光電檢測技術(shù)(第五章光電成像檢測器件)參考用

1、第六章：光電成像器件 光電成像器件包括非掃描成像器件與掃描成像器件。 近年來，利用光電成像器件構(gòu)成圖像傳感器進行光學(xué)圖像處理與圖像測量已成為現(xiàn)代光學(xué)儀器，現(xiàn)代測控技術(shù)的重要發(fā)展方向。 它廣泛地應(yīng)用于遙感、遙測技術(shù)，圖形、圖像測量技術(shù)和監(jiān)控工程等。成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。光電成像器件一、發(fā)展1、1934年成功地研制出光電像管，應(yīng)用于室內(nèi)外的廣播電視攝像。它的靈敏度相當(dāng)?shù)停_到現(xiàn)在圖像信噪比的要求，需要不低于10000lx的照度。這就使它的應(yīng)用范圍受到很大的限制。2、1947年超正析像管面世，使最低照度降至2000lx3、1954年靈敏度較高的視像管投入市場。成本低，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，靈

2、敏度和分辨率都很高，但是在低照度情況嚴(yán)它具有相當(dāng)大的慣性，使其不能適用于高速運動圖像測量，不能取代超正析像管用于彩色廣播電視攝像機，而主要用于電視電影；工業(yè)電視等。光電成像器件4、1965年氧化鉛管成功地替代了超正析像管，廣泛地應(yīng)用于彩色電視攝像機。使彩色電視廣播攝像機的發(fā)展產(chǎn)生了一個飛躍，5、1976年，又相繼研制出靈敏度更高，成本更低的硒靶管和硅靶管。6、1970年，美國貝爾電話實驗室發(fā)表了電荷藕合器件原理，從此光電成像器件的發(fā)展進入了一個新的階段-CCD固體攝像器件的發(fā)展階段。光電成像器件 CCD體積更小，靈敏度更高，應(yīng)用更靈活、更方便，它采用自掃描輸出方式，排除了電子槍掃描帶來的光電轉(zhuǎn)

3、換的非線性失真。CCDD攝像器件的橫截面積可達到幾平方毫米數(shù)量級，可將這樣的攝像頭送入入的胃、腸等器官內(nèi)攝取圖像信息，送入更小的管道、孔徑中去檢查故障。隱蔽起來對某一現(xiàn)場進行監(jiān)視、監(jiān)控。CCD攝像器件的響應(yīng)速度更高，驅(qū)動方式更靈活，可用CCD攝像器件獲取更快變化的圖像。這在高速圖像處理領(lǐng)域是非常重要的。CCD攝像器件只需要很低電壓很小的功耗，這為便攜式攝錄像機的發(fā)展提供了條件。光電成像器件二、類型1、掃描型（又稱攝像器件） 通過電子束掃描或自掃描方式將被攝景物通過光學(xué)系統(tǒng)成像在器件光敏面上的二維圖像轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪S時序電信號輸出出來。這種運載圖像信息的一維時序信號成為視頻信號。 真空電子束掃描型 光

4、電型：光電導(dǎo)式和光電發(fā)射式 熱電型：熱釋電攝像管 固體自掃描型：電荷耦合攝像器件光電成像器件2、掃描型（又稱像管） 變像管：完成光學(xué)圖像光譜變換 紅外變像管 紫外變像管 X射線變像管 像增強管：圖像強度的變換 串聯(lián)式像增強管 級聯(lián)式像增強管 微通道板式像增強管 負(fù)電子親和勢陰極攝像管光電成像器件二、光電成像器件的類型二、光電成像器件的類型光電成像器件（成像原理）掃描型非掃描型真空電子束掃描固體自掃描：CCD光電型熱電型：熱釋電攝像管光電發(fā)射式攝像管光電導(dǎo)式攝像管變像管（完成圖像光譜變換）紅外變像管紫外變像管X射線變像管像增強管（圖像強度的變換）串聯(lián)式級聯(lián)式微通道板式負(fù)電子親和勢陰極常由像敏面，

5、電子透鏡顯像面構(gòu)成三、光電成像器件的基本特征1、光譜響應(yīng) 光電成像器件的光譜響應(yīng)取決于光電轉(zhuǎn)換材料的光譜響應(yīng)，其短波限有時受窗口材料吸收特性影響。 外光電效應(yīng)攝像管由光陰極材料決定； 內(nèi)光電效應(yīng)的視像管由靶材料決定，CCD攝像器件由硅材料決定； 熱釋電攝像管基于材料的熱釋電效應(yīng)，它的光譜響應(yīng)特性近似直線。光電成像器件相對靈敏度波長1231多堿氧化物光陰極像管，屬于外光電效應(yīng)攝像管，光譜響應(yīng)由光陰極材料決定；2氧化鉛攝像管，屬于內(nèi)光電效應(yīng)的攝像管，光譜響應(yīng)由靶材料決定；3CCD攝像器件，光譜響應(yīng)由硅材料決定；另熱釋電攝像管基于材料的熱釋電效應(yīng)，光譜響應(yīng)特性近似直線。2、轉(zhuǎn)換特性（輸出物理量/輸入

6、物理量）輸入量：輻射量單位、光度量單位輸出量：光度量單位參量：靈敏度(或響應(yīng)度)、轉(zhuǎn)換系數(shù)、亮度增益等。變像管：轉(zhuǎn)換系數(shù)像增強管：亮度增益攝像器件：靈敏度 輸出量是電壓或電流 輸入量是輻射量和光度量光電成像器件變像管：轉(zhuǎn)換系數(shù)C表示evC光通量輻通量像增強管：亮度轉(zhuǎn)換增益GL來表示vvLEMG vvLMvvLELG(lm/W)光出射度光照度無量綱亮度（cd/lm）攝像器件：靈敏度S表示eEIS eISvEIS vIS電視系統(tǒng)：光電導(dǎo)材料的值來表示vEAIlnlnln視像管的信號電流常數(shù)視像管靶面照度1，弱光信號被提高灰度系數(shù)3、分辨率能夠分辨圖像中明暗細(xì)節(jié)的能力兩種方式來描述： 極限分辨率：像

