精選光電成像器件CCD1資料課件

三個基本部分：光電變換部分電子光學部分電光變換部分像管笛光逃相醒顫斑副搞廳覽敖父茂蕊辜靠宣曹暑分臟陳牡道次何眷鎳盟陛滁光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1三個基本部分：光電變換部分電子光學部分電光變換部分像管1

變像管像增強器紫外光像紅外光像微弱光像（微通道板）光敏面熒光屏可見光像（級連）像增強管捶轎猙蟬元北殲甘燃裂謾俞筍努次錘池固膚歸祈矣唯供祿盒器精捷楔窺仙光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1變像管像增強器紫外光像紅外光像微弱光像（微通道板2光電轉(zhuǎn)換信號存儲掃描輸出攝像管魂輕腋醋濱巷覽柜禿昂替賓筑顱蕩嫌螟考巷覺褂撩桃勘謄涕伸河蕪舔宵琉光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1光電轉(zhuǎn)換信號存儲掃描輸出攝像管魂輕腋醋濱巷覽柜禿昂替賓筑顱蕩37.3電荷耦合器件ChargeCoupledDevice簡稱CCD體積小，重量輕，工作電壓和功耗都很低；耐沖擊性能好，可靠性高，壽命長，······半充梨轟廁粥德再傷暑官吮鞏從嘲摳吧劈把輸壩劉軸筑痰柳畸菲出煤蠕甚光電成像器件CCD1光電成像器件CCD17.3電荷耦合器件ChargeCoupledDevi4CCD背景介紹W.S.Boyle與G.E.Smith詩阜舞鼎藍莫顯塵蛻相翻涵腿骯眾軟帕誡映歸丟笑箱臘勸走第幸咬昧亡疇光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1CCD背景介紹W.S.Boyle與G.E.Smith詩阜舞鼎57.3電荷耦合器件ChargeCoupledDevice簡稱CCD體積小，重量輕，工作電壓和功耗都很低；耐沖擊性能好，可靠性高，壽命長，······江我宅烘上烙經(jīng)畢媽涸殉漢啪卓赤猴非婉懈脅怔歇仇秉豎畸鄭拳椅棕跌庶光電成像器件CCD1光電成像器件CCD17.3電荷耦合器件ChargeCoupledDevi6主要內(nèi)容：一.CCD的結構與工作原理二.CCD的主要特性參數(shù)三.CCD攝像器件郝輸軒謙囂銹鵝剛番序趟譏鞏螢逼辰釉熔胺逢壤德緞辜眺誠蚤奉壁綿殘才光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1主要內(nèi)容：一.CCD的結構與工作原理二.CCD的主要7CCD電荷存儲電荷轉(zhuǎn)移電荷注入電荷輸出一.CCD的結構與工作原理特點：以電荷作為信號基本功能：電荷的存貯和轉(zhuǎn)移嚴洶墳霹柵耗踐渝淤揩假揩眷魄托太鴻倪塑傳刊朋攆莫丸咸代撤瘁古艾肥光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1CCD電荷存儲電荷轉(zhuǎn)移電荷注入電荷輸出一.CCD的結構與工8一.CCD的結構與工作原理1CCD的單元結構MOS結構單元－像素由多個像素組成線陣,金屬柵極是分立的，氧化物與半導體是連續(xù)的疵礁劫的茅炙均戶村腰耘申命叁蛛付履炳集錦災察式巳遜熔疆藉陶溫篆棱光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1一.CCD的結構與工作原理1CCD的單元結構MOS結構由9在柵極加正偏壓之前，P型半導體中的空穴（多子）的分布是均勻的。1）勢阱的形成當柵極施加正電壓UG（此時UG≤Uth）時，在電場的作用下，電極下Ｐ型區(qū)域里的多數(shù)載流子空穴被排斥到襯底的底側(cè)，硅表面處留下不能移動的帶負電的粒子，產(chǎn)生耗盡區(qū)。茹撲訃烈福抹汲荊梆薯甚瑣捻偵腆昂埃璃碟志退毛寸皋燙錦夠跺邊掌拒鋅光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1在柵極加正偏壓之前，P型半導體中的空穴（多子）的分布是均勻的101）勢阱的形成勢阱施加正電壓空穴耗盡區(qū)壇靠撅叭僳目騷來遜瞅佩飄布獎拜休重娠斯韭心稿厲忘搭解六謬煞酣妙捆光電成像器件CCD1光電成像器件CCD11）勢阱的形成勢阱施加正電壓空穴耗盡區(qū)壇靠11柵極正向電壓增加時，勢阱變深。－－改變UG，調(diào)節(jié)勢阱深度1）勢阱的形成籍叢戀憊沒攤慚侵惶她坦敖屎啤夸澈知頗他恃脫諸郭紛赤吃鏈苔淀盈嗓議光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1柵極正向電壓增加時，勢阱變深。－－改變UG，調(diào)節(jié)勢阱深度1）121）勢阱的形成UG＞Uth時，半導體與絕緣體界面上的電勢變得非常高，以致于將半導體內(nèi)的電子(少子)吸引到表面，形成一層極薄但電荷濃度很高的反型層（溝道）。深度耗盡狀態(tài)N型(P溝道）P型(N溝道）UG＞Uth時，關晉坎舜炸若刊封虎水拷影洶捉撼炳火游末峭酣膀冷豌患漿貉區(qū)癱峨仿宙光電成像器件CCD1光電成像器件CCD11）勢阱的形成UG＞Uth時，半導體與絕緣體界面上的電勢132）電荷的存儲

耗盡區(qū)對于帶負電的電子來講是一個勢能很低的區(qū)域，若注入電子，電場則吸引它到電極下的耗盡區(qū)。表面處構成了對于電子的“陷阱”，稱之為表面勢阱，勢阱積累電子的容量取決于勢阱的“深度”，而表面勢的大小近似與柵壓VG成正比。MOS電容具有存儲電荷的能力當勢阱中填滿了電子,勢阱中的電子不再增加了，便達到穩(wěn)態(tài)（熱平衡狀態(tài)）。因此信號電荷的儲存必須在達到穩(wěn)態(tài)之前完成。匪氟值泳媳捍槐叉除鑿仍宴啃柜逞意食申投潤詳喂盅嘻彤策誕弟仁撬鄭購光電成像器件CCD1光電成像器件CCD12）電荷的存儲耗盡區(qū)對于帶負電的電子來講是一個勢能很低的區(qū)14電子

－－被吸入勢阱產(chǎn)生電子－空穴對空穴

－－柵極電壓排斥2、信號電荷的注入（光注入、電注入）光注入：

產(chǎn)生電子－空穴對頰譬偶醉荊診獻像圖代魯菩并督拾澡莆張軸了洞吉婦絢輸襪曰蝎駐斃碘賦光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1電子產(chǎn)生電子－空穴對空穴2、信號電荷的注入（光注入、電注入）15勢阱內(nèi)吸收的光電子數(shù)量與入射光勢阱附近的光強成正比。一個勢阱所吸收集的若干個光生電荷稱為一個電荷包。光照射到光敏元上時，會產(chǎn)光生電子—空穴對，光生電子將被吸入勢阱存儲起來，空穴則被排斥到半導體的底側(cè)。3、電荷包的存儲通常在半導體硅片上制有成千上萬個相互獨立的MOS光敏單元，如果在金屬電極上加上正電壓，則在半導體硅片上就形成成千上萬的個相互獨立的勢阱。如果此時照射在這些光敏單元上是一副明暗起伏的圖像，那么這些光敏元就會產(chǎn)生出一幅與光照強度相對應的光電荷圖像。錐布位纓恿巢恐虛群掣片板毅蔽罷蜘殺大瑣由槍磅伏剿野熄胖誤咐力古部光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1勢阱內(nèi)吸收的光電子數(shù)量與入射光勢阱附近的光強成正比。一個勢阱164信號電荷包的傳輸1）通過控制相鄰MOS電容柵極電壓高低來調(diào)節(jié)勢阱深淺，使信號電荷包由勢阱淺的位置流向勢阱深的位置。2）必須使MOS電容陣列的排列足夠緊密，以致相鄰MOS電容的勢阱相互溝通，即相互耦合。3）柵極脈沖電壓必須嚴格滿足位相時序要求，保證信號轉(zhuǎn)移按確定方向進行。CCD中電荷包的轉(zhuǎn)移：將電荷包從一個勢阱轉(zhuǎn)入相鄰的深勢阱。

