[发明专利]一种测试探测器像元内不均匀性的装置及方法

说明书

本发明主要属于天文观测领域，具体涉及一种测试探测器像元内不均匀性的装置及方法。所述装置包括点光源系统和运动平台；所述运动平台使得待测的探测器在XYZ三维方向上运动；所述点光源系统提供小于探测器像元尺寸的像斑，运动平台置于点光源系统一侧，所述点光源在所述点光源系统的探测器像元内成像。本发明提供了测量探测器像内不均匀性的装置和方法，使用该装置和方法可以测量探测器像元内不均匀性，便于筛除均匀性较差的探测器，同时测量得到的数据可作为探测器拍摄目标图像的校准使用。

技术领域

本发明主要属于天文观测领域，具体涉及一种测试探测器像元内不均匀性的装置及方法。

背景技术

光学波段的天文观测主要有测光观测和光谱观测，事实上，实测天文学是一门追求极致的学科，对设备有很高的要求，为了提高观测目标的信噪比，往往需要深度制冷探测器来降低暗噪声；探测器需要有很高的量子效率、很低的读出噪声；要求有很好线性响应、像元间响应均匀性等光电特性。

目前专业天文观测领域首选的光学探测器依然是CCD，它具有动态范围大、空间分辨率高、线性好、噪声低等优势，能够满足天文观测对探测器的要求。作为工作原理和CCD相同的另一种光学探测器CMOS，与科学级背照明CCD相机相比，传统CMOS相机量子效率低、填充因子低、动态范围小、噪声高，所以没有被广泛应用于专业天文观测中。近十几年CMOS技术迅速发展，使其性能得到了有效提升，在民用领域，CMOS已经基本取代了CCD成为主流，在专业天文观测领域，国内外的一些CMOS研发厂商已经推出了科学级背照式CMOS芯片，它们具有高量子效率、高帧频、低噪声、无需机械快门、功耗低等特点。

但CCD和CMOS是一种大规模半导体集成器件，生产工艺相当复杂，在生产制造过程中，难免产生掺杂浓度的不均匀、沉淀厚度的差异，以及光刻误差，一旦制成成品，这种先天性的缺陷就无法改变，从而引入了固定模式的噪声，表现为像元响应的不均匀性等，因器件而异，所以对于天文观测等高精度应用而言，需要在使用前对探测器进行实际测量，一方面筛除均匀性较差的探测器，另一方面测试探测器的不均匀性数据可以对后续观测结果加以补偿。

现有关于探测器不均匀性的研究都是对探测器像元间响应不均匀性进行测试，即靶面上像元间的不均匀性，但不同类型探测器的像元结构也不尽相同，比如CMOS像元内有相对复杂的电路结构，这部分并不感光，所以当光线照在上面，就不会发生光电效应激发出电子，传统的CMOS填充因子只有30％、40%，通过在芯片表面添加微透镜可以将填充因子提高到90%以上，这种结构对天文测光观测到底有何影响，需要测试；最新技术下的背照式科学级CMOS相机的填充因子可以达到100%，但是像元内依然有电路结构，这些结构对像元感光是否具有影响，对哪些波段的光有影响，都需要测试。事实上，相同类型的探测器，如全帧CCD相机，由于材料和制造工艺的不同，像元内不均匀性也不尽相同。现今，2米级空间望远镜，4米级、8米级、12米级等大口径地基望远镜都需要CCD拼接的大尺寸焦面相机，如何甄选性能优质的CCD芯片进行拼接是我们需要解决的一个问题。现有的研究并没有意识到像元内不均匀性对观测结果的影响，也缺少对像元内不均匀性检测的设备和方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种测试探测器像元内不均匀性的装置及方法。该装置利用稳定的点光源，使点光源在探测器的像元内不同位置成像，分析像斑流量和椭率的变化，通过测试一系列像元，来评测探测器像元内的不均匀性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种测试探测器像元内不均匀性的装置，所述装置包括点光源系统和运动平台；

所述运动平台使得待测的探测器在XYZ三维方向上运动；

所述点光源系统提供小于探测器像元尺寸的像斑，即像斑80%的能量集中在一个像元内，通常在测试过程中，我们也会将像斑的半高全宽调节成1.5、2.0像元左右，模拟真实观测情况下的像元内相应的不均匀性，运动平台置于点光源系统一侧，所述点光源在所述点光源系统的像元内成像。