【正文】 實(shí)質(zhì)上是一種光敏元件與移位寄存器合而為一的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為 光積蓄式結(jié)構(gòu) ，這種結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。v 但是因光生電荷的積蓄時(shí)間比轉(zhuǎn)移時(shí)間長(zhǎng)得多，所以再生圖像往往產(chǎn)生 “ 拖尾 ” ，圖像容易模糊不清。v 另外，直接采用 MOS電容器感光雖然有不少優(yōu)點(diǎn)，但它對(duì)藍(lán)光的透過(guò)率差，靈敏度低。v 現(xiàn)在更多地在 CCD圖像傳感器上使用的是光敏元件與移位寄存器分離式的結(jié)構(gòu)，如圖 53所示。 (a)單讀式 （ b）雙讀示 圖 53 光敏元件與移位寄存器分離式結(jié)構(gòu) CCD電容器陣列在這里只起移位寄存器的作用。它的靈敏度極高，在低照度下也能獲得清晰的圖像，在強(qiáng)光下也不會(huì)燒傷感光面。雙讀式結(jié)構(gòu)，與長(zhǎng)度相同的單讀式式相比較，可以獲得高出兩倍的分辨率。電荷損失減少，保證分辨率。器件尺寸縮短。 模擬信號(hào)傳輸移位寄存器 奇數(shù)傳輸門(mén) 偶數(shù)傳輸門(mén) 模擬信號(hào)傳輸移位寄存器視頻信號(hào)放大器視頻輸出信號(hào)GND時(shí)鐘信號(hào)+Ucc 2048 2047 光電元件陣列 2 1圖 54 線(xiàn)陣 CCD內(nèi)部框圖 面型 CCD圖像傳感器面型 CCD圖像傳感器由感光區(qū)、信號(hào)存儲(chǔ)區(qū)和輸出轉(zhuǎn)移部分組成。目前存在三種典型結(jié)構(gòu)形式，如圖所示。 面陣 CCD圖像傳感器由雙讀式結(jié)構(gòu)線(xiàn)陣構(gòu)成，它有多種類(lèi)型。常見(jiàn)的有行轉(zhuǎn)移（ LT）、幀轉(zhuǎn)移（ FT）和行間轉(zhuǎn)移（ ILT）方式。行轉(zhuǎn)移（ LT）幀轉(zhuǎn)移（ FT）行間轉(zhuǎn)移（ ILT）方式彩色 CCD圖像傳感器v 被測(cè)景物的圖像的每一個(gè)光點(diǎn)由彩色矩陣濾光片分解為紅、綠、藍(lán)三個(gè)光點(diǎn)，分別照射到每一個(gè)像素的三個(gè)光敏二極管上，各自產(chǎn)生的光生電荷分別代表該像素紅、綠、藍(lán)三個(gè)光點(diǎn)的亮度。v 經(jīng)輸出和傳輸后，可在顯示器上重新組合，顯示出每一個(gè)像素的原始彩色。固態(tài)圖像傳感器輸出信號(hào)具有如下特點(diǎn)：(1)與光像位置對(duì)應(yīng)的時(shí)間先后性，即能輸出時(shí)間系列信號(hào)；(2)串行的各個(gè)脈沖可以表示不同信號(hào)，即能輸出模擬信號(hào)；(3)能夠精確反映焦點(diǎn)面信息，即能輸出焦點(diǎn)面信號(hào)。 2 CMOS 圖像傳感器CMOS圖像傳感器是按一定規(guī)律排列的互補(bǔ)型金屬 — 氧化物 — 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）組成的陣列。vCMOS型光電轉(zhuǎn)換器件v CMOS型放大器：以增強(qiáng)型 NMOS場(chǎng)效應(yīng)管 V1作為共源放大管，以增強(qiáng)型 PMOS場(chǎng)效應(yīng)管 V V3構(gòu)成的鏡像電流源作為有源負(fù)載，就構(gòu)成了 CMOS型放大器。圖 56 CMOS型放大器圖 56 CMOS型放大器v 與 CMOS型放大器源極相連的 P型半導(dǎo)體襯底充當(dāng)光電變換器的感光部分。v 當(dāng) CMOS型放大器的柵源電壓 uGS=0時(shí)， CMOS型放大器處于關(guān)閉狀態(tài)，即 iD=0。 v 當(dāng)積蓄過(guò)程結(jié)束，柵源之間加上開(kāi)啟電壓時(shí)，源極通過(guò)漏極負(fù)載電阻對(duì)外接電容充電形成電流即為光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的輸出。 CMOS圖像傳感器v利用 CMOS型光電變換器件可以做成 CMOS圖像傳感器。v 由 CMOS襯底直接受光信號(hào)照射產(chǎn)生并積蓄光生電荷的方式不大采用。v 現(xiàn)在更多地采用光敏元件與 CMOS型放大器分離式的結(jié)構(gòu)。CMOS線(xiàn)型圖像傳感器構(gòu)成v CMOS線(xiàn)型圖像傳感器由光敏二極管和 CMOS型放大器陣列以及掃描電路集成在一塊芯片上制成。