基于电子倍增电荷耦合器件的哈特曼-夏克波前传感器质心探测误差分析

哈特曼-夏克(Hartmann-Shack,H-S)波前传感器的探测误差是自适应光学系统中的一个主要误差源.本文分析了电子倍增电荷耦合器件(electron multiplying charge-coupled devices,EMCCD)的各种噪声源对H-S波前传感器质心探测误差的影响,推导了基于EMCCD的H-S波前传感器的质心探测误差的数学表达式,并进行了数值仿真和实验研究.结果表明,基于EMCCD的H-S波前传感器的质心探测误差与增益直接相关,在增益小于P_max/(Q·N_mean)时质心探测误差随着增益的增大而减小,在增益大于P_max/(Q·N_mean)时质心探测误差随着增益的增大而增大,其中P_max是EMCCD的峰值电荷,Q是量子效率,N_mean是平均入射光强. 关键词： 自适应光学 电子倍增电荷耦合器件 波前传感器 质心探测误差     

光锥与CCD耦合器件调制传递函数的测试方法

采用直接对倾斜刀口成像的方法测量光锥与CCD耦合器件的调制传递函数.这种方法对静止刀口成像,利用刀口与光锥纤维列间的一定倾斜角度,在垂直于刀口的不同行之间形成不同的值,代替了传统刀口扫描中的扫描装置,并无需保证刀口与阵列的平行,相应地减小了测量误差. 在数据处理中采用了二次平均法,即对同一幅图像得出的不同位置值进行平均及多次测量结果平均,在一定程度上消除了由于离散性产生的空间非平移不变性的影响.     

凝视型电荷耦合器件探测器数学模型

首先分析了电荷耦合器件(CCD)的工作特点和电荷的产生、存储、传输及输出的特征,然后,根据光电理论和探测器的工作原理,由电荷耦合器件的探测器面阵列图推导出一种军用电荷耦合器件(CCD)摄像机的探测器面阵调制传递函数,最后得到了一定入射条件下探测器元的输出电子数目,这一结果对从理论上分析这种光电结构的性能具有参考意义.     

矩形波板法测量光锥与CCD耦合器件的光学传递函数

本文采用直接对矩形波板成像的办法,测得系统的对比传递函数,然后再利用系统对比传递函数与系统的调制传递函数的关系,得到系统的调制传递函数.该方法克服了传统刀口扫描法的缺陷,消除了由于离散型光学元件的离散性产生的空间非平移不变性的影响,减小了测量误差,提高了精确度.     

电子倍增CCD的电荷倍增特性研究

建立了电子倍增CCD的载流子倍增寄存器的电荷倍增模型,分析了电子倍增CCD的结构特征和载流子倍增寄存器的工作原理及其电荷倍增特性.利用Z域分析方法得到载流子倍增寄存器的电荷倍增传递函数及其幅频响应.计算表明,提高载流子倍增寄存器的电荷倍增系数可以提高电子倍增CCD的幅频响应.同时,用增益起伏因子来分析载流子倍增寄存器的增益起伏特性,得到了电荷倍增率,寄存器级数与增益起伏因子的数值关系.在寄存器级数N=400条件下,当电荷倍增系数α≤0.15时,增益起伏因子随电荷倍增系数增大而增大;而当α≥0.15时,增益起伏因子随电荷倍增系数的增大而减小.通过典型的电子倍增CCD相机的实验验证了建立的模型.     

电荷耦合器件(CCD)

介绍ＣＣＤ器件的工作原理、性能指标和应用。     

电荷耦合器件及其应用进展

电荷耦合器件（ＣＣＤ）是基于金属－氧化物－半导体（ＭＯＳ）技术的光敏元件。目前ＣＣＤ已具有光谱响应范围宽、检出限低、动态范围宽、暗电流和读出噪声低以及具有积分信号、多道同时检测信号和实时监测等能力的优点。目前它已经广泛地应用在各个领域。本文扼要介绍了ＣＣＤ的基本工作原理。特点及性能表征。评述了ＣＣＤ在光谱检测和成象领域中较活跃的应用及发展前景。指出了ＣＣＤ技术的发展给光谱分析领域带来了革命性的进展     

电荷载流子倍增寄存器中的倍增噪声

信号电荷在电荷载流子倍增寄存器中的强场下,吸收电场能量激发碰撞电离过程。电子碰撞电离过程激发的电子-空穴对具有独立性和随机性,其激发过程产生的倍增噪声主要是散粒噪声。借助于马尔可夫链定理,得到了CCM单元的倍增因子的计算方法,建立了电子碰撞电离的数学模型。在此基础上,推导了CCM单元倍增噪声的功率谱密度,表明其与倍增因子相关。     

推扫式线阵TDI CCD扫描调制传递函数分析

 根据线阵TDI CCD离散采样的特点,以采样间距内成像调制度均值为基础,构建了推扫成像模式下线阵TDI CCD扫描方向的调制传递函数。该调制传递函数的数值分析表明：对于像元为10 μm的线阵TDI CCD,行转移驱动时钟相数为4, 3或2时,Nyquist频率处调制传递函数值分别为0.363,0.333或0.255;行频误差为1%及3%时,不同积分级数下调制传递函数变化曲线表明,增大行频误差及增加积分级数将使调制传递函数值减小,图像分辨率降低。成像实验结果符合所构建调制传递函数的定量分析结论。     

