1、1.簡述：（1）CMOS器件和CCD器件的工作原理上有什么相同點和不同點；答：  CMOS圖像傳感器的光電轉換原理與CCD基本相同，其光敏單元受到光照后產生光生電子。而信號的讀出方法卻與CCD不同，每個CMOS源像素傳感單元都有自己的緩沖放大器，而且可以被單獨選址和讀出，工作時僅需工作電壓信號，而CCD讀取信號需要多路外部驅動。（2）在應用上各自有什么優缺點，以及各自的應用領域是什么？答：優缺點比較：CMOS與CCD圖像傳感器相比，具有功耗低、攝像系統 尺寸小，可將圖像處理電路與MOS圖像傳感器集成在一個芯片上等優點，但其圖像質量（特別是低亮度環境下）與系統靈活性與CCD的相比相對較

2、低。靈敏度代表傳感器的光敏單元收集光子產生電荷信號的能力，而CCD靈敏度較CMOS高30%50%。電子-電壓轉換率表示每個信號電子轉換為電壓信號的 大小，由于CMOS在像元中采用高增益低功耗互補放大器結構，其電壓轉換率略優于CCD。 運用的領域：CMOS傳感器在低端成像系統中具有廣泛運用，如數碼相機，微型和超微型攝像機。CCD在工業生產中的應用廣泛，如冶金部門中的各種管、線軋制過程中的尺寸測量。（3） 全球生產CMOS器件和CCD幾件的企業有哪些？分別位于哪些國家，并對先關企業進行簡要描述。2、 簡要概述光電成像原理與技術各章的主要內容，并用自己的語言陳述各章之間的聯系（文字在1000字以上）

3、。答：1.  光電成像技術的產生及發展，光電成像對視見光譜域的延伸，光電成像技術的應用范疇，光電成像器件的分類， 光電成像器件的特性。2. 人眼的視覺特性與圖像探測：人眼的視覺特性與模型，圖像探測理論與圖像探測方程，目標的探測與識別。3. 輻射源與典型景物輻射：輻射度量及光度量，朗伯輻射體及其輻射特性，黑體輻射定律， 輻射源及其特性。4. 輻射在大氣中的傳輸：大氣的構成，大氣消光及大氣窗口，大氣吸收和散射的計算，大氣消光對光電成像系統性能的影響。5. 直視型電真空成像器件成像物理：像管成像的物理過程，像管結構類型與性能參數， 輻射圖像的光電轉換，電子圖像

4、的成像理論，電子圖像的發光顯示，光學圖像的傳像與電子圖像的倍增。6. 直視型光電成像系統與特性分析：直視型光電成像系統的原理，夜視光電成像系統的主要部件及特性，直視型夜視成像系統的總體設計，夜視系統的作用距離。7. 電視型電真空成像器件成像物理：電視攝像的基本原理， 攝像管的主要性能參數， 攝像管的分類， 熱釋電攝像管，電子槍簡介。8.  固體成像器件成像原理及應用： CCD的物理基礎與工作原理， CDD的結構與特性，CCD成像原理，增強型（微光）電荷耦合成像器件，CCD的應用，CMOS成像器件及其應用。9. 電視型光電成像系統與特性

5、分析： 電視系統的組成與工作原理， 電視型微光成像系統（微光電視），成像光子計數探測系統。10. 紅外熱成像器件成像物理：紅外探測器的分類， 紅外探測器的工作條件與性能參數，光電導型紅外探測器， 光伏型紅外探測器，紅外焦平面陣列探測器， 非制冷紅外焦平面陳列探測器，量子阱紅外探測器。11. 紅外熱成像系統的結構與特性分析：熱成像系統類型與基本參數，光機掃描系統，制冷器工作原理與分類，信號的處理與顯示，熱成像系統的性能與作用距離模型，熱成像系統的實驗室評價，熱成像系統總體設計的基本考慮。3、 請用自己的語言陳述學習光電成像原理與技術之后的收獲和感

6、受（文字在500字以上），并提出三條以上的建議。答：收獲：在系統的學習了光電成像原理與技術之后更加的深入了解了光電成像的內部原理以及技術關鍵。再第一章中我知道了光電成像技術的發展歷史以及應用范圍；第二章里面學習到了人眼的視覺特性是怎樣的，以人眼作為研究模型進一步改進我們的光電器械；第三章我學會了輻射相關的公式定律以及輻射的特性等等；感受：本課程的學習可以培養學生運用所學數理知識和方法認識和分析各種光電成像器件工作機理的能力和創新意識，提高學生對光電成像系統整體技術構成的認識，為他們走上工作崗位從事相關工作奠定基礎。通過對本學科新理論、新器件、新系統的介紹，還可以使學生了解本學科的最新發展動態和

