CN112269075B - 一种emccd电荷转移效率的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种EMCCD电荷转移效率的测试方法，包括以下步骤：a、采用非倍增模式，测量EMCCD的非倍增输出信号电荷在转移前的数值V2，并记录此时所有的交直流电极数据、温度数据与光照数据；b、采用倍增模式，交直流电极数据、温度数据与光照数据按照步骤a执行，单独调节倍增电极，测量EMCCD的倍增输出信号电荷在转移前的数值V1；c、将V1与V2代入公式
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
，计算得到EMCCD电荷转移效率；该方法基于EMCCD已有的版图结构，无需更改电路版图与工艺，能够对EMCCD的电荷转移效率准确的测试与计算。

Description

一种EMCCD电荷转移效率的测试方法
技术领域
本发明涉及光电器件测试技术领域，具体是一种EMCCD电荷转移效率的测试方法。
背景技术
EMCCD 即电子倍增电荷耦合器件，是探测领域内灵敏度极高的一种高端光电探测产品。每个像元间电荷包中的电荷随着相位时钟电压的改变在像元之间传递，电荷转移效率表示成功传递到下个像元的电荷量损耗程度。在EMCCD中，有些像素的信号电荷需要经过几千次转移才能达到器件输出端口，而电荷转移效率降低，将会导致此类像素的信号电荷严重衰减，降低动态范围，增加了像素间的差异，图像会有拖尾等现象。
国标上,电荷转移效率的计算公式是
Figure DEST_PATH_IMAGE002
,式中
Figure DEST_PATH_IMAGE004
是器件的电荷转移效率，V1是转移的第一个电荷包，V2是保持恒定的电荷包，n是转导次数，即相位×位数。
现行的测试方法是：给EMCCD上电，光源输出均匀光照，调节光源和电极，使器件的输出信号是峰值信号的一半处，此时，在输出端采集到的行第一个像素的幅度值记为V1，采集到的整行像素的平均值记为V2。代入公式计算所得既是电荷转移效率。由于EMCCD特殊的电路结构形式，测试时只能在输出端测得V1和V2，此时已是转移完成的像素，在公式中实则用的是转移完成的行第一个像素信号与行均值信号的比值，因无法在转移前测得行第一个像素，一直以来均采用了转移后的像素信号模糊计算，准确度有偏差，偶有计算结果超过100%的现象出现。
EMCCD中的信号电荷可以通过光注入和电注入两种方式得到，为了能准确评估电荷转移效率，行业里有采用较为极端的电注入的方式进行测试。所谓的电注入，就是EMCCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，将信号电压或电流转换为信号电荷。这种做法优点是在信号电荷转移前，已能准确计算出信号电荷量，在转以后再测得被转移n次后的信号电荷量，代入公式可较为准确的得到电荷转移效率参数；缺点是对EMCCD版图和工艺有较大改动，在电路版图上需要为测试转移效率专门做测试验证电路，同时为了防止无谓的光注入，在感光区某行或列要表面覆盖铝，此行或列就无法感光，不能当作功能电路使用，改版的费用昂贵，且增多了很多无功能的区域，面积无谓增大，为测试转移效率付出过大的代价。
发明内容
本发明的目的在于提供一种EMCCD电荷转移效率的测试方法，该方法基于EMCCD已有的版图结构，无需更改电路版图与工艺，能够对EMCCD的电荷转移效率准确的测试与计算。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种EMCCD电荷转移效率的测试方法，包括以下步骤：
a、采用非倍增模式，测量EMCCD的非倍增输出信号电荷在转移前的数值V2，并记录此时所有的交直流电极数据、温度数据与光照数据；
b、采用倍增模式，交直流电极数据、温度数据与光照数据按照步骤a执行，单独调节倍增电极，测量EMCCD的倍增输出信号电荷在转移前的数值V1；
c、将V1与V2代入公式
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
，计算得到EMCCD电荷转移效率。
进一步的，所述步骤a按以下子步骤执行：
a1、给EMCCD上电，采用绿光光源，光源输出均匀光照；
a2、采用非倍增模式，调节光源，使EMCCD的输出信号是峰值输出信号的一半；
a3、抽取行第一像素的电压幅度值记为V2`，记录行第一像素在光敏区的行列位置信息，根据非倍增放大器增益倍数OAR，计算出第一像素的电荷量V2=V2`/OAR；
a4、记录此时所有的交直流电极数据、温度数据与光照数据。
进一步的，所述步骤b按以下子步骤执行：
b1、保持步骤a的交直流电极数据、温度数据与光照数据；
b2、采用倍增模式，单独调节倍增电极；
b3、抽取行最后一个像素的电压幅度值记为V1`，此时行最后一个像素在光敏区的行列位置信息与步骤a行第一像素在光敏区的位置相同，根据倍增放大器增益倍数OAR，计算出行最后一个像素的电荷量V1=V1`/OAR。
