美國高校研究人員研發自供電影像傳感器

太陽能電池能夠將光能轉化為電能，影像傳感器也能夠實現光與電的轉化。如果可以在一個芯片上同時實現這兩個功能，就可以製造一個自供電的影像傳感器。密歇根大學的工程師們最近發明了一種影像傳感器，可以在日照供電的條件下每秒鐘捕捉15張影像。

密歇根大學電氣工程與電腦科學的教授Euisik Yoon長官了這項研究，他表示，這種能量采集成像器由微型處理器和無線收發器組成。借助於這種裝置，可以在任何地方極其隱蔽地安裝小型攝影機。

傳統影像傳感器早期研製自供電影像傳感器主要采取兩種方式。一種是使用太陽能電板填充傳感器的部分區域。這種直截了當的方式雖然可以使傳感器正常工作，但是大大減少了產生影像所需的光量。另一種方法是讓成像器像素點的作用在光電探測器和光伏電池之間切換，但是這種方式增加了系統的複雜性，且減少了圖片數量。

主要創新研究團隊的解決方案避免了上述兩種方式的不足。他們注意到，一些光子可以在不引起電荷積累的情況下，快速通過像素點的光電探測器二極管，於是他們在光電探測器下方放置了第二個二極管，發揮光伏電池的作用收集雜散光子。研究人員表示，這種方式不是回收，更像是搜集廢品。由於光伏電池位於傳感器下方，幾乎所有的像素區域都可以感知影像。由於運用了成像傳感器漏掉的雜散光子，能夠不間斷地收集並轉化為電能。

成像器的原型使用標準CMOS工藝製作，其像素點的結構和電氣特性都有別於標準的成像器。最大的不同在於，新的像素點包含一個PN結，在影像傳感二極管下方還有一個額外的二極管。其次，傳統的成像器使用電子作為主要的電荷載體。為了使光電二極管和傳感二極管同時工作，研究團隊研製的設備需要收集帶正電荷的空穴（即矽中的電子空位）。在矽材料中，雖然空穴的移動速度低於電子，但不至於慢到干擾影像捕捉的程度。

高性能使用這種方式製成的芯片（像素點寬度5微米）的能量搜集密度達到了每平方毫米每勒克斯998皮瓦，這是目前為止能量收集影像傳感器所能達到的最高水準。在陽光充足的光照條件下（6萬勒克斯）可以供電支持每秒15幀的影像捕捉能力，一般日照條件下（2-3萬勒克斯）可達到每秒7.5幀的水準。考慮到尚未對功耗進行優化，因此幀速率還有一定的提升太空。未來，研究人員將致力於整合自供電的無線攝影頭。

來源：IEEE波譜雜誌網站/圖片來自互聯網

軍事科學院軍事科學資訊研究中心張珂

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