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简介
这是ccd传感器ppt，包括了CCD图像传感器简介，CCD实物，常见的基于CCD光电耦器件的设备，CCD基本工作原理，信号电荷的检测等内容，欢迎点击下载。
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ＣＣＤ（Charge Coupled Device ，感光耦合组件简称）是贝尔实验室的W.S.Boyle和G.E.Smith于1970年发明的，由于它有光电转换、信息存储、延时和将电信号按顺序传送等功能，且集成度高、功耗低，因此随后得到飞速发展，是图像采集及数字化处理必不可少的关键器件，广泛应用于科学、教育、医学、商业、工业、军事和消费领域。 CCD实物 常见的基于CCD光电耦器件的设备 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传感器的基本结构 CCD基本结构分两部分： 1.MOS（金属—氧化物—半导体）光敏元阵列； 2.读出移位寄存器。 电荷耦合器件是在半导体硅片上制作成百上千个光敏元，一个光敏元又称一个像素，在半导体硅平面上光敏元按线阵或面阵有规则地排列。 MOS光敏元结构 MOS（Metal Oxide Semiconductor，MOS）电容器是构成CCD的最基本单元。 CCD分辨率 分辨率指的是ＣＣＤ中有多少像素，也就是ＣＣＤ上有多少感光组件，分辨率是图像传感器的重要特性。 （像素=分辨率长宽数值相乘，如：640X480=307200，就是30W像素） CCD分辨率主要取决于CCD芯片的像素数。 其次，还受到传输效率的影响。高度集成的光敏单元可以获得高分辨率。但光敏单元的尺寸的减少将导致灵敏度的降低。 CCD基本工作原理 CCD工作过程的第一步是电荷的产生。CCD可以将入射光信号转换为电荷输出，依据的是半导体的内光电效应（也就是光生伏打效应）。 信号电荷的产生（示意图） CCD工作过程的第二步是信号电荷的收集，就是将入射光子激励出的电荷收集起来成为信号电荷包的过程。当金属电极上加正电压时，由于电场作用，电极下P型硅区里空穴被排斥入地成耗尽区。对电子而言，是一势能很低的区域，称“势阱”。有光线入射到硅片上时，光子作用下产生电子—空穴对，空穴被电场作用排斥出耗尽区，而电子被附近势阱（俘获），此时势阱内吸的光子数与光强度成正比。 一个MOS结构元为MOS光敏元或一个像素，把一个势阱所收集的光生电子称为一个电荷包；CCD器件内是在硅片上制作成百上千的MOS元，每个金属电极加电压，就形成成百上千个势阱；如果照射在这些光敏元上是一幅明暗起伏的图象，那么这些光敏元就感生出一幅与光照度响应的光生电荷图象。这就是电荷耦合器件的光电物理效应基本原理。 信号电荷的存储（示意图） 在栅极G电压为零时，P型半导体中的空穴(多数载流子)的分布是均匀的。当施加正偏压UG(此时UG小于p型半导体的闽值电压Uth)，空穴被排斥，产生耗尽区。电压继续增加，则耗尽区将进一步向半导体内延伸。 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。 图中CCD的四个电极彼此靠的很近。假定一开始在偏压为10V的(1)电极下面的深势阱中，其他电极加有大于阈值的较低的电压(例如2V)，如图(a)所示。一定时刻后，(2)电极由2V变为10V，其余电极保持不变，如图(b)。因为(1)和(2)电极靠的很近(间隔只有几微米)，它们各自的对应势阱将合并在一起，原来在(1)下的电荷变为(1)和(2)两个电极共有，图(C)示。此后，改变(1)电极上10V电压为2 V，(2)电极上10V不变，如图(d)示，电荷将转移到(2)电极下的势阱中。由此实现了深势阱及电荷包向右转移了一个位置。 按照像素排列方式的不同，可以将CCD分为线阵和面阵两大类。 提高分辨率与单纯增加像素数之间存在着一种矛盾。富士公司对人类视觉进行了全面研究，研制出了超级CCD ( Super CCD) 。 超级CCD的性能提升 1.分辨力 独特的45°蜂窝状像素排列，其分辨力比传统CCD 高60%。 2.感光度、信噪比、动态范围 像敏元光吸收效率的提高使这些指标明显改善，在300 万像素时提升达130% 。 3.彩色还原 由于信噪比提高，且采用专门LSI 信号处理器，彩色还原能力提高50%。 CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。 CCD传感器应用 CCD应用技术是光、机、电和计算机相结合的高新技术，作为一种非常有效的非接触检测方法，CCD被广泛用于在线检测尺寸、位移、速度、定位和自动调焦等方面。CCD传感器应用时是将不同光源与透镜、镜头、光导纤维、滤光镜及反射镜等各种光学元件结合，主要用来装配轻型摄像机、摄像头、工业监视器。 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。 实例 测量拉丝过程中丝的线径、轧钢的直径、机械加工的轴类或杆类的直径等等，这里以玻璃管直径与壁厚的测量为例。 CCD与CMOS比较 图像传感器可以分为两类： 1、CCD：电荷耦合器件。CCD的优点是灵敏度高，噪音小，信噪比大。但是生产工艺复杂、成本高、功耗高。在网络摄像头产品上，很少采用CCD图像传感器。 2、CMOS：（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体）。CMOS的优点是集成度高，功耗较低、成本低，对光源要求高。 CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上，工作原理没有本质的区别。 在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS的成像质量和CCD还是有一定距离的。但由于低廉的价格以及高度的整合性，因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。 目前，主流的手机用的都是CMOS传感器，如三星Galaxy Note 2、iPhone 5、小米2、魅族MX四核版、诺基亚Lumia 800等。
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