科学级CCD成像系统

CCD（Charged Coupled Device，电荷耦合器件）是由一系列排得很紧密的MOS电容器组成它有光电转换、信息存储、延时和将电信号按顺序传送等功能

	科学级CCD	商业级CCD
分辨率	超高，可达数千万像素	较低，一般几十-几百万
读出噪声	超低，一般2-10电子	高，一般无要求
读出速度	一般较慢	快慢均有
峰值量子效率	40%-95%	10%左右
制冷要求	必须制冷	很少制冷
暗电流	低，有明确的数据指标	高，无标示
信号采样精度	高于12位	8-10位
民用或工业的图像显示	高尖端的科技研究	民用或工业的图像显示

科学级CCD成像系统使用科学级CCD（Charge Coupled Device）芯片作为传感器来收集光信息，进而使用高精度低噪声的电路读出CCD像素信息再通过高速的总线接口传输存储图像数据。科学级CCD的量子效率高达90%以上，光谱相应范围宽，有超低的读出噪声，分辨率高易于扩展，便于进行实施处理。科学级CCD成像系统可以应用于粒子物理，高能物理，核物理，天文物理等领域进行能谱成像，位置测量。

LAMOST CCD芯片 4kx4k

AST3 CCD成像 10kx10k

TMT CCD成像

科学级CCD读出系统面临的挑战

信号微弱
- 超低噪声的前端读出10个电子左右
- 高速高精度ADC采样16/18位，速率1-5MHz
暗流抑制
- 深度低温制冷技术
控制电路复杂
阵列探测器
- 高集成度，大数据量
- 阵列通用控制器，高速数据处理和传输
- 前端读出的ASIC芯片设计

科学级CCD成像系统框图

科学级CCD成像控制器框图

科学级CCD成像系统的研制

低温制冷技术

基于TEC的低温制冷技术，包括高真空腔体，高精度温度控制，TEC制冷技术等暗流在0.01电子以下

科学级CCD成像系统真空腔

TEC(Thermoelectric Cooler)

关键进展

CCD芯片驱动，超低噪声的偏压和时钟
CCD信号读出，相关双采样(CDS)技术，过采样技术
CCD信号采样，16/18位高精度ADC
暗流抑制，基于TEC的低温真空杜瓦

系统增益测定为1.75e-/ADU
系统噪声目前< 10e- (-60℃)
暗电流0.047 e-/pix/s (-60℃)

科学级CCD成像系统整体装置图

科学级CCD成像在极微弱信号探测上具有非常大的优势，应用领域非常广泛
1. 科学级CCD相机完全依赖进口
2. 具有自主知识产权的科学级CCD成像系统的研发，对于大焦面大型科研设备的研发具有重要意义
完成了科学级CCD相机的原型系统，将继续在超低噪声高速读出上深入研究
面向实用系统开展相关研究，包括读出系统，深度制冷系统，高速数据处理和传输