7、管：每毫米線對數(shù) 攝像管：水平分辨率 垂直分辨率 調(diào)制傳遞函數(shù)： 輸出調(diào)制度/輸入調(diào)制度光電成像器件3、分辨率（表示能夠分辯圖像中明暗細(xì)節(jié)的能力）極限分辨率（主觀）：人眼觀察分辯專門測試卡成像在靶面上且在熒光屏上顯示出的最細(xì)線條數(shù)。調(diào)制傳遞函數(shù)（客觀）：簡稱MTF，輸出調(diào)制度與輸入調(diào)制度之比。iMMfT0)(MTF隨頻率增加而衰減，一般將MTF值為10所對應(yīng)的線數(shù)定為攝像管的極限分辨率。第二節(jié)：光電成像原理與電視攝像制式一、成像原理 光電成像系統(tǒng)由光學(xué)像系統(tǒng)、光電變換系統(tǒng)、圖像分割、同步掃描和控制系統(tǒng)、視頻信號處理系統(tǒng)、熒光屏顯示系統(tǒng)等構(gòu)成。光電成像器件同步掃描視頻信號景物光學(xué)成像光電變換圖像

8、分割傳送同步掃描視頻解調(diào)圖像再現(xiàn)攝像部分顯像部分光電成像系統(tǒng)原理方框圖 在外界照明光照射下或自身發(fā)光的景物經(jīng)成像物鏡成像到光電成像器件的像敏面上形成二維光學(xué)圖像。光電成像器件完成將二維光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變成二維“電氣”圖像的工作。這里的二維電氣圖像由所用的光電成像器件決定，超正析像管為電子圖像，視像管為電阻圖像或電勢圖像，面陣CCD為電荷圖像等。電氣圖像的電氣量在二維空間的分布與光學(xué)圖像的光強分布保持著線性對應(yīng)關(guān)系。組成一幅圖像的最小單元稱作像素，像素單元的大小或一幅圖像所含像素數(shù)決定了圖像的清晰度。像素數(shù)愈多，或像素幾何尺寸愈小，反映圖像的細(xì)節(jié)愈強，圖份愈清晰，圖像質(zhì)量愈高。這就是圖像的分割。光電成

9、像器件1、圖像的分割與掃描 圖像分割的目的是分割后的電氣圖像經(jīng)過掃描才能輸出一維時序信號。 分割的方法：超正析像管利用掃描光電陰極分割像素、攝像管由電阻海顆粒分割、面陣CCD和CMOS圖像傳感器用光敏單元分割。 掃描的方式：與圖像傳感器的性質(zhì)有關(guān)。真空攝像管采用電子束掃描方式輸出一維時序信號。 具有自掃描功能的：面陣CCD采用轉(zhuǎn)移脈沖方式將電荷包順序轉(zhuǎn)移出器件；CMOS圖像傳感器采用順序開同行、列開關(guān)的方式完成信號輸出。光電成像器件 傳統(tǒng)的掃描方式是基于電子束攝像管的電子束按從左到右、從上到下的掃描方式為場掃描。2、電視圖像的掃描方式 逐行掃描、隔行掃描，通過兩種掃描方式將景物分解成一維視頻信

10、號，圖像顯示器將一維視頻信號合成為電視圖像，攝像機與圖像顯示器必須采用同一種掃描方式。光電成像器件二、電視制式1、電視圖像的寬高比：4：3或16：92、楨頻與場頻：電影畫面重復(fù)頻率不得低于每秒48次。電影采用每秒投影24幅畫面，兩副之間用遮光閥檔一次。電視場采用隔行掃描，奇數(shù)場/偶數(shù)場，兩場合為一楨。即場頻50Hz，楨頻25Hz。3、掃描行數(shù)與行楨：組成每楨圖像的行數(shù)和行頻。 確定掃描行數(shù)，實際就是確定電子束在水平方向上的掃描速度，因為在場頻一定時，行數(shù)越多，掃描速度就越快。光電成像器件 我國現(xiàn)行電視制式（PAL制式），每楨畫面625行，行頻為15625行，行頻為15625Hz。行正程52us

11、，行逆程12us。此外還有NTSC制式和SECAM制式。光電成像器件第三節(jié)：真空攝像管按光敏面光電材料的光電效應(yīng)分 外光電效應(yīng)：析像管、超正析像管、分流管、二次電子導(dǎo)電攝像管 內(nèi)光電效應(yīng)：硫化銻視像管、氧化鉛視像管光電成像器件一、氧化鉛視像管結(jié)構(gòu) 光電導(dǎo)靶 掃描電子槍 管體1、原理 當(dāng)攝像管有光學(xué)圖像輸入時，則入射光子光電成像器件打到靶上。由于本征層占有靶厚的絕大部分，入射光子大部分被本征層吸收，產(chǎn)生光生載流子。且在強電場的作用下，光生載流子一旦產(chǎn)生，便被內(nèi)電場拉開光電成像器件電子拉向N區(qū)，空穴被拉向P區(qū)。這樣，若假定把曝光前本征型層兩端加有強電場看作是電容的充電，則此刻由于光生載流子的漂移運

12、動的結(jié)果相當(dāng)于電容的放電。其結(jié)果，在一幀的時間內(nèi)，在靶面上便獲得了與輸入圖像光照分布相對應(yīng)的電位分布，完成了圖像變換和紀(jì)錄的過程。2、靶結(jié)構(gòu) 靶是視像管的光電轉(zhuǎn)換元件。它安置在入射窗的內(nèi)表面上，光學(xué)圖像直接投射在靶面上。光電成像器件氧化鉛光導(dǎo)靶是半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)靶。在入射窗的內(nèi)表面首先蒸上一層極薄的SnO2透明導(dǎo)電膜，再蒸涂氧化鉛本征型層，然后，氧化處理形成P型層。由于氧化鉛與二氧化錫兩者的接觸面在交界面處形成n型薄層。這樣就構(gòu)成了NIP型異質(zhì)結(jié)靶。其反偏電壓主要加在本征層。 二、其他視像管的靶結(jié)構(gòu)簡介 圖5-7為硅靶的結(jié)構(gòu)示意圖。左邊是光的入射面，右邊是電子束掃描面，靶的基體是N型單晶硅薄片。

13、其上有大量微小的P型島。由P型小島與N型基底之間構(gòu)成密集的光敏二極管(PN結(jié))陣列。并在P型島之間的N型硅表面覆蓋高絕緣的二氧化硅薄膜。另外在N型基底的外表面上形成一層極薄的N+層。在P型島的外表面上形成一層半導(dǎo)體(如硫化鎘)層稱為電阻海。靶的總厚度約為20um。 光電成像器件 硅靶的N+層為輸出信號電極。工作時，其上加515v靶壓。這樣，硅光電二極管處于反向偏置工作狀態(tài)。無光照時，反壓將一直保持。當(dāng)有光學(xué)圖像輸入時，N型硅將吸收光子產(chǎn)生電子空穴對。它們將在電場的作用作漂移運動。空穴通過PN結(jié)移到P島?？昭ǖ钠圃谝粠闹芷趦?nèi)連續(xù)進行，從而提高了P型島的電位。其電位升高的數(shù)值正比于該點的曝光量

