光电式传感器设计（最终版） ㊣ 精品文档 值得下载

辨率是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力，是图像传感器最重要的特性，主要取决于感光单元之间的距离，用调制转移函数来表征。

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称为调制转移函数。

暗电流暗电流起因于热激发产生的电子空穴对，是缺陷产生的主要原因。

光信号电荷的积累时间越长，其影响就越大。

暗电流的产生不均匀，在图像传感器中出现固定图形，暗电流限制了器件的灵敏度和动态范围，暗电流大的地方，多数会出现暗电流尖峰。

暗电流与温度密切有关，温度每降低，暗电流约减小半。

对于每个器件，产生暗电流尖峰的缺陷总是出现在相同位置的单元上，利用信号处理，把出现暗电流尖峰的单元位置存贮在可编程只读存贮器中，单独读取相应单元的信号值，就能消除暗电流尖峰的影响。

灵敏度及光谱响应光电二极管像源光电管像源人眼噪声是低噪声器件，但由于其他因素产生的噪声会叠加到信号电荷上，使信号电荷的转移受到干扰。

噪声的来源有转移噪声散粒噪声电注入噪声信号输入噪声等。

固体图像传感器的应用固体图像传感器的应用主要在以下几方面计量检测仪器工业生产产品的尺寸位置表面缺陷的非接触在线检测距离测定等。

光学信息处理光学文字识别标记识别图形识别传真摄像等。

生产过程自动化自动工作机械自动售货机自动搬运机监视装置等。

军事应用导航跟踪侦查带摄像机的无人驾驶飞机卫星侦查。

典型应用实例尺寸自动检测时钟发生控制器信号处理信号读出成像透镜激光器计数显示光敏列阵器件被测细丝物体轮廓尺寸的检测小尺寸物体投影计算机采样接口成像透镜显示平行光源被测目标大尺寸物体光学成像采样接口显示计算机被测物体成像透镜光学字符识别和图像传真射线成像检测.光纤传感器光纤传感器的特点极高的灵敏度和精度固有的安全性好抗电磁干扰高绝缘强度耐腐蚀集传感与传输于体能与数字通信系统兼容等光纤传感器受到世界各国的广泛重视。

光纤传感器已用于位移振动转动压力速度加速度电流磁场电压温度等多个物理量的测量在生产过程自动控制在线检测故障诊断安全报警等方面有广泛的应用前景。

光纤的结构纤芯包层涂敷层及护套光纤的传光原理纤芯包层图光纤的传光原理光导纤维的主要参数数值孔径光纤传感器偏振调制光纤传感器波长频率调制光纤传感器按光纤传感器检测对象不同光纤温度传感器光纤位移传感器光纤电流传感器光纤流速传感器等等。

光纤传感器的应用光纤温度传感器辐射温度计荧光发射型光纤温度传感器光强调制型光纤温度传感器光源输入光纤输出光纤不锈钢套半导体光吸收器光探测器光源光谱分布吸收边沿透射率透过率，光纤图像传感器光纤振动传感器光纤应力应变传感器光纤模式光波在光纤中的传播途径和方式称为光纤模式。

对于不同入射角的光线，在界面反射的次数是不同的，传递的光波间的干涉也是不同的，这就是传播模式不同。

般总希望光纤信号的模式数量要少，以减小信号畸变的可能。

单模光纤直径较小，只能传输种模式。

其优点是信号畸变小信息容量大线性好灵敏度高缺点纤芯较小，制造连接耦合较困难。

多模光纤直径较大，传输模式不只种，其缺点是性能较差。

优点纤芯面积较大，制造连接耦合容易。

传播损耗光信号在光纤中的传播不可避免地存在着损耗。

光纤传输损耗主要有材料吸收损耗因材料密度及浓度不均匀引起散射损耗因光纤拉制时粗细不均匀引起光波导弯曲损耗因光纤在使用中可能发生弯曲引起。

光纤传感器工作原理由于外界因素温度压力电场磁场振动等对光纤的作用，会引起光波特征参量振幅相位频率偏振态等发生变化，只要能测出这些参量随外界因素的变化关系，就可以用它作为传感元件来检测对应物理量的变化光纤传感器的组成由光源光纤耦合器光纤光探测器等组成。

光源般要求光源的体积尽量小，以利于它与光纤耦合光源发出的光波长应合适，以便减少光在光纤中传输的损失光源要有足够亮度，以便提高传感器的输出信号。

另外还要求光源稳定性好噪声小安装方便和寿命长等。

光纤传感器使用的光源种类很多，按照光的相干性可分为相干光和非相干光。

非相干光源有白炽光发光二极管相干光源包括各种激光器，如氦氖激光器半导体激光二极管等。

光探测器光探测器的作用是把传送到接收端的光信号转换成电信号，以便作进步的处理。

它和光源的作用相反，常用的光探测器有光敏二极管光敏三极管光电倍增管等。

光纤传感器的分类按光纤在传感器中功能的不同可分为功能型传感型光纤传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件，被测量对光纤内传输的光进行调制，使传输的光的强度相位频率或偏振等特性发生变化，再通过对被调制过的信号进行解调，从而得出被测信号。

非功能型传光型光纤传感器是利用其他敏感元件感受被测量的变化，与其它敏感元件组合而成的传感器，光纤只作为光的传输介质。

电子发烧友电子技术论坛被测对象光纤敏感元件光源光探测器至信号处理系统光纤光源光探测器至信号处理系统光纤被测对象光敏感元件光纤传感器组成示意图传感型传光型按光纤传感器调制的光波参数不同强度调制光纤传感器相位调制光纤传感器时分调制烧友电子技术论坛光电池基本特性光谱特性光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。

