传感器原理与应用-(第二版)--第七章课件

11223x1光源光源光源光源光通路光通路光通路光通路光电器件光电器件光电器件光电器件测量电路测量电路测量电路测量电路光量光量光量光量电量电量x2输出输出X1X1被测量直接引起光源光量的变化被测量直接引起光源光量的变化被测量直接引起光源光量的变化被测量直接引起光源光量的变化X2X2被测量在光传播过程中调制光量被测量在光传播过程中调制光量被测量在光传播过程中调制光量被测量在光传播过程中调制光量对光量的调制方法：对光量的调制方法：对光量的调制方法：对光量的调制方法：第七章第七章 光电式传感器光电式传感器3x1光源光通路光电器件测量电路光量光量电量x2输出X14一、光源一、光源1 1、常用光源、常用光源、常用光源、常用光源常用光源常用光源发光器件发光器件物体辐射光物体辐射光白炽光源白炽光源气体放电光源气体放电光源发光二极管发光二极管激光器激光器GaP、SiC可见光可见光LEDGaAs红外红外LED4一、光源1、常用光源常用光源发光器件物体辐射光白炽光源气体5 不同频率或波长的光具有不同的能量不同频率或波长的光具有不同的能量不同频率或波长的光具有不同的能量不同频率或波长的光具有不同的能量二、光电效应二、光电效应波动性：以光速运动，干涉、衍射波动性：以光速运动，干涉、衍射波动性：以光速运动，干涉、衍射波动性：以光速运动，干涉、衍射粒子性：具有一定的质量和能量的粒子粒子性：具有一定的质量和能量的粒子粒子性：具有一定的质量和能量的粒子粒子性：具有一定的质量和能量的粒子光光光光以光速运动的粒子流以光速运动的粒子流以光速运动的粒子流以光速运动的粒子流波粒二象性波粒二象性波粒二象性波粒二象性5 不同频率或波长的光具有不同的能量二、光电效应波动性：6金属金属金属金属金属氧化物金属氧化物金属氧化物金属氧化物半导体半导体半导体半导体光照光照光照光照 电子电子电子电子 光电效应是光电传感器的基本转换原理光电效应是光电传感器的基本转换原理光电效应是光电传感器的基本转换原理光电效应是光电传感器的基本转换原理光照光照光照光照 半导体半导体半导体半导体 电子在物体内部运动电子在物体内部运动电子在物体内部运动电子在物体内部运动内光电效应内光电效应内光电效应内光电效应金属金属金属金属金属氧化物金属氧化物金属氧化物金属氧化物光照光照光照光照 电子逸出物体表面电子逸出物体表面电子逸出物体表面电子逸出物体表面外光电效应外光电效应外光电效应外光电效应1 1、定义及分类、定义及分类、定义及分类、定义及分类6金属光照 电子 光电效应是光电传感器的基本7 只有当入射光能量大于电子逸出功时，只有当入射光能量大于电子逸出功时，只有当入射光能量大于电子逸出功时，只有当入射光能量大于电子逸出功时，才能产生光电子，红限频率才能产生光电子，红限频率才能产生光电子，红限频率才能产生光电子，红限频率 光电流与入射光强成正比光电流与入射光强成正比光电流与入射光强成正比光电流与入射光强成正比 光电子逸出物体表面具有初始动能，负截止电压光电子逸出物体表面具有初始动能，负截止电压光电子逸出物体表面具有初始动能，负截止电压光电子逸出物体表面具有初始动能，负截止电压 从光照至发射电子，时间从光照至发射电子，时间从光照至发射电子，时间从光照至发射电子，时间 10 10 10 10-9-9-9-9 s s s s2 2、外光电效应、外光电效应、外光电效应、外光电效应电子吸收光子能量电子吸收光子能量电子吸收光子能量电子吸收光子能量克服物质的束缚，电子逸出功克服物质的束缚，电子逸出功克服物质的束缚，电子逸出功克服物质的束缚，电子逸出功转化为逸出电子的动能转化为逸出电子的动能转化为逸出电子的动能转化为逸出电子的动能7 只有当入射光能量大于电子逸出功时，光电流与入射83 3、内光电效应、内光电效应、内光电效应、内光电效应光生电子光生电子光生电子光生电子-空穴对空穴对空穴对空穴对光电导效应光电导效应光电导效应光电导效应光生伏特效应光生伏特效应光生伏特效应光生伏特效应载流子数目增多、电导率变大载流子数目增多、电导率变大载流子数目增多、电导率变大载流子数目增多、电导率变大条件：入射光能量大于半导体材料的禁带宽度条件：入射光能量大于半导体材料的禁带宽度条件：入射光能量大于半导体材料的禁带宽度条件：入射光能量大于半导体材料的禁带宽度4 