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CCD工作原理与介绍

  • 分类:新闻资讯
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  • 发布时间:2022-03-10 17:48
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【概要描述】

CCD工作原理与介绍

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CCD是贝尔实验室W.S. Boyle和G.E.Smith于1970年发明,由于它有光电转换、信息存储、延时和将电信号按顺序传送等功能,且集成度高,功耗低,因此得到飞速发展。CCD是图像采集及数字化处理必不可少的关键器件,广泛应用于科学、教育、医学、商业、工业、军事和消费领域。

CCD系统主要包括光学系统(微镜头),CCD及图像处理模块,部分还包括滤色片。

比喻:CCD就像人的视网膜,镜头相当于人的眼球,图像(信号)处理器相当于大脑。

基本原理

CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS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电容器阵列就构成了CCD芯片。

 

CCD工作过程有四个,原理示意图如下图。

(1)信号电荷产生;

(2)信号电荷存储;

(3)信号电荷传输;

(4)信号电荷检测与输出。

(1)信号电荷产生

CCD工作过程第一步是电荷的产生。CCD可以将入射光信号转换为电荷输出,原理是半导体内光电效应(光生伏特效应)。MOS(金属-氧化物-半导体)电容器是构成CCD的最基本单元。

(2) 信号电荷的存储

CCD工作过程第二步是信号电荷的收集,就是将入射光子激励出的电荷收集,就是将入射光子激励出的电荷收集起来成为信号电荷包的过程。

(3)CCD电荷传输(耦合)

CCD工作过程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。

如下图所示为三相CCD中电荷的转移过程。

(4)信号电荷检测与输出

CCD工作过程的第四步是电荷的检测,就是将转移到输出级的电荷转化为电流或者电压的过程。输出类型主要有以下三种:电流输出、浮置栅放大器输出和浮置扩散放大器输出。

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