CCD 图像传感器的原理及应用(8 页)Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。 CCD 图像传感器的原理及应用 摘要： 随着科技的迅猛进展，人们希望在生活生产中更多地实现自动化，而在实现自动化的过程中，传 感器起着举足轻重的地位。传感器其实就是人类感官的延伸，因此也叫“电五官”。而图像传感器就是“电 视觉”，本文就图像传感器中的一种——CCD 图像传感器的原理及应用做一介绍。关键字：CCD 图像传感器 原理 应用 CCD 图像传感器是通过将光学信号转换为数字电信号来实现图像的猎取、存储、传输、处理和复现。光学信号转化为数字信号主要由CCD 感光片完成。CCD 感光片由三部分组成，即镜片，彩色滤镜和感应电路，如下图。镜片和彩色滤镜主要是对接受的光线（即图像）进行一定的预处理，感应电路为 CCD 传感器的核心，它又可分为光敏元件阵列和电荷转移器件两部分。下面我们介绍一下感应电路的构成，CCD 的感应电路是由若干个电荷耦合单元组成，该单元的结构如图所示。其最小单元是在 P 型（或 N型）硅衬底上生长一层厚度约为 120nm 的SiO2 作为光敏器件，再在 SiO2 层上依次沉积铝电极而构成 MOS 的电容式转移器。将 MOS阵列加上输入、输出端，便构成了 CCD 的感应电路。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，其多数载流子被栅极电压排开，少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。当向 SiO2 表面的电极加正偏压时，P 型硅衬底中形成耗尽区（势阱），耗尽区的深度随正偏压升高而加大。其中的少数载流子（电子）被吸收到最高正偏压电极下的区域内，形成电荷包（势阱）电荷转移的控制方法，类似于步进电极的步进控制方式。也有二相、三相等控制方式之分。下面以三相控制方式为例说明控制电荷定向转移的过程。三 相 控 制 是 每 一 排 像 素 上 有 三 个 金 属 电 极P1,P2,P3,依次施加三个相位不同的脉冲，使得每排电极下电荷包向一侧移动，如下页图。随着控制脉冲的分配，电荷包从一侧转移到最终端，由输出二极管收集后送给放大器处理，实现电荷移动。当各排电荷全部移出感应区即扫描完成一幅画面，这些电荷最终以二进制的形式存储或修改。 以上是从微观方面介绍了 CCD 图像传感器中核心原件感官电路的原理，在宏观方面根据结构又可分为两类：CCD 线列图像传感器和CCD 面阵图像传感器，它们在结构方面的差异导致了用途的不同...
