光電式傳感器ppt課件(2)(編輯修改稿)
2025-06-02 04:12 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 MOS的金屬電極加正壓，電極下的 P型硅區(qū)域內(nèi)空穴被趕盡，留下帶負(fù)電荷的負(fù)離子，其中無(wú)導(dǎo)電的載流子，形成耗盡層。它是電子的勢(shì)阱。勢(shì)阱的深淺取決于 U的大小。 B、電荷的存儲(chǔ) 勢(shì)阱具有存儲(chǔ)電荷的功能，勢(shì)阱內(nèi)所吸收的光生電子數(shù)量與入射到勢(shì)阱附近的光強(qiáng)成正比。 CCD器件將物體的光像形成對(duì)應(yīng)的電像時(shí)，就是 CCD器件中上千個(gè)相互獨(dú)立的 MOS單元?jiǎng)葳逯写鎯?chǔ)與光像對(duì)應(yīng)的電荷量。 (二 )讀出移位寄存器 是電荷圖像的輸出電路 研究如何實(shí)現(xiàn)勢(shì)阱下的電荷從一個(gè)MOS元位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè) MOS元位置，并依次轉(zhuǎn)移并傳輸出來(lái)。 A、電荷的定向轉(zhuǎn)移 當(dāng)外加電壓一定時(shí)，勢(shì)阱的深度隨勢(shì)阱中的電荷量的增加而線(xiàn)性減少。由此通過(guò)控制相鄰 MOS電容器柵極電壓高低來(lái)調(diào)節(jié)勢(shì)阱的深淺。 要求： 多個(gè) MOS電容緊密排列且勢(shì)阱相互溝通。 金屬電極上加電壓脈沖嚴(yán)格滿(mǎn)足相位要求。 B、三相 CCD電極的結(jié)構(gòu) MOS上三個(gè)相鄰電極，每隔兩個(gè)所有電極接在一起。由 3個(gè)相位差 120176。 時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)。 1 2 31 4 7 2 5 8 3 6 9? ? ?驅(qū)動(dòng)（，） 驅(qū)動(dòng)（，）（驅(qū)動(dòng)，）1 1 2 3 1 0 0 1t ? ? ?時(shí)刻， 為（ ），組電極下形成深勢(shì)阱，勢(shì)阱中存儲(chǔ)電荷形成電荷包。2 3 1 21212tt ??時(shí)刻至 時(shí)刻， 電壓線(xiàn)性減小， 為高電平，組電極下的勢(shì)阱變淺，組電極下形成深勢(shì)阱，電荷從組電極下逐漸轉(zhuǎn)移到 組電極下。向右移，直至輸出。、依此類(lèi)推，電荷由勢(shì)阱中。電荷逐漸全部移入至Ntt?4321243 ?C、電荷的輸出 在輸出端 P型硅襯底上擴(kuò)散形成輸出二極管，二極管加反壓，在 PN結(jié)形成耗盡層。輸出柵 OG加壓使電荷轉(zhuǎn)移到二極管的耗盡區(qū)，作為二極管的少數(shù)載流子形成反向電流輸出。輸出電流的大小與電荷大小成正比，通過(guò)負(fù)載變?yōu)殡妷狠敵觥? 3? 1? 2? 3? OGniULR0USiP0I輸出二極管電流法 (三 )線(xiàn)陣電荷耦合器件 線(xiàn)陣 CCD結(jié)構(gòu)原理圖 （ 1）光照光敏元，各光敏元中的光敏二極管產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)，電子注入對(duì)應(yīng)的MOS勢(shì)阱中，光像變?yōu)殡娤?—電荷包。（光積分） （ 2）積分周期結(jié)束，控制信號(hào)使轉(zhuǎn)移柵打開(kāi)，光生電荷就通過(guò)轉(zhuǎn)移柵耦合到移位寄存器中，通過(guò)移位寄存器并行輸出。 （ 3）轉(zhuǎn)移柵關(guān)閉后，光敏單元開(kāi)始下一行圖像信號(hào)積分采集。 圖 712 各脈沖的波形和相位 (四 )面陣電荷耦合器件 光敏區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)分開(kāi)，光敏區(qū)在積分時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生與光像對(duì)應(yīng)的電荷包，在積分周期結(jié)束后，利用時(shí)鐘脈沖將整幀信號(hào)轉(zhuǎn)移到讀出寄存器。