第五章 光电成像检测器件.ppt

二、电视扫描技术 5.2　真空摄像管 一、视像管的结构和各部分作用 视像管是利用内光电效应原理将光学图像转变为电信号的这一类摄像管的统称。 2、光谱响应特性 5.3 电荷耦合器件CCD 固体成像器件本身能完成光学图像转换、信息存贮和按顺序输出视频信号的全过程。 固体成像器件与真空成像器件相比，有以下显著优点： 全固体化，体积小，重量轻，工作电压和功耗都很低；耐冲压性能好，可靠性高，寿命长； 基本上不保留残像（真空摄像管有15~20%的残像），无象元烧伤，扭曲，不受电磁干扰； 对红外敏感，在军事上可用于红外夜视系统； 象元尺寸的几何位置精度高（优于1um），因而可用于不接触精密尺寸测量系统； 视频信号与微机接口容易。 2、电荷的注入 （光注入、电注入） 3、电荷存储 5、CCD电极结构形式 三相驱动形式的CCD 采用三相多晶硅交叠栅结构 6、电荷的输出 分辨率表示能够分辨图像中明暗细节的能率，分辨率通常用两种方式表达，即极限分辨率和调制深度。 极限分辨率是以在等于光栅（图像）高度的范围内所能分辨的等宽度黑白线条纹数来表示。分为水平分辨率和垂直分辨率。 客观表示摄像管的分辨率，用调制深度来表示。 在摄像管的光敏面上投射40条和400条两组黑白条纹。 沿箭头方向扫描，在示波器上就得到如图b所示的电信号。 5.4　MOS图像传感器SSPA 一、SSPA的结构与工作原理 2.电荷存贮工作方式 1.连续工作方式 电荷存贮的连续工作方式 如果在曝光过程中，辐射照度和光电流都是时间的变化函数，那么上所释放的电荷 二、SSPA线列阵 1.原理结构 2、SSPA矩阵 SSPA矩阵可以对某一平面（二维）上的光强分布进行光电转换。 3、SSPA器件的信号读出及放大电路 1.电流放大输出 2.电荷积分输出 电荷积分输出方式就是在输出视频在线对每一光电二极管的输出电流脉冲进行积分，然后输出一串「方波」的电压信号。 四、SSPA的主要特性参数 1.光电特性 在电荷存贮工作方式下的SSPA组件，其光照引起的二极管输出电荷ΔQ正比于曝光量。 2.暗信号 系列线阵SSPA的暗电流温度特性。 3.动态范围 SSPA器件的动态范围为输出饱和信号与暗场噪声信号之比值。 SSPD图像传感器与上一节介绍的CCD图像传感器的性能比较。 线阵CCD在扫描仪中的应用 线阵CCD在图像扫描中的应用 线阵CCD摄像机可用于彩色印刷中的套色工艺监控 数码相机简称DC，它采用CCD作为光电转换器件，将被摄物体的图像以数字形式记录在存储器中。 数码相机从外观看，也有光学镜头、取景器、对焦系统、光圈、内置电子闪光灯等，但比传统相机多了液晶显示器（LCD），内部更有本质的区别，其快门结构也大不相同。 CCD数码照相机的结构 数码相机的结构解剖（索尼F828） CCD数码显微镜拍摄的金属表面显微照片 CCD数码摄像机 一、概 况 目前，随着集成电路工艺水平的发展，CMOS图像传感器的各项指标也得到了很大的提高，1989年以后，出现了“主动像元”（有源）结构。它不仅有光敏元件和像元寻址开关，而且还有信号放大和处理等电路，提高了光电灵敏度，减小了噪声，扩大了动态范围，使它的一些性能参数与CCD图像传感器相接近，而在功能、功耗、尺寸和价格等方面要优于CCD图像传感器，所以应用越来越广泛。 数码相机、摄像机、可拍照手机、可视门铃、PC机的微型摄像头、指纹鉴定等 医学诊断：药丸式摄像机（camera-in-a-pill） CMOS视频摄像头 CMOS图像传感器的发展历史 1969：NASA喷气推进实验室JPL，制造成功第一片CMOS图像传感器； 1989：英国爱丁堡大学制成第一块单片CMOS图像传感器； 1995：JPL制成128×128 CMOS-APS（Active Pixel Sensor） ； 1997：东芝公司量产CMOS-APS，像元5.6um× 5.6um；并含彩色滤色膜和微透镜阵列 2000：斯坦福大学与东芝公司CMOS-APS（像元0.35um），目前主流产品。 一、CMOS图像传感器的基本结构及工作原理 三、CMOS图像传感器的像敏单元结构 2.主动式像敏单元结构 (APS ——Active Pixel Sensor) 四、CMOS图像传感器的性能参数 CCD和CMOS图像传感器比较 原理差异: CMOS的信号是以点为单位的电荷信号，而CCD是以行为单位的电荷信号，前者更为敏感，速度也更快，更为省电。 灵敏度差异：由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积，因此在象素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于C