“攝影的同時(shí)發(fā)電”，CMOS傳感器兼太陽能電池實(shí)現(xiàn)半永久性拍攝

 美國(guó)哥倫比亞大學(xué)(Columbia University)宣布開發(fā)出了無需外部電源和電池充電，可在拍攝視頻時(shí)自己供應(yīng)所需電力的攝像機(jī)。據(jù)介紹，這是通過有效利用CMOS型感光元件(CMOS傳感器)在攝影時(shí)輸出的電力實(shí)現(xiàn)的。技術(shù)細(xì)節(jié)計(jì)劃在2015年4月24日～26日于美國(guó)休斯敦舉行的國(guó)際學(xué)會(huì)“International Conference on Computational Photography(ICCP)”上發(fā)布。

這款攝像機(jī)是由哥倫比亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)教授Shree K. Nayar的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出來的。

通常，CMOS傳感器會(huì)在各個(gè)像素內(nèi)安裝由PN型二極管構(gòu)成的受光元件(PD)。該P(yáng)D在受到光線照射后會(huì)輸出電力，這點(diǎn)基本上與硅類太陽能電池相同。不過，現(xiàn)有的CMOS傳感器從輸出的信號(hào)中只讀取電壓等信號(hào)作為影像信號(hào)，為了刷新影像而重置像素內(nèi)晶體管后會(huì)舍棄電力。

此次采用的設(shè)計(jì)是將PD輸出的電力儲(chǔ)存在雙電層電容器中，而不是在晶體管重置時(shí)舍棄掉。而且，會(huì)將儲(chǔ)存的電力用作影像數(shù)據(jù)的讀取用電源。在不進(jìn)行拍攝時(shí)，這款攝像機(jī)可以單純地作為太陽能電池發(fā)揮作用。除了給雙電層電容器充電以外，“還可以連接到手機(jī)和手表上給其充電”(哥倫比亞大學(xué))。

可在300lx以上的亮度下，半永久性拍攝

此次試制的CMOS傳感器的尺寸為210mm×280mm，屬于超大型的感光元件。但是，這款CMOS傳感器的分辨率僅為30像素×40像素。尺寸大但分辨率低的原因是采用了市售的PD產(chǎn)品等。估計(jì)基本上都是手工制作的。

采用該CMOS傳感器開發(fā)的“大尺寸”攝像機(jī)安裝了可以根據(jù)拍攝對(duì)象的亮度，靈活改變視頻幀頻的功能。此時(shí)，即使在約300lx這個(gè)對(duì)讀書來說有些昏暗的照明亮度下，雖然會(huì)以1幀/秒的速度逐幀播放，但可以半永久性地持續(xù)拍攝。

像素構(gòu)造簡(jiǎn)潔

此次的CMOS傳感器與普通CMOS傳感器在像素構(gòu)造上有兩大不同之處。(1)普通的CMOS傳感器是逆向連接PD、加載反向偏壓，而此次則是正向連接PD、偏置電壓為0V;(2)普通CMOS傳感器的像素內(nèi)晶體管數(shù)量為3～4個(gè)，而此次只有2個(gè)。據(jù)介紹，與高速響應(yīng)性等普通CMOS傳感器重視的性能相比，Nayar等人更重視光線的輸出動(dòng)態(tài)范圍是否較大以及像素內(nèi)消耗的電力是否較小，所以采用了上述設(shè)計(jì)。