CCD原理

　　導讀：大家在使用數碼相機將身邊的美好事物拍下的時候，有沒有想過為什么相機能夠將圖像攝下?今天小編帶你了解CCD的工作原理，它可是相機中不可缺的一部分哦。

CCD原理——特性

　　CCD傳感器將光學信號轉換為模擬電流信號，通過放大和模數轉換，實現圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復現。其顯著特點是：

　　Ⅰ.體積小重量輕;

　　Ⅱ.功耗小，工作電壓低，抗沖擊與震動，性能穩定，壽命長;

　　Ⅲ靈敏度高，噪聲低，動態范圍大;

　　Ⅳ.響應速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像;

　　Ⅴ.應用超大規模集成電路工藝技術生產，像素集成度高，尺寸精確，商品化生產成本低。

　　因此，許多采用光學方法測量外徑的儀器，把CCD器件作為光電接收器。

CCD原理——分類

　　CCD在功能上可分為線陣CCD和面陣CCD兩類。

　　線陣CCD通常將CCD內部電極分成數組，每組稱為一相，并施加同樣的時鐘脈沖。所需相數由CCD芯片內部結構決定，結構相異的CCD可滿足不同場合的使用要求。線陣CCD有單溝道和雙溝道之分，其光敏區是MOS電容或光敏二極管結構，生產工藝相對較簡單。它由光敏區陣列與移位寄存器掃描電路組成，特點是：處理信息速度快，外圍電路簡單，易實現實時控制，但獲取信息量小，不能處理復雜的圖像。

　　用于掃描儀中的線性CCD

　　面陣CCD的結構要復雜得多，它由很多光敏區排列成一個方陣，并以一定的形式連接成一個器件，獲取信息量大，能處理復雜的圖像。

CCD原理——光電轉換與儲存

　　CCD的工作過程分為四個部分，分別是光電轉換、電荷儲存、電荷轉移、電荷檢測。

　　光電轉換就是將光信號轉換為電信號，CCD內部是由許多的光敏像素組成的，每像素就是一個光敏二極管，檢測像素上產生的電荷，產生的信號電荷的數量直接與入射光的強度及曝光時間成正比。

CCD原理——電荷的轉移

　　CCD的移位寄存器是一列排列緊密的MOS電容器,它的表面由不透光的鋁層覆蓋,以實現光屏蔽。 MOS電容器上的電壓愈高,產生的勢阱愈深,當外加電壓一定,勢阱深度隨阱中的電荷量增加而線性減小.利用這一特性,通過控制相鄰MOS電容器柵極電壓高低來調節勢阱深淺.制造時將MOS電容緊密排列,使相鄰的MOS電容勢阱相互“溝通”.認為相鄰MOS電容兩電極之間的間隙足夠小(目前工藝可做到0.2μm),在信號電荷自感生電場的庫侖力推動下,就可使信號電荷由淺處流向深處,實現信號電荷轉移。

CCD原理——電荷的測量

　　CCD的電荷測量是將轉移的信號電荷轉換成電信號的過程，有兩種方法。

　　Ⅰ：浮置擴散放大器

　　Ⅱ：浮置柵極放大器

　　在CCD的圖像傳感器中使用較多的是浮置擴散放大器。

　　浮置擴散輸出端是信號電荷注入末級浮置擴散的PN結之后, 所引起的電位改變作用于MOSFET的柵極。這一作用結果必然調制其源-漏極間電流, 這個被調制的電流即可作為輸出。 當信號電荷在浮置柵極下方通過時, 浮置柵極輸出端電位必然改變, 檢測出此改變值即為輸出信號。

　　總結：CCD的原理是通過鏡頭濾光，以保證光線的直線射入，CCD內部的感光元件將光能轉換為電信號，通過工藝排列將感光出的電荷轉移，再浮置擴散放大器或浮置柵極放大器進行檢測。

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