检测技术固态图像传感器.ppt

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CCD是以阵列形式排列在衬底材料上的金属－氧化物－半导体(MOS)电容器件组成，具有光生电荷、积蓄和转移电荷功能。
光线
金属
P型硅
势阱
一个势阱所收集的光生电荷称为一个“电荷包”。一个MOS光敏元称为一个像素。在CCD器件是在半导体硅片上制作成百上千的规则排列的MOS光敏元，称为光敏元阵列。
CCD（电荷耦合器件工作原理）
CCD图像传感器
按像素的空间排列分为线阵CCD和面阵CCD。
线阵CCD主要用于一维尺寸的自动检测，精度高。
面阵CCD主要用于实时摄像
CCD的基本特征参数
响应度（光电转换因子）：指输出的电信号与输入的光信号能量之比：
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光谱特性：指器件的响应度
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与入射光频率或波长的关系。
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暗电流：CCD器件在没有光
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信号输入时，由MOS电容中的少数热载流子形成的转移电流。暗电流是判断CCD器件的重要标准。
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分辨率：表示分辨图像的能力，取决于光敏单元的间距，常用光敏单元数表示。
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检测中CCD对被测图像的分辨率取决于光敏单元的中心距、光学系统放大倍数及CCD光敏单元数。
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例：如果线阵CCD传感器的光敏单元数为2048，相邻光敏单元中心距为14um，光学系统放大倍数8，则光敏单元总长度为：
2048×14um=
CCD实际分辨率14um/8=。
最大被测物体尺寸D由下式给出：
高速线阵CCD举例
IL-P1-4096是加拿大DALSA公司生产的双相高速线阵CCD 。
双相输出，每相输出数据频率为25MHz；
线扫描速率为87kHz；
像素尺寸10μm×10μm；每行4096个像素点；
IL-P1-4096可根据传感器光敏单元（像素）上的感光变化，将对象图像的感光变化转化为电荷包。电荷包中电子的个数是由感光强度和CCD器件的光积分时间决定的。电荷包被收集到独立的存储井中，然后用像素复位时钟来控制CCD器件的积分和曝光时间。
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CR1、CR2-输出像素相位操作时钟。
RST-像素复位时钟。
TCK是行转移同步信号，可用来控制转移栅。
PR曝光和积分时间控制信号在TCK的两个高电平之间，可由PR来控制CCD的曝光和积分时间。
芯片工作过程：当TCK的高电平到来时，CCD的光敏单元将采集到的光信号转移到相应的移位单元中。光敏单元在PR积分控制信号的作用下重新开始感光积分，而进入移位单元中的信号将在两相操作时钟CR1X、CR2X的作用下移出。
CCD图像传感器的应用
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CCD振动测量系统
又称超声波换能器或超声波探头，是一种声-电转换装置。广泛用于超声波清洗、加工、超声波检测、探伤和测距等方面。
超声波：（>20KHz声波）
超声波在介质中传输可产生三种振荡波：
横波（质点振动方向垂直于传播方向）
纵波（质点振动方向同于传播方向）
表面波（振动方向介于纵波和横波之间）
横波只能在固体中传播，纵波能在固、液、气中传播。表面波随深度增加衰减迅速。
第15章 超声波传感器
超声波探头
压电式超声波探头最常用。
发射头：（逆向压电效应）
接收头：（正向压电效应）