最新CCD图像传感器汇总

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第七章-CCD光电图像传感器

• 势阱内吸收的光电子数量与入射光势阱附近的光强成正比。一个势阱所吸收集的若干个光生电荷称为一个电荷包。
七、 CCD光电图像传感器
2、 CCD工作原理
电荷存储
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，如果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。如果此时照射在这些光敏单元上是一幅明暗起伏的图像，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。
获得目标尺寸和像素的变换关系根据几何光学原理，被测物体尺寸计算公式为D=np/M
式中： n——覆盖的光敏像素数； p——像素间距； M——倍率。
D
被测物体
成像透镜
CCD
七、 CCD光电图像传感器
5、典型线阵CCD图像传感器 TCD1209D的像敏单元阵列由2075个光电二极管构成，其中
有27个光电二极管（前边D13～D31和后边的D32～D39）被遮蔽，中间的2048个光电二极管为有效的像敏单元。每个像敏单元的尺寸为14µm×14µm，相邻的两个像元的中心距为14µm。像敏单元阵列的总长度为28.672mm。
特性参数
七、CCD光电图像传感器
5、典型线阵CCD图像传感器（2）灵敏度
特性参数
线阵CCD的灵敏度参数定义为单位曝光量(lx.s)的作用下器
件的输出信号电压，即
R UO
式中的UO为线阵CCD输出的信号H电V 压，HV光敏面上的曝光量。
衡量器件灵敏度的参数还常用器件输出信号电压饱和时光敏面
上的曝光量表示，称为饱和曝光量，记为SE。饱和曝光量SE越
电源输出
驱动脉冲
控制脉冲
钳位脉冲复位脉冲TCD1209D原理结构图

图像传感器的最新技术和发展趋势

图像传感器的最新技术和发展趋势关键字：图像传感器 CMOS不管是最新的手机还是大型天文望远镜，固态成像器件几乎能满足目前所有图像捕获的需求。

像素变小能使现有的VGA和数百万像素传感器尺寸减小，但是具有数千万像素的大型静态传感器更容易制造。

在最近几年中，基于CMOS技术的图像传感器已成为消费类产品的选用技术。

在分辨率为VGA到800万像素的成像器件中，它们比电荷耦合器件(CCD)传感器具有更高的成本和性能优势。

不过，在800万像素以上的市场中，CCD仍占绝对优势，因为CCD的噪声更低，灵敏度更高。

CCD传感器在工业和医疗应用中也占据着统治地位，因为这些领域追求的是高帧速率，而不是高分辨率。

芯片架构范围从数千像素的简单线性阵列到数百万像素阵列。

Fairchild Imaging、Fraunhofer-IMS、Hamamatsu、柯达和Saroff Labs都能提供满足这一市场需求的解决方案。

CMOS传感器利用CMOS技术的工艺扩展性能，以及图像处理器和模数转换器(ADC)等更强的集成逻辑功能，来实现一套完整的“片上相机”解决方案。

由于CMOS传感器的像素尺寸已经减小到每边小于3um，因此设计工程师可以在与上一代VGA传感器相同的芯片面积上，设计出更小的VGA分辨率传感器或具有数百万像素的传感器。

