典型线阵CCD图像传感器

CCD图像传感器激光位移计-CCD的工作原理与应用(初稿)CCD,Charge Coupled Devices,电荷耦合器件～是70年代初发展起来的新型半导体器件。

它由美国贝尔实验室的W. S. Boyle和G. E. Smith于1970年首先提出～在经历了一段时间的研究之后～建立了以一维势阱模型为基础的非稳态CCD基本理论。

几十年来～CCD的研究取得了惊人的进展～特别是在像感器应用方面发展迅速～已成为现代光电子学和现代测试技术中最活跃～最富有成果的新兴领域之一。

实验目的1、了解二相线阵CCD的基本工作原理2、了解二相线阵CCD驱动信号时序3、了解线阵CCD在位移测量中的应用方法实验仪器1. CCD激光位移计2. 数字示波器准备好坐标纸、铅笔和直尺～也可用相机。

实验原理1( CCD的基本结构电荷耦合器件的突出特点是以电荷作为信号～而不同于其它大多pseudonym Ding Bingcheng), to Jiangsu and Zhejiang in Taihu Lake area opened work, towards armed, carried out guerrilla race. 4 people such as Ding Bingcheng took Zhang Yan, Zhou Fen, from Shanghai, Zhao Anmin troopsstationed at the border of Jiangsu and Zhejiang. Ding Bingcheng reach dual-COR, and "anti-" established contact of Communist Party members, when the Kuomintang military Committee in Jiangsu, Zhejiang and Deputy Commander of the Brigade in Taihu Lake and Qian Kangmin, Director of the Department of the Commission (CPC) accompanied by consultations with Commander Zhao Anmin placement I was personnel related issues. Qian Kangmin efforts, Zhao Anmin also agreed to subordinate Gong Shengxiang Brigade guns to form a band in Taihu Lake. Qian Kangmin hired a boat to bring Gong Shengxiang, together with Zhang Yan start, boats to crossnear the fan, was seized by Cheng Wanjun. After Cheng Buzheng Jin Lu Wang, Director of training helps releasing personnel, but the weapon lost. Is autumn, Ding Bingcheng Wujiang was ordered to open up again,its task is: towards reconstruction guerrillas, Communist-led team.Along with Liu Zirong (Liu), Zhang Yan (Liu), huada busy (Chen Zhengzhi), Yu Zhe (Zhou Fen), Ye Chu Xiao (Lu Qiusheng), Henry (nandeqin), "anti-" players. Flat looking men Shen Yuezhen as a guide. Shen Yuezhen Ding Bingcheng single leader, Shen Yuezhen specializing in intelligence work, in September, through Mao Xiaocen served as the KMT's County Clerk, Shen Yuezhen after entering the County, deftly juggling between elites, was Chang Shen Liqun, who appreciated, has created favorable conditions for gathering intelligence. Meanwhile, Shen Yuezhen introduce jindapeng (Kanewaka Wang), xiaoxin was joined the "resistance", also activelydoing the standing political instructor Yu Qingzhi Shen Wenchao, Secretary of Justice and County Government数器件是以电流或者电压为信号。

