【正文】 課程小論文 就目前光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r；或你所了解的光電器件應(yīng)用技術(shù)；或?qū)W習(xí)光電技術(shù)課程的體會 ， 寫一篇 800字左右的短文 。 近年來 ， 采用有源象素結(jié)構(gòu)提高了光電靈敏度 ， 減小了噪聲 ， 擴(kuò)大了動態(tài)范圍 ， 使 CMOS的成像質(zhì)量與 CCD相接近 ， 而在功能 、 功耗 、 尺寸和價(jià)格方面要優(yōu)于 CCD。 這使 CMOS攝像機(jī)在光學(xué)檢測設(shè)備和移動影像分析系統(tǒng)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間 。 美光公司曾設(shè)計(jì) “ 藥丸式攝像機(jī) ” ， 并成功地將一個(gè)超低功耗的微型 CMOS圖像傳感器放在一個(gè)特制藥丸內(nèi) ， 病人服下此藥丸后可讓醫(yī)生清楚地看到胃里的情況 ， 從而更好地實(shí)現(xiàn)治療 。 （ 8） CMOS攝像機(jī)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒂泻芎玫陌l(fā)展空間 。 此外司機(jī)還可以利用動態(tài)攝像全方位觀察車外的情況 ， 從而大大提高汽車運(yùn)動的安全性 。 （ 6） CMOS攝像機(jī)將象微控制器一樣 ， 在汽車上實(shí)現(xiàn)從無到有的市場增長 。 （ 4） 作數(shù)碼相機(jī) 。 （ 5） 用于游戲市場 。 （ 3） 目前 CMOS攝像機(jī)應(yīng)用比較多的地方是在保安監(jiān)控領(lǐng)域 。 （ 2） 目前通信市場的熱點(diǎn)是視頻通信 ， 如視頻 Email、可視電話 、 視像會議應(yīng)用正在崛起 ， 這部分市場對圖像質(zhì)量要求不是很高 ， 因此適宜采用 CMOS攝像機(jī) ， 如作為PC攝像機(jī)裝在手提電腦或 PDA或 PC機(jī)等類似的裝置上 ，即可實(shí)現(xiàn)視頻通信功能 。 這一市場目前在日本和美國已經(jīng)開始應(yīng)用。 PGAPS可以設(shè)置 CDS電路和雙 Δ取樣（ DDS）電路，讀出噪聲小，可接近 CCD水平，目前已達(dá)到 5個(gè)均方根電子 . 另外 , APS還有對數(shù)傳輸像元、平方根傳輸像元、釘扎光電二極管像元等結(jié)構(gòu) , 這些像元結(jié)構(gòu)用于專用圖像傳感器 . 三、 CMOS攝像機(jī)的應(yīng)用 （ 1） 由于 CMOS節(jié)能及高度集成比 CCD強(qiáng) ， 故在對功耗和小型化要求高的場合更具優(yōu)勢 ， 如在移動通信市場 ， 與手機(jī)進(jìn)行集成 ， 成為可視電話 。 光生信號電荷積分在光柵 (PG)下 ， TX開啟前對浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)(A)復(fù)位 (電壓為 VDD)， 然后 TX開啟 ， 收集在光柵下的信號電荷轉(zhuǎn)移到擴(kuò)散節(jié)點(diǎn) 。 光柵型有源像素傳感器結(jié)合了 CCD和 XY尋址的優(yōu)點(diǎn) ， PGAPS其結(jié)構(gòu)如圖 : 每個(gè)像元采用 5個(gè)晶體管 ， 典型的像元間距為 20 最小特征尺寸 。源跟隨器將電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并具有增益。 PDAPS結(jié)構(gòu)如圖。隨著 CMOS技術(shù)的發(fā)展，幾何設(shè)計(jì)尺寸日益減小，填充系數(shù)不是限制 APS潛在性能的因素。 由于每個(gè)放大器僅在讀出期間被激發(fā)，所以 CMOS有源像素傳感器的功耗比 CCD的還小。 (APS)結(jié)構(gòu) 在 像元內(nèi)引入 緩沖器或放大器可以改善像元的性能。位于列線末端的電荷積分放大器讀出電路保持列線電壓為一常數(shù)，并減小 KTC噪聲。 由于多路傳輸線寄生電容及讀出速率的限制 ， 它難以向大型陣列發(fā)展。 (PPS)結(jié)構(gòu) PPS像元結(jié)構(gòu)簡單 ， 單元尺寸內(nèi)有高的設(shè)計(jì)填充系數(shù) k（有效光敏面積與單元面積之比 ） ， 或 k一定可以設(shè)計(jì)出最小的像元尺寸 。 無源像素 結(jié)構(gòu)如圖。光敏元將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)處理后以模擬或數(shù)字信號輸出。定時(shí)和控制電路限制信號讀出模式、設(shè)定積分時(shí)間、控制數(shù)據(jù)輸出率等。 器件采用單一 5V電源 。 由光敏單元陣列 、行選通邏輯 、 列選通邏輯 、 定時(shí)和控制電路 、 在片模擬信號處理器 (ASP)構(gòu)成 。 近來 ， CMOS圖像傳感器已成為固體圖像傳感器研究開發(fā)熱點(diǎn) 。 