在800万像素以上的市场中，CCD仍占绝对优势，因为CCD的噪声更低，灵敏度更高。

另外，在未来几年中，汽车安全应用将开始消费数量巨大的低成本成像器件。

辅助照相机、驾驶员打瞌睡警报、安全气囊及其它应用都将利用图像数据，来更好地保护驾驶员。

光刻和像素设计的进一步发展将提供更好的可扩展性，使设计工程师能设计出具有更高分辨率的器件。

关键挑战在于在光源捕获面积缩小的同时保持像素单元的灵敏度。

此外，如果捕获到的光能量较低，则必须降低背景噪声，以有效保持足够的信噪比。

因此，工艺开发人员必须重点减少半导体材料中固有的热噪声和其它噪声源，以有效提高信噪比。

CCD图像采集解决方案

CCD图像采集解决方案一、背景介绍CCD（Charge-Coupled Device）图像传感器是一种常用于图像采集的器件，其可用于工业、医疗、安防等领域。

为了满足不同应用场景的需求，我们提出了一种CCD图像采集解决方案，旨在提高图像采集的效率和质量。

二、解决方案概述我们的解决方案主要包括以下几个方面：1. CCD图像传感器选择：根据客户需求和应用场景，选择适合的CCD图像传感器。

我们可以根据图像分辨率、动态范围、噪声等指标来进行选择，并提供相应的技术支持。

2. 图像采集系统设计：根据客户需求和应用场景，设计合适的图像采集系统。

这包括图像采集卡、图像处理器、图像存储等组件的选择和配置。

我们可以根据客户的要求进行系统设计，并提供相应的硬件和软件支持。

3. 图像采集软件开发：根据客户需求和应用场景，开发定制的图像采集软件。

这包括图像采集控制、图像预处理、图像保存等功能的开发。

我们可以根据客户的要求进行软件开发，并提供相应的技术支持和培训。

三、解决方案详细介绍1. CCD图像传感器选择根据客户的需求和应用场景，我们可以选择适合的CCD图像传感器。

以下是一些常见的CCD图像传感器类型：- 线阵CCD：适用于需要高速扫描的应用场景，如条码扫描仪等。

- 面阵CCD：适用于需要高分辨率和高质量图像的应用场景，如工业检测、医学影像等。

- 超声波CCD：适用于需要测量距离和位置的应用场景，如智能车辆导航等。

我们可以根据客户的具体需求来选择合适的CCD图像传感器，并提供相应的技术支持和咨询。

2. 图像采集系统设计根据客户的需求和应用场景，我们可以设计合适的图像采集系统。

以下是一些常见的组件和配置：- 图像采集卡：选择适合的图像采集卡，支持高速数据传输和多通道采集。

- 图像处理器：选择适合的图像处理器，支持图像增强、滤波、边缘检测等功能。

- 图像存储：选择适合的图像存储设备，支持大容量存储和高速读写。

我们可以根据客户的具体需求进行系统设计，并提供相应的硬件和软件支持。

【doc】高分辨率CCD图像传感器AS系列

高分辨率CCD图像传感器AS系列光机电售息V ol】2No.j!§9-?41?特点:自动检测试验材料的棱边.大大地减少了精密的重合操作和测定操怍.无数据偏差.采取自动校准.参数:棱边探测原理:利用光探测器检测踞暗.检测方法:自动/手动.再现性:-L-Ipm(采用500倍物呵).最大检测速赛:50mm/sec.扬妹清译自《机械技术》V o!41..No.!向光纤输入光的0FM一02/03接头1特点用激光高效率的入射到光纤中时,光向目的地可以随便移动,连接器是以FC型和可互换的光连接器为标准装置,可以灵活地检查位置以及安装.OFM—O2磁心直径为j0 —1000pm,OFM一03主要用途是单膜光纤用和保持偏振面光纤用的2种类型.2选择1)保持偏振面光纤用波长板安装装置2)各种FC连接器光纤3)光纤准直仪磁头光束选择器一一次转换光轴方向～将一个光源转换到2个光学系统或将二个光源转换到同一个光学系统或可任意转换光束..'在实验室内可用它来组装使用并控制光束方向会聚中心.