飞行时间法(ToF)CMOS传感器解决方案

飞行时间法（ToF）CMOS传感器解决方案

?据麦姆斯咨询报道，国际知名图像传感器制造商兼专业定制服务商，Teledyne e2v即将亮相第二十届中国国际光电博览会－集结国内外优质通信器件商、设备供应商、系统集成商和运营商一大盛会。欢迎莅临其展位6C46 & 6C47参观和洽谈，届时Teledyne e2v将演示最新用于高速扫描和条码读取的Snappy 2百万像数CMOS图像传感器及用于高速、高分辨率检测的Emerald CMOS图像传感器，和展示广泛应用于工业/科研/航天天文的各类型各光谱段图像传感器。

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?新品展示

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?用于高速扫描和条码读取的Snappy 2MP CMOS图像传感器Snappy 2MP CMOS图像传感器主要用于条码读取和其他2D扫描应用。这一传感器以独特设计，将全高清、2.8μm低噪全局快门和其他高级功能完美结合，并通过小巧的光学格式，实现快速经济的解码能力。

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?无论是像素表现或是片上集成的实时处理功能，Snappy传感器皆进行了全方位的优化，实现高速准确的1D和2D条码扫描。在物流、分拣、零售POS和其他相关行业应用中，它让扫描平台实现更高的效率和产量。Snappy

中国CMOS图像传感器行业研究-行业发展概况

中国CMOS图像传感器行业研究-行业发展概况 （一）行业发展概况 1、集成电路行业 2010年以来，以智能手机、平板电脑为代表的新兴消费电子市场的兴起，以及汽车电子、工业控制、仪器仪表、智能照明、智能家居等物联网市场的快速发展，带动整个半导体行业规模迅速增长。2017年，全球半导体行业整体销售额达到4,122亿美元，同比增长21.63%，增速创七年来新高。 数据来源：全球半导体贸易协会（WSTS）

根据全球半导体贸易协会（WSTS）预测，2018年全球半导体市场规模将达到4,512亿美元，同比增长9.5%。 数据来源：全球半导体贸易协会（WSTS）

2、CMOS图像传感器行业 （1）图像传感器行业概况 图像传感器为物联网感知层众多传感器中最重要的一种核心传感器。图像传感器主要采用感光单元阵列和辅助控制电路获取对象景物的亮度和色彩信号，并通过复杂的信号处理和图像处理技术输出数字化的图像信息。图像传感器中的感光单元一般采用感光二极管（Photodiode）实现光电信号的转换。感光二极管在接受光线照射之后能够产生电流信号，电流的强度与光照的强度成正比例关系。每个感光单元对应图像传感器中的一个像元，像元也被称为像素单元（Pixel）。 图像传感器主要分为CCD图像传感器和CMOS图像传感器两大类。CCD和CMOS 都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转换为数字信号，但二者在感光二极管的周边信号处理电路和感光单元产生的电信号的处理方式不同。 CCD和CMOS的感光元件在接受光照之后直接输出的电信号都是模拟信号。在CCD传感器中，每一个感光元件都不对此作进一步的处理，而是将它直接输出到下一个感光元件的存储单元，结合该元件生成的模拟信号后再输出给第三个感光元件，依次类推，直到结合最后一个感光元件的信号才能形成统一的输出。由于感光元件生成的电信号非常微弱，无法直接进行模数转换工作，因此这些输出数据必须做统一的放大处理。由于CCD本身无法将模拟信号直接转换为数字信号，因此还需要一个专门的模数转换芯片进行处理，最终以数字图像矩阵的形式输出给专门的图像处

相位法激光测距的理论设计综合最新版

相位法激光测距的设计 电子工程学院 詹雪娇 2017110459 史歌2017110481

第一章引言 激光，是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光。物理学家把产生激光的机理溯源到1917年爱因斯坦解释黑体辐射定律时提出的假说，即光的吸收和发射可经由受激吸收、受激辐射和自发辐射三种基本过程[1]。 所谓激光技术，就是探索开发各种产生激光的方法以及探索应用激光的这些特性为人类造福的技术的总称。30多年来，激光技术得到突飞猛进的发展，利用激光技术不仅研制了各个特色的多种多样的激光器，而且随着激光应用领域不断拓展，形成了激光唱盘唱机、激光医疗、激光加工、激光全息照相、激光照排印刷、激光打印以及激光武器等一系列新兴产业。激光技术的飞速发展，使其成为当今新技术革命的先锋！ 激光和普通光的根本不同在于它是一种有很高光子简并度的光。光子简并度可以理解为具有相同模式(或波型、位相、波长)的光子数目,即具有相同状态的光子数目。这些特性使激光具有良好的准直性及非常小的发散角,使仪器可进行点对点的测量,适应非常狭小和复杂的测量环境。激光测距仪就是利用激光良好的准直性及非常小的发散角度来测量距离的一种仪器。激光在A、B 两点间往返一次所需时间为t, 则A、B 两点间距离D 可表示为: D = c·t /2,式中, c为光在大气中传播的速度。由于光速极快, 对于一个不太大的D 来说, t是一个很小的量。如:假设D =15km, c = 3 ×105 km / s,则t = 5 ×10- 5 s。由测距公式可知,如何精确测量出时间t的值是测距的关键。 由于测量时间t的方法不同,便产生了两种测距方法:脉冲测距和相位测距。其中相位测距更加精确[1]。

