光電檢測(cè)四五六章考試范圍總結(jié)

1、第四章發(fā)光二極管（LED）是一種注入式電致發(fā)光器件，由P型和N型半導(dǎo)體組合而成。工作原理是：當(dāng)PN結(jié)加上正向電壓時(shí)，結(jié)區(qū)勢(shì)壘降低，P區(qū)的空穴載流子向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散，電子和空穴在結(jié)區(qū)相遇復(fù)合，從而釋放能量而發(fā)光。半導(dǎo)體材料的禁帶和導(dǎo)帶的寬度越寬，釋放出的能量越大，發(fā)出光的波長(zhǎng)就越短。LED的優(yōu)點(diǎn)是：體積小，節(jié)能環(huán)保，壽命長(zhǎng)，功耗低，響應(yīng)快，可靠性高，易集成等，是下一代的新型光源,也是光電檢測(cè)中的常用光源。LED的效率用于非顯示時(shí)的效率：1）功率效率：輻射同輸入功率之比。2）光學(xué)效率：外量子效率和內(nèi)量子效率之比。3）內(nèi)量子效率：注入載流子復(fù)合所產(chǎn)生的光子數(shù)同激發(fā)時(shí)注入的電子空穴對(duì)數(shù)

2、之比。4）外量子效率：射出的光子數(shù)同注入的電子空穴對(duì)數(shù)之比。用于顯示時(shí)的效率：發(fā)出的光通量同消耗的電功率之比，即有效的是可見光部分的人眼衡量的效率。LED的光譜：（1）發(fā)光光譜是發(fā)光的相對(duì)強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化的分布曲線，直接決定發(fā)光二極管的顏色，并決定了它的流明效率。（2）光源光譜由LED的材料、發(fā)光中心結(jié)構(gòu)確定，同幾何形狀和封裝方式無關(guān)。（3）光譜中主要關(guān)注峰值波長(zhǎng)和半強(qiáng)度寬度，其中峰值波長(zhǎng)同材料的禁帶寬度相關(guān)。伏安特性：LED的伏安特性同普通二極管的伏安特性相同，電壓小于開啟點(diǎn)電壓時(shí)沒有電流，超過開啟點(diǎn)后為歐姆特性。直流下計(jì)算公式為：RE-V交流下計(jì)算公式為：Re-VI21FF試題1已知FG40

3、2發(fā)光二極管的正向工作電流IF=30mA,試設(shè)計(jì)出：（1）用電壓為5V,內(nèi)阻為Ri為5歐，LED壓降為2V時(shí)，限流電阻R應(yīng)該為多少？（2）畫出簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)電路。（3）為何在使用發(fā)光二極管時(shí)，在兩端并聯(lián)一個(gè)反向二極管？答：R+Ri=（5-2）/0.03，故R=95歐。試題2：交流電源電壓有效值e=10V,LED的正向壓降為1V,流過的電流為10mA,需要接多大的限流電阻？答：R=（e-VF）/2IF=（10-1）/0.02=450歐激光：特點(diǎn)：1.相干性極好：空間相干性好，有的激光波面上各個(gè)點(diǎn)都是相干光源。2方向性極好（發(fā)散角10-4弧度）3脈沖瞬時(shí)功率大（可達(dá)1014瓦）4亮度極高種類：按工作物質(zhì)

4、分：固體，液體，氣體，半導(dǎo)體。按工作方式：連續(xù)式（功率可達(dá)10000W）脈沖式（瞬時(shí)功率可達(dá)1014W）波長(zhǎng)：極紫外可見光亞毫米（100nm1.222mm）原子激發(fā)的幾種基本方式:1）氣體放電激發(fā)2）原子間碰撞激發(fā)3）光激發(fā)（光泵）激光工作原理：1.自發(fā)輻射：原子在沒有外界干預(yù)的情況下，電子會(huì)由處于激發(fā)態(tài)的高能級(jí)E2自動(dòng)躍遷至低能級(jí)E1，這種躍遷稱為自發(fā)躍遷。自發(fā)輻射光子頻率：、E-Eh光吸收：當(dāng)原子中的電子處于低能級(jí)時(shí)，吸收光子的能量后從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)光吸收。受激輻射：當(dāng)原子中的電子處于高能級(jí)時(shí)，若外來光子的頻率恰好滿足時(shí)，電子會(huì)在外來光子的誘發(fā)下向低能級(jí)躍，并發(fā)出與外來光子一樣特征的光

