第五章-其它光电探测器件课件

第五章--其它光电探测器件ppt课件光电器件的分类一、按工作波段分

紫外光探测器可见光探测器红外光探测器二、按应用分

换能器

将光信息（光能）转换成电信息（电能）非成像型光信息转换成电信息

探测器

变像管

成像型像增强器摄像管真空摄像管固体成像器件CCD光电器件的分类一、按工作波段分紫外光电成像器件是指能够输出图像信息的一类器件，例如使不可见光图像变为可见光图像的器件，使光学图像变为电视信号的器件等。一、概述这类器件的应用领域很广，例如，夜视技术、电视技术、工件的图像测量、精密零件的微小尺寸测量、产品外观检测、应力应变场分析、机器人视觉、交通管理与指挥、定位、跟踪等。光电成像器件是指能够输出图像信息的一类器件，例如使不可见光图二、分类二、分类§5.1像管像管是变像管和图像增强管的统称。变像管是指能够把不可见光图象变为可见光图象的真空光电管。图像增强管是指能够把亮度很低的光学图象变为有足够亮度图象的真空光电管。

§5.1像管像管是变像管和图像增强管的统称。§5.1.1像管的工作原理与结构变换光谱：将红外、紫外的辐射图像变成可见图像增强亮度：使图像亮度接近人眼的视觉响应峰值光学成像：将电子图像在荧光屏上变成光学图像一、工作原理（三大功能）：§5.1.1像管的工作原理与结构变换光谱：将红外、紫外的辐工作原理：工作原理：

光电变换部分:即光电阴极，光电子发射图像；

电子光学部分:即电子透镜，它可以使光电阴极发射出来的光电子图像进行加速；电光变换部分:即荧光屏，它可以使电子图像变成可见光图像。二、结构:光电光光电变换部分:即光电阴极，光电子发射图像；二、结1、非聚焦型像管（近贴型）光电子在电场的作用下以抛物线轨迹向荧光屏投射。由于均匀电场只有加速投射作用，没有聚焦成像作用，所以从光电阴极一点发出的不同初速的电子，不能在荧光屏上形成点像，而是一个弥散圆斑。三、几种像管结构：1、非聚焦型像管（近贴型）三、几种像管结构：2、静电聚焦型像管几个圆筒形的电极可形成对光电子聚焦和加速的电场，使电子滤在荧光屏上呈倒立的象。当各电极电压之比保持不变时，电子轨迹也基本不变，因此，各电极电压多用电阻链分压的办法供给。静电聚焦型象管结构示意图2、静电聚焦型像管静电聚焦型象管结构示意图3、电磁聚焦型像管特点：若光电子有偏离于管轴的速度分量，磁场会使它呈螺旋状前进。电子每旋一圈所需的时间与初速度无关，不管起初是沿什么方向发射，最终都可以被会聚于一点。电磁聚焦型象管结构示意图3、电磁聚焦型像管电磁聚焦型象管结构示意图四、关于像管的几个问题：增益：描述像管对辐射能量的变换与增强能力。亮度增益：像管在标准光源照射下，荧光屏上的光出射度M与入射到阴极面的照度Ev只比。四、关于像管的几个问题：增益：描述像管对辐射能量的变换与五、像管的特点：五、像管的特点：§5.1.2变像管工作于非可见辐射：近红外、紫外、X射线、γ射线§5.1.2变像管工作于非可见辐射：§5.1.2变像管1、红外变像管

