搜索
2020年1月3日第1页固态成像器件原理及应用第五讲－CCD图像传感器参数及实例长春理工大学刘智2008年11月7日2020年1月3日第2页主要内容一、上一讲内容回顾二、本讲主要内容三、小结四、作业2020年1月3日第3页一、上一讲内容回顾•电荷耦合器件（CCD）特点——以电荷作为信号。•构成CCD的基本单元是MOS电容。•CCD的基本功能——电荷存储和电荷转移。•CCD工作过程——信号电荷的产生、存储、传输和检测的过程。2020年1月3日第4页•当MOS电容器栅压大于开启电压UG，周围电子迅速地聚集到电极下的半导体表面处，形成对于电子的势阱。势阱：深耗尽条件下的表面势形成的空间区域。势阱填满：电子在半导体表面堆积后使平面势下降。2020年1月3日第5页2020年1月3日第6页2020年1月3日第7页2020年1月3日第8页二、本讲主要内容•CCD的主要性能参数指标•典型面阵CCD传感器的原理2020年1月3日第9页2020年1月3日第10页2020年1月3日第11页2020年1月3日第12页2020年1月3日第13页2020年1月3日第14页2020年1月3日第15页2020年1月3日第16页2020年1月3日第17页2020年1月3日第18页2020年1月3日第19页2020年1月3日第20页2020年1月3日第21页2020年1月3日第22页2020年1月3日第23页2020年1月3日第24页2020年1月3日第25页2020年1月3日第26页2020年1月3日第27页2020年1月3日第28页2020年1月3日第29页2020年1月3日第30页2020年1月3日第31页2020年1月3日第32页2020年1月3日第33页2020年1月3日第34页典型线阵CCD介绍•单沟道线阵CCD图像传感器TCD1209和双沟道线阵CCD图像传感器TCD1251D。由光敏单元阵列，转移栅阵列，水平模拟移位寄存器阵列及输出单元组成。TCD1209管脚图TCD1251D管脚图2020年1月3日第35页2020年1月3日第36页TCD1209器件结构原理图2020年1月3日第37页TCD1251D器件结构原理图2020年1月3日第38页2020年1月3日第39页2020年1月3日第40页2020年1月3日第41页•胖零技术–影响电荷转移效率的主要因素是界面态对电荷的俘获。因此常采用胖零工作模式，即让“零”信号也有一定的电荷；–通过采用电注入的方式在转移沟道中注入“胖零”电荷，可以降低电荷转移损失率，提高转移效率，–但是由于胖零电荷的引入，带来的影响是：暗电流的增加，且不能通过降低器件的工作温度减小。2020年1月3日第42页典型面阵CCD芯片介绍IA-D4型面阵CCD为帧转移型高频面阵CCD，最高帧频可达每秒40帧。它的像敏单元总数为1024*1024像元，像元尺寸为12um*12um。四相脉冲驱动2020年1月3日第43页2020年1月3日第44页2020年1月3日第45页2020年1月3日第46页IA-D4型面阵CCD结构2020年1月3日第47页基本特性1光谱响应特性IA-D4面阵CCD的光谱特性如图所示,光谱响应范围为400-1000nm,峰值波长为560nm,峰值波长响应度为10[V/(uJ/nm2)]2020年1月3日第48页基本特性2光电特性IA-D4面阵CCD的光电特性(积分时间与输出信号电压的关系)2020年1月3日第49页•曲线的横坐标为每个周期中的曝光时间,纵坐标输出信号电压与饱和输出电压时间的百分比•积分时间越长,CCD所接受的入射光的能量就越多,它输出的信号电压幅度就越高;•在一定的积分时间下,输出信号电压的幅度与入射幅度成正比（线性关系）2020年1月3日第50页特性参数符号最小值典型值最大值单位响应度R8.510V/(uJ/nm2)饱和输出电压USAT9001000mV暗信号电压UDARK45.25mV噪声均方根值RMSN0.350.39mV动态范围1MHzDR2300:12850:1IA-D4CCD特性参数2020年1月3日第51页IA-D4CCD特性参数特性参数符号最小值典型值最大值单位动态范围0.5MHzDR8300:1噪声等效暴光量NEE3539pJ/cm2饱和等效暴光量95100nJ/cm2像敏单元响应不均匀性rms1.84%转移效率n0.9999952020年1月3日第52页2020年1月3日第53页采用IA-D4的CCD数字相机CA-D4采用IA-D4的CCD数字相机1M302020年1月3日第54页IKONOS-2侦查卫星•1999年9月，美国空间成像公司成功发射了第一颗商业高分辨率遥感卫星IKONOS-2并开始商业运行。空间分辨率0.8米（全色），多光谱分辨率3.2m，空间分辨率在商用领域首次突破米级，意味着卫星遥感进入了一个新的阶段。•卫星可以通过整星前后摆动实现立体成像，无控制点的平面位置精度约为12米，高程精度约为10米。2020年1月3日第55页2020年1月3日第56页2020年1月3日第57页2001年10月，美国数字全球公司成功发射了QuickBird-2商用高分辨率传输型遥感卫星。空间分辨率达到0.61米，多光谱分辨率达到2.44米。与IKONOS-2一样，卫星通过沿轨前后摆动实现立体成像，无地面控制点时，平面位置精度约为23米，高程精度约为17米。航天摄影测量相机2020年1月3日第58页London,England分辨率：0.6m2020年1月3日第59页Chaska,Minnesota分辨率：0.6m2020年1月3日第60页欧洲火星快车探测器相机2020年1月3日第61页2020年1月3日第62页火卫一的照片2020年1月3日第63页4、小结•CCD的主要性能指标：–量子效率（响应度），饱和曝光量，噪声，信噪比，像元尺寸，电荷转移效率等•典型线阵CCD介绍•典型面阵CCD（IA－D4）介绍2020年1月3日第64页5、作业1.P186，第7题(下课交)2.P186，第10题2020年1月3日第65页CCD航空侦察相机