光电成像系统

光度学参数的定义和推算光电成像系统光电成像系统的基本组成框图其中光电成（摄）像器件是光电成像系统的核心1、光电成像器件的发展

近年来，利用光电成像器件构成图像传感器进行光学图像处理与图像测量已成为现代光学仪器、现代测控技术的重要发展方向。它广泛应用于遥感、遥测技术、图形图像测量技术和监控工程等，成为现代科学技术的重要组成部分。0、光电成像概述什么叫成像？图像是由空间变化的光强信息所组成，图像传感器或探测器必须能感受空间不同位置的光强变化，这个过程叫成像。1934年研制出光电像管，应用于广播电视摄像。灵敏度相当低，需要不低于10000lx的照度。1947年超正析摄像管面世，使最低照度降至2000lx。1954年灵敏度较高的摄像管投入市场。成本低，体积小，灵敏度和分辨率较高，但不适于高速和彩色。1、光电成像器件的发展1965年，氧化铅管成功代替正析摄像管，广泛应用。使彩色摄像机的发展产生了一个飞跃。1976年，灵敏度更高，成本更低的硒像管和硅靶管。1970年，美国贝尔实验室发表电荷耦合器件（CCD）原理，从此光电成像器件的发展进入了一个新的阶段——CCD固体摄像器件的发展阶段。光电成像涉及到一系列复杂的信号传递过程。有四个方面的问题需要研究：能量方面——物体、光学系统和接收器的光度学、辐射度学性质，解决能否探测到目标的问题成像特性——能分辨的光信号在空间和时间方面的细致程度，对多光谱成像还包括它的光谱分辨率2、光电成像系统要研究的问题噪声方面——决定接收到的信号不稳定的程度或可靠性信息传递速率方面——

成像特性、噪声信息传递问题，决定能被传递的信息量大小3、光电成像器件分类4、像管1）像管的工作原理直视型光电成像器件称为像管1物镜：将自然界图像成像到光阴极；2光阴极：利用外光电效应将光学图像转为电子图像;3电子透镜：对电子图像进行聚焦成像；4荧光屏：将电子图像转换为光学图像；5目镜：便于眼睛观察。2）变像管工作于非可见辐射：近红外、紫外、χ射线、γ射线光电阴极材料：Ag-O-Cs3）像管的特性与技术参数光谱响应特性：实际上是光阴极的光谱响应特性，它决定了像管应用的光谱范围。增益：像管输出的图像亮度即与入射图像的照度有关，又取决于像管本身对辐射能量的变换与增强的能力。常用增益特性有亮度增益。放大率：定义为像物尺寸比。取决于光学成像系统放大率和电子成像系统放大率。畸变：类似于几何光学的概念，只不过电子光学系统的边缘放大率比近轴放大率高，所以一般只产生枕形畸变。分辨率：输出图像中肉眼可分辨的最高分辨率，以线对（空间频率）表示。目前常用MTF来评定成像器件的象质。

此外，还有如等效背景照度等特性参数。4）像管的缺点

像管可拓展人的视觉光谱范围和视觉灵敏度。甚至在完全没有光线的场合，也可以通过红外变像器观察到很多的目标图像信息。

但像管也是实时实地的图像观察模式，无法对图像进行存储和传输，也不能实现远程观察。传统光学技术也可以拓展人的视觉能力，但同样不能实现图像的存储和传输，传统光学摄像技术虽可以记录图像但不具备对图像的二次处理能力。5、真空型摄像管

真空摄像管可将输入光学图像转变为便于传输的电子图像信号—视频信号，利用无线电或有线电子学的方法将电子信号进行远距离传送和图像重现，显像管等设备可将处理后的视频信号转换为输出光学图像。进行大屏幕显示，而且其亮度和对比度还可以调节。真空型摄像管的成像原理摄像过程是将两维空间分布的光学图像转换为一维时间变化的视频电信号。完成这一过程的器件就是摄像管。具体的摄像过程：6、传统光电成像器件的缺陷1.不能永久保存图像真空管只能直播图像，不能进行视视剪辑，如公交监视系统。2.不具备对图像的二次处理能力只能在采集图像时对图像进行初步处理，无法利用计算机的强大计算功能进行软件算法处理；3、器件/设备体积庞大，功耗大，寿命有限；不利于产品轻型化、个性化，难以降低成本。一、固体摄像器件固体摄像器件，又称固体像探测器。（solidstateimagingsensor,SSIS）主要功能：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。其视频信号能再现入射的光辐射图像。主要分类：电荷耦合器件，CCD,噪声低；自扫描光电二极管阵列，SSPD,灵敏度和响应度好；