硒硅硅光电池的光谱特性电子发烧友电子技术论坛光照特性光电池在不同光照度下，其光电流和光生电动势是不同的，它们之间的关系就是光照特性.光生电流.短路电流开路电压光生电压照度硅光电池的光照特性电子发烧友电子技术论坛频率特性相对光电流硒光电池硅光电池电子发烧友电子技术论坛温度特性是描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。

.开路电压短路电流温度硅光电池的温度特性电子发烧友电子技术论坛光敏二极管和光敏三极管电场势垒区光符号基本电路结构原理电子发烧友电子技术论坛光敏二极管工作原理光敏二极管的结构与般二极管相似光敏二极管在电路中般是处于反向工作状态。

在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流，当光照射在结上，光子打在结附近，使结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在结处的内电场作用下作定向运动，形成光电流。

光的照度越大，光电流越大。

光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态。

电子发烧友电子技术论坛光敏晶体管光敏晶体管与般晶体管很相似，具有两个结，只是它的发射极边做得很大，以扩大光的照射面积。

大多数光敏晶体管的基极无引出线，当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，集电结就是反向偏压，当光照射在集电结时，就会在结附近产生电子空穴对，光生电子被拉到集电极，基区留下空穴，使基极与发射极间剖面图有信号电荷势阱图金属栅极结构电子发烧友电子技术论坛电荷存储原理•构成的基本单元是电容器。

与其它电容器样，电容器能够存储电荷。

•如果电容器中的半导体是型硅，当在金属电极上施加个正电压时，型硅中的多数载流子空穴受到排斥，半导体内的少数载流子电子吸引到界面处来，从而在界面附近形成个带负电荷的耗尽区，也称表面势阱。

对带负电的电子来说，耗尽区是个势能很低的区域。

•在定的条件下，所加正电压越大，耗尽层就越深，势阱所能容纳的少数载流子电荷的量就越大。

•如果有光照射在硅片上，在光子作用下，半导体硅产生了电子空穴对，光生电子被附近的势阱所吸收，而空穴被排斥出耗尽区。

势阱内所吸收的光生电子数量与入射到该势阱附近的光强成正比。

电荷转移原理器件基本结构是系列彼此非常靠近的光敏元，这些光敏元使用同半导体衬底氧化层均匀连续相邻金属电极间隔极小。

任何可移动的电荷都将力图向表面势大的位置移动。

为了保证信号电荷按确定的方向和路线转移，在光敏元阵列上所加的各路电压脉冲要求严格满足相位要求。

电子发烧友电子技术论坛级二级三相三相时钟脉冲波形电荷转移过程电荷注入方法电荷注入方法背面光注入电注入电子发烧友电子技术论坛电荷的输出图.输出端结构固体图像传感器的分类线阵型图像传感器转移栅转移栅光积分单元不透光光积分单元输出输出单沟道移位寄存器移位寄存器移位寄存器双沟道面阵型图像传感器感光区输出输出寄存器输出寄存器输出光感光区暂存器输出寄存器输出暂存列光敏单元行传输帧传输行间传输行选址电路感光列图像传感器的特性参数光电转移效率总转移效率分辨率分电压升高，这样便会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倍，所以光敏晶体管有放大作用。

电子发烧友电子技术论坛型光敏晶体管结构和基本电路结构符号光基本电路图.光敏三极管的结构和基本电路电子发烧友电子技术论坛光敏管的基本特性光敏晶体管的光谱特性入射光锗硅伏安特性.反向电压集电极发射极电压硅光敏二极管硅光敏晶体管光照特性频率特性光敏二极管和三极管的主要差别光电流光敏二极管般只有几微安到几百微安，而光敏三极管般都在几毫安以上，至少也有几百微安，两者相差十倍至百倍。

光敏二极管与光敏三极管的暗电流则相差不大，般都不超过。

响应时间光敏二极管的响应时间在以下，而光敏三极管为。

因此，当工作频率较高时，应选用光敏二极管只有在工作频率较低时，才选用光敏三极管。

输出特性光敏二极管有很好的线性特性，而光敏三极管的线性较差。

总结光电器件光电效应内光电效应外光电效应光电管光电倍增管光生伏特效应光电池光能电能光电导效应光敏电阻.固体图像传感器电荷耦合器件，缩写为是种大规模金属氧化物半导体集成电路光电器件。

它以电荷为信号，具有光电信号转换存储转移并读出信号电荷的功能。

.的工作原理结构是由若干个电荷耦合单元组成的。

其基本单元是金属氧化物半导体电容器。

它以型或型半导体为衬底，上面覆盖层，再在表面依次沉积层金属电极而构成电容转移器件。

这样个结构称为个光敏元或个像素。

将阵列加上输入输出结构就构成了器件。

图.型光敏元金属氧化物沟阻耗尽区势阱衬底少数载流子势阱信号电荷表面势.电子发烧友电子技术论坛内光电效应分类•光电导效应在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低的现象。

•光生伏特效应在光线的作用下能够使物体产生定方向的电动势的现象。

如光电池。

电子发烧友电子技术论坛光敏电阻.光敏电阻的结构与工作原理光敏电阴是用半导体材料制成的光电器件。

光敏电阻没有极性，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。

无光照时，光敏电阻值暗电阻很大，电路中电流暗电流很小。

当光敏电阻受到定波长范围的光照时，它的阻值亮电阻急剧减小，电路中电流迅速增大。

般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。

实际光敏电阻的暗电阻值般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以下。

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