电荷耦合器件

摘要： CCD易受空间环境中高能电子辐射的影响,造成性能下降和工作异常,针对此问题,选取某国产N沟道3相多晶硅交迭栅、帧转移结构CCD开展了电子辐照效应研究。采用三维蒙特卡罗软件FLUKA建立电子辐照CCD的组成材料Si和SiO_(2)模型,仿真模拟电子和材料相互作用的物理过程,计算不同能量电子在Si和SiO_(2)中的总质量阻止本领和射程,与文献理论计算结果对比验证了本文仿真方法的正确性。建立CCD像元阵列的三维模型,模拟计算不同能量电子在CCD中能量沉积过程的影响,以及像元间有无边界对电子在CCD像元中平均原子离位(DPA)的影响,分析了辐照损伤差异产生的机理。结果表明,靠近入射点的像元能量沉积最大处对应的入射电子能量较小;对于无边界像元,电子辐照产生的DPA随入射深度的增加先增加后减小,而在有边界像元中产生的DPA随入射深度的增加先减小后增加,并且随入射深度的增加无边界像元中产生的DPA与有边界像元中产生的DPA差值越来越小。

摘要： 在CCD成像电路的研发过程中,为了确保CCD达到最优的满阱性能,需要不断调整CCD驱动信号参数并进行满阱测试,该过程通常需要重复几十甚至上百次。通用的光子转移曲线法需要积分球等设备搭建平场光源,系统复杂,满阱测试效率较低。提出了一种满阱测试方法——LED点测试法,该方法通过光子转移曲线法获取系统增益后,仅通过搭建LED点光源配合普通民品镜头即可实现CCD满阱测试。基于载荷CCD成像电路,使用LED点测试法进行测试。结果表明,载荷CCD的满阱电子数可达817.013ke^(-),误差不大于0.643%。针对LED点测试的同组数据采用传统满阱测试方法进行测试,对比结果表明,LED点测试法和传统测试方法相对光子转移曲线法的误差分别为0.0397%和1.9%。LED点测试法可用作简易条件下快速测量CCD满阱的通用方法,能够提升CCD成像电路的研发效率。

摘要： 电荷耦合器件(CCD)是用于空间光电系统可见光成像的图像传感器,在空间应用环境下受辐射效应作用导致CCD性能退化甚至失效。对于CCD空间辐射效应的地面模拟试验研究,辐照试验中CCD采用合适的偏置条件是分析其空间辐射损伤的必要措施。由于CCD对质子辐照导致的电离总剂量效应和位移损伤效应均非常敏感,因此针对CCD空间应用面临的电离总剂量效应和位移损伤效应威胁,开展不同辐照偏置下CCD的辐射效应及损伤机理研究。针对一款国产埋沟CCD器件,开展不同偏置条件下的γ射线和质子辐照试验,获得了CCD的暗电流、光谱响应等辐射敏感参数的电离总剂量效应,位移损伤效应退化规律以及辐照偏置对CCD辐射效应的影响机制。研究表明,γ射线辐照下CCD的偏置产生重要影响,质子辐照下没有明显的偏置效应。根据CCD结构和辐照后的退火试验结果,对CCD的辐射效应损伤机理进行分析。

摘要： 开展了416 nm纳秒脉冲激光对CCD的损伤实验,观察到了CCD从点损伤到线损伤,再到面损伤的过程,并计算出了点损伤、线损伤和面损伤所对应的损伤能量密度阈值分别为16.7 mJ/cm2～71.9 mJ/cm2、61.0 mJ/cm2～207.8 mJ/cm2和352.6 mJ/cm2;通过对不同损伤状态CCD的损伤点表面显微图像的分析,以及不同损伤状态对应的CCD各电极之间电阻值的测量,得出不同损伤状态主要由二氧化硅绝缘层材料相变引起电阻值改变所产生;COMSOL软件仿真显示CCD各层最先产生熔融的是二氧化硅绝缘层,能量密度为420 mJ/cm2,与实验结果相接近.实验结果证明了CCD损伤机理分析方法的正确性.

