CCD(Charge Coupled Device)圖像傳感器由CCD電荷耦合器件制成，是固態(tài)圖像傳感器 的一種，是貝爾實(shí)驗(yàn)室的W.S.Boyle和G.E.Smith于1969年發(fā)明的新型半導(dǎo)體傳感器。它是在MOS集成電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，能進(jìn)行圖像信息的光電轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、延時(shí)和按順序傳送。它的集成度高、功耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐沖擊、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定，因面應(yīng)用廣泛。
1.CCD電荷耦合器件
CCD電荷耦合器件是按一定規(guī)律排列的MOS（金屬—氧化物—半導(dǎo)體）電容器組成的陣列，其構(gòu)造如圖7—14所示。
在P型或N型硅襯底上生長(zhǎng)一層很�。s1200A）的二氧化硅，再在二氧化硅薄層上依次沉積金屬或摻雜多晶硅形成電極，稱(chēng)為柵極。該柵極和P型（或N型）硅襯底形成了規(guī)則的MOS電容器陣列，再加上兩端的輸入及輸出二極管構(gòu)成了CCD電荷耦合器件芯片。
每一個(gè)MOS電容器實(shí)際上就是一個(gè)光敏元件，如圖7—15所示。
當(dāng)光照射到MOS電容器的P型硅襯底上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子空穴對(duì)（光生電荷），電子被柵極吸引并存儲(chǔ)在勢(shì)阱中。入射光越強(qiáng)，產(chǎn)生的光生電子—空穴對(duì)越多，勢(shì)阱中收集到的電子就在CCD芯片上同時(shí)集成了掃描電路，它們能在外加時(shí)鐘脈沖的控制下，產(chǎn)生三相時(shí)序脈沖信號(hào)，由左到右，由上到下，將存儲(chǔ)在整個(gè)面陣的光電元件下面的電荷逐位、逐行、快速地以串行模擬脈沖信號(hào)輸出。輸出的模擬脈沖信號(hào)可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)，也可以輸入視頻顯示器顯示出原始圖像。
2.應(yīng)用范圍
CCD圖像傳感器單位面積光電元件的位數(shù)很多，一個(gè)光電元件形成一個(gè)像素，成像分辨率高、信噪比大、動(dòng)態(tài)范圍大，可以在微光下工作。彩色圖像傳感器采用三個(gè)光電二極管組成一個(gè)像素的方法。被測(cè)景物圖像的每一個(gè)光點(diǎn)由彩色矩陣濾光片分解為紅、綠、藍(lán)三個(gè)光點(diǎn)，分別照射到每一個(gè)像素的三個(gè)光電二極管上，各自產(chǎn)生的光生電荷分別代表該像素的紅、綠、藍(lán)三個(gè)光點(diǎn)的亮度。經(jīng)輸出和傳輸后，可在顯示器上重新組合，顯示出每一個(gè)像素的原始色彩，這就構(gòu)成了彩色圖像傳感器。CCD彩色圖像傳感器具有高靈敏度和良好的色彩還原性。
固態(tài)圖像傳感器的輸出信號(hào)具有以下特點(diǎn)：
（1）與成像位置對(duì)應(yīng)，具有時(shí)間先后性，即能輸出時(shí)間系列信號(hào)。（2）串行的各個(gè)脈沖可以表示不同的信號(hào)，即能輸出模擬信號(hào)。（3）能夠反映焦點(diǎn)面的信息，即能輸出焦點(diǎn)面信號(hào)。
將不同的光源、光學(xué)透鏡、光導(dǎo)纖維、濾光片及反射鏡等光學(xué)元件靈活地組合，可以獲得固態(tài)圖像傳感器的各種用途，如圖7—18所示。
由圖7-18可知，CCD圖像傳感器的主要用途如下.
(1)組成測(cè)試儀器，可測(cè)量物位、尺寸、工件損傷等。
(2)作為光學(xué)信息處理裝置的輸人環(huán)節(jié)，可用于傳真技術(shù)、光學(xué)文字識(shí)別技術(shù)以及圖像識(shí)別技術(shù)
(3)作為自動(dòng)流水線(xiàn)裝置中的敏感器件，可用于機(jī)床、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)搬運(yùn)車(chē)以及自動(dòng)監(jiān)視裝.
(4)作為機(jī)器人的視覺(jué)，可監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行。 |
