光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用,lp

1、光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用前景CCD的應(yīng)用及發(fā)展隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以及復(fù)雜自動(dòng)控制系統(tǒng)和信息處理與技術(shù)的提高，光電檢測(cè)技術(shù)作為一門研究光與物質(zhì)相互作用發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科，已成為現(xiàn)代信息科學(xué)的一個(gè)極為重要的組成部分。光電檢測(cè)技術(shù)具有測(cè)量精度高、速度快、非接觸、頻寬與信息容量極大、信息效率極高、以及自動(dòng)化程度高等突出特點(diǎn)，令其發(fā)展十分迅速，并推動(dòng)著信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。它將光學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代電子技術(shù)相結(jié)合，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭、醫(yī)學(xué)、軍事和空間科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域。其中CCD的應(yīng)用極為廣泛。下面我來(lái)介紹一下光電檢測(cè)技術(shù)以及CCD的主要特性和國(guó)內(nèi)國(guó)際上CCD的發(fā)展情況。|1電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.1光電檢

2、測(cè)技術(shù)光電檢測(cè)技術(shù)是光電信息技術(shù)的主要技術(shù)之一，它是以激光、紅外、光纖等現(xiàn)代光電子具件作為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)被檢測(cè)物體的光輻射，經(jīng)光電檢測(cè)器接受光輻射并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由輸入電路、放大濾波等檢測(cè)電路提取有用信息，再經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口輸入計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理，最后顯示輸出所需要的檢測(cè)物理量等參數(shù)。其工作原理如下圖所示：也步塞efts兆亡歸忌其技術(shù)主要包括光電變換技術(shù)、光信息獲取與光信息測(cè)量技術(shù)以及測(cè)量信息的光電處理技術(shù)等。光電檢測(cè)技術(shù)將光學(xué)技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)各種量的測(cè)量，它具有如下特點(diǎn)：1）高精度。光電測(cè)量的精度是各種測(cè)量技術(shù)中精度最高的一種。如用激光干涉法測(cè)量長(zhǎng)度的精度可達(dá)0.05um/m光柵莫爾條紋

3、法測(cè)角可達(dá)到；用激光測(cè)距法測(cè)量地球與月球之間距離的分辨力可達(dá)到1m。2）高速度。光電測(cè)量以光為媒介，而光是各種物質(zhì)中傳播速度最快的，無(wú)疑用光學(xué)方法獲取和傳遞信息是最快的。3）遠(yuǎn)距離、大量程。光是最便于遠(yuǎn)距離粗寒痹的介質(zhì)，尤其適用于遙控和遙測(cè)，如武器制導(dǎo)、光電跟蹤、電視遙測(cè)等。4）非接觸測(cè)量。光照到被測(cè)物體上可以認(rèn)為是沒(méi)有測(cè)量力的，因此也無(wú)摩擦，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，是各種測(cè)量方法中效率最高的一種。1.2發(fā)展趨勢(shì)從上面對(duì)光電檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)的分析，并隨著世界各國(guó)的激烈競(jìng)爭(zhēng)正以日新月異的速度突飛猛進(jìn)及科研技術(shù)的提高，光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在：高精度方向發(fā)展：檢測(cè)精度向高精度方向發(fā)展，納米、亞納米高

4、精度的光電測(cè)量新技術(shù)是今后的發(fā)展熱點(diǎn)；智能化方向發(fā)展：檢測(cè)系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展，如光電跟蹤與光電掃描測(cè)量技術(shù)；數(shù)字化方向發(fā)展：檢測(cè)結(jié)果向數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)光電測(cè)量與光電控制一體化方向發(fā)展；多元化方向發(fā)展：光電檢測(cè)儀器的檢測(cè)功能向綜合性、多參數(shù)、多維測(cè)量等多元化方向發(fā)展，并向人們無(wú)法觸及的領(lǐng)域發(fā)展，如微空間三維測(cè)量技術(shù)和大空間三維測(cè)量技術(shù)；微型化方向發(fā)展：光電檢測(cè)儀器所用電子元件及電路向集成化方向發(fā)展；光電檢測(cè)系統(tǒng)朝著小型、快速的微型光、機(jī)、電檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)展；自動(dòng)化方向發(fā)展：檢測(cè)技術(shù)向自動(dòng)化，非接觸、快速在線測(cè)量方向發(fā)展，檢測(cè)狀態(tài)向動(dòng)態(tài)測(cè)量方向發(fā)展；以上這些發(fā)展趨勢(shì)是現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展

