CCD图像感器第讲.pptVIP

4.1 电荷存储 突出特点:以电荷为信号的载体； 工作过程：信号电荷的产生、存储、转移和检测； 基本类型：表面沟道CCD(SCCD)-电荷包存储在半导体和 绝缘体之间的界面，并沿界面转移； 体沟道CCD(BCCD)-电荷包存储在距离半导体 表面一定深度的体内，并在半导体体内沿一 定方向转移； 4.1 电荷存储 构成CCD的基本单元是MOS( Metal Oxide Semiconductor 金属－氧化物－半导体)； CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体） CCD是Charge-coupled Device（电荷耦合元件） P型半导体中杂质为周期表中第Ⅲ族的元素，空穴为多数载流子。 4.1 电荷存储 紧密地排列在半导体氧化层表面上的金属电极能够存储和转移电荷。 4.1 电荷存储 4.1 电荷存储 4.1 电荷存储 4.1 电荷存储 构成CCD的基本单元是MOS(金属－氧化物－半导体)； 紧密地排列在半导体氧化层表面上的金属电极能够存储和转移电荷。 4.1 电荷存储 势阱中电荷的存储容量： Q=COXUG 4.2 电荷耦合 4.2 电荷耦合 4.2 电荷耦合 4.2 电荷耦合 CCD电极的基本结构应包括转移电极结构、转移沟道结构、信号输入单元结构和信号检测单元结构； CCD转移电极的结构很多； 必须满足使电荷定向转移和相邻势阱耦合的基本要求。 三相单层铝电极结构 所谓电注入就是CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，然后将信号电压或电流转换为信号电荷注入到相应的势阱中。 1.驱动频率的下限 电荷从一个电极转移到另一个电极所用的时间t ，少数载流子的平均寿命为 ； 在信号的转移过程中，为了避免由于热激发少数载流子而对注入信号电荷的干扰，注入信号电荷从一个电极转移到另一个电极所用的时间t必须小于少数载流子的平均寿命 ； 所以： 工作温度越高，热激发少数载流子的平均寿命越短，驱动频率的下限越高。 电荷从一个电极转移到另一个电极的固有时间为τg ； 电荷从一个电极转移到另一个电极所用的时间t应大于τg； 所以： 电荷自身的转移时间对驱动频率上限有限制。 N沟道CCD比P沟道CCD的工作频率高； 体沟道CCD的驱动频率要高于表面沟道CCD的驱动频率； 驱动频率上限已经有了很大的提高，为CCD在高速成像系统中的应用打下了基础。 存储于CCD的像敏单元中信号电荷包是由入射光子被硅衬底材料吸收，并被转换成少数载流子（反型层电荷）形成的，因此，它具有良好的光电转换特性。 所以，光电转换特性是线性的。 复位场效应管VR用于对检测二极管的深势阱进行复位； 电阻R的大小对于检测的影响； 复位场效应管在复位脉冲RS的作用下使复位场效应管导通，它导通的动态电阻远小于偏置电阻的阻值，以便使输出二极管中的剩余电荷通过场效应管流入电源，使A点的电位恢复到起始的高电平，为接收新的信号电荷做好准备。 VR 4.4 电荷的注入和检测 电荷的检测 电荷转移效率：一次转移后到达下一个势阱中的电荷量与原来势阱中的电荷量之比。 电荷转移损失率为 电荷转移效率与损失率的关系为 Q(0)为起始时注入某电极下的电荷量； Q(t)为在时间t时被留下来的电荷。 4.5 CCD的特性参数 电荷转移效率η和电荷转移损失率ε 4.5 CCD的特性参数 驱动频率 4.5 CCD的特性参数 驱动频率 2.驱动频率的上限 4.6 电荷耦合摄像器件 光电转换特性 CCD接收光的方式有正面光照和背面光照两种； 正面有很多电极，其反射、散射和吸收作用使得正面照射的光谱灵敏度比背面照射时低； 所以，背面光照方式比正面光照的光谱响应要好得多。 4.6 电荷耦合摄像器件 光谱响应 (1)势阱可存储的最大信号电荷量 Q＝CoxUGA (2) 噪声 ①光子噪声 ②电流噪声 ③胖零噪声 ④俘获噪声 ⑤输出噪声 动态范围定义为像敏单元的势阱中可存储的最大电荷量和噪声决定的最小电荷量之比。 4.6 电荷耦合摄像器件 动态范围 水平分辨率要高于垂直分辨率。 现在面阵CCD的像元数已为795×596，l024×1024，2048×2048，5320×5320等，分辨率越来越高。 4.6 电荷耦合摄像器件 分辨率 电荷耦合摄像器件就是用于摄像或像敏的CCD，又简称为ICCD,它的功能是把二维光学图像信号转变成一维以时间为自变量的视频输出信号。 线型器件，它可以直接将接