自动检测技术教学全套课件(第4版 宋文绪)课件 第九章.ppt

《自动检测技术教学全套课件(第4版 宋文绪)课件 第九章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第9章光电检测主要通过光电转换元件将光能转换成电能。利用光电效应原理制成的，有外光电效应的光电管和光电倍增管；内光电效应的光敏电阻、光导管；阻挡层光电效应的光敏二级管、光敏三级管及光电池等。新发展的光电转换元件主要有光电耦合器件和电荷耦合器件（CCD）等，除具有直接检测光信号外，还可间接测量温度、压力、速度及位移等多种物理量，具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和抗干扰能力强等优点。本章介绍光电效应及光电器件、光电耦合器件及CCD电荷耦合器件。9.1光电耦合器件是由发光源和光敏器件封装在一个外壳内组合而成的转换元件，发光

2、源的管脚为输入端，而连续光敏元器件的管脚为输出端。9.1.1光电耦合器件的结构和原理金属密封型和塑料密封型。9.1光电耦合器件9.1.2光电耦合器件的组合形式9.1光电耦合器件9.1.3光电耦合器件的特性曲线光电耦合器的输入量是直流电流IＦ，而输出量也是直流电流IＣ。从图中可以看出，该器件的直线性较差，但可采用反馈技术对其非线性失真进行校正。9.1光电耦合器件9.1.4光电耦合器件的应用光电耦合器实际上是一个电量转换器，由于它实现了电隔离，提高了抗干扰性能，并且由于它具有单向信号传输功能，因而有脉冲转换和直流电平转换特性。

3、因此，它特别适用于在数字逻辑电路的开关信号传输、计算机、工业控制机中作为二进制的输入、输出信号传输。在逻辑电路中可作为隔离器件还可作为不同逻辑电路间的接口；在电源电路中，可作为反馈单元以提高电压稳定度；在显示系统中，作为输入信号与高压间的隔离元件等。9.2电荷耦合器件（CCD）功能是把光学信号转变成视频信号输出。8.3.1CCD的基本工作原理主要是信号电荷的产生、存储、传输和检测。ＣＣＤ有两种基本类型，一是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输，这类器件称为表面沟道ＣＣＤ（ＳＣＣＤ）；二是电荷包存储在离半导体表

4、面一定深度的体内，并在半导体内沿一定方向传输，这类器件称为体沟道或埋沟道器件（ＢＣＣＤ）。9.2电荷耦合器件（CCD）1、CCD光敏元件工作原理P型硅里的多数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷的电子。当金属电极上施加正电压时，其电场能够透过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引。于是带正电的空穴被排斥到远离电极处，带负电的电子则被吸引到紧靠SiO2层的表面上来。这种现象便形成对电子而言的陷阱，电子一旦进入就不能复出，故又称电子势阱。9.2电荷耦合器件（CCD）2、电荷转移原理转移脉冲电压图中φ1，φ2，φ3是相

5、位依次相差120o的三个脉冲源，其波形都是前缘陡峭后缘倾斜。9.2电荷耦合器件（CCD）电荷转移过程9.2电荷耦合器件（CCD）3、CCD的输入输出结构电荷注入：在电荷注入CCD中，有光电注入和电注入两种。光电注入即光照射在金属电极附近，产生的光电子被电极下势阱吸收，完成了电荷注入。另一种是电注入，所谓电注入就是CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样将信号电压或电流转换为信号电荷。电注入的方法很多，常用的两种方法为电流注入法和电压注入法。电荷输出：CCD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。9

6、.2电荷耦合器件（CCD）4、CCD的特性参数（1）转移效率和转移损失率为了降低转移损失率，要求沿传输方向的长度要小，转移速度不能太快等（2）工作频率8.3电荷耦合器件（CCD）8.3.2CCD器件1、CCD线阵摄像器件工作原理9.2电荷耦合器件（CCD）2、面阵ICCD9.2电荷耦合器件（CCD）3、ICCD的基本特性参数转换特性：在ICCD中，电荷包是由入射光子被硅衬底吸收产生的少数载流子形成的，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99.7%。动态范围：动态范围由势阱中可存储的最大电荷量和噪声决定的最

7、小电荷量之比确定。分辨率：9.3CMOS图像传感器CMOS，ComplementaryMetalOxideSemiconductor互补金属氧化物半导体，CMOS图像传感器是利用CMOS工艺制造的图像传感器，主要利用了半导体的光电效应。和CCD的原理相同。是一种用传统的芯片工艺方法将光敏元件、放大器、A/D转换器、存储器、数字信号处理器和计算机接口电路等集成在一块硅片上的图像传感器件。这种器件结构简单、处理功能多、成品率高和价格低廉，有着广泛的应用前景。9.3.1CMOS成像器件的组成图9.3.1CMOS成像器件原理框图图

8、9.3.2CMOS图像传感器原理示意图9.3.2CMOS成像器件的像敏单元结构图9.3.3主动像敏单元结构9.3.3CMOS图像传感器的工作流程图9.3.4CMOS图像传感器的工作流程9.3.4CMOS图像传感器的应用图9.3.5所示尼康单反相机9.4图像传感器及其应用8.4.1图像的获取技术1、图像传