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1、其次章、其次章、CCD工作原理工作原理23 2.1 2.1 电荷存储电荷存储 2.2 2.2 电荷耦合电荷耦合 2.3 2.3 电荷检测电荷检测 2.4 2.4 电荷注入电荷注入 2.5 2.5 电荷耦合摄像电荷耦合摄像器件器件 总书目总书目CCD的结构的结构2022/10/293CCD的结构为三层，第一层是“微型镜头”，其次层是“分色滤色片”以及第三层“感光层”。第一层：“微型镜头”。我们知道，数码相机成像的关键是在于其感光层，为了扩展CCD的采光率，必需扩展单一像素的受光面积。但是提高采光率的方法也简洁使画质下降。这一层“微型镜头”就等于在感光层前面加上一副眼镜。因此感光面积不再由传感器的
2、开口面积确定，而由微型镜片的表面积来确定。2022/10/294其次层：“分色滤色片”。目前有两种分色方式，一是RGB原色分色法，另一个则是CMYK补色分色法。这两种方法各有优缺点。RGB分色法是通过Red,Green和Blue这三个通道的颜色调整而成。CMYK是由四个通道的颜色协作而成，青(C)、洋红(M)、黄(Y)、黑(K)。在印刷业中，CMYK更为适用，但其调整出来的颜色不及RGB的多。原色CCD的优势在于画质锋利，色调真实，但缺点则是噪声问题。因此，一般接受原色CCD的数码相机，在ISO感光度上多半不会超过400。相对的，补色CCD多了一个Y黄色滤色器，在色调的辨别上比较细致，但却牺牲
3、了部分影像的辨别率，而在ISO值上，补色CCD可以容忍较高的感光度(类似于胶卷软片对光的敏感度)，一般都可设定在800以上。2022/10/295第三层：“感光层”。这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号，并将信号传送到影像处理芯片，将影像还原。2022/10/296应用分类用途现有领域民用摄录一体机，视频摄像机，数字摄像机产业用CCD监视用办公大楼，停车场，金融机构，商店，工厂，医院，交通要道医疗内窥镜，X射线拍照，显微镜生产自动化检查，定位，分类，机器人，图像处理科学医学，生物学，天文学，化学研究军事遥感，侦查，制导，预警，微光夜视新闻广播节目制作，电视新闻现场采访其他车辆后视，T
4、V电话，传真机，扫描仪，数字照相机新兴领域多媒体个人电脑，工作站图像输入，数字化静止相机，便携式终端扫描仪办公自动化，计算机输入设备即图文输入（正片、负片、投影片、X光片）传真机计算机产生的文件，彩色传真，高速传真数字化摄录一体机（记录动画）计算机输入设备，多媒体电视制作系统，广播新闻制作系统，数字化影片记录器，家电，旅游电荷耦合器件的工作原理CCD工作原理CCD光信息电脉冲脉冲只反映一个光敏元的受光状况脉冲幅度的凹凸反映该光敏元受光照的强弱输出脉冲的依次可以反映一个光敏元的位置完成图像传感完成图像传感特点：以电荷作为信号特点：以电荷作为信号基本功能：电荷的存储和转移基本功能：电荷的存储和转移
5、CCD基本工作原理信号电荷的信号电荷的产生产生信号电荷的信号电荷的存储存储信号电荷的信号电荷的传输传输信号电荷的信号电荷的检测检测2.1电荷产生电荷产生CCD器件象元是光敏元，每个象元是一个器件象元是光敏元，每个象元是一个MOS电电 容器也是一个容器也是一个MOS二极管二极管.在衬底和金属电极加偏压形成势阱在衬底和金属电极加偏压形成势阱.光注入：当一束光线投射到光注入：当一束光线投射到MOS电容上时，光电容上时，光子穿过透亮电极及氧化层进入子穿过透亮电极及氧化层进入P型衬底，衬底中处型衬底，衬底中处于价带的电于价带的电 子将吸取光子能量而进入导带，形成电子空穴子将吸取光子能量而进入导带，形成电
