CMOS传感器是什么?CMOS是什么

【CMOS是什么】

  CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor),中文学名为互补金属氧化物半导体,它本是计算机系统内一种重要的芯片,保存了系统引导最基本的资料,和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。

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  CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带-电) 和 P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。

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【CMOS传感器是什么】

  后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器,CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor CMOS)与主动式像素传感器(Active Pixel Sensor CMOS)。然而,CMOS的缺点就是太容易出现杂点,这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而产生过热现象。

佳能EOS 1Ds Mark II搭载的1670万
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【CMOS传感器的分类】

  CMOS传感器按为像素结构分被动式与主动式两种。

  被动式像素结构(Passive Pixel Sensor.简称PPS),又叫无源式。它由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。光敏二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的PN结,它可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。当开关管开启时,光敏二极管与垂直的列线(Column bus)连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路(Charge integrating amplifier)保持列线电压为一常数,当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时,其电压被复位到列线电压水平,与此同时,与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。

  主动式像素结构(Active Pixel Sensor.简称APS),又叫有源式,如图2所示. 几乎在CMOS PPS像素结构发明的同时,人们很快认识到在像素内引入缓冲器或放大器可以改善像素的性能,在CMOS APS中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元件的有效表面积,降低了“封装密度”,使40%~50%的入射光被反射。这种传感器的另一个问题是,如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配,这可以通过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于CMOS APS像素内的每个放大器仅在此读出期间被激发,所以CMOS APS的功耗比CCD图像传感器的还小。

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  这填充因数(Fill Factor),又叫充满因数,它指像素上的光电二极管相对于像素表面的大小。量子效率(Quantun efficiency)是指一个像素被光子撞击后实际和理论最大值电子数的归一化值.被动式像素结构的电荷填充因数通常可达到70%,因此量子效率高。但光电二极管积累的电荷通常很小,很易受到杂波干扰。再说像素内部又没有信号放大器,只依赖垂直总线终端放大器,因而读出的信号杂波很大,其S/N比低,更因不同位置的像素杂波大小不一样(固定图形噪波FPN)而影响整个图像的质量。而主动性像素结构与被动式相比,它在每个像素处增加了一个放大器,可以将光电二极管积累的电荷转换成电压进行放大,大大提高了S/N比,从而提高了传输过程中抗干扰的能力。但由于放大器占据了过多的像素面积,因而它的填充因数相对较低,一般在25%-35%之间。

 

 

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