数码镜头设计原理三

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1、第三节光谱与亮度问题解决这个问题，要有CCD的光谱灵敏度和白光积分灵敏度数据。我在网上找到了一篇介召CCD性能较好的文件，由于篇幅限制，只能摘录如下。3）光谱特性现在固件摄象器件中的感光元件都是用半导体硅材料来作的，所以灵敏范围为0.4〜1.15问左右，但光谱特性曲线不象单个硅光电二极管那么锐利，峰值波长为0.65〜0.9gm左右。0.30.4050.6070.80.91.01.11041CP102-QyT」H}AE/ffltfH笑1oO00.O1O3CCD的光谱特性与光电特性曲线4）光电特性在低照度下，CCD的输出电压与照度有良好的线性关系。照度超过

2、1001X以后，输岀有饱和现象。由上资料可见，为了使CCD从光学系统中采集更多的能量，应使光学系统透过光的能量，其峰值在650纳米处。我们测过杭照所的一个镜头，有个滤波片是透黄绿光的。说明了其透光峰值点选在650纳米处。由上资料可见，CCD的白光积分灵敏度的包容量是很大的。其线性区要求照度在100Lx以内。当CCD用于计量时，应注意在线性区使用它。另外还可据此提出光电接口的能量转换数据。为了能进一步了解CCD的一些性能，特将资料中有关部分摘录如下：CCD的主要参量1）转移效率n和损耗率e电荷包从一个势阱向另一个势阱中转移，不是立即的和全部的，而是有一个

3、过程。为了描述电荷包转移的不完全性，引入转移效率的概念。在一定的时钟脉冲驱动下，设电荷包的原电量为Q。，转移到下一个势阱时电荷包的电量为0,则转移效率耳定义为n二Qi/QoE表示残留于原势阱中的电量与原电量之比，故£=1-n如果线阵列CCD共有n个极板，则总效率为iT。引起电荷包转移不完全的主要原因是表面态对电子的俘获和时钟频率过高，所以表面沟道CCD在使用吋，为了减少损耗，提高转移效率，常采用偏置电荷技术，即在接收信息电荷Z前，就先给每个势阱都输入一定量的背景电荷，使表面态填满。这样，即使是零信息，势阱中也有一定量的电荷。因此，也称这种技术为“胖零(

4、fatzero)"技术。另外，体内沟道CCD采取体内沟道的传输形式，有效避免了表面态俘获，提高了转移效率和速度。2)时钟频率的上、下限CCD是利用极板下半导体表而势阱的变化来储存和转移信息电荷的，所以它必须工作于非热平衡态。时钟频率过低，热生载流子就会混入到信息电荷包中去而引起失真，时钟频率过高，电荷包来不及完全转移，势阱形状就变了，这样，残留于原势阱中的电荷就必然多，损耗率就必然大。因此，使用时，对时种频率的上、下限要有一个大致的估计。(a)时钟频率的下限f卜「决定于非平衡载流子的平均寿命I,一般为毫秒量级。电荷包在相邻两电极之间的转移吋间t,应小于

5、t,对于三相CCD,电荷包从前一个势阱转移到后一个势阱所需的时间为T/3,所以f下>1/3t对于二相CCD,f下>1/2t(b)时钟频率的上限仁f」决定于电荷包转移的损耗率£,就是说，电荷包的转移要有足够的时间，电荷包转移所需的时间应使之小于所允许的值。时钟频率上限f上可作如下估算，设J为CCD势阱中电量因热扩散作用衰减的时间常数，与材料和极板的结构有关，一般为102级。若使£不大于要求的5值，则对于三相CCD有f上W-1/(355)对于二相CCD有f丄W-l/(255)2)光谱特性(见上)