《光电子技术基础》课件第6章.ppt

2)CMOS图像传感器阵列结构

图6-52所示的是CMOS像敏元阵列结构，它由水平移位寄存器、垂直移位寄存器和CMOS像敏元阵列组成。图6-53所示的是CMOS图像传感器的原理框图。图6-52CMOS像敏元阵列结构图6-53CMOS图像传感器的原理框图CMOS图像传感器的像元结构如图6-54(a)所示。为了

减少表面复合,可以采用N+层，为了抑制长波长光的灵敏度，可以采用P型势阱结构，即N+－P－N结构，如图6-54(b)所示。图6-54CMOS图像传感器的像元结构2.CMOS图像传感器与CCD图像传感器的比较

CMOS与CCD图像传感器相比，具有功耗低、摄像系统尺寸小及可将图像处理电路与MOS图像传感器集成在一个芯片上等优点，但其图像质量(特别是低亮度环境下)与系统灵活与CCD的相比相对较低。6.7变像管和图像增强管

6.7.1变像管的典型结构与工作原理

图6-55为变像管的简易结构图。在抽真空的玻璃外壳内的一个端面上涂以半透明的光电阴极，在另一个端面的内侧涂以荧光粉，另外在管中安置了阳极。图6-55变像管的简易结构图6.7.2图像增强管

单级像增强管的光放大系数和光量子增益较小，直视工作距离较短。为了提高灵敏度，增长工作距离，通常采用串联或级联的方式。１．串联式像增强管

1)磁聚焦三级串联式像增强管

图6-56所示的是磁聚焦三级串联式像增强管的结构。它由三个单级像管首尾相接，共同封装在一个管壳中构成。每个单级像管的高压电源通过电阻分压器加在金属环上，使其内部产生均匀加速电场。管外加长螺管线圈，用以产生轴向均匀磁场。两极中间连接处为夹心片结构，中间为云母片，它的前面是荧光屏，后面是光电阴极，两者的频谱特性应当正好匹配。2)电聚焦三级串联式像增强管

图6-57所示的是电聚焦三级串联式像增强管的结构。由图6-57可见，它的加速和聚焦全由电子透镜来实现，省去了长螺线管线圈，故其质量轻。并且还省去了励磁电源，减少了功耗损耗。但是由于中间夹心片只能做成平面形状，这对于轴对称电子透镜的宽电子束聚焦要产生的像散和场曲，使图像边缘分辨力变差。图6-56磁聚焦像三级串联式增强管的结构图6-57电聚焦三级串联式像增强管的结构2．级联式像增强管

串联式像增强管虽然能提高管子的灵敏度，增大直视工作距离，但是它存在像差较大、图像分辨率较差、夹心片工艺复杂和成品率低等缺点。

级联式像增强管是提高灵敏度、提高成品率的有效方案，它是将三个单级像增强管通过光学纤维面板相互级联起来所构成的，分别如图6-58和图6-59所示。图6-58级联式像增强管单管的结构图6-59级联式像增强管的级联结构用光纤板做级间耦合有很多优点：

(1)各级可以做成独立单管，因此工艺较简单，使成品率大大提高。在使用时，若某级管子损坏了可以更换。

(2)由于光纤板传光效率高达80%以上，因此用三级级联式像增强管可以获得更高的增益。

(3)由于光纤板的端面可以加工成各种所需要的形状，例如，外表面是平面，内表面是球面，可使像增强管的前表面是平面，以满足物镜系统成像面的要求，同时级间耦合也方便。3．微通道式像增强管

微通道式像增强管的结构呈扁圆形，如图6-60所示。它的一个端面是光电阴极，另一个端面为荧光屏，中间是由具有很多二次电子倍增发射性能的微通道管集束而成的微通道导板。图6-60微通道式像增强管的结构而当电荷到来时，复位管截止，由浮置扩散区收集的

信号电荷来控制T2管栅极电位变化，设电位变化量为ΔU，则有

(6.5.5)

式中，CFD为浮置扩散区有关的总电容，包括浮置二极管势垒电容Cd；OG、DG与FD之间的耦合电容C1、C2及晶体管的输入电容Cg，即

CFD=Cd+C1+C2+Cg(6.5.6)

经放大器放大KU倍后，输出的信号

(6.5.7)

以上两种输出机构均为破坏性的一次性输出。图6-44电荷输出电路③浮置栅放大器输出。浮置栅放大器输出如图6-44(c)所示，T2的栅极不是直接与信号电荷的转移沟道相连接，而是与沟道上面的浮置栅线相连。当信号电荷转移到浮置栅下面的沟道时，在浮置栅上感应出镜像电荷，以此来控制T2的栅极电位，达到信号检测与放大的目的。显然，这种机构可以实现电荷在转移过程中进行非破坏性检测。