SJ 20868-2003 电荷耦合成像器件测试方法.pdf

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1、FL 5980 民共和国电d弘.同SJ 20868 2003 Measuring methods for charge coupled imaging device 2003-12-15发布2004-03-01实施中华人民共和国信息产业部批准SJ 20868 2003 目、h/J、前言 . ., . . . . . . . . . . . . . . . . . . 丰4牛、. . . .、年牛伞. . . . 、. . , .、. . , .巴、. . .,. . . . . . , 范围2 引用文件3 术语和定义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2、 . . . . . . . . . . , ., . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 一般要求5 详细要求叮方法1001H音信号. , 方法1002暗信号非均匀性. . .，.町，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 方法1003噪声电压均方根值. . 方法1004输出信号.方法1005饱和输出信号. . . . . . . . . . . .

3、. . . . . . . . . . . . .、.句. . . . . . . . . .、-. 方法1006单色灵敏度(积分灵敏度). . . . . . . . . . ，牛. . ,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 方法1007阔照反. 方法1008光响应非均匀性(响应非线性).丰. . . A -. . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . 方法1009光敏面疵点数方法1010动态范围.方法1011平均暗电流密度. . . . . . . . . . . . . . .、. .

4、. . .、. . . . . .巴. . . .同. . . . . .、. . . . . . . . . . . . . . . . . . .号，方法1012抗晕性能方法1013转移效率方法1014光谱响应范围、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .啡、.,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . , . . . II 2 3 4 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 目IJ本标准由信息产业部提出.本标准由信

5、息产业部电子第四研究所归口。本标准起草单位E中国电子科技集团公司第四十四研究所。本标准主要起草人E姚鸿、周旭东、张坤.SJ 2086-2003 Il SJ 20868 2003 电荷辑合成像器件方法范围本标准规定了光谱范围为350nm-1100 nm的线阵和面阵电荷祸合成像器件(以下简称器件的参数测试方法，2 引用文件下列文件中的有关条款通过引用而成为本标准的条款。凡注日期或版次的引用文件，其后的任何修改单(不包括勘误的内容或修订版本都不适用于本标准，但提倡使用本标准的各方探讨使用其最新版本的可能性.凡不注日期或版次的引用文件，其最新版本适用于本标准。3 GB厅2421-1999电工电子产品环

6、境试验第1部份z总则/ 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。飞-，.平3. 1 电荷辑合成像器件charge coupled imaging device : : 飞利用光注少数载流子作为信号电荷，通过驱动脉冲实现信号电荷的存储与转移从而实现光电信号曹、-, 转换与检测的器件。:.J. 叫7a 3.2暗信号dark-signal吨町iR! 在正常工作状态下，在无任何输入信号时器件积分像元的输出电压Vo或电流ID称为暗信号-3.3 暗信号非均匀性daJk signal mmMfomity h jB 在无任何输入信号时，器件输出信号各有效像元输出电压均方根偏差与平均输出电压的百分比.3.4噪声电

7、压均方根值rootTlean-squaredev lat ion d mi se v。lugek Jf 在规定频带中，器件暗信号输出的瞬时变动均方根值.h J 3.5 输出信号。ut口utsigha l 在规定光照下或规定电脉冲注芒f.由势阱电荷包产生出来的专效输出信号。可用电压几或电流儿表示.LK、;毛、唱U叫rr:一气fuw/ 3川.6饱和输出信号s阔a拭阳tu川teout川tpM川E归i比gnal、咀a创1，T; 1:1 l=-、二牛4由满阱电荷包产生出来的最大有效输出信圭二z旦旦丘瓦tydJ或z垣流Lat表示e3. 7 单色灵敏度5ingle-color sensitivity 积分灵

8、敏度integral sensitivity 在一定波长的光照下，器件输出信号的变化量与引起其变化的照度或曝光量的变化量之比。3.8 闰照度i 1 lumination thre5hold 在规定光谱范围内，器件输出达到规定信噪比所需的最小照度。3.9 光晌应非均匀性lightre5口。nsenon-uniformity 晌应非线性response non-linear 在均匀光照下，器件处于半饱和输出时，输出信号各有效像元输出电压均方根偏差与平均输出电压的百分比.3.10 光敏面疵点数defect number of ren50r area 器件在规定条件及半饱和均匀光照下，偏离像元平均输出

9、电压值一定范围的像元数目.一一-一一一一一SJ 2086-2003 3. 11 动态范围dynamic range 器件光敏面在均匀光照条件下，最大饱和输出信号与无光照时的噪声电压均方根值之比。3. 12 平均暗电流密度averge dark current density 器件在正常工作状态下，无光照时，像元单位面积的平均输出暗电流。3. 13 抗晕性能ant;bloom;ng efficiency 光照射在器件上，在器件输出达到饱和临界点时.Wm出此时的光照度En增加光强至器件的图像临近溢出时，测出此时的光照度马。马/E，的值，即为器件的抗晕性能。3. 14转移效率transfer eff