4、光电导效应、光电导效应、光电导效应、光电导效应83、内光电效应光生电子-空穴对光电导效应光生伏特效应载流子9 对于每种半导体材料存在一个入射光的波长限对于每种半导体材料存在一个入射光的波长限对于每种半导体材料存在一个入射光的波长限对于每种半导体材料存在一个入射光的波长限 入射光光强愈强，电导率愈大入射光光强愈强，电导率愈大入射光光强愈强，电导率愈大入射光光强愈强，电导率愈大 入射光波长入射光波长入射光波长入射光波长 禁带宽度禁带宽度禁带宽度禁带宽度光照下，使半导体产光照下，使半导体产光照下，使半导体产光照下，使半导体产生一定方向电动势的生一定方向电动势的生一定方向电动势的生一定方向电动势的现象。现象。现象。现象。4 4、光生伏特效应、光生伏特效应、光生伏特效应、光生伏特效应9 对于每种半导体材料存在一个入射光的波长限 入射光10三、光电器件三、光电器件1 1、光电管、光电管、光电管、光电管10三、光电器件1、光电管11光谱特性：光谱特性：光谱特性：光谱特性：工作电压工作电压工作电压工作电压不变，入射光波长与不变，入射光波长与不变，入射光波长与不变，入射光波长与灵敏度（量子效率）灵敏度（量子效率）灵敏度（量子效率）灵敏度（量子效率）的关系的关系的关系的关系光谱特性取决于阴光谱特性取决于阴光谱特性取决于阴光谱特性取决于阴极材料，不同阴极极材料，不同阴极极材料，不同阴极极材料，不同阴极材料的光电管其灵材料的光电管其灵材料的光电管其灵材料的光电管其灵敏度分布不同敏度分布不同敏度分布不同敏度分布不同 0.2 0.4 0.6 0.2 0.4 0.6 25 25 20 20 15 15 10 10 5 5 0 00.2 0.4 0.6 0.8 1.00.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.111光谱特性：工作电压不变，入射光波长与灵敏度（量子效率）的12伏安特性：伏安特性：伏安特性：伏安特性：一定一定一定一定光通量照射下，光通量照射下，光通量照射下，光通量照射下，光电管阳极与阴光电管阳极与阴光电管阳极与阴光电管阳极与阴极间的电压与电极间的电压与电极间的电压与电极间的电压与电流的关系。流的关系。流的关系。流的关系。光照特性：光照特性：光照特性：光照特性：光电管工作电光电管工作电光电管工作电光电管工作电压一定时，入射光通量与压一定时，入射光通量与压一定时，入射光通量与压一定时，入射光通量与光电流的关系光电流的关系光电流的关系光电流的关系 20 40 60 80 100 120 20 40 60 80 100 120 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 0.5 1 1.5 2.0 2.5 0.5 1 1.5 2.0 2.58080606040402020 0 0 12伏安特性：一定光通量照射下，光电管阳极与阴极间的电压与电132 2、光电倍增管、光电倍增管、光电倍增管、光电倍增管光电倍增极：光电倍增极：光电倍增极：光电倍增极：12-1412-14级级级级 K132、光电倍增管光电倍增极：12-14级 K14 灵敏度高灵敏度高光电管：光电管：光电管：光电管：0.1 lm 0.1 lm 光通量光通量光通量光通量 5 uA 5 uA 光电流光电流光电流光电流光电倍增管：光电倍增管：光电倍增管：光电倍增管：0.0001 lm 0.0001 lm 光通量光通量光通量光通量 1000 uA 1000 uA 光电流光电流光电流光电流光电倍增系数光电倍增系数光电倍增系数光电倍增系数14 灵敏度高光电管：0.1 lm 光通量光电倍增管：光15 250 500 750 1000 1250 1500 250 500 750 1000 1250 1500 10 106 6 10 105 5 10 