《固態(tài)圖像傳感器》PPT課件

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1、測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第十一章固態(tài)圖像傳感器器電荷耦合器件的工作原理電荷耦合器件的結(jié)構(gòu)及分類(lèi)圖像傳感器性能參數(shù)圖像傳感器的應(yīng)用本章內(nèi)容：測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)固態(tài)圖像傳感器：一種固態(tài)集成元件，其核心部分是電荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，CCD)。CCD：以陣列形式排列在襯底材料上的金屬——氧化物——硅(MetalOxideSemiconductor，簡(jiǎn)稱MOS)電容器件組成的，具有光生電荷、積蓄和轉(zhuǎn)移電荷的功能。固態(tài)圖像傳感器的分類(lèi)：線陣型：目前一般有1024、1728、2048和

2、4096個(gè)像素的傳感器；面陣型：從512×512一直到512×768個(gè)像素的，最高分辨力的可達(dá)2048×2048個(gè)像素的。測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)在半導(dǎo)體硅片上按線陣或面陣排列MOS單元，如果照射在這些光敏元上的是一幅明暗起伏的圖像，則這些光敏元上就會(huì)感生出一幅與光照強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的光生電荷圖像。123456789測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)特點(diǎn):(1)非接觸檢測(cè)；(2)響應(yīng)快；(3)可靠性高，維修簡(jiǎn)便；(4)測(cè)量精度高；(5)體積小，重量輕；容易與計(jì)算機(jī)連接；(6)對(duì)被測(cè)物體需要強(qiáng)光照射；(7)受被測(cè)物體以外的光的影響。測(cè)量

3、技術(shù)基礎(chǔ)應(yīng)用：(1)寬度測(cè)量(2)外徑測(cè)量(4)條形碼掃描器(3)主軸徑向跳動(dòng)測(cè)量測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)一個(gè)完整的CCD器件由光敏元、轉(zhuǎn)移柵、移位寄存器及一些輔助輸入、輸出電路組成。CCD工作時(shí)，在設(shè)定的積分時(shí)間內(nèi)，光敏元對(duì)光信號(hào)進(jìn)行取樣，將光的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為各光敏元的電荷量。取樣結(jié)束后，各光敏元的電荷在轉(zhuǎn)移柵信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)移到CCD內(nèi)部的移位寄存器相應(yīng)單元中。移位寄存器在驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的作用下，將信號(hào)電荷順次轉(zhuǎn)移到輸出端。輸出信號(hào)可接到示波器、圖象顯示器或其他信號(hào)存儲(chǔ)、處理設(shè)備中，可對(duì)信號(hào)再現(xiàn)或進(jìn)行存儲(chǔ)處理。§1

4、1.1CCD的基本工作原理(a)MOS光敏單元(b)1024單元陣列(c)線陣式攝像機(jī)§11.1CCD的基本工作原理MOS電容器組成的光敏元及數(shù)據(jù)面的顯微照片CCD光敏元顯微照片CCD讀出移位寄存器的數(shù)據(jù)面顯微照片§11.1CCD的基本工作原理CMOS圖像傳感器CMOS圖像傳感器是采用互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體工藝制作的另一類(lèi)圖像傳感器，簡(jiǎn)稱CMOS?，F(xiàn)在市售的視頻攝像頭多使用CMOS作為光電轉(zhuǎn)換器件。雖然目前的CMOS圖像傳感器成像質(zhì)量比CCD略低，但CMOS具有體積小、耗電量小、售價(jià)便宜的優(yōu)點(diǎn)

5、。隨著硅晶圓加工技術(shù)的進(jìn)步，CMOS的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)有望超過(guò)CCD，它在圖像傳感器中的應(yīng)用也將日趨廣泛。尼康DSC中的CMOS§11.1CCD的基本工作原理1)線陣CCD外形§11.2CCD圖像傳感器的分類(lèi)1－CCD轉(zhuǎn)移寄存器2－轉(zhuǎn)移控制柵3－積蓄控制電極4—PD陣列SH—轉(zhuǎn)移控制柵輸入端RS—復(fù)位控制VOD—漏極輸出OS—圖像信號(hào)輸出OG—輸出控制柵線型圖像傳感器結(jié)構(gòu)1)線陣CCD外形§11.2CCD圖像傳感器的分類(lèi)2)面陣CCD面陣CCD能在x、y兩個(gè)方向都能實(shí)現(xiàn)電子自掃描，可以獲得二維圖像§

6、11.2CCD圖像傳感器的分類(lèi)200萬(wàn)和1600萬(wàn)像素的面陣CCD2)面陣CCD§11.2CCD圖像傳感器的分類(lèi)2)面陣CCD§11.2CCD圖像傳感器的分類(lèi)2)面陣CCD§11.2CCD圖像傳感器的分類(lèi)3)面型固態(tài)圖像傳感器§11.2CCD圖像傳感器的分類(lèi)3)面型固態(tài)圖像傳感器§11.2CCD圖像傳感器的分類(lèi)光譜響應(yīng)、動(dòng)態(tài)范圍、信噪比、CCD芯片尺寸等在CCD像素?cái)?shù)目相同的條件下，像素點(diǎn)大的CCD芯片可以獲得更好的拍攝效果。大的像素點(diǎn)有更好的電荷存儲(chǔ)能力，因此可提高動(dòng)態(tài)范圍及其他指標(biāo)?！?1.

7、3CCD的基本特性參數(shù)CCD以電荷作為信號(hào)，所以電荷信號(hào)的轉(zhuǎn)移效率就成為其最重要的性能之一。把一次轉(zhuǎn)移之后，到達(dá)下一個(gè)勢(shì)阱中的電荷與原來(lái)勢(shì)阱中的電荷之比稱為電荷轉(zhuǎn)移效率。好的CCD具有極高的電荷轉(zhuǎn)移效率，一般可達(dá)0.999995，所以電荷在多次轉(zhuǎn)移過(guò)程中的損失可以忽略不計(jì)。例如，一個(gè)有2048像元的CCD，其信號(hào)電荷的總的電荷轉(zhuǎn)移效率為0.9999952048，即0.9898，損失率只有約0.1%。電荷轉(zhuǎn)移效率(CTE)§11.3CCD的基本特性參數(shù)量子效率(QE)755025020010008

8、00600400100量子效率(%)波長(zhǎng)(nm)PDACIDPMTCCD通常造成QE下降的主要原因是CCD結(jié)構(gòu)中的多晶硅電極或絕緣層把光子吸收了，尤其是對(duì)紫外部分的光吸收較多，這部分光子不產(chǎn)生光生電荷．許多線陣CCD對(duì)紫外光的響應(yīng)較差就是這個(gè)原因。采用化學(xué)蝕刻將硅片減薄和背部照射方式，可以減少由吸收導(dǎo)致的量子效率損失。背部照射減薄的CCD在真空紫外區(qū)的工作極限可達(dá)1000?。圖中是典型的PMT(光電倍增管)、PDA(光電二極管陣列)、CID(電荷注入器件)和CCD的量子效率?？梢?jiàn)，CCD的量子效