《图像传感器应用技术（第4版）》全套教学课件

图像传感器应用技术第4版课件全套可编辑PPT课件

本课件是可编辑的正常PPT课件绪

论1.图像传感器发展史1938年英国在法国海岸线上布设能够观测敌方飞机的雷达链，成为图像传感器用于战争防御最早实例。自1887年外光电效应被发现后，于1897年人们利用外光电效应研制出机械扫描电视系统，为早期的真空电子束摄像管奠定了基础。1922年美国的菲罗.法恩兹沃斯设计出第一幅电视传真原理图，1928年美国的兹沃尔金发明了光电显像管，为通过电视远距离传输图像打下基础。1931年美国的法恩兹沃斯研制成功了第一只光电发射型摄像管—析像管。雷达采用极坐标方式扫描出飞机飞行的方向开始用直角坐标方式扫描出图像本课件是可编辑的正常PPT课件1937年美国无线电公司（RCA）研制成功灵敏度更高的超光电摄像管，并开始在电视系统中应用。1939年RCA公司又推出采用双靶面（光电成像与电子束扫描靶面）的低速电子扫描摄像管—正析像管。1946年RCA公司研制出超正析像管，它在正析像管基础上又增加移像、反束和增强等措施，使灵敏度提高1000倍，图像质量已经达到相当高的程度。1963年荷兰菲利普公司推出氧化铅靶面光电导型摄像管（氧化铅视像管）。它在暗电流、惰性、灵敏度、分辨率等方面都表现优秀，也使电视摄像机走向快速发展阶段。1970年美国贝尔电话实验室的W.S.Boyle与G.E.Smith提出了CCD概念，后来人们又研制出CMOS半导体集成图像传感器使图像传感器发展到今天的程度。真空摄像管发展到空前阶段开始登场亮相本课件是可编辑的正常PPT课件半导体集成图像传感器的产生与发展使图像传感器走入了更为广泛的应用领域。2.图像传感器应用技术的主要内容《图像传感器应用技术》的前身是《CCD应用技术》，2003年更名为《图像传感器应用技术》。第4版共有10章；第1章为图像解析与显示；第2、3、4、5章CCD图像传感器的原理、特性与典型器件；第6章CMOS图像传感器；第7章视频输出信号处理与计算机数据采集技术；第8章为光学成像系统；第9章为特种图像传感器；第10章为典型应用。3.学习方法建议1）了解各章节内容以及各章之间的内在关系是学习好本课程的关键。重点在图像解析通过典型器件易于理解注重其结构特性对CCD图像传感器非常重要关键部分关键在于能够应用本课件是可编辑的正常PPT课件2）重视实践教学环节开设实验课，实验课内容既要包含线阵CCD的驱动特性、输出特性与时间特性等内容，还要开设一些应用内容的实验。如尺寸测量、振动测量、图像扫描与光谱探测等典型应用型实验。3）充分发挥主观能动性利用大学生创新项目，根据所学内容，让学生自行设计适当的课题进行设计是充分发挥主观能动性的最好方法。4)充分利用互联网学习图像传感器技术的最新发展科技发展到今天，新技术层出不穷，书本知识是基本理论与技术，不可能有更新的前沿科技，而网上会有不断更新的新技术与新思想，希望能够充分利用它不断更新。本课件是可编辑的正常PPT课件第1章图像解析与显示如何将场景图像分解（变换）成一维时序信号？如何将一维时序信号还原成图像画面是本章要解决的问题。1.1图像解析原理1.1.1图像的解析方法1.光机扫描图像解析方法（1）单元光电传感器光机扫描方式

机械扫描装置带动传感器对景物图像进行直角坐标扫描；带有光学成像系统的单元光电传感器可将景物中的点元照度转换成电压号U。于是，单元光电传感器输出的电压将被定义为Uxy，如图1.1所示，x,y分别为点元的坐标。思考点：如何用单元光电传感器完成对景物图像扫描成像？图1-1光机扫描方式原理图本课件是可编辑的正常PPT课件当单元光电传感器以一定的速率做相对于景物图像运动时，则输出信号电压Uxy成为景物图像的解析信息（或信号），即信号电压Uxy解析了光学图像。必备条件：①单元光电传感器的面积与被扫描图像的面积相比必须很小，才可以将图像分解为一个像元点；②单元光电传感器必须对图像发出各种波长的光敏感；③单元光电传感器必须相对被分解图像做有规则的周期运动（扫描），且扫描速率应该较图像的变化速率要快；④水平往返运动的速率远高于垂直运动的速率；⑤水平运动为行扫描，由左向右为正程，返回定义为逆程；垂直运动为场扫描，由上而下为正程，返回为逆程。本课件是可编辑的正常PPT课件完成直角坐标的图像解析需要下面条件：①行周期与场周期满足

T

y=nTx(1-1)②行、场扫描的时间分配光机扫描方式的水平分辨率正比于光学图像水平方向的尺寸与光敏面在水平方向的尺寸之比。像元点数越多，水平分辨率自然也越高。垂直分辨率也正比于景物图像与光敏面在垂直方向的尺寸之比。减小光电传感器的面积是提高光机扫描方式分辨率的有效方法；光敏面的减小，扫描点数的增多，使行正程的时间增长，或必须提高行扫描速度。本课件是可编辑的正常PPT课件光机扫描方式的水平分辨率受到扫描速度的限制。提高光机扫描方式分辨率与扫描速度的方法是采用多元光电自扫描传感器（例如线阵CCD）构成多元光机扫描方式。（2）多元光机扫描方式如图1-2所示多元光机中只需要y

方向的一维扫描便可以将整幅图像转换成视频信号输出，弥补了机械扫描速度慢的缺点，同时减少了双向行扫描的繁杂机械扫描机构。一些生产线上的质量检测也属于多元光机扫描方式成像的案例，例如玻璃表面瑕疵的检测，大米色选，纺织物品的质量检测等。图1-2多元光机扫描方式原理图本课件是可编辑的正常PPT课件2．电子束扫描图像传感器电子束扫到靶面某点（x,y），由于点（x,y）记录了图像光强分布的信息，而电子束带负电使之在负载电阻RL上产生压降URL经放大器输出成为视频信号。将景物成像于靶面实现X、Y扫描本课件是可编辑的正常PPT课件3．固体自扫描图像传感器面阵CCD器件，CMOS等是通过电荷的转移或阵列开关方式完成“自扫描”的图像传感器。上述3种方式中电子束扫描方式图像传感器曾经历了高速发展阶段，但是，由于其扫描的非线性与真空封装等系列问题限制了推广应用。自扫描固体图像传感器能够克服电子束图像传感器的缺陷而获得广泛应用，成为图像传感器的主导器件。1.1.2图像传感器基本技术参数1.与光学成像物镜有关的参数（1）成像物镜的焦距ƒ（2）相对孔径D/ƒ（3）视场角2ω这三个参数是相互制约的，不可能同时提高，在实际应用中要根据情况适当选择。本课件是可编辑的正常PPT课件2、与光电成像器件有关的参数（1）扫描速率行扫描速率（行正程）νxz取决于光学图像在水平方向的尺寸A和行正程时间Txzνxz=A/Txz

