光电传感器应用技术第8章-第3节课件.ppt

1、1、基本结构、基本结构2.TCD1251D的工作原理的工作原理 TCD1251D在如图8-26所示的驱动脉冲作用下工作。3.TCDl251D驱动电路驱动电路 TCDl251D的驱动电路如图8-27所示。由如图8-23所示的驱动脉冲发生器产生的转移脉冲、驱动脉冲、和复位脉冲等四路驱动脉冲经反向器74HC04P反向后加到TCD1251D的相应管脚上。该器件将输出OS信号与DOS信号。其中OS信号含有效光电信号，DOS输出为补偿信号。4.TCDl251D的特点与特性的特点与特性（1）驱动简便 在TCD1251D器件的内部设置有电平转换驱动电路，只要提供0.3V5V的驱动脉冲器件就可以正常工作，极大地

2、方便了用户。（2）灵敏度高 TCD1251D的光电灵敏度为35V/lx.s，它的饱和曝光量为0.05lx.s，动态范围为3800，属于高灵敏高动态范围的器件。（3）光谱响应 如图8-28所示TCD1251D的光谱响应曲线。其峰值响应波长m为550nm，与人眼的光谱响应峰值波长很接近；长波截止波长为1100nm，在近红外区有较好的响应；短波截止波长可延长到紫外谱区，接近250nm。光谱响应范围宽是它的另一个特点。该器件在整个可见光谱区的响应高于70%，是比较理想的光谱探测器件。另外，它像敏单元尺寸小（11m11m）分辨率高，又是性能优良的尺寸检测探测器件。（4）温度特性 TCD1251D的温度特

3、性如图8-29所示。当环境温度由零度增长到60时，由于它能够分别从OS和DOS端输出光敏单元信号和暗电流信号，而且尽管这两个信号都随温度变化，但是，它们随温度变化的规律是相同的，又相当于在同温槽内。因此，它们的差分信号对温度变化的影响会被差分放大器抑制共模干扰特性所抵消，而不明显。5.TCD1251D的特性参数的特性参数 它的像敏单元的不均匀性参数不如单沟道器件TCD1209D，因为双沟道器件的信号分别通过两个移位寄存器沟道输出，这两个沟道的转移特性的差异会造成输出信号的奇偶性，必然影响器件像敏单元的不均匀性参数。8.5.3 线阵线阵CCD类型与发展类型与发展 不同领域中应用的特殊需要向人们提

4、出了设计不同类型器件的要求，现在已经生产出许多供不同应用领域应用的多种线阵CCD图像传感器。1、光谱探测类型线阵光谱探测类型线阵CCD 光谱探测与分析需要的线阵CCD应具有光谱响应范围宽、动态范围广、像敏单元不均匀性好等特点。S3922、S3923、RL1024SB等器件，它们普遍具有像敏单元尺寸大（500m50m）的特点，像敏单元尺寸的增大不仅增大了接收光辐射的面积，提高响应度而且增大了电荷存储的容量，使动态范围大幅度地得到提高。2、高分辨率的非接触尺寸检测、高分辨率的非接触尺寸检测 工业应用中非接触尺寸检测是非常普遍的课题，为提高测量精度与测量范围，常常要求线阵CCD器件的像敏单元尺寸小数

5、量多。TCD1500C、TCD1703D、TCD1708D等器件均符合上述要求。1.高速图像采集高速图像采集 为探测高速飞行物体的飞行姿态或测量其他高速运动体的表面质量的需要，提高线阵CCD的工作速度是关键。对于高速工作的线阵CCD，常采用“分段同步驱动”的设计思想，例如，RL188D器件为分16段并行驱动输出的1024像元线阵CCD，若每段的工作频率为40MHz，等效驱动频率为640MHz。40MHz工作频率的制造工艺不难实现，高速飞行或运动物体的检测问题也不难解决。8.6 典型面阵典型面阵CCD图像传感器图像传感器8.6.1概述概述 二维面阵CCD图像传感器有不同的结构与排列方式，如帧转移

6、、隔列转移、线转移和全帧转移等方式。(1)帧转移面阵CCD 如图8-31所示为帧转移方式的面阵CCD图像传感器的原理结构图。(2)隔列转移型面阵隔列转移型面阵CCD隔列转移型面阵CCD的结构如图8-32(a)所示。(3)线转移型面阵线转移型面阵CCD 如图8-33所示为线转移方式的面阵CCD的结构图，它与前面两种转移方式相比，取消了存储区，多了一个线寻址电路。8.6.2典型帧转移型面阵典型帧转移型面阵CCD器件器件1.TCD5130AC面阵面阵CCD TCD5130AC是一种帧转移型面阵CCD。常用于三管彩色CCD电视摄像机中。它的有效像元数为754(H)583(V)；像元尺寸(长高)为12.

7、0m11.5m；像敏面积为9.05mm6.70mm，一般将它封装如图8-34所示。各管脚的定义如图8-35所示。TCD5130AC的结构原理图如图8-36所示。图8-37所示为TCD5130AC像敏区的原理结构图。奇数场的驱动脉冲波形如图8-38所示图8-39为偶数场的驱动脉冲波形图 图8-41是B段的波形展开图，图8-42是C段的波形展开图 TCD5130AC的特性参数如表8-3所示。表表8-3 TCD5130AC的特性参数的特性参数特性参数符 号最小值典型值最大值单 位响应度R6580mv/Lx饱和输出电压Usat600900mV暗信号电压Udak12mV图像像晕SMR-120-110dB

8、 输出电流IOD10mA失落电压LAGd0.11mV输出阻抗Zo250300思考题与习题思考题与习题8 8.1为什么说N型沟道CCD的工作速度要高于P型沟道CCD的工作速度而埋沟CCD的工作速度要高于表面沟道CCD的工作速度？8.2 试说明为什么在栅极电压相同的情况下不同氧化层厚度的MOS结构所形成的势阱存储电荷的容量不同，氧化层厚度越薄电荷的存储容量越大。8.3 为什么二相线阵CCD电极结构中的信号电荷能在二相驱动脉冲的驱动下进行定向转移而三相线阵CCD必须在三相交迭脉冲的作用下才能进行定向转移？8.4 试说明电流输出方式中复位脉冲RS的作用，并分析当复位脉冲RS没有加上时CCD的输出信号将

9、会怎样？8.5 为什么要引入胖零电荷？胖零电荷属于暗电流吗？能通过对CCD器件制冷消除胖零电荷吗？8.6 若二相线阵CCD器件TCD1251D像敏单元为2700个，器件的总转移效率为0.92，试计算它每个转移单元的最低转移效率为多少？8.7 设TCD1209D的驱动频率为2MHz，试计算TCD1209D的最短积分时间为多少？当从表5-1中查到其光照灵敏度（响应R）31v/lx.s时，试求使其饱和所需要的最低照度？8.8 若，又知TCD1209D的动态范围为2000，它的最小探测照度为多少？像元上的最低可探测的光通量有为多少？8.9 试说明TCD1209D驱动器中的SH、RS与CP的作用，并分析若RS脉冲由于故障而丢失，TCD1209D的输出将会怎样？SH脉冲丢失又会怎样？8.10已知TCD1209D的最高驱动频率为20MHz，有效像元数为2048，虚设单元数为40，它的饱和曝光量为0.06lx.s，动态范围为2000；问，使输出信号的幅度高于饱和输出幅度的一半，像面的照度应不低于多少？