第五章-1 CCD产品简介53
5.1 典型CCD芯片简介 5.2 特种CCD芯片介绍
总目录
二用于高速检测的(并行/分段输出) 线阵CCD
三用于光谱测量的线阵CCD
四用于彩色图像采集的线阵CCD
一 用于尺寸测量的线阵CCD
5.1 典型CCD芯片简介
TCD1001P
黑白
128
32×32×32
2、分段式多路并行输出的高速线阵CCD
RL1282D、RL1284D、RL1288D器件： 分别具有256、512或1024像元 像元尺寸：18×18×18 (单位：微米) 双沟道器件 每128像元为一段，每段又分奇偶两个沟道并行输出
整个器件的输出时间大大地缩短，器件的工作速度提高。
必须的三路脉冲（其他属扩展）：转移脉冲ST、驱动脉冲CR1、CR2 EOS信号可以作为A/D转换器的行同步信号；
RL1024SB的特性参数
（1）光谱响应
两种类型：普通光学玻璃窗和石英玻璃窗，以G和Q区分； 石英玻璃：光谱响应范围为200nm至1100nm,峰值响应波长为750nm。该器件在中紫外至近红外波段的光谱响应较好，常用于这段谱区的光谱探测和光谱分析应用中，尤其是在紫外波段的光谱探测更为重要。 普通玻璃：截止于350nm，对紫外波段光的吸收较大。
应用：对彩色图像采集、测量 芯片介绍：
TCD2000P
TCD2252D
TCD2557D
TCD2901D
象元
160×3
2700×3
5340×3
10550×3
总长
5.28mm
42.72mm
37.38mm
42.2mm
象元面积
11×11

采取的措施：1）增加光敏单元数量2）采用光学低通滤波器来降低CCD 上光学图像的频带宽度，以减小频谱混叠；
2、灵敏度 定义1：单位光功率所产生的信号电流;单位:mA/W
1W/m2=17lx（标准钨丝灯）单位可表示为:mA/lx
定义2：单位曝光量CCD像敏单元输出电压; 单位:mV/(lx.s)
灵敏度的影响因素：
在摄像区进行第二场光积分期间，存储区和水平移
位寄存器在各自的驱动脉冲作用下，将第一场的信号逐
行输出。第二场光积分结束，第一场的信号也输出完，
再将第二场的信号送入存储区暂存。接下去，第三场光
积分的同时输出第二场的信号电荷。
奇数场光积分的同时，输出偶数场的信号.
若奇数场是CRVA2电极下的势阱在光积分，则偶数场
CCD输出电路，由一个双栅(直
流栅电压URD和交流栅脉冲ФR)复位
场效应管和用作源极跟随放大器的场 效应管构成。复位管双栅沟道长为 30μm、宽为20μm。放大场效应管沟 道长为10μm、宽为60μm。这两个场
效应管的跨导分别为180μS和600μS
2、工作原理 （配合电视制式）
PAL电视制式—— 隔行扫描，每帧扫描行数为625行，分两场扫描。
帧转移 光积分
逐行转移并输出
场逆程
场正程
场逆程 场正程
行正程 行逆程
(行转移)
场逆程
场正程
场逆程
行正程
2、工作原理 (要求理解，并能够自己表述)
当摄像区工作时，三相电极中有一相为高电平，处于光积分
状态，其余二相为低电平，起到沟阻隔离作用。水平方向上有沟 阻区，使各个摄像单元成为一个个独立的区域，各区域之间在水
一、 DL32型面阵CCD——帧转移型

彩色线阵CCD有两种形式：单行串行和三行并行
1、TCD2000P——单行串行形式 单沟道
两相驱动
480个有效PD组成像敏区
单元尺寸：长11*高33*11
3个单元一组，每一组依
次采用G、B并行形式 高灵敏度低暗电流的彩色线阵CCD器件。
2160
2160 2048 2660 2700 2700 1024 5340 5000
14×14×14
14×14×14 14×14×14 11×11×11 11×11×11 8× 8× 8 14×14×14 7× 7× 7 7× 7× 7
45
110 31 70 35 9.1 12 4.8 13
1700
RL1024SB的特性参数
（1）光谱响应
两种类型：普通光学玻璃窗和石英玻璃窗，以G和Q区分； 石英玻璃：光谱响应范围为200nm至1100nm,峰值响应波长为750nm。
该器件在中紫外至近红外波段的光谱响应较好，常用于这段谱区的光谱探
测和光谱分析应用中，尤其是在紫外波段的光谱探测更为重要。 普通玻璃：截止于350nm，对紫外波段光的吸收较大。
500 4600 1700
单路 单路 单路
TOSHIBA NEC TOSHIBA
高速尺寸、振动测量 尺寸、振动测量 尺寸测量
TCD1206SUP
TCD1208P TCD1209D μPD3734D TCD1251UD TCD2252D TCD132D TCD1500C TCD1501D
黑白
黑白 黑白 黑白 黑白 彩色 黑白 黑白 黑白
转移脉冲ST 器件的地 器件的衬底偏压 行输出结束信号 5V供电电压输入 暗光电信号
“开花”是指光敏单元所存储的电荷超出了势阱容纳电荷的

