1、123hE 456789gEhcgEchgEh101112131415161718192021222324252602021Amh2728 293031光電管和光電倍增管光電管和光電倍增管3233343536 型型號號 光光譜譜響響應應范范圍圍(A。) 最最佳佳靈靈敏敏度度波波長長(A。) 最最小小陰陰極極靈靈敏敏度度(uA/lm) 陽陽極極工工作作電電壓壓(V) 暗暗電電流流(A) 環環境境溫溫度度() GD-5 2000 6000 3800 4200 30 3 30 0 3 31 10 0- -1 11 1 5 - 35 GD-6 6000 11000 7000 9000 10 3 30

2、0 8 81 10 0- -1 11 1 5 - 35 GD-7 3000 8500 4500 45 1 10 00 0 8 81 10 0- -1 11 1 40 3738394041)48( i /Ini42434445梳狀電極光電導透光窗口外殼絕緣基體玻璃支柱引腳AA46474849505152535455565758596061626364656667686970NNP7172 存在一個最佳靈敏度波長存在一個最佳靈敏度波長73204060801000Lx74757677787980818283848586SiO2。87二、光固態圖象傳感器 光固態圖象傳感器由光敏元件陣列光敏元件陣列和電

3、荷轉移器件電荷轉移器件集合而成。它的核心是電荷轉移器件電荷轉移器件CTD(Charge Transfer Device),最常用的是電荷耦合器件CCD(Charge Coupled Device)。CCD自1970年問世以后，由于它的低噪聲等特點，CCD圖象傳感器廣泛的被應用在微光電視攝像、信息存儲和信息處理等方面。1 1CCDCCD的結構和基本原理的結構和基本原理P型Si耗盡區電荷轉移方向123輸出柵輸入柵輸入二極管輸出二極管 SiO2 CCD的MOS結構88 CCD是由若干個電荷耦合單元組成，該單元的結構如圖所示。CCD的最小單元是在P型（或N型）硅襯底上生長一層厚度約為120nm的SiO

4、2，再在SiO2層上依次沉積鋁電極而構成MOS的電容式轉移器。將MOS陣列加上輸入、輸出端，便構成了CCD。 當向SiO2表面的電極加正偏壓時，P型硅襯底中形成耗盡區（勢阱），耗盡區的深度隨正偏壓升高而加大。其中的少數載流子（電子）被吸收到最高正偏壓電極下的區域內（如圖中1極下），形成電荷包（勢阱）。對于N型硅襯底的CCD器件，電極加正偏壓時，少數載流子為空穴。89 如何實現電荷定向轉移呢？電荷轉移的控制方法，非常類似于步進電極的步進控制方式。也有二相、三相等控制方式之分。下面以三相控制方式為例說明控制電荷定向轉移的過程。見圖 P1 P1 P2 P2 P3 P3 P1 P1 P2 P2 P3

5、P3 P1 P1 P2 P2 P3 P3P1P1P2P2P3P3(a)123t0t1t2t3t(b)電荷轉移過程t=t0t=t1t=t2t=t3090 三相控制是在線陣列的每一個像素上有三個金屬電極P1,P2,P3,依次在其上施加三個相位不同的控制脈沖1，2，3，見圖（b）。CCD電荷的注入通常有光注入、電注入和熱注入等方式。圖(b)采用電注入方式。當P1極施加高電壓時，在P1下方產生電荷包（t=t0）；當P2極加上同樣的電壓時，由于兩電勢下面勢阱間的耦合，原來在P1下的電荷將在P1、P2兩電極下分布（t=t1）；當P1回到低電位時，電荷包全部流入P2下的勢阱中（t=t2）。然后，p3的電位升

6、高，P2回到低電位，電荷包從P2下轉到P3下的勢阱（t=t3），以此控制，使P1下的電荷轉移到P3下。隨著控制脈沖的分配，少數載流子便從CCD的一端轉移到最終端。終端的輸出二極管搜集了少數載流子，送入放大器處理，便實現電荷移動。912 2線型線型CCDCCD圖像傳感器圖像傳感器 線型CCD圖像傳感器由一列光敏元件與一列CCD并行且對應的構成一個主體,在它們之間設有一個轉移控制柵,如圖4.4-4(a)所示。在每一個光敏元件上都有一個梳狀公共電極,由一個P型溝阻使其在電氣上隔開。當入射光照射在光敏元件陣列上,梳狀電極施加高電壓時,光敏元件聚集光電荷,進行光積分,光電荷與光照強度和光積分時間成正比。

7、在光積分時間結束時,轉移柵上的電壓提高(平時低電壓),與CCD對應的電極也同時處于高電壓狀態。然后,降低梳狀電極電壓，各光敏元件中所積累的光電電荷并行地轉移到移位寄存器中。當轉移完畢,轉移柵電壓降低,梳妝電極電壓回復原來的高電壓狀態,準備下一次光積分周期。同時,在電荷耦合移位寄存器上加上時鐘脈沖,將存儲的電荷從CCD中轉移,由輸出端輸出。這個過程重復地進行就得到相繼的行輸出,從而讀出電荷圖形。92 目前，實用的線型CCD圖像傳感器為雙行結構，如圖（b）所示。單、雙數光敏元件中的信號電荷分別轉移到上、下方的移位寄存器中，然后，在控制脈沖的作用下，自左向右移動，在輸出端交替合并輸出，這樣就形成了原

8、來光敏信號電荷的順序。轉移柵光積分單元不透光的電荷轉移結構光積分區輸出轉移柵(a)(b)線型CCD圖像傳感器輸出933 3面型面型CCDCCD圖像傳感器圖像傳感器 面型CCD圖像傳感器由感光區、信號存儲區和輸出轉移部分組成。目前存在三種典型結構形式，如圖所示。 圖(a)所示結構由行掃描電路、垂直輸出寄存器、感光區和輸出二極管組成。行掃描電路將光敏元件內的信息轉移到水平（行）方向上，由垂直方向的寄存器將信息轉移到輸出二極管，輸出信號由信號處理電路轉換為視頻圖像信號。這種結構易于引起圖像模糊。94二相驅動視頻輸出 行掃描發生器輸出寄存器檢波二極管二相驅動感光區溝阻P1 P2P3P1 P2P3P1

9、P2P3 感光區 存儲區析像單元 視頻輸出輸出柵串行讀出面型CCD圖像傳感器結構(a)(b)95 圖（b）所示結構增加了具有公共水平方向電極的不透光的信息存儲區。在正常垂直回掃周期內，具有公共水平方向電極的感光區所積累的電荷同樣迅速下移到信息存儲區。在垂直回掃結束后，感光區回復到積光狀態。在水平消隱周期內，存儲區的整個電荷圖像向下移動，每次總是將存儲區最底部一行的電荷信號移到水平讀出器，該行電荷在讀出移位寄存器中向右移動以視頻信號輸出。當整幀視頻信號自存儲移出后，就開始下一幀信號的形成。該CCD結構具有單元密度高、電極簡單等優點，但增加了存儲器。96光柵報時鐘二相驅動輸出寄存器檢波二極管 視頻輸出垂直轉移寄存器感光區二相驅動(c)97 圖(c)所示結構是用得最多的一種結構形式。它將圖(b)中感光元件與存儲元件相隔排列。即一列感光單元，一列不透光的存儲單元交替排列。在感光區光敏元件積分結束時，轉移控制柵打開，電荷信號進入存儲區。隨后，在每個水平回掃周期內，存儲區中整個電荷圖像一次一行地向上移到水平讀出移位寄存器中。接著這一行電荷信號在