本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，特別涉及一種基于碳納米管的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
：目前應(yīng)用于相機中的圖像傳感器主要分為兩種：ccd電荷耦合器件和cmos互補金屬氧化物導(dǎo)體器件，基本原理都是在微觀結(jié)構(gòu)上的器件單元在受到光線照射時，利用其物理性質(zhì)將光能轉(zhuǎn)化為電荷或者電壓，探測點信號從而實現(xiàn)對光的探測。然而，市面主流產(chǎn)品單ccd芯片上組合排列感應(yīng)三種色光的像素，一次曝光后得到影像，由于人眼對綠色最為敏感，通常ccd上的感綠色像素最多，造成影像質(zhì)量降低。cmos器件中每個像素是由四個晶體管一個感光二極管組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靈敏度低。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，確有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的圖像傳感器。一種圖像傳感器，其包括：多個感光單元，所述多個感光單元呈陣列式獨立分布，每個感光單元用于接受和轉(zhuǎn)換光線信號；一測量元件，用于測量每個感光單元的信號變化值；其中，所述感光單元包括一探測元件，一偏振片；所述探測元件包括一碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個碳納米管沿同一方向延伸，所述偏振片用于將光線信號起偏為偏振光后入射到碳納米管結(jié)構(gòu)的部分表面，所述測量元件用于測量由于偏振光的照射在所述碳納米管結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的溫度差或電勢差；所述圖像傳感器進一步包括一信號處理模組，該信號處理模組用于對該測量元件的測量值進行分析計算，得到光線的波長值。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的圖像傳感器具有以下優(yōu)點：通過采用碳納米管結(jié)構(gòu)識別光線的波長，原理可靠；每個波長檢測器獨立工作，圖像分辨清晰；所形成的圖像傳感器結(jié)構(gòu)簡單、輕便，成本低。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例提供的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實施例提供的感光單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實施例提供的感光單元中非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描電鏡照片。圖4為本發(fā)明實施例提供的感光單元中扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描電鏡照片。圖5為本發(fā)明實施例提供的感光單元中碳納米管結(jié)構(gòu)的光的穿透率與波長之間的關(guān)系圖。主要元件符號說明圖像傳感器12感光單元100偏振片101探測元件102第一電極103第二電極104測量元件105基底106信號處理模組108p型半導(dǎo)體碳納米管線2021n型半導(dǎo)體碳納米管線2022如下具體實施例將結(jié)合上述附圖進一步說明本發(fā)明。具體實施方式下面將結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明提供的相機結(jié)構(gòu)作進一步詳細說明。請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供一種圖像傳感器12，所述圖像傳感器12包括多個感光單元100，一測量元件105以及一信號處理模組108。所述多個感光單元100呈陣列式均勻分布，且每個感光單元100可接收和轉(zhuǎn)換光線信號。其中，每個感光單元100可用于獨立檢測光線信號。所述測量元件105用于測量每個感光單元100的信號變化值。所述信號處理模組108用于對該測量元件105的測量值進行分析計算，得到光線的波長值?？梢岳斫猓總€感光單元100相當于一個像素點，將該位置的光線信號通過所述測量元件105和信號處理模組108轉(zhuǎn)換計算得到光線的波長值，可以達到對該位置光線顏色的識別，從而實現(xiàn)該圖像傳感器12對圖像的識別。所述多個感光單元100之間的間距可以根據(jù)圖像成像的分辨率要求進行選擇。