间间隔称为积分时间，由于电荷的转移时间很短，可认为电荷转移的周
期便是积分时间，也是光敏元接受光照的时间。如图4-2当移位寄存器中
Ф1为高电平，此时SH脉冲也为高电平使Ф1电极下的深势阱与光敏元的 存储势阱沟通，光敏元里的信号电荷迅速向两边模拟移位寄存器的Ф1电 极控制的MOS单元转移。然后，SH电平变低，形成浅势阱，光敏元与移
（像素）有两个MOS，其中的一个MOS与光敏元相连，并接Ф1 脉冲，另一个不直接与光敏元相连，接Ф2脉冲。其像素数量与光 敏元相同。每个光敏单元的尺寸为14µm长、14µm高，中心距亦 为14µm。光敏元阵列总长30.24mm，光敏元的两侧是用作存储信 号电荷的MOS电容列(图中存储栅)。MOS电容阵列两侧是转移栅 电极SH，转移栅的两侧为CCD模拟移位寄存器，其输出部分由信 号输出单元和补偿输出单元构成。
此二路输出信号分别送到差分放大器LF357的正、反输入端
进行差分放大，抑制掉共模的ΦR引起的干扰，得到如图4-5 所示的信号波形。图4-5中的SP及ΦC是为用户提供的控制脉 冲，SP与CCD输出的像元光电信号同步，可用来做采样保
持控制信号。ΦC的上升沿对应于CCD的第一个有效像素单 元S1，因而可以用作行同步。当然也可以用ΦSH作行同步， 但由于CCD首先输出64个虚设单元(含暗电流信号)信号，所
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二、TCD1209D的基本工作原理 TCD1209D的驱动脉冲波形图如图所示。
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三、TCD1209D的特性参数
TCD1209D是一种性能优良的线阵CCD器件。它具有速度 快，灵敏度高，动态范围宽，像敏单元不均匀性好，功耗 低，光谱响应范围宽等优点。
1.光谱响应特性

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CCD用于图像记录
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15
数码相机的外形
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CCD数码照相机的结构
三基色分离原理
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17
数码相机的结构解剖
（索尼F828）
CCD
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18
CCD数码显微镜拍摄的金属表面显微照片
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CCD数码摄像机
CCD图像传感器
CCD全称电荷耦合器件，它具备光
电转换、信息存贮和传输等功能，具有
集成度高、功耗小、分辨力高、动态范
围大等优点。 CCD图像传感器被广泛应 用于生活、天文、医疗、电视、传真、 通信以及工业检测和自动控制系统。
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（一）CCD的基本工作原理
一个完整的CCD器件由光敏元、转移栅、 移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。 CCD工作时，在设定的积分时间内，光敏元对 光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏元 的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷在转 移栅信号驱动下，转移到CCD内部的移位寄存 器相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用 下，将信号电荷顺次转移到输出端。输出信号 可接到示波器、图象显示器或其他信号存储、 处理设备中，可对信号再现或进行存储处理。
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面阵CCD外形（续）
200万和1600万像素的面阵CCD
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面阵CCD外形（续）
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面阵CCD外形（续）
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（三）CCD的基本特性参数
CCD的基本特性参数有： 光谱响应、动态范围、信噪比、CCD 芯片尺寸等。在CCD像素数目相同的条件