6、子空穴 对，电子空穴对在外加电场作用下可移动形成对，电子空穴对在外加电场作用下可移动形成 “光生电荷光生电荷”。将存在电极下的势阱中。将存在电极下的势阱中.价电子能否跃迁至导带形成电子空穴对，将由价电子能否跃迁至导带形成电子空穴对，将由入射光子能量入射光子能量h是否大于等于是否大于等于Eg（半导体禁带宽（半导体禁带宽度）来确定度）来确定,关系式：关系式：Eg1.24/c（截止波长，表示吸取光（截止波长，表示吸取光子能量的下限）子能量的下限）光电转换原理光电转换原理:光注入光注入不同的衬底材料对应不同的不同的衬底材料对应不同的cc值，（不同的值，（不同的EgEg）因此选）因此选用不同的衬底材料制
7、作的用不同的衬底材料制作的CCDCCD将有不同的光谱特性将有不同的光谱特性(紫外、紫外、红外、红外、X X光、可见光等）光、可见光等）为什么不同为什么不同CCDCCD的响应波长不同？红外，紫外，可见光的响应波长不同？红外，紫外，可见光光注入电荷公式：光注入电荷公式：Q=qneoATc Q=qneoATc 其中其中:材料量子效率，材料量子效率，q:q:电子电荷量，电子电荷量，neo:neo:入射光光入射光光子流速子流速 ，A:A:光敏元受光面积光敏元受光面积 ，Tc:Tc:注入时间（积分时间）注入时间（积分时间）,q,A,q,A均为常数，均为常数，Q Q与与neoneo、Tc Tc成正比成正比注
8、入时间注入时间tctc由由CCDCCD驱动器的转移脉冲的周期确定驱动器的转移脉冲的周期确定 电注入：电注入：CCD CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，然通过输入结构对信号电压或电流进行采样，然后将信号电压或电流转换为信号电荷注入到相应的势阱中。后将信号电压或电流转换为信号电荷注入到相应的势阱中。光电导效应光电导效应信号电荷的产生信号电荷的产生（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MOSMOS电容器电容器2.2.2 2电荷存储电荷存储 CCD 是由规则排列的金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor,MOS）电容阵列组成。Me
9、talOxideSemiconductor金属VG氧化物（SiO2）半导体(PSi)电子势阱界面势假如有光入射到半导体硅片上，在光子的作用下，半导体硅产生电子空穴对，由此产生的光电子被表面的势阱所吸取。而空穴被电场排斥出耗尽区。当在金属电极上加正电压VG时，在电场的作用下，电极下型区域里的多数载流子空穴被排斥、驱除，形成了一个耗尽区。而对于少数载流子电子，电场则吸引它到电极下的耗尽区。耗尽区对于带负电的电子来讲是一个势能很低的区域称为“势阱”。势阱积累电子的容量取决于势阱的“深度”，而表面势的大小近似与栅压VG成正比。势阱内吸取的光电子数量与入射光势阱旁边的光强成正比。这样一个MOS结构单元就
10、称光敏单元或一个象素；而将一个势阱所吸取集的若干个光生电荷称为一个电荷包。通常在半导体硅片上制有成千上万个相互独立的MOS光敏单元，假如在金属电极上加上正电压，则在半导体硅片上就形成成千上万的个相互独立的势阱。假如此时照射在这些光敏单元上是一副明暗起伏的图像，那么这些光敏元就会产生出一幅与光照强度相对应的光电荷图像，因而得到影像信号。P P型半导体，型半导体，PositivePositive，空穴带正电荷，自由电子带负电荷，参与导电的是空穴，空穴带正电荷，自由电子带负电荷，参与导电的是空穴2.22.2电荷存储电荷存储构成构成CCDCCD的基本单元是的基本单元是MOSMOS（金属氧化物半导体）（
