ccd工作原理

CCD工作原理

一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。CCD工作时，在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少。取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。将输出信号接到示波器、图象显示器或其它信号存储、处理设备中，就可对信号再现或进行存储处理。由于CCD光敏元可做得很小（约10um），所以它的图象分辨率很高。

要了解CCD的原理，必须对半导体的基本知识有一些了解，可参见附录。

一．CCD的MOS结构及存贮电荷原理

CCD的基本单元是MOS电容器，这种电容器能存贮电荷，其结构如图1所示。以P型硅为例，在P型硅衬底上通过氧化在表面形成SiO2层，然后在SiO2 上淀积一层金属为栅极，P型硅里的多数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷的电子，当金属电极上施加正电压时，其电场能够透过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引。于是带正电的空穴被排斥到远离电极处，剩下的带负电的少数载流子在紧靠SiO2层形成负电荷层（耗尽层），电子一旦进入由于电场作用就不能复出，故又称为电子势阱。

当器件受到

《光电系统课程设计》

实验报告

班级： 学号：姓名：

2010年 12

1

月

实验一 线阵CCD原理及驱动

一、 实验目的

1.掌握本实验仪的基本操作和功能。

2.掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等的测量方法。

3.线阵CCD驱动脉冲的时序和相位关系观测，掌握二相线阵CCD的基本工作原理，尤其是复位脉冲在CCD输出电路中的作用；转移脉冲与驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的过程。

二、 实验所需仪器设备

1.双踪迹同步示波器（带宽50MHz以上）一台。 2.彩色线阵CCD多功能实验仪YHCCD－IV一台。

三、 实验内容及步骤

1.实验预备

1） 首先将示波器地线与实验仪上的地线连接良好，并确认示波器和实验仪的电源插头均插入交

流220V插座上。

2） 打开示波器电源。

3） 打开YHCCD－IV的电源开关，观察仪器面板显示窗口，数字闪烁表示仪器初始化，闪烁结束

后显示为“00 0”字样，前两位表示积分时间档次值，共分为32档，显示数值范围由

“00”~“31” ，数值越 大表示积分时间越长。末位表示CCD的驱动频率，分4档，显示数值范围“0”~“3

面阵CCD应用技术实验

（一） 面阵CCD原理及驱动实验

【实验目的】

1. 掌握隔列转移型面阵CCD的基本工作原理；

2. 掌握面阵CCD各路驱动脉冲波形及其所涉及部分的功能；

3. 掌握面阵CCD输出掌握面阵CCD实验仪的基本操作和各个部件的功能； 4. 的视频信号与PAL电视制式的关系。

二、实验仪器

1. 带宽50MHz以上双踪迹（或四踪迹）同步示波器一台； 2. YHACCD－Ⅲ型彩色面阵CCD多功能实验仪一台。

三、实验内容

1. 仔细阅读附录中所叙述的“YHACCD－Ⅲ型彩色面阵CCD多功能实验仪使用手

册”，并对照实验仪实物进行学习，尤其注意各个开关、测量插孔、连接线的功能，找到内置面阵CCD摄像机与外置面阵CCD摄像机，及其转换开关。

2. 面阵CCD的垂直与水平驱动脉冲的驱动波形、频率、周期、相位的测量方法； 3. 面阵CCD行、场自扫描电视制式的测量； 4. 视频输出信号的测量。 四、数据记录及处理 1.内部控制脉冲SH：

图1-1 SH脉冲波形图 2.ΦV1、ΦV2、ΦV3、ΦV4脉冲波形图

1

图1-2 ΦV1脉冲波形图

TC237B型CCD图像传感器的原理及应用

－１６－

●电路与设计

《国外电子元器件》２００６年第８期２００６年８月

ＴＣ２３７Ｂ型ＣＣＤ图像传感器的原理及应用

何炜燊，郑黎明

（汕头大学机械电子工程系，广东汕头５１５０６３）

摘要：ＴＣ２３７Ｂ是美国德州仪器（ＴＩ）公司生产的黑白电荷耦合器件（ＣＣＤ）图像传感器。详细介绍

ＴＣ２３７的主要特点，引脚功能和结构原理，最后给出ＴＣ２３７Ｂ在嵌入式图像采集系统中的具体应用

实例。关

键

词：ＣＣＤ；图像传感器；ＴＣ２３７Ｂ；图像采集

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００６－６９７７（２００６）０８－００１６－０３

中图分类号：ＴＮ３８６．５

ＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣＣＤｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒＴＣ２３７Ｂ