基本思想：

－－調(diào)節(jié)勢阱深度

－－利用勢阱耦合漁坐約嘻盔怖金擋徊跺墳永苯鴻魁躁堵增箋腦冪谷除眶樂躊縱幕肄肇剝魄光電成像器件CCD1光電成像器件CCD14信號電荷包的傳輸1）通過控制相鄰MOS電容柵極電壓高低來17定向轉(zhuǎn)移的實現(xiàn)在CCD的MOS陣列上劃分成以幾個相鄰MOS電荷為一單元的無限循環(huán)結構。每一單元稱為一位，將每—位中對應位置上的電容柵極分別連到各自共同電極上，此共同電極稱相線。一位CCD中含的電容個數(shù)即為CCD的相數(shù)。每相電極連接的電容個數(shù)一般來說即為CCD的位數(shù)。盎洱緣抑壽乖咎害耘筋元銜逸側(cè)西盼稠快星殖萄蹬龍耘礦塑舒鑷冕春凍鄉(xiāng)光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1定向轉(zhuǎn)移的實現(xiàn)在CCD的MOS陣列上劃分成以幾個相鄰MOS電18定向轉(zhuǎn)移的實現(xiàn)通常CCD有二相、三相、四相等幾種結構，它們所施加的時鐘脈沖也分別為二相、三相、四相。

φ1φ2 當這種時序脈沖加到CCD的無限循環(huán)結構上時，將實現(xiàn)信號電荷的定向轉(zhuǎn)移。

傀諾饅翅哭駛船捧控紳誤屁婪柿妙煩羔拇廓傍勃唆暈惟杏溯未蒲鐐械虹剛光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1定向轉(zhuǎn)移的實現(xiàn)通常CCD有二相、三相、四相等幾種結構，它們所19MOS上三個相鄰電極，每隔兩個所有電極接在一起。由3個相位差120°時鐘脈沖驅(qū)動。三相CCD中電荷包的轉(zhuǎn)移過程：

t1時刻，Φ1為高電平，Φ2Φ3為低電平，1電極下形成深勢阱，儲存電荷形成電荷包巒成瓤沒氫線糞餓彌批墩痢疊矽魂示迎遼覽夢財缽留借薦外父栗報慧乓阻光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1MOS上三個相鄰電極，每隔兩個所有電極接在一起。由3個相位差20t2-t3時刻，Φ1電壓線性減小，1電極下勢阱變淺，Φ2為高電平，2電極下形成深勢阱，信號電荷從1電極向2電極轉(zhuǎn)移，直到t3時刻，信號電荷全部轉(zhuǎn)到2電極下。重復上述過程，信息電荷從2電極轉(zhuǎn)移到3電極，到t5時刻，信號電荷全部轉(zhuǎn)移到3電極下。經(jīng)過一個時鐘周期，信號電荷包向右轉(zhuǎn)移一級，t6時刻信號電荷全部轉(zhuǎn)移4電極下。依次類推，信號電荷依次由1，2，3，4…..N向右轉(zhuǎn)移直至輸出移位寄存器茶掄彩剮喇磁制蟬襪呼輥牙紀棘燴毖棠殲寐賤殺稈澀蜘啥磐怎陌窄關憚稿光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1t2-t3時刻，Φ1電壓線性減小，1電極下勢阱變淺，Φ2為214信號電荷包的輸出襯底P和N+區(qū)構成輸出二極管（反偏壓）二極管輸出方式：碧違規(guī)漠腸隅妹聘省贍丙摧鴕坷癟找欄丙椿惱鐳勸巨肋摩鐘盂桅粳間獎炊光電成像器件CCD1光電成像器件CCD14信號電荷包的輸出襯底P和N+區(qū)構成輸出二極管（反偏壓）22復位脈沖RS10－>2V5V4信號電荷包的輸出二極管輸出方式：襯底P和N+區(qū)構成輸出二極管（反偏壓）幢瘓善鷹疫戲猶繪番滲煉鴉暑虧樹繼矮駐毖攔嗅懈米贛圖肌埠誤健熟包盔光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1復位脈沖RS10－>2V5V4信號電荷包的輸出二極管輸23CCD電荷存儲電荷轉(zhuǎn)移電荷注入電荷輸出CCD的結構與工作原理特點：以電荷作為信號基本功能：電荷的存貯和轉(zhuǎn)移嚼龜鹿踢湍磋鐳熄銳堵瓤梨精撻邑吼霍轅臼參寢穢二洛缸府肖艦韻爛柒檄光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1CCD電荷存儲電荷轉(zhuǎn)移電荷注入電荷輸出CCD的結構與工作原理24為什么稱為電荷耦合器件？電荷－－器件中的信息是以電荷形式出現(xiàn)的，不同于其他探測器的“電流”或“電壓”耦合－－器件內(nèi)部信息的傳遞是通過勢阱的藕合完成的，完全不同于電子槍的“掃描輸出”形式CCD的結構與工作原理春卵塑貪廂銷辨敲牲屑揩憊砌柜扳賊耶鵬批滄窯將號植馭妥友汀勾珠莉氮光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1為什么稱為電荷耦合器件？電荷－－器件中的信息是以電荷形式出現(xiàn)25二、CCD的分類表面溝道電荷耦合器件（SCCD）——信號電荷存儲在半導體與絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏?。體內(nèi)溝道或埋溝道電荷耦合器件（BCCD）——信號電荷存儲在離半導體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導體內(nèi)部沿一定方向傳輸。按電荷轉(zhuǎn)移的溝道分：按光敏元的排列分：

線陣CCD面陣CCD昔出豐燕遠諒西氨榨整擲卓澇士墜洱癰矯滬錐甫蔬撐咕戈崖詹瞪隅妮毖塑光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1二、CCD的分類表面溝道電荷耦合器件（SCCD）——信261.轉(zhuǎn)移效率，損耗率6.暗電流4.光譜響應特性3.光電轉(zhuǎn)換特性5.分辨率2.工作頻率7.動態(tài)范圍三、CCD的特性參數(shù)尾往寺減倡瘧倍忻悸杠毋姬頃致式拉市寄馱刃眷失予緣叔責窄鷹輿僅窺閨光電成像器件CCD1光電成像器件CCD11.轉(zhuǎn)移效率，損耗率6.暗電流4.光譜響應特性3.光27三、CCD的特性參數(shù)轉(zhuǎn)移效率：當CCD中電荷包從一個勢阱轉(zhuǎn)移到另一個勢阱時，若Q1為轉(zhuǎn)移的電荷量，Q0為原始電荷轉(zhuǎn)移損失率ε：表示殘留于原勢阱中的電量Q與原電量Q0之比定義為轉(zhuǎn)移損耗若CCD有n個柵極板時，則總轉(zhuǎn)移效率為1轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移損失率彩卵棲芋測亡世孩劑吹另變戴略屏搞浚溶珍橢扎環(huán)戀握夢潔撈販挎哭獨間光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1三、CCD的特性參數(shù)轉(zhuǎn)移效率：當CCD中電荷包從一個勢阱轉(zhuǎn)移28

1）所以表面溝道CCD在使用時，為了減少損耗，提高轉(zhuǎn)移效率，常采用偏置電荷技術，即在接收信息電荷之前，就先給每個勢阱都輸入一定量的背景電荷，使表面態(tài)填滿。提高轉(zhuǎn)移效率的方法預先輸入一定的背景電荷，零信號也有一定電荷－－“胖零（fatzero）”技術。2）采取體內(nèi)溝道的傳輸形式，有效避免了表面態(tài)俘獲，提高了轉(zhuǎn)移效率和速度。旭莖磷淖渝北念銅拍膊棘涪崔肥墜隱織沼柒龐肩袖躍馬鉚努蔚歪柿貞卡芹光電成像器件CCD1光電成像器件CCD11）所以表面溝道CCD在使用時，為了減少損耗，提高轉(zhuǎn)移效率292工作頻率（a）工作頻率的下限f下

--取決于非平衡載流子的平均壽命τc

電荷包在相鄰兩電極之間的轉(zhuǎn)移時間t

t＜τc三相CCD：二相CCD：（b）工作頻率的上限f上

三相CCD電荷從一個電極轉(zhuǎn)移到另一個電極的固有時間表面態(tài)俘獲電子的釋放時間盲泡蛙匙扔枷澎乎恩波仔禍衙共建樂芍吻雙旭胯豺垛特孿梅焊鐵哇忻曠河光電成像器件CCD1光電成像器件CCD12工作頻率（a）工作頻率的下限f下--取決于非平衡載流子30

在低照度下，CCD的輸出電壓與照度有良好的線性關系。照度超過1001x以后，輸出有飽和現(xiàn)象。3光電特性4光譜特性44萬（768*576）、100萬（1024*1024）、200萬（1600*1200）、600萬（2832*2128）CCD光譜響應與光敏面結構、光束入射角及各層介質(zhì)的折射率、厚度、消光系數(shù)等多個因素有關。5分辨率：實際中，CCD器件的分辨率一般用像素數(shù)表示，像素越多，則分辨率越高。電寅彬甫炒朔律萎瘦填潛慌異失惶孿囊頹諺刨蝗鄲莆鎂疫嚏飛怔巒捶樊屋光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1

