電荷耦合器件

1、 電荷耦合器件，又稱電荷耦合器件，又稱CCDCCD圖象傳感器，是一種大圖象傳感器，是一種大規(guī)模集成電路光電器件電荷耦合器件。具有光電轉(zhuǎn)規(guī)模集成電路光電器件電荷耦合器件。具有光電轉(zhuǎn)換，信息存儲(chǔ)、延時(shí)、傳輸、處理等功能。換，信息存儲(chǔ)、延時(shí)、傳輸、處理等功能。 特點(diǎn)：集成度高、尺寸小、電壓低（特點(diǎn)：集成度高、尺寸小、電壓低（DC7DC712V12V）、）、功耗小。功耗小。 該技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了各種視頻裝置的普及和微型該技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了各種視頻裝置的普及和微型化，應(yīng)用遍及航天、遙感、天文、通訊、工業(yè)、農(nóng)化，應(yīng)用遍及航天、遙感、天文、通訊、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍用等各個(gè)領(lǐng)域。業(yè)、軍用等各個(gè)領(lǐng)域?；诨贑CDCC

2、D光電耦器件的輸入光電耦器件的輸入設(shè)備：數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字相設(shè)備：數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字相機(jī)、平板掃描儀、指紋機(jī)機(jī)、平板掃描儀、指紋機(jī)圖象傳感器發(fā)展趨勢(shì) CCD CCD基本結(jié)構(gòu)分兩部分：基本結(jié)構(gòu)分兩部分： MOSMOS（金屬（金屬氧化物氧化物半導(dǎo)體）半導(dǎo)體） 光敏元陣列；光敏元陣列； 讀出移位寄存器。讀出移位寄存器。電荷耦合器件是在半導(dǎo)體硅片上電荷耦合器件是在半導(dǎo)體硅片上制作成百上千（萬(wàn)）個(gè)光敏元，制作成百上千（萬(wàn)）個(gè)光敏元，一個(gè)光敏元又稱一個(gè)像素，在半一個(gè)光敏元又稱一個(gè)像素，在半導(dǎo)體硅平面上光敏元按線陣或面導(dǎo)體硅平面上光敏元按線陣或面陣有規(guī)則地排列。陣有規(guī)則地排列。CCDCCD結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖

3、顯微鏡下的MOS元表面v 電荷存儲(chǔ)原理：電荷存儲(chǔ)原理：當(dāng)金屬電極上加正電壓時(shí)，由于電場(chǎng)作用，電極下當(dāng)金屬電極上加正電壓時(shí)，由于電場(chǎng)作用，電極下P P型硅區(qū)里空穴被排斥入地成耗盡區(qū)。對(duì)電子而言，型硅區(qū)里空穴被排斥入地成耗盡區(qū)。對(duì)電子而言，是一勢(shì)能很低的區(qū)域，稱是一勢(shì)能很低的區(qū)域，稱“勢(shì)阱勢(shì)阱”。有光線入射到硅。有光線入射到硅片上時(shí)，光子作用下產(chǎn)生片上時(shí)，光子作用下產(chǎn)生電子電子空穴對(duì)，空穴被電空穴對(duì)，空穴被電場(chǎng)作用排斥出耗盡區(qū)，而場(chǎng)作用排斥出耗盡區(qū)，而電子被附近勢(shì)阱（俘獲），電子被附近勢(shì)阱（俘獲），此時(shí)勢(shì)阱內(nèi)吸的光子數(shù)與此時(shí)勢(shì)阱內(nèi)吸的光子數(shù)與光強(qiáng)度成正比。光強(qiáng)度成正比。一個(gè)一個(gè)MOSMOS光敏元結(jié)

