積分球出口和杜瓦瓶溫控室。所述的待測CCD和標準探測器并行放置在杜瓦瓶溫控室中，同時接受均勻光照射，通過皮安表對標準探測器輸出的監測，保證測量條件相同和穩定。所述的主控計算機，設有控制模塊和圖像處理模塊，該控制模塊由串口驅動子模塊和USB驅動子模塊組成，串口驅動子模塊控制單色儀，調節其輸出波長和分辨率，USB驅動子模塊控制主控計算機與USB通信電路之間相互通信，傳輸控制命令；該圖像處理模塊獲取圖像信息后計算出待測CCD的性能參數。利用本發明系統進行CCD芯片性能參數測量的方法，包括如下步驟(1)將待測C⑶安放在杜瓦瓶溫控室中，使其與標準探測器等高，通過調節PID溫控儀，設置好測量所需要的溫度，同時，密閉杜瓦瓶溫控室，并將其抽成真空；(2)通過主控計算機，選擇需要測量的CCD性能參數，對可調單色光源系統輸出光譜波長等參數進行設定，產生需要的均勻單色光；(3)待CXD溫度、標準探測器溫度以及均勻單色光穩定后，主控電路系統通過皮安表獲得標準探測器測得的輸出電流值，同時，控制待測CCD的曝光時間并讀取CCD的輸出信號，并通過USB總線將CCD響應的信號、皮安表測得的結果和CCD溫度信息上傳到主控計算機；(4)主控計算機根據獲取的信息，計算出待測CCD的性能參數。本發明具有如下優點1)本發明由于設計的主控電路系統適合不同類型的CXD芯片，能夠驅動不同類型 CCD芯片產生圖像信號，使測量系統具有通用性，能夠對不同類型的CCD芯片性能參數進行測量。2)本發明由于采用杜瓦瓶溫控室，能夠調節和控制測量環境的溫度，不僅能夠提供測量所需的低溫環境，而且能夠測量與溫度有關的性能參數，使測量系統具有測量參數的全面性，同時也保證了測量環境不受周圍環境的干擾。3)本發明由于通過皮安表對標準探測器的輸出進行實時監測，讀取皮安表輸出結果，觀察入射光功率是否變化，確保整個測量過程中的光功率相同，使測量系統具有穩定性。
圖1是本發明CCD芯片性能參數測量系統結構框圖；圖2是本發明CXD芯片性能參數測量流程圖。
具體實施例方式
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以下將結合附圖對本發明做進一步詳細描述。參照圖1，本發明的測量系統給出如下兩種實施例實施例1 本發明的測量系統包括可調單色光源系統1、積分球4、暗室5、杜瓦瓶溫控室9、皮安表10、主控電路系統11和主控計算機14。其中可調單色光源系統1，采用光譜范圍為 200nm-2500nm、功率為500瓦的氙燈光源2和單色儀3組成，輸出光譜分辨率為IOnm并且連續可調的單色光；積分球4采用直徑為20英寸的漫反射球體，其入口直徑為2英寸，出口直徑為4英寸，內表面涂層為Spectralon，輸出輻射均勻度> 98%的均勻光；暗室5采用長度為80cm的長方體黑箱結構，材料為木質，該黑箱內部涂有黑色涂層，使其具有良好的不透光性，黑箱的頂端設有能夠活動的盒蓋，兩端各有一個開孔，分別用于密閉連接積分球4的出口和杜瓦瓶溫控室9 ；杜瓦瓶溫控室9中放置有待測CXD芯片6、標準探測器7和PID溫控儀8 ；主控電路系統11包括CXD通用驅動電路12和USB通信電路13，(XD通用驅動電路 12由時序模塊、電壓模塊和接口模塊構成；主控計算機14內部設有控制模塊和圖像處理模塊，其控制模塊包括串口驅動子模塊和USB驅動子模塊兩部分。各部件的相互連接關系及工作原理如下主控計算機14分別與單色儀3和主控電路系統11雙向連接；可調單色光源系統 1通過積分球4與暗室5連接；暗室5與主控電路系統11之間設有杜瓦瓶溫控室9 ；待測 CXD芯片6與CXD通用驅動電路12連接，標準探測器7通過皮安表10與USB通信電路13 連接。