光電成像系統(tǒng)原理.ppt

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1、光電成像原理§0光電成像概述一、光電成像系統(tǒng)的分類光電成像系統(tǒng)可見光光電成像系統(tǒng)紫外光光電成像系統(tǒng)紅外光光電成像系統(tǒng)X光光電成像系統(tǒng)(按對(duì)應(yīng)的光波長范圍)二、光電成像系統(tǒng)基本組成的框圖光電成（攝）像系統(tǒng)的核心——光電成（攝）像器件物體(信號(hào)源)傳輸介質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)(信號(hào)分析器)光電攝像器件(信號(hào)變換器)顯示器人眼光源光信號(hào)光信號(hào)光信號(hào)信號(hào)信號(hào)背景噪聲背景噪聲噪聲噪聲例1：電視攝像管例2：像素3固體攝像器件電荷耦合器件（ChargeCoupledDevice—CCD）自掃描光電二極管陣列（MOS）電荷注入器件（ChargeInjenctionDevice—CID）固體攝像器件的功能：把

2、入射到傳感器光敏面上按空間分布的光強(qiáng)信息（可見光、紅外輻射等），轉(zhuǎn)換為按時(shí)序串行輸出的電信號(hào)——視頻信號(hào)。其視頻信號(hào)能再現(xiàn)入射的光輻射圖像。固體攝像器件分類7.11電荷耦合攝像器件電荷耦合器件（CCD）特點(diǎn)——以電荷作為信號(hào)CCD的基本功能——電荷存儲(chǔ)和電荷轉(zhuǎn)移CCD工作過程——信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和檢測的過程1.電荷耦合器件的基本原理（1）CCD的基本結(jié)構(gòu)包括：轉(zhuǎn)移電極結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)移溝道結(jié)構(gòu)、信號(hào)輸入結(jié)構(gòu)、信號(hào)輸出結(jié)構(gòu)、信號(hào)檢測結(jié)構(gòu)。構(gòu)成CCD的基本單元是MOS電容。MOS電容工作條件瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)（2）電荷存儲(chǔ)襯底為P型硅構(gòu)成的MOS電容例金屬電極加電壓+P-sisio

3、2金屬電極P型MOS光敏元7.11.2電荷轉(zhuǎn)移三相表面溝道CCD表面溝道器件--SCCD（SurfaceChannelCCD）——轉(zhuǎn)移溝道在界面的CCD器件CCD的轉(zhuǎn)移電極相數(shù)有二相、三相、四相等。對(duì)于單層金屬化電極結(jié)構(gòu)，為了保證電荷的定向轉(zhuǎn)移，至少需要三相。例三相電極結(jié)構(gòu)脈沖波形三相電極結(jié)構(gòu)三相電極結(jié)構(gòu)及電荷轉(zhuǎn)移例電荷轉(zhuǎn)移表面溝道器件的特點(diǎn)：工藝簡單，動(dòng)態(tài)范圍大，但信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)移受表面態(tài)的影響，轉(zhuǎn)移速度和轉(zhuǎn)移效率底，工作頻率一般在10MHz以下。體內(nèi)溝道（或埋溝CCD）BCCD（BulkorBuriedChannelCCD）用離子注入方法改變轉(zhuǎn)移溝道的結(jié)構(gòu)，從而使勢能極小值脫離

4、界面而進(jìn)入襯底內(nèi)部，形成體內(nèi)的轉(zhuǎn)移溝道，避免了表面態(tài)的影響，使得該種器件的轉(zhuǎn)移效率高達(dá)99.999％以上，工作頻率可高達(dá)100MHz，且能做成大規(guī)模器件.7.11.3電荷檢測（輸出）浮置擴(kuò)散輸出(a)檢測電路輸出P-siFDRL(b)信號(hào)電荷的檢測輸出柵浮置擴(kuò)散區(qū)復(fù)位漏輸出場效應(yīng)管（d）脈沖波形（d）電荷注入方法（b）電注入（a）背面光注入（e）電荷的輸出CCD輸出端結(jié)構(gòu)2.電荷耦合攝像器件的工作原理CCD的電荷存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移的概念+半導(dǎo)體的光電性質(zhì)——CCD攝像器件按結(jié)構(gòu)分:線陣CCD和面陣CCD按光譜分:可見光CCD、紅外CCD、X光CCD和紫外CCD可見光CCD:黑白CCD、彩

5、色CCD和微光CCD（1）線陣CCDa線陣CCD可分為雙溝道傳輸與單溝道傳輸兩種結(jié)構(gòu).單溝道傳輸雙溝道傳輸轉(zhuǎn)移柵轉(zhuǎn)移柵b線陣CCD攝像器件的結(jié)構(gòu)c線陣CCPD攝像器件的工作波形兩相線陣CCPD(光敏區(qū)為光電二極管結(jié)構(gòu)）攝像器件a.行間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)（2）面陣CCD存儲(chǔ)區(qū)水平寄存器b.幀轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)（2）面陣CCD水平寄存器（3）彩色CCD目前主要有三片式和單片式兩種三片式彩色CCD單片式(a)拜爾式濾色器(b)行間排列的濾色器（3）彩色CCD