ccd charge coupled device n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
電荷耦合元件 CCD (Charge-coupled Device ) PowerPoint Presentation
Download Presentation
電荷耦合元件 CCD (Charge-coupled Device )

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 20

電荷耦合元件 CCD (Charge-coupled Device ) - PowerPoint PPT Presentation


  • 89 Views
  • Uploaded on

電荷耦合元件 CCD (Charge-coupled Device ). 主題. 報告同學 : 黃俊維 林彥輝. ~INDEX~. 1. 發明者介紹 2 . CCD 簡介 3. 工作原理 4. CCD 產品分析. Willard Sterling Boyle. Willard.S Boyle 威拉德.博伊爾 1924 年 8 月 19 日出生 簡介 : 1924 年出生於加拿大 Amherst 擁有加拿大和美國國籍。 1950 年從加拿大麥吉爾大學獲得物理學博士學位. George Elwood Smith. George Elwood Smith

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about '電荷耦合元件 CCD (Charge-coupled Device )' - dooley


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
ccd charge coupled device
電荷耦合元件CCD(Charge-coupled Device)

主題

報告同學:黃俊維

林彥輝

index
~INDEX~
  • 1.發明者介紹
  • 2. CCD簡介
  • 3.工作原理
  • 4.CCD產品分析
willard sterling boyle
Willard Sterling Boyle
  • Willard.S Boyle
  • 威拉德.博伊爾
  • 1924年8月19日出生
  • 簡介:
  • 1924年出生於加拿大Amherst
  • 擁有加拿大和美國國籍。
  • 1950年從加拿大麥吉爾大學獲得物理學博士學位
george elwood smith
George Elwood Smith
  • George Elwood Smith
  • 喬治 史密斯
  • 1930年5月10日
  • 簡介:
  • 1930年出生于美國白原市(White Plains)
  • 美國國籍。
  • 1959年從芝加哥大學獲得物理學博士學位。
slide5
CCD簡單介紹
  • 電荷耦合元件(CCD,Charge-coupled Device)是一種集成電路,上有許多排列整齊的電容,能感應光線,並將影像轉變成數字信號。經由外部電路的控制,每個小電容能將其所帶的電荷轉給它相鄰的電容。CCD廣泛應用在數碼攝影、天文學,尤其是光學遙測技術、光學與望遠鏡和高速攝影技術
  • 集成電路=積體電路 Integrated Circuit<IC>

就是矽晶圓上實現電路這個技術的統稱

slide6
CCD簡介

CCD 供應商

紫外線影像處理用的CCD

  • Dalsa
  • e2v technologies
  • Fairchild Imaging
  • Hamamatsu Photonics Characteristics and use of FFT-CCD
  • Kodak
  • Panasonic
  • Sony
  • Texas Instruments
  • Toshiba
slide7
發明過程
  • 1969年,Willard S. Boyle和George E. Smith發明了首個

成功的成像技術,利用的是數位感測器——電荷耦合器

件(CCD)。

  • CCD技術利用了愛因斯坦的光電效應。通過這一效應

光可被轉變成電信號。設計圖像感測器的挑戰則在

於—— 短時間內在大量圖元中聚集並讀出信號。

slide8
光電效應

光電效應示譯圖

光電效應是指物質吸收光子並激發出自由電子的行為。

當金屬表面在特定的光輻照作用下,金屬會吸收光子並發射出電子,發射出來的電子就叫做光電子。

光的波長需小於某一臨界值(也就是光的頻率F高於某一臨界值)時方能發射電子,其臨界值即極限頻率和極限波長。

波速(C)=頻率(f)× 波(λ)

p.s波長與頻率的關係是成反比的

slide9
CCD之工作原理
  • 電荷耦合器件的突出特點是以電荷作為信號,而不同於其他大多數元件是以電流或者電壓為信號。
  • 所以CCD的基本功能是電荷的存儲和電荷的轉移。它存儲由光或電激勵產生的信號電荷,當對它施加特定時序的脈衝時,其存儲的信號電荷便能在CCD內作定向傳輸。 CCD工作過程的主要問題是信號電荷的產生,存儲,傳輸,和檢測。
  • 電荷的注入
  • 在CCD中,電荷注入的方法有很多,歸納起來
  • 可分為光注入和電注入兩類。
slide10

