光电技术基础课件.ppt

1、l1 1、辐射度与光度量及转换、辐射度与光度量及转换 cosdddcosdde2eeAAILeMeIeLeAcosvMvIvLvAcosV,=K V()=683V()me,Vw =17.1 ewHe =Ee tHv =EvtAMddee)(eedAAMIddeeeedIeeML AEddeeAEvve,（单位）（单位）发光强度的单位及定义发光强度的单位及定义l2.2.基本概念基本概念（1 1）量子流速率（）量子流速率（为什么其计算公式中不能出现光度量为什么其计算公式中不能出现光度量）光源发射的辐射功率是每秒钟发射光子能量的总和。光源在光源发射的辐射功率是每秒钟发射光子能量的总和。光源在给定波长

2、给定波长处处,由由 +d+d 到波长范围内发射的辐射通量到波长范围内发射的辐射通量d de e除以该波长除以该波长的光子能量的光子能量hvhv，得到光源在该波长得到光源在该波长处每秒钟处每秒钟发射的光子数，称为光谱量子流速率发射的光子数，称为光谱量子流速率d dN Ne,e,，即，即 hvhvNddd,ee,e光源在波长光源在波长为为00范围内发射的总量子流速率范围内发射的总量子流速率:0,emax,e0,eeddrhchvN3.3.基本定律基本定律l(1)(1)斯忒藩斯忒藩-波尔兹曼辐射定律波尔兹曼辐射定律l(2)(2)维恩位移定律维恩位移定律04,s,es,edTMM42823451067

3、5152KWm.chk155se103091T.Mm,Wcm-2m-1K-5 Tm2898(m)l1 1）半导体对光的吸收）半导体对光的吸收(5(5种种)，哪几种吸收会引起光电效应？，哪几种吸收会引起光电效应？对光吸收的一般规律对光吸收的一般规律xdd0(1 e)x吸收的光通量为：(1)(1)本征吸收本征吸收ggL24.1EEhc(2)(2)杂质吸收杂质吸收 DL24.1EAL24.1E2 2）光电效应）光电效应(1)(1)内光电效应内光电效应a.a.光电导效应（光电导效应（非平衡多数载流子产生复合运动引非平衡多数载流子产生复合运动引起材料电导率的变化）起材料电导率的变化）分为两种情况分为两种

4、情况微弱辐射作用微弱辐射作用,2ddelhqg2,d dhclqgSeg)1(,eteNn(3)(3)激子吸收激子吸收 （4 4）自由载流子吸收）自由载流子吸收 （5 5）晶格吸收晶格吸收 强辐射的作用强辐射的作用,21,213d21deeflKhbdqgtKNnftanh21e,e,1NKf)1(KTqUDeIII,e)1(ehqIIdsc)()1ln(26)1ln(OCmVIIIIqKTUDD室温室温300K300K时时OCOCOCln26ln()KTEEUUUmVqEEb b 光生伏特效应光生伏特效应(少数载流子的漂移运动少数载流子的漂移运动)(2)(2)光电发射效应光电发射效应 (外光

5、电效应）外光电效应）外光电效应中光电能量转换的基本关系为外光电效应中光电能量转换的基本关系为 thEmvh2021AgthEEE)nm(1239ththLEEhcl（1)1)光电导器件的特性光电导器件的特性,e2lhqg 21,213eflKhbdqgrppgIg UUS E1221lglglglgEERR光敏电阻的阻值计算光敏电阻的阻值计算)1(/0te)1(/0teII/110t/110tII 强辐射作用情况下的强辐射作用情况下的时间响应时间响应 弱辐射作用情况下的弱辐射作用情况下的时间响应时间响应 （2)2)光敏电阻的主要噪声：热噪声、产生复合光敏电阻的主要噪声：热噪声、产生复合噪声、低