10、ic;ency 信号电荷由前一个电极电极下面的部分与前一电极下面的信号电荷之比值。3.15 相对光谱晌应relative spectral response 器件在不同波长，相同光强度的单色光照射下的光谱响应S()与其最大值Sm之比值。3.16 光谱晌应范围spectral response range 相对光谱响应不小于0.1或按规定时，所对应的入射光最短波长与最长波长之间的波长范围。4 一般要求4. 1 总则器件测试的具体要求应在相关详细规范中规定，若不指明出处时，本标准中使用按规定一词时，指按相关详细规范的规定。4.2 测试条件4. 2. 1 通则除非另有规定，器件参数的测试应按本标准规

11、定的条件进行.4.2.2标准大气条件除非另有规定，应符合GB厅2421一1999第5章的规定。4.2.3仲裁标准大气条件除非另有规定，应符合GB厅2421一1999第5章的规定-4.3 测试系统及仪器设备4.3.1 通则测试用仪器的准确度应符合测试规定要求，经计量部门检定合格，并在有效期内按有关操作规程进行测试。4.3.2 自动测试系统自动测试系统的计算机至少应配置100MHz示波器，其频谱带宽应能保证数据采集的精度要求，4.3.3输出信号处理装置的放大器输出信号处理装置的放大器应符合下列规定ga) 放大系数测量误差应在士2%范围内:b) 放大器振幅特性非线性度不超过5%;c) 或按规定.4.

12、3.4其它4.3.4.1 使用测试卡、测试表、幻灯片测试器件参数时，4.3.4.2 测试设备的结构应保证器件不浸水，不受静电、4.4 规定条件4. 4. 1 通则条件按规定。电磁干扰、杂散光等影响。除非另有规定，应根据要测量参数的特性，器件的像元(输入端接收到的不同的光(电)信号，2 SJ 2086-2003 规定相应的光照条件(照度、曝光量、辐射光谱等)和(或)电脉冲信号条件.4.4.2外加亘流电压及驱动脉冲的波动范围外加直流电压及驱动脉冲的波动范围应符合下列规定2a) 直流电压波动范围为士2%:b) 脉冲电压波动范围为士5%:0 或按规定。4.4.3器件光敏区的照度、曝光量、辐射光谱的波动

13、范围器件光敏区的照度、曝光量、辐射光谱的波动范围应符合下列规定za) 光敏区辐射参数的规定误差应在士3%范围内:b) 照度的相对非均匀性应在士1%范围内;c)或按规定。Jj二户官严地4.4.4 图像帧数在测试中采集的图像帧数宜为50帧-100帧。4.4.5其它 气在测量器件灵敏度、暗信号、暗信号非均匀性、输出信号等参数时，允许在计算时不考虑疵点像元信号，但在确定器件光敏面疵点数时必须考虑。5 J/, 详细要求f f y。j飞气、也, . 本测试方法哥的输出信号均为电压。: 本测试方时Fzj; )一一: l :fril 方法叫陆信号:1汁Jl iDf 方法lOOZJ句好非均匀性ZF一噜f I H

14、卜.)方法1003:噪声电压均万根值51 f f r飞, ，一方法1004飞输出信号:牛、JVUJ F户可?叫fk品r方法1005饱和输出信号:方法1006单色灵敏度(积分灵敏度):/气方法1007阔照度i/j)J 方法1008光响应非均匀性气响应非线性;/严.，.-/; tof/气，f方法1009光敏面疵点数1川、_才旷/ 、，-， 方法1010动态范围:LL二、二士巧Tfkpd/电流密度二FJ17二rA-1;二午xrtf方法1012抗晕性能，方法1013转移效率;方法1014光谱响应范围。3 、SJ 20868-2003 2 3 3. 1 3.2 3.3 3.4 目的方法1001暗信号在规

15、定条件下，测试器件的暗信号。到IJi式在图测试框图见图1。器件光源驱动模块数据采集系统计算机及软件图1测试步骤按图1连接测试系统，并进行仪器预置，调节测试系统，给器件加上规定的电源电压，使器件处于正常工作状态。在无光照条件下，采集F帧图像。按公式(1)计算器件每一像元的平均输出暗信号电压.式中:1 F 凡，=士L凡(/). . . . . (1) . /=1 VO;一-;像元的平均输出暗信号电压，V; F一一-采集的图像帧数:VDiJ一-，像元第f帧的输出暗信号电压，Yo 3. 5 按公式。)计算整个像元的平均输出暗信号电压，即器件的暗信号。1 M 几=古Z凡，. (2) 式中2Vo一一器件的

