固態(tài)圖像傳感器

1、固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器& 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述& 第第二二節(jié)節(jié) 固態(tài)圖像傳感器的分類及其原理固態(tài)圖像傳感器的分類及其原理第第三三節(jié)節(jié) 固態(tài)圖像固態(tài)圖像傳感器的應(yīng)用傳感器的應(yīng)用內(nèi)容提要內(nèi)容提要學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握掌握固態(tài)圖像固態(tài)圖像傳感器傳感器的基本特點(diǎn)和的基本特點(diǎn)和CCD傳感器的傳感器的工作原理；熟悉工作原理；熟悉固態(tài)圖像固態(tài)圖像傳感器傳感器的的應(yīng)用。應(yīng)用。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器一一.概述概述 定義：定義：固態(tài)圖像傳感器是固態(tài)圖像傳感器是指指在同一塊半導(dǎo)體襯底在同一塊半導(dǎo)體襯底上上，生成，生成若干若干個(gè)個(gè)光敏單元與移位寄存器構(gòu)成光敏單元與移位寄存器構(gòu)成一體的集成一體的集成光電光

2、電器件，器件，按空間分布的光強(qiáng)信息轉(zhuǎn)換成按時(shí)序串行輸按空間分布的光強(qiáng)信息轉(zhuǎn)換成按時(shí)序串行輸出的電信號。出的電信號。是一種集成化、功能化的光電器件。是一種集成化、功能化的光電器件。 光敏單元又稱為光敏單元又稱為“像素像素”或或“像點(diǎn)像點(diǎn)”， 不同的光不同的光敏單元在空間上、電氣上彼此獨(dú)立敏單元在空間上、電氣上彼此獨(dú)立。每個(gè)光敏單元將自每個(gè)光敏單元將自身感受到的光強(qiáng)信息轉(zhuǎn)換為電信號，眾多的光敏單元一身感受到的光強(qiáng)信息轉(zhuǎn)換為電信號，眾多的光敏單元一起工作，即把入射到傳感器整個(gè)光敏面上按空間分布的起工作，即把入射到傳感器整個(gè)光敏面上按空間分布的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為按時(shí)序輸出的電信號光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為按時(shí)序輸出的

3、電信號“圖像圖像”，這些電，這些電信號經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚?，能再現(xiàn)入射的光輻射圖像。信號經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚?，能再現(xiàn)入射的光輻射圖像。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器u體積小，重量輕，功耗低，耐沖擊，可靠，壽命長；體積小，重量輕，功耗低，耐沖擊，可靠，壽命長；u掃描線性，畸變小，重復(fù)性好，適用于尺寸測量、定掃描線性，畸變小，重復(fù)性好，適用于尺寸測量、定位和圖像傳感等方面；位和圖像傳感等方面；u光譜響應(yīng)范圍較廣，從近紫外到近紅外；光譜響應(yīng)范圍較廣，從近紫外到近紅外；u空間分辨率高，像元間距的幾何位置精確，可以獲得空間分辨率高，像元間距的幾何位置精確，可以獲得很高的定位與測量精度；很高的定位與測量精度；u與微機(jī)接口容

4、易實(shí)現(xiàn)。與微機(jī)接口容易實(shí)現(xiàn)。固體圖像傳感器的優(yōu)點(diǎn)：固體圖像傳感器的優(yōu)點(diǎn)：固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器組成：組成：固體圖像傳感器物鏡固體圖像敏感器件驅(qū)動(dòng)電路信息處理電路固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器驅(qū)動(dòng)電路 物鏡 敏感器件 掃描、移動(dòng) 成像 脈沖信號放大和處理 信息處理電路 需要的信號驅(qū)動(dòng)電路 物鏡 敏感器件 工作原理如圖1-1所示。圖1-1 固體圖像傳感器工作原理圖固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 從使用觀點(diǎn)，可將從使用觀點(diǎn)，可將固態(tài)固態(tài)圖像分為圖像分為線型線型和和面型面型固固態(tài)兩類。態(tài)兩類。線型固態(tài)圖像傳感器主要用于測試、傳真線型固態(tài)圖像傳感器主要用于測試、傳真和光學(xué)文字識別技術(shù)等方面，面型固態(tài)圖