激光测距的方法及原理

激光测距的方法及原理 激光测距技术与一般光学测距技术相比具有操作方便、系统简单及白天和夜晚都可以工作的优点。与雷达测距相比，激光测距具有良好的抗干扰性和很高的精度，而且激光具有良好的抵抗电磁波干扰的能力。其在探测距离较长时，激光测距的优越性更为明显。光测距技术是指利用射向目标的激光脉冲或连续波激光束测量目标距离的距离测量技术。较常用的激光测距方法有三角法、脉冲法和相位法激光测距。 1．三角法激光测距 激光位移传感器的测量方法称为激光三角反射法，激光测距仪的精度是一定的，同样的测距仪测10米与100米的精度是一样的。而激光三角反射法测量精度是跟量程相关的，量程越大，精度越低。 采用激光三角原理和回波分析原理进行非接触位置、位移测量的精密传感器。广泛应用于位置、位移、厚度、半径、形状、振动、距离等几何量的工业测量。半导体激光器1被镜片2聚焦到被测物体6。反射光被镜片3收集，投射到CCD阵列4上；信号处理器5通过三角函数计算阵列4上的光点位置得到距物体的距离。 图1. 激光三角测量原理图 激光发射器通过镜头将可见红色激光射向物体表面，经物体反射的激光通过接受器镜头，被内部的CCD线性相机接受，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度即知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物之间的距离。 同时，光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理，并通过微处理器分析，计算出相应的输出值，并在用户设定的模拟量窗口内，按比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出，则在设定的窗口内导通，窗口之外截止。另外，模拟量与开关量输出可设置独立检测窗口。常用在铁轨、产品厚度、平整度、尺寸等方面。

CMOS图像传感器的研究进展_李继军.

. net 光学制造 1内蒙古工业大学理学院, 内蒙古呼和浩特 0100512北京师范大学遥感与 GIS 研究中心遥感科学国家重点实验室, 北京 10087! " 5 Li Jijun 1 Du Yungang 1Zhang Lihua 1, 2 Liu Quanlong 1Chen Jianrui 1 1School of Science, Inner Mongolia University of Technology , Hohhot, Inner Mongolia 010051, China, 2State Key Laboratory of Remote Sensing Science, Research Center of Remote Sensing &GIS, Beijing Normal University ,Beijing 100875, China #$$$$$$$$$$$% &’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ( 摘要 20世纪 90年代以来, 随着超大规模集成 (VLSI 技术的发展, CMOS 图像传感器显示出强劲的发展势头。简要介绍了 CMOS 图像传感器的结构及工作原理, 详细比较了 CMOS 图像传感器与 CCD 的性能特点, 讨论了 CMOS 图像传感器的关键技术问题,并给出了相应的解决途径,综述了 CMOS 图像传感器的国内外研 究现状, 最后对 CMOS 图像传感器的发展趋势进行了展望。 关键词光电子学; 传感器; CMOS 图像传感器; CCD ; 关键技术问题 Abstract

Since the 1990s, with the development of very large scale integration (VLSI,CMOS image sensors have been developed rapidly. The structure and working principle of CMOS image sensors are introduced. The performances between CMOS image sensor and CCD are compared in detail. The key technical problems of CMOS image sensors are discussed, and the related solving ways are given. The development situation of CMOS image sensors at home and abroad is reviewed, and the development trends of CMOS image sensors are prospected. Key words optoelectronics; sensor; CMOS image sensor; CCD; key technical problem 中图分类号 O436 doi :10.3788/LOP20094604.0045 1引言 CMOS 图像传感器的研究始于 20世纪 60年代末, 受当时工艺技术的限制, 发展和应用有限。直到 20世纪 90年代初,随着大规模集成电路设计技术和信号处理技术的提高, CMOS 图像传感器才日益受到重视 [1~3], 成为固体图像传感器的研发热点。近几年来, 随着集成电路设计技术和工艺水平的长足进步 , CMOS 图像传感器的一些性能指标已接近甚至超过CCD 图像传感器 [4~6]。 本文简要介绍了 CMOS 图像传感器的结构及工作原理,详细比较了 CMOS 图像传感器与 CCD 的性 能特点,讨论了 CMOS 图像传感器的关键技术问题, 并给出了相应的解决途径, 综述了 CMOS 图像传感器的国内外研究现状, 最后对 CMOS 图像传感器的发展趋势进行了展望。 2结构及工作原理 CMOS 图像传感器的总体结构如图 1所示