激光对电荷耦合器件硬破坏机理研究

就激光对组成ＭＯＳ结构电荷耦合器件材料和整个器件的产生硬破坏的过程进行了理论和实验研究。提出激光的热作用和等离子体冲击波的机械作用是导致电荷耦合器件结构被破坏的主要原因。得到了ＹＡＧ激光致使组成电荷耦合器件的半导体材料的光学击穿阈值、视见损伤阈值、热熔融阈值和致使整个器件失效的激光功率阈值等有关结果。 关键词：     

矩形靶标测试CCD相机调制传递函数的研究

利用矩形靶标测量CCD相机的整机调制传递函数时,由于靶标与CCD像元之间存在初始角度误差与初始位置误差,实验测得的调制传递函数小于CCD相机实际调制传递函数。根据调制传递函数的定义,模拟CCD对具有初始角度误差与初始位置误差的矩形靶标成像,推导出了CCD像元的亮度分布公式,从而给出了调制度与初始角度误差和初始位置误差的关系,并分别对具有初始角度差、初始位置差的情况进行分析。最后利用像元间的亮度差推导出计算初始角度误差的理论公式并进行了仿真验证。     

线性离散成像系统调制传递函数的随机条纹测试法

离散光电成像系统因其不再具有平移不变特性,它的调制传递函数测试具有相当的复杂性和不稳定性。为提高光学系统调制传递函数测试的灵活性和可重复性,在基于统计光学和随机信号相关性理论的基础上,分析了离散型空间随机信号经线性光学系统成像后的物像相关性,提出了应用随机条纹靶来测定调制传递函数的方法。并给出了计算数据结果。该方法从统计意义上考虑了离散采样成像器件的采样场景相位的影响,大大提高了现场测试的灵活性和自动化程度,具有很好的应用前景。此方法同样适用于一般光学成像系统的调制传递函数测量。     

CCD相机在系统奈奎斯特频率处的调制传递函数

调制传递函数是成像系统性能的重要参数 ,在进行CCD相机调制传递函数测试时 ,通常采用矩形靶标而非正弦靶标 ,使调制传递函数的测试值与相机系统实际调制传递函数值存在差异。本文对CCD相机在系统奈奎斯特频率处的调制传递函数测试结果进行了理论分析     

应用CCD的投影物镜调制传递函数测量系统

调制传递函数是评价光学成像系统成像质量的重要方法,因而测量光学系统的调制传递函数在各种成像光学系统生产实践中具有相当重要的作用。但是长期以来,投影显示设备的生产中缺少能够定量的检测投影物镜性能的标准化方法。根据线性系统和傅里叶变换的理论,结合液晶投影机投影物镜生产、检测的实际需要,提出了应用CCD图像采集系统的投影物镜调制传递函数测量方法,为生产实践提供了可行的定量判断投影物镜性能的手段。给出了实际物镜的检测结果,并与物镜的设计参量进行了比较,同时对影响系统测量精度的一些因素进行了分析。     

一种光电成像系统调制传递函数的测量方法

调制传递函数(MTF)是设计和评价光电成像系统的重要参数,在证明了边缘图像的边缘扩展函数与累积直方图逆函数存在着线性关系的基础上,提出了一种基于统计直方图的MTF测量方法,设计了包括光学系统和探测器的仿真实验,搭建了包括积分球、靶标、平行光管和数字摄像机等装置的物理实验平台,以光电成像系统的设计参数和理论模型得到的理论...     

混浊大气介质调制传递函数的一般特征

基于混浊介质的调制传递函数(MTF)和在各向同性漫射光源照射下平行平面混浊介质出射光强度分布之间的等效原理,利用辐射传输算法DISORT数值计算了几种典型的均匀大气混浊介质的MTF,获得了整个空间频域内MTF的一般特征.结果显示,大气介质的MTF不但依赖于介质的光学厚度(散射和吸收),也依赖于介质的散射相函数.给出了大...     

一种基于针孔像分析的光学系统调制传递函数测量的自适应背景校正方法

提出了一种基于针孔像分析的光学系统调制传递函数(MTF)测量自适应背景校正的方法。由CCD显微系统采集针孔目标经被测光学系统成像后的针孔像,计算线扩展函数,并对其进行自适应背景校正,获取MTF。该方法与传统方法相比,消除了周围环境光照变化的影响,提高了测量精度。为验证所提方法的有效性,对标准镜头进行MTF测试,将测试结果与理论设计值比对,测试结果差异极大值为0.01;与美国Optikos公司的测试结果比对,测试结果差异极大值为0.015;对大像差光学系统的轴上和轴外进行MTF测试,并将测试结果与美国Optikos公司测试结果比对,测试结果差异极大值为0.013。实验表明,该方法可满足对不同像差光学系统轴上和轴外MTF的测量。     

Modulation Transfer Function of Blazed Diffractive Optics Produced by Diamond Turning

In blazed diffractive optics produced by the diamond turning process, the finite size of the tool determines the decrease in diffraction efficiency of the desired order. Diffracted light of other orders degrades the image quality. To analyze the influence of the tool, we evaluate diffraction efficiency and phase of periodic gratings based on the electromagnetic theory and calculate modulation transfer function using a linear system approach.