4、構(gòu)光敏元結(jié)構(gòu) 一個(gè)一個(gè)MOSMOS結(jié)構(gòu)元為結(jié)構(gòu)元為MOSMOS光敏元光敏元或或一個(gè)一個(gè)像素像素，把一個(gè)勢(shì)阱所收集的光生電子稱為一個(gè)把一個(gè)勢(shì)阱所收集的光生電子稱為一個(gè)電荷包；電荷包； CCDCCD器件內(nèi)是在硅片上制作成百上千的器件內(nèi)是在硅片上制作成百上千的MOSMOS元，元，每個(gè)金屬電極加電壓，就形成成百上千個(gè)勢(shì)阱；每個(gè)金屬電極加電壓，就形成成百上千個(gè)勢(shì)阱； 如果照射在這些光敏元上是一幅明暗起伏的圖象，如果照射在這些光敏元上是一幅明暗起伏的圖象，那么這些光敏元就感生出一幅與光照度響應(yīng)的光生那么這些光敏元就感生出一幅與光照度響應(yīng)的光生電荷圖象。電荷圖象。這就是電荷耦合器件的光電物理效應(yīng)基本原理。這

5、就是電荷耦合器件的光電物理效應(yīng)基本原理。26526518018013313390906666454533332222分辨率不同的圖象比較分辨率不同的圖象比較在在MOS電容金屬電極上，加以脈沖電壓，排斥掉半電容金屬電極上，加以脈沖電壓，排斥掉半導(dǎo)體襯底內(nèi)的多數(shù)載流子，形成導(dǎo)體襯底內(nèi)的多數(shù)載流子，形成“勢(shì)阱勢(shì)阱”的運(yùn)動(dòng)，的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到信號(hào)電荷（少數(shù)載流子）的轉(zhuǎn)移。進(jìn)而達(dá)到信號(hào)電荷（少數(shù)載流子）的轉(zhuǎn)移。 圖像傳感器：轉(zhuǎn)移的信號(hào)電荷是由光像照射產(chǎn)生；圖像傳感器：轉(zhuǎn)移的信號(hào)電荷是由光像照射產(chǎn)生；若所轉(zhuǎn)移的電荷通過(guò)外界諸如方式得到，則其可以若所轉(zhuǎn)移的電荷通過(guò)外界諸如方式得到，則其可以具備延時(shí)、信號(hào)處理、

6、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及邏輯運(yùn)算等功具備延時(shí)、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及邏輯運(yùn)算等功能。能。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回光電耦合器演示的形成勢(shì)阱4.3.1 電荷耦合器件的結(jié)構(gòu)和工作原理電荷耦合器件的結(jié)構(gòu)和工作原理4.3.2 CCD圖像傳感器圖像傳感器4.3.3 圖像傳感器的應(yīng)用圖像傳感器的應(yīng)用上一頁(yè)下一頁(yè)返 回lCCD是一種半導(dǎo)體器件是一種半導(dǎo)體器件 圖圖4.3.1 MOS電容的結(jié)構(gòu)電容的結(jié)構(gòu)1金屬電極金屬電極 2絕緣層絕緣層SiO2上一頁(yè)下一頁(yè)返 回Ec導(dǎo)帶底能量導(dǎo)帶底能量Ei禁帶中央能級(jí)禁帶中央能級(jí)Ef費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米能級(jí)Ev價(jià)帶頂能量?jī)r(jià)帶頂能量 平帶條件：平帶條件：當(dāng)當(dāng)MOS電容的極板上無(wú)外加電壓時(shí)，在理想情況下，半

7、導(dǎo)體從電容的極板上無(wú)外加電壓時(shí)，在理想情況下，半導(dǎo)體從體內(nèi)到表面處是電中性的，因而能帶體內(nèi)到表面處是電中性的，因而能帶(代表電子的能量代表電子的能量)從表面到從表面到內(nèi)部是平的。內(nèi)部是平的。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回(a)柵壓柵壓UG較小時(shí)，較小時(shí)，MOS電容器處于耗盡狀態(tài)。電容器處于耗盡狀態(tài)。 (b)柵壓柵壓UG增大到開(kāi)啟電壓增大到開(kāi)啟電壓 Uth時(shí)時(shí) ,半導(dǎo)體表面的費(fèi)米能級(jí)半導(dǎo)體表面的費(fèi)米能級(jí) 高于禁帶中央能極高于禁帶中央能極, 半導(dǎo)體表面上的電子層稱為反型層。半導(dǎo)體表面上的電子層稱為反型層。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l當(dāng)當(dāng)MOS電容器柵壓大于開(kāi)啟電壓電容器柵壓大于開(kāi)啟電壓UG，周?chē)娮友杆俚兀車(chē)?/p>