基于飞行时间测量的测量方法及系统与制作流程

本技术提供了一种基于飞行时间测量的测量方法及系统，方法包括：主控制单元接收外部输入的启动指令，将所述启动指令发送给探测单元；所述探测单元根据所述启动指令对传送装置执行被检测物的探测处理；当探测到所述传送装置上有被检测物时，生成测量指令发送给所述测量单元；所述测量单元根据所述测量指令启动所述测量单元的光源装置发射检测光，并启动所述测量单元的飞行时间传感识别装置对所述被检测物进行拍摄；所述飞行时间传感识别装置将拍摄得到的一帧三维点云数据传输给所述主控制单元；所述主控制单元对所述三维点云数据进行点云提取、三维重建和分析计算处理，得到所述被检测物的体积。 权利要求书 1.一种基于飞行时间测量的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括： 主控制单元接收外部输入的启动指令，将所述启动指令发送给探测单元； 所述探测单元根据所述启动指令对传送装置执行被检测物的探测处理；

当探测到所述传送装置上有被检测物时，生成测量指令发送给所述测量单元； 所述测量单元根据所述测量指令启动所述测量单元的光源装置发射检测光，并启动所述测量单元的飞行时间传感识别装置对所述被检测物进行拍摄； 所述飞行时间传感识别装置将拍摄得到的一帧三维点云数据传输给所述主控制单元； 所述主控制单元对所述三维点云数据进行点云提取、三维重建和分析计算处理，得到所述被检测物的体积。 2.根据权利要求1所述基于飞行时间测量的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括： 所述主控制单元根据预置体积值对所述被检测物的体积进行分类，并根据所述分类的结果，生成分类指令，发送给所述传送装置，用以将所述被检测物送入相应的装配区。 3.根据权利要求1所述基于飞行时间测量的测量方法，其特征在于，所述生成测量指令发送给所述测量单元具体为： 所述探测单元生成测量指令发送给所述主控制单元，所述主控制单元启动计时器进行计时，当到达预设时间时，将所述测量指令发送给所述测量单元。 4.根据权利要求1所述基于飞行时间测量的测量方法，其特征在于，所述检测光具体为： 使用脉冲调制方式进行调制得到的波长范围780nm-1100nm的脉冲波。 5.根据权利要求1所述基于飞行时间测量的测量方法，其特征在于，所述飞行时间传感识别装置的分辨率为320×240或480×320。 6.一种基于飞行时间测量的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：传送装置、主控制单元、检测单元探测单元和测量单元；

光电子课程设计_基于三角测量法的激光测距

光电子课程设计： 基于三角测量法的激光测距 摘要：本文先对激光测距的种类及原理进行介绍，其次分析不同种类的优缺点。确定制作测距仪器的制作方向。分析测量当中不同元器件存在的问题，寻找有效的解决方案，重点研究摄像头成像时存在误差的形成原因。根据研究得到的数据，对PC客户端的程序设计进行调整。利用程序尽可能减少由于硬件产生的误差。重点是设计出能确定光点的定位算法，通过对摄像头的定标、激光定位，达到实验数据与实际测量误差在10%以内。最后，提出对作品进行优化和系统功能提升计划 关键词：短距离、低成本、三角测量法 ABSTRACT: In this paper, the principle of laser ranging species and introduced first, followed by analysis of the advantages and disadvantages of different types. Production rangefinder to determine the direction of the production. Analytical measurements among different components of the problems, to find effective solutions to the causes errors in the presence of the camera focused on imaging. According to data obtained from studies on the client PC programming adjustments. The use of procedures to minimize errors due to hardware-generated. Focuses the light spot can be determined to design the location algorithm, through the camera calibration, laser positioning, to the experimental data and the actual measurement error is within 10%. Finally, the work in optimizing system functionality and Enhancement Programme KEY WORDS: Short distance、Low cost 、Triangle measurement

飞行时间质谱精确定标的方法

飞行时间质谱精确定标的方法利用飞行时间质谱(TOF)探测得到的数据文件截图如下面左图，导入Origin里如右图： 行号即为横坐标，代表飞行时间，每一行数值代表质谱图中相应点的信号强度，如下图： 我们用工具选取一个已知峰的信号，如水(H2O)，见下图，图中显示出该点行号为8642，信号强度为5855：

因为我们已知这个峰代表水(H2O)，那么就可以将飞行时间与质量对应起来。 首先我们要了解，质谱探测得到的信号所代表的是这个物种(H2O)的同位素峰([1]H2[16]O)，那么它的质量就不是平均分子量，而是由确定组成的核素相加得到的质量。 其次我们要了解，由于我们使用的是真空紫外光电离，那么形成的离子应该只带一个正电荷。 因此，质谱探测到的信号实际上是带一个正电荷的阳离子([1]H2[16]O+)。 我们使用下面这个软件来查询相应的m/z值，Measured mass表示质量数，Tolerence表示误差，单位为毫道尔顿，Charge on Molecule表示粒子所带电荷数，下图中的设置表示我们要查询质量数范围为[17.500, 18.500]，带1个正电荷的粒子的可能分子式及其精确质量：

