CCD传感器的工作原理

1、已解决CCD传感器的工作原理悬赏分：0-提问时间2006-3-16 16:01提问者：wjshao 04 -试用期一级其他回答共1条您好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。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当 CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件 上，所有的感光单位所产生的信号加在

2、一起，就构成了一幅完整的画面。CCDCCD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。目前有能力生产CCD的公司分别为：SONY、Philips、Kodak、Matsushita、Fuji 和 Sharp ,大半是日本厂商。目前主要有两种类型的 CCD光敏元件，分别是线性 CCD和矩阵性CCD。线性CCD用于 高分辨率的静态照相机，它每次只拍摄图象的一

3、条线，这与平板扫描仪扫描照片的方法相同。 这种CCD精度高，速度慢，无法用来拍摄移动的物体，也无法使用闪光灯。矩阵式CCD ,它的每一个光敏元件代表图象中的一个像素，当快门打开时，整个图象一次 同时曝光。通常矩阵式 CCD用来处理色彩的方法有两种。一种是将彩色滤镜嵌在CCD矩阵中，相近的像素使用不同颜色的滤镜。典型的有G-R-G-B和C-Y-G-M两种排列方式。这两种排列方式成像的原理都是一样的。在记录照片的过程中，相机内部的微处理器从每个像素获得信号，将相邻的四个点合成为一个像素点。该方法允许瞬间曝光，微处理器能运算地非常快。这就是大多数数码相机CCD的成像原理。因为不是同点合成，其中包含着

4、数学计算，因此这种CCD最大的缺陷是所产生的图象总是无法达到如刀刻般的锐利。CMOS互补性氧化金属半导体 CMOS （ Complementary Metal-Oxide Semiconductor ）和 CCD 一 样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和错这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N （带-电）和P （带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解 读成影像。然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点 ，这主要是因为早期的设计使 CMOS 在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会

5、产生过热的现象。除了 CCD和CMOS之外，还有富士公司独家推出的SUPER CCD , SUPER CCD 并没有采用常规正方形二极管， 而是使用了一种八边形的二极管，像素是以蜂窝状形式排列，并且单位像素的面积要比传统的CCD大。将像素旋转45度排列的结果是可以缩小对图像拍摄无用的多余空间，光线集中的效率比较高， 效率增加之后使感光性、 信噪比和动态范围都有 所提高。传统CCD中的每个像素由一个二极管、控制信号路径和电量传输路径组成。SUPER CCD采用蜂窝状的八边二极管，原有的控制信号路径被取消了，只需要一个方向的电量传输路径即可，感光二极管就有更多的空间。SUPER CCD 在排列结构

6、上比普通 CCD要紧密，此外像素的利用率较高，也就是说在同一尺寸下，SUPER CCD的感光二极管对光线的吸收程度也比较高，使感光度、信噪比和动态范围都有所提高。那为什么SUPER CCD的输出像素会比有效像素高呢？我们知道 CCD对绿色不很敏感， 因此是以G-B R G来合成。各个合成的像素点实际上有一部分真实像素点是共用，因 此图象质量与理想状态有一定差距，这就是为什么一些高端专业级数码相机使用3CCD分别感受RGB三色光的原因。而SUPER CCD通过改变像素之间的排列关系，做到了 R、G、B像素相当，在合成像素时也是以三个为一组。因此传统 CCD是四个合成一个像素点，其 实只要三个就行

7、了，浪费了一个，而 SUPER CCD就发现了这一点，只用三个就能合成一 个像素点。也就是说， CCD每4个点合成一个像素，每个点计算 4次；SUPER CCD 每3 个点合成一个像素，每个点也是计算4次，因此SUPER CCD像素的利用率较传统 CCD高，生成的像素就多了。回答者：超超2008 -副总裁 H一级3-16 16:03已解决什么是CCD与COMS悬赏分：10 -解决时间：2006-3-4 06:06它们之间有什么区别提问者：starzs -见习魔法师二级 ，最佳答案CCD或CMOS，基本上两者都是利用矽感光二极体（ photodiode ）进行光与电的转换。这种转换的原理 与各位