11、金属氧化物半导体）结构。结构。1.1.关于关于MOSMOS结构存储电荷的实力结构存储电荷的实力（a a）VGVG0 0 半导体内部无变更，内部的空穴分布匀半导体内部无变更，内部的空穴分布匀整整（b)VGVth b)VGVth c)VGVth 表面势足够大，能存储电荷（吸取电荷）表面势足够大，能存储电荷（吸取电荷）将半导体体内的电子吸取到表面形成一层极薄的但将半导体体内的电子吸取到表面形成一层极薄的但电荷浓度很高的反型层电荷浓度很高的反型层表面势：半导体与绝缘体界面上的电势表面势：半导体与绝缘体界面上的电势s s 单个单个CCD栅极电压变化对耗尽区的影响栅极电压变化对耗尽区的影响(a)栅极电压为
12、零；栅极电压为零；(b)栅极电压小于阈值电压；栅极电压小于阈值电压；(c)栅极电压大于阈值电压栅极电压大于阈值电压金属栅电极G氧化层P型半导体耗尽层反型层UGUth (a)(b)(c)UG=0表面势与栅极电压呈线性关系。表面势与栅极电压呈线性关系。随着栅极电压的增加，表面势也渐渐增加。随着栅极电压的增加，表面势也渐渐增加。在栅极电压不变的状况下，表面势在栅极电压不变的状况下，表面势与反型电荷密度呈反比例线性关系。与反型电荷密度呈反比例线性关系。随着反型电荷密度的增加，表面势随着反型电荷密度的增加，表面势渐渐减小。渐渐减小。这种线性关系可以半导体物理中的这种线性关系可以半导体物理中的“势肼势肼”
13、概念描述。概念描述。电子所以被加有栅极电压的电子所以被加有栅极电压的MOSMOS结构结构吸引到氧化层与半导体的交界面处，吸引到氧化层与半导体的交界面处，是因为那里的势能最低。是因为那里的势能最低。“水往低处流水往低处流”表面势S与反型层电荷密度QINV的关系2.2.关于势阱的概念关于势阱的概念势阱：表征势阱：表征MOSMOS电容存储电荷的实力。电容存储电荷的实力。存储电荷的实力是存储电荷的实力是由于表面势的存在造成的。由于表面势的存在造成的。无反型层电荷时，无反型层电荷时，阱深与栅压阱深与栅压VGVG有关。有关。3.MOS3.MOS电容存储电荷容量电容存储电荷容量 Q=COX VGA(A Q=
14、COX VGA(A：栅极极面积）：栅极极面积）MOS MOS电容容量电容容量COXCOX、栅极电压、栅极电压VGVG光滴光滴小桶小桶光敏元光敏元CCD 的工作过程的工作过程1.有一个光电转换装置把入射到每一个感光像有一个光电转换装置把入射到每一个感光像素上的光子转化为电荷。素上的光子转化为电荷。CCD 的工作过程的工作过程2.这些电荷可以被储存起来。这些电荷可以被储存起来。这一过程存在着以下问题：当一个像素聚集过多的电荷后，就会出现电荷溢出 溢出的电荷会跑到相临的像素势阱里去。这样电量 就不能照实反映原物。要避开这种状况发生的方法：A 把桶做大些 B 削减测量时间C 把满的水倒出一些D 做个导
15、流管，让溢出的水流到地上去，不要流到其他 桶里 对应的方法：由此可见，增大像素尺寸是最简洁有效的做法。水桶水桶CCD芯片芯片缺点缺点把桶做大增大单位像素尺寸减少测量时间缩短曝光时间对于暗的部分曝光不足把满的水桶到出一些间歇开关时钟电压降低速度做个导流管溢出沟道和溢出门制作复杂，且还有缺陷3.当一个当一个CCD芯片感光完毕后，每个芯片感光完毕后，每个像素所转换的电荷包就依据一行的方向转像素所转换的电荷包就依据一行的方向转移出移出CCD感光区域，以为下一次感光释放感光区域，以为下一次感光释放空间。空间。信号电荷的转移（耦合）信号电荷的转移（耦合）为实现信号电荷的转换：为实现信号电荷的转换：1、必需
16、使、必需使MOS电容阵列的排列足够紧密，以致相电容阵列的排列足够紧密，以致相邻邻MOS电容的势阱相互沟通，即相互耦合。电容的势阱相互沟通，即相互耦合。2、限制相邻、限制相邻MOS电容栅极电压凹凸调整势阱深浅，电容栅极电压凹凸调整势阱深浅，使信号电荷由势阱浅处流向势阱深处。使信号电荷由势阱浅处流向势阱深处。3、在、在CCD中电荷的转移必需依据确定的方向。中电荷的转移必需依据确定的方向。CCD 的工作过程的工作过程3.电荷可以被有秩序地转移出感光区域。电荷可以被有秩序地转移出感光区域。2.2.3 3 CCD CCD的电荷耦合的电荷耦合1.1.电荷传输原理电荷传输原理注：注：图中一个单元下图中一个单
