固态传感器:固体图像传感器

2021/11/11 02:05 · 传感器知识资讯 ·  · 固态传感器:固体图像传感器已关闭评论
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固体图像传感器 image solid transducer 采用固体图像敏感器件将二维图像变换为电信号的光电式传感器。固体图像敏感器件是高度集成化(即固体化)的半导体光敏元阵列。70年代以来,随着硅半导体工艺和集成电路技术的发展,已能在大尺寸的硅衬底上制成特性均匀的半导体结、并能达到很高的集成度。这就为制造固体图像敏感器件创造了条件,使固体图像传感器迅速发展起来。与传统的摄像管(电真空器件)相比,固体图像传感器具有尺寸小、价廉、工作电压低、寿命长、性能稳定和图像边缘无畴变等优点。
中文名
固体图像传感器
外文名
image solid transducer
性 质
光电式传感器
属 性
半导体光敏元阵列
目录
1
组成
?
电荷耦合器件
?
光电二极管阵列
?
电荷耦合光电二极管
?
电荷注入器件
2
应用
固体图像传感器组成
编辑
语音
固体图像传感器由物镜、固体图像敏感器件、驱动电路和信息处理电路组成。物镜使图像在敏感器件的光敏区清晰地成像。固体图像敏感器件有一维和二维两种。在采用一维敏感器件的传感器中,由敏感器件完成一维扫描,同时将图像作另一维方向的移动,从而完成二维图像的扫描。二维图像敏感器件是光敏元的二维阵列,工作时每个光敏元本身对应着图像的一个像素,在驱动电路的作用下按行输出脉冲信号,每个脉冲的幅值与它所对应的像素的光强度成正比。最后,图像脉冲信号被送往信息处理电路进行放大和处理,变成适于后续设备接收处理的信号。固体图像敏感器件是图像传感器的核心,可分为电荷耦合器件、光电二极管阵列、电荷耦合光电二极管阵列和电荷注入器件4类。
固体图像传感器电荷耦合器件
它的英文缩写为CCD,由美国贝尔实验室的W.S.博伊尔和G.E.史密斯于1970年发明。CCD有线阵和面阵两种。线阵最大达2048位(每位为一个光敏元),相邻两位中心距在13~16微米间。驱动电路工作方式有再充电脉冲模式(最大扫描速度达10兆赫)及取样和保持方波输出模式(最大扫描速度达2兆赫)。CCD芯片是在N型或P型硅衬底上生长一薄层二氧化硅,然后在二氧化硅薄层上依次沉积金属电极形成规则排列的金属氧化物(MOS)电容器阵列,最后在两端加上输入输出二极管而制成。工作时,CCD通过电荷转移把光信号变换成电脉冲信号输出。脉冲幅度与它所对应的光敏元的受光强度(对应于图像的某个像素)成正比,而脉冲顺序则反映光敏元的位置。图1为一维CCD器件中电荷转移的原理图。它有64个光敏元,每个光敏元上有3个转移栅电极:1、2、3。光照时,因光子轰击而产生电子-空穴对,即光生电荷,其电荷量正比于入射光强度。通过驱动电路对 3个相邻电极分别加以时间上交迭的时钟脉冲电压φ1、φ2、φ3来实现光敏元电荷的转移。设在t1时刻φ1为低电平,使电极1下的N型硅衬底中的电子受排斥而离开二氧化硅界面(即产生一个势阱),而电极2、3分别加高电位的φ2、φ3(即产生势垒),因此正电荷(空穴)受低电平电极1的吸引和高电平电极2的排斥而留在电极1之下(即落入势阱之中)。在t2时刻φ1、φ2为低电平,φ3仍为高电平,电荷开始向电极2之下转移。在t3时刻φ1、φ3为高电平,φ2为低电平,电荷全部移至电极2之下。继续下去电荷移到电极3之下。再继续下去光敏元64的光生电荷移到输出端经二极管输出,同时光敏元63的电荷进入64,62进入63等等。一直进行下去就在输出端G0依次得到光敏元64、63、62、…的电荷,经放大后就得到传输图像的电脉冲信号。还可在输入端C1输入被转移的电荷或用以补偿转移损失的电荷。
固体图像传感器光电二极管阵列
它的英文缩写为SSPD,是在最新的集成电路技术的基础上发展起来的。SSPD也是制作在硅片上的,感光元件可采用光电二极管、光晶体管以及MOS二极管。SSPD也有线阵和面阵两种。线阵通常为256~1048位。相邻两位二极管的中心距为15~100微米。驱动电路工作方式为电压取样模式和再充电取样模式,扫描速度达10兆赫。图2是采用当前集成度最高的 MOS大规模集成电路制成的SSPD的示意图。图中将光电二极管排列在水平和垂直两个方向上构成光敏元阵列。MOS晶体管是扫描电路的开关管,它的双栅极接成“与电路”(见电子逻辑元件),以便在控制信号到来时读出光电二极管的敏感信号。SSPD的读出在垂直扫描电路控制下依行进行,并由水平扫描电路控制取出各行中每个光敏元的信号,这样就能在一条输出线上得到按行扫描的图像信号。
固体图像传感器电荷耦合光电二极管
它的英文缩写为CCPD。CCPD以光电二极管作为光敏元并以电荷转移方式读出图像信号。它兼有 CCD噪声低和SSPD响应一致性好的优点。CCPD最大的线阵列达1728位,相邻两位中心距为16微米。驱动电路工作方式为再充电脉冲模式及取样和保持方波列输出模式。扫描速度为5兆赫。
固体图像传感器电荷注入器件
它的英文缩写为CID。在CCD的读出过程中电荷要经过多次转移,而CID则采用完全不同的读出方式。CID的每个敏感元实际上由一个MOS电容器构成。除公共衬底外,还有两个电极。一个电极接到按X方向排列的引线上,另一电极接到按Y方向排列的引线上。电极电位不等于衬底电位时,电荷保持在电容器中。两电极电位同时等于衬底电位时,电荷就被注入衬底。光子在各敏感单元产生的电荷用X-Y寻址方式读出,当电荷从一个电极转移到另一电极时,可在它们注入衬底时探测,也可用非破坏性读出系统测出。CID主要采用二维阵列形式,在工业中尚未广泛应用。
固体图像传感器应用
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固体图像传感器可用于电视摄像、机器人视觉、图像识别、快速动态测量和信息存储等方面。在航天器的姿态确定和控制系统中,固体图像传感器可用作星敏感器,实现航天器相对于遥远恒星方位姿态的精确测量。在小零件的自动检测方面,经过适当的信息处理后,分辨率可达光敏元间距的1/10(微米量级),并可实现联机监测。当零件关键尺寸与储存在检测系统中的数据相差过大时,系统能产生“失效”信号,并自动舍弃超差零件。图3是采用固体传感器的钞票检查系统。该系统采用两个二维光敏元阵列,使两列钞票分别通过其下,并在各自的光敏元阵列上成像,从而分别输出两列图像信号,经过比较器处理后,能发现它们的不同特征,证实缺陷的存在。图4为防盗检测系统。系统采用二维光敏阵列制作的照相机监视关键部位(例如门)。现场用可见光或红外线照射,并用辅助电路计算被遮位的光敏元数目,从图像信息中能获得闯入者的性质,例如能分辨出鸟、猫或人。还可用带有光学系统的线阵或面阵图像传感器制成光学字符识别系统。这种系统能获得高达3000字/秒的分辨速度,能用于:①标准信件识别分选;②贴有价格标签的商品计价;③文字阅读机。
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固态传感器:固态传感器技术,solid

