典型线阵CCD图像传感器
CCD图像传感器
CCD图像传感器激光位移计-CCD的工作原理与应用(初稿)CCD,Charge Coupled Devices,电荷耦合器件～是70年代初发展起来的新型半导体器件。
它由美国贝尔实验室的W. S. Boyle和G. E. Smith于1970年首先提出～在经历了一段时间的研究之后～建立了以一维势阱模型为基础的非稳态CCD基本理论。
几十年来～CCD的研究取得了惊人的进展～特别是在像感器应用方面发展迅速～已成为现代光电子学和现代测试技术中最活跃～最富有成果的新兴领域之一。
实验目的1、了解二相线阵CCD的基本工作原理2、了解二相线阵CCD驱动信号时序3、了解线阵CCD在位移测量中的应用方法实验仪器1. CCD激光位移计2. 数字示波器准备好坐标纸、铅笔和直尺～也可用相机。
实验原理1( CCD的基本结构电荷耦合器件的突出特点是以电荷作为信号～而不同于其它大多pseudonym Ding Bingcheng), to Jiangsu and Zhejiang in Taihu Lake area opened work, towards armed, carried out guerrilla race. 4 people such as Ding Bingcheng took Zhang Yan, Zhou Fen, from Shanghai, Zhao Anmin troopsstationed at the border of Jiangsu and Zhejiang. Ding Bingcheng reach dual-COR, and "anti-" established contact of Communist Party members, when the Kuomintang military Committee in Jiangsu, Zhejiang and Deputy Commander of the Brigade in Taihu Lake and Qian Kangmin, Director of the Department of the Commission (CPC) accompanied by consultations with Commander Zhao Anmin placement I was personnel related issues. Qian Kangmin efforts, Zhao Anmin also agreed to subordinate Gong Shengxiang Brigade guns to form a band in Taihu Lake. Qian Kangmin hired a boat to bring Gong Shengxiang, together with Zhang Yan start, boats to crossnear the fan, was seized by Cheng Wanjun. After Cheng Buzheng Jin Lu Wang, Director of training helps releasing personnel, but the weapon lost. Is autumn, Ding Bingcheng Wujiang was ordered to open up again,its task is: towards reconstruction guerrillas, Communist-led team.Along with Liu Zirong (Liu), Zhang Yan (Liu), huada busy (Chen Zhengzhi), Yu Zhe (Zhou Fen), Ye Chu Xiao (Lu Qiusheng), Henry (nandeqin), "anti-" players. Flat looking men Shen Yuezhen as a guide. Shen Yuezhen Ding Bingcheng single leader, Shen Yuezhen specializing in intelligence work, in September, through Mao Xiaocen served as the KMT's County Clerk, Shen Yuezhen after entering the County, deftly juggling between elites, was Chang Shen Liqun, who appreciated, has created favorable conditions for gathering intelligence. Meanwhile, Shen Yuezhen introduce jindapeng (Kanewaka Wang), xiaoxin was joined the "resistance", also activelydoing the standing political instructor Yu Qingzhi Shen Wenchao, Secretary of Justice and County Government数器件是以电流或者电压为信号。