14、。因此，靶面的P型島上形成了積累的電荷圖像。這時通過電子束掃描，即可得到視頻信號。光電成像器件三、攝像管的性能參數(shù)1、光電轉(zhuǎn)換特性光電成像器件曲線的斜率為管子的灰度系數(shù)。超正析像管在高光照時輸出信號電流飽和，曲線彎曲。2、光譜響應(yīng)光電成像器件3、時間響應(yīng)特性光電成像器件 在攝像管輸入光照度突然截止后，取其第三場或第十二場衰減的輸出信號電流占未截止光照時的輸出信號電流的百分比值為表示攝像管滯后特性的指標(biāo)。4、輸出信噪比光電成像器件輸出信噪比取決于光陰極的量子噪聲，靶噪聲，掃描電子束噪聲，二次電子倍增器以及前置放大器的噪聲等。5、動態(tài)范圍光電成像器件 其取決于攝像管的暗電流飽和電流。暗電流所引起的

15、噪聲決定了攝像管的最低輸入照度，飽和電流決定了攝像管的最高入射照度。而最高入射照度與最低輸入照度的比值為改攝像管的動態(tài)范圍。6、圖像傳遞特性光電成像器件 它用輸出信號電流的調(diào)制度來表示。其取決于：移像區(qū)的電子光學(xué)系統(tǒng)的像差；靶的電荷圖像像差以及掃描電子束的彌散滯后等因素。四、各種視像管主要性能比較靶類型硫化銻氧化鉛硅靶硒化鎘硒砷碲碲化鋅鎘特征低價格低惰性，低暗電流高靈敏度高靈敏度，低暗電流低惰性，低暗電流高靈敏度靈敏度低中高高中高分辨率高高一般高高高光動態(tài)好一般一般一般好一般光電轉(zhuǎn)換特性0.60.711111惰性大小中中小中暗電流大小中小小小暈光小小小小小小用途一般廣播電視工業(yè)電視工業(yè)電視廣播

16、電視工業(yè)電視第四節(jié)：電荷耦合器件（CCD） 用電荷量來表示不同狀態(tài)的動態(tài)移位寄存器，由時鐘脈沖電壓來產(chǎn)生和控制半導(dǎo)體勢阱的變化。實現(xiàn)電荷存儲和傳遞電荷信息的固體電子器件。 電荷耦合器件由美國貝爾實驗室的W.S博伊爾和G.E史密斯于1969年發(fā)明。它由一組規(guī)則排列的金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容器陣列和輸入、輸出電路構(gòu)成。傳統(tǒng)的固體電子器件，信息的存在和表達方式，通常是電壓或電流，而在CCD中，則是用電荷。因此CCD對信息的表達靈敏度較高。光電成像器件用途：固體成像、信息處理、大容量存儲如：遙感、傳真、攝像等CCD的基本功能：電荷的存儲和電荷的轉(zhuǎn)移本節(jié)要點：電荷怎樣產(chǎn)生的？ 如何存儲？ 如何轉(zhuǎn)移（體內(nèi)

17、傳輸）？ 如何體外傳輸（檢測）？CCD是一種電荷耦合器件(Charge Coupled Device)CCD的突出特點：是以電荷作為信號，而不同于其它大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號。光電成像器件CCD的結(jié)構(gòu)MOS 光敏元：構(gòu)成CCD的基本單元是MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)。（型層）（型層）電極電極CCD光敏元顯微照片光敏元顯微照片CCD讀出移位寄存器的讀出移位寄存器的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)面顯微照片面顯微照片 CCD的分類：表面溝道CCD（SCCD） 電荷包存貯在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面，并沿界面進行轉(zhuǎn)移的器件。體溝道或埋溝道CCD（BCCD） 信號電荷包存儲在距離半導(dǎo)體表面一定深度的半導(dǎo)體體內(nèi)，并在體

18、內(nèi)沿一定方向轉(zhuǎn)移的器件。光電成像器件勢阱： 就是電子的勢能圖像類似一個波的形狀，那么當(dāng)電子處于波谷，就好像處在一個井里，比較穩(wěn)定，很難跑出來。所以稱為勢阱。不單單是量子力學(xué)里有個勢阱，任何形式的勢只要具有這種樣子，我們都可以稱它為勢阱，比如重力勢阱。量子力學(xué)與經(jīng)典物理在這里有一個小小的差別，就是量子力學(xué)里，電子具有某些概率穿過勢阱跑出來，稱之為隧道效應(yīng)。隧道電子顯微鏡就是利用這個原理。光電成像器件CCD的基本工作原理一、電荷的存儲圖a：加正向偏壓之前，載流子密度均勻分布。圖b：加正向偏壓，但UGUth，體內(nèi)電子被吸引到界面上，形成一定密度的反型層，然后表面勢有一定程度的下降。光電成像器件圖5-

19、15，表明表面勢（半導(dǎo)體與絕緣體交面上的電勢）與柵極電壓近似成線性關(guān)系-空勢阱的情況。光電成像器件 圖5-16，柵極電壓不變時，表面勢與反型層電荷關(guān)系曲線。與圖5-15不同，隨著電荷密度的增大，表面勢越低=勢阱越深=電壓越高。勢阱越深，電荷從高勢向低勢流動。光電成像器件圖5-17：MOS電容信號電荷容量公式：光電成像器件二、電荷耦合-CCD內(nèi)部電荷的轉(zhuǎn)移1、光電成像器件第一個電極保持10V，第二個電極上的電壓由2V變到10V，因這兩個電極靠得很緊(間隔只有幾微米)，它們各自的對應(yīng)勢阱將合并在一起。原來在第一個電極下的電荷變?yōu)檫@兩個電極下勢阱所共有。若此后第一個電極電壓由10V變?yōu)?V，第二個電