5、子-受激輻射?！癊-Eh光放大：在受激輻射中通過一個(gè)光的作用，得到兩個(gè)特征完全相同的光子，如果這兩個(gè)光子再引起其它原子產(chǎn)生受激輻射，就能得到更多的特征完全相同的光子光放大，激光。5.粒子數(shù)正常分布和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：通常處于低能級(jí)的電子數(shù)較處于高能級(jí)的電子數(shù)要多，粒子數(shù)正常分布6.光學(xué)諧振腔：主要部分是兩個(gè)互相平行的并與激活介質(zhì)軸線垂直的反射鏡，有一個(gè)是全反射鏡，另一個(gè)是部分反射鏡。激光必須滿足3個(gè)基本要求：（1）要把出于較低能級(jí)的電子泵浦到較高能級(jí)上去。（2）要有大量的粒子分布反轉(zhuǎn)，使得受激輻射足以克服損耗。（3）要有一個(gè)共振腔提供正反饋和增益，用以維持受激輻射的持續(xù)振蕩。半導(dǎo)體激光器的閾值：激光

6、器中，要維持激光振蕩，光子的產(chǎn)生率要超過吸收速率，還需要超過光子在結(jié)區(qū)的損耗率，這種剛好抵償吸收與損耗的光子產(chǎn)生率就是閾值。半導(dǎo)體激光器是直接注入電流產(chǎn)生輻射躍遷，所以其閾值用電流密度或者電流I來表示。影響閾值的因素主要是半導(dǎo)體材料、結(jié)構(gòu)和溫度，隨著溫度的升高，閾值也增加受激輻射和自發(fā)輻射的不同受激輻射光的頻率、相位、偏振態(tài)和傳播方向與入射光相同，這種光被稱為相于光，自發(fā)輻射光是由大量不同激發(fā)態(tài)的電子自發(fā)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，其頻率和方向分布在一定范圍內(nèi)，相位和偏振態(tài)是雜亂無章的，這種光被稱為非相于光。第五章光電成像原理：光學(xué)物鏡將景物所反射出來的光成像到光電成像器件的像敏面上形成二維光學(xué)圖像，經(jīng)光電

7、成像器件將二維光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變成二維電氣圖像（超正析像管為電子圖像，視像管為電阻圖像或電勢(shì)圖像，面陣CCD為電荷圖像），然后進(jìn)行圖像分割，并按照一定的規(guī)則將所分割的電氣圖像轉(zhuǎn)變成一維時(shí)序信號(hào)（視頻信號(hào)），將視頻信號(hào)送入監(jiān)視器，控制顯像管電子槍的強(qiáng)度，顯像管電子槍與攝像管的電子槍作同步掃描，可將攝像管攝取得圖像顯示出來。（如將視頻信號(hào)經(jīng)調(diào)制放大成高頻射頻信號(hào)發(fā)送出去，再用天線系統(tǒng)將射頻信號(hào)接收到，經(jīng)過解調(diào)獲取視頻信號(hào)，控制電視顯像管電子槍的掃描可以獲得攝像管攝取得景物圖像）掃描方式：逐行掃描光柵，隔行掃描光柵電視制式：1.NTSC（美國制）：每秒29.97幀（簡(jiǎn)化為30幀），電視掃描線為525線，偶

8、場(chǎng)在前，奇場(chǎng)在后，畫面的寬咼比為4：3。NTSC電視標(biāo)準(zhǔn)用于美、日等國家和地區(qū)。場(chǎng)頻為每秒60場(chǎng)，幀頻為每秒30幀，掃描線為525行。2.PAL（西德制PhaseAlternatingLine逐行倒相）：德國、英國和其它一些西北歐國家采用這種制式。這種制式幀速率為25fps,每幀625行312線，標(biāo)準(zhǔn)分辨率為720X576。3電視圖像的寬高比：分別用W和H表示電視屏幕的圖像寬度和高度，二者之比就是圖像的寬高比。一般為4：3。4幀頻與場(chǎng)頻：幀頻為每秒鐘電視屏幕變化的數(shù)目，即電視圖像的重復(fù)頻率，根據(jù)人眼的視覺特性，這個(gè)頻率不小于48次/秒?？紤]到交流干擾問題，這個(gè)頻率一般取50赫茲。在隔行掃描方式

