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1、光电信号检测光电信号检测第七章第七章 成像探测器及技术成像探测器及技术作膀俩乐精捻豫颜镊爵淳忠甲警酝跋该吮点乳颅焰郊捌成慎育侧拔起透术第7章其它电探测器第7章其它电探测器一、电荷耦合器件一、电荷耦合器件一、电荷耦合器件一、电荷耦合器件CCDCCD电荷存储电荷存储电荷存储电荷存储应用：信息存储和处理、光学图像信号转变为电子图像数据。应用：信息存储和处理、光学图像信号转变为电子图像数据。应用：信息存储和处理、光学图像信号转变为电子图像数据。应用：信息存储和处理、光学图像信号转变为电子图像数据。7 71 1 CCD探测器探测器炯雍导呸橱迢腺皇仑冷条黔百昧尤哄闺刁则湘乓绝珐峪滇逗叭人嚏河谐芜第7章其它
2、电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20242 2CCDCCD是由金属氧化物半导体（简称是由金属氧化物半导体（简称是由金属氧化物半导体（简称是由金属氧化物半导体（简称MOSMOS）构成的密）构成的密）构成的密）构成的密排器件。排器件。排器件。排器件。这种这种这种这种MOSMOS结构，一般是在结构，一般是在结构，一般是在结构，一般是在p p型（或型（或型（或型（或n n型）型）型）型）SiSi单晶的衬底上生单晶的衬底上生单晶的衬底上生单晶的衬底上生长一层长一层长一层长一层100100200nm200nm的的的的SiOSiO2 2层，再在层，再在层，再在层，再在SiOSiO2 2层上
3、沉积具有一定层上沉积具有一定层上沉积具有一定层上沉积具有一定形状的金属电极（称做栅极），一般是金属铝。形状的金属电极（称做栅极），一般是金属铝。形状的金属电极（称做栅极），一般是金属铝。形状的金属电极（称做栅极），一般是金属铝。p p（或（或（或（或n n）硅衬底硅衬底硅衬底硅衬底金属电极金属电极金属电极金属电极SiOSiO2 2V VGG仙湍抖砌盟层飘癸吸镁棚勃似进贩冰条痢郎休楔畦疚倚惭敦粹机聚髓虞凸第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20243 31. MOS1. MOS电容的热平衡态特性电容的热平衡态特性电容的热平衡态特性电容的热平衡态特性a a）当栅电压）当栅电
4、压）当栅电压）当栅电压V VGG0 0时，这时在时，这时在时，这时在时，这时在p p型半导体中将有均匀的空型半导体中将有均匀的空型半导体中将有均匀的空型半导体中将有均匀的空穴分布（多数载流子）。穴分布（多数载流子）。穴分布（多数载流子）。穴分布（多数载流子）。此时表面的存在对半导体内电子运动没有影响，半导体中此时表面的存在对半导体内电子运动没有影响，半导体中此时表面的存在对半导体内电子运动没有影响，半导体中此时表面的存在对半导体内电子运动没有影响，半导体中的水平能量线一直延伸到表面，并与表面垂直。金属的费的水平能量线一直延伸到表面，并与表面垂直。金属的费的水平能量线一直延伸到表面，并与表面垂直
5、。金属的费的水平能量线一直延伸到表面，并与表面垂直。金属的费米能级米能级米能级米能级E EF FMM与与与与p p型材料费米能级型材料费米能级型材料费米能级型材料费米能级E EFPFP处于同一水平。处于同一水平。处于同一水平。处于同一水平。金属金属金属金属 氧化物氧化物氧化物氧化物 p p型半导体型半导体型半导体型半导体E Ec cE Ei iE Eis isE EFPFPE EV VE EFMFMEc：导带底：导带底Ev：价带顶价带顶Ep：费米能级：费米能级Ei：半导体在本征导电：半导体在本征导电 情况下的费米能级情况下的费米能级Eis：表面费米能级：表面费米能级欧旁邱棘赞芒媒朔信截墓昂愚泳
6、膏猿丢谓泡匪汞乙踏默恕奴篓盎腹树帧苑第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20244 4b b）当金属栅极上施加负电压，）当金属栅极上施加负电压，）当金属栅极上施加负电压，）当金属栅极上施加负电压，V VGG00，这个电场将排斥电子，这个电场将排斥电子，这个电场将排斥电子，这个电场将排斥电子而吸引空穴，也就是接近表面的电子能量增大，表面处能带而吸引空穴，也就是接近表面的电子能量增大，表面处能带而吸引空穴，也就是接近表面的电子能量增大，表面处能带而吸引空穴，也就是接近表面的电子能量增大，表面处能带向上弯曲。向上弯曲。向上弯曲。向上弯曲。于是越接近界面，空穴的浓度越大，即多子
7、空穴将积聚在界于是越接近界面，空穴的浓度越大，即多子空穴将积聚在界于是越接近界面，空穴的浓度越大，即多子空穴将积聚在界于是越接近界面，空穴的浓度越大，即多子空穴将积聚在界面上，所以这一表面层，叫做面上，所以这一表面层，叫做面上，所以这一表面层，叫做面上，所以这一表面层，叫做“ “积累层积累层积累层积累层” ”。 金属金属金属金属 氧化物氧化物氧化物氧化物 p p型半导体型半导体型半导体型半导体E Ec cE Ei iE Eis isE EFPFPE EV VWW S S 0 0V VG G 00，金属费米能级，金属费米能级，金属费米能级，金属费米能级E EFMFM相相相相对半导体费米能级对半导
8、体费米能级对半导体费米能级对半导体费米能级E EFPFP下降下降下降下降eVeVGG。这时靠近栅极下面的空穴立。这时靠近栅极下面的空穴立。这时靠近栅极下面的空穴立。这时靠近栅极下面的空穴立刻被正电场推向远离栅极的一边，表面处能带向下弯曲。在刻被正电场推向远离栅极的一边，表面处能带向下弯曲。在刻被正电场推向远离栅极的一边，表面处能带向下弯曲。在刻被正电场推向远离栅极的一边，表面处能带向下弯曲。在绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体SiOSiO2 2和半导体的界面附近形成一个缺乏空穴电荷的和半导体的界面附近形成一个缺乏空穴电荷的和半导体的界面附近形成一个缺乏空穴电荷的和半导体的界面附近形成一个缺乏空穴电荷的“
9、 “耗尽层耗尽层耗尽层耗尽层” ”。 金属金属金属金属 氧化物氧化物氧化物氧化物 p p型半导体型半导体型半导体型半导体E Ec cE Ei iE Eis isE EEPEPE EV VE EFMFMV VG G 0 0WWS S 0 0拉措水省附隅赢救攘漂眉蜒尿仪严彬俘坟譬闭堕专新鼻矿蛮窑莲回活桓躲第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20246 6d d）当）当）当）当MOSMOS电容栅极上正电压进一步提高时，表面处能带相对电容栅极上正电压进一步提高时，表面处能带相对电容栅极上正电压进一步提高时，表面处能带相对电容栅极上正电压进一步提高时，表面处能带相对于体内将进一步
10、向下弯曲。表面处的费米能级会高于中间能级于体内将进一步向下弯曲。表面处的费米能级会高于中间能级于体内将进一步向下弯曲。表面处的费米能级会高于中间能级于体内将进一步向下弯曲。表面处的费米能级会高于中间能级E Ei i，这意味着表面处电子浓度将超过空穴浓度，形成与原来，这意味着表面处电子浓度将超过空穴浓度，形成与原来，这意味着表面处电子浓度将超过空穴浓度，形成与原来，这意味着表面处电子浓度将超过空穴浓度，形成与原来p p型型型型半导体相反的一层（电子成为多数载流子），称为半导体相反的一层（电子成为多数载流子），称为半导体相反的一层（电子成为多数载流子），称为半导体相反的一层（电子成为多数载流子），