线阵CCD探测器TCD1200D
（注释 6）SE 定义如下：SE = VSAT R
（注释 7）VDRK 为所有有效像敏单元的暗信号电压平均值。 DSNU 是在 VMDK 为最大暗信号电压时，VDRK 与 VMDK 的差值。
（注释 8）DR 定义为：DR = VSAT VDRK
22 脚 DIP 封装
极限工作值：（见注释 1）
特性描述
符号 数 值 单位
时钟脉冲电压
Vφ
转移脉冲电压 复位脉冲电压
VSH
-0.3～8
VRS
V
电源电压
VOD
-0.3～15
工作温度 贮藏温度
Topr
-25～60
Tstg
-40～100
℃
（注释 1）：所有电压是以 SS 和 VSS 终端（地）为参考。
z 东芝公司长期致力于改善其产品的质量和可靠性。但是，一般的半导体器件所固有的电子敏感及 物理损坏特性可能会造成器件产生故障。因此，消费者有责任依照安全标准使用东芝公司的产品， 并且避免由于东芝公司产品的故障所造成的人身伤害或财产损失。设计者应当参考东芝公司提供 的最新的产品操作范围进行产品设计。详细的使用注意事项和工作条件请参考东芝公司的《半导 体器件可靠性手册》（Semiconductor Reliability Handbook）。
IC1: TC74HC04P TR1: 2SA1015-Y TR2: 2SA1015-Y
2002/12/26 8/9
TOSHIBA
外形尺寸图
WDIP22-C-400-2.54B(C)
TCD1200D
单位：mm
（注 1）第一像素单元 S1 到器件封装边沿尺寸。 （注 2）芯片顶端到器件底端尺寸。 （注 3）玻璃窗厚度（n = 1.5）。
5第五章CCD产品简介
彩色线阵CCD有两种形式：单行串行和三行并行
1、TCD2000P——单行串行形式 单沟道
两相驱动
480个有效PD组成像敏区
单元尺寸：长11*高33*11
3个单元一组，每一组依
次采用G、B并行形式 高灵敏度低暗电流的彩色线阵CCD器件。
2160
2160 2048 2660 2700 2700 1024 5340 5000
14×14×14
14×14×14 14×14×14 11×11×11 11×11×11 8× 8× 8 14×14×14 7× 7× 7 7× 7× 7
45
110 31 70 35 9.1 12 4.8 13
1700
RL1024SB的特性参数
（1）光谱响应
两种类型：普通光学玻璃窗和石英玻璃窗，以G和Q区分； 石英玻璃：光谱响应范围为200nm至1100nm,峰值响应波长为750nm。
该器件在中紫外至近红外波段的光谱响应较好，常用于这段谱区的光谱探
测和光谱分析应用中，尤其是在紫外波段的光谱探测更为重要。 普通玻璃：截止于350nm，对紫外波段光的吸收较大。
500 4600 1700
单路 单路 单路
TOSHIBA NEC TOSHIBA
高速尺寸、振动测量 尺寸、振动测量 尺寸测量
TCD1206SUP
TCD1208P TCD1209D μPD3734D TCD1251UD TCD2252D TCD132D TCD1500C TCD1501D
黑白
黑白 黑白 黑白 黑白 彩色 黑白 黑白 黑白
转移脉冲ST 器件的地 器件的衬底偏压 行输出结束信号 5V供电电压输入 暗光电信号
“开花”是指光敏单元所存储的电荷超出了势阱容纳电荷的
典型线阵CCD图像传感器
三、具有积分时间调整功能(电子快门)的线阵CCD-如何实现？
在光照度较低/较强时的情况下，可以通过增长/缩短光积 分时间的方式使输出信号达到所希望的幅度；
积分时间的调整功能对于CCD的应用是非常重要的。 TCD1205D为具有积分时间调整功能的线阵CCD器件。
广泛应用在条码扫描识别等光电输入设备。
2、TCD1205D的基本工作原理 ——方案一
在一个转移脉冲SH周期中，只有在光积分电极ICG为高电平期间光积分栅 才能建立起深势阱，也才能进行光积分。
2、TCD1205D的基本工作原理 ——改变积分时间方案二
一个行周期中两次转移
一个行读出周期中设置两个转移脉冲SH： 第1个转移脉冲的高电平对应于移位寄存器驱动脉冲CR1的
3、TCD1205D的特性参数
动态范围 DR 偏 低 ， 一般只适用 于光电数字 扫描输入， 不适用于分 辨率要求较 高的图像扫 描输入。
四、并行输出的线阵CCD
