光电检测技术教学课件作者吴文明光电检测技术课件.ppt

光电检测技术 苏州工业园区职业技术学院吴文明 前言 光电检测技术是传统光学技术、现代微电子技术、计算机技术等紧密结合而成的一门高新技术。 采用CCD图像传感器的机器视觉技术应用在了大批量工业生产过程中，大大提高了生产效率和生产的自动化程度； 激光测量、激光焊接、激光切割与雕刻等新兴的检测与加工应用领域不断扩展； 太阳能光电池的制造与检测也随着我国新能源政策的支持得到了蓬勃发展。 主要内容 第 1 章 光的度量 第 2 章 发光器件 2.1发光二极管 2.2 激光器 第 3 章 光电导探测器应用 第 4 章 结型光电探测器的应用 4.1 结型半导体光伏效应 4.2 光电池 4.3 光电二极管 4.4 光电三极管 4.5 光电开关与光电耦合器 4.6 光电位置探测器 第 5 章 光电倍增管的应用 第 6 章 光电成像器件的应用 6.1 CCD图像传感器 6.2 CMOS图像传感器 6.3 变像管与像增强管 第 1 章 光的度量 光的强弱用什么来表征呢？ 1.1 辐射度量 辐射在本质上是一种能量的形式。如光辐射、热辐射、磁辐射等。辐射伴随着辐射能量的转移。 1. 辐射能Qe 以辐射的形式发射、传播或接收的能量称为辐射能。同其他任何形式的能一样，辐射能的法定计量单位是焦耳(J)。 2. 辐射通量Φe 单位时间内辐射的总能量被称为辐射通量。辐射通量也可称为辐射功率。其表示式为 式中，dQe是在dt时间内转移的单元能量。 辐射通量的单位为瓦(1w＝1J/s)。 3．辐射强度Ie 单位立体角(一个锥体的顶端在球心上，底面积等于球半径的平方，这锥体所包的立体角就叫做单位立体角)内离开辐射源的辐射通量称为辐射强度。其表达式为 式中，dΦe为辐射源在dΩ立体角内所辐射出来的辐射通量。 辐射强度的单位是瓦/球面度(w/sr)。 4．辐射出射度Me 辐射体表面的单位面积内所辐射的通量称为辐射出射度。这是用来量度物体辐射能力的物理量。其表达式为 式中，dΦe为辐射体表面的面积单元dA向所有方向所发出的辐射通量。辐射出射度的单位是瓦/米2(w/m2) 5. 辐射亮度Le 由辐射表面一点处的单位面积在给定方向上的辐射强度称为辐射亮度。在与辐射表面dA的法线成θ角的方向上，辐射亮度等于该方向上的辐射强度dIe与辐射表面在该方向垂直面上的投影面积之比。其表达式为 式中，dA为某处辐射源表面的单位面元，θ为光源表面的法线与给定方向间的夹角。辐射亮度的单位为瓦/球面度平方米(w/ (m2·sr))。 余弦辐射体 Le的数值与辐射源的性质有关，并随给定方向而变。若Le不随方向而变，则Ie正比于cosθ，即 Ie＝I0cosθ 满足上式的特殊光源称为余弦辐射体。余弦辐射体也称均匀漫反射体或朗伯体。除了黑体、灰体外，实验表明，打毛的乳白板的反射光以及氧化镁、硫酸钡等表面的反射光很接近于理想的余弦辐射体。白雪对阳光的反射也符合余弦辐射体的规律。对余弦辐射体，即服从朗伯定律的辐射体，可以推算出 Me＝πLe 6．辐射照度Ee 辐射照度为接收面上单位面积所照射的辐射通量。其表达式为 辐射照度的单位为瓦/米2(w/m2)。 对于理想的散射面，满足条件 Me＝Ee Ee＝πLe 7. 光谱辐射度量 光谱辐射度量是单位波长间隔内的辐射度量。 那么对应的光谱辐射度量可以表示为： 光谱辐射能Qe,λ 光谱辐射通量Φe,λ 光谱辐射强度I e,λ 光谱辐射出射度M e,λ 光谱辐射亮度L e,λ 光谱辐射照度E e,λ。 1.2 光度的基本物理量 由于照明的效果最终是以人眼来评定的，因此照明光源的光学特性必须用基于人眼视觉的光学参量即光度量来描述。 光度量是人眼对相应辐射度量的视觉强度值。由于人眼对不同波长的光的感光灵敏度不一样，能量相同而波长不同的光，在人眼中引起的视觉强度不相同。 视见函数V(λ) 国际照明委员会(CIE)根据对许多人的大量观察实验结果，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ)，或称视见函数。V(λ)的最大值在555nm处，此时，V(