。又可分为线型与面型两种，其中线型应用于影像扫瞄器及传真机上，而面型主要应用于数码相机摄录影机监视摄影机等多项影像输入产品上。第二章的工作原理电荷耦合摄像器件的突出特点是以电荷为信号的载体，不同于大多数以电流或电压为信号的载体的器件。的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。因此，的基本过程主要是信号电荷的产生存储转移和检测。的基本特性光电转换特性存储于像敏单元中的信号电荷包是由入射光子被硅衬底材料吸收，并被转换成少数载流子反型层电荷形成的，因此，它具有良好的光电转换特性。它的光电转换因子可达到以上。另外，可以推出,式中，为的积分时间，可以设为常数为器件的光电转换效率，当材料确定以后它是常数为电子电荷量，是常数为入射辐射频率，对于单色光亦为常数。由此可以看出的光电转换特性为线性的。光谱响应光电成像器件的光谱响应取决于光电转换材料的光谱响应，其短波限有时受窗口材料的吸收特性影响。例如，属于外光电效应摄像管的光谱响应由光阴极材料决定属于内光电效应的视像管和摄像器件的光谱响应分别由靶材料和硅材料决定热释电摄像管基于材料的热释电效应，它的光谱响应特性近似直线。动态范围饱和暴光量和等效噪声暴光量的比值称为的动态范围。器件动态范围般在数量级。换种说法动态范围由势阱中可存储的最大电荷量和噪声决定的最小电荷量之比决定。阱中的最大信号电荷量势阱中可容纳的最大信号电荷量取决于的电极面积及器件结构还是，时钟驱动方式及驱动脉冲电压的幅度等因素。设的电极有效面积为，的杂质浓度为氧化膜厚度为，电极尺寸为，栅极电压为，则中，势阱中的电荷量为，或，个电子。可近似用下式表示式中，是单位氧化膜面积的电容量，为栅极电压。在中，计算比较复杂，随着沟道深度增加，势阱中可以容纳的电荷量增加减少，对于与上述条件相同的，若氧化膜厚，相当于沟道深度的外延层厚度为，则约为。噪声在中，有以下几种噪声源由于电荷注入器件引起的噪声电荷转移过程中，电荷量的变化引起的噪声由检测时产生的噪声。Ⅰ光子噪声由于光子发射是随机过程，因而势阱中收集的光电荷也是随机的，这就成为噪声源。由于这种噪声源与传感器无关，而取决于光子的性质，因而成为摄像器件的基本限制因素，这种噪声主要对于低光强下的摄像有影响。Ⅱ胖零噪声对，在使用偏置电荷胖零时，也会产生噪声，这与使用偏置光的情况样。Ⅲ俘获噪声在中起因于界面缺陷，在中起因于体缺陷，但中俘获噪声小。Ⅳ输出噪声这种噪声起因于输出电路复位过程中产生的热噪声。该噪声若换算成均方根值就可以与的噪声相比较。Ⅴ暗电流噪声与光子发射样，暗电流也是个随机过程，因而也成为噪声源。而且，若每个单元的暗电流不样，就会产生图形噪声。此外，器件的单元尺寸不同或间隔不同也会成为噪声源，但这种噪声源可以通过改进光刻技术而减少。暗电流在正常工作的情况下，电容处于未饱和的非平衡态。随着时间的推移，由于热激发而产生的少数载流子使系统趋向平衡。因此，即使在没有光照或其它方式对器件进行电荷注入的情况下，也会存在不希望有的暗电流。众所周知，暗电流使大多数摄像器件所共有的特性，是判断个摄像器材好坏的重要标准，尤其是暗电流在整个摄像区域不均匀时更是如此。判断暗电流的存在限制了器件动态范围和信号处理能力。暗电流的大小与光积分时间，周围环境温度密切相关，通常温度每上升，暗电流提高约个数量级。摄像器件在室温下暗电流约为。产生暗电流的主要原因有以下当为高电平时，可将区极看作晶体管的源极，为其栅极，而为其漏极。