典型光電檢測器件課件

典型光電檢測器件典型光電檢測器件典型光電檢測器件光電效應(yīng)光照射到物體表面上使物體發(fā)射電子、或?qū)щ娐拾l(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動勢等，這種因光照而引起物體電學特性發(fā)生改變統(tǒng)稱為光電效應(yīng)光電效應(yīng)包括外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)2典型光電檢測器件典型光電檢測器件典型光電檢測器件光電效應(yīng)光照光電效應(yīng)光照射到物體表面上使物體發(fā)射電子、或?qū)щ娐拾l(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動勢等，這種因光照而引起物體電學特性發(fā)生改變統(tǒng)稱為光電效應(yīng)光電效應(yīng)包括外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)2光電效應(yīng)光照射到物體表面上使物體發(fā)射電子、或?qū)щ娐拾l(fā)生變化、外光電效應(yīng)：物體受光照后向外發(fā)射電子——多發(fā)生于金屬和金屬氧化物內(nèi)光電效應(yīng)：物體受到光照后所產(chǎn)生的光電子只在物質(zhì)內(nèi)部而不會逸出物體外部——多發(fā)生在半導(dǎo)體內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)3外光電效應(yīng)：物體受光照后向外發(fā)射電子——多發(fā)生于金屬和金屬氧2、外光電元件紫外管當入射紫外線照射在紫外管陰極板上時，電子克服金屬表面對它的束縛而逸出金屬表面，形成電子發(fā)射。紫外管多用于紫外線測量、火焰監(jiān)測等。紫外線42、外光電元件紫外管當入射紫外線照射在紫外管陰極光電管光電管的陰極受到從光窗透進的光照射后，向真空發(fā)射光電子，這些光電子向陽極作加速運動，形成空間電子流，光電流的數(shù)值取決于陰極的靈敏度與光強。停止光照，外電路將無電流輸出。AKAK5光電管AKAK5K為光電陰極,A為光電陽極；D1、D2、D3…等若干個光電倍增極(又稱二次發(fā)射極)，涂有光敏物質(zhì)。光電倍增管光電倍增管的電流是逐級增加的。由于光電倍增管具有放大作用，因此適用做靈敏的弱光探測器。6K為光電陰極,A為光電陽極；D1、D2、D3…等若干個光電倍2、內(nèi)光電效應(yīng)當光照在物體上，使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象。分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)（光伏效應(yīng)）。72、內(nèi)光電效應(yīng)7光敏電阻：當光敏電阻受到光照時，

阻值減小。8光敏電阻：當光敏電阻受到光照時，8大面積光電池9大面積光電池9紅外發(fā)射、接收對管外形

紅外發(fā)射管紅外接收管10紅外發(fā)射、接收對管外形紅外發(fā)射管紅外接收管10光熱效應(yīng)光熱效應(yīng)：材料受光照射后，光子能量與晶格相互作用，振動加劇，溫度升高，材料的性質(zhì)發(fā)生變化．熱釋電效應(yīng)：介質(zhì)的極化強度隨溫度變化而變化，引起電荷表面電荷變化的現(xiàn)象．輻射熱計效應(yīng)：入射光的照射使材料由于受熱而造成電阻率變化的現(xiàn)象．溫差電效應(yīng)：由兩種材料制成的結(jié)點出現(xiàn)穩(wěn)差而在兩結(jié)點間產(chǎn)生電動勢，回路中產(chǎn)生電流．11光熱效應(yīng)光熱效應(yīng)：材料受光照射后，光子能量與晶格相互作用，振1212光電檢測器件光子器件熱電器件真空器件固體器件光電管光電倍增管真空攝像管變像管像增強管光敏電阻光電池光電二極管光電三極管光纖傳感器電荷耦合器件CCDCMOS熱電偶/熱電堆熱輻射計/熱敏電阻熱釋電探測器13光電檢測器件光子器件熱電器件真空器件固體器件光電管光敏電阻1CCD---ChargeCoupledDeviceCMOS---ComplementaryMetal-