工作時，將待測CXD芯片6安放在杜瓦瓶溫控室9中，使其與標準探測器7等高，調節溫控儀8，設置測量需要的環境溫度，待環境溫度穩定后，打開氙燈光源，通過主控計算機 14選擇需要測量的CCD芯片性能參數，并設置單色儀3的輸出光譜波長和帶寬這些參數后， 可調單色光源系統1輸出單色光，該單色光進入積分球4，經積分球4轉變為均勻光入射到暗室5中，該均勻光從暗室5射出后同時照射在杜瓦瓶溫控室9中的待測CCD芯片6和標準探測器7上，并且通過皮安表10監測標準探測器7的輸出，保證測量條件相同和穩定，CXD 通用驅動電路12中的時序模塊用于提供CCD成像所需的驅動時序，電壓模塊用于提供CCD 成像所需的驅動電壓，接口模塊用于連接CXD的輸入和輸出，控制待測CXD芯片6成像后， 將CXD的輸出信息通過USB通信電路13上傳到主控計算機14，主控計算機14中的圖像處理模塊根據獲取到的信息計算出待測CCD芯片6的性能參數。實施例2:積分球4采用直徑為12英寸的漫反射球體，其入口直徑為2英寸，出口直徑為4英寸，內表面涂層為Spectralon，輸出輻射均勻度> 98%的均勻光；暗室5采用長度為80cm 的正方體黑箱結構，材料為金屬，該黑箱內部涂有黑色涂層，使其具有良好的不透光性，黑箱的頂端設有能夠活動的盒蓋，兩端各有一個開孔，分別用于密閉連接積分球4的出口和杜瓦瓶溫控室9。其余部件、連接關系和工作原理均與實施例1相同。參照圖2，利用本發明系統進行CCD芯片性能參數測量的方法，包括如下步驟步驟1，將待測CXD芯片6安放在杜瓦瓶溫控室9中，使其與標準探測器7等高，通過調節PID溫控儀8，設置好測量所需要的環境溫度，同時，密閉杜瓦瓶溫控室9，并將其抽成真空，確保測量過程中不受周圍環境的干擾；步驟2，打開氙燈光源，通過主控計算機14，選擇需要測量的CXD芯片性能參數，并且設置可調單色光源系統1中單色儀3的輸出光譜波長、帶寬等參數，產生測量需要的均勻單色光；步驟3，待C⑶溫度、標準探測器溫度以及均勻單色光輸出功率穩定后，主控電路系統11通過皮安表10獲得標準探測器7測得的輸出電流值，同時，主控計算機14根據不同的待測參數，設置CCD不同的曝光時間；步驟4，CXD通用驅動電路12驅動待測CXD成像后，讀取CXD的輸出信號，并通過 USB總線將CCD響應的信號、皮安表10測得的結果和CCD溫度信息上傳到主控計算機14 ；步驟5，主控計算機14根據獲取的信息，計算出待測CXD芯片6的性能參數。
權利要求
1.一種CCD芯片性能參數測量系統，包括可調單色光源系統(1)、積分球、暗室 (5)、主控電路系統(11)和主控計算機(14)，主控計算機(14)分別與可調單色光源系統 (1)和主控電路系統(11)雙向連接，可調單色光源系統⑴通過積分球⑷與暗室(5)連接，其特征在于暗室(5)與主控電路系統(11)之間設有杜瓦瓶溫控室(9)，該杜瓦瓶溫控室(9)內放置有待測CXD芯片(6)、標準探測器(7)和PID溫控儀⑶；主控電路系統(11)包括CCD通用驅動電路(1 和USB通信電路(13)；待測CXD芯片(6)與CXD通用驅動電路(12)連接；標準探測器(7)通過皮安表(10)與USB通信電路(1 連接。
2.根據權利要求1所述的CCD芯片性能參數測量系統，其特征在于可調單色光源系統 (1)，由光譜范圍為200nm-2500nm、功率為500瓦的氙燈光源O)，和單色儀(3)組成，單色儀⑶與主控計算機(14)相連，其輸出光譜分辨率為IOnm并且連續可調。
3.根據權利要求1所述的CCD芯片性能參數測量系統，其特征在于積分球，采用直徑為20英寸或12英寸的漫反射球體，其入口直徑為2英寸，出口直徑為4英寸，內表面涂層為Spectralon，輻射均勻度> 98%。
