CCD的基本工作原理解析

會(huì)計(jì)學(xué)1CCD的基本工作原理解析一、電荷存儲(chǔ)

構(gòu)成CCD的基本單元是MOS(金屬－氧化物－半導(dǎo)體)MOS電容存儲(chǔ)信號(hào)電荷的容量為：第1頁(yè)/共22頁(yè)

二、電荷轉(zhuǎn)移第2頁(yè)/共22頁(yè)二、電荷轉(zhuǎn)移第3頁(yè)/共22頁(yè)二、電荷轉(zhuǎn)移第4頁(yè)/共22頁(yè)三、電荷的注入和檢測(cè)第5頁(yè)/共22頁(yè)三、電荷的注入和檢測(cè)光注入電注入

CCD攝像器件的光敏單元為光注入方式當(dāng)光照射到CCD硅片上時(shí)，在柵極附近的半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子－空穴對(duì)，其多數(shù)載流子被柵極電壓排開，少數(shù)載流子則被收集在勢(shì)阱中形成信號(hào)電荷。光注入電荷為第6頁(yè)/共22頁(yè)

半導(dǎo)體的光吸收過程也就是光照產(chǎn)生載流子的過程。光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的過程實(shí)際上還包括對(duì)空間連續(xù)的光強(qiáng)分布進(jìn)行空間上分立的采樣過程。第7頁(yè)/共22頁(yè)四、電荷的檢測(cè)(輸出方式)電流輸出浮置擴(kuò)散放大器輸出浮置柵放大器輸出第8頁(yè)/共22頁(yè)CCD像感原理一、工作原理將二維光學(xué)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變成一維視頻信號(hào)輸出兩大類型：線型面型像敏面將照在每一像敏單元上的圖像照度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樯贁?shù)載流子密度信號(hào)存儲(chǔ)于像敏單元(MOS電容)中，然后再轉(zhuǎn)移到CCD的移位寄存器(轉(zhuǎn)移電極下的勢(shì)阱)中，在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下順序地移出器件，成為視頻信號(hào)。第9頁(yè)/共22頁(yè)1、線型CCD攝像器件的兩種基本形式⑴單溝道線陣ICCD第10頁(yè)/共22頁(yè)⑵雙溝道線陣ICCD第11頁(yè)/共22頁(yè)2、面陣ICCD⑴幀傳輸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單2.光敏元尺寸小3.MTF較高4.光敏面積占總面積的比例小第12頁(yè)/共22頁(yè)⑵行間傳輸結(jié)構(gòu)第13頁(yè)/共22頁(yè)⑶線傳輸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.有效光敏面積大2.轉(zhuǎn)移速度快3.轉(zhuǎn)移效率高4.電路較復(fù)雜第14頁(yè)/共22頁(yè)CCD攝像機(jī)簡(jiǎn)介CCD攝像機(jī)輸出信號(hào)的制式應(yīng)與監(jiān)視器的制式相同

25幀50場(chǎng)掃描行數(shù)575

奇場(chǎng)1、3、5……575

偶場(chǎng)2、4、6……576

場(chǎng)正程時(shí)間18.4ms,場(chǎng)逆程時(shí)間1.6ms

行正程時(shí)間52us,行逆程時(shí)間12us第15頁(yè)/共22頁(yè)ICCD的基本特性參數(shù)1、光電轉(zhuǎn)換特性電荷包是由入射光子被硅襯底吸收產(chǎn)生的少數(shù)載流子形成的。因此，它具有良好的光電轉(zhuǎn)換特性。轉(zhuǎn)換因子第16頁(yè)/共22頁(yè)2、光譜響應(yīng)正面光照與背面光照第17頁(yè)/共22頁(yè)3、動(dòng)態(tài)范圍⑴勢(shì)阱中的最大信號(hào)電荷量⑵噪聲噪聲源：①輸入；②轉(zhuǎn)移；③輸出第18頁(yè)/共22頁(yè)4、暗電流產(chǎn)生暗電流的主要原因有：⑴耗中盡層的硅襯底電子自價(jià)帶至導(dǎo)帶的本征躍遷。⑵少數(shù)載流子在中性體內(nèi)的擴(kuò)散⑶來自SiO2界面和基片之間的耗盡區(qū)⑷Si－SiO2界面表面引起的暗電流一般而言，以第三種原因產(chǎn)生的暗電流為主。此外，溫度影響。據(jù)計(jì)算，溫度降低10℃，暗電流下降1/2第19頁(yè)/共22頁(yè)5、分辨率