5、的需要，是國(guó)防建設(shè)的需要。廠2應(yīng)用前景2.1光電檢測(cè)技術(shù)的產(chǎn)生使人類能更有效地?cái)U(kuò)展自身的視覺(jué)能力，使視覺(jué)的長(zhǎng)波延伸到亞毫米波、短波延伸到紫外線、x射線，并可以在超快速度條件下檢測(cè)諸如核反應(yīng)、航空器發(fā)射等變化過(guò)程。光電檢測(cè)技術(shù)以其所具有高精度、速度快、非接觸、頻寬與信息容量極大、信息效率極高、以及自動(dòng)化程度高等突出特點(diǎn)，將光學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代電子技術(shù)相結(jié)合，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭、醫(yī)學(xué)、軍事和空間科學(xué)技術(shù)等許多科學(xué)領(lǐng)域。1）在工業(yè)領(lǐng)域方面主要表現(xiàn)在在線檢測(cè)如零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位；汽車傳感器中如汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容，以及溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震

6、傳感器等。2）家庭應(yīng)用方面主要表現(xiàn)在我們?nèi)粘Ｉ畹挠闷分校鐢?shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦一紅外測(cè)距傳感器；自動(dòng)感應(yīng)燈的亮度檢測(cè)一光敏電阻；空調(diào)、冰箱、電飯煲的溫度檢測(cè)一熱敏電阻、熱電偶；電話、麥克風(fēng)的話音轉(zhuǎn)換一駐極電容傳感器等。3）醫(yī)療衛(wèi)生應(yīng)用方面主要表現(xiàn)在：數(shù)字體溫計(jì)中接觸式一熱敏電阻，非接觸式有紅外傳感器；電子血壓計(jì)的血壓檢測(cè)的壓力傳感器；血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀的離子傳感器等。在國(guó)防和軍事應(yīng)用方面方面表現(xiàn)在夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)的非冷卻紅外傳感器技術(shù)、地基攔截器、早期預(yù)警系統(tǒng)、前沿部署（如雷達(dá)）、管理與控制系統(tǒng)、衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方面。光電檢測(cè)技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用主要用于檢測(cè)參數(shù)一加速度、溫

7、度、壓力、振動(dòng)、流量、應(yīng)變、聲學(xué)等傳感器方面。從上面所述的應(yīng)用現(xiàn)狀可以看出，隨著光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，光電檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣，將廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭、醫(yī)學(xué)、軍事和空間科學(xué)技術(shù)等許多科學(xué)領(lǐng)域，其應(yīng)用前景是相當(dāng)樂(lè)觀。2.2目前在國(guó)內(nèi)外光電耦合器件（CCD）的應(yīng)用最為廣泛，具發(fā)展前景也非常廣泛。CCD圖像傳感器以其光譜響應(yīng)寬，動(dòng)態(tài)范圍大，靈敏度和幾何精度高，噪聲低，便于進(jìn)行數(shù)字化處理和計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)測(cè)控中得到廣泛應(yīng)用。電荷耦合器件是一種以電荷為信號(hào)載體的微型圖像傳感器，具有光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)電荷存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)移及讀出的功能，其輸出的信號(hào)通常是符合電視標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)