20、極電壓仍為10V，則共有的電荷轉(zhuǎn)移到第二個電極下的勢阱中。這樣，深勢阱及電荷包向右移動了一個位置。CCD電極間隙必須很小，電荷才能不受阻礙地自一個電極轉(zhuǎn)移到相鄰電極。對絕大多數(shù)CCD，1m的間隙長度是足夠了。2、三相CCD 通過將一定能夠規(guī)則變化的電壓加到CCD各電極上去，電極下的電荷包就能沿半導(dǎo)體表面按一定方向移動，通常把CCD電極分成幾組，并施加同樣的時鐘脈沖。如圖f為三相時鐘脈沖，此種CCD成為三相CCD3、CCD電極間隙必須很小，否則被電極間的勢壘所間隔。4、產(chǎn)生完全耦合條件的最大間隙一般由具體電極結(jié)構(gòu)，表面態(tài)密度等因素決定。間隙長度應(yīng)小于3um。5、以電子為信號電荷的CCD稱為N型溝

21、道CCD，而以空穴為信號電荷的CCD稱為P型溝道CCD。光電成像器件三、電荷的注入和檢測1、電荷的注入 光注入和電注入2、電荷的檢測（輸出方式） 電流輸出、浮置擴散放大器輸出、浮置柵放大器輸出。 電流輸出：光電成像器件主要由三部分組成：信號輸入、電荷轉(zhuǎn)移、信號輸出。輸入部分：將信號電荷引入到的第一個轉(zhuǎn)移柵極下的勢阱中，稱為電荷注入。電荷注入的方法主要有兩類：光注入和電注入電注入：用于濾波、延遲線和存儲器等。通過輸入二極管給輸入柵極施加電壓。光注入：用于攝像機。用光敏元件代替輸入二極管。當(dāng)光照射CCD硅片時，在柵極附近的半導(dǎo)體體內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對，其多數(shù)載流子被柵極電壓排開，少數(shù)載流子則被收集在勢

22、阱中形成信號電荷。的工作原理P-Si輸入柵輸入二極管輸出二極管輸出柵SiO2電荷的注入（1）光注入當(dāng)光照射CCD硅片時，在柵極附近的半導(dǎo)體體內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對，其多數(shù)載流子被柵極電壓排開，少數(shù)載流子則被收集在勢阱中形成信號電荷。它有可分為正面照射式背面照射式。其光注入電荷：材料的量子效率入射光的光子流速率0ATqQeonIP光敏電壓的受光面積光注入時間U+U+勢壘P-Si背面照射式光注入（2）電注入：CCD通過輸入結(jié)構(gòu)對信號電壓或電流進行采樣，將信號電壓或電流轉(zhuǎn)換為信號電荷。電流注入法IDuINuIDN+IG1232PID為源極，IG為柵極,而2為漏極，當(dāng)它工作在飽和區(qū)時，輸入柵下溝道電流為：2

23、2UUUCLWIIGINGs經(jīng)過Tc時間注入后，其信號電荷量為：cIGINGsTUUUCLWQ22IDIG213231N+P-Si電壓注入法與電流注入法類似，但輸入柵極IG加與2同位相的選通脈沖，在選通脈沖作用下，電荷被注入到第一個轉(zhuǎn)移柵極2下的勢阱里，直到阱的電位與N+區(qū)的電位相等時，注入電荷才停止。往下一級轉(zhuǎn)移前，由于選通脈沖的終止，IG的勢壘把2N+的勢阱分開。電荷注入量與時鐘脈沖頻率無關(guān)。在柵極上施加按一定規(guī)律變化、大小超過閾值的電壓，則在半導(dǎo)體表面形成不同深淺的勢阱。勢阱用于存儲信號電荷，其深度同步于信號電壓變化，使阱內(nèi)信號電荷沿半導(dǎo)體表面?zhèn)鬏敚詈髲妮敵龆O管送出視頻信號。為了實現(xiàn)

24、電荷的定向轉(zhuǎn)移，在CCD的MOS陣列上劃分成以幾個相鄰MOS電荷為一單元的循環(huán)結(jié)構(gòu)。一位CCD中含的MOS個數(shù)即為CCD的像數(shù)。以電子為信號電荷的CCD稱為N型溝道CCD，簡稱為N型CCD。而以空穴為信號電荷的CCD稱為P型溝道CCD，簡稱為P型CCD。由于電子的遷移率遠大于空穴的遷移率，因此N型CCD比P型CCD的工作頻率高得多。2、電荷的檢測信號電荷在轉(zhuǎn)移過程中與時鐘脈沖無任何電容耦合，而在輸出端需選擇適當(dāng)?shù)剌敵鲭娐芬詼p小時鐘脈沖容性的饋入輸出電路的程度。（1）電流輸出：如圖a。由反向偏置二極管收集信號電荷來控制A點電位的變化，直流偏置的輸出柵極OG用來使漏擴散時鐘脈沖之間退耦，由于二極管

25、反向偏置，形成一個深陷落信號電荷的勢阱，轉(zhuǎn)移到2電極下的電荷包越過輸出柵極，流入到深勢阱中。UDRDRgAOG12放大P-Si圖aN+OG12浮置擴散T1（復(fù)位管）T2（放大管）RgUDD(2)浮置擴散放大器輸出：如圖b.圖b復(fù)位管在2下的勢阱未形成前，在RG端加復(fù)位脈沖，使復(fù)位管導(dǎo)通，把浮置擴散區(qū)剩余電荷抽走，復(fù)位到UDD，而當(dāng)電荷到來時，復(fù)位管截止，由浮置擴散區(qū)收集的信號電荷來控制放大管柵極電位變化。（3）浮置柵放大器輸出：如下圖。浮柵T2UDD1321323T2的柵極不是直接與信號電荷的轉(zhuǎn)移溝道相連接，而是與溝道上面的浮置柵相連。當(dāng)信號電荷轉(zhuǎn)移到浮置柵下面的溝道時，在浮置柵上感應(yīng)出鏡像電

26、荷，以此來控制T2的柵極電位。四、CCD的特性參數(shù)1、轉(zhuǎn)移效率轉(zhuǎn)移損失率轉(zhuǎn)移效率：一次轉(zhuǎn)移后，到達下一個勢阱中的電荷與原來勢阱中的電荷之比。 01QtQ1(t)Q(0)/C5MHz1MHz影響電荷轉(zhuǎn)移效率的主要因素為界面態(tài)對電荷的俘獲。為此，常采用“胖零”工作模式，即讓“零信號”也有一定的電荷。2、工作頻率f（1）下限：為避免由于熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子對注入信號的干擾，注入電荷從一個電極轉(zhuǎn)移到另一個電極所用的時間必須小于少數(shù)載流子的平均壽命，對于三相CCD,t 為：t=T/3=1/3f,故，f1/3。（2）上限：當(dāng)工作頻率升高時，若電荷本身從一個電極轉(zhuǎn)移到另一個電極所需的時間大于驅(qū)動脈沖使其轉(zhuǎn)移地

