【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 后勢(shì)井吸收光生電荷，光積分時(shí)間（快門(mén)），積累很快結(jié)束； ? 轉(zhuǎn)移脈沖 φ T 打開(kāi)轉(zhuǎn)移控制柵，光敏元俘獲的光生電荷經(jīng)轉(zhuǎn)移控制柵耦合到移位寄存器，轉(zhuǎn)移柵立刻關(guān)閉 .這是一 并行輸出過(guò)程 ； ? 接著三個(gè)時(shí)鐘脈沖 Φ 1Φ 2Φ 3工作 ，讀出移位寄存器的輸出端 Ga 一位位輸出信息，這一過(guò)程是一 串行輸出過(guò)程 。 單溝道 CCD結(jié)構(gòu) 電荷輸出控制波形 第 9章 新型光電傳感器 傳感器原理及應(yīng)用 ? CCD器件分為 線陣 CCD和 面陣 CCD： 結(jié)構(gòu)形式有：如單溝道 CCD、雙溝道 CCD、 幀轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu) CCD、行間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu) CCD。 CCD器件 電荷耦合器件 第 9章 新型光電傳感器 傳感器原理及應(yīng)用 ? 線陣 CCD傳感器是由 一列 MOS光敏元和 一列移位寄存器 并行 構(gòu)成。 ? 光敏元和移位寄存器之間有一個(gè) 轉(zhuǎn)移控制柵， 加轉(zhuǎn)移控制信號(hào) φT 。 ? 1024位線陣，由 1024個(gè)光敏元和1024個(gè)讀出移位寄存器組成。 單溝道 CCD結(jié)構(gòu) 1. 線陣 CCD結(jié)構(gòu) 第 9章 新型光電傳感器 64位線陣 CCD結(jié)構(gòu) 傳感器原理及應(yīng)用 ? 線陣 CCD傳感器只有一排光敏元，又分為 單通道 和雙通道 ，雙通道可以加速轉(zhuǎn)換時(shí)間，提高分辨率 第 9章 新型光電傳感器 CCD結(jié)構(gòu) 線陣 CCD結(jié)構(gòu)單通道和雙通道的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程 傳感器原理及應(yīng)用 ? 線型 CCD傳感器主要用于幾何尺寸測(cè)試、傳真、光學(xué)文字識(shí)別技術(shù)等。 ? 面型 CCD主要用于攝象機(jī)及測(cè)量技術(shù)，結(jié)構(gòu)上是把光敏元件排列成二維 矩陣形式 ， ? 面型 CCD根據(jù)傳輸?shù)淖x出結(jié)構(gòu)有不同類型， 基本構(gòu)成有： ? 線轉(zhuǎn)移方式（由掃描、感光和輸出寄存器組成） ? 幀轉(zhuǎn)送方式（ Frame Transfer CCD） ? 行間轉(zhuǎn)送方式（ Inter Line Transfer CCD） 第 9章 新型光電傳感器 （二維） 傳感器原理及應(yīng)用 ? 幀間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)：由 光敏元 、 存儲(chǔ)器 、 輸出移位寄存器三部分組成，視頻信號(hào) 整幀 輸出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 第 9章 新型光電傳感器 傳感器原理及應(yīng)用 ? 行間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)： 光敏單元 與 寄存器交替 排列，光積分后一次一行地輸出，在輸出端得到 一行行 視頻信號(hào)。 ? 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，圖象清晰質(zhì)量高，是目前使用最多的一種結(jié)構(gòu)。 第 9章 新型光電傳感器 傳感器原理及應(yīng)用 ? 3CCD ? 一臺(tái)攝像機(jī)使用了３片 CCD，一片 CCD接受每一種顏色并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。