ＨＥＷｅｉ－ｓｈｅｎ，ＺＨＥＮＧＬｉ－ｍｉｎｇ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ，ＳｈａｎｔｏｕＵｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｔｏｕ５１５０６３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴＣ２３７Ｂｉｓａｋｉｎｄｏｆｂｌａｃｋ－ｗｈｉｔｅＣＣＤｉｍａｇｅｓｅｎｏｒｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＴＩ．Ｔｈｅｍａｉｎｆｅａｔｕｒｅｓ，ｐｉｎ

ｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＴ

《光电系统课程设计》

实验报告

班级： 学号：姓名：

2010年 12

1

月

实验一 线阵CCD原理及驱动

一、 实验目的

1.掌握本实验仪的基本操作和功能。

2.掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等的测量方法。

3.线阵CCD驱动脉冲的时序和相位关系观测，掌握二相线阵CCD的基本工作原理，尤其是复位脉冲在CCD输出电路中的作用；转移脉冲与驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的过程。

二、 实验所需仪器设备

1.双踪迹同步示波器（带宽50MHz以上）一台。 2.彩色线阵CCD多功能实验仪YHCCD－IV一台。

三、 实验内容及步骤

1.实验预备

1） 首先将示波器地线与实验仪上的地线连接良好，并确认示波器和实验仪的电源插头均插入交

流220V插座上。

2） 打开示波器电源。

3） 打开YHCCD－IV的电源开关，观察仪器面板显示窗口，数字闪烁表示仪器初始化，闪烁结束

后显示为“00 0”字样，前两位表示积分时间档次值，共分为32档，显示数值范围由

“00”~“31” ，数值越 大表示积分时间越长。末位表示CCD的驱动频率，分4档，显示数值范围“0”~“3

面阵CCD系统设计

童列树

一 采集线性CCD像素信息的实现，包括弱信号的提取。描述一种算法，找到特征点，如最大点。 二 采集29×29的CCD点阵信息，提取边界。将点阵当成圆或椭圆，找出圆心并输出.txt格式。

完成内容：

1、分析CCD系统结构；

2、描述信号采集及调理的方案；

3、在MATLAB中从“write.raw”中提取第一行1024个像素点信息，找出其信息最大点，并输出“LinearArrayCCD_Max.txt”文件。从“write.raw”中提取29×29光斑,并找出光斑中心，输出“AreaArrayCCD_Max.txt ”文件。

1，光电成像系统基本组成的框图 CCD、CMOS、CID等 光源光信号传输介质背景噪声光信号光学系统(信号分析器)背景噪声光信号光电摄像器件(信号变换器)噪声信号显示器信号人眼噪声物体(信号源)

CCD （Charge Coupled Device）图像采集系统是指光电成像系统的后半部分。主要由CCD传感器、时序电路、采集电路、信号处理电路等部分组成。

2，CCD图像采集系统

内部数据采集

（采样保持电路）

噪声、干扰 除噪 CCD传感器 外部信号采集 放大输出 有用信号 A/

TC237B型CCD图像传感器的原理及应用

－１６－

●电路与设计

《国外电子元器件》２００６年第８期２００６年８月

ＴＣ２３７Ｂ型ＣＣＤ图像传感器的原理及应用

何炜燊，郑黎明

（汕头大学机械电子工程系，广东汕头５１５０６３）

摘要：ＴＣ２３７Ｂ是美国德州仪器（ＴＩ）公司生产的黑白电荷耦合器件（ＣＣＤ）图像传感器。详细介绍

ＴＣ２３７的主要特点，引脚功能和结构原理，最后给出ＴＣ２３７Ｂ在嵌入式图像采集系统中的具体应用

实例。关

键

词：ＣＣＤ；图像传感器；ＴＣ２３７Ｂ；图像采集

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００６－６９７７（２００６）０８－００１６－０３

中图分类号：ＴＮ３８６．５

ＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣＣＤｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒＴＣ２３７Ｂ

