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11 新型固态光电传感器PPT课件

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《固态图像传感器》课件

《固态图像传感器》课件

C M O S 图像传感器的工作原理
1
曝光
光线通过镜头进入传感器，被转换为电荷。
2
读出
将电荷转换为电压信号，并通过AD转换器进行数字化处理。
C M O S 图像传感器的特点
1 集成度高
由于CMOS传感器采用集成电路制造技术，可集成更多的功能。
2 功耗低
CMOS传感器相较于CCD传感器功耗更低，适合移动设备和无线摄像。
CMOS
CMOS图像传感器采用集成电路制造技术，具有高集成度、低功耗和成本低等优势。
其他类型
除了CCD和CMOS，还有其他类型的固态图像传感器，如BSI、ToF等。
C C D 图像传感器的工作原理
1
暗电流
CCD图像传感器在暗环境下会产生一定的
曝光
2
暗电流，需要进行去噪处理。பைடு நூலகம்
光线通过镜头进入传感器，被转换为电
3 成本低
CMOS传感器的制造成本相对较低，能够为消费者提供更实惠的选择。
小结
C C D 和C M O S 图像传感器的区别
CCD具有低噪声和大动态范围，而CMOS集成度 高且功耗低。
应用领域
CCD适用于高要求的摄影和工业应用，CMOS广 泛用于手机、摄像头等消费电子产品。
《固态图像传感器》PPT 课件
本课程将介绍固态图像传感器的原理、类型和特点，以及CCD和CMOS图像传 感器的区别和应用领域。
什么是固态图像传感器？
固态图像传感器是一种用于将光信号转换为电信号的装置。它具有高感光度、 快速响应和准确捕捉细节等特点。
固态图像传感器的类型
CCD
CCD图像传感器通过光电转换实现图像捕捉，具有低噪声、高动态范围和全局快门等特点。

光电传感器学习培训课件PPT资料

光电传感器学习培训课件PPT资料
适度。
03
光电传感器的技术参数
响应范围与光谱响应
响应范围
光电传感器能够检测到的光的波长范围，通常以纳米为单位。例如，某些光电传感器可能对可见光范 围（400-700纳米）有较好的响应，而其他传感器可能对红外光或紫外光有更好的响应。
光谱响应
指传感器在不同波长光线下的响应特性。有些传感器可能对特定波长的光线特别敏感，而对其他波长 的光线响应较弱。
光电传感器学习培训课件
• 光电传感器概述 • 光电传感器的应用场景 • 光电传感器的技术参数 • 光电传感器的设计与优化 • 光电传感器的实际应用案例
01
光电传感器概述
光电传感器的定义与工作原理
总结词
光电传感器是一种利用光子与电子相互作用原理进行检测的传感器，其工作原理 基于光电效应。
详细描述
详细描述
光电传感器自20世纪初诞生以来，经历了多个发展阶段， 未来将朝着高灵敏度、高精度、智能化等方向发展。
自20世纪初发现光电效应以来，光电传感器经历了多个发 展阶段，从真空管光电管到固态光电器件，再到集成化、 智能化的新型光电传感器。随着科技的不断发展，光电传 感器的性能不断提高，应用领域也日益广泛。未来，光电 传感器将朝着高灵敏度、高精度、智能化、微型化等方向 发展，为各领域的检测和控制提供更加精准和可靠的技术 支持。
详细描述
根据工作原理，光电传感器可分为外光电效应型和内光电效应型两类。外光电效应型传感器基于光电管原理，其 特点是灵敏度高、响应速度快，但光谱响应范围较窄；内光电效应型传感器则包括光敏电阻、光电池等类型，其 特点是光谱响应范围广、稳定性好，但响应速度较慢。
光电传感器的发展历程与趋势
要点一
总结词
要点二
光电传感器的材料选择

光电传感器详细ppt课件

光电传感器详细ppt课件
二、光电倍增管及其基本特性
1. 结构和工作原理
➢ 光照很弱时，光电管产生 的电流很小，为提高灵敏度 常常使用光电倍增管。如核 仪器中闪烁探测器都使用的 是光电倍增管做光电转换元 件。 ➢ 光电倍增管是利用二次电 子释放效应，高速电子撞击 固体表面，发出二次电子， 将光电流在管内进行放大。
效应和光生伏特效应两类。 （1） 光电导效应
在光线作用，电子吸收 光子能量从键合状态过 渡到自由状态，而引起 材料电导率的变化，这 种现象被称为光电导效 应。基于这种效应的光 电器件有光敏电阻。
hhc1.24Eg
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
（2） 光电管的光照特性
通常指当光电管的阳极和阴极之间所加电压一
定时，光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特
性。其特性曲线如图所示。曲线1表示氧铯阴极光电
1、外光电效应
在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外 发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光 电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍 增管等。
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：
E=hν
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
ν的单位为Hz，λ的单位为cm。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多

