固態(tài)成像器件原理及應(yīng)用第七講-典型CMOS圖像傳感器及應(yīng)用

1、202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第1 1 1頁頁頁固態(tài)成像器件原理及應(yīng)用固態(tài)成像器件原理及應(yīng)用第七講典型第七講典型CMOS圖像傳感器及應(yīng)用圖像傳感器及應(yīng)用長春理工大學(xué)長春理工大學(xué)劉智劉智2008年年12月月5日日202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第2 2 2頁頁頁主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、上一講內(nèi)容回顧一、上一講內(nèi)容回顧 二、本講主要內(nèi)容二、本講主要內(nèi)容三、小結(jié)三、小結(jié)四、作業(yè)四、作業(yè)202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第3 3 3頁頁頁CMOS圖像傳感器原理圖像傳感器原理 CMOS圖像傳感器

2、概念圖像傳感器概念 Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Image Sensor。 是一種用傳統(tǒng)的集成電路工藝方法將光敏元件、放是一種用傳統(tǒng)的集成電路工藝方法將光敏元件、放大器、大器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、數(shù)字信號(hào)處理器和計(jì)轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、數(shù)字信號(hào)處理器和計(jì)算機(jī)接口電路集成在一塊硅片上的圖像傳感器件。算機(jī)接口電路集成在一塊硅片上的圖像傳感器件。202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第4 4 4頁頁頁CMOS技術(shù)基本原理技術(shù)基本原理202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第5 5 5頁頁頁C

3、MOS技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展 CMOS（互補(bǔ)（互補(bǔ)MOSComplementary MOS）是把是把n-MOS 和和p-MOS 連接成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，兩連接成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，兩種極性的種極性的MOSFET 一關(guān)一開，幾乎沒有靜一關(guān)一開，幾乎沒有靜態(tài)電流，很適于作為邏輯電路；態(tài)電流，很適于作為邏輯電路； CTSah 在在1963 年與年與FMWanlass 一一起提出了起提出了CMOS結(jié)構(gòu)及技術(shù)，成為結(jié)構(gòu)及技術(shù)，成為30 年來年來制作制作IC 的絕對(duì)主流工藝，占到的絕對(duì)主流工藝，占到90%以上。以上。202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第6 6 6頁頁頁20222

4、0222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第7 7 7頁頁頁CMOS圖像傳感器的光敏元件圖像傳感器的光敏元件 202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第8 8 8頁頁頁CMOS圖像傳感器像元結(jié)構(gòu)圖像傳感器像元結(jié)構(gòu) 無源像元無源像元(Passive Pixel) 有源像元（有源像元（Active Pixel） 光電柵型像元（光電柵型像元（Photogate Pixel）202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第9 9 9頁頁頁CMOS圖像傳感器讀出電路圖像傳感器讀出電路及相關(guān)時(shí)序及相關(guān)時(shí)序202220222022年年年

5、5 5 5月月月303030日日日 第第第101010頁頁頁光光 敏敏 單單 元元 陣陣 列列行行選選擇擇列列 選選 及及 放放 大大視視 頻頻 時(shí)時(shí) 序序 產(chǎn)產(chǎn) 生生 電電 路路曝曝 光光 、 白白 平平 衡衡 等等 控控 制制模模 擬擬 信信 號(hào)號(hào) 處處 理理 電電 路路模模 擬擬 數(shù)數(shù) 字字 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 電電 路路I I2 2C C總總 線線 接接 口口數(shù)數(shù) 字字 視視 頻頻 輸輸 出出CMOS圖像傳感器的一般結(jié)構(gòu)圖像傳感器的一般結(jié)構(gòu)202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第111111頁頁頁CMOS與與CCD器件性能對(duì)比器件性能對(duì)比序號(hào)序號(hào)性能性能CMOS

6、圖像傳感器圖像傳感器CCD圖像傳感器圖像傳感器1填充率（填充率（%）1050接近接近100%2暗電流（暗電流（PA/cm2）1002000203噪聲電子數(shù)噪聲電子數(shù)30100104FPN(%)0.5%（均方根值（均方根值RMS） 1%5DRNU(%) 10 MRad radiation toleranceIBIS4-60006.0 MRolling3.5 mm1”Sub sampling modes202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第414141頁頁頁202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第424242頁頁頁典型典型CMOS圖

7、像傳感器圖像傳感器-DALSADALSADALSA公司產(chǎn)品公司產(chǎn)品202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第434343頁頁頁典型典型CMOS圖像傳感器圖像傳感器-柯達(dá)柯達(dá)DeviceResolutionShutter TypePixel（m）LensFormatFrame Rate(fps)Special CharactersKAC-9618VGA648 x 488Rolling Shutter7.51/3305 V/lux.s, -40C to 85CKAC-9619VGA648 x 488Rolling Shutter7.51/330KAC-9628VGA6

8、48 x 488Rolling Shutter7.51/330color, 62dB linear, non-linear 110dBKAC-00400WVGA768 x 488Rolling Shutter6.71/36060dB, -40C to 85CKAC-013011.3 MP1284 x 1028Rolling Shutter2.71/4154T4S, 52dB ,1.3 V/lux*secKAC-050105.0 MP2592 x 1944Rolling Shutter2.21/2.5551dB, 6900 e-/lux*sKAC-31003.1 MP2048 x 1536Rol

9、ling Shutter2.71/2.7104T4S, 48dB ,1.3 V/lux*secKAC-50005.0 MP2592 x 1944Rolling Shutter2.71/1.86four-transistor shared-pixel (4T4S) 52dB with sensitivity of 25 ke-/lux*s202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第444444頁頁頁典型典型CMOS圖像傳感器圖像傳感器-柯達(dá)柯達(dá)202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第454545頁頁頁202220222022年年年5 5

10、 5月月月303030日日日 第第第464646頁頁頁1” format1/2” format2/3” format1/3” format12.8 mm9.3 mm16 mm8.8 mm6.6 mm11 mm6.4 mm4.8 mm8 mm4.4 mm3.3 mm6 mm16 mm11 mm8 mm6 mm1”Tube DeflectionyokeThe image size in inches relates back to the tube camera. The image format of a tube which could be placed in a 1” deflection

11、 coil was called 1” format. The active image size is 16 mm in diagonal. It is the same as for a 16 mm film format.BIPM (Bureau International des Poids & Mesures) recommend to use metric designation. Below is the most common image formats shown. Diagonal:Type 1Type 1/2Type 2/3Type 1/3ImagesizeSon

12、y:Home202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第474747頁頁頁Lens MountC -mount and CS-mountFocal planeFlange back distanceC-mount 17.526 mmCS-mount 12.526 mmLens flangeLens threadThe most common lens for CCTV cameras are of the C-mount or CS-mount type. The standard is from old 16 mm film cameras. The lens t

13、hread and the distance from the lens reference flange to the image plane is standard.The lens thread is 1-32 UN-2A. Diameter is 1 inch.Thread pitch is 32/inch. 600 . Tolerance 2AThe flange back distance in air is 17.526 mm for C-mount. For CS-mount it is 12.526 mm.Glass filters or prism between lens and focal plane will increase the distance.The thread length is for some cameras specified to be shorter than 4 mm. With a 5 mm adapter ring, a CS lens can be used on a C-mount camera.202220222022年年年5 5 5月月月303030日日日 第第第484848頁頁頁CMOS圖像傳感器應(yīng)用圖像傳感器應(yīng)用攝像藥丸攝像藥丸20