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1、信息光學(xué)原理結(jié)課論文學(xué)院：物理與電子工程學(xué)院專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)號(hào)：5411110101xx姓名：xxx光學(xué)器件CCD發(fā)展及應(yīng)用【摘要】：CCDCCD英文全稱：Charge-coupledDevice，中文全稱：電荷耦合元件。可以稱為CCD圖像傳感器,也叫圖像控制器。CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel）。一塊CCD上包含的像素?cái)?shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)。CCD上有許多排列整齊的光電二極管，能感應(yīng)光線，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變
2、成電信號(hào)，經(jīng)外部采樣放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)。此外，CCD還是蜂群崩潰混亂癥的簡(jiǎn)稱。【關(guān)鍵詞】：CCDCCD光學(xué)器件電壓檢測(cè)應(yīng)用CCD廣泛應(yīng)用在數(shù)碼攝影、天文學(xué)，尤其是光學(xué)遙測(cè)技術(shù)、光學(xué)與頻譜望遠(yuǎn)鏡和高速攝影技術(shù)，如Luckyimaging。CCD在攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和掃描儀中應(yīng)用廣泛，只不過(guò)攝像機(jī)中使用的是點(diǎn)陣CCD，即包括x、y兩個(gè)方向用于攝取平面圖像，而掃描儀中使用的是線性CCD，它只有x一個(gè)方向，y方向掃描由掃描儀的機(jī)械裝置來(lái)完成。CCD是于1969年由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室（BellLabs）的維拉·波義耳(WillardS.Boy
3、le）和喬治·史密斯（GeorgeE.Smith）所發(fā)明的。當(dāng)時(shí)貝爾實(shí)驗(yàn)室正在發(fā)展影像電話和半導(dǎo)體氣泡式內(nèi)存。將這兩種新技術(shù)結(jié)合起來(lái)后，波義耳和史密斯得出一種裝置，他們命名為“電荷‘氣泡’元件”（Charge"Bubble"Devices）。這種裝置的特性就是它能沿著一片半導(dǎo)體的表面?zhèn)鬟f電荷，便嘗試用來(lái)做為記憶裝置，當(dāng)時(shí)只能從暫存器用“注入”電荷的方式輸入記憶。但隨即發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)能使此種元件表面產(chǎn)生電荷，而組成數(shù)位影像?！〉搅?0年代，貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究員已經(jīng)能用簡(jiǎn)單的線性裝置捕捉影像，CCD就此誕生。有幾家公司接續(xù)此一發(fā)明，著手進(jìn)行進(jìn)一步的研究
4、，包括快捷半導(dǎo)體（FairchildSemiconductor）、美國(guó)無(wú)線電公司（RCA）和德州儀器（TexasInstruments）。其中快捷半導(dǎo)體的產(chǎn)品領(lǐng)先上市，于1974年發(fā)表500單元的線性裝置和100x100像素的平面裝置。以上為CCD發(fā)展歷程：HAD(HOLE-ACCUMULATIONDIODE)傳感器[1]?是在N型基板，P型，N+2極體的表面上，加上正孔蓄積層，這是SONY獨(dú)特的構(gòu)造。由于設(shè)計(jì)了這層正孔蓄積層，可以使感測(cè)器表面常有的暗電流問(wèn)題獲得解決。另外，在N型基板上設(shè)計(jì)電子可通過(guò)的垂直型隧道，使得開口率提高，換句換說(shuō)，也提
5、高了感度。在80年代初期，索尼將其領(lǐng)先使用在可變速電子快門產(chǎn)品中，在拍攝移動(dòng)快速的物體也可獲得清晰的圖象。在攝影機(jī)的光學(xué)鏡頭的光圈F值不斷的提升下，進(jìn)入到攝影機(jī)內(nèi)的斜光就越來(lái)越多，使得入射到CCD組件的光無(wú)法百分之百的被聚焦到感測(cè)器上，而CCD感測(cè)器的感度將會(huì)降低。1998年索尼公司為改善這個(gè)問(wèn)題，將彩色濾光片和遮光膜之間再加上一層內(nèi)部的鏡片。加上這層鏡片后可以改善內(nèi)部的光路，使斜光也可以被聚焦到感光器。而且同時(shí)將硅基板和電極間的絕緣層薄膜化，讓會(huì)造成垂直CCD畫面雜訊的訊號(hào)不會(huì)進(jìn)入，使SMEAR特性改善。比可視光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅外線光，也可以在半
6、導(dǎo)體硅芯片內(nèi)做光電變換?？墒侵廉?dāng)前為止，CCD無(wú)法將這些光電變換后的電荷，以有效的方法收集到感測(cè)器內(nèi)。為此，索尼在1998年新開發(fā)的“EXVIEWHADCCD”技術(shù)就可以將以前未能有效利用的近紅外線光，有效轉(zhuǎn)換成為映像資料而用。使得可視光范圍擴(kuò)充到紅外線，讓感亮度能大幅提高。利用“EXVIEWHADCCD”組件時(shí)，在黑暗的環(huán)境下也可得到高亮度的照片。而且之前在硅晶板深層中做的光電變換時(shí)，會(huì)漏出到垂直CCD部分的SMEAR成分，也可被收集到傳感器內(nèi)，所以影響畫質(zhì)的雜訊也會(huì)大幅降低。CCD圖像傳感器可直接將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)放
7、大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。其顯著特點(diǎn)是：1.體積小重量輕；2.功耗小，工作電壓低，抗沖擊與震動(dòng)，性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)；3.靈敏度高，噪聲低，動(dòng)態(tài)范圍大；4.響應(yīng)速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無(wú)殘像；5.應(yīng)用超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)生產(chǎn)，像素集成度高，尺寸精確，商品化生產(chǎn)成本低。因此，許多采用光學(xué)方法測(cè)量外徑的儀器，把CCD器件作為光電接收器。CCD從功能上可分為線陣CCD和面陣CCD兩大類。線陣CCD通常將CCD內(nèi)部電極分成數(shù)組，每組稱為一相，并施加同樣的時(shí)鐘脈沖。所需相數(shù)由CCD芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，結(jié)構(gòu)相異的CCD可
8、滿足不同場(chǎng)合的使用要求。線陣CCD有單溝道和雙溝道之分，其光敏區(qū)是MOS電容或光敏二極管結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝相對(duì)較簡(jiǎn)單。它由光敏區(qū)陣列與移位寄存器掃描電路組