104 4 10 103 3 10 102 2 50 100 150 50 100 150 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 015 250 500 750 163 3、光敏电阻、光敏电阻、光敏电阻、光敏电阻163、光敏电阻17光敏电阻的伏安特性光敏电阻的伏安特性光敏电阻的伏安特性光敏电阻的伏安特性 50 100 50 100 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.30 0.30 0.25 0.25 0.20 0.20 0.15 0.15 0.10 0.10 0.05 0.05非线性：非线性：非线性：非线性：不适合于作不适合于作不适合于作不适合于作 测量元件测量元件测量元件测量元件17光敏电阻的伏安特性 18 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.51.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5100100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 0 光敏电阻硫化铅的温度特性光敏电阻硫化铅的温度特性光敏电阻硫化铅的温度特性光敏电阻硫化铅的温度特性 0 1.0 2.0 3.0 4.0 0 1.0 2.0 3.0 4.0100100 80 80 60 60 40 40 20 2018 0.5 1194 4、光电池、光电池、光电池、光电池电压源：将光量转变为电动势电压源：将光量转变为电动势电压源：将光量转变为电动势电压源：将光量转变为电动势硒光电池硒光电池硒光电池硒光电池硅光电池硅光电池硅光电池硅光电池硅光电池硅光电池硅光电池硅光电池硅光电池的结构硅光电池的结构硅光电池的结构硅光电池的结构194、光电池电压源：将光量转变为电动势硒光电池硅光电池硅光20硅光电池的光谱特性硅光电池的光谱特性硅光电池的光谱特性硅光电池的光谱特性 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20.4 0.6 0.8 1.0 1.2100100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 0 硅光电池的光照特性硅光电池的光照特性硅光电池的光照特性硅光电池的光照特性 0 0 20002000 4000 60004000 6000 8000 8000 1000010000 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 20硅光电池的光谱特性 0.2 0.4 21提高光电转换能力：提高光电转换能力：提高光电转换能力：提高光电转换能力：面积大、浅结的面积大、浅结的面积大、浅结的面积大、浅结的PNPN结结结结5 5、光敏二极管、光敏二极管、光敏二极管、光敏二极管管芯结构管芯结构管芯结构管芯结构光敏二极管电路光敏二极管电路光敏二极管电路光敏二极管电路21提高光电转换能力：5、光敏二极管管芯结构光敏二极管电路22光敏二极管的光敏二极管的光敏二极管的光敏二极管的光谱特性曲线光谱特性曲线光谱特性曲线光谱特性曲线 250 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000500 750 1000 1250 1500 1750 2000100100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 0 22光敏二极管的 250 232 2、高速光电二极管、高速光电二极管、高速光电二极管、高速光电二极管光电转换效率高光电转换效率高光电转换效率高光电转换效率高漂移时间小，响应速度高漂移时间小，响应速度高漂移时间小，响应速度高漂移时间小，响应速度高（1 1）PINPIN结光电二极管结光电二极管结光电二极管结光电二极管232、高速光电二极管光电转换效率高漂移时间小，响应速度高（24（2 2）APDAPD雪崩式光电二极管雪崩式光电二极管雪崩式光电二极管雪崩式光电二极管高掺杂浓度的高掺杂浓度的高掺杂浓度的高掺杂浓度的P+P+层，层，层，层，响应时间极短响应时间极短响应时间极短响应时间极短碰撞电离，碰撞电离，碰撞电离，碰撞电离，二次电子发射二次电子发射二次电子发射二次电子发射雪崩倍增，灵敏度高雪崩倍增，灵敏度高雪崩倍增，灵敏度高雪崩倍增，灵敏度高24（2）APD雪崩式光电二极管高掺杂浓度的P+层，碰撞电离256 6、光敏三极管、光敏三极管、光敏三极管、光敏三极管种类：种类：种类：种类：NPNNPN、PNPPNP电极：电极：电极：电极：通常通常通常通常2 2个，无基极个，无基极个，无基极个，无基极结构：结构：结构：结构：基区面积大基区面积大基区面积大基区面积大 发射区面积小发射区面积小发射区面积小发射区面积小放大：放大：放大：放大：两个两个两个两个PNPN结结结结光敏三极管的芯片结构光敏三极管的芯片结构光敏三极管的芯片结构光敏三极管的芯片结构光敏三极管的电路光敏三极管的电路光敏三极管的电路光敏三极管的电路256、光敏三极管种类：NPN、PNP电极：通常2个，无基极26光敏三极管的光谱特性光敏三极管的光谱特性光敏三极管的光谱特性光敏三极管的光谱特性 400 400 600 800 1000 1200 1400 600 800 1000 1200 1400 1600 18001600 1800100100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 0 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 14 14 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0光敏三极管伏安特性光敏三极管伏安特性光敏三极管伏安特性光敏三极管伏安特性26光敏三极管的光谱特性 400 27光敏三极管的光照特性光敏三极管的光照特性光敏三极管的光照特性光敏三极管的光照特性 200 400 600 800 1000 200 400 600 800 1000 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 27光敏三极管的光照特性 200 28四、光电传感器的应用四、光电传感器的应用光电开关光电开关遮断型遮断型反射型反射型遮遮断断型型光光电电开开关关示示意意图图Object光发射器光接收器例例例例1 1 1 1：光电开关：光电开关：光电开关：光电开关 28四、光电传感器的应用光电开关遮断型反射型遮断型光电开关示292930门窗防盗控制门窗防盗控制门窗防盗控制门窗防盗控制自动扶梯自动启停自动扶梯自动启停自动扶梯自动启停自动扶梯自动启停1 1 1 1、对射式光电开关、对射式光电开关、对射式光电开关、对射式光电开关汽车通过检测汽车通过检测汽车通过检测汽车通过检测汽车喷涂控制汽车喷涂控制汽车喷涂控制汽车喷涂控制30门窗防盗控制自动扶梯自动启停1、对射式光电开关汽车通过检31对射式光电开关对射式光电开关对射式光电开关对射式光电开关鉴别不同高度物体鉴别不同高度物体鉴别不同高度物体鉴别不同高度物体高度判别高度判别高度判别高度判别缺件剔除缺件剔除缺件剔除缺件剔除料位控制料位控制料位控制料位控制31对射式光电开关鉴别不同高度物体高度判别缺件剔除料位控制32围墙监护警戒围墙监护警戒围墙监护警戒围墙监护警戒2 2 2 2、远距对射式光电开关、远距对射式光电开关、远距对射式光电开关、远距对射式光电开关库房卫士库房卫士库房卫士库房卫士安全警戒安全警戒安全警戒安全警戒32围墙监护警戒2、远距对射式光电开关库房卫士安全警戒33反射式光电开关反射式光电开关反射式光电开关反射式光电开关检测距离漫反射光线反射光线被检测物体光发射器和光接受器发射光线额定距离额定距离33反射式光电开关检测距离漫反射光线反射光线被检测物体光发射343 3 3 