tty21光電成像系統(tǒng)固體攝像器件電荷檢測(cè)

1、信號(hào)電荷的檢測(cè)CQVFDQFD信號(hào)電荷包的大小C與FD區(qū)有關(guān)的總電容（包括輸出管T的輸入電容、分布電容等）CCD輸出信號(hào)的特點(diǎn)：信號(hào)電壓是在浮置電平基礎(chǔ)上的負(fù)電壓；每個(gè)電荷包的輸出占有一定的時(shí)間長(zhǎng)度T；在輸出信號(hào)中疊加有復(fù)位期間的高電平脈沖。 因此，對(duì)CCD的輸出信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，較多地采用了取樣技術(shù)，以去除浮置電平、復(fù)位高脈沖及抑制噪聲。單溝道傳輸結(jié)構(gòu)線陣CCD工作原理：光敏區(qū)光敏區(qū)的N個(gè)光敏元排成一列，光敏元主要有兩種結(jié)構(gòu)：MOS結(jié)構(gòu)和光電二極管結(jié)構(gòu)（CCPD）。由于CCPD無(wú)干涉效應(yīng)、反射損失以及對(duì)短波段的吸收損失等，在靈敏度和光譜響應(yīng)等光電特性方面優(yōu)于MOS結(jié)構(gòu)光敏元，所以目前普遍采用光

2、電二極管結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)移柵位于光敏區(qū)和CCD之間，它是用來(lái)控制光敏元?jiǎng)葳逯械男盘?hào)電荷向CCD中轉(zhuǎn)移。電荷注入部分主要用來(lái)檢測(cè)器件的性能，在表面溝道器件中則用來(lái)注入“胖零”信號(hào)，填充表面態(tài)，以減小表面態(tài)的影響，提高轉(zhuǎn)移效率。信號(hào)輸出部分模擬移位寄存器（即CCD）通常有二相、三相等幾種結(jié)構(gòu)，以兩相結(jié)構(gòu)為例，1相為轉(zhuǎn)移相，即光敏元下的信號(hào)電荷先轉(zhuǎn)移到第一個(gè)電極下面。排列上，N位CCD與N個(gè)光敏元一一對(duì)齊，每一位CCD有兩相。最靠近輸出端的那位CCD稱為第一位，對(duì)應(yīng)的光敏元為第一個(gè)光敏元，依次及遠(yuǎn)。各光敏元通向CCD的各轉(zhuǎn)移溝道之間有溝阻隔開(kāi)，而且只能通向每位CCD中的第一相。兩相線陣CCPD器件工作波形：

3、當(dāng)轉(zhuǎn)移柵加高電壓時(shí)，1電極也為高電平，光敏區(qū)和1電極下的勢(shì)阱接通，N個(gè)光信號(hào)電荷包并行轉(zhuǎn)移到所對(duì)應(yīng)的那位CCD中。轉(zhuǎn)移柵加低電平，將光敏區(qū)和1電極下的勢(shì)阱隔斷，進(jìn)行下一行積分。N個(gè)電荷包依次沿著CCD串行傳輸，每驅(qū)動(dòng)一個(gè)周期，各信號(hào)電荷包向輸出端方向轉(zhuǎn)移一位，第一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期輸出的為第一個(gè)光敏元信號(hào)電荷包；第二個(gè)驅(qū)動(dòng)周期輸出的為第二個(gè)光敏元信號(hào)電荷包，依次類推，第N個(gè)驅(qū)動(dòng)周期傳輸出來(lái)的為第N個(gè)光敏元的信號(hào)電荷包。當(dāng)一行的N個(gè)信號(hào)全部讀完，產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，使轉(zhuǎn)移柵變?yōu)楦唠娖剑瑢⑿乱恍械腘個(gè)光信號(hào)電荷包并行轉(zhuǎn)移到CCD中，開(kāi)始新一行的信號(hào)傳輸和讀出，周而復(fù)始。光敏單元始終進(jìn)行光積分。1nnQQ0n

4、nQQ0由于CCD中的信號(hào)電荷包大都要經(jīng)歷成百上千次的轉(zhuǎn)移，即使 值幾乎接近1，但其總效率往往仍然很低。2.不均勻度 CCD成像器件的不均勻性包括光敏元的不均勻與CCD的不均勻。這里討論的是光敏元的不均勻性，認(rèn)為CCD是近似均勻的，即每次轉(zhuǎn)移的效率是一樣的。 光敏元響應(yīng)的不均勻是由于工藝過(guò)程及材料不均勻引起的，越是大規(guī)模的器件，均勻性問(wèn)題是突出，這往往是成品率下降的重要原因。不均勻度：光敏元響應(yīng)的均方根偏差對(duì)平均響應(yīng)的比值。NnoonoVVNV1211NnonoVNV11npnonVV根據(jù)總損失公式，在測(cè)得Vn 后，可以求出V0nNnoonoVVNV1211NnonoVNV11對(duì)于轉(zhuǎn)移效率比較高，總轉(zhuǎn)移損失可忽略的情況，認(rèn)為CCD的輸出信號(hào)就是光敏元的原始信號(hào)nonVV CCD成像器件動(dòng)態(tài)范圍的上限決定于光敏元滿阱信號(hào)容量，下限決定于攝像器件能分辨的最小信號(hào)，即等效噪聲信號(hào)，故CCD攝像器件的動(dòng)態(tài)范圍定義為：等效噪聲信號(hào)光敏元滿阱信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍 等效 噪聲信號(hào)指CCD正常工作條