27、時間T/3,那么信號電荷跟不上驅(qū)動脈沖的變化，使轉(zhuǎn)移效率大大降低。故tT/3，即f 1/3t。(t)Q(0)/C=2V5V10V實測三相多晶硅N溝道SCCD的關(guān)系曲線10MHzCCD的特點 體積小，功耗低，可靠性高，壽命長。 空間分辨率高，可以獲得很高的定位精度和測量精度。 光電靈敏度高，動態(tài)范圍大，紅外敏感性強，信噪比高 。 高速掃描，基本上不保留殘象(電子束攝象管有1520的殘象) 集成度高 可用于非接觸精密尺寸測量系統(tǒng)。 無像元燒傷、扭曲，不受電磁干擾。 有數(shù)字掃描能力。象元的位置可由數(shù)字代碼確定，便于與計算機結(jié)合接口。CCD的特性參數(shù) 像素數(shù)量，CCD尺寸，最低照度，信噪比等 像素數(shù)是

28、指CCD上感光元件的數(shù)量。44萬（768*576）、100萬（1024*1024）、200萬（1600*1200）、600萬（2832*2128） 信噪比：典型值為46分貝 感光范圍 可見光、紅外 CCD按電荷存儲的位置分有兩種基本類型1、電荷包存儲在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏?表面溝道CCD(簡稱SCCD)。2、電荷包存儲在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體體內(nèi)沿一定方向傳輸， 體溝道或埋溝道器件(簡稱BCCD)。的類型 線陣：光敏元排列為一行的稱為線陣，象元數(shù)從128位至5000位以至7000位不等，由于生產(chǎn)廠家象元數(shù)的不同，市場上有數(shù)十種型號的器件可供選用。 面陣CCD：

29、器件象元排列為一平面，它包含若干行和列的結(jié)合。 目前達到實用階段的象元數(shù)由25萬至數(shù)百萬個不等，按照片子的尺寸不同有13英寸、l2英寸、23英寸以至1英寸之分。線陣線陣CCD：一行，掃描；：一行，掃描；體積小，價格低；體積小，價格低；面面陣陣CCD: 整幅圖像；直觀；價格高，體積大；整幅圖像；直觀；價格高，體積大；面陣面陣CCDCCD芯片芯片 幾何量測量 自動步槍激光模擬射擊系統(tǒng)。 光譜測量 光譜儀輸出信號測量。五、電荷耦合攝像器件1、工作原理 電荷耦合攝像器件是用于攝像或像敏的器件。簡稱為ICCD。它的功能是把二維光學(xué)圖像信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪S時序的視頻信號輸出。 它有兩大類型：線型和面型。二者都需

30、要用光學(xué)成像系統(tǒng)將景物圖像成在CCD的像敏面上。像敏面將照在每一像敏單元上的圖像照度信號轉(zhuǎn)變?yōu)樯贁?shù)載流子數(shù)密度信號存儲于像敏單元(MOS電容)中。然后，再轉(zhuǎn)移到CCD的移位寄存器(轉(zhuǎn)移電極下的勢阱)中，在驅(qū)動脈沖作用下順序地移出器件，成為視頻信號。光電成像器件線型ICCD攝像器件：單溝道線型ICCD光電成像器件雙溝道線型ICCD光電成像器件面陣ICCD幀轉(zhuǎn)移面陣ICCD光電成像器件隔列轉(zhuǎn)移型面陣ICCD光電成像器件線轉(zhuǎn)移型面陣ICCD 光電成像器件 面陣CCD能在x、y兩個方向都能實現(xiàn)電子自掃描，可以獲得二維圖像。 3、ICCD的基本特性參數(shù)（1）光電轉(zhuǎn)換特性良好，光電轉(zhuǎn)換因子可達到99.7%

31、。（2）光譜響應(yīng)ICCD常采用背面照射的受光方式，采用硅襯底的ICCD，其光譜響應(yīng)范圍為0.41.1um，平均量子效率為25，絕對響應(yīng)為0.10.2A*W-1。(3)動態(tài)范圍：由勢阱的最大電荷存儲量與噪聲電荷量之比決定。（4）噪聲：電荷注入噪聲；電荷量變化引起的噪聲（轉(zhuǎn)移噪聲）檢測時產(chǎn)生的噪聲（輸出噪聲）。（5）暗電流產(chǎn)生的主要原因： 耗盡的硅襯底中電子自價帶至導(dǎo)帶的本征躍遷； 少數(shù)載流子在中性體內(nèi)的擴散； 來自SiO2表面（硅中缺陷雜質(zhì)數(shù)目）引起的暗電流； Si-SiO2界面表面的晶體缺陷玷污等； 溫度，溫度越高，暗電流越大。（6）分辨力MTFMTF2856K白熾光源單色光源頻率頻率600n

32、m700nm800nm1000nm 線陣線陣CCDCCD在掃描儀在掃描儀中的應(yīng)用中的應(yīng)用 CCDCCD圖像傳感器的應(yīng)用圖像傳感器的應(yīng)用線陣線陣CCDCCD攝像機可攝像機可用于彩色印刷中的用于彩色印刷中的套色工藝監(jiān)控套色工藝監(jiān)控 風(fēng)云一號衛(wèi)星可以對風(fēng)云一號衛(wèi)星可以對 地球上空的云層分布地球上空的云層分布 進行逐行掃描進行逐行掃描CCD數(shù)碼照相機數(shù)碼照相機 數(shù)碼相機簡稱數(shù)碼相機簡稱DCDC，它采用它采用CCDCCD作為光電轉(zhuǎn)換作為光電轉(zhuǎn)換器件，將被攝物體的圖像以數(shù)字形式記錄在存儲器件，將被攝物體的圖像以數(shù)字形式記錄在存儲器中。器中。 數(shù)碼相機從外觀看，也有光學(xué)鏡頭、取景器、數(shù)碼相機從外觀看，也有光

33、學(xué)鏡頭、取景器、對焦系統(tǒng)、光圈、內(nèi)置電子閃光燈等，但比傳統(tǒng)對焦系統(tǒng)、光圈、內(nèi)置電子閃光燈等，但比傳統(tǒng)相機多了液晶顯示器相機多了液晶顯示器（LCDLCD），內(nèi)部更有本質(zhì)的區(qū)，內(nèi)部更有本質(zhì)的區(qū)別，其快門結(jié)構(gòu)也大不相同。別，其快門結(jié)構(gòu)也大不相同。 CCDCCD用于圖像記錄用于圖像記錄三基色分離原理三基色分離原理 CCD CMOS圖像傳感器出現(xiàn)于1969年,它是一種用傳統(tǒng)的芯片工藝方法將光敏元件、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器、數(shù)字信號處理器和計算機接口電路等集成在一塊硅片上的圖像傳感器件，這種器件的結(jié)構(gòu)簡單、處理功能多、成品率高和價格低廉，有著廣泛的應(yīng)用前景。 本節(jié)將介紹CMOS成像器件的組成、像敏單

