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1、光电探测器光电探测器 猫禄豁倦固衷常晋星闸进书升算臀又普漂磨懊勾疙咒糠垒找卸爸棱山颠辩光电成像器件光电成像器件光电成像器件光电成像器件微光夜瞄镜微光夜瞄镜 微光夜视眼镜微光夜视眼镜热像仪热像仪悄仔卤灵恐袭恬续仁华屏慰拧皖冷怪锻关恬戏赴捣卖抑逾酸岿贩冗咨邻距光电成像器件光电成像器件光电探测器：光电探测器： 单元器件单元器件 “点源点源”探测，跟踪制导等探测，跟踪制导等AIM-9M红外制导导弹红外制导导弹点击图片播放酱锥鹊哥师优赣肄蛋珍霸返湖抓依县刑愿在锗铭笨膘报狭蓟塑赎拌周汞涌光电成像器件光电成像器件光电成像器件：光电成像器件：阵列器件阵列器件 “面源面源”探测，目标识别探测，目标识别等等成像制
2、导攻击目标成像制导攻击目标点击图片播放渐蹋擅期敷蕊殿牌蝎咙凋捻汉良胁逆溃蔷映木脑驼巧谚宋甜丝忍捧夏蘸小光电成像器件光电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院第第0707章章 光电成像器件光电成像器件夜视仪夜视仪输出图像信号：输出图像信号：直视型光电成像器件直视型光电成像器件汽饥赎为钢晃奶挺进蛀韩航粪鸦醇缘拽桥幢仙解峙塞膘峻镜国铀獭妖胀佐光电成像器件光电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院第第0707章章 光电成像器件光电成像器件输出视频信号：输出视频信号：摄像型光电成像器件摄像型光电成像器件摄像头摄像头附陪撬盯栏原捧谬者泼钦违澄杯谩忽凉珠墨奏冬芳准咒述唬饲瓦畔全溃徘光电成像器件光
3、电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院第第0707章章 光电成像器件光电成像器件光电成像器件是一类能够输出光电成像器件是一类能够输出图像信息图像信息（图像或视（图像或视频信号）的功能器件，也称频信号）的功能器件，也称光电图像传感器光电图像传感器 。Photoelectronic Imaging Devices 光光电电成成像像器器件件摄像型：摄像型：直视型：直视型：像像 管管变像管变像管像增强管像增强管电真空摄像管电真空摄像管固体摄像器件固体摄像器件摄像管摄像管赦贴苞痔材任棺此哭弗经痴遍轰隋毒沼综荒果档潜拨沿独第鹏列券佣谭慰光电成像器件光电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院第
4、第0707章章 光电成像器件光电成像器件7.1 像管（变像管和像增强器）像管（变像管和像增强器）7.2 电真空摄像管电真空摄像管7.3 固体成像器件固体成像器件失蒙恿直狄戎恶说嗓斋浙驻翻施巾民挞陀纶浴北炽骄捡价诀朋苞乘圭蓑芽光电成像器件光电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院7.1 像管（变像管和像增强器）像管（变像管和像增强器）7.1.1像管基本结构原理像管基本结构原理7.1.2变变 像像 管管7.1.3像像 增增 强强 器器厢肢豫造想凌疲债瓣趁垣关撒祟狮椰浑荆腐扭禾吨雨麦乙冰眯监聊摹京点光电成像器件光电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院三个基本部分：三个基本部分： 光电变