三、具有积分时间调整功能(电子快门)的线阵CCD-如何实现？
在光照度较低/较强时的情况下，可以通过增长/缩短光积 分时间的方式使输出信号达到所希望的幅度；
积分时间的调整功能对于CCD的应用是非常重要的。 TCD1205D为具有积分时间调整功能的线阵CCD器件。
广泛应用在条码扫描识别等光电输入设备。
2、TCD1205D的基本工作原理 ——方案一
在一个转移脉冲SH周期中，只有在光积分电极ICG为高电平期间光积分栅 才能建立起深势阱，也才能进行光积分。
2、TCD1205D的基本工作原理 ——改变积分时间方案二
一个行周期中两次转移
一个行读出周期中设置两个转移脉冲SH： 第1个转移脉冲的高电平对应于移位寄存器驱动脉冲CR1的
3、TCD1205D的特性参数
动态范围 DR 偏 低 ， 一般只适用 于光电数字 扫描输入， 不适用于分 辨率要求较 高的图像扫 描输入。
四、并行输出的线阵CCD
并行输出的线阵CCD在相同频率驱动脉冲的作用下可以获得 更高的信号输出速率，这在用线阵CCD检测高速运动物体图像 的应用中具有非常重要的作用。
光电二极管的数量为：2160+(74-12)=2222。 存储栅：存储光生电荷的MOS电容存储阵列。
1118
2、 TCD1206SUP的工作原理
四路驱动脉冲：SH、CR1、CR2、RS； 驱动电路的产生可仿照TCD1209D实现；
TCD1206SUP与1209D的不同点：
OS端总共输出2236个信号，由于两列并行传输。所以一个 SH周期至少要有2236/2=1118个 驱动脉冲CR1的周期
低电平，使移位寄存器CR1电极不形成深势阱，光积分电极下 积累的信号电荷无法倒入CR1电极，即无法将信号电荷转移到 移位寄存器中，从而之前积累的信号电荷白白地倒掉。

•CCD图像传感器课件
CCD实物
•CCD图像传感器课件
常见的基于CCD光电耦器件的设备
•CCD图像传感器课件
•CCD图像传感器课件
嫦娥二号携带的CCD立体摄像机
•CCD图像传感器课件
CCD图像传感器
• CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS（金属— 氧化物—半导体）电容器组成的阵列。在P型或N 型硅衬底上生长一层很薄（约120nm）的二氧化硅 ,再在二氧化硅薄层上依次序沉积金属或掺杂多晶 硅电极（栅极）,形成规则的MOS电容器阵列，再 加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片。
•CCD图像传感器课件
• 自动流水线装置，机床、自动售货机、自动监视 装置、指纹机；
• 作为机器人视觉系统；
• 用于传真技术，文字、图象 、 车 牌 识别。例如用 CCD识别集成电路焊点图案，代替光点穿孔机的作 用；
• M2A摄影胶囊（Mouth anus）,由发光二极管做光 源，CCD做摄像机，每秒钟两次快门，信号发射到 存储器，存储器取下后接入计算机将图像进行下 载。
3 t1 t2 t3 t4 t5
三个时钟脉冲的时序
•CCD图像传感器课件
输入二极输管入栅Ф1 Ф2
Ф3
SiO2
输出栅 输出二极管
耗尽区
P型Si 电荷转移方向
CCD的MOS结构
•CCD图像传感器课件
3、信号电荷的传输（耦合）
CCD工作过程的第三步是信号电荷包的转移，就是 将所收集起来的电荷包从一个像元转移到下一个 像元，直到全部电荷包输出完成的过程。 通过按一定的时序在电极上施加高低电平，可以 实现光电荷在相邻势阱间的转移。
•CCD图像传感器课件
(a)初始状态； (b)电荷由①电极向电极②转移； (c)电荷在①②电极下均匀分 布；(d)电荷继续由①电极向②电极转移；(e)电荷完全转移到②电极； (f)三相 转移脉冲