全固态传感器
固态接触传感器
固态图像传感器
固态压阻传感器

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1) solid-state transducer technology

固态传感器技术

2) Transducer technology

传感器技术

1.

Application of transducer technology to chemical experiment teaching not only makes it possible for students to carry out those experiments that are difficult to conduct through traditional methods, but also enhances students understanding of the advanced science and technology, helps them obtain the scientific learning methods and form the correct learning attitude.

传感器技术是一种与现代科学密切相关的新兴技术,具有便捷、直观、实时、准确等特点。

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3) sensor technique

传感器技术

1.

New development of sensor technique in metal ions detection;

传感器技术在金属检测中的新发展

2.

This paper introduces the present situation and developing trend of the s peed regulating system of SRD,and emphatically expounds the location less sensor technique of SRD and the r ipple torque minimization techniqu e of SRD.

介绍了开关磁阻电动机调速系统(简称SRD)控制技术的现状及其发展趋势,着重阐述了SR电机的无位置传感器技术和开关磁阻电机转矩波动最小化技术。

3.

It is known as digital display radius tester which is designed by using sensor technique and micro computer technique and integrated circuit technique.

它利用传感器技术、微计算机技术和集成电路技术设计的 ,具有体积小、可手持式测量的特点 ,用LCD显示测量结果表明 ,它可用于生产现场 。

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4) sensor technology

传感器技术

1.

Development and trend of sensor technology;

传感器技术的发展和趋势综述

2.

Nowdays sensor technology is one of high and new technologies which developed quickly,and an important symbol of technology development.

传感器技术是当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一。

3.

The article also analyzes the developing trend,opportunities and challenges of sensor technology.

介绍了传感器的定义、分类及作用,阐述了传感器技术在现代生活与科学技术中的一些主要应用,分析了传感器技术的发展趋势以及面临的挑战和机遇。

更多例句>>

5) transducer technique

传感器技术

1.

Based on the thoughts of the new curriculum,sensor and transducer technique have been required in《Curriculum Standards of Physics for Ordinary Senior Middle School》.