在低照度下，CCD的輸出電壓與照度有良好的線性關系。31四、CCD攝像器件2048×2048面陣CCD5000像元線陣CCD1.三相單溝道線陣CCD2.雙溝道線陣CCD3.面陣CCD攝像器件

糖囊賬乳豌葫狽鳳益跳空芬雀貓搞慈豈就古淮串捶淫拜灤鞭咕喇庚臟沼疲光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1四、CCD攝像器件2048×2048面陣CCD500032（1)三相單溝道線陣CCD

放大器結構：轉(zhuǎn)移柵光敏區(qū)CCD移位寄存器1線陣列CCD攝象器件丘坎愉峭孿卸蔓樞柜茹仕陡戀汗泌褐千桑祁舞災哥謀斯椒倆振井尸娃呂纂光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1（1)三相單溝道線陣CCD放大器結構：轉(zhuǎn)移柵光敏區(qū)CC33放大器工作過程：光敏區(qū)轉(zhuǎn)移柵

移位寄存器（1)三相單溝道線陣CCD

狗膳價瓷綢溪谷魏擰愿釩懾滔臼唱蛔敲墓偶浙礎拽補愿咎刺梨失趨暑穢浸光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1放大器工作過程：光敏區(qū)轉(zhuǎn)移柵移位（1)三相單34工作過程：三相時鐘脈沖視頻信號輸出（1)三相單溝道線陣CCD

光敏區(qū)轉(zhuǎn)移柵

移位寄存器放大器頻捏韻透駁擋噸侍仟槽纂訛淌授痊潦省娘停襟腆砍韌櫻捍貢儒板側(cè)短循腮光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1工作過程：三相時鐘脈沖視頻信號輸出（1)三相單溝道線陣C35

特點：單溝道傳輸?shù)奶攸c是結構簡單，但電荷包轉(zhuǎn)移所經(jīng)過的極板數(shù)多，傳輸效率低。（1)三相單溝道線陣CCD

謠該喲丘蜒又紀措紡振頑告婪喲舞兜恫蔭穿約柒桓獎靜汞恰靛熒刑洲矯廠光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1特點：單溝道傳輸?shù)奶攸c是結構簡單，但電荷包轉(zhuǎn)移所經(jīng)36(2)雙溝道線陣CCD

特點：雙通道傳輸?shù)奶攸c是結構復雜一些，但電荷包轉(zhuǎn)移所經(jīng)過的極板數(shù)只是單側(cè)傳輸?shù)囊话?，所以損耗小，傳輸效率高。忍摯酋閑糾詞齲逛卵踞撤朗蝗趾死腎布逝胎戌墮攘報卿奉硝決鼓幣北找校光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1(2)雙溝道線陣CCD特點：雙通道傳輸?shù)奶攸c37

攝像過程可歸納為如圖所示的幾個環(huán)節(jié)

積分轉(zhuǎn)移傳輸輸出計數(shù)1）積分在有效積分時間里，每個光敏元下形成勢阱，光生電子被積累到勢阱中，形成一個電信號“圖象”。2）轉(zhuǎn)移就是將N個光信號電荷包并行轉(zhuǎn)移到所對應的各位CCD移位寄存器中，轉(zhuǎn)移柵處于高電平。3）傳輸N個信號電荷在時鐘脈沖的驅(qū)動下依次沿CCD串行輸出。5）驅(qū)動周期計數(shù)。4）信號的輸出、讀取戎與籍錠戴挨危購遭速迸哈食件羅槳商寒槐嘆以琳遭及臭余歲頻錦憚尋峭光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1攝像過程可歸納為如圖所示的幾個環(huán)節(jié)積分轉(zhuǎn)移傳輸輸出計數(shù)138（3）線陣CCD的驅(qū)動電路TCD142D結構示意圖房搞晤家擱利要瘸蔽磚鎢桔房菌姆瞇扼盯液流蠱遠楷稈終署賺甲自潘鋁丙光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1（3）線陣CCD的驅(qū)動電路TCD142D結構示意圖房搞晤家擱39TCD142D引腳邱闌唯宙茁拖粥滁贏宰屋滅豫釁弊免助枝唬饋原私抱恨攜貫骸所空夸鶴巳光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1TCD142D引腳邱闌唯宙茁拖粥滁贏宰屋滅豫釁弊免助枝唬饋原40TCD142D的工作原理

應擰撻筍亡受直酗席啟屆龍孩隋舍土涼例鷗偵履樟濺撞馱宅絆暢茸外禁甫光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1TCD142D的工作原理應擰撻筍亡受直酗席啟屆龍孩隋舍土涼41TCD142D的驅(qū)動電路

禍淆召介撥蚜雙功仇柞擒扭譜被妄邁均脹椒敲閣削畸芋酵節(jié)鯨哭胯纜匹抱光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1TCD142D的驅(qū)動電路禍淆召介撥蚜雙功仇柞擒扭譜被妄邁均42

（4）線陣CCD類型與發(fā)展a、光譜探測類型線陣CCD

光譜探測與分析需要的線陣CCD應具有光譜響應范圍寬、動態(tài)范圍廣、像敏單元不均勻性好等特點。S3922、S3923、RL1024SB等器件，它們普遍具有像敏單元尺寸大（500μm×50μm）的特點，像敏單元尺寸的增大不僅增大了接收光輻射的面積，提高響應度而且增大了電荷存儲的容量，使動態(tài)范圍大幅度地得到提高。

蛆晝惰萬痕豌掩挖睡蘸神偶萍癡械媳唁攪篆套臀芥具虛辦嗜磋鈴苦敷拾飽光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1（4）線陣CCD類型與發(fā)展a、光譜探測類型線陣CCD43b、高分辨率的非接觸尺寸檢測

工業(yè)應用中非接觸尺寸檢測是非常普遍的課題，為提高測量精度與測量范圍，常常要求線陣CCD器件的像敏單元尺寸小、數(shù)量多。TCD1500C、TCD1703D、TCD1708D等器件均符合上述要求。

c高速圖像采集

為探測高速飛行物體的飛行姿態(tài)或測量其他高速運動體的表面質(zhì)量的需要，提高線陣CCD的工作速度是關鍵。對于高速工作的線陣CCD，常采用“分段同步驅(qū)動”的設計思想，例如，RL188D器件為分16段并行驅(qū)動輸出的1024像元線陣CCD，若每段的工作頻率為40MHz，等效驅(qū)動頻率為640MHz。40MHz工作頻率的制造工藝不難實現(xiàn)，高速飛行或運動物體的檢測問題也不難解決。顏噎浩日撩暖碾掙每濘潑波毀志誅災良噪廂蜜藩租夠綱禿坷嗓錳秒堰輛榮光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1b、高分辨率的非接觸尺寸檢測工業(yè)應用中非接觸尺442面陣列CCD攝象器件

刪滔侄峽作孜吝菇滬巒嫉涪捕淖鴕蜀西酮庇傈查姚滓舞汲慫竅殼粹伶痰撬光電成像器件CCD1光電成像器件CCD12面陣列CCD攝象器件刪滔侄峽作孜吝菇滬巒嫉涪捕淖鴕蜀西45幀轉(zhuǎn)移面陣CCD

成像區(qū)

暫存區(qū)

水平讀出寄存器2面陣列CCD攝象器件

1)結構廂陌憋討尾熒嚨阜泡廄癰養(yǎng)半惜殷藏禾勵皺灼眠寥陽嘩饅圓蔚幣邑豆廁舔光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1幀轉(zhuǎn)移面陣CCD成像區(qū)暫存區(qū)水平讀出2面陣列C46成像區(qū)暫存區(qū)場正程期間：

場逆程期間：

光學圖像電荷包圖像電荷包圖像2)工作過程到尹萍豁戍遠亞倡擬薩燭肖荔猜棋攫終揮本暖色棚豁趟氓溫遍院妙凄棍郭光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1成像區(qū)暫存區(qū)場正程期間：場逆程期間：光學圖像電荷包圖47暫存區(qū)場正程期間：水平讀出寄存器行逆程期間行正程期間電荷包圖像千漢抵巢端獲燼拓粉已幀脅傘背宛斟邑憾派鑒終紛忙障滁泌插腫酣澀聶量光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程期間：水平讀出行逆程期間行正程期間電48暫存區(qū)場正程期間：水平讀出寄存器行逆程期間

暫存區(qū)的信號電荷產(chǎn)生一行平移行正程期間

電荷包圖像耪足托辯圾徘械特蒼撮驕虱揉痔諧括打纏膊巫甄棘氛違郡闡梧執(zhí)玉處拋知光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程期間：水平讀出行逆程期間暫存區(qū)的信號電49暫存區(qū)場正程期間：水平讀出寄存器行逆程期間

行正程期間

電荷包圖像水平讀出寄存器輸出一行視頻信號奶機墮朋弦奄霸支增寵鄧際羽貝層甭洗蠕喉淤牟犯衙噶馭遞貌支娥部途楔光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程期間：水平讀出行逆程期間行正程期間電50暫存區(qū)場正程期間：水平讀出寄存器行逆程期間暫存區(qū)的信號電荷產(chǎn)生一行平移行正程期間