9、下，幀頻為場(chǎng)頻一半，25赫茲。逐行方式下，二者相等。5.掃描行數(shù)與行頻：掃描行數(shù)也就是電子束在水平方向上的掃描速度。場(chǎng)頻一定的情況下，行頻越高，掃描速度就越快，所以行頻的確定是圖像清晰度和通訊傳輸速度，系統(tǒng)成本等多方面的折中。我國現(xiàn)行電視制式（PLA制式）：寬高比為4：3,場(chǎng)頻為50赫茲，行頻為15625赫茲，場(chǎng)周期為20毫秒，其中正程掃描時(shí)間為18.4毫秒，逆程掃描時(shí)間為1.6毫秒，行周期為64微秒，其中正程掃描時(shí)間為52微秒，逆程掃描時(shí)間為12微秒。電荷耦合器件CCD：具備光電轉(zhuǎn)換、信息存貯和傳輸?shù)裙δ?，具有集成度高、功耗小、分辨力高、?dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。CCD圖像傳感器被廣泛應(yīng)用于生活、天

10、文、醫(yī)療、電視、傳真、通信以及工業(yè)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。電荷的儲(chǔ)存：當(dāng)柵極G施加正偏壓UG之前（UG=0）,P型半導(dǎo)體中的空穴（多數(shù)載流子）的分布是均勻的；當(dāng)柵極電壓加正向偏壓（UGvUth）后，空穴被排斥，產(chǎn)生耗盡區(qū)，偏壓繼續(xù)增加，耗盡區(qū)進(jìn)一步向半導(dǎo)體內(nèi)延伸；當(dāng)UGUth時(shí)，半導(dǎo)體與絕緣體界面上的電勢(shì)（表面勢(shì)S）變得如此之高，以至于將半導(dǎo)體體內(nèi)的電子（少數(shù)載流子）吸引到表面，形成電荷濃度極高的極薄反型層，反型層電荷的存在說明了MOS結(jié)構(gòu)具有存儲(chǔ)電荷的功能。MOS電容存儲(chǔ)信號(hào)電荷的容量為：Q=CoxUGA電荷耦合：（1）通過將一定規(guī)則變化的電壓加到CCD各電極上，電極下的電荷包就能沿半導(dǎo)體表面按

11、一定方向移動(dòng)。通常把CCD電極分為幾組，并施加同樣的時(shí)鐘脈沖。如圖f,為三相時(shí)鐘脈沖，此種CCD稱為三相CCD。（2）CCD電極間隙必須很小，否則被電極間的勢(shì)壘所間隔。（3）產(chǎn)生完全耦合條件的最大間隙一般由具體電極結(jié)構(gòu)，表面態(tài)密度等因素決定。間隙長(zhǎng)度應(yīng)小于3um。（4）以電子為信號(hào)電荷的CCD稱為N型溝道CCD（工作頻率高），而以空穴為信號(hào)電荷的CCD稱為P型溝道CCDCCD電荷輸出：信號(hào)電荷在轉(zhuǎn)移過程中與時(shí)鐘脈沖無任何電容耦合，但在輸出端則不可避免，所以需選擇適當(dāng)?shù)剌敵鲭娐?，以減小時(shí)鐘脈沖容性饋入輸出電路。目前主要的輸出電路有：電流輸出、浮置擴(kuò)散放大器輸出、浮置柵放大器輸出。CCD類型：分別

