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CCD传感器及应用 电荷藕合器件〔ChargeCoupleDevices，简称CCD ，是固态图像传感器的敏感器件，与普通的MOS,TTL等电路一样，属于一种集成电路，但CCD具有光电转换、信号储存、转移 传输 、输出、处理以及电子快门等多种独特功能。? 电荷祸合器件CCD的基本原理是在一系列MOS电容器金属电极上，加以适当的脉冲电压，排斥掉半导体衬底内的多数载流子，形成“势阱”的运动，进而达到信号电荷 少数载流子 的转移。如果所转移的信号电荷是由光像照射产生的，则CCD具备图像传感器的功能;若所转移的电荷通过外界注入方式得到的，则CCD还可以具备延时、信号处理、数据存储以及逻辑运算等功能。? 从使用观点，可将固态图像传感器分为线型和面型固态图像传感器两类。根据所用的敏感器件不同，又可分为CCD,MOS线型传感器以及CCD,MOS面型传感器等线型固态图像传感器主要用于测试、传真和光学文字识别技术等方面，面型固态图像传感器的发展方向主要用作磁带录像的小型照相机。本文主要介绍工程测试中常用到的线型固态图像传感器结构。?线型固态图像传感器的结构感光部是光敏二极管线阵列，1728个PD作为感光像素位于传感器中央，两侧设置CCD转换寄存器。寄存器上面覆以遮光物。奇数号位的PD的信号电荷移往下侧的转移寄存器;偶数号位则移往上侧的转移寄存器。以另外的信号驱动CCD转移寄存器，把信电荷经公共输出端，从光敏二极管PD上依次读出。 通常把感光部分的光敏二极管作成MOS形式，电极用多晶硅，多晶硅薄膜虽能透过光像。但是，它对蓝色光却有强烈的吸收作用，特别以荧光灯作光源应用时，传感器的蓝光波谱响应将变得极差。为了改善一情况，可在多晶硅电极上开设光窗。由于这种构造的传感器的光生信号电荷是在MOS电容器内生成、积蓄的，所以容量加大，动态范围也因此而大为扩展。图5是它的光谱响应特性。图中虚线表示只用多晶硅电极而未开设光窗的CCD的传感器特性;实线表示开设光窗形成的PD，信号电荷在MOS容器内积蓄的CCD传感器特性，显然，后者的蓝色光谱响应特性得到明显提高和改善，故称后者为高灵敏度线型固态图像传感器。 固态图像传感器主要特性有:? 调制传递函数MTF特性:固态图像传感器是由像素矩阵与相应转移部分组成的。固态的像素尽管己做得很小，并且其间隔也很微小，但是，这仍然是识别微小图像或再现图像细微部分的主要障碍。? 输出饱和特性:当饱和曝光量以上的强光像照射到图像传感器上时，传感器的输出电压将出现饱和，这种现象称为输出饱和特性。产生输出饱和现象的根本原因是光敏二极管或MOS电容器仅能产生与积蓄一定极限的光生信号电荷所致。? 暗输出特性:暗输出又称无照输出，系指无光像信号照射时，传感器仍有微小输出的特性，输出来源于暗〔无照 电流。? 灵敏度:单位辐射照度产生的输出光电流表示固态图象传感器的灵敏度，它主要与固态图像传感器的像元大小有关。? 弥散:饱和曝光量以上的过亮光像会在象素内产生与积蓄起过饱和信号电荷，这时，过饱和电荷便会从一个像素的势阱经过衬底扩散到相邻像素的势阱。这样，再生图像上不应该呈现某种亮度的地方反而呈现出亮度，这种情况称为弥散现象。? 残像:对某像素扫描并读出其信号电荷之后，下一次扫描后读出信号仍受上次遗留信号电荷影响的现象叫残像。? 等效噪声曝光量:产生与暗输出 电压 等值时的曝光量称为传感器的等效噪声曝光量。? 四、应用?1、自动测量 因为固态图像传感器所感知的光像之光强，是被测对象与背景光强之差。因此，就具体测量技术而言，测量精度与两者比较基准值的选定有关，并取决于传感器像素数与透镜视场的比值。为提高测量精度应当选用像素多的传感器并且应当尽量缩短视场。? 2、光学文字识别装置?固态图像传感器还可用作光学文字识别装置的“读取头”。光学文字识别装置 OCR 的光源可用卤素灯。光源与透镜间设置红外滤光片以消除红外光影响。每次扫描时间为300Ns，因此，可作到高速文字识别。图9是OCR的原理图。经A/D变换后的二进制信号通过特别滤光片后，文字更加清晰。下一步骤是把文字逐个断切出来。以上处理称为“前处理”。前处理后，以固定方式对各个文字进行特征抽取。 3、在线检查、识别与控制?CCD光电传感器的光电检测能力与微处理器〔NP 的信号处理能力结合起来便能大大扩展CCD的应用前景，例如用来对在线零件的图形检查与识别，从而提高了生产自动化的水平和产品质量。 被测物是一个轴类零件，它在传输线上作等速运动。在光源的照射下，它的阴影依次扫过光电阵列，从而使传感器输出与阴影相对应的信号。将CCD输出的信号与传输线的运动速度信息同时输入微型计算机 NC ，根据输入信号进行处理和编译，然后再与”C中内存的标准图形信息进行比较，便可以计算出偏差信息，并由NC依据偏差