而這三種顏色就是我們電視使用的三基色：紅，綠，藍(lán)三種顏色。 ? 由于一片 CCD同時(shí)完成亮度信號(hào)和色度信號(hào)的轉(zhuǎn)換難免兩全，使得拍攝出來(lái)的圖像在彩色還原上達(dá)不到專業(yè)水平很的要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，便出現(xiàn)了 3CCD 攝像機(jī)。 ? 三維 CCD 第 9章 新型光電傳感器 傳感器原理及應(yīng)用 ? CCD器件的物理性能可以用特性參數(shù)來(lái)描述 ? 內(nèi)部參數(shù) 描述的是 CCD存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移信號(hào)電荷 有關(guān)的特性 ,是器件理論設(shè)計(jì)的重要依據(jù)； ? 外部參數(shù) 描述的是與 CCD應(yīng)用有關(guān)的性能指標(biāo)，主要包括以下內(nèi)容： ? 電荷轉(zhuǎn)移效率 、 轉(zhuǎn)移損失率 、 工作頻率 、 電荷存儲(chǔ)容量、 靈敏度、分辨率。 CCD的特性參數(shù) 第 9章 新型光電傳感器 CCD器件與信號(hào)同步處理 傳感器原理及應(yīng)用 ? 對(duì)不同型號(hào)的 CCD器件而言，其工作機(jī)理是相同的。 ? 不同型號(hào)的 CCD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?？梢酝ㄟ^(guò)器件供貨商或直接向生產(chǎn)廠家索取相關(guān)資料，為 CCD器件的應(yīng)用提供技術(shù)支持。 ? 以 TCD142D型 CCD為例做簡(jiǎn)單介紹，其它型號(hào)的器件大同小異。 ? TCD142D是一種具有 2048位 像元的 兩相（雙通道）線陣 CCD器件，TCD142D有 22個(gè)引腳（ 其中 12個(gè)是空腳）。 TCD142D引腳 TCD142D 典型的 CCD器件 TCD142D 第 9章 新型光電傳感器 傳感器原理及應(yīng)用 ? CD142D是一種具有 2048位像元的 兩相（雙通道）線陣 CCD ? 22個(gè)引腳 ， 其中 10個(gè)是引腳分別為： 時(shí)鐘端 Φ1A、 Φ2A， Φ1B、Φ2B； 轉(zhuǎn)移柵 ΦSH； 復(fù)位柵 ΦRS； 地 SS；電源 OD； 信號(hào)輸出 OS，補(bǔ)償輸出 DOS； NC空閑。 TCD142D內(nèi)部引腳 TCD142D 典型的 CCD器件 TCD142D 第 9章 新型光電傳感器 傳感器原理及應(yīng)用 ? TCD142D的外部輸入電路可分為兩部分： 一部分是 脈沖產(chǎn)生電路 ；另一部分是 驅(qū)動(dòng)電路 。 積分時(shí)間 ΦSH Φ2AB ΦRS OS 啞元輸出 64元 信號(hào) 2048 檢驗(yàn) 2元 啞元輸出 12元 Φ1AB 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1059 1060 1061 典型的 CCD器件 TCD142D 第 9章 新型光電傳感器 傳感器原理及應(yīng)用 阻容加速電路 射級(jí)輸出電路 ? 脈沖電路產(chǎn)生 Φ HS、 Φ Φ Φ RS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率為 4MHz方波； ? 經(jīng) JK觸發(fā)器分頻，得到頻率為 2MHz的方波，將 4MHz與 2MHz脈沖相與，形成 Φ RS脈沖。 典型的 CCD器件 TCD142D 第 9章 新型光電傳感器 ? 將 ΦRS經(jīng) JK觸發(fā)器分頻，產(chǎn)生頻率為 1MHz的 Φ1脈沖，Φ1脈沖送入分頻器； ? 經(jīng)譯碼電路產(chǎn)生轉(zhuǎn)移脈沖ΦSH并且使 ΦSH周期 TSH＞1061μs（雙通道）； ? 