CCD之工作原理

  • 基本上CCD的結構就像三明治一樣 ,第一層是『微型鏡頭』,第二層是『分色濾色片』以及第三層『感光匯流層』。
  • 第一層: 是由SONY領先發展出來的技術。為了有效提升CCD 的總畫素,又要確保單一畫素持續縮小以維持CCD的標準體積。因此,必須擴展單一畫素的受光面積。但利用提高開口率來增加受光面積,反而使畫質變差。所以,開口率只能提升到一定的極限,否則CCD將成為劣品。為改善這個問題, SONY 率先在每一感光二極體上(單一畫素)裝置微小鏡片。這個設計就像是幫CCD掛上眼鏡一樣,感光面積不再因為感測器的開口面積而決定,而改由微型鏡片的表面積來決定。如此一來,可以同時兼顧單一畫素的大小,又可在規格上提高了開口率,使感光度大幅提升。
slide11

CCD之工作原理

  • 第二層:『分色濾色片』,這個部份的作用主要是幫助 CCD 具備色彩辨識的能力。回到源頭,CCD 本身僅是光與電感應器,透過分色濾片,CCD 可以分開感應不同光線的『成分』,從而在最後影響處理器還原回原始色彩。目前CCD有兩種分色方式:一是 RGB 原色分色法,另一個則是 CMYG補色分色法,這兩種方法各有利弊,過去原色和補色CCD的產量比例約在 2:1左右,2003年後由於影像處理引擎的技術和效率進步,目前超過 80%都是原色 CCD 的天下。
slide12

CCD之工作原理

  • 第三層: 『感光匯流片』,這層主要是負責將穿透濾色層的光源轉換成電子訊號,並將訊號傳送到影像處理晶片,將影像還原。 這個部份可以說是 CCD 真正核心的部份,主要的 CCD 設計大致上分成幾個區塊。被稱為畫素 Pixel (Photodiodes)感光二極體,主要是應用於光線感應部份,Gate 區有一部份被用作電子快門,藍色區塊則是佈局為電荷通路,用來傳導電荷之用。白色區塊就是 電荷儲存區,主要功用為收集經二極體照射光線後所產生之電荷。
slide13
CCD之工作原理
  • 光注入型:
  • 當光照射到CCD矽片上時,,在柵極附近的半導體體內產生電子-電洞對,其多數載流子被柵極電壓排開,少數載流子則被收集在勢阱中形成信號電荷。
  • 電注入型:

所謂電注入就是CCD通過輸入結構對信號電壓或電流進行電壓流進行

采樣,然後將信號電壓或電流轉換為信號電荷。電注入的方法很多,

一般常用的是電流注入法和電壓注入法

ccd v s cmos
感光元件大比較CCDV.S CMOS
  • CCD== Charge Coupled Device
  • CMOS== Complementary Metal Oxide semi conductor
  • 互補式金屬-氧化層-半導體
  • 比較 CCD 和 CMOS 的結構,放大器的位置和數量是最大的不同之處