OxideSemiconductorCIS（接觸式圖像傳感器）典型的光電探測器14CCD---ChargeCoupledDevice典型提到CCD與CMOS，不得不說到數(shù)碼相機。與傳統(tǒng)相機相比，傳統(tǒng)相機使用“膠卷”作為其記錄資訊的載體，而數(shù)碼相機的“膠卷”就是其成像感光器件，而且是與相機一體的，是數(shù)碼相機的心臟。感光器是數(shù)碼相機的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。數(shù)碼相機的發(fā)展道路，可以說就是感光器的發(fā)展道路。目前數(shù)碼相機的核心成像部件有兩種：一種是廣泛使用的CCD（電荷耦合）元件；另一種是CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）器件。15提到CCD與CMOS，不得不說到數(shù)碼相機。15數(shù)碼相機vs膠卷式相機1.經(jīng)過鏡頭光聚焦在CCD（CMOS）上2.CCD（CMOS）將光轉(zhuǎn)換成電信號3.經(jīng)處理器加工，記錄在記憶體上4.顯示器輸出或打印

1.經(jīng)過鏡頭光聚焦在膠片上2.膠片上的感光劑隨光發(fā)生化學變化3.變化了的感光劑膠片經(jīng)顯影液顯像4.呈現(xiàn)在相紙上16數(shù)碼相機vs膠卷式相機1.經(jīng)過鏡頭光聚焦在CCD（CMO相機(成像)原理17相機(成像)原理17181819192020數(shù)碼相機的「視網(wǎng)膜」CCD（ChargeCoupledDevice）

電荷耦合元件CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）互補性氧化金屬半導(dǎo)體可記錄光線變化的半導(dǎo)體21數(shù)碼相機的「視網(wǎng)膜」CCD（ChargeCoupledDCCD---ChargeCoupledDevice，電荷耦合元件CＣＤ上感光元件的表面具有儲存電荷的能力，以百萬像素〈megapixel〉為單位。光電轉(zhuǎn)換—當其表面感受到光線時，會將電荷反應(yīng)在元件上

22CCD---ChargeCoupledDevice，電荷耦合器件（ChargeCoupleDevice）是一種大規(guī)模金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）集成電路光電器件。它以電荷為信號，具有光電信號轉(zhuǎn)換、存儲、轉(zhuǎn)移和讀出信號電荷的功能。CCD自1970年問世以來，由于其獨特的性能而發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于航天、遙感、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、天文及通訊等軍用及民用領(lǐng)域信息存儲及信息處理等方面，尤其適用以上領(lǐng)域中的圖像獲取。

23電荷耦合器件（ChargeCoupleDevice）是一24241.CCD的結(jié)構(gòu)及工作原理CCD是由若干個電荷耦合單元組成的。其基本單元是MOS（金屬-氧化物-半導(dǎo)體）電容器。它以P型（或N型）半導(dǎo)體為襯底，上面覆蓋一層厚度約120nm的SiO2，再在SiO2表面依次沉積一層金屬電極而構(gòu)成MOS電容轉(zhuǎn)移器件。這樣一個MOS結(jié)構(gòu)稱為一個光敏元或一個像素。將MOS陣列加上輸入、輸出結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了CCD器件。

251.CCD的結(jié)構(gòu)及工作原理252626CCD的突出特點：是以電荷作為信號，而不同于其它大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號。它將光敏二極管陣列和讀出移位寄存器集成為一體，構(gòu)成具有自掃描功能的圖像傳感器。是一種金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）集成電路器件,基本功能是進行光電轉(zhuǎn)換電荷的存儲和電荷的轉(zhuǎn)移輸出。27CCD的突出特點：是以電荷作為信號，而不同于其它大多數(shù)器件是ＣＣＤ主要由三部分組成：信號輸入、電荷轉(zhuǎn)移、信號輸出。輸入部分：將信號電荷引入到ＣＣＤ的第一個轉(zhuǎn)移柵極下的勢阱中，稱為電荷注入。光注入：用于攝像機。用光敏元件代替輸入二極管。當光照射CCD硅片時，在柵極附近的半導(dǎo)體體內(nèi)產(chǎn)生電子—空穴對，其多數(shù)載流子被柵極電壓排開，少數(shù)載流子則被收集在勢阱中形成信號電荷。ＣＣＤ的工作原理28ＣＣＤ主要由三部分組成：信號輸入、電荷轉(zhuǎn)移、信號輸出。ＣＣＤ在ＣＣＤ柵極上施加按一定規(guī)律變化、大小超過閾值的電壓，則在半導(dǎo)體表面形成不同深淺的勢阱。勢阱用于存儲信號電荷，其深度同步于信號電壓變化，使阱內(nèi)信號電荷沿半導(dǎo)體表面?zhèn)鬏敚詈髲妮敵龆O管送出視頻信號。為了實現(xiàn)電荷的定向轉(zhuǎn)移，在CCD的MOS陣列上劃分成以幾個相鄰MOS電荷為一單元的循環(huán)結(jié)構(gòu)。一位CCD中含的MOS個數(shù)即為CCD的像素。29在ＣＣＤ柵極上施加按一定規(guī)律變化、大小超過閾值的電壓，則在半A、勢阱的產(chǎn)生