將 ΦSH和 Φ1相與產(chǎn)生 Φ2，Φ1=Φ2，至此就產(chǎn)生了四路脈沖； 傳感器原理及應(yīng)用 ? 將這四路脈沖經(jīng)反相器反相，再經(jīng)阻容加速電路送至H0026驅(qū)動(dòng)器，放大至一定量以后用以驅(qū)動(dòng)TCD142D。 阻容加速電路 射級(jí)輸出電路 典型的 CCD器件 TCD142D 第 9章 新型光電傳感器 傳感器原理及應(yīng)用 ? 利用 CCD測(cè)量幾何量 ? CCD誕生后首先在工業(yè)檢測(cè)中制成測(cè)量長(zhǎng)度的傳感器； ? 物體通過(guò)物鏡在 CCD光敏元上造成影像， CCD輸出的脈沖數(shù)表征測(cè)量工件的尺寸。 CCD傳感器的應(yīng)用 第 9章 新型光電傳感器 線陣 CCD進(jìn)行工件尺寸測(cè)量 ? CCD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)，作為一種有效的非接觸檢測(cè)方法； ? 如測(cè)量拉絲過(guò)程中絲的線徑 、軋鋼的 直徑 、軸類或桿類的直徑等。 傳感器原理及應(yīng)用 ? 這里以玻璃管直徑與壁厚的測(cè)量為例。 ? 由于玻璃管的透射率分布的不同， 玻璃管在 CCD上成像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壁厚成像 。 玻璃管CCD視頻信號(hào) ? CCD傳感器應(yīng)用 實(shí)例 ： 第 9章 新型光電傳感器 傳感器原理及應(yīng)用 ? 測(cè)量原理 : ? 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)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整，以便提高產(chǎn)品質(zhì)量。 ? 用平行光照射玻璃管，成像物鏡將尺寸影像投影在 CCD光敏像元陣列面上。視頻信號(hào)經(jīng)二值化處理后輸出。 視頻信號(hào)二值化 時(shí)鐘信號(hào) 計(jì)數(shù)（像元個(gè)數(shù)） 第 9章 新型光電傳感器 傳感器原理及應(yīng)用 1122///d n td n tD N t???????上壁厚 下壁厚 外徑 第 9章 新型光電傳感器 ? 玻璃管的平均外徑 φ12mm；壁厚 ； ? 要求測(cè)量精度為外徑 177。 ；壁厚 177。 。 ? 利用 CCD配合適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，對(duì)玻璃管尺寸進(jìn)行監(jiān)測(cè)； ? 實(shí)際尺寸：上壁厚 d下壁厚 d外徑 D ? β 為 成像物鏡的 放大倍率 ； ? t 為 CCD像元尺寸； ? 上壁、下壁、外徑的像元個(gè)數(shù)（即脈沖數(shù)）分別為： n1（上壁）、 n2 （下壁）、 N（外徑） 2d1d D 傳感器原理及應(yīng)用 ? 根據(jù)已知條件（玻璃管外徑 φ12mm），選擇光學(xué)系統(tǒng)的放大率 β為 ， 玻璃管的像 大小為 ； ? 產(chǎn)品的測(cè)量精度要求反映在像面上的外徑（ ） 為177。 ， 壁厚（ 177。 ）為 ； ? 根據(jù) CCD測(cè)量精度要求 ，最小尺寸 ， 必須要大于兩個(gè) CCD光敏元空間尺寸 。 第 9章 新型光電傳感器 ? 給定線陣 TCD132D （ 1024位） 光敏元間距尺寸為 14μm,器件像元總寬度為 1024 =， 大于成像外徑。最小尺寸為 2=，滿足要求 . TCD132D光敏元空間尺寸 （ 14 μm 2） 40μm 傳感器原理及應(yīng)用 CCD傳感器的應(yīng)用 第 9章 新型光電傳感器 工件尺寸測(cè)量 CCD測(cè)試設(shè)備 CCD測(cè)試與繪圖設(shè)備 傳感器原理及應(yīng)用 CCD傳感器的應(yīng)用 第 9章 新型光電傳感器 雙鏡面直接檢測(cè)產(chǎn)品 晶片尺寸測(cè)量 傳感器原理及應(yīng)用 ? CCD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)（電子束掃描）掃描系統(tǒng)； ? 