第二十讲CMOS摄像器件和红外焦平面器件.pptx

1、CMOS像素结构无源像素结构,1967,Weckler无源像素单元具有结构简单、像素填充率高及量子效率比较高的优点。但是,由于传输线电容较大,CMOS无源像素传感器的读出噪声较高,而且随着像素数目增加,读出速率加快,读出噪声变得更大。无源像素型(PPS)和有源像素型(APS)由一反向偏置光敏二极管和一个开关管构成,开关管开启,二极管与垂直列线连通,信号电荷读出。有源像素结构APS(ActivePixelStructure)光电二极管型有源像素(PP-APS)1994,哥伦比亚大学在像元内引入缓冲器或放大器,可改善像元性能,称为有源像素传感器。功耗小,量子效率高。每个像元有3个晶体管。大多数中低性能的应用。光栅型有源像素结构(GP-APS)光栅型有源像素型CMOS每个像素5个晶体管,,浮置扩散电容的典型值为10-14F量级,产生20uV/e的增益,读出噪声可达5-20均方根电子。成像质量高。工作过程:光生信号电荷积分在光栅PG下,浮置扩散节点A复位(电压VDD);然后改变光栅脉冲,收集在光栅下的信号电荷转移到扩散节点。复位电压水平与信号电压水平之差即传感器的输出信号。1997年,东芝公司研制成功640*640像素光敏二极管型CMOSAPS,*,具有彩色滤色膜和微透镜阵列。2000年,*4096像素CMOSAPS,像素尺寸5um*5um,管芯尺寸22mm*22mm,是集成度最高,分辨率最高的CMOS固体摄像器件。微透镜改善低光特性CMOSAPS图像传感器的功耗较小。但与PPS相比,有源像素结构的填充系数小,典型值为20%-30%。像素尺寸减小后低光照下灵敏度迅速降低,采用滤色片和在CMOS上制作微透镜组合以及CMOS工艺的优势,D。外界光照射像素阵列,产生信号电荷,行选通逻辑单元选通相应的行像素单元,单元内信号电荷通过各自所在列总线传输到对应的模拟信号处理器(ASP)及A/D变换器,转换成相应的数字图像信号输出。行选通单元扫描方式:逐行扫描和隔行扫描。隔行扫描可以提高图像的场频,但会降低图像的清晰度。行选通逻辑单元和列选通逻辑单元配合,可以实现图像的窗口提取功能,读出感兴趣窗口内像元的图像信息。2、CMOS摄像器件的总体结构MOS摄像器件的工作原理:ΦY1ΦY2信号输出Y移位寄存器X移位寄存器ΦX1φX2RLEMOS开关光电二极管A/D数字信号输出3、D摄像器件灵敏度高、噪声低、像素面积小难与驱动电路及信号处理电路单片集成,需要使用相对高的工作电压,制造成本比较高CMOS摄像器件集成能力强、体积小、工作电压单一、功耗低、动态范围宽、-50mWUpto12MpixBeingimprovedUptothousandsframe/sPoor2-5WUpto14MpixHistoricallybestUsuallyupto100frame/sNikonD100~$2,500Canon300D~$800