4.根據權利要求1所述的CCD芯片性能參數測量系統，其特征在于暗室(5)，采用長方形木質腔體，腔體內部涂有不透光的黑色涂層，長方形木質腔體的頂端設有能夠活動的盒蓋，兩端各設有一個分別與積分球(4)和杜瓦瓶溫控室(9)密閉連接的開孔。
5.根據權利要求1所述的CCD芯片性能參數測量系統，其特征在于暗室(5)，采用正方形金屬腔體，腔體內部涂有不透光的黑色涂層，正方形金屬腔體的頂端設有能夠活動的盒蓋，兩端各設有一個分別與積分球(4)和杜瓦瓶溫控室(9)密閉連接的開孔。
6.根據權利要求1所述的CCD芯片性能參數測量系統，其特征在于待測CCD芯片(6) 和標準探測器(7)并行放置在杜瓦瓶溫控室(9)中，同時接受均勻光照射，通過皮安表(10) 對標準探測器(7)輸出的監測，保證測量條件相同和穩定。
7.根據權利要求1所述的CCD芯片性能參數測量系統，其特征在于CCD通用驅動電路 (12)，由時序模塊、電壓模塊和接口模塊構成，時序模塊用于提供不同CCD芯片成像所需的驅動時序，電壓模塊用于提供不同CCD芯片所需的驅動電壓，接口模塊用于連接不同CCD芯片的輸入和輸出。
8.根據權利要求1所述的CCD芯片性能參數測量系統，其特征在于主控計算機(14)， 設有控制模塊和圖像處理模塊，該控制模塊由串口驅動子模塊和USB驅動子模塊組成，串口驅動子模塊控制單色儀(3)，調節其輸出波長和分辨率，USB驅動子模塊控制主控計算機 (14)與USB通信電路(1 之間相互通信，傳輸控制命令；該圖像處理模塊獲取圖像信息后計算出待測CCD芯片(6)的性能參數。
9.一種利用權利要求1所述測量系統進行CCD芯片性能參數測量的方法，包括如下步驟(1)將待測CCD芯片(6)安放在杜瓦瓶溫控室(9)中，使其與標準探測器(7)等高，通過調節PID溫控儀(8)，設置好測量所需要的溫度，同時，密閉杜瓦瓶溫控室(9)，并將其抽成真空；(2)通過主控計算機(14)，選擇需要測量的CCD性能參數，對可調單色光源系統(1)輸出光譜波長等參數進行設定，產生需要的均勻單色光；(3)待CCD溫度、標準探測器溫度以及均勻單色光穩定后，主控電路系統(11)通過皮安表(10)獲得標準探測器(7)測得的輸出電流值，同時，控制待測CCD的曝光時間并讀取CCD 的輸出信號，并通過USB總線將CCD響應的信號、皮安表(10)測得的結果和CCD溫度信息上傳到主控計算機(14)；(4)主控計算機(14)根據獲取的信息，計算出待測CCD芯片(6)的性能參數。
全文摘要
本發明公開了一種CCD芯片性能參數的測量系統，主要解決現有系統不具有通用性、測量參數不全面和光譜范圍窄的不足。整個系統包括可調單色光源系統(1)、積分球(4)、暗室(5)、杜瓦瓶溫控室(9)、皮安表(10)、主控電路系統(11)和主控計算機(14)，待測CCD和標準探測器安放在杜瓦瓶溫控室中，調節可調單色光源系統輸出單色光，該單色光經過積分球和暗室轉變為均勻光后，照射在待測CCD和標準探測器上，待測CCD由主控電路系統驅動成像，并將CCD的輸出信息上傳到主控計算機上，主控計算機根據圖像信息計算出待測CCD的性能參數。本發明具有通用性強、測量參數全面和穩定性高的優點，適用于對所有CCD芯片的測量。
文檔編號G01R31/26GK102508141SQ20111032906
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者喬琳, 劉飛, 盧光旭, 徐大雍, 楊曉輝, 王楊, 范華, 許宏濤, 邵曉鵬, 馬菁汀 申請人:西安電子科技大學