7、技術前沿。本課程的內容亦軍亦民，與國防裝備密切相關，因此，本課程的學習可以培養學生的愛國主義精神和大國防意識。  課程主要介紹各類光電成像器件的基本工作原理和各種光電成像系統的結構以及相關的學科和技術。課程的任務是使學生掌握光電成像器件的基礎理論和光電成像技術的基本原理，完成知識綜合的教育和系統應用的教育。課程強調應用所學習的基礎理論和方法分析光電成像器件各環節的物理過程，理解和認識光電成像系統的結構、各子系統的作用，掌握光電成像技術的基本理論和思想方法等。課程注重理論聯系實際，注重對學習者的能力的培養。通過本課程的學習，可以使學習者掌握現代光電成像原理與技術的基礎理論和基

8、本技術，了解當今廣泛使用的光電成像器件的基本工作原理，各種光電成像系統的設計思想、結構和性能等。同時，還可以培養學生運用所學的數理知識和思想方法分析和認識光電成像的物理過程，利用理論知識指導和分析各種光電成像器件的工作機理以及構成光電成像系統的技術途徑，掌握光電成像系統的應用設計方法和應用光電成像技術解決實際問題的能力，為學生認識和理解系統的概念及其所學知識與理論在工程上的應用打下良好的基礎。建議：書本的理論依據充足，公式也夠完整，但是整體看來比較復雜，搞科學不一定非要都是一堆堆公式，可以試著將某些原理、現象、公式通過圖片的方式直觀的展示給學生，這樣學生的學習興趣會增加，而且要更容易理解。4、

9、簡述光電成像器件將二維圖像轉換成一維電信號可通過哪些途徑實現？答：1.電真空型攝像管（1）內光電變換型的光電導攝像器件 利用內光電效應將入射的光學輻射圖像變換為電信號，在視像管中，光電導靶既作 為光電變換器，又作為電信號存儲與積累器異質結 又可分為注入型光電導靶、阻擋型光電導靶、異質結光電導靶、硅二極管陣列光電 導靶 （2） 外光電變換型的光電發射型攝像器件 利用的是外光電效應完成二維圖像轉換成一維電信號的 光電發射型攝像管都具有一下兩個共同點： A、 光電變換部分是采用光陰極把輸入的光學圖像轉換成光電子圖像 B、 光電變換器和信號存儲靶是分開的。 常見的有超正析攝像管、二次電子導電攝像管（S

10、EC）、電子轟擊型硅靶攝像管（EBS） 2. 熱釋電攝像管 熱釋電攝像管與普通的光電導攝像管在結構上類似，只是用熱釋電靶代替了光電導靶但是存在本質的區別，首先熱釋電靶是利用熱釋電效應來工作的，其次熱釋電靶是近乎完美的絕緣體，容易積累電荷而使電子束不能連續工作，為此要設法消除靶面的負電荷積累。 3. 固體成像器件CCD （1）CCD是電荷耦合器件的英文縮寫，他利用的是處于非熱平衡狀態的勢阱來進行電荷存儲和轉移的，它是基于MOS電容器在非穩態下工作的一種器件，為一行行緊密排列在硅襯底上的MOS電容器陣列，具有存儲和轉移信息的能力 （2）可分為表面CCD(SCCD)和埋溝CCD(BCCD) （3）且

11、它既能制成線陣CCD也能制成面陣CCD,還能和像增強器耦合在一起構成圖像增強型CCD(ICCD),也可用光電子轟擊CCD的像敏元構成電子轟擊型CCD(EBCCD),還可以采用延時-積分工作模式構成TDI 4. CMOS成像器件 （1）CMOS是互補金屬氧化物半導體的英文縮寫 （2）和CCD具有基本相同的光電轉換原理，即光敏單元受到光照后產生光生電子，在通過信號讀出電路將其讀出，但是CMOS的每個源像素傳感單元都有自己的緩沖放大器，而且可以唄單獨選址和讀出 5.紅外探測器 （1） 熱探測器 A、 熱探測器吸收紅外輻射后，產生溫升，伴隨這溫升而發生某些物理性質的變 化，如產生溫差電動勢、電阻率變化

