CCD(Charge Coupled Device)圖像傳感器由CCD電荷耦合器件制成，是固態圖像傳感器 的一種，是貝爾實驗室的W.S.Boyle和G.E.Smith于1969年發明的新型半導體傳感器。它是在MOS集成電路的基礎上發展起來的，能進行圖像信息的光電轉換、存儲、延時和按順序傳送。它的集成度高、功耗小、結構簡單、耐沖擊、壽命長、性能穩定，因面應用廣泛。
1.CCD電荷耦合器件
CCD電荷耦合器件是按一定規律排列的MOS（金屬—氧化物—半導體）電容器組成的陣列，其構造如圖7—14所示。
在P型或N型硅襯底上生長一層很薄（約1200A）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，稱為柵極。該柵極和P型（或N型）硅襯底形成了規則的MOS電容器陣列，再加上兩端的輸入及輸出二極管構成了CCD電荷耦合器件芯片。
每一個MOS電容器實際上就是一個光敏元件，如圖7—15所示。
當光照射到MOS電容器的P型硅襯底上時，會產生電子空穴對（光生電荷），電子被柵極吸引并存儲在勢阱中。入射光越強，產生的光生電子—空穴對越多，勢阱中收集到的電子就在CCD芯片上同時集成了掃描電路，它們能在外加時鐘脈沖的控制下，產生三相時序脈沖信號，由左到右，由上到下，將存儲在整個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輸出。輸出的模擬脈沖信號可以轉換為數字信號存儲，也可以輸入視頻顯示器顯示出原始圖像。
2.應用范圍
CCD圖像傳感器單位面積光電元件的位數很多，一個光電元件形成一個像素，成像分辨率高、信噪比大、動態范圍大，可以在微光下工作。彩色圖像傳感器采用三個光電二極管組成一個像素的方法。被測景物圖像的每一個光點由彩色矩陣濾光片分解為紅、綠、藍三個光點，分別照射到每一個像素的三個光電二極管上，各自產生的光生電荷分別代表該像素的紅、綠、藍三個光點的亮度。經輸出和傳輸后，可在顯示器上重新組合，顯示出每一個像素的原始色彩，這就構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。
固態圖像傳感器的輸出信號具有以下特點：
（1）與成像位置對應，具有時間先后性，即能輸出時間系列信號。（2）串行的各個脈沖可以表示不同的信號，即能輸出模擬信號。（3）能夠反映焦點面的信息，即能輸出焦點面信號。
將不同的光源、光學透鏡、光導纖維、濾光片及反射鏡等光學元件靈活地組合，可以獲得固態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)組成測試儀器，可測量物位、尺寸、工件損傷等。
(2)作為光學信息處理裝置的輸人環節，可用于傳真技術、光學文字識別技術以及圖像識別技術
(3)作為自動流水線裝置中的敏感器件，可用于機床、自動售貨機、自動搬運車以及自動監視裝.
(4)作為機器人的視覺，可監控機器人的運行。 |