结果给出[1]H2[16]O+的精确质量为18.010016。 将上表拷入Origin中，并做图拟合，步骤如下：

显示下图结果： 将结果粘贴于下表，A、B、C即为定标公式的参数，其含义为m/z=A+B*row+C*row^2： 可自行设计表格，将目标峰的横坐标转化为精确质量数m/z。

Q&A: 1行号究竟代表多少飞行时间？ 一行代表2ns，如行号5000，代表飞行时间10000ns。 这是通过P7888数据采集卡附带的采集软件MCDWin设置的，可以更改。 2怎么定更精确、更大范围的质量？ 本例只提供了定标方法，对于更精确、更大范围的质量定标，就要提供更多的数据点来拟合。可以通过如下两种途径： 2.1选取一个产物较多的质谱，利用已定好标的公式，计算相应产物或碎片峰的质量， 猜测其真实分子式，并将分子式与其实际质量添加入飞行时间-质量对应表中，重 新拟合得到更精确的定标公式。 2.2若大质量产物的分子式不容易猜测，那么通入少量大质量标准样品进行定标。大质 量标准样品推荐芳香烃化合物，比如萘、蒽、菲等，不推荐使用脂肪烃，进入腔 体后非常不易挥发。 3怎么做横坐标为质量数的质谱图？ 按下列步骤： 3.1在数据列左侧插入两列： 3.2将第一列填充为行号：

基于激光三角测距法的激光雷达原理综述

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/6817089286.html, 基于激光三角测距法的激光雷达原理综述 作者：周俞辰 来源：《电子技术与软件工程》2016年第19期 摘要 本文主要介绍了激光雷达系统的特点和基本结构，着重讨论了基于激光三角测距法的激光雷达的工作原理，详细论述了二维激光扫描的测量方法，并延伸讨论了三维激光扫描的测量方法及光路结构。 【关键词】激光雷达激光三角测距法 2D/3D激光扫描 1 引言 激光雷达LiDAR（Light Detection and Ranging），是激光探测及测距系统的统称，是一种通过位置、距离、角度等测量数据直接获取对象表面点三维坐标，实现地表信息提取和三维场景重建的对地观测技术。激光雷达最基本的工作原理与普通雷达相似，均是通过发射系统发送一个信号，由接收系统收集并处理与目标作用产生的返回信号，来获得对象表面的三维信息。目前激光雷达的测量原理主要分为脉冲法，相干光法和三角法三种，本文主要讨论基于激光三角测距法的激光雷达系统的工作原理。 2 激光雷达基本理论 2.1 激光雷达系统的特点及应用前景 激光雷达相比于传统接触式测量具有快速、不接触、精度高等优点，同时该技术受成像条件影响小，反应时间短，自动化程度高，对测量对象表面的纹理信息要求低。 在激光雷达应用的主要测量原理中，脉冲法和相干光法对激光雷达的硬件要求高，但测量精度比激光三角法要高得多，故多用于军事领域。相比于此，激光三角测距法因其成本低，精度满足大部分工业及民用要求，得以受到关注。 目前移动机器人的导航方式主要包括：磁导航、惯性导航和视觉导航，其中视觉导航由于具有信号探测范围广，获取信息完整等优点，是移动机器人导航的一个主要发展方向。目前机器人的SLAM（Simultaneous localization and mapping，同步定位与地图构建）算法中最理想的设备仍旧是激光雷达，机器人通过激光扫描得到所处环境的2D或3D点云，从而可以进行诸如SLAM等定位算法，确定自身在环境当中的位置并创建出所处环境的地图。激光雷达的非 接触式测量特点，具有快速、精度高、识别准确等优点，广泛应用于移动机器人视觉系统的距离、角度、位置的测量方面，成为测量研究领域的热点。

