体沟道CCD表面饱和电荷量幅值大小的筛选方法技术

本发明专利技术公开了一种体沟道CCD表面饱和电荷量幅值大小的筛选方法，对于可以产生表面饱和效应的同一型号的不同CCD器件，通过比较其对同一信号响应所产生的拖尾信号长度的相对大小，可以判断其表面饱和电荷量的相对大小，对于同一信号的响应，拖尾信号越长，则表明其表面饱和电荷量越小。本发明专利技术的筛选方法具有原理简单可靠、效率高的特点，其测量结果可直接用于CCD器件强光测量和效应实验中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种器件性能测试方法，具体涉及一种用信号拖尾长度差异来测试CCD表面饱和电荷量相对大小的方法。
技术介绍
表面饱和是指在特定驱动下，体沟道CCD —个像素中的信号电荷，随着数量的增加，在向该像素之外溢出之前，会先接触CCD中半导体层与绝缘层的界面。在一个像素中，信号电荷恰好接触界面时的数量，称为表面饱和电荷量。在CCD的强光成像应用中，CCD表面饱和电荷量对于评价CCD器件成像动态范围和可承受强光辐照的阈值具有重要的参考价值。由于CCD的表面饱和除与器件自身结构相关外，还要受到其驱动电压幅度的影响，现有的理论估算或基于电荷加载的测量方法，难以准确得到不同器件之间表面饱和电荷量的差异，限制了 CCD在强光成像中的应用。
技术实现思路
本专利技术基于体沟道CCD表面堆积信号电荷的拖尾效应，提出一种测试CCD表面饱和电荷量相对大小的方法，可对成品CCD器件的表面饱和电荷量的相对幅值进行测量，为CCD器件用于强光成像应用的筛选提供了一种方便有效的测量手段。一种体沟道CCD表面饱和电荷量幅值大小的筛选方法，包括以下步骤:通过光阑限制或透镜汇聚等方式，将稳定输出的光源辐照在CCD器件感光面的中心位置，其中光源的光斑尺度小于CCD器件感光面尺度；调节光源的强度，使得在CCD输出图像中出现光斑拖尾，记录图像；保持光源的输出强度不变，更换CCD器件，并使得光源辐照在CCD器件相同的位置；读取图像中光斑中心与拖尾图像尾端之间所包含的拖尾像素数量，按照拖尾像素数量越大，所对应的CCD表面饱和电荷量越小的原则，筛选得到所需要的CCD器件。上述体沟道CCD表面饱和电荷量幅值大小的筛选方法中，光源为光强呈高斯分布的激光器。上述体沟道CCD表面饱和电荷量幅值大小的筛选方法中，激光器的波长为可见光。本专利技术具有以下的有益效果:本专利技术提供了一种用于同一型号、不同(XD器件表面饱和电荷量测试和筛选的方法，通过比较器件对同一信号响应所产生拖尾信号长度的来判断器件表面饱和电荷量的相对大小，具有原理简单可靠、效率高的特点，其测量结果可直接用于CCD器件强光测量和效应实验中。【附图说明】图1为体沟道CCD相机拍摄的强度较弱的激光光斑；图2为激光增强后图1光斑呈现拖尾的现象；图3为激光束继续增强后图2拖尾长度增加的现象；图4单像素信号的拖尾产生机制示意图。附图标记:11为激光光斑，12为激光光斑拖尾长度。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细的说明。在特定驱动下，体沟道CCD —个像素中的信号电荷，随着数量的增加，在向该像素之外溢出之前，会先接触CCD中半导体层与绝缘层的界面。在一个像素中，信号电荷恰好接触界面时的数量，称为表面饱和电荷量；信号电荷的数量超过表面饱和电荷量后，其中的一部分将会堆积在界面处，称为表面堆积信号电荷。在信号电荷转移的过程中，由于界面态的作用，表面堆积信号电荷具有不可忽略的转移损失率，从而造成像素信号的拖尾现象。当一个像素中信号电荷的数量小于或等于表面饱和电荷量时，则该像素不存在表面堆积信号电荷，不会形成拖尾。假设在CCD中仅有一个像素受到辐照，其中积分所得电荷量为Qs，则该像素信号及其拖尾的最大长度(以像素数为单位)为nmax= ceil(Qs/Qsf)其中ceil ()为正向取整函数，Qsf为该(XD的表面饱和电荷量。对于相同的信号电荷量Qs，Qsf越大，则η _越小；Q sf越小，则η _越大。要使信号及其拖尾长度η达到最大值1!_，需要让信号及其拖尾在CCD中转移足够多的次数(一次转移是指信号向前传输一个单元)，以使信号及其拖尾像素内的信号电荷量Qs any因转移损失而减少至Qs any^ Q sf但即使n仍未达到最大，它与(XD表面饱和电荷量Qsf的相对大小关系也与nmax—致。