教育电视系统 ( 3-3 )

教育电视系统( 3-3 ) 孙祯祥浙江师范大学教育学院

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

1、MOS电容器的结构 当景物的光照射到氧化物表面时，就在氧化物层与P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CCD的光电转换作用。在P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存储电荷的区域，我们称其为势阱。这就是CCD存储电荷的作用。

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

二、面阵CCD摄像器件 1、帧转移型（FT）（1）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敏度；缺点：① 存储区与成像区占同样大小的芯片面积，因此CCD芯片尺寸较大； ② 电荷转移时受到光照干扰，产生垂直拖尾。

（2）垂直拖尾现象的形成与排除 通常采用机械快门装置，在场逆程（即电荷转移期间）将感光部分遮光，从而解决问题。

2、行间转移型（IT） （1）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。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仍然有部分强光照射到存储条下的电荷，造成类似垂直拖尾现象。

（2）反射造成的垂直拖尾现象 由于反射光作用时间比较长，产生类似垂直拖尾的现象。因此，解决传送速度太慢的问题，则拖尾问题迎刃而解。

3、帧—行间转移型（FIT） 其电荷转移速度要比行间转移方式快60~100倍，事实上已经消除了垂直拖尾现象。

4、CCD摄像器件的高光抑制功能 一般采用在CCD器件中设置溢流沟道（OFD）的方法，将过量电子通过溢流沟道向下流入衬底（硅片）。

5、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，动态分辨力越高。对摄像机来说，它的曝光时间是1/50秒（PAL制）。（1）机械式快门仅在帧转移方式中使用。（2）电子快门

思考题： • 1、阐述CCD器件的光电转换、电荷存储、电荷转移的基本原理； • 2、在那些种类型的CCD面阵器件中存在垂直拖尾现象？在这些器件中，垂直拖尾是怎样形成的？ • 3、电子快门是如何提高动态分辨力的？

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