光电传感器周

会计学1光电传感器周1.光敏电阻的工作原理和结构当光照射到光电导体上时，若光电导体为本征半导体材料，而且光辐射能量又足够强，光导材料价带上的电子将激发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，使光导体的电导率变大。为实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光导体材料的禁带宽度Eg，即hν==≥Eg(eV)式中ν和λ—入射光的频率和波长。一种光电导体，存在一个照射光的波长限λC，只有波长小于λC的光照射在光电导体上，才能产生电子在能级间的跃迁，从而使光电导体电导率增加。2第1页/共67页光敏电阻的结构如图所示。管芯是一块安装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。光导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面薄层，虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去，但扩散深度有A金属封装的硫化镉光敏电阻结构图光导电材料绝缘衬低引线电极引线光电导体限，因此光电导体一般都做成薄层。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极一般采用硫状结构，结构见下图。3第2页/共67页1--光导层；2--玻璃窗口；3--金属外壳；4--电极；5--陶瓷基座；6--黑色绝缘玻璃；7--电阻引线。RG1234567(a)结构(b)电极(c)符号在一定的掩模下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。由于硫状电极，提高了光敏电阻的灵敏度。图(c)是光敏电阻的代表符号。CdS光敏电阻的结构和符号4第3页/共67页5第4页/共67页光敏电阻的灵敏度易受湿度影响，要将光电导体严密封装在玻璃壳体中。如果把光敏电阻连接到外电路中，在外加电压的作用下，用光照射就能改变电路中电流的大小，其连线电路如图所示。光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光谱响应可从紫外区到红外区范围内。而且体积小、重量轻、性能稳定、价格便宜，应用比较广泛。RGRLEI6第5页/共67页2.光敏电阻的应用光照度计农作物日照时数测定。输出接单片机的I/O口，每2分钟对此口查询1次，为高电平，计数一次，为低电平，不计数。1天查询720次。无光照V0=VL。有光照V0=VH。7第6页/共67页环境照度监视器8第7页/共67页带材跑偏检测仪9第8页/共67页3.光敏电阻的主要参数和基本特性（1）暗电阻、亮电阻、光电流暗电流：光敏电阻在室温条件下，全暗(无光照射)后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时在给定电压下流过的电流为暗电流。亮电流：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻。此时流过的电流称为亮电流。光电流：亮电流与暗电流之差。光敏电阻的暗电阻越大，亮电阻越小则性能越好。也就是说，暗电流越小，光电流越大，这样的光敏电阻的灵敏度越高。实用的光敏电阻的暗电阻超过1MΩ，甚至高达100MΩ，而亮电阻则在几kΩ以下，暗电阻与亮电阻之比在102～106之间，可见光敏电阻的灵敏度很高。10第9页/共67页（2）光照特性下图表示CdS光敏电阻的光照特性。在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开关。012345I/mAL/lx1000200011第10页/共67页（3）光谱特性光谱特性与光敏电阻的材料有关。从图中可知，硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。204060801004008001200160020002400λ/nm312相对灵敏度1——硫化镉2——硒化镉3——硫化铅12第11页/共67页（4）伏安特性在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。图中曲线1、2分别表示照度为零及照度为某值时的伏安特性。由曲线可知，在给定偏压下，光照度越大，光电流越大。