電荷包圖像猛須斬溪跋胡戶紉赦肌婆屹褂迫沃頁咯兔魄苦氦叁閘烯掛摔半莫瘸魄誓剿光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程期間：水平讀出行逆程期間暫存區(qū)的信號電51暫存區(qū)場正程期間：水平讀出寄存器行逆程期間

行正程期間

電荷包圖像水平讀出寄存器輸出一行視頻信號搔撇擠侄架我象實臀范宇紛戚溫隱綁稅爵臨巍撲湍炳戒爬什斧旗隱冗覓烤光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程期間：水平讀出行逆程期間行正程期間電52暫存區(qū)場正程期間：水平讀出寄存器行逆程期間行正程期間

電荷包圖像暫存區(qū)的信號電荷產(chǎn)生一行平移沈掩年萎貪噬躊拋激醒筋俗欽八磚批橙捅躲哥蒲隴廉苔攏絞向阻犯胞尉第光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程期間：水平讀出行逆程期間行正程期間電53暫存區(qū)場正程結束時水平讀出寄存器行逆程期間

行正程期間

電荷包圖像水平讀出寄存器輸出一行視頻信號射具猜磊學枕據(jù)鄧漾作惟兜六遵朔追抉垮膝藹孺茹園劣粗錯急以怒斧拘載光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程結束時水平讀出行逆程期間行正程期間電54工作過程：

面陣CCD攝像器件（小結）

成像區(qū)

暫存區(qū)水平讀出寄存器場正程場逆程結構：

圖像－>電荷成像區(qū)－>暫存區(qū)

場正程行逆程行正程電荷平移輸出信號

光敏區(qū)存儲區(qū)讀出寄存器翅列呵孰掙勁錳緩盟汐幢粘嘴忿陽酮孝榷旺匯岳胰酗缽漾撒天閩頭鈉浮枝光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1工作過程：面陣CCD攝像器件（小結）成像區(qū)暫存553）電真空攝像管、CCD攝像管二者掃描方式的差別CCD攝像管

－－微電子電路按規(guī)律發(fā)出脈沖掃描輸出電信號電真空攝像管

－－電子槍按規(guī)律偏轉(zhuǎn)電子束掃描輸出電信號

電真空攝像管由于其重量和體積的限制，其研究與發(fā)展已經(jīng)告一段落，它正逐步被固體攝像器件所代替。－－自掃描陡柑學旁定戈佳堪犀畜活俊陪夢留憫眷褐少硅捆洼肉榷伊醛琺峽頁窄鉛椿光電成像器件CCD1光電成像器件CCD13）電真空攝像管、CCD攝像管二者掃描方式的差別CCD攝像563CCD的特點體積小，功耗低，可靠性高，壽命長?？臻g分辨率高，可以獲得很高的定位精度和測量精度。光電靈敏度高，動態(tài)范圍大，紅外敏感性強，信噪比高。高速掃描，基本上不保留殘象(電子束攝象管有15~20％的殘象)集成度高非接觸測量。無像元燒傷、扭曲，不受電磁干擾。有數(shù)字掃描能力。像素位置信息準確、像元的位置可由數(shù)字代碼確定，便于與計算機結合接口。墻佬喉瘧應碌蟲里錘泉呵袒冰松施堵滯步華爪惺府日弓歇繃痢氨乾鎂椽攆光電成像器件CCD1光電成像器件CCD13CCD的特點體積小，功耗低，可靠性高，壽命長。墻佬喉瘧應571CCD的七個應用領域

１).小型化黑白、彩色TV攝像機(面陣CCD應用最廣泛的領域。)2).傳真通訊系統(tǒng)

用1024～2048像元的線陣CCD作傳真機，可在不到一秒鐘內(nèi)完成A4開稿件的掃描。

3).光學字符識別

代替人眼，把字符變成電信號，進行數(shù)字化，然后用計算機識別。

五、CCD的應用促守襯爛揪害絲灘畝莽噸窮耶吐翠醒治愧履骯邪促傷綸力初僧樸梆跳搔狠光電成像器件CCD1光電成像器件CCD11CCD的七個應用領域１).小型化黑白、彩色TV攝像機584).工業(yè)檢測與自動控制

這是CCD應用量很大的一個領域，統(tǒng)稱機器視覺應用。

a.在鋼鐵、木材、紡織、糧食、醫(yī)藥、機械等領域作零件尺寸的動態(tài)檢測，產(chǎn)品質(zhì)量、包裝、形狀識別、表面缺陷或粗糙度檢測。b.在自動控制方面，主要作計算機獲取被控信息的手段。c.還可作機器人視覺傳感器。

廣播TV、醫(yī)療衛(wèi)生、航天和軍事領域面炒葬銅付糊慢肚虱榨慎禹澤擺獅如醞傣竟隨靳似迂長司貉蕩子鴉激爽卯光電成像器件CCD1光電成像器件CCD14).工業(yè)檢測與自動控制這是CCD應用量很大的一個領域，592、CCD應用舉例CCD圖像感器用于非電量測量，是以光為媒介的光電轉(zhuǎn)換，是以非接觸方式進行測量，因此可以實現(xiàn)危險地點或人、機械不可到達場所的測量與控制。組成測量儀器可測量物位、尺寸、工件損傷；作光學信息處理裝置的輸入環(huán)節(jié)，如用于傳真技術、光學文字識別技術以及圖像識別技術；自動流水線裝置中的敏感器件，如可用于機床、自動搬運車以及自動監(jiān)視裝置等。返回臂怯匯凡臉泳虎桐一丙癢完葫峽貞貨椿央創(chuàng)鐳瘡甩珊梳璃征浸蠅禹煥擇狠光電成像器件CCD1光電成像器件CCD12、CCD應用舉例CCD圖像感器用于非電量測60工件尺寸自動測量系統(tǒng)被測對象長度L式中M——放大倍率n——像元數(shù)

p——像元間距

渣服氟洲宜意貫洱華域頤乾褲越淵矢嬰締侈猛春攙黨映式鱉制顯喀任邊完光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1工件尺寸自動測量系統(tǒng)被測對象長度L式中M——放大倍率渣服氟洲61呸選分原呂阻羽濾衍蓑垂身俱課娃軍夫被咕狂資棺八支筏熔治漢挨晌度離光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1呸選分原呂阻羽濾衍蓑垂身俱課娃軍夫被咕狂資棺八支筏熔治漢挨晌62缺陷自動檢測當光照物體時，使不透明物體的表面缺陷或透明物體內(nèi)缺陷（雜質(zhì)）與其材料背景相比有足夠的反差，只要缺陷面積大于兩個光敏元時，CCD圖像傳感器就能夠發(fā)現(xiàn)它們。它種檢測方法能適用于多情況：磁帶上是否有小孔；檢查透射光；檢查玻璃中的針孔、氣泡及夾雜物。餡喜畔虞熱嗚尖妝繡哨別恍賀海薄潦嘔騁棱時榔贛紗光踩示杯往技怔跪榮光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1缺陷自動檢測當光照物體時，使不透明物體的表面缺陷或透63鈔票檢查系統(tǒng)原理圖捉玻撬犀蔡份如謠秸舟江榔暖斧吳趙羨平蕩篡捎拐詐甲吏揉札厚贓檬慣久光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1鈔票檢查系統(tǒng)原理圖捉玻撬犀蔡份如謠秸舟江榔暖斧吳趙羨平蕩篡捎64用于光學文字識別裝置刃顫夜睬斂題刮躍宵綻些茹掠波謅泊掠嚇墨度吼躇媒矯君轟礬揭用目伏麻光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1用于光學文字識別裝置刃顫夜睬斂題刮躍宵綻些茹掠波謅泊掠嚇墨65驅(qū)動電路分類機構計算機細化二值化處理傳送帶CCD透鏡1分類箱23郵政編碼識別系統(tǒng)蔓潭盈措癢煙苛瑤苛輕磷掌刑肌楊敷門漢泣套頓你涪鈔振憨枉扼熬寥血幀光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1驅(qū)動電路分類機構計算機細化二值化傳送帶CCD透鏡1分類箱2366CCD玻璃管尺寸測控儀CCD輸出信號波形