v 一個(gè)光敏二極管和一個(gè) CMOS型放大器組成一個(gè)像素。光敏二極管陣列在受到光照時(shí)，便產(chǎn)生相應(yīng)于入射光量的電荷。v 掃描電路以時(shí)鐘脈沖的時(shí)間間隔輪流給 CMOS型放大器陣列的各個(gè)柵極加上電壓， CMOS型放大器輪流進(jìn)入放大狀態(tài)，將光敏二極管陣列產(chǎn)生的光生電荷放大輸出。vCMOS面型圖像傳感器則是由光敏二極管和 CMOS型放大器組成的二維像素矩陣，并分別設(shè)有 X－ Y水平與垂直選址掃描電路。v 水平與垂直選址掃描電路發(fā)出的掃描脈沖電壓，由左到右，由上到下，分別使各個(gè)像素的 CMOS型放大器處于放大狀態(tài)。v 二維像素矩陣面上各個(gè)像素的光敏二極管光生和積蓄的電荷依次放大輸出。 CMOS圖像傳感器的應(yīng)用vCMOS圖像傳感器與 CCD圖像傳感器一樣，可用于自動(dòng)控制、自動(dòng)測(cè)量、攝影攝像、圖像識(shí)別等各個(gè)領(lǐng)域。v CMOS針對(duì) CCD最主要的優(yōu)勢(shì)就是非常省電。v CMOS的耗電量只有普通 CCD的 1/3左右。v CMOS圖像傳感器用于數(shù)碼相機(jī)有助于改善人們心目中數(shù)碼相機(jī)是 “ 電老虎 ” 的不良印象。 CCD和 CMOS比較v CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于 CMOS傳感器，而 CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點(diǎn)。v 不過(guò)，隨著 CCD與 CMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異有逐漸縮小的態(tài)勢(shì)，例如， CCD傳感器一直在功耗上作改進(jìn)，以應(yīng)用于移動(dòng)通信市場(chǎng)； CMOS傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足，以應(yīng)用于更高端的圖像產(chǎn)品。 光電耦合器的作用v 光電耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。v 輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電 — 光 —電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入 — 輸出間的隔離的作用。v 由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線(xiàn)傳輸資訊中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在微機(jī)數(shù)字通信及即時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加其工作的可靠性 。光電耦合器光電耦合器是由一發(fā)光元件和一光電傳感器同時(shí)封裝在一個(gè)外殼內(nèi)組合而成的轉(zhuǎn)換元件。絕緣玻璃 發(fā)光二極管透明絕緣體光敏三極管塑料發(fā)光二極管光敏三極管透明樹(shù)脂1. 光電耦合器的結(jié)構(gòu)采用金屬外殼和玻璃絕緣的結(jié)構(gòu)，在其中部對(duì)接，采用環(huán)焊以保證發(fā)光二極管和光敏二極管對(duì)準(zhǔn)，以此來(lái)提高靈敏度。(a)金屬密封型 (b)塑料密封型采用雙列直插式用塑料封裝的結(jié)構(gòu)。管心先裝于管腳上，中間再用透明樹(shù)脂固定，具有集光作用，故此種結(jié)構(gòu)靈敏度較高。2. 光電耦合器的組合形式(a)(b)(c)(d)光電耦合器的組合形式該形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，通常用于 50kHz以下工作頻率的裝置內(nèi)。該形式采用高速開(kāi)關(guān)管構(gòu)成的高速光電耦合器 ,適用于較高頻率的裝置中。該組合形式采用了放大三極管構(gòu)成的高傳輸效率的光電耦合器，適用于直接驅(qū)動(dòng)和較低頻率的裝置中。該形式采用功能器件構(gòu)成的高速、高傳輸效率的光電耦合器。v 思考題：v ，屬于何種光電效應(yīng)？ v 。若某光電倍增管的 δ＝ 4，倍增極數(shù)目為 n=10,輸出陽(yáng)極電流為 20A。試求光電倍增管的電流放大倍數(shù)和陰極電流大小。v 、光電池、光敏二極管和光敏三極管的性能差異 ,給出什么情況下應(yīng)選用哪種器件最為合適的評(píng)述。THE E