17、元下 有三个电极有三个电极 每个电极的时钟每个电极的时钟一个周期将本单元的一个周期将本单元的电荷移向下个单元电荷移向下个单元1个时钟周期个时钟周期走走3个势阱个势阱移位寄存器移位寄存器l三相三相CCD的电荷在三相交叠驱动脉冲的作用下，能以确定的方向逐单的电荷在三相交叠驱动脉冲的作用下，能以确定的方向逐单元地转移；元地转移；lCCD电极间隙必需很小，电荷才能不受阻碍地从一个电极下转移到相电极间隙必需很小，电荷才能不受阻碍地从一个电极下转移到相邻电极下。邻电极下。2.3 电荷耦合 2.3 CCD2.3 CCD的电荷耦合的电荷耦合1.1.电荷传输原理电荷传输原理电荷耦合就是电荷转移。电荷耦合就是电荷
18、转移。通过将确定规则的变更的电压加到通过将确定规则的变更的电压加到CCDCCD各电各电极上，电极下的电荷包就能沿半导体表面极上，电极下的电荷包就能沿半导体表面按确定方向移动。按确定方向移动。通常把通常把CCDCCD电极分为几组，每一组称为一相，电极分为几组，每一组称为一相，并施加同样的时钟脉冲。并施加同样的时钟脉冲。电荷耦合：移位寄存器中电荷在外加栅压有电荷耦合：移位寄存器中电荷在外加栅压有序的变更下，从一个电极的势阱向下一个序的变更下，从一个电极的势阱向下一个电极下的势阱转移的现象。电极下的势阱转移的现象。电荷耦合的电极间隙长度小于电荷耦合的电极间隙长度小于3m3m。2.CCD2.CCD的电
19、极结构的电极结构 基本结构应包括：转移电极结构、转移沟道结基本结构应包括：转移电极结构、转移沟道结构、信号输入结构和信号检测结构。构、信号输入结构和信号检测结构。电极的作用：在驱动信号作用下使电荷定向转移，电极的作用：在驱动信号作用下使电荷定向转移，相邻势阱耦合。相邻势阱耦合。耦合是一个动态过程。耦合是一个动态过程。电极必需满足使电荷定向转移和相邻势阱耦合的电极必需满足使电荷定向转移和相邻势阱耦合的基本要求。基本要求。电极的种类：电极的种类：四相四相CCD:CCD:提高转移效率而研制，比较困难；提高转移效率而研制，比较困难；三相三相CCDCCD：3 3个电极，三相驱动；个电极，三相驱动；三相单
20、层铝电极结构二相二相CCDCCD：2 2个电极，个电极，2 2相驱动；相驱动；被测物被测物光学系统光学系统2CCD2光学系统光学系统1重叠部分重叠部分体沟道体沟道CCDCCD被测物被测物光学系统光学系统2CCD2光学系统光学系统1重叠部分重叠部分表面沟道表面沟道CCD（SCCD）的信号电荷只在贴近界面的极薄）的信号电荷只在贴近界面的极薄衬底内运动，由于界面处存在陷阱，信号电荷转移过程中衬底内运动，由于界面处存在陷阱，信号电荷转移过程中将受到影响，从而降低了器件的工作速度和转移效率；将受到影响，从而降低了器件的工作速度和转移效率；体沟道体沟道CCD（BCCD）在半导体体内设置信号的转移沟道，）在
21、半导体体内设置信号的转移沟道，减轻或避开了上述问题。减轻或避开了上述问题。2.CCD2.CCD的电极结构的电极结构 二相二相CCDCCD：优点：驱动脉冲简洁；优点：驱动脉冲简洁；在相同时钟频率下，电荷转移一位所需时在相同时钟频率下，电荷转移一位所需时间较短；间较短；二相芯片布线简洁，面积小。二相芯片布线简洁，面积小。特点：制造工艺技术性强（为防止电荷倒流）特点：制造工艺技术性强（为防止电荷倒流）电极的影响：转移效率、功耗、速度电极的影响：转移效率、功耗、速度2.42.4电荷的检测电荷的检测也叫电荷的输出，但不能以电荷的形式输出，也叫电荷的输出，但不能以电荷的形式输出，将到达输出端的电荷变换为电
