1 / 34

บทที่ 3 การรับรู้แสง

บทที่ 3 การรับรู้แสง. การวัดแสง. Radiometry : การวัดปริมาณการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า - ครอบคลุม 3x10 11 Hz(1000 m m) --> 3x10 16 Hz(0.01 m m ) - มักมีหน่วยเป็น joules (energy) และ watts (power) Photometry : การวัดปริมาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเฉพาะที่ตามองเห็น

Télécharger la présentation

บทที่ 3 การรับรู้แสง

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. บทที่ 3 การรับรู้แสง

  2. การวัดแสง Radiometry: การวัดปริมาณการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า - ครอบคลุม 3x1011 Hz(1000mm) --> 3x1016 Hz(0.01mm) - มักมีหน่วยเป็น joules (energy) และ watts (power) Photometry: การวัดปริมาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเฉพาะที่ตามองเห็น - ครอบคลุม 400nm -- 700nm: - ถ่วงน้ำหนักด้วยการตอบสนองเชิงสเปกตรัมของตาคน -มักมีหน่วยเป็น lumen (energy) และ candela (power)

  3. df dAcosq q dA df q dw dA Radiant Flux (Radiant power): พลังงานต่อหนึ่งหน่วยเวลา f = dQ/dt [watt] Ex.. Laser He-Ne ขนาด 5 mW Radiant Flux Density (Irradiance and Radiant Existance): Radiant flux per unit area E = df/dA M = df/dA [watt/m2] Radiant intensity : ปริมาณกำลังงานบนหนึ่งหน่วยมุมตัน I = df/dw [watt/Sr] Radiance: ปริมาณพลังงานตกตั้งฉากบนหนึ่งหน่วยพื้นที่ และ บนหนึ่งหน่วยมุมตัน L = d2f/(dAcosqdw) [watt/m2.Sr]

  4. เปรียบเทียบRadiometry และ photometry

  5. ปริมาณแสงหรือฟลักซ์ส่องสว่าง (Luminous Flux) ฟลักซ์การส่องสว่างของแหล่งกำเนิดแสงในทุกๆมุม solid angle ใดๆ df = ปริมาณแสงย่อยใดๆ [ lumen] I = ความเข้มแห่งการส่องสว่าง [Cd] df = มุม solid angle ย่อยใดๆ [steradian] ปริมาณแสง 1 ลูเมน หมายถึงปริมาณแสงที่เปล่งออกไปในมุม solid angle 1 Sr. ด้วย Point source ที่มีความเข้มแห่งการส่องสว่าง 1 candelaหรือหมายถึง ปริมาณแสงที่เปล่งจาก Point source 1 candela ไปตกบนพื้นที่ 1 ตารางฟุตบนพื้นผิววัตถุซึ่งวางห่าง 1 ฟุต

  6. 1 Steradian มุมตัน( solid angle) รอบศูนย์กลางวงกลมรัศมี r ที่รองรับพื้นที่ที่ผิววงกลมขนาด r2

  7. ความส่องสว่าง (illuminance) ความหนาแน่นของฟลักซ์ส่องสว่าง (ปริมาณแสง) ที่ตกกระทบบนพื้นผิวใดๆ [lumen/m2 ] หรือ Lux [foot-candle] (1 FC = 10.76 Lux ) ที่มา http://www.nectec.or.th/courseware/electrical/illumination/terminology.html

  8. ความเข้มแห่งการส่องสว่าง (Luminous intensity) ความหนาแน่นของปริมาณแสงภายในมุม solid angle ที่กำหนดให้ ชี้ให้เห็นถึงความสามารถของแหล่งกำเนิดแสงในการให้ค่าการส่องสว่างในทิศทางที่กำหนด [lumen/Sr ] หรือ Cd

  9. ความสว่าง (luminance) ปริมาณแสงที่สะท้อนออกมาจากวัตถุต่อพื้นที่ [Cd/ m2] SI ปริมาณแสงที่เท่ากันเมื่อตกกระทบลงมาบนวัตถุที่มีสีต่างกัน จะมีปริมาณแสงสะท้อนกลับต่างกัน นั่นคือ ลูมิแนนซ์ ต่างกัน สาเหตุที่ต่างกันก็เนื่องมาจากสัมประสิทธิ์การสะท้อนแสงของวัสดุ ต่างกัน