电荷耦合光电二极管阵列，

CCPD,兼具二者优点；

电荷注入器件（ChargeInjectionDevice，CID）同电子束摄像管相比，优点：全固体化、体积小、重量轻、工作电压和功耗都很低，耐冲击性好、可靠性高、寿命长；基本不保留残像（电子束摄像管有15%-20%的残像），无像元烧伤、扭曲，不受电磁干扰；红外敏感性。SSPD光谱响应范围：0.25-1.1um；CCD可做成红外敏感型；CID：2-5um；像元的几何尺寸精度高（优于1um)，因而可用于非接触式精密尺寸测量系统；视频信号与微机接口容易。1.1、电荷耦合器件，ChargeCoupledDevice

电荷耦合器件简称CCD，生于20世纪70年代，贝尔实验室，是在MOS集成电路技术基础发展起来的新型半导体器件，1983年美国RGA公司推出了3板式CCD彩色摄像机,90年代初专业级CCD彩色摄像机开始进入我国电视领域。。W.S.Boyle,G.E.Smith.Chargecoupledsemiconductordevices.BellSyst.Tech.Jour.,1970,49:587-593.CCD由多个光敏像元组成，每一个光敏像元就是一个MOS电容器。但工作原理与MOS晶体管不同。

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。电荷的产生------依靠半导体的光电特性用光注入办法产生。CCD具有集成度高、功耗小等优点，故在固体图像传感，信息存储和处理等方面有广泛应用。（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。1、电荷耦合器件的基本原理

在P型或N型单晶硅的衬底上用氧化的办法生成一层厚度约为100～150nm的SiO2绝缘层，再在SiO2表面按一定层次蒸镀一金属电极或多晶硅电极，在衬底和电极间加上一个偏置电压（栅极电压），即形成了一个MOS电容器（如图所示）1：金属；2：绝缘层SiO2MOS电容的结构

以电子为信号电荷的CCD称为N型沟道CCD，简称为N型CCD。而以空穴为信号电荷的CCD简称为P型CCD。n型CCD比p型CCD的工作频率高很多。（2）电荷存储

以衬底为P型硅构成的MOS电容为例。

当栅极施加正偏压UG后，产生耗尽区；偏压增加，耗尽区向半导体内延伸。

当在金属电极加上一个正阶梯电压时，轻掺杂半导体中的少子很少,不能立即建立反型层，耗尽区将进一步向体内延伸,而且,栅极的绝大部分电压降落在耗尽区上,形成深耗尽层

（非平衡状态），电子在那里势能较低-形成了一个势阱。

当UG>Uth时,半导体与绝缘体截面上的电势(常称为表面势,用ΦS

表示)很高,将少子吸引到表面,形成极薄的但电荷浓度很高的反型层，MOS电容达到热平衡状态（慢过程）；如有信号电荷（自由电子），将逐渐填充势阱，聚集在栅极下表面，实现电荷的存储。此时耗尽层变薄，势阱变浅。势阱的深浅,即表面势大小决定存储电荷能力的大小，表面势依栅电压大小而定。若无信号电荷，耗尽层区域一定温度下产生的电子将逐渐填充势阱，当界面势φs=2φF时，达到热平衡状态，这种热激发载流子电流称为暗电流，有别于光照产生的载流子。因此电荷耦合器件必须工作在深度耗尽状态才能存储电荷。（3）电荷转移CCD的转移电极相数有二相、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。这里以三相表面沟道CCD（即SurfaceChannelCCD，转移沟道在界面的CCD器件）为例。时钟脉冲，有严格的相位要求。电荷包电荷转移过程：

一个时钟周期后，电荷包移动一个栅周期（也称一位），因此时钟的周期变化使CCD中各单元的电荷包在电极下转移到输出端，类似于数字电路中的移位寄存器，自扫描方式。CCD电极间隙很小（3um），若较大，会有什么问题？针对问题1的结构改进：1、利用多晶硅沉积和扩散工艺，做成三相“电阻海硅栅”CCD结构：结构简单，成品率高，性能稳定，但单元尺寸大；2、多晶硅交叠栅结构：单元尺寸小，沟道封闭，但高温工序多，需防层间短路；3、减小时钟脉冲相数，采用二相电极结构，同时改变电极结构形式：为实现信号电荷的转换：