CCD 每曝光一次,自快門關閉或是內部時脈自動斷線後,即進行畫素轉移處理,將每一行中每一個畫素(pixel)的電荷信號依序傳入『緩衝器(電荷儲存器)』中,由底端的線路導引輸出至 CCD 旁的放大器進行放大,再串聯 ADC(類比數位資料轉換器) 輸出;相對地,CMOS 的設計中每個畫素旁就直接連著『放大器』,光電訊號可直接放大再經由 BUS 通路移動至 ADC 中轉換成數位資料。CCD的特色在於充分保持信號在傳輸時不失真(專屬通道設計),透過每一個畫素集合至單一放大器上再做統一處理,可以保持資料的完整性;CMOS的制程較簡單,沒有專屬通道的設計,因此必須先行放大再整合各個畫素的資料。

ccd v s cmos1
CCDV.S CMOS
  • 差異分析整體來說,CCD 與 CMOS 兩種設計的應用,反應在成像效果上,

形成包括 ISO 感光度、製造成本、解析度、雜訊與耗電量等

不同類型的差異。

  • ISO 感光度差異:由於 CMOS 每個畫素包含了放大器與A/D轉換電路,過多的額外設備壓縮單一畫素的感光區域的表面積,因此在 相同畫素下,同樣大小之感光器尺寸,CMOS的感光度會低於CCD。
  • 成本差異:

CMOS 應用半導體工業常用的 MOS制程,可以一次整合全部周邊設施於單晶片中,節省加工晶片所需負擔的成本 和良率的損失;相對地 CCD 採用電荷傳遞的方式輸出資訊,必須另闢傳輸通道,如果通道中有一個畫素故障,就會導致一整排的 訊號壅塞,無法傳遞,因此CCD的良率比CMOS低,加上另闢傳輸通道和外加 ADC 等周邊,CCD的製造成本相對高於CMOS。

ccd v s cmos2
CCDV.S CMOS
  • 解析度差異:在第一點『感光度差異』中,由於 CMOS 每個畫素的結構比 CCD 複雜,其感光開口不及CCD大,相對比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時,CCD感光器的解析度通常會優於CMOS。不過,如果跳脫尺寸限制,目前業界的CMOS 感光原件已經可達到1400萬 畫素 / 全片幅的設計,CMOS 技術在量率上的優勢可以克服大尺寸感光原件製造上的困難。
  • 雜訊差異:由於CMOS每個感光二極體旁都搭配一個 ADC 放大器,如果以百萬畫素計,那麼就需要百萬個以上的 ADC 放大器,雖然是統一製造下的產品,但是每個放大器或多或少都有些微的差異存在,很難達到放大同步的效果,對比單一個放大器的CCD,CMOS最終計算出的雜訊就比較多。
  • 耗電量差異:CMOS的影像電荷驅動方式為主動式,感光二極體所產生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出;但CCD卻為被動式,必須外加電壓讓每個畫素中的電荷移動至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特(V)以上的水平,因此 C 還必須要有更精密的電源線路設計和耐壓強度,高驅動電壓使 CCD 的電量遠高於CMOS。
slide19
CCD產品分析
  • CCD發展至今超過20年,在目前技術發展上以經相當純熟,具有高感光度,縱使光線不足拍出來也不至於太暗…
  • 另外高銳利度,顯色與色澤飽滿,也是CCD的優點,但是CCD的耗電量相對比較高,加上手機輕巧為訴求,CCD的模組產品體積無法有效的縮小,所以價格相對較貴…
  • 在數位相機市場中,由於CMOS能與產品高整合性,所以運用層面直逼CCD,CMOS最大的優點在於能微小化製造並縮小體積,加上價格比CCD便宜、耗電量低,於是大受手機廠商歡迎,但是CMOS的感光度與銳利度較差…
slide20
CCD產品分析
  • 而目前在市面上的CCD手機其實也有很多,像是知名品牌的Benq U700 或是韓國手機LG KG920等等..。
  • 而這些手機多採用CMOS的原因並非為了降低成本,主要是因為CMOS比CCD還省電,這個優點在手機而言相當重要,除此之外高階的CMOS效能並不比CCD還差,現在數位單眼相機都是使用CMOS.照相效果差的手機,並不是因為使用CMOS,而是用了廉價CMOS.所以現在的照相手機,才會多使用CMOS為主。