專利名稱：一種電荷耦合器件響應(yīng)線性度的標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電荷耦合器件響應(yīng)線性度的標(biāo)定方法，尤其涉及一種通過(guò)測(cè)定電荷耦合器件輸入光強(qiáng)與輸出灰度值響應(yīng)曲線進(jìn)行電荷耦合器件響應(yīng)線性度標(biāo)定的方法。
電荷耦合器件是一種新的光電轉(zhuǎn)換器件，可以根據(jù)它的灰度輸出變化探測(cè)其輸入光強(qiáng)的變化，通常利用它的這種特性檢測(cè)被控制對(duì)象。但由于電荷耦合器件響應(yīng)的非線性，以及電荷耦合器件各象元之間的響應(yīng)差異，需對(duì)電荷耦合器件響應(yīng)線性度進(jìn)行標(biāo)定。目前電荷耦合器件響應(yīng)線性度的標(biāo)定主要有衰減法和分光束法。
衰減法是使光通過(guò)一組透過(guò)率不同的衰減片或通光口徑不同的光闌，實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光的定比調(diào)節(jié)，并使這組入射光進(jìn)入電荷耦合器件，通過(guò)由此而得到的電荷耦合器件測(cè)定值標(biāo)定電荷耦合器件的響應(yīng)線性度。這種方法的缺陷在于需多次采樣，因此標(biāo)定精度受光源強(qiáng)度起伏影響較大。
分光束法是利用光楔的分光原理，在光楔的一面鍍?nèi)茨?，一面鍍分光膜，一束平行光?jīng)光楔多次反射后，形成一系列光強(qiáng)比一定的光束，再經(jīng)一傅立葉透鏡會(huì)聚，并使電荷耦合器件置于傅立葉透鏡后焦面處，一次采樣即可得到一組光強(qiáng)的響應(yīng)值，由此可標(biāo)定電荷耦合器件的響應(yīng)線性度。這種方法的缺陷在于對(duì)光楔的加工、鍍膜要求較高，光路不易調(diào)整，易引入較大的離軸像差影響焦平面上的光斑質(zhì)量，從而影響標(biāo)定精度。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有方法的不足而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的標(biāo)定電荷耦合器件響應(yīng)線性度的方法。
為完成上述目的，本發(fā)明方法包括下列步驟制作狹縫衍射屏，選擇衍射屏參數(shù)，使衍射的主極大寬度與待測(cè)電荷耦合器件的靶面尺寸相同；將傅立葉透鏡置于衍射屏后，并將待測(cè)電荷耦合器件置于傅立葉透鏡的后焦平面位置；利用一束單色平面光照射衍射屏，進(jìn)行待測(cè)電荷耦合器件輸出灰度值的采樣，獲得衍射光斑輸出灰度值；計(jì)算光斑強(qiáng)度理論分布值，并與待測(cè)電荷耦合器件采樣的光斑輸出灰度值比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)電荷耦合器件響應(yīng)線性度的標(biāo)定。
本發(fā)明的方法還可以通過(guò)下列步驟完成所述的衍射屏可制作為雙縫(單縫、多縫、矩孔或圓孔)衍射屏；所述的進(jìn)行待測(cè)電荷耦合器件輸出灰度值的采樣，可獲得一連續(xù)的(矩孔、單縫、圓孔衍射屏)或系列點(diǎn)陣的(多縫衍射屏)的光斑輸出灰度值。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有方法有以下優(yōu)點(diǎn)利用雙縫(單縫、多縫、矩孔或圓孔)衍射的光強(qiáng)分布可用夫瑯和費(fèi)衍射理論精確地給出，得到其分布的理論值。根據(jù)夫瑯和費(fèi)衍射和傅立葉透鏡的變換性質(zhì)，利用一束單色平面光照射衍射屏，用被測(cè)電荷耦合器件測(cè)量其衍射分布值，通過(guò)比較測(cè)量值與理論值的差異，得到被測(cè)電荷耦合器件的非線性偏差。由于這種方法采用的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故調(diào)試容易，便于工程實(shí)現(xiàn)。并且由于利用單色平面光光源，利于測(cè)試電荷耦合器件的均勻性。另外，由于通過(guò)一次曝光可得到一系列光強(qiáng)分布關(guān)系一定的采樣值，從而使標(biāo)定電荷耦合器件響應(yīng)線性度避免了光源起伏的影響。尤其該方法不需要進(jìn)行要求較高的光學(xué)加工，故成本較低。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例(選擇雙縫衍射屏)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的方法采用的光路結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的光斑強(qiáng)度理論分布圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的光斑點(diǎn)陣圖。
