光电成像系统原理.ppt

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1、光电成像原理§0光电成像概述一、光电成像系统的分类光电成像系统可见光光电成像系统紫外光光电成像系统红外光光电成像系统X光光电成像系统(按对应的光波长范围)二、光电成像系统基本组成的框图光电成（摄）像系统的核心——光电成（摄）像器件物体(信号源)传输介质光学系统(信号分析器)光电摄像器件(信号变换器)显示器人眼光源光信号光信号光信号信号信号背景噪声背景噪声噪声噪声例1：电视摄像管例2：像素3固体摄像器件电荷耦合器件（ChargeCoupledDevice—CCD）自扫描光电二极管阵列（MOS）电荷注入器件（ChargeInjenctionDevice—CID）固体摄像器件的功能：把

2、入射到传感器光敏面上按空间分布的光强信息（可见光、红外辐射等），转换为按时序串行输出的电信号——视频信号。其视频信号能再现入射的光辐射图像。固体摄像器件分类7.11电荷耦合摄像器件电荷耦合器件（CCD）特点——以电荷作为信号CCD的基本功能——电荷存储和电荷转移CCD工作过程——信号电荷的产生、存储、传输和检测的过程1.电荷耦合器件的基本原理（1）CCD的基本结构包括：转移电极结构、转移沟道结构、信号输入结构、信号输出结构、信号检测结构。构成CCD的基本单元是MOS电容。MOS电容工作条件瞬态和深度耗尽状态（2）电荷存储衬底为P型硅构成的MOS电容例金属电极加电压+P-sisio

3、2金属电极P型MOS光敏元7.11.2电荷转移三相表面沟道CCD表面沟道器件--SCCD（SurfaceChannelCCD）——转移沟道在界面的CCD器件CCD的转移电极相数有二相、三相、四相等。对于单层金属化电极结构，为了保证电荷的定向转移，至少需要三相。例三相电极结构脉冲波形三相电极结构三相电极结构及电荷转移例电荷转移表面沟道器件的特点：工艺简单，动态范围大，但信号电荷的转移受表面态的影响，转移速度和转移效率底，工作频率一般在10MHz以下。体内沟道（或埋沟CCD）BCCD（BulkorBuriedChannelCCD）用离子注入方法改变转移沟道的结构，从而使势能极小值脱离

4、界面而进入衬底内部，形成体内的转移沟道，避免了表面态的影响，使得该种器件的转移效率高达99.999％以上，工作频率可高达100MHz，且能做成大规模器件.7.11.3电荷检测（输出）浮置扩散输出(a)检测电路输出P-siFDRL(b)信号电荷的检测输出栅浮置扩散区复位漏输出场效应管（d）脉冲波形（d）电荷注入方法（b）电注入（a）背面光注入（e）电荷的输出CCD输出端结构2.电荷耦合摄像器件的工作原理CCD的电荷存储、转移的概念+半导体的光电性质——CCD摄像器件按结构分:线阵CCD和面阵CCD按光谱分:可见光CCD、红外CCD、X光CCD和紫外CCD可见光CCD:黑白CCD、彩

5、色CCD和微光CCD（1）线阵CCDa线阵CCD可分为双沟道传输与单沟道传输两种结构.单沟道传输双沟道传输转移栅转移栅b线阵CCD摄像器件的结构c线阵CCPD摄像器件的工作波形两相线阵CCPD(光敏区为光电二极管结构）摄像器件a.行间转移结构（2）面阵CCD存储区水平寄存器b.帧转移结构（2）面阵CCD水平寄存器（3）彩色CCD目前主要有三片式和单片式两种三片式彩色CCD单片式(a)拜尔式滤色器(b)行间排列的滤色器（3）彩色CCD