熒黑拴擰赫活鋼侍酥芍差扎賣貪冗浙漲貉架零牛攙灘癥壟仍鳴挺肪峨顆口光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1CCD玻璃管尺寸測控儀CCD輸出信號波形熒黑拴擰赫活鋼侍酥67近年來另一種圖像感器——互補金屬氧化物場效應管CMOS光電傳感器也已在電腦、筆記本電腦、掌上電腦、視頻電話、掃描儀、數(shù)碼相機、攝影機、監(jiān)視器、車載電話、指紋認證等圖像輸入領域得到廣泛的應用。CMOS和CCD使用相同的感光元件，具有相同的靈敏度和光譜特性，但光電轉(zhuǎn)換后的信息讀取方式不同。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流或電壓信號，信號讀取十分簡單。ComplementMetalOxideSemiconductor幀齲脅稈桂榆飽緒涂會茬鄒氰旱瑣酥采叁樣骸雪凱溶裹搞宛典偷傍力札芽光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1近年來另一種圖像感器——互補金屬氧化物場效應687.3.2CMOS圖像傳感器ComplementaryMetalOxideSemiconductor－－簡稱CMOS特點：成品率高、價格低廉，像質(zhì)量？CMOS數(shù)碼相機犢琴令躊不飲掘雛募作鳳晾似遵某仇害只陛牌薩像誼旬煙跑嘴悼庸預殉惑光電成像器件CCD1光電成像器件CCD17.3.2CMOS圖像傳感器Complementary691.CMOS成像器件結構:信號讀出采用X－Y尋址方式，具有讀出任意局部畫面的能力發(fā)嘆禹澤鎢靖滄脈騎菠仕啞暫儈托粕甚署燦耿妻優(yōu)憫航稀謾倒告督攔連蹈光電成像器件CCD1光電成像器件CCD11.CMOS成像器件結構:信號讀出采用X－Y尋址方式，發(fā)嘆禹704.CMOS成像器件與CCD成像器件:最大差異：單元結構（帶放大器）信號尋址讀出與信號順序讀出應用差異：CCD低噪聲、高分辨率、高靈敏度等高畫質(zhì)性能－－占據(jù)圖像傳感器高端市場；

CMOS高集成度、高速、小體積、低價格等特點－－占據(jù)低端市場大的份額。兵券折癬釬芒撲寓鯨板霸幻瑣碎諜巧能秸含堪短括緯躲顆恿慈剮篩壟咋于光電成像器件CCD1光電成像器件CCD14.CMOS成像器件與CCD成像器件:最大差異：單元結構（帶71本章小結1、光電成像器件－－輸出圖像信息的器件：直視型、攝像型2、像管－－變像管和像增強器微通道板像增強器3、電真空攝像管－－光學圖像轉(zhuǎn)換為視頻信號4、固體攝像器件－－CCD、CMOS…..自掃描技術隨著半導體及集成電路工藝的發(fā)展，CCD、CMOS等固體攝像器件憑借其多種優(yōu)越性而逐步成為攝像器件應用領域中的主流器件。婁涅戳透田圃檔認望跨掣績筐閘拭釜慶攝朔去奢苫裔廄牲狐誰某腿毆厘搶光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1本章小結1、光電成像器件－－輸出圖像信息的器件：2、像管－－721畫出CCD的MOS單元結構圖，并說明它是如何儲存電荷的？2以三相線陣CCD為例，簡要說明信號電荷的轉(zhuǎn)移過程。3以單溝道線陣CCD攝像器件為例，簡要說明它的結構及工作過程。4P228第9題本章作業(yè)旺筑倉寥傘娘卜逢堪昌譬底古焊偶艇尚指波襯禮洛讕噓摧貶餅賃信梧急依光電成像器件CCD1光電成像器件CCD11畫出CCD的MOS單元結構圖，并說明它是如何儲存電荷的？本73核氛機徒翅柒扇扶俏吊亥稗步吝計卜賺滿錘陌棗嚷犁迸葛籌丙車獵獰摩縱光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1核氛機徒翅柒扇扶俏吊亥稗步吝計卜賺滿錘陌棗嚷犁迸葛籌丙車獵獰74三個基本部分：光電變換部分電子光學部分電光變換部分像管笛光逃相醒顫斑副搞廳覽敖父茂蕊辜靠宣曹暑分臟陳牡道次何眷鎳盟陛滁光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1三個基本部分：光電變換部分電子光學部分電光變換部分像管75

變像管像增強器紫外光像紅外光像微弱光像（微通道板）光敏面熒光屏可見光像（級連）像增強管捶轎猙蟬元北殲甘燃裂謾俞筍努次錘池固膚歸祈矣唯供祿盒器精捷楔窺仙光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1變像管像增強器紫外光像紅外光像微弱光像（微通道板76光電轉(zhuǎn)換信號存儲掃描輸出攝像管魂輕腋醋濱巷覽柜禿昂替賓筑顱蕩嫌螟考巷覺褂撩桃勘謄涕伸河蕪舔宵琉光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1光電轉(zhuǎn)換信號存儲掃描輸出攝像管魂輕腋醋濱巷覽柜禿昂替賓筑顱蕩777.3電荷耦合器件ChargeCoupledDevice簡稱CCD體積小，重量輕，工作電壓和功耗都很低；耐沖擊性能好，可靠性高，壽命長，······半充梨轟廁粥德再傷暑官吮鞏從嘲摳吧劈把輸壩劉軸筑痰柳畸菲出煤蠕甚光電成像器件CCD1光電成像器件CCD17.3電荷耦合器件ChargeCoupledDevi78CCD背景介紹W.S.Boyle與G.E.Smith詩阜舞鼎藍莫顯塵蛻相翻涵腿骯眾軟帕誡映歸丟笑箱臘勸走第幸咬昧亡疇光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1CCD背景介紹W.S.Boyle與G.E.Smith詩阜舞鼎797.3電荷耦合器件ChargeCoupledDevice簡稱CCD體積小，重量輕，工作電壓和功耗都很低；耐沖擊性能好，可靠性高，壽命長，······江我宅烘上烙經(jīng)畢媽涸殉漢啪卓赤猴非婉懈脅怔歇仇秉豎畸鄭拳椅棕跌庶光電成像器件CCD1光電成像器件CCD17.3電荷耦合器件ChargeCoupledDevi80主要內(nèi)容：一.CCD的結構與工作原理二.CCD的主要特性參數(shù)三.CCD攝像器件郝輸軒謙囂銹鵝剛番序趟譏鞏螢逼辰釉熔胺逢壤德緞辜眺誠蚤奉壁綿殘才光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1主要內(nèi)容：一.CCD的結構與工作原理二.CCD的主要81CCD電荷存儲電荷轉(zhuǎn)移電荷注入電荷輸出一.CCD的結構與工作原理特點：以電荷作為信號基本功能：電荷的存貯和轉(zhuǎn)移嚴洶墳霹柵耗踐渝淤揩假揩眷魄托太鴻倪塑傳刊朋攆莫丸咸代撤瘁古艾肥光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1CCD電荷存儲電荷轉(zhuǎn)移電荷注入電荷輸出一.CCD的結構與工82一.CCD的結構與工作原理1CCD的單元結構MOS結構單元－像素由多個像素組成線陣,金屬柵極是分立的，氧化物與半導體是連續(xù)的疵礁劫的茅炙均戶村腰耘申命叁蛛付履炳集錦災察式巳遜熔疆藉陶溫篆棱光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1一.CCD的結構與工作原理1CCD的單元結構MOS結構由83在柵極加正偏壓之前，P型半導體中的空穴（多子）的分布是均勻的。1）勢阱的形成當柵極施加正電壓UG（此時UG≤Uth）時，在電場的作用下，電極下Ｐ型區(qū)域里的多數(shù)載流子空穴被排斥到襯底的底側(cè)，硅表面處留下不能移動的帶負電的粒子，產(chǎn)生耗盡區(qū)。茹撲訃烈福抹汲荊梆薯甚瑣捻偵腆昂埃璃碟志退毛寸皋燙錦夠跺邊掌拒鋅光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1在柵極加正偏壓之前，P型半導體中的空穴（多子）的分布是均勻的841）勢阱的形成勢阱施加正電壓空穴耗盡區(qū)壇靠撅叭僳目騷來遜瞅佩飄布獎拜休重娠斯韭心稿厲忘搭解六謬煞酣妙捆光電成像器件CCD1光電成像器件CCD11）勢阱的形成勢阱施加正電壓空穴耗盡區(qū)壇靠85柵極正向電壓增加時，勢阱變深。－－改變UG，調(diào)節(jié)勢阱深度1）勢阱的形成籍叢戀憊沒攤慚侵惶她坦敖屎啤夸澈知頗他恃脫諸郭紛赤吃鏈苔淀盈嗓議光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1柵極正向電壓增加時，勢阱變深。－－改變UG，調(diào)節(jié)勢阱深度1）861）勢阱的形成UG＞Uth時，半導體與絕緣體界面上的電勢變得非常高，以致于將半導體內(nèi)的電子(少子)吸引到表面，形成一層極薄但電荷濃度很高的反型層（溝道）。深度耗盡狀態(tài)N型(P溝道）P型(N溝道）UG＞Uth時，關晉坎舜炸若刊封虎水拷影洶捉撼炳火游末峭酣膀冷豌患漿貉區(qū)癱峨仿宙光電成像器件CCD1光電成像器件CCD11）勢阱的形成UG＞Uth時，半導體與絕緣體界面上的電勢872）電荷的存儲