摘要： 在采用一束激光辐照电荷耦合器件(Charged Coupled Device,CCD)图像传感器时,串扰效应是最重要的干扰之一.本文采用532 nm激光对一个行间转移型CCD进行辐照实验,观测到了一系列串扰现象,计算CCD的饱和阈值为0.32 mW/cm2.根据行间转移型CCD的工作原理和驱动脉冲时序,将串扰效应分为积分周期内的溢出和读出转移时的溢出两个过程,并据此开展了串扰效应图像的仿真研究.首先基于高斯光束传输变换规律对探测靶面的激光能量分布进行了仿真,然后根据光电转换效应对光生电荷分布进行了仿真,对串扰效应的两个溢出过程进行仿真得到了串扰电荷分布,最后对电压检测和灰度量化过程进行仿真得到了串扰图像.统计计算得到仿真相对误差均小于40％,说明仿真结果与实验结果吻合得很好.

摘要： 为评估CCD在高能质子辐照条件下的损伤效应,在西安200 MeV质子应用装置上开展了 200 MeV质子辐照CCD的实验研究,在辐照注量为1×1010cm-2时,得到了 CCD性能退化的实验结果,分析了 CCD的暗信号、暗电流密度、随机噪声、暗信号不均匀性、暗信号尖峰及其分布等暗场特性参数和饱和输出、动态范围、电荷转移效率等明场特性参数退化的实验规律和损伤机理.结果表明,200 MeV质子辐照后,CCD暗场特性参数退化显著,退火后,暗场特性参数虽有一定程度的恢复,但远未恢复到辐照前的水平;明场特性参数的退化程度相对较小,退火后,明场特性参数略有恢复.CCD的质子辐照损伤主要源于质子辐照CCD诱发产生的电离损伤和位移损伤.

摘要： 从CCD光电传感器的诞生,到基于PC的机器视觉,再到后PC时代的智能工业相机,工业相机在50多年中得到了长足的进步。卷烟厂使用工业相机的例子也屡见不鲜,并给烟厂带来了很大的经济效益。

摘要： 针对空间环境中高能质子辐射导致电荷耦合器件(CCD)性能退化评估问题,开展能量高于60 MeV的质子辐照试验,考察了 CCD的重要性能参数暗电流和电荷转移效率受质子辐照的退化情况及质子辐照后CCD的热像素产生情况.研究表明:高能质子辐照导致CCD性能退化的敏感参数包括暗电流、电荷转移效率和热像素;对于60 MeV和100 MeV的质子能量,当辐照注量达到5×1010 cm-2时,暗电流和电荷转移效率出现了一定的退化,更加显著的退化表现在热像素的产生.分析发现,60 MeV和100 MeV质子辐照导致暗电流和电荷转移效率的退化可通过NIEL进行等效,而热像素产生则不能等效.因此,在进行高能质子辐照导致CCD性能退化评估时,需重点考察热像素产生情况,且应针对实际应用的辐射环境,使用合适的质子能量进行更具针对性的辐照试验.

摘要： 宇宙线事件是CCD和CMOS空间探测图像中普遍存在的现象,对目标的识别和提取造成了干扰.对于空间天文观测图像,提出了一种基于天文位置定标的识别算法,并在230帧嫦娥三号月基光学望远镜的CCD图像中,共检测到29731例宇宙线事件.与传统的拉普拉斯算法相比,本算法检测到的宇宙线事件总数多11.14％,多出的部分主要是形态与星像类似的宇宙线事件;在拉普拉斯算法检测到的样本中,98.07％可被本算法检测到;对本算法没有检测到的1.93％样本进行了检查,发现其中48.64％为恒星星像,是错误识别.分析统计了宇宙线事件在月基光学望远镜CCD靶面上的电子沉积分布,和哈勃太空望远镜的两个CCD探测器的结果对比,发现两者形态类似,但前者的峰值略高;进一步分析了宇宙线事件入射角度在CCD靶面上的二维分布,发现在两个方向上有明显超出,可以理解为探测器在嫦娥三号着陆器内部等效铝厚度较小.最后,本文提取出所有识别出的宇宙线事件的形态,建立了"CCD探测器宇宙线实体样本库",可为空间天文望远镜图像仿真系统提供依据.