用棱镜转换使两个光源分别入射到同一方向,由①方向的He-Ne激光入射到A光学系统,棱镜旋转后使②方向韵Ar激光入射到光学系统A中.偏置型使用例子.②用反射镜改变光轴方向,从A方向使激光入射到光学系统①中,旋转反射镜达到光路中以后使该激光入射到角二光学系统中.250型数显功率计在快速响应的变化量的测量中,能够准确读出最大值,特点:测量精度高在宽的波长和较大的功率范围内能够高精度的量.因为传感器内部反射减少测量精度能够更加提高.用数字模拟量和行列式很方便的表示.测定值存储测定值WRITE键可存储数字能达到100个.高分辨率CCD图像传感器AS系列特点:高动态范围对整体像素要用16bit数字补偿偏心和增益改变,不存在拦光和灵敏度下降现象.由于平均处理可以输出16bit数字.用查表自由地变换色调内部安装l5bit--8bit的图表从PC到目前做的事情仅仅是采取所需要的信息.用途:.制版等高精细图像读取x射线薄膜等高浓度图像读取分光器并列光电变换主要规格:像素数:500像素(1像素相当于7tLm,直线)A/D转换:l2bit扫描周期:12.5—37msec转换装置:SCSI.附加功能:脉冲驱动线路,直流驱动线..I■42光机电信息V o1.12.No.】.】995路.吴秀丽译自《光'/叉》No.7.1994李恒顺校图像细分一游标一发生器由于采用了图像细分一游标一发生器,使得CCD摄象机在工业上的应用,明显地扩大了范围.这样,可按保持公差对物体进行检测,或在复杂零件装配时监控公差极限.德国Seitner数据技术有限公司生产出图像细分～游标一发生器.将它与一台单色CCD--摄象机的视频信号连接,便产生四条可自由定位的水平的垂直线.此外,连接两台CCD一摄象机,可使两个图像有所选择地或同时显示.按此方式可以简单地比较两个物体,或从两个侧面进行观察.大舟译自(FMV[》102(1994)i-2手动快速测量的坐标测量仪德国的Brown8LSharpe坐标测量仪器公司最新研制出MicroXcel765型高速坐标测量仪.该产品被认为是手动测量技术中又一个里程碑.整个系统完全是按这样的观点来开发的,即为手工劳动的使用者提供一台坐标测量仪,通过非常方便的操作,更有效地提高生产效率.在这一产品中体现了革新思,即把最简单的操作和高效能结合起来.该产品有几个特点:在Z轴抓手位置安装了"Zmouse"装置,按人类工程学安排工作范围,有图象技术辅助的软件和在温度方面最佳的机器结构.大舟编译自《F8》102(1994)1—2微米级长度分辨的评价电子学系统为了对机械零件进行非接触位置,长度和振动的测量,经常使用定位灵敏的探测器(PSD)它们获取光点的位置并转换为电信号.所出现的光点,在传感器的每个轴上产生二个分流,从中可以计算出它的位置.这时,精度主要取决于评价电子学系统的质量.目前,由Vistek公司提供一种电路, 它在PSD上的分辨能为可达4096个点,这相当于几个微米的定位差.该系统由一块前置放大板,一块信号处理板(12bit,2kHz)和一块用于连接计算机的选择式RS232一接口板构成.主要适用于实验室和小批量的试验. 大舟译自((Elektronik'1211994定位测量的磁性传感器德国的Schaltbau公司推出一种新型结构的磁性传感器MS101,可通过壁面来测定液压活塞在油缸中的位置,该产品是用普通的磁性钢制成的.将分做两部分的磁性系统装在活塞上,其磁流在两个极环距离的长度范围内流经缸壁.如果该长度大于壁厚,则磁场均匀地充满壁面,直至缸体管的外面.在外侧装有一个磁场传感器,该传感器以其用高导磁材料做的核心,分流出一部分磁流,以用作评价.开关位置可通过简单地移动缸体管上的传感器而随时进行调整.不需要有通过壁面的孔,而且,油缸也不再需要用价格昂贵的非磁性不锈钢或铝制成.传感器的形状可根据需要使其不断适合. 大舟译自(Eiektronik》1211994。