（1-2）垂直方向的场扫描速率（场正程）νyz取决于光学图像在垂直方向的尺寸B和场正程时间Tyzνyz=B/Tyz

（1-3）多元光机扫描方式图像传感器的行扫描速率νxz取决于读取一行像元所需的时间TH与像元数N

νxz=N/TH

（1-4）垂直方向的场扫描速率νyz取决于光学图像在垂直方向的尺寸B和场正程时间Tyzνyz=B/Tyz

（1-5）本课件是可编辑的正常PPT课件（2）分辨率光机扫描方式的图像传感器水平方向的分辨率（解像率）δ正比于机械扫描长度A与图像传感器在水平方向的长度a之比垂直分辨率也与光电传感器在垂直方向的长度b有关，另外与垂直方向的扫描长度及扫描速率有关。显然，垂直方向扫描速率越低获得的垂直分辨率越高。自扫描固体图像传感器的水平与垂直分辨率分别与器件本身在两个方向上的分辨率有关。（1-6）本课件是可编辑的正常PPT课件1.2图像的显示与电视制式图像的显示方法很多，采用计算机显示器可以显示各种数字图形与图像；也可以采用发光器件显示各种不同规则（制式）的数字或模拟图形与图像。本节首先讨论电视监视器的图像显示器及其相关的电视制式。1.2.1电视监视器的扫描CRT电视监视器是利用电子束激发具有余辉特性的荧光物质，使其发光来完成电光转换并显示光学图像。荧光屏的发光强度与视频信号具有如下的函数关系Lv=L（Uo）

（1-7）在行、场扫描锯齿脉冲的作用下形成电视图像。本课件是可编辑的正常PPT课件电视图像有逐行扫描与隔行扫描两种方式。1、逐行扫描如图1-5所示为由8行“水平”光栅扫描而产生的一场图像，光栅水平度显然很低，若一场内有几百行时，水平度自然会提高。无论是行，还是场扫描的逆程，都不希望电子束使荧屏发光，因此在逆程期间要加入消隐脉冲，使电子束在回扫期间截止，屏不再有回扫线出现。逐行扫描的每一场都包含着行的整数倍，图像会稳定显示。对人眼，图像重复频率高于48Hz就分辨不出变化，图像不再闪烁。即，要求场频高于48Hz。本课件是可编辑的正常PPT课件2.隔行扫描根据人眼对图像的分辨能力，扫描行数至少应大于600行，用逐行扫描方式，行扫描频率必须大于29kHz才能保证人眼视觉对的最低要求。技术难度较高，因此找到了隔行扫描的方式。隔行扫描采用如图1-6所示的扫描方式，由奇、偶两场构成一帧。奇数场由1，3，5，…等奇数行组成，偶数场由2，4，6，…等偶数行组成，奇、偶两场合成一帧图像。在同样场频要求的情况下，行扫描频率要求降低一倍。两场光栅均匀交错叠加是对隔行扫描的基本要求，否则图像的质量将大为降低。因此隔行扫描应满足下面两个条件：①两帧扫描的起始点重合；本课件是可编辑的正常PPT课件②相邻两场光栅必须均匀地镶嵌，确保获得最高的清晰度。根据条件①，每帧扫描的行数应为整数。若在各场扫描电流都一样的情况下，要满足条件②，每帧均应为奇数，那么每场的扫描行数就要出现半行。我国现行的隔行扫描电视制式是每帧扫描行数为625行，每场扫描行数为312.5行。1.2.2电视制式图像传感器与显示器必须遵守同样的规则，才能使扫描（分解）的图像稳定地显示出来。该规则称为电视制式。世界上有13种黑白电视制式，3大彩色电视制式，兼容后组合成30多个不同的电视制式。但是，全球应用最多的是PAL(PhaseAlternatingLine)、NTSC(NationalTelevisionStandardsCommittee)和SECAM（SequentialColeurAvecMemoire）3种。本课件是可编辑的正常PPT课件（1）PAL制式PAL电视制式规定每帧图像有625行，分为奇偶2场，场频为50Hz，场周期为20ms，场周期由正程与逆程组成，场正程时间为18.4ms，场逆程时间为1.6ms；隔行扫描每场包含312.5行，行正程时间为52μs，行逆程时间为12μs。彩色电视系统中还有图像的伴音、与色彩信息，其载频带宽为6.5MHz。（2）NTSC制式NTSC制式确定的场频为60Hz，隔行扫描每帧扫描行数为525行，伴音、图像载频带宽为4.5MHz。（3）SECAM制式SECAM制式场频为50Hz，隔行扫描每帧扫描行数为625行。本课件是可编辑的正常PPT课件思考题与习题1解题思路1.1题，要从图像信息传输、存储和通信等方面考虑。1.2题，该题目主要是加深理解图像解析原理，怎样实现将二维图像转换成一维时序信号？让图像与传感器做有规则的相对运动是关键。1.3题，电视制式的意义在于使传输和存储的图像能够不失真的再现；PAL电视制式场频与工频干扰电场同频。1.4题，隔行扫描与逐行扫描的优缺点见教材，采用隔行扫描制式是受当时电子技术的限制。现代手机与平板显示屏早已不再采用PAL电视制式了。1.6题，必须添加必要的扫描器械与扫描控制。1.7题，需要根据电视制式的时间要求进行计算。本课件是可编辑的正常PPT课件1.3图像显示器的分类图像显示器按显示器工作原理分类，主要有阴极射线管显示器（CRT）、场发射显示器（FED）、真空荧光管显示器（VFD）、液晶显示器（LCD）、等离子体显示器（PDP）、电致发光显示器（ELD）、发光二极管显示器（LED）等。1.3.1CRT1897年德国斯特拉斯堡大学的布来恩发明了CRT管，一直沿用到20世纪末才被液晶等非真空显示器取代。