5、像傳感器和光學(xué)文字識別技術(shù)等方面，面型固態(tài)圖像傳感器的發(fā)展方向主要用作磁帶錄像的小型照相機(jī)。的發(fā)展方向主要用作磁帶錄像的小型照相機(jī)。根據(jù)根據(jù)所用的敏感器件不同，又可分為所用的敏感器件不同，又可分為 CCD傳感器傳感器 、CID傳感器傳感器、SSPD傳感器傳感器、CCPD傳感器傳感器等等。其中，。其中，CCD是應(yīng)用最廣泛的一種。是應(yīng)用最廣泛的一種。分類：分類：二二. .固態(tài)圖像傳感器的分類及其原理固態(tài)圖像傳感器的分類及其原理、固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 1.CCD的基本介紹 CCD(Charge Coupled Devices)即電荷耦合器件，它的發(fā)明是應(yīng)用愛因斯坦有關(guān)光電效應(yīng)理論的結(jié)果，即光

6、照射到某些物質(zhì)上，能夠引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。但是從理論到實(shí)踐，道路卻并不平坦?？茖W(xué)家遇到的最大挑戰(zhàn)在于如何在很短的時(shí)間內(nèi)，將每一個(gè)點(diǎn)上因?yàn)楣庹斩a(chǎn)生改變的大量電信號采集并且辨別出來。 CCD圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 經(jīng) 過 多 次 試 驗(yàn) ， 貝 爾 實(shí) 驗(yàn) 室 的 波 意 耳（W.S.Boyle)和史密斯（G.E.Smith)于1970年終于解決了上述難題。他們采用一種高感光度的半導(dǎo)體材料，將光線照射導(dǎo)致的電信號變化轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，使得其高效存儲編輯傳輸都成為可能。由于它有光電轉(zhuǎn)換信息存儲延時(shí)和將電信號按順序傳送等功能，且集成度高功耗低，因此隨后得到飛速發(fā)展，是圖像采集及數(shù)

7、字化處理必不可少的關(guān)鍵器件，廣泛應(yīng)用于科學(xué)教育醫(yī)學(xué)商業(yè)工業(yè)軍事和消費(fèi)領(lǐng)域。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器“CCD是數(shù)碼相機(jī)的電子眼,它革新了攝影術(shù)。現(xiàn)在光可以被電子化記錄,取代了膠片。這一數(shù)字形式極大地方便了對圖像的處理和發(fā)送。無論是我們大海中深邃之地,還是宇宙中的遙遠(yuǎn)之處,它都能給我們帶來水晶般清晰的影像”。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器1970年，Boyle(左)和Smith(右)在測試用最初狀態(tài)的CCD元件組裝的簡易拍攝裝置。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 一個(gè)完整的CCD器件由光敏單元轉(zhuǎn)移柵移位寄存器及一些輔助輸入輸出電路組成。 CCD是一種新型的MOS型半導(dǎo)體器件，是在N型或P型硅襯底上生

8、長一薄層二氧化硅，然后在二氧化硅薄層上依一定次序沉積金屬電極，形成規(guī)則排列的金屬氧化物（MOS）電容器陣列,再根據(jù)不同要求加上輸入輸出端，就構(gòu)成了CCD。如圖2-1所示為64位CCD結(jié)構(gòu)，每個(gè)光敏元（像素）對應(yīng)3個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)移柵電極1、2、3，所有電極彼此間離得足夠近，以保證硅表面的耗盡區(qū)和電荷的勢阱耦合及電荷轉(zhuǎn)移。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器圖2-1 CCD芯片的構(gòu)造固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器2.CCD的基本原理 (1)MOS的基本結(jié)構(gòu)與原理 CCD的基本原理是在一系列MOS電容器金屬電極上，加以適當(dāng)?shù)拿}沖電壓，排斥掉半導(dǎo)體村底內(nèi)的多數(shù)載流子，形成“勢阱”的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到信號電荷(少數(shù)載流子

