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電荷耦合器件(charge-coupled device，CCD)是一種用于探測光的硅片，由時鐘脈沖電壓來產(chǎn)生和控制半導(dǎo)體勢阱的變化，實現(xiàn)存儲和傳遞電荷信息的固態(tài)電子器件。
電荷耦合器件由美國貝爾實驗室的W.S.博伊爾和G.E.史密斯于1969年發(fā)明，它由一組規(guī)則排列的金屬-氧化物-半導(dǎo)體( MOS)電容器陣列和輸入、輸出電路組成。電荷耦合器件用電荷量來表示不同狀態(tài)的動態(tài)移位寄存器，比傳統(tǒng)的底片更能敏感的探測到光的變化。
CCD是一種半導(dǎo)體裝置，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel）。一塊CCD上
包含的像素數(shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。CCD在攝像機、數(shù)碼相機和掃描儀中應(yīng)用廣泛，只不過攝像機中使用的是點陣CCD，即包括x、y兩個方向用于攝取平面圖像，而掃描儀中使用的是線性CCD，它只有x一個方向，y方向掃描由掃描儀的機械裝置來完成。
CCD的加工工藝有兩種，一種是TTL工藝，一種是CMOS工藝，現(xiàn)在市場上所說的CCD和CMOS其實都是CCD，只不過是加工工藝不同，前者是毫安級的耗電量，二后者是微安級的耗電量。TTL工藝下的CCD成像質(zhì)量要優(yōu)于CMOS工藝下的CCD。CCD廣泛用于工業(yè)，民用產(chǎn)品。
CCD它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。
CCD在攝像機里是一個極其重要的部件，它起到將光線轉(zhuǎn)換成電信號的作用，類似于人的眼睛，因此其性能的好壞將直接影響到攝像機的性能。
衡量CCD好壞的指標(biāo)很多，有像素數(shù)量，CCD尺寸，靈敏度，信噪比等，其中像素數(shù)以及CCD尺寸是重要的指標(biāo)。像素數(shù)是指CCD上感光元件的數(shù)量。攝像機拍攝的畫面可以理解為由很多個小的點組成，每個點就是一個像素。顯然，像素數(shù)越多，畫面就會越清晰，如果CCD沒有足夠的像素的話，拍攝出來的畫面的清晰度就會大受影響，因此，理論上CCD的像素數(shù)量應(yīng)該越多越好。但CCD像素數(shù)的增加會使制造成本以及成品率下降，而且在現(xiàn)行電視標(biāo)準(zhǔn)下，像素數(shù)增加到某一數(shù)量后，再增加對拍攝畫面清晰度的提高效果變得不明顯，因此，一般一百萬左右的像素數(shù)對一般的使用已經(jīng)足夠了
?電荷耦合器件(CCD)，是由時鐘脈沖電壓來產(chǎn)生和控制半導(dǎo)體勢阱的變化，實現(xiàn)存儲和傳遞電荷信息的固態(tài)電子器件。
實際上電荷耦合器件 (CCD)是一種用電荷量來表示不同狀態(tài)的動態(tài)移位寄存器。
電荷耦合器件由間隔極小的金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容器陣列和適當(dāng)?shù)妮斎?、輸出電路?gòu)成，常見的結(jié)構(gòu)有表面溝道、體溝道和蠕動型等。電荷耦合器件主要應(yīng)用于固態(tài)成像、信號處理和大容量存儲器三個方面。在遙感、雷達、通信、電子計算機、電視攝像等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。 1969年，美國貝爾實驗室的W.S.博伊爾和G.E.史密斯在探索磁泡器件的電模擬過程中，產(chǎn)生了電荷耦合器件的原理設(shè)想，并在實驗中得到驗證。他們提出，緊密排列在半導(dǎo)體絕緣表面上的電容器，可用來儲存和轉(zhuǎn)移電荷。初期的CCD存儲和轉(zhuǎn)移信號電荷的勢阱都位于硅-二氧化硅界面處,即所謂表面溝道CCD。1972年D.康首先設(shè)想了多數(shù)載流子CCD形式,在此基礎(chǔ)上人們研制出體溝道CCD和“蠕動”型CCD的新結(jié)構(gòu),有效地改善了CCD的性能。1973年美國仙童公司制成CCD攝像傳感器，CCD遂從實驗室進入工業(yè)生產(chǎn)的實用階段。