在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现5010015020012U/V02040象。但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。I/μA13第12页/共67页（5）频率特性当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。由于不同材料的光敏，20406080100I/%f/Hz010102103104电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不同，如图。硫化铅的使用频率比硫化镉高得多，但多数光敏电阻的时延都比较大，所以，它不能用在要求快速响应的场合。硫化铅硫化镉14第13页/共67页（6）稳定性图中曲线1、2分别表示两种型号CdS光敏电阻的稳定性。初制成的光敏电阻，由于机构工作不稳定，以及电阻体与其介质的作用还没有达到平衡，所以性能是不稳定。在人为地加温、光照及加负载情况下，经一至二周的老化，性能可达稳定。光敏电阻在开始一段时间的老化过程中，有些样品阻值上I/%408012016021T/h040080012001600升，有些样品阻值下降，但最后达到一个稳定值后就不再变了。这就是光敏电阻的主要优点。光敏电阻的使用寿命在密封良好、使用合理的情况下，几乎是无限长。15第14页/共67页（7）温度特性灵敏度、暗电阻受温度的影响较大。随着温度的升高，暗电阻和灵敏度下降，光谱特性曲线的峰值向波长短的方向移动。硫化镉的光电流I和温度T的关系如图所示。为了提高灵敏度，或为了能够接收较长波段的辐射，将元件降温使用。例如，可利用制冷器使光敏电阻的温度降低。I/μA100150200-50-10305010-30T/ºC2040608010001.02.03.04.0λ/μmI/mA+20ºC-20ºC16第15页/共67页光电池：将光能转换为电能的光电器件。光电池在有光线作用下相当于电源,电路中有了光电池不需要外加电源。(一)结构与工作原理光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。实质上是一个大面积的PN结,当光照射到PN结的一个面,例如p型面时,若光子能量大于半导体材料的禁带宽度,那么p型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴,电子空穴对从表面向内迅速扩散,在结电场的作用下,最后建立一个与光照强度有关的电动势。二、光电池17第16页/共67页命名方式：把光电池的半导体材料的名称冠于光电池(或太阳能电池)之前。如，硒光电池、砷化镓光电池、硅光电池等。目前，应用最广、最有发展前途的是硅光电池。硅光电池价格便宜，转换效率高，寿命长，适于接受红外光。硒光电池光电转换效率低(0.02％)、寿命短，适于接收可见光(响应峰值波长0.56μm)，适宜制造照度计。砷化镓光电池转换效率比硅光电池稍高，光谱响应特性与太阳光谱吻合。且工作温度高，能承受宇宙射线的辐射。因此，应用在宇宙飞船、卫星、太空探测器等电源。18第17页/共67页光电池的示意图硅光电池的结构如图所示。它是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质(如硼)形成PN结。当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位差。若将PN结两端用导线连起来，电路中有电流流过，电流的方向由P区流经外电路至N区。若将外电路断开，就可测出光生电动势。1.光电池的结构和工作原理+光PN－SiO2RL(a)光电池的结构图I光(b)光电池的工作原理示意图PN19第18页/共67页光电池的表示符号、基本电路及等效电路如图所示。IUIdUIRLIΦ(a)(b)(c)光电池符号和基本工作电路20第19页/共67页21第20页/共67页JMJ112V2A51KL39K470uf～光电池的应用自动干手器手放入干手器时，手遮住灯泡发出的光，光电池不受光照，晶体管基极正偏而导通，继电器吸合。风机和电热丝通电，热风吹出烘手。手干抽出后，灯泡发出光直接照射到光电池上，产生光生电动势，使三极管基射极反偏而截止，继电器释放，从而切断风机和电热丝的电源。22第21页/共67页路灯控制器23第22页/共67页L/klx L/klx 5432100.10.20.30.40.5246810开路电压Uoc/V0.10.20.30.4 0.50.30.1012345Uoc/VIsc/mAIsc/mA(a)硅光电池(b)硒光电池（1）光照特性开路电压曲线：光生电动势与照度之间的特性曲线，当照度为2000lx时趋向饱和。