CCD的应用（CCD固态图像传感器）?

CCD的应用（CCD固态图像传感器）
电荷耦合器件用于固态图像传感器中, 作为摄像或像敏的器件。 CCD固态图像传感器由感光部分和移位寄存器组成。 感光部分是指在同一半导体衬底上布设的若干光敏单元组成的阵列元件, 光敏单元简称“像素”。 固态图像传感器利用光敏单元的光电转换功能将投射到光敏单元上的光学图像转换成电信号“图像”, 即将光强的空间分布转换为与光强成比例的、大小不等的电荷包空间分布, 然后利用移位寄存器的移位功能将电信号“图像”转送, 经输出放大器输出。
根据光敏元件排列形式的不同, CCD固态图像传感器可分为线型和面型两种。
（1） 线型CCD图像传感器线型CCD图像传感器结构如图8 - 21 所示。光敏元件作为光敏像素位于传感器中央, 两侧设置CCD移位寄存器, 在它们之间设有转移控制栅。

在每一个光敏元件上都有一个梳状公共电极, 在光积分周期里, 光敏电极电压为高电平,光电荷与光照强度和光积分时间成正比, 光电荷存储于光敏像敏单元的势阱中。 当转移脉冲到来时, 光敏单元按其所处位置的奇偶性, 分别把信号电荷向两侧移位寄存器转送。同时, 在CCD移位寄存器上加上时钟脉冲, 将信号电荷从CCD中转移, 由输出端一行行地输出。 线型CCD图像传感器可以直接接收一维光信息, 不能直接将二维图像转变为视频信号输出, 为了得到整个二维图像的视频信号, 就必须用扫描的方法来实现。
线型CCD图像传感器主要用于测试、 传真和光学文字识别技术等方面。
（2） 面型CCD图像传感器按一定的方式将一维线型光敏单元及移位寄存器排列成二维阵列, 即可以构成面型CCD图像传感器。
面型CCD图像传感器有三种基本类型: 线转移、 帧转移和隔列转移, 如图8 - 22┧示。
图8 - 22（a）为线转移面型CCD的结构图。 它由行扫描发生器、 感光区和输出寄存器组成。行扫描发生器将光敏元件内的信息转移到水平（行）方向上, 驱动脉冲将信号电荷一位位地按箭头方向转移, 并移入输出寄存器, 输出寄存器亦在驱动脉冲的作用下使信号电荷经输出端输出。这种转移方式具有有效光敏面积大、转移速度快、 转移效率高等特点, 但电路比较复杂, 易引起图像模糊。
图8 - 22（b）为帧转移面型CCD的结构图。 它由光敏区（感光区）、 存储区和水平读出寄存器三部分构成。 图像成像到光敏区, 当光敏区的某一相电极（如P）加有适当的偏压时, 光生电荷将被收集到这些光敏单元的势阱里, 光学图像变成电荷包图像。 当光积分周期结束时,信号电荷迅速转移到存储区中, 经输出端输出一帧信息。当整帧视频信号自存储区移出后, 就开始下一帧信号的形成。这种面型CCD的特点是结构简单, 光敏单元密度高, 但增加了存储区。
图8 - 22（c）所示结构是用得最多的一种结构形式。
它将一列光敏单元与一列存储单元交替排列。在光积分期间, 光生电荷存储在感光区光敏单元的势阱里; 当光积分时间结束, 转移栅的电位由低变高, 电荷信号进入存储区。 随后, 在每个水平回扫周期内, 存储区中整个电荷图像一行一行地向上移到水平读出移位寄存器中, 然后移位到输出器件, 在输出端得到与光学图像对应的一行行视频信号。这种结构的感光单元面积减小, 图像清晰, 但单元设计复杂。面型CCD图像传感器主要用于摄像机及测试技术。