12、、自發極化強度變化、氣體體積和壓強 變化等。測量這些變化就可以測量出他們吸收的紅外輻射的能量和功率 B、 常用的有熱釋電探測器、微測輻射熱計、微測輻射熱電堆等 （2） 光子探測器 A、 某些固體受到紅外輻射照射后，其中的電子直接吸收紅外輻射而產生運動狀 態的改變，從而導致該固體的某種電學參量的改變，這種性質統稱為固體的光電效應，光子探測器就是利用光電效應制成的一種探測器 B、 常用的可以分為以下幾類：光電子發射探測器（利用的是外光電效應）、光 電導探測器（利用的是內光電效應）、光伏探測器光磁電探測器（利用的是 光磁電效應）、肖特基勢壘探測器、量子阱探測器等 （3） 紅外焦平面陣列探測器 由紅外

13、探測器和具有掃描功能的信號讀出器件組成的紅外焦平面陣列，是凝視型紅外熱成像系統的核心，紅外焦平面陣列包括光敏元件和信號處理兩個部分，可采用不同的光子探測器、信號電荷讀出器多路傳輸 可分為單片式紅外焦平面陣列、混合式紅外焦平面陣列、Z平面紅外焦平面等5、PV型光電探測器的工作機理是什么？有哪些特點？常用哪些材料？ 答： （1）工作機理：其基本部分是一個P-N結光電二極管。波長比材料的截止波長短的紅外輻射，被光電二極管吸收后將產生電子-空穴對。如果吸收是發生在結區1，電子和空穴即強電場分開，并在電路中產生光電流。如果吸收是在P區或者N區到結的擴散長度區內，光生載流子必定會首先擴散到空間電荷區，然后

14、在那里受到電場作用，對外電路貢獻光電流。如果光電二極管是開路，則P-N結兩端出現開路電壓，即產生光生伏特效應。若在P、N兩端連接一個低電阻，則光電二極管被短路，且有短路電流流動（反向）。（2）特點： 1、光伏探測器響應速度快，有利于進行高速探測；其器件結構有利于排成二維陣列；探測率高。2. 提高光伏探測器的響應度，首先要提高光生電流，即量子產額，其次是降低反飽和電流，即提高增量電阻。 3、光伏探測器常工作于無外加偏壓情況，此時器件功耗極低，特別適用于大規模兩維陣列。如果后接放大器的輸入阻抗高，則入射光信號通過器件電壓變化檢出信號，即為光伏模式。若后接放大器的輸入阻抗很低，則光信號通過二極管短路

15、電流變化檢出。若在器件上加一直流偏壓，能使器件工作于任何特性工作點，可用電容將探測器耦合到放大器上。在高頻使用時常用反偏以減小耗盡區電容和相應的時間常數Rl*Cj。（3）材料：6、熱成像系統對掃描器的基本要求是什么？常用的光機掃描器有哪些？各有什么特點？ 答：1. 熱成像系統對掃描器的基本要求： 用于熱成像系統的掃描器大部分產生直線掃描光柵。對掃描器的基本要求是：掃描器轉角與光束轉角呈線性關系；掃描器掃描時對聚光系統像差的影響盡量??；掃描效率高；掃描器尺寸盡可能小；結構緊湊。2.常用的光機掃描器及特點：a擺動平面反射鏡 擺動平面反射鏡在一定范圍內周期性地擺動完成掃描。根據反射光學原理，擺動反射

16、鏡使光線產生的偏轉角二倍于反射鏡的擺角，即當反射鏡擺動角時，反射光線偏轉2角。擺動平面鏡是周期性往復運動，因為機構有一定的慣性，所以速度不宜太高，且在告訴擺動的情況下，視場邊緣變的不穩定，要求較高的電機傳動功率，因此，總的來說擺動平面鏡不舍和高速掃描。b.旋轉反射鏡鼓 在高速掃描的情況下，經常采用旋轉反射鏡鼓，由于鏡鼓是連續轉動，故比較平穩。旋轉反射鏡鼓主要用于平行光束掃描。旋轉反射鏡鼓與擺動平面鏡工作狀態基本相同，轉角關系和像差也類似。但旋轉反射鏡鼓的反射面是繞鏡鼓中心線旋轉，所以鏡面位置相對于光線產生位移。c.旋轉折射棱鏡掃描器 具有2（n+1）個側面(n=1,2,3,)的折射棱鏡，繞通過