短路电流曲线：光电流与照度之间的特性曲线2.基本特性开路电压短路电流短路电流24第23页/共67页短路电流：指外接负载相对于光电池内阻而言是很小时的电流。光电池在不同照度下，其内阻不同，因而应选取适当的外接负载近似地满足“短路”条件。下图表示硒光电池在不同负载电阻时的光照特性。从图中可以看出，负载电阻RL越小，光电流与强度的线性关系越好，且线性范围越宽。02468100.10.20.30.40.5I/mAL/klx 50Ω100Ω1000Ω5000ΩRL=025第24页/共67页204060801000.40.60.81.01.20.2I/%12λ/μm(2)光谱特性光电池的光谱特性决定于材料。从曲线可看出，硒光电池在可见光谱范围内有较高的灵敏度，峰值波长在540nm附近，适宜测可见光。硅光电池应用的范围400nm—1100nm，峰值波长在850nm附近，因此硅光电池可以在很宽的范围内应用。1——硒光电池2——硅光电池26第25页/共67页(3)频率特性光电池作为测量、计数、接收元件时常用调制光输入。光电池的频率响应就是指输出电流随调制光频率变化的关系。由于光电池PN结面积较大，极间电容大，故频率特性较差。图示为光电池的频率响应曲线。由图可知，硅光电池具有较高的频率响应，如曲线2，而硒光电池则较差，如曲线1。204060801000I/%1234512f/kHz1——硒光电池2——硅光电池27第26页/共67页（4）温度特性光电池的温度特性是指开路电压和短路电流随温度变化的关系。由图可见，开路电压与短路电流均随温度而变化，它将关系到应用光电池的仪器设备的温度漂移，影响到测量或控制精度等主要指标，因此，当光电池作为测量元件时，最好能保持温度恒定，或采取温度补偿措施。2004060904060UOC/mVT/ºCISCUOCISC/μA600400200UOC——开路电压ISC——短路电流硅光电池在1000lx照度下的温度特性曲线28第27页/共67页光电二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN结。它和光电池相比，重要的不同点是结面积小，因此它的频率特性特别好。光生电势与光电池相同，但输出电流普遍比光电池小，一般为几μA到几十μA。按材料分，光电二极管有硅、砷化镓、锑化铟光电二极管等多种。国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分为2CU和2DU两种系列。2CU系列以N-Si为衬底，2DU系列以P-Si为衬底。29第四节光敏二极管与三极管第28页/共67页1.光敏二极管光敏二极管符号如图。锗光敏二极管有A，B，C，D四类；硅光敏二极管有2CU1A～D系列、2DU1～4系列。光敏二极管的结构与一般二极管相似、它装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管顶，可直接受到光照射。在电路中一般是处于反向工作状态，如图所示。PN光光敏二极管符号RL光PN光敏二极管接线 30第29页/共67页当光不照射时，光敏二极管处于载止状态，这时只有少数载流子在反向偏压的作用下，渡越阻挡层形成微小的反向电流即暗电流；受光照射时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子-空穴对，从而使P区和N区的少数载流子浓度大大增加，因此在外加反向偏压和内电场的作用下，P区的少数载流子渡越阻挡层进入N区，N区的少数载流子渡越阻挡层进入P区，从而使通过PN结的反向电流大为增加，这就形成了光电流。光敏二极管的光电流I与照度之间呈线性关系。光照特性是线性的，所以适合检测等方面的应用。31第30页/共67页（1）PIN管结光电二极管PIN管是光电二极管中的一种。它的结构特点是，在P型半导体和N型半导体之间夹着一层(相对)很厚的本征半导体。这样，PN结的内电场就基本上全集中于I层中，从而使PN结双电层的间距加宽，结电容变小。由式τ=CjRL与f=1/2πτ知，Cj小，τ则小，频带变宽。P-SiN-SiI-SiPIN管结构示意图32第31页/共67页最大特点：频带宽，可达10GHz；另一个特点是，因为I层很厚，在反偏压下运用可承受较高的反向电压，线性输出范围宽。由耗尽层宽度与外加电压的关系可知，增加反向偏压会使耗尽层宽度增加，从而结电容要进一步减小，使频带宽度变宽。不足：I层电阻很大，输出电流小，一般多为零点几微安至数微安。目前将PIN管与前置运算放大器集成在同一硅片上并封装于一个管壳内。33第32页/共67页（2）雪崩光电二极管(APD)利用PN结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种二极管。这种二极管工作电压很高，约100～200V，接近于反向击穿电压。结区内电场极强，光生电子在这种强电场中可得到极大的加速，同时与晶格碰撞而产生电离雪崩反应。因此，二极管有很高的内增益，可达到几百。当电压等于反向击穿电压时，电流增益可达106，即产生所谓的雪崩。这种二极管响应速度特别快，带宽可达100GHz，是目前响应速度最快的一种光电二极管。噪声大是雪崩二极管一个主要缺点。由于雪崩反应是随机的，所以它的噪声较大，特别是工作电压接近或等于反向击穿电压时，噪声可增大到放大器的噪声水平，以至无法使用。但由于APD的响应时间极短，灵敏度很高，它在光通信中应用前景广阔。34第33页/共67页35第34页/共67页2.光敏三极管光敏三极管有PNP型和NPN型两种，如图。其结构与一般三极管很相似，具有电流增益，只是它的发射极一边做的很大，以扩大光的照射面积，且基极不接引线。当集电极加上正电压，基极开路时，集电极处于反向偏置状态。当光线照射在集电结的基区时，会产生电子-空穴对，在内电场的作用下，光生电子被拉到集电极，基区留下空穴，使基极与发射极间的电压升高，这样便有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的β倍。PPNNNPebbcRLEec36第35页/共67页光敏三极管的主要特性：光敏三极管存在一个最佳灵敏度的峰值波长。当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降。因为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。当入射光的波长缩短时，相对灵敏度也下降，这是由于光子在半导体表面附近就被吸收，并且在表面激发的电子空穴对不能到达PN结，因而使相对灵敏度下降。(1)光谱特性相对灵敏度/%硅锗入射光λ/Å400080001200016000100806040200硅的峰值波长为9000Å，锗的峰值波长为15000Å。由于锗管的暗电流比硅管大，因此锗管的性能较差。在可见光或探测赤热状态物体时，一般选用硅管；但对红外线进行探测时，采用锗管较合适。37第36页/共67页0500lx1000lx1500lx2000lx2500lxI/mA24620406080光敏晶体管的伏安特性（2）伏安特性光敏三极管的伏安特性曲线如图所示。光敏三极管在不同的照度下的伏安特性，就像一般晶体管在不同的基极电流时的输出特性一样。因此，将入射光照在发射极e与基极b之间的PN结附近，所产生的光电流看作基极电流，将光敏三极管看作一般的晶体管。光敏三极管能把光信号变成电信号，而且输出的电信号较大。U/V38第37页/共67页光敏晶体管的光照特性I/μAL/lx200400600800100001.02.03.0（3）光照特性光敏三极管的光照特性如图所示。它给出了光敏三极管的输出电流I和照度之间的关系。它们之间呈现了近似线性关系。当光照足够大(几klx)时，会出现饱和现象，从而使光敏三极管既可作线性转换元件，也可作开关元件。39第38页/共67页暗电流/mA光电流/mA10203040506070T/ºC2505010002003004001020304050607080T/ºC光敏晶体管的温度特性（4）温度特性光敏三极管的温度特性曲线反映的是光敏三极管的暗电流及光电流与温度的关系。从特性曲线可以看出，温度变化对光电流的影响很小，而对暗电流的影响很大。所以应该对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。40第39页/共67页（5）光敏三极管的频率特性光敏三极管的频率特性曲线如图所示。频率特性受负载电阻的影响，减小负载电阻可以提高频率响应。一般来说，光敏三极管的频率响应比光敏二极管差。对于锗管，工作频率要求在5kHz以下。硅管的频率响应要比锗管好。0100100050050001000020406010080RL=1kΩRL=10kΩRL=100kΩ入射光调制频率/HZ相对灵敏度/%光敏晶体管的频率特性41第40页/共67页第四节其它光电传感器一、色敏光电传感器P+NPSiO2电极1电极2电极3123色敏光电传感器和等效电路色敏光电传感器是光电传感器的一种特殊类型。