光电子技术课件.ppt

1、教育目的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 .了解微光像增强装置和纤维光学成像原理。 教育重点和难点： CCD的结构和工作原理、光电成像原理、光电成像光学系统的构成。 难点：摄像机结构和工作原理，调制传递函数分析。 另外，2，0光电摄像的概要，一方面光电摄像系统的分类：根据光电摄像系统对应的光的波长范围，将光电摄像系统分为可见光、紫外光、红外光、x射线光电摄像系统。 3、2、光电成像系统需要研究的问题光电成像涉及一系列复杂的信号传递过程。 存在四个方面的问题：能量平面物体、光学系统和接收器的光度学、辐射度学性质、能否检测到目标的问题、以及在时间平面上能够识别成像特性3354的光信号的精细程度的多光谱成像也包括其光谱分辨率，4， 噪声屏幕3354是根据用于确定所接收的信号的不稳定程度或可靠性的信息传输速度来确定的图像捕获特性或噪声信息传输问题的方框图，所述方框图用于确定能够传输的信息量的大小5、3或者光电图像捕获系统的基本结构。 第六、第一固态成像器件和固态成像器件的功能：将入射到传感器受光面的空间分布的光强度信息(可见光、红外光等)转换为以时间序列方式串行输出的电信号视频信号。 该影像信号再现入射来的光放射影像。 另外，固态成像装置主要包括电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，电荷耦合器件)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(chargeeinjetingdevice，电荷注入器件)即CID )这三种，当前，大多使用前两种8、1、电荷耦合器件和电荷耦合器件(CCD )的特征是信号。 CCD的基本功能电荷积蓄和电荷传输。 CCD操作处理信号电荷的生成、存储、传输、检测的处理。 另外，9、(1)和CCD的基本结构是传输电极结构、传输信道结构、信号输入结构、信号输出结构和信号检测结构。 构成CCD的基本单元是MOS电容器。 1、电荷耦合元件的基本原理，10，一系列非常接近的MOS电容由同一半导体基板制作，基板是p型或n型的材料，上面生长着均匀且连续的氧化层，在氧化层的表面排列着相互绝缘且距离极小的金属化电极(栅极)。 以11、(2)、电荷积蓄、基板由p型硅构成的MOS电容为例。 如果向金属电极施加正的阶跃电压，在Si-SiO2界面的电位发生变化，附近的p型硅中的多数载流子孔排斥，形成耗尽层。 栅极电压超过MOS晶体管，导通电压时，在Si-SiO2界面形成深的状态，电子在那里形成电势低-势阱。 如果有信号电子，就聚集在表面实现电荷的积蓄。 此时耗尽层变薄。 井的深度决定了积蓄电荷的能力的大小。 12、(3)、电荷移动、CCD传输电极相数为二相、三相、四相。 单层金属化电极结构中，为了保证电荷的取向转移，至少需要三相。 这里以三相表面信道CCD为例。 另外，表面信道设备，即表面信道CD (sccd ) 将信道转移到界面的CCD设备。 13、表面信道器件的特点：工艺简单，动态范围宽，但信号电荷的传输受表面状态的影响，传输速度和传输效率低，工作频率通常在10MHz以下。 14、体内沟道(或嵌入沟道CCD ):bccd (bulkorburiedcchannelccd ) 3354通过离子注入法改变转移沟道的结构，使电势的极小值离开界面进入衬底内部，形成体内的转移沟道，形成表面这种设备转移效率达到99.999%以上，工作频率达到100MHz，可以是大规模设备。另外，15、(4)、光信号的注入、CCD的电荷注入方式有电信号注入和光信号注入两种，在光纤系统中，CCD接收的信号采用从光纤发送的光信号，即光注入CCD。 如果光照射到CCD上，则在栅极附近的耗尽区域吸收光子，产生电子-空穴对，通过栅极电压，多数载流子(空穴)流入基板，少数载流子(电子)集中在阱中被蓄积。 这些能量比半导体禁带高的光子可以用来产生与光强度成比例的蓄积电荷。 光注入方式常见于正面照射和背面照射。 另外，16、(5)、电荷检测(输出)、CCD输出结构将经CCD传输处理后的信号电荷转换为电流或电压输出。 电荷输出结构有电流输出结构、浮置扩散输出结构、浮置栅极输出结构等各种形式。 浮栅输出结构应用最广泛。 17、OG :输出门，FD :浮动扩散层，R:复位门，RD:复位漏极，T:输出场效应晶体管。 浮置栅极是指在p型硅基板的表面扩散v族杂质而形成小块的n区域，扩散区域没有偏置，处于浮置状态。 18、电荷包输出过程： VOG为一定值的正电压，在OG电极下形成耗尽层，并在3和FD之间形成导电通道。 在3的高电位期间，电荷包在3电极下蓄积。 通过对复位门r施加正的复位脉冲r，来使FD区和RD区通信。 由于VRD是正十几伏特的直流偏置电压，因此FD部的电荷被抽出至RD部。 当经过复位正脉冲时，FD部和RD部成为被夹着的状态，FD部保持一定的浮动。 然后，3变化到底部电位，3电极下的电荷包通过OG下的沟道传送到FD部。 另外，在处理CCD的输出信号的情况下，多采用了去除浮置电平，将高脉冲复位，并抑制噪声的采样技术。 浮置栅极CCD的放大输出信号的特征是信号电压是基于浮置电平的负电压，在各电荷包的输出占一定时间长度t的输出信号上叠加有复位期间的高电平脉冲。20、2、电荷耦合器件的工作原理、CCD的电荷积蓄、传输的概念半导体的光电特性CCD器件根据结构，分为线CCD和阵列CCD，根据光谱分为可见光CD、红外CCD、x射线CCD和紫外CCD可见光