17、其質心的軸線旋轉，構成旋轉折射棱鏡掃描器，旋轉折射棱鏡只用作會聚光束掃描器。會聚光束中旋轉折射棱鏡掃描器除使焦點移動外，還產生各種像差，但由于其運動平衡而連續，尺寸小，機械噪聲小，有利于提高掃描速度。此外，對物鏡系統消像差要求較高，增加了設計難度。d.旋轉折射光楔 旋轉折射光楔是一非常靈活的光學掃描器，一般用在平行光路中。利用一對旋轉光楔，改變其旋轉方向和轉速可以得到許多不同的掃描圖形。7、紅外探測器的制冷器按制冷原理劃分可以分為哪幾種類型？答：特點：1. 杜瓦瓶：結構簡單，制冷溫度穩定，冷量充足。制冷物質多為液氮77K。 2. 焦-湯制冷器：制冷物質為高壓氮氣。制冷部件體積小，重量輕，無運動

18、部件，機械噪聲小，使用方便。缺點：氣源可得性差，高壓氣瓶較重，對工作氣體純度要求苛刻，雜質不能超過0.01%，否則節流孔堵塞會停止工作。 3. 斯特林制冷器：結構緊湊，體積小，重量輕，制冷溫度范圍寬（77K-10K），啟動時間短，效率高，壽命長，操作簡單，可長時間連續工作。缺點：冷頭有高速運動活塞，機械振動大，容易引起器件噪聲增大，分置式可減小這一問題。 4.半導體制冷器：制冷能力取決于半導體材料的性質和回路中電流的大小。目前一級半導體制冷器可產生60的溫差，為達到更冷，可將n個熱電偶串接起來。結構簡單，壽命長，可靠性高，體積小，重量輕，無機械振動和沖擊噪聲，維護方便，只耗電能。5. 輻射制冷

19、器：耗能極少，甚至不需要能源的被動式制冷器，使用壽命長，不需外加制冷功率，無運動部件，更不會產生振動、沖擊噪聲，可靠性高。缺點：要求衛星的軌道和姿態得到控制，保證輻射制冷式中對準超低溫的宇宙空間，不允許太陽光、地球等紅外輻射直射到制冷器的輻射器上。8、成像物鏡主要分為哪幾種類型？各種類型的典型形式是怎樣的？各有什么特點？ 答： 光電成像系統用物鏡系統分為三類：折射系統、反射系統和折反射系統。（1） 光電成像系統中常用折射物鏡有雙高斯型和匹茲伐型。雙高斯 結構是微光成像系統中大相對孔徑的基本型，由于這種結構較容易在較寬光譜范圍內修正像差，屬于基本對稱型結構，使軸外像差能自動抵消。在儀器視場不大的

20、情況下，可用匹茲伐型物鏡，其基本結構是兩個正光焦度的雙膠透鏡，結構簡單，球差和慧差校正較好，但視場加大時場曲嚴重。（2） 反射物鏡分為單反射鏡和雙反射鏡。最常見的是雙反射鏡。單 反射鏡分為球面鏡喝非球面鏡（拋物面、橢球面和雙曲面鏡）系統。球面反射鏡和拋物面反射鏡可單獨使用，橢球面和雙曲面反射鏡由于其光學焦點和幾何焦點不重合，慧差大，像質欠佳，通常和其他反射鏡組合成雙反射鏡系統。 （3） 把反射鏡的主鏡和次鏡都采用球面鏡，而用加入補償透鏡的方 法校正球面鏡的球差，構成折反射物鏡系統。折反射物鏡可實現大口徑長焦距，常用的折反射物鏡有施密特系統、曼金折反射鏡、包沃斯-馬克蘇托夫系統以及包沃斯-卡塞格

21、倫系統。9、象管直流高壓電源有什么特點？主要包括哪些部分？答：（1）提供穩定的直流高壓，使像管工作時保持合適的輸出亮度； （2）性能穩定，在高低溫環境下保證儀器正常工作； （3）實現自動亮度控制（ABC）功能； （4）對于選通系統，應提供選通周期、脈寬以及延時可調的選通電壓； （5）對自動快門，能夠根據像管電流自動調整工作電壓的占空比； （6）防潮、防震、體積小、質量輕、耗電省。 包括以下幾個部分：直流低壓電源、晶體管變換器、升壓變壓器、倍壓整流電路以及穩壓電路.10、常用的光機掃描方案有哪些？特點如何？ 答：1.物方掃描：掃描器位于聚光光學系統之前或置于無焦望遠系統壓縮的平行光路中。由于掃描