34、元結(jié)構(gòu)、工作流程和輔助電路，從中了解CMOS器件的結(jié)構(gòu)與工作原理。 CMOS成像器件的組成原理框圖如圖所示，它的主要組成部分是像敏單元陣列和MOS場效應(yīng)管集成電路，而且這兩部分是集成在同一硅片上的。像敏單元陣列由光電二極管陣列構(gòu)成。 如圖中所示的像敏單元陣列按X和Y方向排列成方陣，方陣中的每一個像敏單元都有它在X，Y各方向上的地址，并可分別由兩個方向的地址譯碼器進行選擇；輸出信號送A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號輸出。 圖像信號的輸出過程可由圖像傳感器陣列原理圖更清楚地說明。在Y方向地址譯碼器（可以采用移位寄存器）的控制下，依次序接通每行像敏單元上的模擬開關(guān)（圖中標(biāo)志的Si,j），信號將通

35、過行開關(guān)傳送到列線上，再通過X方向地址譯碼器（可以采用移位寄存器）的控制，輸送到放大器。 如圖所示圖像信號經(jīng)Y方向地址譯碼器依次序接通每行像敏單元上的模擬開關(guān)Si,j，信號將通過行開關(guān)傳送到列線上，再通過X方向地址譯碼器的控制，輸送到放大器。由于信號經(jīng)行與列開關(guān)輸出，因此，可以實現(xiàn)逐行掃描或隔行掃描的輸出方式。也可以只輸出某一行或某一列的信號。使其按著與線陣CCD相類似的方式工作。 還可以選中所希望觀測的某些點的信號輸出，如圖中所示的第i行、第j列的信號。 在CMOS圖像傳感器的同一芯片中，還可以設(shè)置其他數(shù)字處理電路。例如，可以進行自動曝光處理、非均勻性補償、白平衡處理、校正、黑電平控制等處理

36、。甚至于將具有運算和可編程功能的DSP器件制作在一起形成多種功能的器件。 CMOSCMOS成像器件的像敏單元結(jié)構(gòu)成像器件的像敏單元結(jié)構(gòu) 像敏單元結(jié)構(gòu)指每個成像單元的電路結(jié)構(gòu)，是CMOS圖像傳感器的核心組件。像敏單元結(jié)構(gòu)有兩種類型，即被動像敏單元結(jié)構(gòu)和主動像敏單元結(jié)構(gòu)。 被動像敏單元結(jié)構(gòu)只包含光電二極管和地址選通開關(guān)兩部分，如圖所示。其中像敏單元的圖像信號的讀出時序如圖所示。 被動像敏單元結(jié)構(gòu)的缺點是固定圖案噪聲（FPN）大、圖像信號的信噪比較低。主動像敏單元結(jié)構(gòu)是當(dāng)前得到實際應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。它與被動像敏單元結(jié)構(gòu)的最主要區(qū)別是，在每個像敏單元都經(jīng)過放大后，才通過場效應(yīng)管模擬開關(guān)傳輸，所以固定圖案噪聲

37、大為降低，圖像信號的信噪比顯著提高。主動式像敏單元結(jié)構(gòu)的基本電路如圖所示。從圖可以看出，場效應(yīng)管V1構(gòu)成光電二極管的負(fù)載，它的柵極接在復(fù)位信號線上，當(dāng)復(fù)位脈沖到來時，V1導(dǎo)通，光電二極管被瞬時復(fù)位；而當(dāng)復(fù)位脈沖消失后，V1截止，光電二極管開始積分光信號。V2為源極跟隨器，它將光電二極管的高阻抗輸出信號進行電流放大。V3用做選址模擬開關(guān)，當(dāng)選通脈沖到來時，V3導(dǎo)通，使被放大的光電信號輸送到列總線上。 實際的主動像敏單元結(jié)構(gòu)形式很多，其主要差別是所用的MOS場效應(yīng)管的數(shù)量或像素放大器的形式不同。 按照應(yīng)用MOS場效應(yīng)管數(shù)量的不同，有3管、4管、5管或更多管等形式。 CMOS圖像傳感器的功能很多，組

38、成也很復(fù)雜。由像敏單元，行列開關(guān)，地址譯碼器，A/D轉(zhuǎn)換器等許多部分組成較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。應(yīng)使諸多的組成部分按一定的程序工作，以便協(xié)調(diào)各組成部分的工作。為了實施工作流程，還要設(shè)置時序脈沖，利用它的時序關(guān)系去控制各部分的運行次序；并用它的電平或前后沿去適應(yīng)各組成部分的電氣性能。 圖所示為上述過程的時序圖，其中，復(fù)位脈沖首先來到，V1導(dǎo)通，光電二極管復(fù)位；復(fù)位脈沖消失后，光電二極管進行積分；積分結(jié)束時，V3管導(dǎo)通，信號輸出。 CMOS圖像傳感器的典型工作流程圖如圖8-20所示。 （1）初始化初始化時要確定器件的工作模式，如：輸出偏壓、放大器的增益、取景器是否開通，并設(shè)定積分時間。（2）幀讀出（YR）

39、移位寄存器初始化利用同步脈沖SYNC-YR，可以使YR移位寄存器初始化。SYNC-YR為行啟動脈沖序列，不過在它的第一行啟動脈沖到來之前，有一消隱期間，在此期間內(nèi)要發(fā)送一個幀啟動脈沖。 （3）啟動行讀出 SYNC-YR指令可以啟動行讀出，從第一行（Y0）開始，直至YYmax止；Ymax等于行的像敏單元減去積分時間所占去的像敏單元。（4）啟動X移位寄存器 利用同步信號SYNC-X，啟動X移位寄存器開始讀數(shù)，從X0起，至XXmax止；X移位寄存器存一幅圖像信號。（5）信號采集 A/D轉(zhuǎn)換器對一幅圖像信號進行A/D數(shù)據(jù)采集。（6）啟動下行讀數(shù) 讀完一行后，發(fā)出指令，接著進行下一行讀數(shù)。（7）復(fù)位 幀

