CN101464188B

CN101464188B - 提高光电传感器灵敏度的方法

Info

Publication number: CN101464188B
Application number: CN2008101546351A
Authority: CN
Inventors: 李刚; 汤宏颖; 林凌
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2028-12-29
Also published as: CN101464188A

Abstract

本发明公开一种提高光电传感器灵敏度的方法，在光电传感器前施加一束高频调制参考光，使所述的高频调制参考光与被测光信号一起通过光电传感器转换成电信号后，再依次经过放大和模数转换得到数字信号，然后，将所得到的一个周期内的数字信号经计算机叠加后计算出被测光信号。高频调制参考光和被测光信号是通过半透半反光镜照射到光电传感器上。光电传感器可以是光电二极管或光电三极管或光电倍增管或光敏电阻或阵列式光电传感器。阵列式光电传感器可以是CMOS图像传感器或CCD图像传感器或阴极射线图像传感器。本发明简单方便，大幅度提高了光电传感器的灵敏度，从而提高了对微弱光测量精度。可以应用在微弱光或图像测量技术中。

Description

提高光电传感器灵敏度的方法

技术领域

本发明涉及一种光电传感器。特别是涉及一种提高对微弱光测量精度的提高光电传感器灵敏度的方法。

背景技术

光电信号检测在科研、工农业和军事等各领域有着广泛的应用，特别是对微弱光信号进行检测，有着越来越迫切的要求。但任何光电传感器的灵敏度均有一定的限制。进而使得仪器的灵敏度受到限制。人们经常采用调制、相关检测等技术提高光电传感器及相应的仪器的灵敏度，但这些方法都加大了仪器的复杂性，且并不能提高传感器的灵敏度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能够直接提高光电传感器的灵敏度，从而提高对微弱光测量精度的提高光电传感器灵敏度的方法。

本发明所采用的技术方案：一种提高光电传感器灵敏度的方法，在光电传感器前施加一束高频调制参考光，使所述的高频调制参考光与被测光信号一起通过光电传感器转换成电信号后，再依次经过放大和模数转换得到数字信号，然后，将所得到的一个周期内的数字信号经计算机叠加后并减去高频调制参考光的平均值，从而计算出被测光信号。

所述的高频调制参考光和被测光信号是通过半透半反光镜照射到光电传感器上。

所述的光电传感器是光电二极管。

所述的光电传感器是光电三极管。

所述的光电传感器是光电倍增管。

所述的光电传感器是光敏电阻。

所述的光电传感器是阵列式光电传感器。

所述的阵列式光电传感器是CMOS图像传感器。

所述的阵列式光电传感器是CCD图像传感器。

所述的阵列式光电传感器是阴极射线图像传感器。

本发明的提高光电传感器灵敏度的方法，简单方便，只是在光电传感器接受到被测微弱光或图像的同时，施加一束周期性的高频参考光，经过光电转换、信号放大和模数转换，可由计算机检测到被测微弱光或图像，大幅度提高了光电传感器的灵敏度，从而提高了对微弱光测量精度。可以应用在微弱光或图像测量技术中。

附图说明

图1是本发明所使用的装置构成方框图；

图2是本发明的工作原理用图。

其中：

1：半透半反光镜 2：光电传感器

3：放大器 4：模数转换器

5：计算机

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的提高光电传感器灵敏度的方法做出详细说明。

本发明的提高光电传感器灵敏度的方法，是在如1所示的装置上实现的。

图1所示的装置包括有：依次设置的半透半反光镜1、光电传感器2、放大器3、模数转换器4和计算机5。

本发明的提高光电传感器灵敏度的方法是，在光电传感器2前施加一束高频调制参考光L_f，使所述的高频调制参考光L_f与被测光信号L_s一起通过半透半反光镜1照射到光电传感器2上，通过光电传感器2转换成电信号后，再依次经过放大和模数转换得到数字信号，然后，将所得到的一个周期内的数字信号经计算机5叠加后并减去高频调制参考光L_f的平均值L_f，从而计算出被测光信号L_s。所述的计算公式(其中N为一个高频调制参考光L_f的周期中的采样次数)：

\overset{&OverBar;}{L_{s}} = \overset{&OverBar;}{L} - \overset{&OverBar;}{L_{f}} = \frac{1}{N} Σ_{i = 1}^{N} L_{i} - \frac{1}{N} Σ_{i = 1}^{N} L_{f} = \frac{1}{N} Σ_{i = 1}^{N} (L_{s} + L_{f}) - \frac{1}{N} Σ_{i = 1}^{N} L_{f} = \frac{1}{N} Σ_{i = 1}^{N} L_{s}