1、必须使MOS电容阵列的排列足够紧密，以致相邻MOS电容的势阱相互沟通，即相互耦合。2、控制相邻MOS电容栅极电压高低来调节势阱深浅，使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深处。3、在CCD中电荷的转移必须按照确定的方向。利用斜角蒸发方式实现的城墙状氧化物结构的二相CCD结构

采用离子注入技术，在电极下面不对称位置注入势垒区，可达到定向转移电荷，防止电荷倒流的目的。

与三相结构相比，优点是简化电路，同时钟频率下，信号电荷转移一次所需时间较短。不足之处是单元所容纳电荷量较小，有效势阱深度较小。体内沟道器件（或埋沟道CCD）：

BCCD（BulkorBuriedChannelCCD）——用离子注入技术掺入杂质的方法，在Si表面形成反型薄层，从而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。

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低，工作频率一般在10MHz以下。解决方法，采用“胖零（fatzero）”工作模式（背景电荷填充表面态）。（4）电荷检测（输出）

电荷输出结构有多种形式，如电流输出结构、浮置栅输出结构、浮置扩散输出结构等。OG：输出栅;FD：浮置扩散区;R:复位栅;RD:复位漏;T:输出场效应管。

浮置栅是指在P型硅衬底表面用V族杂质扩散形成小块的n+区域，当扩散区不被偏置，其处于浮置状态。VOG为一定值正电压，在OG栅极下形成耗尽层，使Φ3与FD之间建立导电沟道；Φ3高电位期间，电荷存储在Φ3电极下；

复位栅R加正复位脉冲ΦR

，使FD区与RD区导通。因VRD为正十几伏的直流偏置电压，则FD区的电荷被RD区抽走；复位正脉冲过去后，FD区与RD区呈夹断状态，FD区具有一定的浮置电位。之后Φ3转变为低电位，Φ3电极下面的电荷包通过OG下的沟道转移到FD区。FD区的电位变化量（下降）ΔVA：

电荷包的输出过程：1.7

浮置栅CCD放大输出信号的特点：信号电压是在浮置电平基础上的负电压；每个电荷包的输出占有一定的时间长度T0；在输出信号中叠加有复位期间的高电平脉冲。¶

对CCD的输出信号进行处理时，较多地采用了取样技术，以去除浮置电平、复位高脉冲及抑制噪声。2、电荷耦合摄像器件的工作原理按结构可分为线阵列CCD和面阵列CCD按光谱可分为可见光CCD、红外CCD、X光CCD

和紫外CCD

可见光CCD又可分为黑白CCD、彩色CCD和微光CCD电荷耦合摄像器件的分类

线阵CCD可分为双沟道（双排）传输与单沟道（单排）传输两种结构。下图(a)为单沟道，(b)为双沟道。（1）线阵CCD双沟道单沟道

线阵CCD的工作原理基本结构：光敏区、转移栅、移位寄存器、电荷注入电路和信号读出电路；光敏元：MOS结构和CCPD结构;

转移栅：控制光敏元势阱中信号电荷向CCD中转移

移位寄存器（CCD）：通常具有二相、三相、四相等几种结构；Φ1Φ2Φ1Φ2OG加ΦR脉冲NN-1N-2321光敏区转移栅区CCD电荷进入Φ1电荷从Φ2进入T3SΦPΦTRGVRDVODT2T3T1CRL注：对双沟道输出，另一路的电荷从Φ2进入T3（同一个）工作过程：