11、称为“ “反型层反型层反型层反型层” ”。E EFMFMV VGG 0 0WWS S 0 0导电电子导电电子导电电子导电电子氦契珠已饥颁艰坍阉包豹爱纽见械货群嘘檄鳞谤绅卞幸迎钻共税鄙决迈泰第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20247 7如果外界不注入少子（电子）或不引入各种激发，如果外界不注入少子（电子）或不引入各种激发，如果外界不注入少子（电子）或不引入各种激发，如果外界不注入少子（电子）或不引入各种激发，则反型层中电子来源主要是耗尽区内热激发的电则反型层中电子来源主要是耗尽区内热激发的电则反型层中电子来源主要是耗尽区内热激发的电则反型层中电子来源主要是耗尽区内热激
12、发的电子空穴对。子空穴对。子空穴对。子空穴对。对于经过良好处理的半导体，这种激发过程是很对于经过良好处理的半导体，这种激发过程是很对于经过良好处理的半导体，这种激发过程是很对于经过良好处理的半导体，这种激发过程是很慢的，约慢的，约慢的，约慢的，约0.110s0.110s，称为，称为，称为，称为热弛豫时间热弛豫时间热弛豫时间热弛豫时间。热弛豫时间。热弛豫时间。热弛豫时间。热弛豫时间取决于取决于取决于取决于CCDCCD的结构及工艺条件。的结构及工艺条件。的结构及工艺条件。的结构及工艺条件。反型层的出现在反型层的出现在反型层的出现在反型层的出现在SiOSiO2 2和和和和p p型半导体之间建立了型半
13、导体之间建立了型半导体之间建立了型半导体之间建立了导电导电导电导电沟导沟导沟导沟导。因为反型层电荷是负的，因此常称为。因为反型层电荷是负的，因此常称为。因为反型层电荷是负的，因此常称为。因为反型层电荷是负的，因此常称为n n沟导沟导沟导沟导CCDCCD。E EFMFMV VGG 0 0WWS S 0 0导电电子导电电子导电电子导电电子秘坷积住巩褂椭愉俯片郁圾既卫云瘟弘木希铜萄形娱婿粘栋韧蕾继膀高仇第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20248 82. MOS2. MOS电容的非平衡态特性电容的非平衡态特性电容的非平衡态特性电容的非平衡态特性在栅极加压后在栅极加压后在栅极
14、加压后在栅极加压后t t0 0的瞬间，空穴将被从界面处推开，在界的瞬间，空穴将被从界面处推开，在界的瞬间，空穴将被从界面处推开，在界的瞬间，空穴将被从界面处推开，在界面处将形成耗尽层。但是将不会立即形成反型层，因为热面处将形成耗尽层。但是将不会立即形成反型层，因为热面处将形成耗尽层。但是将不会立即形成反型层，因为热面处将形成耗尽层。但是将不会立即形成反型层，因为热激发的电子空穴对的形成需要一定时间。激发的电子空穴对的形成需要一定时间。激发的电子空穴对的形成需要一定时间。激发的电子空穴对的形成需要一定时间。加压后加压后加压后加压后t t0 0时，耗尽层的宽度最大，势阱最深，这时时，耗尽层的宽度最
15、大，势阱最深，这时时，耗尽层的宽度最大，势阱最深，这时时，耗尽层的宽度最大，势阱最深，这时MOSMOS电容最具有存贮电荷的能力。一旦出现电子就能进入电容最具有存贮电荷的能力。一旦出现电子就能进入电容最具有存贮电荷的能力。一旦出现电子就能进入电容最具有存贮电荷的能力。一旦出现电子就能进入势阱。势阱。势阱。势阱。酮搐征锯芭吱炉搭龟侧顾嗜寝吐弦东乖带汝屈谓叙官腆接梳靴壹拎粱丁晕第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20249 9反型层电子出现后，耗尽区缩小，势阱变浅，存贮反型层电子出现后，耗尽区缩小，势阱变浅，存贮反型层电子出现后，耗尽区缩小，势阱变浅，存贮反型层电子出现后，耗
16、尽区缩小，势阱变浅，存贮电荷的能力减小。当电荷的能力减小。当电荷的能力减小。当电荷的能力减小。当 t t 大于热弛豫时间，不可能再大于热弛豫时间，不可能再大于热弛豫时间，不可能再大于热弛豫时间，不可能再存贮新的电荷。存贮新的电荷。存贮新的电荷。存贮新的电荷。因此因此因此因此CCDCCD要贮存有用的信号电荷（不论是输入的或要贮存有用的信号电荷（不论是输入的或要贮存有用的信号电荷（不论是输入的或要贮存有用的信号电荷（不论是输入的或光激发的），都要求信号电荷的存贮时间小于热激光激发的），都要求信号电荷的存贮时间小于热激光激发的），都要求信号电荷的存贮时间小于热激光激发的），都要求信号电荷的存贮时间小
17、于热激发电子的存储时间。发电子的存储时间。发电子的存储时间。发电子的存储时间。CCDCCD是一种是一种是一种是一种非平衡态器件非平衡态器件非平衡态器件非平衡态器件。步代障炭拨频庇虚险院绣粱辞盅嫡刮航铬体蹬西邹狞澡督沥叹剂语岩挪废第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20241010二、二、二、二、CCDCCD的信号传输的信号传输的信号传输的信号传输1. 1. 电荷耦合原理电荷耦合原理电荷耦合原理电荷耦合原理栅极上的电压越高，表面势越高，势阱越深；若外加电压栅极上的电压越高，表面势越高，势阱越深；若外加电压栅极上的电压越高，表面势越高，势阱越深；若外加电压栅极上的电压越高，
18、表面势越高，势阱越深；若外加电压一定，势阱深度随势阱中电荷量的增加而线性下降。一定，势阱深度随势阱中电荷量的增加而线性下降。一定，势阱深度随势阱中电荷量的增加而线性下降。一定，势阱深度随势阱中电荷量的增加而线性下降。若若若若MOSMOS电容紧密排列，控制栅极电压可以实现信号电荷的电容紧密排列，控制栅极电压可以实现信号电荷的电容紧密排列，控制栅极电压可以实现信号电荷的电容紧密排列，控制栅极电压可以实现信号电荷的传输。传输。传输。传输。2V2V10V10V2V2V2V2Vt tt t1 10 02V2V10V10V10V10V2V2Vt tt t2 22V2V2V2V10V10V2V2Vt tt
19、t3 3癸吟卑吠珐峪身服烛胺姨徊隧铭浇虚苛绕完寻匠苗跌售盟浇纵乳七苟烁刁第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/202411112.2.2.2. 电荷传输电荷传输电荷传输电荷传输为了实现信号电荷的定向转移，在为了实现信号电荷的定向转移，在为了实现信号电荷的定向转移，在为了实现信号电荷的定向转移，在CCDCCD的的的的MOSMOS阵列上划阵列上划阵列上划阵列上划分成以几个相邻分成以几个相邻分成以几个相邻分成以几个相邻MOSMOS电容为一单元的无限循环结构，每一电容为一单元的无限循环结构，每一电容为一单元的无限循环结构，每一电容为一单元的无限循环结构，每一单元称为一位，将每一位
20、中对应位置上的电容栅极分别连单元称为一位，将每一位中对应位置上的电容栅极分别连单元称为一位，将每一位中对应位置上的电容栅极分别连单元称为一位，将每一位中对应位置上的电容栅极分别连到各自共同电极上，此共同电极称为相线。到各自共同电极上，此共同电极称为相线。到各自共同电极上，此共同电极称为相线。到各自共同电极上，此共同电极称为相线。以三相二位以三相二位以三相二位以三相二位n n沟道沟道沟道沟道CCDCCD为例为例为例为例输入二极管输入二极管输入二极管输入二极管IDID输入栅输入栅输入栅输入栅IGIG1 1 1 12 2 2 23 3 3 3输出输出输出输出t t t t1 1 1 1t t t t
21、2 2 2 2t t t t3 3 3 3t t t t4 4 4 4t t t t5 5 5 5t t t t6 6 6 6t t t t7 7 7 7ID IG 1 2 3 1 2 3 OG ODID IG 1 2 3 1 2 3 OG OD输出输出输出输出t tt t1 1t tt t2 2t tt t3 3t tt t4 4t tt t5 5t tt t6 6画呕鸽罕瘪脏忠辩厄卖淄香惋穴炮猫槽垄磕棱矾含矽校晌岔戏躁金颇直扇第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20241212阔总潭揽讹锰杭痛酿舆蔡孝峭呻庭尾骄靖么项答粱革帅油工桅幅稽捕芹乾第7章其它电探测器第7章其
