文档介绍：第三章图像传感技术
图像传感器实际上也是光电传感器件中的一部分,D、CMOS以及PSD等,PSD已经在光电传感器件中介绍,D和CMOS传感器件及图像测量技术。
图像传感技术
CMOS图像传感器
CMOS传感器结构与工作原理
CMOS图像传感器的性能指标
典型CMOS图像传感器
图像测量技术
CCD图像传感器
CCD(Charge Coupled Device)全称为电荷耦合器件,是20世纪70年代发展起来的新型固体成像器件。
它是在MOS集成电路技术基础上发展起来的,为半导体技术应用开拓了新的领域。
它具有光电转换、信息存储和传输等功能,具有集成度高、功耗小、结构简单、寿命长、性能稳定等优点,能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展,能给出直观、真实、多层次、内容丰富的可视图像信息,被广泛应用于军事、天文、医疗、广播、电视、传真通信以及工业检测和自动控制系统。
CCD是目前最为成熟,应用最为广泛的图像传感器,它的典型产品有数码相机、摄像机等。
CCD图像传感器
CCD有两种基本类型:
一种是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面,并沿着界面转移,D器件(D);
另一种是电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内,并在半导体体内沿一定方向转移,这类器件称为体沟道或埋沟道器件(D).
D器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。
CCD图像传感器
D的MOS结构
电荷的传输
电荷读出
CCD图像传感器基本特征参数
CCD摄像器件
D摄像器件
D摄像器件
CCD的MOS结构及存储电荷原理
CCD由多个光敏像元组成,每个像元就是一个MOS电容器或一个光敏二极管。这种电容器能存储电荷,其结构如图 3‑1所示。
图 3‑D基本结构和工作原理图
CCD的MOS结构及存储电荷原理
(或光敏二极管),它的表面由不透光的金属层覆盖,以实现光屏蔽。
MOS电容器上的电压愈高,产生的势阱愈深,当外加电压一定,势阱深度随阱中的电荷量增加而线性减小。利用这一特性,通过控制相邻MOS电容器栅极电压高低来调节势阱深浅。
在MOS电容紧密排列,使相邻的MOS电容势阱相互“沟通”,即相邻MOS电容两电极之间的间隙足够小,且当改变相邻MOS两电极的电压值时,在信号电荷自感生电场的库仑力推动下,就可使信号电荷由浅处流向深处,实现信号电荷转移。
CCD的MOS结构及存储电荷原理
为了保证信号电荷按确定路线转移,通常MOS电容阵列栅极上所加脉冲电压为严格满足相位要求的二相、三相或四相系统的时钟脉冲电压。
D的结构及工作原理
D的结构及工作原理
CCD的MOS结构及存储电荷原理
CCD的信号电荷读出方法一般有两种:输出二极管电流法和浮置栅MOS放大器电压法。
图 3‑5 电荷读出方法
CCD图像传感器基本特征参数
CCD图像传感器特征主要是指其光电转换特性,而性能参数主要包括灵敏度、分辨率、信噪比、光谱响应、动态范围、D摄像器件的优劣评判标准,就是采用这些参数衡量。