·ccd传感器是什么_ccd传感器结构与分类

ccd传感器是什么_ccd传感器结构与分类
来源:http://www.toys-dolls.com 作者: * 发表时间 : 2018-06-24 13:26

  电荷藕合器件图像传感器CCD(Charge Coupled Device),它使用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存,因而可以轻而易举地把数据传输给计算机,并借助于计算机的处理手段,根据需要和想像来修改图像。

  面阵CCD:允许拍摄者在任何快门速度下一次拍摄移动物体。面阵CCD的结构一般有3种。

  第一种是帧转性CCD。它由上、下两部分组成,上半部分是集中了像素的光敏区域,下半部分是被遮光而集中垂直寄存器的存储区域。其优点是结构较简单并容易增加像素数,缺点是CCD尺寸较大,易产生垂直拖影。

  第二种是行间转移性CCD。它是目前CCD的主流产品,它们是像素群和垂直寄存器在同一平面上,其特点是在1个单片上,价格低,并容易获得良好的摄影特性。

  第三种是帧行间转移性CCD。它是第一种和第二种的复合型,结构复杂,但能大幅度减少垂直拖影并容易实现可变速电子快门等优点。

  线阵CCD:用一排像素扫描过图片,做三次分别对应、绿、蓝 三色滤镜,正如名称所表示的,线性传感器是捕捉一维图像。初期应用于广告界拍摄静态图像,线性阵列,处理高分辨率的图像时,受局限于非移动的连续光照的物体。

  三线传感器CCD:在三线传感器中,三排并行的像素分别覆盖RGB滤镜,当捕捉彩色图片时,完整的彩色图片由多排的像素来组合成。三线CCD传感器多用于高端数码相机,以产生高的分辨率和光谱色阶。

  交织传输CCD:这种传感器利用单独的阵列摄取图像和电量,允许在拍摄下一图像时在读取当前图像。交织传输CCD通常用于低端数码相机、摄像机和拍摄动画的拍摄机。

  全幅面CCD:此种CCD具有更多电量处理能力,更好动态范围,低噪音和传输光学分辨率,全幅面CCD允许即时拍摄全彩图片。全幅面CCD由并行浮点寄存器、串行浮点寄存器和信号输出放大器组成。全幅面CCD是由机械快门或闸门控制去保存图像,并行寄存器用于测光和读取测光值。图像投摄到作投影幕的并行阵列上。此元件接收图像信息并把它分成离散的由数目决定量化的元素。这些信息流就会由并行寄存器流向串行寄存器。此过程反复执行,直到所有的信息传输完毕。接着,系统进行精确的图像重组。

  CCD是由许多个光敏像元按一定规律排列组成的。每个像元就是一个MOS电容器(大多为光敏二极管),它是在P 型Si衬底表面上用氧化的办法生成1层厚度约为1000A~1500A的SiO2,再在SiO2表面蒸镀一金属层(多晶硅),在衬底和金属电极间加上1个偏置电压,就构成1个MOS电容器。当有1束光线投射到MOS电容器上时,光子穿过透明电极及氧化层,进入P型Si衬底,衬底中处于价带的电子将吸收光子的能量而跃入导带。光子进入衬底时产生的电子跃迁形成电子-空穴对,电子-空穴对在外加电场的作用下,分别向电极的两端移动,这就是信号电荷。这些信号电荷储存在由电极形成的“势阱”中。

  由此可见,光敏元面积越大,其光电灵敏度越高。1个3相驱动工作的CCD中电荷转移的过程。

  (a)初始状态;(b)电荷由①电极向②电极转移;(c)电荷在①、②电极下均匀分布;(d)电荷继续由①电极向②电极转移;(e)电荷完全转移到②电极;(f)3相交叠脉冲。

  假设电荷最初存储在电极①(加有10V电压)下面的势阱中,如图(a)所示,加在CCD所有电极上的电压,通常都要保持在高于某一临界值电压Vth,Vth称为CCD阈值电压,设Vth=2V。所以每个电极下面都有一定深度的势阱。显然,电极①下面的势阱最深,如果逐渐将电极②的电压由2V增加到10V,这时,①、②两个电极下面的势阱具有同样的深度,并合并在一起,原先存储在电极①下面的电荷就要在两个电极下面均匀分布,(b)和(c)所示,然后再逐渐将电极下面的电压降到2V,使其势阱深度降低,(d)和(e)所示,这时电荷全部转移到电极②下面的势阱中,此过程就是电荷从电极①到电极②的转移过程。如果电极有许多个,可将其电极按照1、4、7,2、5、8和3、6、9的顺序分别连在一起,加上一定时序的驱动脉冲,即可完成电荷从左向右转移的过程。用3相时钟驱动的CCD称为3相CCD。