9、)的轉(zhuǎn)移。由此可知，CCD的基本原理與MOS電容器的物理機(jī)理密切相關(guān)。因此，首先分析MOS電容器的原理。 固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 如圖2-2所示為熱氧化P型Si襯底上沉積金屬而構(gòu)成的MOS電容器的單元結(jié)構(gòu)圖，若在某一時(shí)刻給它的金屬電極加上正向電壓U，P-Si中的多數(shù)載流子(此時(shí)是空穴)便會受到排斥，于是在Si表面處就會形成一個(gè)耗盡區(qū)。這個(gè)耗盡區(qū)與普通的PN結(jié)一樣同樣也是電離受阻構(gòu)成的空間電荷區(qū)。并且在一定條件下，U越大，耗盡層就越深。這時(shí)，Si表面吸收少數(shù)載流子(此時(shí)是電子)的勢(即表面勢V)也就越大。顯而易見，這時(shí)的MOS電容器所能容納的少數(shù)載流子電荷的量就越大。據(jù)此，恰好可以利用“表

10、面勢阱”(簡稱勢阱)這一形象比喻來說明MOS電容器在V作用下存儲(信號)電荷的能力。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器圖2-2 MOS電容器原理結(jié)構(gòu)圖固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 表面勢V是一個(gè)非常重要的物理量。在如圖2-3所示的情況下，若所加U不超過某限定值時(shí)，則表面勢為dsAiXqNV02 式中 q電子電荷； 單位面積受阻濃度； 耗盡層厚度； Si的介電常數(shù)； 真空介電常數(shù)。 如果襯底是N型硅，則在電極上加負(fù)電壓，可達(dá)到同樣目的。 ANdXs0固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器(2) 轉(zhuǎn)移柵實(shí)行轉(zhuǎn)移的工作原理 下面以三相CCD為例，介紹轉(zhuǎn)移柵實(shí)行轉(zhuǎn)移的工作原理。 如圖2-3所示為3個(gè)時(shí)鐘脈沖的時(shí)序圖，

11、所有的1電極相連并施加時(shí)鐘脈沖1，所有的2、3也是如此，并施加時(shí)鐘脈沖2、3。這3個(gè)時(shí)鐘脈沖在時(shí)序上相互交疊。 t1時(shí)刻1是高電平，于是在電極1下形成勢阱，并將少數(shù)載流子(電子)吸引至聚集在SiSi02界面處，而電極2、3卻因?yàn)榧拥氖堑碗娖?，形象地稱為壘起阱壁。如圖2-1所示，第62、64位光敏元受光，而第1、2、63位等單元未受光照。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器圖2-3 3個(gè)時(shí)鐘脈沖的時(shí)序固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 t2時(shí)刻，1的高電平有所下降，2變?yōu)楦唠娖剑?仍是低電平。這樣在電極2下面勢阱最深，且和電極l下面勢阱交迭，因此儲存在電極1下面勢阱中的電荷逐漸擴(kuò)散漂移到電極2下的勢阱區(qū)。由

12、于電極3上的高電平無變化，因此扔高筑勢壘，勢阱里的電荷不能往電極3下擴(kuò)散或漂移。 t3時(shí)刻1變?yōu)榈碗娖剑?為高電平，這樣電極1下面的勢阱完全被撤除而成為阱壁，電荷轉(zhuǎn)移到電極2下的勢阱內(nèi)。由于電極3下仍是阱壁，因此不能繼續(xù)前進(jìn)，這樣便完成了電荷由電極1下轉(zhuǎn)移到電極2下的一次轉(zhuǎn)移，如圖2-4所示。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器圖2-4 完成一次轉(zhuǎn)移的過程固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器(3) 輸入輸出 CCD的輸入實(shí)際上是對光信號或電信號進(jìn)行電荷取樣，并把取樣的電荷存儲于CCD的勢阱中，然后在時(shí)鐘脈沖的作用下，把這些電荷轉(zhuǎn)移到CCD的輸出端。信號的輸入有光注入和電注入兩種方式。CCD作攝像光敏器件時(shí)，其

