1、數(shù)碼相機顏色傳感器簡介及應(yīng)用一傳感器的結(jié)構(gòu)種類三色分解傳感器由三色分解法制作的彩色傳感器啊有能將光分解成三基色的三個瀘色膜,與每個瀘色膜相對應(yīng)有一個光電二極管.當物體的光入射到三個瀘色膜后,因物體的顏色不同,各光電二極管得到的光強不同,根據(jù)三個光電二極管產(chǎn)生的電信號比例情況可以識別物體的顏色.這種傳感器的特征之一是敏度部位集成式.光入射的透明電極與非晶硅為一體,而在里面,與各組件對應(yīng)的電極是分立的.由于各二極管的間距在10um以上,所以之間的漏電幾乎為0 .由于三個光電二極管在同一基片上,因此幾乎不存在溫度變化所帶來的差異.但由于三個光電二極管并列,面積較大,因而入射光很難均分布在三個光電二極

2、管上,從而造成測量誤差.利用PNP結(jié)構(gòu)構(gòu)成的顏色傳感器該傳感器是在硅基片上制作了兩個反向連接的光電二極管.淺潔的光電二極管叫PD1,而深結(jié)的光電二極管叫PD2. 利用對數(shù)放大器和差動放大器得出這兩只光電二極管的輸出電流之比值.兩 個二極管短路電流之比與光波波長的關(guān)系.所以,若接收到某顏色的光時,據(jù)Iso/Isc值可得出光波波長值 (即顏色).由于上述關(guān)系關(guān)系與溫度有關(guān),即溫度增加電流曲線向波長方向偏移.所以若進行精密波長測量時,應(yīng)進行溫度補償.另外,該傳感器實質(zhì)上是采用了二色分解法,因比測量精度往往不如三色分解的傳感器, 傳感器中二極管是用單晶硅構(gòu)成的,為了不使 之受紅外光的影響,應(yīng)加設(shè)紅外光

3、截止濾色片.二傳感器的應(yīng)用用三色分解式傳感器構(gòu)成的多色識別裝置.傳感器最好不放在光的反射角上,這樣可減少拍的干攏.PNP型顏色傳感器的應(yīng)用傳感 器的兩 個光電二極管PD1,PD2,直接接到兩個運算放大器的輸入端,運算放大后進行比較.三CCD攝像器件CCD的工作原理N勾道CCD的襯底P型硅(Si),上面是絕緣層二氧化硅SiO2; 二氧化硅上面有若干片以序排列金屬膜電極.給電極M1與襯底加上正電壓V1,在Si中產(chǎn)生自上而下的電場,將正電的空隙驅(qū)趕向下方,上方形成無空隙的耗盡層.電壓越高,耗盡深度就越深.如果耗盡層附近有電子,就很容易進入耗盡層. 耗盡層越深電子就越不易出來.整個過程形成CCD移位寄

4、存器.CCD線攝像數(shù)組最簡單的線攝像數(shù)組,與上述的CCD 結(jié)構(gòu)相同.但是要能使 各電極下面Si中受到光照產(chǎn)生電子,應(yīng)該將金屬電極改為對可見光透明且導(dǎo)電的多晶硅電極,或者讓光從CCD背面照射,這時應(yīng)把Si片大大減以使其透明.CCD上的光電轉(zhuǎn)換信號經(jīng)電極上時鐘脈沖控制進持迅速轉(zhuǎn)移而實現(xiàn)行輸出.CCD面攝像數(shù)組將上述的線攝 像數(shù)組可以近一定組合方工合成面攝像器件.(貞轉(zhuǎn)移).它是由CCD攝像部份;信號存儲部份;水平移位寄存器等三部份構(gòu)成的.在一場中,攝 像部份各小單元攝到的圖像信號暫時存在寄存器RAM中,然后在時鐘控制下將ram中的信息一列列依次移入水平移位寄存器,而每當一列移入水平寄存器后,由時鐘

