教育电视系统教育电视系统 ( 3-3 )( 3-3 )

孙祯祥孙祯祥浙江师范大学 教育学院浙江师范大学 教育学院

3.4 3.4 固体摄像器件固体摄像器件

一、一、 CCDCCD 器件的工作原理器件的工作原理 CCDCCD 摄像器件具有光电转换、电荷存摄像器件具有光电转换、电荷存储和转移输出的三大功能。储和转移输出的三大功能。

11 、、 MOSMOS 电容器的结构电容器的结构

当景物的光照射到氧化物表面时，就在氧化物当景物的光照射到氧化物表面时，就在氧化物层与层与 PP 型硅之间产生电荷，其电荷量与照射该点型硅之间产生电荷，其电荷量与照射该点的光强度成正比，这就是的光强度成正比，这就是 CCDCCD 的光电转换作用。的光电转换作用。

在在 PP 型硅上加电压，则该电压形成的电场将穿过型硅上加电压，则该电压形成的电场将穿过氧化层，在氧化层与硅片的界面上形成一个可以氧化层，在氧化层与硅片的界面上形成一个可以存储电荷的区域，我们称其为势阱。这就是存储电荷的区域，我们称其为势阱。这就是 CCDCCD存储电荷的作用。存储电荷的作用。

22 、电荷转移的原理、电荷转移的原理

有规律地改变电极电压，则势阱内的电荷就有规律地改变电极电压，则势阱内的电荷就可以按人为确定的方向转移，这就是可以按人为确定的方向转移，这就是 CCDCCD 电荷电荷转移的基本原理。转移的基本原理。

二、面阵二、面阵 CCDCCD 摄像器件摄像器件

11 、帧转移型、帧转移型（（ FTFT ））

（（ 11 ）帧转移方式的优缺点）帧转移方式的优缺点 优点：像素单元密度高，有较高的分辨力和灵优点：像素单元密度高，有较高的分辨力和灵敏度；敏度； 缺点：缺点：① ① 存储区与成像区占同样大小的芯片面存储区与成像区占同样大小的芯片面积，因此积，因此 CCDCCD 芯片尺寸较大； 芯片尺寸较大； ② ② 电荷转移时受电荷转移时受到光照干扰，产生垂直拖尾。到光照干扰，产生垂直拖尾。

（（ 22 ）垂直拖尾现象的形成与排除）垂直拖尾现象的形成与排除

通常采用机械快门通常采用机械快门装置，在场逆程（即装置，在场逆程（即电荷转移期间）将感电荷转移期间）将感光部分遮光，从而解光部分遮光，从而解决问题。决问题。

22 、行间转移型（、行间转移型（ ITIT ））

（（ 11 ）行间转移方式的优缺点）行间转移方式的优缺点 优点：①结构简单，不用单独的存储芯片，芯优点：①结构简单，不用单独的存储芯片，芯

片面积小； ②由于电荷垂直转移在遮光下进行，片面积小； ②由于电荷垂直转移在遮光下进行，垂直拖尾问题减轻。垂直拖尾问题减轻。

缺点：①由于感光部分与存储部分相间排列，缺点：①由于感光部分与存储部分相间排列，感光面积小，光利用率低； ②仍然有部分强光感光面积小，光利用率低； ②仍然有部分强光照射到存储条下的电荷，造成类似垂直拖尾现照射到存储条下的电荷，造成类似垂直拖尾现象象。。

（（ 22 ）反射造成的垂直拖尾现象）反射造成的垂直拖尾现象

由于反射光作用时由于反射光作用时间比较长，产生类似垂间比较长，产生类似垂直拖尾的现象。因此，直拖尾的现象。因此，解决传送速度太慢的问解决传送速度太慢的问题，则拖尾问题迎刃而题，则拖尾问题迎刃而解。解。

33 、帧—行间转移型（、帧—行间转移型（ FITFIT ））

其电荷转移其电荷转移速度要比行间转速度要比行间转移方式快移方式快 6060~~101000 倍，事实上已倍，事实上已经消除了垂直拖经消除了垂直拖尾现象。尾现象。

44 、、 CCDCCD 摄像器件的高光抑制功能摄像器件的高光抑制功能

一般采用在一般采用在 CCDCCD 器件中设置溢流沟道器件中设置溢流沟道（（ OFDOFD ））的方法，将过量电子通过溢流沟道向的方法，将过量电子通过溢流沟道向下流入衬底（硅片）。下流入衬底（硅片）。

55 、动态分辨力与电子快门、动态分辨力与电子快门

动态分辨力与曝光时间有关，曝光时间越短，动态分辨力与曝光时间有关，曝光时间越短，动态分辨力越高。对摄像机来说，它的曝光动态分辨力越高。对摄像机来说，它的曝光时间时间是是 1/501/50 秒（秒（ PALPAL 制）。制）。

（（ 11 ））机械式快门机械式快门

（（ 22 ）电子快门）电子快门 仅在帧转移方式中使用。仅在帧转移方式中使用。

思考题：思考题：• 11 、阐述、阐述 CCDCCD 器件的光电转换、电荷存储、电器件的光电转换、电荷存储、电

荷转移的基本原理；荷转移的基本原理；• 22 、在那些种类型的、在那些种类型的 CCDCCD 面阵器件中存在垂直面阵器件中存在垂直

拖尾现象？在这些器件中，垂直拖尾是怎样形拖尾现象？在这些器件中，垂直拖尾是怎样形成的？成的？

• 33 、、电子快门是如何提高动态分辨力的？电子快门是如何提高动态分辨力的？