CCD基本原理与发展状况课件.ppt

《CCD基本原理与发展状况课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、CCD传感器及其发展状况学生姓名：高志帆指导教师：雷俊峰教授2010年11月22日光电器件及系统概述CCD（ChargeCoupledDevices:电荷耦合器件）图像传感器是20世纪70年代初发展起来的一种新型半导体集成光电器件。它的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它大多数器件是以电流或者电压为信号。光学系统CCD图像处理内容提纲CCD传感器的基本原理CCD传感器的结构类型CCD传感器的发展状况CCD的最基本单元MOS电容器是构成CCD的最基本单元是，它是金属—氧化物—半导体（MOS）器件中结构最为简单的。金属电极氧化物半导体MOS电容器一、CCD传感器的

2、基本原理1、信号电荷的产生CCD工作过程的第一步是电荷的产生。CCD可以将入射光信号转换为电荷输出，依据的是半导体的内光电效应（也就是光生伏特效应）。信号电荷的产生（示意图）金属电极氧化物半导体e-e-e-e-e-e-e-光生电子入射光MOS电容器CCD工作过程的第二步是信号电荷的收集，就是将入射光子激励出的电荷收集起来成为信号电荷包的过程。2、信号电荷的存储信号电荷的存储（示意图）e-e-势阱入射光MOS电容器+UGe-e-e-e-e-e-+Uthe-e-势阱入射光MOS电容器+UGe-e-e-e-e-e-+UthUGUth时CCD工作过程的第

3、三步是信号电荷包的转移，就是将所收集起来的电荷包从一个像元转移到下一个像元，直到全部电荷包输出完成的过程。3、信号电荷的传输（耦合）一个像素沟阻，定义了图像区的列平面图图示为CCD成像区的一小部分（几个像素）。图像区中这个图案是重复的。①②③三相CCD的电荷转移过程示意图电荷包转移驱动脉冲像元Pn转移方向像元Pn+1像元Pn+2CCD工作过程的第四步是电荷的检测，就是将转移到输出级的电荷转化为电流或者电压的过程。输出类型，主要有以下三种：1）电流输出2）浮置栅放大器输出3）浮置扩散放大器输出4、信号电荷的检测ODOSRDRSW输出节点衬底输出FET复位FET相加

4、阱20mm输出漏极(OD)输出源极(OS)输出管栅极输出节点电容R复位漏极(RD)相加阱(SW)串行寄存器最后的几个电极末级电极典型CCD片内放大器的显微照片和片内放大器的线路图.+5V0V-5V+10V0VRSWVoutODOSRDRSW复位FET相加阱串行寄存器的末端Vout测量过程由复位开始，复位会把前一个电荷包的电荷清除掉。输出节点输出FET+5V0V-5V+10V0VRSWVout电荷输送到相加阱。此时，Vout是参考电平。在这个期间，外部电路测量参考电平。+5V0V-5V+10V0VRSWVout相加阱将电荷输送到输出节点电容，Vout下降到信号电平

5、。+5V0V-5V+10V0VRSWVout外部电路对Vout进行采样，所采样的Vout电平与信号电荷包中的电荷浓度成正比。至此，完成了信号电荷包的测量。CCD的工作过程示意图背照明光输入1电荷生成2电荷存储3电荷转移复位输出4电荷检测半导体CCD传感器二、CCD传感器的结构类型按照像素排列方式的不同，可以将CCD分为线阵和面阵两大类。（1）线阵CCD转移次数多、效率低。只适用于像素单元较少的成像器件。转移次数减少一半，它的总转移效率也提高为原来的两倍。转移栅像敏单元CCD移位寄存器像敏单元转移栅转移栅单沟道线阵CCD双沟道线阵CCD线阵CCD每次扫描一条线为了

6、得到整个二维图像的视频信号，就必须用扫描的方法实现。（2）面阵CCD按照一定的方式将一维线阵CCD的光敏单元及移位寄作器排列成二维阵列。就可以构成二维面阵CCD。帧转移面阵CCD结构图水平读出寄存器（遮光）优点：电极结构简单，感光区面积可以很小。缺点：需要面积较大大暂存区。帧转移面阵CCD工作过程隔列转移面阵CCD结构图光敏区优：转移效率大大提高。缺：结构较为复杂。隔列转移面阵CCD工作过程面阵CCD同时曝光整个图像常用面阵CCD尺寸系列尺寸靶面尺寸宽高对角线1英寸12.7mm9.6mm16mm2/3英寸8.8mm6.6mm11mm1/2英寸6.4mm4.8mm

7、8mm·1/3英寸4.8mm3.6mm6mm1/4英寸3.2mm2.4mm4mm三、CCD传感器发展状况（一）概述自1970年美国贝尔实验室成功研制第一只电荷耦合器件（CCD）以来，依靠业已成熟的MOS集成电路工艺，CCD技术得以迅猛发展。其应用涉及到航空、航天、遥感、卫星侦察、天文观测、通讯、交通、机械、电子、计算机、机器人视觉、新闻、广播、金融、医疗、出版、印刷、纺织、医学、食品、照相、文教、公安、保卫、家电、旅游等各个领域。（二）CCD生产厂家目前有能力生产CCD的国外厂家有：国家厂家日本SONY，FUJIFILM（富士胶片），Panasonic，SANY

8、O，Sharp美国Kod