红外辐射图像被光学物镜成像后位于光电阴极的前方，该辐射图像相当于对光电阴极有一辐射通量，光电阴极将其变成与其亮度成正比的电子图像，经静电聚焦后轰击荧光屏，再转成光学图像。阳极光电阴极聚焦极荧光屏§5.1.2变像管1、红外变像管阳极光电阴极聚焦极荧光屏红外变像管的应用红外变像管的应用2、紫外变像管紫外变像管的窗口材料为石英玻璃，光电发射材料为Sb-Cs阴极。它可以使波长大于200nm的紫外光变成光电子。紫外变像管与光学显微镜结合起来，可用于医学和生物学等方面的研究。原理：紫外辐射图像被光学物镜成像后位于光电阴极的前方，对光电阴极有一辐射通量，光电阴极将其变成与其亮度成正比的电子图像，经静电聚焦后轰击荧光屏，再转成光学图像。2、紫外变像管紫外变像管的窗口材料为石英玻璃，光电发射材料为3、光纤面板变像管将光电阴极及荧光屏连同光纤面板一起制成球面型，使聚焦面与荧光屏重合，从而改善了像质。荧光屏上的像借助于平凹形的光纤平板展开成平面像。光电阴极电极电子轨迹荧光屏入射光纤面板出射光纤面板输入图像输出图像光纤面板具有集光效能高、传像清晰的优点，端面还可加工成球面以消像差。3、光纤面板变像管将光电阴极及荧光屏连同光纤面板一起制成球面§5.1.2像增强器像增强器利用了像管功能中增强亮度、光学成像两个功能。像增强器是一种能把微弱的光学图像增强、转换成适合人眼观察的光学图像的真空成像器件。§5.1.2像增强器像增强器利用了像管功能中增强亮度、光像增强器通过将环境光照度增大几千倍而产生一个可见的图像。该设备有由一小片玻璃制成的光电阴极，光线通过光电阴极时，光电阴极发射出电子，电子在一个真空管中加速，并打到荧光屏上，将电能转变成光能量。荧光屏通常以绿色显示出物体的图像。像增强器原理

像增强技术已发展了3代。在低照度条件下像增强管工作的有效性及其寿命一代比一代好。像增强技术像增强器通过将环境光照度增大几千倍而产生一个可见的图像。该设一、第一代微光像增强器——级联式像增强器光电阴极聚焦极阳极荧光屏光纤面板光纤面板

增益高（几万倍）、成像清晰；但体积大、重量大、防强光能力差。光电阴极光纤面板荧光屏一、第一代微光像增强器——级联式像增强器光电阴极聚焦极阳极荧许多越南老兵所熟悉的“星光观测仪”便是第1代产品。这种装置利用一个包含单级或3级像输入管的像增强管，通过加速电子而使昏暗的图像增强。第1代装置开发于20世纪60年代初期，目前虽有许多这样的设备从东方集团进口并卖给用户，但美国已将之淘汰。尽管它有较高的分辨率，但在遇到强光时，易出现光晕或图像拖尾现象。像增强管寿命短，且易失真，没有后代产品的聚光能力。许多越南老兵所熟悉的“星光观测仪”便是第1代产品。这种装第2代和第3代装置在像增强管里集成了一个微通道板;微通道板是一个含有许多小孔（通道）且表面涂有金属膜的小玻璃盘，它具有二次发射特性，当被一个电子击中时，会发射出额外的电子。微通道板通常有200~600万个小孔，小孔的数目在很大程度上决定了它的分辨率。

微通道板的引入，使像增强仪有了革命性的变化。微通道板增强器提供了较强的光放大能力，使图像更清晰，且消除了第1代产品的失真现象。第2代和第3代装置在像增强管里集成了一个微通道板;

二、第二代微光像增强器——微通道板像增强器微通道板MCP(MicroChannelPlate)