1.3.2LCD液晶显示器经过几十年的研发过程终于成为目前的主流显示器。它的突出特点是：1、低工作电压和低功耗，能与COMS集成电路匹配；2、薄型化，通过LED背光源实现了全彩色与较高的对比度，成为特性优异的彩色显示器。本课件是可编辑的正常PPT课件1.3.3LED21世纪以来，LED在产品质量和工艺等方面都取得很大的进展，它的许多特点驱使人们将其应用到图像显示方面，它属于自身发光，又极易组件化的器件，能够构成各种特色化的显示器，被广泛应用于大规模图形图像显示领域。1.4典型图像显示器1.4.1TFT-LCD图象显示器简介1、TFT-LCD的基本器件结构如图1-7所示为典型TFT-LCD液晶显示器的基本结构图。它包括：前框、水平偏光片、彩色滤光片、液晶、TFT玻璃、垂直偏光片、驱动IC与印刷电路板、扩散片、胶框、背光源、背板、主控板、背光模组点灯器等。关键点：①两个偏振方向相互垂直的偏振片；本课件是可编辑的正常PPT课件②背光源；③TFT玻璃板；④彩色滤光片；⑤液晶；2.TFT-LCD的工作原理冷阴极灯管发出的光，经过扩散板与扩散片形成均匀的照明光，它先通过下偏光片向上发射，再通过液晶层向上传导。在彩色LCD面板中，每一个像元都是由三个液晶单元格构成的，其中每一个单元格前面都分别有红色、绿色或蓝色的滤光片。光线经过滤光片照射到每个像元，不同色彩的液晶单元格均由TFT控制，然后根据三基色原理，合成不同的色彩。本课件是可编辑的正常PPT课件1.4.2TFT-LED图像显示器简介TFT-LED图像显示器是在TFT-LCD图像显示器的基础上将背光板换成了LED背光板。采用LED背光板以后，驱动电压彻底降低，显示屏的厚度减薄，明亮度增加，寿命增长，色泽更加鲜艳。1.4.3LED图像显示器LED显示屏主要有单色、双色和三色（或称真彩色）3种。如图1-8所示为P5型LED显示板实物图。LED显示屏由于具有工作电压低、功耗小、亮度高、寿命长、耐冲击、性能稳定和易于拼接组装成各种不同形状与尺寸的显示器而得到广泛的应用，占据广阔的市场。本课件是可编辑的正常PPT课件1.LED显示板主要技术指标①LED发光亮度：室内显示板单只LED发光亮度在0.5~50mcd，室外显示板单只LED发光亮度在100~1000mcd，最高可超过10000mcd。②像元尺寸：室内常为φ3、φ1.75（直径3mm或1.75mm）,而室外用直径为5mm或8mmLED；③像元间距：也有很多种，间距与型号相关，如室内有P4、P5、P6等型号，间距分别是3.75mm、5mm和6mm；室外有P10、P12、P16、P20、P25等型号，间距分别是10mm、12mm、16mm、20mm和25mm。④像元数：不同类型，不同尺寸，像元数种类很多，要查产品手册，如图1-8所示P5LED显示板有32×32个像元，构成方形显示板；本课件是可编辑的正常PPT课件⑤图像分辨率：分辨率的考量与所显示图像的大小有关，还与屏幕拼接数量有关，拼接数量越大，分辨率越高。⑥显示板灰度：灰度阶数与图像采集卡的A/D转换器的分辨率有关，16位A/D采集卡的基色灰度一般有0级至65536级。另外它还与控制系统的能力与驱动芯片的承载或反应率有关。⑦信息容量：显示板的信息容量取决于板上像元数、灰度、色彩度、间距等参数。⑧显示屏的平整度：平整度与制造厂的装配工艺有关，一般要求保证平整度误差在±1mm范围内；⑨色彩的还原性：色彩还原性是指显示屏对色彩图像的还原质量，即显示屏显示的色彩要与播放源的色彩保持一致，这样才能保证图像的真实感。⑩瑕疵点比率：包括单色点、黑点和高亮点等影响图像质量。本课件是可编辑的正常PPT课件2.显示屏的拼接技术将若干块显示板拼接成能够在室内、外显示图像的显示屏所涉及的技术称为显示屏拼接技术。它包括：①总体设计：显示屏拼接的首要任务是总体设计。根据屏幕的用途、安装环境、显示平均距离、背景光的变化情况和场景自然气候条件（室内可以不考虑此项）做出总体方案设计，确定显示板的型号、数量与整体安装方案。②根据显示板型号与数量设计驱动电源的功率，设计电源系统，注意散热与允余量问题。室外应用必须考虑极端天气变化对电源系统的影响和必要的防护系统。③目前市场上出售的各种显示板都采用了便于组装（拼接）的结构设计，拼接组装主要是结构设计和现场安装问题。本课件是可编辑的正常PPT课件④信号传输与控制：目前，很多型号的显示板上配置了方式不同、容量不等的存储器、千兆网通讯系统和微机处理系统。因此，可以采取不同的信号传输方式和自播放方式显示图像信息。⑤实际LED大屏幕显示屏常常是用户提出需求，一些专业设计、制造大屏幕的企业以项目承包的方式完成设计、施工、调试与后期服务（含软件升级等）。本课件是可编辑的正常PPT课件1.5本章小结电视系统的基本思路：将光学图像解析成一维时序信号，通过传输手段将一维时序信号传输或发送至远方，然后再还原成景物图像。1.图像解析方法图像解析主要有①光机扫描图像解析，②电子束扫描图像解析和③固体自扫描图像解析等方法。2.解析与还原图像共同遵守的电视制式电视制式主要有①PAL制式；②NTSC制式；③SECAM制式。3.图像显示器①CRT，已经退出历史舞台。②LCD近些年有很大发展。③LED，在大屏幕显示方面优势突出，发展很快。4.典型图像显示器介绍TFT-LCD、TFT-LED和LED等在结构与原理上的差异。本课件是可编辑的正常PPT课件思考题与习题1解题思路1.5题，要根据隔行扫描与逐行扫描的特点考虑该问题的解题思路。1.9题，应从人眼的特性考虑，频率接近48Hz，人眼会很疲劳，画面会有“跳跃”感，电影放映机采用斩光措施提高画幅频率，而图像显示器可以采用电子开关方式提高显示频率。1.10题，要从背光源方面考虑二者区别，看书不难画出。1.11题，需要上网查找，看看当前发展现状如何。1.12题，要从大多数人观察屏幕效果与成本方面考虑。1.13题，①主要考虑电源的电压与电流参数，实际上主要是电功率必须满足要求。②根据模板与大屏幕的长宽尺寸进行计算。本课件是可编辑的正常PPT课件第2章电荷耦合摄像器件的基本工作原理CCD的突出特点：以电荷为信号的载体。CCD的基本功能：电荷的存储和电荷的转移CCD的基本工作过程：信号电荷的产生、存储、转移和检测。CCD的两种基本类型：（1）表面沟道CCD（简称为SCCD）（2）体沟道或埋沟道器件（简称为BCCD）

本课件是可编辑的正常PPT课件构成CCD的基本单元是如图2-1（a）所示的MOS（金属-氧化物-半导体）结构。当栅极施加正电压UG小于等于p型半导体的阈值电压Uth时，p型半导体中的空穴将被排斥，并在半导体中产生如图2-1（b）所示耗尽区。

UG继续增加，耗尽区将继续向半导体体内延伸，如图2-1（c）所示。图2-1CCD栅极电压变化对耗尽区的影响2.1电荷存储无外电场作用下电子均匀分布外电场作用开始显现外电场作用形成深势阱本课件是可编辑的正常PPT课件将半导体与绝缘体界面上的电势记为表面势Φs，Φs将随栅极电压UG的增加而增加，他们的关系曲线如图2-2所示。图2-2表面势Φs与栅极电压UG的关系图2-2描述了在掺杂为1021cm-3，氧化层厚度为0.1μm、0.3μm、0.4μm和0.6μm情况下，不存在反型层电荷时，表面势Φs与栅极电压UG的关系曲线。图2-3为UG不变的情况下，表面势Φs与反型层电荷密度Qinv之间的关系。可见，Φs随Qinv的增加而线性减小。不考虑反型层电荷影响反型层电荷对表面势的影响本课件是可编辑的正常PPT课件据图2-2与图2-3的关系曲线，可以用“势阱”概念来描述。在没有反型层电荷时，势阱的“深度”

UG的关系恰如Φs与UG的关系，如图2-4（a）空势阱的情况。图2-4（b）为反型层电荷填充1/3势阱时表面势收缩的情况。图2-4（c）当反型层电荷继续增加，表面势Φs将逐渐减少，反型层电荷足够多时，表面势Φs减少到最低值2ΦF。此时，电子将产生“溢出”现象。图2-4势阱（a）空势阱（b）填充1/3的势阱（c）全满势阱Q=COXUG

