A real–time colour and image processing p–i–n/p–i–n device with optical readout

M. Vieiraª, M. Fernandesª, P. Louroª, A. Fantoniª, G. Lavareda^b, C.N. Carvalho^b, and Y. Vygranenko^c

ª Electronics Telecommunication and Computer Dept. ISEL, R. Conselheiro Emídio Navarro, 1949–014 Lisboa, Portugal, Tel: +351 21 8317290, Fax: +351 21 8317114, e–mail: mv@isel.ipl.pt

^b CFM–UTL–Av. Rovisco Pais, Lisbon

^c Univ. of Waterloo, Canada

Recibido el 27 de octubre de 2004
Aceptado el 25 de mayo de 2005

Abstract

A two–terminal, optically addressed image processing device based on two stacked sensing/switching p–i–n a–SiC:H diodes is presented. The charge packets are injected optically into the p–i–n sensing photodiode and confined at the illuminated regions, locally changing the electrical field profile across the p–i–n switching diode. A red scanner is used for charge readout. The various design parameters and addressing architecture tradeoffs are discussed. The influence on the transfer functions of an a–SiC:H sensing absorber, optimized for red transmittance and blue collection or of a floating anode in–between, is analysed. Results show that the thin a–SiC:H sensing absorber confines the readout to the switching diode and light filters the structure, allowing full colour detection at two appropriated voltages. When the floating anode is used the spectral response broadens, allowing B & W image recognition with improved light–to–dark sensitivity. A physical model supports the image and colour recognition process.

Keywords: Optical sensors; image and color recognition; optical readout; tandem devices.

Resumen

En este trabajo se analizan dispositivos ópticos y de procesamiento de imagen (OSIP) depositados a baja temperatura por PE–CVD en una gran area (4x4 cm2). El dispositivo OSIP consiste en dos diodos apilados (p(SiC:H)/i(Si:H)/n(SiC:H)), con o sin una capa bloqueadora entre ellos, y dos contactos semitransparentes. Para realizar la lectura de carga, se utiliza un sistema de barrido óptico.

El punto principal de este trabajo se centra en la análisis de las características ópticas, en específico la utilización de una parilla metálica (290x290 μm2 Cr pixels con 40 μm espaciamiento) entre los dos diodos para actuar como un filtro de luz o como ánodo flotante a través de una capa aislante de a–SiN. La influencia en las funciones de transferencia, resolución, responsividad y tiempo de respuesta del sensor son analizadas. Las características de transferencia óptica–eléctrica revelan una buena eficiencia quántica, una amplia respuesta espectral, y buena reciprocidad entre la señal de la imagen óptica y eléctrica. Cuando el ánodo flotante está presente, se observa desacoplamiento óptico entre los dos fotodiodos y simultáneamente una buena conductividad eléctrica y una sensibilidad al claro–oscuro aumentada. Son igualmente discutidas la configuración del sensor, el padrón de iluminación y las extensiones de onda del sistema de barrido de modo que se minimiza el enlace cruzado entre los haces de lectura y escrita, incrementando la sensibilidad al claro–oscuro.

Descriptores: Sensores ópticos; reconocimiento de imágenes y color; dispositivos tándem.

PACS: 73.40 Lq; 73.40Ty; 73.40Vz; 73.40Cg

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Acknowledgements

This work has been financially supported by IPL project n° 13–2003.

References

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