8、手上具备顶阳电能电子计算机的 K阳能电池效应相近，光线越强、电力越强；反之，光线越弱、 电力也越弱的道理，将光影像转换为电子数字信号。比较CCD和CMOS的结构，ADC的位置和数量是最大的不同。简单的说，按我们在上一讲一CCD感光元件的工作原理（上）牌所提之内容。CCD每曝光一次，在快门关闭后进行像素转移处理，将每一行中每一个像素（pixel）的电荷信号依序传入 噬冲器 忡，由底端的线路引导输出至CCD旁的放大器进行放大，再串联 ADC输出；相对地，CMOS的设计中每个像素旁就直接连着ADC （放大兼类比数字信号转换器），讯号直接放大并转换成数字信号。两者优缺点的比较CCD CMOS设计单一感

9、光器感光器连接放大器灵敏度 同样面积下高 感光开口小，灵敏度低成本线路品质影响程度高，成本高CMOS整合集成，成本低解析度 连接复杂度低，解析度高低，新技术高噪点比 单一放大，噪点低 百万放大，噪点高功耗比 需外加电压，功耗高 直接放大，功耗低由于构造上的基本差异，我们可以表列出两者在性能上的表现之不同。CCD的特色在于充分保持信号在传输时不失真（专属通道设计），透过每一个像素集合至单一放大器上再做统一处理，可以保持资料的完整 性；CMOS的制程较简单，没有专属通道的设计，因此必须先行放大再整合各个像素的资料。整体来说，CCD与CMOS两种设计的应用，反应在成像效果上，形成包括 ISO感光度、

10、制造成本、解 析度、噪点与耗电量等，不同类型的差异：ISO感光度差异：由于CMOS每个像素包含了放大器与 A/D转换电路，过多的额外设备压缩单一像素的 感光区域的表面积，因此 相同像素下，同样大小之感光器尺寸，CMOS的感光度会低于 CCD。成本差异：CMOS应用半导体工业常用的 MOS制程，可以一次整合全部周边设施于单晶片中，节省加工晶片所需负担的成本 和良率的损失；相对地 CCD采用电荷传递的方式输出资讯，必须另辟传输通道， 如果通道中有一个像素故障 （Fail），就会导致一整排的 讯号壅塞，无法传递，因此CCD的良率比CMOS 低，加上另辟传输通道和外加ADC等周边，CCD的制造成本相对

11、高于 CMOS。解析度差异：在第一点慰光度差异怕，由于CMOS每个像素的结构比 CCD复杂，其感光开口不及 CCD 大，相对比较相同尺寸的 CCD与CMOS感光器时，CCD感光器的解析度通常会优于 CMOS。不过，如 果跳脱尺寸限制，目前业界的 CMOS感光原件已经可达到 1400万像素/全片幅的设计，CMOS技术 在量率上的优势可以克服大尺寸感光原件制造上的困难，特别是全片幅24mm-by-36mm 这样的大小。噪点差异：由于CMOS每个感光二极体旁都搭配一个ADC放大器，如果以百万像素计，那么就需要百万个以上的ADC放大器，虽然是统一制造下的产品，但是每个放大器或多或少都有些微的差异存在，

12、很难 达到放大同步的效果，对比单一个放大器的CCD , CMOS最终计算出的噪点就比较多。耗电量差异：CMOS的影像电荷驱动方式为主动式，感光二极体所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放 大输出；但CCD却为被动式， 必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要12伏特（V）以上的水平，因此CCD还必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度，高驱动电压使 CCD的电量远高于CMOS。回答者：wilstar -高级经理 六级2-20 17:38基本上，CCD或是CMOS感光元件都是利用矽感光二极体（ pho-todiode ）进行光、电的转换。CMOS感 光元件与 K阳电能I电子

