东方闪光——有关相机制冷与暗电流的问题

在大多数科研相机的材料中，经常会标注出两个关键参数：制冷和暗电流。

针对这两个参数大家自然而然就会联想到如下问题：

1、什么是相机的暗电流(Dark Current)?其单位electrons/pixel/s如何理解?

2、暗电流是如何影响相机成像质量的?如何在使用中进行校正?

3、相机的制冷原理是什么?风冷(Air cooling)和水冷(Water cooling)各有什么优劣?

4、如何利用制冷从根本上削弱暗电流对成像质量的影响?

那我们今天就重点围绕这四个问题，为大家奉上有关暗电流与制冷的干货详解。

暗电流

什么是暗电流?其单位electrons/pixel/s如何理解?

无论是CCD相机、sCMOS相机、qCMOS相机还是InGaAs相机，其基本原理是一致的：1、入射的光子在各个像素中转化为电子;2、这些电子接着通过floating diffusion amplifier(FDA)转化为电压;3、电压会被再次放大，并通过模数转换器(ADC)变成数字信号。落到各个像素上的光子被如此转化为数字信号，并最终在电脑上排列显示成图像。

在这个过程中，像素材料本身的热运动也有几率产生电子，这些电子和上述第1步中光子转化成的电子会同样被相机读出，而且无法区分彼此。单个像素(pixel)在单位时间(s)内由于热运动产生的电子(electron)就是暗电流，单位为electrons/pixel/second(有时简写为e/p/s)。

(关键字：制冷)