40、復(fù)位是用同步信號SYNC-YL控制的，從SYNC-YL開始至SYNC-YR出現(xiàn)的時間間隔便是曝光時間。為了不引起混亂，在讀出信號之前應(yīng)當(dāng)確定曝光時間。（8）輸出放大器復(fù)位 用于消除前一個像敏單元信號的影響，由脈沖信號SIN控制對輸出放大器的復(fù)位。（9）信號采樣/保持 為適應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換器的工作，設(shè)置采樣/保持脈沖，該脈沖由脈沖信號SHY控制。 圖為CMOS圖像傳感器時序脈沖波形圖，它的工作過程如下。 3個同步脈沖SYNC-YL，SYNC-YR和SYNC-X分別對器件中的3個移位寄存器進行初始化。其中SYNC-YL、SYNC-YR為分時操作的，由L/R信號的高、低電平控制。這些同步信號都是低電平有

41、效。 時鐘信號CLCK-Y用于啟動下一行，該信號為下降沿有效。 時鐘信號SIN用于使輸出放大器復(fù)位，它是高電平有效的，在讀數(shù)結(jié)束時起作用，將輸出放大器復(fù)位。 復(fù)位以后，信號存儲在輸出放大器中，而后，SIN又重新回到低電平。 利用第一個復(fù)位脈沖使像敏單元復(fù)位。 SYNC-X啟動，讀出信號與時鐘信號分別控制每個像敏單元信號的讀出；讀出結(jié)束后，SHY重新回到高電平。 時鐘信號SHY控制信號的采樣與保持，此信號為低電平時對信號進行采集。 若要進行曝光控制，則需要在行信號讀出期間對像敏單元進行復(fù)位，采用第二個復(fù)位脈沖，幀初始至第二個復(fù)位脈沖的時間間隔便是曝光時間（光積分時間）。 CMOS成像器件的重要優(yōu)

42、點是，在同一芯片可以集成很多電路，使得這種器件的功能多，但結(jié)構(gòu)卻很簡單。 （1）偏置非均勻性校正電路 在CMOS成像器件中，各像敏單元的偏置電壓是不均勻的，可以在芯片中設(shè)置非均勻性校正電路進行校正，這對于弱信號場合特別有意義。例如，具有對數(shù)輸出特性的器件，輸出的每一數(shù)量級的電壓僅為50mV左右，這與像敏單元的偏置非均勻在同一范圍內(nèi)，所以必須對其進行校正；而對于線性度要求高的場合，也要求校正非均勻性。 圖8-22所示為采用硬件方法校正非均勻性的電路。 設(shè)置了EPROM，在其中存了CMOS圖像傳感器的偏壓非均勻性數(shù)據(jù)，它經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后輸送到差分放大器中。圖像傳感器的輸出信號減去EPROM中存儲的

43、信號，便消除了像敏單元偏置信號非均勻的影響。 （2）隨機選址電路 在光學(xué)檢測、機器人等許多應(yīng)用中，都可能只需要采集部分圖像數(shù)據(jù)，以節(jié)省時間和減少數(shù)據(jù)處理量，因而要求能夠?qū)D像進行隨機采樣。例如，成像器件的像素為1 0241 024，而有用圖像僅僅是其中隨機分布的200200小區(qū)，若能隨機采樣出該小區(qū)圖像，則有效數(shù)據(jù)量就只有總數(shù)據(jù)量的1/25，而幀頻卻可提高至25倍?？梢姶朔椒ㄒ饬x重大。 隨機采樣方法的原理如圖所示。其中的微處理器用于控制隨機采樣，它內(nèi)部包含有存儲器，用于儲存成像器件的地址和輸出的圖像數(shù)據(jù)；設(shè)有3個加法器，其中兩個用于混合選址信號，一個用于啟動A/D，用地址總線或微處理器來控制選

44、址和讀出數(shù)據(jù)。 （3）相關(guān)雙采樣電路 KTC噪聲是一種頻率較低的噪聲，它在一個像敏單元信號的讀出過程中變化很小。消除KTC噪聲的常用方法是相關(guān)雙采樣（CDS）。它的工作原理如圖所示，由于光電二極管的輸出信號中既包含光電信號，也包含有復(fù)位脈沖電壓信號，若在光電信號的積分開始t1時刻和積分結(jié)束t2時刻，分別對輸出信號進行采樣，并只提取二者的信號差)()(12tUtUU且在t1t2期間復(fù)位電壓不變，式 中不再包含復(fù)位電壓，即消除了復(fù)位引起的噪聲。 )(tU下面給出這種電路的頻率特性，以便清晰地表明CDS有抑制低頻信號的作用。U（t）被采樣和保持后，其差值信號為 )rect()()()(TtnTttU

45、tU)t (Un12tt )sinc()2(2 jexp(1)2()(nnfTnffnffFfFUnUfTcffTsin2 jexp1)(式中， 、T為采樣信號的周期。對U（t）進行傅里葉（Fourier）變換，即得的頻譜為 式中，fn是奈奎斯特頻率。上式說明，幾項頻譜疊加的結(jié)果會造成頻譜混淆現(xiàn)象，需要用一個矩形濾波器將n=1以上的頻譜濾掉。這樣CDS的傳遞函數(shù)T（f）便為 T（f）的曲線如圖所示，可見CDS對低頻適用。在期間內(nèi)，復(fù)位信號基本上不變，可作為直流信號。因此，將被CDS消除掉。另外，對于其他低頻噪聲，如1/f噪聲，也有抑制作用。 （4）對數(shù)特性的電路 當(dāng)信號光強變化很大時，可以采用

46、具有對數(shù)特性的電路，以便滿足動態(tài)范圍的要求。但是這種結(jié)構(gòu)對器件參數(shù)的變化很敏感，會因各像敏單元的偏置電流不同而增減固定圖案噪聲（EPN）。為了清除這種EPN，需要采用校正電路。 如圖所示為一種具有對數(shù)運算功能的輸出電路，它除具有一般主動像敏單元結(jié)構(gòu)外，還增加有校正電流電路與選通開關(guān)電路。 CMOS圖像傳感器的特性參數(shù)與CCD的特性參數(shù)基本趨于一致；近年來，CMOS成像器件取得重大進展，已接近于CCD。 1光譜性能與量子效率 CMOS成像器件的光譜性能和量子效率取決于它的像敏單元（光電二極管）。圖所示為CMOS圖像傳感器的光譜響應(yīng)特性曲線。光譜范圍為3501 100nm，峰值響應(yīng)波長在700nm