并行输出的线阵CCD在相同频率驱动脉冲的作用下可以获得 更高的信号输出速率，这在用线阵CCD检测高速运动物体图像 的应用中具有非常重要的作用。
光电二极管的数量为：2160+(74-12)=2222。 存储栅：存储光生电荷的MOS电容存储阵列。
1118
2、 TCD1206SUP的工作原理
四路驱动脉冲：SH、CR1、CR2、RS； 驱动电路的产生可仿照TCD1209D实现；
TCD1206SUP与1209D的不同点：
OS端总共输出2236个信号，由于两列并行传输。所以一个 SH周期至少要有2236/2=1118个 驱动脉冲CR1的周期
低电平，使移位寄存器CR1电极不形成深势阱，光积分电极下 积累的信号电荷无法倒入CR1电极，即无法将信号电荷转移到 移位寄存器中，从而之前积累的信号电荷白白地倒掉。
CCD图像传感器课件
CCD实物
•CCD图像传感器课件
常见的基于CCD光电耦器件的设备
•CCD图像传感器课件
•CCD图像传感器课件
嫦娥二号携带的CCD立体摄像机
•CCD图像传感器课件
CCD图像传感器
• CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS（金属— 氧化物—半导体）电容器组成的阵列。在P型或N 型硅衬底上生长一层很薄（约120nm）的二氧化硅 ,再在二氧化硅薄层上依次序沉积金属或掺杂多晶 硅电极（栅极）,形成规则的MOS电容器阵列，再 加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片。
•CCD图像传感器课件
• 自动流水线装置，机床、自动售货机、自动监视 装置、指纹机；
• 作为机器人视觉系统；
• 用于传真技术，文字、图象 、 车 牌 识别。例如用 CCD识别集成电路焊点图案，代替光点穿孔机的作 用；
• M2A摄影胶囊（Mouth anus）,由发光二极管做光 源，CCD做摄像机，每秒钟两次快门，信号发射到 存储器，存储器取下后接入计算机将图像进行下 载。
3 t1 t2 t3 t4 t5
三个时钟脉冲的时序
•CCD图像传感器课件
输入二极输管入栅Ф1 Ф2
Ф3
SiO2
输出栅 输出二极管
耗尽区
P型Si 电荷转移方向
CCD的MOS结构
•CCD图像传感器课件
3、信号电荷的传输（耦合）
CCD工作过程的第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。 通过按一定的时序在电极上施加高低电平，可以 实现光电荷在相邻势阱间的转移。
•CCD图像传感器课件
(a)初始状态； (b)电荷由①电极向电极②转移； (c)电荷在①②电极下均匀分 布；(d)电荷继续由①电极向②电极转移；(e)电荷完全转移到②电极； (f)三相 转移脉冲
ccd常用的转移方式
ccd常用的转移方式CCD（Charge-Coupled Device）是一种常见的图像传感器，广泛应用于数码相机、手机摄像头和科学仪器等领域。
CCD传感器的工作原理是将光信号转化为电荷信号，并通过转移方式将电荷信号读出和处理。
本文将介绍CCD常用的转移方式。
一、线阵转移方式线阵转移方式是CCD最常见的一种转移方式，适用于单行像素的CCD传感器。
在线阵转移方式中，光信号通过逐行扫描的方式被读出。
首先，CCD传感器的每个像素单元将光信号转化为电荷信号，并存储在各自的电荷积累区中。
然后，通过逐行转移的方式，将电荷信号从一个像素单元传递到相邻的像素单元中，最终将信号传递到输出电荷耦合器件（output charge-coupled device，OCCD）中进行读出和处理。
二、面阵转移方式面阵转移方式适用于具有多行和多列像素的CCD传感器，常见于数码相机和手机摄像头中。
在面阵转移方式中，光信号通过逐行逐列的方式被读出。
首先，光信号被转化为电荷信号，并存储在各自的电荷积累区中。
然后，通过逐行转移的方式，将每行的电荷信号传递到相邻的行中，再通过逐列转移的方式，将每列的电荷信号传递到相邻的列中，最终将信号传递到输出电荷耦合器件中进行读出和处理。
三、延迟线转移方式延迟线转移方式是一种特殊的转移方式，适用于一些特殊的应用场景。
在延迟线转移方式中，CCD传感器的电荷积累区和输出电荷耦合器件之间通过延迟线相连。
光信号被转化为电荷信号后，首先存储在电荷积累区中，然后通过延迟线的作用，将电荷信号传递到输出电荷耦合器件中进行读出和处理。
四、桶式转移方式桶式转移方式是一种特殊的转移方式，适用于一些高速和高灵敏度的应用场景。
在桶式转移方式中，CCD传感器的每个像素单元之间通过垂直传输区相连。
光信号被转化为电荷信号后，首先存储在各自的电荷积累区中，然后通过垂直传输区的作用，将电荷信号传递到输出电荷耦合器件中进行读出和处理。
CCD常用的转移方式包括线阵转移方式、面阵转移方式、延迟线转移方式和桶式转移方式。
