第七章固體成像器件--CCD光電成像器件的分類自掃描固體攝像器件的顯著優(yōu)點(diǎn)體積小，重量輕，功耗低，耐沖擊，可靠，壽命長(zhǎng)；掃描線性，畸變小，重復(fù)性好，適用于尺寸測(cè)量、定位和圖像傳感等方面；光譜響應(yīng)范圍較廣，從近紫外到近紅外；空間分辨率高，像元間距的幾何位置精確，可以獲得很高的定位與測(cè)量精度；與微機(jī)接口容易實(shí)現(xiàn)?！癈CD是數(shù)碼相機(jī)的電子眼,它革新了攝影術(shù)?，F(xiàn)在光可以被電子化記錄,取代了膠片。這一數(shù)字形式極大地方便了對(duì)圖像的處理和發(fā)送。無(wú)論是我們大海中深邃之地,還是宇宙中的遙遠(yuǎn)之處,它都能給我們帶來(lái)水晶般清晰的影像。1970年，Boyle(左)和Smith(右)在測(cè)試用最初狀態(tài)的CCD元件組裝的簡(jiǎn)易拍攝裝置。1973年，仙童公司的產(chǎn)品，第一塊商用CCD柯達(dá)的塞尚先生被尊為數(shù)碼相機(jī)之父，而1975年，他的第一臺(tái)電子相機(jī)使用的核心成像元件正是一塊5萬(wàn)像素的仙童產(chǎn)CCD70年代末，RCA對(duì)天文拍攝用CCD的研究，使其得以因基特峰國(guó)家天文臺(tái)的1米望遠(yuǎn)鏡安裝了其自產(chǎn)的320*512像元制冷CCD而名聲大造天文攝影中，使用的大型CCD陣列，由多塊不同尺寸，不同特性的CCD成像元件組成天文攝影用CCD成像設(shè)備拍攝的遙遠(yuǎn)的深空天體

1981，索尼Mavica電子相機(jī)，數(shù)碼單反的先驅(qū)

電荷耦合器件CCD表面溝道CCD電荷存貯位置體內(nèi)溝道CCD半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面電荷傳輸位置距半導(dǎo)體表面一定深度體內(nèi)界面半導(dǎo)體內(nèi)CCD結(jié)構(gòu)基本單元（一個(gè)像素）是MOS結(jié)構(gòu)。金屬氧化物半導(dǎo)體VGCCD工作原理四種平衡狀態(tài)VG=0，多子均勻VG<0，多子堆積多子耗盡，形成勢(shì)阱反型狀態(tài)，N溝道電子遷移率高CCD的非穩(wěn)態(tài)工作深耗盡：施加電壓VG>Vth瞬間，空穴被排斥（10-12s），而電子尚未產(chǎn)生（源于熱激發(fā)的產(chǎn)生-復(fù)合過程，弛豫時(shí)間T:0.1~10s）t>T，勢(shì)阱被熱激發(fā)電子填滿而形成反型層，勢(shì)阱消失要求存貯有用信號(hào)電荷的時(shí)間小于熱激發(fā)電子的存貯時(shí)間。通過內(nèi)部時(shí)鐘脈沖控制電荷包的存儲(chǔ)時(shí)間CCD的電荷耦合過程自掃描：通過時(shí)鐘脈沖的驅(qū)動(dòng)完成信號(hào)電荷的傳輸電荷包a1→b1→c1→a2從t1~t4電荷傳輸一個(gè)電極從t1~t6電荷傳輸一位

CCD電荷的注入CCD攝象器件的光敏單元為光注入方式。當(dāng)光照射到CCD上時(shí)，在柵極附近的半導(dǎo)體體內(nèi)產(chǎn)生電子－空穴對(duì)，其多數(shù)載流子被柵極電壓排開，少數(shù)載流子則被收集在勢(shì)阱中形成信號(hào)電荷。電注入：CCD通過輸入結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)電壓或電流進(jìn)行采樣，然后將信號(hào)電壓或電流轉(zhuǎn)換為信號(hào)電荷。CCD電荷的輸出CCD的工作原理電荷注入電荷存儲(chǔ)電荷耦合電荷輸出CCD的主要特性參數(shù)（1）電荷轉(zhuǎn)移損失率電荷轉(zhuǎn)移效率CCD的主要特性參數(shù)（2）驅(qū)動(dòng)頻率下限：上限對(duì)于三相CCD，轉(zhuǎn)移一個(gè)柵極的時(shí)間為t=T/3，T為時(shí)鐘脈沖周期，τi是少數(shù)載流子的平均壽命，須滿足t≤τi。溫度越低，壽命越長(zhǎng)，低溫環(huán)境有助于低頻工作。為保證轉(zhuǎn)移效率，電荷從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到下一個(gè)電極的固有時(shí)間τgCCD的主要特性參數(shù)（3）分辨率：用像素總數(shù)表示的。設(shè)在水平方向上CCD感光有效長(zhǎng)度是M毫米，在垂直方向上CCD感光有效長(zhǎng)度是N毫米。如果像素（最小感光單元稱之為像素）的尺寸是m*n，那么在水平方向上的象素總數(shù)=M/m，在垂直方向上的象素總數(shù)=N/n①按成象器件分類：線陣CCD、面陣CCD②按顏色分類：黑白、彩色④按輸出信號(hào)分類：模擬式、數(shù)字式

黑白：信息量小，時(shí)間、空間少彩色：信息量大，時(shí)間、空間多線陣CCD：一行，掃描；體積小，價(jià)格低；面陣CCD:整幅圖像；直觀；價(jià)格高，體積大；③按掃描方式分類：逐行掃描、隔行掃描

逐行掃描：高速運(yùn)動(dòng)，避免邊緣模糊數(shù)字?jǐn)z像機(jī)----電子快門曝光時(shí)間:1/50s、1/125s、1/250s、1/500s、1/1000s、1/2000s、1/4000s、1/8000s、1/16000s、1/32000s…⑤按形狀分類：長(zhǎng)形、短形、方塊形、半球形、單板形

CCD種類CCD的應(yīng)用（1）CCD數(shù)碼顯微鏡拍攝的金屬表面顯微照片CCD的應(yīng)用（2）線陣CCD用于字符識(shí)別CCD的應(yīng)用（3）線陣CCD在掃描儀中的應(yīng)用CCD應(yīng)用１．用于測(cè)量CCD的應(yīng)用（4）光電成像器件小結(jié)一類能夠輸出圖像信息的功能器件。像管是直視型電真空光電成像器件，輸出可供人眼直接觀察。像管分為變像管和像增強(qiáng)器兩種。變像管將不可見的光學(xué)圖像變換為可見光圖像；像增強(qiáng)器能夠?qū)⒘炼群艿偷墓鈱W(xué)圖像增強(qiáng)到足夠亮度。攝像型輸出的是一維時(shí)序電信號(hào)，分電真空攝像管和固體攝像器件兩種。電真空攝像管利用光電靶和電子束掃描