是一种先进的具有传输、增强电子图像功能的电子倍增器，是利用电子在通道内的二次倍增来实现增强亮度的。入射电子倍增电子单根倍增通道工作电压二次电子

通道芯径间距：12μm；长径比：40~60；两端镀镍构成输入输出电极；二、第二代微光像增强器——微通道板像增强器微通道板MMCP具有体积小、重量轻、分辨力好、增益高、噪声低、使用电压低等优点。广泛用于光电倍增管、像增强器、微光电视、X光像增强器、高速示波管，以及光子计数、X-射线、紫外光子、电子、离子、带电粒子、亚原子粒子等的探测。微通道板（MCP）北方夜视MCP系列参数MCP具有体积小、重量轻、分辨力好、增益高、噪声低、使用电压实际应用中，光电阴极将被观察的弱光信号或二维图像变为电信号或电子图像信号发射出来，再经电子透镜或均匀场将其传输至微通道板的输入端面。二维图像光电阴极微通道板（MCP）荧光屏光电子发射二次电子发射在这里，电子图像被板面上的几百万个微通道口分割成几百万个“像素”，而各个通道间彼此独立地进行传输放大，因而各图像的空间分布没有改变，于是在微通道板的输出端得到被增强了的电子图像。这个电子图像再被均匀加速电场加速后，射到荧光屏上，于是在屏上则显示出清晰明亮的光学图像。微通道板像增强器工作过程实际应用中，光电阴极将被观察的弱光信号或二维图像变为电信号或光电阴极荧光屏（1）近贴聚焦MCP像增强器

近贴式MCP像增强器又称为平面型或薄片型像增强器。它是把MCP平行放置在光电阴极和荧光屏之间，三者相互靠得很近，故称双近贴式。性能典型值：亮度增益：5×103cd·m-2lx-1；分辨率：30lp·mm-1；微通道板像增强器两种聚焦形式光电阴极荧光屏（1）近贴聚焦MCP像增强器近贴式MCP像(2)倒像式锐聚焦MCP像增强器

结构：在单级第一代像增强器中，加上一块微通道板MCP，MCP与光电阴极之间是静电透镜，与荧光屏之间是近贴均匀场。这种结构的优缺点：分辨率高，像质好；但噪声较大。静电聚焦式MCP像增器(2)倒像式锐聚焦MCP像增强器结构：在单第3代技术是目前像增强夜视技术的最高水平，在任何野战条件下均能提供清晰的图像。

特点:它有一个最高灵敏度的负电子亲和势砷化镓光电阴极，有延长管子使用寿命的离子隔离膜（为了防止离子反馈损坏精致的光电阴极）。砷化镓光电阴极的敏感度扩展到近红外区域，该区域的夜光照射和对比度都是最大的。

三、第三代微光像增强器——Ⅲ-V族负电子亲和势光电阴极像增强器微光夜视仪第3代技术是目前像增强夜视技术的最高水平，在任何野战条件下

优点：

体积小，重量轻，整管长度和重量约为一代级联管的二分之一；亮度便于调节；减少了荧光屏的光反馈；整管电压较低。缺点：噪声大，主要是附加噪声；图像不够均匀；工艺难度大，主要是制作以及后续工序对MCP有影响。微通道板像增强器的优缺点优点：缺点：微通道板像增强器的优缺点1.多狭缝条纹变像管应用举例1.多狭缝条纹变像管应用举例

性能参数：

光谱响应范围：200nm-900nm

254nm的量子效率：≥20%

增益(在254nm）：≥103将人眼不可见的紫外光线转换增强为人眼或图像探测器的光线，主要用于痕迹鉴定、导弹预警、火警探测器、电力线高压可见漏电和科学研究等。滤光片:254nm、365nm、415nm、445nm、532nm、540nm、800nm、850nm2.紫外像增强器

性能参数：

光谱响应范围：200nm-9德国蔡司、奥地利施华洛世奇、加拿大纽康、美国博士能、俄罗斯猫头鹰、国产熊猫夜视仪等。主动式红外夜视仪微光夜视仪热像仪3.夜视仪德国蔡司、奥地利施华洛世奇、加拿大纽康、美国博士能、俄罗斯猫(1)WGS15-1型手持微光夜视仪以微光像增强器为核心携带方便的一代手持微光夜视仪，该夜视仪配有IR助视灯，视场大、体积小、重量轻、使用方便。用途：用于夜间和低照度下进行观察。在公安侦破、边防守卫、海关及科学研究等方面均可广泛运用。