飞行时间法(ToF)CMOS传感器解决方案

飞行时间法（ToF）CMOS传感器解决方案 据麦姆斯咨询报道，国际知名图像传感器制造商兼专业定制服务商，Teledyne e2v即将亮相第二十届中国国际光电博览会－集结国内外优质通信器件商、设备供应商、系统集成商和运营商一大盛会。欢迎莅临其展位6C46 ">新品展示 用于高速扫描和条码读取的Snappy 2MP CMOS图像传感器Snappy 2MP CMOS图像传感器主要用于条码读取和其他2D扫描应用。这一传感器以独特设计，将全高清、2.8μm低噪全局快门和其他高级功能完美结合，并通过小巧的光学格式，实现快速经济的解码能力。无论是像素表现或是片上集成的实时处理功能，Snappy传感器皆进行了全方位的优化，实现高速准确的1D和2D条码扫描。在物流、分拣、零售POS和其他相关行业应用中，它让扫描平台实现更高的效率和产量。Snappy的独特性能还适用于许多其他应用领域，包括无人机、嵌入式视觉系统、物联网边界装置、智能监控摄像头和增强现实/虚拟现实。Emerald 8.9/12/16MP，全球最细小的全局快门CMOS图像传感器利用最新生产工艺以及像素设计技术，Teledyne e2v Emerald系列CMOS图像传感器，有着全世界范围内最小的全局快门像素尺寸（2.8μm）、底噪、满井容量7ke-，典型读出噪声4e- (低噪模式下2e-)。这一创新型革命技术，可使客户获得更高分辨率，但同时降低光学镜头尺寸，可降低整体系统成本。新一代图像传感器将大大提升暗场非一致性DSNU，与其他CMOS产品比较至少提升10倍，在低光应用中，这一性能可提升相机高温和长时间曝光方面性能，尤其是用于显微镜和户外，比如监控、测速以及交通上等的相机。新一代图像传感器主要发布三种分辨率，16MP（4096 x 4096 pixels）, 12MP（4096 x 3072 pixels），和8.9MP（4096 x 2160 pixels），世界上第一个高分辨率下1英寸光学尺寸，可使用C口镜头。每种图像传感器都有相同的像素设计、配置、读出结构、cLGA封装，这可降低相机厂商的研发成本。同时，根据机器视觉工业自动化的更高要求，这一代芯片具备高动态范围（HDR）模式，8/10/12bit ADC转换，高速输出（60fps at 10 bits 1at 16MP），多样化的电节省模式等。 飞行时间法（ToF）CMOS传感器解决方案

CMOS图像传感器的基本原理及设计考虑.

CMOS图像传感器的基本原理及设计考虑 摘要：介绍CMOS图像传感器的基本原理、潜在优点、设计方法以及设计考虑。 关键词：互补型金属－氧化物－半导体图像传感器；无源像素传感器；有源像素传感器 1引言 20世纪70年代，CCD图像传感器和CMOS图像传感器同时起步。CCD图像传感器由于灵敏度高、噪声低，逐步成为图像传感器的主流。但由于工艺上的原因，敏感元件和信号处理电路不能集成在同一芯片上，造成由CCD图像传感器组装的摄像机体积大、功耗大。CMOS图像传感器以其体积小、功耗低在图像传感器市场上独树一帜。但最初市场上的CMOS图像传感器，一直没有摆脱光照灵敏度低和图像分辨率低的缺点，图像质量还无法与CCD图像传感器相比。 如果把CMOS图像传感器的光照灵敏度再提高5倍～10倍，把噪声进一步降低，CMOS 图像传感器的图像质量就可以达到或略微超过CCD图像传感器的水平，同时能保持体积小、重量轻、功耗低、集成度高、价位低等优点，如此，CMOS图像传感器取代CCD图像传感器就会成为事实。 由于CMOS图像传感器的应用，新一代图像系统的开发研制得到了极大的发展，并且随着经济规模的形成，其生产成本也得到降低。现在，CMOS图像传感器的画面质量也能与CCD图像传感器相媲美，这主要归功于图像传感器芯片设计的改进，以及亚微米和深亚微米级设计增加了像素内部的新功能。 实际上，更确切地说，CMOS图像传感器应当是一个图像系统。一个典型的CMOS图像传感器通常包含：一个图像传感器核心（是将离散信号电平多路传输到一个单一的输出，这与CCD图像传感器很相似），所有的时序逻辑、单一时钟及芯片内的可编程功能，比如增益调节、积分时间、窗口和模数转换器。事实上，当一位设计者购买了CMOS图像传感器后，他得到的是一个包括图像阵列逻辑寄存器、存储器、定时脉冲发生器和转换器在内的全部系统。与传统的CCD图像系统相比，把整个图像系统集成在一块芯片上不仅降低了功耗，而且具有重量较轻，占用空间减少以及总体价格更低的优点。 2基本原理 从某一方面来说，CMOS图像传感器在每个像素位置内都有一个放大器，这就使其

利用光电池进行激光三角法测距

利用光电池进行激光三角法测距 张琬祺（20142301038），苏秀崖，王美凤 （华南师范大学物理与电信工程学院，广东广州510006） 摘要：利用光电池对于不同强度的光转换成不同的电信号的特性以及光反射的原理，进行近距离精密测距实验。物体的移动导致光反射点的位置的改变，通过光电池接收光的强度确定光反射点的改变位置。当入射角确定时，光电池的移动距离和物体移动的距离存在一定关系。 关键词：光电池，三角法，近距离精密测距 Using photovoltsic cell laser triangulation ranging （Zhang wan-qi Su xiu-ya Wang mei-feng） (1.School of physics and communication engineering , South China Normal University, Guangzhou 510006, China) Abstract: Using photovoltsic cell for different intensity of light into different characteristics of the electrical signals and the principle of light reflection, precision ranging from close range to experiment on.Moving the position of the light reflection point of the object changes, through cell receives light intensity determine the change of light reflection point position.When the incident Angle to determine cell moving distance and moving object distance there is a certain relationship. Key words：photovoltaic cell,trigonometry,precision ranging from close range

