电荷耦合器件的特性参数

　1.转移效率和转移损失率

　　电荷转移效率是表征CCD性能好坏的重要参数。CCD的沟道类型不同，转移效率不同，效率越高的器件，转换位数也就越高。例如，在达到同样高的总效率下，埋沟CCD可以研制的位数比表面沟道大得多。

　　2.不均匀度

　　CCD成像器件的不均匀性包括光敏元件的不均匀与CCD的不均匀。光敏元件响应的不均匀是由于工艺过程及材料不均匀引起的，CCD不均匀反映在每次电荷转移的效率不一样，越是大规模的器件，均匀性问题越是突出，这往往是成品率下降的重要原因。不均匀度的表示方法目前尚未统一。

　　3.噪声

　　CCD的噪声可归纳为3类：散粒噪声、转移噪声和热噪声。

　　(1)散粒噪声

　　在CCD中，无论是光注入、电注入还是热产生的信号电荷包的电子数总有一定的不确定性，也就是围绕平均值上下变化，形成噪声。这种噪声常被称为散粒噪声，它与频率无关，是一种白噪声。

　　(2)转移噪声

　　转移噪声主要是由转移损失引起的噪声，这种噪声具有积累性和相关性。积累性是指转移噪声是在转移过程中逐次积累起来的，与转移次数成正比。相关性是指相邻电荷包的转移噪声是相关的，每当有一过量ΔQ电荷转移到下一个势阱时，必然在原来势阱中留下一减量ΔQ电荷，这份减量电荷叠加到下一个电荷包中，所以电荷包每次转移要引进两份噪声，这两份噪声分别与前、后相邻周期的电荷包的转移噪声相关。

　　(3)热噪声

　　热噪声是由于固体中载流子的无规则热运动引起的。

　　4.动态范围

　　动态范围由势阱中可存储的最大电荷量和噪声决定的最小电荷量之比确定。

　　5.暗电流

　　CCD成像器件在既无光注入又无电注入情况下的输出信号称暗信号，即暗电流。暗电流的根本起因在于耗尽区产生复合中心的热激发。由于工艺过程不完善及材料不均匀等因素的影响，CCD中暗电流密度的分布是不均匀的。所以，人们通常以平均暗电流密度来表征暗电流大小。暗电流的危害有两个方面：①限制器件的低频限;②引起固定图像噪声。

　　6.灵敏度(响应度)

　　灵敏度指在一定光谱范围内，单位曝光量的输出信号电压(电流)。曝光量是指光强与光照时间之积，也相当于投射到光敏元上的单位辐射功率所产生的电压(电流)，其单位为V/W(A/W)。CCD的光谱响应基本上由光敏元材料决定(包括材料的均匀性)，也与光敏元结构尺寸差异、电极材料和器件转移效率不均匀等因素有关。

　　7.光谱响应

　　CCD的光谱响应是指等能量相对光谱响应，最大响应值归一化为100%所对应的波长，称峰值波长λmax。通常将10%(或更低)的响应点所对应的波长称截止波长。有长波端的截止波长与短波端的截止波长，两种截止波长之间所包括的波长范围称光谱响应范围。

　　8.分辨率

　　分辨率是摄像器件最重要的参数之一，它是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力。对红外成像系统来说主要指空间分辨率和温度分辨率。测试时用专门的测试卡，由于篇幅所限在此不作详细讨论。

　　CCD电荷耦合摄像器件主要用于图像测量。它的功能是把二维光学图像信号转换成一维视频信号输出。主要有两大类型器件：线型和面型。对于线型器件，它可以直接接收一维光信息，而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，例如，在扫描仪中使用的是线型CCD，而在数码相机中则使用的是面型CCD。