光電信息轉(zhuǎn)換集成器件CCD課件

1、 CCD它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基礎(chǔ)度高，制造工序少，功耗低，信噪比好等優(yōu)點(diǎn)。CCD有線陣和面陣二種，CCD是一種半導(dǎo)體集成器件，它由MOS光敏元、移位寄存器、電荷轉(zhuǎn)移柵等部分組成。一MOS光敏元的工作原理 所謂MOS結(jié)構(gòu)；一般都以硅作為半導(dǎo)體襯底，在其上熱生長(zhǎng)一層二氧化硅(SiO2)，并在二氧化硅上面淀積具有一定形狀的金屬層。因?yàn)樗怯山饘?M)氧化物(O)半導(dǎo)體(S)三層所組成，故稱(chēng)MOS結(jié)構(gòu)。 二移位寄存器 移位寄存器由金屬電極、氧化物介質(zhì)及半導(dǎo)體三部分組成，也是MOS結(jié)構(gòu)，它不能使它受光照射，應(yīng)防止外來(lái)光線的干擾。上一節(jié)三光敏單元中的電荷向移位寄存器轉(zhuǎn)移 現(xiàn)在來(lái)說(shuō)明光敏單元中的電荷是怎樣轉(zhuǎn)移(

2、讀出)至移位寄存器的。 如圖，光敏區(qū)中產(chǎn)生的電荷，由轉(zhuǎn)移門(mén)Z控制轉(zhuǎn)移至a1、a2、-an極下的勢(shì)阱。但如何解決光敏區(qū)中的光敏單元數(shù)與移位寄存器的傳輸單元數(shù)相等，而轉(zhuǎn)移電極2只有一個(gè)矛盾呢?現(xiàn)以A-A截面的電極為例進(jìn)行分析。把A-A截面的電極旋轉(zhuǎn)900后畫(huà)于圖3.2.2-5。由圖中可看出，從t0到t2光敏單元a1中的電荷已轉(zhuǎn)移至a1極下的勢(shì)階。同理，光敏單元a1、a2an中的電荷同時(shí)轉(zhuǎn)移至 a1、a2an極下的勢(shì)阱。這是一個(gè)平行轉(zhuǎn)移的過(guò)程。 由于t2以后轉(zhuǎn)移電極Z上的電壓恢復(fù)為零，相當(dāng)于把光敏區(qū)和移位寄存器之間的“門(mén)”阻塞。自t3以后，光敏單元又重新進(jìn)行光積累(光積分)，3.2.2 電荷耦合器（

3、CCD）移位寄存器a1、b1 、c1；a2、b2 、c2；- an、bn 、cn等進(jìn)行移位(電荷傳輸)，各自執(zhí)行自己的任務(wù)。 光敏單元a1中的電荷不移至b1和c1極下，是靠制造適當(dāng)?shù)臏系兰癰1、c1極上加適當(dāng)?shù)碾妷簛?lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)tt 1時(shí)，轉(zhuǎn)移電極Z上加正脈沖，這時(shí)UaU，Ub0，Uc0，即這時(shí)b1、c1極下不產(chǎn)生勢(shì)阱，因此a1中的電荷沿溝道轉(zhuǎn)移至a1極下的勢(shì)阱。 上述光敏區(qū)中的電荷信號(hào)靠移位寄存器傳輸給輸出二極管讀出，故移位寄存器一般稱(chēng)它為讀出寄存器。六CCD在動(dòng)態(tài)測(cè)量直徑中的應(yīng)用 CCD動(dòng)態(tài)測(cè)量細(xì)絲直徑的原理如圖3.2.2-7所示。 設(shè)所用的CCD有N0個(gè)光敏元，每個(gè)光敏元的大小為13，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為N，則細(xì)絲直徑D為： D13（N0-N） 在上述測(cè)量中，由于是用脈沖計(jì)數(shù)測(cè)量，故光源的波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度影響不大，細(xì)絲的抖動(dòng)也不影響測(cè)量精度，故可達(dá)到較高的測(cè)量精度。如需要測(cè)量達(dá)到更高的分辨率，可用光學(xué)放大，如圖3.2.2-8所示。如k=x/y=1/13，則實(shí)際上放大了13倍，此時(shí) D13k(N0-N0=(