光敏元始终在光图像信号的积分；当转移栅加高电平时，Φ

1电极也为高电平，N个光信号电荷包并行转移到对应CCD中；转移栅加低电平，光敏区与Φ1势阱隔断，继续进行光积分；

CCD中N个电荷包依次沿CCD串行传输，每驱动一个周期，电荷包向输出端转移一位。直到第N位电荷包输出，第一行读完；转移栅接收触发信号变为高电平，将新一行N个电荷包并行转移到CCD中，开始新一行信号传输和读出。工作脉冲波形Φ2Φ1ΦRVoutΦPΦTt1t2t3t4转移准备转移结束（即ΦSH）转移CCD工作波形图光有效积分时间TΦP光有效积分时间由具体应用的光强决定，复位脉冲频率是Φ1Φ2频率的两倍。线阵CCD的应用：尺寸测量被测对象长度L=?LM601线阵CCD光强仪结构图光敏元数光敏元尺寸光敏元中心距光敏元线阵有效长光谱响应范围光谱响应峰值2592个11×11μm11μm28.67mm0.35~0.9μm0.56μm输出波形典型参数（2）面阵CCD行间转移结构行间转移结构如图，由若干个单沟道传输的CCD线阵列图像传感器按垂直方向并排，再在垂直阵列的尽头设置一条水平CCD，水平与垂直CCD每一位都一一对应。工作过程：先水平转移一位垂直CCD信号，然后再由水平CCD串行输出，依次进行第二行直至场信息读完，再进行下场信息电荷读出。特点：芯片尺寸较小，转移距离短，有较高工作频率，转移次数少，但单元结构复杂，无法采用背面光照方式。帧转移结构及基本原理包括光敏区、存储区和水平读出区，均为CCD结构。同时存储区及水平区用铝层覆盖实现光屏蔽。工作过程：光敏区的场信息转移到存储区后光敏区重新开始光积分，时钟A停在一相高电平，一相低电平状态。到达存储区的光信号逐行进行水平CCD后再水平串行读出。特点：芯片尺寸大，单元结构简单，易实现多像元化，允许采用背面光照来增加灵敏度，光敏区占空因子高。面阵CCD的应用：光学文字识别光学文字识别装置(OCR)原理图CCD驱动电路与信号采集电路1、直接数字电路驱动方法数字门电路+时序电路：振荡器+单稳态触发器+计数器。特点是驱动频率高，但逻辑设计比较复杂。

2、单片机驱动方法由单片机I/O输出驱动，由程序指令间的延时产生时序。

特点是调节时序灵活方便、编程简单，但通常驱动频率低。如使用高速单片机，则可以克服这一缺点。

几种常用的CCD驱动方法几种常用的CCD驱动方法3、EPROM驱动方法在EPROM中先存放驱动CCD的所有时序信号数据，并由计数电路产生EPROM的地址使之输出相应的驱动时序。

这种方法结构简明，与单片机驱动方法相似。4、专用IC驱动方法利用专用集成电路产生CCD驱动时序，集成度高、功能强、使用方便。在大批量生产中，驱动摄像机等视频领域首选此法，但在工业测量中又显得灵活性不好。可用可编程逻辑器件法代替“专用IC驱动方法”。目前主要有三片式、二片式和单片式三种三片式CCD及二片式CCD(a)三板式的棱镜分光(b)二板式的二向色棱镜分光棱镜和滤色片分光基本特点：成像质量好，主要用于高质量摄像机。（3）彩色CCD单片式CCD单片式的方格图案滤色片分光行间排列的滤色器滤色片阵列排列方式：拜尔方式滤色器图像重现时存在黄、蓝闪烁现象。单片式CCD结构简单，价格较低，工业、家庭中常用。CCD彩色摄像机三板式CCD摄像机二板式CCD摄像机1.2、电荷耦合摄像器件的特性参数电荷包从一个栅转移到下一个栅时，有η部分的电荷转移过去，余下ε部分没有被转移，称转移效率:

1、转移效率

一个电荷量为Q0的电荷包，经过n次转移后的输出电荷量应为：总效率为：二相1024位CCD，当η=0.999时，总效率小于0.13。一定的η值，限定了器件的最长位数。埋沟道CCD比表面沟道可研制的位数大得多。1.101.111.122、不均匀度(非均匀性)光敏元的不均匀CCD的不均匀（近似均匀，转移效率一致）一般认为CCD是近似均匀的，即每次转移的效率是一样的。光敏元响应的不均匀是工艺过程及材料不均匀性引起的，大规模器件的均匀性问题是非常突出的，这也是成品率下降的重要原因。定义光敏元响应的均方根偏差对平均响应的比值为CCD的不均匀度σ：——第n

个光敏元原始响应的等效电压——平均原始响应等效电压N——线列CCD的总位数P是CCD的相数测得，小光点扫描系统CCD的总损失率***转移效率比较高时，可认为CCD的输出信号就是光敏元的原始信号。CCD成像器件在既无光注入又无电注入情况下的输出信号称暗信号，即暗电流。暗电流的起因：耗尽区产生复合中心的热激发