CCD图像传感器的工作原理及应用1. CCD图像传感器简介CCD（Charge-Coupled Device）是一种光电器件，可以将光信号转换成电信号，并进行捕获和存储图像数据。

CCD图像传感器广泛应用于相机、摄像机、扫描仪和图像处理等领域。

2. CCD图像传感器的工作原理CCD图像传感器的工作原理基于光电效应和电荷耦合技术。

2.1 光电效应当光照射到CCD上时，光子将激发CCD芯片中的光敏元件产生电子-空穴对。

光电效应的强弱与光的强度成正比，光的能量越高，激发的电子-空穴对越多。

2.2 电荷耦合技术CCD图像传感器中对光电效应产生的电子进行耦合和传输的是电荷。

CCD芯片由一系列电荷传输区域组成，其中包括感光区、垂直传输区和水平传输区。

在感光区，电荷被积累，并且与光照的强度成正比。

然后，电荷被垂直传输区逐行传输到水平传输区。

在水平传输区，电荷被逐列传输到输出端，由模数转换器将其转换为数字信号。

3. CCD图像传感器的应用CCD图像传感器在许多领域中都有广泛的应用，下面列举了几个典型的应用领域。

3.1 摄影和摄像CCD图像传感器是数码相机和摄像机的核心部件。

它们能够捕捉细节丰富、高质量的图像和视频，成像效果较好。

3.2 扫描仪CCD图像传感器还被广泛用于扫描仪，用于将纸质文件和照片转换为数字形式。

CCD的高分辨率和色彩还原能力使其成为扫描仪最佳的图像采集技术之一。

3.3 星光相机CCD图像传感器在天文学中也有重要应用。

由于其高灵敏度和低噪声性能，CCD被广泛用于天文图像的采集，尤其是星光相机。

星光相机能够捕捉到微弱的星光，从而探测远离地球的天体。

3.4 医学成像CCD图像传感器也被应用于医学成像领域。

例如，在X射线成像中，CCD传感器能够捕捉到X射线影像，用于医学诊断和治疗。

3.5 工业视觉CCD图像传感器在工业视觉应用中起着关键作用。

它们可以检测和测量产品中的缺陷、尺寸和形状，并用于自动化生产线上的质量控制。

由两种感光器件的工作原理可以看出，CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。

在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。

市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，若有哪家摄像头厂商生产的摄像头使用CCD感应器，厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传，甚至冠以“数码相机”之名。

