光電檢測(cè)成像器件

光電檢測(cè)成像器件第1頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．轉(zhuǎn)換系數(shù)(增益)L：光電成像器件在法線方向輸出的亮度E：輸入光電成像器件的輻照度2.光電靈敏度（響應(yīng)度）二、光電成像器件的特性3．時(shí)間響應(yīng)特性

光電成像器件的惰性來(lái)源于光電導(dǎo)效應(yīng)的滯后和電容效應(yīng)的滯后。在提取動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，攝像管的光電流輸出滯后于輸入的光信號(hào)輻射，攝像管的惰性第2頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4圖像信號(hào)的概念。

圖像信噪比兩個(gè)相鄰的像元，具有不同的輻射亮度。令兩個(gè)像元的輻射量子數(shù)分別為n1和n2。兩個(gè)像元的差異就代表了圖像細(xì)節(jié)的信號(hào)。圖像信號(hào)為根據(jù)統(tǒng)計(jì)光學(xué)理論，弱光滿足泊松分布，其均方根方差等于均值，所以有圖像噪聲5圖像噪聲。

第3頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6圖像分辨力分辨力是以人眼做為接收器，所判定的極限分辨能力。通常用光電成像在一定距離內(nèi)能分辨的等寬黑白條紋數(shù)來(lái)表示。

直視型光電成像器件：取輸入像面上每毫米所能分辨的等寬黑白條紋數(shù)表示分辨力。記為：lp·mm-1

非直視型光電成像器件：取掃描線方向，圖像范圍內(nèi)所能分辨的等寬黑白條紋數(shù)表示分辨力。簡(jiǎn)稱為電視線。（水平分辨力為466線，垂直分辨力為400線.

）第4頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

把各種不可見圖像(包括紅外圖像，紫外圖像及射線圖像)轉(zhuǎn)換成可見圖像的器件稱為變像管。把強(qiáng)度低于視覺(jué)閾值的圖像增強(qiáng)到可以觀察程度的器件稱為像增強(qiáng)管。變像管與像增強(qiáng)管統(tǒng)稱為像管，三非掃描型像管第5頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）變像管光電陰極(光敏面)、電子光學(xué)系統(tǒng)、熒光屏高真空管殼組成。工作過(guò)程：輻射圖像形成在光電陰極上，光電陰極上各點(diǎn)產(chǎn)生正比與入射輻射的電子發(fā)射，形成電子圖像電子光學(xué)系統(tǒng)將電子像傳遞到熒光屏上，在傳遞過(guò)程中將電子像放大熒光屏受電子轟擊發(fā)光，形成可見光圖像，完成光電轉(zhuǎn)換第6頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)光電陰極要求是：具有很高的光譜響應(yīng)靈敏度，熱發(fā)射電流小，均勻性好。像管的光電陰極S-25(Sb-Na-K-Cs)S-20(Sb-K-Na-Cs)GaAs變像管的電子光學(xué)系統(tǒng)第7頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月變像管的熒光屏像管對(duì)熒光屏的主要要求是：適合人眼觀察的發(fā)光光譜；足夠高的發(fā)光亮度；高分辨力和好的傳輸函數(shù)；合適的余輝時(shí)間；良好的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

(Zn．Cd)S·Ag熒光粉，其發(fā)光顏色為黃綠色，峰值波長(zhǎng)0.560μm，10％余輝時(shí)間0.05—2ms。

像管的熒光屏是由熒光物質(zhì)(粉粒)刷涂在基底上制成。它是像管中完成電光轉(zhuǎn)換的部件。第8頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）像增強(qiáng)器

通常將增強(qiáng)器管(增像管)與高壓電源經(jīng)灌封工藝組裝成整體的組件，稱為微光像增強(qiáng)器，裸管為增像管或單管。微光像增強(qiáng)器的組成及工作原理輸入圖像輸出圖像光電陰極熒光屏輸入光纖板輸出光纖板加速電極聚焦電極電子軌跡像增強(qiáng)器基本結(jié)構(gòu)類似于變像管：光電陰極，電子光學(xué)系統(tǒng)，電子倍增器，熒光屏第9頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)光電陰極要求是：具有很高的光譜響應(yīng)靈敏度，熱發(fā)射電流小，切均勻性好。一種典型的銻鉀鈉銫多堿陰極，編號(hào)為s－20。像管的光電陰極s－25（銻鈉鉀銫）光電陰極的光譜響應(yīng)向紅外有所延伸，用于第一代和第二代增像管。第三代像增強(qiáng)器是在二代近貼管的基礎(chǔ)上，將s－25陰極置換為砷化鎵負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極(GaAsNEA)。其靈敏度幾乎是二代光電陰極的3—4倍。第10頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三種光電陰極的光譜響應(yīng)效率曲線S-25(Sb-Na-K-Cs)S-20(Sb-K-Na-Cs)GaAs第11頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一代管單管結(jié)構(gòu)第12頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一代三級(jí)級(jí)聯(lián)象增強(qiáng)管第13頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微通道式像增強(qiáng)管（二代管）靜電聚焦微通道像增強(qiáng)管。第14頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光陰極微通道板熒光屏近貼式第二代像管結(jié)構(gòu)第15頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二代近貼管光陰極MCP熒光屏光纖扭曲器光纖面板第16頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微光像增強(qiáng)器的性能參數(shù)