6、频噪声噪声、低频噪声 l1).1).基本偏置电路基本偏置电路WbeWeceeUUUIIRRl2).2).恒流电路恒流电路RLR(RL10R)g2eWvSRRUS pcbboRIUURL1/bbbbRbbLLRUUUURRRRdUo=RcdIc=RcdIe=RcSgUwdl3).3).恒压电路恒压电路 RLR（RLR/10）ccbboRIUUlA.A.硅光电二极管：最高工作频率硅光电二极管：最高工作频率10107 7HzHz)/exp(1()exp(1(,ekTqUIdhcqId光电二极管的全电流方程为光电二极管的全电流方程为 )e(hcqddISdi1lB.B.PINPIN型型光电二极管特点光

7、电二极管特点C.C.雪崩雪崩光电二极管特点光电二极管特点D.D.硅光电池硅光电池l1)1)自偏置电路自偏置电路(光电池光电池)e,ocmmopt0.7)(0.6SUIUR Pm=Im Um=(0.60.7)UocIp 0017060dhc)d-e()qU.(Pe,-e,ocemme,ie,Pm)1(SehcqIIdUm=(0.60.7)Uoc硅光电池自偏置电硅光电池自偏置电路的特点：可得到路的特点：可得到最大的输出功率；最大的输出功率；输出电流（输出电输出电流（输出电压）与入射辐射线压）与入射辐射线性关系差。性关系差。l(2)(2)零伏偏置零伏偏置(R RL L=0=0时的自偏置电路时的自偏置

8、电路)fSCe,foRIhcqRUl(3)(3)反向偏置反向偏置 硅光电池反向硅光电池反向偏置电路的特偏置电路的特点：点：PN结势结势垒区加宽，线垒区加宽，线性范围和光电性范围和光电变换动态范围变换动态范围加宽。加宽。,LedqIIhc,DbbLeqUURhc,LeqURhc (5)(5)内光电器件特性比较内光电器件特性比较 1 1、光电变换的线性：按、光电变换的线性：按线性由好到坏线性由好到坏排列：光电二极管、光电排列：光电二极管、光电池、光电三极管、复合光电三极管、光敏电阻池、光电三极管、复合光电三极管、光敏电阻2 2、动态范围：、动态范围：线性动态范围线性动态范围，反偏光电二极管动态范围

9、最好反偏光电二极管动态范围最好，其，其次是光电池、光电三极管，光敏电阻；光敏电阻的非线性动态范次是光电池、光电三极管，光敏电阻；光敏电阻的非线性动态范围宽。围宽。3 3、灵敏度灵敏度：光敏电阻的灵敏度最高，其次是雪崩光电二极管、光：光敏电阻的灵敏度最高，其次是雪崩光电二极管、光电三极管，光电二极管的灵敏度最低。电三极管，光电二极管的灵敏度最低。4 4、时间响应时间响应：PINPIN与与APDAPD响应时间最快，其次是光电三极管、复合响应时间最快，其次是光电三极管、复合光电三极管和光电池，光电三极管和光电池，光敏电阻的时间响应最慢光敏电阻的时间响应最慢。(4)(4)如何设计光伏器件的反向偏置电路

10、（如何设计光伏器件的反向偏置电路（P69P69，图解法，图解法)选择负载电阻和偏置电压时应根据输入光通量的变选择负载电阻和偏置电压时应根据输入光通量的变化范围和输出信号的幅度要求来决定化范围和输出信号的幅度要求来决定l5 5、光谱响应：光敏电阻的光谱响应最宽（尤其是红、光谱响应：光敏电阻的光谱响应最宽（尤其是红外波段的光敏电阻）。外波段的光敏电阻）。l6 6、供电电源与应用的灵活性、供电电源与应用的灵活性l 光敏电阻无极性，可用于交、直流电源；光电光敏电阻无极性，可用于交、直流电源；光电池可不加偏压，但线性差；其它光伏器件要加反偏。池可不加偏压，但线性差；其它光伏器件要加反偏。l7 7、暗电流