47、附近，峰值波長響應(yīng)度已達到0.4A/W。 2填充因子 填充因子是光敏面積對全部像敏面積之比，它對器件的靈敏度、噪聲、時間響應(yīng)、模傳遞函數(shù)MTF等的影響很大。 因為CMOS圖像傳感器包含有驅(qū)動、放大和處理電路，它將占據(jù)一定的表面面積，因而降低了器件的填充因子。被動像元結(jié)構(gòu)的器件具有的附加電路少，填充因子會大些；大面積的圖像傳感器結(jié)構(gòu)，光敏面積所占比例大一些。提高填充因子使光敏面積占據(jù)更大的表面面積是充分利用半導(dǎo)體制造大光敏面圖像傳感器的關(guān)鍵。一般來說，提高填充因子的方法有以下兩種。 （1）采用微透鏡法 如圖所示，CMOS成像器件的上方安裝一層矩形的面陣微透鏡，它將入射到像敏單元的光線會聚到各個面

48、積很小的光敏單元，使填充因子能提高到90%。 （2）采用特殊的像元結(jié)構(gòu) 圖所示為一種填充因子較高的CMOS像敏單元結(jié)構(gòu)，它的表面為光電二極管和其他電路，二者是隔離的。在光電二極管的N+區(qū)下面增加了N區(qū)，用于接收擴散的光電子；而在N+的下面設(shè)置P+靜電阻擋層，用于阻擋光電子進入其他電路。 圖所示為像元兩個截面的電位分布圖。兩個截面電位分布的差別主要在A截面的P+區(qū)和B截面對應(yīng)的N區(qū)，前者的電位很低，將阻擋光電子進入，而后者的電位很高，對光電子有吸引作用。 在種結(jié)構(gòu)的像元上，表層光電二極管、電路及其阻擋層均很薄，且透明，入射光透過后到達外延的光敏層，所產(chǎn)生的光電子幾乎可以全部擴散到光電二極管中。盡

49、管光電二極管表面積不大，但收集光的面積卻為整個像元的表面積，因此，等效填充因子接近100%。 3 輸出特性與動態(tài)范圍 CMOS器件有4種輸出模式：線性模式、雙斜率模式、對數(shù)特性模式和校正模式。它們的動態(tài)范圍相差很大，特性也有較大的區(qū)別。圖所示為4種輸出模式的曲線。 （1）線性輸出模式 線性輸出模式的輸出與光強成正比，適用于要求進行連續(xù)測量的場合。它的動態(tài)范圍最小，而且在線性范圍的最高端信噪比最大。在小信號時，因噪聲的影響增大，信噪比很低。 （2）雙斜率輸出模式 雙斜率輸出模式是一種擴大動態(tài)范圍的方法。它采用兩種曝光時間，當(dāng)信號很弱時采用長時間曝光，輸出信號曲線的斜率很大；而當(dāng)信號很強后，用短時

50、間曝光，曲線斜率便會降低，從而擴大動態(tài)范圍。為了改善輸出的平滑性，采用多種曝光時間模式，使輸出曲線是由多段直線擬合而成，會平滑得多。 （3）對數(shù)輸出模式 對數(shù)輸出模式的動態(tài)范圍更大，可達幾個數(shù)量級，無需對相機的曝光時間進行控制，也無需對鏡頭的光圈進行調(diào)節(jié)。此外，在CMOS器件中，很容易設(shè)計出具有對數(shù)響應(yīng)的電路。另外，因為人眼對光的響應(yīng)也接近對數(shù)關(guān)系，故，該模式具有良好的使用性能。 EkUe（4）校正模式 校正模式的輸出規(guī)律如下：式中，U為信號輸出電壓，E是輸入光強，k為常數(shù)，而為校正因子。為小于1的系數(shù)，顯然，它也使輸出信號的增長速度逐漸減緩。 4噪聲 CMOS圖像傳感器的噪聲來源于光電二極管

51、、放大器用的場效應(yīng)管以及行、列選擇等開關(guān)場效應(yīng)管。這些噪聲既有相似之處也有很大差別。 5. 空間傳遞函數(shù)bf21N 利用像素尺寸b和像素間隔S等參數(shù)，很容易推導(dǎo)出CMOS成像器件的理論空間傳遞函數(shù)，即 bffTsinc式中，f是空間頻率。T（f）=0的空間頻率稱為奈奎斯特（Nyquis）頻率fN。從上式中可求得 bf21N上式的曲線如圖所示。由于CMOS成像器件中存在空間噪聲和竄音，它實際的空間傳遞函數(shù)要降低些。 6CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器的比較 這兩種器件都采用硅（Si）材料制造，它們的光譜響應(yīng)特性和量子效率等基本相同；二者的像敏單元尺寸和電荷的存儲容量也相近。但是，由于二者的結(jié)

52、構(gòu)和工藝方法不同，二者的其他性能也有所差別。這兩種圖像傳感器的性能差別如表所示。 參 數(shù)CMOS成像器件CCD1填充率接近100% 2暗電流（PA/M2）10100103噪聲電子數(shù)20504FPN（%）可在邏輯電路中校正15DRNU（%）101106工藝難度小大7光探測技術(shù) 可優(yōu)化8像元放大器有無9信號輸出行、列開關(guān)控制，可隨機采樣CCD為逐個像元輸出，只能按規(guī)定的程序輸出10ADC在同一芯片中可設(shè)置ADC只能在器件外部設(shè)置ADC11邏輯電路芯片內(nèi)可設(shè)置若干邏輯電路只能在器件外設(shè)置12接口電路芯片內(nèi)可以設(shè)有接口電路只能在器件外設(shè)置13驅(qū)動電路同一芯片內(nèi)設(shè)有驅(qū)動電路只能在器件外設(shè)置，很復(fù)雜表 CMOS與CCD圖像傳感器的性能比較 上表說明，CMOS成像器件的功能多，工藝方法簡單，成像質(zhì)量也與CCD接近。因此，CMOS將獲得愈來愈廣泛的應(yīng)用。 CMOS圖像傳感器是采用互補金屬-氧化物-半導(dǎo)體工藝制作的另一類圖像傳感器，簡稱CMOS?，F(xiàn)在市售的視頻攝像頭多使用CMOS作為光電轉(zhuǎn)換器件。雖然目前的CMOS圖像傳感器成像質(zhì)量比CCD略低，但CMOS具有體積小、耗電量小、售價便宜的優(yōu)點。隨著硅晶圓加工技