ICCD相机介绍

强化CCD相机

安多在1995年首次推出了增强CCD相机。事实上，安多是第一家提供完全集成的ICCD的公司，其中包括高性能延迟发生器，高压门控单元和相机单元都内置在ICCD相机中。

加剧了ccd摄像机也可以利用增益来克服读噪声限制，但也具有能够实现非常快的门时间的附加功能。门控和放大发生在像增强管中。图像增强器最初是为军方的夜视应用开发的，但它们的发展越来越多地受到科学应用的推动。万博电脑网页版登录

像增强管

像增强管是由光电阴极、微通道板(MCP)和荧光屏组成的真空管，这些器件的性能决定了器件的性能。光电阴极被涂覆在输入窗口的内表面，它捕获入射图像:见右边的图表。当图像的光子撞击光电阴极时，发射一个光电子，然后被电场吸引到MCP。MCP是一个薄圆盘(约1mm厚)，它是一个蜂窝状的玻璃通道，通常为6-10微米，每个都有阻性涂层。

在MCP上施加高电位，使光电子加速沿圆盘中的一个通道向下移动。当光电子有足够的能量时，它会从通道壁上移走二次电子。这些电子反过来经历加速，导致电子云离开MCP。可以很容易地获得超过10,000的收益。电子倍增的程度取决于施加在MCP上的增益电压，这可以在相机中控制。

模型	iStar CCD 320	iStar CCD 334	iStar CCD 340	iStar sCMOS
最大帧速率	15.9帧/秒	4.2帧/秒	2.5帧/秒	50帧*
像素井深	500000 e -	100000 e -	100000 e -	30000 e -
最低读噪声	7 e -	5 e -	6 e -	2.6 e -
最小暗电流	0.2 e - /影片/ s	0.1 e - /影片/ s	0.1 e - /影片/ s	0.18 e - /影片/ s

图像增强器的输出耦合到CCD上，通常是通过a光纤耦合器:见下图。光纤耦合系统物理结构紧凑，光学畸变水平低。高效的光纤耦合意味着图像增强器可以在较低的增益下工作，这反过来又导致图像增强器的动态范围性能更好(优于15位)。另一种耦合方法是在图像增强器的输出和CCD之间使用一个透镜，即“透镜耦合ICCD”。这样做的优点是可以去掉图像增强器，从而使CCD单独用于非增强应用。万博电脑网页版登录使用适当的高质量图像增强器，镜头耦合安排也可以产生更好的质量图像，因为光纤到光纤的变化和瑕疵从系统中去除。

透镜耦合系统的缺点是什么?

透镜耦合系统的缺点是较大的物理尺寸，较低的耦合效率和增加的散射。需要专门的电源来操作图像增强器。为了实现快速门控，必须使用高电压脉冲发生器，该脉冲可以以亚纳秒的上升和下降时间脉冲200V。要设置MCP的增益，通常必须在600至900伏范围内施加稳定电压。为了获得良好的清晰图像，荧光粉的电压通常必须是4kV -8kV，这取决于荧光粉和管的类型。

ICCD相机的光谱响应

ICCD相机的光谱响应主要由图像增强器中使用的光电阴极材料决定。在科学应用中有许多常规的增强剂，它们已经被分类为与最初开发它们的军事分类有关。万博电脑网页版登录早期增强剂被归类为第II代增强剂。第一代增强器使用了不同的结构，不使用MCP，不再经常使用。第II代增强器使用铋或多碱光电阴极。III代增强器现在正在取代II代增强器用于大多数军事目的，并使用半导体光电阴极。第三代无膜光电阴极最近的发展有哪些和或带到市场上。所有这些增强器都具有科学成像或光谱学的有用特性，因此由安铎提供。它们的相对属性在下面突出显示。

第II代增强器集成了铋或多碱光电阴极，这是在光电倍增管的光电阴极中使用的相同材料。II代光电阴极通常应用于石英窗口，允许光电阴极响应延伸到UV (~180nm)。石英窗可替代氟化镁窗，提供对VUV (~120nm)的响应。光电阴极的混合和厚度可以“调整”，以优化不同区域的波长响应。

Andor的标准II代选项

和或提供三个标准II代选项:针对可见光波长区域优化的“W”增强器，针对近红外区域优化的“WR”增强器，以及针对紫外区域优化的“WU”选项。

一个第三代增强剂集成了由砷化镓(GaAs)制成的半导体光电阴极。光电阴极只能在玻璃窗上使用，这限制了光谱响应波长大于350nm。III代增强器提供从可见光到近红外的良好光谱响应。第三代增强器光电阴极非常薄和脆弱，很容易被像增强管中的杂质中毒。在军队需要的恶劣条件下使用时，这尤其是个问题。为了保护光电阴极，在MCP的输入端上涂上一层薄薄的铝。这一层防止杂质离子从MCP加速回来破坏光电阴极，因此这延长了像增强器的寿命。保护层有一个缺点，然而，因为它提出了一个障碍，光电子出现从光电阴极，这必须克服。为了穿透屏障，光电子必须被一个更高的电场加速，通常是1000V，而II代电子管需要200V。

