传统光谱仪器设计中为什么选择CCD作为探测器？

在现代工业检测中，大量的光电转换器件被应用在各个探测领域中，取代了原来的感光材料。目前主要的光电转换器件有SSPDA(自扫描光电二极管阵列)，CCD(光电耦合器件)，CMOS(互补金属氧化物半导体)等。

PDA在紫外波段有着很好的响应，早期的PDA的暗电流较大，信噪比低，但是随着技术的发展，高信噪比的PDA不断出现，再加上其本身在紫外波段的高灵敏度，其已经成为比较理想的紫外信号探测器。商用的PDA其成本也比较高，目前广泛应用于紫外可见信号测量，以及颜色测量等领域。

CMOS的感光元件也是光电二极管作为光敏元。目前大多数CMOS是有源型的APS，每个像元都有一个放大器可以直接读取光电信号。而且大多数CMOS都集成了AD转换，信号放大的功能模块，另外大多数大规模集成电路产线可以直接用于CMOS的生产和制造，所以CMOS的成本相对较低。但是CMOS存在着灵敏度低，暗电流和噪声等问题。在现代工业检测中，大量的光电转换器件被应用在各个探测领域中，取代了原来的感光材料。目前主要的光电转换器件有SSPDA(自扫描光电二极管阵列)，CCD(光电耦合器件)，CMOS(互补金属氧化物半导体)等。

PDA在紫外波段有着很好的响应，早期的PDA的暗电流较大，信噪比低，但是随着技术的发展，高信噪比的PDA不断出现，再加上其本身在紫外波段的高灵敏度，其已经成为比较理想的紫外信号探测器。商用的PDA其成本也比较高，目前广泛应用于紫外可见信号测量，以及颜色测量等领域。

CMOS的感光元件也是光电二极管作为光敏元。目前大多数CMOS是有源型的APS，每个像元都有一个放大器可以直接读取光电信号。而且大多数CMOS都集成了AD转换，信号放大的功能模块，另外大多数大规模集成电路产线可以直接用于CMOS的生产和制造，所以CMOS的成本相对较低。但是CMOS存在着灵敏度低，暗电流和噪声等问题。

CCD的工作原理是电荷的存储和转移，当电极上通正向电压时，电极半导体中的多数多数载流子空穴被移出，形成耗尽区，该区域存在电势梯度可以收集电荷，CCD的电荷输出是按照探测器的列输出，当要求的读写频率较高而且探测器的像元很多的情况下，有可能导致电荷转移效率大大降低从而影响测量精度和准确度。所以如果使用CCD作为探测器件的时候需要额外的注意时钟频率的设计。

相比PDA，CCD和CMOS应用要广泛很多，由于这两种器件的高度集成化，可以将大量的像元集中在一个很小的器件上，而且由于工艺成熟各种CCD，CMOS的成本也相对较低。CCD和CMOS由于其可测量的光谱范围大、精度高、速度快等特点，在工业领域得到了很大规模的应用。CMOS功耗小、外围电路简单、使用方便使得其在家用摄影器材方面取得了很大成功。二者相比，CCD有较高的信噪比，使得CCD成为了科研和工业领域高品质探测器的首选。根据我们的需要，我们决定采用线阵CCD作为我们的探测器，因为在光谱仪中，需要线性度好，灵敏度高的探测器，而对于功耗和集成AD没有要求，所以CCD是我们理想的探测器。

CCD特点总结如下：
1)CCD器件具有质量轻、体积小、功耗低、寿命长等优点；
2)CCD器件具有较高的空间分辨率：
3)具有较为理想的“扫描”线性，可以达到行像素寻址的目的；
4)具有较强的数字扫描能力：
5)具有精确的光敏元问距，可以获得良好的测量精度和定位精度；
6)CCD数据可以调节；
7)具有较高的光电灵敏度和较大的动态范围。

CCD的工作原理是电荷的存储和转移，当电极上通正向电压时，电极半导体中的多数多数载流子空穴被移出，形成耗尽区，该区域存在电势梯度可以收集电荷，CCD的电荷输出是按照探测器的列输出，当要求的读写频率较高而且探测器的像元很多的情况下，有可能导致电荷转移效率大大降低从而影响测量精度和准确度。所以如果使用CCD作为探测器件的时候需要额外的注意时钟频率的设计。

相比PDA，CCD和CMOS应用要广泛很多，由于这两种器件的高度集成化，可以将大量的像元集中在一个很小的器件上，而且由于工艺成熟各种CCD，CMOS的成本也相对较低。CCD和CMOS由于其可测量的光谱范围大、精度高、速度快等特点，在工业领域得到了很大规模的应用。CMOS功耗小、外围电路简单、使用方便使得其在家用摄影器材方面取得了很大成功。二者相比，CCD有较高的信噪比，使得CCD成为了科研和工业领域高品质探测器的首选。根据我们的需要，我们决定采用线阵CCD作为我们的探测器，因为在光谱仪中，需要线性度好，灵敏度高的探测器，而对于功耗和集成AD没有要求，所以CCD是我们理想的探测器。

CCD特点总结如下：
1)CCD器件具有质量轻、体积小、功耗低、寿命长等优点；
2)CCD器件具有较高的空间分辨率：
3)具有较为理想的“扫描”线性，可以达到行像素寻址的目的；
4)具有较强的数字扫描能力：
5)具有精确的光敏元问距，可以获得良好的测量精度和定位精度；
6)CCD数据可以调节；
7)具有较高的光电灵敏度和较大的动态范围。

chengzheng	2021-11-24 21:01
很经典的书

06benn	2023-01-06 08:57
了解了解

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