請參閱圖2，所述感光單元100包括一偏振片101，一探測元件102，一第一電極103，一第二電極104。所述第一電極103與第二電極104間隔設(shè)置。所述偏振片101與所述探測元件102間隔設(shè)置，用于將待測光起偏為偏振光。所述探測元件102通過所述第一電極103及第二電極104電連接至所述測量元件105。所述探測元件102包括一碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個碳納米管沿同一方向延伸，所述碳納米管結(jié)構(gòu)分別與所述第一電極103，第二電極104電連接。具體地，所述偏振片101可與所述探測元件102平行且間隔設(shè)置，并且從偏振片101出射的偏振光能夠入射至該探測元件102的碳納米管結(jié)構(gòu)上。所述碳納米管結(jié)構(gòu)中多個碳納米管的延伸方向為從第一電極103延伸至第二電極104。所述測量元件105用于測量所述碳納米管結(jié)構(gòu)的電勢差或溫度差，所述測量的電勢差或溫度差經(jīng)計算得到光線信號的波長值。所述入射光的波長值可直接反應(yīng)入射光的顏色，該波長值可進一步通過影像處理器被還原成圖像，從而獲得影像。所述偏振片101用于將光線信號起偏為偏振光，該偏振片101的材料不限，只要能夠起到偏振作用即可。該偏振片101可為釩酸釔、碘、方解石等材料。所述偏振片101為一可旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，以使得偏振光的方向與所述碳納米管結(jié)構(gòu)中碳納米管的延伸方向能夠形成任意角度。具體地，該偏振片101在其所在的平面內(nèi)可任意旋轉(zhuǎn)，以使得經(jīng)過該偏振片101起偏后的偏振光的偏振方向可相對于碳納米管的延伸方向發(fā)生變化，從而在所述碳納米管結(jié)構(gòu)的延伸方向保持不變的情況下，該偏振光的偏振方向與該碳納米管結(jié)構(gòu)中碳納米管的延伸方向可形成任意角度的夾角，如所述夾角可為0-90度中的任意數(shù)值。所述偏振片101可通過設(shè)置在一旋轉(zhuǎn)支架（圖未示）上來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能。進一步，所述偏振光入射至碳納米管結(jié)構(gòu)的部分表面，以使得該碳納米管結(jié)構(gòu)部分表面被照射后在碳納米管結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生溫度差或電勢差。進一步，當未被照射的部分表面與被照射的部分表面之間的距離越大，則這兩部分表面之間產(chǎn)生的溫度差或電勢差也越明顯。所述探測元件102包括一碳納米管結(jié)構(gòu)。所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個碳納米管沿同一方向延伸，所述碳納米管的延伸方向平行于所述碳納米管結(jié)構(gòu)的表面。進一步，所述探測元件102為一碳納米管線，該碳納米管線由所述多個碳納米管組成，在所述延伸方向上相鄰的碳納米管通過范德華力首尾相連。所述碳納米管包括單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的一種或多種。所述單壁碳納米管的直徑為0.5納米～10納米，雙壁碳納米管的直徑為1.0納米～15納米，多壁碳納米管的直徑為1.5納米～50納米。所述碳納米管為n型碳納米管和p型碳納米管中的一種。所述碳納米管可為一自支撐結(jié)構(gòu)。所謂自支撐結(jié)構(gòu)是指該碳納米管結(jié)構(gòu)無需通過一支撐體支撐，也能保持自身特定的形狀。該自支撐結(jié)構(gòu)中的多個碳納米管通過范德華力相互吸引，從而使碳納米管結(jié)構(gòu)具有特定的形狀?？梢岳斫?，當所述碳納米管為自支撐結(jié)構(gòu)時，所述探測元件102可懸空設(shè)置。具體地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)包括非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線、扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或其組合。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)可為單根或多根。當為多根時，該多根碳納米管線狀結(jié)構(gòu)可共面且沿一個方向平行排列或堆疊且沿一個方向平行排列設(shè)置；當為單根時，該單根碳納米管線狀結(jié)構(gòu)可在一平面內(nèi)有序彎折成一膜狀結(jié)構(gòu)，且除彎折部分之外，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)其它部分可看作并排且相互平行排列。