22、流或电压输出将到达输出端的电荷变换为电流或电压输出1 1、检测电路分类、检测电路分类电流输出结构（干脆型）电流输出结构（干脆型）浮置扩散放大器输出结构：选通电荷积分结构。浮置扩散放大器输出结构：选通电荷积分结构。特点：放大器与特点：放大器与CCDCCD同作在一个硅片上，信号电荷同作在一个硅片上，信号电荷干脆限制放大器（干脆型）干脆限制放大器（干脆型）浮置栅放大器输出：特点：放大器与工作状况由浮置栅放大器输出：特点：放大器与工作状况由感应电荷限制，而不是由信号电荷干脆限制（非干感应电荷限制，而不是由信号电荷干脆限制（非干脆型），非干脆型对信号电荷无破坏性。性能：传脆型），非干脆型对信号电荷无破坏
23、性。性能：传输效率高输效率高CCDCCD在信号转移过程中与时钟信号没有任何电容耦合，而在输出端则不行避开；在信号转移过程中与时钟信号没有任何电容耦合，而在输出端则不行避开；选择合适的输出电路，尽可能地减小时钟脉冲对输出信号的容性干扰；选择合适的输出电路，尽可能地减小时钟脉冲对输出信号的容性干扰；目前目前CCDCCD主要接受电流输出方式的电路。主要接受电流输出方式的电路。电流输出结构电流输出结构由由检测二极管、二极管的偏置电阻检测二极管、二极管的偏置电阻R R、源极输出放大器和复位场效应管、源极输出放大器和复位场效应管V VR R等单元构成；等单元构成；信号电荷在转移脉冲的驱动下转移到最末一级信
24、号电荷在转移脉冲的驱动下转移到最末一级转移电极转移电极CR2CR2中；中；当当CR2CR2电极上的电压由高变低时，信号电荷便通过输出栅下的势阱进入电极上的电压由高变低时，信号电荷便通过输出栅下的势阱进入反向偏置的二极管反向偏置的二极管中。中。电流输出结构电流输出结构由由电源电源U UD D、电阻、电阻R R、衬底、衬底P P和和N N+区区构成的输出二极管反向偏置电路，构成的输出二极管反向偏置电路，它对于电子来说相当于一个很深的势阱；它对于电子来说相当于一个很深的势阱；进入方向偏置二极管中的电荷，将产生电流进入方向偏置二极管中的电荷，将产生电流I Id d；I Id d的大小与注入二极管中的的
25、大小与注入二极管中的信号电荷量信号电荷量Q QS S成正比，而与成正比，而与R R成反比成反比。Qs=Iddt电流输出结构电流输出结构IdId越大，越大，A A点电位下降得越低；点电位下降得越低；可以用可以用A A点的电位来检测注入到输出二极管中的电荷点的电位来检测注入到输出二极管中的电荷QsQs；隔直电容将隔直电容将A A点的电位变更取出，使其通过场效应放大器点的电位变更取出，使其通过场效应放大器的的OSOS端输出。端输出。电流输出结构电流输出结构复位场效应管复位场效应管VRVR用于对检测二极管的深势阱进行复位；用于对检测二极管的深势阱进行复位；电阻电阻R R的大小对于检测的影响；的大小对于
26、检测的影响；复位场效应管在复位脉冲复位场效应管在复位脉冲RSRS的作用下使复位场效应管导通，它导通的作用下使复位场效应管导通，它导通的动态电阻远小于偏置电阻的阻值，以便使输出二极管中的剩余电的动态电阻远小于偏置电阻的阻值，以便使输出二极管中的剩余电荷通过场效应管流入电源，使荷通过场效应管流入电源，使A A点的电位复原到起始的高电平，为接点的电位复原到起始的高电平，为接收新的信号电荷做好准备。收新的信号电荷做好准备。2 2、电荷检测原理、电荷检测原理3 3、CCDCCD输出信号特点输出信号特点*重点重点每个象素的输出信号浮置在一个正的直流电压上每个象素的输出信号浮置在一个正的直流电压上(如：如：
