빛과 파장

2021년에 네이버 블로그에 포스팅한 글입니다.

 ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ

What is Image sensor?

광학적 신호를 렌즈를 통해 Image sensor에 조사해 전기적 신호로 바꿈으로 Digital 변환된 영상을 시각적으로 볼 수 있다.

 

광학적 신호를 전기적 신호로 바뀌는 공식은 아주 중요하다고 생각한다.

 

P = 운동량

h[하] = 플랑크 상수

λ[람다] = 파장

 

입자의 성질인 P, 파동의 성질 λ

그리고 입자의 성질과 파동의 성질을 이어주는 메게체인 h이다.

여기서 h의 값은 6.62 × 10^-34 m^2 kg / s

이 값은 유도하려하지말자. 플랑크가 영혼을 갈아넣어 수학적 테크닉으로 뽑아낸 값이다.

여기서도 재미있는 방식으로 유도가 가능하다

거=속*시 방식으로 유도가 가능한데, v(주파수) = 1/t(시간) 을 이용해

1/t = c/λ -> λ = c*t 으로 유도 가능하다.

 

h •c = 1.99 x 10^(-25) [J •m]

1 eV = 1.602 x 10 • 19 [J]

hc = (1.99 × 10-25 [J •m]) × (1[ev]/1.602 × 10-19 [J]) = 1.24 × 10-6 [eV • m]

 

위 식을 통해 J의 단위를 eV단위로 변경해주면

파장에 대한 E[eV]식이 완성된다.

 

 

- PhotoConversion

빛은 전자기파의 일종이다.

전자기파가 진공 상태에서 어떠한 다른 매질로 입사할 때, 수식은 슈뢰딩거방정식을 인용하여 위와 같이 된다.

D는 입사할때의 초기값, 베타는 흡수계수(*)를 나타내며

흡수계수 : 입사하는 파동이 물질의 고유 값에 비례하여 감소(손실)되는 비례 상수이다.

빛은 파장 380~750 까지를 가시광선 영역이라고 한다.

실리콘의 경우 Eg가 1.124eV를 가진다.

이 글 위에서 다뤘던 식을 인용해

보라색 = 3.26 ~ eV, 적외선 = ~ 1.12eV을 가지는 것을 알 수 있다.

 

만약 실리콘에 실리콘의 밴드갭보다 더 큰 빛이 조사되었을 때, Electron Hole Pair이 발생하여

Ev의 전자가 Ec로 이동하게되며 전류가 흐르게된다.

 

즉, 적외선 영역보다 파장이 짧은 빛은 실리콘에 의해 전류를 흘릴 수 있다는 말이다.

 

이러한 원리로 Image sensor을 동작시킨다.

 

나머지 E-H pair과 그에 대한 원리는 다음 글에서 이어가겠다.