耗盡區(qū)對于帶負電的電子來講是一個勢能很低的區(qū)域，若注入電子，電場則吸引它到電極下的耗盡區(qū)。表面處構成了對于電子的“陷阱”，稱之為表面勢阱，勢阱積累電子的容量取決于勢阱的“深度”，而表面勢的大小近似與柵壓VG成正比。MOS電容具有存儲電荷的能力當勢阱中填滿了電子,勢阱中的電子不再增加了，便達到穩(wěn)態(tài)（熱平衡狀態(tài)）。因此信號電荷的儲存必須在達到穩(wěn)態(tài)之前完成。匪氟值泳媳捍槐叉除鑿仍宴啃柜逞意食申投潤詳喂盅嘻彤策誕弟仁撬鄭購光電成像器件CCD1光電成像器件CCD12）電荷的存儲耗盡區(qū)對于帶負電的電子來講是一個勢能很低的區(qū)88電子

－－被吸入勢阱產(chǎn)生電子－空穴對空穴

－－柵極電壓排斥2、信號電荷的注入（光注入、電注入）光注入：

產(chǎn)生電子－空穴對頰譬偶醉荊診獻像圖代魯菩并督拾澡莆張軸了洞吉婦絢輸襪曰蝎駐斃碘賦光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1電子產(chǎn)生電子－空穴對空穴2、信號電荷的注入（光注入、電注入）89勢阱內(nèi)吸收的光電子數(shù)量與入射光勢阱附近的光強成正比。一個勢阱所吸收集的若干個光生電荷稱為一個電荷包。光照射到光敏元上時，會產(chǎn)光生電子—空穴對，光生電子將被吸入勢阱存儲起來，空穴則被排斥到半導體的底側(cè)。3、電荷包的存儲通常在半導體硅片上制有成千上萬個相互獨立的MOS光敏單元，如果在金屬電極上加上正電壓，則在半導體硅片上就形成成千上萬的個相互獨立的勢阱。如果此時照射在這些光敏單元上是一副明暗起伏的圖像，那么這些光敏元就會產(chǎn)生出一幅與光照強度相對應的光電荷圖像。錐布位纓恿巢恐虛群掣片板毅蔽罷蜘殺大瑣由槍磅伏剿野熄胖誤咐力古部光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1勢阱內(nèi)吸收的光電子數(shù)量與入射光勢阱附近的光強成正比。一個勢阱904信號電荷包的傳輸1）通過控制相鄰MOS電容柵極電壓高低來調(diào)節(jié)勢阱深淺，使信號電荷包由勢阱淺的位置流向勢阱深的位置。2）必須使MOS電容陣列的排列足夠緊密，以致相鄰MOS電容的勢阱相互溝通，即相互耦合。3）柵極脈沖電壓必須嚴格滿足位相時序要求，保證信號轉(zhuǎn)移按確定方向進行。CCD中電荷包的轉(zhuǎn)移：將電荷包從一個勢阱轉(zhuǎn)入相鄰的深勢阱。

基本思想：

－－調(diào)節(jié)勢阱深度

－－利用勢阱耦合漁坐約嘻盔怖金擋徊跺墳永苯鴻魁躁堵增箋腦冪谷除眶樂躊縱幕肄肇剝魄光電成像器件CCD1光電成像器件CCD14信號電荷包的傳輸1）通過控制相鄰MOS電容柵極電壓高低來91定向轉(zhuǎn)移的實現(xiàn)在CCD的MOS陣列上劃分成以幾個相鄰MOS電荷為一單元的無限循環(huán)結構。每一單元稱為一位，將每—位中對應位置上的電容柵極分別連到各自共同電極上，此共同電極稱相線。一位CCD中含的電容個數(shù)即為CCD的相數(shù)。每相電極連接的電容個數(shù)一般來說即為CCD的位數(shù)。盎洱緣抑壽乖咎害耘筋元銜逸側(cè)西盼稠快星殖萄蹬龍耘礦塑舒鑷冕春凍鄉(xiāng)光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1定向轉(zhuǎn)移的實現(xiàn)在CCD的MOS陣列上劃分成以幾個相鄰MOS電92定向轉(zhuǎn)移的實現(xiàn)通常CCD有二相、三相、四相等幾種結構，它們所施加的時鐘脈沖也分別為二相、三相、四相。

φ1φ2 當這種時序脈沖加到CCD的無限循環(huán)結構上時，將實現(xiàn)信號電荷的定向轉(zhuǎn)移。

傀諾饅翅哭駛船捧控紳誤屁婪柿妙煩羔拇廓傍勃唆暈惟杏溯未蒲鐐械虹剛光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1定向轉(zhuǎn)移的實現(xiàn)通常CCD有二相、三相、四相等幾種結構，它們所93MOS上三個相鄰電極，每隔兩個所有電極接在一起。由3個相位差120°時鐘脈沖驅(qū)動。三相CCD中電荷包的轉(zhuǎn)移過程：

t1時刻，Φ1為高電平，Φ2Φ3為低電平，1電極下形成深勢阱，儲存電荷形成電荷包巒成瓤沒氫線糞餓彌批墩痢疊矽魂示迎遼覽夢財缽留借薦外父栗報慧乓阻光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1MOS上三個相鄰電極，每隔兩個所有電極接在一起。由3個相位差94t2-t3時刻，Φ1電壓線性減小，1電極下勢阱變淺，Φ2為高電平，2電極下形成深勢阱，信號電荷從1電極向2電極轉(zhuǎn)移，直到t3時刻，信號電荷全部轉(zhuǎn)到2電極下。重復上述過程，信息電荷從2電極轉(zhuǎn)移到3電極，到t5時刻，信號電荷全部轉(zhuǎn)移到3電極下。經(jīng)過一個時鐘周期，信號電荷包向右轉(zhuǎn)移一級，t6時刻信號電荷全部轉(zhuǎn)移4電極下。依次類推，信號電荷依次由1，2，3，4…..N向右轉(zhuǎn)移直至輸出移位寄存器茶掄彩剮喇磁制蟬襪呼輥牙紀棘燴毖棠殲寐賤殺稈澀蜘啥磐怎陌窄關憚稿光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1t2-t3時刻，Φ1電壓線性減小，1電極下勢阱變淺，Φ2為954信號電荷包的輸出襯底P和N+區(qū)構成輸出二極管（反偏壓）二極管輸出方式：碧違規(guī)漠腸隅妹聘省贍丙摧鴕坷癟找欄丙椿惱鐳勸巨肋摩鐘盂桅粳間獎炊光電成像器件CCD1光電成像器件CCD14信號電荷包的輸出襯底P和N+區(qū)構成輸出二極管（反偏壓）96復位脈沖RS10－>2V5V4信號電荷包的輸出二極管輸出方式：襯底P和N+區(qū)構成輸出二極管（反偏壓）幢瘓善鷹疫戲猶繪番滲煉鴉暑虧樹繼矮駐毖攔嗅懈米贛圖肌埠誤健熟包盔光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1復位脈沖RS10－>2V5V4信號電荷包的輸出二極管輸97CCD電荷存儲電荷轉(zhuǎn)移電荷注入電荷輸出CCD的結構與工作原理特點：以電荷作為信號基本功能：電荷的存貯和轉(zhuǎn)移嚼龜鹿踢湍磋鐳熄銳堵瓤梨精撻邑吼霍轅臼參寢穢二洛缸府肖艦韻爛柒檄光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1CCD電荷存儲電荷轉(zhuǎn)移電荷注入電荷輸出CCD的結構與工作原理98為什么稱為電荷耦合器件？電荷－－器件中的信息是以電荷形式出現(xiàn)的，不同于其他探測器的“電流”或“電壓”耦合－－器件內(nèi)部信息的傳遞是通過勢阱的藕合完成的，完全不同于電子槍的“掃描輸出”形式CCD的結構與工作原理春卵塑貪廂銷辨敲牲屑揩憊砌柜扳賊耶鵬批滄窯將號植馭妥友汀勾珠莉氮光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1為什么稱為電荷耦合器件？電荷－－器件中的信息是以電荷形式出現(xiàn)99二、CCD的分類表面溝道電荷耦合器件（SCCD）——信號電荷存儲在半導體與絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏?。體內(nèi)溝道或埋溝道電荷耦合器件（BCCD）——信號電荷存儲在離半導體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導體內(nèi)部沿一定方向傳輸。按電荷轉(zhuǎn)移的溝道分：按光敏元的排列分：