性能参数：

物镜孔径：48毫米放大倍率：1.8倍物方视场：17°

调焦范围：5米～无穷远视度范围：±5屈光度出瞳直径：7毫米分辨力：≤2.8毫弧度工作电压：3伏直流（标准5号电池）像增强器：一代像增强器尺寸：192(L)×66(W)×88(H)质量：0.7公斤(1)WGS15-1型手持微光夜视仪以微光像增强器为核(2)WGT46-1型超二代头盔微光观察镜主要特点：该观察镜采用超二代象增强器，灵敏度高、观察效果好。该观察镜配有与头盔相联的支架，可以方便、快捷的安装、拆卸，也可当作袖珍手持微光观察镜使用。该观察镜体积小、重量轻，整机性能优良。用途：适合单人夜间行动、观察使用，也可用于夜间巡逻或近距离操作器械、维护保养。

性能参数：

放大率：1×

视场：38°

物镜调焦范围：250mm～∞出瞳直径：7mm

分辨力：1.59LP/mrad

工作电压：3VDC（采用日本松下CR2锂电池）像增强器：高性能超二代像增强器（1XZ18/18WS-1）(2)WGT46-1型超二代头盔微光观察镜主要特点：该观察光电成像原理图像是空间变化的光强信息，则图像探测器必须能感受到空间不同位置的光强变化，即成像。成像扫描成像电子束扫描成像（光导摄像管）光机扫描成像（热像仪）固体自扫描成像（CCD摄像机）非扫描成像照相机、电影摄影机、变像管光电成像原理图像是空间变化的光强信息，则图像探测器必须能感受光电成像原理图像探测器的功能是把光学图像信号转换为电信号。即把入射到探测器光敏面上按空间分布的光强信号转换为按时序串行输出的电信号——视频信号。把空间图像信号转换为按时序变化的电信号的过程称为扫描。光电成像原理图像探测器的功能是把光学图像信号转换为电信号。§5.2摄像管摄像管：摄制图像、存贮和处理，即将光学图像转变成适于处理和传递的时间序列的一维电信号。摄像管不是产生输出图像，而是把输入图像转换为便于传输的电信号，这一电信号即是视频信号。显像管等设备可将处理后的视频信号转换为输出的光学图像。§5.2摄像管摄像管：摄制图像、存贮和处理，

具体分为以下四个过程：

1.光学图像各个像素转变成电荷（电位）图像；

2.对电荷图像进行存贮和积累构成电荷图；

3.对电信号进行放大和增强；

4.对存贮电荷图像的各个像素进行有序扫描，输出与输入信息成比例的一维电信号。

具体分为以下四个过程：一、摄像管的分类（按光电变换的形式）把有移象区的摄象管称为光电发射式摄象管，它的光电变换部分和光信息存储部分彼此分离，总称为移象区。1.内光电变换型（光电导型）

2.外光电变换型（光电发射型）移像区(加速电场)：增强光电子能量，获得增益，提高灵敏度。把没有移象区的摄象管称为光电导式摄象管或视象管，它的两部分功能全由一个靶来完成。电子枪部分二者基本相同。一、摄像管的分类（按光电变换的形式）把有移象区的摄象管称为光

二、摄像管的组成

（一）光电变换与电荷存贮（积累）部分光电导体：利用光电导效应光电发射体：利用光照下发射电子(1)光电变换部分：

将光学图像转化成电荷图像(2)电荷存贮（积累）部分：为了对微弱的瞬时信号积累，采用积累元件对整个帧周期产生的信号不断积累。要求：帧周期内的信号不漏走，足够的绝缘能力和很高的电阻。光电变换部分与存储部分、信号阅读部分二、摄像管的组成（一）光电变换与电荷存贮（积累）部分光电导体信号板光电导体：利用光电导效应光电发射体：利用光照下发射电子成像面扫描面扫描区移像区靶光电信号板光电导体：利用光电导效应成像面扫描面扫描区移像区靶

