CCD摄像器件的工作原理和结构

CCD的基本工作原理是什么~

CCD的基本工作原理：
在N型或 P型硅衬底上生长一层二氧化硅薄层，再在二氧化硅层上淀积并光刻腐蚀出金属电极，这些规则排列的金属-氧化物-半导体电容器阵列和适当的输入、输出电路就构成基本的 CCD移位寄存器。
对金属栅电极施加时钟脉冲，在对应栅电极下的半导体内就形成可储存少数载流子的势阱。可用光注入或电注入的方法将信号电荷输入势阱。然后周期性地改变时钟脉冲的相位和幅度，势阱深度则随时间相应地变化，从而使注入的信号电荷在半导体内作定向传输。CCD 输出是通过偏置PN结收集电荷，然后放大、复位，以离散信号输出。


扩展资料：
CCD的应用：
1.传真机中使用的线阵ccd图像通过透镜成像在电容器阵列的表面上，根据其亮度在每个电容器单元上形成电荷。用于传真或扫描仪的线阵ccd一次捕获一小片光和阴影，而用于数码相机或照相机的平面ccd一次捕获整个图像或从中提取正方形区域。
2.超高分辨率ccd芯片仍然相当昂贵，配备了3-ccd静态摄像机，其价格往往超过许多专业摄影师的预算。所以一些高端相机使用旋转滤色器。
3.ccd在天文学中有着非常好的应用，使固定望远镜能够像跟踪望远镜一样工作。其方法是使ccd上电荷的读取和运动方向与天体运行方向一致，速度同步。ccd导星不仅能使望远镜有效地校正跟踪误差，而且使望远镜记录的视场比原来的大。
参考资料来源：百度百科——电荷耦合器件

⑴CCD摄像器件：其作用是进行光电转换，输出视频信号⑵ 时序脉冲发生器及驱动电路：其作用是产生CCD摄像器件进行光电转换、电荷存储、电荷转移和信号输出所需的各种脉冲信号，并践行放大输出⑶ 视频的采样与保持电路：其作用是消除CCD输出的视频信号（此信号在时间上是离散的，在幅度上是连续的）中，因信号电荷转移而产生的各种不应有的信号。经该电路处理，使视频信号变成数字的视频信号。⑷视频处理电路：该电路与摄像管式摄像机电路具有完全相同的特点，所涉及电路有钳位放大（clamper amplifier,CLAMPER AMP）、Y校正（Y CORRECT）、白电平切割（white clip,WHT CLIP）、消隐混合（blanking max,BLK MAX）、黑白平控制（PEDCONT）、同步混合（SYNC）、输出激励（output driver）等电路。视频信号经视频处理电路处理后，形成标准的全电视信号。⑸ 同步信号发生器：这部分电路与摄像管式摄像机中的同步信号发生器的原理基本相同，主要产生视频处理电路所需的脉冲信号，它们是复合消隐脉冲（BLK）、复合同步脉冲(SYNC）、水平驱动信号HD、隔行脉冲（O/E）。但因CCD摄像机没有扫描电路，故不需要供扫描电路用的驱动脉冲。⑹ 电源变换电路：为简化CCD摄像机的供电，一般从外部只输入一种电源（12V），而机内其他各种电压值的电源都由电源变换获得。

CCD摄像器件使用的是CCD传感器。
结构：一个CCD图像传感器是一个由光电二极管和存储区构成的矩阵，每个成像像元由一个光电二极管和其控制的一个邻近电荷存储区组成。

原理：光电二极管将光线（光子）转换为电荷（电子），光电二极管收集到的电子总数量与光线的强度成正比。在读取这些电荷时，各列数据被移动到垂直电荷传输方向的电荷传递寄存器中。然后各列电荷传递寄存器中的电荷按行被移动到总的行电荷传递寄存器中，总的行电荷传递寄存器中每行的电荷信息被连续读出，再通过电荷/电压转换器和放大器来得到图像的信息。这种结构能够产生低噪点、高性能的图象。 一般来说，逐行扫描面阵CCD的电荷转移有以下三种形式：行间转移、帧转移、全帧转移等方式。这三种方式的工作原理又各有不同：

1、行间转移（Interline Transfer） 它的像敏单元呈二维排列，感光单元和存储单元在CCD表面上相邻排列，每列像敏单元被遮光的存储单元即垂直移位寄存器用沟道阻隔开，像敏单元与垂直移位寄存器之间又有转移控制栅。每一像敏单元对应于一个遮光的垂直移位寄存器单元。垂直移位寄存器的另一侧与另一列像敏单元也被沟道阻隔开。像敏单元的光生电荷被很快的水平转移到相邻的垂直移位寄存器，然后被垂直转移到输出寄存器中，外部电路从输出寄存器中读出电荷并转化成电压信号。
2、帧转移（Frame Transfer）CCD 帧转移面阵CCD由成像区、暂存区和水平读出寄存器三部分构成。图像首先经物镜成像到光敏区。当光敏区的某一相电极加有适当的偏压时，光生电荷将被收集到这些电极下方的势阱里，这样就将被摄光学图像转移为光积分电极下的电荷包图像。当光积分周期结束时，通过加到成像区和存储区电极上的驱动脉冲，将代表整个一帧图像的电荷全部转移到存储区中各自对应的存储单元内，称为帧转移。完成帧转移后，在读出时钟脉冲和存储时钟脉冲的作用下，存储区内的电荷以平移的方式向下移动，逐行进入读出寄存器。然后在读出寄存器中沿水平方向移动，最后经输出电路输出。当第一场读出的同时，第二场信息通过光积分又收集到势阱中。一旦第一场信息被全部读出，第二场信息随之传送给寄存器，使之连续地读出。帧转移面阵CCD的结构如图所示。
3、全帧转移（Full FrameTransfer）CCD 全帧转移型的CCD光敏区占据了全部CCD芯片的绝大部分，主要用于高分辨率的应用中。这种类型的CCD传感器没有存储单元，感光单元光电转换产生电荷后，通过一个外部的快门关闭，使感光单元不再感光，电荷信息被逐行转移至水平移位寄存器，之后电荷再被转移到输出结构中，继而被转换成电压信号输出。

另外我记得我还看到过一篇科天健发表的新闻“CCD与CMOS哪种更适合工业相机市场？”里面对CCD的技术性能分析非常不错，有兴趣可以搜一搜他们进他们网站看看。以上回答希望能帮助到你。

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