光电成像器件

1、光电成像器件第1页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一光电成像器件微光夜瞄镜 微光夜视眼镜热像仪第2页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一光电探测器： 单元器件 “点源”探测，跟踪制导等AIM-9M红外制导导弹点击图片播放第3页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一光电成像器件：阵列器件 “面源”探测，目标识别等成像制导攻击目标点击图片播放第4页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一第07章 光电成像器件夜视仪输出图像信号：直视型光电成像器件第5页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一第07

2、章 光电成像器件输出视频信号：摄像型光电成像器件摄像头第6页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一第07章 光电成像器件光电成像器件是一类能够输出图像信息（图像或视频信号）的功能器件，也称光电图像传感器 。Photoelectronic Imaging Devices 光电成像器件摄像型：直视型：像 管变像管像增强管电真空摄像管固体摄像器件摄像管第7页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一第07章 光电成像器件7.1 像管（变像管和像增强器）7.2 电真空摄像管7.3 固体成像器件第8页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一7.1 像

3、管（变像管和像增强器）7.1.1像管基本结构原理7.1.2变 像 管7.1.3像 增 强 器第9页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一三个基本部分： 光电变换部分电子光学部分 电光变换部分7.1 像管7.1.1像管基本结构原理第10页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一1、光电阴极7.1 像管7.1.1像管基本结构原理2、电子光学系统 静电系统、电磁复合系统3、荧光屏第11页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一1、光谱响应特性和光谱匹配因数7.1 像管7.1.2像管的主要特征参数光谱匹配积分灵敏度第12页，共150页，2022年

4、，5月20日，17点40分，星期一2、增益特性7.1 像管7.1.2像管的主要特征参数3、等效背景照度第13页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一4、像管的成像特性1）放大率与畸变2）分辨率 极限分辨率 MTF7.1 像管7.1.2像管的主要特征参数第14页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一变像管变像管 不可见光图像 可见光图像红外夜视仪 7.1 像管第15页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一变像管基本变像方法 直接变像（依光波长改变光电阴极材料）近红外光像1.15m紫外光像2V5V1. CCD的结构与工作原理第100页，共

5、150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一CCD电荷存储电荷转移电荷注入电荷输出7.3.1 电荷耦合器件1. CCD的结构与工作原理小 结：第101页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一7.3.1 电荷耦合器件1. CCD的结构与工作原理为什么称为电荷耦合器件？电荷器件中的信息是以电荷形式出现的，不同于其他探测器的“电流”或“电压”耦合器件内部信息的传递是通过势阱的藕合完成的，完全不同于电子枪的“扫描输出”形式第102页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一7.3.1 电荷耦合器件（CCD 器件）Charge Coupled Devie 简

6、称CCD1. CCD的结构与工作原理2. CCD的特性参数3. CCD摄像器件第103页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一7.3.1 电荷耦合器件2. CCD的主要特性参数1. 转移效率，损耗率2. 暗电流3. 灵敏度和量子效率4. 光谱响应特性5. CCD噪声6. 分辨率7. 工作频率8. 动态范围第104页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一7.3.1 电荷耦合器件2. CCD的特性参数1) 转移效率，损耗率 总=n 例：=0.999，二相1024器件，总 电 荷成像区暂存区 场正程电荷平移输出信号 第126页，共150页，2022年，5月20

7、日，17点40分，星期一CCD摄像器件扫描输出的特点CCD摄像管 微电子电路按规律发出脉冲扫描输出电信号微电子电路脉冲信号光敏区暂存区输出端3. CCD摄像器件 自 扫 描第127页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一电真空摄像器件扫描输出的特点电真空摄像管 电子枪按规律偏转电子束扫描输出电信号电子枪3. CCD摄像器件第128页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一对比：二者扫描方式的差别CCD摄像管 微电子电路按规律发出脉冲扫描输出电信号电真空摄像管 电子枪按规律偏转电子束扫描输出电信号3. CCD摄像器件 电真空摄像管由于其重量和体积的限制，其研

8、究与发展已经告一段落，它正逐步被固体摄像器件所代替。第129页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一4) 微光CCD摄像器件 分类：1、像增强器与CCD耦合2、电子轰击型CCD（EBCCD）3、电子倍增CCD（EMCCD） 3. CCD摄像器件第130页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一用于成像CCD微光电视摄像3. CCD摄像器件像增强器与CCD芯片的耦合（光学耦合） 第131页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一CCD芯片例1：CCD微光电视摄像3. CCD摄像器件第132页，共150页，2022年，5月20日，17点40分