3、反射式光电开关、反射式光电开关、反射式光电开关、反射式光电开关料位控制料位控制料位控制料位控制烟雾报警烟雾报警烟雾报警烟雾报警带材对中控制带材对中控制带材对中控制带材对中控制缺料检测缺料检测缺料检测缺料检测343、反射式光电开关料位控制烟雾报警带材对中控制缺料检测35斜度检测斜度检测斜度检测斜度检测反射式光电开关反射式光电开关反射式光电开关反射式光电开关裂缝检测裂缝检测裂缝检测裂缝检测透明玻璃瓶检测透明玻璃瓶检测透明玻璃瓶检测透明玻璃瓶检测长度控制长度控制长度控制长度控制35斜度检测反射式光电开关裂缝检测透明玻璃瓶检测长度控制36限距式光电开关限距式光电开关限距式光电开关限距式光电开关产品计数产品计数产品计数产品计数液位检测液位检测液位检测液位检测气流量监测气流量监测气流量监测气流量监测检测有无盖检测有无盖检测有无盖检测有无盖36限距式光电开关产品计数液位检测气流量监测检测有无盖37限距式光电开关限距式光电开关限距式光电开关限距式光电开关料径控制料径控制料径控制料径控制行程控制行程控制行程控制行程控制转速监测转速监测转速监测转速监测超速或滞速判别超速或滞速判别超速或滞速判别超速或滞速判别37限距式光电开关料径控制行程控制转速监测超速或滞速判别38接收器接收器4.4.4.4.光幕光幕光幕光幕38接收器4.光幕39光幕传感器光幕传感器光幕传感器光幕传感器自动装配机的侵入检测自动装配机的侵入检测自动装配机的侵入检测自动装配机的侵入检测机器人工作区安全检测机器人工作区安全检测机器人工作区安全检测机器人工作区安全检测车库门车辆通过检测车库门车辆通过检测车库门车辆通过检测车库门车辆通过检测上料机和卸料机的侵入检测上料机和卸料机的侵入检测上料机和卸料机的侵入检测上料机和卸料机的侵入检测39光幕传感器自动装配机的侵入检测机器人工作区安全检测车库门40产品高度测量产品高度测量光幕传感器光幕传感器光幕传感器光幕传感器40产品高度测量光幕传感器41三维尺寸检测三维尺寸检测宽度测量宽度测量长度测量长度测量高度测量高度测量光幕传感器光幕传感器光幕传感器光幕传感器41三维尺寸检测宽度测量长度测量高度测量光幕传感器42木材外形截面积检测木材外形截面积检测木材外形截面积检测木材外形截面积检测光幕传感器光幕传感器光幕传感器光幕传感器纠偏纠偏42木材外形截面积检测光幕传感器纠偏43光幕用于自动收费系统光幕用于自动收费系统的车辆检测的车辆检测43光幕用于自动收费系统的车辆检测44例例例例2 2 2 2：路灯自动控制器：路灯自动控制器：路灯自动控制器：路灯自动控制器 220VCJD-10路灯8V C1 200u C2 200u R1 470k R2 200kR3 10kR4 57k R5 4.3kR6 25k R7 10k R8 280k J C3 100u BG1BG2 BG3 BG42CR天黑：天黑：天黑：天黑：BG1BG1BG1BG1导通，导通，导通，导通，J J J J动作，路灯亮；动作，路灯亮；动作，路灯亮；动作，路灯亮；天亮：光电池电动势，天亮：光电池电动势，天亮：光电池电动势，天亮：光电池电动势，BG1BG1BG1BG1截止，截止，截止，截止，J J J J释放，路灯灭。释放，路灯灭。释放，路灯灭。释放，路灯灭。44例2：路灯自动控制器 220VCJD-10路灯8V 45例例例例3 3 3 3：光电管在电影放映机上的应用：光电管在电影放映机上的应用：光电管在电影放映机上的应用：光电管在电影放映机上的应用 影片声音重放过程影片声音重放过程影片声音重放过程影片声音重放过程录制：声音录制：声音录制：声音录制：声音-机械振动机械振动机械振动机械振动-通过光束宽度变换通过光束宽度变换通过光束宽度变换通过光束宽度变换-记录在记录在记录在记录在 电影胶片上电影胶片上电影胶片上电影胶片上-宽度不同的影像声迹宽度不同的影像声迹宽度不同的影像声迹宽度不同的影像声迹重放：光重放：光重放：光重放：光-声迹声迹声迹声迹-光电管光电管光电管光电管 