有效光電陰極直徑在像管輸入端上與光電軸同心、能完全成像于熒光屏上的最大圓直徑。光通量增益G。用色溫為2856K土50K的鎢絲白熾燈照射像管的光電陰極，熒光屏輸出的光通量Φ出與輸入到光電陰極的光通量Φ入之比為光通量增益，即：

有效熒光屏直徑在像管輸出端上與光電軸同心，并與有效光電陰極直徑成物像關(guān)系的圓直徑。第17頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光亮度增益GL熒光屏的法向輸出光亮度L出與光電陰極輸入光照度Eλ之比即為光亮度增益，即：暗背景光亮度光電陰極無(wú)光照時(shí)，處于工作狀態(tài)的像管熒光屏上的輸出光亮度稱為暗背景光亮度。[Cdm-2Lx-1]第18頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月放大率熒光屏上輸出像的幾何大小與光電陰極上輸入像的幾何大小之比。分辨力像管分辨相鄰兩個(gè)物點(diǎn)或像點(diǎn)的能力。畸變距離光電軸中心不同位置處各點(diǎn)放大率不同的表征。以該點(diǎn)處的放大率與中心放大率的差除以中心放大率表示第19頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月WJII型頭盔式微光夜視儀第20頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四掃描型攝像管

能夠輸出視頻信號(hào)的一類真空光電管稱為攝象管。將二維空間分布的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化為一維時(shí)序電信號(hào)光電發(fā)射式攝象管光電導(dǎo)式攝象管R靶電子束電子槍R光電陰極靶電子束電子槍移像區(qū)第21頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光電發(fā)射式攝象管光電導(dǎo)式攝象管R靶電子束電子槍R光電陰極靶電子束電子槍移像區(qū)光電攝像器件的工作過(guò)程：1、光電轉(zhuǎn)換：光學(xué)圖像投射到器件光敏面上，以象素為單元分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，形成電量的潛像。2、光電信號(hào)的存儲(chǔ)：每個(gè)象素在掃描周期內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)換的電量進(jìn)行存儲(chǔ)。3、掃描：掃描線按一定軌跡逐點(diǎn)采集轉(zhuǎn)換后的電量，形成輸出信號(hào)。第22頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月RLC防反射膜信號(hào)板光導(dǎo)靶1）光導(dǎo)靶

由光窗、信號(hào)板和靶組成。靶面的軸向電阻小，橫向電阻大，有利于保持光電轉(zhuǎn)換形成電量的潛象，并在掃描周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)積分存儲(chǔ)。視象管的基本結(jié)構(gòu)：光導(dǎo)靶和電子槍。一）光電導(dǎo)式攝象管（視象管）第23頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月RLC防反射膜信號(hào)板光導(dǎo)靶聚焦線圈偏轉(zhuǎn)線圈校正線圈聚焦電極加速電極K聚焦線圈校正線圈偏轉(zhuǎn)線圈G2）電子槍

電子槍的作用是產(chǎn)生熱電子，并使它聚焦成很細(xì)的電子射線，按著一定的軌跡掃描靶面。逐點(diǎn)地采集這些轉(zhuǎn)換后的電量形成串行輸出信號(hào)。第24頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）視頻信號(hào)的形成