11、与噪声：光电二极管的暗电流最小，光敏、暗电流与噪声：光电二极管的暗电流最小，光敏电阻及其它光伏器件的暗电流较大。具有高放大倍率电阻及其它光伏器件的暗电流较大。具有高放大倍率的复合光电三极管与面积较大的光电池的噪声最大。的复合光电三极管与面积较大的光电池的噪声最大。(5)(5)内光电器件特性比较内光电器件特性比较 l4 4 光电发射器件光电发射器件2)PMT2)PMT的特性参数的特性参数(1)(1)灵敏度灵敏度(2)(2)量子效率量子效率(3)(3)光谱响应（光谱响应（长、短波限长、短波限）(4)(4)暗电流暗电流(5)(5)增益增益NNi)(G10.7DD)(2.0UkakaSSIIG(6)(

12、6)噪声噪声 主要由主要由散粒噪声和负载电阻的热噪声散粒噪声和负载电阻的热噪声组成。组成。锑化铯（锑化铯（Cs3Sb）倍增极倍增极0.025DDU氧化的氧化的银镁合金银镁合金（AgMgOCs）1)PMT1)PMT的组成的组成它主要由它主要由光入射窗口、光电光入射窗口、光电阴极、电子光学系统、倍增阴极、电子光学系统、倍增极和阳极极和阳极等部分组成。等部分组成。)(122k2nDn散粒噪声fGqIIRfKTa4fGqI2k2k522KT42KaGqIR(7)(7)线性（造成非线性的原因（线性（造成非线性的原因（内因、外因，内因、外因，P87P87、P88P88）、疲劳与衰老疲劳与衰老。l2 2）光

13、电倍增管的供电电路光电倍增管的供电电路(1)(1)电阻链的设计电阻链的设计:原则原则 IR10Iamax (2)(2)电源电压电源电压R=Ubb/IR各分压电阻各分压电阻R Ri i （除第一级外）为：（除第一级外）为：(1.5)bbiRURNI而而R R1 1 应为应为R1=1.5Ri实际中常先按均匀分压选定电流，计算出电阻链分压实际中常先按均匀分压选定电流，计算出电阻链分压器的总阻值器的总阻值R R0.7(0.2)NNDDGU(0.025)NNDDGU由由计算计算UDD与与Ubb。l(3)(3)电源电压的稳定度电源电压的稳定度 bbbbUUGNUGU0.7DDDDUGNGU0.7bbbbU

14、GNGU对锑化铯倍增极对锑化铯倍增极 对银镁合金倍增极对银镁合金倍增极 bbDDDDbbUUGNNGUU 由于光电倍增管的输出信号由于光电倍增管的输出信号 ，因，因此，输出信号的稳定度与增益的稳定度有关此，输出信号的稳定度与增益的稳定度有关 .bbbb0 7UUGNUGU对锑化铯倍增极对锑化铯倍增极 对银镁合金倍增极对银镁合金倍增极 0.7(0.2)NNDDGU(0.025)NNDDGUoaLkVUI RGS PMTPMT后接的放大器常采用电压输入，因此要用负载后接的放大器常采用电压输入，因此要用负载电阻将输出电流变换为电压。负载电阻的选择应考电阻将输出电流变换为电压。负载电阻的选择应考虑它的

15、压降不能过大，否则将影响阳极的接收特性，虑它的压降不能过大，否则将影响阳极的接收特性，使管字偏离线性工作范围。同时还要考虑使管字偏离线性工作范围。同时还要考虑负载电阻负载电阻的热噪声的热噪声。l(4)(4)负载电阻负载电阻l(5)(5)接地方式接地方式(分别适用于哪种情况分别适用于哪种情况)l*1 1）阳极接地（）阳极接地（阴极负高压供电）阴极负高压供电）)阳极输出方便阳极输出方便，既可接交流放大器，也可接直流放大器。但阴极处既可接交流放大器，也可接直流放大器。但阴极处于负高压，因屏蔽罩都是与机壳相连接地的，所以于负高压，因屏蔽罩都是与机壳相连接地的，所以光、磁、电的屏蔽罩不能与阴极太近，至少