线性CCD图像传感器
由两种感光器件的工作原理可以看出，CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。
在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。
市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，若有哪家摄像头厂商生产的摄像头使用CCD感应器，厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传，甚至冠以“数码相机”之名。
一时间，是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。
CCD传感器-原理编辑本段CCD传感器是一种新型光电转换器件，它能存储由光产生的信号电荷。
当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。
它主要由光敏单元、输入结构和输出结构等组成。
它具有光电转换、信息存贮和延时等功能，而且集成度高、功耗小，已经在摄像、信号处理和存贮3大领域中得到广泛的应用，尤其是在图像传感器应用方面取得令人瞩目的发展。
CCD有面阵和线阵之分，面阵是把CCD像素排成1个平面的器件；而线阵是把CCD像素排成1直线的器件。
由于在军事领域主要用的是面阵CCD，因此这里主要介绍面阵CCD。
CCD传感器-种类编辑本段面阵CCD的结构一般有3种。
第一种是帧转性CCD。
它由上、下两部分组成，上半部分是集中了像素的光敏区域，下半部分是被遮光而集中垂直寄存器的存储区域。
其优点是结构较简单并容易增加像素数，缺点是CCD尺寸较大，易产生垂直拖影。
第二种是行间转移性CCD。
它是目前CCD的主流产品，它们是像素群和垂直寄存器在同一平面上，其特点是在1个单片上，价格低，并容易获得良好的摄影特性。
第三种是帧行间转移性CCD。
它是第一种和第二种的复合型，结构复杂，但能大幅度减少垂直拖影并容易实现可变速电子快门等优点。
面阵CCD：允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移动物体。
ccd图像传感器的原理和应用
CCD图像传感器的原理和应用1. 引言CCD (Charge-Coupled Device) 图像传感器是一种常用的光电转换器件，具有高灵敏度、低噪音等特点，广泛应用于数字摄像机、摄像监控、光学传感器等领域。
本文将介绍CCD图像传感器的原理和应用。
2. CCD图像传感器的原理CCD图像传感器是利用光电效应将光信号转换为电信号的器件。
其原理可分为以下几个步骤：2.1 光电转换光通过CCD图像传感器的光敏表面，激发光敏材料中的电子，形成光生载流子对。
光生载流子对的产生与光的能量和波长有关。
2.2 光电荷转移光敏表面形成的光生载流子对被电场作用下转移到表面下方的感光区域。
这一步骤是通过电场的调制将光电荷转移到后续电荷转移阶段。
2.3 电荷积分光电荷在感光区域累积，其数量与光照强度成正比。
该阶段称为电荷积分。
2.4 电荷读出通过移动电荷或光电荷势阱的方式，将电荷沿电荷传输路径传输到输出节点。
最后，电荷通过放大电路放大为电压信号。
3. CCD图像传感器的应用3.1 数字摄像机CCD图像传感器是数字摄像机中的核心部件。
它能够将光信号转换为电信号，并通过后续的编码和压缩处理产生数字图像，实现高质量的图像捕捉和录制。
3.2 摄像监控CCD图像传感器在摄像监控领域广泛应用。
它可以实时拍摄监控区域的图像，并将图像通过监控器或网络传输到监控中心。
CCD图像传感器的高灵敏度和低噪音特性，使得摄像监控系统能够在低光照条件下获取清晰的图像。
3.3 光学传感器光学传感器是利用CCD图像传感器感知环境中的光照强度和光照分布的设备。
光学传感器可以用于测量光线强度、测距、物体识别等应用。
通过对CCD图像传感器输出图像的处理，可以获取物体的形状、颜色和光照分布等信息。
3.4 科学研究CCD图像传感器在科学研究领域也得到广泛应用。
例如，在天文学中，CCD图像传感器可以用于拍摄星系、星云等天体图像。
在生物医学领域，CCD图像传感器可以用于显微镜图像的采集和分析。
CCD图像传感器
CCD图像传感器Biblioteka （2）面型CCD图像传感器。按一定的方式将一维线型光敏单 元及移位寄存器排列成二维阵列，即可构成面型CCD图像传感器， 它主要用于摄像机及测试技术。如图1-13所示，面型CCD图像传感 器有三种基本类型：线转移型、帧转移型和隔离转移型。
CCD图像传感器