—幀圖像可分成四十多萬(wàn)個(gè)像元。每個(gè)像元可用一個(gè)電阻和電容c來(lái)等效。

電容c起存儲(chǔ)信息的作用，電阻R隨著光照度的增大而變小，無(wú)光照時(shí)R為暗電阻R0、光照后變?yōu)镽c(E)，是與照度有關(guān)的變量。視頻信號(hào)RLCLEK每個(gè)象元（象素）有序的轉(zhuǎn)化為視頻電信號(hào)第25頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）硅靶攝象管硅靶是貼在信號(hào)板上的一塊硅片，朝著電子槍一面生成幾十萬(wàn)個(gè)相互隔離的PN結(jié)(光電二極管)。硅靶窗口玻璃內(nèi)表面涂有一層很薄的金屬膜，有引線同負(fù)載相連，稱為信號(hào)板。玻璃面板信號(hào)板電阻海RL工作過(guò)程：光照在P型島上形成電勢(shì)—電子線掃描連線形成電流—在輸出電阻上產(chǎn)生與視頻對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)（P型島拉回低電位）第26頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅靶的特性1)抗燒傷性耐強(qiáng)光、耐高溫2)光譜特性及靈敏度

硅靶的光譜響應(yīng)范圍為0.4～1.1μm．峰值波長(zhǎng)為0.65～0.85μm。3)暗電流

硅靶的暗電流較大，約為10nA，且隨溫度每升高9℃，暗電流約增加一倍。第27頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光導(dǎo)攝像管的光譜響應(yīng)特性曲線a-Sb2S3光導(dǎo)攝像管b-pbO光導(dǎo)攝像管標(biāo)準(zhǔn)型c-pbO光導(dǎo)攝像管全色型d-CdSe光導(dǎo)攝像管e-硅靶攝像管g-ZnCdTe光導(dǎo)攝像管第28頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）氧化鉛靶攝像管

PbO靶攝像管的特點(diǎn)是：

PIN結(jié)構(gòu)，工作原理與硅靶類似靈敏度較高，可達(dá)400μA／lm；暗電流小，低于1nA,光電特性好；惰性小，三場(chǎng)后殘余信號(hào)不大于4％。NIPSnO2透明導(dǎo)電膜玻璃RLVT（40～60V）信號(hào)板第29頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）碲化鋅鎘靶攝像管碲化鋅錫靶攝像管的靈敏度很高，可在星光下獲得可用的圖象，多用于微光電視。Sb2S2ZnxCd1-xTeZnSe信號(hào)板SnO2ZnSe（N）無(wú)光電效應(yīng)，增強(qiáng)短波光吸收，提供可見光靈敏度，與第二層ZnxCd1-xTe（P）形成異質(zhì)結(jié)。第三層Sb2S2減小電子束注入效應(yīng)，減小暗電流和惰性第30頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二）光電發(fā)射式攝像管光電變換部分和光信息存儲(chǔ)部分彼此分離，組成為移象區(qū)。Al2O3加速電壓8kVAL2O3信號(hào)板（Al膜）疏松的KCl（1）二次電子導(dǎo)電攝像管(SEC)工作過(guò)程：光學(xué)圖像在光電陰極上產(chǎn)生相應(yīng)光電子發(fā)射—加速打到SEC靶上產(chǎn)生二次電子發(fā)生—形成電勢(shì)分布—后面與光電導(dǎo)輸出一樣第31頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

SEC管的主要特性：

1)靈敏度

SEC管整管的靈敏度與光電陰極的靈敏度、加速電壓和靶有關(guān)，一般可達(dá)20000μA／lm。

2)分辨率

25mm管中心分辨事約為600TvL／H

3)惰性三場(chǎng)后殘余信號(hào)小于5％

4)存儲(chǔ)性能

SEC靶的電阻率大于1010Ωcm-1，漏電極小，暗電流小于0.1μA，因此信息電荷可在靶上長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)而不泄漏。

第32頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（2）硅增強(qiáng)靶攝像管(SIT)用硅靶代替SEC管KCl靶即構(gòu)成硅增強(qiáng)靶攝像管(SIT)

靶增益為SEC管的10倍以上，通過(guò)改變移像區(qū)的施加電壓可改變靶的電子增益。移像區(qū)電子槍光電陰極靶第33頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

用光學(xué)纖維面板將像增強(qiáng)器與硅增強(qiáng)靶管耦合在一起．就組成了超高靈敏度的硅增強(qiáng)靶管，通常稱為ISIT管或IEBS管。（3）超高靈敏度的硅增強(qiáng)靶管（ISIT）硅靶光陰極光陰極2光陰極1陽(yáng)極1陽(yáng)極2第34頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、固體成像器件（電荷耦合器件）1）電荷耦合器件的工作原理

MOS結(jié)構(gòu)

與電荷存儲(chǔ)