本课件是可编辑的正常PPT课件2.2电荷耦合本课件是可编辑的正常PPT课件2.3CCD的电极结构CCD电极的基本结构应包括转移电极结构、转移沟道结构、信号输入单元结构和信号检测单元结构。1、

三相CCD的电极结构（1）三相单层铝电极结构图2-6采用“阴影腐蚀技术”的三相器件（a）第一层金属腐蚀后（b）第二层金属腐蚀后图2-6所示的是三相单层金属电极结构。它的特点是工艺简单且存储密度较高。本课件是可编辑的正常PPT课件（2）三相电阻海结构为解决成品率较低和电极间隙的裸露问题，引入了一种简单的硅栅结构。在氧化层上沉积一层高阻多晶硅，再对电极区域进行选择掺杂，形成如图2-7所示的低阻区（转移电极）被高阻区间隔的电阻海结构。图2-7三相CCD电阻海结构本课件是可编辑的正常PPT课件（3）三相交叠硅栅结构图2-8所示为三层多晶硅交叠栅结构示意图。图2-8三层多晶硅三相交叠结构栅在单晶硅片上生长栅氧，接着淀积氧化硅和一层多晶硅，然后在多晶硅层刻出第一组电极。用热氧化在电极表面形成一层氧化物，以便与接着淀积的第二层多晶硅绝缘。第二层用同样方法刻出第二组电极后进行氧化。重复上述工艺步骤，以形成第三层电极。本课件是可编辑的正常PPT课件2、二相CCD（1）二相硅-铝交叠栅结构图2-9所示的是二相硅-铝交叠栅结构。图2-9二相硅-铝交叠结构栅在这些电击伤热生长绝缘氧化物的过程中，没有被多晶硅覆盖的栅养区厚度也将增加。该结构的第一层电极采用低阻多晶硅。(2)阶梯状氧化物结构可用一次金属化过程形成不对称势阱，制成二相CCD电极结构。如图2-10所示的两种工艺都可以制成二相结构。图2-10具有阶梯氧化物的二相结构栅（a）第1种工艺结构（b）第2种工艺结构本课件是可编辑的正常PPT课件（3）注入势垒二相结构采用离子注入技术可以在电极下面不对称位置上设置注入势垒区，如图2-11所示。图2-11注入势阱二相结构与上述阶梯状氧化物结构相比，离子注入技术容易制成较高的电势台阶，而且如果注入的离子就集中在界面附近，势垒高度受电极电势的影响比较小。本课件是可编辑的正常PPT课件3、四相CCD图2-12是三种四相CCD电极结构。图2-12(a)的结构是在两层金属(例如铝)制作的电极中间淀积100nm厚的二氧化硅（SiO2）做绝缘。图2-12(b)所示的结构与多晶硅-铝交叠栅的结构相类似，只是现在各电极下的绝缘层厚度是一样的，各电极的面积都相同。图2-12(c)所示的是采用两层多晶硅电极结构，采用两层铝电极的结构可以用阳极氧化方法获得SiO2绝缘层。图2-12四相CCD电极结构（a）两层金属中间淀积物（b）多晶硅-金属交叠栅结构（c）两层铝电极用氧化铝绝缘本课件是可编辑的正常PPT课件图2-13所示为四相器件在转移过程中某一时刻的表面势分布。四相器件的操作方式与三相、二相器件相比，较为适应很高的时钟频率(例如100MHZ)，波形接近正弦波的驱动脉冲。电荷在转移过程中由于表面势分布（如图2-13）呈台阶状，不会产生二相及三相转移过程中出现的“过冲现象”。图2-13四相器件的表面势分布本课件是可编辑的正常PPT课件4、体沟道CCD上述CCD中，信号电荷只在贴近界面的极薄衬底内运动。界面陷阱产生束缚电子的能态，信号电荷在转移过程中将受到影响，影响工作速度和转移效率。为此，在半导体体内设置信号的转移沟道。并将称为体沟道或埋沟道CCD(BCCD)。其结构的纵向剖面如图2-14所示。图2-14BCCD纵剖面图本课件是可编辑的正常PPT课件当光照射到CCD硅片上时，在栅极附近的半导体体内产生电子-空穴对，多数载流子被栅极电压排斥，少数载流子则被收集到势阱中形成信号电荷。光输入方式可分为正面照射式与背面照射式。图2.15所示为背面照射式光输入的示意图。2.4电荷的输入和检测2.4.1光输入图2-15背面照射式光注入光注入电荷：Qin=ηqNeoAtc式中，η为材料的量子效率；q为电子电荷量；

Neo为光子流速率；A为像元的受光面积；tc为光的输入时间。正面既设置电极面背面既衬底面本课件是可编辑的正常PPT课件2.4.3电输入1、电流输入法如图8-16（a）所示为电流输入法结构。（a）电流注入法2、电压注入法如图2-16(b)所示为电压输入法结构。图2-16电输入结构经过了Tc时间输入后，CR2下势阱的信号电荷量为本课件是可编辑的正常PPT课件输出电流Id与注入到二极管中的电荷量QS的关系：

Qs=Iddt2.4.3电荷的检测（输出方式）图2-17电荷检测电路电流输出方式的电路如图2-17所示，它由检测二极管、二极管的偏置电阻R、源极输出放大器和复位场效应管TR等单元构成。最末电极输出栅复位场效应管A点电位形成信号本课件是可编辑的正常PPT课件思考题与习题2解题思路2.1题，复习2.1节内容，重点放在势阱与表面势的概念与性质，就可找到解此题的思路。2.2题，复习2.1节，重点放在P型硅与N型硅导电沟道和多数载流子与少数载流子的概念上，不难找到解题思路。2.3题，复习2.1节，认真理解表面势的物理意义和它与外加电压的关系上，注重氧化层厚度对表面势的影响。2.4题，复习2.1节，解此题的思路在于能够分析外加电压与氧化层厚度对表面势的影响。2.5题，需要复习2.3节内容，理解后会找到解此题的思路。2.6题，解此题的思路在于不同沟道中的载流子迁移速率的差异。2.7题，解此题要理解不同氧化层厚度对势阱深度的影响。本课件是可编辑的正常PPT课件2.8题，解题思路在于二相电极能够形成不对称势阱，不对称性势阱下电荷存储模式不对称，变化的不对称势阱能够趋势信号电荷定向转移。而三相电极不能形成不对称势阱，必须靠交叠脉冲作用驱使电荷定向转移。2.9题，复习2.4节中的“3、电荷的检测”后会找到此题解题思路。本课件是可编辑的正常PPT课件2.5CCD的特性参数2.5.1电荷转移效率η和电荷转移损失率ε电荷转移效率为：

电荷转移损失率为：

电荷转移效率与损失率的关系为：影响电荷转移效率的主要因素是界面态对电荷的俘获。采用“胖零”工作模式可提高转移效率。图2-18为P沟道线阵CCD在两种不同驱动频率下的电荷转移损失率ε与“胖零”电荷Q(0)之间的关系。图2-18本课件是可编辑的正常PPT课件2.5.2驱动频率电荷从一个电极转移到另一个电极所用的时间t，少数载流子的平均寿命为τi

