原标题：CCD原理

　　导读：大家在使用数码相机将身边的美好事物拍下的时候，有没有想过为什么相机能够将图像摄下?今天小编带你了解CCD的工作原理，它可是相机中不可缺的一部分哦。

CCD原理——特性

　　CCD传感器将光学信号转换为模拟电流信号，通过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。其显著特点是：

　　Ⅰ.体积小重量轻;

　　Ⅱ.功耗小，工作电压低，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长;

　　Ⅲ灵敏度高，噪声低，动态范围大;

　　Ⅳ.响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像;

　　Ⅴ.应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低。

　　因此，许多采用光学方法测量外径的仪器，把CCD器件作为光电接收器。

　　CCD原理——分类

　　CCD在功能上可分为线阵CCD和面阵CCD两类。

　　线阵CCD通常将CCD内部电极分成数组，每组称为一相，并施加同样的时钟脉冲。所需相数由CCD芯片内部结构决定，结构相异的CCD可满足不同场合的使用要求。线阵CCD有单沟道和双沟道之分，其光敏区是MOS电容或光敏二极管结构，生产工艺相对较简单。它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成，特点是：处理信息速度快，外围电路简单，易实现实时控制，但获取信息量小，不能处理复杂的图像。

用于扫描仪中的线性CCD

　　面阵CCD的结构要复杂得多，它由很多光敏区排列成一个方阵，并以一定的形式连接成一个器件，获取信息量大，能处理复杂的图像。

　　CCD原理——光电转换与储存

　　CCD的工作过程分为四个部分，分别是光电转换、电荷储存、电荷转移、电荷检测。

　　光电转换就是将光信号转换为电信号，CCD内部是由许多的光敏像素组成的，每像素就是一个光敏二极管，检测像素上产生的电荷，产生的信号电荷的数量直接与入射光的强度及曝光时间成正比。

CCD原理——电荷的转移

　　CCD的移位寄存器是一列排列紧密的MOS电容器,它的表面由不透光的铝层覆盖,以实现光屏蔽。 MOS电容器上的电压愈高,产生的势阱愈深,当外加电压一定,势阱深度随阱中的电荷量增加而线性减小.利用这一特性,通过控制相邻MOS电容器栅极电压高低来调节势阱深浅.制造时将MOS电容紧密排列,使相邻的MOS电容势阱相互“沟通”.认为相邻MOS电容两电极之间的间隙足够小(目前工艺可做到0.2μm),在信号电荷自感生电场的库仑力推动下,就可使信号电荷由浅处流向深处,实现信号电荷转移。

　　CCD原理——电荷的测量

　　CCD的电荷测量是将转移的信号电荷转换成电信号的过程，有两种方法。

　　Ⅰ：浮置扩散放大器

　　Ⅱ：浮置栅极放大器

　　在CCD的图像传感器中使用较多的是浮置扩散放大器。

　　浮置扩散输出端是信号电荷注入末级浮置扩散的PN结之后, 所引起的电位改变作用于MOSFET的栅极。这一作用结果必然调制其源-漏极间电流, 这个被调制的电流即可作为输出。 当信号电荷在浮置栅极下方通过时, 浮置栅极输出端电位必然改变, 检测出此改变值即为输出信号。

　　总结：CCD的原理是通过镜头滤光，以保证光线的直线射入，CCD内部的感光元件将光能转换为电信号，通过工艺排列将感光出的电荷转移，再浮置扩散放大器或浮置栅极放大器进行检测。