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《光电传感器CCD与CMOS的原理及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、成都师专学报一九九九年第四期光电传感器与的原理及应用张永彬成都师范高等专科学校计算科学系四川彭州,大容,,,摘要随着微机技术向高速度量多功能方向快速发展计算机在图形。,扫描仪,图象处理领域中得到广泛的应用数码相机数字摄像机作为主要的图像输。,,入设备在微机应用中有着十分重要的作用本文就扫描仪数码相机数字摄像机中的,,结构及应用作一讨论。主要成像元件和光电传感器的原理关健词电荷藕合器光电传感器光电效应、一光电传感器与的理论基础,光电效应是其理论基。与是将光信号转换为电信号的半导体光敏元件础光传感器的基本效应。电磁波的波动所占频谱
2、范围是从了射线到无线电波的一个极为广泛的区域波长在。,护范围之内的一般统称光的区域每一波长的区域都有一定频率波数及光子能量。,。可见光在整个光谱中只占很小部分光应用技术都是基于物质相互作用这个实用转换,,二,二,,,,原理光子是有能量的公式为李坛式中为为布朗克常数为频率人为光速,入为波,一’,,二长为波数单位其中为常量带人公式可得一仅拓入。当把光能变为电信号的基本原理大致为三种。由于光电子与物质的相互作用而直接得到电信号的量子效应。光子被元素物质吸收转变成热后进一步由热电现象而得到电信号的热效应。光作为电磁波直接与物质相互作用
3、所诱发的电信号的波动相互作用效应其中量子效应或光电效应是我们很熟悉的,如光电管,光敏二极管,光敏,三极管光电池。,等热效应是与光是热线这种古典看法相联系作为主要的红外线传感器或光能绝对测量用。传感器的原理早已经采用至于波动相互作用效应是把光理解为微波或微米波那样的电磁波。。的延长与正是以光量子效应作其理论基础固体图像传感器与把布设在半导体光—敏二极管,光敏三极管衬底的许多感光小单元的光电信号用所控制,“”,的时钟脉冲读取出来的功能器件称固体图像传感器这许多感光小单元简称像素或像点它,。们本身在空间电气工是独立的固体图像传感器体
4、积小重量轻,坚固耐用,抗冲击耐震动耗电少而且抗电磁干扰能力强失真度度极小,非常适合测试技术及图像识别技术,是计算机外部设备,扫描仪,数码相像的重要。成像元件将内量子效应的单个元件的光传感器集成化,使之构成小型的组或组测光信息用传,这就是,。,感器固体图像传感器有比例型积分型两种由于集成化与电信号读取复杂原因实,,,际上在紫外可见光区域多采用作为基本的积分型传感器以型半导体元件为代表积蓄在元件像素的电荷读取方法分为电子开关的一地址方法与峪。的电荷传送方法型传感器可以认为是型晶体三极管与巧结光电二极管的,。。组合产生的载流子积蓄在
5、管源极结合部如图一所示⋯尹猫农路日,输少甲创硅图一光信号使光电二极管动作并使电荷积蓄起来,晶体三极管作为读取开关,由移位寄存器发。,,出的脉冲作为扫描信号当在金属上加上电压时在半导体表面形成过渡层就成为电位阱在这里存储电荷,若在相邻的电极上加工更大的电压,便形成更深的电位阱,电荷就向邻接的电。,极移动因此固体图像传感器是由光电变换电荷存储电荷传送等三者简单构成同时进行动。,,作并集成化但当各元件同时射人光信号时将引起信号混和因此上述移位寄存器实际上是。采用将光电变换部分与扫描部分分开的形式、二与光电传感器的结构与原理电荷藕合器
6、件详笋一叩是利用光电效应制作的半导体器件,年发展至今,起步,,,。早技术成熟在数码相机扫描仪数字摄像机中得到广泛应用结构电荷藕合器是由众多现已达两,,百万个微小光敏元件电荷转移电路电荷读取电路。组成半导体器件,以一块杂质浓度较低的型硅片作为衬底然后在硅片表面用高温氧化的方法覆盖二氧化硅,,仇绝缘层在绝缘层上制作金属铝电极金属铝上方放置光敏元件如。图二所示光敏元件在电荷祸合器件的表面成矩阵排列,每个元件代表一小像素,光线照到光敏元件上,就转换成电信号。为避免各光敏元件之间的信号相互干扰,在半导体,型硅衬底上应有必要的隔离措施高档
7、的采用二氧化硅,。仇隔离低档的在型衬底上制作反向结隔离工作原理,电荷藕合器采集图像信号可分为三个过程,首先将光信号转换成电荷,然后暂时存放在存储器中,最后用时钟脉冲顺序读出信号。采光积累电荷,当人射光照射到光敏元件上时由于光线光量子的激发,使光敏材料上的导电粒子电子空穴对增加,在金属电极下的型硅衬底上表面形成电荷积累。人射光越,强在光敏材料中激发的导电粒子电子空穴对越多,形成的电荷积累也越多。电荷的转移及电荷信息的读取为取出存储,在金属铝电区中积累的电荷信息极,和型硅衬底加上控制电压使存储区中电荷向,,下一存储电荷区中转移送至
8、电荷信息读取电路在。时钟脉冲控制下顺序读出电荷祸合器像串行移位寄存器一样,以行图《二为单位,一位一位地输出信息,实施电荷的转移输。,出电荷转移和电路信息读取电路是一个构造较复杂的半导体电路需在型硅衬底上制作,,。电荷转移存储器输出电极还需有三组不同电源相配合方能输出电荷信息电