CMOS图像传感器的性能

CMOS图像传感器的性能 2.2.1光电转换的原理和性能 当光子入射到半导体材料中，光子被吸收而激发产生电子–空穴对，称为光生载流子，如图2.3（a）所示。量子效率（Quantum Efficiency，QE）被定义为产生光生载流子的光子数占总入射光子数的百分比；或者被定义为η，即每个入射光子激发出来的光生载流子数。 式中，N e为被激发出来的电子数；N v为入射的光子数。不同的半导体材料对入射光的响应随其波长而变化，对于硅材料而言波长覆盖整个可见光范围，截止在 约1.12μm的近红外波长，如图2.3（b）所示。 （a）（b） 图2.3硅半导体材料的光照响应 光电信号的噪声水平决定了能检测到的最小光功率，即光电转换的灵敏度。硅光电传感器的噪声构成包括： ●来源于信号和背景的散粒噪声（shot noise）；

●闪烁噪声（flicker noise），即1/f噪声； ●来源于电荷载流子热扰动的热噪声（thermal noise）。 噪声特性用噪声等效功率NEP（Noise Equivalent Power）表达，信号功 率和噪声等效功率的比值，被称为信噪比（Signal Noise Ratio，SNR），是描述传感器性能的重要参数之一。 当入射光子照射在半导体材料的PN结上，如图2.4（a）所示，如果在PN 结上施加电压使光生载流子形成电流，产生如图2.4（b）所示的I-V特性曲线。曲线上V＞0的正向偏置一段被称为太阳能电池模式；PN结反向偏置V＜0的平直一段曲线，被称为光电二极管模式；I-V特性的反向击穿段被称为雪崩模式。通常在图像传感器中，光电转换元件工作在光电二极管模式，如图2.3（c）所 示。图2.3中PN结的反向电流I leak为 I leak＝I ph＋I diff （a）（b） 图2.4PN结光电二极管示意图

飞行时间质谱

飞行时间质谱技术及发展 前言：质谱分析是现代物理与化学领域使用的极为重要的工具。目前日益广泛的应用于原子能，石油以及化工，电子，医药等工业生产部门，农业科学研究部门及物理电子与粒子物理，地质学，有机，生物，无机，临床化学，考古，环境监测，空间探索等领域[1]。飞行时间质谱飞行时间质谱仪较其他质谱仪具有灵敏度好、分辨率高、分析速度快、质量检测上限只受离子检测器限制等优点，再配合电喷雾离子源基体辅助激光解析离子源[2]大气压化学电离源等离子源，使之成为当今最有发展前景的质谱仪。飞行时间质谱已用于研究许多国际最前沿的热点问题，是基因及基因组学、蛋白质及蛋白质组学、生物化学、医药学以及病毒学等领域中不可替代的有力工具，例如肽和蛋白分析、细菌分析、药物的裂解研究以及病毒检测。特别是在大通量、分析速度要求快的生物大分子分析中，飞行时间质谱成为唯一可以实现的分析手段，例如与激光离子源联用或作为二维气相色谱的检测器等。本文将介绍飞行时间质谱的基本原理、技术及仪器的发展历程。力求对该仪器技术有一个较清楚的认识，并对今后相关的研究工作提供建设性帮助。 1.飞行时间质谱的工作原理：TOF-MS分析方法的原理非常简单。这种质谱仪的 质量分析器是一个离子漂移管。样品在离子源中离子化后即被电场加速，由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器，假设离子在电场方向上初始位移和初速度都为零，所带电荷数为q，质量数为m, 加速电场的电势差为V, 则加速后其动能应为： m v2 / 2= qe V 其中，v 为离子在电场方向上的速度。 离子以此速度穿过负极板上的栅条，飞向检测器。离子从负极板到达检测器的飞行时间t，就是TOFMS 进行质量分析的判据。在传统的线性TOFMS，离子沿直线飞行到达检测器；而在反射型TOFMS 中，离子经过多电极组成的反射器后反向飞行到达检测器，后者在分辨率方面优于前者。 2.飞行时间质谱的发展： 由于存在初始能量分散的问题，提高飞行时间质谱分辨率一直是研究者和仪器制造上努力的目标。仪器技术的进展也主要围绕这一目标进行。 2.1离子化技术的发展：最初TOFMS采用电子轰击的方法进行离子化。由电子枪产生的电子电离样品分子使其离解为离子，经加速形成离子束进入飞行区。这种方法可用于气、固、液体样品的分析。其缺点是：1)离子化时间较长，和一般离子的飞行时间数量级相近，容易引起大的误差；2)电子的电离及其进样方式，难以进行大分子样品的分析。目前这种离子化方式多用于小分子的分析。而新的电子发生方式如激光电子枪开始出现。后来脉冲离子发生器应用逐步广泛。用于固体或液体样品的重离子轰击、等离子体解吸(PDMS)及二次离子质谱(SIMS)属于此列。目前脉冲激光技术应用最广，包括激光解吸(LD)、共振激光离子化(RI)、共振加强单多光子离子化（RES/MPI）以及生化分析中常用的基质辅助激光解吸[4] (MALDI))等，适用于不同样品的分析。例如共振激光离子化可用于痕量金属元素的分析[3]。REMPI 则擅长复杂有机物的选择性离子化；MALDI的优点在于：1）可获得高的灵敏度，甚至能检测到离子化区的几个原子；2）对于热不稳定的生物大分子可实现无碎片离子化；3）对固体、液体表面分析，可以很好地控制离子化的位置或深度样品，分析时间大大缩短；4）可以与不同的离子化方式相结合。为解决多肽、蛋白、寡糖、DNA测序等生命科学领域中的前沿分析课题，需要发展特殊电离技术以及超高分辨、高灵敏度、大质量范围、多级串联的高档

