数码相机颜色传感器简介及应用

1、数码相机颜色传感器简介及应用一传感器的结构种类三色分解传感器由三色分解法制作的彩色传感器啊有能将光分解成三基色的三个泸色膜,与每个泸色膜相对应有一个光电二极管.当物体的光入射到三个泸色膜后,因物体的颜色不同,各光电二极管得到的光强不同,根据三个光电二极管产生的电信号比例情况可以识别物体的颜色.这种传感器的特征之一是敏度部位集成式.光入射的透明电极与非晶硅为一体,而在里面,与各组件对应的电极是分立的.由于各二极管的间距在10um以上,所以之间的漏电几乎为0 .由于三个光电二极管在同一基片上,因此几乎不存在温度变化所带来的差异.但由于三个光电二极管并列,面积较大,因而入射光很难均分布在三个光电二极

2、管上,从而造成测量误差.利用PNP结构构成的颜色传感器该传感器是在硅基片上制作了两个反向连接的光电二极管.浅洁的光电二极管叫PD1,而深结的光电二极管叫PD2. 利用对数放大器和差动放大器得出这两只光电二极管的输出电流之比值.两 个二极管短路电流之比与光波波长的关系.所以,若接收到某颜色的光时,据Iso/Isc值可得出光波波长值 (即颜色).由于上述关系关系与温度有关,即温度增加电流曲线向波长方向偏移.所以若进行精密波长测量时,应进行温度补偿.另外,该传感器实质上是采用了二色分解法,因比测量精度往往不如三色分解的传感器, 传感器中二极管是用单晶硅构成的,为了不使 之受红外光的影响,应加设红外光

3、截止滤色片.二传感器的应用用三色分解式传感器构成的多色识别装置.传感器最好不放在光的反射角上,这样可减少拍的干拢.PNP型颜色传感器的应用传感 器的两 个光电二极管PD1,PD2,直接接到两个运算放大器的输入端,运算放大后进行比较.三CCD摄像器件CCD的工作原理N勾道CCD的衬底P型硅(Si),上面是绝缘层二氧化硅SiO2; 二氧化硅上面有若干片以序排列金属膜电极.给电极M1与衬底加上正电压V1,在Si中产生自上而下的电场,将正电的空隙驱赶向下方,上方形成无空隙的耗尽层.电压越高,耗尽深度就越深.如果耗尽层附近有电子,就很容易进入耗尽层. 耗尽层越深电子就越不易出来.整个过程形成CCD移位寄

4、存器.CCD线摄像数组最简单的线摄像数组,与上述的CCD 结构相同.但是要能使 各电极下面Si中受到光照产生电子,应该将金属电极改为对可见光透明且导电的多晶硅电极,或者让光从CCD背面照射,这时应把Si片大大减以使其透明.CCD上的光电转换信号经电极上时钟脉冲控制进持迅速转移而实现行输出.CCD面摄像数组将上述的线摄 像数组可以近一定组合方工合成面摄像器件.(贞转移).它是由CCD摄像部份;信号存储部份;水平移位寄存器等三部份构成的.在一场中,摄 像部份各小单元摄到的图像信号暂时存在寄存器RAM中,然后在时钟控制下将ram中的信息一列列依次移入水平移位寄存器,而每当一列移入水平寄存器后,由时钟

5、控制串行输出,所以一列的信号就是一行的信号. 摄像列的每一个单元是由PN结构成的光敏管,它将光信号转为电信号,直接存在与对应的存储列单元中.然后类似于FTCCD那样,将列信号变为行信号,即输出寄存器,从每一列中一个一个单元取出信号,依序移出成行输出信号.该器件易实现行扫描方式;而且比FTCCD器件的灵敏度高,适于低光强.MOS摄像器件SSPD摄像器件,它的感光是由光敏二极管担任,与光每二极管相连的MOS场效应管为开关管.它们在垂直和水平选能信号控制下,按行,按列地开关,把相关的光敏二极管产生的光电信号一行一行地输出到图像信号的放大级.由于CCD器件的工艺与一般集成电路有不同,因而成本高.同一硅

6、片上只能制作像素数组,而驱动放大,自动曝光控制等电路,则只能在芯片以外,因而体积大,但MOS摄像器件采用超大远见模集成电路的主流工艺,可在同一芯片上集成像素数组,扫描,放大,自动曝光控制等 .完成视觉的所有电学功能,具有成本低,体积小,功率低等优点.CID摄像器件 CID(charge injection device )为电荷注入摄像器,与CCD一样,用势阱存储少数载流子,但电荷 只通在两个单元之间发生,这种“单元对” 内部的电荷 转移是双向的,但是各对单元之间是相互隔绝的. 在末选中的条件下,行电压,列电压都大于0 , 所以在该势阱处由兴产生的电荷 存储随机存取存储器.当需要某一行的电荷

7、信息时,那一行的VR被置为0 .当MOSFET的源极下有电荷 ,且水平扫描发生器选通该MOSFET时,则该 MOSFET漏极有信事情输出.当水平扫描信号发生器顺序地将每一列电极电压置0时,信号就从左向右依序读取.故称顺序注入. 读出每一对单元信号的同时,应该 存储的少数载流子快速消失. 为此在每个读出点周围设置一个反向二极管扩散区.当Vc=0时,存储电信号在向反向二极管注入与多数载流子复合的同时,也引起外电路相应电荷流动,即信号被读出,所以该器件为电荷注入.摄像器件参数光谱特性ccpd uAccd um所谓的光谱特性是指在单位波长间隔内相同光强条件下测得器件响应随波长的变化规律。图8-6-7是

