[发明专利]CCD芯片调制传递函数测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测量领域，涉及CCD芯片调制传递函数测试，具体涉及一种使用可调频正弦光栅作为靶标的CCD芯片调制传递函数测试装置及方法。

背景技术

CCD芯片是光学成像领域中应用最为广泛的图像传感器之一，对其成像质量的评价的需求不断得到提高，而测量调制传递函数是当前公认的一种比较理想的像质评价的方法。目前，调制传递函数的测量装置以及方法有很多，主要有固定靶标测量调制传递函数法与随机靶标测量调制传递函数法。1977年S.B.Campana首先提出了利用点源或检测靶测量CCD的调制传递函数的方法。随后，S.K.Simonds提出的刃边法均属于固定靶类方法。这些方法基本上用于测量连续成像器件调制传递函数的方法，但在用于离散器件时，却出现了系统输出取决于靶像与采样阵列位相不相匹配的问题。随后提出的方法对其有所改进，但还是存在以下不足：（1）测得的CCD的响应都是从有限区域而非整个阵列获得的；（2）将靶标引入CCD必须借助光学成像系统，而成像系统光学元件的质量对CCD的调制传递函数测量结果有直接影响；（3）需要利用复杂的扫描技术得到检测结果。G.Boreman等人在分析了用固定靶测量CCD的调制传递函数存在的诸如复杂的扫描技术和高质量的光学元件等弊病的基础上，于1986年提出了激光散斑测量CCD的调制传递函数的方法。这要比Kubota等人用均匀曝光的照相底片做随机靶随机有了很大的改进。在该方法中，产生的散斑是通过一个散斑孔径照射到CCD上的，因而CCD的调制传递函数MTF与孔径函数的功率谱和散斑的功率谱有关。由于激光散斑法具有无需光学系统、可对整个阵列检测等优点，研究者将目标集中在产生散斑的方法上。用积分球产生散斑算是经典的方法，而用全息方法产生散斑较之前向前迈进了一大步。1995年，A.Danieis提出的随机靶法对产生散斑的方式做了更大的改进，他不是用激光辐射，而是用计算机产生随机图样。从1996年开始，又开始把目光转向了对衍射孔径的改进。W.Astar设计了一种孔径，它只有零级通过率，因而它的光学传递函数在频谱区内相当于一个低通滤波器。当低通滤波器处于孔径光学传递函数的截止频率时，就形成了带通滤波器。此后，W.Astar提出了扩展频率孔径衍射的散斑全息图测量调制传递函数的方法。虽然散斑法有很多优点，但难于准确的确定空间频率且空间频率不能连续变化。这些方法普遍需要高质量的光学成像系统或高精度的复杂扫描技术，而且通常只能获得CCD的一个或几个像元的调制传递函数MTF以及不能实现连续调频。因此，有必要提出一种全新的测试装置以及测试方法获得整个CCD阵列的调制传递函数。

发明内容

为了解决背景技术中提及的在测试过程中需要高质量的光学成像系统和高精度的复杂扫描技术来测量CCD调制传递函数以及所测量的调制传递函数不连续，只能测量一个或几个像元的调制传递函数的不足之处，本发明提供了一种用可调频正弦光栅作为靶标的CCD芯片调制传递函数的测试装置及方法，本发明的装置及方法具有适用范围广，可重复性好，便于操作实现的CCD调制传递函数。

本发明的技术方案是：所提供的CCD芯片调制传递函数测试装置包括He-Ne激光器、可调衰减器、针孔滤波器、光阑、准直透镜、迈克尔逊干涉仪、待测CCD芯片、暗箱、图像采集卡和PC数据处理系统，全息干板以及微光度计在测试时要用到，但不属于本装置的组件。所述He-Ne激光器、可调衰减器、扩束镜、针孔滤波器、光阑、准直透镜依次置于迈克尔逊干涉仪的入射光路上且各组件的光轴在一条直线上；待测CCD芯片与的图像采集卡连接装入暗箱内以免杂散光影响测量，所述暗箱通过不透光管道连接在迈克尔逊干涉仪的出射光路上，所述PC数据处理系统与图像采集卡连接，读取图像信息。

本发明应用上述测试装置测试CCD芯片调制传递函数的方法，包括以下步骤：

（1）开启He-Ne激光器，光束通过可调衰减器进行初次的激光强度衰减，调节衰减器能够连续调节光的强度；

（2）初次衰减的激光通过扩束镜扩展光束直径并通过针孔滤波器滤去杂波之后的激光束的质量得到初步改善，然后调节光路中的光阑使得光束中能量分布均匀的部分通过光阑的出射孔径；

（3）调节准直透镜在光路中的前后位置，使入射进迈克尔逊干涉仪的光为平行光，使迈克尔逊干涉仪出射光线成清晰的干涉条纹；

（4）利用全息干板记录正弦干涉条纹图样，用测微光度计对记录的干涉条纹图样进行扫描记录得到干涉条纹的对比度M¹；