光电靶面光电导薄膜，景物图像成像于此。连续薄膜并非分割成单个像素，而由电子束逐点连续扫描获得。像素的面积取决于电子束的截面面积。光电图像照射靶面时，激发出与光照度成比例的光生载流子改变了靶面各点电导率，材料电导率增大即电阻值减小。靶面上光强分布图转换为电位分布图，实现了光电转换和电荷积累的过程。光电靶面光电导薄膜，景物图像成像于此。连续薄膜并非分割成电子束V光照RLC1R1R2C2CnRn视频信号光电导靶面工作原理及等效电路电子束KVABRLC光照透明导电层光电导材料在厚度方向等效于电容与电阻的并联；真空管内侧表面B与阴极K间加电压V。无光照时，各像素电阻大，暗电流小，电子束逐点扫描到某像素时该像素接通电源电容被充电，B面是阴极电位。电子束离开该像素时通过电阻R放电。（暗电阻大，放电电流（暗电流）微弱）光电图像照射靶面时，材料电导率增大即电阻值减小，电容对电阻放电，B侧面电位上升，则靶面上光强分布图转换为电位分布图，实现了光电转换和电荷积累的过程。电子束V光照RLC1R1R2C2CnRn视频信号光电导靶面工（二）信号阅读部分：

从靶面取出信号的任务是由阅读部分来完成的。阅读部分包括电子束发射系统（电子枪）

和电子束聚焦扫描系统。（二）信号阅读部分：从靶面取出信号的任务是由阅读部分来电子束V光照RLC1R1R2C2CnRn视频信号光电导靶面工作原理及等效电路电子束KVABRLC光照透明导电层电子束第二次再扫描到某像素时，电源V再次对电容充电，此时充电电流在负载电阻RL上产生压降，充电电流的大小与入射光强有关。则负载电阻上获得的视频信号对应于B面上各像素的电位变化。电子束扫描到某像素时，一方面读出它的电位，同时使B面上这一点电位恢复到阴极电位，准备下次摄像。电子束对靶面逐行扫描，扫完一帧后开始第二帧。两帧之间靶面对光强进行转换，进行电荷积累，在扫到像素时进行信号读出。。电子束V光照RLC1R1R2C2CnRn视频信号光电导靶面工（三）主要参数：１．分辨率：输出图像细节的鉴别能力，以线对表示。

影响因素：电子束截面的大小，截面内电流的分布及电子束的运动；靶面上载流子的扩散运动。２．动态范围：最高入射照度与最低入射照度之比。减小电子束截面（降低平均效应），提高分辨率；采用横向电阻率较大的靶面材料减小扩散运动，提高分辨率（扩散运动使像素间电荷分布产生平均效应降低了分辨率）。（三）主要参数：１．分辨率：输出图像细节的鉴别能力，以线对abcdefghijkl13579光敏板上的像光导电视摄像管光电转换过程透明电极相对于电子枪加有正电压，则电子束可以穿过光导膜形成回路，在扫描电路控制下对光导薄膜自左向右、有上到下逐行扫描。20～300V发送汉字“中”时，摄像机对准“中”字，经透镜成像至摄像机的光电靶面；abcdefghiabcdefghijkl13579行正程行逆程自上而下扫描所有行即是一帧光电转换的扫描过程扫描的实际作用就是按顺序将光导膜一个一个小面元接入回路。光导膜上有无“中”字处的光电导不同，则光导摄像管的输出信号亦随之不同。abcdefghi相应于“中”字的输出信号波形为tuO摄像管输出电压abcdefghijkl13579光敏板上的像tuOtuOtuO则实现了图像的光电转换。相应于“中”字的输出信号波形为tuO摄像管输出电压ababcdefghijkl13579像素每一小格为一个传送单位，即像素。我国采用625行制。目前电视屏幕宽高比为4:3,则水平方向为833格，则一帧图像的像素为625×833＝520625个。传送活动的图像，只需将图像在一秒钟内传送很多遍（传送一遍即一帧，人眼的视觉暂留时间决定一般传送25遍）。即帧频为25Hz。像素abcdefghi

靶面由二维排列的微小硅光电二极管列阵组成，每个光电二极管为一个像素；

硅靶的光谱响应峰值在500nm~850nm。

靶面无光照时，电子束扫描把外电场引入光电二极管并使pn结得到反向偏置，此时反向漏电流（暗电流）很小；

电子束扫过后接收光照，pn结产生电子空穴对，在内建电场作用下光生载流子在pn结两侧积累并使pn结势垒下降；电子束再次扫描时回路中形成比暗电流高的光电流，在负载电阻上得到对应于光强的电信号。同时外电场复原二极管内建电场准备下一帧摄像；三、硅靶摄像管靶面由二维排列的微小硅光电二极管列阵组成，每个光电二极

