d2光電圖傳應(yīng)用

1、【2】 Ch.5 典型線陣CCD圖像傳感器（P73；當(dāng)前熱門光電檢測(cè)與測(cè)量離不開圖像與圖像傳感，后者核心是CCD 、CMOS?？佳校?5.1 單溝線陣CCDTCD1209D5.1.1 基本結(jié)構(gòu)（1）構(gòu)成：(右下圖4-17)每元一PN結(jié)(P底N阱結(jié))即光電DMOS電容（柵極下勢(shì)阱電荷充放電等效成電容量）構(gòu)成（等效電路）。 總2075元，有效元S1S2048共2048，前19、后8的遮蔽元消除兩端漏光形成的不完整信息，致圖像失真負(fù)面影響(P73圖5-1)（2）轉(zhuǎn)移柵控原理SH：圖5-2雖鄰柵壓高有勢(shì)阱，但中間SH低無阱，阻隔離左右兩包電荷流動(dòng)。后阱上一輪電荷出，SH跳高前阱電荷轉(zhuǎn)后阱。輸出：圖5-

2、1（兩相控）模移器末元輸出柵控CR2B跳低，電荷擠到輸出端檢測(cè)二極管D圖4-17、經(jīng)放大OS出。（2）電子束掃描/像敏單元構(gòu)成靶面，正面成像轉(zhuǎn)換，背面掃描讀?。?）電子束掃描/像敏單元構(gòu)成靶面，正面成像轉(zhuǎn)換，背面掃描讀取 SH高通？，一行各元光電轉(zhuǎn)換積分電荷并出轉(zhuǎn)到CCD模移器（圖5-1）； SH低，模移器電荷OS串出（圖5-3，兩相控移；RS元同步控）： 先延13虛元、16個(gè)啞元+ 3個(gè)不用元，再出20 48信元轉(zhuǎn)移電荷。最后D39作為行是否結(jié)束檢測(cè)信號(hào)。同時(shí)，線陣積分下一行。 5.1.2 工作原理5.1.3 特性參數(shù)：（1）光譜響應(yīng)特性（相對(duì)光譜靈敏度圖5-14），3005501100nm

3、。 不均勻性/PRNU定義： 50飽和曝光量下， 各元間輸出信號(hào)電壓差值U/各元輸出信號(hào)均值電壓U) 100% 或50飽和曝光量下，各相鄰元出電壓最大差值。（2）器件光電傳感靈敏度R定義 輸出電壓Uo/曝光量Hv （Hv=Evt）。 或用給定Uo時(shí)飽和曝光量SE（Qsat）衡量；Uo一旦給定， SE越小的器件，其靈敏度R越高。如1209D SE0.06lx.s。（3）動(dòng)態(tài)范圍DR定義 DR = 飽和曝光量 Qsat/QS/N=1（信噪比為1時(shí)的曝光量）。（不易計(jì)量） 或DR = 飽和輸出電壓 USAT/暗信號(hào)輸出電壓 UDARK（參數(shù)見表5-1,核算2000）5.1.4驅(qū)動(dòng)控制電路（1）脈沖產(chǎn)

4、生電路 現(xiàn)場可編程器件（FPGA）：左半晶振與分頻器產(chǎn)生基本時(shí)鐘cp和緩沖脈沖，右半可變模（可編程）計(jì)數(shù)器輸出各種要求相位、時(shí)序的驅(qū)動(dòng)控制脈沖信號(hào)。（2）驅(qū)動(dòng)電路（1）基本結(jié)構(gòu) 642160122236元前后諸元又檢測(cè)暗流。2條存儲(chǔ)柵、轉(zhuǎn)移溝，2條模移器，下奇上偶，其它同上（2）工作原理（同上自閱）IC：右圖左上IC 74HC04P反相器，輸出需要的各功率驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)到CCD-1209D，再出OS視頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)。VT：PNP型射隨器5.1.5 外形尺寸。5.2 典型雙溝道線陣TCD1206SUP （3）驅(qū)動(dòng)控制電路與信號(hào)波形 右圖左上反相器出各種控制信號(hào)接入1206，波形見下圖上半。VT1、VT

5、2為兩路PNP射隨器，其輸出OS為有效視頻信號(hào)；DOS為輸出補(bǔ)償信號(hào)（次頁圖P79圖59）反映CCD暗（零像輸出）電流（因有復(fù)位脈沖作用下非像信號(hào)經(jīng)傳輸溝道電流，形成容性干擾）特性。 容性干擾須濾除OS、DOS受容性干擾相同，可利用差分放大器（高速視頻差放LF357）將二者的共模干擾相減去除。 HC周期同轉(zhuǎn)移脈沖SH，為2160元有效輸出的行同步控制脈沖。SP為與元輸出同步的采樣控制脈沖。 驅(qū)動(dòng)脈沖波形見次頁圖。（4）特點(diǎn) 驅(qū)動(dòng)簡便： 只需為74HC04反相器、提供TTL電源，1206CCD內(nèi)有電平轉(zhuǎn)換，滿足各部分不同電源需求。 傳感靈敏度高： ）飽和曝光量CE=0.037（lxs），高于12