它是两只结深不同的的光电二极管组合体，其结构和工作原理的等效电路如图所示。42第41页/共67页双结光电二极管的P+-N结为浅结，N-P结为深结。当光照射时，P+，N，P三个区域及其间的势垒区均有光子吸收，但是吸收的效率不同。紫外光部分吸收系数大，经过很短距离就被吸收完毕；因此，浅结对紫外光有较高灵敏度。而红外光部分吸收系数小，光子主要在深结处被吸收；因此，深结对红外光有较高的灵敏度。即半导体中不同的区域对不同波长分别具有不同灵敏度。这一特性为识别颜色提供了可能性。利用不同结深二极管的组合，即可构成测定波长的半导体色敏传感器。具体使用时，首先对该色敏器件进行标定，也就是测定在不同波长光照射下，深结的短路电流ISD2与浅结的短路电流ISD1的比值ISD2/ISD1。ISD2在长波区较大，ISD1在短波区较大；因而ISD2/ISD1与入射单色光波长的关系就可以确定。根据标定曲线，实测出某一单色光的短路电流比值，即可确定该单色光的波长。43第42页/共67页二、光固态图象传感器光固态图象传感器由光敏元件阵列和电荷转移器件集合而成。它的核心是电荷转移器件CTD(ChargeTransferDevice)，最常用的是电荷耦合器件CCD(ChargeCoupledDevice)。CCD自1970年问世以后，由于它的低噪声等特点，CCD图象传感器广泛的应用在微光电视摄像、信息存储和信息处理等方面。1．CCD的结构和基本原理P型Si耗尽区电荷转移方向Ф1Ф2Ф3输出栅输入栅输入二极管输出二极管SiO2CCD的MOS结构44第43页/共67页45第44页/共67页CCD是由若干个电荷耦合单元组成，最小单元是在P型(或N型)硅衬底上生长一层厚度约为120nm的SiO2，再在SiO2层上依次沉积铝电极而构成MOS的电容式转移器。将MOS阵列加上输入、输出端，便构成了CCD。当向SiO2表面的电极加正偏压时，P型硅衬底中形成耗尽区(势阱)，耗尽区的深度随正偏压升高而加大。其中的少数载流子(电子)被吸收到最高正偏压电极下的区域内(如图中Ф1极下)，形成电荷包(势阱)。对于N型硅衬底的CCD器件，电极加正偏压时，少数载流子为空穴。46第45页/共67页47第46页/共67页势阱的产生MOS的金属电极加正压，电极下的P型硅区域内空穴被赶尽，其中无导电的载流子，形成耗尽层。它是电子的势阱。势阱的深浅取决于U的大小。48第47页/共67页电荷的存储势阱具有存储电荷的功能，势阱内所吸收的光生电子数量与入射到势阱附近的光强成正比。CCD器件将物体的光像形成对应的电像时，就是CCD器件中上千个相互独立的MOS单元势阱中存储与光像对应的电荷量。49第48页/共67页读出移位寄存器电荷图像的输出电路实现势阱下的电荷从一个MOS元位置转移到另一个MOS元位置，并依次转移并传输出来。50第49页/共67页电荷的定向转移当外加电压一定时，势阱的深度随势阱中的电荷量的增加而线性减少。由此通过控制相邻MOS电容器栅极电压高低来调节势阱的深浅。要求：多个MOS电容紧密排列且势阱相互沟通。金属电极上加电压脉冲严格满足相位要求。51第50页/共67页三相CCD电极的结构MOS上三个相邻电极，每隔两个电极接在一起。由3个相位差120°时钟脉冲驱动。52第51页/共67页电荷转移的控制方法，类似于步进电机的步进控制方式。也有二相、三相等控制方式之分。下面以三相控制方式为例说明控制电荷定向转移的过程。P1P1P2P2P3P3P1P1P2P2P3P3P1P1P2P2P3P3P1P1P2P2P3P3(a)Ф1Ф2Ф3t0t1t2t3tФ(b)电荷转移过程t=t0t=t1t=t2t=t3053第52页/共67页三相控制是在线阵列的每一个像素上有三个金属电极P1，P2，P3，依次在其上施加三个相位不同的控制脉冲Φ1，Φ2，Φ3，见图(b)。CCD电荷的注入通常有光注入、电注入和热注入等方式。图(b)采用电注入方式。当P1极施加高电压时，在P1下方产生电荷包(t=t0)；当P2极加上同样的电压时，由于两电势下面势阱间的耦合，原来在P1下的电荷将在P1、P2两电极下分布(t=t1)；当P1回到低电位时，电荷包全部流入P2下的势阱中(t=t2)。然后，p3的电位升高，P2回到低电位，电荷包从P2下转到P3下的势阱(t=t3)，以此控制，使P1下的电荷转移到P3下。随着控制脉冲的分配，少数载流子便从CCD的一端转移到最终端。终端的输出二极管搜集了少数载流子，送入放大器处理，便实现电荷移动。54第53页/共67页电荷的输出在输出端P型硅衬底上扩散形成输出二极管，二极管加反压，在PN结形成耗尽层。