請參閱圖3，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個沿該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長度方向排列的碳納米管。具體地，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個碳納米管片段，該多個碳納米管片段通過范德華力首尾相連，每一碳納米管片段包括多個相互平行并通過范德華力緊密結(jié)合的碳納米管。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長度不限，直徑為0.5納米~100微米。非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線為將碳納米管拉膜通過有機溶劑處理得到。具體地，將有機溶劑浸潤所述碳納米管拉膜的整個表面，在揮發(fā)性有機溶劑揮發(fā)時產(chǎn)生的表面張力的作用下，碳納米管拉膜中的相互平行的多個碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合，從而使碳納米管拉膜收縮為一非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。該有機溶劑為揮發(fā)性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中采用乙醇。通過有機溶劑處理的非扭轉(zhuǎn)碳納米管線與未經(jīng)有機溶劑處理的碳納米管膜相比，比表面積減小，粘性降低。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)及其制備方法請參見范守善等人于2005年12月16日申請的，于2007年6月20日公開的第200510120716.6號中國公開專利申請。所述扭轉(zhuǎn)的碳納米管線為采用一機械力將所述碳納米管拉膜兩端沿相反方向扭轉(zhuǎn)獲得。請參閱圖4，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個繞該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線軸向螺旋排列并沿線的一端向另一端延伸的碳納米管，該多個碳納米管也可看作為沿一個確定的方向延伸。具體地，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個碳納米管片段，該多個碳納米管片段通過范德華力首尾相連，每一碳納米管片段包括多個相互平行并通過范德華力緊密結(jié)合的碳納米管。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長度不限，直徑為0.5納米~100微米。進一步地，可采用一揮發(fā)性有機溶劑處理該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。在揮發(fā)性有機溶劑揮發(fā)時產(chǎn)生的表面張力的作用下，處理后的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線中相鄰的碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合，使扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的比表面積減小，密度及強度增大?？梢岳斫猓鲜鎏技{米管結(jié)構(gòu)均包括多個沿相同方向平行排列的碳納米管、碳納米管線狀結(jié)構(gòu)或其組合。所述碳納米管結(jié)構(gòu)厚度及長度可以根據(jù)需要選擇，以滿足所述探測元件102能夠檢測所測光波長，又不會產(chǎn)生太大誤差。優(yōu)選地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度為0.5納米～5微米。若所述碳納米管結(jié)構(gòu)厚度太大（如超過5微米），所述碳納米管結(jié)構(gòu)中碳納米管與光作用不完全，造成測量誤差較大。具體地，對于一延伸方向確定的碳納米管結(jié)構(gòu)，當采用不同方向的偏振光或不同波長的偏振光照射該碳納米管結(jié)構(gòu)時，偏振光的穿透率是不同的。請參閱圖5，當偏振光的方向與碳納米管延伸方向夾角確定時，隨著波長的增加，偏振光的穿透率呈單調(diào)上升趨勢；當偏振光的波長確定時，改變其偏振方向，偏振光的穿透率會有明顯改變。