16、要间隔光、磁、电的屏蔽罩不能与阴极太近，至少要间隔1 12cm2cm，因此，因此PMTPMT的外形尺寸就大，同时暗电流和噪的外形尺寸就大，同时暗电流和噪声也较高。声也较高。l2 2）阴极接地（）阴极接地（阳极正高压供电阳极正高压供电）光、磁、电的屏光、磁、电的屏蔽罩跟阴极靠得很近，屏蔽效果好，蔽罩跟阴极靠得很近，屏蔽效果好，暗电流小暗电流小，噪，噪声电平低。但由于阳极处于正高压会导致寄生电容声电平低。但由于阳极处于正高压会导致寄生电容增大，匹配电缆增大，匹配电缆连接复杂连接复杂。若后面需接直流放大器。若后面需接直流放大器时，整个放大器就处于高电压，这样会产生不便；时，整个放大器就处于高电压，这

17、样会产生不便；若后面接交流放大器，就必须有一个耐压很高的隔若后面接交流放大器，就必须有一个耐压很高的隔直电容器。直电容器。l5 5 热辐射探测器热辐射探测器 CjGeCjGetTtjtCG00热辐射探测器的热辐射探测器的两个阶段（哪个阶段能产生热电效应）两个阶段（哪个阶段能产生热电效应）；热；热敏电阻、热电偶尤其是敏电阻、热电偶尤其是热释电探测器热释电探测器的工作原的工作原理及特性理及特性l1 1）热辐射的一般规律）热辐射的一般规律 001122222211TTTTCG 2152122NE164fkTAfGkTP111222516NEA fDD A fPkTl2 2）热敏电阻（半导体）热敏电阻

18、（半导体）特点：阻值与温度的变化非线性关系；特点：阻值与温度的变化非线性关系；必须加偏压必须加偏压，RT=RTaTTTaURRUUTbbTTbbL44TLRR1TTRRR RT T为热敏电阻在某个温度下的电阻值，常称为热敏电阻在某个温度下的电阻值，常称为为冷阻冷阻，如果功率为，如果功率为的辐射入射到热敏电的辐射入射到热敏电阻上，设其吸收系数为阻上，设其吸收系数为a a，则热敏电阻的，则热敏电阻的热热阻阻定义为吸收单位辐射功率所引起的温升，定义为吸收单位辐射功率所引起的温升，即即 aTR4bbLTUUa a RaRaUST4bb0交流灵敏度交流灵敏度S SS S为为 22bb14aRaUSTs直

19、流灵敏度直流灵敏度S S0 0为为 l热敏电阻的电压灵敏度（响应率）热敏电阻的电压灵敏度（响应率）单位入射辐射功率下热敏电阻变换电路的输出信号电压单位入射辐射功率下热敏电阻变换电路的输出信号电压称为灵敏度或响应率。称为灵敏度或响应率。l2 2）热电偶）热电偶热电偶是基于热电偶是基于温差热电效应温差热电效应的一种热探测器，响应时间较长，的一种热探测器，响应时间较长，约为约为几毫秒到几十毫秒几毫秒到几十毫秒，常用于探测直流或低频辐射；，常用于探测直流或低频辐射；可不可不加偏压加偏压。UOC=M12TQGRRRMTRRRMU)()(Li0L12LLi12LQLiL120L0)(GRRRMUS2T2Q