  10. spectral luminous efficiency function (human eye response-curve ) => Adopted by CIE (the International Commission on Illumination ) => conversion formula photometric unit = K(l) x radiometric unit => luminous Efficacy K(l) [lumen/watt] =>luminous efficiency V(l) or luminous coefficient [V(555)=100% --> K =683 lm/watt] Table of V(l)

  11. Ex1 • A light bulb emitting 100 W of radiant power is positioned 2 m from a surface. The surface is oriented perpendicular to a line from the bulb to the surface. Calculate the irradiance at the surface. If all 100 W is emittied from a red bulb at l = 650 nm. Calculate also the illuminance at the surface

  12. Lighting efficiency 1 lumen <==> radiant energy of 1/683 watt at a frequency of 540x1012 Hz, (standard air wavelength of 555.016 nm ) 1 candela <=> a source that emits monochromatic radiation of frequency 540x1012 Hz and with a radiant intensity of 1/683 watt per steradian

  13. ทำไมเราจึงเห็นเปลวเทียนเป็นสีเหลืองทำไมเราจึงเห็นเปลวเทียนเป็นสีเหลือง

  14. ตัวรับรู้แสงทั่วๆไป • Thermal detectors • Thermocouples and Thermopiles • Bolometer and Thermistors • Pyroelectric • Golay cell • Quantum detectors • photoemissive (phototube photomultiplier tube) • Photoconductive • Photo voltaic • photographic emulsion

  15. Bolometer • ตรวจวัดในย่าน far-IR ถึง mm wavelength region • วัสดุดูดกลืนแสงที่มีความจุความร้อน C ต่อกับแหล่งความร้อนอุณหภูมิ T0 โดยลวดความต้านทาน G • แสงที่มีกำลัง Psignal จะทำให้อุณหภูมิ วัสดุดูดกลืนเปลี่ยนแปลง T=T0+ (Psignal+Pbias)/G>T0. G - ค่า Thermalink [W/K] • ความต้านทานของลวดบอกความเข้มแสงที่วัด http://bolo.berkeley.edu/bolometers/introduction.html

  16. hf Photo e- Photo tube ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก Ammeter Photo current Anode 3I0 2I0 Photo cathode I0 Voltmeter V V V0 ( Photo current ต photon rate ) As a detector 1. V > Vo 2. f > foหรือ l < lo

  17. Photo multiplier tube เป็น Photo tube ที่มี dynode ช่วยทวีคูณจำนวนโฟโตอิเล็กตรอน Last dynode Vacuum terminal Anode Electron multiplier (dynoes) Photo cathode

  18. ลักษณะสำคัญ 1. linearity , Stability ดีมาก 2. การตอบสนองต่อแสงขึ้นกับชนิดวัสดุที่ใช้เป็น photocathode 3. สามารถให้สัญญาณในแบบ single photon 3. เหมาะปริมาณแสงระดับต่ำมาก 4. ต้องการอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้าแรงสูง และอุปกรณ์ขยายสัญญาณที่ซับซ้อน 4. หาซื้อยาก ราคาแพง

  19. Forward bias Reverse bias + + p n A K รอยต่อ P-N i diode i0 ป 10-9A V -diode -solarcell -LED n-ideality factor Shockly diode I-V equation

  20. photon ith-iop - + iopต ความเข้มแสง (I) รอยต่อ P-N ขณะรับแสง p n i W R e V I=0 (มืดสนิท) I1 I2 I3 I3> I2>I1

  21. - + V การใช้งานรอยต่อ P-N เป็น Photodetector i • 1. Photovoltaic mode : • รอยต่อผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้า(โซล่าเซล) • วัดความต่างศักย์ขณะวงจรเปิด(กระแสเป็นศูนย์) • การตอบสนองแบบไม่เชิงเส้น (log) • ความเร็วการตอบสนองไม่สูงสุด V I=0 (มืด) I1 2I1

  22. ไม่ไบอัส + A V ไบอัสกลับ A • 2. Photoconductive mode : • รอยต่อถูกไบอัสกลับ เพื่อให้กระแสพื้นหลังน้อยมาก • วัดกระแสขณะวงจรปิด ความต่างศักย์คงที่ • การตอบสนองแบบเชิงเส้นดีมาก • ความเร็วการตอบสนองสูงสุด กระแสพื้นหลังมาก ความเร็วสูงสุด i V I=0 (มืด) I1 2I1 กระแสพื้นต่ำ ความเร็วไม่สูงสุด