由于工艺过程不完善及材料不均匀等因素的影响，CCD中暗电流密度的分布是不均匀的3、暗电流暗电流的危害有两个方面：限制器件的低频限，缩短信号电荷的存储与转移时间；引起固定图像噪声，出现暗电流尖峰，图像上产生某些“亮点或亮条”。5、光谱响应

CCD的光谱响应是指等能量相对光谱响应，最大响应值归一化为100%所对应的波长，称峰值波长，通常将10%（或更低）的响应点所对应的波长称截止波长。长波端的截止波长与短波端的截止波长之间所包括的波长范围称光谱响应范围。6、噪声

散粒噪声、转移噪声和热噪声

4、灵敏度（响应度）V/W

在一定光谱范围内，单位曝光量的输出信号电压。CCD光谱响应噪声种类噪声电子数注入噪声~400转移噪声SCCDBCCD~1000~100输出噪声~400总均方根载流子变化SCCD1150BCCD570CCD的噪声7、分辨率

分辨率是摄像器件最重要的参数之一，它是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力，测试时用专门的测试卡。目前国际上一般用ＭＴＦ（调制传递函数）来表示分辨率，像元分辨率。8、动态范围与线性度线性度是指在动态范围内，输出信号与曝光量的关系是否成直线关系(动态范围内，线性度好）1.3、CMOS摄像器件

1990’s，CMOS技术用于图像传感器，其优点结构简单，耗电量是普通CCD的1/3，制造成本比CCD低，可将处理电路等完全集成。1、CMOS像素结构

无源像素结构，1967，Weckler无源像素单元具有结构简单、像素填充率高及量子效率比较高的优点。但是，由于传输线电容较大，CMOS无源像素传感器的读出噪声较高，而且随着像素数目增加，读出速率加快，读出噪声变得更大。无源像素型（PPS）和有源像素型（APS）由一反向偏置光敏二极管和一个开关管构成，开关管开启，二极管与垂直列线连通，信号电荷读出。有源像素结构APS（ActivePixelStructure

)光电二极管型有源像素（PP－APS）1994，哥伦比亚大学在像元内引入缓冲器或放大器，可改善像元性能，称为有源像素传感器。功耗小，量子效率高。每个像元有3个晶体管。大多数中低性能的应用。光栅型有源像素结构（PG－APS）光栅型有源像素型CMOS每个像素5个晶体管，采用0.25umCMOS工艺允许达到5um像素间距，浮置扩散电容的典型值为10-14F量级，产生20uV/e的增益，读出噪声可达5-20均方根电子。成像质量高。工作过程：

光生信号电荷积分在光栅PG下，浮置扩散节点A复位（电压VDD）；然后改变光栅脉冲，收集在光栅下的信号电荷转移到扩散节点。复位电压水平与信号电压水平之差即传感器的输出信号。1997年，东芝公司研制成功640*640像素光敏二极管型CMOSAPS，像素尺寸5.6um*5.6um，具有彩色滤色膜和微透镜阵列。2000年，美国Foveon公司和美国国家半导体公司采用0.18umCMOS工艺研制成功4096*4096像素CMOSAPS，像素尺寸5um*5um，管芯尺寸22mm*22mm，是集成度最高，分辨率最高的CMOS固体摄像器件。微透镜改善低光特性CMOSAPS图像传感器的功耗较小。但与PPS相比，有源像素结构的填充系数小，典型值为20%-30%。像素尺寸减小后低光照下灵敏度迅速降低，采用滤色片和在CMOS上制作微透镜组合以及CMOS工艺的优势，前景好于CCD。外界光照射像素阵列，产生信号电荷，行选通逻辑单元选通相应的行像素单元，单元内信号电荷通过各自所在列总线传输到对应的模拟信号处理器(ASP)及A/D变换器，转换成相应的数字图像信号输出。行选通单元扫描方式：逐行扫描和隔行扫描。隔行扫描可以提高图像的场频，但会降低图像的清晰度。行选通逻辑单元和列选通逻辑单元配合，可以实现图像的窗口提取功能，读出感兴趣窗口内像元的图像信息。2、CMOS摄像器件的总体结构3、CMOS与CCD器件的比较

