【摘 要】
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电荷耦合器件（CCD）作为重要的图像传感器已广泛应用于各种光电成像探测系统中,随着各种应用的不断深入,对图像传感器CCD的性能参数提出了更高的要求。特别是在微弱光信号探测的应用场合,如何降低CCD的噪声、提高其输出信号的信噪比,成为图像传感器CCD应用的重要课题。本文以提高光纤光谱仪的弱光探测性能为课题目标,在检索了国内外大量相关文献及目前市场上相关产品的基础上,通过研究欧洲机器视觉协会（Euro
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电荷耦合器件（CCD）作为重要的图像传感器已广泛应用于各种光电成像探测系统中,随着各种应用的不断深入,对图像传感器CCD的性能参数提出了更高的要求。特别是在微弱光信号探测的应用场合,如何降低CCD的噪声、提高其输出信号的信噪比,成为图像传感器CCD应用的重要课题。本文以提高光纤光谱仪的弱光探测性能为课题目标,在检索了国内外大量相关文献及目前市场上相关产品的基础上,通过研究欧洲机器视觉协会（European Machine Vision Association）针对图像传感器的性能参数制定的EMVA1288标准,选择了一款高灵敏度制冷型图像传感器CCD,设计了其驱动时序、电源、制冷器控制、输出信号数字化和传输电路,编写了相应的软件程序。硬件电路中主控制单元采用复杂可编程逻辑器件CPLD为CCD提供驱动信号,并控制模数转换芯片对CCD的输出信号进行模数转换,使用USB2.0芯片与上位机进行数据传输通信。制冷电路则由单片机控制电路驱动CCD内置的半导体制冷器（TEC）实现。软件程序方面使用硬件描述语言（Verilog HDL）编写了CPLD程序,使用C语言编写USB芯片固件程序与单片机温度控制程序。最后在实验室搭建了实验测试装置,对所设计的CCD电路的制冷效果、性能参数进行了测试与分析。CCD温度下降并稳定在室温下-30℃仅需32s。在温度为-10℃,暗电流噪声为7.5 e-/（pixel·s）,动态范围可达61.44d B,结果表明,本文设计的制冷型CCD电路能够稳定地工作,具有较好的制冷效果,能够有效地降低暗电流噪声,改善光纤光谱仪的弱光探测性能。
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