《固态传感器 》PPT课件

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• 产生这一现象的原因有:
① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上；
② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不 均匀；
两电极电不在同一等电位面上
a
等电位面歪斜
17
理想情况下, r1=r2=r3=r4, U0＝0
a
18
补偿网络
a
19
3．寄生直流电势 由于霍尔元件的电极不可能做到完全的欧姆接触，在控制电
寄生直流电势很容易使输出产生漂移，为了减少其影响，在
元件的制作和安装时，应尽量改善电极的欧姆接触性能和元件 的散热条件。
a
20
4．感应电势 霍尔元件在交变磁场中工作时，即使不加控制电流，由于
霍尔电势的引线布局不合理，在输出回路中也会产生附加感应 电势，其大小不仅正比于磁场的变化频率和磁感应强度的幅值， 并与霍尔电势极引线所构成的感应面积成正比(如下图所示)。
形系状如系右数图所fH(示L/。b)由与图长可宽知比，L/当b之L／间b的＞关2
时，形状系数接近1。因此为了提高元
件的灵敏度，可适当增大L／b值，但是
实际设计时取L／b＝2已经足够了，因
为L／b过大反而使输入功耗增加了，以
致降低元件的效率。
a
16
2、不等位电势补偿
• •
当霍尔元件B=0，I≠0，UH=U0≠0。 这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。
1、外光电效应
在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外
发射的现象称为外光电效应。
向外发射的电子叫做光电子。
外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始
照射至金属释放电子所需时间不超过10-9s。
基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管

