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固体成像器件—ccd 小组成员：张薇 张琪 殷瑜聪 赵冰清固体成像器件包括两大类：1.电荷耦合器件，简称CCD2.自扫描光电二极管列阵， 简称SSPD简述 CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器,也叫图像控制器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为电信号。 CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把光信号转换成电荷信号。CCD上有许多排列整齐的光电二极管，能感应光线，并将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。电荷耦合器件的结构这种结构再加上输入输出结构就构成了n位CCD。电荷耦合的原理1.在金属电极上加上大于阈值电压但仍较低的电压电极下形成较浅的势阱。2.调节电压，相邻电极的势阱连通。3.不断改变电极上的电压就能使信号电荷可控的一位一位按顺序传输。 CCD中信号电荷的传输过程电荷耦合的工作原理1.输入部分 输入部分的作用是将信号电荷引入到ccd的第一个转移栅的势阱中，引入方式有：（1）电注入，主要由输入二极管和输入栅组成，将信号电压转换为势阱中等效的电荷包。（2）光注入，这时输入二极管由光敏元件代替，光子被光敏源吸收产生电子-空穴对，多子进入衬底，然后通过接地消失。少子收集到势阱中成为信号电荷。2.信号转移部分通常是将重复频率相同，波形相同并且彼此之间有固定相位关系的多相时钟脉冲分组依次加在ccd转移部分的电极上，使电极上的电压按一定规律变化，从而在半导体表面形成一系列分布不对称的势阱。3.输出部分输出部分由输出二极管，输出栅和输出耦合组成，作用是将ccd最后一个转移栅下势阱中的信号电荷引出。最简单的输出电路是通过二极管检出，输出栅采用直流偏置，这种电路简单但噪声较大，很少采用。现多采用浮置栅输出技术，实现信号电荷与电压之间的转换。 TSL1401CL线性传感器阵列由一个128×1的光电二极管阵列，相关的电荷放大器电路和一个内部的像素数据保持功能组成，它提供了同时集成起始和停止时间的所有像素。该阵列128个像素，其中每一个具有光敏面积3,524.3平方微米。像素之间的间隔是8微米。操作简化内部控制逻辑，只需要一个串行输入端（SI）的信号和时钟CLK。1.光谱灵敏度（图一，光电二极管的光谱灵敏度） （图二，线性CCD的功能框图）详细描述? 该传感器是包含128个光电二极管的线性阵列。在光电二极管的光能量冲击下产生的光电流，这是由有源积分电路，与该象素相关的集成。在积分周期期间，采样电容器连接到积分器的输出通过一个模拟切换。在每个像素中累积的电荷量是和光强度和积分时间成正比的。? 积分器的输出和复位控制由一个128位的移位寄存器和复位逻辑控制的。输出周期是一个逻辑时钟SI=1时。对于正确的操作的最小保持时间条件满足后，SI在时钟的下一个上升沿之前必须变低。一个内部信号，称之为Hold，是在像素电路中，产生于SI的上升沿，然后发送给模拟开关。这会导致所有128个采样电容被切断，并启动一个积分器复位期间。 由于SI脉冲是主频通过移位寄存器，存储在采样电容器的电荷被顺序地连接到一个电荷耦合输出放大器上产生一个电压，模拟输出AO。同时，在第一个18个时钟周期，所有的像素集成复位，下一个集成从19时钟周期开始。在第129时钟上升沿，SI脉冲同步输出的移位寄存器和模拟量输出AO假设高阻抗状态。 AO型运算放大器的输出，不需要一个外部下拉电阻。这种设计允许轨至轨输出电压摆幅。VDD=5V时，没有光输入时输出是0V，正常的白电平为2V，4.8V为饱和光照水平。当设备未在输出信号的相位，AO是在一个高阻抗状态。（图三，TSL1401总时序图）（图四，TSL1401控制时序图）（图五，TSL1401时序要求）工作原理? 积分时间? 线性阵列的积分时间是指光被采样和电荷积聚在每个像素的积分电容器的周期。灵活地调整整合是TAOS?TSL14xx的线性阵列系列一个强大的和有用的功能的。通过改变积分时间，避免在广泛的光照水平时达到饱和，所需的输出电压可以是在输出引脚上获得。? 积分时间是SI正脉冲和HOLD正脉冲之间的时间减去18设置时钟。TSL14xx线性阵列通常配置为SI和HOLD引脚连接在一起。除非另有说明，将假定此配置。高脉冲发送到SI（观察定时规则的建立和保持时钟沿）开始一个新的周期的像素输出和集成安装。但是，最低的（n?+1）个时钟，其中n是像素的数目，在下一个高脉冲被施加到SI之前必须发生。没有必要在紧接/后的（n?+1）个时钟发送SI。在SI脉冲之间的等待时间可高达100ms，用来在光线较暗的时候增加积分时间以创建更高的输出