这是因为，信号及其拖尾的转移传输过程中，当且仅当拖尾最末端像素中的信号电荷量Qs end满足Qs end>Qsf时，在下次转移时η才会增加。因此Qsf越小，则该条件越容易满足，η增加越快；反之，η增加越慢。当然，转移次数越大，则η因Qsf差异所造成的差异就越明显。本专利技术的一种测试和比较体沟道CCD表面饱和电荷量相对大小的方法，包括以下步骤:通过光阑限制或透镜汇聚等方式，将一稳定光源的信号定域在CCD感光面的中部，既使信号在输出之前经历较多的转移次数，又使在输出中呈现信号及其拖尾的全貌。调节光源的强度，令CCD输出中出现光斑拖尾，并使光斑的拖尾超出原光斑的区域，保存该图像或波形。保持光源的强度与分布不变，更换CCD器件，注意使激光辐照相同的位置，保存对应的拖尾图像或波形。比较、所得图像或波形中拖尾长度的相对大小，通常用光斑辐照中心与拖尾图像尾端之间所包含的拖尾像素数量来表示，拖尾长度越长，拖尾像素数量越大，所对应的CCD表面饱和电荷量越小。如图1所示，以高斯分布的可见光激光辐照到CCD表面，当激光较弱时，光斑所覆盖的所有像素中的电荷量都低于或等于表面饱和电荷量时，光斑信号不会出现拖尾。当激光较强时，光斑覆盖的部分像素中的电荷量高于表面饱和电荷量时，光斑信号将会出现拖尾，如图2所示。当激光增强，像素中的电荷量增加时，拖尾也会增长，如图3所示。对于高斯光斑而言，光斑中心的光强值最大，因此其光斑中心的拖尾最长，故整个拖尾呈前宽后窄的形状。下面，通过一个简单的例子来说明激光光斑拖尾的形成过程，从而进一步理解根据拖尾长度的相对大小来判断CCD表面饱和电荷量相对大小的原理。如图4所示，设(XD仅第5个像素受到激光辐照而产生电荷量QS5。，，且有QS50’>Qsf则在信号第1’次转移时，QS5。，的一部分Q S4 i，转移至第4个像素，剩余Q S5 r留在第5个像素。假设有如下关系QS41，>QsfQS51 ’ <Qsf则在信号第2’次转移时，QS4 r的一部分Q S3 2，转移至第3个像素，剩余Q S4 2，在第4像素；同时，QS5 r全部转移至第4像素；此时，第4像素中的总电荷量为QS4 2’ — Q S4 2’ l+QS5 !■继续假设有如下关系QS42’>QsfQS3 2' = Q sf贝lj在第3’次转移时，QS32，全部转移至第2个像素，重新标记为Q S2 3.;Q S4 2，的一部分QS3 3，转移至第3像素，剩余Q S4 3，留在第4像素。假设此时有关系QS2 3' = Q sfQS3 3’ = Q sfQS4 3’ 彡 Q sf则在后续的电荷转移过程中，信号电荷不再产生转移损失，整个CCD中信号电荷的分布不再改变，信号及其拖尾达到最大长度。也就是说，对于相同的输入信号，CCD的表面饱和电荷量Qsf越小，则信号及其拖尾的长度越大。【主权项】1.一种体沟道CCD表面饱和电荷量幅值大小的筛选方法，其特征在于，包括以下步骤: 通过光阑限制或透镜汇聚等方式，将稳定输出的光源辐照在CCD器件感光面的中心位置，其中光源的光斑尺度小于CCD器件感光面尺度； 调节光源的强度，使得在CCD输出图像中出现光斑拖尾，记录图像； 保持光源的输出强度不变，更换CCD器件，并使得光源辐照在CCD器件相同的位置； 读取图像中光斑中心与拖尾图像尾端之间所包含的拖尾像素数量，按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种体沟道CCD表面饱和电荷量幅值大小的筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：[1]通过光阑限制或透镜汇聚等方式，将稳定输出的光源辐照在CCD器件感光面的中心位置，其中光源的光斑尺度小于CCD器件感光面尺度；[2]调节光源的强度，使得在CCD输出图像中出现光斑拖尾，记录图像；[3]保持光源的输出强度不变，更换CCD器件，并使得光源辐照在CCD器件相同的位置；[4]读取图像中光斑中心与拖尾图像尾端之间所包含的拖尾像素数量，按照拖尾像素数量越大，所对应的CCD表面饱和电荷量越小的原则，筛选得到所需要的CCD器件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张震，周孟莲，程德艳，陈绍武，师宇斌，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61