光电成像器件-精品ppt课件

《光电成像器件-精品ppt课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章光电成像器件4.1摄像管4.2摄像器件的性能参数4.3电荷耦合器件4.4CMOS图像传感器4.5图像增强器光电成像器件是能够输出图像信息的一类器件摄像器件使光学图像变成视频信号·摄像管·电荷耦合器件·CMOS图像传感器像管使光学图像增强或改变光谱·像增强器·变像管4.1摄像管可分为两大类：*光电发射型摄像管利用外光电效应*视像管利用内光电效应摄像管是能够输出视频信号的真空光电管光电发射型摄像管视像管视像管基本结构：光电靶完成光电转换、信号存储电子枪完成信号扫描输出氧化铅视像管结构与工作原理管子结构氧化铅PIN靶PIN光电靶：反向偏置，扫描面形成正电位图像电子枪：发

2、射电子束，按电视制式扫描正电位图像，输出视频信号像素：组成图像的最小单元。摄像管像素大小由电子束截面积决定。在电子束扫描某一像素的瞬间，该像素与电源正极和阴极结成通路。这个像素的光电流由P→N，流过负载RL,产生负极性图像信号输出。同时，扫描电子束使P层电位降至阴极电位（图像擦除）。4.2摄像器件的性能参数一.灵敏度S在2856K色温标准光源单位光功率照射下,由器件输出信号电流大小来衡量。单位:μA/lm；mA/W。实际常用能产生正常电视图像所需最低光照度Lmin来表征。二.光电转换特性－γ特性γ＝1IP与L成线性关系，是最理想情况。γ＜1低照度下灵敏度相对增加。γ＞1

3、图像对比度提高。*关于伽玛γ校正电路三.分辨率能够分辨图像中明暗细节的能力有两种表示方法:⑴极限分辨率：用在图像（光栅）范围内能分辨的等宽黑白线条数表示（如：水平800线、垂直500线）；也用～线对/mm表示。⑵调制传递函数MTF：能客观地测试器件对不同空间频率信号的传递能力调制度M：调制传递函数MTF：MTF随着测试卡线条空间频率的增加而降低。四.惰性指输出信号的变化相对于光照度的变化有一定的滞后影响摄像管惰性的原因是靶面光电导张驰过程和电容电荷释放惰性。五.视频信噪比（S/N）六.动态范围Lmax:Lmin=10n:14.3电荷耦合器件CCD图像传感器主要特点：固体

4、化摄像器件很高的空间分辨率很高的光电灵敏度和大的动态范围光敏元间距位置精确,可获得很高的定位和测量精度信号与微机接口容易CCD(ChargeCoupledDevices)电荷耦合器件（CCD）CCD类型：表面沟道CCD（SCCD）：电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输；体沟道CCD（BCCD）：电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并在半导体体内沿一定方向传输。工作过程：电荷的产生、存储、传输＆检测。CCD全称电荷耦合器件，它具备光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点。CCD图像传感器被广泛应用于生活、天文、医疗

5、、电视、传真、通信以及工业检测和自动控制系统。MOS电容器组成的光敏元及数据面的显微照片CCD光敏元显微照片CCD读出移位寄存器的数据面显微照片彩色CCD显微照片（放大7000倍）一个完整的CCD器件由光敏元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。CCD工作时，在设定的积分时间内，光敏元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏元的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷在转移栅信号驱动下，转移到CCD内部的移位寄存器相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。输出信号可接到示波器、图象显示器或其他信号存储、处理设备中，可对信号再现或进行存储

6、处理。CCD的基本工作原理一、电荷存储栅电极G氧化层P型半导体耗尽区反型层uG>uthuGUth时，半导体与绝缘体界面上的电势（表面势ФS）变得如此之高，以至于将半导体体内的电子（少数载流子）吸引到表面，形成电荷浓度极高的极薄反型层，反型层电荷的存在说明了MOS结构具有存储电荷的功能。ФSUGP型硅

7、杂质浓度Nd=1021m-3反型层电荷QINV=01.0V1.4VUth=2.2V3.0Vdox=0.1um0.30.40.6表面势与栅极电压的关系ФSQINVdox=0.1umdox=0.2umUG=15VUG=10V表面势与反型层电荷密度的关系曲线的直线特性好，说明两者有着良好的反比例线性关系。可以“势阱”的概念来解释。u010V10VUG=5VUG=10VUG=15V空势阱填充1/3势阱全满势阱电子被加有栅极电压的MOS结构吸引到势能最低的氧化层与半导体地交界面处。MOS电容存储信号电荷的容量为：Q=Cox•UG•A二、电荷耦合假定