摘要： 针对悬浮试验场内飞行物体的高精度姿态测量,提出了采用面阵CCD辅助识别的多线阵CCD姿态测量系统.设计了采用柱面镜组构成的线阵CCD专用成像镜头.在被测飞行物体上安装3个红色发光二极管(LED)光点作为合作目标,2个面阵CCD和3个线阵CCD同时对光点成像,通过测量光点空间位置坐标,计算出飞行物体的姿态高度.线阵CCD光学镜头选用(635±15)nm的红光作为工作标段,设计的全视场角为19°,焦距为90.04 mm.系统采用7片柱面镜和1片红色滤光片组成像方远心光路,从而有效消除像差,实现大景深测试.测试结果表明:设计的镜头畸变优于0.05％,景深可达1.5m,可配合线阵CCD实现高精度测试.

摘要： 针对悬浮试验场内飞行物体的高精度姿态测量,提出了采用面阵CCD辅助识别的多线阵CCD姿态测量系统.设计了采用柱面镜组构成的线阵CCD专用成像镜头.在被测飞行物体上安装3个红色发光二极管(LED)光点作为合作目标,2个面阵CCD和3个线阵CCD同时对光点成像,通过测量光点空间位置坐标,计算出飞行物体的姿态高度.线阵CCD光学镜头选用(635±15)nm的红光作为工作标段,设计的全视场角为19°,焦距为90.04 mm.系统采用7片柱面镜和1片红色滤光片组成像方远心光路,从而有效消除像差,实现大景深测试.测试结果表明:设计的镜头畸变优于0.05％,景深可达1.5m,可配合线阵CCD实现高精度测试.

摘要： 针对悬浮试验场内飞行物体的高精度姿态测量,提出了采用面阵CCD辅助识别的多线阵CCD姿态测量系统.设计了采用柱面镜组构成的线阵CCD专用成像镜头.在被测飞行物体上安装3个红色发光二极管(LED)光点作为合作目标,2个面阵CCD和3个线阵CCD同时对光点成像,通过测量光点空间位置坐标,计算出飞行物体的姿态高度.线阵CCD光学镜头选用(635±15)nm的红光作为工作标段,设计的全视场角为19°,焦距为90.04 mm.系统采用7片柱面镜和1片红色滤光片组成像方远心光路,从而有效消除像差,实现大景深测试.测试结果表明:设计的镜头畸变优于0.05％,景深可达1.5m,可配合线阵CCD实现高精度测试.

摘要： 为了对快速运动的目标跟踪成像或记录快速变化的过程,研制了超高帧频64×64元可见光CCD.该器件的存储区采用漏斗形结构提高了工作频率,光敏元采用多蓝光窗口提高了蓝光响应,衬底采用较高的电阻率50(欧姆.厘米)提高了红光响应,采用MPP技术降低了暗电流.器件的帧频为每秒2000帧,在450nm～900nm波长范围的平均量子效率为45％,动态范围达到了15000:1,暗电流为30pA/cm2.

摘要： 为了对快速运动的目标跟踪成像或记录快速变化的过程,研制了超高帧频64×64元可见光CCD.该器件的存储区采用漏斗形结构提高了工作频率,光敏元采用多蓝光窗口提高了蓝光响应,衬底采用较高的电阻率50(欧姆.厘米)提高了红光响应,采用MPP技术降低了暗电流.器件的帧频为每秒2000帧,在450nm～900nm波长范围的平均量子效率为45％,动态范围达到了15000:1,暗电流为30pA/cm2.

摘要： 为了对快速运动的目标跟踪成像或记录快速变化的过程,研制了超高帧频64×64元可见光CCD.该器件的存储区采用漏斗形结构提高了工作频率,光敏元采用多蓝光窗口提高了蓝光响应,衬底采用较高的电阻率50(欧姆.厘米)提高了红光响应,采用MPP技术降低了暗电流.器件的帧频为每秒2000帧,在450nm～900nm波长范围的平均量子效率为45％,动态范围达到了15000:1,暗电流为30pA/cm2.

摘要： 为了对快速运动的目标跟踪成像或记录快速变化的过程,研制了超高帧频64×64元可见光CCD.该器件的存储区采用漏斗形结构提高了工作频率,光敏元采用多蓝光窗口提高了蓝光响应,衬底采用较高的电阻率50(欧姆.厘米)提高了红光响应,采用MPP技术降低了暗电流.器件的帧频为每秒2000帧,在450nm～900nm波长范围的平均量子效率为45％,动态范围达到了15000:1,暗电流为30pA/cm2.

