ccd基本原理與發(fā)展?fàn)顩rppt課件

1、CCD傳感器及其開展情況 學(xué)生姓名：高志帆 指點(diǎn)教師：雷俊峰 教授 2021年 11月 22日光電器件及系統(tǒng).概述 CCDCharge Coupled Devices:電荷耦合器件圖像傳感器是20世紀(jì)70年代初開展起來的一種新型半導(dǎo)體集成光電器件。 它的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號，而不同于其它大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號。.光學(xué)系統(tǒng) CCD 圖像處置.內(nèi)容提綱CCD傳感器的根本原理CCD傳感器的構(gòu)造類型CCD傳感器的開展情況 .CCD的最根本單元MOS電容器是構(gòu)成CCD的最根本單元是，它是金屬氧化物半導(dǎo)體MOS器件中構(gòu)造最為簡單的。 金屬電極氧化物半導(dǎo)體MOS電容器一、CCD傳感器的根本原理

2、.1、信號電荷的產(chǎn)生 CCD任務(wù)過程的第一步是電荷的產(chǎn)生。CCD可以將入射光信號轉(zhuǎn)換為電荷輸出，根據(jù)的是半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)也就是光生伏特效應(yīng)。.信號電荷的產(chǎn)生表示圖金屬電極氧化物半導(dǎo)體e-e-e-e-e-e-e-光生電子入射光MOS電容器. CCD任務(wù)過程的第二步是信號電荷的搜集，就是將入射光子鼓勵(lì)出的電荷搜集起來成為信號電荷包的過程。2、信號電荷的存儲(chǔ).信號電荷的存儲(chǔ)表示圖e-e-勢阱入射光MOS電容器+UGe-e-e-e-e-e-+Uthe-e-勢阱入射光MOS電容器+UGe-e-e-e-e-e-+UthUG Uth 時(shí). CCD任務(wù)過程的第三步是信號電荷包的轉(zhuǎn)移，就是將所搜集起來的電荷包

3、從一個(gè)像元轉(zhuǎn)移到下一個(gè)像元，直到全部電荷包輸出完成的過程。3、信號電荷的傳輸耦合. 一個(gè)像素溝阻，定義了圖像區(qū)的列平面圖 圖示為CCD成像區(qū)的一小部分幾個(gè)像素。圖像區(qū)中這個(gè)圖案是反復(fù)的。.三相CCD的電荷轉(zhuǎn)移過程表示圖電荷包轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)脈沖 像元Pn 轉(zhuǎn)移方向 像元Pn+1像元Pn+2. CCD任務(wù)過程的第四步是電荷的檢測，就是將轉(zhuǎn)移到輸出級的電荷轉(zhuǎn)化為電流或者電壓的過程。 輸出類型，主要有以下三種： 1電流輸出 2浮置柵放大器輸出 3浮置分散放大器輸出 4、信號電荷的檢測.ODOSRDRSW輸出節(jié)點(diǎn)襯底輸出FET復(fù)位FET相加阱20mm輸出漏極 (OD)輸出源極 (OS)輸出管柵極輸出節(jié)點(diǎn)電容R

4、復(fù)位漏極 (RD)相加阱 (SW)串行存放器最后的幾個(gè)電極末級電極典型 CCD 片內(nèi)放大器的顯微照片和片內(nèi)放大器的線路圖.+5V0V-5V+10V0VRSWVoutODOSRDRSW復(fù)位FET相加阱串行存放器的末端Vout 丈量過程由復(fù)位開場，復(fù)位會(huì)把前一個(gè)電荷包的電荷去除掉 。輸出節(jié)點(diǎn)輸出FET.+5V 0V-5V+10V 0VRSWVout 電荷保送到相加阱。 此時(shí)，Vout 是參考電平。在這個(gè)期間，外部電路丈量參考電平。.+5V 0V-5V+10V 0VRSWVout 相加阱將電荷保送到輸出節(jié)點(diǎn)電容， Vout下降到信號電平。.+5V 0V-5V+10V 0VRSWVout 外部電路對

5、Vout 進(jìn)展采樣，所采樣的Vout電平與信號電荷包中的電荷濃度成正比。 至此，完成了信號電荷包的丈量。.CCD的任務(wù)過程表示圖背照明光輸入1電荷生成2電荷存儲(chǔ)3電荷轉(zhuǎn)移復(fù)位輸出4電荷檢測半導(dǎo)體 CCD傳感器.二、CCD傳感器的構(gòu)造類型 按照像素陳列方式的不同，可以將CCD分為線陣和面陣兩大類。.1線陣CCD 轉(zhuǎn)移次數(shù)多、效率低。只適用于像素單元較少的成像器件。 轉(zhuǎn)移次數(shù)減少一半，它的總轉(zhuǎn)移效率也提高為原來的兩倍。轉(zhuǎn)移柵像敏單元CCD移位存放器像敏單元轉(zhuǎn)移柵轉(zhuǎn)移柵 單溝道線陣CCD 雙溝道線陣CCD .線陣CCD每次掃描一條線為了得到整個(gè)二維圖像的視頻信號，就必需用掃描的方法實(shí)現(xiàn)。.2面陣CC

