第8章 光电式21CCD.ppt

2. CCD的应用（CCD固态图像传感器） 电荷耦合器件用于固态图像传感器中，作为摄像或像敏的器件。 CCD固态图像传感器的组成： 感光部分 移位寄存器。 感光部分是指在同一半导体衬底上布设的由若干光敏单元组成的阵列元件，光敏单元简称“像素”。 固态图像传感器利用光敏单元的光电转换功能将投射到光敏单元上的光学图像转换成电信号“图像”， 即将光强的空间分布转换为与光强成正比的、大小不等的电荷包空间分布， 然后利用移位寄存器的移位功能将电信号“图像”传送， 经输出放大器输出。 根据光敏元件排列形式的不同，CCD固态图像传感器可分为： 线型 面型。  （1）线型CCD图像传感器 线型CCD图像传感器是由一列MOS光敏单元和一列CCD移位寄存器构成的， 光敏单元与移位寄存器之间有一个转移控制栅， 基本结构如图8-27（a）所示。 线型CCD图像传感器 单行结构 转移控制栅控制光电荷向移位寄存器转移，一般使信号转移时间远小于光积分时间。 在光积分周期里，各个光敏元中所积累的光电荷与该光敏元上所接收的光照强度和光积分时间成正比，光电荷存储于光敏单元的势阱中。 当转移控制栅开启时，各光敏单元收集的信号电荷并行地转移到CCD移位寄存器的相应单元。 当转移控制栅关闭时，MOS光敏元阵列又开始下一行的光电荷积累。 同时，在移位寄存器上施加时钟脉冲，将已转移到CCD移位寄存器内的上一行的信号电荷由移位寄存器串行输出，如此重复上述过程。 图8-27（b）为CCD的双行结构图。 线型CCD图像传感器 双行结构 光敏元中的信号电荷分别转移到上下方的移位寄存器中， 然后在时钟脉冲的作用下向终端移动，在输出端交替合并输出。 这种结构与长度相同的单行结构相比较，可以获得高出两倍的分辨率； 同时由于转移次数减少一半，使CCD电荷转移损失大为减少； 双行结构在获得相同效果情况下，又可缩短器件尺寸。 由于这些优点，双行结构已发展成为线型CCD图像传感器的主要结构形式。 线型CCD图像传感器可以直接接收一维光信息，不能直接将二维图像转变为视频信号输出， 为了得到整个二维图像的视频信号，就必须用扫描的方法。 线型CCD图像传感器主要用于测试、传真和光学文字识别技术等方面。  （2） 面型CCD图像传感器 按一定的方式将一维线型光敏单元及移位寄存器排列成二维阵列，即可以构成面型CCD图像传感器。 * 8.1.5 电荷耦合器件 电荷耦合器件（Charge Couple Device, 缩写为CCD）是一种大规模金属氧化物半导体（MOS）集成电路光电器件。 它以电荷为信号，具有光电信号转换、存储、转移并读出信号电荷的功能。 CCD 1970年问世， 广泛应用于航天、遥感、工业、农业、天文及通讯等军用及民用领域信息存储及信息处理等方面。 尤其适用以上领域中的图像识别技术。 1. CCD的结构及工作原理 （1） 结构 CCD是由若干个电荷耦合单元组成的。 其基本单元是MOS（金属-氧化物-半导体）电容器， 如8-23(a)所示。 图8-23 MOS电容器 （a） MOS电容截面； （b） 势阱图 基本单元是MOS（金属-氧化物-半导体）电容器。 它以P型（或N型）半导体为衬底， 上面覆盖一层厚度约120nm的SiO2， 再在SiO2表面依次沉积一层金属电极而构成MOS电容转移器件。