国外CCD检测技术在工业中的应用与发展.doc

国外CCD检测技术在工业中的应用与发展类别：HYPERLINK"http://www.ic37.com/htm_news/listpage204_1.htm"行业知识发布时间：2008-1-25阅读：1023摘要：CDD图像传感器以其光谱响应宽、动态范围大、灵敏度和几何精度高、噪声低、便于进行数字化处理和与计算机连接等优点，在工业测控中得到广泛应用。该文简要介绍了CCD图像传感器的检测原理和它在工业检测中的应用现状，分析了现有CCD检测技术在应用中存在的问题和局限，指出了CCD传感器在工业检测应用中的发展方向。
关键词：CCD；检测技术；图像传感器
TheapplicationanddevelopmentofCCDmeasurementtechnologyinforeignindustrialfields
LIUZheng,PENGXiaoqi,DINGJian,TANGYing
(CollegeofPhysicsScience&TechnologyunderCentralSouthUniversity，HunanChangsha410083,China)
Abstract：TheCCDimagesensorshavebeenwidelyusedinindustrialprocessmeasurementandcontrolsystemsowingtotheirwidespectralresponse,widedynamicrange,highsensitivityandgeometricprecision,lownoiseandconveniencefordigitalprocessingandconnectingcomputers.ThepapergivesabriefintroductionaboutthemeasuringprincipleoftheCCDimagesensoranditsapplicationstatusinindustrialmeasurements.Somedifficultiesandlimitationsexistinginitsapplicationareanalysedandthetrendofitsapplicationispointedout.
Keywords：CCD;measurementtechnology;imagesensor
0引言
电荷耦合器件(ChargeCoupleDevice，CCD)是一种以电荷为信号载体的微型图像传感器，具有光电转换和信号电荷存储、转移及读出的功能，其输出信号通常是符合电视标准的视频信号，可存储于适当的介质或输入计算机，便于进行图像存储、增强、识别等处理［1］。
自CCD于1970年在贝尔实验室诞生以来，CCD技术随着半导体微电子技术的发展而迅速发展，CCD传感器的像素集成度、分辨率、几何精度和灵敏度大大提高，工作频率范围显著增加，可高速成像以满足对高速运动物体的拍摄［2］，并以其光谱响应宽、动态范围大、灵敏度和几何精度高、噪声低、体积小、重量轻、低电压、低功耗、抗冲击、耐震动、抗电磁干扰能力强、坚固耐用、寿命长、图像畸变小、无残像、可以长时间工作于恶劣环境、便于进行数字化处理和与计算机连接等优点，在图像采集、非接触测量和实时监控方面得到了广泛应用，成为现代光电子学和测试技术中最活跃、最富有成果的研究领域之一［1，3］。
1CCD传感器的检测原理
CCD是由光敏单元、输入结构和输出结构等组成的一体化的光电转换器件，其突出特点是以电荷作为信号载体，其基本工作原理见文献［4，5］。当入射光照射到CCD光敏单元上时，光敏单元中将产生光电荷Q，Q与光子流速率Δn0、光照时间TC、光敏单元面积A成正比，即：
Q＝ηqΔn0ATc(1)
其中η为材料的量子效率；q为电子电荷量。CCD图像传感器的光电转换特性如图1如示，其中横坐标为照度，lx.s；纵坐标为输出电压，V0在非饱和区满足：
f(s)=d1sτ＋d2(2)
式中，f(s)为输出信号电压(V)；s为曝光量(lx.s)；d1为直线段的斜率(V／lx.s)，表示CCD的光响应度；τ为光电转换系数，τ≈1；d2为无光照时CCD的输出电压，称为暗输出电压。特性曲线的拐点G所对应的曝光量SE称为饱和曝光量，所对应的输出电压VSAT称为饱和输出电压。曝光量高于SE后，CCD输出信号不再增加，可见，CCD图像传感器在非饱和区的光电转换特性接近于线性，因此，应将CCD的工作状态控制在非饱和区。2CCD的应用状况
CCD检测技术作为一种能有效实现动态跟踪的非接触检测技术，被广泛应用于尺寸、位移、表面形状检测和温度检测等领域。
2.1尺寸测量
由CCD传感器、光学成像系统、数据采集和处理系统构成的尺寸测量装置，具