当它工作在饱和区时，输入栅下沟道电流为式中，为信号沟道宽度为注入栅的长度为载流子表面迁移率为注入栅电容。经过时间注入后，下势阱的信号电荷量为可见这种注入方式的信号电荷不仅依赖于和，而且与输入二极管所加偏压的大小有关。因此，与的线性关系较差。电压注入法电压注入法与电流注入法类似，也是把信号加到源极扩散区上，所不同的是输入栅电极上加与同位相的选通脉冲。其宽度小于的脉宽。在选通脉冲的作用下，电荷被注入到第个转移栅下的势阱里，直到阱的电位与区的电位相等时，注入电荷才停止。下的势阱中电荷向下级转移之前，由于选通脉冲已经终止，输入栅下的势垒开始把下和的势阱分开，同时，留在下的电荷被挤到和的势阱中。由此而引起起伏，不仅产生输入噪声，而且使信号电荷与线性关系变坏。这种起伏，可以通过减小电极的面积来克服。另外，选通脉冲的截止速度减慢也能减小这种起伏。电压注入法的电荷注入量与时钟脉冲频率无关。电荷的检测输出方式在中，有效地收集和检测电荷是个重要问题。的重要特性之是信号电荷转移过程中与时钟脉冲没有任何电容耦合，而在输出端则不可避免。因此，选择适当的输出端电路可以尽可能地减少时钟脉冲容性地馈入输出电路的程度。目前的输出方式主要有电流输出，浮置扩散放大器输出和浮置栅放大器输出。电流输出如图所示，由反向偏置二极管收集信号电荷来控制点电位的变化，直流偏置的输出栅用来使漏扩散和时钟脉冲之间退耦，由于二极管反向偏置，形成个深陷落信号电荷的势阱，转移到电极下的电荷包越过输出栅，流入到深势阱中。若二极管输出电流为，则信号电荷为浮置扩散浮栅浮置扩散放大器输出浮置栅放大器输出电流输出放大图电荷输出电路浮置扩散放大器输出如图所示，前置放大器与同做在个硅片上，为复位端，为放大管。复位管在下的势阱未形成之前，在端加复位脉冲，使复位端导通，把浮置扩散区剩余电荷抽走，复位到。而当电荷到来时，复位管截止，由浮置扩散区收集的信号电荷来控制管栅极电位变化，设电位变化量为，则有式中，为浮置扩散区有关的总电容，如图所示，包括浮置二极管势垒电容与间的耦合电容，及管的输入电容。即经放大器放大倍后，输出的信号以上两种输出机构均为破坏性的次性输出。浮置栅放大器输出为浮置栅放大器输出，的栅极不是直接与信号电荷的转移沟道相连接，而是与沟道上面的浮置栅相连。当信号电荷转移到浮置栅下面的沟道时，在浮置栅上感应出镜像电荷，以次来控制的栅极电位，达到信号检测与放大的目的。显然，这种机构可以实现电荷在转移过程中进行非破坏性检测。由转移到下的电荷所引起的浮栅上电压的变化为式中，为与间氧化层电容。第三章典型芯片驱动电路的设计主要有以下特性有效象元素个象元中心距精度高灵敏度，低暗电流输出驱动信号电平直接驱动电源电压单电源。表芯片各管脚介绍管脚符号管脚名称管脚符号管脚名称，转移脉冲第相信号输出接地端补偿输出复位脉冲电源积分脉冲地为了实现高驱动频率和减少对资源的浪费，应当选择速度快而结构紧凑的单片机作为产生驱动时序的。的时序分析应用单片机编程产生驱动时序前，首先要确定所需产生的时序。是种高速高分辨率的线阵器件，其拥有个有效像元。在驱动的时序里要求各个脉冲信号之间具有严格的相位关系。其驱动时序要求见附录。是转移脉冲，脉冲宽度标准值为，其周期为光信号积分时间。输出周期至少为个像元的输出周期和是双相驱动时钟，时钟频率标准值为是复位脉冲，标准值为是信号输出，各信号之间的定时关系见表。表各信号定时关系项目记号最小值标准值最大值与的关系上升下降时间,脉冲宽度上升下降时间,上升下降时间,脉冲宽度与的关系信号输出延迟时间,由此，驱动信号特征信号占空比，上升边沿有效，宽度，且与有时序要求。