ＨＥＷｅｉ－ｓｈｅｎ，ＺＨＥＮＧＬｉ－ｍｉｎｇ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ，ＳｈａｎｔｏｕＵｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｔｏｕ５１５０６３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴＣ２３７Ｂｉｓａｋｉｎｄｏｆｂｌａｃｋ－ｗｈｉｔｅＣＣＤｉｍａｇｅｓｅｎｏｒｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＴＩ．Ｔｈｅｍａｉｎｆｅａｔｕｒｅｓ，ｐｉｎ

ｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＴ

CCD与CMOS优点和缺点

CCD：电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半导体材料制成，

能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。

CMOS：互补性氧化金属半导体CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）和CCD一样同为在

数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。

CMOS的缺点:就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于

电流变化过于频繁而会产生过热的现象。在相同分

CCD应用技术实验指导

天津市耀辉光电技术有限公司

天津大学精密仪器与光电子工程学院

2006年11月

实验规则及注意事项

为了确保线阵CCD应用技术实验的顺利进行，保障人身安全，避免设备损坏，并且达到实验目的，要求实验人员必须严格遵守下述实验规则及注意事项，在指导教师的指导下有秩序、按步骤的进行。

1、 在实验之前，实验人员必须阅读本实验指导书中所要求的实验准备内容，并阅读必 要的参考资料。明确实验目的，了解实验内容的详细步骤，达到要求后方能进行实验。

2、 实验进行过程中，必须严格按照指导教师制定的步骤进行实验，不得自行随意进行，否则可能会损坏实验仪，造成严重后果。

3、 要爱护实验仪器和示波器、计算机等实验设备，不允许将其它不相关的仪器在未经许可的情况下与实验仪进行连接。

4、 所有与本实验仪相关的线缆如电源线、示波器地线、计算机USB数据连接线等必须在断电的情况下连接良好，严禁带电插拔所有线缆。

5、 实验时应集中精力，认真实验；遇到问题时，应找指导教师解决；不许自作主张。

6、

所有实验设备应当在确定所有地线良好连接后方可开机上电。

7、 一旦发生意外事故或者实验出现异常现象时，应当立即切断实验设备电源，并如实向指导教师汇报情况。

CCD微光技术

第 2 2卷

第 1期

红

外

技

术

V0 . No 1 22 J n a 20 00

20 0 0年 1月

I r rd nfa e Tec no o h lgy

(纪念《外技术》刊 2红创 0周年专文)

背照明 CC微光成像技术 D3一

竖

旦皇王春，稚允7仲高光电工程系京 10 8 )北 00 1

(北京理工大学

摘要：背照明 C D ( C D)以及电子轰击 C D( B C是当今微光实时摄像技术的最 C B C C E C D)新进展之一，中等微光条件下， C D的性能优于目前的[C和 ST文中对 B C 在 BC CD I C D、 E C D以及 I C的性能进行 7比较， B C CD并讨论 7在我国开展 B C C D和 E C D技术研究和 BC应用的有关问题。

关词光像 c,B D E C键：微盛，c C, B D D C C中图分类号： N 8 . T 365 l前言文献标识码： A

哩胡

文章编号：0 18 9 ( 0 0) 10 0—5 1 0 .8 1 2 0 0 .0 80

在夜视技术、文学与高能物理学等众多应用中需要高分辨率、灵敏度的实时微光电视成天高像在科学技术及半导体工艺高度发展的今天，们研制出了全新的实时微光电视成