CCD图像传感器课件

•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图像传感器

显微镜下的MOS元表面显微镜下的MOS元表面 MOS
CCD结构示意图 CCD结构示意图
CCD图像传感器的结构及工作原理 CCD图像传感器的结构及工作原理
是由规则排列的金属—氧化物—半导体（ CCD 是由规则排列的金属—氧化物—半导体（Metal Semiconductor,MOS）电容阵列组成。 Oxide Semiconductor,MOS）电容阵列组成。
概述
四、固态图像传感器所用的敏感器件
电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD））电荷注入器件（CID）电荷注入器件（）戽链式器件（戽链式器件（BBD））金属氧化物半导体器件（金属氧化物半导体器件（MOS））
CCD图像传感器 CCD图像传感器
CCD，英文全称：ChargeCCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。 Device，中文பைடு நூலகம்称：电荷耦合元件。也称CCD图像传感器，是一种大规模金属 CCD图像传感器，图像传感器氧化物半导体集成电路光电器件，氧化物半导体集成电路光电器件，是贝尔实验室的于1970年发明的。尔实验室的于1970年发明的。 1970年发明的它能够把光学影像转化为数字信号。它能够把光学影像转化为数字信号。
CCD图像传感器的结构及原理 CCD图像传感器的结构及原理
三、信号电荷的传输（读出移位寄存器）信号电荷的传输（读出移位寄存器）读出移位寄存器也是MOS结构，由金属电极、氧化物、读出移位寄存器也是MOS结构，由金属电极、氧化物、半 MOS结构导体三部分组成。它与MOS光敏元的区别在于，导体三部分组成。它与MOS光敏元的区别在于，半导体底 MOS光敏元的区别在于部覆盖了一层遮光层，防止外来光线干扰。部覆盖了一层遮光层，防止外来光线干扰。由三个十分邻近的电极组成一个耦合单元；组成一个耦合单元；在三个电极上分别施加脉冲波三相时钟脉冲 Φ1Φ2Φ3。 Φ1Φ2Φ3。

CCD图像传感器的10大优点

ＣＣＤ（Charged Coupled Device）于１９６９年在贝尔试验室研制成功，之后由日商等公司开始量产，其发展历程已经将近３０多年，从初期的１０多万像素已经发展至目前主流应用的５００万像素。

ＣＣＤ又可分为线型（Linear）与面型（Area）两种，其中线型应用于影像扫瞄器及传真机上，而面型主要应用于数码相机（DSC）、摄录影机、监视摄影机等多项影像输入产品上。

一般认为，ＣＣＤ图像传感器有以下优点：1. 高解析度（High Resolution）：像点的大小为μm级，可感测及识别精细物体，提高影像品质。

从早期1寸、1/2寸、2/3寸、1/4寸到最近推出的1/9寸，像素数目从初期的10多万增加到现在的400～500万像素；2. 低杂讯（Low Noise）高敏感度：ＣＣＤ具有很低的读出杂讯和暗电流杂讯，因此提高了信噪比（SNR），同时又具高敏感度，很低光度的入射光也能侦测到，其讯号不会被掩盖，使ＣＣＤ的应用较不受天候拘束；3. 动态范围广（High Dynamic Range）：同时侦测及分办强光和弱光，提高系统环境的使用范围，不因亮度差异大而造成信号反差现象。

4. 良好的线性特性曲线（Linearity）：入射光源强度和输出讯号大小成良好的正比关系，物体资讯不致损失，降低信号补偿处理成本；高光子转换效率（High Quantum Efficiency ）：很微弱的入射光照射都能被记录下来，若配合影像增强管及投光器，即使在暗夜远处的景物仍然还可以侦测得到；5. 大面积感光（Large Field of View）：利用半导体技术已可制造大面积的ＣＣＤD晶片，目前与传统底片尺寸相当的35mm的ＣＣＤ已经开始应用在数码相机中，成为取代专业有利光学相机的关键元件；光谱响应广（Broad Spectral Response）：能检测很宽波长范围的光，增加系统使用弹性，扩大系统应用领域；6. 低影像失真（Low Image Distortion）：使用CCD感测器，其影像处理不会有失真的情形，使原物体资讯忠实地反应出来；7. 体积小、重量轻：CCD具备体积小且重量轻的特性，因此，可容易地装置在人造卫星及各式导航系统上；8. 低秏电力，不受强电磁场影响；9. 电荷传输效率佳：该效率系数影响信噪比、解像率，若电荷传输效率不佳，影像将变较模糊；10. 可大批量生产，品质稳定，坚固，不易老化，使用方便及保养容易。