16、暗信号，VZM 光敏面像元数目3VDi一一-器件第2像元的平均输出暗信号电压.4 20868 2003 SJ 规定条件4 应在详细规范中规定下列细节z环境温度:a) 电源电压zb) 工作频率:积分时间:d) 帧周期;e) wudzgh辆吁如可叮萝二、v一-，、辱、_.v一气币一，户、v l 鲁平凡、图像帧数.。:飞r、飞、二号主:c几-02l a AI L,UD UM-1)宫:1:!=YHV-HH-?-Lh-.HH-(13i二十 几! !iij 式中:i二-IUR一器件的光响应非均匀性FU 仁! ; ! M-光敏面像元数目:几一一i像元的平均输出信号电压，V:凡一一器件的平均输出信号电压，v.

17、J t ff，、._. /A/产J/应在详细规范中规定下如列j革节2飞)t JFPJ产户;/环境温度:户_ c 电源电压g飞二YJ77之二:二;二/工作频率:叫一由卢_.:.;. 积分时间;帧周期:图像帧数:光源色混.测试步骤3 3. 1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 规定条件码，时的，句吟。、U4 13 SJ 20868-2003 2 3 3. 1 3.2 3.3 3.4 3. 5 3. 6 3. 7 3.8 目的方法19光敏面疵点数在规定条件下，测试器件的光敏面疵点数。测试框图见图1, 测试步骤按图1连接测试系统，并进行仪器预置.调节测试系统，给器件加上规定的电源电压，使器件处于

18、正常工作状态。按方法1005测试器件的饱和输出信号Vsat调节均匀光强，使器件的输出信号为饱和输出信号的一半或按规定，此时用计算机采集F帧图像。按公式(7)计算器件每一像元的平均输出信号电压凡俨按公式(8)计算器件的平均输出信号电压凡。计算几/凡。几/凡的值超出规定范围的像元则为疵点。统计疵点数，此数目即为光敏面疵点数。4 规定条件应在详细规范中规定下列细节ta) 环境温度:b) 电源电压zc) 工作频率zd) 积分时间:e) 帧周期:。图像帧数:g) 光源色温:h) 几/凡的取值范围。14 SJ 2086一2003方法1010动态范围目的在规定条件下，测试器件的动态范围。;J!1)式框图2

19、图1 按图I连接测试系统，并进行仪器预置.调节测试系统，给器件加上规定的电源电压，使器件处于正常工作状态，按方法1005测试器件的饱和输出信号Vsato七飞、技方法1003测试器件的噪声电压均方根值几MEek f安公式(14)计算器件的动态范围。、飞乙、,; , r , :DR ,: Olg只卢:HH-J川1HALf-HH-(14) /INRMS t 式中zy f丁i lLAL DR一一器件的动态范围，dB: 于1 1 tily叫一一器件的饱和输出信号，vii 1:FJ; j ti规定条件:LJ飞i | j jj应在详细规范中规定下列细节ga) 环境温度:巳jv飞j b) 电源电压:、，、/卢

20、f，c) 工作频率;、产/石，RJ/川d)积分时间:卢飞J jr j、二/e) 帧周期:二、;习、 二J141IJ二fJ d o 图像帧数:二吨iJJJJ r七_g) 光源色温。捆卢四dJ4测试步骤句，-qdd斗333 3.5 3 3. 1 15 4 SJ 20868 2003 2 3 3. 1 3.2 3.3 3.4 3.5 方法1011平均暗电流密度目的在规定条件下，测试器件的平均暗电流密度.测试框图见图10 按图1连接测试系统，并进行仪器预置。调节测试系统，给器件加上规定的电源电压，使器件处于正常工作状态。在无光照时，从示波器上读取器件参考像元(哑元的输出电压凡，单位V。在无光照下，从示

21、波器上读取器件积分像元的输出电压Vint.单位Vo按公式。5)计算器件的暗电流。式中z10-一器件的暗电流，Aq-一电子电荷量，C; No-一暗电流电子数No=tint -一-积分时间，So 儿=q X Ny_ .u._. . (15) (V;旷V，)IS S，为器件转换灵敏度(通常为设计值或测试值)J; 3.6 按公式(16)计算器件的平均暗电流密度.4 16 J幽=Io/AD.，o. (16) 式中zJd础一一器件的平均唁电流密度，Alm2; 10一一器件的暗电流，A; Ao一一像元面积，m2。规定条件应在详细规范中规定下列细节za) 环境温度:b) 电源电压30 工作频率:d) 积分时间