8、子迅速地聚集到電極下的半導(dǎo)體表面處，形成對(duì)于電子的勢(shì)阱。聚集到電極下的半導(dǎo)體表面處，形成對(duì)于電子的勢(shì)阱。 勢(shì)阱：深耗盡條件下的表面勢(shì)。勢(shì)阱：深耗盡條件下的表面勢(shì)。勢(shì)阱填滿：電子在半導(dǎo)體表面堆積后使平面勢(shì)下降。勢(shì)阱填滿：電子在半導(dǎo)體表面堆積后使平面勢(shì)下降。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回lCCD的基本功能是存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)移信息電荷的基本功能是存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)移信息電荷l為實(shí)現(xiàn)信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)換為實(shí)現(xiàn)信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)換： 1、必須使、必須使MOS電容陣列的排列足夠緊密，以致相電容陣列的排列足夠緊密，以致相鄰鄰MOS電容的勢(shì)阱相互溝通，即相互耦合。電容的勢(shì)阱相互溝通，即相互耦合。2、控制相鄰、控制相鄰MOS電容柵極電壓高低來(lái)調(diào)節(jié)勢(shì)阱

9、深電容柵極電壓高低來(lái)調(diào)節(jié)勢(shì)阱深淺，使信號(hào)電荷由勢(shì)阱淺的地方流向勢(shì)阱深處。淺，使信號(hào)電荷由勢(shì)阱淺的地方流向勢(shì)阱深處。3、在、在CCD中電荷的轉(zhuǎn)移必須按照確定的方向。中電荷的轉(zhuǎn)移必須按照確定的方向。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l在在CCD的的MOS陣列上劃分成以幾個(gè)相鄰陣列上劃分成以幾個(gè)相鄰MOS電荷為電荷為一單元的無(wú)限循環(huán)結(jié)構(gòu)。每一單元稱為一位，將每一單元的無(wú)限循環(huán)結(jié)構(gòu)。每一單元稱為一位，將每位中對(duì)應(yīng)位置上的電容柵極分別連到各自共同電極上，位中對(duì)應(yīng)位置上的電容柵極分別連到各自共同電極上，此共同電極稱相線。此共同電極稱相線。一位一位CCD中含的電容個(gè)數(shù)即為中含的電容個(gè)數(shù)即為CCD的相數(shù)。每相電極的相數(shù)。每

10、相電極連接的電容個(gè)數(shù)一般來(lái)說(shuō)即為連接的電容個(gè)數(shù)一般來(lái)說(shuō)即為CCD的位數(shù)。的位數(shù)。通常通常CCD有二相、三相、四相等幾種結(jié)構(gòu)，它們所施有二相、三相、四相等幾種結(jié)構(gòu)，它們所施加的時(shí)鐘脈沖也分別為二相、三相、四相。加的時(shí)鐘脈沖也分別為二相、三相、四相。當(dāng)這種時(shí)序脈沖加到當(dāng)這種時(shí)序脈沖加到CCD的無(wú)限循環(huán)結(jié)構(gòu)上時(shí)，將實(shí)的無(wú)限循環(huán)結(jié)構(gòu)上時(shí)，將實(shí)現(xiàn)信號(hào)電荷的定向轉(zhuǎn)移?，F(xiàn)信號(hào)電荷的定向轉(zhuǎn)移。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回三相三相CCD信息電荷傳輸原理圖信息電荷傳輸原理圖 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回 電荷轉(zhuǎn)移原理（讀出移位寄存器）電荷轉(zhuǎn)移原理（讀出移位寄存器） 光敏元上的電荷需要經(jīng)過(guò)電路進(jìn)行輸出，光敏元上的電荷需要經(jīng)過(guò)電路進(jìn)行