CCD是由金屬－氧化物－半導(dǎo)體構(gòu)成的密排器件，簡(jiǎn)稱MOS結(jié)構(gòu)，它實(shí)際就是一個(gè)MOS電容。電荷耦合器件(簡(jiǎn)稱CCD)是一種用電荷量表示信號(hào)并用耦合方法傳輸信號(hào)的器件，它具有信號(hào)探測(cè)、延時(shí)、傳輸和積分的多種功能。P或n型硅襯底SiO2金屬(柵）VG第35頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月EvEFp金屬氧化物P型半導(dǎo)體ECEFm柵極電壓Vg=0,p型半導(dǎo)體中均勻的空穴（多數(shù)載流子）分布，半導(dǎo)體中能量線延伸到表面并與表面垂直。

柵極電壓Vg<0,電場(chǎng)排斥電子吸引空穴，使表面電子能量增大，表面處能帶向上彎曲，越接近表面空穴濃度越大，形成空穴積累層。EvEFp金屬氧化物P型半導(dǎo)體ECEFmVG<0Vg<0SiO2柵電極積累層P-SiVg=0SiO2柵電極P-Si第36頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

柵極電壓Vg>0,電場(chǎng)排斥空穴吸引電子，越接近表面空穴濃度越小，形成空穴耗盡層。EvVG》0EFp金屬氧化物P型半導(dǎo)體ECEFmW

柵極電壓Vg》0,電場(chǎng)排斥空穴吸引電子，越接近表面空穴濃度越小，電子濃度甚至超過(guò)空穴濃度，形成反型層。EvEFp金屬氧化物P型半導(dǎo)體ECEFmVG>0WEvEFp金屬氧化物P型半導(dǎo)體ECEFmVG>0WVg》0SiO2柵電極反型層P-SiVg>0SiO2柵電極耗盡層P-Si第37頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

半導(dǎo)體表面與襯底的電壓，常稱為表面勢(shì)，（用VG表示）外加電壓越大，對(duì)應(yīng)有越大的表面電勢(shì)，能帶彎曲的越厲害，相應(yīng)的能量越低，儲(chǔ)存電子的能力越大，通常稱其為勢(shì)阱。注入電子形成電荷包表面勢(shì)與勢(shì)阱VG

051015伏VG空勢(shì)阱P-SiVG=12伏全滿勢(shì)阱P-SiVG=12伏填滿1/3勢(shì)阱P-Si第38頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反型層的出現(xiàn)在SiO2襯底之間建立了導(dǎo)電機(jī)構(gòu)，Vg》0SiO2柵電極反型層P-SiP型襯底n溝道Vg《0SiO2柵電極反型層n-Sin型襯底p溝道n型襯底，柵極加負(fù)電壓，反型層是正電荷，稱為p溝道。p型襯底，柵極加正電壓，反型層是負(fù)電荷，稱為n溝道，第39頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Vg=0SiO2柵電極P-SiVg>0SiO2柵電極耗盡層P-SiVg》0SiO2柵電極反型層P-SinnP-Si襯底源漏輸出柵轉(zhuǎn)移柵電極SiO2n-溝道第40頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電荷包轉(zhuǎn)移和三相時(shí)鐘2伏2伏10伏VGP-SiΦ

①

③③

②2伏2伏10伏VGP-SiΦ

①

③③

②VG2伏2伏10伏P-Si2伏Φ

①

③③

②VGΦ1Φ2Φ3t2t4t1t3t5Φ1Φ2Φ3t1t3t510伏2伏2伏2伏VGP-SiΦ

①

③③

②VG2伏2伏10伏P-SiΦ

①

③③

②第41頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月p襯底鋁柵多晶硅柵Φ1Φ2勢(shì)阱深度Φ1高電位Φ2低電位Φ1

Φ2同電位Φ1低電位Φ2高電位2）兩相CCD結(jié)構(gòu)和工作原理第42頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）電荷耦合器件的性能參數(shù)電荷轉(zhuǎn)移效率電荷損失率工作頻率

電荷本身從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極所需要的時(shí)間tr不能大于驅(qū)動(dòng)脈沖使其轉(zhuǎn)移的時(shí)間T/3，因此，上限頻率下限頻率決定于少數(shù)載流子壽命τ第43頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電荷負(fù)載量電極下能容納的電荷數(shù)量探測(cè)噪聲n電荷轉(zhuǎn)移次數(shù)；fc時(shí)鐘頻率①產(chǎn)生于界面態(tài)或體態(tài)與電荷包相互作用的電荷轉(zhuǎn)移起伏；②背景光輻射引起的電荷變化與暗電流噪聲；③輸出級(jí)的復(fù)位過(guò)程與輸出放大器噪聲。有轉(zhuǎn)移損失就會(huì)有附加的噪盧。通過(guò)n次電荷轉(zhuǎn)移后，電流的轉(zhuǎn)移噪聲將為第44頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

