光电子技术课件十五光电成像系统资料讲解.ppt

人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * * 光电子技术学课件之十五： ——第五章光电成像系统 （1） §1 固体摄像器件 制作者： 赣南师范学院物理与电子信息学院： 王形华 * 教学目的 1、掌握CCD的结构和工作原理、光电 成像原理、光电成像光学系统； 2、了解微光像增强器件和纤维光学成 像原理。 教学重点与难点 重点：CCD的结构和工作原理、光电成像原理、 光电成像光学系统的组成。 难点：CCD的结构和工作原理、调制传递函数 的分析。 * §0 光电成像概述 一、光电成像系统的分类： 按照光电成像系统对应的光波长范围，光电成像系统可以分为：可见光、紫外光、红外光、 X光光电成像系统。 * 二、光电成像系统要研究的问题 光电成像涉及到一系列复杂的信号传递过程。有四个方面的问题需要研究： 能量方面——物体、光学系统和接收器的光度学、辐射度学性质，解决能否探测到目标的问题 成像特性——能分辨的光信号在空间和时间方面的细致程度，对多光谱成像还包括它的光谱分辨率 * 噪声方面——决定接收到的信号不稳定的程度或可靠性 信息传递速率方面—— 成像特性、噪声信息传递问题，决定能被传递的信息量大小 * 三、光电成像系统基本组成的框图 其中光电成（摄）像器件是光电成像系统的核心。 * §1 固体摄像器件 固体摄像器件的功能：把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。 * 固体摄像器件主要有三大类： 电荷耦合器件（Charge Coupled Device，即CCD） 互补金属氧化物半导体图像传感器（即CMOS） 电荷注入器件（Charge Injenction Device， 即CID） 目前，前两种用得较多，我们这里只分析CCD一种。 * 一、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）、 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。 1、电荷耦合器件的基本原理 * 一系列彼此非常接近的MOS电容用同一半导体衬底制成，衬底可以是P型或N型材料，上面生长均匀、连续的氧化层，在氧化层表面排列互相绝缘而且距离极小的金属化电极（栅极）。 * （2）、电荷存储 以衬底为P型硅构成的MOS电容为为例。 当在金属电极加上一个正阶梯电压时，在Si-SiO2界面处的电势发生变化，附近的P型硅中的多数载流子-空穴被排斥，形成耗尽层。如果栅极电压超过MOS晶体管 的开启电压，则在Si-SiO2界面处形成深度尽状态，电子在那里势能较低-形成了一个势阱。如有信号电子，将聚集在表面，实现电荷的存储。此时耗尽层变薄。势阱的深浅决定存储电荷能力的大小。 * （3）、电荷转移 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。这里以三相表面沟道CCD为例。 表面沟道器件，即 SCCD（Surface Channel CCD）——转移沟道在界面的CCD器件。 * 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