摘要： 为了对快速运动的目标跟踪成像或记录快速变化的过程,研制了超高帧频64×64元可见光CCD.该器件的存储区采用漏斗形结构提高了工作频率,光敏元采用多蓝光窗口提高了蓝光响应,衬底采用较高的电阻率50(欧姆.厘米)提高了红光响应,采用MPP技术降低了暗电流.器件的帧频为每秒2000帧,在450nm～900nm波长范围的平均量子效率为45％,动态范围达到了15000:1,暗电流为30pA/cm2.

摘要： 在分析了帧转移型CCD的工作时序的基础上,采用VHDL硬件描述语言对高帧频帧转移型CCD的驱动控制时序进行了设计.采用FPGA输出控制时序,并由驱动转换芯片进行驱动转换的方法直接驱动CCD.这种方法大大简化了CCD驱动控制系统的复杂性,同时还具有性能稳定、体积小、可扩展性强、调试和控制简单等优点.实验表明,这种方法能够实现高帧频CCD图像采集系统的驱动控制.

摘要： 在分析了帧转移型CCD的工作时序的基础上,采用VHDL硬件描述语言对高帧频帧转移型CCD的驱动控制时序进行了设计.采用FPGA输出控制时序,并由驱动转换芯片进行驱动转换的方法直接驱动CCD.这种方法大大简化了CCD驱动控制系统的复杂性,同时还具有性能稳定、体积小、可扩展性强、调试和控制简单等优点.实验表明,这种方法能够实现高帧频CCD图像采集系统的驱动控制.

摘要： 一种电荷耦合器件(CCD)照相机和控制该照相机的方法。当通过用户操作而将摄影命令从输入单元输入时，控制器控制可变光阑驱动单元，以便以预定时间周期性地打开和关闭可变光阑。另外，控制器根据可变光阑的打开借助入射光读出累加在CCD成像单元的电信号，而后控制器将读出的CCD数据按半帧存储在存储器中。之后，每个从CCD成像单元读出的CCD数据以不附加相邻数据的原数据状态存储在存储器中。此外，控制器通过将偏移值按半帧附加到存储在存储器中的原状态的每个CCD数据上而产生第二奇数半帧和第二偶数半帧，此后，通过组合该第二奇数半帧和第二偶数半帧而形成静止图像。

摘要： 本发明涉及一种基于宇宙射线的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，该方法通过对同一天在轨暗场测试采集到的十幅图进行统计，得到十幅图中宇宙射线轨迹总数，然后统计每条宇宙射线轨迹在图像上经过的列数，找出每条宇宙射线轨迹中灰度值最大的像素，以该像素为中心像素，其上下左右各个方向上的像素灰度值逐渐降低，寻找各方向上像素的灰度值介于图像背景灰度值的1.5倍和中心像素灰度值之间的所有像素即为宇宙射线信号源覆盖的像素。通过计算宇宙射线轨迹上所有像素的平均灰度值、宇宙射线上方信号源像素的灰度值总和以及宇宙射线下方信号源像素的灰度值总和，计算出总的电荷转移损失率，以此求出基于该条宇宙射线的电荷耦合器件的单次电荷转移效率。本发明实时性强，方法简单，计算结果准确。

摘要： 本发明涉及一种基于光斑的电荷耦合器件电荷转移效率通用测试方法，该方法涉及装置是由静电试验平台、积分球光源、卤钨灯光源、会聚球面镜、样品测试板、电荷耦合器件样品、导轨、三维样品调整台、暗箱、光学准直套筒和计算机组成，将电荷耦合器件样品正对积分球光源出光口，首先进行暗场测试，计算出A、B、C三个通道暗场所有像素位置的灰度值的平均值；再进行亮场测试，计算出三个通道亮场所有像素位置的灰度值的平均值；通过计算得到B、C通道相对于A通道的增益系数；计算暗场条件下样品从三个通道输出的所有像素位置灰度值的平均值；打开卤钨灯光源进行亮场测试，计算样品连同光斑中心在内的25个像元的信号灰度值之和，最后求解出水平转移效率和垂直转移效率。本发明具有通用性，操作简单，结果准确。