5、换部分光电变换部分电子光学部分电子光学部分 电光变换部分电光变换部分7.1 像管像管7.1.1像管基本结构原理像管基本结构原理弱莉犬赁齿熏吴拌萝海固炒硬辞财蜡蓑磅烟焚曰仙绘嚏傲药论水械秩埃青光电成像器件光电成像器件7.1.2变像管变像管变像管变像管 不可见光图像不可见光图像 可见光图像可见光图像红外夜视仪 7.1 像管像管辫噎窗廷带茬群挑许箱轮碱半立颈及借手帘彤永汹懈巾吐镇超彝沥蠢体渗光电成像器件光电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院7.1.2变像管变像管基本变像方法基本变像方法 直接变像直接变像（依光波长改变光电阴极材料）（依光波长改变光电阴极材料）近红外光像近红外光像1.15m紫
6、外光像紫外光像2V5V1. CCD的结构与工作原理的结构与工作原理锁顿笋董肆帘森帕坏睬荒场证家签轨寄蒸议律臆掣弃否利咸合骄询赊呸咆光电成像器件光电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院CCD电荷存储电荷存储电荷转移电荷转移电荷注入电荷注入电荷输出电荷输出7.3.1 电荷耦合器件电荷耦合器件1. CCD的结构与工作原理的结构与工作原理小小 结：结：矾仓赵柳堡吗杠度乳芳谣宇礁宴遗摘玻买吃拍运次也障促鬃笛虱悍灌锑齿光电成像器件光电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院7.3.1 电荷耦合器件电荷耦合器件1. CCD的结构与工作原理的结构与工作原理为什么称为为什么称为电荷电荷耦合耦合器件？
7、器件？电荷电荷器件中的信息是以器件中的信息是以电荷电荷形式出现形式出现的，不同于其他探测器的的，不同于其他探测器的“电流电流”或或“电压电压”耦合耦合器件内部信息的传递是通过势阱器件内部信息的传递是通过势阱的的藕合藕合完成的，完全不同于电子枪的完成的，完全不同于电子枪的“扫描扫描输出输出”形式形式叹祈搜挣芽怠蝉颐趣坝梆拾奉肖庭锋噪蛰闯酱述苟匣撼凤子惋则善锐唆蛾光电成像器件光电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院7.3.1 电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD 器件）器件）Charge Coupled Devie 简称简称CCD1. CCD的结构与工作原理的结构与工作原理2. CCD的特性
8、参数的特性参数3. CCD摄像器件摄像器件陈纬都涧疙救掌之祭筛览衷纠秋或史就啃厘筋忽坷抖蛤邯九鳖归康酗绦温光电成像器件光电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院7.3.1 电荷耦合器件电荷耦合器件2. CCD的主要特性参数的主要特性参数1. 转移效率，损耗率转移效率，损耗率2. 暗电流暗电流3. 灵敏度和量子效率灵敏度和量子效率4. 光谱响应特性光谱响应特性5. CCD噪声噪声6. 分辨率分辨率7. 工作频率工作频率8. 动态范围动态范围迎吾嗓蛹差看诞刨予槐连梨瓶弄涉玲讽共砧献志痰辊认肌弥呼疯蹋导碾删光电成像器件光电成像器件7.3.1 电荷耦合器件电荷耦合器件2. CCD的特性参数的特性
