ccd工作原理动画

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

初级动画原理

一、 二、

1．3万5千多年以前，人类便已经在岩壁上画动物了，有时画上4对腿表示动物的运动。

动画原理产生的历史 观看《幻想曲》

2．在公元前1600年，埃及法老拉美西斯二世（Pharaoh Ramese2）为伊西斯（Isis）女神建造了一个有110根柱子的神庙。每根柱子上都画着女神连续变换的动作图。骑士或战车的驾驶者从这儿经过时，女神好像就动了起来。

3.古希腊人有时在罐子上画上一系列连贯运动的人物。转动罐子就产生运动的感觉。

4．第一个试着把图画投射到墙上的人是1640年拥有“魔术幻灯”的阿塔纳斯?珂雪（Athanasius Kircher）。在不同的玻璃上画上一些形象，再把它们放到他的仪器上，然后把它们的影子投射到墙上。他用绳子把玻璃上下串起来移动。一块玻璃上显示的是一个在睡觉的男人的头和一只老鼠。男人张嘴闭嘴，张嘴时老鼠就跑进他的嘴里。

5．1824年皮特·马克·罗杰特（Peter Mark Roget）发现了重要的“视觉暂留”（Persistence of Vision）的原理。它讲的是人类的眼睛对看到的一切事物的影像会有暂时停留原理。否则，我们就不会有一系列影像之间的连贯不断联系的感觉，也不会有电影或动画

典型机械结构的原理介绍,结合动画来介绍,更易理解!

曲柄摇杆机构

曲柄AB为原动件作匀速转动，当它由AB1转到AB2位置时，转角 φ1=180°+θ,摇杆由右极限位置C1D摆到左极限位置C2D摆角为ψ,当 曲柄从AB2转到AB1时，转角φ2=180°-θ,摇杆由位置C2D返回C1D, 其摆角仍为ψ,因为 φ1>φ2 ,对应时间t1>t2,因此摇杆从C2D转到C1D较 快，即具有急回特性，其中θ为摇杆处于两极限位置时曲柄两个位置之间 所夹的锐角，称为极位夹角。

典型机械结构的原理介绍,结合动画来介绍,更易理解!

双摇杆机构

摇杆AB为原动件，通过连杆BC带动从动件CD也 作往复摆动，虚线AB1、AB2为摇杆AB的两极限 位置，也是当摇杆AB为原动件时，机构的两死点 位置。

典型机械结构的原理介绍,结合动画来介绍,更易理解!

双曲柄机构

当曲柄AB为原动件作匀速回转时，曲柄CD跟随作周期性的匀速圆周回转， 当曲柄从位置AB1转过φ1角到位置AB2时，从动件CD转过180°,当曲柄从 位置AB2转过φ2角到位置AB1时，从动件CD转过180°,因为φ1>φ2 ,即 t1>t2,从动曲柄的角速度不是常数，而是作变角

《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