CCD摄像器件灵敏度高、噪声低、像素面积小难与驱动电路及信号处理电路单片集成，需要使用相对高的工作电压，制造成本比较高CMOS摄像器件集成能力强、体积小、工作电压单一、功耗低、动态范围宽、抗辐射和制造成本低需进一步提高器件的信噪比和灵敏度CMOS与CCD器件的对比

CCDvs.CMOSIntegrationPowerConsumptionResolutionImageQualitySpeedCostExcellent20-50mWUpto12MpixBeingimprovedUptothousands

frame/sPoor2-5WUpto14MpixHistoricallybestUsuallyupto100frame/sNikonD100~$2,500Canon300D~$8001.4、红外焦平面器件

第三代红外热像技术InfraredFocalPlaneArrays,

IRFPA

由于这类器件工作是一般安放在成像透镜的焦面上，所以它们又被叫做红外焦平面器件（IRFPA）。成像透镜红外焦平面器件结构

红外热像仪的基本结构红外热像仪的核心----红外焦平面器件克服了主动红外夜视需要依靠人工热辐射，并由此产生容易自我暴露的缺点；•克服了被动微光夜视完全依赖于环境自然光和无光不能成像的缺点;•穿透烟雾和尘埃的能力很强；•目标伪装困难；•远距离、全天候观察；•有很高的温度灵敏度和较高的空间分辨能力热成像技术的优势：1、IRFPA的工作条件IRFPA通常工作于1~3um、3~5um和8~12um的红外波段并多数探测300K背景中的目标;红外成像条件是在300K背景中探测温度变化为0.1K的目标;随波长的变长，背景辐射的光子密度增加。由普朗克定律计算出红外波段300K背景的光谱辐射光子密度。通常光子密度高于1013/cm2s的背景称为高背景条件，辐射对比度——背景温度变化1K所引起光子通量变化与整个光子通量的比值，它随波长增长而减小。IRFPA工作条件：高背景、低对比度

1、IRFPA的工作条件2、IRFPA的分类

按照结构可分为单片式和混合式按照光学系统扫描方式可分为扫描型和凝视型按照读出电路可分为CCD、MOSFET和CID等类型按照制冷方式可分为制冷型和非制冷型

1~3μm波段

代表材料HgCdTe—碲镉汞3~5μm波段

代表材料HgCdTe、InSb—锑化铟、

PtSi—硅化铂8~12μm

波段

代表材料HgCdTe

按照响应波段与材料可分为表：一些典型的各波段探测器。

3、IRFPA的结构——材料的红外光谱响应——有利于电荷的存储与转移红外光敏部分信号处理部分

目前没有能同时很好地满足二者要求的材料

——IRFPA结构多样性单片式混合式类似于可见光CCD，红外光敏阵列和转移机构同做在窄禁带本征或掺杂非本征半导体材料上。混合式：红外光敏做在上述半导体材料上，信号处理部分则做在硅片上。两者之间用导线连接。单片式IRFPA非本征硅（P型）单片式IRFPA，基本结构及特点主要有三种类型本征单片式IRFPA，基本结构及特点

肖特基势垒单片式IRFPA，基本结构及特点

混合式IRFPA直接注入方式

是将探测器阵列与转移部分直接用导线相连。

特点：结构简单、功耗低，有直流成分。间接注入方式

是通过缓冲级（有源网络）进行连接。

改善探测器阵列同转移部分的匹配性能。增加器件功耗，增大尺寸和工艺复杂性。

探测器阵列采用窄禁带本征半导体材料制成，电荷转移部分用硅材料。电学连接方式：探测器阵列与转移部分的连接：倒装式

互连技术：每个探测器与多路传输器对准配接。采用背照方式4、典型的IRFPA1、InSbIRFPA2、Hg1-xCdxTeIRFPA

3、硅肖特基势垒IRFPA4、非制冷IRFPA5、多量子阱（MQW）IRFPA4、典型的IRFPAInSb是一种比较成熟的中波红外探测器材料。InSbIRFPA是在InSb光伏型探测器基础上，采用多元器件工艺制成焦平面阵列，然后与信号处理电路进行混合集成。采用前光照结构的1×32、1×128、1×256、1×512的线列IRFPA和背光照结构的58×62、128×128、256×256、640×480、1024×1024的面阵IRFPA

InSbIRFPAHg1-xCdxTeIRFPA

通常HgCdTeIRFPA是由HgCdTe光伏探测器阵列和CCD或