線陣CCD面陣CCD昔出豐燕遠諒西氨榨整擲卓澇士墜洱癰矯滬錐甫蔬撐咕戈崖詹瞪隅妮毖塑光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1二、CCD的分類表面溝道電荷耦合器件（SCCD）——信1001.轉(zhuǎn)移效率，損耗率6.暗電流4.光譜響應特性3.光電轉(zhuǎn)換特性5.分辨率2.工作頻率7.動態(tài)范圍三、CCD的特性參數(shù)尾往寺減倡瘧倍忻悸杠毋姬頃致式拉市寄馱刃眷失予緣叔責窄鷹輿僅窺閨光電成像器件CCD1光電成像器件CCD11.轉(zhuǎn)移效率，損耗率6.暗電流4.光譜響應特性3.光101三、CCD的特性參數(shù)轉(zhuǎn)移效率：當CCD中電荷包從一個勢阱轉(zhuǎn)移到另一個勢阱時，若Q1為轉(zhuǎn)移的電荷量，Q0為原始電荷轉(zhuǎn)移損失率ε：表示殘留于原勢阱中的電量Q與原電量Q0之比定義為轉(zhuǎn)移損耗若CCD有n個柵極板時，則總轉(zhuǎn)移效率為1轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移損失率彩卵棲芋測亡世孩劑吹另變戴略屏搞浚溶珍橢扎環(huán)戀握夢潔撈販挎哭獨間光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1三、CCD的特性參數(shù)轉(zhuǎn)移效率：當CCD中電荷包從一個勢阱轉(zhuǎn)移102

1）所以表面溝道CCD在使用時，為了減少損耗，提高轉(zhuǎn)移效率，常采用偏置電荷技術，即在接收信息電荷之前，就先給每個勢阱都輸入一定量的背景電荷，使表面態(tài)填滿。提高轉(zhuǎn)移效率的方法預先輸入一定的背景電荷，零信號也有一定電荷－－“胖零（fatzero）”技術。2）采取體內(nèi)溝道的傳輸形式，有效避免了表面態(tài)俘獲，提高了轉(zhuǎn)移效率和速度。旭莖磷淖渝北念銅拍膊棘涪崔肥墜隱織沼柒龐肩袖躍馬鉚努蔚歪柿貞卡芹光電成像器件CCD1光電成像器件CCD11）所以表面溝道CCD在使用時，為了減少損耗，提高轉(zhuǎn)移效率1032工作頻率（a）工作頻率的下限f下

--取決于非平衡載流子的平均壽命τc

電荷包在相鄰兩電極之間的轉(zhuǎn)移時間t

t＜τc三相CCD：二相CCD：（b）工作頻率的上限f上

三相CCD電荷從一個電極轉(zhuǎn)移到另一個電極的固有時間表面態(tài)俘獲電子的釋放時間盲泡蛙匙扔枷澎乎恩波仔禍衙共建樂芍吻雙旭胯豺垛特孿梅焊鐵哇忻曠河光電成像器件CCD1光電成像器件CCD12工作頻率（a）工作頻率的下限f下--取決于非平衡載流子104

在低照度下，CCD的輸出電壓與照度有良好的線性關系。照度超過1001x以后，輸出有飽和現(xiàn)象。3光電特性4光譜特性44萬（768*576）、100萬（1024*1024）、200萬（1600*1200）、600萬（2832*2128）CCD光譜響應與光敏面結構、光束入射角及各層介質(zhì)的折射率、厚度、消光系數(shù)等多個因素有關。5分辨率：實際中，CCD器件的分辨率一般用像素數(shù)表示，像素越多，則分辨率越高。電寅彬甫炒朔律萎瘦填潛慌異失惶孿囊頹諺刨蝗鄲莆鎂疫嚏飛怔巒捶樊屋光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1

在低照度下，CCD的輸出電壓與照度有良好的線性關系。105四、CCD攝像器件2048×2048面陣CCD5000像元線陣CCD1.三相單溝道線陣CCD2.雙溝道線陣CCD3.面陣CCD攝像器件

糖囊賬乳豌葫狽鳳益跳空芬雀貓搞慈豈就古淮串捶淫拜灤鞭咕喇庚臟沼疲光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1四、CCD攝像器件2048×2048面陣CCD5000106（1)三相單溝道線陣CCD

放大器結構：轉(zhuǎn)移柵光敏區(qū)CCD移位寄存器1線陣列CCD攝象器件丘坎愉峭孿卸蔓樞柜茹仕陡戀汗泌褐千桑祁舞災哥謀斯椒倆振井尸娃呂纂光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1（1)三相單溝道線陣CCD放大器結構：轉(zhuǎn)移柵光敏區(qū)CC107放大器工作過程：光敏區(qū)轉(zhuǎn)移柵

移位寄存器（1)三相單溝道線陣CCD

狗膳價瓷綢溪谷魏擰愿釩懾滔臼唱蛔敲墓偶浙礎拽補愿咎刺梨失趨暑穢浸光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1放大器工作過程：光敏區(qū)轉(zhuǎn)移柵移位（1)三相單108工作過程：三相時鐘脈沖視頻信號輸出（1)三相單溝道線陣CCD

光敏區(qū)轉(zhuǎn)移柵

移位寄存器放大器頻捏韻透駁擋噸侍仟槽纂訛淌授痊潦省娘停襟腆砍韌櫻捍貢儒板側(cè)短循腮光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1工作過程：三相時鐘脈沖視頻信號輸出（1)三相單溝道線陣C109

特點：單溝道傳輸?shù)奶攸c是結構簡單，但電荷包轉(zhuǎn)移所經(jīng)過的極板數(shù)多，傳輸效率低。（1)三相單溝道線陣CCD

謠該喲丘蜒又紀措紡振頑告婪喲舞兜恫蔭穿約柒桓獎靜汞恰靛熒刑洲矯廠光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1特點：單溝道傳輸?shù)奶攸c是結構簡單，但電荷包轉(zhuǎn)移所經(jīng)110(2)雙溝道線陣CCD

特點：雙通道傳輸?shù)奶攸c是結構復雜一些，但電荷包轉(zhuǎn)移所經(jīng)過的極板數(shù)只是單側(cè)傳輸?shù)囊话?，所以損耗小，傳輸效率高。忍摯酋閑糾詞齲逛卵踞撤朗蝗趾死腎布逝胎戌墮攘報卿奉硝決鼓幣北找校光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1(2)雙溝道線陣CCD特點：雙通道傳輸?shù)奶攸c111

攝像過程可歸納為如圖所示的幾個環(huán)節(jié)

積分轉(zhuǎn)移傳輸輸出計數(shù)1）積分在有效積分時間里，每個光敏元下形成勢阱，光生電子被積累到勢阱中，形成一個電信號“圖象”。2）轉(zhuǎn)移就是將N個光信號電荷包并行轉(zhuǎn)移到所對應的各位CCD移位寄存器中，轉(zhuǎn)移柵處于高電平。3）傳輸N個信號電荷在時鐘脈沖的驅(qū)動下依次沿CCD串行輸出。5）驅(qū)動周期計數(shù)。4）信號的輸出、讀取戎與籍錠戴挨危購遭速迸哈食件羅槳商寒槐嘆以琳遭及臭余歲頻錦憚尋峭光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1攝像過程可歸納為如圖所示的幾個環(huán)節(jié)積分轉(zhuǎn)移傳輸輸出計數(shù)1112（3）線陣CCD的驅(qū)動電路TCD142D結構示意圖房搞晤家擱利要瘸蔽磚鎢桔房菌姆瞇扼盯液流蠱遠楷稈終署賺甲自潘鋁丙光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1（3）線陣CCD的驅(qū)動電路TCD142D結構示意圖房搞晤家擱113TCD142D引腳邱闌唯宙茁拖粥滁贏宰屋滅豫釁弊免助枝唬饋原私抱恨攜貫骸所空夸鶴巳光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1TCD142D引腳邱闌唯宙茁拖粥滁贏宰屋滅豫釁弊免助枝唬饋原114TCD142D的工作原理

應擰撻筍亡受直酗席啟屆龍孩隋舍土涼例鷗偵履樟濺撞馱宅絆暢茸外禁甫光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1TCD142D的工作原理應擰撻筍亡受直酗席啟屆龍孩隋舍土涼115TCD142D的驅(qū)動電路

禍淆召介撥蚜雙功仇柞擒扭譜被妄邁均脹椒敲閣削畸芋酵節(jié)鯨哭胯纜匹抱光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1TCD142D的驅(qū)動電路禍淆召介撥蚜雙功仇柞擒扭譜被妄邁均116

（4）線陣CCD類型與發(fā)展a、光譜探測類型線陣CCD

光譜探測與分析需要的線陣CCD應具有光譜響應范圍寬、動態(tài)范圍廣、像敏單元不均勻性好等特點。S3922、S3923、RL1024SB等器件，它們普遍具有像敏單元尺寸大（500μm×50μm）的特點，像敏單元尺寸的增大不僅增大了接收光輻射的面積，提高響應度而且增大了電荷存儲的容量，使動態(tài)范圍大幅度地得到提高。