6、D 按照一定的方式將一維線陣CCD的光敏單元及移位寄作器陳列成二維陣列。就可以構(gòu)成二維面陣CCD。.幀轉(zhuǎn)移面陣CCD構(gòu)造圖程度讀出存放器遮光.優(yōu)點(diǎn)：電極構(gòu)造簡單，感光區(qū)面積可以很小。缺陷：需求面積較大大暫存區(qū)。幀轉(zhuǎn)移面陣CCD任務(wù)過程.隔列轉(zhuǎn)移面陣CCD構(gòu)造圖光敏區(qū).優(yōu)：轉(zhuǎn)移效率大大提高。缺：構(gòu)造較為復(fù)雜。隔列轉(zhuǎn)移面陣CCD任務(wù)過程.面陣CCD同時(shí)曝光整個(gè)圖像.常用面陣CCD尺寸系列尺寸靶面尺寸寬高對角線1英寸12.7mm9.6mm16mm2/3英寸8.8mm6.6mm11mm1/2英寸6.4mm4.8mm8mm1/3英寸4.8mm3.6mm6mm1/4英寸3.2mm2.4mm4mm.三、CC

7、D傳感器開展情況一概述 自1970年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室勝利研制第一只電荷耦合器件CCD以來，依托業(yè)已成熟的MOS集成電路工藝， CCD技術(shù)得以迅猛開展。 其運(yùn)用涉及到航空、航天、遙感、衛(wèi)星偵查、天文觀測、通訊、交通、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人視覺、新聞、廣播、金融、醫(yī)療、出版、印刷、紡織、醫(yī)學(xué)、食品、照相、文教、公安、捍衛(wèi)、家電、旅游等各個(gè)領(lǐng)域。.二CCD消費(fèi)廠家 目前有才干消費(fèi) CCD 的國外廠家有：國家廠家日本SONY，F(xiàn)UJIFILM（富士膠片），Panasonic，SANYO，Sharp美國Kodak（柯達(dá)），貝爾實(shí)驗(yàn)室荷蘭Philips法國湯姆遜無線電公司（CSF），EEV 公司英國英國

8、通用電氣公司（GEC）.我國的CCD研制任務(wù)起步較晚，目前整體落后于日歐美等國，但是開展?jié)摿艽蟆?嫦娥二號攜帶的CCD立體攝像機(jī). 提高分辨率與單純添加像素?cái)?shù)之間存在著一種矛盾。富士公司對人類視覺進(jìn)展了全面研討，研制出了超級CCD ( Super CCD) 。三特殊CCD的開展1.超級CCD 傳統(tǒng)CCD 超級CCD . 由于地球引力等要素影響，圖像信息空間頻率的功率主要聚集于程度軸和垂直軸，而45對角線上功率最低。 根據(jù)富士公司發(fā)表的技術(shù)資料，超級CCD的這種陳列方式，感光時(shí)可以到達(dá)傳統(tǒng)CCD兩倍的分辨力。45 陳列構(gòu)造. 用八角形像素單元取代傳統(tǒng)矩形單元，使像素空間效率顯著提高、密度到達(dá)最

9、大，從而可以使光吸收效率得到顯著提高。正八角形的像素外形.超級CCD的性能提升分辨力 獨(dú)特的45蜂窩狀像素陳列，其分辨力比傳統(tǒng)CCD 高60%。感光度、信噪比、動(dòng)態(tài)范圍 像敏元光吸收效率的提高使這些目的明顯改善，在300 萬像素時(shí)提升達(dá)130% 。彩色復(fù)原 由于信噪比提高，且采用專門LSI 信號處置器， 彩色復(fù)原才干提高50%。. 截止2021年2月4日，日本富士公司已研發(fā)了8代超級 CCD。Super CCD EXR.2.四色感應(yīng) CCD 傳統(tǒng)三原色CCDSony發(fā)布的四色感應(yīng)CCD-ICX456 新增的這個(gè)顏色加強(qiáng)了對自然風(fēng)景的解色才干，讓綠色這個(gè)層次可以發(fā)明出更多的變化。.四CCD的開展趨勢 高分辨率 目前CCD像元數(shù)已從100萬像元提高到2000萬像元以上