20、LiL12L1)(GRRRMUSl3 3）热释电探测器）热释电探测器热释电器件必须工作在热释电器件必须工作在居里点以下居里点以下，极化强度，极化强度PS是温度是温度T的函数，的函数，且热释电器件不同于其他光电器件，在恒定辐射作用的情况下输且热释电器件不同于其他光电器件，在恒定辐射作用的情况下输出的信号电压为零，出的信号电压为零，只有在交变辐射的作用下才会有信号输出。只有在交变辐射的作用下才会有信号输出。tTAtQisdddddP)(1GRAUT212e2d2122122 1/222 1/2(1)(1)vTeARSG Q=Ad(Ps/T)T=AdT问题：问题：如何理解热释电效应？热释电探测器为什

21、么只如何理解热释电效应？热释电探测器为什么只能检测交变辐射信号？能检测交变辐射信号？1、光谱响应范围光谱响应范围光子探测器光子探测器是对波长响应有选择性的探测器，是对波长响应有选择性的探测器，其响应范围由其响应范围由材料自身特性材料自身特性决定；决定；热探测器热探测器的光谱响应范围的光谱响应范围最宽，其光谱响应范围主要取决于器件的最宽，其光谱响应范围主要取决于器件的窗口材料窗口材料。2、响应频率响应频率均由探测器的工作机制决定。一般规律：均由探测器的工作机制决定。一般规律：热探测热探测器器（热释电除外）响应频率（热释电除外）响应频率最低最低（几千（几千Hz），其中热电偶响），其中热电偶响应频率

22、在应频率在100Hz范围内；光电导探测器响应频率次之，一般范围内；光电导探测器响应频率次之，一般在几在几MHz范围内；范围内；光伏探测器光伏探测器响应频率比光电导探测器响应频率比光电导探测器高高，可达几百可达几百MHz，其中，其中PIN管响应频率最高管响应频率最高，可达，可达GHz。3、光电特性直线性光电特性直线性光电导探测器的光电特性直线性最差，光光电导探测器的光电特性直线性最差，光伏探测器较好，光电倍增管最好。伏探测器较好，光电倍增管最好。4、入射光功率范围入射光功率范围一般在一般在0.1uw到几百到几百mw.特殊情况特殊情况,在探测在探测极微弱的可见光信号时多采用极微弱的可见光信号时多采

23、用PMT，其入射光功率范围在，其入射光功率范围在10-910-3W，APD在在10-710-5W；探测高能量激光功率时多采；探测高能量激光功率时多采用热电偶。用热电偶。5、外加偏置电压外加偏置电压除热电偶、光电池外，大部分光辐射探测器都除热电偶、光电池外，大部分光辐射探测器都要外加偏置电压。一般偏置电压在几伏到几十伏，并可由光电要外加偏置电压。一般偏置电压在几伏到几十伏，并可由光电系统的供电电路统一供电，但系统的供电电路统一供电，但PMT（6003000V）和）和APD（100-200V）必须单独供电）必须单独供电.6、归一化探测率归一化探测率D*大小大小热探测器的热探测器的D*最低，光电导探

24、测器次之，最低，光电导探测器次之，光伏探测器的光伏探测器的D*高，高，PMT在紫外和可见光波段的在紫外和可见光波段的D*最高。最高。7、工作环境及稳定性工作环境及稳定性探测可见光波段的硅光电探测器、探测可见光波段的硅光电探测器、CdS,CdSe及热电偶对环境无特殊要求，体积小，稳定性好；在及热电偶对环境无特殊要求，体积小，稳定性好；在红外波段的光子探测器一般在低温下工作，需要致冷；若对所红外波段的光子探测器一般在低温下工作，需要致冷；若对所探测的红外波段信号的灵敏度要求不高时可采用常温工作的热探测的红外波段信号的灵敏度要求不高时可采用常温工作的热探测器。探测器。PMT对杂散光、电磁干扰敏感，器