在下的宽度光积分时间为了获得较好的时序信号，将各阶段的时序存入几个寄存器中，再由程序连续地送到的口。图实物图硬件连接如图单片机图单片机与的连接指令配置因为转移指令要根据种条件产生程序的分支，而分支程序在不同条件下执行的指令周期是不同的，因而造成驱动时序不准确。但是完全不使用转移指令，对于上千像元的来说，其个工作周期往往需要十几千字节甚至更多字节的程序存储器。解决的办法是避免双重循环结构，采用若干重复的单循环结构，填补其它指令以解决不同分支入口处机器周期数不同的问题，使产生的驱动时序严格符合要求。图的驱动电路信号的处理方法依据对传感器视频信号应用的差异，对视频信号有两种处理方法是对视频信号进行处理后，再进行数据采集二是对视频信号进行采样，量化编码后再采集到计算机系统。下面将简要介绍这两种方法。二值化处理视频信号经放大后，将信号送到的正向输入端，在的负向输入端接滑动变阻器，将的输出端与兆晶振相与，输出送。在控制的初始化，开始及停止记数和数据的存储读取。此方案用于静态工件。通过对计数值的计算就可以求出脉宽。量化处理传感器在测量光强信息时需要把对应的空间光敏元所感受光强转换成输出电压幅值再转换成数字编码送入计算机处理。其过程主要是，首先将视频信号输出的脉冲调制信号经过低通滤波器后变成在时间上连续的模拟信号。按照对图像分辨率的要求，用采样保持电路对连续的视频信号在时间上进行间隔采样，把视频信号变成离散的模拟信号，由转换器再将模拟信号转变成数字量。第四章基于尺寸测量处理电路的研究二值化处理二值化处理是把图象和背景作为分离的二值，对待。光学系统把被测对象成像在的像敏面上。由于被测物与背景在光强分布上的变化反映在输出的视频信号中，则所对应的输出电压将会产生较大的变化，即图象尺寸在边界处会有明显的电平变化。通过二值化处理方法把视频信号中的图象尺寸信息与背景分离成二值化电平。般采用硬件电路实现。常用的有固定阈值法浮动阈值法和微分法。处理电路的连接视频信号处理电路的结构框图图结构框图二值化电路处理方法很多，常用的有固定阈值法，浮动阈值法和微分法。我们采用的是固定阈值法，是种最简便的二值化处理方法。将输出的视频信号送入电压比较器的同相输入端，比较器的反相输入端加可调电位器就构成了如图所视的固定阈值二值化电路。视频信号经电压比较器后输出的是二值化方波信号。调节阈值电压，方波脉冲的前，后沿将发生移动，脉冲的宽度发生变化。当输出的视频信号含有被测物体直径的信息时，可以通过适当地调节阈值电压，获得方波脉冲宽度与被测物体直径值的精确关系。采用固定阈值法时，对测量系统有较高的要求。首先要求系统提供给电压比较器的阈值电压要稳定其次输出的视频信号只于被测物体的直径有关，即要求它的时间稳定性要高。因此，要求系统的光源及转移脉冲时间要稳定。但在有些测量中，不稳定的背景辐射是无法克服的，受到光源的变化而引起输出信号幅度的变化，从而会导致测量误差。电路图波形图图滤波，固定阈值二值化处理尺寸测量将物体或钱币放在的光敏面上，在驱动脉冲的作用下完成光电转换，产生所示物体尺寸波形的输出信号，如图所示。然后通过滤波，二值化处理把二值化处理后的输出信号给，然后通题目线阵用于工件外径尺寸检测的研究摘要，是即电荷耦合器件的缩写，它是种特殊半导体器件，是种新型的固体成像器件。它既具有光电转换的功能，又具有信号电荷的存储转移和读出的功能。应用技术是光机电和计算机相结合的高新技术。随着电子技术的迅猛发展，特别是近代电子技术的发展。性能卓越的单片机它在计算机外部