词条 | 固体图像传感器 |
释义 | guti tuxiang chuanganqi 固体图像传感器(卷名:自动控制与系统工程) image solid transducer 采用固体图像敏感器件将二维图像变换为电信号的光电式传感器。固体图像敏感器件是高度集成化(即固体化)的半导体光敏元阵列。70年代以来,随着硅半导体工艺和集成电路技术的发展,已能在大尺寸的硅衬底上制成特性均匀的半导体结、并能达到很高的集成度。这就为制造固体图像敏感器件创造了条件,使固体图像传感器迅速发展起来。与传统的摄像管(电真空器件)相比,固体图像传感器具有尺寸小、价廉、工作电压低、寿命长、性能稳定和图像边缘无畴变等优点。 组成 固体图像传感器由物镜、固体图像敏感器件、驱动电路和信息处理电路组成。物镜使图像在敏感器件的光敏区清晰地成像。固体图像敏感器件有一维和二维两种。在采用一维敏感器件的传感器中,由敏感器件完成一维扫描,同时将图像作另一维方向的移动,从而完成二维图像的扫描。二维图像敏感器件是光敏元的二维阵列,工作时每个光敏元本身对应着图像的一个像素,在驱动电路的作用下按行输出脉冲信号,每个脉冲的幅值与它所对应的像素的光强度成正比。最后,图像脉冲信号被送往信息处理电路进行放大和处理,变成适于后续设备接收处理的信号。固体图像敏感器件是图像传感器的核心,可分为电荷耦合器件、光电二极管阵列、电荷耦合光电二极管阵列和电荷注入器件4类。 电荷耦合器件 ![]() 光电二极管阵列 ![]() 电荷耦合光电二极管阵列 它的英文缩写为CCPD。CCPD以光电二极管作为光敏元并以电荷转移方式读出图像信号。它兼有 CCD噪声低和SSPD响应一致性好的优点。目前CCPD最大的线阵列达1728位,相邻两位中心距为16微米。驱动电路工作方式为再充电脉冲模式及取样和保持方波列输出模式。扫描速度为5兆赫。 电荷注入器件 它的英文缩写为CID。在CCD的读出过程中电荷要经过多次转移,而CID则采用完全不同的读出方式。CID的每个敏感元实际上由一个MOS电容器构成。除公共衬底外,还有两个电极。一个电极接到按X方向排列的引线上,另一电极接到按Y方向排列的引线上。电极电位不等于衬底电位时,电荷保持在电容器中。两电极电位同时等于衬底电位时,电荷就被注入衬底。光子在各敏感单元产生的电荷用X-Y寻址方式读出,当电荷从一个电极转移到另一电极时,可在它们注入衬底时探测,也可用非破坏性读出系统测出。CID主要采用二维阵列形式,在工业中尚未广泛应用。 应用 固体图像传感器可用于电视摄像、机器人视觉、图像识别、快速动态测量和信息存储等方面。在航天器的姿态确定和控制系统中,固体图像传感器可用作星敏感器,实现航天器相对于遥远恒星方位姿态的精确测量。在小零件的自动检测方面,经过适当的信息处理后,分辨率可达光敏元间距的1/10(微米量级),并可实现联机监测。当零件关键尺寸与储存在检测系统中的数据相差过大时,系统能产生“失效”信号,并自动舍弃超差零件。图3是采用固体传感器的钞票检查系统。该系统采用两个二维光敏元阵列,使两列钞票分别通过其下,并在各自的光敏元阵列上成像,从而分别输出两列图像信号,经过比较器处理后,能发现它们的不同特征,证实缺陷的存在。图4为防盗检测系统。系统采用二维光敏阵列制作的照相机监视关键部位(例如门)。现场用可见光或红外线照射,并用辅助电路计算被遮位的光敏元数目,从图像信息中能获得闯入者的性质,例如能分辨出鸟、猫或人。还可用带有光学系统的线阵或面阵图像传感器制成光学字符识别系统。这种系统能获得高达3000字/秒的分辨速度,能用于:①标准信件识别分选;②贴有价格标签的商品计价;③文字阅读机。 ![]() ![]() 参考书目 齐丕智等编著:《光敏器件及其应用》,科学出版社,北京,1987。 袁希光主编:《传感器技术手册》,国防工业出版社,北京,1986。 |
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