Úvod, optické záření Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE – Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, © Jan Fischer, 2014 Materiál je pouze grafickým podkladem k přednášce a nenahrazuje výklad na vlastní přednášce
1 Před. 1 A0M38OSE 2014, J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha
Náplň předmětu Optoelektronické a obrazové senzory a související problematika Optické záření a jeho vlastnosti polovodičové a další zdroje optického záření
2 Před. 1 A0M38OSE 2014, J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha
Náplň předmětu Optoelektronické a obrazové senzory a související problematika Optické záření a jeho vlastnosti polovodičové a další zdroje optického záření základy geometrické optiky a opticky zobrazovací soustavy fyzikální základy optoelektronických snímačů, křemík jako základ obrazových senzorů fotodiody optoelektronické snímače (reflexní snímače, závory) používané ve spolupráci s obrazovými senzory
3 Před. 1 A0M38OSE 2014, J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha
Náplň předmětu Optoelektronické a obrazové senzory a související problematika Optické záření a jeho vlastnosti polovodičové a další zdroje optického záření základy geometrické optiky a opticky zobrazovací soustavy fyzikální základy optoelektronických snímačů, křemík jako základ obrazových senzorů fotodiody optoelektronické snímače (reflexní snímače, závory) používané ve spolupráci s obrazovými senzory senzory CMOS ( základní funkční bloky a princip funkce), pojmy rolling shutter, global shutter senzory CCD - základ , druhy senzorů CCD, princip funkce
4 Před. 1 A0M38OSE 2014, J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha
Náplň předmětu Optoelektronické a obrazové senzory a související problematika Optické záření a jeho vlastnosti polovodičové a další zdroje optického záření základy geometrické optiky a opticky zobrazovací soustavy fyzikální základy optoelektronických snímačů, křemík jako základ obrazových senzorů fotodiody optoelektronické snímače (reflexní snímače, závory) používané ve spolupráci s obrazovými senzory senzory CMOS ( základní funkční bloky a princip funkce), pojmy rolling shutter, global shutter senzory CCD - základ , druhy senzorů CCD, princip funkce omezení a chyby obrazových senzorů šumy obrazových senzorů, limity použitelnosti kamery s výstupem videosignálu pro CCTV, černobílé a barevné kamery objektivy pro kamery, vlastnosti, výpočty v souvislosti s jejich volbou připojení obrazových senzorů na další elektronické bloky v kameře 5 Před. 1 A0M38OSE 2014, J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha
Náplň předmětu
Elektronické bloky kamer s obrazovými senzory CCD, bloky řízení senzorů a digitalizace výstupního signálu, připojení obrazových senzorů na další elektronické bloky v kameře Obrazové senzory CMOS, realizace kamer, spolupráce senzorů CMOS s mikroprocesory a signálovými procesory s využitím paralelních rozhraní (např. DCMI). Příkladová studie – realizace kamery CMOS s vnitřním zpracováním obrazu Specializované obrazové senzory pro snímání v blízké a infračervené oblasti a jejich použití
6 Před. 1 A0M38OSE 2014, J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha
Náplň přednášky
• • • •
Optické záření – základní vlastnosti Polovodič Přechod PN Footodioda
7 Před. 1 A0M38OSE 2014, J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha
Základní vlastnosti optického záření • •
Světlo se šíří přímočaře. Světelné paprsky jsou na sobě nezávislé a neovlivňují se navzájem. Dopadá-li několik paprsků na totéž místo, jejich účinky se sčítají. • Dopadá-li paprsek pod určitým úhlem na rozhraní dvou prostředí, odráží se pod týmž úhlem (zákon odrazu). • Při průchodu rozhraním dvou průhledných prostředí nastává lom světelného paprsku (zákon lomu). • Směr chodu paprsku je možno zaměnit. Probíhá-li paprsek světla v jednom směru určitou dráhu, může ji proběhnout i ve směru opačném. Poznámky 1 vytyčování přímky ( plot,…) 2 osvětlení dvěma zdroji
8 Před. 1 A0M38OSE 2014, J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha
Optické záření jako elektromagnetické vlnění
Roentgenovo záření
ultrafialové záření 100 - 380 nm
2 100
viditelné světlo 380 - 770 nm
infračervené záření 770 nm- 1mm
3 4 5 6 78 9 400 1000
blízké infračervené záření střední infračervené záření vzdálené infračervené záření velmi vzdálené infračervené záření
milimetrové radiové vlny
10 000 nm
770 nm - 1,5 µm 1,5 µm - 6 µm 6 µm - 40 µm 40 µm - 1 mm
9 Před. 1 A0M38OSE 2014, J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha
Rychlost šíření záření c = 2,998 .
108
m/s - rychlost světla ve vakuu
nevodivá neferomagnetická prostředí µ = µ 0
1 1 c v= = ε r ε 0µ 0 εr
λ0 = λn =
c νz
1 λ0 n0
w = h νz
v=
1 εµ
c=
1 ε 0µ 0
ε = ε 0ε r
ε r = n02 εr - určené při optických kmitočtech n0 - absolutní index lomu (vůči vakuu)
λ0 - vlnová délka záření ve vakuu, νz - kmitočet záření
λn - vlnová délka v prostředí s abs.indexem lomu n0 energie fotonu, h = 6,6262 . 10-34 J/s - Planckova konst. 10
Před. 1 A0M38OSE 2014, J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha
