[信息與通信]8光電式傳感器(編輯修改稿)
2025-01-03 22:45 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 吸收的光通量 φP－光敏元件所接收的光通量 φ0－光源發(fā)出一定的光通量 I＝ F( φP)＝ F’( φA) 測量液體、氣體和固體的透明度和混濁度。 A φA 光敏元件 φp I 被測對象 φ0 光電式傳感器 2022/1/3 30 (2)反射式 測量表面粗糙度 Aφp＝ φ0－ φA φA－被測對象損失光通量 (3)輻射式 I＝ F(φP)＝ F(φ0)＝ F’(T) 如光電高溫計(jì)、和爐子燃燒監(jiān)視裝置 Aφp＝ φ0 光電式傳感器 2022/1/3 31 (4)遮擋式 I＝ F（ φP）＝ F’（ φA） 光敏 元件 (5)開關(guān)式 ，光路“通”與“不通” 用于開關(guān)，計(jì)數(shù)，編碼等。 光電式傳感器 2022/1/3 32 電荷耦合器件 優(yōu)點(diǎn)： ? 壽命長。 CCD攝像管的壽命約 20一 30年。 ? 成本低。用 CCD攝像管構(gòu)成的攝像機(jī)沒有電子槍及其附屬設(shè)備，體積小，成本低。 ? 機(jī)械性能好，耐震、耐撞，不怕強(qiáng)光照射。 ? 重合精度高。攝像管與鏡頭固定牢固，匹配精確。 ? 暫留特性好，適于拍攝運(yùn)動(dòng)圖像。 2022/1/3 33 CCD的基本工作原理 ① CCD的電荷存儲(chǔ) 構(gòu)成 CCD的基本單元是 MOS電容器，由金屬、氧化物、半導(dǎo)體材料構(gòu)成。 2022/1/3 34 原理 工作原理是依靠MOS電容與其電子勢阱的存儲(chǔ)電荷作用，以及改變柵壓高低可以使勢阱內(nèi)電荷包逐個(gè)勢阱轉(zhuǎn)移的效應(yīng) 。 2022/1/3 35 ? 當(dāng) MOS電容柵壓增高時(shí)，在半導(dǎo)體內(nèi)部被排斥的電荷數(shù)也增加，耗盡層厚度增加，半導(dǎo)體內(nèi)電勢越低，電子則向耗盡層移動(dòng)、存儲(chǔ)，象對電子的陷阱一樣，稱為電子勢阱。電子勢阱可以用來存放電子。其特點(diǎn)是：當(dāng)柵壓增加，勢阱變深；當(dāng)柵壓減小，勢阱變淺，電子向勢阱深處移動(dòng)。 2022/1/3 36 2022/1/3 37 2022/1/3 38 2022/1/3 39 2022/1/3 40 在一定的條件下，所加 VG越大，耗盡層越深， MOS電容器所容納的少數(shù)載流子電荷量就越大。 2022/1/3 41 2022/1/3 42 2022/1/3 43 2022/1/3 44 CCD信號電荷產(chǎn)生有兩種方式：光信號注入和電壓信號注入。 用做圖像傳感器時(shí)，由光注入電荷信號。 勢阱內(nèi)的電荷包是由光敏材料受光照射后激發(fā) → 產(chǎn)生電子空穴對 在柵極電壓的作用下，空穴被排斥進(jìn)入襯底 而電子被收集在勢阱里，成為信號電荷 存儲(chǔ)電荷的多少正比于照射光強(qiáng) 這就是 CCD攝像器件的光電變換過程。 ② 光信號注入與電荷產(chǎn)生 2022/1/3 45 光注入方式有： ? 正面照射：電極用透明導(dǎo)電材料（氧化錫、氧化鈦等）制作。 ? 背面照射：需將襯底減薄 ? 直接照射：在每個(gè)光敏單元的電極下開一個(gè)很小的孔，光線直接照射到硅片表面 通常在半導(dǎo)體硅片上制有幾百或幾千個(gè)相互獨(dú)立的排列的 MOS光敏源，稱為光敏源陣列。如果在金屬電極上施加一正偏壓，則在硅片上形成幾百或幾千個(gè)相互獨(dú)立的勢阱。如果照射在這些光敏元上的是一幅明暗起伏的圖像，那么這些光敏元就感生出一幅與光照強(qiáng)度相對應(yīng)的光生電荷圖像，這就是電荷耦合攝像器件的基本原理。 2022/1/3 46 ③ 電荷轉(zhuǎn)移 ? CCD的最基本結(jié)構(gòu)是彼此非?？拷囊幌盗蠱OS電容器，耗盡區(qū)能夠在控制下相通，這是保證相鄰的勢阱耦合和電荷轉(zhuǎn)移的基本條件。 ? 任何可移動(dòng)的電荷信號總是力圖向表面勢大的位置移動(dòng)， → 相鄰勢阱間的電荷轉(zhuǎn)移。 ? 實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移的驅(qū)動(dòng)脈沖有二相，三相、四相。 2022/1/3 47 1 2 3 4 5 6 t= t1時(shí)，電極 4在 V1的作用下形成勢阱，并存有電荷 。 2022/1/3 48 1 2 3 4 5 6 t= t2時(shí)，電極 5在 V2的作用下形成勢阱，電極 4下面的勢阱變淺，所存電荷開始向 5轉(zhuǎn)移 。 2022/1/3 49 1 2 3 4 5 6 t= t3時(shí)，電極 4下面的勢阱消失，電荷完全轉(zhuǎn)到電極 5下面。 2022/1/3 50 1 2 3 4 5 6 t= t4時(shí)，電極 6在 V3的作用下形成勢阱，電極 5下面的勢阱變淺，所存電荷開始向 6轉(zhuǎn)移。 2022/1/3 51 1 2 3 4 5 6 t= t4時(shí)，電極 5下面的勢阱消失，電荷完全轉(zhuǎn)到電極 6下面。 2022/1/3 52 t= t+T時(shí)，原電極 1下面的電荷全部轉(zhuǎn)到電極 4下面。 1 2 3 4 5 6 2022/1/3 53 2022/1/3 54 2022/1/3 55 2022/1/3 56 ④ CCD的信號輸出
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