CMOS图像传感器教学文案.pptx

CMOS图像传感器;概述 CMOS结构与工作原理 CMOS图像传感器特征参数 影响CMOS传感器性能的主要问题 CMOS和CCD的比较 主流的CMOS图像传感器厂商及其产品展示 必威体育精装版CMOS图像传感器技术 ;互补金属氧化物半导体图像传感器 CMOS—Complementary Metal Oxide Semiconductor CMOS图像传感器,它是一种用传统的芯片工艺方法将光敏元件、放大器、A/D转换器、存储器、数字信号处理器和计算机接口电路等集成在一块硅片上的图像传感器件。 ;CMOS发展历程; 70 年代初,CMOS 传感器在美国航空航天局(NASA) 的Jet Propulsion Laboratory( JPL) ??造成功。 80 年代末, 英国爱丁堡大学成功试制出了世界第1 块单片CMOS 型图像传感器件。 1995 年, 像元数为128×128 的高性能CMOS 有源像素图像传感器由JPL首先研制成功。 1997 年, 英国爱丁堡VLSI Version 公司首次实现了CMOS 图像传感器的商品化。就在这一年, 实用CMOS 技术的特征尺寸达到了0.35 μm,东芝研制成功了光电二极管型APS (Active Pixel Sensor), 其像元尺寸为5.6 μm×5.6 μm, 具有彩色滤色膜和微透镜阵列。 2000 年, 日本东芝公司和美国斯坦福大学采用0.35 μm 技术开发的CMOS- APS 已成为开发超微型CMOS 摄像机的主流产品。　 2008年6月豪威科技领先业界宣布投产背照式（BSI）CMOS传感器。;CMOS发展的三个阶段;光敏元件，是CMOS的重要感光器件，常用的是光电二极管。 光电二极管利用的是半导体的光生伏特效应。当光子入射到PN结形成的耗尽层内时，PN结内的原子吸收光子能量，并产生本征吸收，激发出电子—空穴对，在耗尽区内建电场的作用下，空穴被拉到P区，电子被拉到N区，形成反向电流即光电流。 简而言之，CMOS图像传感器和CCD图像传感器在光检测方面都是基于硅的光电效应。 ;像元的结构剖面;;典型CMOS图像传感器原理框图;1、CMOS 无源像素传感器 主要是由光电二极管和开关管组成 量子效率较高，但读出噪声大 ;2、CMOS 有源像素传感器 A、光敏二极管型有源像素结构（PD-APS） 主要由光电二极管、若干放大器和开关管组成 灵敏度高、功耗低，但是像素单元尺寸大、填充系数小;B、光栅型有源像素结构（PG-APS） 主要由光栅PG、若干放大器和开关管组成 灵敏度高、功耗低，但是像素单元尺寸大、填充系数小 ;3、 CMOS 数字像素传感器 a、芯片级ADC 的数字图像传感器 ;b、列级ADC 的数字图像传感器 ;c、像素级ADC 的数字图像传感器 ; 1、传感器尺寸 CMOS图像传感器的尺寸越大，则成像系统的尺寸越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。目前，CMOS图像传感器的常见尺寸有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。 ;2、像素总数和有效像素数 像素总数是指所有像素的总和，像素总数是衡量CMOS图像传感器的主要技术指标之一。CMOS图像传感器的总体像素中被用来进行有效的光电转换并输出图像信号的像素为有效像素。显而易见,有效像素总数隶属于像素总数集合。有效像素数目直接决定了CMOS图像传感器的分辨能力。 ;3、动态范围 动态范围由CMOS图像传感器的信号处理能力和噪声决定,反映了CMOS图像传感器的工作范围。参照CCD的动态范围,其数值是输出端的信号峰值电压与均方根噪声电压之比,通常用DB表示。 ;4、灵敏度 图像传感器对入射光功率的响应能力被称为响应度。对于CMOS图像传感器来说,通常采用电流灵敏度来反映响应能力,电流灵敏度也就是单位光功率所产生的信号电流。 ;5、分辨率 分辨率是指CMOS图像传感器对景物中明暗细节的分辨能力。通常用调制传递函数(MTF)来表示,同时也可以用空间频率(lp/mm)来表示。 ;6、光电响应不均匀性 CMOS图像传感器是离散采样型成像器件,光电响应不均匀性定义为CMOS图像传感器在标准的均匀照明条件下,各个像元的固定噪声电压峰峰值与信号电压的比值。 ;7、光谱响应特性 CMOS图像传感器的信号电压Vs和信号电流Is是入射光波长λ的函数。光谱响应特性就是指CMOS图像传感器的响应能力随波长的变化关系,它决定了CMOS图像传感器的光谱范围。 ;1、暗电流 暗电流是 CMOS 图像传感器的难题之一。CMOS 成像器件均有较大的像素尺寸，因此，在正常范围内也会产生一定的暗电流。暗电流限制了器件的灵敏度和动态范围。通过改进 CMOS 工