48CCD基本工作原理及其应用课件

CCD基本工作原理1

CCD单元部分，就是一个由金属-氧化物-半导体组成的电容器（MOS结构）。这一装置能够完成光电转换。CCD-电荷耦合器件2CCD栅极电压变化对耗尽区的影响3势阱4三相CCD中电荷转移过程5CCD的工作过程6789CCD的四种类型InterlineTransferFullFrameFrameTransferLine线阵101.InterlinetransferCCD曝光后所产生的电荷都被转移到附近的移位寄存器，通过垂直传送向下转移到底部，按一定排序输出，它的优点在于曝光后即可将电荷储存在寄存器，继续拍照速度较快，感光和传输不在同一列，从而避免了两者之间的冲突。11隔行传输的缺点是，寄存器占用了感光面的面积，相应地牺牲了动态范围。芯片并不是所有面积都在感光，这样，对于定位测量要求比较高的应用会有影响。这种CCD成本较低。121.InterlinetransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayInterlineTransfer131.InterlinetransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayInterlineTransfer141.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray151.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray161.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray171.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray181.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray191.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray201.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray211.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray221.InterlinetransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayInterlineTransfer231.InterlinetransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayInterlineTransfer241.InterlinetransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayInterlineTransfer251.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray261.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray272.Fullframe阵列的每一个像素都感光。传输时，每一列向单行串行寄存器上相对应的位置转移。同时，串行寄存器向阵列的出口转移。是一种架构更简单的感光设计。鉴于Interline的缺点，FullFrame可以利用整个感光区域(没有寄存区的设计)，有效的增大感光面积，同时也适应长时间曝光。28感光和电荷输出过程是分开的。因此FullFrame的相机在传送电荷时必须使用机械快门(无法使用电子快门)，同时也限制了FullFrameCCD连续拍照的能力。2.Fullframe292.FullframeSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayFullFrame302.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray312.FullframeFullFrameSerialRegisterOutputNodeActiveArray322.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayADC332.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray342.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayADC352.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray362.FullframeFullFrameADCSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray372.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray382.FullframeFullFrameADCSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray392.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray403.FrametransferSerialClocksDirection

ofParallel

ShiftParallelClocksforStorageArrayParallelClocksforImageArrayFrame-Transfer

CCDSerialRegisterImage

ArrayStorage

Array(masked)Fulltransfer的架构介于Interline和FullFrame之间，它分成上下两个部分，上半部是感光区，下半部是暂存区。整体来说FrameTransfer非常类似FullFrame，它的特点在于直接规划一个大型寄存区。一旦CCD工作，它可以迅速将电荷转移到下方的寄存区中，本身可以继续曝光。这种设计让FullTransfer同Interline一样可使用电子快门，同时也增加了感光面积和速度，兼顾动、静态的拍摄能力。413.FrametransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayFrameTransfer423.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray433.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray443.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray453.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray463.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray473.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray483.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray493.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray503.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray513.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray523.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray533.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray544.Line线阵Line线阵CCD是以一维感光点构成，利用目标物与相机之间的相对运动来扫描图像。由于照片是一行行组成，所以速度比使用2维CCD（面阵）的相机慢。55多沟道传输上面所述，都是按照，单行，单列的模式进行电荷传输的。其实，如果单行的像素太多，会影响传输速度。这时可以使用多沟道传输。56转移次数多、效率低、调制只适用于像素单元较少的成像器件。转移次数少一半，它的总转移效率大大提高。单沟道线型CCD 双沟道线阵CCD

57CCDsensor放大A/D光子电子电压数字信号CMOS芯片可以在像素上同时完成这两个步骤CCD与CMOS的光电转换示意图：由上面两图可看出：CMOS和CCD最大的区别是CMOS的电荷到电压转换过程是在每个像素上完成的CCD和CMOS的比较58CCD与CMOS59由于上面所说的结构，CCD的电路更改更方便。而由于CMOS的过分集成，电路更改不方便，但可靠性高。CMOS功耗小。CMOS噪声大。

CCD信噪比的典型值一般为4