27、5V),5V),信号电平在几十信号电平在几十几百几百mVmV变更，呈单极性负向变更。变更，呈单极性负向变更。输出信号随时间轴按离散形式出现，每个电荷对应一个象输出信号随时间轴按离散形式出现，每个电荷对应一个象元，中间由复位电平隔离（信号包含复位脉冲干扰）。元，中间由复位电平隔离（信号包含复位脉冲干扰）。将空间分布光学图像变换为按时间分布的离散电压信号。将空间分布光学图像变换为按时间分布的离散电压信号。电压输出电压输出4 4、关于电荷读出（检测）电路噪声问题、关于电荷读出（检测）电路噪声问题复位开关管交替导通、截止产生热噪声复位开关管交替导通、截止产生热噪声馈通电压含噪声（起伏）馈通电压含噪声（
28、起伏）接受相关双采样可以抑制复位噪声和其它低频噪声接受相关双采样可以抑制复位噪声和其它低频噪声 CCD 的工作过程的工作过程4.信号电荷输出，转化成电流或电压信号。信号电荷输出，转化成电流或电压信号。背照明光输入背照明光输入1电荷生成电荷生成2电荷存储电荷存储3电荷转移电荷转移复位输出4电荷检测电荷检测半导体半导体 CCD CCD传感器传感器给一般LED灯泡装上微芯片，可以限制它每秒数百万次闪烁，亮了表示1，灭了代表0。由于频率太快，人眼觉察不到，但光敏传感器却可以接收这些变更，二进制的数据被快速编码成灯光信号，灯光下的电脑，通过特制的接收装置，读懂灯光里的信息。LIFI（Light Fide
29、lity），全称为可见光无线通信，又称光保真技术复旦高校探讨人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，离线最高单向传输速率达到3.7G/S，创建了可见光无线通信领域的单向传输速度世界纪录。实时系统平均上网速率达到150M，堪称世界最快的“灯光上网”。下个月，10台样机将亮相2013年上海工博会。Intensified Charge Coupled Devices功能：把二维光学图像信号转变成一维视频信号输出。分类：线型CCD（线阵），面型CCD（面阵）ICCD工作过程：将景物成像在CCD光敏面上，光敏面将每个像敏单元的图像照度转变为信号电荷存在MOS电容器中；转移到移位
30、寄存器（转移电极下的势阱）中；（在驱动脉冲作用下）依次移出电荷并转为电压。2.5 电荷耦合摄像器件电荷耦合摄像器件（ICCD)单沟道线阵单沟道线阵CCDCCD 1 1、线阵、线阵CCDCCD结构结构 功能功能:是将一维景物或图像变成串行的视频信号。是将一维景物或图像变成串行的视频信号。由光敏阵列、转移栅、由光敏阵列、转移栅、CCD模拟移位寄存器和输出放大器等单元构成；模拟移位寄存器和输出放大器等单元构成；光敏阵列一般由光栅限制的光敏阵列一般由光栅限制的MOS光积分电容或光积分电容或PN结光电二极管构成；结光电二极管构成；光敏阵列和光敏阵列和CCD模拟移位寄存器之间通过转移栅相连，转移栅既可以将
31、模拟移位寄存器之间通过转移栅相连，转移栅既可以将光敏区与模拟移位寄存器分割开，也可以将其沟通；光敏区与模拟移位寄存器分割开，也可以将其沟通；单沟道线阵单沟道线阵CCDCCD 1 1、线阵、线阵CCDCCD结构结构 功能功能:是将一维景物或图像变成串行的视频信号。是将一维景物或图像变成串行的视频信号。转移栅为低电平，光敏单元与移位寄存器隔离，光敏区进行光电注入（光转移栅为低电平，光敏单元与移位寄存器隔离，光敏区进行光电注入（光积分）；积分）；转移栅电极电压转变为高电平，光敏区积累的电荷转移到移位寄存器中；转移栅电极电压转变为高电平，光敏区积累的电荷转移到移位寄存器中；转移栅转变为低电平，移位寄存
32、器在驱动脉冲的作用下，将信号电荷一位转移栅转变为低电平，移位寄存器在驱动脉冲的作用下，将信号电荷一位位地移出器件，并经放大形成时序信号（视频信号）。位地移出器件，并经放大形成时序信号（视频信号）。单沟道线阵单沟道线阵CCDCCD 组成：组成：光敏区、转移区、输出电路光敏区、转移区、输出电路特点特点：光敏区与转移区的移位寄存器分开，移位寄存器光敏区与转移区的移位寄存器分开，移位寄存器 被遮光，因此光敏区光积分工作和移位寄存器移位工作被遮光，因此光敏区光积分工作和移位寄存器移位工作可同时进行。可同时进行。移位寄存器的转移次数多、效率低移位寄存器的转移次数多、效率低,适用于象元适用于象元256256
