典型线阵CCD图像传感器
CCD图像传感器
CCD图像传感器激光位移计-CCD的工作原理与应用(初稿)CCD,Charge Coupled Devices,电荷耦合器件～是70年代初发展起来的新型半导体器件。
它由美国贝尔实验室的W. S. Boyle和G. E. Smith于1970年首先提出～在经历了一段时间的研究之后～建立了以一维势阱模型为基础的非稳态CCD基本理论。
几十年来～CCD的研究取得了惊人的进展～特别是在像感器应用方面发展迅速～已成为现代光电子学和现代测试技术中最活跃～最富有成果的新兴领域之一。
实验目的1、了解二相线阵CCD的基本工作原理2、了解二相线阵CCD驱动信号时序3、了解线阵CCD在位移测量中的应用方法实验仪器1. CCD激光位移计2. 数字示波器准备好坐标纸、铅笔和直尺～也可用相机。
实验原理1( CCD的基本结构电荷耦合器件的突出特点是以电荷作为信号～而不同于其它大多pseudonym Ding Bingcheng), to Jiangsu and Zhejiang in Taihu Lake area opened work, towards armed, carried out guerrilla race. 4 people such as Ding Bingcheng took Zhang Yan, Zhou Fen, from Shanghai, Zhao Anmin troopsstationed at the border of Jiangsu and Zhejiang. Ding Bingcheng reach dual-COR, and "anti-" established contact of Communist Party members, when the Kuomintang military Committee in Jiangsu, Zhejiang and Deputy Commander of the Brigade in Taihu Lake and Qian Kangmin, Director of the Department of the Commission (CPC) accompanied by consultations with Commander Zhao Anmin placement I was personnel related issues. Qian Kangmin efforts, Zhao Anmin also agreed to subordinate Gong Shengxiang Brigade guns to form a band in Taihu Lake. Qian Kangmin hired a boat to bring Gong Shengxiang, together with Zhang Yan start, boats to crossnear the fan, was seized by Cheng Wanjun. After Cheng Buzheng Jin Lu Wang, Director of training helps releasing personnel, but the weapon lost. Is autumn, Ding Bingcheng Wujiang was ordered to open up again,its task is: towards reconstruction guerrillas, Communist-led team.Along with Liu Zirong (Liu), Zhang Yan (Liu), huada busy (Chen Zhengzhi), Yu Zhe (Zhou Fen), Ye Chu Xiao (Lu Qiusheng), Henry (nandeqin), "anti-" players. Flat looking men Shen Yuezhen as a guide. Shen Yuezhen Ding Bingcheng single leader, Shen Yuezhen specializing in intelligence work, in September, through Mao Xiaocen served as the KMT's County Clerk, Shen Yuezhen after entering the County, deftly juggling between elites, was Chang