從圖中可以看出，當偏振光的偏振方向與碳納米管的延伸方向平行時，偏振光的穿透率最低；當偏振光的方向與碳納米管的延伸方向垂直時，偏振光的穿透率最高。光在穿過碳納米管的過程中，未穿透的光的能量主要是被碳納米管吸收。因此，當偏振光的方向與碳納米管的延伸方向平行時，碳納米管對光的吸收最強烈，當偏振光的方向與碳納米管的延伸方向垂直時，碳納米管對光的吸收最弱。采用偏振光照射碳納米管結(jié)構(gòu)的一端時，被碳納米管結(jié)構(gòu)吸收的光會轉(zhuǎn)化為熱能，并在碳納米管結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生溫差，繼而產(chǎn)生溫差電勢。根據(jù)碳納米管結(jié)構(gòu)的溫差或電壓變化規(guī)律，該碳納米管結(jié)構(gòu)可檢測出偏振光的波長。進一步，所述碳納米管結(jié)構(gòu)還可為p型半導(dǎo)體碳納米管線2021和n型半導(dǎo)體碳納米管線2022接觸設(shè)置形成的具有p-n結(jié)的碳納米管結(jié)構(gòu)。所述p型半導(dǎo)體碳納米管線2021與n型半導(dǎo)體碳納米管線2022在同一平面內(nèi)并排設(shè)置。具體地，所述p型半導(dǎo)體碳納米管線2021的一端與n型半導(dǎo)體碳納米管線2022的一端連接設(shè)置，且保持p型半導(dǎo)體碳納米管線2021中碳納米管的延伸方向與n型半導(dǎo)體碳納米管線2022中碳納米管的延伸方向相同。當采用入射光照射該碳納米管結(jié)構(gòu)時，在p-n結(jié)的作用下，入射光的光能并沒有轉(zhuǎn)化為熱能，而是直接轉(zhuǎn)化為電能。這時，碳納米管結(jié)構(gòu)中被入射光照射的部分和未被照射的部分的溫度差異很小，可忽略不計。這時，入射光對碳納米管的作用由熱電效應(yīng)轉(zhuǎn)為光電效應(yīng)，減少了中間能量的損失，同時，該結(jié)構(gòu)增強了碳納米管結(jié)構(gòu)對入射光的敏感度，使得測量更加精確。進一步，所述探測元件102也可在所處平面內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，使得當偏振片101固定時，所述探測元件102可通過旋轉(zhuǎn)，使碳納米管結(jié)構(gòu)中碳納米管的延伸方向與偏振光的方向形成任意角度的取值。進一步，所述探測元件102中碳納米管結(jié)構(gòu)與所述偏振片101分別在兩個相互平行的平面內(nèi)相對旋轉(zhuǎn)設(shè)置，以調(diào)節(jié)該偏振光的方向與碳納米管的延伸方向的夾角角度。所述第一電極103和第二電極104由導(dǎo)電材料組成，其形狀結(jié)構(gòu)不限。所述第一電極103和第二電極104可選擇為金屬、ito、導(dǎo)電膠、導(dǎo)電聚合物以及導(dǎo)電碳納米管等。所述金屬材料可以為鋁、銅、鎢、鉬、金、鈦、鈀或任意組合的合金。具體地，所述第一電極103和第二電極104可選擇為層狀、棒狀、塊狀或其它形狀。本實施例中，所述第一電極103和第二電極104為間隔設(shè)置于所述碳納米管結(jié)構(gòu)在碳納米管延伸方向上相對兩端，且設(shè)置于碳納米管結(jié)構(gòu)表面的銅電極。所述測量元件105可為電壓測量元件或熱電偶裝置中的一種，用于測量所述碳納米管結(jié)構(gòu)的電勢變化或溫差變化。該測量元件105通過該第一電極103、第二電極104與所述碳納米管結(jié)構(gòu)電連接，當所述碳納米管結(jié)構(gòu)由于溫差產(chǎn)生電勢時，這時該碳納米管結(jié)構(gòu)相當于一電源，在回路中即可產(chǎn)生電流，所述測量元件105進而可直接測得該碳納米管結(jié)構(gòu)的電勢，而不需要額外設(shè)置其它任何電源裝置。當所述測量元件105為熱電偶裝置時，該熱電偶裝置直接測量所述碳納米管結(jié)構(gòu)兩端的溫差，而無需電極的設(shè)置。所述測量元件105在測量碳納米管結(jié)構(gòu)時，其測量位置可按照需要選擇。優(yōu)選地，當偏振光照射碳納米管結(jié)構(gòu)沿碳納米管延伸方向的一端部表面時，所述測量元件105測量該端部表面與遠離該端部表面的另一端部表面的溫度差或電勢差。進一步，當碳納米管結(jié)構(gòu)包括一p型半導(dǎo)體碳納米管層和一n型半導(dǎo)體碳納米管層設(shè)置形成一p-n結(jié)時，偏振光照射至該p-n結(jié)，這時，所述測量元件測量該碳納米管結(jié)構(gòu)遠離該p-n結(jié)兩端部的電勢差。所述信號處理模組108與測量元件105相連，用于對該測量元件105的測量值進行分析計算，得到入射至碳納米管結(jié)構(gòu)的光線的波長值。