这种保护层有两个后果，首先它增加了放大过程中产生的噪声因子，从而限制了信噪比。其次，较高的电压对门控电路造成了更大的负担，以实现较短的门控时间，因此门控时间通常比II代增强器慢2至3倍。一个第三代无膜增强剂还包括由砷化镓(GaAs)制成的半导体光电阴极，但通常情况下，光电阴极材料被掺杂以“调整”对特定波长范围的响应。光电阴极也可用于宽波长的响应玻璃，以允许更多的蓝色响应。顾名思义，没有电影的III代实际上是没有MCP保护层的III代。随着生产工艺和科学市场寿命的改进，第三代寿命不再是一个问题。去除保护层消除了较高的噪声因子和较慢的浇注时间的问题。

安多尔的第三代无胶片增强器

Andor提供了两种III代无膜增强器，一种用于覆盖可见光和近红外区域VIH (360-910nm)，另一种用于覆盖可见光波段，具有更多的蓝色响应HVS (270-740nm)。

ICCD的噪声和灵敏度也受图像增强器．图像增强器放大光信号，使相机的CCD部分不再支配相机的噪声。因此，ICCD可以被视为有效地没有读取噪声的相机。在光电阴极中仍有来自热产生电荷的暗电流成分，由于这发生在放大阶段之前，它也将被放大。图像增强器中的暗电流传统上被称为有效背景照明(通常缩写为EBI)。当使用较短的栅极时间时，暗电流通常不是问题。对所有相机的噪声和信噪比的更彻底的分析包含在另一节中。

ICCD相机:光学快门特性

一个真正的优势ICCD相机优于emccd和ccd的特点是它们的光学快门特性。图像增强器可以作为一个非常快速的光学开关，在十亿分之一秒内捕获光信号。通过在光电阴极和MCP之间施加负电压，对于II代增强器，通常< -150V，光电阴极中产生的光电子被扫出光电阴极，穿过间隙进入MCP进行放大。因此，增强器是打开的。通过施加一个小的正电压，通常是50V，光电子不能穿过间隙，看不到信号。因此，加强器被关闭。

从关闭到打开，然后再关闭加强门所花费的最小时间称为最低登机时间．最小门时间取决于许多因素，但主要是光电阴极和电子门控电路的结构。III代无胶片可在少于2纳秒(ns)的时间内门控。如上所述拍摄的第三代通常更长~5ns。第II代光电阴极通常也较慢，通常为50ns，但通过应用薄金属衬底门控时间小于2纳秒也是可能的。应用衬底将牺牲光电阴极的一些QE特性。第II代和无薄膜的第III代增强器也可以用特殊的盖特单元在亚纳秒时间尺度上进行门控。该增强器可以重复门控速率高达50khz的标准操作或高达500kHz的特殊要求的相机。虽然摄像机的CCD部分不能在这个速率下读取，但单独操作光学门控有优点。可以对重复信号进行采样，并将增强器的输出在CCD上求和，以整合出一个更大的信号，否则可能无法看到。

的动态范围ICCD的增益由CCD部分控制，并随ICCD的增益而变化。在ICCD中使用的更高动态范围的CCD将导致更高动态范围的ICCD相机。参见下面的典型测量。在这张图上，你可以看到CCD的动态范围决定了ICCD相机的初始动态范围。随着增益的增加，可以容纳的较小信号被较低的读噪声补偿，以保持动态范围不变。当读噪声下降到单光子水平以下时，ICCD的动态范围随着增益的进一步增加而开始下降。

ICCD的帧速率由CCD规格控制，特别是像素数和像素读出速率。见下表:

相机	帧速率标准	最大帧速率	评论
DH720	166.0	950	光谱模式
DH734	1．0	200	成像模式

这里需要注意的一点是，您必须谨慎选择用于高帧操作的荧光粉。用于ICCD的图像增强器上的标准荧光粉称为P43型。这种荧光粉具有最佳的光输出，可被CCD检测到，但荧光粉的寿命相对较长。当一组电子在瞬间击中荧光粉时，光在随后的一段时间内从荧光粉中发射出来。光以非指数的方式衰减，所以在1毫秒后，它衰减到初始水平的10%，在10毫秒后，它衰减到不到1.0%。如果我们使用高帧率操作，即读取100帧/秒，则第一帧信号的1%将出现在第二帧中，依此类推。

Andor: P46荧光粉

为了消除这种时间整合效应，最好使用快速荧光粉。Andor推荐P46磷对于这个操作。P46荧光粉的寿命为100ns，光级衰减到其值的10%，2µs衰减到其初始水平的1.0%，因此将减少快速帧读出的重叠效应。P46荧光粉的发光并没有很好地优化到CCD读数，但这可以通过在像增强器上使用更高的增益来克服。

ICCD相机有低分辨率比一个CCD相机．主要原因还是图像增强器，见上图，左边的图像是用CCD相机拍摄的，而右边的是用ICCD相机拍摄的。在像增强器中，MCP和荧光粉都对降低光CCD所具有的MTF做出了主要贡献。最近，微通道板在更细的磷沉积、减少间隙和减小孔方面的发展导致了更好的性能，但通常分辨率被限制在小于60线对/mm。

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