12、按照驅(qū)動(dòng)脈沖的相數(shù)、柵電極的不同、柵電極的層、電荷轉(zhuǎn)移的溝道位置、光敏單元的排列等區(qū)分。按照相數(shù)分：（1）按照驅(qū)動(dòng)脈沖的相數(shù)劃分為兩相、三相、四相等。（2）兩相需要在電極結(jié)構(gòu)中制造出某種不對(duì)稱性，防止電荷倒流；（3）三相是常用方式；（4）四相主要用于高端、高速CCD中。按照光敏單元排列方式和覆蓋膜：彩色、單色。按照敏感光譜分為：可見光、紅外光CCD的特性參數(shù)：=竺x100%1耳n1、轉(zhuǎn)移效率：Q（0）轉(zhuǎn)移損失率1-nn個(gè)柵電極的轉(zhuǎn)移效率為：q1這是一個(gè)CCD性能關(guān)鍵參數(shù)，假如一個(gè)CCD的單次轉(zhuǎn)移效率為99.9，1024像素，則轉(zhuǎn)移后的損失為999%1024=369%。2工作頻率f:下限：為避免

13、由于熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子對(duì)注入信號(hào)的干擾，注入電荷從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極所用的時(shí)間必須小于少數(shù)載流子的平均壽命，如果驅(qū)動(dòng)脈沖變化太慢，則在電荷存儲(chǔ)時(shí)間內(nèi),MOS電容已經(jīng)向穩(wěn)態(tài)過渡，CCD不能正常工作，即CCD存在一個(gè)工作下限。該下限同載流子平均壽命有關(guān)，即對(duì)三相CCDT_13_3f-3r上限：CCD的電極長(zhǎng)度不是無限小，信號(hào)電荷通過電極需要一定的時(shí)間。若驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘變化太快，電荷不能在勢(shì)阱中完全轉(zhuǎn)移；也就是電荷轉(zhuǎn)移時(shí)間決定了CCD的上限頻率。當(dāng)工作頻率升高時(shí)，若電荷本身從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極所需的時(shí)間大于驅(qū)動(dòng)脈沖使其轉(zhuǎn)移地時(shí)間T/3,那么信號(hào)電荷跟不上驅(qū)動(dòng)脈沖的變化，使轉(zhuǎn)移效率大大降低。故t

14、WT/3,即fWl/3t驅(qū)動(dòng)頻率大于一定值時(shí)，損失率急劇增加，該臨界點(diǎn)也就是這個(gè)CCD的最大驅(qū)動(dòng)頻率光電轉(zhuǎn)換特性：CCD中的信號(hào)電荷是由光子注入產(chǎn)生的少數(shù)載流子形成的，所以具有很好的光電轉(zhuǎn)換效率，可以達(dá)到光譜特性：CCD對(duì)不同波長(zhǎng)光譜具有不同的轉(zhuǎn)換效率，選擇CCD時(shí)需要特別注意這點(diǎn)CCD的分辨率：極限分辨率是在一定的測(cè)試條件之下定義的。當(dāng)以一定性質(zhì)的鑒別率圖案（有100%對(duì)比度的專門的測(cè)試卡）投射到CCD光敏面時(shí)，在輸出端觀察到的最小空間頻率（即用眼睛分辨的最細(xì)黑白條紋對(duì)數(shù)）就是該器件的極限分辨率。分辨率通常用每毫米黑白條紋對(duì)數(shù)（單位為線對(duì)/mm）或每幀高電視行數(shù)（單位為TVL）。CCD的象數(shù)

15、越高，其分辨率也越高暗電流：主要包括：A、耗盡的硅襯底中電極自價(jià)帶至導(dǎo)帶的本征躍遷。B、少數(shù)載流子在中性體內(nèi)的擴(kuò)散C、來自SiO2界面和基片之間的耗盡區(qū)D、由SiSiO2界面表面引起的。降低溫度可以有效減小暗電流，所以科學(xué)上使用高性能CCD時(shí)，一般采用低溫處理動(dòng)態(tài)范圍：指其飽和電壓與暗場(chǎng)下噪聲峰峰值電壓之比。噪聲：CCD的噪聲主要包括三個(gè)部分：電荷注入器件引起的噪聲；電荷轉(zhuǎn)移過程中，電荷量變化產(chǎn)生的噪聲；電荷輸出產(chǎn)生的噪聲。必須對(duì)彩色CMOS的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，否則其輸出就是灰度圖像。奇數(shù)行偶數(shù)列（左）奇數(shù)行奇數(shù)列(x,y)_f(仝y-%f(仝y+1)g(x,y)_f(x,y)f(x-l,