具體地，所述信號處理模組108對所述測量元件105測量的碳納米管結(jié)構(gòu)的電勢差或溫度差進行分析計算，所述電勢差或溫度差經(jīng)過計算轉(zhuǎn)換為光線的波長值。使用中，進一步對所述圖像傳感器12測量光波長的原理作詳細說明。當一束入射光入射時，該入射光的功率確定，設(shè)為p，波長設(shè)為λ。將所述入射光通過所述偏振片101起偏后形成偏振光，穿過偏振片101的過程中會有一定的能量損失，記偏振片穿過率為α。由圖5可知，延伸方向確定的碳納米管對于不同方向的偏振光的穿透率是不同的，現(xiàn)將穿透率記為t，碳納米管延伸方向與偏振光方向平行時的穿透率記為tλii，碳納米管延伸方向與偏振光方向垂直時的穿透率記為tλ⊥。當所述偏振光入射所述碳納米管結(jié)構(gòu)時，碳納米管結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生溫差，繼而轉(zhuǎn)化為電能，設(shè)能量轉(zhuǎn)化效率為β，其中β只和制備的碳納米管器件有關(guān)，和碳納米管的延伸方向無關(guān)。這時，所述碳納米管結(jié)構(gòu)兩端的電勢差u滿足公式(1)，u=(1)其中，r為碳納米管結(jié)構(gòu)的電阻，需要說明的是，本發(fā)明中在溫度變化范圍不大的情況下，碳納米管結(jié)構(gòu)的電阻近似恒定。同時，對于結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定的碳納米管結(jié)構(gòu)，其電阻為定值，與光的偏振方向和波長等其他外界因素無關(guān)?，F(xiàn)以碳納米管延伸方向與偏振光方向平行和垂直為例，進一步進行推導(dǎo)說明：碳納米管延伸方向與偏振光的方向平行時，碳納米管結(jié)構(gòu)的電勢差為uii，則uii=；碳納米管延伸方向與偏振光的方向垂直時，碳納米管結(jié)構(gòu)的電勢差為u⊥，則u⊥=；定義k=，則k====，從圖5中可以看出，當碳納米管延伸方向與偏振光方向的兩夾角值為定值時，當取任意波長的入射光，其穿透率差值也是近似固定的。所以，tλ⊥－tλii＝ｃ，c為一定值。則，k==(2)從公式(2)中可以看出，k值與tλ⊥的值是單調(diào)對應(yīng)的，又tλ⊥在碳納米管延伸方向與偏振光方向的夾角確定時，隨波長的增加而增加，如圖5所示。因此，k值同入射光的波長是單調(diào)對應(yīng)的。將公式(2)變換形式可得，tλ⊥=1-(3)由公式(3)可知，tλ⊥的值可通過k計算得到，而通過碳納米管結(jié)構(gòu)在不同條件下的電壓值uii和u⊥可計算得到k值，又當碳納米管延伸方向與偏振光方向的夾角確定時，偏振光穿透率的數(shù)值對應(yīng)唯一波長值。因此，可根據(jù)穿透率的數(shù)值對應(yīng)得到光的波長值。又，由塞貝克效應(yīng)可得，u=ρδt，其中，ρ為塞貝克系數(shù)，與材料本身有關(guān)。由此可知，當所述碳納米管結(jié)構(gòu)的電壓值變化時，其溫差也在相應(yīng)變化，因此，當在碳納米管兩端連接熱電偶時，可相應(yīng)根據(jù)溫差計算得到入射光的波長值。所述入射光的波長值可直接反應(yīng)入射光的顏色，該波長值可進一步通過影像處理器被還原成圖像，從而獲得影像。所述圖像傳感器12進一步包括一基底106，所述基底106用于支撐所述多個感光單元100。所述多個感光單元100設(shè)置于該基底106的其中一表面。所述基底106的材料不限，可選擇為玻璃、石英、陶瓷、金剛石等硬性材料，也可選擇塑料、樹脂等柔性材料，如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺等。當所述碳納米管結(jié)構(gòu)不含p-n結(jié)時，該基底106為隔熱且絕緣材料；當所述碳納米管結(jié)構(gòu)含有p-n結(jié)時，該基底106為絕緣材料。本實施例中，該圖像傳感器12包括一基底106，該基底106為聚對苯二甲酸乙二醇酯。本發(fā)明提供的圖像傳感器12具有以下優(yōu)點：通過采用碳納米管結(jié)構(gòu)識別光線的波長，基于熱電效應(yīng)和偏振光實現(xiàn)對光線顏色的識別，原理可靠；每個波長檢測器獨立工作，圖像分辨清晰；所形成的圖像傳感器12結(jié)構(gòu)簡單、輕便，成本低。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當然這些依據(jù)本發(fā)明精神所作的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內(nèi)。當前第1頁12