第四章光电成像器件.PPT

ε(t) 驱动脉冲频率f Q(0)/C=2V 5V 10V ε 驱动脉冲频率f 实测三相多晶硅N沟道SCCD的关系曲线 10MHz 3.光谱特性 CCD积分灵敏度 S=Uo/H 单位:V?cm2/μJ 曝光量H=Lτ L:光照度 τ:曝光时间(光积分TSH) H的单位:μJ/cm2 ;lx?s 4.分辨率 CCD所能分辨的最小间距就是像元间距d， 因而由像元的尺寸可确定极限分辨率。 线阵CCD：极限分辨率为 1/d (线对/mm) 面阵CCD: 像元数越多，分辨率越高。更多 用水平方向、垂直方向各自的线数来表示。 5.光电特性 CCD是低照度器件，光电靶γ可达99.7%， 摄像头常带有γ选择。 6.动态范围 CCD像元的饱和输出电压与它在暗场下 的峰-峰噪声电压的比值 Usat/Udn 。 Usat决定于势阱中可存储的最大电荷量, 一般为数百mv～数v； CCD是低噪声器件，可用于微光成像, Udn一般为数mv以下。 普通CCD的动态范围1000:1左右。 7.暗电流 CCD器件可控制在1nA/cm2。 五、电荷耦合摄像器件（ICCD） 1、工作原理 利用光学成像系统将景物图像成在CCD地像敏面上。像敏面将照在每一像敏面的图像照度信号转变为少数载流子数密度信号存储于像敏单元（MOS电容）中，然后，再转移到CCD的移位寄存器（转移电极下的势阱）中，在驱动脉冲的作用下顺序地移出器件，成为视频信号。 2、类型 （1）线型CCD摄像器件 单沟道线型ICCD 双沟道线型ICCD （2）面阵ICCD 帧转移面阵ICCD 隔列转移型面阵ICCD 线转移型面阵ICCD 线阵CCD 只摄取一行图像信息，适用于运动物体的摄像，可以做传真、遥感、文字或图像信息的判别、工件尺寸的自动检测等。 最简单的线阵CCD 由于传输过程中继续光照而产生电荷，使信号电荷发生重叠，在显示器中出现模糊现象。所以CCD摄像器件中有必要把摄像区和传输区（移位寄存器）互相分开，并且在时间上保证信号电荷从摄像区转移到传输区的时间小于摄像时间。 ?2 ?1 单排结构CCD 在光积分期间，摄像区光敏元件处于深势阱状态，使光信号积累，当积分周期完成后，给转移栅加一脉冲电压，抬高积分区电子的势能，使积分区积累的电荷包迅速地转移到和它平行设置的CCD中去，然后由后者把电荷包顺序地转移到输出端变为视频信号。 ?2 ?1 光敏面 转移栅 移位寄存器 注意：为使电荷包在转移期 间不产生寄生光积 分，担任传输作用的 CCD要采用没有光敏 效应的器件。 只适用于光敏单元较少的摄 像器件。 双排结构CCD 光敏面 转移栅 移位寄存器 移位寄存器 输出 把光积分区相间地分成两个部分，两列移位寄存器分别在光敏区的两边。当转移栅开启时，其奇、偶光敏单元势阱内所积累的信号电荷分别移入两列移位寄存器中，然后串行输出，最后合二为一，恢复信号电荷的原有顺序。 双排结构比单排结构的转移次数少了一半，因此大大提高了传输效率，一般在大于256位的一维CCD中采用。 面阵CCD 同时摄取一帧图像，适用于电视摄像。 按照光敏区和暂存区的不同排列，二维CCD可分为两种结构： 帧传输型（FTCCD） Full-Transfer CCD 由上、下两部分组成，上半部分是集中了像素的光敏区域，下半部分是被遮光而集中垂直寄存器的存储区域。其优点是结构较简单并容易增加像素数，缺点是CCD尺寸较大，易产生垂直拖影。 光敏区 暂存区 移位寄存区 行间转移型(ILTCCD) Interline-transfer CCD 行间转移性CCD是目前CCD的主流产品，它们是像素群和垂直寄存器在同一平面上，其特点是在1个单片上，价格低，并容易获得良好的摄影特性。 结构类似于单通道线阵CCID，只是所有转移栅连在一起构成垂直移位寄存器，又增加了水平移位寄存器。 光积分期间，光生电荷存储在光敏元的势阱中，此时转移栅是低电位，将光敏元与读出器隔离。 当光积分结束时，转移栅电位变高，其下出现势阱，并与读出器中处于高电位的元的势阱相连，电荷就流入该读出元。 然后转移栅电位又变低，光敏元开始下一次积分，读出器将信息输往水平读出器。 各列读出器输出一个元的电荷包信息，水平读出器经放大输出一行信息。 3. 帧行间转移性CCD 是第一种和第二种的复合型，结构复杂，但能大幅度减少垂直拖影并容易实现可变速电子快门等优点。 线阵CCD