光电传感器应用技术王庆有第4章节第2节

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1、4.2.5色敏光生伏特器件色敏光生伏特器件是根据人眼视觉的三原色原理，利用不同结深PN结光电二极管对不同波长光谱灵敏度的差别，实现对彩色光源或物体进行颜色的测量。色敏光生伏特器件具有结构简单、体积小、重量轻，变换电路容易掌握，成本低等特点被广泛应用于颜色测量与颜色识别等领域。例如彩色印刷生产线中色标位置的判别，颜料、染料的颜色测量与判别，彩色电视机荧光屏彩色的测量与调整等等，是一种非常有发展前途的新型半导体光电器件。尚辅网http://shangfuwang.com/1．双色硅色敏器件的工作原理双色硅色敏光传感器的结构和等效电路如图4-19所示。它是在同一硅片上制作两个深浅不同PN结的光电

2、二极管PD1和PD2组成的。浅PN结的PD1的光谱响应峰值在蓝光范围，深结PD2的光谱响应峰值在红光范围。尚辅网http://shangfuwang.com/双结光电二极管只能通过测量单色光的光谱辐射功率与黑体辐射相接近的光源色温来确定颜色。用双结光电二极管测量颜色时，通常测量两个光电二极管的短路电流比（ISC2/ISC1）与入射波长的关系（如图4-21所示），从关系曲线中不难看出，每一种波长的光都对应于一个短路电流比值，根据短路电流比值判别入射光的波长，达到识别颜色的目的。尚辅网http://shangfuwang.com/如图4-22(a)所示的“CIEl931-RGB系统标准色度观察

3、者三刺激值曲线σrgb”。从曲线中看到、、光谱三刺激值有一部分为负值，计算很不方便，又难以理解。因此1931年CIE尚辅网http://shangfuwang.com/新的国际通用色度系统，称为“CIEl931-XYZ系统”。它是在CIE1931-RGB系统的基础上改用三个假想的原色x、y、z所建立的一个新的色度系统。在该系统中也定出了匹配等能量光谱色的三刺激值、、，得出了如图4-22(b)所示的“CIEl931标准色度观察者光谱三刺激值曲线”。根据以上理论，对任何一种颜色，都可由颜色的三刺激值X、Y、Z表示，计算公式为XYZ(4-28)尚辅网http://shangfuwang.com/

4、可以识别混合色光的3色色敏光电器件。图4-23为非晶硅集成色敏器件的结构示意图。它是在一块非晶硅基片上制作3个检测元件，并分别配上R、G、B滤色片，得到如图4-24所示的近似于1931CE-RGB系统光谱3刺激值曲线，通过R、G、B输出电流的比较，即可识别物体的颜色。尚辅网http://shangfuwang.com/图4-25为一种典型硅集成三色色敏器件的颜色识别电路方框图。从标准光源光发出的光，经被测物反射，投射到色敏传感器后，RGB3个敏感元件输出不同的光电流。经运算放大器放大、A／D转换后，将变换后的数字信号输入到微处理器中。测量前应对放大器进行调整，使标准光源发出的光，经标准白板

5、反射后，照到色敏器件上时应满足。尚辅网http://shangfuwang.com/4.2.6光伏器件组合器件光伏器件组合件是在一块硅片上制造出按一定方式排列的具有相同光电特性的光伏器件阵列。它广泛应用于光电跟踪、光电准值、图像识别和光电编码等应用中。用光电组合器件代替由分立光伏器件组成的变换装置，不仅具有光敏点密集量大，结构紧凑，光电特性一致性好，调节方便等优点，而且它独特的结构设计可以完成分立元件无法完成的检测工作。尚辅网http://shangfuwang.com/1、象限阵列光伏器件组合件尚辅网http://shangfuwang.com/尚辅网http://shangfuwang

6、.com/2、线阵列光伏器件组合件尚辅网http://shangfuwang.com/3、楔环阵列组合件尚辅网http://shangfuwang.com/4.2.7光电位置敏感器件（PSD）1.PSD器件的工作原理当光束入射到PSD器件光敏层上距中心点的距离为xA时，在入射位置上产生与入射辐射成正比的信号电荷，此电荷形成的光电流通过电阻p型层分别由电极1与2输出。设p型层的电阻是均匀的，两电极间的距离为2L，流过两电极的电流分别为I1和I2，则流过n型层上电极的电流I0为I1和I2之和。I0=I1+I2尚辅网http://shangfuwang.com/2.一维PSD器件一维PSD器件主

7、要用来测量光斑在一维方向上的位置或位置移动量的装置。图4-34（a）为典型一维PSD器件S1543的结构示意图，其中1和2为信号电极，3为公共电极。它的光敏面为细长的矩形条。尚辅网http://shangfuwang.com/图4-35所示，为一维PSD位置检测电路原理图，光电流I1经反向放大器A1放大后分别送给放大器A3与A4，而光电流I2经反向放大器A2放大后也分别送给放大器A3与A4，放大器A3为加法电路，完成光电