硅靶摄像管和像增强管在管内串接而成。

移像区有很高电子加速电场，使电子达到靶面有很高的能量，高能电子在靶面上感应大量电子空穴对，得到增强的电荷图像。

扫描区把增强的电子图像读出，于是管子灵敏度高，可做低照度摄像，可对10－5lx以下景物敏感。

光电分布图像入射到多碱光电阴极上产生光电子发射效应而得到光电子发射图像，经移像区将其成像到硅靶上。四、硅靶电子倍增摄像管(SEM)硅靶摄像管和像增强管在管内串接而成。移像区有很高真空摄像管真空摄像管不仅可以将光学图像转变为电子图像信号，还可以将电子图像利用无线电或有线电电子学的方法进行远距离传送和图像重现。它不仅能超越障碍提供远距离景物的图像，而且能够在大屏幕上显示，其亮度和对比度还可以调节。真空摄像管真空摄像管不仅可以将光学图像转变为电子图像信摄像管的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，具体摄像摄像过程可分为三个步骤：摄像管的摄像过程是将两维空间分布的光学图像转换为一维时间第五章--其它光电探测器件ppt课件第五章--其它光电探测器件ppt课件象管和摄象管的主要区别:象管内部没有扫描机构，不能输出电视信号，对它的使用就跟使用望远镜去观察远处景物一样，观察者必须通过它来直接面对着景物。总结象管和摄象管的主要区别:象管内部没有扫描机构，不能输出电视信光电摄像器件应具有三种基本功能：光电变换、光电信号存储和扫描输出。光学图像投射到器件光敏面后，称为像素的独立的光敏单元分别完成光电转换，在光敏面上形成电量的潜像。扫描装置形成的扫描线按一定的轨迹串行、逐点地采集这些转换后的电量形成输出信号。扫描线经过某一个像素的时间只占扫描整个光敏面所需周期的极小部分，为了提高检测灵敏度，每个像素在扫描周期内应不间断地对转换后的电量进行积累，这种功能称为光电信号的积分存储。光电摄像器件应具有三种基本功能：光电变换、光电信号存储和扫描§5.3CCD图像传感器电荷耦合器件（chargedcoupleddevice）；CCD的突出特点是以电荷作为信号，实现电荷的存储与转移，而不同于其它大多数器件是以电流或者电压为信号；由MOS构成的密排器件；信息存储和信息处理；摄像装置。§5.3CCD图像传感器电荷耦合器件（chargeCCD光敏单元阵列CCD光敏单元阵列三、CCD的工作原理CCD工作过程的主要是信号电荷的产生、存储、传输（耦合）和检测。

一个完整的CCD器件由光敏元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。

CCD工作时，在设定的积分时间内，光敏元对光信号进行采样，将光的强弱转换为各光敏元的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷在转移栅信号驱动下，转移到CCD内部的移位寄存器相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。输出信号可接到示波器、图像显示器或其它信号存储、处理设备中，可对信号再现或进行存储处理。三、CCD的工作原理CCD工作过程的主要是信号电荷首先，用光学系统将景物聚焦在器件表面，由于光激发，在半导体内部就会产生电子－空穴对，其中少数载流子被附近势阱所收集。由于每一单元电极下所存储的少数载流子的数目与光强有关，因此一个光学图像可转化成栅极下面的电荷图像。随着时间的增加，积累的电荷越来越多。这就是光电转换和存储过程。然后以一定的方式给不同栅极加偏压，使电荷按一定顺序转移，最后在输出端输出，从而使图像转变为视频信号。首先，用光学系统将景物聚焦在器件表面，由于光激发，在半导体内