一时间，是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。

CCD传感器-原理编辑本段CCD传感器是一种新型光电转换器件，它能存储由光产生的信号电荷。

当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。

它主要由光敏单元、输入结构和输出结构等组成。

它具有光电转换、信息存贮和延时等功能，而且集成度高、功耗小，已经在摄像、信号处理和存贮3大领域中得到广泛的应用，尤其是在图像传感器应用方面取得令人瞩目的发展。

CCD有面阵和线阵之分，面阵是把CCD像素排成1个平面的器件；而线阵是把CCD像素排成1直线的器件。

由于在军事领域主要用的是面阵CCD，因此这里主要介绍面阵CCD。

CCD传感器-种类编辑本段面阵CCD的结构一般有3种。

第一种是帧转性CCD。

它由上、下两部分组成，上半部分是集中了像素的光敏区域，下半部分是被遮光而集中垂直寄存器的存储区域。

其优点是结构较简单并容易增加像素数，缺点是CCD尺寸较大，易产生垂直拖影。

第二种是行间转移性CCD。

它是目前CCD的主流产品，它们是像素群和垂直寄存器在同一平面上，其特点是在1个单片上，价格低，并容易获得良好的摄影特性。

第三种是帧行间转移性CCD。

它是第一种和第二种的复合型，结构复杂，但能大幅度减少垂直拖影并容易实现可变速电子快门等优点。

面阵CCD：允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移动物体。

1.基本结构
CCD基本结构分两部分： （1）MOS（金属—氧化物—半导体）
光敏元阵列； 电荷耦合器件是在半导体硅片上 制作成百上千（万）个光敏元， 一个光敏元又称一个像素，在半 导体硅平面上光敏元按线阵或面 阵有规则地排列。 （2）读出移位寄存器。
传6 感山器西原工理程职及业应技用术学院
CCD结构示意图
二、CCD器件
1、分类
CCD器件分为线阵CCD和面阵CCD，结构上有多种不
同形式，如单沟道CCD、双沟道CCD、帧转移结构CCD、 行间转移结构CCD。 ❖ 线阵CCD结构 ➢ 线阵CCD传感器是由一列MOS光敏元和一列移位寄存 器并行构成。光敏元和移位寄存器之间有一个转移控 制栅，1024位线阵，由1024个光敏元1024个读出移位 寄存器组成。读出移位寄存器的输出端Ga一位位输出 信息，这一过程是一个串行输出过程。
传19 感山器西原工理程职及业应技用术学院

集散控制系统应用
二、CCD器件
a.线阵型
传20 感山器西原工理程职及业应技用术学院
电荷输出控制波形

集散控制系统应用
二、CCD器件
64位线阵CCD结构
传21 感山器西原工理程职及业应技用术学院
集散控制系统应用
2. 电荷耦合器件的工作原理
CCD
光信息
电脉冲
脉冲只反映一个光敏元的受光情况
脉冲幅度的高低反映该光敏元受光照的强弱
输出脉冲的顺序可以反映一个光敏元的位置
传8 感山器西原工理程职及业应技用术学院
完成图像传感

集散控制系统应用
CCD基本工作原理
信号电荷的产生 信号电荷的存贮 信号电荷的传输

集散控制系统应用

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。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。
CCD图像传感器Biblioteka （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，即可构成面型CCD图像传感器， 它主要用于摄像机及测试技术。如图1-13所示，面型CCD图像传感 器有三种基本类型：线转移型、帧转移型和隔离转移型。
CCD图像传感器
CCD输出信号经过滤波、放大和二值化处理，输出DO脉冲信 号和转移脉冲SH。采用外置的CCD 驱动装置自带滤波、放大和二 值化电路，阈值电平可调，DO输出脉冲的幅度直接反映了每个像 敏单元上的光照度。测量前首先需要对系统进行定标，记录光点在 CCD上的初始位置，即（t1+t2）/2。当光点在CCD上发生移动时， 得到的SH下降沿到DO脉冲宽度中心值距离与初始位置相减的宽度 值，它与光点移动的距离值成正比。利用单片机对这几组脉冲进行 测量、处理，结果送至上位机对其进行几何公式的转换，即可实时 显示待测件的偏转角度。
CCD图像传感器
一、 电荷耦合工作原理 1. CCD原理
MOS电容器CCD是一种固 态检测器，由多个光敏像元组 成，其中每个光敏像元就是一 个MOS 体）电容器。CCD的基本结构 如图1-11所示，但其工作原理 与MOS晶体管不同。
图1-11 CCD的基本结构
CCD图像传感器
CCD中的MOS电容器的形成方法是：在P型 或N型单晶硅的衬底上用氧化的办法生成一层厚 度为100~150 nm的SiO2绝缘层，再在SiO2表面 按一定层次蒸镀一金属电极或多晶硅电极，在衬 底和电极间加上一个偏置电压（栅极电压），即 形成了一个MOS电容器，具有光生电荷、电荷存 储和电荷传移的功能。

线阵CCD图像传感器驱动电路的设计上传者：卤煮火烧浏览次数:7131引言电荷耦合器件(CCD.Charge(Couple Device)是20世纪60年代末期出现的新型半导体器件。

目前随着CCD器件性能不断提高.在图像传感、尺寸测量及定位测控等领域的应用日益广泛.CCD应用的前端驱动电路成本价格昂贵，而且性能指标受到生产厂家技术和工艺水平的制约.给用户带来很大的不便。

