18.0 CMOS 第11章图像传感器 ●在MOS电容金属电极上，加以脉冲电压， 排斥掉半导体衬底内的多数载流子，形成 “势阱”的运动，进而达到信号电荷（少 数载流子)的转移。 ·图像传感器：转移的信号电荷是由光像照 射产生； 若所转移的电荷通过外界诸如方式得到， 则其可以具备延时、信号处理、数据存储 以及逻辑运算等功能
第11章 图像传感器 ⚫ 在MOS电容金属电极上，加以脉冲电压， 排斥掉半导体衬底内的多数载流子，形成 “势阱”的运动，进而达到信号电荷（少 数载流子）的转移。 ⚫ 图像传感器：转移的信号电荷是由光像照 射产生； 若所转移的电荷通过外界诸如方式得到， 则其可以具备延时、信号处理、数据存储 以及逻辑运算等功能
图像传感器示意图 》》99男
图像传感器示意图
。随着光电子技术的发展，近年来又涌现了许多新型光电器件。常 规的光电器件通常只能检测辐射光功率的大小，而这些特种光电 器件还具有空间分辨的能力，即不仅可以检测入射光的强度，还 可以检测入射光点的位置，空间明暗分布等。这些器件在工程检 测，机器人视觉，摄像等方面具有重要的用途。本章将着重介绍 光电二极管阵列、光电三极管阵列，电荷耦合器件(CCD)的工 作原理，CCD图像及应用
⚫ 随着光电子技术的发展，近年来又涌现了许多新型光电器件。常 规的光电器件通常只能检测辐射光功率的大小，而这些特种光电 器件还具有空间分辨的能力，即不仅可以检测入射光的强度，还 可以检测入射光点的位置，空间明暗分布等。这些器件在工程检 测，机器人视觉，摄像等方面具有重要的用途。本章将着重介绍 光电二极管阵列、光电三极管阵列，电荷耦合器件（CCD）的工 作原理，CCD图像及应用
11.1光电二极管及光电三极管阵列 。11.1.1光电二极管阵列的结构和工作原理 。光电二极管阵列是重要的图像传感器之一，可以用于自动控制，非接触 尺寸检测和传真摄像等方面。所谓光电二极管阵列就是将许多光点二极 管以线列或面阵的形式集成在一个芯片上，用来同时检测入射光像在各 点的光强度，并将转变成电信号。为了取出这些光电信号，需要配上扫 描输出和放大等电路，或者用混合集成的方法，将它们组成完整的摄像 器件。 ● 光电二极管阵列的工作方式与单个二极管有所不同因为阵列中每个光电 二极管的有效面积很小，通常小于100×100中m,因此，为了提高探测 灵敏度。需要采用所谓的积分方式。电荷的积分是利用光电二极管的自 身的结电容，光电信号的取出是通过图11-1所示的几步实现的。作为准 备，首先闭合开关，如图11-1()，光电二极管处于反偏，电荷储存 在耗尽层的结电容上，相当于对结电容反向充电。由于光电流L及暗电 流Id很小，充电过程达到稳定时，PN结上的电压基本接近电源电压UC。 然后，打开开关$图11-1(b)，此时，由于光照产生电子一空穴对而使 结电容缓慢放电。电子一空穴对产生的速率与入射光强度成正比，故结 电容亦以相同的速率放电。因此，在固定的时间内，储存电荷移走的数 量Q与入射光强度成正比，这段时间称为光积分时间
11.1 光电二极管及光电三极管阵列 ⚫ 11.1.1 光电二极管阵列的结构和工作原理 ⚫ 光电二极管阵列是重要的图像传感器之一，可以用于自动控制，非接触 尺寸检测和传真摄像等方面。所谓光电二极管阵列就是将许多光点二极 管以线列或面阵的形式集成在一个芯片上，用来同时检测入射光像在各 点的光强度，并将转变成电信号。为了取出这些光电信号，需要配上扫 描输出和放大等电路，或者用混合集成的方法，将它们组成完整的摄像 器件。 ⚫ 光电二极管阵列的工作方式与单个二极管有所不同因为阵列中每个光电 二极管的有效面积很小，通常小于100×100μ㎡，因此，为了提高探测 灵敏度。需要采用所谓的积分方式。电荷的积分是利用光电二极管的自 身的结电容，光电信号的取出是通过图11-1所示的几步实现的。作为准 备，首先闭合开关，如图11-1（a），光电二极管处于反偏，电荷储存 在耗尽层的结电容上，相当于对结电容反向充电。由于光电流IL及暗电 流Id很小，充电过程达到稳定时，PN结上的电压基本接近电源电压UC。 然后，打开开关S图11-1（b），此时，由于光照产生电子—空穴对而使 结电容缓慢放电。电子—空穴对产生的速率与入射光强度成正比，故结 电容亦以相同的速率放电。因此，在固定的时间内，储存电荷移走的数 量Q与入射光强度成正比，这段时间称为光积分时间
图11-1（c),二极管再次被充电至Uc,再充电电流流经负载电阻 所产生的压降即为光电信号。这种提取光电信号的方法实际上是监视 结电容经光照放电后恢复初始条件时所补充的电荷量，故称之为再充 电取样法。重复图11-1(b)、(c)两步，即可不断地从负载电阻上 得到光电输出信号，从而使阵列中的每一个光电二极管能连续地进行 摄像。 收 法的 e 图11-1光电二极管阵列的工作原理
图11-1（c），二极管再次被充电至UC，再充电电流流经负载电阻 所产生的压降即为光电信号。这种提取光电信号的方法实际上是监视 结电容经光照放电后恢复初始条件时所补充的电荷量，故称之为再充 电取样法。重复图11-1（b）、（c）两步，即可不断地从负载电阻上 得到光电输出信号，从而使阵列中的每一个光电二极管能连续地进行 摄像。 图11-1 光电二极管阵列的工作原理