光電檢測器件—CCD光電成像器件光電成像器件（photo-electronicimagingdevice）是利用光電效應將可見或非可見的輻射圖像轉換或增強為可觀察、記錄、傳輸、存儲以及可進行處理的圖像的器件系列的總稱。其作用是光電轉換，增強原始輸入光子信號，進而提高圖像探測的效率和精度。目的在于彌補人眼在靈敏度、響應波段、細節的視見能力以及空間和時間上的局限等方面的不足。最早的一種光電成像器件──光電析像管出現于1931年。按工作原理和結構的不同分為﹕像增強器；電子照相機；電視型探測器；固體二極管陣列。本文主要介紹固體二極管陣列中的電荷耦合器件(CCD)。電荷耦合器件(CCD)

CCD，英文全稱：Charge-coupledDevice，中文全稱：電荷耦合元件。可稱為CCD圖像傳感器。它是一種半導體器件，能夠把光學影像轉化為數字信號。它具備光電轉換、信息存貯和傳輸等功能，具有集成度高、功耗小、分辨力高、動態范圍大等優點。CCD圖像傳感器被廣泛應用于生活、天文、醫療、電視、傳真、通信以及工業檢測和自動控制系統。工作原理一個完整的CCD器件由光敏元、轉移柵、移位寄存器及一些輔助輸入、輸出電路組成，CCD工作時，在設定的積分時間內，光敏元對光信號進行取樣，將光的強弱轉換為各光敏元的電荷量。取樣結束后，各光敏元的電荷在轉移柵信號驅動下，轉移到CCD內部的移位寄存器相應單元中。移位寄存器在驅動時鐘的作用下，將信號電荷順次轉移到輸出端。輸出信號可接到示波器、圖象顯示器或其他信號存儲、處理設備中，可對信號再現或進行存儲處理。柵電極G氧化層P型半導體耗盡區反型層uG>uthuG<uthuG=0構成CCD的基本單元是MOS（金屬－氧化物－半導體）結構。當柵極G施加正偏壓UG之前（UG=0），P型半導體中的空穴（多數載流子）的分布是均勻的；當柵極電壓加正向偏壓（UG<Uth）后，空穴被排斥，產生耗盡區，偏壓繼續增加，耗盡區進一步向半導體內延伸；當UG>Uth時，半導體與絕緣體界面上的電勢（表面勢ФS）變得如此之高，以至于將半導體體內的電子（少數載流子）吸引到表面，形成電荷濃度極高的極薄反型層，反型層電荷的存在說明了MOS結構具有存儲電荷的功能。性能參數1.電荷轉移效率

電荷轉移效率η

轉移損失率ε

電荷傳輸效率η‘2.工作頻率控制CCD中信號電荷在移位寄存器中轉移的時鐘脈沖頻率f=1/T。

對于二相CCD，

通常情況3.光譜特性CCD積分靈敏度S=Uo/H

單位:Vcm2/μJ曝光量H=LτL:光照度

τ:曝光時間(光積分TSH)H的單位:μJ/cm2;lxs4.分辨率CCD所能分辨的最小間距就是像元間距d，因而由像元的尺寸可確定極限分辨率。線陣CCD：極限分辨率為1/d(線對/mm)面陣CCD:像元數越多，分辨率越高。更多用水平方向、垂直方向各自的線數來表示。

CCD是低照度器件，光電靶γ可達99.7%，攝像頭常帶有γ選擇。5.光電特性

CCD像元的飽和輸出電壓與它在暗場下的峰-峰噪聲電壓的比值Usat/Udn

。Usat決定于勢阱中可存儲的最大電荷量，一般為數百mv-數v；CCD是低噪聲器件，可用于微光成像，Udn一般為數mv以下。普通CCD的動態范圍1000:1左右。6.動態范圍

CCD器件可控制在1mA/cm2

。7.暗電流CCD類型及特點

1.類型

表面溝道CCD（SCCD）：電荷包存儲在半導體與絕緣體之間的界面，并沿界面傳輸；體溝道CCD（BCCD）：電荷包存儲在離半導體表面一定深度的體內，并在半導體體內沿一定方向傳輸。工作過程：電荷的產生-存儲-傳輸-檢測。2.特點

固體化攝像器件高空間分辨率高光電靈敏度和大的動態范圍光敏元間距位置精確,可獲得很高的定位和測量精度信號與微機接口容易線陣CCD驅動電路介紹線陣CCD驅動電路就是要產生正確的SH、1、2、RS信號，它是CCD芯片賴以正常工作的基礎。以TCD1200D為例，介紹線陣CCD驅動電路：TCD1200D有2160個光敏單元，其前后各有64及12個啞單元。因此：TSH2236TRS，fRS=1MHz，fφ1、φ2=0.5MHz。驅動電路由單片機(AT89C2051)、可編程門陣列芯片（GAL16V8）構成。

AT89C2051是帶2K字節可編程電擦除EPROM的CMOS8位單片機。具有8031單片機的功能，可輸出20MHz時鐘。

GAL16V8是一種可編輯器件。圖示中未標的管腳可自由定義，通過編程，形成所需的邏輯關系。

SH信號的產生：將Q信號送往單片機P1.7口，單片機查詢后由P3.7口輸出P信號。

4路驅動信號－SH、1、2、RS都由GAL器件產生。GAL芯片有足夠的驅動能力，管腳可自由定義，使驅動電路緊湊、連線簡單。單片機除協同產生SH外，可充分用于CCD數據測量工作。以上介紹的設計思想可用于任何型號的線陣CCD。線陣CCD攝像機可用于彩色印刷中的套色工藝監控風云一號衛星可以對地球上空的云層分布進行逐行掃描面陣CCD的應用