22、它电探测器9/4/20249/4/20241313爽摇萤以们扶思哆讣华消出金陆惨毫辐冉负读攀颗积诀浑欣鲍忆柄胜戎铭第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/202414143. 3. 3. 3. 电荷电荷电荷电荷注入注入注入注入根据根据根据根据CCDCCD的不同用途有两种不同的电荷注入：的不同用途有两种不同的电荷注入：的不同用途有两种不同的电荷注入：的不同用途有两种不同的电荷注入：用作信息存贮或处理时，通过输入端注入与信号成用作信息存贮或处理时，通过输入端注入与信号成用作信息存贮或处理时，通过输入端注入与信号成用作信息存贮或处理时，通过输入端注入与信号成正比的电荷；正比的电荷
23、；正比的电荷；正比的电荷；用作拍摄光学图像时，通过光电转换把照度分布转用作拍摄光学图像时，通过光电转换把照度分布转用作拍摄光学图像时，通过光电转换把照度分布转用作拍摄光学图像时，通过光电转换把照度分布转换成电荷分布注入到每一位的势阱中。换成电荷分布注入到每一位的势阱中。换成电荷分布注入到每一位的势阱中。换成电荷分布注入到每一位的势阱中。婉李句念参边怕氰惟净垒蕉毁终蹭庙酋让蔼拴瑶感苗钓骇桩邹胆牟盆晰瘟第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20241515三、电荷耦合器件三、电荷耦合器件三、电荷耦合器件三、电荷耦合器件CCDCCD的转移效率的转移效率的转移效率的转移效率电荷转
24、移效率电荷转移效率电荷转移效率电荷转移效率 是是是是CCDCCD性能好坏的一个重要参数。它表征性能好坏的一个重要参数。它表征性能好坏的一个重要参数。它表征性能好坏的一个重要参数。它表征在一个势阱中被转移了的电荷量与总电荷量之比。通常，在一个势阱中被转移了的电荷量与总电荷量之比。通常，在一个势阱中被转移了的电荷量与总电荷量之比。通常，在一个势阱中被转移了的电荷量与总电荷量之比。通常，直接用的不是转移效率，而是转移直接用的不是转移效率，而是转移直接用的不是转移效率，而是转移直接用的不是转移效率，而是转移损失率损失率损失率损失率 ，即，即，即，即q q(t)(t)：在：在：在：在t t时刻留在该电极
25、下单位面积上的电荷量；时刻留在该电极下单位面积上的电荷量；时刻留在该电极下单位面积上的电荷量；时刻留在该电极下单位面积上的电荷量；q q0 0：在零时刻注入到该电极下单位面积上的总电荷量：在零时刻注入到该电极下单位面积上的总电荷量：在零时刻注入到该电极下单位面积上的总电荷量：在零时刻注入到该电极下单位面积上的总电荷量电荷转移效率电荷转移效率电荷转移效率电荷转移效率 决定着信号电荷在没有被严重畸变和衰减决定着信号电荷在没有被严重畸变和衰减决定着信号电荷在没有被严重畸变和衰减决定着信号电荷在没有被严重畸变和衰减以前所能转移的次数。例如，有一个以前所能转移的次数。例如，有一个以前所能转移的次数。例如
26、，有一个以前所能转移的次数。例如，有一个CCDCCD器件，原始注入器件，原始注入器件，原始注入器件，原始注入的电荷量为的电荷量为的电荷量为的电荷量为q q0 0，经多次转移后剩下的有效电荷量经多次转移后剩下的有效电荷量经多次转移后剩下的有效电荷量经多次转移后剩下的有效电荷量为为为为q qn n，则，则，则，则根据转移效率的定义根据转移效率的定义根据转移效率的定义根据转移效率的定义锥槽偷芜亢氯令陀楼箕汤絮斡秧气俭跪墓室顶伎武逛殊漫煎书绒辣页岿程第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20241616计算例计算例计算例计算例：若要求转移效率：若要求转移效率：若要求转移效率：若要
27、求转移效率q qn nq q0 09090，则经过，则经过，则经过，则经过n n次转移后次转移后次转移后次转移后的总损失率为的总损失率为的总损失率为的总损失率为0.10.1。设转移次数。设转移次数。设转移次数。设转移次数n n990990，则每次平均转移损，则每次平均转移损，则每次平均转移损，则每次平均转移损失率为失率为失率为失率为 1099.99 99.99。影响转移效率的因素主要有两个：影响转移效率的因素主要有两个：影响转移效率的因素主要有两个：影响转移效率的因素主要有两个：电荷从一个势阱传输到下一个势阱需要一定的时间；电荷从一个势阱传输到下一个势阱需要一定的时间；电荷从一个势阱传输到下一
28、个势阱需要一定的时间；电荷从一个势阱传输到下一个势阱需要一定的时间；对于表面沟道对于表面沟道对于表面沟道对于表面沟道CCDCCD而言，而言，而言，而言，SiOSiO2 2与硅界面态对电荷的与硅界面态对电荷的与硅界面态对电荷的与硅界面态对电荷的捕获作用，即陷阱效应。捕获作用，即陷阱效应。捕获作用，即陷阱效应。捕获作用，即陷阱效应。肿氛纪淫曳似仟圣盈局韶杆柜研庶誓辜芜末魁得疑扯步捻嫉且崖炬继擅乎第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20241717为了减小陷阱效应，所用的办法叫为了减小陷阱效应，所用的办法叫为了减小陷阱效应，所用的办法叫为了减小陷阱效应，所用的办法叫肥零技术肥
29、零技术肥零技术肥零技术。即设。即设。即设。即设法不让势阱工作于空阱和充满两种状态，而是随着法不让势阱工作于空阱和充满两种状态，而是随着法不让势阱工作于空阱和充满两种状态，而是随着法不让势阱工作于空阱和充满两种状态，而是随着电荷包的传递，人为地注入少量电荷，使势阱不空。电荷包的传递，人为地注入少量电荷，使势阱不空。电荷包的传递，人为地注入少量电荷，使势阱不空。电荷包的传递，人为地注入少量电荷，使势阱不空。这样使表面状态总能有电子填充。这样使表面状态总能有电子填充。这样使表面状态总能有电子填充。这样使表面状态总能有电子填充。实现办法可用输入二极管注入（电注入）或用均匀实现办法可用输入二极管注入（电
30、注入）或用均匀实现办法可用输入二极管注入（电注入）或用均匀实现办法可用输入二极管注入（电注入）或用均匀背景光照射（光注入）。背景光照射（光注入）。背景光照射（光注入）。背景光照射（光注入）。肥零技术能起到改善作用，但是不能全部补偿。肥肥零技术能起到改善作用，但是不能全部补偿。肥肥零技术能起到改善作用，但是不能全部补偿。肥肥零技术能起到改善作用，但是不能全部补偿。肥零技术会给器件带来减小动态范围的后果，因而要零技术会给器件带来减小动态范围的后果，因而要零技术会给器件带来减小动态范围的后果，因而要零技术会给器件带来减小动态范围的后果，因而要求背景电荷通常不超过满阱电荷的求背景电荷通常不超过满阱电荷
31、的求背景电荷通常不超过满阱电荷的求背景电荷通常不超过满阱电荷的10103030。矿机敝毡救滥畴痹闰夸关屉决捉膀豫利场民颐糊写菠囊捞毫号褥段黔瀑断第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20241818四、电荷耦合四、电荷耦合CCD成像器件成像器件CCDCCD成像器件有线阵和面阵两种。成像器件有线阵和面阵两种。成像器件有线阵和面阵两种。成像器件有线阵和面阵两种。对面阵探测器来讲，目前可以做到对面阵探测器来讲，目前可以做到对面阵探测器来讲，目前可以做到对面阵探测器来讲，目前可以做到1024102410241024，2048204820482048，甚至，甚至，甚至，甚至8176
32、613281766132像元的器件。像元的器件。像元的器件。像元的器件。绢攘玻鹃凌祟惯贞膘娄培活锑视肖停篷往教仲唇兢屁凄蚤蒋套逾抨善筋涨第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/202419191、线阵列CCD成像器件单沟道线型单沟道线型单沟道线型单沟道线型CCDCCD 双沟道线阵双沟道线阵双沟道线阵双沟道线阵CCDCCD 转移次数多、效率低、调制传递转移次数多、效率低、调制传递转移次数多、效率低、调制传递转移次数多、效率低、调制传递函数函数函数函数MTFMTFMTFMTF较差，只适用于像敏单元较差，只适用于像敏单元较差，只适用于像敏单元较差，只适用于像敏单元较少的成像器件。