22、:e) 帧周期;。g) 光源色温。SJ 2086-2003 2 3 目的方法1012抗晕性能在规定条件下，测试器件的抗晕性能.测试框图测试框图见图2.平行光管测_1-;二二工二二=-l试怦卡I. . I J卡1，飞a14监视器/ I 动模块I I 守,/ I 咄哼归叽I I 数据采集系统E f f | 电路I I ! ，.-_.-，.-二回/J、1/df111?飞tJfl了J| 计算机及软h件lllJJiy 、，障在1、J飞i刁图2ljzul川I丁测试步骤-:l: ii f卢21j d Fjf 3. 1 按国2连接测试系统，并进行仪器预置-1 、f f 3.2 调节测试系统J给器件加上规定的电

23、源电压和时序驱动脉冲，在半饱和光照下，2使器对测试卡能正常成像-L , 个，r 3.3 调节光照强度，在监视器上观察图像，在图像出现饱和现象时测出此时的光照度E，.3.4 继续增加光照强度，在监视器上观察图像，在图像出现溢出现象时m山此时的光照度E，。3. 5 按公式(17)计算器件的抗晕系数./二、FF飞;/ L、i、飞C二F:，/EJ:.JJ-J.HH-HH-HH-(17) I ,_ 1 卜j萨F4 式中zC一一-器件的抗晕系数:EJ、E，一一光照度，IXo 规定条件应在详细规范中规定下列细节2a) 环境温度:b) 电源电压zc) 工作频率3d) 积分时间:e) 帧周期:。图像帧数gg)

24、光源色湿，i JJ飞J.二/_.，c.;:吨时二. 17 SJ 20868 2003 1 目的方法1013转移效率在规定条件下，测试器件的转移效率.2 测试框图图3，脉冲驱动电路及偏置电压输入脉冲信号被测器件图33 3. 1 按图3连接测试系统，并进行仪器预置.3.2调节测试系统，给器件加上规定的电源电压和输入脉冲信号。数据采集系统3.3 调整器件各级工作电平，在数据采集系统上测出最大输入脉冲波形的幅度，3.4 在输入脉冲波形的幅度为最大时，从数据采集系统上分别测出第一个电荷包和第二个保持恒定值的电荷包的电压幅度川和民.3.5 按公式(18)计算器件的电荷转移效率。7 = (V!v/IN. .

25、 . . (18) 式中z早器件的电荷转移效率:町、V2一电压幅度，V; N一-转移次数，(N相数位数)。4 规定条件应在详细规范中规定下列细节2a) 环境温度:b) 电源电压:c) 1)该测试方法所测转移效率仅为电信号转移效率，18 SJ 2086-2003 2 3 目的方法1014光谱晌应范围在规定条件下，围.测试框图见图4.被测器件J?考探F| 句 锁相放大器单色仪二|动模块II 数据采集系统| /1 11 1气J:二-_-二二r f y 叫| 计算机及软件l l ? 飞升1-I飞j ib飞jji图4liIi j|i tli 测试步骤i一军气!hj3, 1 按图4连接测试系统，并进行仪器

26、预置.i 3.2 调节测试系统，给器件加上规定的电源电压，使器件处于正常工作状态。3.3 给器件施加SO%90%(或按规定的饱和输入信号.3.4 当单包仪的波长鼓在微机控制下，进行规定波段扫描时，分别测得各波长点信号电压Vre()和被测器件的输出信号电压几() 3. 5 3.5 按公式(19)计算器件的相对光谱响应:S.()二EIEL土|旦旦So.()I. (川民-1SiTSdLYm():J式中zSR () -一一器件的相对光谱响应:Sm一一器件峰值波长处的相对响应值，ep归一化基数:SOR ()-参考探测器的相对光谱响应(己知)。3.6 以波长为横座标，相对光谱响应SR(为纵坐标，绘制相对光

27、谱响应曲线，从曲线上按规定查出器件的光谱响应范围.4 规定条件应在详细规范中规定下列细节za) 环境温度:b) 电源电压Ec) 工作频率:19 飞卜SJ 20868 2003 积分时间;相对光谱响应的取值点:输入信号的强度;规定波段。，。，的U20 7 gONe-ga d中华人民共和国电子行业军用标准电荷稿合成像器件测试方法SJ 20868-20 * 版刷行出印发中国电子技术标准化研究所中国电子技术标准化研究所中国电子技术标准化研究所电话，(010) 84029065 传真，(010) 64007812 地址.北京市安定门东大街1号邮编，100007 网址:www.ceSl.aC.cn 字数，48千字* 印张zlj 1116 开本，880X 1230 2004年8月第一次印刷2004年8月第一版