根据新课程的指导思想 ,传感器及传感器技术写入《高中物理课程标准》中 ,本文就传感器的部分内容及相关的应用实验研究作简要介

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6) Multi-sensors remote sensing

传感器遥感技术

补充资料:固态压阻压力传感器应用指南

半导体单晶硅材料在受到外力作用,产生肉眼根本察觉不到的极微小应变时,其原子结构内部的电子能级状态发生变化,从而导致其电阻率剧烈的变化,由其材料制成的电阻也就出现极大变化,这种物理效应叫压阻效应。人类是在本世纪五十年代才开始发现和研究这一效应的应用价值的。利用压阻效应原理,采用三维集成电路工艺技术及一些专用特殊工艺,在单晶硅片上的特定晶向,制成应变电阻构成的惠斯顿检测电桥,并同时利用硅的弹性力学特性,在同一硅片上进行特殊的机械加工,集应力敏感与力电转换检测于一体的这种力学量传感器,称为固态压阻传感器。以气、液体压强为检测对象的则称为固态压阻压力传感器,它诞生于六十年代末期。显然,它较之传统的膜合电位计式,力平衡式,变电感式,变电容式,金属应变片式及半导体应变片式传感器技术上先进得多,目前仍是压力测量领域最新一代传感器。由于各自的特点及局限性,它虽然不能全面取代上述各种力学量传感器,但是,从八十年代中期以后,在美,日,欧传感器市场上,它已是压力传感器中执牛耳的品种,并与压电式几乎平分了加速度传感器的国际市场。

主要特点:
1. 灵敏度高
硅应变电阻的灵敏因子比金属应变片高50~100倍,故相应的传感器灵敏度很高,一般满量程输出为100mv左右。因此对接口电路无特殊要求,应用成本相应较低。由于它是一种非机械结构传感器,因而分辨率极高,国外称之无限,即主要受限于外界的检测读出仪表限制及噪声干扰限制,一般均可达传感器满量程的十万分之一以下。硅压阻传感器在零点附近的低量程段无死区,且线性优良。
2. 精度高
由于固态压阻压力传感器的感受,敏感转换和检测三部分由同一个元件实现,没有中间转换环节,所以不重复性和迟滞误差极小。同时由于硅单晶本身刚度很大,形变很小,保证了良好的线性,因此综合静态精度很高。
3. 体积小、重量轻、动态频响高
由于芯体采用集成工艺,又无传动部件,因此体积小,重量轻。小尺寸芯片加上硅极高的弹性模数,敏感元件的固有频率很高。在动态应用时,动态精度高,使用频带宽,合理选择设计传感器外型,使用带宽可以从零频至100千赫兹。
4. 性能稳定、可靠性高
由于工作弹性形变低至微应变数量级,弹性薄膜最大位移在亚微米数量级,因而无磨损、无疲劳、无老化。寿命长达107压力循环次以上。

说明:补充资料仅用于学习参考,请勿用于其它任何用途。

参考词条

固态pH传感器
固态指纹传感器
纯固态式传感器
半固态式传感器
固态彩色传感器
固态图象传感器
固态压力传感器
固态电路传感器

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固态传感器:固体图像传感器  第1张

固态传感器:固态图像传感器

传感器
传感器 在最广义的定义中,传感器是一种设备、模块、机器或子系统,其目的是检测环境中的事件或变化并将信息发送到其他电子设备,通常是计算机处理器。传感器始终与其他电子设备一起使用。 传感器还用于日常物品中,例如触摸感应式电梯按钮(触觉传感器)和通过触摸底座而变暗或变亮的灯,以及大多数人从未意识到的无数应...
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固态传感器:固体图像传感器  第2张

固态传感器:粘附整合分子设计概念解决了有机固体气体传感器界面稳定难题

气体传感器在空气质量监控、食品安全评估、医疗诊断和工业安全等领域有着至关重要的应用。其中,基于有机分子的气体传感器因其分子结构和功能可调控性强而引起科学家们浓厚的兴趣。然而,气体传感器普遍面临界面粘附性能差的问题,其传感材料易于从附着的基底上剥离脱落,从而导致传感信号的衰减甚至丧失。为此,科学家们提出了几种典型的方法来增强传感材料与附着基底的界面粘附强度,包括引入有机/无机粘附剂或高温煅烧等,但是这些策略并不适用于有机分子基的传感器件。因此,发展强界面粘附的有机分子基气体传感器仍然面临巨大挑战。
鉴于此,中国科学院理化技术研究所王树涛研究员和陈勇研究员受生物系统中嗅觉受体蛋白结构-功能的启发,提出一种AIA(Adhesive-Integrated-Agent)策略(图1),即粘附单元与传感单元整合策略,在一个分子内集成粘附单元与传感单元,同时实现稳定且高灵敏的气体检测。系统的实验和理论研究结果表明,AIA策略显著增强了传感单元与基底的界面粘附强度,同时保证了其优异的气体传感性能。此方法制备的传感阵列在强烈超声、胶带剥离和反复弯曲的测试下,仍然可以保持完整的阵列结构和优异的传感性能(图2)。
此工作开辟了一种新的分子设计策略用于制备稳定的气体传感器件,以“A Bioinspired Adhesive-Integrated-Agent Strategy for Constructing Robust Gas-Sensing Arrays”为题发表在Advanced Materials上。

图1. PDMS-Pt-L气体传感器的设计策略

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