33、较少的成像器件。较少的成像器件。较少的成像器件。转移次数少一半，它的总转移效转移次数少一半，它的总转移效转移次数少一半，它的总转移效转移次数少一半，它的总转移效率大大提高，故一般高于率大大提高，故一般高于率大大提高，故一般高于率大大提高，故一般高于256256位的位的位的位的线阵线阵线阵线阵CCDCCD都为双沟道的。都为双沟道的。都为双沟道的。都为双沟道的。 碉嚏损柳碟屏氢嚷谜盎贴缉臭汗痊听稚顾黑顾紧釜菩盗骄僻瞥钩跑孰遣舰第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/202420202、面阵CCD 按一定的方式将一维线型按一定的方式将一维线型按一定的方式将一维线型按一定的方式将一
34、维线型CCDCCD的光敏单元及移位寄的光敏单元及移位寄的光敏单元及移位寄的光敏单元及移位寄存器排列成二维阵列，即可以构成二维面阵存器排列成二维阵列，即可以构成二维面阵存器排列成二维阵列，即可以构成二维面阵存器排列成二维阵列，即可以构成二维面阵 CCD CCD。根据转移方式不同，面阵根据转移方式不同，面阵根据转移方式不同，面阵根据转移方式不同，面阵CCDCCD通常有全帧转移、帧通常有全帧转移、帧通常有全帧转移、帧通常有全帧转移、帧转移、行间转移等转移方式。转移、行间转移等转移方式。转移、行间转移等转移方式。转移、行间转移等转移方式。 怪刊涟丑荚疹痛抛网占妻黎伐暂帐野撇引逮影灌廷荷吕唱厕梗轮钝制菏
35、蒸第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20242121全帧转移CCD利用利用利用利用CCDCCD进行光电转换，同时将光电荷转移至水平进行光电转换，同时将光电荷转移至水平进行光电转换，同时将光电荷转移至水平进行光电转换，同时将光电荷转移至水平移位寄存器内的移位寄存器内的移位寄存器内的移位寄存器内的CCDCCD光敏面积占总面积的比例很大。光敏面积占总面积的比例很大。岁涸皆络遍搀云溺亲棚看砸徒行跋躁婉轿饿籽山晌种书吹朽垣耐义肖旺陀第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20242222全帧转移全帧转移CCD 一单玻青渠法巧瓢丧快朔榆抉仁雏嗅签柔邻泰森出陨由
36、掇苦器役啃舜喇芹第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20242323帧转移面阵帧转移面阵CCD帧转移面阵帧转移面阵帧转移面阵帧转移面阵CCDCCD的特点是结构简单，光敏单元的尺寸较的特点是结构简单，光敏单元的尺寸较的特点是结构简单，光敏单元的尺寸较的特点是结构简单，光敏单元的尺寸较小，模传递函数小，模传递函数小，模传递函数小，模传递函数MTFMTF较高，但光敏面积占总面积的比例较高，但光敏面积占总面积的比例较高，但光敏面积占总面积的比例较高，但光敏面积占总面积的比例小。转移速度较快。小。转移速度较快。小。转移速度较快。小。转移速度较快。 沸孟畜亭窘对饵眺植皇骗颠哈击韵讼
37、盘颓张燃月焦谓氯祥苟耶饱匡侯祈雕第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20242424帧转移面阵CCD 揉搬菇自讫诺序曾捏淡顾善类豹惦泰雇扫浑段线鼠蕊寡湛尖塔缺糙褐后灵第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20242525行间转移型行间转移型CCD 它的像敏单元呈二维排列，每列像敏单元被遮光的读出它的像敏单元呈二维排列，每列像敏单元被遮光的读出它的像敏单元呈二维排列，每列像敏单元被遮光的读出它的像敏单元呈二维排列，每列像敏单元被遮光的读出寄存器及沟阻隔开，像敏单元与读出寄存器之间又有转寄存器及沟阻隔开，像敏单元与读出寄存器之间又有转寄存器及沟阻隔开，
38、像敏单元与读出寄存器之间又有转寄存器及沟阻隔开，像敏单元与读出寄存器之间又有转移控制栅。每一像敏单元对应于二个遮光的读出寄存器移控制栅。每一像敏单元对应于二个遮光的读出寄存器移控制栅。每一像敏单元对应于二个遮光的读出寄存器移控制栅。每一像敏单元对应于二个遮光的读出寄存器单元。读出寄存器与像敏单元的另一侧被沟阻隔开。单元。读出寄存器与像敏单元的另一侧被沟阻隔开。单元。读出寄存器与像敏单元的另一侧被沟阻隔开。单元。读出寄存器与像敏单元的另一侧被沟阻隔开。 菏拙割慑梯阶乡献裂讽茫婪姨贬馁个辊缺仰华酥抓剩拷厌电疼桓辩描销斧第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20242626行间
39、转移型行间转移型CCD潦紧蒂鸵龚调绷穷蹭翌绿纲嚷旦烈煎掘却诵抖遮能寐羔遁栓磁牲规洪螺炽第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20242727红外焦平面器件：红外焦平面器件：红外焦平面器件：红外焦平面器件：用硅做成的用硅做成的用硅做成的用硅做成的CCDCCD成像器件在可见光及很近的红外波段能工作成像器件在可见光及很近的红外波段能工作成像器件在可见光及很近的红外波段能工作成像器件在可见光及很近的红外波段能工作得非常好。然而对于大部分红外区域，硅几乎是透明的，在得非常好。然而对于大部分红外区域，硅几乎是透明的，在得非常好。然而对于大部分红外区域，硅几乎是透明的，在得非常好。然而
40、对于大部分红外区域，硅几乎是透明的，在红外区必须发展相应的成像器件。红外区必须发展相应的成像器件。红外区必须发展相应的成像器件。红外区必须发展相应的成像器件。但是，发展红外焦平面器件遇到一些特殊困难：但是，发展红外焦平面器件遇到一些特殊困难：但是，发展红外焦平面器件遇到一些特殊困难：但是，发展红外焦平面器件遇到一些特殊困难：1 1）红外背景辐射高，使得被观察的物体辐射与背景辐射的对比）红外背景辐射高，使得被观察的物体辐射与背景辐射的对比）红外背景辐射高，使得被观察的物体辐射与背景辐射的对比）红外背景辐射高，使得被观察的物体辐射与背景辐射的对比度非常低，要求探测器具有高度度非常低，要求探测器具有
41、高度度非常低，要求探测器具有高度度非常低，要求探测器具有高度均匀性均匀性均匀性均匀性；2 2）为了贮存较强的背景辐射所产生的载流子，）为了贮存较强的背景辐射所产生的载流子，）为了贮存较强的背景辐射所产生的载流子，）为了贮存较强的背景辐射所产生的载流子，CCDCCD就必须有就必须有就必须有就必须有足足足足够的电荷存贮能力够的电荷存贮能力够的电荷存贮能力够的电荷存贮能力；3 3）红外探测器的）红外探测器的）红外探测器的）红外探测器的阻抗必须很高阻抗必须很高阻抗必须很高阻抗必须很高，否则在与，否则在与，否则在与，否则在与CCDCCD耦合时会使注入耦合时会使注入耦合时会使注入耦合时会使注入效率下降；效
42、率下降；效率下降；效率下降；4 4）红外材料往往禁带宽度小，热激发严重，热弛豫时间短，所）红外材料往往禁带宽度小，热激发严重，热弛豫时间短，所）红外材料往往禁带宽度小，热激发严重，热弛豫时间短，所）红外材料往往禁带宽度小，热激发严重，热弛豫时间短，所以必须以必须以必须以必须在高频下使用在高频下使用在高频下使用在高频下使用，这对转换效率和光敏面积分时间部存在不，这对转换效率和光敏面积分时间部存在不，这对转换效率和光敏面积分时间部存在不，这对转换效率和光敏面积分时间部存在不利影响；利影响；利影响；利影响；5 5）材料）材料）材料）材料禁带宽度小，击穿电压也低禁带宽度小，击穿电压也低禁带宽度小，击穿
