用于极紫外波段探测器的传函测试装置及方法

本发明属于天文目标观测，尤其涉及一种用于极紫外波段探测器的传函测试装置及方法。

背景技术：

1、随着科学技术的快速发展，数字信息化的趋势凸显，图像信息在信息化时代成为不可或缺的一部分。作为获取图像信息的重要组成部分，探测器至关重要。上个世纪末，美国阿尔卡特朗讯贝尔实验室提出了固体成像理论，使探测器成为了学者们的研究热点。根据探测器的感应材料的差异，可分为cmos（complementary metaloxide semiconductor）和ccd（charge-coupled device）两种。cmos和ccd都是用于数字影像设备的感光元件。cmos是一种基于互补金属氧化物半导体技术的集成电路，它将金属氧化物半导体技术应用于感光元件的制造中。而ccd则是一种基于单晶硅半导体材料的感光元件。二者的工作原理基本相似，且都在探测器领域有较为广泛的应用。在早期研究阶段，由于集成电路的设计不够完善，cmos相机在信噪比和分辨率等方面远远落后于ccd相机，发展较为缓慢。直至上个世纪90年代末期，cmos迅猛发展，性能逐渐提升，不仅弥补了信噪比大等的不足，缩小了与ccd的性能差距，更凸显了低电压、低功耗和高速度等自身的优势。

2、目前对探测器的测试方法主要有两种：随机性方法和确定性方法。随机性方法采用对yag（钇铝石榴石）闪烁体进行均匀电子束照射，产生随机光子信号，探测器的不同像素位置接收不同数量的光子，据此得到探测器的mtf（传函），但该方法易受到随机信号影响，且测试方法较为复杂。确定性方法是改变探测器的空间照明条件，比较输入和输出计算得到的不同空间频率的mtf，其中最常用的是点扩散函数法、对比度测试法和倾斜边缘法。点扩散函数法是计算点目标的弥散情况得到探测器的mtf，缺点是极小点目标很难获得具有足够信噪比的信号。对比度测试法是采用积分球将具有一定条纹宽度的靶标照亮，经过平行光管和显微镜头将条纹成像在探测器上，获取图像后，计算图像的明暗线对的对比度得到探测器的mtf，目前广泛用于可见光面阵探测器的mtf测试当中。daberkow等人在1991年提出的基于锐利刀口的倾斜边缘法，刀口处的强度变化可认为是阶跃函数，它的傅里叶变换包含了所有的空间频率，可实现全频段mtf测试。为了避免混频现象的发生，ruijter等人在1995年提出倾斜刀口。该方法为测量极紫外波段cmos的传函奠定了基础。

3、根据对探测器的mtf测试方法的国内外文献及专利的调研情况来看，该领域的技术还存在以下问题：

4、1、随机性方法

5、目前，随机性方法采用均匀电子束照射yag闪烁体，即可在探测器上生成小区域图像，计算输入噪声与输出噪声的比值得到探测器的mtf，但实际上，探测器的mtf与输入噪声的乘积并不相当于输出噪声，虽然近年来提出多种改进型的计算方法，但该方案的测试难度大，计算精度偏低，得到的数据不直观，目前很少在cmos的mtf测试中使用。

6、2、确定性方法

7、2.1、点扩散函数法

8、点扩散函数法的要求是小于1个像素的目标点在像元成像，且该目标点在1个像素范围内，不能跨越在两个像素中间（混频现象），这就对光源亮度、目标和探测器配准提出了极高要求。极紫外波段的光源亮度较低，无法在该条件下采集足够信噪比的图像，因此，不适用于极紫外波段cmos的mtf测试。

9、2.2、对比度测试法

10、对比度测试法广泛用于可见光波段的mtf测试，在平行光管上放置具有一定宽度条纹的分辨率板，根据光管、显微镜头焦距计算得到某频率下探测器的mtf值。该方法只能一次得到某个频率下的mtf值，不能得到不同的频率曲线，一般多用于探测器厂家的奈奎斯特频率mtf测试。

11、2.3、倾斜边缘法

12、ruijter等人提出的倾斜边缘法具有测试结构和计算方法简单的优点，该方法是将锐利刀口经光管、显微镜头成像到cmos上，配合滤光片可得到单波长全频率段的mtf曲线，目前广泛用于可见光探测器及整机mtf测试。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决现有技术无法对极紫外波段探测器进行传函测试的缺点，本发明创造旨在提供一种用于极紫外波段探测器的传函测试装置及方法，以实现极紫外波段探测器的mtf测试。

