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1、CCD它具有结构简单,基础度高,制造工序少,功耗低,信噪比好等优点。CCD有线阵和面阵二种,CCD是一种半导体集成器件,它由MOS光敏元、移位寄存器、电荷转移栅等部分组成。一MOS光敏元的工作原理 所谓MOS结构;一般都以硅作为半导体衬底,在其上热生长一层二氧化硅(SiO2),并在二氧化硅上面淀积具有一定形状的金属层。因为它是由金属(M)氧化物(O)半导体(S)三层所组成,故称MOS结构。二移位寄存器 移位寄存器由金属电极、氧化物介质及半导体三部分组成,也是MOS结构,它不能使它受光照射,应防止外来光线的干扰。,上一节,三光敏单元中的电荷向移位寄存器转移 现在来说明光敏单元中的电荷是怎样转移(
2、读出)至移位寄存器的。如图,光敏区中产生的电荷,由转移门Z控制转移至a1、a2、-an极下的势阱。但如何解决光敏区中的光敏单元数与移位,寄存器的传输单元数相等,而转移电极2只有一个矛盾呢?现以A-A截面的电极为例进行分析。把A-A截面的电极旋转900后画于图3.2.2-5。,由图中可看出,从t0到t2光敏单元a1中的电荷已转移至a1极下的势阶。同理,光敏单元a1、a2an中的电荷同时转移至 a1、a2an极下的势阱。这是一个平行转移的过程。由于t2以后转移电极Z上的电压恢复为零,相当于把光敏区和移位寄存器之间的“门”阻塞。自t3以后,光敏单元又重新进行光积累(光积分),,3.2.2 电荷耦合器
3、(CCD),移位寄存器a1、b1、c1;a2、b2、c2;-an、bn、cn等进行移位(电荷传输),各自执行自己的任务。光敏单元a1中的电荷不移至b1和c1极下,是靠制造适当的沟道及b1、c1极上加适当的电压来实现的。当tt 1时,转移电极Z上加正脉冲,这时UaU,Ub0,Uc0,即这时b1、c1极下不产生势阱,因此a1中的电荷沿沟道转移至a1极下的势阱。上述光敏区中的电荷信号靠移位寄存器传输给输出二极管读出,故移位寄存器一般称它为读出寄存器。,四面阵CCD 面阵CCD是按图象信息的处理要求而输出信号的。面阵CCD实际上是由许多线阵CCD排成二维形式,它主要用于电视摄像中。面阵CCD也可以用作
4、固体摄像传感器来测量各种几何量,俗称摄像测量。五CCD输出信号的处理方式 CCD输出信号一般为负极性视频信号,对CCD输出信号的处理方式很多,以下是几种典型的用于检测和控制的信号处理方式。1CCD放大二值化处理计数。2CCD放大滤波比较整形高频填脉冲计数 3CCD放大同步采样保持高速A/D转换存储计 算机图象处理 4CCD放大滤波变成全电视信号存储(面阵CCD),3.2.2 电荷耦合器(CCD),六CCD在动态测量直径中的应用 CCD动态测量细丝直径的原理如图3.2.2-7所示。,设所用的CCD有N0个光敏元,每个光敏元的大小为13,计数器计数为N,则细丝直径D为:D13(N0-N),在上述测
5、量中,由于是用脉冲计数测量,故光源的波动对测量精度影响不大,细丝的抖动也不影响测量精度,故可达到较高的测量精度。如需要测量达到更高的分辨率,可用光学放大,如图3.2.2-8所示。如k=x/y=1/13,则实际上放大了13倍,此时 D13k(N0-N0=(N0-N)注意,采用光学放大后,细丝在垂直于CCD反向的抖动将影响测量精度。,3.2.2 电荷耦合器(CCD),如测量大物体,可用二块CCD,距离固定为L(如图3.2.2-9所示),假定CCD1的计数值为N1,CCD2的计数值为N2,则 DL3N1+13(N0-N2)测量大物体也可用面阵CCD进行摄像测量,再用计算机进行数字图象处理得到处理结果。但测量精度要比用线阵CCD测量差些。,3.3,