CCD的雛形是在N型或 P型硅襯底上生長一層二氧化硅薄層，再在二氧化硅層上淀積并光刻腐蝕出金屬電極，這些規(guī)則排列的金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容器陣列和適當(dāng)?shù)妮斎搿⑤敵鲭娐肪蜆?gòu)成基本的 CCD移位寄存器。對金屬柵電極施加時鐘脈沖，在對應(yīng)柵電極下的半導(dǎo)體內(nèi)就形成可儲存少數(shù)載流子的勢阱。可用光注入或電注入的方法將信號電荷輸入勢阱。然后周期性地改變時鐘脈沖的相位和幅度，勢阱深度則隨時間相應(yīng)地變化，從而使注入的信號電荷在半導(dǎo)體內(nèi)作定向傳輸。CCD 輸出是通過反相偏置PN結(jié)收集電荷，然后放大、復(fù)位，以離散信號輸出。
電荷轉(zhuǎn)移效率是CCD最重要的性能參數(shù)之一，用每次轉(zhuǎn)移時被轉(zhuǎn)移的電荷量和總電荷量的百分比表示。轉(zhuǎn)移效率限制了CCD的最大轉(zhuǎn)移級數(shù)。
體溝道CCD的電荷轉(zhuǎn)移機理和表面溝道CCD略有不同。體溝道CCD又稱為埋溝CCD。所謂體溝道即用來存儲和轉(zhuǎn)移信號電荷的溝道是在離開半導(dǎo)體表面有一定距離的體內(nèi)形成。體溝道 CCD的時鐘頻率可高達幾百兆赫，而通常的表面溝道CCD只幾兆赫。
固體成像、信號處理和大容量存儲器是 CCD的三大主要用途。各種線陣、面陣像感器已成功地用于天文、遙感、傳真、卡片閱讀、光測試和電視攝像等領(lǐng)域，微光CCD和紅外CCD在航遙空感、熱成像等軍事應(yīng)用中顯示出很大的作用。CCD 信號處理兼有數(shù)字和模擬兩種信號處理技術(shù)的長處，在中等精度的雷達和通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。CCD還可用作大容量串行存儲器,其存取時間、系統(tǒng)容量和制造成本都介于半導(dǎo)體存儲器和磁盤、磁鼓存儲器之間。
中國于1975年研制出32位 CCD移位寄存器。中國的CCD研制工作主要集中于 CCD成像和信號處理。CCD攝像器在航空攝像、遙控、工業(yè)自動化等部門已獲應(yīng)用。CCD模擬延遲線和抽頭延遲線在雷達和通信設(shè)備更新中發(fā)揮了重要作用。
只有與設(shè)備連接的是耦合器
聯(lián)軸器
電磁耦合器的原理與變壓器是相同的。簡單的說就是“電生磁,磁生電”。 通電導(dǎo)線周圍存在著磁場,導(dǎo)線通過的是交流電
10kW級單纖泵浦耦合器件設(shè)計與實驗研究
10kW級單纖泵浦耦合器件設(shè)計與實驗研究
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針對制約單纖系統(tǒng)向更高功率輸出面臨的泵浦光源亮度受限和有源光纖泵浦注入?yún)^(qū)域溫度控制受限的問題,提出一種新型的端面泵浦耦合器件。通過擴大信號光纖的包層直徑,有效提升了可注入光纖系統(tǒng)的泵浦功率,同時有效降低了有源光纖端面泵浦注入?yún)^(qū)域的溫度。在實驗中獲得了9.95k W的泵浦激光注入,并在單纖系統(tǒng)中實現(xiàn)了6 k W的輸出。該器件具備10 k W以上的泵浦耦合能力,具備應(yīng)用于萬瓦級單纖系統(tǒng)的潛力。
推掃式掃描: 又稱"像面"掃描(along-track scanning)，是利用由半導(dǎo)體材料制成的電荷耦合器件(CCD)，組成線陣列或面陣列傳感器，采用廣角光學(xué)系統(tǒng)，在整個視場內(nèi)借助遙感平臺自身的移動，像刷子地一樣掃出一條帶狀軌跡，獲取沿著飛行方向的地面二維圖像。
采用高強度紅外發(fā)光點陣作為發(fā)射器，以高分辨率紅外電荷耦合器件作為接收器，通過分析發(fā)射器光斑圖像的強度、形狀、紋理等特征的變化來探測火災(zāi)煙霧的感煙火災(zāi)探測器。
目錄
第1章 光電控制系統(tǒng)組成
第2章 光電控制傳感器
第3章 電荷耦合器件CCD與激光測控系統(tǒng)
第4章 控制器與驅(qū)動機構(gòu)
第5章 全球重要企業(yè)的光電控制系統(tǒng)
第6章 光電控制技術(shù)應(yīng)用
參考文獻
……2100433B
線陣掃描成像概述