33、的的CCDCCD1 1、线阵、线阵CCDCCD结构结构 功能功能:是将一维景物或图像变成串行的视频信号。是将一维景物或图像变成串行的视频信号。特点：两列特点：两列CCDCCD移位寄存器分布在象敏元阵列的两侧移位寄存器分布在象敏元阵列的两侧 使电荷包转移次数削减（一倍），转移效率提高使电荷包转移次数削减（一倍），转移效率提高 奇偶信号从两个输出端并行输出，使工作速度提高奇偶信号从两个输出端并行输出，使工作速度提高双沟道线阵双沟道线阵CCD：(克服单沟道缺点克服单沟道缺点)原理原理2.2.面阵面阵CCDCCD结构结构按确定方式将一维线型按确定方式将一维线型CCDCCD的光敏单元及移位寄存的光敏单元
34、及移位寄存器排列，即可构成二维面阵器排列，即可构成二维面阵CCDCCD成二维阵列，将二维光学图像转换成视频信号。成二维阵列，将二维光学图像转换成视频信号。分类：分类：帧转移面阵帧转移面阵CCDCCD 隔列转移面阵隔列转移面阵CCDCCD 线转移面阵线转移面阵CCDCCD帧转移面阵帧转移面阵CCDCCD组成：成像区、暂存区、（水平）移位寄存器组成：成像区、暂存区、（水平）移位寄存器l成像区由并行排列成像区由并行排列的若干个电荷耦合沟的若干个电荷耦合沟道组成，各沟道之间道组成，各沟道之间用沟阻隔开，水平电用沟阻隔开，水平电极横贯各沟道；极横贯各沟道；l暂存区的结构和单暂存区的结构和单元数都与成像区
35、相同，元数都与成像区相同，只不过均被金属铝遮只不过均被金属铝遮挡。挡。Full frame transfer（全帧转移）芯片的每一个像素都感光。传输时，每一列向单行串行寄存器上相对应的位置转移。同时，串行寄存器向阵列的出口转移。转移方式转移方式隔列转移面阵隔列转移面阵CCD组成：成像区：纵向列阵中间被暂存区隔开组成：成像区：纵向列阵中间被暂存区隔开 暂存区：纵向遮光的读出寄存器列阵与成像区联系暂存区：纵向遮光的读出寄存器列阵与成像区联系 由转移栅限制（并行传输数据）由转移栅限制（并行传输数据）水平移位寄存器：最终移出水平移位寄存器：最终移出mn个象元信号个象元信号以上两种面阵以上两种面阵CCD
36、CCD的比较的比较隔列转移面阵隔列转移面阵CCDCCD：光积分周期可连续，因象敏区与暂存光积分周期可连续，因象敏区与暂存 区并行沟通，不须要休止期；区并行沟通，不须要休止期；转移速度快；转移速度快；转移效率较高。转移效率较高。帧转移面阵帧转移面阵CCDCCD：光积分周期难以连续，否则有拖影；光积分周期难以连续，否则有拖影；转移速度慢；转移速度慢；转移效率低。转移效率低。二者有效光敏面积小，约二者有效光敏面积小，约5050彩色的形成彩色的形成 利用拜尔滤镜（BAYER滤光片），让相临四个像素分别只能接收一色光。每个像素输出的信息只是相应色光的灰度值，之后通过软件合成为彩色。每四个像素形成一个单每
37、四个像素形成一个单元，一个负责过滤红色、元，一个负责过滤红色、一个过滤蓝色，两个过一个过滤蓝色，两个过滤绿色（因为人眼对绿滤绿色（因为人眼对绿色比较敏感）色比较敏感）本章小结本章小结1.表面势、势阱的概念表面势、势阱的概念,CCD的基本构成单元的基本构成单元2.电荷耦合过程及其概念，电极的作用电荷耦合过程及其概念，电极的作用3.线阵线阵CCD输出信号特点？输出信号特点？CCD电荷检测电路分电荷检测电路分类类4.电荷的注入分为哪两类，光注入时间由什么确定电荷的注入分为哪两类，光注入时间由什么确定5.ICCD的工作过程、分类，线阵的工作过程、分类，线阵ICCD的两种基本的两种基本形式、各自特点；面阵形式、各自特点；面阵ICCD的分类的分类