CCD与CMOS图像传感器(王庆有)

CCD与CMOS图像传感器 CCD与CMOS图像传感器王庆有天津市耀辉光电技术有限公司 天津市开希机器视觉技术有限公司2008年6月

讲座的基点站在应用的角度看图像传感器如何选用图像传感器？如何用好图像传感器？ 是这次讲座的核心。

一、光电图像传感器分类(一)图像信息分类方式1、图像的色彩信息 2、图像的灰度(亮度)信息 3、图像的尺寸信息 4、图像的图形信息 5、图像的综合信息

(二)图像传感器分类1、线阵CCD传感器

2、面阵CCD传感器

3、CMOS图像传感器

二、CCD基本原理简介 二、CCD基本原理简介CCD (Charged Coupled Device) — 电荷 耦合器件 以电荷为信号 两种基本类型：– 表面沟道CCD(简称SCCD) – 体沟道或埋沟道CCD(简称BCCD)

1、电荷存储构成CCD的基本单元 — MOS(金属-氧化物半导体)结构UG > Uth 金属栅电极G 氧化层

P型半导体

耗尽区 反型层

表面势ΦS 与栅极电压UG的关系(P型硅杂质浓 度NA=1021m-3,反型层电荷QINV=0)ΦS(V) 14 12 10 Uth = 1.0 V 1.4 V 2.2 V 3.0 V 8 6 4 2 0

NA=1021m-3

(Φ S)min=2 Φ F (≈0.6 V)

0

2

4

6

8

10 12 14 16 UG(V)

表面势ΦS与反型层电荷密度QINS的关系14 ΦS(V) 12 10 8 6 42ΦF

dOX=0.1µm dOX=0.2µm

2 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 QINV(µC/m2)

势阱的概念UG 0 4 8 12 16 空势 阱 UG = 5V UG = 10V UG = 15V 填充 1/3 的势 阱 全满势阱 10V 10V

MOS电容存储信号电荷的容量 Q = COX UG A

2、电荷耦合三相CCD中电荷的转移过程③ 2V ① 10V ② 2V ③ 2V

存有电荷的势阱

三相CCD中电荷的转移过程③ 2V ① 10V ② 2→10V ③ 2V

新势阱

三相CCD中电荷的转移过程③ 2V ① 10V ② 10V ③ 2V

三相CCD中电荷的转移过程③ 2V ① 10→2V ② 10V ③ 2V

电荷移动

三相CCD中电荷的转移过程③ 2V ① 2V ② 10V ③ 2V

三相CCD中电荷的转移过程10V 2V 10V 2V 10V 2V

Φ1

Φ2

Φ3

3、CCD电极的基本结构 CCD电极的基本结构转移电极结构 CCD电极 基本结构 转移沟道结构 信号输入结构 信号检测结构