25、件体积大，要防震、对杂散光、电磁干扰敏感，器件体积大，要防震、防潮，对环境要求苛刻。防潮，对环境要求苛刻。8、价格价格硅、硅、CdS、CdSe和热敏电阻便宜，红外波段的光子探和热敏电阻便宜，红外波段的光子探测器要加红外透镜，价格贵一些；测器要加红外透镜，价格贵一些；PMT最贵。另外带前置放大最贵。另外带前置放大器的一体化探测器较贵。器的一体化探测器较贵。1 1、注入式半导体发光器件、注入式半导体发光器件LEDLED 发光二极管的基本工作原理与特性发光二极管的基本工作原理与特性 少数载流子的注入与复合而产生发光少数载流子的注入与复合而产生发光PNPN结结(同质结同质结)注入发光注入发光(发生在发

26、生在p p区区)异质结注入发光异质结注入发光(发生在发生在n n区区)2 2、半导体激光器（、半导体激光器（LDLD）l光受激辐射、发出激光必须具备三个要素：光受激辐射、发出激光必须具备三个要素：l1 1）、激活介质经受激后能实现能级之间的跃迁，要有）、激活介质经受激后能实现能级之间的跃迁，要有粒粒子数反转子数反转；l2 2）、能使激活介质产生粒子数反转的）、能使激活介质产生粒子数反转的泵浦装置泵浦装置；l3 3）、放置激活介质的）、放置激活介质的谐振腔谐振腔，提供光反馈并进行放大，提供光反馈并进行放大，发出激光。发出激光。L=mmnLn22或1211ln2thLR R驱动电源驱动电源工作物质

27、工作物质谐振腔谐振腔注入式注入式光子激励光子激励电子束激励电子束激励PN结（同质结）结（同质结）异质结异质结单异质结单异质结双异质结（双异质结（DH）解理面解理面布拉格反馈布拉格反馈分布反馈式分布反馈式DFB分布布拉格反射式分布布拉格反射式DBR LDLD发射的是受激辐射光发射的是受激辐射光 LEDLED发射的是自发辐射光发射的是自发辐射光 LEDLED的结构和的结构和LDLD相似，大多是采用双异质结相似，大多是采用双异质结(DH)(DH)芯片，把芯片，把有源层夹在有源层夹在P P型和型和N N型限制层中间，不同的是型限制层中间，不同的是LEDLED不需要光学谐不需要光学谐振腔，振腔，没有阈值

28、。没有阈值。三、光电耦合器件三、光电耦合器件 1 1、光电耦合器件的特点：电隔离、信号传输方向、具有抗、光电耦合器件的特点：电隔离、信号传输方向、具有抗 干扰和噪声的能力、响应速度快、实用性强、既具有耦合干扰和噪声的能力、响应速度快、实用性强、既具有耦合特性又具有隔离特性。特性又具有隔离特性。2 2、光电耦合器件的主要特性参数：、光电耦合器件的主要特性参数：传输特性、隔离特性传输特性、隔离特性 3 3、光电耦合器件的应用、光电耦合器件的应用:如：构成逻辑门电路如：构成逻辑门电路 Sfd1 1、光电信息变换的分类、光电信息变换的分类(6(6种基本形式，两种光电变换电路的种基本形式，两种光电变换电

29、路的 特点特点)*2 2、光电变换电路的分类（、光电变换电路的分类（差分变换电路、光外差检测电路的差分变换电路、光外差检测电路的特点；激光干涉测位移（特点；激光干涉测位移（L=n/2）、莫尔条纹测位移）、莫尔条纹测位移（，L=nqnd ）3 3、光电信号的变换方法：几何光学、光电信号的变换方法：几何光学、物理光学物理光学（干涉条纹跟干涉条纹跟踪法、踪法、双频激光干涉系统、双频激光干涉系统、衍射方法的光电信息变换衍射方法的光电信息变换）4 4、光电信号的时域调制变换：、光电信号的时域调制变换：调制：调幅、调相和调频（特点、调制后的频谱、带宽），调制：调幅、调相和调频（特点、调制后的频谱、带宽），