本发明的有益效果是：
一、采用了两帧图像，测量同一个像元的电荷转移效率，在第一帧图像即第一个阶段测量V2时，要保存并记录所有交直流电极数据、环境温度、光照数据，保证在第二帧图像即第二个阶段测量V1时，所有可变的外部条件一致，那么对于异帧图像来说，光-电转换信息量也一致，光电信号电荷数据也一致。
二、改变传统可见光的光源，在测试电荷转移效率时，采用绿光光源，此时量子效率最高，且在绿光波段的500nm-560nm范围内，量子效率曲线几乎平缓如水平直线，减少因可见光杂散等原因带了的光注入量不同，而造成光-电转换信息量的不同。
三、相较于传统的光测试法，本发明专利可以有效测量到转移前的标记像素，测量准确可靠。
四、相较于电注入的测试方法，本发明基于EMCCD已有的版图结构，无需更改电路版图与工艺，节省工艺成本，提高效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明实施例EMCCD电路结构图；
图2是本发明测试原理框图。
具体实施方式
结合图1与图2所示，本发明提供一种EMCCD电荷转移效率的测试方法，包括以下步骤：
a、第一阶段，采用非倍增模式，测量EMCCD的非倍增输出信号电荷在转移前的数值V2，并记录此时所有的交直流电极数据、温度数据与光照数据；
具体如下：
a1、给EMCCD上电，采用绿光光源，光源输出均匀光照；
a2、采用非倍增模式，调节光源，使EMCCD的输出信号是峰值输出信号的一半；调节交直流工作点，使测试图像最佳；
a3、抽取行第一像素的电压幅度值记为V2`，记录行第一像素在光敏区的行列位置信息，根据非倍增放大器增益倍数OAR，计算出第一像素的电荷量V2=V2`/OAR；
a4、记录此时所有的交直流电极数据、温度数据与光照数据；
b、第二阶段，采用倍增模式，交直流电极数据、温度数据与光照数据按照步骤a执行，单独调节倍增电极，测量EMCCD的倍增输出信号电荷在转移前的数值V1；
具体如下：
b1、保持步骤a的交直流电极数据、温度数据与光照数据；
b2、采用倍增模式，单独调节倍增电极；
b3、抽取行最后一个像素的电压幅度值记为V1`，此时行最后一个像素在光敏区的行列位置信息与步骤a行第一像素在光敏区的位置相同，根据倍增放大器增益倍数OAR，计算出行最后一个像素的电荷量V1=V1`/OAR。
c、第三阶段，将V1与V2代入公式
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
，计算得到EMCCD电荷转移效率。
具体如下：
c1、由图1，n=664*3+16*3+664*4+16*3=4744；
c2、将n、V1与V2代入公式，得到EMCCD电荷转移效率。
在前后两帧图像的测试过程中，测试设备周边不要有其他设备引入的电磁干扰等干扰源，保证外部电磁环境一致，不要移动被测器件和光源等位置，同时锁定两帧图像里的同一个像元点，记录行列，在输出信号里抽取同一像元点产生的像素。
第三阶段代入公式计算时，此时行最后一像素是经过了水平移位寄存器，倍增寄存器，弯角寄存器，过扫寄存器。计算n时要统计每个寄存器的相位×位数，先求得n,然后再代入计算。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种EMCCD电荷转移效率的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、采用非倍增模式，测量EMCCD的非倍增输出信号电荷在转移前的数值V2，并记录此时所有的交直流电极数据、温度数据与光照数据；
步骤a按以下子步骤执行：
a1、给EMCCD上电，采用绿光光源，光源输出均匀光照；
a2、采用非倍增模式，调节光源，使EMCCD的输出信号是峰值输出信号的一半；
a3、抽取行第一像素的电压幅度值记为V2`，记录行第一像素在光敏区的行列位置信息，根据非倍增放大器增益倍数OAR2，计算出第一像素的电荷量V2=V2`/OAR2；
a4、记录此时所有的交直流电极数据、温度数据与光照数据；
b、采用倍增模式，交直流电极数据、温度数据与光照数据按照步骤a执行，单独调节倍增电极，测量EMCCD的倍增输出信号电荷在转移前的数值V1；
步骤b按以下子步骤执行：
b1、保持步骤a的交直流电极数据、温度数据与光照数据；
b2、采用倍增模式，单独调节倍增电极；
b3、抽取行最后一个像素的电压幅度值记为V1`，此时行最后一个像素在光敏区的行列位置信息与步骤a行第一像素在光敏区的位置相同，根据倍增放大器增益倍数OAR1，计算出行最后一个像素的电荷量V1=V1`/OAR1；
c、将V1与V2代入公式
Figure 678978DEST_PATH_IMAGE002
，计算得到EMCCD电荷转移效率
Figure 599660DEST_PATH_IMAGE004
，n是转导次数。
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