本發(fā)明實(shí)施例包括下列步驟如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例利用一束單色平面光照射雙縫衍射屏1，經(jīng)傅立葉透鏡2會(huì)聚至其后焦平面，將待測(cè)定的電荷耦合器件3置于傅立葉透鏡2的后焦平面位置。選擇如下參數(shù)傅立葉透鏡2的焦距f＝1200mm，待測(cè)定的電荷耦合器件3的靶面3.2×2.4mm，入射的單色平面光的波長(zhǎng)λ＝1.064μm。
根據(jù)單縫衍射的主極大的半寬度為Δx=λfa]]>選擇衍射屏參數(shù)狹縫縫寬a＝0.4mm，使單縫衍射的主極大充滿電荷耦合器件3的靶面。
根據(jù)雙光束干涉兩極大光斑的間距為Δx=λfd]]>選擇雙縫距d＝10mm，使d＝ma(m＝1，2，3…n)，從而在傅立葉透鏡2的后焦平面、亦即電荷耦合器件3的靶面上得到一組(m個(gè))間距由狹縫中心距d確定、強(qiáng)度關(guān)系一定的光斑點(diǎn)陣，如圖3所示。
進(jìn)行電荷耦合器件3輸出灰度值的采樣，獲得一系列光斑點(diǎn)陣輸出的灰度值。
根據(jù)雙縫夫瑯和費(fèi)衍射和傅立葉透鏡的變換性質(zhì)，導(dǎo)出電荷耦合器件3采樣的光斑能量關(guān)系單色平面波垂直照明衍射屏，孔徑平面的復(fù)振幅分布為E(x1)=rect(x1-d/2a)+rect(x1+d/2a)----(1)]]>經(jīng)透鏡后，在焦平面形成的夫瑯和費(fèi)衍射花樣的復(fù)振幅分布可由傅立葉變換求出E(x)=F(E(x1))n=x/λf=F(rect(x1-d/2a))+F(rect(x1+d/2a))----(2)]]>由傅葉立變換的相移定理，②式可寫為E(x)=exp(-i2πu(d/2))F(rect(x1/a))+exp(-i2πu(-d/2))F(rect(x1/a))]]>=(exp(-iπud)+exp(iπud))asinc(au)]]>=2asinc(axλf)cos(πxdλf)n=x/λf----(3)]]>強(qiáng)度分布為I(x)=|E(x)|2=I(0)sinc2(axλf)cos2(πxdλf)----(4)]]>式中I(O)是衍射圖樣中心的強(qiáng)度分布；④式表明雙縫衍射的強(qiáng)度分布由單縫衍射因子和雙光束干涉因子共同作用的結(jié)果。圖2所示為光斑的強(qiáng)度分布。
根據(jù)公式④計(jì)算光斑點(diǎn)陣的理論分布值。
分析光斑點(diǎn)陣的理論分布值和電荷耦合器件3采樣的光斑點(diǎn)陣輸出灰度值，實(shí)現(xiàn)對(duì)電荷耦合器件3響應(yīng)線性度的標(biāo)定。
權(quán)利要求
1.一種電荷耦合器件響應(yīng)線性度的標(biāo)定方法，其特征在于包括下列步驟制作狹縫衍射屏(1)，選擇衍射屏參數(shù)，使衍射的主極大寬度與待測(cè)電荷耦合器件(3)的靶面尺寸相同；將傅立葉透鏡(2)置于衍射屏后，并將待測(cè)電荷耦合器件(3)置于傅立葉透鏡(2)的后焦平面位置；利用一束單色平面光照射衍射屏(1)，進(jìn)行待測(cè)電荷耦合器件(3)輸出灰度值的采樣，獲得衍射光斑輸出灰度值；計(jì)算光斑強(qiáng)度理論分布值，并與待測(cè)電荷耦合器件(3)采樣的光斑輸出灰度值比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)電荷耦合器件(3)響應(yīng)線性度的標(biāo)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷耦合器件響應(yīng)線性度的標(biāo)定方法，其特征在于所述的衍射屏(1)可制作雙縫(單縫、多縫、矩孔或圓孔)衍射屏；所述的進(jìn)行待測(cè)電荷耦合器件(3)輸出灰度值的采樣，可獲得一系列點(diǎn)陣的的光斑輸出灰度值。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種電荷耦合器件響應(yīng)線性度的標(biāo)定方法。本發(fā)明利用單色平面光照射衍射屏，并經(jīng)傅立葉透鏡會(huì)聚，用電荷耦合器件對(duì)傅立葉透鏡后焦平面的光斑點(diǎn)陣進(jìn)行采樣，獲得光斑點(diǎn)陣輸出灰度值；分析由夫瑯和費(fèi)衍射理論計(jì)算出的光斑強(qiáng)度理論分布值與電荷耦合器件采樣的輸出灰度值，實(shí)現(xiàn)對(duì)電荷耦合器件響應(yīng)線性度的標(biāo)定。該方法具有調(diào)試容易，成本低的特點(diǎn)，便于工程實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G01J3/12GK1411285SQ0013209
公開日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2000年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月18日
發(fā)明者段海峰, 楊澤平, 王淑青, 張雨?yáng)| 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所