什么是CCD传感器？CCD的原理是什么？

CCD图像传感器是一种新型半导体器件一电荷祸合器件，是一种MOS集成电路。它作为一种新型的光电转换型传感器，不但具有体积小、重量轻、功耗小、工作电压低和抗烧毁等优点，而且在分辨率、动态范围、灵敏度、实时传输和自扫描等方面的优越性，也是其他摄像器件无法比拟的。目前，CCD图像传感器不论在文件复印、传真、零件尺寸的自动测量和文字识别、交通监控等民用领域，还是在空间遥感遥测、水下扫描摄像、图像跟踪制导等军事系统中都发挥着重要作用。近年来又向图像识别和在线精密检测方面发展。

一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。CCD(电荷祸合器件)是一种MOS集成器件，是美国贝尔实验室的W.S. Boyle和G.E. Smith在1970年3月的电气电子工程师协会(TEEE)国际会议上首次发表的。它的基本功能是电荷的转移和电荷的存储。CCD技术不仅可以制造大容量存储器，还可以使模拟延迟和摄像技术纳入半导体电子轨道。所以，CCD一经问世就引起了世界各国的重视。首先应用在摄像、模拟延迟和大容量存储等三大技术领域。

ccd传感器是数码相机、数码摄像机等器材的核心部件之一，它主要用来将光信号转化为电信号，从而完成数字图像的输入。ccd传感器是由正负偏压交替分布的大量寄生结场效应管构成的，基本原理就是光子击打ccd芯片时，会产生电荷，ccd控制电路通过对其进行放电，并将其电荷值进行积累，从而产生输出电流，经过数码信号放大电路后，就能将其转换为数码信号，成为数字图像。CCD，即ChargeCouledDevice是指电荷耦合元件，其在成像方面具有很好的性能，被广泛应用在了光电成像领域。CCD传感器具有较高的灵敏度、动态范围和较佳的减噪等优点，是比较理想的图像传感器种类之一。此外，ccd还被用于照相机、视频摄像机、生物医学成像、显微镜等领域。

CCD基本单位是MOS电容器，这种电容器可以储存电荷。以P型硅为例，在P型硅衬底上氧化形成表面SiO2层，然后在SiO一层金属上淀积为栅极，P型硅中的大多数载流子是带有正电荷的孔，少数载流子是带有负电荷的电子。当正电压施加在金属电极上时，其电场可以通过SiO绝缘层排斥或吸引这些载流子。因此，带正电源的空穴被排除在远离电极的地方，留下一些带负电源的载流子，这些载流子无法移动SiO二层形成负电荷层(耗尽层)，这种现象就形成了电子陷阱，电子一旦进入就无法复出，因此也被称为电子潜在陷阱。

当设备被照亮时(光可以通过每个电极的间隙SiO当光子的能量被半导体吸收并产生电子空穴时，电子被吸引并存储在潜在的陷阱中。这些电子可以传输。光线越强，在潜在陷阱中收集的电子越多，光线越弱，反之亦然。这样，光的强度就变成了电荷的数量，实现了光和电的转换，在潜在陷阱中收集的电子被储存起来，即使停止照明一段时间，也不会丢失，从而实现对照明的记忆。

当光照射到CCD硅片上时，在栅极附近的半导体体内产生电子-空穴对，其多数载流子被栅极电压排开，少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。当向SiO2表面的电极加正偏压时，P型硅衬底中形成耗尽区(势阱)，耗尽区的深度随正偏压升高而加大。其中的少数载流子(电子)被吸收到最高正偏压电极下的区域内，形成电荷包(势阱)电荷转移的控制方法，类似于步进电极的步进控制方式。也有二相、三相等控制方式之分。下面以三相控制方式为例说明控制电荷定向转移的过程。

三相控制是每一排像素上有三个金属电极P1，P2，P3，依次施加三个相位不同的脉冲，使得每排电极下电荷包向一侧移动。　随着控制脉冲的分配，电荷包从一侧转移到最终端，由输出二极管收集后送给放大器处理，实现电荷移动。当各排电荷全部移出感应区即扫描完成一幅画面，这些电荷最终以二进制的形式存储或修改。

以上是从微观方面介绍了CCD图像传感器中核心原件感官电路的原理，在宏观方面按照结构又可分为两类：CCD线列图像传感器和CCD面阵图像传感器，它们在结构方面的差异导致了用途的不同，但原理一样，都是利用了CCD的光电转换和电荷转移的双重功能制成， 线阵CCD：用一排像素扫描过图片，做三次曝光——分别对应于红、绿、蓝 三色滤镜，正如名称所表示的，线性传感器是捕捉一维图像。而CCD面阵图像传感器有呈二维矩阵排列的感光单元——感光区、信号存储区和输出转移部分组成，根据传输和读出的结构方式不同又分为：行传输、帧传输、行间传输等。