43、电压也低禁带宽度小，击穿电压也低。平督浸澎厦凉完劲嫌嘴仕香缕缄析捐雏译查忠恍炼匙茸拷拴咳公奶样随彬第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20242828根据红外焦平面器件信号电荷的读出及处理的不同分为根据红外焦平面器件信号电荷的读出及处理的不同分为根据红外焦平面器件信号电荷的读出及处理的不同分为根据红外焦平面器件信号电荷的读出及处理的不同分为混合混合混合混合式式式式和和和和单片式单片式单片式单片式两种结构。两种结构。两种结构。两种结构。混合式红外焦平面阵列器件是由红外探测器与硅混合式红外焦平面阵列器件是由红外探测器与硅混合式红外焦平面阵列器件是由红外探测器与硅混合式红外焦
44、平面阵列器件是由红外探测器与硅CCDCCD信息处信息处信息处信息处理器二部分通过镶嵌技术与互连电路组合起来，其关键技术理器二部分通过镶嵌技术与互连电路组合起来，其关键技术理器二部分通过镶嵌技术与互连电路组合起来，其关键技术理器二部分通过镶嵌技术与互连电路组合起来，其关键技术就在于探测器与就在于探测器与就在于探测器与就在于探测器与CCDCCD之间的镶嵌技术与互连电路。之间的镶嵌技术与互连电路。之间的镶嵌技术与互连电路。之间的镶嵌技术与互连电路。单片式焦平面阵列器件，通常选择具有合适光谱响应的本征单片式焦平面阵列器件，通常选择具有合适光谱响应的本征单片式焦平面阵列器件，通常选择具有合适光谱响应的本
45、征单片式焦平面阵列器件，通常选择具有合适光谱响应的本征红外探测器材料，如红外探测器材料，如红外探测器材料，如红外探测器材料，如InSbInSb、HgCdTeHgCdTe、PbSnTePbSnTe等，在其上面等，在其上面等，在其上面等，在其上面作出光敏元及电荷读出结构。作出光敏元及电荷读出结构。作出光敏元及电荷读出结构。作出光敏元及电荷读出结构。班蛾哉帧铺漂罢润襄劳购窟丸毁眨延米蛊鲤薯洁啮咬代腰尔秸慑幌悲涣吃第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20242929五、电荷耦合五、电荷耦合五、电荷耦合五、电荷耦合CCDCCD成像器件的性能参数成像器件的性能参数成像器件的性能参数
46、成像器件的性能参数1 1 1 1）分辨率）分辨率）分辨率）分辨率CCDCCD的分辨率与像素数、每个像元的尺寸和像元之间的分辨率与像素数、每个像元的尺寸和像元之间的分辨率与像素数、每个像元的尺寸和像元之间的分辨率与像素数、每个像元的尺寸和像元之间的间距有关；的间距有关；的间距有关；的间距有关；当像素数一定时，转移损失率对空间分辨率的影响很当像素数一定时，转移损失率对空间分辨率的影响很当像素数一定时，转移损失率对空间分辨率的影响很当像素数一定时，转移损失率对空间分辨率的影响很大；大；大；大；若光生载流子产生在离耗尽层较远的地方时，产生横若光生载流子产生在离耗尽层较远的地方时，产生横若光生载流子产生
47、在离耗尽层较远的地方时，产生横若光生载流子产生在离耗尽层较远的地方时，产生横向扩散，引起像素之间相互干扰，造成空间分辨率降向扩散，引起像素之间相互干扰，造成空间分辨率降向扩散，引起像素之间相互干扰，造成空间分辨率降向扩散，引起像素之间相互干扰，造成空间分辨率降低。低。低。低。2 2 2 2）暗电流）暗电流）暗电流）暗电流 暗电流主要由耗尽区的热激发载流子，以及暗电流主要由耗尽区的热激发载流子，以及暗电流主要由耗尽区的热激发载流子，以及暗电流主要由耗尽区的热激发载流子，以及SiSi和和和和SiOSiO2 2界面界面界面界面态的复合等原因造成，暗电流使势阱慢慢地被填满，态的复合等原因造成，暗电流使
48、势阱慢慢地被填满，态的复合等原因造成，暗电流使势阱慢慢地被填满，态的复合等原因造成，暗电流使势阱慢慢地被填满，减小减小减小减小了动态范围了动态范围了动态范围了动态范围。尤其是暗电流在整个成像区不均匀时，使像。尤其是暗电流在整个成像区不均匀时，使像。尤其是暗电流在整个成像区不均匀时，使像。尤其是暗电流在整个成像区不均匀时，使像面严重畸变。面严重畸变。面严重畸变。面严重畸变。斑幻札林佯斩几狠逮丧素贱枝涝颜杭菌棒喜西介俭赊炕宁涣孵倘玖狂酋突第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/202430303 3 3 3）灵敏度）灵敏度）灵敏度）灵敏度灵敏度主要由灵敏度主要由灵敏度主要由灵敏
49、度主要由CCDCCD器件响应度和各种噪声因素共同决定。器件响应度和各种噪声因素共同决定。器件响应度和各种噪声因素共同决定。器件响应度和各种噪声因素共同决定。由于由于由于由于CCDCCD结构复杂，噪声源也较多，主要有结构复杂，噪声源也较多，主要有结构复杂，噪声源也较多，主要有结构复杂，噪声源也较多，主要有: :光子噪声光子噪声光子噪声光子噪声; ;暗电流噪声暗电流噪声暗电流噪声暗电流噪声; ;表面捕获噪声表面捕获噪声表面捕获噪声表面捕获噪声; ;“ “肥零肥零肥零肥零” ”噪声噪声噪声噪声; ;输出电路噪声等。输出电路噪声等。输出电路噪声等。输出电路噪声等。数恕虑呢修凡泡征逃复过添封侗雀湛毋坏吏
50、缅蹲侣谷鸳欣谢籽肋厚谚沽滓第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/202431314 4 4 4）动态范围）动态范围）动态范围）动态范围动态范围是指对于光照度有较大变化时，器件仍能线性动态范围是指对于光照度有较大变化时，器件仍能线性动态范围是指对于光照度有较大变化时，器件仍能线性动态范围是指对于光照度有较大变化时，器件仍能线性响应。它的上限是由电荷最大存贮容量决定，下限仍是响应。它的上限是由电荷最大存贮容量决定，下限仍是响应。它的上限是由电荷最大存贮容量决定，下限仍是响应。它的上限是由电荷最大存贮容量决定，下限仍是噪声所限制。噪声所限制。噪声所限制。噪声所限制。5 5 5
51、5）光谱）光谱）光谱）光谱响应响应响应响应CCDCCD器件的光谱响应与所用材料有关。通常用器件的光谱响应与所用材料有关。通常用器件的光谱响应与所用材料有关。通常用器件的光谱响应与所用材料有关。通常用SiSi材料制材料制材料制材料制做的做的做的做的CCDCCD，其光谱响应曲线与硅光电二极管相同。，其光谱响应曲线与硅光电二极管相同。，其光谱响应曲线与硅光电二极管相同。，其光谱响应曲线与硅光电二极管相同。擒勇古吟光枉簧伎虱憋祸乘官氖硝缴保虎微爆得聪鹅跌报匪阴搬湃窜仪悼第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20243232六、六、 微透镜技术微透镜技术 锨瓢湍吨欺玉罩垂邓针训赛罐
52、著蛊谓捻药膝蛛矛盼碾边伞伞探艺县炸康蒋第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20243333微型透镜技术的主要优点为：微型透镜技术的主要优点为：微微微微透透透透镜镜镜镜阵阵阵阵列列列列覆覆覆覆盖盖盖盖CCDCCD的的的的全全全全部部部部表表表表面面面面，它它它它能能能能将将将将入入入入射射射射的的的的全全全全部部部部光光光光线线线线会会会会聚聚聚聚在在在在光光光光电电电电二二二二极极极极管管管管( (像像像像素素素素) )上上上上，这这这这样样样样，入入入入射射射射光光光光将将将将得得得得到到到到接接接接近近近近100100的利用；的利用；的利用；的利用；使使使使用用用用
53、微微微微透透透透镜镜镜镜技技技技术术术术可可可可缩缩缩缩小小小小光光光光电电电电二二二二极极极极管管管管( (像像像像素素素素) )的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸，从从从从而而而而提提提提高图像传感器的灵敏度；高图像传感器的灵敏度；高图像传感器的灵敏度；高图像传感器的灵敏度；光电二极管光电二极管光电二极管光电二极管( (像素像素像素像素) )的尺寸缩小了，噪声也随着降低了；的尺寸缩小了，噪声也随着降低了；的尺寸缩小了，噪声也随着降低了；的尺寸缩小了，噪声也随着降低了；光光光光电电电电二二二二极极极极管管管管( (像像像像素素素素) )尺尺尺尺寸寸寸寸的的的的缩缩缩缩小小小小，结结结结电电电电容容容容
