【正文】 。 CCD的積分靈敏度常用每單位曝光量下輸出信號(hào)電壓值表示 。 目前多數(shù) CCD的像元都是采用光電二極管結(jié)構(gòu) ， 與 MOS像元結(jié)構(gòu)相比 ， 其對(duì)藍(lán)光的響應(yīng)度較高 。 由于MOS電容存儲(chǔ)電荷量是有限的 ， 故當(dāng)入射照度大于 100 lx，輸出信號(hào)電壓達(dá)飽和狀態(tài) 。 所以對(duì)二相 CCD， 要求 t0 ≤ T/2， 即： 為工作頻率的上限 。 故有 。 為了避免熱激發(fā)所產(chǎn)生的少數(shù)載流子對(duì)信號(hào)電荷的影響 ，信號(hào)電荷從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極的轉(zhuǎn)移時(shí)間 t1必須小于少數(shù)載流子的平均壽命 τ 。 使 CCD中信號(hào)電荷在移位寄存器中轉(zhuǎn)移的時(shí)鐘脈沖頻率即為工作頻率 。 nQnQ ?)0()( ?影響 η的主要因素是界面態(tài)對(duì)電荷的俘獲。 所以若要保證總效率在 90%以上 ， 要求 η 達(dá) 。 對(duì)于一個(gè)二相 CCD移位寄存器 ， 若移動(dòng) m位 ， 則 n=2m。 二 、 電荷耦合器件的性能參數(shù) 定義為每一次轉(zhuǎn)移后，到達(dá)下一個(gè)勢(shì)阱中的電荷與原來勢(shì)阱中的電荷量之比為轉(zhuǎn)移效率。 存儲(chǔ)區(qū)的信號(hào)電荷逐行移進(jìn)移位寄存器 ， 再?gòu)淖蟮接逸敵龀梢曨l信號(hào) 。 之后向存儲(chǔ)區(qū)轉(zhuǎn)移 。 SH、 ?1 、 ?2 、 RS 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的關(guān)系如圖： 面陣 CCD結(jié)構(gòu)如圖： 像敏區(qū)是接收光學(xué)圖像的 ，存儲(chǔ)器和水平移位寄存器是蔽光的 。這樣在 OG、 RS的作用下 ， OS端相繼輸出與光信號(hào)成正比的離散脈沖序列 。 當(dāng)復(fù)位脈沖 RS為低電平時(shí) ， N區(qū)中的信號(hào)電荷控制輸出管 T2， 使 OS輸出一個(gè)信號(hào)脈沖 。 兩路光生電荷在這里按光敏元的順序交替輸出 。 兩相 CCD移位寄存器電荷串行傳輸如圖： 當(dāng)前面的 SH的電平由高變低時(shí) ，低電平形成勢(shì)壘 ， 使光敏區(qū)與電極隔離 ， 之后 ， ?1 、 ?2 交替變化 ， 信號(hào)電荷就沿著確定的方向從左到右傳輸 ， 移向輸出端 。 這樣就使光敏區(qū)與移位寄存器連通 ， 電路設(shè)計(jì)使得偶數(shù)光敏元的電荷轉(zhuǎn)向 CCDA， 奇數(shù)光敏元電荷轉(zhuǎn)向 CCDB。 光積分一定時(shí)間后 ， SH變?yōu)楦唠娖?（ 比 PG高一倍 ） ，形成更深的勢(shì)阱 。 光電柵極 PG緊靠著光敏二極管 ， PG上加有一定正電壓 ，以便在 PG下形成一勢(shì)阱 ， 收集并存儲(chǔ)光生少數(shù)載流子（ 電子 ） 。 每個(gè)電極與其下面的 SiO2層和 Si單晶構(gòu)成 MOS結(jié)構(gòu) 。 耗盡區(qū)對(duì)少數(shù)載流子 （ 電子 ） 來說象一個(gè) “ 阱 ” ， 稱為勢(shì)阱 ， 能起收集電子的作用 ， 所加 偏壓越大 ， 勢(shì)阱就越深 ， 存貯電子能力越大 。 在電極上加正偏壓 （ 若是 N型硅襯底則加負(fù)偏壓 ） ， 電場(chǎng)穿過 SiO2薄層 ， 排斥 P型硅中的多數(shù)載流子 — 空穴 ， 在SiO2下形成耗盡區(qū) （ 無載流子的本征區(qū) ） 。 轉(zhuǎn)移柵和移位寄存器由 MOS電容構(gòu)成 ， 是蔽光的 。 CCDA、 CCDB 是 雙列 CCD移位寄存器 。 光敏元的兩側(cè)是用作存儲(chǔ)光生電荷的 MOS電容陣列 。 雙列兩相線陣 CCD結(jié)構(gòu)： 主要由光敏區(qū) 、轉(zhuǎn)移柵和移位寄存器組成 。 目前常用 2048光敏元以上的線陣列 。 下面以 2048像元的雙列兩相線陣 CCD為例 ， 討論 CCD的結(jié)構(gòu)原理 。 按使用場(chǎng)合的不同有彩色和黑白 CCD芯片之別 ， 目前 ， 絕大部分面陣CCD是以整機(jī)的形式投放市場(chǎng) 。 面陣 CCD器件像元排列為一平面 ， 它包含若干行和列的結(jié)合 。 CCD有線陣和面陣之分 。 品牌 .自主創(chuàng)新 .ppt 一、 CCD結(jié)構(gòu)工作原理 電荷耦合器件突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào) ， 而不同于其它大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號(hào) 。 ⑤ 光敏元間距的位置精確 ， 可獲得很高的定位和測(cè)量精度 。 ③ 有很高的空間分辨率 。 CCD具有以下一些特點(diǎn)： ① CCD器件是一種固體化器件 ， 體積小 ， 重量輕 ， 功耗低 ， 耐沖擊性好 ， 可靠性高 ， 壽命長(zhǎng) 。 鑒于美國(guó) MOS器件工藝及硅材料研究的雄厚基礎(chǔ) ，這種新型器件的設(shè)想很快得到了實(shí)現(xiàn) 。美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室 時(shí) ， 發(fā)現(xiàn)了電荷通過半導(dǎo)體勢(shì)阱發(fā)生轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象 ， 提出了電荷耦合這一新概念和一維 CCD器件模型 。 167。 在攝像管中 ， 動(dòng)態(tài)范圍的下限受噪聲的限制 ， 而上限則受到靶面像元存儲(chǔ)信息容量的限制 。40dB是獲得滿意電視圖像的基本要求之一 。 視頻信噪比 （ S/N） 惰性 （ 或滯后 ） 定義為輸出視頻信號(hào)值與同頻帶下噪聲電平的均方根值之比 。 因此在商業(yè)電視廣播中要求滯后值不大于 10%。 0m a xm i nm a xAAAAAAM mM i n????%1 0 0??ioMMM T F指輸出信號(hào)的變化相對(duì)于光照度的變化有一定的滯后 。 MTF能客觀地表示器件對(duì)不同空間頻率目標(biāo)的傳遞能力 。 濾去高次諧波 ， 得到正弦信號(hào) 。 設(shè)正弦信號(hào)的極大值為 Amax， 極小值為 Amin， 則調(diào)制度M（ 也稱為對(duì)比度 ） 定義為： 調(diào)幅波信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中 ， 調(diào)制度通常受到衰減 ， 且隨著線條的空間頻率的增加而降低 。 同時(shí)它也不能反映攝像系統(tǒng)各部分對(duì)分辨率的影響 。 分辨率通常有兩種表示方式 ， 一種是極限分辨率 ， 另一種是調(diào)制傳遞函數(shù) （ MTF） 。 人眼能分辨的最細(xì)線條數(shù)就是器件的極限分辨率 。測(cè)試卡上有幾組不同頻率 、 等線寬的黑白線條 。 分辨率 分辨率表示能夠分辨圖像中明暗細(xì)節(jié)的能力 。 對(duì)大部分?jǐn)z像器件而言 ， γ 值接近于 1。 攝像器件輸出的光電流與入射的光照度之間的函數(shù)關(guān)系，稱為其光電轉(zhuǎn)換特性。 工程中 ， 常用能產(chǎn)生正常電視圖像所需的最低光照度來表征器件的靈敏度 。 三、攝像器件的性能參數(shù) 靈敏度 光電轉(zhuǎn)換特性 攝像器件的靈敏度定義為：在 2856K色溫標(biāo)準(zhǔn)光源單位光通量 （ lm） 或單位輻射通量 （ W） 的照射下 ， 器件所產(chǎn)生的輸出信號(hào)電流 。放電時(shí)間近似等于幀周期 Tf。 于是 C被充電 ， C的左側(cè)電位升至 VT， 右側(cè)為 0。 C儲(chǔ)存信息電荷 ， R隨照度變化而變化 。 靶面電位變化及視頻信號(hào)輸出可以用等效電路解釋： 電子束離開象素， C通過 R放電， C右側(cè)電位將升高。 這個(gè)像素 （ 光電二極管結(jié)構(gòu) ） 的光電流由P→N ， 流過負(fù)載 ， 產(chǎn)生負(fù)極性圖像電壓信號(hào)輸出 （ 信號(hào)閱讀 ） ， 同時(shí)掃描電子束使 P層掃描面的電位降至陰極電位 （ 圖像信號(hào)擦除 ） 。 電子槍發(fā)射電子束 ， 并在管外聚焦線圈 、 偏轉(zhuǎn)線圈 、 校正線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)的配合作用下 ， 使電子束在靶面正電位圖像上從左至右 、 從上而下地順序掃描 。 像素越小 ， 單位面積上的像素?cái)?shù)目越多 ， 圖像就越清楚 。靶網(wǎng)電極使靶前形成均勻電場(chǎng)，因而電子束在整個(gè)靶面都垂直上靶。它的作用是產(chǎn)生熱電子，并使它聚焦成很細(xì)的電子射線，按著一定的軌跡掃描靶面。 圖像信號(hào)的掃描輸出是由電子槍發(fā)射掃描電子束來完成的。 圖像使光電靶上各點(diǎn)照度不同 ， 在光電二極管內(nèi)產(chǎn)生不同數(shù)量的電子 空穴對(duì) 。 在強(qiáng)電場(chǎng)作用下幾乎全部參加導(dǎo)電 ， 因而光電轉(zhuǎn)換效率高 。 工作時(shí) ， N層與靶壓正極相連 ， 光電二極管處于反向偏置 ， 靶壓幾乎全加在 I層上 。 與透明導(dǎo)電膜相連接的是 N型氧化鉛半導(dǎo)體 ， 稱 N層；中間一層是氧化鉛本征半導(dǎo)體 ， 稱 I層；受電子束掃描的一層是氧化鉛 P型半導(dǎo)體， 稱 P層 。 靶的另一側(cè)為光敏層 。光電靶既能完成光電變換又能存儲(chǔ)信號(hào) ，結(jié)構(gòu) : 靶向著景物的一側(cè)為信號(hào)極 ， 它是噴涂在玻璃板上的一層透明金屬氧化物導(dǎo)電層 ， 如氧