30、内调制和外调制内调制和外调制 解调：直线律检波和相敏检波解调：直线律检波和相敏检波(特点特点)2sin(/2)ddm图图像像传传感感器器真空成像图像传感器真空成像图像传感器 如变像管，像增强器（如变像管，像增强器（直视型直视型）摄像管：光电型、热释电型摄像管：光电型、热释电型固体成像图像传感器固体成像图像传感器CCDCCD图像传感器图像传感器（自扫描型自扫描型）（扫描型扫描型）二、组成、功能及工作原理二、组成、功能及工作原理1、像管的工作原理及典型结构、像管的工作原理及典型结构像管成像物理过程：（三个环节）像管成像物理过程：（三个环节）（1 1）、微弱的光或不可见的输入辐射图像转换成电子图像（

31、）、微弱的光或不可见的输入辐射图像转换成电子图像（光光电阴极电阴极完成）完成）（2 2）、电子图像获得能量或数量增强，并聚焦成像（电子光学）、电子图像获得能量或数量增强，并聚焦成像（电子光学系统即系统即电子透镜电子透镜）（3 3）、将增强的电子图像转换成可见光的图像（）、将增强的电子图像转换成可见光的图像（荧光屏荧光屏）CMOSCMOS图像传感器图像传感器（自扫描型自扫描型）2 2、摄像管、摄像管（1 1）光电摄像管的作用，基本功能：光电变换、光电信息）光电摄像管的作用，基本功能：光电变换、光电信息的积累、储存及扫描输出。的积累、储存及扫描输出。具体分为以下四个过程：具体分为以下四个过程：1.

32、1.光学图像转变成电荷（电位）图像；光学图像转变成电荷（电位）图像；2.2.对电荷图像进行存贮和积累；对电荷图像进行存贮和积累；3.3.对电信号进行放大和增强；对电信号进行放大和增强；4.4.对存贮电荷图像的各个像素进行扫描，输出与输入信对存贮电荷图像的各个像素进行扫描，输出与输入信息成比例的一维电信号。息成比例的一维电信号。1 1）内光电变换型（视像管）：由光电导靶、电子枪及信号）内光电变换型（视像管）：由光电导靶、电子枪及信号输出三部分组成。光电导型（如硫化锑摄像管；输出三部分组成。光电导型（如硫化锑摄像管；pnpn结型氧结型氧化铅摄像管等）。没有移像区，光电变换部分和光信息存化铅摄像管等

33、）。没有移像区，光电变换部分和光信息存储全由一个靶来完成。储全由一个靶来完成。2 2）、外光电变换型（光电发射型）：超正析管、分流管、）、外光电变换型（光电发射型）：超正析管、分流管、二次电子导电摄像管和硅靶电子倍增管等。有移像区，二次电子导电摄像管和硅靶电子倍增管等。有移像区，它的光电变换部分和光信息存储部分是由两部分来完它的光电变换部分和光信息存储部分是由两部分来完成的，彼此分离，总称为移像区。成的，彼此分离，总称为移像区。3 3、CCDCCD图像传感器图像传感器CCD的的特点特点：CCDCCD是由一系列排得很紧密的是由一系列排得很紧密的MOSMOS电容器电容器组成。组成。以以电荷作为信号

34、电荷作为信号,通过电荷的存贮和转移通过电荷的存贮和转移，来，来实现信号的存储实现信号的存储和转移和转移。CCD的的基本功能基本功能：电荷的存储和电荷的转移电荷的存储和电荷的转移CCDCCD基本工作原理基本工作原理信号电荷的产生：信号电荷的产生：光注入光注入、电注入、电注入信号电荷的存贮：关键是势阱的形成信号电荷的存贮：关键是势阱的形成信号电荷的传输：势阱变化（因素）信号电荷的传输：势阱变化（因素）,驱动脉冲驱动脉冲信号电荷的检测：信号电荷的检测：浮置扩散放大器浮置扩散放大器电压输出：电压输出：特点，特点，复位脉冲信号复位脉冲信号的作用的作用P212，P213CCDCCD摄像器件的基本特性参数摄