6、09D-0.06（lxs ）？ ； ）或光電轉(zhuǎn)換靈敏度輸出電壓45V/（lxs）（每單位曝光量），低于1208 AP-110V/（lxs ）； 動(dòng)態(tài)范圍1700，大大高于1208AP-400。 廣泛用于要求較高的各種尺寸測(cè)量領(lǐng)域。 光譜響應(yīng)：（右上圖） 紫外5501100nm。 溫度特性與積分時(shí)間： 溫升引起暗流增加，可通過差放抑制，故溫度特性較好 圖513中UOST曲線平坦。 圖514中，暗電壓（暗信號(hào)輸出電壓/飽和輸出電壓）100%隨積分時(shí)間加長上升：因?yàn)榉e分也對(duì)暗電流（壓）積分，時(shí)間加長，引起的熱激發(fā)載流子積累，故暗信號(hào)影響升。（5）特性參數(shù)（表5-2） 高靈敏度、大動(dòng)態(tài)范圍；因雙溝道轉(zhuǎn)

7、移的差異，增加不均勻性，其不均勻性弱于單溝道。5.3具有積分時(shí)間調(diào)整功能的線陣CCD5.3.1 TCD1205D(1)基本結(jié)構(gòu) 22腳雙列直插2048有效元。上下2排積分存儲(chǔ)柵過渡，ICG為高時(shí)其存儲(chǔ)電容被光生電流充電、積累。故控制ICG脈寬相位，就調(diào)整了曝光時(shí)間。（2）基本原理與時(shí)序工作原理類同1206；不同處：多出ICG可調(diào)電子快門（FPGA改變其前沿相位） ；由RS引入BT信號(hào)，視頻輸出時(shí)寬t4（參見圖5-18）被延長，輸出更穩(wěn)定、有效。也可每行周期內(nèi)設(shè)2個(gè)SH脈沖，二者所夾時(shí)間為積分時(shí)間；可對(duì)后一個(gè)SH調(diào)相讀出，故積分時(shí)間被調(diào)。（3）特性參數(shù)與1206相似，但靈敏度較高，動(dòng)態(tài)范圍較小（

8、400），適合光電數(shù)字掃描輸入，不適合掃圖。5.3.2 IL-P1型線陣CCD 加拿大DALSA公司產(chǎn)品，速度高、信噪比高，光積分時(shí)間可調(diào)，廣泛用于拍攝高速運(yùn)動(dòng)圖像，及其數(shù)據(jù)采集。（1）基本結(jié)構(gòu)與工作結(jié)構(gòu):4096元、2相控制的雙溝道器件。PR為光積分控制脈沖。工作原理:（略講）電源種類多，使用不便，但性能好。（2）積分時(shí)間調(diào)整PR低電平期t2為曝光積分時(shí)間，t2前沿可調(diào)，最大TSH即t1。高速圖像t2短，要補(bǔ)光。（3）特性參數(shù)光譜響應(yīng)：峰660nm，長波靈敏度較高，短波較差。（圖5-26）積分特性：圖5-27中參變量e（3個(gè)參數(shù)值）為輻照；積分時(shí)間短時(shí)（如高速運(yùn)動(dòng)），要求光照EV強(qiáng)。動(dòng)態(tài)范圍

9、： 2600參數(shù)表如右。 5.4 有采樣保持功能的線陣CCDTCD1500C（1）基本結(jié)構(gòu)：原理類同以上模塊，多出采保模塊（OS2）。（2）驅(qū)動(dòng)器（下圖5-30上部晶振等產(chǎn)生基本CP信號(hào)，下部產(chǎn)生CCD需要的各信號(hào)）與波形：OS2/1為有/無采保電路輸出波形。（3）特性參數(shù) 峰響:3005501000nm 光電轉(zhuǎn)換特點(diǎn):積分時(shí)間t2可調(diào)前頁 分辨率:77對(duì)線(pl)/mm 其它特性（表5-5） 第二課 作 業(yè) 5.1； 5.2； 5.8； 5.10； *5.13。 本課小結(jié) 1、單溝線陣CCDTCD1209D：結(jié)構(gòu)，原理，參數(shù)，驅(qū)動(dòng)； 2、典型雙溝道線陣TCD1206SUP：結(jié)構(gòu)，原理，參數(shù)，

10、驅(qū)動(dòng)波形與特點(diǎn)； 3、具有積分時(shí)間調(diào)整功能的線陣CCD：（1）TCD1205D；（2） IL-P1型線陣CCD； 4、有采樣保持功能的線陣CCDTCD1500C：基本結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)器與波形:，特性參數(shù)。 作 業(yè)（未及時(shí)發(fā)教材者） 5.1 設(shè)TCD1209D的驅(qū)動(dòng)頻率為2MHz，試計(jì)算TCD1209D的最短積分時(shí)間;當(dāng)光照靈敏度31V/(lxs)時(shí)，求使其飽和所需的最低照度。 5.2 上題條件下，又知TCD1209D動(dòng)態(tài)范圍為2000，它的最小探測(cè)照度為多少？像敏單元上的最低可探測(cè)的光通量為多少？（將計(jì)算出的暗電壓視為最小電壓）； 5.8 為什么TCD1206UD的積分時(shí)間必須大于2236個(gè)T1（T1為驅(qū)動(dòng)脈沖的周期）