则：电荷从一个电极转移到另一个电极所用的时间t，少数载流子的平均寿命为τi

则：1、驱动频率的下限2、驱动频率的上限本课件是可编辑的正常PPT课件P沟CCD在不同衬底电荷情况下工作频率与转移损失率ε的关系曲线如图2-19所示。图2-19转移损失率与驱动频率间的关系图2-20所示为三相多晶硅N型表面沟道（SCCD）的实测驱动脉冲频率f与电荷转移损失率ε之间的关系曲线。图2-20驱动频率与损失率之间的关系本课件是可编辑的正常PPT课件电荷耦合摄像器件就是用于摄像或像敏CCD，也简称为ICCD，它的功能是把二维光学图像信号转变成一维以时间为自变量的视频输出信号。CCD摄像器件不但具有体积小、重量轻、功耗小、工作电压低和抗烧毁等优点，而且在分辨率、动态范围、灵敏度、实时传输和自扫描等方面都很优越。目前，CCD摄像器件不论在文件复印、传真、零件尺寸的自动测量和文字识别等民用领域，还是在空间遥感遥测、卫星侦察及水下扫描摄像机等军事侦察系统中都发挥着重要作用。2.6电荷耦合摄像器件本课件是可编辑的正常PPT课件

ICCD有线型和面型两大类。二者都需要用光学成像系统将景物图像成像在CCD的像敏面上。像敏面将入射到每个像元上的光照度分布Ex,y信号转变为少数载流子密度分布Nx,y信号存储在像元(MOS电容)中。然后，再通过驱动脉冲驱使其从CCD的移位寄存器中转移出来，形成时序的视频信号。线阵CCD将接收到的一维光信息转换成时序的电信号输出，获得一维的图像信号。若想用线阵CCD获得二维图像信号，必须使线阵CCD与二维图像作相对的扫描运动，所以用线阵CCD对匀速运动物体进行扫描成像是非常方便的。面阵CCD是二维的图像传感器，它可以直接将二维图像转变为视频信号输出。2.6.1工作原理本课件是可编辑的正常PPT课件如图2-21所示为三相单沟道线阵CCD的结构图。1、线型CCD摄像器件的两种基本形式（1）单沟道线阵CCD图2-21三相单沟道线阵CCD的结构由图可见，单沟道线阵CCD由光栅、转移栅、CCD模拟移位寄存器和输出放大器等单元构成。本课件是可编辑的正常PPT课件图2-22为双沟道线阵CCD摄像器件。（2）双沟道线阵CCD在光栅阵列的两边设置两列CCD模拟移位寄存器，将像元分别从A与B两列输出。所谓双沟道是指输出通道分为A、B两个。图2-22双沟道线阵CCD的结构本课件是可编辑的正常PPT课件如图2-23所示为三相面阵帧转移摄像器的原理结构图。它由成像区、暂存区和水平读出寄存器等三部分构成。2、面阵CCD

（1）帧转移面阵CCD本课件是可编辑的正常PPT课件图2-24(a)所示为隔列转移型面阵CCD的结构。

（2）隔列转移型面阵CCD图2-24隔列转移型面阵CCD结构图图2-24（b）是隔列转移型面阵CCD的二相注入势垒器件的像元和寄存器单元的结构图。本课件是可编辑的正常PPT课件如图2-25所示，它与前面两种转移方式相比，取消了存储区，多了一个线寻址电路。（3）线转移型面阵CCD图2-25线转移面阵CCD结构示意图本课件是可编辑的正常PPT课件2.6.2CCD的基本特性参数1、光电转换特性存储于CCD的像元中信号电荷包是由入射光子被硅衬底材料吸收，并被转换成少数载流子（反型层电荷）形成的，因此，它具有良好的光电转换特性。式中，tc为CCD积分时间；η为CCD器件的光电转换效率；q为电子电荷量；h为普郎克常数；ν为入射辐射频率。本课件是可编辑的正常PPT课件2、光谱响应CCD接受光的方式有正面光照与背面光照两种。ICCD常采用背面照射的方法。图2-26ICCD的光谱响应由图2-26可见，背面光照方式比正面光照的光谱响应要好得多。本课件是可编辑的正常PPT课件2.6.3动态范围设表面沟道（SCCD）的电极有效面积为A，Si材料的杂质浓度NA为1015cm-3，二氧化硅膜的厚度为0.1μm，电极面积为10×20µm2，栅极电压为10V，则SCCD势阱所存储的电荷量Q为0.6pC或等效于3.7×106个电子，Q可近似地表示为：

Q＝CoxUGA式中，Cox是氧化膜单位面积的电容量；UG为栅极电压。1、势阱可存储的最大信号电荷量本课件是可编辑的正常PPT课件当将噪声的度量采用等效电子数的方式时CCD转移单元的平均噪声如表2-1所示，与CCD图像传感器有关的噪声如表2-2所示。噪声种类

噪声电平（电子数）

输出噪声4001000100转移噪声SCC400总均方根载流子变化SCCDBCCD1150570表2-1CCD的噪声噪声源大小代表值（均方根载流子数）光子噪声

暗电流噪声光子胖0噪声电子胖0噪声俘获噪声输出噪声NS

NDCNFZNEZ

100，NS=1041000，NS=106100，NS=1%NS表2-2与CCD传感器有关的噪声2、噪声本课件是可编辑的正常PPT课件2.6.4暗电流1、耗尽的硅衬底中电子自价带至导带的本征跃迁暗电流密度的大小由下式决定：式中，q为电子电荷量；ni为载流子浓度；τi为载流子寿命；为耗尽区宽度。本课件是可编辑的正常PPT课件2、少数载流子在中性体内的扩散在P型材料中，每单位面积内由于这种原因而产生的电流：式中，NA为空穴浓度；Ln为扩散长度；μ为电子迁移率；ni为本征裁流子浓度。

本课件是可编辑的正常PPT课件3、Si-SiO2界面引起的暗电流Si-SiO2界面引起的暗电流：式中，δs为界面态的俘获截面；Nss为界面态密度。

In=10-3δsNss本课件是可编辑的正常PPT课件分辨率是图像传感器的重要特性。常用调制传递函数MTF来评价。图2-27画出宽带光源与窄带光源照明下某线阵CCD的模传递函数MTF曲线。2.6.5分辨率图2-27线阵CCD的MTF曲线（a）2856K钨丝灯光源（b）单色光源照明本课件是可编辑的正常PPT课件2.10题，复习2.5节内容关注“胖0”概念，就会找到解题思路。2.11题，复习2.5节内容后会找到解题思路。2.12题，需要认真复习2.6.1节，从成像区与移位寄存器的功能上分析，如何更有效的积累电荷又不受移位寄存器的影响方面考虑。2.13题，需复习2.5节内容后就能找到解此题的思路。2.14题，复习2.6节的小标题2内容中有此题解题思路。2.15题，复习2.6节的小标题2内容包含有此题解题思路。2.16题，复习2.6.5内容，即可找到解题思路。思考题与习题2解题思路本课件是可编辑的正常PPT课件第3章典型线阵CCD本章将从应用的角度介绍各种典型的线阵CCD的基本特性、特性参数、驱动方式和应用特点。3.1典型单沟道线阵CCD本节将讨论典型的单沟道线阵CCD器件TCD1209D的基本结构、工作原理、驱动电路及其特性参数。重点掌握它的应用特性。