2、为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

3、一种用于极紫外波段探测器的传函测试装置，包括真空罐；设置在真空罐外、且位于真空罐两侧的光源系统和计算机；以及设置在真空罐内的探测器、二维平移台、电路板和刀口靶标，其中，

4、光源系统的输出端固定在真空罐的一端，刀口靶标固定在探测器的靶面上，探测器安装在二维平移台上，探测器的输出端与电路板的输入端相连，电路板的输出端与计算机的输入端相连。

5、进一步的，光源系统出射目标单波长光束，目标单波长光束经过刀口靶标的刀口入射至探测器上；二维平移台带动探测器移动，并使探测器上的刀口靶标的刀口置于目标单波长光束的光强最强位置；探测器采集刀口图像的光信号和暗场图像的光信号；电路板实时将刀口图像的光信号转换为电信号，将暗场图像的光信号转换为电信号，并将刀口图像的电信号和暗场图像的电信号输入至计算机；计算机根据刀口图像的电信号和暗场图像的电信号，采用sfrmat3软件包实现对极紫外波段探测器的传函测试。

6、进一步的，光源系统包括气瓶、空心阴极光源和单色仪，其中，

7、气瓶的输出端与空心阴极光源的输入端相连，空心阴极光源的输出端与单色仪的输入端相连，单色仪的输出端固定在真空罐的一侧，且单色仪的出射光照射至探测器的靶面上；

8、气瓶为空心阴极光源提供气体，空心阴极光源基于气体出射极紫外光束，单色仪从极紫外光束中分离出目标单波长光束。

9、进一步的，气瓶为空心阴极光源提供的气体包括氦气、氩气和氖气；探测器包括cmos探测器和ccd探测器。

10、进一步的，电路板的输出端通过穿仓电缆连接于计算机的输入端。

11、进一步的，刀口靶标的水平对称轴和探测器的水平对称轴的角度范围为2°~10°。

12、一种用于极紫外波段探测器的传函测试方法，利用用于极紫外波段探测器的传函测试装置实现，具体包括如下步骤：

13、s1：利用遮光罩对真空罐的所有透光窗口进行遮挡，并开启真空罐的机械泵和分子泵，使真空罐的内部的真空度优于1×10-3pa；

14、s2：调节空心阴极光源的进气量，且使单色仪分离出的目标单波长光束的照射时间大于一小时；

15、s3；移动二维平移台，使探测器上的刀口对准目标单波长光束的光强最强位置；

16、s4：探测器采集刀口图像的光信号和暗场图像的光信号；电路板实时将刀口图像的光信号转换为电信号，将暗场图像的光信号转换为电信号，并将刀口图像的电信号和暗场图像的电信号输入至计算机；

17、s5：计算机根据刀口图像的电信号和暗场图像的电信号，采用sfrmat3软件包实现对极紫外波段的探测器的传函测试。

18、进一步的，在步骤s4中，探测器采集刀口图像的光信号和暗场图像的光信号的步骤为：

19、开启真空罐与单色仪连接处的机械阀门，使探测器采集刀口图像的光信号，关闭真空罐与单色仪连接处的机械阀门，遮挡单色仪出射的目标单波长光束，使探测器采集暗场图像的光信号。

20、进一步的，采集刀口图像的光信号和暗场图像的光信号所用的曝光时间相同。

21、进一步的，步骤s5具体包括如下步骤：

22、s51：计算机根据刀口图像的电信号和暗场图像的电信号对刀口图像和暗场图像进行成像；

23、s52：将刀口图像的各像素点的灰度值对应减去暗场图像的各像素点的灰度值，获得待计算刀口图像；

24、s53：利用sfrmat3软件包并通过下式对待计算刀口图像进行计算，获得探测器的传函：

25、；

26、；

27、其中，为线传递函数，e为自然常数，为图像锐利刀口边缘灰度值的实际分布函数，为刀口边缘灰度值的实际理想分布函数，为待计算刀口图像上的像素点位置，为空间频率。

28、与现有技术相比，本发明创造能够取得如下有益效果：

29、本发明创造所述的用于极紫外波段探测器的传函测试装置及方法，对倾斜边缘法进行了改进，即直接将锐利刀口放置在探测器的靶面前，避免了使用平行光管和聚焦镜头对极紫外光束造成的衰减，提高了传函的测试信噪比，首次实现了极紫外波段探测器的传函测试，相较于目前主流的平行光管和显微镜头的传函测试方法，减少了中间过程反射镜的使用，降低了极紫外光的能量损失，解决了短波长弱信号条件下的光源强度不足的问题，适用于所有弱信号极紫外波段探测器的传函测试，且测试方法简单，便于操作。