[發(fā)明專利]一種CCD性能參數(shù)自動標定裝置及方法

有效

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• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103499434A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設計）人: 龍江波;趙建科;段亞軒;李坤;田留德;薛勛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

技術(shù)領域

本發(fā)明屬光電測試領域，涉及一種可精確控制脈沖激光器功率線性輸出和CCD同步采集，從而對面陣CCD動態(tài)范圍、非線性度、信噪比等參數(shù)自動標定的裝置及方法，尤其涉及一種CCD性能參數(shù)自動標定的裝置及方法。

背景技術(shù)

在國家大科學工程大功率激光裝置中，通常采用CCD采集近場圖像，然后通過計算得到激光近場指標。為了減小CCD本身性能參數(shù)對近場測試的影響，需要對選用的CCD進行嚴格的篩選和標定。

CCD的動態(tài)范圍、非線性度和信噪比是衡量CCD性能的重要參數(shù)。在對CCD的性能參數(shù)測試當中，需要能夠線性改變均勻脈沖激光光源的功率，使CCD響應不同等級的灰度，從而得到CCD的動態(tài)范圍、非線性度和信噪比。目前，線性改變均勻脈沖激光光源功率的方式有兩種：一種是通過改變脈沖激光器的脈沖激勵電流幅值實現(xiàn)功率線性輸出，另一種是通過外置的不同倍率衰減片實現(xiàn)對激光器功率的線性調(diào)節(jié)。

通過改變脈沖激光器的脈沖激勵電流幅值實現(xiàn)激光功率的的線性輸出，這種方法需要對電流幅值進行采樣并A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過算法處理后用D/A的方式再去控制脈沖激勵電流的幅值，由于A/D和D/A的過程均存在延時，通常都在μs級別，而激光器脈沖寬度小于1μs，因此這種方式在控制的過程中會存在不確定個數(shù)的激光脈沖參與輸出，穩(wěn)定性差，而且這種方法無法實現(xiàn)與激光輸出功率改變的同時去同步CCD，無法滿足對CCD性能參數(shù)自動化標定的要求。

“一種CCD探測器標定方法及裝置”（專利公開號為：102032983A）提出了激光參數(shù)測量CCD探測器性能能參數(shù)標定的方法，該方法是利用不同倍率的衰減片實現(xiàn)對激光器輸出功率的調(diào)節(jié)。這種方法對激光器能量線性調(diào)節(jié)的能力有限，僅決定于衰減器上的衰減片的衰減倍率，最終只能通過有限采樣數(shù)據(jù)的差值擬合出CCD能量響應曲線。由于功率探測器與CCD之間沒有同步信號存在，很難將CCD的響應灰度與激光器輸出功率實時的結(jié)合起來，故對激光器輸出功率的穩(wěn)定性要求很高。激光器輸出功率的線性調(diào)節(jié)、CCD的連續(xù)曝光、功率探測器對激光功率的持續(xù)探測，各部件之間相互獨立，沒有統(tǒng)一的控制，無法實現(xiàn)真正意義上的自動測試，而且CCD在幀轉(zhuǎn)移過程中會出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象。整個測試過程需要測試人員參與，無法避免人員操作帶來的影響，重復性和測試精度很難得到保證。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中存在的問題，實現(xiàn)對CCD性能參數(shù)的自動標定，并提高測試精度，本發(fā)明提出了一種CCD性能參數(shù)自動標定的裝置及方法。本發(fā)明采用改變激光器激勵電源外部觸發(fā)信號脈寬來精確控制脈沖激光器輸出脈沖個數(shù)的方法來實現(xiàn)激光器輸出功率的線性輸出，并使標定裝置各模塊之間遵循嚴格的時序關系，從而實現(xiàn)對面陣CCD動態(tài)范圍、非線性度、信噪比等參數(shù)的自動化標定。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：

1.一種CCD性能參數(shù)自動標定裝置，其特殊之處在于：包括依次連接的控制模塊、脈沖激光器、積分球、機械快門、被測CCD探測器及主控計算機；

上述控制模塊包括產(chǎn)生時鐘信號的時鐘脈沖產(chǎn)生電路、且依次連接的脈沖寬度自動調(diào)節(jié)電路、輸出脈沖驅(qū)動能力放大電路、電源模塊；

上述控制模塊還包括分別與脈沖寬度自動調(diào)節(jié)電路和機械快門連接的快門控制電路及分別與脈沖寬度自動調(diào)節(jié)電路和被測CCD探測器連接的CCD觸發(fā)信號輸出電路；

上述電源模塊包括激光器驅(qū)動電源和電源溫度采集系統(tǒng)，電源模塊還與脈沖激光器和脈沖寬度自動調(diào)節(jié)電路相連。

2.一種CCD性能參數(shù)自動標定方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

1】脈沖激光器輸出脈沖激勵周期為T，通過時鐘脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生頻率為1Hz的時鐘信號；將初始脈沖寬度設置為脈沖激光器輸出脈沖激勵周期，其頻率穩(wěn)定度＜1×10^-9，頻率準確度＜1×10^-7；

2】在自動測試開始前2s，CCD觸發(fā)信號輸出電路觸發(fā)被測CCD探測器曝光，此時的圖像數(shù)據(jù)為暗電流；

3】脈沖寬度自動調(diào)節(jié)電路每一周期測試完成后將下一周期脈沖寬度自動按n×Tμs自動遞增，n,1.2.3…2000；

4】輸出脈沖驅(qū)動能力放大電路將1Hz脈沖信號經(jīng)功率放大后輸出給電源模塊，保證其驅(qū)動能力；通過（3）～（4）的過程控制脈沖激光器的線性輸出；

5】電源模塊內(nèi)的溫度采集系統(tǒng)將溫度信息傳回給脈沖寬度自動調(diào)節(jié)電路；

5.1]當激勵電源溫度高于激光器輸出相對穩(wěn)定性+1%對應的溫度限定值時，輸出能量超過預計穩(wěn)定值，脈寬自動調(diào)節(jié)電路會縮短脈寬，使輸出能量降低到穩(wěn)定值；