当前课程知识点：测试与检测技术基础 > Week10 被测量的获取（3） (Sensors III) > 图像传感器 (CCD image sensor) > 图像传感器 (CCD image sensor)
接下来我们给各位同学介绍一下
图像传感器
其实谈到图像传感器
我想在座的很多同学
你们都有手机
在手机上一定都有图像传感器
那么这个图像传感器
通常使用的是所谓的
CCD图像传感器
那么这个CCD
它的英语的拼写是这样的
Charged Coupled Device
我们把它称之为什么呢
电荷耦合的元件
所以我们经常说CCD
可能不一定了解CCD英文的含义
和它中文的具体的翻译是什么
它实际上是电荷耦合的元件
它实际上是1969年
在贝尔实验室研制成功的
之后呢日本的很多公司
开始对它进行量产
经过40多年
从初期的10万像素
已经发展到现在的上千万像素
这样量级CCD的图像传感器
那么CCD这种图像传感器
又可分为线型的和面型的两种
当然线型的应用
主要是应用于影像的扫描器
和传真器上
对于面型的这种CCD传感器
我们知道它的应用是非常广泛的
像我们的数码相机
摄录相机
摄录影像等等
这些都是采用的是
面型的CCD传感器
那么下面就是CCD感光的具体元器件
实际上CCD传感器
是由两位美国科学家发明的
那么我们可以看到
这就是CCD两位发明人
这两位发明人
一位是韦拉德•博伊尔
一位是乔治•史密斯
他们在2009年
获得了诺贝尔物理学奖
那么其中美国物理学家
韦拉德•博伊尔
和美国物理学家乔治•史密斯
在1969年发明的这种
成像半导体传感器CCD传感器
实际上为我们人类的
影像科学发展
作出了应该说是非常巨大的贡献
现在的CCD应该说是无处不在的
下面我们看一看
CCD图像传感器它的特点
CCD图像传感器
作为一种新型的光电转换器件
应用的非常广泛
前面我们已经谈到了
作为摄像器件与摄像管相比
CCD图像传感器有体积小
重量轻、分别率高、灵敏度高
动态范围宽的特点
那么它的光敏元几何
的精度非常高
光谱响应频率范围很宽
工作的电压也比较低
功率小，寿命很长
那么同时在很多场合
都可以很好的应用
接下来我们看看
CCD作为核心的传感器
在成像系统中
它是怎么样将光学信号
转化为数字信号的
在这个图当中我们可以看到
有相机的成像
这是相机在成像过程中
如何跟CCD相关联的
还有CCD具体的结构
当然也可以看到
在我们手机当中
就有CCD的传感器
还有监控的CCD
和工业CCD等等
这些实际上
我们前面已经谈到了
都是在现实中
跟我们密切相关
应用非常广泛的
好，那么前面我们已经谈到了
CCD实际上它是以阵列的形式
被排列在衬底材料上的
金属氧化物和硅
我们称为MOS
它的电容器件组成的
那么具有光生电荷
积累和转换电荷的功能
那么对于固态的图像传感器
我们前面已经谈到了有线阵型的
还有面阵型的
那么我们可以知道
像线阵型的一般是有
1024、1728、2048等等
像面阵型的有512×768
4096×4096这样的像素
这些都是我们常用的
当然现在面阵型的
这种CCD传感器
那么它的分辨率会更加高
接下来我们看看这个MOS
它是怎么样去工作的
实际上MOS是一种光敏元的结构
它是在P型半导体上
形成的一种氧化物
比方说二氧化硅
在氧化物上再沉积一层金属的电极
以此呢就形成了金属氧化物
和半导体的结构
我们称为MOS
那么下面这张图当中
就是MOS在形成的一个过程
以及它的成像一个基本的过程
在半导体硅片上
按照线阵或者面阵排列的MOS单元
如果有光照射在这些光敏元上
那么它是一个明暗起伏的图像
那么则这些光敏元上
就会感生出一幅
与光照强度相对应的
这种光生电荷的图像
那我们看一下
电荷耦合器件的结构工作原理
那么首先看一下它的基本结构
那么它的基本结构实际上就两部分
一部分是MOS
就是金属氧化物半导体光敏阵列
那么电荷耦合器件是在
半导体硅上制作
成百上千万个光敏元
一个光敏元器件
我们又称为一个像素
在半导体硅面上
我们的光敏元器件
是按线阵或者面阵有规则的排列
那么第二个部分呢
就是读出移位的这种寄存器
那么我们简单回顾一下
电荷耦合器件的工作原理
它实际上
是由光信号通过CCD
转换为电脉冲这样的一个过程
脉冲只反映
一个光敏元的受光的情况
接下来根据受光的情况
脉冲幅度的高低
反映该光敏元受光照的强弱
那么之后就是输出脉冲的顺序
可以反映一个光敏元的位置
最后呢
完成图像的这种传感的作用
前面我们已经介绍了
电荷耦合基本的工作原理的情况
那接下来看看CCD基本工作原理
首先是信号电荷的产生
接下来呢要对信号电荷进行存储
再接下来呢
要对信号电荷进行传输
以及对信号电荷进行检测
它的基本功能是
电荷的存储和转移
那么它的特点是以电荷作为信号
那么它的特性参数有这么几项
一项是内部参数
一项是外部参数
内部参数描述的是CCD存储
和转移信号电荷有关的特性
是器件理论设计的重要的依据
外部参数
描述的是与CCD应用有关的
性能指标主要包括以下内容
电荷转移的效率
转移损失率
工作频率
电荷存储的容量
分辨率以及灵敏度
以上介绍的就是
CCD传感器
它的工作的基本原理
和主要的应用
以及它的相关的特性
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