16、y)+f(x+l,y)2右）/f(xl,y1)+f(x+l,y1)+f(xl,y+1)+f(x+l,y+1)r(x,y)_”4(x)_f(x,y-1)+f(x,y+1)+f(x-1.y)+f(x+1.y)，4b(x,y)_f(x,y)例題!1、用像素尺寸為12um,用1728單元的線陣CCD進(jìn)行視覺圖像測(cè)量。設(shè)被檢測(cè)物體的最大尺寸為3m,物鏡焦距為f=75mm，試計(jì)算：1）物體離透鏡中心的最小距離？2）最小可檢測(cè)尺寸值？（解答橫著看）解：設(shè)物體高度為Y，則像高度y=Y。12x1728xlO-63=0.006912二v_0uuvu+vuP1+Pf(1+P)r0.75x1.0069120.0069

17、1210.93最小分辨率=12um/B=1.74mmCCD缺點(diǎn)：1、CCD相機(jī)為多芯片系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。2、需要相對(duì)高的工作電壓，還需要二相、三相驅(qū)動(dòng)脈沖。3、藍(lán)光響應(yīng)差，且有光暈、拖影現(xiàn)象。4、CCD技術(shù)芯片技術(shù)工藝復(fù)雜，不能與標(biāo)準(zhǔn)工藝兼容。成品率低，成本高。5、電荷轉(zhuǎn)移要求嚴(yán)格，且必須按照一定的時(shí)序進(jìn)行讀取，不能隨機(jī)讀取。CMOS圖像傳感器：出現(xiàn)于1969年，它是一種用傳統(tǒng)的芯片工藝方法將光敏元件、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、數(shù)字信號(hào)處理器和計(jì)算機(jī)接口電路等集成在一塊硅片上的圖像傳感器件，這種器件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理功能多、成品率高和價(jià)格低廉，有著廣泛的應(yīng)用前景。CMOS成像器件的組成

18、原理：它的主要組成部分是像敏單元陣列和MOS場(chǎng)效應(yīng)管集成電路，而且這兩部分是集成在同一硅片上的。像敏單元陣列由光電二極管陣列構(gòu)成。像敏單元陣列按X和Y方向排列成方陣，方陣中的每一個(gè)像敏單元都有它在X，Y各方向上的地址，并可分別由兩個(gè)方向的地址譯碼器進(jìn)行選擇；輸出信號(hào)送A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)輸出使其按著與線陣CCD相類似的方式工作。像敏單元結(jié)構(gòu)：指每個(gè)成像單元的電路結(jié)構(gòu)，是CMOS圖像傳感器的核心組件。像敏單元結(jié)構(gòu)有兩種類型，即被動(dòng)像敏單元結(jié)構(gòu)和主動(dòng)像敏單元結(jié)構(gòu)。前者只包含光電二極管和地址選通開關(guān)兩部分；后者包括放大電路部分。APS的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在每一個(gè)像素位置放大的信號(hào)電壓被切換到

19、列緩沖器，然后輸出到放大器；由于沒有電荷轉(zhuǎn)移過程，所以沒有電荷信號(hào)的流失，不易造成圖像拖尾現(xiàn)象，也容易得到高的速度。CMOS圖像傳感器的工作流程由像敏單元，行列開關(guān)，地址譯碼器，A/D轉(zhuǎn)換器等許多部分組成較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)（1）初始化：初始化時(shí)要確定器件的工作模式，如：輸出偏壓、放大器的增益、取景器是否開通，并設(shè)定積分時(shí)間。（2）幀讀出（YR）移位寄存器初始化利用同步脈沖SYNC-YR,可以使YR移位寄存器初始化SYNC-YR為行啟動(dòng)脈沖序列，不過在它的第一行啟動(dòng)脈沖到來之前，有一消隱期間，在此期間內(nèi)要發(fā)送一個(gè)幀啟動(dòng)脈沖。（3）啟動(dòng)行讀出：SYNC-YR指令啟動(dòng)行讀出，從第一行（Y=0）開始，直至