8、，可存儲(chǔ)于適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)或輸入計(jì)算機(jī)，便于進(jìn)行圖像存儲(chǔ)，增強(qiáng)，識(shí)別等處理。其應(yīng)用實(shí)例：1）零件尺寸的精確測(cè)量2）形變測(cè)量3）機(jī)械磨損度測(cè)量4）高溫測(cè)量5）三維表面測(cè)量一般來(lái)說(shuō)，大的CCD芯片，具相應(yīng)的像素面積也較大，接收所攝的光的面積增大，必然使像素輸出電荷增多，靈敏度上升，在弱光條件下具有較好的拍攝能力，容易使攝像機(jī)整體質(zhì)量提高，圖像西部明顯細(xì)膩?zhàn)匀?，而光學(xué)系統(tǒng)聚焦攝像時(shí)的焦平面越小，則成像過(guò)程中的丟失的細(xì)節(jié)越來(lái)越多，得到的影像放大后細(xì)部過(guò)渡就可能有突變的現(xiàn)象，顯得不自然。另外小尺寸CCD擁有更多的像素和更高的分辨率也會(huì)導(dǎo)致單個(gè)像素的感光面積縮小，有曝光不足的可能。單個(gè)像素的面積越小，其感光性能

9、越低，信噪比越低，動(dòng)態(tài)范圍越窄。每個(gè)像素上的信息趨于在它附近的象素信息混合，（在電子學(xué)上這個(gè)叫做色度亮度干擾）CCD的主要功能控制1）同步方式選擇2）自動(dòng)增益控制3）背光補(bǔ)償4）電子快門5）伽馬校正6）電子曝光7）抗光暈?zāi)壳癈CD圖像傳感器的主要生產(chǎn)主要集中在日本的索尼，東芝，松下，濱松，夏普，NEC,加拿大的Dalsa和沒(méi)過(guò)的柯達(dá)等公司。當(dāng)前各CCD生產(chǎn)廠商和數(shù)碼相機(jī)，攝像機(jī)廠商之間像素和照片質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)質(zhì)上是縮小像素面積的競(jìng)爭(zhēng)。在圖像傳感方面，目前還是以低性能的CCD為主，至于高性能的CCD多用于醫(yī)療，高清晰度電視，電視攝像以及天文學(xué)，衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)圖像傳感水平和國(guó)外差距較大。電子

10、44所，西安光機(jī)所和13所等開(kāi)展CCD研究。在西安光機(jī)所研制的中國(guó)嫦娥CC立體相機(jī)（參數(shù)）獲取到了首張?jiān)聢D。電子44所CCD圖像傳感器開(kāi)發(fā)中心具有從事CCD技術(shù)研究的4英寸，2微米工藝線和測(cè)試儀器設(shè)備，是國(guó)內(nèi)唯一的CCD研制線。44所主要從事高性能可見(jiàn)光CCD極大陣列化，以及新型紅外CCD研究。3結(jié)論隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以及復(fù)雜自動(dòng)控制系統(tǒng)和信息處理與技術(shù)的提高，光電檢測(cè)技術(shù)將朝著檢測(cè)結(jié)果高精度、系統(tǒng)智能化、檢測(cè)結(jié)果數(shù)字化、檢測(cè)功能多元化、檢測(cè)器件微型化、檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化的放向發(fā)展，它將廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭、醫(yī)學(xué)、軍事和空間科學(xué)技術(shù)等許多科學(xué)領(lǐng)域，其應(yīng)用前景是相當(dāng)樂(lè)觀。CCD應(yīng)用技術(shù)以成為集光學(xué)，電子學(xué)，精密機(jī)械與計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)，并被廣泛應(yīng)用與現(xiàn)代光學(xué)和光電測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。事實(shí)上，凡可用膠卷和光電檢測(cè)技術(shù)的地方幾乎都可以應(yīng)用CCD。隨著半導(dǎo)體材料與技術(shù)的發(fā)展，特別是超大規(guī)模集成電路技術(shù)不斷進(jìn)步，CCD圖像傳感器的性能也在迅速提高，將CCD技術(shù)，計(jì)算機(jī)圖像處