chapter 3深圳大学 光电检测技术 课件.ppt

* * * * * * * * * * * * 楼道声控加光控/ ccd 白天和夜间 手机屏幕白天和夜间 * * * * * * * * * * * * * * 特殊CCD——EBCCD特点 高灵敏度，高增益，低暗电流 结构较ICCD紧凑 工作寿命短！ CCD在高速电子轰击下会产生辐射损伤，从而导致暗电流、漏电流增加，转移效率下降。 摄像器件依然离不开真空环节！ * 特殊CCD——电子倍增CCD (EMCCD) EMCCD 倍增原理示意图 电子倍增CCD (Electron Multiplying CCD)芯片的转移寄存器和输出放大器之间具有一个特殊的增益寄存器。 * 特殊CCD——EMCCD技术 电离效应倍增电子示意图 增益寄存器的结构和一般的CCD类似，只是电子转移第二阶段的势阱被一对电极取代，第一个电极上为固定值电压，第二个电极按标准时钟频率加上一个高电压(40V~50V)。 通过两个电极之间高电压差形成对待转移信号电子的冲击电离形成了新的电子。由于大幅提高了输出信号的强度，使得CCD器件固有的读出噪声对于系统的影响减小。 强电场作用下的电离 造成电子数量倍增 * 钞票检查系统原理图 图像传感器应用技术 需要对信号的二值化处理 * 信号的二值化处理 CCD传感器光敏单元的输出可以看成“0”、“1”信号,通过对输出为“0”的信号进行计数,即可测出物体的宽度。这就是信号的二值化处理。实际应用时,物像边缘交界处光强是连续变化的,而不是理想的阶跃跳变,要解决这一问题可用两种方法:比较整形法;或者微分法。 图像传感器应用技术 * 比较器输出 CCD输出 滤波输出 参考电平 t t 1 0 n个脉冲 在低电平期间对计数脉冲进行计数,从而得np 。 信号二值化法——比较整形法 * 比较整形法 计数脉冲 CCD 低通滤波 比较器 计数显示 参考电平 + － 信号二值化法——比较整形法 * 滤波后 CCD视频信号 A A， 微分 绝对值 微分 过零触发 二值化信号 O O O O O O t t t t t t 微分法波形图 信号二值化法——微分法 * 信号二值化法——微分法 低通滤波 微分 绝对值 微分 过零触发 二值化 CCD 视频信号 * 例子：小尺寸的检测 信号处理 计 数 显 示 控制器 L n·p L==( +1)·np 例子：钢珠直径，小轴承内外径，小轴径、孔径，小玻璃管直径，微小 位移测量，机械振动测量。 * 光电器件的特性参数 响应特性 时间特性 噪声特性 温度特性 光电器件的特性 * 响应度（或称灵敏度）：是光电探测器输出信号与输入光功率 之间关系的度量。 响应特性 描述的是光电探测器件的光电转换效率 响应度是随入射光波长变化而变化 响应度分电压响应率和电流响应率 电压响应率 光电探测器件输出电压与入射光功率之比 电流响应率 光电探测器件输出电流与入射光功率之比 * 单色光谱响应度：探测器在波长为λ的单色光照射下， 输出电压或电流与入射的单色光功率之比 光谱响应：响应度随着波长变化的关系 响应特性（续） 下标规则： 大写I、V表示电流、电压 小写i、o表示输入、输出 * 实际中，常用相对光谱响应度来表示光谱响应，即以最大光谱响应为基准来表示各种波长的响应 以峰值响应的50%之间的波长范围定义为光电器件的光谱响应宽度 光电器件的光谱响应曲线一般由材料决定 响应特性（续） 大面积GaAsIn光敏二极管的相对光谱响应曲线 * 时间特性：表征光电探测器对入射光响应快慢的一个参数。 时间特性 上升时间 入射光照射到后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间 下降时间 入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间 * 时间特性（续） 时间特性决定了探测器的响应速度 响应速度有时也用频率特性来表征 光电探测器的响应随入射光的调制频率而变化的特性称为频率响应（注意：是入射光的调制频率，而不是入射光的频率） 由于光电探测器信号产生和消失存在着一个滞后过程，所以入射光的调制频率对光电探测器的响应会有较大的影响。 比较本章所讲的光电接收器件的响应速度 * 什么是噪声？ 噪声特性 噪声在实际的光电探测系统中是极其有害的。 由于噪声总是与有用信号混在一起，因而影响对信号特别是微弱信号的正确探测。 一个光电探测系统的极限探测能力往往受探测系统的噪声所限制。 所以在精密测量、通信、自动控制等领域，减小和消除噪声是十分重要的问题。 干扰：除有用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称 噪声：指系统