20、Y=Ymax止;（4）啟動(dòng)X移位寄存器：利用同步信號(hào)SYNC-X，啟動(dòng)X移位寄存器開始讀數(shù)，從X=0起，至X=Xmax止。（5）信號(hào)采集：A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)一行圖像信號(hào)進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)采集。（6）啟動(dòng)下行讀數(shù)：讀完一行后，發(fā)出指令，接著進(jìn)行下一行讀數(shù)。（7）復(fù)位：幀復(fù)位是用同步信號(hào)SYNC-YL控制的，從SYNC-YL開始至SYNC-YR出現(xiàn)的時(shí)間間隔便是曝光時(shí)間（為了不引起混亂，在讀出信號(hào)之前應(yīng)當(dāng)確定曝光時(shí)間（8）輸出放大器復(fù)位：用于消除前一個(gè)像敏單元信號(hào)的影響，由脈沖信號(hào)SIN控制對(duì)輸出放大器的復(fù)位。（9）信號(hào)采樣/保持：為適應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換器的工作，CMOS圖像傳感器時(shí)序脈沖波形圖工作過程：3個(gè)同

21、步脈沖SYNC-YL，SYNC-YR和SYNC-X分別對(duì)器件中的3個(gè)移位寄存器進(jìn)行初始化（其中SYNC-YL、SYNC-YR為分時(shí)操作的，由L/R信號(hào)的高、低電平控制（這些同步信號(hào)都是低電平有效（時(shí)鐘信號(hào)CLCK-Y用于啟動(dòng)下一行，該信號(hào)為下降沿有效（時(shí)鐘信號(hào)SIN用于使輸出放大器復(fù)位，它是高電平有效的，在讀數(shù)結(jié)束時(shí)起作用，將輸出放大器復(fù)位。復(fù)位以后，信號(hào)存儲(chǔ)在輸出放大器中，而后，SIN又重新回到低電平（利用第一個(gè)復(fù)位脈沖使像敏單元復(fù)位。SYNC-X啟動(dòng)，讀出信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)分別控制每個(gè)像敏單元信號(hào)的讀出；讀出結(jié)束后，SHY重新回到高電平（時(shí)鐘信號(hào)SHY控制信號(hào)的采樣與保持，此信號(hào)為低電平時(shí)對(duì)信

22、號(hào)進(jìn)行采集。CMOS成像器件的輔助電路：（1）偏置非均勻性校正電路（2）隨機(jī)選址電路（3）相關(guān)雙采樣電路CMOS圖像傳感器的特性參數(shù)：1光譜性能與量子效率2、像素間的非均勻性：CMOS器件的不同像素間的光電響應(yīng)是不同的，也就是存在一定的非均勻性：PRUN二FPN/Ux100%PRUN二（U-U）/UxlOO%smaxmin0由于每個(gè)像元的輸出電壓，直接對(duì)應(yīng)于輸出的灰度，因此可以將像元集合中的灰度值作為最大輸出，將像元中的最小值作為最小輸出，將平均值作為輸出電壓均值（即響應(yīng)不均勻性可以表示為：PRUN=（G-G）/Gx100%maxmin0CMOS的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：1）使用方便，不需要A/D等采樣；成

23、本低。2）采集速度快，幀頻快。3）對(duì)每個(gè)像素可以多次采集，動(dòng)態(tài)范圍大，可達(dá)120DB。4）色彩還原性好。5）處理智能化。CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器的比較：這兩種器件都采用硅（Si）材料制造，它們的光譜響應(yīng)特性和量子效率等基本相同；二者的像敏單元尺寸和電荷的存儲(chǔ)容量也相近（但是，由于二者的結(jié)構(gòu)和工藝方法不同，二者的其他性能也有所差別（CMOS成像器件的功能多，工藝方法簡(jiǎn)單，成像質(zhì)量也與CCD接近相同點(diǎn)：兩者都是光電成像傳感器，都具有線陣和面陣兩種類型（其主要區(qū)別在于：1、CCD輸出的是模擬信號(hào)，且需要驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)，然后利用A/D變換方可轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；CMOS直接輸出的就是數(shù)字信號(hào)，且