54、会会会会减减减减小小小小，促促促促使使使使响响响响应应应应速度的提高；速度的提高；速度的提高；速度的提高；光光光光电电电电二二二二极极极极管管管管( (像像像像素素素素) )的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸缩缩缩缩小小小小，可可可可以以以以有有有有更更更更大大大大空空空空间间间间用用用用于于于于布布布布置置置置电子元器件和传输沟道等，促使电子元器件和传输沟道等，促使电子元器件和传输沟道等，促使电子元器件和传输沟道等，促使CCDCCD整体性能的提高。整体性能的提高。整体性能的提高。整体性能的提高。阎江挞陋铆讳谁律山级伍嵌占汲大炕厦声迈遮乓淖隘肄敌漏袁卡转啡毯佰第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/
55、20249/4/20243434七、七、 电子倍增电子倍增CCD（EMCCD） 采用具有雪崩放大功能的移位寄存器采用具有雪崩放大功能的移位寄存器采用具有雪崩放大功能的移位寄存器采用具有雪崩放大功能的移位寄存器可实现可实现可实现可实现10102 2 10103 3 数量级的电荷放大数量级的电荷放大数量级的电荷放大数量级的电荷放大可实现单光子计数可实现单光子计数可实现单光子计数可实现单光子计数等效输出噪声小于一个电子等效输出噪声小于一个电子等效输出噪声小于一个电子等效输出噪声小于一个电子廷湛醚皱踞朔骸鸽赁藏两巨子置桃庸聂瑶敢囤佩投廉悬悠爪盖肥苫进瀑帮第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20
56、249/4/20243535772 2 多元及多色探测器件多元及多色探测器件随着红外技术的发展，单元探测器满足不了红外系随着红外技术的发展，单元探测器满足不了红外系随着红外技术的发展，单元探测器满足不了红外系随着红外技术的发展，单元探测器满足不了红外系统提高作用距离、响应速度及扩大视场和简化光机统提高作用距离、响应速度及扩大视场和简化光机统提高作用距离、响应速度及扩大视场和简化光机统提高作用距离、响应速度及扩大视场和简化光机扫描结构的要求，红外探测器必然由单元向多元方扫描结构的要求，红外探测器必然由单元向多元方扫描结构的要求，红外探测器必然由单元向多元方扫描结构的要求，红外探测器必然由单元向多
57、元方向发展。向发展。向发展。向发展。双色和多色探测器能同时对双波段和多波段的辐射双色和多色探测器能同时对双波段和多波段的辐射双色和多色探测器能同时对双波段和多波段的辐射双色和多色探测器能同时对双波段和多波段的辐射信息进行处理，已在搜索、跟踪、制导系统等军事信息进行处理，已在搜索、跟踪、制导系统等军事信息进行处理，已在搜索、跟踪、制导系统等军事信息进行处理，已在搜索、跟踪、制导系统等军事上和地球资源勘查、预警、测温和森林防火等方面上和地球资源勘查、预警、测温和森林防火等方面上和地球资源勘查、预警、测温和森林防火等方面上和地球资源勘查、预警、测温和森林防火等方面得到广泛应用。得到广泛应用。得到广泛
58、应用。得到广泛应用。拿脂耍茬埃粮弦炭客哉戎危炯摇讳线芯蹄称雅姥礁章败胃酮速峪区纹筏录第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20243636一、多色探测器一、多色探测器一、多色探测器一、多色探测器多色探测器又称为多波段探测器，它是将两个以上光谱响应多色探测器又称为多波段探测器，它是将两个以上光谱响应多色探测器又称为多波段探测器，它是将两个以上光谱响应多色探测器又称为多波段探测器，它是将两个以上光谱响应不同的探测器构成叠层结构或并列结构。不同的探测器构成叠层结构或并列结构。不同的探测器构成叠层结构或并列结构。不同的探测器构成叠层结构或并列结构。在叠层结构中通常将短波元件放在长
59、波元件的上面，中间用在叠层结构中通常将短波元件放在长波元件的上面，中间用在叠层结构中通常将短波元件放在长波元件的上面，中间用在叠层结构中通常将短波元件放在长波元件的上面，中间用透明的环氧树脂粘合，或采用同质结异质结的双层结构。透明的环氧树脂粘合，或采用同质结异质结的双层结构。透明的环氧树脂粘合，或采用同质结异质结的双层结构。透明的环氧树脂粘合，或采用同质结异质结的双层结构。龟撂校湖尚旦挂场坏梗走值灵串缮该饱隘照墟版虏蚂抬谚贷纤家写饱垣敬第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20243737二、多元探测方式二、多元探测方式用多个光电探测器与光学系统组成探测头对目标进行探测的
60、用多个光电探测器与光学系统组成探测头对目标进行探测的用多个光电探测器与光学系统组成探测头对目标进行探测的用多个光电探测器与光学系统组成探测头对目标进行探测的方式称为多元探测方式。方式称为多元探测方式。方式称为多元探测方式。方式称为多元探测方式。与单元探测（系统只采用一个探测器）方式相比，它的特点与单元探测（系统只采用一个探测器）方式相比，它的特点与单元探测（系统只采用一个探测器）方式相比，它的特点与单元探测（系统只采用一个探测器）方式相比，它的特点是并行处理、快速。所用的多个探测器可以集成在同一芯片是并行处理、快速。所用的多个探测器可以集成在同一芯片是并行处理、快速。所用的多个探测器可以集成在
61、同一芯片是并行处理、快速。所用的多个探测器可以集成在同一芯片上，如四象限探测器、多色探测器等，也可以用多个分立探上，如四象限探测器、多色探测器等，也可以用多个分立探上，如四象限探测器、多色探测器等，也可以用多个分立探上，如四象限探测器、多色探测器等，也可以用多个分立探测器件。测器件。测器件。测器件。双元探测法是采用两个光电探测器与光学系统组成探测头，双元探测法是采用两个光电探测器与光学系统组成探测头，双元探测法是采用两个光电探测器与光学系统组成探测头，双元探测法是采用两个光电探测器与光学系统组成探测头，它的特点是结构简单。它的特点是结构简单。它的特点是结构简单。它的特点是结构简单。通常把两个探
62、测器接成电桥方式或差动方式以自动减去背景通常把两个探测器接成电桥方式或差动方式以自动减去背景通常把两个探测器接成电桥方式或差动方式以自动减去背景通常把两个探测器接成电桥方式或差动方式以自动减去背景光能作用下光电探测器输出的光电流。或者用两个光电探测光能作用下光电探测器输出的光电流。或者用两个光电探测光能作用下光电探测器输出的光电流。或者用两个光电探测光能作用下光电探测器输出的光电流。或者用两个光电探测器分别形成双通道、经后续电路适当处理以消除与目标信号器分别形成双通道、经后续电路适当处理以消除与目标信号器分别形成双通道、经后续电路适当处理以消除与目标信号器分别形成双通道、经后续电路适当处理以消
63、除与目标信号无关的一些直流（不变的）光能量的影响。无关的一些直流（不变的）光能量的影响。无关的一些直流（不变的）光能量的影响。无关的一些直流（不变的）光能量的影响。魂辈您蹭啃胺龟污播俭几秦臀藉拈阳糠余窝启似苹璃护寥最型豫杆拢壤杠第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20243838三、四象限探测器三、四象限探测器把四个性能完全相同的探测器按照直角坐标要求排列成四个把四个性能完全相同的探测器按照直角坐标要求排列成四个把四个性能完全相同的探测器按照直角坐标要求排列成四个把四个性能完全相同的探测器按照直角坐标要求排列成四个象限做在同一芯片上，中间有十字形沟道隔开，即四象限探象限