11、輸出，CCDCCD電荷電荷 耦合器件是以電荷為信號(hào)而不是電壓電流。耦合器件是以電荷為信號(hào)而不是電壓電流。 讀出移位寄存器也是讀出移位寄存器也是MOSMOS結(jié)構(gòu)，由金屬電極、氧化結(jié)構(gòu)，由金屬電極、氧化 物、半導(dǎo)體三部分組成。物、半導(dǎo)體三部分組成。 它與它與MOSMOS光敏元的區(qū)別在于，半導(dǎo)體底部覆蓋了一光敏元的區(qū)別在于，半導(dǎo)體底部覆蓋了一 層遮光層，防止外來(lái)光線干擾。層遮光層，防止外來(lái)光線干擾。 由三個(gè)十分鄰近的電極組成一個(gè)耦合單元；由三個(gè)十分鄰近的電極組成一個(gè)耦合單元； 在三個(gè)電極上分別施加脈沖波三相時(shí)鐘脈沖在三個(gè)電極上分別施加脈沖波三相時(shí)鐘脈沖 123123。 當(dāng)當(dāng)t = t1t = t1時(shí)

12、刻，時(shí)刻，11電極下出現(xiàn)勢(shì)阱存入光電荷電極下出現(xiàn)勢(shì)阱存入光電荷當(dāng)當(dāng)t = t2t = t2時(shí)刻，兩個(gè)勢(shì)阱形成大的勢(shì)阱存入光電荷。時(shí)刻，兩個(gè)勢(shì)阱形成大的勢(shì)阱存入光電荷。當(dāng)當(dāng)t = t3t = t3時(shí)刻，時(shí)刻，11中電荷全部轉(zhuǎn)移至中電荷全部轉(zhuǎn)移至22。當(dāng)當(dāng)t = t4t = t4時(shí)刻，時(shí)刻，22中電荷向中電荷向33勢(shì)阱轉(zhuǎn)移。勢(shì)阱轉(zhuǎn)移。當(dāng)當(dāng)t = t5t = t5時(shí)刻，時(shí)刻，33中電荷向下一個(gè)中電荷向下一個(gè)11勢(shì)阱轉(zhuǎn)移勢(shì)阱轉(zhuǎn)移。 讀出移位寄存器三相時(shí)鐘脈沖讀出移位寄存器三相時(shí)鐘脈沖 CCD在用作信號(hào)處在用作信號(hào)處理或存儲(chǔ)器件時(shí)，理或存儲(chǔ)器件時(shí)，電荷輸入采用電注電荷輸入采用電注入。入。 CCD通過(guò)輸入

13、通過(guò)輸入結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)電壓或結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)電壓或電流進(jìn)行采樣，將電流進(jìn)行采樣，將信號(hào)電壓或電流轉(zhuǎn)信號(hào)電壓或電流轉(zhuǎn)換為信號(hào)電荷。換為信號(hào)電荷。 l 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回光信號(hào)注入光信號(hào)注入 CCD用作固態(tài)圖像傳感器時(shí), 接收的是光信號(hào), 即光信號(hào)注入法。當(dāng)光信號(hào)照射到CCD硅片表面時(shí), 在柵極附近的半導(dǎo)體體內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對(duì), 其多數(shù)載流子（空穴）被排斥進(jìn)入襯底, 而少數(shù)載流子（電子）則被收集在勢(shì)阱中, 形成信號(hào)電荷, 并存儲(chǔ)起來(lái)。存儲(chǔ)電荷的多少正比于照射的光強(qiáng)背面光注人(a) 選通電荷積分輸出電路選通電荷積分輸出電路 (b) 驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘波形和輸出波形驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘波形和輸出波形CCD的信號(hào)輸出結(jié)構(gòu)的信號(hào)輸出結(jié)構(gòu)

