典型线阵CCD图像传感器.ppt

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1、教学进度图像传感器的概述光电技术基础光源CCD图像传感器基本工作原理典型面阵ICCD视频信号处理及计算机数据采集图像传感器的典型应用典型线阵ICCD图像传感器基本原理及电视制式第六讲典型线阵CCD图像传感器不同的线阵CCD具有不同的特点，适用于不同的应用场合。本章从应用的角度介绍几种典型线阵CCD的基本结构、特性参数、驱动方式和应用特点。典型单沟道线阵CCD-TCD1209D典型双沟道线阵CCD-TCD1206SUP具有积分时间调整功能的线阵CCD-TCD1205D并行输出的线阵CCD用于光谱探测的高性能线阵CCD彩色线阵CCD环形线阵CCD第六讲典型线阵

2、CCD图像传感器一、典型单沟道线阵CCDLinearImageSensorCCDPDF说明书1、TCD1209D的基本结构TCD1209D为典型的二相单沟道型线阵CCD图像传感器，其基本结构、工作原理及驱动电路等都具有典型性。结构组成：PhotoDiode/转移栅/CCD模拟移位寄存器/输出单元每个光敏单元尺寸14×14um，相邻两光敏单元中心距14um，光敏单元总长度28.672mm（2048×14um）有效像敏区域(2048个)被遮蔽光电二极管(前19个后8个共27个)1）为何PD最左边为D13？还有D0～D12吗？所有的光电二极管已经在此图给出，总共

3、2048+27=2075个。即没有实物存在的D0～D12。它们只是虚设的单元(在移位寄存器中有12组对应单元)2）遮蔽的27个PD的作用？获得暗电流等信息用于对有效信号处理3）根据原理图请问CCD模拟移位寄存器的驱动电极至少多少？（2048+27+13）×2=4176个。转移栅与光敏阵列及移位寄存器的交叠结构Up为光敏单元；CR1为CCD模拟移位寄存器的一个电极；SH为转移栅（shiftgate）输入信号——高电平:沟通光敏阵列和移位寄存器,信号电荷转移到CR1势阱低电平:隔离二者,光敏单元阵列积分,移位寄存器逐位输出；转移脉冲SH高电平时,CR1脉冲也应

4、为高电平；SH的下降沿时，CR1也为高电平，以保证信号完整转移成功。(时序及电平要求之一)RS脉冲和CR脉冲的时序关系？2、TCD1209D的基本工作原理TCD1209D的驱动脉冲波形图（掌握）TCD1209D的驱动脉冲波形图（说明书截图）TCD1209D五路驱动脉冲组成及作用：①转移脉冲SH（沟通/阻隔PD和CCD；控制光积分时间）②驱动脉冲CR1（配合CR2把信号电荷从CCD右向左移动）③驱动脉冲CR2（其中CR2B代表CCD移位寄存器的最后一个电极）④复位脉冲RS（清除上一次未来得及转移走留在输出二极管中的电荷）⑤缓冲控制脉冲CP（过滤掉输出信号的尖

5、脉冲噪声）行周期：SH的周期。必须大于2088个转移脉冲CR1的周期；OS输出信号的构成：虚设单元/哑元/有效信号/检测单元等；检测一行结束根据TCD1209D说明书中的驱动脉冲波形图及脉冲时序要求设计。3、TCD1209D的驱动电路驱动实现的方法有：1）采用分立元件及74系列芯片；2）利用可编程逻辑阵列CPLD或FPGA；3）EPROM(顺序输出状态数据)；4）单片机（按时间顺序输出已存波形）5）数字信号处理器DSP；数字电子技术VHDLTCD1209D的驱动脉冲时序要求驱动电路的设计思路：1）各脉冲的周期关系及占空比分析；2）确定脉冲之间的逻辑及时序关

6、系；所采用的主要器件：1）晶振/电阻/非门组成的石英晶体振荡器；2）二进制计数器，实现分频目的以及脉冲计数；3）基本的非门/与门/或非门/触发器等器件；分立元件方法实现基于VHDL和CPLD的驱动电路设计（推荐）SH模块代码CCD模块代码EPROM驱动方法单片机驱动方法基于DSP的驱动方法4、TCD1209D的特性参数TCD1209D优点：速度快;灵敏度高;动态范围宽;像敏单元不均匀性好;功耗低;光谱响应范围宽1)光谱响应特性光谱响应的峰值波长为550nm;短波响应在400nm处大于70%;光谱响应的长波限在1100nm;（Si基底）50%饱和曝光量作用下

7、:各像敏单元输出信号电压与均值电压的最大差值各个像敏单元输出信号的均值电压像敏单元不均匀性典型值为3%，双沟道线阵CCD达不到。2)灵敏度R线阵CCD的灵敏度参数定义为:单位曝光量的作用下器件的输出信号电压，即式中的UO为线阵CCD输出的信号电压，HV光敏面上的曝光量。TCD1209D的饱和曝光量SE仅为0.06(lx·s)满月时地面光照度为0.1lx;弦月时为0.01lx;阴天为1000lx线阵CCD的灵敏度的另一表示方法：饱和曝光量（SE）SE定义:器件的输出信号电压饱和时光敏面上的曝光量。饱和曝光量越小，表明灵敏度越高。3）动态范围DR动态范围参数D

8、R定义：饱和输出电压与暗信号电压之比。动态范围越高的器件品质越高。