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 400 1100nm，比一般照相乳剂的灵敏波段范围（ 350 700nm）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
2、正比，而且有很好的线性关系。 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 9 25 m ，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 5 7，暗流就减小一半
3、。所以应将器件冷却到足够低的温度。专业应用的 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
4、 和计算机加电，启动 CCD 和计算机 3.启动 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 30 40），单击“ ok”按钮，即可启动 CCD 制冷系统。此时，在 CCDops 窗口
5、下方的“ Temp” 提示框内显示当前 CCD 的工作温度。 5.用不同的时间拍暗流（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 512 512 pixel；“ Half
6、” -拍中心区域 1/2 1/2 大小；“ Quarter”拍中心区域 1/4 1/4 大小。 其它选项用默认值，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 10 9.78 105 -9.33 107 12.56 112 11.63 105 -11.87 100 -11.87
7、101 -9.37 99 -10.2 99 -10.2 100 -6.06 100 -6.06 100 -8.13 99 -6.47 99 1.03 102 7.53 107 12.56 106 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 20 11.16 113 10.24 113 -12.29 100 -12.29 100 5.33 104 -0.65 103 -9.37 100 -
8、10.62 100 11.63 114 11.63 115 4.02 106 -9.37 101 -6.06 101 -8.54 101 -11.87 101 -11.45 100 -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 8.87 166 1.46 112 4.02 126 -1.91 119 -11.87 110 -1.49 114 -12.29 110 -5.23 110 1.88 119 -6.47 113 2.73 115 -12.29
9、110 -8.96 111 10.04 128 -9.79 111 -13.12 110 4.02 114 -11.87 110 2.31 129 5.76 115 6.2 129 10.24 171 13.04 128 8.87 135 -4.82 119 9.78 121 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 20 7.53 164 1.46 141 -1.91 124 -0.65 132 -6.89 115 -10.62 113 -7.3 115 -11.03 116 -8.
10、96 114 4.46 157 -8.13 116 -0.23 136 -7.3 120 -7.3 121 -1.07 124 -3.99 123 4.46 150 -8.96 114 -3.99 117 -6.89 120 将上数画在图上如下： -15 -10 -5 0 5 10 15105110115120125130135140145150155160165170175暗暗暗暗暗暗暗暗暗暗暗BDFHJB:1s;D:5sF:10sH:15sJ:20s暗暗ST9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。 -15 -10 -5 0 5 10 159899100101102103104105106107108109110111112113114115116暗暗暗暗暗暗暗暗暗暗暗BDFHJB:1sD:5sF:10sH:15sJ:20s暗暗 ST7-15 -10 -5 0 5 10 15100105110115120125130135140145暗暗暗暗BDFHB&D:ST9F&H:ST7