13、信號電荷由光注入產(chǎn)生。器件受光照射時(shí)，光被半導(dǎo)體吸收，產(chǎn)生電子-空穴對，這時(shí)少數(shù)載流子被收集到較深的勢阱中。光照越強(qiáng)，產(chǎn)生的電子-空穴對越多，勢阱中收集的電子也越多；反之亦然。就是說，勢阱中收集的電子電多荷的少反映了光的強(qiáng)弱，從而可以反映圖像的明暗程度，這樣就實(shí)現(xiàn)了光信號與電信號之間的轉(zhuǎn)換。 固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 一個(gè)MOS光敏單元稱為一個(gè)像素，通常的CCD器件是在半導(dǎo)體硅片上制有幾百或幾千個(gè)相互獨(dú)立排列規(guī)則的MOS光敏元，即光敏元陣列，然后在光線照射下產(chǎn)生光生載流子的信號電荷，這一過程稱為光電轉(zhuǎn)換，再使其具備轉(zhuǎn)移信號電荷的自掃描功能，即構(gòu)成CCD固態(tài)圖像傳感器。 如圖2-5(a)所示

14、為MOS光敏單元示意圖，如2-5(b)所示為CCD的單元陣列示意圖。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 圖2-5 CCD構(gòu)成圖（a）MOS光敏單元 （b）CCD單元列陣固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器3.CCD的分類 CCD圖像傳感器按其像素的空間排列可分為兩大類：一是線陣CCD，主要用于一維尺寸的自動(dòng)檢測，如測量精確的位移量、空間尺寸等，也可以由線陣CCD通過附加的機(jī)械掃描，得到二維圖像，用以實(shí)現(xiàn)字符、圖像的識別。二是面陣CCD，主要用于實(shí)時(shí)攝像，如生產(chǎn)線上工件的裝配控制、可視電話以及空間遙感遙測、航空攝影等。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 (1) 線陣CCD圖像傳感器 最簡單的線性固態(tài)圖像傳感器是單通

15、道式的，如圖2-6所示是其結(jié)構(gòu)示意圖。它包括感光區(qū)和傳輸區(qū)兩部分：感光區(qū)是由一列光敏單元組成；傳輸區(qū)是由轉(zhuǎn)移柵及一列移寄位存器組成。光照產(chǎn)生的信號電荷存儲于感光區(qū)的勢阱中，接通轉(zhuǎn)移柵，信號電荷流入傳輸區(qū)。傳輸區(qū)是遮光的，以防止因光生噪聲電荷的干擾而導(dǎo)致圖像模糊。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器圖2-6 單通道線型圖像傳感器的結(jié)構(gòu)固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 為了減少信號電荷在轉(zhuǎn)移過程中的損失，轉(zhuǎn)移的次數(shù)應(yīng)盡量少，因此，通常采用雙通道式固態(tài)圖像傳感器。雙通道式固態(tài)圖像傳感器如圖2-7所示，有兩個(gè)移位寄存器平行地配置在感光區(qū)兩測。當(dāng)光生信號電荷積累后，時(shí)鐘脈沖接通轉(zhuǎn)移柵。信號電荷就轉(zhuǎn)移到移位寄存器。奇

16、數(shù)光敏單元中的電荷轉(zhuǎn)移到A寄存器，偶數(shù)單元轉(zhuǎn)移到B寄存器。這樣每個(gè)電荷包的傳輸次數(shù)減少了一半，降低了器件的傳輸損失，也縮短了器件尺寸。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器圖2-7 雙通道線型圖像傳感器的結(jié)構(gòu)固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器(2) 面陣CCD圖像傳感器 按一定的方式將一維線型光敏單元及移位寄存器排列成二維陣列，即可以構(gòu)成面型CCD圖像傳感器。按傳輸方式的不同，面陣CCD圖像傳感器常用的兩種傳輸結(jié)構(gòu)為行間傳輸結(jié)構(gòu)和場傳輸結(jié)構(gòu)。 如圖2-8所示為行間傳輸面陣CCD結(jié)構(gòu)圖。它是由光敏單元陣列構(gòu)成的光敏面、垂直移位寄存器、轉(zhuǎn)移柵和水平移位寄存器組成。光敏單元與垂直寄存單元相隔排列，即一列感光元件，一

17、列不透光的存儲元件，一一對應(yīng)，兩者之間由轉(zhuǎn)移柵控制，下部是一個(gè)水平讀出移位寄存器。 固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 光敏單元在光積分結(jié)束時(shí)，在轉(zhuǎn)移柵控制下，電荷包并行轉(zhuǎn)移至垂直寄存器中暫存，然后每行信號依次從水平移位寄存器輸出。這種器件操作簡單，圖像清晰，因此，單片式彩色攝像機(jī)大多采用這種器件。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器圖2-8 水平移位寄存器固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 如圖2-9所示為場傳輸結(jié)構(gòu)原理圖。它由光敏元面陣、存儲器面陣和輸出移位寄存器組成。存儲器面陣的存儲單元與光敏元面陣的像素一一對應(yīng)，在存儲器面陣上覆蓋了一層遮光層，防止外來光線的干擾，從而消除光學(xué)拖影，提高圖像的清晰度。 在光