Shen Liqun, who appreciated, has created favorable conditions for gathering intelligence. Meanwhile, Shen Yuezhen introduce jindapeng (Kanewaka Wang), xiaoxin was joined the "resistance", also activelydoing the standing political instructor Yu Qingzhi Shen Wenchao, Secretary of Justice and County Government数器件是以电流或者电压为信号。
线阵CCD探测器TCD1200D
（注释 6）SE 定义如下：SE = VSAT R
（注释 7）VDRK 为所有有效像敏单元的暗信号电压平均值。 DSNU 是在 VMDK 为最大暗信号电压时，VDRK 与 VMDK 的差值。
（注释 8）DR 定义为：DR = VSAT VDRK
22 脚 DIP 封装
极限工作值：（见注释 1）
特性描述
符号 数 值 单位
时钟脉冲电压
Vφ
转移脉冲电压 复位脉冲电压
VSH
-0.3～8
VRS
V
电源电压
VOD
-0.3～15
工作温度 贮藏温度
Topr
-25～60
Tstg
-40～100
℃
（注释 1）：所有电压是以 SS 和 VSS 终端（地）为参考。
z 东芝公司长期致力于改善其产品的质量和可靠性。但是，一般的半导体器件所固有的电子敏感及 物理损坏特性可能会造成器件产生故障。因此，消费者有责任依照安全标准使用东芝公司的产品， 并且避免由于东芝公司产品的故障所造成的人身伤害或财产损失。设计者应当参考东芝公司提供 的最新的产品操作范围进行产品设计。详细的使用注意事项和工作条件请参考东芝公司的《半导 体器件可靠性手册》（Semiconductor Reliability Handbook）。
IC1: TC74HC04P TR1: 2SA1015-Y TR2: 2SA1015-Y
2002/12/26 8/9
TOSHIBA
外形尺寸图
WDIP22-C-400-2.54B(C)
TCD1200D
单位：mm
（注 1）第一像素单元 S1 到器件封装边沿尺寸。 （注 2）芯片顶端到器件底端尺寸。 （注 3）玻璃窗厚度（n = 1.5）。
5第五章CCD产品简介
彩色线阵CCD有两种形式：单行串行和三行并行
1、TCD2000P——单行串行形式 单沟道
两相驱动
480个有效PD组成像敏区
单元尺寸：长11*高33*11
3个单元一组，每一组依
次采用G、B并行形式 高灵敏度低暗电流的彩色线阵CCD器件。
2160
2160 2048 2660 2700 2700 1024 5340 5000
14×14×14
14×14×14 14×14×14 11×11×11 11×11×11 8× 8× 8 14×14×14 7× 7× 7 7× 7× 7
45
110 31 70 35 9.1 12 4.8 13
1700
RL1024SB的特性参数
（1）光谱响应
两种类型：普通光学玻璃窗和石英玻璃窗，以G和Q区分； 石英玻璃：光谱响应范围为200nm至1100nm,峰值响应波长为750nm。
该器件在中紫外至近红外波段的光谱响应较好，常用于这段谱区的光谱探
测和光谱分析应用中，尤其是在紫外波段的光谱探测更为重要。 普通玻璃：截止于350nm，对紫外波段光的吸收较大。
500 4600 1700
单路 单路 单路
TOSHIBA NEC TOSHIBA
高速尺寸、振动测量 尺寸、振动测量 尺寸测量
TCD1206SUP
TCD1208P TCD1209D μPD3734D TCD1251UD TCD2252D TCD132D TCD1500C TCD1501D
黑白
黑白 黑白 黑白 黑白 彩色 黑白 黑白 黑白
转移脉冲ST 器件的地 器件的衬底偏压 行输出结束信号 5V供电电压输入 暗光电信号
“开花”是指光敏单元所存储的电荷超出了势阱容纳电荷的
典型线阵CCD图像传感器
三、具有积分时间调整功能(电子快门)的线阵CCD-如何实现？
在光照度较低/较强时的情况下，可以通过增长/缩短光积 分时间的方式使输出信号达到所希望的幅度；
积分时间的调整功能对于CCD的应用是非常重要的。 TCD1205D为具有积分时间调整功能的线阵CCD器件。
广泛应用在条码扫描识别等光电输入设备。
2、TCD1205D的基本工作原理 ——方案一