11新型固态光电传感器.ppt

11新型固态光电传感器.ppt
例如：0.1流明（lm）光通量时，光电管产生 光电流为5μA;
0.0001流明光通量时，光电倍增管的光电流 为1000 μA。
相差1000×200倍
2021/3/23
10
1.2 内光电效应
——光敏器件进行光电转换的物理基础
▪ 光电导效应—半导体材料在光的照射下，电 导率发生变化的现象。
▪ 光生伏特效应—半导体材料在光的照射下， 在一定方向产生电动势的现象。
-4
-8
-12
2500lx
6-1-14 光敏三极管的伏安特性
22
光电晶体管特性—温度、频率特性
Ic(μA) Kr(%)
1 300
200
100
50
30
20
2
10 4.0 2.0 1.0
10
20 40 60 80 2500lx
▪ 光电倍增管可提高弱光测量的灵敏度
2021/3/23
8
1.1.3 光电倍增管
▪ 组成：光电阴极K＋阳极A＋倍增极＋外壳 ▪ 结构原理及测量电路
Φ
D1
D3
D5
A
K
D2
D4
D6
RL IΦ U0
2021/3/23
图6-1-3 光电倍增管结构示意图
9
光电倍增管的特点
▪ 很高的放大倍数（可达106）； ▪ 适应弱光测量； ▪ 工作电压高,一般需冷却。
光电子流向
光电流 方向
光子能:E量 h
+ _
逸出条 h件 1 2m： 0 2vA
材料红限 0 ： A/h
外光电效应
产生外光电效应的条件：
入射光的频率必须大于材料的红限
5
1.1.1 原理与结构
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例如：0.1流明（lm）光通量时，光电管产生 光电流为5μA;
0.0001流明光通量时，光电倍增管的光电流 为1000 μA。
相差1000×200倍
2021/3/3
10
1.2 内光电效应
——光敏器件进行光电转换的物理基础
▪ 光电导效应—半导体材料在光的照射下，电 导率发生变化的现象。
▪ 光生伏特效应—半导体材料在光的照射下， 在一定方向产生电动势的现象。
吸收光子能量，产 生大量的电子/孔 穴对，P区和N区 的少数载流子浓度 提高，在反向电压 的作用下反向饱和 电流显著增加，形
成光电流。
2021/3/3
光电流 有光照
+
RL
17
性能与用途
▪ 光电流与光通量成线性关系，适应于光照检 测方面的应用；
▪ 光电二极管动态性能好，响应速度快 （<10μs）；
▪ 但灵敏度低，温度稳定性差。 ▪ 光电三极管可以克服这些缺点。
光电位置传感器PSD
3
2021/3/3
1 光电效应
▪ 定义：
• 物质由于光的作用而产生电流、 电压，或电导率变化的现象
▪ 分类：
• 外光电效应(电子发射效应) • 内光电效应
▪ 光电导效应 ▪ 光生伏特效应
4
1.1 外光电效应
光子
光电子
2021/3/3
光电子流向
光电流 方向
光子能量 : E h
▪ 光电倍增管可提高弱光测量的灵敏度
2021/3/3
8
1.1.3 光电倍增管
▪ 组成：光电阴极K＋阳极A＋倍增极＋外壳 ▪ 结构原理及测量电路
Φ
D1
D3
D5
A
K
D2
D4
D6
RL IΦ U0
2021/3/3
图6-1-3 光电倍增管结构示意图
9
光电倍增管的特点
▪ 很高的放大倍数（可达106）； ▪ 适应弱光测量； ▪ 工作电压高,一般需冷却。
硕士研究生系列课程
新型传感器技术
2021/3/3
1
第一章 新型固态光电传感器
—以集成电路、半导体加工工艺 以及光电效应为基础的阵列传感器
象限探测器
光敏器件阵列
自扫描光电二极管阵列
光电位置传感器PSD
电荷耦合器件CCD
2021/3/32Biblioteka 本章内容提要光电效应
普通光敏器件阵列
自扫描二极管阵列
2021/3/3
Ic(μA) Kr(%)
1 300
200
100
50
30
20
2
10 4.0 2.0 1.0
10
20 40 60 80 2500lx
100 80 60 40 20
1 10
100
f(kHz)
2021/3/3
11
1.2.1 光电导效应—光敏电组
▪ 光照半导体材料电子空穴对激发分裂
导电粒子增加电导率增加光电流
▪ 光的选择性
▪ 暗电阻:10~100MΩ
▪ 亮电阻:<10kΩ
I
▪ 用途:测光/光导开关 mA
▪ 材料：硫化镉、硫化铊、硫化铅
2021/3/3
12
光敏电阻的特性
可见光0.38-0.76
紫外10nm-0.4um
红外0.76-1000um
IΦ(mA) 1000lx
IΦ(mA) Kr(%)
40 50mW
30
20
10
100lx 10lx
20 40 60 80 100
U(V)
12 3 100 8 80 6 60 4 40 2 20
20 40 60 80 100 E(lx)
500 1000 1500 2000 2500 λ(nm)
+ _
逸出条件：h
1 2
mv02
A
材料红限： 0 A / h
外光电效应
产生外光电效应的条件：
入射光的频率必须大于材料的红限
5
1.1.1 原理与结构
▪ 光照物质电子获能逸出表面光电流
(光子)
(光电子)
• 光电流正比于光强度
• 入射光的频率必须大于材料的红限
• 光电传感器对光具有选择性
▪ 光电材料:银氧铯\锑铯\镁化镉等
▪ 举例:光电管\光电倍增管
2021/3/3
6
1.1.2 真空光电管
1. 组成：光电阴极＋阳极A＋透明外壳 2. 结构与测量电路：
阳极 阴极
I
E
RU
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结构
测量电路
7
真空光电管的特点
▪ 线性度好; ▪ 灵敏度低； ▪ 测量弱光时，光电流很小，测量误差大。 ▪ 光电倍增管可提高弱光测量的灵敏度
Icbo
▪ Ic—集电结反向饱和电流 ▪ Ie—光敏三极管光电流
Iebo Ie
2021/3/3
图2-8 NPN光敏三极管电路
20
应用 —“电眼睛”
▪ 光电编码器 ▪ 火灾报警器 ▪ 光电控制 ▪ 自动化产生 ▪ 条形码读出器 ▪ 机器安全设施等
2021/3/3
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光电晶体管特性—光谱、伏安特性
Kr(%) Ic(mA)
a)结构示意图和图形符号 b)基本电路
图6-1-12 光敏三极管
a)结构示意图 b)基本电路
15
光敏二极管
▪ 无光照时：光电二极管
漏电流 无光照
反向截止，回路中只有
+
很小的反向饱和漏电
流——暗电流，一般为
10-8~10-9A，相当于普
通二极管反向截止；
RL
2021/3/3
16
续
▪ 有光照时：P-N结
2021/3/3
18
光敏三极管电路
▪ 集电结反向偏置 ▪ 基极无引出线
Icbo Ic
Iebo Ie
图2-8 NPN光敏三极管电路
2021/3/3
19
原理
▪ 无光照时
Iceo (1 hFE )Icbo
▪ 有光照时 Ie (1 hFE )Ic
▪ Icbo—反向饱和漏电流 ▪ Iceo—光敏三极管暗电流
▪ 硫化铅：可见光至中红外区,λ=0.5~3μm 峰值2.5μm
▪ 根据光谱范围选用！
2021/3/3
14
1.2.2 光电导效应—光敏晶体管
结构
▪ 与普通晶体管相似，但P-N结具有光敏特性。 ▪ 二极管在电路中处于反向工作状态。
V
IΦ
+
-
E
μA
Ic
N
c
E
P e
N
U0
RL
2021/3/3
a)
b)
图6-1-11 光敏二极管
图6-1-6 光敏电阻的伏安特性
图6-1-7 光敏电阻的光电特性
图6-1-8 光敏电阻的光谱特性
1-硫化镉 2-硫化铊 3-硫化钼
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光谱特性
▪ 硫化镉：可见光区域,λ=0.4~0.76μm 峰值0.7μm
▪ 硫化铊：可见光及近红外区,λ=0.5~1.7μm 峰值:1.2~1.3μm
100
1
2
3
80
60
2
40
20
1
0.5 1.0 1.5
2.0
i(μm)
图6-1-13 光敏晶体管的光谱特性
1-硅光敏晶体管 2-锗光敏晶体管
2021/3/3
Ee=2500lx
2500lx
1500lx
1000lx 500lx
-4
-8
-12
2500lx
6-1-14 光敏三极管的伏安特性
22
光电晶体管特性—温度、频率特性