输出栅OG加压使电荷转移到二极管的耗尽区，作为二极管的少数载流子形成反向电流输出。输出电流的大小与电荷大小成正比，通过负载变为电压输出。输出二极管电流法55第54页/共67页2．线型CCD图像传感器线型CCD图像传感器由一列光敏元件与一列CCD并行构成一个主体，之间设有转移控制栅。每个光敏元件上都有一个梳状公共电极，当入射光照射在光敏元件阵列上，梳状电极施加高电压时，光敏元件聚集光电荷，进行光积分，光电荷与光照强度和光积分时间成正比。光积分时间结束时，转移栅上的电压提高(平时低电压)，与CCD对应的电极也同时处于高电压状态。然后，降低梳状电极电压，各光敏元件中所积累的光电电荷并行地转移到移位寄存器中。当转移完毕，转移栅电压降低，梳妆电极电压回复原来的高电压状态，准备下一次光积分周期。同时，在电荷耦合移位寄存器上加上时钟脉冲，将存储的电荷从CCD中转移，由输出端输出。这个过程重复地进行就得到相继的行输出，从而读出电荷图形。56第55页/共67页(1)光照光敏元，光敏元中的光敏二极管产生光生电子空穴对，电子注入对应的MOS势阱中，光像变为电像—电荷包(光积分)。(2)积分周期结束，控制信号使转移栅打开，光生电荷通过转移栅耦合到移位寄存器中，通过移位寄存器并行输出。(3)转移栅关闭后，光敏单元开始下一行图像信号积分采集。57第56页/共67页实用的线型CCD图像传感器为双行结构，如图(b)所示。单、双数光敏元件中的信号电荷分别转移到上、下方的移位寄存器中，然后，在控制脉冲的作用下，自左向右移动，在输出端交替合并输出，形成了光敏信号电荷的顺序。转移栅光积分单元不透光的电荷转移结构光积分区输出转移栅(a)(b)线型CCD图像传感器输出58第57页/共67页3．面型CCD图像传感器面型CCD图像传感器由感光区、信号存储区和输出转移部分组成。目前存在三种典型结构形式，如图所示。图(a)所示结构由行扫描电路、垂直输出寄存器、感光区和输出二极管组成。行扫描电路将光敏元件内的信息转移到水平(行)方向上，由垂直方向的寄存器将信息转移到输出二极管，输出信号由信号处理电路转换为视频图像信号。这种结构易于引起图像模糊。59第58页/共67页二相驱动视频输出 行扫描发生器输出寄存器检波二极管二相驱动感光区沟阻P1P2P3P1P2P3P1P2P3感光区存储区析像单元视频输出输出栅串行读出面型CCD图像传感器结构(a)(b)60第59页/共67页图(b)所示结构增加了具有公共水平方向电极的不透光的信息存储区。在正常垂直回扫周期内，具有公共水平方向电极的感光区所积累的电荷同样迅速下移到信息存储区。在垂直回扫结束后，感光区回复到积光状态。在水平消隐周期内，存储区的整个电荷图像向下移动，每次总是将存储区最底部一行的电荷信号移到水平读出器，该行电荷在读出移位寄存器中向右移动以视频信号输出。当整帧视频信号自存储移出后，就开始下一帧信号的形成。该CCD结构具有单元密度高、电极简单等优点，但增加了存储器。61第60页/共67页光栅报时钟二相驱动输出寄存器检波二极管视频输出垂直转移寄存器感光区二相驱动(c)62第61页/共67页图(c)所示结构用得最多。将感光元件与存储元件相隔排列。即一列感光单元，一列不透光的存储单元交替排列。在感光区光敏元件积分结束时，转移控制栅打开，电荷信号进入存储区。随后，在每个水平回扫周期内，存储区中整个电荷图像一次一行地向上移到水平读出移位寄存器中。接着这一行电荷信号在读出移位寄存器中向右移位到输出器件，形成视频信号输出。这种结构的器件操作简单，但单元 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 复杂，感光单元面积减小，图像清晰。63第62页/共67页3.CCD图像传感器的特性参数a.转移效率CCD中电荷包从一个势阱转移到另一个势阱时，若Q1为转移一次后的电荷量，Q0为原始电荷，则转移效率定义为转移损耗定义为电荷进行N次转移时，总转移效率为要求转移效率必须达到99.99％－99.999%64第63页/共67页b.分辨率CCD图象传感器的分辨率用调制转移函数MTF表征。当光强以正弦变化的图像作用在传感器上时，电信号幅度随光像空间频率的变化为调制转移函数MTF。根据奈奎斯特采样定理，定义图像传感器的最高分辨率fm等于它的空间采样频率f0的一半，即65第64页/共67页c.暗电流由于热激发产生的电子－空穴对，是缺陷产生的主要原因。CCD器件暗电流越小越好。66第65页/共67页d.灵敏度指单位发射照度下，单位时间、单位面积发射的电量，即67第66页/共67页