CCD驱动器有两种：一种是在脉冲作用下CCD器件输出模拟信号，经后端增益调整电路进行电压或功率放大再送给用户：另一种是在此基础上还包含将其模拟量按一定的输出格式进行数字化的部分，然后将数字信息传输给用户，通常的线阵CCD摄像机就指后者，外加机械扫描装置即可成像。

所以根据不同应用领域和技术指标要求.选择不同型号的线阵CCD器件，设计方便灵活的驱动电路与之匹配是CCD应用中的关键技术之一。

本文以TCD1501C型CCD图像传感器为例.介绍了其性能参数及外围驱动电路的设计.驱动时序参数可以通过VHDL程序灵活设置.该电路已成功开发并应用于某型非接触式位置测量产品中。

2 CCD工作原理CCD是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号，其基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和检测。

当光入射到CCD的光敏面时.CCD首先完成光电转换.即产生与入射光辐射量成线性关系的光电荷。

CCD的工作原理是被摄物体反射光线到CCD器件上.CCD根据光的强弱积聚相应的电荷.产生与光电荷量成正比的弱电压信号，经过滤波、放大处理，通过驱动电路输出一个能表示敏感物体光强弱的电信号或标准的视频信号。

基于上述将一维光学信息转变为电信息输出的原理，线阵CCD可以实现图像传感和尺寸测量的功能。

图1为CCD 光谱响应曲线。

3 驱动电路的实现线阵CCD TCD1501C的主要技术指标如下：像敏单元数为5 000;像元尺寸为7μm×7μm;像元中心距为7μm;像元总长为35 mm;光谱响应范围为400 nm-1000 nm.光谱响应峰值波长为550 nm，灵敏度为10.4 V/lx.s～15.6 V/lx.s。

CCD图像传感器详解CCD图像传感器CCD全称为电荷耦合器件，是70年代发展起来的新型半导体器件。

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、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、结构简单、寿命长、性能稳定等优点，故在固体图像传感器、信息存贮和处理等方面得到了广泛的应用。

CCD图像传感器能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展，能给出直观、真实、多层次的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。

实验室用的数码相机、光学多道分析器等仪器，都用了CCD 作图象探测元件。

一个完整的CCD器件光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。

CCD工作时，在设定的积分时间内光敏单元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少。

取样结束后各光敏元电荷转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。

移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。

将输出信号接到示波器、图象显示器或其它信号存储、处理设备中，就可对信号再现或进行存储处理。

于CCD光敏元可做得很小，所以它的图象分辨率很高。

一．CCD的MOS结构及存贮电荷原理CCD的基本单元是MOS电容器，这种电容器能存贮电荷，其结构如图1所示。

以P型硅为例，在P型硅衬底上通过氧化在表面形成SiO2层，然后在SiO2 上淀积一层金属为栅极，P型硅里的多数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷的电子，当金属电极上施加正电压时，其电场能够透过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引。

于是带正电的空穴被排斥到远离电极处，剩下的带负电的少数载流子在紧靠SiO2层形成负电荷层，电子一旦进入于电场作用就不能复出，故又称为电子势阱。

当器件受到光照时，光子的能量被半导体吸收，产生电子-空穴对，这时出现的电子被吸引存贮在势阱中，这些电子是可以传导的。

光越强，势阱中收集的电子越多，光弱则反之，这样就把光的强弱变成电荷的数量，实现了光与电的转换，而势阱中收集的电子处于存贮状态，即使停止光照一定时间内也不会损失，这就实现了对光照的记忆。

什么是CCD传感器？CCD的原理是什么？[导读]CCD图像传感器是一种新型半导体器件一电荷祸合器件，是一种MOS集成电路。

它作为一种新型的光电转换型传感器，不但具有体积小、重量轻、功耗小、工作电压低和抗烧毁等优点，而且在分辨率、动态范围、灵敏度、实时传输和自扫描等方面的优越性，也是其他摄像器件无法比拟的。