14、 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l利用利用CCD的光電轉(zhuǎn)移和電荷轉(zhuǎn)移的雙重功能，的光電轉(zhuǎn)移和電荷轉(zhuǎn)移的雙重功能，得到幅度與各光生電荷包成正比的電脈沖序列，得到幅度與各光生電荷包成正比的電脈沖序列，從而將照射在從而將照射在CCD上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)移成了電信上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)移成了電信號(hào)號(hào)“圖像圖像”。l由于由于CCD能實(shí)現(xiàn)低噪聲的電荷轉(zhuǎn)移，并且所有能實(shí)現(xiàn)低噪聲的電荷轉(zhuǎn)移，并且所有光生電荷都通過(guò)一個(gè)輸出電路檢測(cè)，且具有良光生電荷都通過(guò)一個(gè)輸出電路檢測(cè)，且具有良好的好的致性，因此，對(duì)圖像的傳感具有優(yōu)越的致性，因此，對(duì)圖像的傳感具有優(yōu)越的性能。性能。lCCD圖像傳感器有圖像傳感器有線列和面陣線列和面陣上一頁(yè)下一頁(yè)返 回1

15、CCD轉(zhuǎn)移寄存器轉(zhuǎn)移寄存器 2轉(zhuǎn)移控制柵轉(zhuǎn)移控制柵 3積蓄控制電極積蓄控制電極 4PD陣列陣列 SH轉(zhuǎn)移控制柵輸入端轉(zhuǎn)移控制柵輸入端 RS復(fù)位控制復(fù)位控制 VOD漏極輸出漏極輸出 OS圖像信號(hào)輸出圖像信號(hào)輸出 OG輸出控制柵輸出控制柵線型圖像傳感器結(jié)構(gòu)線型圖像傳感器結(jié)構(gòu)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回(a)x-y 選址選址 (b)行選址行選址 (c)幀場(chǎng)傳輸式幀場(chǎng)傳輸式 (d)行間傳輸式行間傳輸式上一頁(yè)下一頁(yè)返 回(a)x-y 選址選址 (b)行選址行選址 (c)幀場(chǎng)傳輸式幀場(chǎng)傳輸式 (d)行間傳輸式行間傳輸式光電耦合器演示 對(duì)不同型號(hào)的對(duì)不同型號(hào)的CCDCCD器件而言，其工作機(jī)理是相同器件而言，其工作機(jī)理

16、是相同的。的。 不同型號(hào)的不同型號(hào)的CCDCCD器件具有完全不同的外型結(jié)構(gòu)和器件具有完全不同的外型結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)時(shí)序，在實(shí)際使用時(shí)必須加以注意。驅(qū)動(dòng)時(shí)序，在實(shí)際使用時(shí)必須加以注意。 我們可以通過(guò)器件供貨商或直接向生產(chǎn)廠家索我們可以通過(guò)器件供貨商或直接向生產(chǎn)廠家索取相關(guān)資料，為取相關(guān)資料，為CCDCCD器件的應(yīng)用提供技術(shù)支持。器件的應(yīng)用提供技術(shù)支持。 CCDCCD產(chǎn)品產(chǎn)品以以TCD142DTCD142D型型CCDCCD為例做簡(jiǎn)單介紹，其它型號(hào)的器件為例做簡(jiǎn)單介紹，其它型號(hào)的器件大同小異。大同小異。TCD142DTCD142D是一種具有是一種具有20482048位像元的兩相線陣位像元的兩相線陣CCDC

17、CD器件，器件，TCD142DTCD142D有有2222個(gè)引腳，其中個(gè)引腳，其中1212個(gè)是空腳；個(gè)是空腳；1A1A、2A2A、1B1B、2B2B 均為時(shí)鐘端，均為時(shí)鐘端，SHSH為轉(zhuǎn)移柵，為轉(zhuǎn)移柵， RSRS為復(fù)位柵，為復(fù)位柵，OSOS為信號(hào)輸為信號(hào)輸 出端，出端，DOSDOS為補(bǔ)償輸出端，為補(bǔ)償輸出端， SSSS為地，為地，NCNC空閑?？臻e。TCD142DTCD142D引腳引腳 TCD142D TCD142D的驅(qū)動(dòng)電路可分為兩部分：的驅(qū)動(dòng)電路可分為兩部分： 一部分是脈沖產(chǎn)生電路；一部分是脈沖產(chǎn)生電路； 另一部分是驅(qū)動(dòng)電路。另一部分是驅(qū)動(dòng)電路。脈沖電路產(chǎn)生脈沖電路產(chǎn)生HSHS、11、22、

