[发明专利]一种TDICMOS探测器的筛选测试方法

摘要

一种TDICMOS探测器的筛选测试方法，涉及一种TDICMOS探测器的筛选测试系统，解决现有技术无法满足高空间分辨率的成像应用的问题，采用CTE和TDI两种工作模式结合的筛选测试方法。针对不同像素增益(电荷电压转换比)及PGA增益，不同温度和不同积分级数及单级积分时间长度下的暗电流将影响测试获得的满阱电荷数，从而获得的最大信噪比和动态范围是不同的，为准确的进行评估，在低温下采用短曝光时间进行暗噪声的测试，在恒定的低温下采用改变入射光能量的方式获得满阱电荷数；然后根据入射的光能量的等效光子数计算最大动态范围和信噪比的成像参数。

主权项

1.一种TDICMOS探测器的筛选测试方法，其特征是：采用电荷转移效率测试模式和TDI测试模式相结合的方式进行探测器筛选测试；步骤一、探测器缺陷筛选测试，在TDI工作模式下，采用TDI不同级数的工作模式，测试输出图像的灰度值偏差；在CTE工作模式下，对所述TDI不同的级数下测试输出的图像灰度值组成为：dn₁＝dn_tdidn₂＝(dn_tdi+dn_dark)×η_CTE+dn_tdi×(1‑η_CTE)×η_CTE式中i为大于0的正整数，dn_tdi为单级TDI获得的灰度值，dn_dark为单级暗电流获得的灰度值；dn_i为在CTE模式工作下第i行输出图像的灰度值，η_CTE为测试得到的转移效率；当在低温测试环境下忽略暗电流的影响后，输出的图像灰度值为：dn₁＝dn_tdidn₂＝dn_tdi×η_CTE+dn_tdi×(1‑η_CTE)×η_CTE在CTE工作模式下根据不同行输出图像的灰度值，测试得到的转移效率η_CTE，按照下述公式对图像的灰度值进行恢复，然后进行恢复后的像元灰度值比较，完成探测器缺陷筛选测试；dn_{restore_1}＝dn₁步骤二、对步骤一筛选后的TDICMOS探测器进行暗场噪声和最大满阱测试；在低温下采用短曝光时间进行暗场噪声的测试，低温的温度为低于‑60℃，短曝光时间为等于或者小于1μs；在恒定的低温下采用改变入射光能量的方式测试获得满阱电荷数；TDICMOS的积分级数设置为1；步骤三、对步骤二测试后的TDICMOS探测器在不同温度下的暗电流测试，不同温度下的测试范围在‑70℃到70℃之间进行测试；步骤四、对步骤三测试后的TDICMOS探测器进行最大信噪比及对应动态范围测试；所述信噪比及动态范围公式如下：式中，SNR为信噪比，DR为动态范围，k_TDI为TDI级数，s_in为入射光等效电子数，s_dark为暗电流对应电子数，k_pix为像素增益，k_PGA为PGA放大器的增益值，为读出噪声的平方，为量化噪声的平方，为PGA放大器噪声的平方，s_FWC为像素增益为1且PGA增益为1测试得到的满阱电荷数；所述量化噪声的平方DN为数字图像的灰度值；暗电流对应电子数s_dark＝t_int×I_{dark_current}，t_int为单级TDI方式的积分时间，I_{dark_current}为暗电流值；设定当前的像素增益不可调整，根据入射光能量的和暗电流的大小及当前的像素增益k_pix，测试获得最大信噪比的过程为：当即：在当前的像素增益k_pix、入射光等效电子数s_in和暗电流对应电子数s_dark，采用最高的TDI级数k_{TDI_max}以及最大的PGA增益k_{PGA_max}时，探测器也没有饱和，则采用最高的TDI级数k_{TDI_max}和最大的PGA增益k_{PGA_max}，获得最大信噪比，用公式表示为：在当前参数的条件下，获得动态范围DR，用公式表示为：当时，即：采用最高的TDI级数和最大的PGA增益时，探测器会饱和；而采用最高的TDI级数和最小的PGA增益时，探测器不会饱和；则将TDI级数设置为最大，PGA增益设置为：对应的信噪比为：在当前参数的条件下，得到的动态范围为：当时，即，采用最高的TDI级数和最小的PGA增益时，探测器也会饱和，而采用最低的TDI级数和最小的PGA增益时，探测器不会饱和；则将PGA增益设置为最小，TDI级数设置为k_{TDI_γ}，用公式表示为：式中，γ为正整数，对应的信噪比为：在当前参数的条件下，得到的动态范围为：设定当像素增益可调整，根据入射光能量的和暗电流的大小，测试获得最大信噪比的过程为：当即：在当前入射光等效电子数s_in和暗电流对应电子数s_dark下，采用最高的像素增益k_{pix_max}、最高的TDI级数k_{TDI_max}和最大的PGA增益k_{PGA_max}时，探测器也没有饱和，则采用最高像素增益k_{pix_max}、最高的TDI级数k_{TDI_max}和最大的PGA增益k_{PGA_max}，获得最大信噪比，用公式表示为：在当前参数的条件下，得到的动态范围为：当时，即，采用最高的像素增益k_{pix_max}、最高的TDI级数和最大的PGA增益时，探测器会饱和；而采用最高的TDI级数、最高的像素增益k_{pix_max}和最小的PGA增益时，探测器不会饱和；则将像素增益设置为最高，TDI级数设置为最高，PGA增益设置为：对应的信噪比用公式表示为：在当前参数的条件下，得到的动态范围用公式表示为：当时，即：采用最高的TDI级数、最高的像素增益k_{pix_max}和最小的PGA增益时，探测器会饱和；而采用最高的TDI级数、最小的像素增益和最小的PGA增益时，探测器不会饱和；则将PGA增益设置为最小，当前的像素增益设定为k_pix，用公式表示为：对应的信噪比用公式表示为：在当前参数的条件下，得到的动态范围，用公式表示为：当时，即：采用最高的TDI级数、最小的像素增益和最小的PGA增益时，探测器也会饱和；而使用最小的TDI级数、最小的像素增益和最小的PGA增益时，探测器不会饱和；则将PGA增益设置为最小，像素增益设置为最小，TDI级数设置为k_{TDI_γ}：γ为正整数；对应的信噪比用公式表示为：在当前参数的条件下，得到的动态范围，用公式表示为：