光電傳感器應(yīng)用技術(shù)第8章-第3節(jié)課件

1、1、基本結(jié)構(gòu)2. TCD1251D的工作原理 TCD1251D在如圖8-26所示的驅(qū)動脈沖作用下工作 。3. TCDl251D驅(qū)動電路 TCDl251D的驅(qū)動電路如圖8-27所示。由如圖8-23所示的驅(qū)動脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移脈沖、驅(qū)動脈沖、和復(fù)位脈沖等四路驅(qū)動脈沖經(jīng)反向器74HC04P反向后加到TCD1251D的相應(yīng)管腳上。該器件將輸出OS信號與DOS信號。其中OS信號含有效光電信號，DOS輸出為補償信號。 4. TCDl251D的特點與特性 （1）驅(qū)動簡便 在TCD1251D器件的內(nèi)部設(shè)置有電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動電路，只要提供0.3V5V的驅(qū)動脈沖器件就可以正常工作，極大地方便了用戶。（2）靈敏度高

2、TCD1251D的光電靈敏度為35V/lx.s，它的飽和曝光量為0.05lx.s，動態(tài)范圍為3800，屬于高靈敏高動態(tài)范圍的器件。 （3）光譜響應(yīng) 如圖8-28所示TCD1251D的光譜響應(yīng)曲線。其峰值響應(yīng)波長m為550nm，與人眼的光譜響應(yīng)峰值波長很接近；長波截止波長為1100nm，在近紅外區(qū)有較好的響應(yīng)；短波截止波長可延長到紫外譜區(qū)，接近250nm。光譜響應(yīng)范圍寬是它的另一個特點。該器件在整個可見光譜區(qū)的響應(yīng)高于70%，是比較理想的光譜探測器件。另外，它像敏單元尺寸?。?1m11m）分辨率高，又是性能優(yōu)良的尺寸檢測探測器件。 （4）溫度特性 TCD1251D的溫度特性如圖8-29所示。當環(huán)

3、境溫度由零度增長到60時，由于它能夠分別從OS和DOS端輸出光敏單元信號和暗電流信號，而且盡管這兩個信號都隨溫度變化，但是，它們隨溫度變化的規(guī)律是相同的，又相當于在同溫槽內(nèi)。因此，它們的差分信號對溫度變化的影響會被差分放大器抑制共模干擾特性所抵消，而不明顯。 5. TCD1251D的特性參數(shù) 它的像敏單元的不均勻性參數(shù)不如單溝道器件TCD1209D，因為雙溝道器件的信號分別通過兩個移位寄存器溝道輸出，這兩個溝道的轉(zhuǎn)移特性的差異會造成輸出信號的奇偶性，必然影響器件像敏單元的不均勻性參數(shù)。 8.5.3 線陣CCD類型與發(fā)展 不同領(lǐng)域中應(yīng)用的特殊需要向人們提出了設(shè)計不同類型器件的要求，現(xiàn)在已經(jīng)生產(chǎn)出

4、許多供不同應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用的多種線陣CCD圖像傳感器。 1、光譜探測類型線陣CCD 光譜探測與分析需要的線陣CCD應(yīng)具有光譜響應(yīng)范圍寬、動態(tài)范圍廣、像敏單元不均勻性好等特點。S3922、S3923、RL1024SB等器件，它們普遍具有像敏單元尺寸大（500m50m）的特點，像敏單元尺寸的增大不僅增大了接收光輻射的面積，提高響應(yīng)度而且增大了電荷存儲的容量，使動態(tài)范圍大幅度地得到提高。 2、高分辨率的非接觸尺寸檢測 工業(yè)應(yīng)用中非接觸尺寸檢測是非常普遍的課題，為提高測量精度與測量范圍，常常要求線陣CCD器件的像敏單元尺寸小數(shù)量多。TCD1500C、TCD1703D、TCD1708D等器件均符合上述要求。

