مبدأ التحويل الكهروضوئية

التحويل الكهروضوئية يشير إلى عملية فيزيائية لتحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية . عندما الفوتون المشع على سطح مادة حساسة للضوء ، إذا كان الفوتون الطاقة أكبر من وظيفة العمل من المواد ، والإلكترون هو متحمس و photocurrent يتم إنشاؤها . هذه الظاهرة هي واحدة من المبادئ الأساسية التحويل الكهروضوئية . اينشتاين معادلة التأثير الكهروضوئي يفسر هذه الظاهرة ، وبالتالي حصل على جائزة نوبل في الفيزياء .

في كاميرا عالية السرعة ، وذلك أساسا باستخدام التأثير الكهروضوئي الداخلية . . . . . . . عندما الفوتون يدخل مواد أشباه الموصلات ، والإلكترون في نطاق التكافؤ هو متحمس للانتقال إلى نطاق التوصيل ، وبالتالي تشكيل الإلكترون ثقب الزوج . هذه الناقلين هي مفصولة عن بعضها البعض في إطار العمل من الحقل الكهربائي و شكل التيار الكهربائي ، وبالتالي تحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية . كفاءة التحويل الكهروضوئي يعتمد على قدرة امتصاص المواد الضوئية ، الناقل جيل وجمع الكفاءة . الفجوة الفرقة عرض مواد أشباه الموصلات يحدد خصائص استجابة مختلفة الطول الموجي للضوء .

طريقة التحويل الكهروضوئية في المعدات

اثنين من أجهزة الاستشعار الكهروضوئية تستخدم أساسا لتحقيق التحويل الكهروضوئية : اتفاقية مكافحة التصحر ( متقارن ) المكمل ( المكمل ) الاستشعار . اتفاقية مكافحة التصحر الاستشعار يحول الإشارات الضوئية إلى تهمة من خلال الثنائي الضوئي صفيف ، ثم يستخدم خط نقل من خلال سجل الإزاحة وتحويلها إلى الجهد إشارة . هذا الهيكل لديه حساسية عالية ، وانخفاض الضوضاء ، ولكن استهلاك الطاقة هو أكبر و سرعة القراءة محدودة .

المكمل الاستشعار يستخدم أحدث هيكل بكسل ، كل بكسل متكاملة مع الثنائي الضوئي و تضخيم دارة الجهد الناتج إشارة مباشرة . هذا الهيكل يسمح كلمة الوصول إلى أي بكسل ، قراءة أسرع ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، وأكثر ملاءمة عالية السرعة التصوير التطبيقات . الأجهزة الحديثة تعتمد على تكنولوجيا CMOS الإضاءة الخلفية ، من خلال وضع طبقة الدائرة تحت الثنائي الضوئي ، وتحسين كفاءة جمع الضوء بشكل ملحوظ ، مع الحفاظ على سرعة عالية في القراءة ، وتحسين جودة الصورة .

العوامل الرئيسية التي تؤثر على كفاءة التحويل الكهروضوئية

كفاءة التحويل الكهروضوئية يتأثر بعوامل كثيرة . الأول هو كفاءة الكم ، أي نسبة الفوتونات الحادث يتم تحويلها إلى الإلكترونات . كفاءة الكم من أجهزة الاستشعار الكهروضوئية عالية الجودة يمكن أن تصل إلى أكثر من 80 ٪ . ثانيا ، عامل شغل هو نسبة المنطقة الحساسة للضوء في بكسل إلى مجموع المنطقة . وبالإضافة إلى ذلك ، الظلام الحالية ( الحالية التي تنتج عندما لا يكون هناك ضوء ) و قراءة الضوضاء تؤثر أيضا على نسبة الإشارة إلى الضوضاء .

عالية السرعة التصوير الفوتوغرافي كما يواجه التحدي المتمثل في المدى الديناميكي ، أي القدرة على التقاط كل من مشرق و المناطق المظلمة . مجموعة ديناميكية يمكن تمديدها من خلال اعتماد مزدوج كسب العمارة أو لوغاريتمي استجابة أجهزة الاستشعار . التحكم في درجة الحرارة أمر بالغ الأهمية أيضا ، لأن ارتفاع درجة الحرارة يمكن أن تزيد من الظلام الحالية ، وانخفاض جودة الصورة . عادة مجهزة نظام التبريد النشط للحفاظ على أجهزة الاستشعار في درجة حرارة التشغيل الأمثل .

تطبيق حالة التحويل الكهروضوئية

عالية السرعة كاميرا التحويل الكهروضوئية التكنولوجيا تلعب دورا هاما في العديد من المجالات . في البحث العلمي ، ويستخدم لتسجيل الظواهر الفيزيائية فائق السرعة ، مثل انتشار نبضات الليزر ، عملية الانفجار ، وهلم جرا .

في المجال الصناعي ، فإنه يستخدم لاختبار جودة المنتجات على خطوط الإنتاج عالية السرعة . في صناعة السيارات ، التصميم الأمثل من خلال تحليل الصور من وسادة هوائية نشر العملية . الصناعة الالكترونية تستخدم للتحقق من دقة رقاقة لحام . هذه التطبيقات تعتمد على دقة عالية من الوقت و وضوح الصورة التي تقدمها نظم التحويل الكهروضوئية .

خامساً - الاتجاهات والتوقعات المستقبلية

معدات التحويل الكهروضوئية التكنولوجيا تتطور نحو سرعة أعلى ، أعلى حساسية أوسع استجابة طيفية . تطبيق مواد جديدة مثل نقاط الكم و بيروفسكيت من المتوقع أن تزيد من كفاءة التحويل الكهروضوئية . مكدسة تصميم أجهزة الاستشعار يمكن أن تزيد من حساسية المنطقة دون التقليل من حجم بكسل . التقدم في تكنولوجيا الكشف عن فوتون واحد سيجعل من الممكن التصوير عالية السرعة في ظل حالة من انخفاض الضوء .

إدخال خوارزمية الذكاء الاصطناعي أيضا تغيير طريقة تجهيز البيانات من كاميرا عالية السرعة ، والتي يمكن أن تقلل من كمية البيانات التي تحتاج إلى تخزين ونقل إلى حد كبير من خلال ضغط ذكي و ميزة استخراج . هذه الابتكارات سوف توسيع نطاق تطبيق الحدود وجعلها تلعب دورا أكثر أهمية في مجال الطب الحيوي ، والمراقبة الفلكية ، وهلم جرا .