在CCD中，电荷注入的方法有很多，归纳起来，可分为光注入和电注入两类。CCD摄象器件为光注入方式；通过光电转换把照度分布转换成电荷分布注入到每一位的势阱中。CCD信息存储和信息处理为电注入方式；

通过输入端注入与信号成正比的电荷。1.信号电荷的产生（注入）在CCD中，电荷注入的方法有很多，归纳起来，可分为光注入光注入当光照射到CCD硅片上时，在栅极附近的半导体体内产生电子－空穴对，其多数载流子被栅极电压排开，少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。光注入当光照射到CCD硅片上时，在栅极附近的半导体体内产生电电注入CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，然后将信号电压或电流转换为信号电荷。电注入的方法很多，一般常用的是电流注入法和电压注入法。电注入CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，然后将信号构成CCD的基本存储单元是MOS(MetalOxideSemiconductor)结构，光敏元的结构是在半导体(P型硅)基片上形成一种氧化物(如二氧化硅)，在氧化物上再沉积一层金属电极，以此形成金属－氧化物－半导体结构元。

-V1-V2-V3三个相邻的MOS结构的存储作用MOS光敏元的结构2.信号电荷的存储构成CCD的基本存储单元是MOS(MetalOxide通过将一定规则变化的电压加到CCD各电极上，电极下的电荷包就能沿半导体表面按一定方向移动。CCD电极间隙必须很小（小于3um），电荷才能不受阻碍地从一个电极向另一个电极转移.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称为P型沟道CCD，简称为P型CCD。由于电子的迁移率(单位场强下的运动速度)远大于空穴的迁移率，因此n型CCD比p型CCD的工作频率高很多。3.信号电荷的传输（耦合）通过将一定规则变化的电压加到CCD各电极上，电极下的电荷包就CCD电荷传输的方式：FT(FrameTransfer)帧转移

IT(InterlineTransfer)行间转移

FIT(FrameInterlineTransfer)帧行间转移CCD电荷传输的方式：FT(FrameT

在半导体硅片上按线阵或面阵排列MOS单元，如果照射在这些光敏元上的是一幅明暗起伏的图像，则这些光敏元上就会感生出一幅与光照强度相对应的光生电荷图像。在半导体硅片上按线阵或面阵排列MOS单元，如果照射在-V1-V2-V1123456789(a)-V3-V1-V2123456789(b)-V1-V2-V1123456789(c)金属电极所加脉冲电压：N型CCD的传输方式1,4,7等栅下的半导体对空穴形成势阱，在1,7中注入空穴2,5,8等栅下出现更深的势阱，电荷出现转移只有栅2,5,8下有势阱，1,7的电荷已存储到2,5,8势阱中，此时电荷向右移动了一个栅的位置加负电压

－V1>－V2>－V3加负电压

－V1>－V2-V1-V2-V1123第五章--其它光电探测器件ppt课件CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，以矩阵的方式排列，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过滤波、放大处理，通过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。目前，CCD输出方式主要有电流输出(二极管输出)，浮置扩散放大器输出和浮置栅放大器输出。4.信号电荷的检测（输出）CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，以矩阵的方式排列，经周期性01111100光敏管阵列并联串联转换器运算电路显示电路结束信号驱动脉冲CCD0光敏管阵列并联串联转换器运算电路显示电路结束信号驱动脉冲CCCD就象一排排输送带上并排放满了小桶，光线就象雨滴撒入各个小桶，每个小桶就是一个像素。按下快门拍照的过程，就是按一定的顺序测量一下某一短暂的时间间隔中，小桶中落进了多少“光滴”。CCD就象一排排输送带上并排放满了小桶，光线就

CCD具备光电转换、信息存储和传输等功能，它存储由光或电激励产生的信号电荷，当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便能在CCD内作定向传输。具有集成度高、功耗小、分辨率高、动态范围大等优点。CCD的基本功能CCD具备光电转换、信息存储和传输等功能，它存储由光或

