| 题名 | 电子倍增CCD 驱动技术及其噪声特性研究 |
| 作者 | 王明富 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 吴钦章 ; 杨世洪 |
| 关键词 | 电子倍增CCD 驱动电路 高压增益 热电制冷 |
| 学位专业 | 信号与信息处理 |
| 中文摘要 | 电子倍增CCD(Electron Multiplication Charge Coupled Device，EMCCD)作为新 型的全固态微光成像器件，相比于传统微光成像器件具有体积小、寿命长、量子 效率高、功耗低、灵敏度高等优点，在微光成像领域有很大的发展潜力和应用前 景。深入研究EMCCD 噪声特性及其抑制方法、驱动电路和密封制冷等EMCCD 成像关键技术对设计出高性能EMCCD 相机具有十分重大的意义。 噪声是影响微光成像器件探测灵敏度的关键因素，对EMCCD 各种噪声的产 生机理及相应的噪声抑制方法进行了讨论，包括光子散粒噪声、热生暗电流噪声、 时钟感生电荷噪声和读出噪声，并重点讨论了EMCCD 特有的噪声因子，从理论 上推导了它的极限值；在得到总噪声模型的基础上分析了EMCCD 特有的信号读 出前倍增作用对相机信噪比的影响；EMCCD 可工作于反转(IMO)与非反转(NIMO) 两种模式下，不同的工作模式具有不同的噪声特性，以总噪声最小为基本准则， 以积分时间为零界条件，推导出当曝光时间大于90us 时，EMCCD 器件CCD60 应 工作在IMO 模式下，对指导CCD60 硬件设计具有重大意义。 设计了EMCCD 外围驱动电路及前端模拟信号预处理电路，其中高压增益驱 动电路设计是驱动电路的难点及关键。目前，设计的相机样机最高帧频可达到 745F/s，BIN 模式下最高帧频可达1400F/s；在曝光时间为10ms、CCD 工作温度为 20℃的情况下，信噪比可达到60dB；在曝光时间为10ms、CCD 工作温度为-20℃ 的情况下，信噪比可达到61dB；可通过串口手动设置相机的曝光时间、输出模式(正 常模式、BIN 模式)、电子倍增增益以及相机的工作温度等。设计了EMCCD 的显 示电路，在没有Camera Link 采集卡和系统PC 机的情况下也可观察相机输出的图 像。 为提高EMCCD 在安全驱动电压范围内的总增益倍数以及降低暗电流噪声， 利用热电制冷器设计了EMCCD 制冷装置；为防止EMCCD 在低温下凝露或结霜， 采用气体置换的气密封方式设计了密封腔体；通过PID 温度控制算法，可使 EMCCD 的最低工作温度达到-22℃，稳定度为±1℃；在将密封腔内气压抽成0.9 个大气压后，密封腔漏气速率仅为3.74×10-7 Pa﹒m3/s。在腔体置换一个大气压的 干燥氮气并密封后，能保证良好的密封效果，可有效防止EMCCD 及腔体前端玻 璃视窗在低温环境下结霜或凝露，较好地保护了EMCCD。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2014-12-10 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/558]  |
| 专题 | 光电技术研究所_光电技术研究所博硕士论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王明富. 电子倍增CCD 驱动技术及其噪声特性研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
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