CMOS图像传感器的工作原理及研究

CMOS图像传感器的工作原理及研究 摘要：介绍了CMOS图像传感器的工作原理，比较了CCD图像传感器与CMOS图像传感器的优缺点，指出了CMOS图像传感器的技术问题和解决途径，综述了CMOS图像传感器的现状和发展趋势。 1 引言 自从上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支，它是PC机多媒体不可缺少的外设，也是监控中的核心器件。互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器与电荷耦合器件（CCD）图像传感器的研究几乎是同时起步，但由于受当时工艺水平的限制，CMOS图像传感器图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展。而CCD 器件因为有光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点一直主宰着图像传感器市场。由于集成电路设计技术和工艺水平的提高，CMOS图像传感器过去存在的缺点，现在都可以找到办法克服，而且它固有的优点更是CCD器件所无法比拟的，因而它再次成为研究的热点。 70年代初CMOS传感器在NASA的Jet Pro pul sion Laboratory(JPL)制造成功，80年代末，英国爱丁堡大学成功试制出了世界第一块单片CMOS型图像传感器件，1995年像元数为（128×128）的高性能CMOS有源像素图像传感器由喷气推进实验室首先研制成功[1]，1997年英国爱丁堡VLSI Ver sion公司首次实现了CMOS图像传感器的商品化，就在这一年，实用CMOS技术的特征尺寸已达到0.35mm，东芝研制成功了光敏二极管型APS，其像元尺寸为5.6mm×5.6mm，具有彩色滤色膜和微透镜阵列，2000年日本东芝公司和美国斯坦福大学采用0.35mm技术开发的CMOS-APS已成为开发超微型CMOS摄像机的主流产品。 2 技术原理 CCD型和CMOS型固态图像传感器在光检测方面都利用了硅的光电效应原理，不同点在于像素光生电荷的读出方式。CMOS图像传感器芯片的结构 [2]如图1所示。典型的CMOS像素阵列[3]，是一个二维可编址传感器阵列。传感器的每一列与一个位线相连，行允许线允许所选择的行内每一个敏感单元输出信号送入它所对应的位线上（图2），位线末端是多路选择器，按照各列独立的列编址进行选择。根据像素的不同结构[4]，CMOS图像传感器可以分为无源像素被动式传感器（PPS）和有源像素主动式传感器（APS）。根据光生电荷的不同产生方式APS又分为光敏二极管型、光栅型和对数响应型，现在又提出了DPS(digital pixel sensor)概念。