9、，星期一例2：用于测量CCD玻璃管测控仪 （生产线） 测量尺寸及精度要求： 外径200.3mm、280.4mm 壁厚（1.20.05）mm、（20.07）mm3. CCD摄像器件光强均匀的平行光束 照射玻璃管 线阵CCD输出信号波形 第133页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一电视型成像器件小结：1.电视制式： 扫描、行、帧、场3. CCD成像器件：单元结构、转移、自扫描2. 电真空摄像管：电子枪、扫描4. CMOS图像传感器5. IRFPA阵列器件第134页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一7.3 固体成像器件7.3.1 电荷耦合器件（CCD

10、器件）7.3.2 CMOS图像传感器7.3.3 红外焦平面阵列器件（IRFPA ）第135页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一7.3.2 CMOS图像传感器Complementary Metal Oxide Semiconductor 简称 CMOS特点：成品率高、价格低廉，像质量？ CMOS数码相机第136页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一1.CMOS成像器件结构:信号读出采用XY寻址方式， 具有读出任意局部画面的能力 7.3.2 CMOS图像传感器第137页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一2.CMOS成像器件原理:

11、信号读出采用XY寻址方式， 具有读出任意局部画面的能力 7.3.2 CMOS图像传感器第138页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一3.CMOS成像器件单元结构:被动像敏单元结构 主动像敏单元结构 像敏单元选址模拟开关 压降暗电流附加噪声7.3.2 CMOS图像传感器第139页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一4.CMOS成像器件与CCD成像器件:最大差异：单元结构（带放大器）信号寻址读出与信号顺序读出应用差异： CCD低噪声、高分辨率、高灵敏度等高画质性能占据图像传感器高端市场； CMOS 高集成度、高速、小体积、低价格等特点占据低端市场大的份额

12、。7.3.2 CMOS图像传感器第140页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一7.3 固体成像器件7.3.1 电荷耦合器件（CCD 器件）7.3.2 CMOS图像传感器7.3.3 红外焦平面阵列器件（IRFPA ）第141页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一7.3.3 红外焦平面器件IRFPA技术的来由常用光波波段主要用途 Infrared-Ray Focus Plane Array -简称IRFPA第142页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一1.IRFPA技术的来由成像系统物空间和像空间的对应关系1：物平面；2：单元探测器

13、在物空间的投影；3：聚焦系统；4：像平面；5：单元探测器；6：线阵探测器在物空间的投影；7：线阵探测器12354677.3.3 红外焦平面器件第143页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一早期红外成象系统：二维图象光学机械扫描电路处理图象再现单元红外探测器二维图象电路处理图象再现红外探测器面阵+CCDIRFPA成像系统：没有机械和光电扫描装置-“凝视型”7.3.3 红外焦平面器件1.IRFPA技术的来由第144页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一“凝视型”热成像摄像机摄像机核心部件：红外探测器阵列 SiCCD面阵7.3.3 红外焦平面器件第145页

14、，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一7.3.3 红外焦平面器件2.IRFPA的结构红外探测器阵列 SiCCD面阵目前常用和比较成熟的技术 第146页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一3.IRFPA常用光波波段1-3微米 InGaAs3-5微米 PtSi, InSb8-14微米 HgCdTe在常用大气窗口波段分别由下列材料构成光电探测器面阵：7.3.3 红外焦平面器件第147页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一4.IRFPA的发展现状 光子类探测器IRFPA：灵敏度较高，制冷，价格低 近红外与中红外的19681968硅肖特基势垒IRFPA，像元1717m2 （640480，812m）的HgCdTe探测器 IRFPA 光热类探测器IRFPA ：灵敏度较低，非制冷，价格低 328245的铌酸锶钡（SBN）热释电探测器RFPA，像元2828m2。7.3.3 红外焦平面器件第148页，共150页，2022年，5月20日，17点40分，星期一5.IRFPA的应用 7.3.3 红外焦平面器件主要用途： 地球资源探测、红外成象、跟踪、制导等变压器的热图 隐藏在草丛中的人