18、RSRS四路脈沖四路脈沖 由非門(mén)及晶體振蕩器構(gòu)成的晶體振蕩電路輸出頻由非門(mén)及晶體振蕩器構(gòu)成的晶體振蕩電路輸出頻率為率為4MHz4MHz的方波；的方波；經(jīng)經(jīng)JKJK觸發(fā)器分頻，得到頻率為觸發(fā)器分頻，得到頻率為2MHz2MHz的方波，將的方波，將4MHz4MHz與與2MHz2MHz脈沖相與，形成脈沖相與，形成RSRS脈沖。脈沖。將將RSRS經(jīng)經(jīng)JKJK觸發(fā)器分頻，產(chǎn)生頻率為觸發(fā)器分頻，產(chǎn)生頻率為1MHz1MHz的的11脈沖，脈沖，11脈沖送入分頻器；脈沖送入分頻器；經(jīng)譯碼電路產(chǎn)生轉(zhuǎn)移脈沖經(jīng)譯碼電路產(chǎn)生轉(zhuǎn)移脈沖SHSH，并且使，并且使SHSH周周期期TSHTSH1061s1061s；將將SHSH和和

19、11相與產(chǎn)生相與產(chǎn)生2,1=22,1=2，至此，就，至此，就產(chǎn)生了四路脈沖。產(chǎn)生了四路脈沖。將這四路脈沖經(jīng)反相器反相，再經(jīng)阻容加加速將這四路脈沖經(jīng)反相器反相，再經(jīng)阻容加加速電路送至電路送至H0026H0026驅(qū)動(dòng)器，放大至一定量以后驅(qū)動(dòng)器，放大至一定量以后用以驅(qū)動(dòng)用以驅(qū)動(dòng)TCD142DTCD142D。 CCDCCD傳感器應(yīng)用時(shí)是將不同光源與透鏡、鏡頭、光導(dǎo)傳感器應(yīng)用時(shí)是將不同光源與透鏡、鏡頭、光導(dǎo)纖維、濾光鏡及反射鏡等各種光學(xué)元件結(jié)合，主纖維、濾光鏡及反射鏡等各種光學(xué)元件結(jié)合，主要用來(lái)裝配輕型攝像機(jī)、攝像頭、工業(yè)監(jiān)視器。要用來(lái)裝配輕型攝像機(jī)、攝像頭、工業(yè)監(jiān)視器。CCDCCD應(yīng)用技術(shù)是光、機(jī)、電

20、和計(jì)算機(jī)相結(jié)合的高新技應(yīng)用技術(shù)是光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)相結(jié)合的高新技術(shù)，作為一種非常有效的非接觸檢測(cè)方法，術(shù)，作為一種非常有效的非接觸檢測(cè)方法，CCDCCD被廣泛用于再線檢測(cè)尺寸、位移、速度、定位和被廣泛用于再線檢測(cè)尺寸、位移、速度、定位和自動(dòng)調(diào)焦等方面。自動(dòng)調(diào)焦等方面。利用利用CCDCCD測(cè)量幾何量，測(cè)量幾何量，CCDCCD誕生后，首先在工業(yè)檢測(cè)誕生后，首先在工業(yè)檢測(cè)中制成測(cè)量長(zhǎng)度的光電傳感器，物體通過(guò)物鏡在中制成測(cè)量長(zhǎng)度的光電傳感器，物體通過(guò)物鏡在CCDCCD光敏元上造成影像，光敏元上造成影像，CCDCCD輸出的脈沖表征測(cè)量輸出的脈沖表征測(cè)量工件的尺寸或缺陷；工件的尺寸或缺陷；用于傳真技術(shù)，文