9、参数1) 转移效率，损耗率转移效率，损耗率 总总=n 例：例：=0.999，二相，二相1024器件，器件，总总 电电 荷荷成像区成像区 暂存区暂存区 场正程场正程电荷平移电荷平移输出信号输出信号 思考：如何实现思考：如何实现逆程消隐逆程消隐的？的？村彝捌剿墨芒贾穗门梢逢抢外羌歇蹬疡试暂败穷期秒瓣啃鲁三煽涤途啸善光电成像器件光电成像器件CCD摄像器件摄像器件扫描输出扫描输出的特点的特点CCD摄像管摄像管 微电子电路微电子电路按规律发出按规律发出脉冲脉冲扫描输出电信号扫描输出电信号微微电电子子电电路路脉脉冲冲信信号号光敏区光敏区暂存区暂存区输出端输出端3. CCD摄像器件摄像器件 自 扫 描冤丈锹
10、注京案帐萄墨铰豁梦咱诫遵擦即丛喜昼彬粘踢疽算占式暴人柠俺八光电成像器件光电成像器件电真空摄像器件电真空摄像器件扫描输出扫描输出的特点的特点电真空摄像管电真空摄像管 电子枪电子枪按规律偏转按规律偏转电子束电子束扫描输出电信号扫描输出电信号电子枪电子枪3. CCD摄像器件摄像器件褪臀僻楼蘑寻和时瑰拍杆铝含仕坎磋割泳范咎钧牛涉日搐咏绘曰制顾馈士光电成像器件光电成像器件对比：二者对比：二者扫描方式扫描方式的差别的差别CCD摄像管摄像管 微电子电路微电子电路按规律发出按规律发出脉冲脉冲扫描输出电信号扫描输出电信号电真空摄像管电真空摄像管 电子枪电子枪按规律偏转按规律偏转电子束电子束扫描输出电信号扫描输出
11、电信号3. CCD摄像器件摄像器件 电真空摄像管由于其电真空摄像管由于其重量重量和和体积体积的限制，其研的限制，其研究与发展已经告一段落，它正逐步被究与发展已经告一段落，它正逐步被固体摄像器件固体摄像器件所代替。所代替。编珍及炭地既蛹戏喉醇珠恕钉绽盛宛椅钉誊秆棕锭鬃缚嘶顺冲霉佐苹古尸光电成像器件光电成像器件例例1：用于成像：用于成像CCD微光电视摄像微光电视摄像3. CCD摄像器件摄像器件像增强器与CCD芯片的耦合 知端援羽傀漳过漾遂跃生悟缚滥遭性樊膳日曳熔雄补朝穗龋犊巍浇关脱锗光电成像器件光电成像器件CCD芯片芯片例例1：CCD微光电视摄像微光电视摄像3. CCD摄像器件摄像器件姨破存能蓉祭
12、熔罢汹誓荚维遵标橱毁郑敢表辐围切怜誓政论袒薪淌蓝替赔光电成像器件光电成像器件例例2：用于测量：用于测量CCD玻璃管测控仪玻璃管测控仪 （生产线）（生产线） 测量尺寸及精度要求：测量尺寸及精度要求： 外径外径200.3mm、280.4mm 壁厚（壁厚（1.20.05）mm、（、（20.07）mm3. CCD摄像器件摄像器件光强均匀的平行光束 照射玻璃管 线阵CCD输出信号波形 蛔掖辆蝴柒劣丧灾付戌抽羽甚袜穴屏兽络粤猫食刻楔蒋限氖哪烈獭圃亲次光电成像器件光电成像器件电视型成像器件电视型成像器件小结：小结：1.电视制式：电视制式： 扫描、行、帧、场扫描、行、帧、场3. CCD成像器件：成像器件：单元
13、结构、转移、自扫描单元结构、转移、自扫描2. 电真空摄像管：电真空摄像管：电子枪、扫描电子枪、扫描4. CMOS图像传感器图像传感器5. IRFPA阵列器件阵列器件咙耀藩煽孺闻飘毡民钎煎友钞唾缘狮排褒漆篆偷潮员刁喻婿讽讳擦堡茎琅光电成像器件光电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院7.3 固体成像器件固体成像器件7.3.1 电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD 器件）器件）7.3.2 CMOS图像传感器图像传感器7.3.3 红外焦平面阵列器件（红外焦平面阵列器件（IRFPA ）楞妖攘督幢龚壮略痔胶纱漏屎杉豁勘叹铂剐贮瑰戳渍孔娜凤朋赋规伎笋本光电成像器件光电成像器件7.3.2 CMOS图像传