5、控制串行輸出,所以一列的信號就是一行的信號. 攝像列的每一個單元是由PN結(jié)構(gòu)成的光敏管,它將光信號轉(zhuǎn)為電信號,直接存在與對應(yīng)的存儲列單元中.然后類似于FTCCD那樣,將列信號變?yōu)樾行盘?即輸出寄存器,從每一列中一個一個單元取出信號,依序移出成行輸出信號.該器件易實現(xiàn)行掃描方式;而且比FTCCD器件的靈敏度高,適于低光強.MOS攝像器件SSPD攝像器件,它的感光是由光敏二極管擔任,與光每二極管相連的MOS場效應(yīng)管為開關(guān)管.它們在垂直和水平選能信號控制下,按行,按列地開關(guān),把相關(guān)的光敏二極管產(chǎn)生的光電信號一行一行地輸出到圖像信號的放大級.由于CCD器件的工藝與一般集成電路有不同,因而成本高.同一硅

6、片上只能制作像素數(shù)組,而驅(qū)動放大,自動曝光控制等電路,則只能在芯片以外,因而體積大,但MOS攝像器件采用超大遠見模集成電路的主流工藝,可在同一芯片上集成像素數(shù)組,掃描,放大,自動曝光控制等 .完成視覺的所有電學功能,具有成本低,體積小,功率低等優(yōu)點.CID攝像器件 CID(charge injection device )為電荷注入攝像器,與CCD一樣,用勢阱存儲少數(shù)載流子,但電荷 只通在兩個單元之間發(fā)生,這種“單元對” 內(nèi)部的電荷 轉(zhuǎn)移是雙向的,但是各對單元之間是相互隔絕的. 在末選中的條件下,行電壓,列電壓都大于0 , 所以在該勢阱處由興產(chǎn)生的電荷 存儲隨機存取存儲器.當需要某一行的電荷

7、信息時,那一行的VR被置為0 .當MOSFET的源極下有電荷 ,且水平掃描發(fā)生器選通該MOSFET時,則該 MOSFET漏極有信事情輸出.當水平掃描信號發(fā)生器順序地將每一列電極電壓置0時,信號就從左向右依序讀取.故稱順序注入. 讀出每一對單元信號的同時,應(yīng)該 存儲的少數(shù)載流子快速消失. 為此在每個讀出點周圍設(shè)置一個反向二極管擴散區(qū).當Vc=0時,存儲電信號在向反向二極管注入與多數(shù)載流子復(fù)合的同時,也引起外電路相應(yīng)電荷流動,即信號被讀出,所以該器件為電荷注入.攝像器件參數(shù)光譜特性ccpd uAccd um所謂的光譜特性是指在單位波長間隔內(nèi)相同光強條件下測得器件響應(yīng)隨波長的變化規(guī)律。圖8-6-7是

8、CCD器件的光譜特性曲線。通常將最大值的10%處所對應(yīng)的波長為截止波長。圖中所示的截止波長在0.4m和1.1m。2暗電流CCD攝像器件在無光無電注入的”全暗”情況下因熱產(chǎn)生載流子而形成的電流為暗電流。如果暗電流超過某規(guī)定值信號將受到干擾信噪比下降。暗電流的大小除與溫度有關(guān)外還與電極所加電壓的時有關(guān)時間越長P型硅中少數(shù)載流子-電子進入勢阱中的數(shù)量越多使暗電流增大。溫度每上升3035暗電流增大近10倍。3噪聲CCD攝像器件是低噪聲器件因此可用于微光成像。它的噪聲主要來自輸入電路寄存器輸出電路。在實際使用中光敏區(qū)間電流不均勻所引起的噪聲往往會成為器件的噪聲源。尤其是在環(huán)境溫度高時更為嚴重。4調(diào)制傳遞

9、函數(shù)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)是指空間中各個頻率成像輸出電壓信號調(diào)制度Mo(f)與輸入光等信號調(diào)制Mi(i)的比即MTF=Mo(f) /Mi(f)。在頻率響應(yīng)范圍內(nèi)f及MTF/(f)起大表示器件越能分辨細節(jié)的圖像而且對比度失真越小。5輸出飽和特性當飽和曝光量以上的強光(像)照到CCD上時其輸出 電壓將出現(xiàn)飽和這種現(xiàn)象稱作輸出飽和。當控制脈沖時間(取作5ms)與照度相乘則等于曝光量曝光量達到某一值時輸出呈現(xiàn)飽和這時的曝光量為該器件的飽和曝光量這時的輸出電壓稱為該器件的飽和輸出電壓。6靈敏度靈敏度也稱響應(yīng)度為單位曝光量所對應(yīng)的輸出信號。它等于輸出電壓除以曝光量其單位為V /Jcm,這里j為微焦爾。靈敏

