QHYCCD针对上述芯片的暗电流特点,在短波红外相机系列的研发上采用了自行研制的制冷封装技术,大大降低了芯片的暗电流水平,使其在科学级成像,弱光探测,天文观测,生物成像等领域能够发挥优异的成像特性。
需要注意的是,QHYCCD采用的制冷封装技术并不是直接利用SONY的内置半导体制冷的短波红外芯片来实现的,而是采用了在天文相机领域所积累的制冷技术,对SONY的成像芯片进行了更深度的制冷,能够实现更大的温差,从而显著地降低了暗电流噪声,实现了科学级的成像质量。在这一点上,QHY990系列相机显著有别于大部分采用内置半导体制冷芯片的工业短波红外相机。采用内置半导体制冷的相机,通常温差在低于环境温15℃或者25℃的范围,而QHY990的环境温差可以达到35℃。
这一制冷温差会带来怎样的效果呢?环境温度25℃下,芯片的工作温度分别是10℃和-10℃时,我们对QHY990短波红外相机拍摄效果进行了对比和数据分析。
我们可以根据曲线图来看看这两个温度下的暗电流情况:
在+10℃的时候,相机的暗电流为1477.26e-/pixel/s,而在-10℃下,暗电流为250.55e-/pixel/s。也就是说,假设曝光时间为3s,通过计算可以得到+10℃下的暗电流基底是4431.78e-,-10℃下的为751.65e-,即使只有3s的曝光,在+10℃和-10℃不同的温度下,暗电流造成的读出噪声差距也很明显。
为了更加直观地体现出制冷对于图像质量即暗电流表现的影响,我们拍摄了测试图像:
两张图像拍摄于弱光条件下,Gain=0,曝光为3s。第一张图像拍摄时制冷温度设置为10℃,第二张图像拍摄时制冷温度设置为-10℃。可以看出,第一张图像中的噪点明显多于第二张。
在很多科研领域,如生物荧光成像和环境监测等,往往还需要捕捉和处理更加微弱的光,这对相机的成像素质要求更加严格。我们来看看QHY990在更暗的环境中,在+10℃和-10℃的工作温度下拍摄图像的对比:
可以看出+10℃下拍摄的图像严重受到暗电流影响,噪点非常多,而-10℃的图像比较纯净。为了进一步观察两张图像噪点分布的差异,我们可以看一下暗场图像本底的直方图分布:
(QHY990工作温度+10℃下,曝光200ms的暗场直方图)
(QHY990工作温度-10℃下,曝光200ms的暗场直方图)