5、 高速圖像采集 為探測高速飛行物體的飛行姿態(tài)或測量其他高速運動體的表面質(zhì)量的需要，提高線陣CCD的工作速度是關(guān)鍵。對于高速工作的線陣CCD，常采用“分段同步驅(qū)動”的設(shè)計思想，例如，RL188D器件為分16段并行驅(qū)動輸出的1024像元線陣CCD，若每段的工作頻率為40MHz，等效驅(qū)動頻率為640MHz。40MHz工作頻率的制造工藝不難實現(xiàn)，高速飛行或運動物體的檢測問題也不難解決。8.6 典型面陣CCD圖像傳感器8.6.1概述 二維面陣CCD圖像傳感器有不同的結(jié)構(gòu)與排列方式，如幀轉(zhuǎn)移、隔列轉(zhuǎn)移、線轉(zhuǎn)移和全幀轉(zhuǎn)移等方式。 (1) 幀轉(zhuǎn)移面陣CCD 如圖8-31所示為幀轉(zhuǎn)移方式的面陣CCD圖像傳感器的

6、原理結(jié)構(gòu)圖。 (2) 隔列轉(zhuǎn)移型面陣CCD隔列轉(zhuǎn)移型面陣CCD的結(jié)構(gòu)如圖8-32(a)所示。 (3) 線轉(zhuǎn)移型面陣CCD 如圖8-33所示為線轉(zhuǎn)移方式的面陣CCD的結(jié)構(gòu)圖，它與前面兩種轉(zhuǎn)移方式相比，取消了存儲區(qū)，多了一個線尋址電路。 8.6.2典型幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD器件1. TCD5130AC面陣CCD TCD5130AC是一種幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD。常用于三管彩色CCD電視攝像機中。它的有效像元數(shù)為754(H)583(V)；像元尺寸(長高)為12.0m11.5m；像敏面積為9.05mm6.70mm，一般將它封裝如圖8-34所示 。各管腳的定義如圖8-35所示。 TCD5130AC的結(jié)構(gòu)原理圖如圖

7、8-36所示。圖8-37所示為TCD5130AC像敏區(qū)的原理結(jié)構(gòu)圖。 奇數(shù)場的驅(qū)動脈沖波形如圖8-38所示圖8-39為偶數(shù)場的驅(qū)動脈沖波形圖 圖8-41是B段的波形展開圖， 圖8-42是C段的波形展開圖 TCD5130AC的特性參數(shù)如表8-3所示。 表8-3 TCD5130AC的特性參數(shù)特性參數(shù)符 號最小值典型值最大值單 位響應(yīng)度R6580mv/Lx飽和輸出電壓Usat600900mV暗信號電壓Udak12mV圖像像暈SMR-120-110dB 輸出電流IOD10mA失落電壓LAGd0.11mV輸出阻抗Zo250300思考題與習(xí)題8 8.1為什么說N型溝道CCD的工作速度要高于P型溝道CCD的

8、工作速度而埋溝CCD的工作速度要高于表面溝道CCD的工作速度？ 8.2 試說明為什么在柵極電壓相同的情況下不同氧化層厚度的MOS結(jié)構(gòu)所形成的勢阱存儲電荷的容量不同，氧化層厚度越薄電荷的存儲容量越大。 8.3 為什么二相線陣CCD電極結(jié)構(gòu)中的信號電荷能在二相驅(qū)動脈沖的驅(qū)動下進行定向轉(zhuǎn)移而三相線陣CCD必須在三相交迭脈沖的作用下才能進行定向轉(zhuǎn)移？ 8.4 試說明電流輸出方式中復(fù)位脈沖RS的作用，并分析當復(fù)位脈沖RS沒有加上時CCD的輸出信號將會怎樣？ 8.5 為什么要引入胖零電荷？胖零電荷屬于暗電流嗎？能通過對CCD器件制冷消除胖零電荷嗎？ 8.6 若二相線陣CCD器件TCD1251D像敏單元為2700個，器件的總轉(zhuǎn)移效率為0.92，試計算它每個轉(zhuǎn)移單元的最低轉(zhuǎn)移效率為多少？ 8.7 設(shè)TCD1209D的驅(qū)動頻率為2MHz，試計算TCD1209D的最短積分時間為多少？當從表5-1中查到其光照靈敏度（響應(yīng)R）31v/lx.s時，試求使其飽和所需要的最低照度？ 8.8 若，又知TCD1209D的動態(tài)范圍為2000，它的最小探測照度為多少？像元上的最低可探測的光通量有為多少？ 8.9 試說明TCD1209D驅(qū)動器中的SH、RS與CP的作用，并分析若RS脈沖由于故障而丟失