3.1.1TCD1209D的基本结构基本结构如图3-1所示。注意观察“光电二极管”阵列，“转移栅”位置，“移位寄存器”与“信号输出单元”。本课件是可编辑的正常PPT课件转移栅与像元阵列及模拟移位寄存器构成如图3-2所示的交叠结构。注意观察“UP”、“SH”与“CR1”电平高低变化时体内势阱的变化。3.1.2TCD1209D的基本工作原理观察图3-3所示的驱动波形图。按着波形图中的时间段进行仔细分析。从中找出“光积分”、“并行转移”、“串行输出”3个重要阶段CCD的状态。本课件是可编辑的正常PPT课件本课件是可编辑的正常PPT课件3.1.3TCD1209D的特性参数1.光谱响应特性TCD1209D的光谱响应特性曲线如图3-4所示。峰值波长为550nm，短波响应在400nm处大于70%，长波限在1100nm处。远远超出人眼的视觉范围。2.像元的不均匀度TCD1209D的不均匀性典型值为3%，是双沟道线阵CCD器件所无法达到的。不均匀性定义方式有两种，一种为在50%饱和曝光量下各个像元之间输出信号电压差值ΔU与各个像元均值电压之比的百分数。既本课件是可编辑的正常PPT课件常采用饱和输出电压与暗信号电压之比代替。3.灵敏度灵敏度定义为单位曝光量作用下器件的输出信号电压灵敏度参数还可用使器件输出饱和时像面上的最低曝光量表示，称为饱和曝光量，记为SE。TCD1209D的饱和曝光量SE仅为0.06(lx.s)。4.动态范围饱和曝光量与信噪比等于1时的曝光量之比定义为动态范围DR本课件是可编辑的正常PPT课件特性参数参数符号最小值典型值最大值单位备注灵敏度R253137V/(lx·s)

像元的不均匀性PRNU

310%

PRNU(V)

410mv

饱和输出电压VSAT1.52.0

v

饱和曝光量SE0.040.06

lx·s

暗信号电压VDAK

1.02.5mv

暗信号电压不均匀性DSNU

1.02.5mv

直流功率损耗PD

160400mw

总转移效率TTE9298

%

输出阻抗ZO

0.21kΩ

动态范围DR

2000

输出信号的直流电位VOS4.03.57.0v

噪声NDO

0.6

mv

驱动频率F

120MHzf1=fR表3-1TCD1209D的特性参数本课件是可编辑的正常PPT课件3.1.4TCD1209D的驱动电路利用如图3-5所示的逻辑电路可以生成如图3-3所示的驱动脉冲。脉冲发生器整形兼分频产生RS与CR脉冲产生SH脉冲的逻辑电路产生CP脉冲将CP脉冲送入N位计数器用脉冲R复位N位计数器，使之循环本课件是可编辑的正常PPT课件用04芯片完成功率驱动输出放大电路本课件是可编辑的正常PPT课件3.1.5TCD1209D的外形尺寸TCD1209D为DIP22封装形式的双列直插型器件，外形尺寸如图3-7所示。本课件是可编辑的正常PPT课件3.2典型双沟道线阵CCD器件3.2.1TCD1206SUP的基本结构

图3-8所示为T01206SUP的基本结构原理图。本课件是可编辑的正常PPT课件3.2.2TCD1206SUP的工作原理TCD1206SUP在如图3-9所示的驱动脉冲作用下工作。确保有效转移本课件是可编辑的正常PPT课件3.2.3TCDl206SUP的驱动电路利用CMOS反相器提高脉冲驱动能力射极输出电路降低输出阻抗本课件是可编辑的正常PPT课件3.2.4TCDl206SUP的特点（1）驱动简便（2）灵敏度高TCD1206SUP的光电灵敏度为45V/lx.s，它的饱和曝光量为0.037lx.s，虽然低于TCD1208AP(110V/lx.s)，但是它的动态范围为1700，比TCDl208AP(400)高很多。（3）光谱响应（4）温度特性TCD1206SUP的温度特性如图3-13所示。（5）积分时间与暗电压的变化关系图3-12TCD1206SUP光谱响应图3-13TCD1206SUP温度特性图3-14TCD1206SUP积分时间与暗电压本课件是可编辑的正常PPT课件3.2.5TCD1206SUP的特性参数参数名称符号最小值典型值最大值计量单位备

注响应R334556V/lx·s

对于发光二极管（660nm）光源的响应为600V/lx·s像元不均匀性PRNU

10%饱和输出电压USAT1.51.7

V饱和曝光量SE

0.037

lx·s暗信号电压UMDK

12mV所有有效像元暗信号最大值暗信号不均匀性DSNU

23mV

直流功率损耗PD

140180mW

总传输效率TTL92

%

输出阻抗ZO

1kΩ

动态范围DR

1700

直流信号输出电压UOS4.53.57V

直流参考输出电压UDOS4.53.57V

直流失调电压

20

mV

本课件是可编辑的正常PPT课件3.3具有积分时间调整功能的线阵CCDTCD1205D为具有积分时间调整功能的线阵CCD器件。3.3.1TCD12051.TCD1205D的基本结构图3-16TCD1205D原理结构图积分栅电极被引出本课件是可编辑的正常PPT课件2.TCD1205D的基本工作原理图3-17TCD1205D驱动脉冲波形图积分栅低电平无光积分本课件是可编辑的正常PPT课件无效的转移脉冲有效转移本课件是可编辑的正常PPT课件3.TCD1205D的特性参数本课件是可编辑的正常PPT课件3.3.2IL-P1IL-P1的基本结构IL-P1的外形图如图3-20与3-21所示。图3-20图3-21图中CR1S，CR2S，CR1B，CR2B为移位寄存器的2相驱动脉冲；SH为转移脉冲；RS为复位脉冲；PR为积分控制脉冲。积分栅电极被引出本课件是可编辑的正常PPT课件图3-22为IL-P1的原理结构图图3-22IL-P1原理结构图

积分栅电极被引出其积分时间的调整功能需要从图3-23中分析与理解。图3-23IL-P1驱动脉冲波形图

实际积分时间本课件是可编辑的正常PPT课件思考题与习题3解题思路3.1题，①最短时间是只考虑像元与亚元而无其他多余RS脉冲的积分时间。②根据表3-1中查到的饱和曝光量与响应R，就可以进行计算。3.2题，先计算出最低照度，然后根据像元面积即可计算出通量。3.3题，主要是RS脉冲的意义，如若不复位，将产生信号的累积而无法获得真正的信息输出。3.4题，需要从器件的结构考虑，要尊重器件的设计者。3.5题，主要是输出沟道。TCD1209D输出信号的像元不均匀性优于TCD1206SUP。3.6题，要从积分时间的设置方面考虑，。拓展思路很重要。本课件是可编辑的正常PPT课件3.7题，需要详细观察它的结构，了解双沟道器件的特点，关注CR1、CR2与RS之间的频率与相位。

