光电开关传感器的CCD器件的物理性能可以用特性参数来描述,它分为内部参数和外部参数两类,内部参数描述的是CCD存储和转移信号电荷有关的特性或能力,是器件理论设计的重要依据;外部参数描述的是与CCD应用有关的性能指标,是应用CCD器件时必不可少的内容,主要包括灵敏度、转移效率、不均匀度、线性度、动态范围/采样精度等。
光电开关的CCD灵敏度:它是指在一定光谱范围内单位曝光量的输出信号电压电流。也相当于投射在光敏元上的单位辐射功率所产生的电压电流。
转移效率:转移效率是指电荷包在进行每一次转移中的效率,即电荷包从一个栅转移到下一个栅时,有部分的电荷转移过去,余下的部分没有被转移,由于光电开关的CCD信号电荷包大都要经历上千次的转移,即使值几乎接近1,但其总效率往往仍然很低。例如,如果转移效率为0.999,转移2000次,总效率只有0.135。S0009CCD的转移效率为0.9999。平均转移2000次,总效率为0.98。
不均匀度:CCD成像器件不均匀性包括光敏元不均匀和CCD不均匀。一般CCD是近似均匀的,即每次转移效率是一样的。光敏元响应不均匀是由于工艺过程及材料不均匀引起的,不均匀度是影响像素提高的因素,也是成品率下降的重要原因。CCD的成品率一般不足50%
线性度:线性度是指在动态范围内,输出信号与曝光量关系是否成直线关系。通常在弱信号和接近满阱信号时,线性度比较差。在弱信号时,噪声影响大,信噪比低;在接近满阱信号时,耗尽层变窄,使量子效率下降,灵敏度降低,使线性度变差。
动态范围/采样精度。上限取决于光敏元势阱容量,下限取决于CCD能分辨的最小信号,即等交往噪声信号:动态范围=光敏元满阱信号/等效噪声信号。
采样精度是指输出电荷经A/D转换成数字信号的位bit数。采样精度越高,层次越多,图像越细腻。现在数码单反相机采样精度为12bit/s。采样精度影响到颜色层次过渡细腻程度,动态范围则影响到整个图像表达明暗动态范围。
CCD从结构上分为线陈CCD和面陈CCD两大类,从受光方式分为正面光照和背面光照两种。线陈CCD有单沟道和双沟道两种信号读出方式,其中双沟道信号读出方式的信号转移效率高。面陈CCD的结构复杂,常见的有帧转移FTCCD、全帧转移FFTCCD、隔列内线转移IITCCD、帧内线转移FITCCD、累进扫描内线转移PSITCCD等。 |