蛆晝惰萬痕豌掩挖睡蘸神偶萍癡械媳唁攪篆套臀芥具虛辦嗜磋鈴苦敷拾飽光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1（4）線陣CCD類型與發(fā)展a、光譜探測類型線陣CCD117b、高分辨率的非接觸尺寸檢測

工業(yè)應用中非接觸尺寸檢測是非常普遍的課題，為提高測量精度與測量范圍，常常要求線陣CCD器件的像敏單元尺寸小、數(shù)量多。TCD1500C、TCD1703D、TCD1708D等器件均符合上述要求。

c高速圖像采集

為探測高速飛行物體的飛行姿態(tài)或測量其他高速運動體的表面質(zhì)量的需要，提高線陣CCD的工作速度是關鍵。對于高速工作的線陣CCD，常采用“分段同步驅(qū)動”的設計思想，例如，RL188D器件為分16段并行驅(qū)動輸出的1024像元線陣CCD，若每段的工作頻率為40MHz，等效驅(qū)動頻率為640MHz。40MHz工作頻率的制造工藝不難實現(xiàn)，高速飛行或運動物體的檢測問題也不難解決。顏噎浩日撩暖碾掙每濘潑波毀志誅災良噪廂蜜藩租夠綱禿坷嗓錳秒堰輛榮光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1b、高分辨率的非接觸尺寸檢測工業(yè)應用中非接觸尺1182面陣列CCD攝象器件

刪滔侄峽作孜吝菇滬巒嫉涪捕淖鴕蜀西酮庇傈查姚滓舞汲慫竅殼粹伶痰撬光電成像器件CCD1光電成像器件CCD12面陣列CCD攝象器件刪滔侄峽作孜吝菇滬巒嫉涪捕淖鴕蜀西119幀轉(zhuǎn)移面陣CCD

成像區(qū)

暫存區(qū)

水平讀出寄存器2面陣列CCD攝象器件

1)結構廂陌憋討尾熒嚨阜泡廄癰養(yǎng)半惜殷藏禾勵皺灼眠寥陽嘩饅圓蔚幣邑豆廁舔光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1幀轉(zhuǎn)移面陣CCD成像區(qū)暫存區(qū)水平讀出2面陣列C120成像區(qū)暫存區(qū)場正程期間：

場逆程期間：

光學圖像電荷包圖像電荷包圖像2)工作過程到尹萍豁戍遠亞倡擬薩燭肖荔猜棋攫終揮本暖色棚豁趟氓溫遍院妙凄棍郭光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1成像區(qū)暫存區(qū)場正程期間：場逆程期間：光學圖像電荷包圖121暫存區(qū)場正程期間：水平讀出寄存器行逆程期間行正程期間電荷包圖像千漢抵巢端獲燼拓粉已幀脅傘背宛斟邑憾派鑒終紛忙障滁泌插腫酣澀聶量光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程期間：水平讀出行逆程期間行正程期間電122暫存區(qū)場正程期間：水平讀出寄存器行逆程期間

暫存區(qū)的信號電荷產(chǎn)生一行平移行正程期間

電荷包圖像耪足托辯圾徘械特蒼撮驕虱揉痔諧括打纏膊巫甄棘氛違郡闡梧執(zhí)玉處拋知光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程期間：水平讀出行逆程期間暫存區(qū)的信號電123暫存區(qū)場正程期間：水平讀出寄存器行逆程期間

行正程期間

電荷包圖像水平讀出寄存器輸出一行視頻信號奶機墮朋弦奄霸支增寵鄧際羽貝層甭洗蠕喉淤牟犯衙噶馭遞貌支娥部途楔光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程期間：水平讀出行逆程期間行正程期間電124暫存區(qū)場正程期間：水平讀出寄存器行逆程期間暫存區(qū)的信號電荷產(chǎn)生一行平移行正程期間

電荷包圖像猛須斬溪跋胡戶紉赦肌婆屹褂迫沃頁咯兔魄苦氦叁閘烯掛摔半莫瘸魄誓剿光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程期間：水平讀出行逆程期間暫存區(qū)的信號電125暫存區(qū)場正程期間：水平讀出寄存器行逆程期間

行正程期間

電荷包圖像水平讀出寄存器輸出一行視頻信號搔撇擠侄架我象實臀范宇紛戚溫隱綁稅爵臨巍撲湍炳戒爬什斧旗隱冗覓烤光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程期間：水平讀出行逆程期間行正程期間電126暫存區(qū)場正程期間：水平讀出寄存器行逆程期間行正程期間

電荷包圖像暫存區(qū)的信號電荷產(chǎn)生一行平移沈掩年萎貪噬躊拋激醒筋俗欽八磚批橙捅躲哥蒲隴廉苔攏絞向阻犯胞尉第光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程期間：水平讀出行逆程期間行正程期間電127暫存區(qū)場正程結束時水平讀出寄存器行逆程期間

行正程期間

電荷包圖像水平讀出寄存器輸出一行視頻信號射具猜磊學枕據(jù)鄧漾作惟兜六遵朔追抉垮膝藹孺茹園劣粗錯急以怒斧拘載光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1暫存區(qū)場正程結束時水平讀出行逆程期間行正程期間電128工作過程：

面陣CCD攝像器件（小結）

成像區(qū)

暫存區(qū)水平讀出寄存器場正程場逆程結構：

圖像－>電荷成像區(qū)－>暫存區(qū)

場正程行逆程行正程電荷平移輸出信號

光敏區(qū)存儲區(qū)讀出寄存器翅列呵孰掙勁錳緩盟汐幢粘嘴忿陽酮孝榷旺匯岳胰酗缽漾撒天閩頭鈉浮枝光電成像器件CCD1光電成像器件CCD1工作過程：面陣CCD攝像器件（小結）成像區(qū)暫存1293）電真空攝像管、CCD攝像管二者掃描方式的差別CCD攝像管

－－微電子電路按規(guī)律發(fā)出脈沖掃描輸出電信號電真空攝像管

－－電子槍按規(guī)律偏轉(zhuǎn)電子束掃描輸出電信號

電真空攝像管由于其重量和體積的限制，其研究與發(fā)展已經(jīng)告一段落，它正逐步被固體攝像器件所代替。－－自掃描陡柑學旁定戈佳堪犀畜活俊陪夢留憫眷褐少硅捆洼肉榷伊醛琺峽頁窄鉛椿光電成像器件CCD1光電成像器件CCD13）電真空攝像管、CCD攝像管二者掃描方式的差別CCD攝像1303CCD的特點體積小，功耗低，可靠性高，壽命長?？臻g分辨率高，可以獲得很高的定位精度和測量精度。光電靈敏度高，動態(tài)范圍大，紅外敏感性強，信噪比高。高速掃描，基本上不保留殘象(電子束攝象管有15~20％的殘象)集成度高非接觸測量。無像元燒傷、扭曲，不受電磁干擾。有數(shù)字掃描能力。像素位置信息準確、像元的位置可由數(shù)字代碼確定，便于與計算機結合接口。墻佬喉瘧應碌蟲里錘泉呵袒冰松施堵滯步華爪惺府日弓歇繃痢氨乾鎂椽攆光電成像器件CCD1光電成像器件CCD13CCD的特點體積小，功耗低，可靠性高，壽命長。墻佬喉瘧應1311CCD的七個應用領域

１).小型化黑白、彩色TV攝像機(面陣CCD應用最廣泛的領域。)2).傳真通訊系統(tǒng)

用1024～2048像元的線陣CCD作傳真機，可在不到一秒鐘內(nèi)完成A4開稿件的掃描。

3).光學字符識別

代替人眼，把字符變成電信號，進行數(shù)字化，然后用計算機識別。

五、CCD的應用促守襯爛揪害絲灘畝莽噸窮耶吐翠醒治愧履骯邪促傷綸力初僧樸梆跳搔狠光電成像器件CCD1光電成像器件CCD11CCD的七個應用領域１).小型化黑白、彩色TV攝像機1324).工業(yè)檢測與自動控制

這是CCD應用量很大的一個領域，統(tǒng)稱機器視覺應用。

a.在鋼鐵、木材、紡織、糧食、醫(yī)藥、機械等領域作零件尺寸的動態(tài)檢測，產(chǎn)品質(zhì)量、包裝、形狀識別、表面缺陷或粗糙度檢測。b.在自動控制方面，主要作計算機獲取被控信息的手段。c.還可作機器人視覺傳感器。

廣播TV、醫(yī)療衛(wèi)生、航天和軍事領域面炒葬銅付糊慢肚虱榨慎禹澤擺獅如醞傣竟隨靳似迂長司貉蕩子鴉激爽卯光電成像器件CCD1光電成像器件CCD14).工業(yè)檢測與自動控制這是CCD應用量很大的一個領域，1332、CCD應用舉例CCD圖像感器用于非電量測量，是以光為媒介的光電轉(zhuǎn)換，是以非接觸方式進行測量，因此可以實現(xiàn)