18、積分時(shí)間內(nèi)各光敏元感光生成電荷包，曝光結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)移脈沖作用下電荷包進(jìn)行轉(zhuǎn)移，將攝像區(qū)的電荷信號全部迅速地轉(zhuǎn)移到對應(yīng)的存儲區(qū)暫存。此后光敏元面陣開始第二次光積分，與此同時(shí)存儲器面陣?yán)锎鎯Φ墓馍姾尚畔膬Υ嫫鞯撞块_始向下，一排一排地轉(zhuǎn)移到輸出移位寄存器中，每向下轉(zhuǎn)移一排，在高速時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下從移位寄存器中順次輸出每行中各位光信息，從而完成二維圖像信息向二維電信息的轉(zhuǎn)換。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器圖2-9 輸出移位寄存器固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器4.CCD的基本特征參的基本特征參數(shù)數(shù)(1)響應(yīng)度（光電轉(zhuǎn)換因子）：指輸出的電信號與輸 入的光信號能量之比；(2)光譜特性：指器件的響應(yīng)度與入射光頻率或波

19、長 的關(guān)系。(3)暗電流：CCD器件在沒有光信號輸入時(shí)，由MOS 電容中的少數(shù)熱載流子形成的轉(zhuǎn)移電流。暗電流是判斷CCD器件的重要標(biāo)準(zhǔn)。(4)分辨率：表示分辨圖像的能力，取決于光敏單元的間距，常用光敏單元數(shù)表示。檢測中CCD對被測圖像的分辨率取決于光敏單元的中心距、光學(xué)系統(tǒng)放大倍數(shù)及CCD光敏單元數(shù)。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 CID即電荷注入器傳感器。在CCD的讀出過程中電荷要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)移,而CID則采用完全不同的讀出方式。CID的每個(gè)敏感元實(shí)際上由一個(gè)MOS電容器構(gòu)成。除公共襯底外,還有兩個(gè)電極。一個(gè)電極接到按X方向排列的引線上,另一電極接到按Y方向排列的引線上。電極電位不等于襯底電位時(shí)

20、，電荷保持在電容器中。兩電極電位同時(shí)等于襯底電位時(shí)，電荷就被注入襯底。 CID圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 光子在各敏感單元產(chǎn)生的電荷用X-Y尋址方式讀出,當(dāng)電荷從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一電極時(shí),可在它們注入襯底時(shí)探測,也可用非破壞性讀出系統(tǒng)測出。CID主要采用二維陣列形式，在工業(yè)中尚未廣泛應(yīng)用。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 SSPD即光電二極管陣列，是在最新的集成電路技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。SSPD也是制作在硅片上的，感光元件可采用光電二極管、光晶體管以及MOS二極管。SSPD也有線陣和面陣兩種。線陣通常為2561048位。相鄰兩位二極管的中心距為15100微米。驅(qū)動(dòng)電路工作方式為電壓取

21、樣模式和再充電取樣模式，掃描速度達(dá)10兆赫。 SSPD圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器圖2-10MOS光電二極管陣列示意圖固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 圖2-10是采用當(dāng)前集成度最高的 MOS大規(guī)模集成電路制成的SSPD的示意圖。圖中將光電二極管排列在水平和垂直兩個(gè)方向上構(gòu)成光敏元陣列。MOS晶體管是掃描電路的開關(guān)管,它的雙柵極接成“與電路”，以便在控制信號到來時(shí)讀出光電二極管的敏感信號。SSPD的讀出在垂直掃描電路控制下依行進(jìn)行，并由水平掃描電路控制取出各行中每個(gè)光敏元的信號，這樣就能在一條輸出線上得到按行掃描的圖像信號。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 CCPD即光電耦合光電二極管。CC

