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。
5第五章CCD产品简介汇总
5.1 典型CCD芯片简介 5.2 特种CCD芯片介绍
总目录
二用于高速检测的(并行/分段输出) 线阵CCD
三用于光谱测量的线阵CCD
四用于彩色图像采集的线阵CCD
一 用于尺寸测量的线阵CCD
5.1 典型CCD芯片简介
TCD1001P
黑白
128
32×32×32
2、分段式多路并行输出的高速线阵CCD
RL1282D、RL1284D、RL1288D器件： 分别具有256、512或1024像元 像元尺寸：18×18×18 (单位：微米) 双沟道器件 每128像元为一段，每段又分奇偶两个沟道并行输出
整个器件的输出时间大大地缩短，器件的工作速度提高。
必须的三路脉冲（其他属扩展）：转移脉冲ST、驱动脉冲CR1、CR2 EOS信号可以作为A/D转换器的行同步信号；
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。
应用：对彩色图像采集、测量 芯片介绍：
TCD2000P
TCD2252D
TCD2557D
TCD2901D
象元
160×3
2700×3
5340×3
10550×3
总长
5.28mm
42.72mm
37.38mm
42.2mm
象元面积
11×11
07-典型面阵CCD图像传感器
采取的措施：1）增加光敏单元数量2）采用光学低通滤波器来降低CCD 上光学图像的频带宽度，以减小频谱混叠；
2、灵敏度 定义1：单位光功率所产生的信号电流;单位:mA/W
1W/m2=17lx（标准钨丝灯）单位可表示为:mA/lx
定义2：单位曝光量CCD像敏单元输出电压; 单位:mV/(lx.s)
灵敏度的影响因素：
在摄像区进行第二场光积分期间，存储区和水平移
位寄存器在各自的驱动脉冲作用下，将第一场的信号逐
行输出。第二场光积分结束，第一场的信号也输出完，
再将第二场的信号送入存储区暂存。接下去，第三场光
积分的同时输出第二场的信号电荷。
奇数场光积分的同时，输出偶数场的信号.
若奇数场是CRVA2电极下的势阱在光积分，则偶数场
CCD输出电路，由一个双栅(直
流栅电压URD和交流栅脉冲ФR)复位
场效应管和用作源极跟随放大器的场 效应管构成。复位管双栅沟道长为 30μm、宽为20μm。放大场效应管沟 道长为10μm、宽为60μm。这两个场
效应管的跨导分别为180μS和600μS
2、工作原理 （配合电视制式）
PAL电视制式—— 隔行扫描，每帧扫描行数为625行，分两场扫描。
帧转移 光积分
逐行转移并输出
场逆程
场正程
场逆程 场正程
行正程 行逆程
(行转移)
场逆程
场正程
场逆程
行正程
2、工作原理 (要求理解，并能够自己表述)
当摄像区工作时，三相电极中有一相为高电平，处于光积分
状态，其余二相为低电平，起到沟阻隔离作用。水平方向上有沟 阻区，使各个摄像单元成为一个个独立的区域，各区域之间在水
一、 DL32型面阵CCD——帧转移型
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
第四章(一)+线阵CCD的应用解析
间间隔称为积分时间，由于电荷的转移时间很短，可认为电荷转移的周
期便是积分时间，也是光敏元接受光照的时间。如图4-2当移位寄存器中
Ф1为高电平，此时SH脉冲也为高电平使Ф1电极下的深势阱与光敏元的 存储势阱沟通，光敏元里的信号电荷迅速向两边模拟移位寄存器的Ф1电 极控制的MOS单元转移。然后，SH电平变低，形成浅势阱，光敏元与移
（像素）有两个MOS，其中的一个MOS与光敏元相连，并接Ф1 脉冲，另一个不直接与光敏元相连，接Ф2脉冲。其像素数量与光 敏元相同。每个光敏单元的尺寸为14µm长、14µm高，中心距亦 为14µm。光敏元阵列总长30.24mm，光敏元的两侧是用作存储信 号电荷的MOS电容列(图中存储栅)。MOS电容阵列两侧是转移栅 电极SH，转移栅的两侧为CCD模拟移位寄存器，其输出部分由信 号输出单元和补偿输出单元构成。
此二路输出信号分别送到差分放大器LF357的正、反输入端
进行差分放大，抑制掉共模的ΦR引起的干扰，得到如图4-5 所示的信号波形。图4-5中的SP及ΦC是为用户提供的控制脉 冲，SP与CCD输出的像元光电信号同步，可用来做采样保
持控制信号。ΦC的上升沿对应于CCD的第一个有效像素单 元S1，因而可以用作行同步。当然也可以用ΦSH作行同步， 但由于CCD首先输出64个虚设单元(含暗电流信号)信号，所
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二、TCD1209D的基本工作原理 TCD1209D的驱动脉冲波形图如图所示。
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三、TCD1209D的特性参数
TCD1209D是一种性能优良的线阵CCD器件。它具有速度 快，灵敏度高，动态范围宽，像敏单元不均匀性好，功耗 低，光谱响应范围宽等优点。
1.光谱响应特性
CCD图像传感器
CCD用于图像记录
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数码相机的外形
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16
CCD数码照相机的结构
三基色分离原理
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17
数码相机的结构解剖
（索尼F828）
CCD
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CCD数码显微镜拍摄的金属表面显微照片
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19
CCD数码摄像机
CCD图像传感器
CCD全称电荷耦合器件，它具备光
电转换、信息存贮和传输等功能，具有
集成度高、功耗小、分辨力高、动态范
围大等优点。 CCD图像传感器被广泛应 用于生活、天文、医疗、电视、传真、 通信以及工业检测和自动控制系统。
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（一）CCD的基本工作原理
一个完整的CCD器件由光敏元、转移栅、 移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。 CCD工作时，在设定的积分时间内，光敏元对 光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏元 的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷在转 移栅信号驱动下，转移到CCD内部的移位寄存 器相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用 下，将信号电荷顺次转移到输出端。输出信号 可接到示波器、图象显示器或其他信号存储、 处理设备中，可对信号再现或进行存储处理。
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面阵CCD外形（续）
200万和1600万像素的面阵CCD
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面阵CCD外形（续）
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面阵CCD外形（续）
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（三）CCD的基本特性参数
CCD的基本特性参数有： 光谱响应、动态范围、信噪比、CCD 芯片尺寸等。在CCD像素数目相同的条件
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。
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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