基于EMCCD的成像系统的构建.pdfVIP

( ) Vol . 3 　No4 天文研究与技术 国家天文台台刊 第 3 卷 　第 4 期 　　　　　　 　　　　　　　 Dec . ,2006 ASTRONOMICAL RESEARCH TECHNOLOGY 2006 年 12 月 CN53 - 1189/ P 　ISSN 1672 - 7673 基于 EMCCD 的成像系统的构建 段帷 , 赵昭旺 ( 中国科学院国家天文台 , 北京 100012) 摘要 : 为了探索对较暗目标进行成像的新方法 , 我们在 TI 公司生产的带有 增益寄存器的 EMCCD ( Electron Multiply CCD) 芯片基础上 , 构建了一套成像系 统 , 主要用于对此芯片进行性能测试 , 为将来构建天文观测用相机做准备 。本 文主要介绍了 EMCCD 的结构特点、工作原理 , 并且详细介绍实验室采用 TI 公司 的 EMCCD 搭建的成像系统 , 以及在此系统基础上对 EMCCD 进行地评测 。 关键词 : EMCCD ; EM 技术 ; 增益寄存器 中图分类号 : P 111. 49 　　文献标识码 : A 　　文章编号: 1672 - 7673 (2006) 04 - 0387 - 07 对较暗目标进行成像时 , 如果 CCD 的读出放大器噪声比较大 , 常常会掩盖有用信 号 , 尤其是在读出速度较高的情况下 , 读出噪声会随着读出速度的提高而增大 。 为了提高 CCD 的信噪比, 常见的解决方法有两种 , 一是采用带有经过改良的读出 放大器的 CCD 芯片 , 二是在 CCD 前端粘接一个像增强器 , 使信号在到达 CCD 前就得到 放大 , 以提高输出信号的信噪比, 也就是我们通常所说的 ICCD 。 虽然这两种方法都有效地减少了读出噪声 , 提高了 CCD 的信噪比, 但是都有其缺 陷。前一种方法虽然降低了 CCD 的读出噪声 , 但是却是以降低读出速度为代价的 , 所 以只能应用在对速度要求不高的系统中。后一种 ICCD 在技术上比较成熟 , 在高速读出 的情况下也能得到高质量的图像 , 所以 ICCD 在天文观测中得到广泛的应用 。由于需要 在 CCD 芯片前粘接一个像增强器 , 使得整个系统结构非常复杂 , 而且像增强器的成本 比较高 , 容易损坏 , 提高了相机研制的成本 。 随着 CCD 制作工艺的不断发展 , EMCCD 的问世 , 其 自带的增益寄存器 , 使得微小 的信号也能克服读出放大器的噪声 , 所以此类 CCD 在不需要任何附加结构的情况下 , 能够得到与 ICCD 差不多的图像质量 。以下从 EMCCD 的结构原理 、性能、以及我们所 构建的成像系统结构和测试结果 4 个方面详细介绍了 TI 公司生产的 EMCCD 。 1 　EMCCD 的简要介绍 EMCCD 是一种能对微弱能量信号进行快速成像的 CCD , 它使用的像素读出频率可 收稿 日期 : 2006 - 03 - 27 ; 修定日期 : 2006 - 04 - 1