《传感器原理及应用》课程PPT教学课件（现代传感技术）第5讲 CCD器件、CCD在测量中的应用

第三节CcD器件 ■线阵和面阵;单沟道和双沟道 典型的CcD结构 1.单沟道线阵CCD结构 光敏元、转移栅和移位寄存器构成。 结构见下图3-12际乐示 移位 寄存器 输出 转移栅彳 光敏元 光栅 a)单沟道CCD结构

第三节 CCD器件 ◼ 线阵和面阵；单沟道和双沟道。 一、典型的CCD结构 1.单沟道线阵CCD结构 光敏元、转移栅和移位寄存器构成。 结构见下图3-12所示

工作时序如下图所示 光栅 D 转移栅 积分一转稔t 转移准备出转移结束 b)单沟道CCD驱动波形 t 深以小力图黑视热了小M统 积分阶段 转彩准备阶段 转移阶段 转移结束阶段 c)转移沟道勢阱分布

工作时序如下图所示 ΦD φt

ΦD控制收集光生电荷; φ控制转移到移位寄存器; φ1,q2和φ3控制移位输出。 由于ccD存在不完全转移,所以最大分辨单 元数并不于实际相元数相同。 般以读出移位寄存器的转移损失率50 为板限。 此结构适合光敏元较少的ccD

ΦD 控制收集光生电荷； φt控制转移到移位寄存器； φ1 ，φ2和 φ3控制移位输出。 由于CCD存在不完全转移，所以最大分辨单 元数并不于实际相元数相同。 一般以读出移位寄存器的转移损失率50% 为极限。 此结构适合光敏元较少的CCD

2.双沟道线阵CcD ■有两列移位寄存器,分奇数和偶数。 ■下图为两相双沟道cCD。 1B 2B 2A A 图3-13双沟道线阵CCD结构

2.双沟道线阵CCD ◼ 有两列移位寄存器，分奇数和偶数。 ◼ 下图为两相双沟道CCD

3.帧转移ccD摄像器件 FTCCD包含三部分:光敏区、暂存区和转 移区。 M个沟道; 光敏区 N个光敏元/沟道 器彩 器雄题 类于电视机的‘其 器器添邻餐添额 行扫原理 器>暂存区 R2 转移区 R3 图3-14帧转移面阵CCD结构

3.帧转移CCD摄像器件 ◼ FTCCD包含三部分：光敏区、暂存区和转 移区。 M个沟道； N个光敏元/沟道 类似于电视机的 行扫原理

4行间转移结构CCD摄像器件 ■如图3-15二维两相面阵 水平CCD H2 点色88 TE- 菜剛圈彩扁儡嘲 图3-15行间转移结构

4.行间转移结构CCD摄像器件 ◼ 如图3-15二维两相面阵

比较:分辨率差;拖影效应小 、典型CCD器件及其驱动 产品像元数128~5000不等 以TCD142D为例。两相线阵2048像元。 S iB OD DO」补偿输出 CCD移位寄存器2 缓冲器 转移栅 韩一团蝴风 OS」信号输出 缓冲器 转移栅 CCD移位寄存器I ⑥⑩ IA 图3-16TCD142D结构示意图

比较:分辨率差;拖影效应小。 二、典型CCD器件及其驱动 产品像元数128~5000不等。 以TCD142D为例。两相线阵2048像元

光敏区像元=2048+62(哑元)=2110 ■哑元用于检测暗电流。 SH NC 0.8 口 haakon、0.6 04 02 0 OSODΦ1B 40060080010001200 DOsφRs中1ANC 波长/mm 图3-17TCD142D管脚及光谱响应 a)TCD142D管脚b)TCD142D光谱响应

光敏区像元=2048+62（哑元）=2110 ◼ 哑元用于检测暗电流

像元中心间距14um 积分时间 uuuuuunnuuuruuruuuw LLuLLLLuLLLLLLLLWLLULLULLLLLlLLLL A几A几LA’ Au uuL DOS 9=c9≌98NN85%8 3落88G88R下NK △a △aA△△△aac△aAa aa公aaaa△22△ JULLMLLLULLLAAMMMAAMAAAAAAMAMM 224 哑元输出(3元)光屏蔽输出48元)( (3元)】元(6元儿哑元(1元) 哑元输出(64元) 哑元输出(12元 行读出间隔(2124元 信号输出(2048元)检验输出(2元 图3-18TCD142D驱动时序

像元中心间距14µm

驱动电路 SH RS鲁 φ1-D &8226 NC 12v DOS 图3-19TCD142D驱动电路 ΦRs:2MHz;占空比1:3 Φ1:1MHz:占空比1:1 ΦsH:TsH>1061us

驱动电路: ΦRS: 2MHZ;占空比1:3. Φ1 : 1MHZ;占空比1:1 ΦSH: TSH>1061µs