摘要： 本发明涉及一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，该方法通过对在轨暗场测试采集到的其中任一幅图进行计算，得到该幅图的背景信号S

摘要： 本发明提供一种电荷耦合器件中子辐照后的电荷转移效率测试方法。该方法通过增加CCD信号电荷读出时的过扫描像素输出单元，使中子辐照诱发产生的缺陷俘获CCD信号电荷后，在过扫描像素输出单元中收集，并通过图像输出直观地呈现中子辐照诱发产生的信号电荷损失；采用饱和光照，使信号电荷包在CCD转移沟道依次转移过程中，消除暗信号尖峰带来的影响，同时能满足不同中子注量辐照后，CTE测试时，信号电荷包大小的一致性。从而解决了中子辐照后导致CCD的CTE测试不准甚至无法测试的难题。

摘要： 一种电荷耦合器件(CCD)照相机和控制该照相机的方法。当通过用户操作而将摄影命令从输入单元输入时，控制器控制可变光阑驱动单元，以便以预定时间周期性地打开和关闭可变光阑。另外，控制器根据可变光阑的打开借助入射光读出累加在CCD成像单元的电信号，而后控制器将读出的CCD数据按半帧存储在存储器中。之后，每个从CCD成像单元读出的CCD数据以不附加相邻数据的原数据状态存储在存储器中。此外，控制器通过将偏移值按半帧附加到存储在存储器中的原状态的每个CCD数据上而产生第二奇数半帧和第二偶数半帧，此后，通过组合该第二奇数半帧和第二偶数半帧而形成静止图像。

摘要： 本发明涉及一种基于光斑的电荷耦合器件电荷转移效率通用测试方法，该方法涉及装置是由静电试验平台、积分球光源、卤钨灯光源、会聚球面镜、样品测试板、电荷耦合器件样品、导轨、三维样品调整台、暗箱、光学准直套筒和计算机组成，将电荷耦合器件样品正对积分球光源出光口，首先进行暗场测试，计算出A、B、C三个通道暗场所有像素位置的灰度值的平均值；再进行亮场测试，计算出三个通道亮场所有像素位置的灰度值的平均值；通过计算得到B、C通道相对于A通道的增益系数；计算暗场条件下样品从三个通道输出的所有像素位置灰度值的平均值；打开卤钨灯光源进行亮场测试，计算样品连同光斑中心在内的25个像元的信号灰度值之和，最后求解出水平转移效率和垂直转移效率。本发明具有通用性，操作简单，结果准确。

摘要： 本发明涉及一种基于热像素的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，该方法通过对在轨暗场测试采集到的其中任一幅图进行计算，得到该幅图的背景信号S

摘要： 本发明涉及一种基于宇宙射线的电荷耦合器件电荷转移效率在轨测试方法，该方法通过对同一天在轨暗场测试采集到的十幅图进行统计，得到十幅图中宇宙射线轨迹总数，然后统计每条宇宙射线轨迹在图像上经过的列数，找出每条宇宙射线轨迹中灰度值最大的像素，以该像素为中心像素，其上下左右各个方向上的像素灰度值逐渐降低，寻找各方向上像素的灰度值介于图像背景灰度值的1.5倍和中心像素灰度值之间的所有像素即为宇宙射线信号源覆盖的像素。通过计算宇宙射线轨迹上所有像素的平均灰度值、宇宙射线上方信号源像素的灰度值总和以及宇宙射线下方信号源像素的灰度值总和，计算出总的电荷转移损失率，以此求出基于该条宇宙射线的电荷耦合器件的单次电荷转移效率。本发明实时性强，方法简单，计算结果准确。

摘要： 本发明提供一种电荷耦合器件中子辐照后的电荷转移效率测试方法。该方法通过增加CCD信号电荷读出时的过扫描像素输出单元，使中子辐照诱发产生的缺陷俘获CCD信号电荷后，在过扫描像素输出单元中收集，并通过图像输出直观地呈现中子辐照诱发产生的信号电荷损失；采用饱和光照，使信号电荷包在CCD转移沟道依次转移过程中，消除暗信号尖峰带来的影响，同时能满足不同中子注量辐照后，CTE测试时，信号电荷包大小的一致性。从而解决了中子辐照后导致CCD的CTE测试不准甚至无法测试的难题。