  23. ลักษณะสำคัญ 1. หาซื้อได้ง่าย ราคาถูก มีหลากหลายรูปแบบ Photodiode, โฟโตทรานซิสเตอร์ ,โซลาร์เซล 2. มักทำจากซิลิกอนมีการตอบสนองสูงสุดกับย่านแสงอินฟราเรด ใกล้แสงขาว 3. ใช้ได้ดีแม้กับปริมาณแสงระดับน้อยๆ(แต่ต้องมีวงจรขยายสัญญาณ) 4. Stability ดีมาก

  24. ตัวต้านทานไวแสง (LDR, Photocell) => มักทำจาก CdS เมื่อมีแสงตกกระทบจะทำให้ความต้านทานลดลง => ทำงานในลักษณะ photoconductive (กระแสขึ้นกับความเข้มแสง)

  25. Light response curve IL-กระแสผ่าน V-คตศ คร่อม E-ความส่องสว่าง

  26. ลักษณะสำคัญ 1. หาซื้อได้ง่าย ราคาถูก 2. ใช้ โดยมีเพียงโอห์มมิเตอร์ ก็ใช้งานวัดแสงได้ 3. มีการตอบสนองกับย่านแสงขาว ใกล้เคียงกับตามนุษย์ เหมาะกับงาน ที่ใช้ตามอง เช่นกล้องถ่ายรูป 4. เหมาะกับปริมาณแสงระดับ ปานกลางถึงมาก 5. Nonlinear 6. Stability ไม่ดี

  27. Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) capacitor ตัวเก็บประจุ MOS ตัวเก็บประจุทั่วไป Metal + + + + + + + + + + + + SiO2 - - - - - - - - - - - - + + + + + + - - - - - + + + + + + P-Semiconductor - - บริเวณปลอดพาหะ - - - - - - ประจุลบเหนือบริเวณปลอดพาหะของ MOS เกิดจากการแตกตัวโดยความร้อน หลังจากการป้อนความต่างศักย์จะต้องใช้เวลารอจนกว่าจะเข้าสู่สภาวะสมดุล Thermal relaxation time(tth) --> เวลาเฉลี่ยของการเกิดประจุโดยความร้อน

  28. การรับรู้ภาพ (image sensing) area scanner line scanner Point scanner ภาพ ภาพ ภาพ สแกนทีละจุด สแกนทีละเส้น สแกนทั้งภาพ

  29. + Metal gate SiO2 - - - - P Semiconductor - คืออะไร???? Charge-Coupled Devices(CCD) t=0 t=0 Optical generation Thermal generation fs T< tth fs T< tth - - - - Thermal generation - - - - fs - -- - t = tth fs t = tth บ่อศักย์กักพาหะ ขณะมีแสง บ่อศักย์กักพาหะ ขณะไม่มีแสง CCD จะต้องบันทึกภาพและส่งออกสัญญาณให้ทัน ก่อนที่ Thermal generation จะเริ่มส่งผล

  30. CCD as an image sensor แสงจากภาพจะถูกแบ่งเป็นเซลเล็กๆ(Pixel) ไปตกบนแต่ละหน่วยของ CCD เกิดเป็นคู่ e-h ขึ้นใต้ชั้น SiO2เฉพาะ e-เท่านั้นที่ถูกกักไว้ใต้เกตที่มีศักย์บวก + + + + + Metal gate SiO2 - - - - - - - Semi conductor -

  31. CLK1 CLK2 CLK3 การเลื่อนข้อมูลภาพแบบ Threephase G1 t G1 G1 t G2 G2 G2 G3 G3 G3 t - - - - - - x fs x เกตจะรับความต่างศักย์ขับเคลื่อน 3 ชุด ในเวลาถัดๆกันและเหลื่อมกัน บ่อศักย์ที่เกิดขึ้นใต้เกตจะค่อยๆถ่ายประจุให้เลื่อนออกจาก CCD ไปที่ละ pixel x ภาควัดระดับสัญญาณ - - - - - -

More Related