[發明專利]一種硅陣列探測器分段積分的方法

有效

• 申請號: 201410187097.1
• 申請日: 2014-05-05
• 公開（公告）號: CN103968944A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 宋克非;張佩杰;武昆
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明涉及光電探測技術領域，提供一種硅陣列探測器分段積分的方法。

背景技術

硅陣列探測器是專為多通道光譜成像探測而設計的一種自掃描光電二極管陣列器件。當來自成像目標并經過光學系統的入射光照在硅陣列探測器上時，在時鐘脈沖和起始脈沖的控制下，探測器產生的電荷信號從信號輸出線上讀出。硅陣列探測器的輸出電荷等于入射光的照度與積分時間以及光譜靈敏度的乘積。對應于同一個像元相鄰兩次讀出信號之間的時間間隔稱為積分時間，該段時間是像元在入射光照射下產生光電子的積累時間。當不同強度的入射光照射在探測器的不同位置上時，每個像元輸出的信號強弱不同。在照度和光譜靈敏度一定時，輸出電荷與積分時間成正比，當全部像元采用同一積分時間時，如果探測器某些像元的入射光信號較弱，則此像元輸出的電荷信號較小。反之，輸出信號可能飽和。

發明內容

本發明解決的技術問題在于克服現有硬件的功能不足，提供一種通過改變積分時間的方法來改變輸出電荷信號的大小，提高系統的測量范圍的，硅陣列探測器分段積分的方法。

本發明的技術解決方案說明如下：

一種硅陣列探測器分段積分的方法，包括以下步驟：

步驟i：在硅陣列探測器的引腳上施加驅動脈沖序列N1；

步驟ii：驅動脈沖序列N₁結束后，再次發送脈沖序列N₁，測量像元輸出信號電壓和噪聲電壓，算出信噪比根據用戶的具體要求，通過信噪比判斷像元輸出信號是否為弱信號；

步驟iii：當信號弱信號時，且假設控制此像元的是第X脈沖，在硅陣列探測器引腳上施加驅動脈沖序列N₂；所述驅動脈沖序列N₂是在第X-1脈沖與第X脈沖之間增加積分時間Δt，使得第X個到第N個像元輸出的信號增強；

步驟iv：驅動脈沖序列N₂結束后，重新輸入驅動脈沖序列N₁；

步驟v：循環執行步驟iii、步驟iv，重復采集數據和硅陣列探測器復位的過程。

上述技術方案中，在步驟iii中，增加的積分時間Δt滿足：

其中，Q_sat為像元的飽和電荷；Q_noise為像元的噪聲電荷；t為像元的積分時間。

本發明的有益效果：

本發明的硅陣列探測器分段積分的方法根據入射在不同區段像元上的光強弱及其響應的差異，相應地調節像元的積分時間，使得接收弱光信號的像元輸出的電荷信號增強，提高信噪比。

本發明的硅陣列探測器分段積分的方法從軟件方面設計，簡單易行，成本低，可靠性高，避免了硬件的復雜設計。

附圖說明

附圖1是硅陣列探測器的原理圖。它包括光電二極管陣列，用于讀出信號的開關部分及其選址的移位寄存器。硅陣列探測器使用電荷積分法讀出信號。由光電二極管產生的電荷存儲在二極管陣列的相應結電容中，輸入時鐘脈沖和起始脈沖依次導通相應的選址開關，像元中的信號被讀出。當所有像元的信號都讀出后，輸出脈沖信號。

附圖2是在正常工作模式下，雙相時鐘脈沖起始脈沖和結束脈沖以及輸出信號的時序圖。

附圖3是在分段積分的工作模式下，雙相時鐘脈沖起始脈沖和結束脈沖以及輸出信號的時序圖。是由驅動脈沖序列N₁和驅動脈沖序列N₂交替循環構成。脈沖序列N₁是正常模式下的工作脈沖，每個像元的積分時間都為t。在脈沖序列N2中，第X-1個和第X個時鐘脈沖之間延長時間Δt。在同一幀內，延長時間間隔前，像元的積分時間為t。經過延長的時間間隔，像元的積分時間為t+Δt。

附圖4是探測器驅動電路的原理框圖。可編程邏輯陣列產生脈沖信號，控制探測器將電荷信號輸出到模擬電路中。當最后一個像元信號被讀出后，輸出掃描結束信號給可編程邏輯陣列。

具體實施方式

本發明的發明思想為：

所謂的分段積分法，是根據入射在不同區段像元上的光信號的強弱及其響應的差異，通過設定驅動脈沖之間的時間間隔，來適當地調節不同區段像元的積分時間的方法。

本發明的硅陣列探測器分段積分的方法，通過軟件設計來改變時鐘脈沖的時間間隔，使得各區段像元產生不同的積分時間，不需要改變硅陣列探測器的外部電路設計。