24、不需要驅(qū)動(dòng)時(shí)序（2、同等條件下的CCD成本高于CMOS成本。3、利用CMOS可以獲得較高的圖像采集速度，且便于工業(yè)化生產(chǎn)。第六章光電檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)要求：靈敏的、較強(qiáng)的光電轉(zhuǎn)換能力：光電靈敏度?？焖俚膭?dòng)態(tài)響應(yīng)能力：頻率響應(yīng)及選擇特性。最佳的信號(hào)檢測(cè)能力：信噪比(SNR)、等效噪聲功率(NEP)。長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性和可靠性：光電信號(hào)輸入電路的靜態(tài)計(jì)算：靜態(tài)計(jì)算法是對(duì)緩慢變化的光信號(hào)采用直流電路檢測(cè)時(shí)使用的設(shè)計(jì)方法，由于光電檢測(cè)器件的非線性伏安特性，所采用的方法包括線性電路的圖解法和分段線性化的解析法。按照伏安特性的基本性質(zhì)可分為三種類型：恒流源型、光伏型和可變電阻。例：一個(gè)2DU型光敏二極管，其電流

25、靈敏度是SI=0.5uAuW,結(jié)間電導(dǎo)為G=0OO5uS,當(dāng)輸入光通量為=5uW+3uWsinot，輸出曲線轉(zhuǎn)折電壓為UM=10V時(shí)。若該輸入電路同放大器相連接，用電源電壓Ub=40V,試計(jì)算：1)最大功率時(shí)的直流偏置電阻Rb和放大器的輸入電阻RL？2)計(jì)算最大功率時(shí)能向E0HENarctanGUU+E7JU放大器提供的最大電流、電壓和功率。/SE二S，而二5uW,二3uW,所以:eI0ma2(U-U)bS(E+2E)+2GUem0M2(U-U)bMS(+2)+2GUIm0M2(40-10)-0.5(3+2x5)+2x0.005x10二9M0二1/9M0二O.lluSbb輸出功率最大時(shí)有RO.

26、1158.7M0G二G+G二0.11+0.005二0.115uS0.5x3二6.5V(峰值電壓)9x1062(G+G)2(G+G)2(0.11+0.005)二0.7uA(峰值電流)bb6.5P=G(U)2=0115(6.5)2=2.3uW(峰值功率)光電檢測(cè)電路的頻率特性：L2lm2件本身有關(guān)，而且主要取決于電路的形式和阻容參數(shù)，需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)才能充分發(fā)揮器件的固有性質(zhì)，達(dá)到預(yù)期的動(dòng)態(tài)要求。描述檢測(cè)器件頻率響應(yīng)通道的參數(shù)是通頻帶f,電路上限和下限截止頻率所包括的頻率范圍。f愈大，、信號(hào)通過能力愈強(qiáng)。1高頻特性：口Se(g+G+G)U=E7LbL(廠、1+jo它是檢測(cè)LCg+G+G丿LbSe

27、=E(g+G+G)Lb1+jOTH2nx1(上限頻率八Cg+GGLb給定輸入光強(qiáng)度，希望負(fù)載上獲取最大功率輸出：滿足、RS)Se2G2SEe-bUEL=+G+GL1+jOT=R和gR(R10R)且gGLbLbb11bj電流放大時(shí)，希望在負(fù)載上獲得最大電流輸出:RR(10RR)且g很小U=逹(g+G+GLSeRLAUET=RC1+jOT1+jOTLj1bH2兀T2兀RCLj光電器件的自身慣性和檢測(cè)電路的耦合電容、分布電容等非阻性元件的存在。使光電檢測(cè)電路需要一個(gè)過渡過程才能對(duì)快速變化的輸入光信號(hào)建立穩(wěn)定的響應(yīng)。在檢測(cè)技術(shù)中常采用頻域分析法。在光電器件以各種耦合方式和電路器件組成檢測(cè)電路時(shí)，其綜合動(dòng)態(tài)特性不僅與光電器總結(jié)：1、為從光電二極管得到足夠的信號(hào)功率和電壓，負(fù)載電阻RL和直流偏置電阻Rb不能很小，阻值過大，又使高頻截止頻率下降，降低通頻帶，因此要由增益和帶寬綜合考慮選擇負(fù)載大小。2、