检测技术 教学课件 作者 卜云峰 主编 第6章 光电传感器.ppt

（二）激光 第四节 CCD图像传感器 CCD全称电荷耦合器件，它具备光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点。 CCD图像传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、传真、通信以及工业检测和自动控制系统。 （一）CCD的基本工作原理 一个完整的CCD器件由光敏元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。 CCD工作时，在设定的积分时间内，光敏元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏元的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷在转移栅信号驱动下，转移到CCD内部的移位寄存器相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。输出信号可接到示波器、图象显示器或其他信号存储、处理设备中，可对信号再现或进行存储处理。 MOS电容器组成的光敏元及数据面的显微照片 CCD光敏元显微照片 彩色CCD显微照片（放大7000倍） （二）CCD图像传感器的分类 1. 线阵CCD外形 2.面阵CCD 面阵CCD能在x、y两个方向都能实现电子自扫描，可以获得二维图像。 面阵CCD外形（续） 200万和1600万像素的面阵CCD 面阵CCD外形（续） 面阵CCD外形（续） （三）CCD的基本特性参数 CCD的基本特性参数有： 光谱响应、动态范围、信噪比、CCD芯片尺寸等。在CCD像素数目相同的条件下，像素点大的CCD芯片可以获得更好的拍摄效果。大的像素点有更好的电荷存储能力，因此可提高动态范围及其他指标。 （四）CCD图像传感器的应用 线阵CCD在扫描仪中的应用 线阵CCD在图像扫描中的应用 线阵CCD摄像机可用于彩色印刷中的套色工艺监控 线阵CCD用于字符识别 CCD数码照相机 数码相机简称DC，它采用CCD作为光电转换器件，将被摄物体的图像以数字形式记录在存储器中。 数码相机从外观看，也有光学镜头、取景器、对焦系统、光圈、内置电子闪光灯等，但比传统相机多了液晶显示器（LCD），内部更有本质的区别，其快门结构也大不相同。 CCD用于图像记录 数码相机的外形 CCD数码照相机的结构 数码相机的结构解剖（索尼F828） CCD数码显微镜拍摄的金属表面显微照片 CCD数码摄像机 CMOS图像传感器 CMOS图像传感器是采用互补金属-氧化物-半导体工艺制作的另一类图像传感器，简称CMOS。现在市售的视频摄像头多使用CMOS作为光电转换器件。虽然目前的CMOS图像传感器成像质量比CCD略低，但CMOS具有体积小、耗电量小、售价便宜的优点。随着硅晶圆加工技术的进步，CMOS的各项技术指标有望超过CCD，它在图像传感器中的应用也将日趋广泛。 CMOS视频摄像头 CMOS视频摄像头的外部结构 CMOS视频摄像头的外形及内部结构 2）直射式光电转速仪 测 量 电 路 计 数 器 光信号 电信号 凸透镜 指示透镜 光源 旋转盘 不透光位置电桥平衡U0=0 透光位置输出电脉冲。 （五）光电检测的其他应用举例 布料宽度检测、有无检测 两台行车的 安全距离检测 空箱检测及推出处理 被长距传送的金属板检测 CCD读出移位寄存器的数据面显微照片 风云一号卫星可以对 地球上空的云层分布进行逐行扫描 三基色分离原理 CCD 带红外LED照明的CMOS视频摄像头 * 第六章 光电传感器 采用光电元件作为检测元件的传感器被称为光电传感器。光电传感器以光电效应为基础，是一种将光信号转换为电信号的传感器由光源、光学通路和光电元件组成。 主要特点：具有反应快、可实现非接触式测量，同时又具有精度高、分辨率高、可靠性高、结构简单、体积小、重量轻、形式多样、应用广泛、便于集成等优点。 广泛用于军事、通信、检测等各个领域。 第一节 光电效应与光电器件 1.外光电效应：在光线作用下电子从物体表面逸出。 2.内光电效应（光电导效应）：在光线作用下物体的电阻率改变。 3.光生伏特效应：在光线作用下物体具有发电能力。 光电效应：当光线照射到某一物体上，此时可以看作是此物体受到一串能量为h的光子的不断轰击，物体由于吸收能量为 的光子后所产生的电效应即称为光电效应 一、光电管、光电倍增管 利