光與圖像傳感器

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1、《現(xiàn)代檢測技術(shù)》孔斌2012.3.5光與圖像傳感器內(nèi)容概要光傳感器簡介光電傳感器光電成像技術(shù)與圖像傳感器一些新進展介紹1光傳感器簡介1.1光傳感器的定義1.2光傳感器的用途1.3光傳感器的類型及原理1.4典型光傳感器舉例電磁波譜圖光其實是電磁波中的很小一部分可見光科學(xué)上定義在390nm-780nm，人眼能看到的范圍在312nm-1050nm甚至更廣1.1光傳感器的定義通常是指能敏感到紫外到紅外波長范圍的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號的器件。紫外波長：0.2~0.4um人眼可見波長：0.4~0.7um(380~780nm)紅外波長：0.7~1um~1mm1.2光傳感器的用

2、途?測光?計數(shù)?自動控制?攝影、錄像?測溫?測距?……1.3光傳感器的類型及原理——量子探測器又稱光子探測器或光電轉(zhuǎn)換器，其工作原理是基于一些物質(zhì)和材料的光電效應(yīng)。——熱探測器其工作原理是基于一些材料的熱電效應(yīng)。探測器吸收紅外能量后，產(chǎn)生溫度變化，從而產(chǎn)生電效應(yīng)。熱輻射檢測傳感器絕對零度以上的物體都有輻射，其強度依賴于物體溫度(K)，遵循普朗克輻射定律。應(yīng)用：冶金、軋制、磨削加工以及各種熱加工過程中都涉及到動態(tài)溫度場的檢測問題。1.4典型光傳感器舉例——光電傳感器光敏電阻、光電二極管、紅外傳感器——圖像傳感器CCD、CMOS2光電傳感器2.1光電效應(yīng)2.2光電傳感器2.

3、3光纖傳感器2.1光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)半導(dǎo)體材料受到光照時會產(chǎn)生電子-空穴對，使其導(dǎo)電性能增強，光線愈強，阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為內(nèi)光電效應(yīng)。應(yīng)用：照相機自動測光光控?zé)艄I(yè)控制光電鼠標相機測距反射式光電傳感器光控?zé)簦和ㄟ^檢測周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達到節(jié)約電能的目的。光敏二極管外形與一般二極管一樣，只是其管殼上有一嵌著玻璃的窗口，以便光線射入。為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大。光敏二極管工作在反向偏置狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)。當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很?。ǎ紆A），稱為光敏二

4、極管的暗電流；當有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。光敏三極管除了具有將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。其外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極——發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+

5、β）Icbo（很?。纫话闳龢O管的穿透電流還??；當有光照時，激發(fā)大量的電子-空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流Ic=（1+β）Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。2.1光電效應(yīng)（2）光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料P-N結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動勢的效應(yīng)。+++???PN以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。光電池原理2.2光電傳感器光電傳感器的基本形式有四種：輻射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式。光電開關(guān)能夠處理光的強度變化，主要用來檢測物體。由發(fā)射器、接收器和檢測電路三部分組成：發(fā)射器對準目標發(fā)射光

6、束，發(fā)射的光束一般來源于發(fā)光二極管（LED）或激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調(diào)制的光束輻射強度在發(fā)射中經(jīng)過多次選擇，朝著目標不間斷地運行。接收器由光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。（1）對射型光電開關(guān)由發(fā)射器和接收器組成，結(jié)構(gòu)上是兩者相互分離的，在光束被中斷的情況下會產(chǎn)生一個開關(guān)信號變化。特點：辨別不透明的反光物體；有效距離大（位于同一軸線上的光電開關(guān)可以相互分開達50米）；不易受干擾，可以可靠地在野外或者有灰塵的環(huán)境中使用；裝置的消耗高，兩個單元都必須敷設(shè)

7、電纜。（2）漫反射型光電開關(guān)由發(fā)射器和接收器構(gòu)成單個的標準部件。開關(guān)發(fā)射光束時，目標產(chǎn)生漫反射，當有足夠的組合光返回接收器時，開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化。特點：有效作用距離由目標的反射能力（表面性質(zhì)和顏色）決定，典型值一直到3米；較小的裝配開支；采用背景抑制功能調(diào)節(jié)測量距離；易受灰塵干擾，對目標反射性能敏感。（3）鏡面反射型光電開關(guān)由發(fā)射器和接收器構(gòu)成的情況是一種標準配置，從發(fā)射器發(fā)出的光束在對面的反射鏡被反射，即返回接收器，當光束被中斷時會產(chǎn)生一個開關(guān)信號的變化。光的通過時間是兩倍的信號持續(xù)時間。特點：辨別不透明的物體；有效作用距離從0.1米至2