在一个转移脉冲SH周期中，只有在光积分电极ICG为高电平期间光积分栅 才能建立起深势阱，也才能进行光积分。
2、TCD1205D的基本工作原理 ——改变积分时间方案二
一个行周期中两次转移
一个行读出周期中设置两个转移脉冲SH： 第1个转移脉冲的高电平对应于移位寄存器驱动脉冲CR1的
3、TCD1205D的特性参数
动态范围 DR 偏 低 ， 一般只适用 于光电数字 扫描输入， 不适用于分 辨率要求较 高的图像扫 描输入。
四、并行输出的线阵CCD
并行输出的线阵CCD在相同频率驱动脉冲的作用下可以获得 更高的信号输出速率，这在用线阵CCD检测高速运动物体图像 的应用中具有非常重要的作用。
光电二极管的数量为：2160+(74-12)=2222。 存储栅：存储光生电荷的MOS电容存储阵列。
1118
2、 TCD1206SUP的工作原理
四路驱动脉冲：SH、CR1、CR2、RS； 驱动电路的产生可仿照TCD1209D实现；
TCD1206SUP与1209D的不同点：
OS端总共输出2236个信号，由于两列并行传输。所以一个 SH周期至少要有2236/2=1118个 驱动脉冲CR1的周期
低电平，使移位寄存器CR1电极不形成深势阱，光积分电极下 积累的信号电荷无法倒入CR1电极，即无法将信号电荷转移到 移位寄存器中，从而之前积累的信号电荷白白地倒掉。
CCD图像传感器课件
CCD实物
•CCD图像传感器课件
常见的基于CCD光电耦器件的设备
•CCD图像传感器课件
•CCD图像传感器课件
嫦娥二号携带的CCD立体摄像机
•CCD图像传感器课件
CCD图像传感器
• CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS（金属— 氧化物—半导体）电容器组成的阵列。在P型或N 型硅衬底上生长一层很薄（约120nm）的二氧化硅 ,再在二氧化硅薄层上依次序沉积金属或掺杂多晶 硅电极（栅极）,形成规则的MOS电容器阵列，再 加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片。
•CCD图像传感器课件
• 自动流水线装置，机床、自动售货机、自动监视 装置、指纹机；
• 作为机器人视觉系统；
• 用于传真技术，文字、图象 、 车 牌 识别。例如用 CCD识别集成电路焊点图案，代替光点穿孔机的作 用；
• M2A摄影胶囊（Mouth anus）,由发光二极管做光 源，CCD做摄像机，每秒钟两次快门，信号发射到 存储器，存储器取下后接入计算机将图像进行下 载。
3 t1 t2 t3 t4 t5
三个时钟脉冲的时序
•CCD图像传感器课件
输入二极输管入栅Ф1 Ф2
Ф3
SiO2
输出栅 输出二极管
耗尽区
P型Si 电荷转移方向
CCD的MOS结构
•CCD图像传感器课件
3、信号电荷的传输（耦合）
CCD工作过程的第三步是信号电荷包的转移，就是 将所收集起来的电荷包从一个像元转移到下一个 像元，直到全部电荷包输出完成的过程。 通过按一定的时序在电极上施加高低电平，可以 实现光电荷在相邻势阱间的转移。
•CCD图像传感器课件
(a)初始状态； (b)电荷由①电极向电极②转移； (c)电荷在①②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)三相 转移脉冲
ccd常用的转移方式
ccd常用的转移方式CCD（Charge-Coupled Device）是一种常见的图像传感器，广泛应用于数码相机、手机摄像头和科学仪器等领域。
CCD传感器的工作原理是将光信号转化为电荷信号，并通过转移方式将电荷信号读出和处理。
本文将介绍CCD常用的转移方式。
一、线阵转移方式线阵转移方式是CCD最常见的一种转移方式，适用于单行像素的CCD传感器。
在线阵转移方式中，光信号通过逐行扫描的方式被读出。
首先，CCD传感器的每个像素单元将光信号转化为电荷信号，并存储在各自的电荷积累区中。
然后，通过逐行转移的方式，将电荷信号从一个像素单元传递到相邻的像素单元中，最终将信号传递到输出电荷耦合器件（output charge-coupled device，OCCD）中进行读出和处理。
二、面阵转移方式面阵转移方式适用于具有多行和多列像素的CCD传感器，常见于数码相机和手机摄像头中。
在面阵转移方式中，光信号通过逐行逐列的方式被读出。
首先，光信号被转化为电荷信号，并存储在各自的电荷积累区中。
然后，通过逐行转移的方式，将每行的电荷信号传递到相邻的行中，再通过逐列转移的方式，将每列的电荷信号传递到相邻的列中，最终将信号传递到输出电荷耦合器件中进行读出和处理。