21、字、圖象識(shí)別。例如用用于傳真技術(shù)，文字、圖象識(shí)別。例如用CCDCCD識(shí)別集識(shí)別集成電路焊點(diǎn)圖案，代替光點(diǎn)穿孔機(jī)的作用；成電路焊點(diǎn)圖案，代替光點(diǎn)穿孔機(jī)的作用；自動(dòng)流水線裝置，機(jī)床、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)監(jiān)視裝自動(dòng)流水線裝置，機(jī)床、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)監(jiān)視裝置、指紋機(jī)；置、指紋機(jī)；CCDCCD固態(tài)圖像傳感器作為攝像機(jī)或像敏器件，固態(tài)圖像傳感器作為攝像機(jī)或像敏器件，取代攝像裝置的光學(xué)掃描系統(tǒng)（電子束掃描），取代攝像裝置的光學(xué)掃描系統(tǒng)（電子束掃描），與其它攝像器件相比，尺寸小、價(jià)廉、工作電與其它攝像器件相比，尺寸小、價(jià)廉、工作電壓低、功耗小，且不需要高壓壓低、功耗小，且不需要高壓; ;作為機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)；作為機(jī)

22、器人視覺(jué)系統(tǒng)；M2AM2A攝影膠囊（攝影膠囊（Mouth anusMouth anus）, ,由發(fā)光二極管做由發(fā)光二極管做光源，光源，CCDCCD做攝像機(jī)，每秒鐘兩次快門(mén)，信號(hào)做攝像機(jī)，每秒鐘兩次快門(mén)，信號(hào)發(fā)射到存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器取下后接入計(jì)算機(jī)將圖發(fā)射到存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器取下后接入計(jì)算機(jī)將圖像進(jìn)行下載。像進(jìn)行下載。 測(cè)量拉絲過(guò)程中絲的線徑、軋鋼的直徑、機(jī)械加工測(cè)量拉絲過(guò)程中絲的線徑、軋鋼的直徑、機(jī)械加工的軸類或桿類的直徑等等，這里以玻璃管直徑與壁的軸類或桿類的直徑等等，這里以玻璃管直徑與壁厚的測(cè)量為例。厚的測(cè)量為例。玻璃管玻璃管CCDCCD視頻信號(hào)視頻信號(hào)測(cè)量原理測(cè)量原理: : 在熒光燈的玻璃管生產(chǎn)

23、過(guò)程中，總是需要不斷測(cè)在熒光燈的玻璃管生產(chǎn)過(guò)程中，總是需要不斷測(cè)量玻璃管的外圓直徑及壁厚，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)生量玻璃管的外圓直徑及壁厚，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整，以便提高產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整，以便提高產(chǎn)品質(zhì)量。 玻璃管的平均外徑玻璃管的平均外徑12mm,12mm,壁厚壁厚1.2mm,1.2mm,要求測(cè)量要求測(cè)量精度為外徑精度為外徑0.1mm,0.1mm,壁厚壁厚0.05mm0.05mm。利用。利用CCDCCD配合配合適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，對(duì)玻璃管相關(guān)尺寸進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，對(duì)玻璃管相關(guān)尺寸進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 用平行光照射玻璃管，成像物鏡將尺寸影像投影用平行光照射玻璃管，成像物鏡將尺寸

24、影像投影在在CCDCCD光敏像元陣列面上。光敏像元陣列面上。 由于玻璃管的透射率分布的不同，玻璃管成像由于玻璃管的透射率分布的不同，玻璃管成像的兩條暗帶最外邊界距離為玻璃管外徑大小，中間的兩條暗帶最外邊界距離為玻璃管外徑大小，中間亮帶反映了玻璃管內(nèi)徑大小，而暗帶則是玻璃管的亮帶反映了玻璃管內(nèi)徑大小，而暗帶則是玻璃管的壁厚像。壁厚像。 成像物鏡的放大倍率為成像物鏡的放大倍率為，CCDCCD相元尺寸為相元尺寸為t t，上壁厚、下壁厚分別為上壁厚、下壁厚分別為n1n1、n2 n2 ，外徑尺寸的脈沖，外徑尺寸的脈沖數(shù)（即像元個(gè)數(shù)）為數(shù)（即像元個(gè)數(shù)）為N N，測(cè)量結(jié)果有：，測(cè)量結(jié)果有： 1122/dnt

