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视觉测量技术 CCD和CMOS的发展及原理 二、CCD发展的转折 三、CCD简单原理 CCD 工作原理 一个完整的 CCD 器件由光敏单元、 转移栅、 移位寄存器及一些辅助输入、 输出电路组成。 CCD 工作时，在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏 单元的电荷多少。 取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。 移位 寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。将输出信号接到示波器、图象 显示器或其它信号存储、处理设备中，就可对信号再现或进行存储处理。 四、CCD其余工作过程 光电转换与信号积累 信号电荷的转移 信号电荷的输出 CMOS图像传感器 CMOS工艺：CMOS : Complementary Metal Oxide Semiconductor互补金属氧化物半导体 CMOS传感器介绍： CMOS图像传感器是利用CMOS工艺制造的图像传感器，主要利用了半导体的光电效应。和CCD的原理相同。 CMOS和CCD差异及改进 CMOS的发展现状 CMOS的基本原理 CMOS 图象传感器的应用 一、CMOS和CCD差异及改进 CCD 30 年来得到很大的发展, 其中有表面沟道CCD ( SCCD) 、埋沟CCD ( BCCD) 、电子轰击CCD ( EBCCD) 、虚相CCD ( VPCCD) 、薄膜CCD 以及透明电极CCD。 CCD 图象传感器阵列的主要性能都超过摄象管, 是应用于图象传感器的主流产品, 各方面性能优良, 但是还存在着几个问题, 如成品率低、成本高、蓝光响应差、工艺特殊、芯片体积较大、电学功能不够齐全、有光晕等。 部分CMOS 图象传感器芯片则克服了这些缺点。CMOS 图象传感器虽然在发展的最初走过一段弯路, 后来随着微电子技术从微米工艺向亚微米和深亚微米工艺方向发展, CMOS图象传感器采用超大规模集成电路工艺, 集成度高,可在同一芯片上集成象素阵列和所有驱动、控制电路。一个芯片就能够包括一个视觉产品的全部电学功能, 成本大幅度下降。以它为核心的数码相机、微型和超微型摄象机可以广泛用于监控、保安、自动化、可视电话、可视门铃、图象采集等方面。由于CMOS 摄象系统功耗低、自动记时、随时存取、无损读取、抗光晕和耐辐射等优点, 证明它有不可抗拒的市场诱惑力和良好的发展前景。 CMOS 图象传感器是继CCD 图象传感器发展之后深受人们欢迎的多功能摄象器件, 它采用单电源工作、单片集成、集成度高、功耗低、成本低、自动记时、随机存取、无损读取、抗光晕和耐辐射。随着亚微米工艺的不断发展和器件结构的改进, 该器件的性能不断提高。已发展了无源型和有源型CMOS 图象传感器, 其发展十分迅速, 并且形成与CCD 图象传感器竞争的局面。有专家预测它有可能替代CCD。 CMOS 图象传感器组装的黑白和彩色摄象机已用于汽车尾视、电梯监控、超市防盗、高速公路交通量的监视、隧道内和十字路口的监视、玩具、游戏机、娱乐机器、可视通讯设备、高清晰度电视、医用仪器仪表、核仪器、自动聚焦、星系跟踪系统以及数码相机等。 二、CMOS发展现状 时至今日已发展了两代CMOS 图象传感器, 第一代为CMOS 无源象素传感器( CMOS-PPS) , 第二代为CMOS 有源象素传感器( CMOS-APS) 。其中CMOS-APS 发展最快, 已由最初的几万象元、几十万象元发展至今的百万象元( 1024×1024[ 7] ; 2048×2048[ 7, 8] ) 乃至上千万象元( 4096×4096[ 9] ) 的CMOS图象传感器。用CMOS 图象传感器开发的数码相机、微型和超微型摄象机已大批量进入市场。性能优良的器件和摄象系统的问世离不开工艺技术的支撑, CMOS 图象传感器采用成熟的CMOS 集成电路工艺来生产, 最初是2. 4 和1. 2Lm CMOS 工艺, 逐渐开发了1. 0, 0. 9, 0. 8, 0. 7, 0. 6, 0. 5, 0. 35 和0. 25Lm CMOS 工艺; 美国圣克拉拉的Foveon 公司采用最先进的0. 18Lm CMOS 工艺开发出了1600万象元( 4096×4096 元) CMOS 图象传感器[ 9] 。这是迄今为止全球集成度最高的器件, 芯片尺寸为22mm×22mm。到目前为止, 在开发CMOS 图象传感器中所采用的先进的关键技术可归纳如下: ( 1) 相关双取样( CDS) 电路技术; ( 2) 微透镜阵列制备技术; ( 3) 彩色滤波器阵列技术; ( 4) 数字信号处理( DSP) 技术; ( 5) 抑制噪声电路技术; ( 6) 模拟数字转换( A/ D) 技术; ( 7) 亚微米光刻技术。 三、CMOS基本原理 从某一方面来说, CMOS 图象