13、计算机原理大致相同，只要接受光线的强度越强，反应出来的电力也就会越强；相反的，感应器所接收的光线微弱、电力也较弱的道理相似；因此，感光度的好坏，决定了CMOS影像的优劣，使用环境光线的强弱影响CMOS所能呈现的画质，这也是目前 CMOS感光元件在积极改进之感光元件CCD是什么意思悬赏分：0-解决时间：2006-12-6 08:24提问者： nbbxd - 见习魔法师 二级 最佳答案CCD （Charge Coupled Device ,感光耦合元件为数位相机中可记录光线变化的半导体，通常以百万像 素megapixel为单位。数位相机规格中的多少百万像素，指的就是 CCD的解析度，也 代表著这台

14、数 位相机的CCD上有多少感光元件。CCD主要材质为矽晶半导体， 基本原理类似 CASIO计算机上的太阳能电池，透过光电效应，由感光元件表面感应来源光线，从而转换成储存电荷的能力。 简单的说，当CCD表面接受到快门开启，镜头进来的光线照射时，即会将光线的能量转换成电荷，光线越强、电荷也就越多，这些电荷就成为判断光线强弱大小的依据。CCD元件上安排有通道线路，将这些电荷传输至放大解码原件，就能还原 所有CCD上感光元件产生的讯号，并构成了一幅完整的画面。此一特性，使得 CCD通用 在数位相机Digital Camera与扫瞄器Scanner上，作为目前最大宗之感光元件来源光电效应简单的说就是，光

15、照射光电管（一旦照射就会有电子放出）使得光电管产生电流信号，主要用于检测器件，光纤通信也要用到。评论者：kickbug -童生一级 什么叫光伏效应悬赏分：10 -提问时间2006-7-26 19:36我想了解一下该问题虽然不是生活上的问题 遇到我就想了解一下其他回答共4条提问者：匿名早在1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导体材料的不同部位之 间产生电位差。这种现象后来被称为尧生伏打效应I简称尧伏效应II 1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。太阳电池工作原理的基础是半导体

16、PN结的光生伏打效应，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。即当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压，使PN结短路，就会产生电流。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。 太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组 件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地；光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电 线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。回答者：ilover

17、eborn -经理 五级 7-26 19:38光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间 产生电位差的现象。产生这种电位差的机理有好几种，主要的一种是由于阻挡层的存在。以下以P-N结为例说明。热平衡态下的P-N结同质结可用一块半导体经掺杂形成P区和N区。由于杂质的激活能量 E很小，在室温下杂质差不多都电离成受主离子NA-和施主离子ND+。在PN区交界面处因存在载流子的浓度差，故彼此要向对方扩散。设想在结形成的一瞬间，在N区的电子为多子，在P区的电子为少子，使电子由 N区流入P区，电子与空穴相遇又要发生复合，这 样在原来是N区的结面附近电子变得很少，剩下未经

18、中和的施主离子ND+形成正的空间电荷。同样，空穴由 P区扩散到N区后，由不能运动的受主离子NA-形成负的空间电荷。在P区与N区界面两侧产生不能移动的离子区（也称耗尽区、空间电荷区、阻挡层），于是出 现空间电偶层，形成内电场（称内建电场）此电场对两区多子的扩散有抵制作用，而对少子的漂移有帮助作用，直到扩散流等于漂移流时达到平衡，在界面两侧建立起稳定的内建电场。P-N结能带与接触电势差：在热平衡条件下，结区有统一的EF;在远离结区的部位，EC、EF、Ev之间的关系与结形成前状态相同。从能带图看，N型、P型半导体单独存在时，EFN与EFP有一定差值。当 N型与P型两者紧密接触时，电子要从费米能级高的

19、一方向费米能级低的一方流动，空穴流动的方向相反。同时产生内建电场，内建电场方向为从N区指向P区。在内建电场作用下，EFN将连同整个N区能带一起下移，EFP将连同整个P区能带一起上移，直至将费米能级拉平为 EFN=EFP, 载流子停止流动为止。在结区这时导带与价带则发生相应的弯曲，形成势垒。势垒高度等于N型、P型半导体单独存在时费米能级之差：qUD=EFN-EFPUD=(EFN-EFP)/qq：电子电量UD:接触电势差或内建电势对于在耗尽区以外的状态：UD=(KT/q)ln(NAND/ni2)NA、ND、ni：受主、施主、本征载流子浓度。可见UD与掺杂浓度有关。在一定温度下，P-N结两边掺杂浓度