CCD输出信号经过滤波、放大和二值化处理，输出DO脉冲信 号和转移脉冲SH。采用外置的CCD 驱动装置自带滤波、放大和二 值化电路，阈值电平可调，DO输出脉冲的幅度直接反映了每个像 敏单元上的光照度。测量前首先需要对系统进行定标，记录光点在 CCD上的初始位置，即（t1+t2）/2。当光点在CCD上发生移动时， 得到的SH下降沿到DO脉冲宽度中心值距离与初始位置相减的宽度 值，它与光点移动的距离值成正比。利用单片机对这几组脉冲进行 测量、处理，结果送至上位机对其进行几何公式的转换，即可实时 显示待测件的偏转角度。
CCD图像传感器
一、 电荷耦合工作原理 1. CCD原理
MOS电容器CCD是一种固 态检测器，由多个光敏像元组 成，其中每个光敏像元就是一 个MOS 体）电容器。CCD的基本结构 如图1-11所示，但其工作原理 与MOS晶体管不同。
图1-11 CCD的基本结构
CCD图像传感器
CCD中的MOS电容器的形成方法是：在P型 或N型单晶硅的衬底上用氧化的办法生成一层厚 度为100~150 nm的SiO2绝缘层，再在SiO2表面 按一定层次蒸镀一金属电极或多晶硅电极，在衬 底和电极间加上一个偏置电压（栅极电压），即 形成了一个MOS电容器，具有光生电荷、电荷存 储和电荷传移的功能。
CCD图像传感器
CCD简介CCD的加工工艺有两种，一种是TTL工艺，一种是CMOS工艺，前者是毫安级的耗电量，而后者是微安级的耗电量。
TTL工艺下的CCD成像质量要优于CMOS工艺下的CCD。
CCD广泛用于工业，医疗、民用产品。
CCD功能特性CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟电流信号,电流信号经过放大和模数转换,实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。
其显著特点是：1.体积小重量轻；2.功耗小，工作电压低，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长；3.灵敏度高，噪声低，动态范围大；4.响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像；5.应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低。
因此，许多采用光学方法测量外径的仪器，把CCD器件作为光电接收器。
CCD工作原理CCD从功能上可分为线阵CCD和面阵CCD两大类。
线阵CCD通常将CCD内部电极分成数组，每组称为一相，并施加同样的时钟脉冲。
所需相数由CCD 芯片内部结构决定，结构相异的CCD可满足不同场合的使用要求。
线阵CCD 有单沟道和双沟道之分，其光敏区是MOS电容或光敏二极管结构，生产工艺相对较简单。
它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成，特点是处理信息速度快，外围电路简单，易实现实时控制，但获取信息量小，不能处理复杂的图像(线阵CCD如右图所示)。
面阵CCD的结构要复杂得多，它由很多光敏区排列成一个方阵，并以一定的形式连接成一个器件，获取信息量大，能处理复杂的图像。
CCD的应用四十年来，CCD器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展，特别是在图像传感和非接触测量领域的发展更为迅速。
随着CCD技术和理论的不断发展，CCD技术应用的广度与深度必将越来越大。
CCD是使用一种高感光度的半导体材料集成，它能够根据照射在其面上的光线产生相应的电荷信号，在通过模数转换器芯片转换成“0”或“1”的数字信号，这种数字信号经过压缩和程序排列后，可由闪速存储器或硬盘卡保存即收光信号转换成计算机能识别的电子图像信号，可对被测物体进行准确的测量、分析。
CCD图像传感器的原理及应用
CCD图像传感器的原理及应用摘要：随着科技的迅猛发展，人们希望在生活生产中更多地实现自动化，而在实现自动化的过程中，传感器起着举足轻重的地位。
传感器其实就是人类感官的延伸，因此也叫“电五官”。
而图像传感器就是“电视觉”，本文就图像传感器中的一种——CCD图像传感器的原理及应用做一介绍。
关键字：CCD图像传感器原理应用CCD图像传感器是通过将光学信号转换为数字电信号来实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。
光学信号转化为数字信号主要由CCD感光片完成。
CCD感光片由三部分组成，即镜片，彩色滤镜和感应电路，如下图。
镜片和彩色滤镜主要是对接受的光线（即图像）进行一定的预处理，感应电路为CCD传感器的核心，它又可分为光敏元件阵列和电荷转移器件两部分。
下面我们介绍一下感应电路的构成，CCD的感应电路是由若干个电荷耦合单元组成，该单元的结构如图所示。
其最小单元是在P型（或N型）硅衬底上生长一层厚度约为120nm的SiO2作为光敏器件，再在SiO2层上依次沉积铝电极而构成MOS的电容式转移器。
