CCD 是指电荷耦合器件,是一种用电荷量表示信号大小,用耦合方式传输信号的探测元件,具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点,并可做成集成度非常高的组合件。电荷耦合器件(CCD)是20世纪70年代初发展起来的一种新型半导体器件。
电荷耦合器件(ChargeCoupledDevices,简称CCD)是贝尔实验室的W.S.Boyle和G.E.Smith于1970年发明的,由于它有光电转换、信息存储、延时和将电信号按顺序传送等功能,且集成度高、功耗低,因此随后得到飞速发展,是图像采集及数字化处理必不可少的关键器件,广泛应用于科学、教育、医学、商业、工业、军事和消费领域。
CCD的加工工艺有两种,一种是TTL工艺,一种是CMOS工艺,现在市场上所说的CCD和CMOS其实都是CCD,只不过是加工工艺不同,前者是毫安级的耗电量,二后者是微安级的耗电量。TTL工艺下的CCD成像质量要优于CMOS工艺下的CCD。CCD广泛用于工业,民用产品。
光电荷的转移途径有CCD表面沟道(SCCD)和体沟道(BCCD,也称为埋沟道CCD)两种方式。表面沟道CCD的电荷转移途径距离半导体-绝缘体分界面较近,工艺简单,动态范围大,但信号电荷的转移受表面态的影响,转移速度和转移效率低,工作频率一般在10MHz以下。为了消除这种现象,以提高CCD的工作速度,用离子注入方法转移沟道的结构,从而使势能极小值脱离界面而进入衬底内部,形成体内的转移沟道,避免了表面态的影响,这就是体沟道CCD.体沟道CCD的转移效率大大提高,工作频率可高达100MHz,且能做成大规模器件。
CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟电流信号,电流信号经过放大和模数转换,实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。其显著特点是:
1.体积小重量轻;
2.功耗小,工作电压低,抗冲击与震动,性能稳定,寿命长;
3.灵敏度高,噪声低,动态范围大;
4.响应速度快,有自扫描功能,图像畸变小,无残像;
5.应用超大规模集成电路工艺技术生产,像素集成度高,尺寸精确,商品化生产成本低。因此,许多采用光学方法测量外径的仪器,把CCD器件作为光电接收器。
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