20、越高，UD越大。禁带宽的材料，ni较小，故UD也大。光照下的P-N结P-N结光电效应：当P-N结受光照时，样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子。但能引起 光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P区产生的光生空穴，N区产生的光生电子属多子，都被势垒阻挡而不能过结。只有 P区的光生电子和 N区的光生空穴和结区的 电子空穴对(少子)扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向N区，光生空穴被拉向 P区，即电子空穴对被内建电场分离。这导致在N区边界附近有光生电子积累，在 P区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由

21、P区指向N区。此电场使势垒降低，其减小量即光生电势差，P端正，N端负。于是有结电流由P区流向N区，其方向与光电流相反。实际上，并非所产生的全部光生载流子都对光生电流有贡献。设N区中空穴在寿命 c出勺时间内扩散距离为 Lp , P区中电子在寿命 cn的时间内扩散距离为 Ln。Ln+Lp=L远大于P-N 结本身的宽度。故可以认为在结附近平均扩散距离L内所产生的光生载流子都对光电流有贡献。而产生的位置距离结区超过L的电子空穴对，在扩散过程中将全部复合掉，对 P-N结光电效应无贡献。已解决太阳能电池如何做？悬赏分：0-解决时间：2005-7-29 10:18太阳能蓄电池技术上如何处理?太阳能电池发电原

22、理:太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅,多晶硅，非晶硅，碑化镣，硒锢铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得 N型硅，形成P-N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在 P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电 流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。晶体硅太阳能电池的制作过程：祖是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从 19世纪科学家们发现了晶体硅

23、的半导体特性后，它几 乎改变了一切，甚至人类的思维。20世纪末，我们的生活中处处可见 祖的的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。生产过程大致可分为五个步骤：a、提纯过程b、拉棒过程c、切片过程d、制电池过程 e、封装过程。太阳能电池的应用：上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术一一通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领 域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵(饮水或灌 溉)、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、

24、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路 标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳 电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。参考资料:-回答者：唐建根-秀才 三级7-21 03:01评价已经被关闭目前有0个人评价好50%(0)50%(0)对最佳答案的评论可以只是没有提到单晶和多晶硅的制作方法和生产过程评论者：349922071 -试用期一级为什么要脱硅中的磷，但是后面制作太阳能电池时候又要掺磷，是不是两种磷在硅中以不容同状态存在，还是另有原因评论者: limengxiong -试用期一级什么是半导体？悬赏分：0-解决时间：2007-1-4 16:

25、04在半导体内，是否电流只能单项通过？问题补充：为什么在半导体内会有这种现象？提问者：shengzhan150 -见习魔法师二级最佳答案通俗的说是这样，可以理解为只能单项导电严格的说不是这样，只是反向电阻正常情况下是非常大的 什么是PN结N型半导体在硅或错等本征半导体材料中掺入微量的磷、铺、碑等五价元素，就变成了以电子导电为主的 半导体，即N型半导体。在N型半导体中，电子（带负电荷）叫多数载流子，空穴（带正电荷）叫少数载 流子。P型半导体在硅或错等本征半导体材料中掺入微量的硼、锢、镣或铝等三价元素，就就成了以空穴导电为 主的半导体，即P型半导体。在P型半导体中，空穴（带正电荷）叫多数载流子，电子（带负电荷）叫少 数载流子。PN结通过特殊的乏散制作工艺，将一块本征半导体的一半掺入微量的五价元素、变成 P型半导体，而 将其另一半掺入微量的三价元素、变成N型半导体，在P型半导体区和N型半导体区的交界面处就会形成一个具有特殊导电性能的薄层，这就是PN结，它对P型区和N型区中多数载流子的扩散运动产生了阻力。单向导电性 PN结主要的特性就是其具有单方向导电性，即在PN加上适当的正向电压（P区接电源正极，N区接电源负极），PN结就会导