三、延迟线转移方式延迟线转移方式是一种特殊的转移方式，适用于一些特殊的应用场景。
在延迟线转移方式中，CCD传感器的电荷积累区和输出电荷耦合器件之间通过延迟线相连。
光信号被转化为电荷信号后，首先存储在电荷积累区中，然后通过延迟线的作用，将电荷信号传递到输出电荷耦合器件中进行读出和处理。
四、桶式转移方式桶式转移方式是一种特殊的转移方式，适用于一些高速和高灵敏度的应用场景。
在桶式转移方式中，CCD传感器的每个像素单元之间通过垂直传输区相连。
光信号被转化为电荷信号后，首先存储在各自的电荷积累区中，然后通过垂直传输区的作用，将电荷信号传递到输出电荷耦合器件中进行读出和处理。
CCD常用的转移方式包括线阵转移方式、面阵转移方式、延迟线转移方式和桶式转移方式。
线性CCD图像传感器
由两种感光器件的工作原理可以看出，CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。
在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。
市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，若有哪家摄像头厂商生产的摄像头使用CCD感应器，厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传，甚至冠以“数码相机”之名。
一时间，是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。
CCD传感器-原理编辑本段CCD传感器是一种新型光电转换器件，它能存储由光产生的信号电荷。
当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。
它主要由光敏单元、输入结构和输出结构等组成。
它具有光电转换、信息存贮和延时等功能，而且集成度高、功耗小，已经在摄像、信号处理和存贮3大领域中得到广泛的应用，尤其是在图像传感器应用方面取得令人瞩目的发展。
CCD有面阵和线阵之分，面阵是把CCD像素排成1个平面的器件；而线阵是把CCD像素排成1直线的器件。
由于在军事领域主要用的是面阵CCD，因此这里主要介绍面阵CCD。
CCD传感器-种类编辑本段面阵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。
面阵CCD：允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移动物体。
ccd图像传感器的原理和应用
CCD图像传感器的原理和应用1. 引言CCD (Charge-Coupled Device) 图像传感器是一种常用的光电转换器件，具有高灵敏度、低噪音等特点，广泛应用于数字摄像机、摄像监控、光学传感器等领域。
本文将介绍CCD图像传感器的原理和应用。
2. CCD图像传感器的原理CCD图像传感器是利用光电效应将光信号转换为电信号的器件。
其原理可分为以下几个步骤：2.1 光电转换光通过CCD图像传感器的光敏表面，激发光敏材料中的电子，形成光生载流子对。
光生载流子对的产生与光的能量和波长有关。
2.2 光电荷转移光敏表面形成的光生载流子对被电场作用下转移到表面下方的感光区域。
这一步骤是通过电场的调制将光电荷转移到后续电荷转移阶段。
2.3 电荷积分光电荷在感光区域累积，其数量与光照强度成正比。
该阶段称为电荷积分。
2.4 电荷读出通过移动电荷或光电荷势阱的方式，将电荷沿电荷传输路径传输到输出节点。
最后，电荷通过放大电路放大为电压信号。
3. CCD图像传感器的应用3.1 数字摄像机CCD图像传感器是数字摄像机中的核心部件。
它能够将光信号转换为电信号，并通过后续的编码和压缩处理产生数字图像，实现高质量的图像捕捉和录制。
3.2 摄像监控CCD图像传感器在摄像监控领域广泛应用。
它可以实时拍摄监控区域的图像，并将图像通过监控器或网络传输到监控中心。
CCD图像传感器的高灵敏度和低噪音特性，使得摄像监控系统能够在低光照条件下获取清晰的图像。
3.3 光学传感器光学传感器是利用CCD图像传感器感知环境中的光照强度和光照分布的设备。
光学传感器可以用于测量光线强度、测距、物体识别等应用。
通过对CCD图像传感器输出图像的处理，可以获取物体的形状、颜色和光照分布等信息。
3.4 科学研究CCD图像传感器在科学研究领域也得到广泛应用。
例如，在天文学中，CCD图像传感器可以用于拍摄星系、星云等天体图像。
在生物医学领域，CCD图像传感器可以用于显微镜图像的采集和分析。