CCD传感器课程设计.doc

＿＿＿大学/学院 传感器与测试技术 设计说明书 设计题目: 线阵CCD传感器 1 目录 2 引言 3 第一部分. 介绍CCD传感器及其应用研究 3 一、电荷藕合器件及工作原理 3 二、固态传感器分类、结构及特性 5 三、固态图像传感器的应用 7 3.1、自动测量 7 3.2、图像识别 8 3.2-(1) 传真技术 9 3.2-(2)光学文字识别装置 9 3.3、在线检查、识别与控制 9 第二部分．机械手控制的工作原理 10 1课程设计系统原理结构 10 2图像处理算法 11 3结束语 13 致谢 13 【参考文献】 14 引 言 图像传感器是利用光电器件的光一电转换功能，将其感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号“图像”的一种功能器件。 第一部分：介绍CCD传感器及其应用研究 固态图像传感器是指在同一半导体衬底上布设的若干光敏单元与移位寄存器构成的集成化、功能化的光电器件。光敏单元简称为“像素”或“像点”，它们本身在空间上、电气上是彼此独立的。固态图像传感器利用光敏单元的光电转换功能将投射到光敏单元上的光学图像转换成电信号“图像”，即将光强的空间分布转换为与光强成比例的、大小不等的电荷包空间分布。然后利用移位寄存器的功能将这些电荷包在时钟脉冲控制下实现读取与输出，形成一系列幅值不等的时序脉冲序列。 第二部分：阐述运用之前的研究成果进行课程设计的内容 　　烟叶杂质剔除系统是卷烟工业制丝生产线中烟丝质量控制的关键设备。烟叶杂质剔除是指在烟叶切丝前，将其中的麻绳、纸片、塑料等非金属杂质剔除。电荷耦合器件（CCD）技术的发展为烟叶杂质剔除提供了新的可行方法。基于线阵CCD的烟叶杂质剔除是一种在线实时检测与剔除技术，它采用彩色线阵CCD摄像机拍摄传送带上的烟叶图像，在计算机中通过对烟叶图像和杂质图像的颜色特征的识别，分辨出烟叶中的杂质，控制气动阀剔除杂质。 第一部分 介绍CCD传感器及其应用研究 一、电荷藕合器件及工作原理 电荷藕合器件〔ChargeCoupleDevices，简称CCD)，是固态图像传感器的敏感器件，与普通的MOS,TTL等电路一样，属于一种集成电路，但CCD具有光电转换、信号储存、转移(传输)、输出、处理以及电子快门等多种独特功能。 电荷藕合器件CCD的基本原理是在一系列MOS电容器金属电极上，加以适当的脉冲电压，排斥掉半导体衬底内的多数载流子，形成“势阱”的运动，进而达到信号电荷(少数载流子)的转移。如果所转移的信号电荷是由光像照射产生的，则CCD具备图像传感器的功能;若所转移的电荷通过外界注入方式得到的，则CCD还可以具备延时、信号处理、数据存储以及逻辑运算等功能。 电荷藕合器件CCD的基本原理与金属一氧化物一硅(MOS)电容器的物理机理密切相关。因此。首先分析MOS电容器原理。 图1是热氧化P型Si(p-Si)衬底上淀积金属而构成的一只MOS电容器，若在某一时刻给它的金属电极加上正向电压咋，p-Si中的多数载流子(此时是空穴)便会受到排斥，于是，在Si表面处就会形成一个耗尽区。这个耗尽区与普通的pn结一样，同样也是电离受主构成的空间电荷区。并且，在一定条件下，凡越大，耗尽层就越深。这时，Si表面吸收少数载流子(此时是电子)的势(即表面势V;)也就越大。显而易见，这时的MOS电容器所能容纳的少数载流子电荷的量就越大。据此，恰好可以利用“表面势阱”(简称势阱)这一形象比喻来说明MOS电容器在V;(或说在玲)作用下存储(信号)电荷的能力。习惯上，把势阱想象作一个桶，把少数载流子(信号电荷)想象成盛在桶底上的流体。在分析固态器件时，常常取半导体衬底内的电位为零，所以，取表面势环的正值增方向朝下更方便(图1(b))。 图3 MOS电容器及其表面势阱概念 表面势V;是一个非常重要的物理量。在图1Ca)所示的情况下，若所加Vc不超过某限定值时，则表面势为: 上式是由半导体内电位分布的泊松方程求解得到的。因为Xa是受VG控制的，所以V;也是Vc的函数。 CD的电荷(少数载流子)的产生有两种方式:电压信号注入和光信号注入。作为图像传感器，CCD接收的是光信号，即光信号注入法。当光信号照射到CCD硅片上时，在栅极附近的耗尽区吸收光子产生电子一空穴对。这时在栅极电压的作用下，多数载流子(空穴)将流入衬底，而少数载流子(电子)则被收集在势阱中，形成信号电荷存储起来。 这样高于半导体禁带宽度的那些光子，就能建立起正比于光强的存储电荷。 由许多个MOS电容器排列而成的CCD，在光像照射下产生光生载流子的信号电荷，再使其具备转移信号电荷的自扫描功能，即构成固态图像传感器。 图2是光导摄像管与固态图像传感器的基本原理比较。