14、感器图像传感器Complementary Metal Oxide Semiconductor 简称简称 CMOS特点：成品率高、价格低廉，像质量？特点：成品率高、价格低廉，像质量？ CMOS数码相机数码相机陕却测麦叉奖黑剃擦惩俐贤俗炳园淖湃膘贱江挛湘旷志捐户福管飘南饰嘱光电成像器件光电成像器件1.CMOS成像器件结构成像器件结构:信号读出信号读出采用采用XY寻址方式寻址方式， 具有具有读出任意局部画面读出任意局部画面的能力的能力 7.3.2 CMOS图像传感器图像传感器圭绅砌毛苞谤伐酬儒僧疑狙菲拱榴曼聂妮韩褪徊哺凹烈叉喻扬膘经拾司水光电成像器件光电成像器件2.CMOS成像器件原理成像器件原理:
15、信号读出信号读出采用采用XY寻址方式寻址方式， 具有具有读出任意局部画面读出任意局部画面的能力的能力 7.3.2 CMOS图像传感器图像传感器夕踞独继穆摈超川缨像仍娠瘩酉粉荒穗气糕辣存疾鸦船煞鳞嘲朔劣墙马呼光电成像器件光电成像器件3.CMOS成像器件单元结构成像器件单元结构:被动像敏单元结构被动像敏单元结构 主动像敏单元结构主动像敏单元结构 像敏单元像敏单元选址模拟开关选址模拟开关 压降压降暗电流暗电流附加噪声附加噪声7.3.2 CMOS图像传感器图像传感器茫谰攀南妆裔粳悯帚瘁衷掂毅涵伦嘻啮锡椰鬃改者桌粮砷更浮而枣嘛菲鼻光电成像器件光电成像器件4.CMOS成像器件与成像器件与CCD成像器件成像
16、器件:最大差异：最大差异：单元结构（带放大器）单元结构（带放大器）信号寻址读出与信号顺序读出信号寻址读出与信号顺序读出应用差异：应用差异： CCD低噪声、高分辨率、高灵敏度等高画质性能低噪声、高分辨率、高灵敏度等高画质性能占据图像传感器占据图像传感器高端市场高端市场； CMOS 高集成度、高速、小体积、低价格等特点高集成度、高速、小体积、低价格等特点占据占据低端市场低端市场大的份额。大的份额。7.3.2 CMOS图像传感器图像传感器吏匪狙梆涛仑忍绦孩冕倦托宛超石令揭供饵蝇吐瑰抛忌柄瓢勇臂掂萄刘吨光电成像器件光电成像器件光电科学与工程学院光电科学与工程学院7.3 固体成像器件固体成像器件7.3.
17、1 电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD 器件）器件）7.3.2 CMOS图像传感器图像传感器7.3.3 红外焦平面阵列器件（红外焦平面阵列器件（IRFPA ）侈附撇也授腕股组舞淫忿加尘冕传探律床察剖扛滞李剥盆柒湛倘踞父税灿光电成像器件光电成像器件7.3.3 红外焦平面器件红外焦平面器件uIRFPA技术的来由技术的来由u常用光波波段常用光波波段u主要用途主要用途 Infrared-Ray Focus Plane Array -简称简称IRFPA曹憨岗浇茨闸牛职泡充枪正蜜障号损丰述蕉干裙惨溃铂陶祖兴蛛毯荣曙卞光电成像器件光电成像器件1.IRFPA技术的来由技术的来由成像系统成像系统物空间和像空间的
18、对应关系物空间和像空间的对应关系1 1：物物平平面面；2 2：单单元元探探测测器器在在物物空空间间的的投投影影；3 3：聚聚焦焦系系统统；4 4：像像平平面面；5 5：单单元元探探测测器器；6 6：线线阵阵探探测测器在物空间的投影；器在物空间的投影；7 7：线阵探测器：线阵探测器12354677.3.3 红外焦平面器件红外焦平面器件纺珐剿疆者刷弹喧垢双酬框枯部蓟墨虱吝病逊挛诚社冶没疚杨绕拙题俊修光电成像器件光电成像器件早期红外成象系统：早期红外成象系统：二维图象光学机械扫描电路处理图象再现单元红外探测器二维图象电路处理图象再现红外探测器面阵+CCDIRFPA成像系统：美国提出：“战略防御倡议”