高精度相位式激光测距的实现

高精度相位式激光测距的实现 施金钗，黄元庆 摘要：本文介绍了相位式激光测距基本原理，提出了一种提高测相精度的测距方法，并详细论述了差频测相和数字测相方法，最后对今后的发展前景进行了展望。 关键字：激光测距；相位式；差频测相；数字测相 Realization of Phase Laser Range Finding Shi Jinchai, Huang Yuanqing Abstract: The paper introduces the base theory of the phase laser range finder, and it introduce a method of range finding to improve the high precision. The technique of frequency difference and digital measurement of phase finding method are also proposed in detail. Eventually the prospect of their further study is suggested. Keywords: laser range finding, phase-shift, frequency difference of phase finding, digital measurement technique of phase finding 1 绪论 随着科学技术的不断发展，人类在民用和军事领域，对距离量的测量要求非常广泛。激光测距是集光学、激光、光电子及集成电子等多种技术为一体的综合性技术，与其它测距技术相比，激光具有角分辨力高、抗干扰能力强，可以避免微波贴近地面的多路径效应和地物干扰问题，并且具有天线尺寸小、质量轻、结构小巧、和安装调整方便等优点，激光测距仪是目前高精度测距最理想的仪器之一。由于以上各方面的原因，使得激光测距在测量领域得到了青睐，并被迅速推广应用，在国民经济和国防建设中具有非常重要的意义[1]。 激光测距技术是最早用于军事上的激光技术。世界上第一台激光测距机于1961年诞生在美国休斯飞机公司 [2]，称为柯利达I 型，1962年第一台军用激光测距机便成功地进行了示范表演，之后该公司相继研制成几种实验型军用激光测距机在部队进行试验和鉴定，结果证明激光测距机可作为一种新的测距仪代替原装备的光学测距机。1971年美国陆军首先装备了AN/GVS-3型红宝石激光测距机。供炮兵前方观察员或观察所使用。此后，各种型号的侦察用激光测距机相继装备各国的军队1963-1967年美国休斯公司相继研制成几种实验型军用激光测距机，1969年军用激光测距机首先装备军队[3]。 中国科学院上海光机所研制出便携式激光测距机，对漫反射水泥墙的测距达100m ，采用300MHz 计数方式，测距精度0.5m ，重复频率1KHz 。中国计量学院信息工程系光电子所与国外合作开发了低价、便携式半导体激光测距机，作用测距1KM ，精度处<±1m ，采用4M 晶振，运用了线性时间放大技术。常州莱赛公司研制了作用距离200m ，测距精度0.5m 的半导体激光测距机[4]。 2 相位测距基本原理 相位式测距是通过测量连续的幅度调制信号在待测距离上往返传播所产生的相位延迟，间接地测定信号传播时间，从而得到被测距离的。这种方法测量精度高，通常在毫米量级。测距原理图如下图1。相位法测距就是间接的测定调制光波经过时间D t 后所产生的相位变化D ?，以代替测定时间D t ,从而求得光波所经过的路程D 。各参数间的关系为[5]： f D D D π?ω?22c 2c t 2c D ×=×=×= （1） 式中 c 为光波在空气中传播的速度；D ?为调制光信号经过被测距离D 而产生的相位移；ω为调制信号的 角频率，f 为调制信号频率。

基于CMOS单点激光三角法测距系统设计

文章编号:100525630(2006)022******* 基于CM O S 单点激光三角法测距系统设计 Ξ 林小倩,林　斌,潘泰才 (浙江大学国家光学仪器工程技术研究中心,浙江杭州310027) 摘要:根据三角法测距原理,运用单片机技术对距离进行测量,设计了一套基于C M O S 的单点激光三角法测距系统。详细地介绍了系统的硬件组成和软件结构,针对测量用的光 敏传感器之标定曲线的非线性特征,提出了用逐段折线逼近该标定曲线的方法,最后给出 实验结果,并分析了各个参数对实验精度的影响。实验结果表明方案切实可行,该方法的测 量误差小于3%。 关键词:单点激光三角法;单片机;C M O S ;逐段折线逼近 中图分类号:TH 76112 文献标识码:A D istance m ea sur i ng usi ng si ngle -po i n t la ser tr i angula tion syste m design ba sed on C MOS L IN X iao 2qian ,L IN B in ,PA N T a i 2ca i (CN ERC fo r Op tical Instrum ent ,Zhejiang U niversity ,H angzhou 310027,Ch ina ) Abstract :In th is paper ,acco rding to the p rinci p le of distance m easu ring u sing triangu lati on ,a su it of distance m easu ring u sing single 2po in t laser triangu lati on system based on C M O S is designed th rough the techn ique of M CU .T he hardw are of the system and the structu re of the softw are are described in detail ,due to the non 2linear characteristic of the u sed ligh t 2sen sitive tran sducer ′s calib rati on cu rve ,the m ethod of u sing p iecew ise linear line to app rox i m ate calib rati on cu rve is given ,at last ,the resu lts of the exp eri m en t are in troduced and it is analyzed the relati on betw een every param eter and experi m en tal p recisi on .T he resu lts of the exp eri m en t p rove the feasib ility of the idea ,the m easu rem en t erro r of th is m ethod is less than 3%. Key words :single 2po in t laser triangu lati on ;M CU ;C M O S ;p iecew ise linear A pp rox i m ati on 1　引　言 激光测距技术是集光、机、电一体化的高精度测距技术,在军事、测距、测绘等领域得到广泛的应用。常用的几种测距方法中,脉冲测距方式比较适合远距离的测量,特别是在天体测量方面,虽然在目前加以改进后,可测量几米的距离,但是对激光器要求更高,造价也更高;相位测距方式也比较适合于较大距离的测量;激光干涉测距法主要是用来测量微小距离或形状变化的。现设计了一种以单片机技术为核心的低成本数字显示C M O S 单点激光三角法测距仪,利用三角法测距原理、采用激光遥感方式实现距离的非接触测量。对系统的基本原理、硬件电路、软件设计等进行了介绍,最后给出了实验结果。该系统结构简单、成本 第28卷　第2期 2006年4月 光　学　仪　器O PT I CAL I N STRUM EN T S V o l .28,N o.2 A p ril,2006 Ξ收稿日期:2005206214 作者简介:林小倩(19802),女,湖北锦门人,硕士生,主要从事光、机、电一体化技术方面的研究。