CMOS 有源像素传感器 （CMOS- APS, Active Pixel Sensor）
CMOS 数字像素传感器 （CMOS- DPS, Digital Pixel Sensor）
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。
70 年代初,CMOS 传感器在美国航空航天局(NASA) 的Jet Propulsion Laboratory( JPL) 制造成功。
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。
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 无源像素传感器 (CMOS- PPS,Passive Pixel Sensor)
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。
格式
长度（mm） 宽度（mm） 对角线
全画幅
36
24
43.27
佳能APS-H 27.9
18.6
33.53
尼康DX
23.6
15.8
28.40
佳能APS-C 22.3
14.9
26.82
佳能1.5英寸 18.7
14
23.36
4/3英寸
17.3
13
21.64
尼康 1系列 13.2
8.8
15.86
富士2/3英寸 8.8
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。
制约CMOS发展的原因
CMOS 图像传感器图像质量差、分辨 率低、噪声大、光照灵敏低
CCD有效面积大、均匀收集和转移电 荷、噪声小
但是最近10 年, 由于集成电路设计技术和工艺水平的提高, CMOS 图像传感器过去存在的缺点现在都可以找到办法克服, 而且它固有 的诸如像元内放大、列并行结构, 以及深亚微米CMOS 处理等独 特的优点更是CCD 器件所无法比拟的, 而且与CCD 技术相比, CMOS 技术集成度高、采用单电源和低电压供电、成本低、采用 单芯片、功耗低和设计简单，这些优点使CMOS 图像传感器用途 广泛，成为研究的热点。
微纳检测与成像课题组 黄林波
2014年4月14日
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
最新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
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Байду номын сангаас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。
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。
6.6
11.00
1/1.7英寸 7.76
5.82
9.70
1/2.3英寸 6.16
4.62
7.70
1/3.2英寸 4.13
3.05
5.13
面积 864.00 518.94 372.88 332.27 261.80 224.90 116.16 58.08 45.16 28.46 12.60
2、像素总数和有效像素数
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。
Cmos型一维图像传感器
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
图像传感器阵列的一列 共用一个ADC，从而构 成一个ADC 线阵列. AD C在并行方式下，对逐列 信号进行AD 转换
c、像素级ADC 的数字图像传感器
图像传感器的每一个像元 或者邻近的一个像元组 （如2 × 2、2 × 3 等） 对应一个ADC，而ADC 在并行方式下工作。
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。
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
芯片上集成一个A/D 转换器,每个像素的输 出都要经过该ADC转 换后输出
b、列级ADC 的数字图像传感器