8、CCD器件的光谱特性曲线。通常将最大值的10%处所对应的波长为截止波长。图中所示的截止波长在0.4m和1.1m。2暗电流CCD摄像器件在无光无电注入的”全暗”情况下因热产生载流子而形成的电流为暗电流。如果暗电流超过某规定值信号将受到干扰信噪比下降。暗电流的大小除与温度有关外还与电极所加电压的时有关时间越长P型硅中少数载流子-电子进入势阱中的数量越多使暗电流增大。温度每上升3035暗电流增大近10倍。3噪声CCD摄像器件是低噪声器件因此可用于微光成像。它的噪声主要来自输入电路寄存器输出电路。在实际使用中光敏区间电流不均匀所引起的噪声往往会成为器件的噪声源。尤其是在环境温度高时更为严重。4调制传递

9、函数调制传递函数(MTF)是指空间中各个频率成像输出电压信号调制度Mo(f)与输入光等信号调制Mi(i)的比即MTF=Mo(f) /Mi(f)。在频率响应范围内f及MTF/(f)起大表示器件越能分辨细节的图像而且对比度失真越小。5输出饱和特性当饱和曝光量以上的强光(像)照到CCD上时其输出 电压将出现饱和这种现象称作输出饱和。当控制脉冲时间(取作5ms)与照度相乘则等于曝光量曝光量达到某一值时输出呈现饱和这时的曝光量为该器件的饱和曝光量这时的输出电压称为该器件的饱和输出电压。6灵敏度灵敏度也称响应度为单位曝光量所对应的输出信号。它等于输出电压除以曝光量其单位为V /Jcm,这里j为微焦尔。灵敏

10、度也可以表示为CCD能正常工作的最小照度单位为lx(勒克斯)。线阵CCD器件灵敏度一般在24V/Jcm。7转移效率系指一个势阱中被转移出的电荷量与阱中原有电荷总量之比。该值越大越好一般应在99.99%以上。8时钟频率时钟频率是指能让CCD正常工作的频率。越高越好可达10MHz以上。9动态范围动态范围是指饱和曝光量与等效噪声曝光量的比值。有时也可以定义为饱和曝光量与噪声峰-峰值之比。一般噪声峰-峰值近为等效噪声的6倍左右。动态范围实际上是指CCD中光敏单元使势阱充满电荷(称满阱)的信号与分辨最小信号之间的范围。二者之比可达1010数量级。10光敏不均匀性该特性是指在均匀光照下,诸像素中最大和最小

11、光敏响应的差别可用百分数表示。该特性也可用诸像素光敏响应的差别来表示单位为mV。11积分时间积分时间是指诸像素收集电荷所曝光的时间为任何二个转移脉冲下降沿之间的时间间隔。12其他参数描写CCD器件特性的参数还有电源电压(V)功耗(mW)等 。MOS摄像器件的主要参数MOS摄像器件主要参数有分辨率(或图像点阵数)及像素尺寸;感光区面积灵敏度(与CCD器件的相同单位lx)曝光范围;电源电压功耗。三. 国产CCD的型号规格线阵CCD特征和应用。线阵CCD中的位数.DL40: 256 GZ102: 256 DL42: 1728GZ106: 1024 DL44: 2500 GZ107: 2048该器件是

12、由光敏组件(MOS电容或光敏二极管)和相应位数的CCD移位寄存器构成.该器件用于很多电子领域和自动曝光装置.组件的功能引脚分别是: 光栅;转移光栅脉冲;移位寄存驱动时钟;注入时钟;复位时钟;输入栅;输出栅;补偿源;扫描终止波型输出;复位漏;补偿漏;衬底电压;CCD移位寄存.溢出栅.主要参数. 型号参数DL40DL42DL44GZ102GZ106GZ107单位光谱响应范围0.45-1.10.45-1.10.45-1.10.4-1.10.4-1.10.4-1.1um灵敏度1(t=2ms;f=500khz11(t=2ms;f=500khzlx响应度(白炽灯)0.20.20.2V/uj.cm转移效率9

13、9.9999.99499.99599.9599.9999.99%时钟频率0.01-102526Mhz动态范围1000:11000:11000:1500:1300:11300:1饱和输出电压200600700300300-1200800mV信噪比404040db分辩率8001200线饱和曝光量5x100.560.4lx.s光谱不均匀性10610%平均暗电流15Na/cmMTF3030%其它的CCD组件相关的参数都差不多.CMOS固态摄相器参数 型号参数M-20CM-20AM-20BHV71313D0.3megaMCM200271.3megaOV26102.0mega单位感光面积8.29x6.28.29x6.28.29x6.21/3”7.7x6.16.72x5.04mm灵敏度0-10.2-10.2-12.1v1.8v1vlux.sec功耗20020020080mW250mW165mWmW电源电压3.0-3.6v3.0-3.6v3.0-3.6v时钟频率1513.