将MOS阵列加上输入、输出端，便构成了CCD的感应电路。
当光照射到ＣＣＤ硅片上时，在栅极附近的半导体体内产生电子－空穴对，其多数载流子被栅极电压排开，少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。
当向SiO2表面的电极加正偏压时，P型硅衬底中形成耗尽区（势阱），耗尽区的深度随正偏压升高而加大。
其中的少数载流子（电子）被吸收到最高正偏压电极下的区域内，形成电荷包（势阱）电荷转移的控制方法，类似于步进电极的步进控制方式。
也有二相、三相等控制方式之分。
下面以三相控制方式为例说明控制电荷定向转移的过程。
三相控制是每一排像素上有三个金属电极P1,P2,P3,依次施加三个相位不同的脉冲，使得每排电极下电荷包向一侧移动，如下页图。
随着控制脉冲的分配，电荷包从一侧转移到最终端，由输出二极管收集后送给放大器处理，实现电荷移动。
当各排电荷全部移出感应区即扫描完成一幅画面，这些电荷最终以二进制的形式存储或修改。
线阵CCD原理及应用报告
线阵CCD原理及应⽤报告线阵CCD⼀、概述电荷耦合器件(CCD, Charge Coupled Device)是⼀种以电荷包的形式存储和传递信息的半导体器件，它是由美国贝尔实验室的W. S. Boyle和G.E. Smith 在1970年前后发明的。
它经历了以研究为主的发展阶段，在五年左右的时间内，建⽴了以⼀维空阱模型为基础的CCD基本理论，这个理论与实验结果⼤致相符，并满⾜了指导器件进⼀步发展的需要。
与此同时，依靠成熟的MOS集成电路⼯艺，CCD迅速从实验室⾛向了市场。
CCD在影像传感、信号处理和数字存储等三⼤领域中的⼴泛应⽤，充分显⽰出它的巨⼤潜⼒，在微电⼦学技术中独树⼀帜。
CCD已被普遍认为是七⼗年代以来出现的最重要的半导体器件之⼀。
和同样功能的电真空器件相⽐，CCD作为⼀种⾃扫描式光电接收器件，它有体积⼩、重量轻、分辨率⾼、灵敏度⾼、动态范围宽、⼯作电压低、功耗⼩、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场⼲扰和可靠性⾼等⼀系列优点。
因此它在科研、教育、医学、商业、⼯业、军事及消费等诸多领域都得到了⼴泛应⽤，已经成为图像采集及数字化处理必不可少的器件。
信息时代离不开语⾔、⽂字、图像的实时获取与交流。
如果把多媒体、各种⽹络和信息⾼速公路作为⼀个整体，那么CCD是它们的眼睛，是全球实时信息技术的关键器件。
当前我们的CCD⽣产技术相对较弱，也缺乏⼀种完善的测试、评价CCD性能的系统。
⽽CCD的种类越来越多，应⽤越来越⼴，如何正确地选择和使⽤CCD 是我们所要⾯对的问题。
根据我们的调查，还没有发现国内关于如何测试和评价CCD性能⽅⾯的研究结果。
⼆、发展状况CCD图像传感器经过30多年的发展⽬前⼰经成熟。
从最初简单的8像元移位寄存器发展⾄今，⼰经具有数百万甚⾄数千万像元。
CCD技术及相关的测试技术也有了巨⼤的改进。
最早出现的CCD为表⾯沟道型。
该表⾯构造可在Si-SiO2界⾯附近产⽣阻碍电荷运输的“陷阱”，从⽽降低了电荷传输效率。
【结构】CCD图像传感器介绍
【关键字】结构CCD图像传感器介绍CCD（Charge Coupled Device）全称为电荷耦合器件，是70年代发展起来的新型半导体器件。
它是在MOS集成电路技术基础上发展起来的，为半导体技术应用开拓了新的领域。
它具有光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、结构简单、寿命长、性能稳定等优点，故在固体图像传感器、信息存贮和处理等方面得到了广泛的应用。
CCD图像传感器能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展，能给出直观、真实、多层次的内容丰富的可视图像信息，被广泛应用于军事、天文、医疗、广播、电视、传真通信以及工业检测和自动控制系统。
实验室用的数码相机、光学多道分析器等仪器，都用了CCD 作图象探测元件。
一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。
CCD工作时，在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少。
取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。
移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。
将输出信号接到示波器、图象显示器或其它信号保存、处理设备中，就可对信号再现或进行保存处理。
由于CCD光敏元可做得很小（约10um），所以它的图象分辨率很高。