声迹宽度起伏变化声迹宽度起伏变化声迹宽度起伏变化声迹宽度起伏变化-光线强弱变化光线强弱变化光线强弱变化光线强弱变化-光电流变化光电流变化光电流变化光电流变化45例3：光电管在电影放映机上的应用 影片声音重放过程录制：46例例例例4 4 4 4：注油液位控制装置：注油液位控制装置：注油液位控制装置：注油液位控制装置 46例4：注油液位控制装置 47例例例例5 5 5 5：测量心率：测量心率：测量心率：测量心率脉搏跳动脉搏跳动脉搏跳动脉搏跳动-生物组织血液生物组织血液生物组织血液生物组织血液量变化量变化量变化量变化-传输光的性能变化传输光的性能变化传输光的性能变化传输光的性能变化变化速率变化速率变化速率变化速率-心率心率心率心率手指光反射强度变化的测量手指光反射强度变化的测量手指光反射强度变化的测量手指光反射强度变化的测量47例5：测量心率脉搏跳动-生物组织血液手指光反射强度变化的48例例例例6 6 6 6：条形码扫描笔：条形码扫描笔：条形码扫描笔：条形码扫描笔48例6：条形码扫描笔49例例例例7 7 7 7：戒烟缸：戒烟缸：戒烟缸：戒烟缸弹烟灰：显示弹烟灰：显示弹烟灰：显示弹烟灰：显示“吸烟有害健康吸烟有害健康吸烟有害健康吸烟有害健康”49例7：戒烟缸弹烟灰：显示“吸烟有害健康”50例例例例8 8 8 8：大米分选机：大米分选机：大米分选机：大米分选机大米及杂质大米及杂质大米及杂质大米及杂质在光照下，在光照下，在光照下，在光照下，发出不同发出不同发出不同发出不同光信号光信号光信号光信号50例8：大米分选机大米及杂质51例例例例9 9 9 9：可逆计数器：可逆计数器：可逆计数器：可逆计数器运动方向运动方向运动方向运动方向出入场人数统计出入场人数统计出入场人数统计出入场人数统计51例9：可逆计数器运动方向出入场人数统计52例例例例10101010：吸收式烟尘浊度检测仪：吸收式烟尘浊度检测仪：吸收式烟尘浊度检测仪：吸收式烟尘浊度检测仪白炽平白炽平白炽平白炽平行光源行光源行光源行光源光检测光检测光检测光检测放大放大放大放大显示显示显示显示报警器报警器报警器报警器刻度校正刻度校正刻度校正刻度校正烟烟雾雾52例10：吸收式烟尘浊度检测仪白炽平光检测放大显示报警器刻53参比通道参比通道 光电式浊度计和含沙量测量光电式浊度计和含沙量测量光电式浊度计和含沙量测量光电式浊度计和含沙量测量将装有浊水的试将装有浊水的试管插入仪器中管插入仪器中 1 1恒流源恒流源 2 2半导体激光器半导体激光器 3 3半反半透镜半反半透镜 4 4反射镜反射镜 5 5被测水被测水样样 6 6、9 9光电池光电池 7 7、1010电流电流/电压转换器电压转换器 8 8标准水样标准水样 53参比通道 光电式浊度计和含沙量测量将装有浊水的试管插入仪54例例例例11111111：工件表面粗糙度及尺寸测量：工件表面粗糙度及尺寸测量：工件表面粗糙度及尺寸测量：工件表面粗糙度及尺寸测量54例11：工件表面粗糙度及尺寸测量55例例例例12121212：光电数字转速表：光电数字转速表：光电数字转速表：光电数字转速表55例12：光电数字转速表56一、一、一、一、CCDCCD的结构和基本原理的结构和基本原理的结构和基本原理的结构和基本原理MOSMOS电容器件电容器件电容器件电容器件 +输入输出端输入输出端输入输出端输入输出端 =CCD =CCD 光敏元件阵列光敏元件阵列光敏元件阵列光敏元件阵列电荷转移器件：电荷转移器件：电荷转移器件：电荷转移器件：CCD CCD 光固态图像传感器光固态图像传感器光固态图像传感器光固态图像传感器56第二节固态图像传感器一、CCD的结构和基本原理MOS电57耗尽区：耗尽区：耗尽区：耗尽区：电极加正偏压，排斥空穴，无空穴的区域电极加正偏压，排斥空穴，无空穴的区域电极加正偏压，排斥空穴，无空穴的区域电极加正偏压，排斥空穴，无空穴的区域 偏压越大，耗尽区越深偏压越大，耗尽区越深偏压越大，耗尽区越深偏压越大，耗尽区越深 