MOS的金屬電極加正壓，電極下的P型硅區(qū)域內(nèi)空穴被趕盡，留下帶負電荷的負離子，其中無導(dǎo)電的載流子，形成耗盡層。它是電子的勢阱。勢阱的深淺取決于U的大小。30A、勢阱的產(chǎn)生30B、電荷的存儲勢阱具有存儲電荷的功能，勢阱內(nèi)所吸收的光生電子數(shù)量與入射到勢阱附近的光強成正比。

CCD器件將物體的光像形成對應(yīng)的電像時，就是CCD器件中上千個相互獨立的MOS單元勢阱中存儲與光像對應(yīng)的電荷量。31B、電荷的存儲31C、電荷的輸出在輸出端P型硅襯底上擴散形成輸出二極管，二極管加反壓，在PN結(jié)形成耗盡層。輸出柵OG加壓使電荷轉(zhuǎn)移到二極管的耗盡區(qū)，作為二極管的少數(shù)載流子形成反向電流輸出。輸出電流的大小與電荷大小成正比，通過負載變?yōu)殡妷狠敵觥?2C、電荷的輸出在輸出端P型硅襯底上擴散形成輸出二極管，二極管勢阱的概念0481216UG=5VUG=10VUG=15VUG10V10V空勢阱填充1/3的勢阱全滿勢阱MOS電容存儲信號電荷的容量Q=COX?UG?

A33勢阱的概念0481216UG=5VUG=10VUG電荷耦合三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程③2V①10V②2V③2V存有電荷的勢阱34電荷耦合三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程③①②③存有電荷的勢阱3③2V①10V②210V③2V新勢阱三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程35③①②③新勢阱三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程35③2V①10V②10V③2V三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程36③①②③三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程36③2V①102V②10V③2V電荷移動三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程37③①②③電荷移動三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程37③2V①2V②10V③2V三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程38③①②③三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程38三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程2V10V110V2V210V2V339三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程2V10V110V2V210VCCD的特點體積小，可靠性高，壽命長?？臻g分辨率高，可以獲得很高的定位和測量精度。靈敏度高，動態(tài)范圍大，紅外敏感性強，信噪比高。高速掃描，基本上不保留殘象集成度高可用于非接觸精密尺寸測量系統(tǒng)。無像元燒傷、扭曲，不受電磁干擾。有數(shù)字掃描能力。像元的位置可由數(shù)字代碼確定，便于與計算機結(jié)合接口。40CCD的特點體積小，可靠性高，壽命長。40CCD的特性參數(shù)像素數(shù)量，CCD尺寸，最低照度，信噪比等像素數(shù)是指CCD上感光元件的數(shù)量。44萬（768*576）、100萬（1024*1024）、200萬（1600*1200）、600萬（2832*2128）信噪比：典型值為46分貝感光范圍—可見光、紅外41CCD的特性參數(shù)像素數(shù)量，CCD尺寸，最低照度，信噪比等41ＣＣＤ的類型線陣ＣＣＤ：光敏元排列為一行的稱為線陣，像元數(shù)從128位至5000位不等，由于生產(chǎn)廠家像元數(shù)的不同，市場上有數(shù)十種型號的器件可供選用。面陣CCD：器件像元排列為一平面，它包含若干行和列的結(jié)合。目前達到實用階段的像元數(shù)由25萬至數(shù)百萬個不等，按照片子的尺寸不同有1／3英寸、l／2英寸、2／3英寸以至1英寸之分。42ＣＣＤ的類型線陣ＣＣＤ：光敏元排列為一行的稱為線陣，像元數(shù)從線陣CCD：一行，掃描；體積小，價格低；

面陣CCD:整幅圖像；直觀；價格高，體積大；43線陣CCD：一行，掃描；體積小，價格低；

面陣CCD:整幅線陣CCD每次只拍攝圖像的一條線，這種CCD精度高，速度慢，無法用來拍攝移動的物體，也無法使用閃光燈。傳真機或掃描儀用的線性CCD每次捕捉一細長條的光影44線陣CCD每次只拍攝圖像的一條線，這種CCD精度高，速度慢，其他CCD柯達