但當(dāng)時(shí)的 MOS圖像傳感器雖經(jīng)日立 、 三菱等幾個(gè)研究機(jī)構(gòu)的努力 ， 最終因殘余熱噪聲原因而被迫放棄 。 這種成像技術(shù)將推動下一代成像系統(tǒng)的發(fā)展 。 CMOS技術(shù)可以將圖像傳感器陣列 、 驅(qū)動和控制電路 、 信號處理電路 、 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 、全數(shù)字接口電路等完全集成在一起 ， 實(shí)現(xiàn)單芯片成像系統(tǒng) 。于是 ， CMOS （ Complementary MetalOxideSemiconductor互補(bǔ)性 … ） 圖像傳感器技術(shù)被開發(fā) 。 167。 到 90年代初 ， CCD技術(shù)已比較成熟 ， 在微光下 ，具有每個(gè)像元幾個(gè)電子的成像能力 。 到 80年代中期 ， 基于這三種固體圖像傳感器技術(shù)的攝像機(jī)逐漸投放市場 。圖像增強(qiáng)器與 CCD的耦合如圖所示： 將圖像增強(qiáng)器的末級輸出用高靈敏度的CCD攝像機(jī)來接收 ，就組成了高靈敏度 、低噪聲的微光 CCD攝像機(jī) 。 CCD的像元尺寸小，幾何精度高，配置適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，可以得到很高的空間分辨率，特別適用于各種精密圖像傳感和無接觸工件尺寸的在線測量。 通過 USB接口與各種計(jì)算機(jī)相連 ， 可對圖象做各種處理 ， 并可通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 。 它既具有攝象機(jī)的即拍即演的可視功能 ， 又能像傻瓜相機(jī)那樣操作方便 。 20世紀(jì) 90年代發(fā)展起來的數(shù)碼照相機(jī)展現(xiàn)了面陣 CCD的又一重要應(yīng)用 。 自掃描 、 功耗低 、 啟動快 、 靈敏度高 、 壽命長 、 工作電壓低 、 抗電磁干擾 ， 尤其是體積小 、 重量輕 、 可靠性高的優(yōu)勢 ， 使其在航天遙感 、 軍用儀器 、 偵察跟蹤 、 現(xiàn)場監(jiān)控等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 。 四、 CCD像感器的應(yīng)用 CCD像感器的一個(gè)主要應(yīng)用是用面陣 CCD組成電視攝像機(jī) 。 使用一片 AT89C2051和兩片 GAL16V8成本相當(dāng)?shù)?。s， P和Q相與就恰為 SH信號。s寬的高電平 、 之后是低電平 （ 延續(xù)一幀 ） 的 P信號（ ） ， 將 P引入 GAL與 Q信號相與就得到 SH信號 。 將信號送往單片機(jī) （ ） ， 每一幀完成后即查詢 Q信號 。 引上片的信號產(chǎn)生 ， 可知信號是一個(gè)與 ?1同頻同相 、 高電平 。 s， , 符合要求 。 RS脈寬 181。 信號頻率是， 一個(gè)周期內(nèi)的高 、 低電平時(shí)間都是 ，用作 ?1 信號 ， 符合 TCD1200D產(chǎn)品說明書上對 ?1的要求 。 、 內(nèi)模擬比較器的輸入端 AIN0, AIN1。 只要正確地編程 、 燒制 ， 就可實(shí)現(xiàn)所需要的邏輯功能 。 AT89C2051是帶 2K字節(jié)閃速可編程電擦除只讀存儲器 （ EPROM） 的低電壓 、 高性能 CMOS 8位單片機(jī) ， 與MCS51單片機(jī)指令集和輸出管腳相兼容 。 其驅(qū)動波形和管腳圖如圖 。 故 SH的周期 ?2236個(gè) RS周期 。下面介紹一種 CCD驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)方法。 例 ， CCD256 1的像元尺寸為 10 μm 20 μm ， 線陣方向是 10 μm ， 像元間距 15 μm ， 則極限分辨率為 (線對 /mm). ?? ?三、線陣 CCD驅(qū)動電路 從 CCD的工作原理知，線陣 CCD只有在正確的 SH、 ?1 、 ?2 、 RS 信號驅(qū)動下，才能正常工作。 對于線陣 CCD器件 ， 像元越多的器件具有更高的分辨率 。由于水平方向與垂直方向像元間距不同，故分辨率不同。另外 ， 采用致冷法可大大降低暗電流 ， 使 CCD器件適用于低照度工作 ， 如天文觀察等 。 暗電流不均會造成背景不均 ， 個(gè)別地方的暗電流太大 ，則在圖像上會出現(xiàn)白斑 。 CCD是低噪聲器件 ， 因此可用于微光成像 。 故器件有飽和輸出電壓 ， 為數(shù)百毫伏 ~數(shù)伏 。 曝光量過大 ， 光電轉(zhuǎn)換失去線性 。 與 CCD光電柵極的有效面積 、 柵極電壓 、 單位氧化層面積的電容量有關(guān) 。 飽和輸出電壓決定于勢阱中可存儲的最大電荷量；峰 峰噪聲電壓由噪聲電荷決定。 又 ， 曝光量 H=Lτ, τ為曝光時(shí)間 (即光積分時(shí)間 ), 單位 μJ / cm2（ 或 ）