光电检测技术 第六章ppt课件.ppt

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1、第6章光电成像器件概述掌握内容掌握光电成像器件的基本分类，工作原理及特性参数掌握电荷耦合器件（CCD）的工作原理，主要性能及使用要点理解内容自扫描光电二极管阵列的工作原理，主要性能及使用要点了解内容了解真空摄像管的基本工作原理和特性第6章主要内容6.1光电成像器件概述6.2真空摄像管6.3电荷耦合器件6.4自扫描光电二极管阵列光电成像器件是指能输出图像信息的一类器件，它包括真空成像器件和固体成像器件两大类。真空成像器件根据管内有无扫描机构粗略地分为像管和摄像管，像管的主要功能是能把不可见光（红外或紫外）图像或微弱光图像通过电子光学透镜直接转换成可见光图像，如变像管、像增强器、X射线像增

2、强器等。摄像管是一种把可见光或不可见光（红外、紫外或X射线等）图像通过电子束扫描后转换成相应的电信号，通过显示器件再成像的光电成像器件。固体成像器件不象真空摄像器件那样需用电子束在高真空度的管内进行扫描，只要通过某些特殊结构或电路（即自扫描形式）读出电信号，然后通过显示器件再成像。第6章光电成像器件6.1光电成像器件概述光电成像器件的类型光电成像器件概述图6-2光导电视摄像管图6-3图像各部分顺序传送过程成像原理光电成像器件概述光谱响应取决于光电转换材料的光谱响应，其短波限有时受窗口材料的吸收特性影响。光谱响应光电成像器件的基本特性转换特性通常被定义为光电成像器件的输出物理量与对应物理

3、量的比值关系。转换特性的参量有灵敏度（或响应度）、转换系数及亮度增益等。转换特性光电成像器件的基本特性分辨率是用来表示能够分辨图像中明暗细节的能力。分辨率常用二种方式来描述：一种为极限分辨率；另一种为调制传递函数。分辨率有时也称为鉴别率或解像力等。分辨率光电成像器件的基本特性真空摄像管的种类很多。按其光敏面光电材料的光电效应来分，可分为外光电效应与内光电效应两大类。6.2真空摄像管基本原理真空摄像管性能参数真空摄像管摄像管的光电转换特性光谱响应时间响应特性输出信噪比动态范围图像传递特性光导摄像管出现于20世纪60年代,以后性能得到很大改善,广泛应用于电视摄像等方面。作为摄像装置,必须有

4、三个功能:把图像的像素图转换为相应电荷图的功能，把电荷图暂存器起来的功能和把各个像素依次读出的功能。光导摄像管就具备这三个功能。光导摄像管真空摄像管图1光导摄像管的结构和等效电路在真空管的前屏幕上设置有光电导膜和透明导电膜的阵列小单元。由电子枪射出的电子经电子透镜聚焦成电子束射向光电导膜。通过电子束扫描,读取储存在光导电子靶面上的由于入射光的激励所产生的电子图像。(1)光导摄像管的结构真空摄像管图1(b)示出了原理性的等效电路。R与C并联电路代表光电导膜的像素小单元,并假定为射束的撞击面积。工作时,用电子束逐点扫描像素小单元,把各小单元均充至电源电压V,然后中断。在光的照射下,由于光

5、电导效应,R会变小,C则会放电,电压降低。电压降低的多少与光强成比例,实现把图像的像素图转换为相应的电荷图,并把电荷图暂存起来。当用电子束再次逐点扫描时,如图1(b)所示形成闭合电路,(电子束)所放出的电荷量使C充电。充电电流大小与小单元电压降低的程度成正比。充电电流流过负载电阻RL,从而输出与强弱程度不同的光成正比的电压信号。根据这样的工作原理来扫描二维的光电膜表面,就可获得二维图像信号,完成各个像素信号的依次读出。电子束的偏转有电磁方式和静电方式两种。为使电子加速必须外加300~600V的电压。真空摄像管硅靶结构与工作原理真空摄像管(2)硅靶视像管由于硅靶的量子效率高，在0.35～

6、1.1m的光谱范围内能有效地工作，因此它是光谱响应最宽的一种视像管，可用于近红外电视光电发射式摄像管SIT管结构原理示意图光电发射式摄像管在结构上和工作原理上与视像管都不相同，它带有移像部分，将光电转换和信号存储分开。图像的光电转换由光电阴极完成，存储靶进行光电信号的存储，通过电子束扫描拾取信号。增强硅靶摄像管简称“SIT”(SiliconIntensifledTarget)管，它是在硅靶视像管的基础上发明的。真空摄像管电荷耦合器件(ChargeCoupledDevices,简称CCD)是贝尔实验室的W.S.Boyle和G.E.Smith于1970年发明的,由于它有光电转换、信息存储

7、、延时和将电信号按顺序传送等功能,且集成度高、功耗低,因此随后得到飞速发展,是图像采集及数字化处理必不可少的关键器件,广泛应用于科学、教育、医学、商业、工业、军事和消费领域。6.3电荷耦合器件CCD以电荷作为信号。CCD的工作过程的主要问题是信号电荷的产生、存储、传输和检测。电荷耦合器件工作原理CCD是按一定规律排列的MOS（金属—氧化物—半导体）电容器组成的阵列。在P型或N型硅衬底上生长一层很薄（约1200）的二氧化硅,再在二氧化硅薄层上依