电荷包：电荷包：电荷包：电荷包：少数载流子（电子）吸引到最高正偏压电极下少数载流子（电子）吸引到最高正偏压电极下少数载流子（电子）吸引到最高正偏压电极下少数载流子（电子）吸引到最高正偏压电极下势阱：势阱：势阱：势阱：加偏压后在金属电极下形成的深耗尽层，加偏压后在金属电极下形成的深耗尽层，加偏压后在金属电极下形成的深耗尽层，加偏压后在金属电极下形成的深耗尽层，阱内存储少子阱内存储少子阱内存储少子阱内存储少子57耗尽区：电极加正偏压，排斥空穴，无空穴的区域电荷包：少数58电荷（少子）定向转移电荷（少子）定向转移电荷（少子）定向转移电荷（少子）定向转移 三相控制方式三相控制方式三相控制方式三相控制方式经过一个时钟脉冲经过一个时钟脉冲经过一个时钟脉冲经过一个时钟脉冲周期，电荷从前一周期，电荷从前一周期，电荷从前一周期，电荷从前一级的一个电极下，级的一个电极下，级的一个电极下，级的一个电极下，转移到下一级的同号转移到下一级的同号转移到下一级的同号转移到下一级的同号电极下。电极下。电极下。电极下。电荷定向转移电荷定向转移电荷定向转移电荷定向转移58电荷（少子）定向转移 三相控制方式经过一个时钟脉冲59二、线阵二、线阵二、线阵二、线阵CCDCCD图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器（1 1）单行结构）单行结构）单行结构）单行结构光积分：光积分：光积分：光积分：光照感光单元、光生电子光照感光单元、光生电子光照感光单元、光生电子光照感光单元、光生电子-空穴对（光电子）空穴对（光电子）空穴对（光电子）空穴对（光电子）积累光电荷：与光照强度、光积分时间成正比积累光电荷：与光照强度、光积分时间成正比积累光电荷：与光照强度、光积分时间成正比积累光电荷：与光照强度、光积分时间成正比电荷转移：电荷转移：电荷转移：电荷转移：转移栅高电位转移栅高电位转移栅高电位转移栅高电位 电子通道电子通道电子通道电子通道 梳状电极高梳状电极高梳状电极高梳状电极高低，低，低，低，CCDCCD电极高电位电极高电位电极高电位电极高电位流向流向流向流向 定向输出：定向输出：定向输出：定向输出：转移栅高转移栅高转移栅高转移栅高低，梳状电极低低，梳状电极低低，梳状电极低低，梳状电极低高高高高 CCDCCD加时钟脉冲，串行输出加时钟脉冲，串行输出加时钟脉冲，串行输出加时钟脉冲，串行输出 重复进行，相继的行输出，读出电荷图形重复进行，相继的行输出，读出电荷图形重复进行，相继的行输出，读出电荷图形重复进行，相继的行输出，读出电荷图形59二、线阵CCD图像传感器（1）单行结构光积分：光照感光单60尺寸检测尺寸检测尺寸检测尺寸检测（2 2）双行结构）双行结构）双行结构）双行结构60尺寸检测（2）双行结构61三、线型三、线型三、线型三、线型CCDCCD图像传感器的应用图像传感器的应用图像传感器的应用图像传感器的应用处理、显示处理、显示处理、显示处理、显示驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路 透镜焦距透镜焦距透镜焦距透镜焦距 光学放大倍数光学放大倍数光学放大倍数光学放大倍数 CCD CCD 像素间距像素间距像素间距像素间距 CCD CCD 像素数像素数像素数像素数 61三、线型CCD图像传感器的应用处理、显示驱动电路 透62驱动电路驱动电路分类机构分类机构计算机计算机细化二值化细化二值化处理处理传送带传送带CCD透镜透镜1分类箱分类箱23邮政编码识别系统邮政编码识别系统邮政编码识别系统邮政编码识别系统四、面阵四、面阵四、面阵四、面阵CCDCCD图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器 在在在在 x x、y y 两个方向上都能实现电子自扫描两个方向上都能实现电子自扫描两个方向上都能实现电子自扫描两个方向上都能实现电子自扫描组成：感光区、信号存储区、输出转移部分组成：感光区、信号存储区、输出转移部分组成：感光区、信号存储区、输出转移部分组成：感光区、信号存储区、输出转移部分62驱动电路分类机构计算机细化二值化传送带CCD透镜1分类箱63图图 钞票检查系统原理图钞票检查系统原理图物体缺陷检测物体缺陷检测物体缺陷检测物体缺陷检测63图 钞票检查系统原理图物体缺陷检测