10、度也可以表示為CCD能正常工作的最小照度單位為lx(勒克斯)。線陣CCD器件靈敏度一般在24V/Jcm。7轉(zhuǎn)移效率系指一個勢阱中被轉(zhuǎn)移出的電荷量與阱中原有電荷總量之比。該值越大越好一般應(yīng)在99.99%以上。8時鐘頻率時鐘頻率是指能讓CCD正常工作的頻率。越高越好可達10MHz以上。9動態(tài)范圍動態(tài)范圍是指飽和曝光量與等效噪聲曝光量的比值。有時也可以定義為飽和曝光量與噪聲峰-峰值之比。一般噪聲峰-峰值近為等效噪聲的6倍左右。動態(tài)范圍實際上是指CCD中光敏單元使勢阱充滿電荷(稱滿阱)的信號與分辨最小信號之間的范圍。二者之比可達1010數(shù)量級。10光敏不均勻性該特性是指在均勻光照下,諸像素中最大和最小

11、光敏響應(yīng)的差別可用百分數(shù)表示。該特性也可用諸像素光敏響應(yīng)的差別來表示單位為mV。11積分時間積分時間是指諸像素收集電荷所曝光的時間為任何二個轉(zhuǎn)移脈沖下降沿之間的時間間隔。12其他參數(shù)描寫CCD器件特性的參數(shù)還有電源電壓(V)功耗(mW)等 。MOS攝像器件的主要參數(shù)MOS攝像器件主要參數(shù)有分辨率(或圖像點陣數(shù))及像素尺寸;感光區(qū)面積靈敏度(與CCD器件的相同單位lx)曝光范圍;電源電壓功耗。三. 國產(chǎn)CCD的型號規(guī)格線陣CCD特征和應(yīng)用。線陣CCD中的位數(shù).DL40: 256 GZ102: 256 DL42: 1728GZ106: 1024 DL44: 2500 GZ107: 2048該器件是

12、由光敏組件(MOS電容或光敏二極管)和相應(yīng)位數(shù)的CCD移位寄存器構(gòu)成.該器件用于很多電子領(lǐng)域和自動曝光裝置.組件的功能引腳分別是: 光柵;轉(zhuǎn)移光柵脈沖;移位寄存驅(qū)動時鐘;注入時鐘;復(fù)位時鐘;輸入柵;輸出柵;補償源;掃描終止波型輸出;復(fù)位漏;補償漏;襯底電壓;CCD移位寄存.溢出柵.主要參數(shù). 型號參數(shù)DL40DL42DL44GZ102GZ106GZ107單位光譜響應(yīng)范圍0.45-1.10.45-1.10.45-1.10.4-1.10.4-1.10.4-1.1um靈敏度1(t=2ms;f=500khz11(t=2ms;f=500khzlx響應(yīng)度(白熾燈)0.20.20.2V/uj.cm轉(zhuǎn)移效率9

13、9.9999.99499.99599.9599.9999.99%時鐘頻率0.01-102526Mhz動態(tài)范圍1000:11000:11000:1500:1300:11300:1飽和輸出電壓200600700300300-1200800mV信噪比404040db分辯率8001200線飽和曝光量5x100.560.4lx.s光譜不均勻性10610%平均暗電流15Na/cmMTF3030%其它的CCD組件相關(guān)的參數(shù)都差不多.CMOS固態(tài)攝相器參數(shù) 型號參數(shù)M-20CM-20AM-20BHV71313D0.3megaMCM200271.3megaOV26102.0mega單位感光面積8.29x6.28.29x6.28.29x6.21/3”7.7x6.16.72x5.04mm靈敏度0-10.2-10.2-12.1v1.8v1vlux.sec功耗20020020080mW250mW165mWmW電源電壓3.0-3.6v3.0-3.6v3.0-3.6v時鐘頻率1513.