3.8题，需要详细分析其驱动脉冲波形图，将像元与亚元信号转移出器件需要的脉冲数，能充分转移才会使电荷不产生累积而损失信号。3.9题，①最短积分时间是只考虑像元与亚元而无其他多余RS脉冲的积分时间。②根据表3-2中查到的饱和曝光量与响应R可以计算出使其饱和所需的照度本课件是可编辑的正常PPT课件3.4具有采样保持输出电路的线阵CCD具有采样保持输出电路的线阵CCD种类很多。TCD1500C是一种典型的具有采样保持输出电路的5340像元线阵CCD。1．TCD1500C的基本结构TCDl500C的原理结构框图如图3-28所示。图3-28TCD1500C原理结构图由SP控制的采样保持电路采样保持电路控制脉冲本课件是可编辑的正常PPT课件图3-29TCD1500C驱动脉冲波形图

失去SP脉冲的输出波形SP脉冲控制下的输出波形本课件是可编辑的正常PPT课件2．TCD1500C驱动器图3-30为TCD1500C的驱动脉冲波形图。图3-30TCD1500C驱动电路

自激振荡器驱动脉冲产生逻辑电路SH产生电路3.TCD1500C的特性参数见教材所述。本课件是可编辑的正常PPT课件3.5并行输出的线阵CCD器件并行输出的线阵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。3.5.1并行输出的TCDl703CTCDl703C为7500像元的并行输出线阵CCD，其像元尺寸为7μm长、7μm高，中心距亦为7μm，像敏区总长为52.5mm。原理结构如图3-32所示本课件是可编辑的正常PPT课件本课件是可编辑的正常PPT课件3.5.2分段式并行输出的线阵CCD1.IT-C54路并行输出的四相驱动线阵CCD。图中所示的器件为4096像元，为40脚的双列直插式封装。它的像元尺寸为10μm长、10μm高、中心距10μm。像元总长为40.96mm。本课件是可编辑的正常PPT课件本课件是可编辑的正常PPT课件本课件是可编辑的正常PPT课件2.分段式多路并行输出的高速线阵CCD器件RLl282D、RLl284D、RLl288D器件为分段式多路并行输出的高速线阵CCD器件。

本课件是可编辑的正常PPT课件本课件是可编辑的正常PPT课件3.6用于光谱探测的线阵CCD用于光谱探测的线阵CCD应具有光谱响应范围宽、动态范围大、噪声低、暗电流小、灵敏度高和像元的均匀性好等特点。3.6.1RLl024SB1.结构与工作原理本课件是可编辑的正常PPT课件RLl024SB为1024像元的线阵CCD器件，像元面积较大，为长25μm、高2.5mm，总长度为23.6mm。2.驱动器驱动脉冲波形如图3-44所示。

本课件是可编辑的正常PPT课件3.特点(1)光谱响应RL1024SB器件的光谱响应特性曲线如图3-47所示。尾缀标有Q的为石英窗，如RL2048DKQ,光谱响应短波限可延至200nm。（2）动态范围作为光谱探测器应用的线阵CCD，光谱响应特性极其重要。动态范围也是不可忽视的特性参数。本课件是可编辑的正常PPT课件RLl024SB的动态范围常用如图3-48所示的输出信号电荷与曝光量的关系曲线表示。在非饱和区，线性特性非常好，有利于光谱探测。注意：必须将其中的积分时间tc参数稳定住才能确保线性关系。(3)RL1024SB的其他特性像元的不均匀性、动态范围与灵敏度等其他特性参数如表3-7所示。特

征典型值最大值单位像元中心距25

μm像元高度2.5

mm灵敏度2.9×10-4

C/Jcm-2像元不均匀性510±%饱和曝光量35

nJ/cm2饱和电荷10

pC动态范围31250

暗电流（均方根值）0.200.50pA峰值波长750

nm光谱响应范围200~1000

nm本课件是可编辑的正常PPT课件3.6.2RL2048DKQ器件RL2048DKQ是美国Reticon公司D系列CCD器件。它有2048个有效像元，尺寸为长13μm、高26μm、中心距13μm，属于高速(数据率高达30MHz)低功耗器件。1.RL2048DKQ基本工作原理图3-49为RL1048DKQ等D系列CCD原理等效电路图。本课件是可编辑的正常PPT课件2.驱动电路RL2048DKQ驱动脉冲波形图如图3-50所示。3.RL2048DKQ的特性参数本课件是可编辑的正常PPT课件表3-8RL2048DKQ系列的特性参数特

性最小值典型值最大值单

位动态范围（峰值）

2600

动态范围（均方根值）

13000

灵敏度4.03.46.6V/μj.cm-2饱和曝光量0.150.240.32μj.cm-2噪声等效曝光量（峰-峰值）

0.09

nj.cm-2像元不均匀性

512±%等效暗信号不均匀性

0.030.25±%饱和输出电压0.81.31.6V直流功耗

126

mw噪声（峰-峰值）

0.5

mV输出阻抗

2

kΩ输出电路温漂

10

mV/℃最大输出数据率20

MHz本课件是可编辑的正常PPT课件思考题与习题3解题思路3.10题，见教材3.2节。3.11题，CCD势阱容量有限，超出后电荷将溢出，溢出的现象称为“饱和”。溢出电荷将被传输过程中的势阱装入，所以它将向后面输出的单元输送，传输不对称的溢出现象。3.18题，根据题目给出的数据与TCD1500C的特性计算。3.19题，根据题目给出的数据可以计算。3.20题，根据题目给出的数据计算。本课件是可编辑的正常PPT课件3.7彩色线阵CCD彩色线阵CCD有单行串行与3行并行2种形式。本节将分别讨论这两种输出方式的彩色线阵CCD的基本结构与其基本工作原理。图3-28TCD1500C原理结构图TCD2000P的原理结构如图3-54所示。3.7.1TCD2000PR、G、B3色信号串行输出像元上方敷有R、G、B3色滤光片本课件是可编辑的正常PPT课件TCDC2000P的驱动脉冲波形如图3-55所示。R、G、B3色信号串行输出本课件是可编辑的正常PPT课件TCD2000P的其他特性参数如表3-9所示。名

称符

号最小值典型值最大值单

位

灵

敏

度RBRGRR3.78.44.63.312.06.66.913.68.7

V/lX.s像元不均匀性PRNU

1020%饱和输出电压VSat1.22.0

V饱和曝光量ESAT

0.17

lX.s暗信号电压VDark

1225mv暗信号不均匀性DSNU

510mv总转移率TTE92

%输出阻抗ZO

0.5

kΩ直流信号电平UOS4.56.07.5V表3-9TCD200P彩色CCD特性参数本课件是可编辑的正常PPT课件3.7.2TCD2558DTCD2558D为高灵敏度低暗电流的彩色线阵CCD。图3-56TCD2558D管脚定义行间距为28μm（间隔4行），像元为：长7μm，高7μm，中心距7μm。它的原理结构如图3-57所示。R、G、B三条5340像元CCD并行排列，如图3-56所示。R、G、B3色并行输出本课件是可编辑的正常PPT课件三色信号R、G、B并行地从OS1、OS2、OS3端口分别输出，便于合成真彩色图像，用于对彩色图像信息扫描，实现各种应用。三色的光谱响应特性曲线如图3-59所示。它与人眼的光谱响应接近。本课件是可编辑的正常PPT课件3.7.3TCDC2901DTCD290lD为并联输出的彩色线阵CCD引脚定义如图3-61所示。