在电子计算机或数字系统中信息存贮与处理摄像装置

航空航天、天文遥感、尺寸及光谱测量、传真和扫描技术、医疗仪器、广播摄像、高速摄像、工业视觉系统及军事电子对抗等。CCD应用的分类：在电子计算机或数字系统中信息存贮与处理航空航特点:(1)非接触检测;(2)响应快;(3)可靠性高,为修简便;(4)测量精度高;(5)体积小,重量轻;容易与计算机连接(6)对被测物体需要强光照射;(7)受被测物体以外的光的影响.条形码扫描器应用:(1)宽度测量;(2)外径测量;(3)主轴径向跳动测量。特点:条形码扫描器应用:CCD主要特性1.体积小，重量轻，耗电少，启动快，寿命长

2.光谱相应范围宽

3.灵敏度高

4.暗电流小，监测噪音低

5.动态响应范围宽

6.分辨率高

7.与微光像增强器级联，低照度下可采集信号

8.有抗过度曝光性能CCD主要特性1.体积小，重量轻，耗电少，启动快CCD主要性能指标

像素数：感光元件的数量

CCD尺寸：感光器件的大小帧频：采集图像的速度CCD主要性能指标像素数：感光元件的数量1、转移效率η：信号电荷包在进行一次转移中的效率。即电荷包从一个栅极势阱转移到下一个栅极势阱时，有η部分的电荷转移过去，余下ε（称为失效率）部分没有被转移，根据电荷守恒定律有：电荷量为Q0的电荷包经过n次转移后的电荷输出量为：成百上千次转移后，即使η接近1，总的效率仍然很低。如：

二相1024位器件，当η＝0.999时，总效率不到0.13。总效率1、转移效率η：信号电荷包在进行一次转移中的效率。即电荷包

造成电荷没有转移过去的因素是：

界面态俘获（或体态俘获）电荷转移速度太慢；电极间隙的影响；表面复合一定的η值限定了器件的最长位数n；对于长线阵和大面阵CCD要求η>99.99%，对于100万像素以上的CCD要求η>99.999%~99.9999%

。造成电荷没有转移过去的因素是：界面态俘获（或体态2、分辨率：指摄像器件对物象中明暗细节的分辨能力。CCD的分辨率与每个像元的尺寸和像元之间的间距有关；CCD器件像素数越多，分辨率越高；当像素数一定时，转移损失率对空间分辨率的影响也很大；光生载流子的横向扩散引起像素间的相互干扰，造成空间分辨率的减小。在CCD像素数目相同的条件下，像素点大的CCD芯片可以获得更好的拍摄效果。大的像素点有更好的电荷存储能力，因此可提高动态范围及其它指标。2、分辨率：指摄像器件对物象中明暗细节的CCD的分辨率与3、暗电流：CCD在既无光注入又无电注入情况下的输出信号称为暗信号，即暗电流。主要来源：半导体衬底的热产生；耗尽区的产生复合中心的热激发载流子；（主要）耗尽区边缘的少子热扩散；界面上的产生中心的热激发。3、暗电流：CCD在既无光注入又无电注入情况下主要来源：暗电流的危害：限制器件的低频响应，减小动态范围；

——应尽量缩短信号电荷的存储与转移时间引起固定图像噪声，暗电流在整个成像区不均匀时使像面严重畸变；

——CCD光敏元处于积分工作状态，暗电流积分形成暗信号图像叠加到光信号图像上，引起固定图像噪声，出现个别暗电流尖峰，则一幅清晰完整的图像就会产生某些“亮条”或“亮点”。

暗电流的危害：4、灵敏度：在一定光谱范围内，单位曝光量的输出信号电压（电流）。曝光量是光强与光照时间之积；由CCD器件响应度和各种噪声因素共同决定；

——光子噪声、暗电流噪声、表面捕获噪声等。4、灵敏度：在一定光谱范围内，单位曝光量的输曝光量是光强5、动态范围：对于光照度有较大变化时，器件仍能线性响应的范围。上限由电荷最大存贮容量决定，下限受噪声所限制；通常在103~104数量级。6、线性度：在动态范围内，输出信号与曝光量的关系是否成直线关系。弱信号下线性度较差（器件噪声影响大，信噪比低，引起一定离散