目前，CCD图像传感器不论在文件复印、传真、零件尺寸的自动测量和文字识别、交通监控等民用领域，还是在空间遥感遥测、水下扫描摄像、图像跟踪制导等军事系统中都发挥着重要作用。

近年来又向图像识别和在线精密检测方面发展。

CCD图像传感器是一种新型半导体器件一电荷祸合器件，是一种MOS集成电路。

它作为一种新型的光电转换型传感器，不但具有体积小、重量轻、功耗小、工作电压低和抗烧毁等优点，而且在分辨率、动态范围、灵敏度、实时传输和自扫描等方面的优越性，也是其他摄像器件无法比拟的。

目前，CCD图像传感器不论在文件复印、传真、零件尺寸的自动测量和文字识别、交通监控等民用领域，还是在空间遥感遥测、水下扫描摄像、图像跟踪制导等军事系统中都发挥着重要作用。

近年来又向图像识别和在线精密检测方面发展。

一个完整的CCD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(电荷祸合器件)是一种MOS集成器件，是美国贝尔实验室的W.S. Boyle和G.E. Smith在1970年3月的电气电子工程师协会(TEEE)国际会议上首次发表的。

它的基本功能是电荷的转移和电荷的存储。

CCD技术不仅可以制造大容量存储器，还可以使模拟延迟和摄像技术纳入半导体电子轨道。

所以，CCD 一经问世就引起了世界各国的重视。

首先应用在摄像、模拟延迟和大容量存储等三大技术领域。

ccd传感器是数码相机、数码摄像机等器材的核心部件之一，它主要用来将光信号转化为电信号，从而完成数字图像的输入。

ccd传感器是由正负偏压交替分布的大量寄生结场效应管构成的，基本原理就是光子击打ccd芯片时，会产生电荷，ccd控制电路通过对其进行放电，并将其电荷值进行积累，从而产生输出电流，经过数码信号放大电路后，就能将其转换为数码信号，成为数字图像。

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如图所示是IL-P1-4096的具体应用电路。 从CPLD发送过来的基本时时钟信号可通过简 单电路进行相位校正并提供驱动电流，然后 再送入CCD芯片。在Osn的输出端。电路可 通过几个三极管组成的恒流源来提供CCD所 需要的8mA驱动电流。 CPLD和IL-P1-4096要尽可能靠近，直流 电源的纹波最好不要超过10mV。选用比较低 的频率来控制IL-P1-4096的工作，然后渐升 高工作频率。 31
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测量原理
高精度测量的Li-CCD
的原理 使用了三角形测量法。反射光在Li-CCD 上的位置随着目标物位置的改变而改变，通 过检测该变化就可以测量物体的位移量。 如图所示
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超精度
- LK-G10/G15 系列 超精度传感器，解析度高达0.01µm 如图所示
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高精度
- LK-G30/G35 系列 可准确测量透明物体，塑料和金属制品。 如图所示
1. 高解析度（High Resolution）：像点的大小为 μm级，可感测及识别精细物体，提高影像品质。从 早期1寸、1/2寸、2/3寸、1/4寸到最近推出的1/9寸， 像素数目从初期的10多万增加到现在的400～500万 像素； 2. 低杂讯（Low Noise）高敏感度：ＣＣＤ具有很 低的读出杂讯和暗电流杂讯，因此提高了信噪比 （SNR），同时又具高敏感度，很低光度的入射光 也能侦测到，其讯号不会被掩盖，使ＣＣＤ的应用 较不受天候拘束；
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IL-P1-4096 原理及组成
◇原理 根据传感器光敏单元（像素）上的感光 变化，将对象图像的感光变化转化为电荷包。 电荷包中电子的个数是由感光强度和CCD器 件的光积分时间决定的。电荷包被收集到独 立的存储井中，然后用像素复位时钟来控制 CCD器件的积分和曝光时间。