然后，整幀信號(hào)再向下移，進(jìn)入水平讀出移位寄存器，串行輸出。（一幀對(duì)應(yīng)光敏區(qū) MOS的數(shù)量） 光敏區(qū) 存儲(chǔ)區(qū) 讀出寄存器 七 、 CCD圖像傳感器應(yīng)用 線(xiàn)陣 CCD器件檢測(cè)工件尺寸 ( 2 )L N d d M?? L—— 工件尺寸， N—— 覆蓋的光敏單元 d—— 相鄰光敏單元中心距離 M—— 光學(xué)系統(tǒng)放大率 2d為圖象末端兩個(gè)光敏單元之間可能的最大誤差。根據(jù)目前產(chǎn)品情況 d＝ 0． 013～0． 03mm。 文字圖像識(shí)別系統(tǒng) 郵政編碼識(shí)別系統(tǒng)。寫(xiě)有郵政編碼的信封放在傳送帶上，傳感器光敏元的排列方向與信封的運(yùn)動(dòng)方向垂直，光學(xué)鏡頭將編碼的數(shù)字聚焦到光敏元上。當(dāng)信封運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器以逐行掃描的方式把數(shù)字依次讀出。 讀出的數(shù)字經(jīng)二值化等處理，與計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的數(shù)字特征比較，最后識(shí)別出數(shù)字碼。由數(shù)字碼，計(jì)算機(jī)控制分類(lèi)機(jī)構(gòu)，把信件送入相應(yīng)分類(lèi)箱中。 驅(qū)動(dòng)電路 分類(lèi)機(jī)構(gòu) 計(jì)算機(jī) 細(xì)化二值化 處理 傳送帶 CCD 透鏡 1 分類(lèi)箱 2 3 郵政編碼識(shí)別系統(tǒng) 八、位置敏感器件（ PSD） PSD是一種對(duì)其感光面上入射光點(diǎn)位置敏感的器件，也稱(chēng)光坐標(biāo)電池。分為一維 PSD和二維 PSD。具有高靈敏度、高分辨力、響應(yīng)速度快和配置電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。 第三節(jié) 光纖傳感器 一 、 光纖傳感器的基本知識(shí) 光纖結(jié)構(gòu) 由纖芯和包層組成 （ 石英玻璃 5—100um)（ n1n2)。 外層一層尼龍保護(hù)套 。 傳輸原理 光的全內(nèi)反射是光纖傳輸光的基礎(chǔ)。 （ 1）光的全反射條件 光由纖芯到包層表面 ， 由光的折射定律 。 。時(shí)，光在纖芯中全反射當(dāng)為臨界角此時(shí)全反射時(shí)，CCCCnnnn??????????????1221si n90si nsi n?（ 2）數(shù)值孔徑 NA 光由空氣射入光纖端面，與軸成 角。 ?39。0 1 1211s in s in s in ( 9 0 )c o s 1 s inn n nnn? ? ???? ? ?? ? ?222102221212210a r c si n11si nnnnnnnnnnCC???????????光全反射時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)全反射，光在纖芯內(nèi)全反射（無(wú)損耗）傳輸。 。（。之為數(shù)值孔徑反映光纖聚焦本領(lǐng)，稱(chēng)2221s i n)s i nnnNANANACC???????希望 NA越大越好。它表明無(wú)論光源發(fā)射功率多大，只有 2 內(nèi)的光才能被光纖接受，全反射傳輸。 C?光纖分類(lèi)：按傳輸模式分單模光纖、多模光纖 模的概念 光纖傳輸光波，可分解為沿縱向和橫向傳輸兩種平面波成分。橫向波在纖芯和包層界面上產(chǎn)生全反射。當(dāng)它在橫向往返依次的相位變化為 2 的整數(shù)倍時(shí)，形成駐波。形成駐波的光線(xiàn)組成為模。模是離散存在的。一定材質(zhì)一定尺寸的光纖只能傳輸特定模數(shù)的光波。 模的確定 光纖傳輸模數(shù)由歸一化頻率確定。
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