25、dn tDN t 分別為上壁厚、分別為上壁厚、下壁厚，外徑尺寸。下壁厚，外徑尺寸。 1d2dD實(shí)例實(shí)例2 2： 實(shí)例實(shí)例3 3： 1尺寸測(cè)量尺寸測(cè)量2 用于光學(xué)文字識(shí)別裝置用于光學(xué)文字識(shí)別裝置上一頁(yè)下一頁(yè)返 回被測(cè)對(duì)象長(zhǎng)度被測(cè)對(duì)象長(zhǎng)度LpnfanpML) 1(1pnllL21l1 視場(chǎng)視場(chǎng)l2傳感器的長(zhǎng)度傳感器的長(zhǎng)度上一頁(yè)下一頁(yè)返 回光學(xué)文字識(shí)別裝置光學(xué)文字識(shí)別裝置(OCR)原理原理 上一頁(yè)返 回電荷轉(zhuǎn)移原理（讀出移位寄存器）電荷轉(zhuǎn)移原理（讀出移位寄存器）讀出移位寄存器結(jié)讀出移位寄存器結(jié)構(gòu)構(gòu) 電荷轉(zhuǎn)移原理電荷轉(zhuǎn)移原理 這一傳輸過(guò)程依次下去，信號(hào)電荷按設(shè)計(jì)好的這一傳輸過(guò)程依次下去，信號(hào)電荷按設(shè)計(jì)

26、好的方向，在時(shí)鐘脈沖控制下從寄存器的一端轉(zhuǎn)移到方向，在時(shí)鐘脈沖控制下從寄存器的一端轉(zhuǎn)移到另一端。另一端。 這樣一個(gè)傳輸過(guò)程，實(shí)際上是一個(gè)這樣一個(gè)傳輸過(guò)程，實(shí)際上是一個(gè)電荷耦合過(guò)電荷耦合過(guò)程程，所以稱電荷耦合器件，擔(dān)任電荷傳輸?shù)膯卧苑Q電荷耦合器件，擔(dān)任電荷傳輸?shù)膯卧Q移位寄存器稱移位寄存器。CCDCCD信號(hào)電荷的輸出的方式主要有信號(hào)電荷的輸出的方式主要有電流輸出、電壓輸出電流輸出、電壓輸出兩種兩種, ,以電壓輸出型為例：以電壓輸出型為例： 有浮置擴(kuò)散放大器（有浮置擴(kuò)散放大器（FDAFDA）、浮置柵放大器（）、浮置柵放大器（FGAFGA） 由浮置擴(kuò)散區(qū)收集的信號(hào)電荷來(lái)控制放大管由浮置擴(kuò)散區(qū)收集的信號(hào)電荷來(lái)控制放大管VT2VT2的柵的柵極電位：極電位：/outFDUQ C式中，式中，F(xiàn)DC為浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)上的總電容為浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)上的總電容。 輸出信號(hào)電壓為輸出信號(hào)電壓為 ：1mLoutmLgRUUgR 式中，式中，mg為為MOSMOS管管VT1VT1柵極與柵極與源極之間的跨源極之間的跨導(dǎo)導(dǎo)。 復(fù)位管復(fù)位管VT1VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT2VT2的溝道抽走浮置擴(kuò)散區(qū)的剩余電的溝道抽走浮置擴(kuò)散區(qū)的剩余電荷，直到下一個(gè)時(shí)鐘周期信號(hào)到來(lái)如此循環(huán)下去荷，直到下一個(gè)時(shí)鐘周期信號(hào)到來(lái)如此循環(huán)下去。 單單溝道溝道CCDCCD驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)