64、做在同一芯片上，中间有十字形沟道隔开，即四象限探象限做在同一芯片上，中间有十字形沟道隔开，即四象限探象限做在同一芯片上，中间有十字形沟道隔开，即四象限探测器。测器。测器。测器。四象限探测器象限之间的间隔称为四象限探测器象限之间的间隔称为四象限探测器象限之间的间隔称为四象限探测器象限之间的间隔称为“死区死区死区死区”，般要求般要求般要求般要求“死死死死区区区区”作得很窄。若作得很窄。若作得很窄。若作得很窄。若“死区死区死区死区”太宽，而入射光斑较小时，就无太宽，而入射光斑较小时，就无太宽，而入射光斑较小时，就无太宽，而入射光斑较小时，就无法判别光斑的位置；法判别光斑的位置；法判别光斑的位置；法判
65、别光斑的位置；“死区死区死区死区”作得过分狭窄，可能引起信号作得过分狭窄，可能引起信号作得过分狭窄，可能引起信号作得过分狭窄，可能引起信号之间的相互串扰，同时工艺上也不易达到，所以实际制作时，之间的相互串扰，同时工艺上也不易达到，所以实际制作时，之间的相互串扰，同时工艺上也不易达到，所以实际制作时，之间的相互串扰，同时工艺上也不易达到，所以实际制作时，必须要兼顾这两个方面。必须要兼顾这两个方面。必须要兼顾这两个方面。必须要兼顾这两个方面。学皱仅拨裂聂玩席某绢闯销醉棒淤易臀疑安凉耗炔猩犬贬傲衙寇弧吞影额第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20243939此外，四象限探侧器
66、在实际工作时要求四个探测此外，四象限探侧器在实际工作时要求四个探测此外，四象限探侧器在实际工作时要求四个探测此外，四象限探侧器在实际工作时要求四个探测器分别配接四个前置放大器。器分别配接四个前置放大器。器分别配接四个前置放大器。器分别配接四个前置放大器。由于四个探测器的响应特性（由于四个探测器的响应特性（由于四个探测器的响应特性（由于四个探测器的响应特性（D D* *，R Rv v等）不可能等）不可能等）不可能等）不可能作到绝对一致。为了正常工作，除尽量选择一致作到绝对一致。为了正常工作，除尽量选择一致作到绝对一致。为了正常工作，除尽量选择一致作到绝对一致。为了正常工作，除尽量选择一致性好的器
67、件外，要求配接的放大器要能起到补偿性好的器件外，要求配接的放大器要能起到补偿性好的器件外，要求配接的放大器要能起到补偿性好的器件外，要求配接的放大器要能起到补偿和均衡的作用。和均衡的作用。和均衡的作用。和均衡的作用。束陡伊稻为奇秦抵呼汛切吐炊叠蔓京戈捏郝衡陪擎休扁爷浮禁拱缝弟樊译第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20244040激光射出的光束用倒置望远系统进行扩束，射出接近平行的激光射出的光束用倒置望远系统进行扩束，射出接近平行的激光射出的光束用倒置望远系统进行扩束，射出接近平行的激光射出的光束用倒置望远系统进行扩束，射出接近平行的光束投向四象限管，形成一圆形亮斑。光
68、电池光束投向四象限管，形成一圆形亮斑。光电池光束投向四象限管，形成一圆形亮斑。光电池光束投向四象限管，形成一圆形亮斑。光电池ACAC、BDBD两两两两两两两两接成电桥，当光束准直时，亮斑中心与四象限管十字沟道中接成电桥，当光束准直时，亮斑中心与四象限管十字沟道中接成电桥，当光束准直时，亮斑中心与四象限管十字沟道中接成电桥，当光束准直时，亮斑中心与四象限管十字沟道中心重合，此时电桥输出信号为零。心重合，此时电桥输出信号为零。心重合，此时电桥输出信号为零。心重合，此时电桥输出信号为零。若亮斑沿上下左右有偏移时，两对电桥就相应于光斑偏离方若亮斑沿上下左右有偏移时，两对电桥就相应于光斑偏离方若亮斑沿上
69、下左右有偏移时，两对电桥就相应于光斑偏离方若亮斑沿上下左右有偏移时，两对电桥就相应于光斑偏离方向而输出向而输出向而输出向而输出XX、YY的的的的信号。信号。信号。信号。哪个探测器被照亮斑的面积大，输出信号也大。这种准直仪哪个探测器被照亮斑的面积大，输出信号也大。这种准直仪哪个探测器被照亮斑的面积大，输出信号也大。这种准直仪哪个探测器被照亮斑的面积大，输出信号也大。这种准直仪可用于各种建筑施工场合作为测量基准线。可用于各种建筑施工场合作为测量基准线。可用于各种建筑施工场合作为测量基准线。可用于各种建筑施工场合作为测量基准线。激光器激光器扩束准直镜扩束准直镜滤光片滤光片四象限光电池四象限光电池AB
70、CD应用一：激光准直应用一：激光准直臀捻彻减拳鼠轧铺匪导蚊胃怕颂杠那央翱炊融揖砍济钩贯伶爸甭毯轰骑她第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20244141应用二：目标二维方向定位应用二：目标二维方向定位应用二：目标二维方向定位应用二：目标二维方向定位被照射的目标对光脉冲发生漫反射，反射回来的光由被照射的目标对光脉冲发生漫反射，反射回来的光由被照射的目标对光脉冲发生漫反射，反射回来的光由被照射的目标对光脉冲发生漫反射，反射回来的光由光电接收系统接收。四象限探测器位置因略有离焦，光电接收系统接收。四象限探测器位置因略有离焦，光电接收系统接收。四象限探测器位置因略有离焦，光电接
71、收系统接收。四象限探测器位置因略有离焦，于是接收到目标的像为一圆形光斑。于是接收到目标的像为一圆形光斑。于是接收到目标的像为一圆形光斑。于是接收到目标的像为一圆形光斑。当光学系统光轴对准目标时，圆形光斑中心与四象限当光学系统光轴对准目标时，圆形光斑中心与四象限当光学系统光轴对准目标时，圆形光斑中心与四象限当光学系统光轴对准目标时，圆形光斑中心与四象限管中心重合。四个器件因受照的光斑面积相同，输出管中心重合。四个器件因受照的光斑面积相同，输出管中心重合。四个器件因受照的光斑面积相同，输出管中心重合。四个器件因受照的光斑面积相同，输出相等的脉冲电压。经过后面的处理电路以后，没有误相等的脉冲电压。经
72、过后面的处理电路以后，没有误相等的脉冲电压。经过后面的处理电路以后，没有误相等的脉冲电压。经过后面的处理电路以后，没有误差信号输出。差信号输出。差信号输出。差信号输出。筛爆椎禁岩辽子直聪敢疯亢无锐拄雹善匹江浮轿游第警吉权劝序诣纠上柞第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20244242当目标相对光轴在当目标相对光轴在当目标相对光轴在当目标相对光轴在x x、y y方向有任何偏移时，目标方向有任何偏移时，目标方向有任何偏移时，目标方向有任何偏移时，目标像的圆形光斑的位置就在四象限管上相应地有偏像的圆形光斑的位置就在四象限管上相应地有偏像的圆形光斑的位置就在四象限管上相应地有偏
73、像的圆形光斑的位置就在四象限管上相应地有偏移，四个探测器因受照光斑面积不同而得到不同移，四个探测器因受照光斑面积不同而得到不同移，四个探测器因受照光斑面积不同而得到不同移，四个探测器因受照光斑面积不同而得到不同的光能量，从而输出脉冲电压的幅度也不同。的光能量，从而输出脉冲电压的幅度也不同。的光能量，从而输出脉冲电压的幅度也不同。的光能量，从而输出脉冲电压的幅度也不同。四象限探测器可作为二维方向上目标的方位定向，四象限探测器可作为二维方向上目标的方位定向，四象限探测器可作为二维方向上目标的方位定向，四象限探测器可作为二维方向上目标的方位定向，用于军事目标的探测或工业中的定向探测。用于军事目标的探
74、测或工业中的定向探测。用于军事目标的探测或工业中的定向探测。用于军事目标的探测或工业中的定向探测。萌胸磅腰坏封姻诞凰膨蝴捞氢分悟攫铭走嘘度狠掀转谤鹊膊汁艘傲准坦溉第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/202443437 73 3 光机扫描探测技术光机扫描探测技术用一个或多个探测器作接收器，用光学系统或光学用一个或多个探测器作接收器，用光学系统或光学用一个或多个探测器作接收器，用光学系统或光学用一个或多个探测器作接收器，用光学系统或光学零件作机械扫描运动，按照一定方式对目标进行顺零件作机械扫描运动，按照一定方式对目标进行顺零件作机械扫描运动，按照一定方式对目标进行顺零件作机