電荷耦合攝像器件就是用于攝像的CCD。它的功能是把成像在CCD的光敏面上的二維光學(xué)圖像信號(hào)，轉(zhuǎn)變成少數(shù)載流子數(shù)密度信號(hào)存儲(chǔ)于MOS電容中,再轉(zhuǎn)移到CCD的移位寄存器(轉(zhuǎn)移電極上的勢(shì)阱）中，在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下順序地移出器件，成為一維視頻信號(hào)輸出。4）電荷耦合攝像器件輸出CCD移位寄存器光敏區(qū)轉(zhuǎn)移柵CCD移位寄存器時(shí)鐘φ單溝道線型ICCD第45頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光敏區(qū)轉(zhuǎn)移柵A輸出ACCD移位寄存器ACCD移位寄存器時(shí)鐘φA輸出BCCD移位寄存器BCCD移位寄存器時(shí)鐘φB轉(zhuǎn)移柵B隔離區(qū)具有雙讀出寄存器的線陣攝像器件CCD第46頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光敏區(qū)轉(zhuǎn)移柵輸出CCD讀出移位寄存器ACCD移位寄存器時(shí)鐘φCCCD移位寄存器時(shí)鐘φA存儲(chǔ)區(qū)隔離區(qū)CCD移位寄存器時(shí)鐘φB面陣CCD三相面陣幀轉(zhuǎn)移攝像器第47頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CCD器件第48頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5）微光電荷耦合成像器件（I-CCD）

普通CCD能夠在(1.5～2.0)×l0-21x下成像，低于l0-21x成像需要采用圖像增強(qiáng)手段,這樣構(gòu)成的I-CCD,既具有CCD成像器件所具有的優(yōu)點(diǎn)．同時(shí)又能在夜天微光下工作.用像增強(qiáng)器與CCD耦合在一起．構(gòu)成圖像增強(qiáng)型I-CCD。第49頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6）電子轟擊型(EB-CCD)

入射光子在光電陰極上轉(zhuǎn)化為光電子，光電子被加速并聚焦在CCD芯片上，光電子穿過(guò)器件正面覆蓋層，在CCD上產(chǎn)生電荷包，一個(gè)光電子－－２０００－３０００個(gè)電子，高靈敏度，但高速電子轟擊產(chǎn)生損傷，工作壽命短CCD光電陰極光學(xué)纖維板1.0~15kv-+CCD光電陰極光學(xué)纖維板1.0~15kv-+CCD光陰極光學(xué)纖維板＋－1.0～15kvCCD光陰極光學(xué)纖維板＋－1.0～15kvCCD光電陰極光學(xué)纖維板螺線管或永久磁鐵1～1.5kVCCD光電陰極光學(xué)纖維板螺線管或永久磁鐵1～15kVCCD光電陰極光學(xué)纖維板螺線管或永久磁鐵1～1.5kVCCD光電陰極光學(xué)纖維板螺線管或永久磁鐵1～15kVCCD光電陰極光學(xué)纖維板螺線管或永久磁鐵1～1.5kVCCD光電陰極光學(xué)纖維板螺線管或永久磁鐵1～15kV靜電聚焦型EB-CCD磁聚焦型EB-CCD近貼型型EB-CCD。第50頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7）單光子陣列成像EMCCDEMCCD(Electron-Multiplying,CCD)技術(shù)，有時(shí)也被稱作“片上增益”技術(shù),它與普通的科學(xué)級(jí)CCD探測(cè)器的主要區(qū)別在于其讀出（轉(zhuǎn)移）寄存器后又接續(xù)有一串“增益寄存器”增益寄存器中有兩個(gè)電極，電極2提供時(shí)鐘脈沖，電極1被加以電壓比轉(zhuǎn)移電荷所需要的電壓高很多（約40～60V）。在電極1與電極2間產(chǎn)生的電場(chǎng)其強(qiáng)度足以使電子在轉(zhuǎn)移過(guò)程中產(chǎn)生“撞擊離子化”效應(yīng)，從而產(chǎn)生了新的電子，即所謂的倍增或者說(shuō)是增益；如此過(guò)程重復(fù)相當(dāng)多次（如陸續(xù)經(jīng)過(guò)幾千個(gè)增益寄存器的轉(zhuǎn)移），可達(dá)1000倍以上。第51頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8）紅外電荷耦合器件(IR-CCD)--紅外焦平面凝視列陣