22、PD以光電二極管作為光敏元并以電荷轉(zhuǎn)移方式讀出圖像信號。它兼有 CCD噪聲低和SSPD響應(yīng)一致性好的優(yōu)點(diǎn)。目前CCPD最大的線陣列達(dá)1728位，相鄰兩位中心距為16微米。驅(qū)動(dòng)電路工作方式為再充電脈沖模式及取樣和保持方波列輸出模式。掃描速度為5兆赫。 CCPD圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 CCD按電荷轉(zhuǎn)移信道劃分有兩種基本類型，一是電荷包存儲在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏敚@類器件稱為表面溝道CCD（簡稱SCCD）；二是電荷包存儲在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體體內(nèi)沿一定方向傳輸，這類器件稱為體溝道或埋溝道器件（簡稱BCCD）。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器三三.固態(tài)圖

23、像傳感器的應(yīng)用固態(tài)圖像傳感器的應(yīng)用固體圖像傳感器的應(yīng)用主要在以下幾方面：1.計(jì)量檢測儀器：工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的尺寸、位置、表面缺陷的非接觸在線檢測、距離測定等。2.光學(xué)信息處理：光學(xué)文字識別、標(biāo)記識別、圖形識別、傳真、攝像等。3.生產(chǎn)過程自動(dòng)化：自動(dòng)工作機(jī)械、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)、監(jiān)視裝置等。4.軍事應(yīng)用：導(dǎo)航、跟蹤、偵查（帶攝像機(jī)的無人駕駛飛機(jī)、衛(wèi)星偵查）。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 1.尺寸自動(dòng)檢測 對于尺寸為較小的物體目標(biāo)（2-30mm），可以采用平行光成像法，不難看出，此種測試方法的精度取決于平行光的準(zhǔn)直程度和CCD像元尺寸的大小。當(dāng)然，平行光源要作得十分理想是有一定困難的，且隨準(zhǔn)直度的

24、提高成本增加，光源的體積也要加大。在實(shí)際應(yīng)用中常常通過計(jì)算機(jī)處理，對測量值進(jìn)行修正，以使測量結(jié)果更接近于實(shí)際，這在一定程度上降低了對光源的苛求。 固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 采樣接口 計(jì)算機(jī) 顯示 目標(biāo) 平行光源CCD固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 對于較大的尺寸測量，可采用光學(xué)成像方法。在前面或背面光照射下，被測物經(jīng)透鏡在CCD上成像，像尺寸與被測尺寸成正比。設(shè) T為像尺寸，K為比例系數(shù)，則被測尺寸S可用下式表示 式中K表示每個(gè)像元所代表的物方尺寸，它與光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率、CCD工作頻率和像元尺寸等因素有關(guān)；T對應(yīng)于像尺寸的脈寬，當(dāng)以像元時(shí)鐘對T的寬度進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，其計(jì)數(shù)值表示像尺寸所占的像元

25、數(shù)，因而可得 式中N 計(jì)數(shù)脈沖即像元數(shù)；T0 像元時(shí)鐘周期，當(dāng)知道N和T0值時(shí)，則可求得T，代入式即可得到被測物尺寸，K值的大小可通過系統(tǒng)標(biāo)定測得。 KTS 0NTT 固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 成像法適用于冶金線材直徑或機(jī)械產(chǎn)品在線尺寸檢測。為了保證測量精度，通常采用背面光照射方式。對于自發(fā)光被測物，如熱扎鋼管，常用窄帶濾光片濾除鋼管的可見光和紅外光輻射，再選用較短波長的光源作照明，以適應(yīng)CCD光譜響應(yīng)特性的要求。這種照明消除了因被測目標(biāo)輻射變化對測量精度的影響。由于CCD輸出信號是以脈沖計(jì)數(shù)表示，其測量精度與邊緣信號檢測精度有關(guān)，而對光源的穩(wěn)定性要求不高，當(dāng)光源的光強(qiáng)在20范圍內(nèi)變化時(shí)，對其測量結(jié)果沒有明顯影響。圖示出了光學(xué)成像法測量系統(tǒng)的組成原理框圖。固態(tài)圖像傳感器固態(tài)圖像傳感器 采樣接口 計(jì)算機(jī) 顯示 物鏡目標(biāo)CCD 為了對目標(biāo)像的寬度進(jìn)行計(jì)數(shù)