35、像器件的基本特性参数1 1）电荷转移效率电荷转移效率2 2）驱动频率驱动频率 3 3）噪声：散粒噪声、转移噪声、热噪声）噪声：散粒噪声、转移噪声、热噪声 i1()2f二相i1()3f三相g1()3f三相g1()2f二相引起转移损失的原因：界面态效应（表面态对电荷的引起转移损失的原因：界面态效应（表面态对电荷的浮获浮获）；）；时钟频率时钟频率选择不当。选择不当。如何较少转移损失如何较少转移损失？(1)单沟道线阵单沟道线阵CCD：组成及工作过程组成及工作过程(2)双沟道线阵双沟道线阵CCD：组成及工作过程组成及工作过程 光积分过程光积分过程 电荷转移电荷转移 电荷传输电荷传输 光积分过程光积分过程

36、 电荷转移电荷转移 电荷传输电荷传输(1)帧转移面阵帧转移面阵CCD（适合于三相器件适合于三相器件）：它由成像区）：它由成像区(像敏像敏区区)、暂存区和水平读出寄存器等三部分构成。、暂存区和水平读出寄存器等三部分构成。CMOS图像传感器的组成、像敏单元结构、信号读出图像传感器的组成、像敏单元结构、信号读出方式等；方式等；CCD与与CMOS图像传感器的图像传感器的主要区别主要区别:1、信息读取方式、信息读取方式2、速度、速度3、电源及耗电量、电源及耗电量4、制作工艺、制作工艺5、成像质量、成像质量一、光电信号的二值化处理光电信号的二值化处理 1 1、单元光电信号的二值化处理、单元光电信号的二值化

37、处理：固定阈值法、：固定阈值法、浮动阈值法浮动阈值法2 2、视频信号的二值化处理：、视频信号的二值化处理：1）硬件二值化处理方法：固定阈值法、）硬件二值化处理方法：固定阈值法、浮动阈值法浮动阈值法2）微分法实现的二值化处理方法：）微分法实现的二值化处理方法：提取边界特征提取边界特征二、序列光电信号的二值化数据采集与接口方法二、序列光电信号的二值化数据采集与接口方法1、硬件二值化数据采集方法硬件二值化数据采集方法：实用于物体外形尺寸测量：实用于物体外形尺寸测量且只实用于在一个行周期内只有一个二值化脉冲，无法且只实用于在一个行周期内只有一个二值化脉冲，无法检测被测物体在视场中的具体位置。检测被测物

38、体在视场中的具体位置。2、边沿送数法二值化数据采集计算机接口：边沿送数法二值化数据采集计算机接口：计数器某计数器某时刻的计数值为线阵时刻的计数值为线阵CCD在此时刻输出像敏单元的位置在此时刻输出像敏单元的位置序号。序号。区别区别序列光电信号的量化处理：序列光电信号的量化处理：线阵线阵CCDCCD输出信号量化输出信号量化处理采用处理采用高分辨率高分辨率A/DA/D转换器转换器ADS8322ADS8322 1.1.线阵线阵CCDCCD输出信号输出信号A/DA/D数据采集的基本组成数据采集的基本组成 *2、视频信号的、视频信号的A/D数据采集数据采集(面阵面阵CCD)1）基于基于PC总线的图像采集卡

39、：总线的图像采集卡：特点：传输速度低，特点：传输速度低，必须设置帧存储器必须设置帧存储器2）基于基于PCI总线的图像采集卡：总线的图像采集卡：数据传输率快，用数据传输率快，用数据缓存器（数据缓存器（FIFO存储器）代替帧存储器。存储器）代替帧存储器。板卡式板卡式人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。