光电技术及应用教学课件作者谭巧第6章节-ok课件

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1、第6章光电成像器件像管及其实训项目电荷耦合器件CCD及其实训项目CMOS图像传感器及其实训项目其他摄像器件及其实训项目光电成像器件：利用光电效应将可见或非可见的辐射图像转换或增强为可观察、记录、传输、存储以及可进行处理的图像的器件系列的总称。6.1像管【任务要求】通过对像管理论知识的学习，掌握像管的基本工作原理和结构，了解它的特性参数。6.1.1像管的认识像管包括变像管和像增强器。变像管是把非可见光，如红外、紫外、X射线等图像转化成可见光图像，如红外变像管、紫外变像管。像增强器，主要是指把微弱的可见光图像增强亮度，变成人眼可以观察到的图像，

2、也称为微光管。6.1.2像管的主要特性参数1.光谱响应特性像管的光谱响应特性实际上就是第一光电阴极的光谱响应特性，其光谱响应曲线如图6-4所示。2.像管的增益特性亮度增益与像管各参量的关系为在一定照度范围内，GL与透过率α,阴极积分灵敏度R,荧光屏的发光效率η,加速电压U成正比，与电子光学系统的线倍率m2成反比。3.像管的光传递特性像管的光传递特性是指输出亮度随入射照度的关系。4.像管的背景特性（1）暗背景（2）信号感生背景Lsb5.像管的传像特性6.像管的时间响应特性7.空间分辨特性6.2像管的实训项目【任务要求】通过不同的实训项目，进一

3、步加强学生对像管知识的理解。2021/9/16.2.1主动红外夜视仪的实训【实训目的】1.掌握红外夜视仪的工作原理；2.对红外夜视仪的应用有一定的了解。【实训器材】多媒体教学系统，电子教案【实训内容】6.2.2微光成像系统的实训【实训目的】1.掌握微光成像系统的工作原理；2.对微光夜瞄镜的应用有一定的了解。【实训器材】多媒体教学系统，电子教案【实训内容】6.3电荷耦合器件CCD【任务要求】通过对电荷耦合器件CCD理论知识的学习，掌握电荷耦合器件CCD的基本知识，了解其特性参数。6.3.1电荷耦合器件的认识1.CCD的基本结构在P型或N型硅单

4、晶的衬底上生长一层厚度约为0.1~0.2µm的SiO2层，为绝缘层，然后按一定次序沉积N个金属电极作为栅极，栅极间的间隙约2.5µm，电极的中心距离15～20µm，于是每个电极与其下方的SiO2和半导体间构成了一个金属-氧化物-半导体结构，即MOS结构。2.CCD的工作原理CCD工作过程分为三部分：信号输入、电荷转移和信号输出部分。1）信号输入输入部分的作用是将信号电荷引入到CCD的第一个转移栅下的势阱中。引入的方式有两种：光注入和电注入。2）电荷转移3）信号输出Qs=Iddt3.电荷耦合器件的分类（1）线阵CCD线型CCD图像传感器由一列

5、光敏元件与一列CCD并行且对应的构成一个主体，在它们之间设有一个转移控制栅。（2）面阵CCD面型CCD图像传感器由感光区、信号存储区和输出转移部分组成。4.CCD的应用实例(1)利用CCD测量几何量；(2)用于传真技术，文字、图象识别；(3)自动流水线装置，机床、自动售货机、自动监视装置、指纹机；(4)CCD固态图像传感器作为摄像机或像敏器件，取代摄像装置的光学扫描系统（电子束扫描）；(5)作为机器人视觉系统；(6)M2A摄影胶囊（Mouthanus）。6.3.2电荷耦合器件的特性参数1.电荷转移效率和转移损失率电荷转移效率是表征CCD器件

6、性能好坏的一个重要参数。设原有的信号电荷为Q0，转移到下一个电极下的信号电荷Q1，2021/9/12.暗电流CCD图像器件在既无光注入又无电注入情况下的输出信号称为暗电流。3.CCD的噪声源CCD的噪声源可归纳为三类：散粒噪声、转移噪声及热噪声。4.分辨能力分辨能力是指图像传感器分辨图像细节的能力，它是图像传感器的重要参数。2021/9/15.动态范围与线性度（1）动态范围CCD图像器件动态范围的上限为光敏单元满阱信号容量；CCD图像器件动态范围的下限为图像器件能分辨的最小信号，即等效噪声信号。（2）线性度线性度是指照射光强与产生的信号电荷

7、之间的线性程度。CCD在用作光探测器时，线性度是一个很重要的性能指标。6.均匀性均匀性是指CCD各感光单元对光强度响应的一致性。2021/9/16.4电荷耦合器件实训项目【任务要求】通过不同的实训项目，进一步加强学生对CCD传感器的认知，提高学生的实践能力。2021/9/16.4.1实训一CCD应用实例【实训目的】1.熟悉CCD检测技术的应用场合；2.掌握CCD检测系统组合及测试系统原理。【实训器材】电子教案，多媒体教学系统【实训内容及步骤】2021/9/16.5CMOS图像传感器【任务要求】通过对CMOS图像传感器理论知识的学习，掌握CM

8、OS图像传感器的基本知识，熟悉其特性参数。6.5.1CMOS图像传感器的认识CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor），即“互补金属氧化