第4讲 CCD图像传感器newPPT课件

1.基本结构
CCD基本结构分两部分：（1）MOS（金属—氧化物—半导体）
光敏元阵列；电荷耦合器件是在半导体硅片上制作成百上千（万）个光敏元，一个光敏元又称一个像素，在半导体硅平面上光敏元按线阵或面阵有规则地排列。（2）读出移位寄存器。
传6 感山器西原工理程职及业应技用术学院
CCD结构示意图
二、CCD器件
1、分类
CCD器件分为线阵CCD和面阵CCD，结构上有多种不
同形式，如单沟道CCD、双沟道CCD、帧转移结构CCD、行间转移结构CCD。 ❖ 线阵CCD结构 ➢ 线阵CCD传感器是由一列MOS光敏元和一列移位寄存器并行构成。光敏元和移位寄存器之间有一个转移控制栅，1024位线阵，由1024个光敏元1024个读出移位寄存器组成。读出移位寄存器的输出端Ga一位位输出信息，这一过程是一个串行输出过程。
传19 感山器西原工理程职及业应技用术学院

集散控制系统应用
二、CCD器件
a.线阵型
传20 感山器西原工理程职及业应技用术学院
电荷输出控制波形

集散控制系统应用
二、CCD器件
64位线阵CCD结构
传21 感山器西原工理程职及业应技用术学院
集散控制系统应用
2. 电荷耦合器件的工作原理
CCD
光信息
电脉冲
脉冲只反映一个光敏元的受光情况
脉冲幅度的高低反映该光敏元受光照的强弱
输出脉冲的顺序可以反映一个光敏元的位置
传8 感山器西原工理程职及业应技用术学院
完成图像传感

集散控制系统应用
CCD基本工作原理
信号电荷的产生信号电荷的存贮信号电荷的传输

集散控制系统应用

5.2 传感器技术-CCD图像传感器

传统CCD
超级CCD
5.2 CCD图像传感器
45 °排列结构
由于地球引力等因素影响，图像信息空间频率的功率主要聚集于水平轴和垂直轴，而45°对角线上功率最低。
根据发表的技术资料，超级CCD的这种排列方式，感光时可以达到传统CCD两倍的分辨力。
正八角形的像素外形
用八角形像素单元取代传统矩形单元，使像素空间效率显著提高、密度达到最大，从而可以使光吸收效率得到显著提高。
5.2 CCD图像传感器
机器人：计算机视觉、机械视觉
5 光电式传感器
5.2.1 CCD的结构及工作原理
CCD的基本功能是电荷的产生、存储、转移和输出。
一个完整的CCD器件由光敏元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。
一个MOS电容器就是一个光敏元，可以感应一个像素点，那么传递一幅图像就需要多个MOS 光敏元大规模集成的器件。
5.2.4 CCD图像传感器的应用 ➢ CCD数码照相机
数码相机简称DC，它采用CCD作为光电转换器件，将被摄物体的图像以数字形式记录在存储器中。
数码相机从外观看，也有光学镜头、取景器、对焦系统、光圈、内置电子闪光灯等，但比传统相机多了液晶显示器（LCD），内部更有本质的区别，其快门结构也大不相同。
将其感光面上的光像转换为与光像成相应比例的电信号“图像”的一种功能器件。固态图像传感器是一种高度集成的半导体光电器件，在一个器件上可以完成光电信号转换、传输和处理。
5 光电式传感器
5.2 CCD图像传感器
CCD （Charge Coupled Device )全称电荷耦合器件，是 1970年贝尔实验室的威拉德 ·博伊尔 (Willard S. Boyle )和乔治·史密斯 (George E. Smith )发明的。

第五章 CCD 图像传感器..

