激光对CCD固体摄象器的饱和干扰效应

一、引　　　言

CCD作为一种图象传感器已广泛的应用于军事、医学、科研和工农业生产等各领域,但其容易受到强光的损伤或干扰,对抗CCD固体摄象机是光电对抗的重要组成部分。本文主要研究不同脉冲宽度的1·06μm和0·53μm脉冲激光对CCD摄象机的饱和干扰效应。

二、理　论　分　析

CCD固体摄象器的基本结构是脉冲控制下的MOS电容器阵列,具有电荷耦合、存储和转移的功能,电荷注入为光注入方式。对于应用最广泛的面阵CCD器件一般由感光单元、转移控制栅、暂存单元和水平移位寄存器等几部分组成。在电荷积分期间,转移控制栅关闭,感光单元电极处于高电平形成收集电荷的势阱,光照产生的少子被势阱俘获并不断积累于势阱中。当积分结束时,转移控制栅打开,感光单元电平降低同时暂存单元电平为高电平形成势阱,电荷则快速转移到暂存单元的势阱中。转移结束转移控制栅关闭,感光单元进入第二场积分,同时暂存单元中电荷则在脉冲控制下通过水平移位寄存器输出。类似的过程周而复始的进行则构成完整的图象信息。可见,电荷的产生、收集和转移是CCD固体摄象器的三个重要环节缺一不可。

研究发现,CCD固体摄象器感光单元收集电荷势阱处理电荷的能力存在最大极限值Qmax[1],即　　　　Qmax= AVclCox

式中,A为面积,Vcl为时钟脉冲幅度,Cox为单位面积氧化膜电容。所以CCD固体摄象器的饱和效应起因于光敏区某个或数个感光单元处光照过度,它们在积分期间内产生的电荷包太多,超过了势阱的最大电荷收集能力Qmax,那么多余的电荷则通过体内扩散到临近势阱中,从而干扰正常的成象,在画面上表现为一个白亮区域向四周扩展,白亮区出现处图象被淹没,称之为“弥散现象”。因此,CCD固体摄象器的饱和效应根源是“弥散现象”。本文研究不同脉冲宽度的脉冲激光对CCD固体摄象器的饱和干扰效应,亦就是将不同脉冲宽度的脉冲激光引入摄象器镜头的视场内,由于摄象器镜头的聚焦作用,产生一强的聚焦光点迭加在光敏面上形成一过亮区,使CCD工作于饱和状态,饱和干扰产生的白亮斑或带将覆盖画面,从而使图象受到干扰或部分消失。

三、实验及结果

激光对CCD固体摄象器的饱和干扰效应的实验原理框图如图1所示,其中He-Ne激光器用于调校光路,干扰脉冲激光为1·06μm和0·53μm两种波长,入射激光能量由可调激光电源、衰减器Ⅰ和衰减器Ⅱ控制,入射激光能量的实时监测由取样板和LER-Ⅱ型激光能量比率计完成,CCD摄象器为PIH-3070L面阵器件,摄象镜头焦距为16mm,CCD通过带孔反射镜对人工场景成象,并显示于监视器屏幕上。