光电成像系统原理

1、光电成像原理,0 光电成像概述,一、光电成像系统的分类,光电成像系统,可见光光电成像系统,紫外光光电成像系统,红外光光电成像系统,X光光电成像系统,(按对应的光波长范围),二、光电成像系统基本组成的框图,光电成（摄）像系统的核心光电成（摄）像器件,例1：电视摄像管,例2：像素,3 固体摄像器件,电荷耦合器件（Charge Coupled DeviceCCD） 自扫描光电二极管阵列（MOS） 电荷注入器件（Charge Injenction DeviceCID）,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

2、号能再现入射的光辐射图像。,固体摄像器件分类,7.11 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.电荷耦合器件的基本原理,（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。,工作条件 瞬态和深度耗尽状态,（2）电荷存储,金属电极加电压,P-si,金属电极,7.11.2 电荷转移,三相表面沟道CCD 表面沟道器件-SCCD（Surface Channel CCD）转移沟道在界面的CCD器件,CCD的转移

3、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。,三相电极结构,脉冲波形,三相电极结构,三相电极结构及电荷转移,电荷转移,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以下。,体内沟道（或埋沟CCD）,BCCD（Bulk or Buried ChannelCCD） 用离子注入方法改变转移沟道的结构，从而使势能极小值脱离界面而进入衬底内部，形成体内的转移沟道，避免了表面态的影响，使得该种器件的转移效率高达99.999以上，工作频率可高达100MHz，且能做成大规模器件.,7.1

4、1.3 电荷检测（输出）,浮置扩散输出,(a) 检测电路,输出,P-si,FD,RL,(b) 信号电荷的检测,输出栅,浮置扩散区,复位漏,输出场效应管,（d）脉冲波形,（d）电荷注入方法,（e）电荷的输出,CCD输出端结构,2.电荷耦合摄像器件的工作原理,CCD的电荷存储、转移的概念 + 半导体的光电性质CCD摄像器件 按结构分: 线阵CCD和面阵CCD 按光谱分: 可见光CCD、红外CCD、X光CCD和紫外CCD 可见光CCD: 黑白CCD、彩色CCD和微光CCD,（1）线阵CCD,a 线阵CCD可分为双沟道传输与单沟道传输两种结构.,单沟道传输,双沟道传输,b 线阵CCD摄像器件的结构,c 线阵CCPD摄像器件的工作波形,两相线阵CCPD(光敏区为光电二极管结构）摄像器件,a.行间转移结构,（2）面阵CCD,水平寄存器,b.帧转移结构,（2）面阵CCD,水平寄存器,（