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CMOS图像传感器的工作原理及研究
摘要：介绍了CMOS图像传感器的工作原理，比较了CCD图像传感器与CMOS图像传感器的优缺点，指出了CMOS图像传感器的技术问题和解决途径，综述了CMOS图像传感器的现状和发展趋势。1引言
自从上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支，它是PC机多媒体不可缺少的外设，也是监控中的核心器件。互补金属氧化物半导体CMOS）图像传感器与电荷耦合器件CCD）图像传感器的研究几乎是同时起步，但由于受当时工艺水平的限制，CMOS图像传感器图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展。而CCD器件因为有光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点一直主宰着图像传感器市场。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，而且它固有的优点更是CCD器件所无法比拟的，因而它再次成为研究的热点。
70年代初CMOS传感器在NASA的JetPropulsio
LaboratoryJPL制造成功，80年代末，英国爱丁堡大学成功试制出了世界第一块单片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喷气推进实验室首先研制成功1，1997年英国爱丁堡VLSIVersio
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技术的特征尺寸已达到035mm，东芝研制成功了光敏二极管型APS，其像元尺寸为56mm×56mm，具有彩色滤色膜和微透镜阵列，2000年日本东芝公司和美国斯坦福大学采用035mm技术开发的CMOSAPS已成为开发超微型CMOS摄像机的主流产品。
2技术原理
CCD型和CMOS型固态图像传感器在光检测方面都利用了硅的光电效应原理，不同点在于像素光生电荷的读出方式。CMOS图像传感器芯片的结构2如图1所示。典型的CMOS像素阵列3，是一个二维可编址传感器阵列。传感器的每一列与一个位线相连，行允许线允许所选择的行内每一个敏感单元输出信号送入它所对应的位线上图2），位线末端是多路选择器，按照各列独立的列编址进行选择。根据像素的不同结构4，CMOS图像传感器可以分为无源像素被动式传感器PPS）和有源像素主动式传感器APS）。根据光生电荷的不同产生方式APS又分为光敏二极管型、光栅型和对数响应型，现在又提出了DPSdigitalpixelse
sor概念。
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PPS45出现得最早，结构也最简单，使得CMOS图像传感器走向实用化，其r