普通的Si-CCD不能直接用于紅外條件下的凝視模式工作。背景積累會(huì)使器件過(guò)載。單片式IR-CCD混合式IR-CCD第52頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、單片式(IR-CCD)單片式又稱整體式，即整個(gè)IR-CCD做在一塊芯片上。它具體又可分為兩種情況，一種是CCD本身就對(duì)紅外敏感。另一種是把紅外探測(cè)器做在同一基底上．基底通常用硅，而探測(cè)器部分常用本征窄帶或非本征材料，

采用MI

S(即金屬—絕緣物—半導(dǎo)體)器件工藝，由此制成本征窄帶半導(dǎo)體IR-CCD及非本征IR-CCD。

非本征半導(dǎo)體IR-CCD是單片式IR-CCD的另一種形式。它利用非本征材料作探測(cè)器，然后轉(zhuǎn)移送給同一芯片上的CCD。第53頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、混合式IR-CCD

混合式IR-CCD結(jié)構(gòu)的根本特點(diǎn)是把探測(cè)器和CCD移位寄存器分開。

CCD仍用普通硅制版．工藝已相對(duì)成熱。對(duì)幾個(gè)重要的紅外波段，則采用性能優(yōu)良的本征紅外探測(cè)器。

第54頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CCD的現(xiàn)狀

第一、特殊CCD傳感器，如紅外CCD芯片（紅外焦平面陣列器件）、高靈敏度背照式BCCD和電子轟擊式EBCCD等，另外還有大靶面如2048×2048、4096×4096可見光CCD傳感器、寬光譜范圍（紫外光→可見光→近紅外光→3-5μm中紅外光→8-14um遠(yuǎn)紅外光)焦平面陣列傳感器等。

第二、通用型或消費(fèi)型CCD傳感器在許多方面都有較大地進(jìn)展，如CMOS型攝像頭?？偟姆较蚴翘岣逤CD攝像機(jī)的綜合性能。第55頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三、其他固態(tài)攝像器件

（1）電荷注入器件(CID)

CID的基本結(jié)構(gòu)與CCD相似，也是—種MOS列陣。CID與CCD的主要區(qū)別在于讀出過(guò)程：在CCD中，信號(hào)電荷必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)移才能讀出。在CID中，信號(hào)電荷不用轉(zhuǎn)移，是直接注入體內(nèi)形成電流來(lái)讀出的。整個(gè)列陣的信號(hào)讀出是通過(guò)一種叫做“尋址讀出”方式進(jìn)行的，每一次只選中一個(gè)光敏單元。例如，當(dāng)水平移位寄存器電壓脈沖出現(xiàn)在第m位，垂直移位寄存器電壓脈沖出現(xiàn)在第n位時(shí)，所選中的光敏元位置為(m，n)。第56頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（２）

CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路）基本單元電路反相器由N溝道和P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管（P溝道金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成電路和N溝道金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成電路）構(gòu)成，以推挽形式工作,能實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的集成電路,簡(jiǎn)稱CMOS。第57頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路）影像傳感器（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）CMOS像傳感器按信號(hào)讀出方法，可分為：

①無(wú)源像素圖像傳感器(PPS)；光敏單元驅(qū)動(dòng)能力弱，且固定結(jié)構(gòu)噪聲FPN較大。②有源像素圖像傳感器(APS)，性能優(yōu)良

CMOS最明顯的優(yōu)勢(shì)是集成度高、功耗小、生產(chǎn)成本低、容易與其他芯片整合。

CMOS像感器的芯片上可以很容易集成各種數(shù)字電路。從而可構(gòu)成單片視頻攝像機(jī)。

CMOS像傳感器的光譜響應(yīng)寬于CCD像傳感器，在紅外成像領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景第58頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月集成度高、功耗小、生產(chǎn)成本低、容易與其他芯片整合。光譜響應(yīng)寬，圖像響應(yīng)均勻性較差，具有較高的暗電流，信號(hào)讀出速率高，1000M像素?cái)?shù)/s.

CMOS圖像傳感器及其工作原理第59頁(yè)，課件共65頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

CCD圖像傳感器及其工作原理

傳感器靈敏度較CMOS