75、械扫描运动，按照一定方式对目标进行顺序分解和瞬间取样，最终获取所需的目标信息，这序分解和瞬间取样，最终获取所需的目标信息，这序分解和瞬间取样，最终获取所需的目标信息，这序分解和瞬间取样，最终获取所需的目标信息，这种方式称为光机扫描成像。种方式称为光机扫描成像。种方式称为光机扫描成像。种方式称为光机扫描成像。这种成像方式的主要特点是可获取较大的视场范围这种成像方式的主要特点是可获取较大的视场范围这种成像方式的主要特点是可获取较大的视场范围这种成像方式的主要特点是可获取较大的视场范围和动态范围，但是扫描速度较慢。和动态范围，但是扫描速度较慢。和动态范围，但是扫描速度较慢。和动态范围，但是扫描速度较
76、慢。利用单元探测器，采用利用单元探测器，采用利用单元探测器，采用利用单元探测器，采用光学机械光学机械光学机械光学机械的方法使探测器的的方法使探测器的的方法使探测器的的方法使探测器的瞬时视场沿整个物面进行扫描，这种利用机械传动瞬时视场沿整个物面进行扫描，这种利用机械传动瞬时视场沿整个物面进行扫描，这种利用机械传动瞬时视场沿整个物面进行扫描，这种利用机械传动光学元件扫描的方法叫做光学机械扫描探测，简称光学元件扫描的方法叫做光学机械扫描探测，简称光学元件扫描的方法叫做光学机械扫描探测，简称光学元件扫描的方法叫做光学机械扫描探测，简称光机扫描光机扫描光机扫描光机扫描探测。探测。探测。探测。桑巳降馒藏凑
77、瓮修士晰殷各障傣闲毗屈活酷熔亩隅哩猪伺柠黔绥需蔑丛嫡第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20244444 1. 1. 1. 1. 物扫描方式物扫描方式物扫描方式物扫描方式所谓物扫描是指行扫部所谓物扫描是指行扫部所谓物扫描是指行扫部所谓物扫描是指行扫部件与帧扫部件均在物方件与帧扫部件均在物方件与帧扫部件均在物方件与帧扫部件均在物方对平行光束进行扫描对平行光束进行扫描对平行光束进行扫描对平行光束进行扫描由旋转反射镜鼓对入射由旋转反射镜鼓对入射由旋转反射镜鼓对入射由旋转反射镜鼓对入射平行光束作行扫，再由平行光束作行扫，再由平行光束作行扫，再由平行光束作行扫，再由摆动平面反射镜
78、对镜鼓摆动平面反射镜对镜鼓摆动平面反射镜对镜鼓摆动平面反射镜对镜鼓出射平行光束作帧扫的出射平行光束作帧扫的出射平行光束作帧扫的出射平行光束作帧扫的组合方式。组合方式。组合方式。组合方式。决定此种结构基本尺寸决定此种结构基本尺寸决定此种结构基本尺寸决定此种结构基本尺寸大小的主要因素是光束大小的主要因素是光束大小的主要因素是光束大小的主要因素是光束宽度宽度宽度宽度D D和视场角和视场角和视场角和视场角 。探测器探测器探测器探测器被测景物被测景物被测景物被测景物水平扫描水平扫描水平扫描水平扫描垂直扫描垂直扫描垂直扫描垂直扫描铂蛛俘狐水凛咨抿偶骨子捞灰佰鸽柠忱司床肉从菏摔蚊毁碱煎莆绦眠宗析第7章其它电
79、探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20244545D D1 1D D2 22. 2. 2. 2. 伪物扫描方式伪物扫描方式伪物扫描方式伪物扫描方式所谓伪物扫描是在物扫描机构之前加装一套前置望远镜组所谓伪物扫描是在物扫描机构之前加装一套前置望远镜组所谓伪物扫描是在物扫描机构之前加装一套前置望远镜组所谓伪物扫描是在物扫描机构之前加装一套前置望远镜组合而成的系统，合而成的系统，合而成的系统，合而成的系统，如图示。对前如图示。对前如图示。对前如图示。对前置望远镜，有置望远镜，有置望远镜，有置望远镜，有扫描系统小型化扫描系统小型化扫描系统小型化扫描系统小型化提高扫描速度提高扫描速度提高扫描
80、速度提高扫描速度结构较复杂结构较复杂结构较复杂结构较复杂像差校正难度大像差校正难度大像差校正难度大像差校正难度大 赏妻伪瘟视惶见胃诬劫绵陕未勤塌掏温械矛全邀蛾联风透粤话聋巡诱钱抒第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/202446463. 3. 3. 3. 折射棱镜帧扫描、反射镜鼓行扫描方式折射棱镜帧扫描、反射镜鼓行扫描方式折射棱镜帧扫描、反射镜鼓行扫描方式折射棱镜帧扫描、反射镜鼓行扫描方式折射棱镜的扫描效率高于摆镜的扫描效率，所以这种方案折射棱镜的扫描效率高于摆镜的扫描效率，所以这种方案折射棱镜的扫描效率高于摆镜的扫描效率，所以这种方案折射棱镜的扫描效率高于摆镜的扫描效率
81、，所以这种方案的总扫描效率比前述两种方案有所提高。但由于棱镜引入的总扫描效率比前述两种方案有所提高。但由于棱镜引入的总扫描效率比前述两种方案有所提高。但由于棱镜引入的总扫描效率比前述两种方案有所提高。但由于棱镜引入像差，则对像差校正增加了系统设计的困难。像差，则对像差校正增加了系统设计的困难。像差，则对像差校正增加了系统设计的困难。像差，则对像差校正增加了系统设计的困难。许塌对诬狈窝尿脏梆由泵汾责拷攻陪凰舟蓝遣没鸡丽聋捍沛憾仕骚本端魁第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/202447474. 4. 4. 4. 双折射棱镜扫描方式双折射棱镜扫描方式双折射棱镜扫描方式双折射棱
82、镜扫描方式帧扫描与行扫描分别各采用一个折射棱镜作为扫描器。光帧扫描与行扫描分别各采用一个折射棱镜作为扫描器。光帧扫描与行扫描分别各采用一个折射棱镜作为扫描器。光帧扫描与行扫描分别各采用一个折射棱镜作为扫描器。光束经第一棱镜（帧扫）折射后很靠近光轴，因此第二棱镜束经第一棱镜（帧扫）折射后很靠近光轴，因此第二棱镜束经第一棱镜（帧扫）折射后很靠近光轴，因此第二棱镜束经第一棱镜（帧扫）折射后很靠近光轴，因此第二棱镜（行扫）做得很窄，减轻了重量，这有利于高速扫描。但（行扫）做得很窄，减轻了重量，这有利于高速扫描。但（行扫）做得很窄，减轻了重量，这有利于高速扫描。但（行扫）做得很窄，减轻了重量，这有利于高
83、速扫描。但这种系统的像差修正难度相当大，光学部件的加工工艺要这种系统的像差修正难度相当大，光学部件的加工工艺要这种系统的像差修正难度相当大，光学部件的加工工艺要这种系统的像差修正难度相当大，光学部件的加工工艺要求也很高。很典型的产品如求也很高。很典型的产品如求也很高。很典型的产品如求也很高。很典型的产品如瑞典瑞典瑞典瑞典AGAAGA公司的公司的公司的公司的AGA-780AGA-780、AGA-782AGA-782热像仪均是采用这种扫描方式。热像仪均是采用这种扫描方式。热像仪均是采用这种扫描方式。热像仪均是采用这种扫描方式。 胎甫约弘衡砧铂涪可保碾璃涎卓富堡永矫似颤昼弥祸姥尧凿烂明券号槛屈第7章
84、其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20244848光电探测器光电探测器( (按原理分按原理分) )光子探光子探 测器测器热探测器热探测器内光电效内光电效应应外光电效外光电效应应光电导器件光电导器件光生伏特器光生伏特器件件光电子发射光电子发射探测器探测器热释电探热释电探测器测器热敏电阻热敏电阻热电偶热电偶小小 结结术忆勿肌睛崇简昔赐虏揪妊疑斡颠剩缎云贬停索铰讳孺磕活缕壤宦依酬毅第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20244949光电探测器（按空间分辨能力）光电探测器（按空间分辨能力）光电探测器（按空间分辨能力）光电探测器（按空间分辨能力）成像探测成像探测成像探测成像探测非成像探测非成像探测非成像探测非成像探测多元多元多元多元大面元大面元大面元大面元单元单元单元单元光机扫描光机扫描光机扫描光机扫描非扫描非扫描非扫描非扫描小小 结结骏庆帜胰褪檬止巩校剁筐情幼脆亚睁陛址淀稀鸟储颖荆翠摩涩荚马阅罕蔷第7章其它电探测器第7章其它电探测器9/4/20249/4/20245050