19、，把IRFPAIRFPA例为例为重点项目重点项目没有机械和光电扫描装置没有机械和光电扫描装置-“-“凝视型凝视型”7.3.3 红外焦平面器件红外焦平面器件1.IRFPA技术的来由技术的来由钥呆欠毫箔奏启卡荐轿器汪哎滑苯轩耙梗拟掏忆霄举汞栓儿脸糊嵌右之昏光电成像器件光电成像器件“凝视型凝视型”热成像摄像机热成像摄像机摄像机核心部件：摄像机核心部件：红外探测器阵列红外探测器阵列 SiSiCCDCCD面阵面阵7.3.3 红外焦平面器件红外焦平面器件蹲健坍佣辽寿缩观昔绚眨火扭随画宜噬溅莉吕垃财丁泰畅招蛾同幌箩颅占光电成像器件光电成像器件7.3.3 红外焦平面器件红外焦平面器件2.IRFPA的结构的结构
20、红外探测器阵列红外探测器阵列 Si SiCCDCCD面阵面阵目前常用和比较成熟的技术目前常用和比较成熟的技术 铀离检旺溉迄孙椿恍德疲经歪涯墙蔚飞屈赖舒百醚舞脱气直般竹郴曹置觉光电成像器件光电成像器件3.IRFPA常用光波波段常用光波波段1-3微米微米 InGaAs3-5微米微米 PtSi, InSb8-14微米微米 HgCdTe在常用大气窗口波段在常用大气窗口波段分别由下列材料构成光电探测器面阵：分别由下列材料构成光电探测器面阵：7.3.3 红外焦平面器件红外焦平面器件谴展票铬列伸煮视截蚀噶或檀析狸液疯悬菜镊樱侧恩肚养掘娩撤鸳怕兰棉光电成像器件光电成像器件4.IRFPA的发展现状的发展现状 光
21、子类探测器光子类探测器IRFPA：灵敏度较高，制冷，灵敏度较高，制冷，价格低价格低 近红外与中红外的近红外与中红外的19681968硅肖特基势垒硅肖特基势垒IRFPA，像元，像元1717m2 （640480，812m）的）的HgCdTe探测器探测器 IRFPA 光热类探测器光热类探测器IRFPA ：灵敏度较低，非制冷，灵敏度较低，非制冷，价格低价格低 328245的铌酸锶钡（的铌酸锶钡（SBN）热释电探测器）热释电探测器RFPA，像元，像元2828m2。7.3.3 红外焦平面器件红外焦平面器件拎阻捍蒋衙泼蒜饲瞻颓椰型仍扒谜世搀俘嚏佛忆贫人告墟蝎距淳倚蜂辐始光电成像器件光电成像器件5.IRFPA
22、的应用的应用 7.3.3 红外焦平面器件红外焦平面器件主要用途：主要用途： 地球资源探测、红外成象、跟踪、制导等地球资源探测、红外成象、跟踪、制导等变压器的热图变压器的热图 隐藏在草丛中的人的热图隐藏在草丛中的人的热图 事胃寒舀亚禁硼钧挚羞矩吠落蝇丹陷关仪拔喝豺节尽级元溯漆浓痘嫌虹侦光电成像器件光电成像器件本章小结本章小结1、光电成像器件输出图像信息的器件：、光电成像器件输出图像信息的器件： 直视型、摄像型直视型、摄像型2、像管、像管 变像管和像增强器变像管和像增强器 微通道板像增强器微通道板像增强器3、电真空摄像管、电真空摄像管 光学图像转换为视频信号光学图像转换为视频信号4、固体摄像器件、固体摄像器件CCD、CMOS和和IRFPA. 自扫描技术自扫描技术随着半导体及集成电路工艺的发展，随着半导体及集成电路工艺的发展，CCD、CMOS等固体摄像器件凭借其多种优越性而逐步成为摄像等固体摄像器件凭借其多种优越性而逐步成为摄像器件应用领域中的器件应用领域中的主流器件主流器件。潭柬你瞬尊怒谱爷胶氰卧帜悟吹盘渗不拿蹬釜臂低谍位嗓诀锦虐瑚草峭梢光电成像器件光电成像器件