一．CCD的MOS结构及存贮电荷原理CCD的基本单元是MOS电容器，这种电容器能存贮电荷，其结构如图1所示。
以P 型硅为例，在P型硅衬底上通过氧化在表面形成SiO2层，然后在SiO2 上淀积一层金属为栅极，P型硅里的多数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷的电子，当金属电极上施加正电压时，其电场能够透过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引。
于是带正电的空穴被排斥到远离电极处，剩下的带负电的少数载流子在紧靠SiO2层形成负电荷层（耗尽层），电子一旦进入由于电场作用就不能复出，故又称为电子势阱。
当器件受到光照时（光可从各电极的缝隙间经过SiO2层射入，或经衬底的薄P型硅射入），光子的能量被半导体吸收，产生电子-空穴对，这时出现的电子被吸引存贮在势阱中，这些电子是可以传导的。
什么是CCD传感器？CCD的原理是什么？
什么是CCD传感器？CCD的原理是什么？[导读]CCD图像传感器是一种新型半导体器件一电荷祸合器件，是一种MOS集成电路。
它作为一种新型的光电转换型传感器，不但具有体积小、重量轻、功耗小、工作电压低和抗烧毁等优点，而且在分辨率、动态范围、灵敏度、实时传输和自扫描等方面的优越性，也是其他摄像器件无法比拟的。
目前，CCD图像传感器不论在文件复印、传真、零件尺寸的自动测量和文字识别、交通监控等民用领域，还是在空间遥感遥测、水下扫描摄像、图像跟踪制导等军事系统中都发挥着重要作用。
近年来又向图像识别和在线精密检测方面发展。
CCD图像传感器是一种新型半导体器件一电荷祸合器件，是一种MOS集成电路。
它作为一种新型的光电转换型传感器，不但具有体积小、重量轻、功耗小、工作电压低和抗烧毁等优点，而且在分辨率、动态范围、灵敏度、实时传输和自扫描等方面的优越性，也是其他摄像器件无法比拟的。
目前，CCD图像传感器不论在文件复印、传真、零件尺寸的自动测量和文字识别、交通监控等民用领域，还是在空间遥感遥测、水下扫描摄像、图像跟踪制导等军事系统中都发挥着重要作用。
近年来又向图像识别和在线精密检测方面发展。
一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。
CCD(电荷祸合器件)是一种MOS集成器件，是美国贝尔实验室的W.S. Boyle和G.E. Smith在1970年3月的电气电子工程师协会(TEEE)国际会议上首次发表的。
它的基本功能是电荷的转移和电荷的存储。
CCD技术不仅可以制造大容量存储器，还可以使模拟延迟和摄像技术纳入半导体电子轨道。
所以，CCD 一经问世就引起了世界各国的重视。
首先应用在摄像、模拟延迟和大容量存储等三大技术领域。
ccd传感器是数码相机、数码摄像机等器材的核心部件之一，它主要用来将光信号转化为电信号，从而完成数字图像的输入。
ccd传感器是由正负偏压交替分布的大量寄生结场效应管构成的，基本原理就是光子击打ccd芯片时，会产生电荷，ccd控制电路通过对其进行放电，并将其电荷值进行积累，从而产生输出电流，经过数码信号放大电路后，就能将其转换为数码信号，成为数字图像。
ccd图像传感器
CCD图像传感器在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。
现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。
此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。
显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。
许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。
一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。
传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。
世界各国都十分重视这一领域的发展。
相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。
图像传感器的简介CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。
可以称为CCD图像传感器。
CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。
CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。
一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。
CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。
CCD上有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。
经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。
机械量测量中有关形状和尺寸的信息以图像方式表达最为方便。
目前较为实用的图像传感器为电荷耦合器件（Charge Couple Device简称CCD）。
第四章(一)+线阵CCD的应用
短波响应在400 nm处大 于70%；
光谱响应的长波限在 1100nm。
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2.灵敏度
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
R UO HV
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0.06(lx.s)。
间间隔称为积分时间，由于电荷的转移时间很短，可认为电荷转移的周
期便是积分时间，也是光敏元接受光照的时间。如图4-2当移位寄存器中
Ф1为高电平，此时SH脉冲也为高电平使Ф1电极下的深势阱与光敏元的 存储势阱沟通，光敏元里的信号电荷迅速向两边模拟移位寄存器的Ф1电 极控制的MOS单元转移。然后，SH电平变低，形成浅势阱，光敏元与移
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5)积分时间与暗电压的变化关系 TCD1206UD是积分器件，随着积分时间的增长，积累的暗电荷 也随之增长。
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6)TCD1206UD的特性参数
特性参数
符号 最小值 典型值
灵敏度 （响应） R
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像敏单元不均匀性 PRNU —
寄存器不平衡性 RI
—
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TCD1206UD的驱动电路
TCD1206UD的驱动电路如图4-4所示。由晶体振荡器构成的
脉冲信号源产生主时钟ΦM 。ΦM脉冲经可编程逻辑器件 ISPLS1产生ΦSH， Φ1， Φ2， ΦR四路驱动脉冲。在这四路驱 动脉冲的作用下，TCD1206UD输出OS信号及DOS信号。将
（像素）有两个MOS，其中的一个MOS与光敏元相连，并接Ф1 脉冲，另一个不直接与光敏元相连，接Ф2脉冲。其像素数量与光 敏元相同。每个光敏单元的尺寸为14µm长、14µm高，中心距亦 为14µm。光敏元阵列总长30.24mm，光敏元的两侧是用作存储信 号电荷的MOS电容列(图中存储栅)。MOS电容阵列两侧是转移栅 电极SH，转移栅的两侧为CCD模拟移位寄存器，其输出部分由信 号输出单元和补偿输出单元构成。
07-典型面阵CCD图像传感器
位寄存器在各自的驱动脉冲作用下，将第一场的信号逐
行输出。第二场光积分结束，第一场的信号也输出完，
再将第二场的信号送入存储区暂存。接下去，第三场光
积分的同时输出第二场的信号电荷。
奇数场光积分的同时，输出偶数场的信号.
若奇数场是CRVA2电极下的势阱在光积分，则偶数场
CCD输出电路，由一个双栅(直
流栅电压URD和交流栅脉冲ФR)复位
场效应管和用作源极跟随放大器的场 效应管构成。复位管双栅沟道长为 30μm、宽为20μm。放大场效应管沟 道长为10μm、宽为60μm。这两个场
效应管的跨导分别为180μS和600μS
2、工作原理 （配合电视制式）
PAL电视制式—— 隔行扫描，每帧扫描行数为625行，分两场扫描。
11路驱动脉冲：
像敏区的三相交叠驱动脉冲CRVA1、CRVA2、CRVA3 存储区的三相交叠驱动脉冲CRVB1、CRVB2、CRVB3
水平移位寄存器的三相驱动叠脉冲CRH1、CRH2、CRH3
胖零注入脉冲CRIS 复位脉冲RS
6路直流偏置电平（不同的器件要求不同，要做适当调整 ）
复位管及放大管的漏极电平UCD 直流复位栅电平URD 注入直流栅电平UG1与UG2 输出直流栅电平UOG 衬底电平UBB
动态范围取决于势阱能收集的最大电荷量与受噪声限 制的最小电荷量之差。动态范围已超过1000.
噪声：半导体热噪声、CCD芯片上的放大器噪声 暗电流：热激励产生的电子空穴对形成；不同位置的 暗电流不同，造成图像上的固定图形噪声FPN。
本讲小结
• DL32型面阵CCD（掌握）
–结构组成
–视频信号产生过程 –驱动脉冲及各部分的意义（理解）