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。 CCD傳感器的應(yīng)用 第 9章 新型光電傳感器 ? CCD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)合使用。 ? 裝配輕型攝像機(jī)、攝像頭、工業(yè)監(jiān)視器。 傳感器原理及應(yīng)用 CCD傳感器的應(yīng)用 第 9章 新型光電傳感器 ?監(jiān)視器可進(jìn)行生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的觀察。 傳感器原理及應(yīng)用 ? 例如用 CCD識(shí)別集成電路焊點(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)視裝置、指紋機(jī) 。 ? 作為機(jī)器人視覺(jué) 系統(tǒng)。 ? CCD被廣泛用于 在線檢測(cè) 尺寸 、 位移 、 速度 、 定位 和 自動(dòng)調(diào)焦 等方面。 CCD傳感器的應(yīng)用 第 9章 新型光電傳感器 數(shù)字顯微鏡 CCD檢測(cè)儀 ? 用于傳真技術(shù)，文字、圖象識(shí)別 傳感器原理及應(yīng)用 ? 條碼讀取器 條碼讀取器主要分為 激光型 和 CCD型 兩大類 CCD條碼識(shí)別器結(jié)構(gòu)原理 ? CCD型的工作原理 ? LED的光射到條碼的整個(gè)區(qū)域； ? CCD圖像傳感器將擴(kuò)散反射光作為圖像接收； ? 通過(guò)圖像數(shù)據(jù)讀取條碼 CCD傳感器的應(yīng)用 第 9章 新型光電傳感器 CCD 83 Series條碼識(shí)別器 ， 660nm Red LED Array Intel 80C31， 2048 PIXEL (像素 ) Keyboard Wedge， RS232； 傳感器原理及應(yīng)用 ? 由發(fā)光二極管做光源， CCD做攝像機(jī)，每秒鐘兩次快門(mén)，6小時(shí)后排除體外，可拍攝 2萬(wàn)多張圖片，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)將圖像進(jìn)行下載。 M2A膠囊 CCD在醫(yī)療診斷中的應(yīng)用 CCD傳感器的應(yīng)用 第 9章 新型光電傳感器 ? M2A攝影膠囊（ Mouth anus） 傳感器原理及應(yīng)用 ? 光在玻璃光纖中傳輸會(huì) 劇烈衰減 ，經(jīng) 1公里衰減到 1/100億 。 ? 高錕在 1966年 7月發(fā)表 論文證明 ：玻璃光纖中離子雜質(zhì)對(duì)光的衰減起決定性作用； ? 只要光纖每公里的光衰減量小于 20分貝（即保留 1%），就可以用于通信； ? 美國(guó)康寧公司 1970年發(fā)明一種特殊玻璃制造工藝，首次邁過(guò)“ 20 分貝 /公里”門(mén)檻。 光纖傳感器 第 9章 新型光電傳感器 ? 2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予英國(guó)華裔科學(xué)家 高錕 以及兩位美國(guó)科學(xué)家。 ? 獲獎(jiǎng)理由：光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信。 ? 現(xiàn)在的光纖每公里衰減被控制在 5%。 傳感器原理及應(yīng)用 ? 不受電磁干擾，防爆性能好，不會(huì)漏電打火； ? 可根據(jù)需要做成各種形狀，可以彎曲； ? 可以用于高溫、高壓、絕緣性能好，耐腐蝕。 光纖傳感器 第 9章 新型光電傳感器 ? 光導(dǎo)纖維 ——簡(jiǎn)稱 光纖 ? 光纖最早用于