同电子束摄像管相比，固体图象传感器有以下显著优点： (1) 全固体化，体积很小，重量轻，工作电压和功耗都很低；耐冲击性好．可靠性高，寿命长。 (2)基本上不保留残象，无象元烧伤、扭曲，不受电磁干扰。 (3) 红外敏感性。硅的 SSPA 光谱响应： 0.20~1.0 ； CCD 可作成红外敏感型； CID 主要用于光谱响应大于 3~5 微米的红外敏感器件。 (4) 象元尺寸的几何位置精度高 ( 优于 1微米 ) ，因而可用于不接触精密尺寸测量系统。 (5)视频信号与微机接口容易主要应用领域：①小型化黑白 /彩色 TV摄象机；②传真通讯系统； ③ 光学字符识别（ OCR: Optical Character Recognition ）；④工业检测与自动控制；⑤医疗仪器；⑥ 多光谱机载和星载遥感；⑦天文应用；⑧军事应用。
5.1 CCD图像传感器
电荷的转移（耦合）
电荷的转移（耦合）
第一个电极保持10V，第二个电极上的电压由 2V变到10V，因这两个电极靠得很紧(间隔只有几微米)，它们各自的对应势阱将合并在一起。原来在第一个电极下的电荷变为这两个电极下势阱所共有。若此后第一个电极电压由10V变为2V，第二个电极电压仍为10V，则共有的电荷转移到第二个电极下的势阱中。这样，深势阱及电荷包向右移动了一个位置。 CCD电极间隙必须很小，电荷才能不受阻碍地自一个电极转移到相邻电极。对绝大多数CCD， 1μm的间隙长度是足够了。
光线
读出移位寄存器的工作原理是依靠MOS电容与其电子势阱的存储电荷作用，以及改变栅压高低可以使势阱内电荷包逐个势阱转移的效应。当 MOS电容栅压VG增高时，在半导体内部被排斥的电荷数也增加，耗尽层厚度增加，半导体内电势越低，电子则向耗尽层移动、存储象对电子的陷阱一样，称为电子势阱。电子势阱可以用来存放电子。其特点是：当VG增加，势阱变深；当 VG减小，势阱变浅，电子向势阱深处移动。

CCD图像传感器

线型CCD图像传感器可以直接接收一维光信息，不能直接将二维图像转变为视频信号输出。为了得到整个二维图像的视频信号，就必须用扫描的方法。线型CCD图像传感器主要用于测试、传真和光学文字识别技术等方面。
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图像传感器详解

CCD图像传感器详解CCD图像传感器CCD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存储、处理设备中，就可对信号再现或进行存储处理。

于CCD光敏元可做得很小，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，电子一旦进入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。

光越强，势阱中收集的电子越多，光弱则反之，这样就把光的强弱变成电荷的数量，实现了光与电的转换，而势阱中收集的电子处于存贮状态，即使停止光照一定时间内也不会损失，这就实现了对光照的记忆。

CCD与CMOS图像传感器特点比较

一、CCD图像传感器
CCD，也被称为电荷耦合器件，是一种特殊的半导体器件，其基本原理是在半导体上通过一系列的电荷感应和电荷转移过程来生成图像。这种传感器的主要优点包括高灵敏度、低噪声、出色的色彩再现能力和相对较高的图像质量。
1、高灵敏度和低噪声：CCD的独特设计使其对光线非常敏感，而且能够将入射的光线转化为电荷，从而在图像传感器中形成明暗对比。同时，其低噪声特性使得图像的细节和清晰度得以保持。
CMOS与CCD图像传感器的未来发展趋势
随着技术的不断进步，CMOS和CCD图像传感器都在不断发展，以适应不断变化的应用需求。在未来，这两种传感器的发展趋势可能包括：
1、CMOS传感器的高性能化：随着CMOS制造工艺的不断进步，CMOS传感器的性能将得到进一步提升。例如，通过改进像素结构、增加读取速度等方式，可以使得CMOS传感器在高分辨率、高灵敏度和高速读取等方面取得更好的表现。
2、色彩再现能力出色：CCD的Bayer滤波器设计可以提供优秀的色彩再现，从而在色彩要求高的应用中，如彩色摄影和视频拍摄中表现出色。
3、图像质量较高：由于CCD的电荷转移特性，其可以提供较高的图像分辨率和对比度，从而在图像的清晰度和细节方面表现出色。
二、CMOS图像传感器
CMOS，全称互补金属氧化物半导体，是一种常见的半导体制造工艺，被广泛应用于各种电子设备中。在图像传感器领域，CMOS因其低功耗、高集成度和低成本等优点而得到广泛应用。
3、实时图像处理能力：CMOS传感器通常与处理电路一起使用，可以实时进行图像处理，这在一些需要即时反应的应用中非常有用，例如在无人驾驶汽车或无人机中。
参考内容
引言
图像传感器在许多领域都有广泛应用，如摄影、监控、医疗成像和科学仪器等。在图像传感器市场上，CMOS和CCD是最常见的两种技术，它们各有优缺点，各有适用的场景。本次演示将对CMOS和CCD图像传感器进行比较研究，并探讨它们的未来发展趋势。