图3-61TCD2901D管脚定义原理结构如图3-62所示。本课件是可编辑的正常PPT课件TCD2901D的光谱响应特性如图3-64所示。本课件是可编辑的正常PPT课件3.8环形线阵CCD由720个光电二极管和720个被遮挡的光电二极管(虚设单元)构成一个圆环形线阵CCD如图3-65所示。像元分布如图3-66所示。本课件是可编辑的正常PPT课件RO0720B驱动脉冲波形如图3-68所示。本课件是可编辑的正常PPT课件3.9本章小结典型线阵CCD图像传感器包括：1.单沟道线阵CCDTCD1209D通过典型单沟道线阵CCD工作波形分析，掌握线阵CCD“分时操作”的特点，体会“现在输出的信号是前一积分时间段检测的图像信息”的原因。单沟道线阵CCD的优点在于像元均匀性高于双沟道器件，缺陷是相同驱动频率下的输出速率低于双沟道器件。2.双沟道线阵CCDTCD1206SUP典型双沟道器件，常用于尺寸测量系统的传感器。3.具有积分时间调整功能的线阵CCDTCD1205D在景物照度较大变化的情况下需要适当的调整CCD的积分时间，调整光电响应灵敏度，使测量系统实用性更为广泛。本课件是可编辑的正常PPT课件4.具有采样保持功能的线阵CCDTCD1500CTCD1500C的输出端引入“采样保持”电路，使得输出的条幅脉冲变成如图3-29所示的比较平滑的输出波形。使有用信号的提取更为简便。5.并行输出的线阵CCD本节介绍了TCD1703C，IT-C5、RL1282D、RL1288D等的共同特点是并行输出，为适应更高的输出信号的需要采取了分段并行输出方式而获得更高的信号输出速率。缺点是存在奇、偶效应，使用时需要注意。6.用于光谱探测的线阵CCD要求动态范围宽，噪声低、暗电流小和像元均匀性好等优。点另外，对光谱响应范围也不可以忽视。本课件是可编辑的正常PPT课件7.彩色线阵CCD单行输出的彩色线阵CCDTCD2000P工作原理与输出波形具有许多特点。重点是学习R、G、B并行输出的真彩色线阵CCD的工作原理与各种特性，为获取彩色图像等应用做准备。介绍TCD2558D与TCD2901D的结构、工作原理与特性参数，应用于相对运动过程中获取景物图像（如卫星对地面扫描成彩色图像）信息。8.环形线阵CCD典型环形线阵CCD（RO0720B）器件的结构、原理、驱动与输出特性，能够使其应用于快速目标的定位，因为按圆周分布的像元含有强烈的圆周角度信息，所以能够快速获取目标的方位角，用于定量获取目标的方位。本课件是可编辑的正常PPT课件思考题与习题3解题思路3.12题，“”现象为增加溢洪渠道既能够抗饱和。3.13题，需要考虑RS脉冲的作用，复位时间出错会使信号泄露，后果可想而知。3.14题，可以再造高频脉冲将其合起来。3.15题，多个输出信号端的并行输出功能是提高整体数据率。3.16题，从滤色片和硅材料光谱响应方面分析。3.17题，从像元排列的特点考虑，当被测物遮挡某像元时会产生怎样的信息？本课件是可编辑的正常PPT课件第4章典型面阵CCD4.1DL324.1.1结构DL32的结构如图4-1所示。为表面沟道、三相三层多晶硅电极、帧转移型面阵器件。图4-1DL42型面阵CCD结构图它由成像区、存储区、水平移位寄存器和输出电路等四部分构成。本课件是可编辑的正常PPT课件成像区和存储区的CCD单元结构相同，单元尺寸如图4-2所示。水平移位寄存器的CCD单元尺寸如图4-3所示。CCD输出电路如图4-4所示。图4-2成像区、存储区单元结构图4-3水平单元的结构图4-4输出电路本课件是可编辑的正常PPT课件

DL32型CCD的工作需要11路驱动脉冲和6路直流偏置电压。各路驱动脉冲的时序如图4-5所示。4.1.2工作原理图4-5DL32型面阵CCD驱动脉冲波形图它的各路脉冲是按照PAL制式工作。场正程时间场逆程时间行正程时间行逆程时间本课件是可编辑的正常PPT课件DL32的管脚如图4-6所示，光谱响应如图4-7所示。4.1.3DL32的光电特性图4-6DL32的引脚图图4-7DL32的光谱响应曲线本课件是可编辑的正常PPT课件DL32的其它特性参数如表4-1所示。名

称符

号单

位典

型

值备

注动态范围DR

100～500

饱和曝光量SELX.s2.5×10-22856k白炽灯灵敏度Rmv/LX.s1402856k白炽灯峰-峰信号电压UP-PmV20～300

暗信号不均匀性

%<16

光谱响应范围SRμm0.45～1.1

电荷转移范围η

<99.99%

水平极限分辨率HLRL200～240电视线水平驱动频率fMMHz4.1

表4-1DL32D的特性参数本课件是可编辑的正常PPT课件4.2TCD5130AC4.2.1结构TCD5130AC是一种帧转移型面阵CCD。它常被用于三管彩色CCD电视摄像机中。封装如图4-8所示，图4-9为TCD5130AC的引脚定义图。图4-8TCD5130AC的外形图图4-9TCD5130AC的引脚定义本课件是可编辑的正常PPT课件图4-10为TCD5130AC的结构原理图。图4-10TCD5130AC结构原理图本课件是可编辑的正常PPT课件图4-11为TCD5130AC成像区的原理结构图。图4-11TCD5130AC光敏面的结构本课件是可编辑的正常PPT课件图4-12为TCD5130AC的奇数场的驱动脉冲形图。图4-12TCD5130AC奇数场的驱动脉冲形图奇数场正程时间奇数场逆程时间偶数场正程时间奇数场末像元偶数场首像元本课件是可编辑的正常PPT课件图4-13为TCD5130AC的偶数场的驱动脉冲形图。图4-13TCD5130AC偶数场的驱动脉冲形图本课件是可编辑的正常PPT课件图4-14是图4-12和4-13的A段展开波形图，该波形图描述了场正程期间行消隐（12μs）时间段,信号电荷在驱动脉冲作用下完成一行信号的转移过程。图4-13A段各驱动脉冲的展开图由CRI4移至CRI3由CRI3移至CRI2由CRI2移至CRI1由CRI1移至CRS1由CRS1移至CRS2由CRS2移至CRS3由CRS3移至CRS4由CRS4移至CRI4本课件是可编辑的正常PPT课件图4-14、图4-15分别是B和C段的波形展开图，该波形图描述了场逆程期间，信号电荷在驱动脉冲的作用下从成像区向存储区的转移过程。图4-14B段各驱动脉冲的展开图图4-15C段各驱动脉冲的展开图本课件是可编辑的正常PPT课件图4-17为D、E、F、G端的波形展开图，即为场逆程期间奇、偶两场的转换阶段，信号电荷在成像区的驱动脉冲作用下的转移过程。图4-17D~G段各驱动脉冲的展开图本课件是可编辑的正常PPT课件图4-18为TCD5130AC的驱动电路图。图4-18TCD5130AC的驱动电路本课件是可编辑的正常PPT课件TCD5130AC的特性参数如表4-2所示。表4