固态图像传感器.doc

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1、固态图像传感器摘要：主要概述SuperCCD、CMOS图像传感器、C3D、APDIS、ARAMIS、FoveonX3全色CMOS图像传感器、VMIS、薄膜ASIC图像传感器、SeeMOS图像传感器等新颖固体图像传感器的发展现状。此外，简单介绍其应用市场和主要技术。关键词：1、引言       固体图像传感器属于光电子产业领域的光电子成像器件。随着数码技术、半导体器件制造技术、光电子技术及网络技术的迅速发展，目前市场和业界都面临跨越各平台的视讯、影音、通讯大整合时代的到来，勾画未来人类社会的美景。以其在日常生活中的应用而言，无疑要属数码相机、摄录

2、一体机和摄像机产品，其发展速度日新月异。短短几年，数码相机就由几十万像素发展到500万像素、600万像素甚至更高。不仅在发达的欧美国家数码相机占有很大的市场，就是在发展中的中国，数码相机的市场也在以惊人的速度增长，因此，其关键器件—固体图像传感器已成为当前和未来业界关注的对象，吸引着众多厂商。以器件类别区分，固体图像传感器主要分为CCD、CMOS及CIS三种。有关CCD、CMOS及CIS的发展状况、典型结构、性能参数、工作原理及其应用等。这里，主要简单介绍最近几年发展起来的固体图像传感器的最新发展现状、应用市场和主要技术。2、固体图像传感器的现

3、状    2.1 超级CCD    在传统CCD中，光电二极管是矩形的，其尺寸受到限制。制造商们尽管不断地增加像素以提高图像质量，同时缩小像素和光电二极管面积，但是，光吸收的低效率已成为提高感光度、信噪比和动态范围的另一个障碍。    为了寻求更好的解决方法，日本富士公司的科研人员对人类视觉进行了全面的研究，他们得到一个结论：像信息的空间频率和功率都聚集在水平和垂直轴上，最低的功率在45°对角线上。根据这一理论研究结果，超级（Super）CCD[6]的像素都按45°角排列，形成蜂窝状结构。控制信号通道被取消，为光电二极管留出更多的空间。光电二极

4、管是八角形的，非常接近微透镜的圆形，因此，可以更有效地吸收光。    SuperCCD把无助于影像记录的空间减少到最低限度，感光效率、感光度和信噪比得到提高，动态范围得以扩大。    SuperCCD的读出采用水平跳跃读出方式，虽然跳跃读出像素会大大降低视频图像质量，但是，由于竖直线条读出速度太慢，传统CCD还必须在图像输出时采用跳跃读出方式。而且，传统CCD水平方向的像素只有两种颜色，必须读出两行数据才能形成彩色。SuperCCD的每行像素包含红、绿、蓝（R、G、B）三种彩色，除了以1/2或其他比率进行垂直跳跃读出外，还可以进行水平1/3跳跃

5、读出，可以获得高质量的视频输出。与传统CCD不同的是SuperCCD的电荷通道更加宽阔，能够高速传输数据，因此，只要加简单的电子快门控制，使得它具有进行快速精确连续拍摄的潜能，所有像素的数据即可一次读出。自1999年第一代SuperCCD问世后，到2003年初已发展到第四代SuperCCD，用该器件开发的数码相机的摄像效果已达到人眼的视觉效果。    2.2 CMOS图像传感器    CMOS图像传感器的研究始于20世纪60年代末，由于受当时工艺技术的限制，直到90年代初才发展起来，至今已研制出三大类CMOS图像传感器，即CMOS无源像素传感器

6、（简称CMOSPPS）、CMOS有源像素传感器（简称CMOSAPS）和CMOS数字像素传感器（简称CMOSDPS）。在此基础上又问世了CMOS视觉传感器、CMOS应力传感器、对数极性CMOS传感器、CMOS视网膜传感器、CMOS凹型传感器、对数变换CMOS图像传感器、轨对轨CMOS有源像素传感器、单斜率模式CMOS图像传感器和CMOS指纹图像传感器、FoveonX3全色CMOS图像传感器、VMISCMOS图像传感器等。    CMOS图像传感器具有多种读出模式。整个阵列逐行扫描读出是一种普通的读出模式，这种读出方式和CCD的读出方式相似。

7、窗口读出模式是一种针对窗口内像素信息进行局部读出的模式，这种读出模式提高了读出效率。跳跃式读出模式同SuperCCD一样，以降低分辨率为代价提高读出速率，采用每隔一个或多个像素读出的模式。    2.3 CMOS图像传感器的新技术—C3D    C3D（CMOSColorCaptiureDevice）是新一代半导体成像技术，它不仅提高了像素设计技术[9]，也改进了生产工艺。采用0.25μmCMOS工艺生产的这种CMOS图像传感器，可以在保全性能的前提下增加晶体管的数量和填充系数。除了增加像素设计的选择方案外，还可实现更加复杂的功能和更低的功耗。

8、在速度方面也有很大的优势。    对于设计人员而言，为了最大限度地提高产品质量，设计时合适的权衡取舍是至关重要的。就图像传感器而言，量子效率是非常重要