TDI-CCD图像传感器

TDI-CCD图像传感器
TDI-CCD（Time Delay Integration - Charge-Coupled Device）图
像传感器是一种用于高速图像捕捉和低光条件下的图像采集的传感
器技术。

TDI-CCD传感器通过将多个像素的输出进行累加来延长曝光时间，
从而提高图像质量。

它的工作原理类似于传统的CCD传感器，但具
有额外的时间延迟积分功能。

在传统的CCD传感器中，每个像素在曝光期间只能采集一次光信号，而在TDI-CCD传感器中，每个像素在整个曝光过程中都会持续采集
光信号。

这是通过将图像传感器的输出与移动的光线成像线进行匹
配来实现的。

TDI-CCD传感器通常由多个线性阵列组成，每个线性阵列都包含数
百到数千个像素。

当图像被投影到传感器上时，每个像素都会在整
个曝光过程中持续采集光信号，并将其传递到下一个像素，最终形
成一个累加的图像。

由于每个像素都可以持续采集光信号，TDI-CCD传感器在低光条件
下具有较高的灵敏度和较低的噪声水平。

这使得它们非常适用于需
要高质量图像的应用，例如卫星遥感、医学成像和工业检测。

总体而言，TDI-CCD图像传感器通过将多个像素的输出进行累加来
延长曝光时间，从而提高图像质量。

它在高速图像捕捉和低光条件
下具有广泛的应用前景。

CCD固态图像传感器传感器课件

对成像质量的影响
CCD固态图像传感器的性能直接影响到成像的质量。其分辨率、灵敏度、动态范围等参数决定了图像的清晰度、色彩准确性和细节表现。
在自动化和机器人领域的应用
随着自动化和机器人技术的快速发展，CCD固态图像传感器在定位、识别、导航等方面发挥着越来越重要的作用，推动了相关行业的进步。
技术发展与市场需求的相互促进
市场发展
技术创新推动CCD固态图像传感器市场不断扩大，应用领域从传统的摄影和摄像领域拓展到医疗、安全监控、无人驾驶等新兴领域。
新型应用领域的拓展
医疗领域
随着医疗设备的高端化和智能化，CCD固态图像传感器在医疗领域的应用越来越广泛，如内窥镜、显微镜和医学影像诊断等。
安全监控领域
CCD固态图像传感器的高分辨率、低噪声和快速响应等特点使其成为安全监控领域的理想选择，广泛应用于视频监控、人脸识别和交通监控等领域。
光子能量与电子-空穴对数量关系
光子能量越高，产生的电子-空穴对数量越多，从而在像素中形成更多的电荷。
光电转换效率
不同波长的光线具有不同的光电转换效率，因此CCD传感器对不同颜色的敏感度不同。
信号电荷的产生与转移
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信号电荷的产生
在光电转换过程中，电子空穴对被半导体材料捕获并形成信号电荷。
低噪声性能
总结词
CCD固态图像传感器具有低噪声性能，能够降低图像中的随机噪声和干扰，提高图像的信噪比和稳定性。
详细描述
CCD固态图像传感器采用电荷耦合技术，能够有效地将信号电荷传输到放大器中，避免了传统传感器中的热噪声和散粒噪声等问题。此外，其低噪声性能还能够在高帧频下实现连续稳定的图像采集。
未来挑战