本方法中所使用的光电传感器2，可以是光电二极管或是光电三极管或是光电倍增管或是光敏电阻。

所述使用的光电传感器2，还可以是阵列式光电传感器。所述的阵列式光电传感器可以是CMOS图像传感器或是CCD图像传感器或是阴极射线图像传感器。

本发明的提高光电传感器灵敏度的方法的工作原理是：

如图2所示，假设被测光信号L_s为ΔX＝0.6LSB(LSB代表一个最小敏感或量化电平)，小于传感器所能够敏感的最低值1LSB。显然，用光电传感器1不能检测出被测光。如果施加的高频调制参考光L_f是一个高为1LSB的锯齿波，并在一个锯齿波周期内采集10次信号后再求平均：

\overset{&OverBar;}{L} = \frac{1}{10} Σ_{i = 1}^{10} L_{i} = \frac{1}{10} Σ_{i = 1}^{10} (L_{si} + L_{fi}) = \frac{1}{10} (0 + 0 + 0 + 0 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1) = 0.6 LSB

考虑到L_f是一个高为1LSB的锯齿波，其平均值(即仅对采样得到的平均值为一个很小的值，本例中约为0.1LSB。采样次数N越大，这个均值越小)对测量结果的影响很小。实际上，并非要限定L_f在1个LSB的高度，L_f的幅值可以远大于1LSB；也不需限定在L_f 的一个周期采样10，每周期中采样次数越大效果则越好；还不需要限定L_f是锯齿波，也可以是三角波、正弦波等。

下面给出本发明的具体实施例。

本发明的实施例一：

如图1所示，被测微弱光信号L_s经过半透半反光镜1照射到光电传感器2，同时，高频调制参考光L_f也经过半透半反光镜1照射到光电传感器2，这两束光经光电传感器2叠加后并转换成电信号由放大器3放大，再由模数转换器4转换成数字信号送入计算机5，在计算机5中通过计算公式，分离出被测微弱光信号L_s并除去高频调制参考光L_f。本实施例中的L_f可由普通发光管LED产生，光电传感器2可以采用光敏三极管3DU13。

本发明的实施例二：

如图1所示，被测微弱光(图像)信号L_s经过半透半反光镜1照射到光电图像传感器2，同时，高频调制参考光L_f也经过半透半反镜1照射到光电图像传感器2，这两束光信号经光电图像传感器2叠加后并转换成电信号由放大器3放大，再由模数转换器4转换成数字信号送入计算机5，在计算机5内通过计算公式将L_f的一个周期内同一像素点的数字信号相加并减去高频调制参考光L_f的平均值，从而分离出被测微弱光(图像)L_s。本实施例中的L_f可由普通发光管LED产生，光电图像传感器2可以采用CCD摄像头13HV13。

Claims

1.一种提高光电传感器灵敏度的方法，其特征在于：在光电传感器(2)前施加一束高频调制参考光(L_f)，使所述的高频调制参考光(L_f)与被测光信号(L_s)一起通过光电传感器(2)转换成电信号后，再依次经过放大和模数转换得到数字信号，然后，将所得到的一个周期内的数字信号经计算机(5)叠加后并减去高频调制参考光(L_f)的平均值(L_f)，从而计算出被测光信号(L_s)。

2.根据权利要求1所述的提高光电传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述的高频调制参考光(L_f)和被测光信号(L_s)是通过半透半反光镜(1)照射到光电传感器(2)上。

3.根据权利要求1所述的提高光电传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述的光电传感器(2)是光电二极管。

4.根据权利要求1所述的提高光电传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述的光电传感器(2)是光电三极管。

5.根据权利要求1所述的提高光电传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述的光电传感器(2)是光电倍增管。

6.根据权利要求1所述的提高光电传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述的光电传感器(2)是光敏电阻。

7.根据权利要求1所述的提高光电传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述的光电传感器(2)是阵列式光电传感器。

8.根据权利要求7所述的提高光电传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述的阵列式光电传感器是CMOS图像传感器。

9.根据权利要求7所述的提高光电传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述的阵列式光电传感器是CCD图像传感器。

10.根据权利要求7所述的提高光电传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述的阵列式光电传感器是阴极射线图像传感器。