1、CCD 的性能测试实验报告 -02 袁田甜一 实验目的：测试 CCD 的性能参数（暗流，曝光时间和制冷温度）并找到它们的关系。二 实验原理；CCD 是电耦合器件：组成电荷耦合器件的基本元件(光敏元件)是电荷贮存电容器，它采用电荷耦合的方法将二维的信号输出CCD 性能优良，这主要表现在： 量子效率高：这是它最大的优点，平均而言量子效率可达 30%50%，大约是一般照相底片的 100 倍；最高可达 90%。 分光相应范围宽：CCD 的分光响应范围为 4001100nm，比一般照相乳剂的灵敏波段范围（350700nm）向近红外波段延展了很多。 线性好：成像强度与入射光流量成正比，而且有很好的线性关系
2、。 动态范围宽：动态范围是指可探测的最暗星与最亮星的星等差。CCD 的动态范围可达 105，远远优于底片。 分辨本领高。像素的尺度越小分辨率越高。目前生产的 CCD 其像素尺度为925m ，这与细颗粒的底片分辨本领相当。CCD 使用中也存在一些需要注意解决的问题和困难： CCD 成像面积越大技术制造上越困难；采用小面积拼接的办法也需要尖端技术的支持。 存在零秒曝光，即在不露光的情况下，由于栅偏压而引起的电子潜像也存在，这应在观测资料处理中加以扣除。 CCD 与光电倍增管一样也有暗流，即在无光照时也有输出。暗流随温度而改变，一般每降低 57，暗流就减小一半。所以应将器件冷却到足够低的温度。专业应
3、用的 CCD 常用液氮（装在杜瓦瓶内）制冷，使温度低于 -110；业余观测使用的CCD 系统，多采用半导体制冷。观测时需要单独测定暗流，并在资料处理中加以扣除。 CCD 器件各个像素的量子效率不一，这种基底（也叫“平场” ）的不均匀性会造成成像失真。因此观测天体之后通常要测定平场，即利用一均匀光源照射或对天空背景进行单独观测，存储其图像，然后在资料处理中加以扣除掉（天体的图像除以平场） 。本实验主要对暗流拍摄和分析，使用 ST7 和 ST9 种型号。三 实验步骤1.将 CCD 与计算机连接，将 CCD 连线连接在计算机的 USB 口上2.给 CCD 和计算机加电，启动 CCD 和计算机3.启动
4、 CCDops for Windows 软件。该软件在启动时，自动检测 CCD 并进行软件连接4.启动 CCD 制冷装置。在 CCDops 环境下，鼠标单击“Camera”菜单项，在该项下拉菜单中选择“setup”项，出现 CCD 设置对话框。 “Temperature regulation”列表框中有两个选项：“off”-关闭制冷系统；“Active”-打开制冷系统。 “setpoint”正文框内输入设置的最低温度（最低只能比环境温度低 3040） ，单击“ok”按钮，即可启动 CCD制冷系统。此时，在 CCDops 窗口下方的“Temp” 提示框内显示当前 CCD 的工作温度。5.用不同的
5、时间拍暗流（如 30 秒、60 秒、120 秒） ，并将拍摄的图像分别存储在硬盘上，可供以后处理资料时选用。方法如下：单击“Camera”菜单项，选择“Grab”选项，出现“Grab”对话框，可设置曝光时间，以秒为单位，最短为 0.1 秒。 “Dark frame”列表框中有三个选项：“Only”为仅拍摄暗流（本实验选此项） ， “Also”为用相同曝光时间先拍暗流，再拍天体。 “None”只拍摄天体。 “Image size”列表框有三个选项：“Full”-满屏拍摄 512512 pixel；“Half”-拍中心区域 1/21/2 大小；“Quarter”拍中心区域1/41/4 大小。其它选
6、项用默认值，单击“ok”按钮，即开始曝光拍暗流。每拍完一幅，应用“File”菜单项下的“Save as”项保存此暗流图像文件。四 比较分析暗流。根琚不同曝光时间，选取不同的温度，大家共拍了一暗流值，整理如下表：ST9温度 暗流 时间（s） 温度 暗流 时间（s） 温度 暗流 时间（s）11.16 106 1 -2.74 100 5 -6.06 100 109.78 105 -9.33 107 12.56 11211.63 105 -11.87 100 -11.87 101-9.37 99 -10.2 99 -10.2 100-6.06 100 -6.06 100 -8.13 99-6.47 9
7、9 1.03 102 7.53 10712.56 106 13.51 110 10.24 110-11.45 100 7.97 104 -0.65 101-2.32 100 -7.3 99 -7.97 100温度 暗流 时间（s） 温度 暗流 时间（s）-8.96 101 15 -10.2 100 2011.16 113 10.24 113-12.29 100 -12.29 1005.33 104 -0.65 103-9.37 100 -10.62 10011.63 114 11.63 1154.02 106 -9.37 101-6.06 101 -8.54 101-11.87 101 -11
8、.45 100-11.03 101温度 暗流 时间（s） 温度 暗流 时间（s） 温度 暗流1.88 113 1 -1.49 119 5 7.97 149-6.89 109 10.24 141 8.87 1661.46 112 4.02 126 -1.91 119-11.87 110 -1.49 114 -12.29 110-5.23 110 1.88 119 -6.47 1132.73 115 -12.29 110 -8.96 11110.04 128 -9.79 111 -13.12 1104.02 114 -11.87 110 2.31 1295.76 115 6.2 129 10.24
9、 17113.04 128 8.87 135 -4.82 1199.78 121 7.97 132 2.31 125-1.49 114温度 暗流 时间（s） 温度 暗流 时间（s）1.88 134 15 -0.23 133 207.53 164 1.46 141-1.91 124 -0.65 132-6.89 115 -10.62 113-7.3 115 -11.03 116-8.96 114 4.46 157-8.13 116 -0.23 136-7.3 120 -7.3 121-1.07 124 -3.99 1234.46 150 -8.96 114-3.99 117 -6.89 120将上数画在图上如下： 05 5 8= s 3 =s *8 98从图中可以得出结论：1 曝光时间越长，暗流越大。2 温度越高，暗流越大。另外，选取相同的时间，对比 ST7 和 ST9 的暗流如下：结论：相同温度和曝光时间下，ST9 比 ST7 暗流大。 05 &34&56&78&90&12&34&56&“ 0 8- B H J 8 s 8 05 &5&0&5&0&5&0&5&0&5&“ BD FH9 7T