22、器在平行光路中工作，故稱平行光束掃描。 2.相仿掃描：掃描器位于聚光光學系統和探測器之間的光路中，對像方光束進行掃描。對于掃描器在會聚光路中工作，故稱會聚光束掃描。 特點：11.、 試簡述黑體輻射的幾個定律，并討論其物理意義，寫出表達式及其試中字母的含義。答：1. 普朗克公式：第一輻射常數c1=2hc2=3.7148*10 -16(w. ); 第二輻射常數：c2=hc/k=1.4388*10 -2 (m.k); k為波爾茲曼常數；c為光速；M。為波長；公式描述了黑體輻射的光譜分規律，是黑體理論的基礎。2. 斯蒂芬-波爾滋蔓公式：M。（T）=（0）M。（T) d=c14 /15(c2)4 *T4

23、=T4或M。（,T)=T4。=c14/15(c2)4=5.669*10 -8 (w.m -2.k -4)稱為斯蒂芬-波爾滋蔓常數。C1為第一輻射常數。表明黑體在單位面積上單位時間內輻射的總能量與黑體溫度T的四次方成正比。 3. 維恩位移定律： 峰值波長 (m.k)常數b=C2/4.9651=2898(m.k) C2為第二輻射常數；他表示當黑體的溫度升高時，其光譜輻射的峰值波長向短波方向移動。 4. 最大輻射定律： M om為最大輻射出射度；B=C1b-5 / (e c2/b - 1)=1.2862* 10 -11(w.m -2.m -1.k -5)一定溫度下，黑體最大輻射出射度與溫度的五次方成

24、正比。12、光電發射為什么會存在極限電流密度？試分析并導出連續工作條件下和脈沖工作條件下的極限電流密度表達式。答：（1）在工作狀態下，像管維持光電發射要依賴于光陰極的真空界面有向內的電場場強，這一電場是由電子光學系統提供的。光陰極的光電發射將產生空間電荷，此空間電荷所形成的附加電場與電子光學系統的電場方向相反。隨著光電發射電流密度的增大，空間電荷的電場會增加到足以抵消電子光學系統所提供的電場。如果忽略光電子的初速度，當光陰極畫的法向場強為零時，光電發射就要受到限制，這時像管的光電發射將呈飽和狀態。這一電流密度稱之為光電發射的極限電流密度。 （2）159···

25、83;160頁13、LED光源和LD光源的英文全稱是什么？中文全稱是什么？本質區別是什么？哪個光源的相干性好？ 答：LD的英文全稱為：LD light source , 中文全稱：半導體激光二極管區別：1.LED是利用注入有源區的載流子自發輻射復合發光2.LD是受激輻射復合發光3.結構上的差別：LD有光學諧振腔，使產生的光子在腔內振蕩放大，LED沒有諧振腔。4.性能上的差別 ：LED沒有閾值特性 ,光譜密度比LD高幾個數量級 , LED輸出光功率小,發散角大。Ld的相干性好，led是部分相干。14、簡述像管的結構以及像管與攝像管的區別。答：像管的結構：光電變換部分（光電陰極）、電子學部分（電子

26、透鏡）、電光變換部分（熒光屏）。像管和攝像管的區別：像管內部沒有掃描機構，不能輸出電視信號，觀察者必須通過它來直接面對景物。15、 簡述下列教材每一章的內容：（1）現代光電子成像技術概論（第二版）向世明主編；（2）成像光學導論廖延彪；答：（1）第一章：光電子成像技術的意義和作用，神奇的人眼視覺及其局限性，子成像系統的物理功能及技術特點，光電子成像系統的構成、工作原理及工作模式，光電子成像器件和顯示器件的一般原理，光電子成像技術基本科學問題探討，“成像”一詞的來源，現代光電子成像技術的數理含義。第2章 輻射源、目標及大氣特性第3章 固體光電子成像器件第4章 真空光電子成像器件第5章 圖像顯示技術16、光纖面板（OFP）的傳像原理是什么？像管應用光纖面板有什么優點？答：1.光纖面板是基于光線的全反射原理進行傳像的，由于光導纖維的芯料