DSC系列45其他CCD柯達DSC系列45彩色CCDCCD的像素本身只會對光的強度有反應(yīng)，對光的色彩則完全沒有分辨能力，所以單純CCD本身，只能拍得灰度的影像。如果要拍到彩色的影像，便要在CCD的每一個像素前加上三原色的濾鏡，使每一個光電體也只能接收和量度其中一種原色的光度強弱：R濾鏡可讓紅光通過；G濾鏡只讓綠光通過；B濾鏡則只準藍光通過。46彩色CCDCCD的像素本身只會對光的強度有反應(yīng)，對光的色彩CCD的三層結(jié)構(gòu)：

上：增光鏡片中：色塊網(wǎng)格

下：感應(yīng)線路

47CCD的三層結(jié)構(gòu)：

上：增光鏡片47面陣CCD處理色彩方法有二種：1、G-R-G-B（紅、綠、紅、綠）2、C-Y-G-M(青一黃一綠一洋紅)48面陣CCD處理色彩方法有二種：48CCD分別獲得了影像的三原色光度數(shù)據(jù)，但每格像素也只記錄著其中一種原色的訊號，所以要靠相機內(nèi)的「彩色插值」系統(tǒng)，利用旁邊其他的像素，為每個原色像素計算出其余兩色的資料。49CCD分別獲得了影像的三原色光度數(shù)據(jù)，但每格像素也只記錄著光敏元件放大器A/D轉(zhuǎn)換器存儲器數(shù)字信號處理器計算機接口電路CMOS圖像傳感器二、CMOS圖像傳感器

結(jié)構(gòu)簡單處理功能多成品率高價格低廉特點1969年（ComplementaryMetalOxideSemiconductor,CMOS）50光敏元件放大器A/D轉(zhuǎn)換器存儲器數(shù)字信號處理器計算機接口電路SEMImagingSystemPipeline51SEMImagingSystemPipeline51圖像傳感器從目標光通量到輸出電壓的信號路徑。這種變換接近線性的，并且由三個主要的參數(shù)控制，即外量子效率、積分時間（t）和轉(zhuǎn)化增益。52圖像傳感器從目標光通量到輸出電壓的信號路徑。這種變換接近線性CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體

）圖像傳感器出現(xiàn)于1969年,它是一種用傳統(tǒng)的芯片工藝方法將光敏元件、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器、數(shù)字信號處理器和計算機接口電路等集成在一塊硅片上的圖像傳感器件，它結(jié)構(gòu)簡單、處理功能多、成品率高和價格低廉，有著廣泛的應(yīng)用前景。

53CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）圖像傳感器出現(xiàn)于1969年1、CMOS傳感器原理541、CMOS傳感器原理54555556562、CMOS傳感器特性（1）光照特性CMOS傳感器的主要應(yīng)用也是圖像的采集，也要求能夠適應(yīng)更寬的光照范圍。因此也必須采用非線性的處理方法和自動調(diào)整曝光時間與自動增益等處理方法。結(jié)果與CCD相機一樣損失了光電轉(zhuǎn)換的線性，正因為此項，它也受限于灰度的測量。572、CMOS傳感器特性（1）光照特性CMOS（2）輸出特性CMOS圖像傳感器的突出優(yōu)點在于輸出特性，它可以部分輸出任意區(qū)域范圍內(nèi)的圖像。（并非所有CMOS傳感器都具有這個功能）。這個特性在跟蹤、尋的、搜索及室外拍照等的應(yīng)用前景非常之好。也是CCD傳感器所無法辦到的。58（2）輸出特性CMOS圖像傳感器的突出優(yōu)點在（3）光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)受半導(dǎo)體材料限制，同種硅材料的光譜響應(yīng)基本一致，與CCD的光譜響應(yīng)基本一致。（4）光敏單元的不均勻性光敏單元的不均勻性是CMOS圖像傳感器的弱項，因為它的光敏單元不像CCD那樣嚴格的在同一硅片上用同樣的制造工藝嚴格制造，因此遠不如CCD的光敏單元的一致性好，但是它內(nèi)部集成單元多，處理能力強能夠彌補這個缺陷。59（3）光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)受半導(dǎo)體材料限制，同一種集成電路制程，可在硅晶圓上制作出PMOS（P-channelMOSFET）和NMOS（N-channelMOSFET）元件，由于PMOS與NMOS在特性上為互補性，因此稱為CMOS。CMOS具有只有在電晶體需要切換啟動時才需耗能的優(yōu)點，因此非常省電且發(fā)熱少。60一種集成電路制程，可在硅晶圓上制作出PMOS（P-channCMOS圖像傳感器CMOS分為兩種：PassivePixelSensor---PPSActivePixelSensor---APS61CMOS圖像傳感器CMOS分為兩種：61CMOS成像器件的像敏單元結(jié)構(gòu)像敏單元結(jié)構(gòu)指每個成像單元的電路結(jié)構(gòu)，是CMOS圖像傳感器的核心組件。像敏單元結(jié)構(gòu)有兩種類型，即：被動像敏單元結(jié)構(gòu)------PPS主動像敏單元結(jié)構(gòu)------APS62CMOS成像器件的像敏單元結(jié)構(gòu)像敏單元結(jié)構(gòu)PPS的像素包括一個光敏二極管和一個行選擇MOS管。PPS(PassivePixelSensor)讀取器以錯列“旋轉(zhuǎn)快門”的方式每次執(zhí)行一行。63PPS的像素包括一個光敏二極管和一個行選擇MOS管。PPS在積分結(jié)束時，電荷經(jīng)由列陣的電荷/電壓放大器讀取。然后行陣中的放大器和光敏二極管在下行讀出開始之前重置。PPS的主要的優(yōu)勢是它較小的像素尺寸。缺點：其列讀取器讀取速度很慢，并且容易受到噪聲和干擾的影響。64在積分結(jié)束時，電荷經(jīng)由列陣的電荷/電壓放大器讀取。然后行陣中APS(ActivePixelSensor)漏極跟隨器T2復(fù)位管T1選通管T3FD(FloatingDiffusion)65APS(ActivePixelSensor)漏極跟隨器3-TAPS的像素場效應(yīng)管T1構(gòu)成光電二極管的負載，它的柵極接在復(fù)位信號線上，當復(fù)位脈沖到來時，T1導(dǎo)通，光電二極管被瞬時復(fù)位；復(fù)位晶體管源極跟隨器晶體管行選擇晶體管而當復(fù)位脈沖消失后，T1截止，光電二極管開始積分光信號。T2為源極跟隨器，它將光電二極管的高阻抗輸出信號進行電流放大。T3用做選址模擬開關(guān)，當選通脈沖到來時，T3導(dǎo)通，使被放大的光電信號輸送到列總線上。663-TAPS的像素場效應(yīng)管T1構(gòu)成光電二極管的負載，它的柵而4-TAPS結(jié)構(gòu)使用了一個鉸接二極管，它較3-TAPS的像素的基本結(jié)構(gòu)增加了一個傳輸門和一個懸浮式的擴散（FD）節(jié)點。在積分結(jié)束時，光敏二極管上的積聚電荷被轉(zhuǎn)移到FD節(jié)點。然后被轉(zhuǎn)移的電荷與3-T結(jié)構(gòu)一樣以電壓的方式讀取。光柵型有源像素結(jié)構(gòu)67而4-TAPS結(jié)構(gòu)使用了一個鉸接二極管，它較3-TAPSPassivePixelSensor由單個MOS管構(gòu)成列的選擇開關(guān)，讓位于每一行末端的放大器，能夠讀取行、列交會處的畫素所積存的電子訊號。優(yōu)點：電路簡單，不會占掉太多感光面積而影響到感測器的靈敏度（sensitivity），缺點：訊號輸出線路阻抗高，容易產(chǎn)生隨機噪聲（randomnoise），使影像品質(zhì)不佳。68PassivePixelSensor由單個MOS管構(gòu)成列PPS69PPS69ActivePixelSensor電路是由二個或二個以上的MOS管構(gòu)成具有放大功能的放大器。電荷信號在像素所在的地方，即被放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號，同時被放大后輸出至器件外部。解決了隨機噪聲的問題。不過由于放大器的線路會占用像素的感光面積，使器件的靈敏度降低；另外，像素上的放大器特性不容易做得嚴格一致，因此會產(chǎn)生所謂的固定圖案噪聲（fixedpatternnoise），時下大部分產(chǎn)品所用的CMOS為ActivePixelSensor。70ActivePixelSensor電路是由二個或二個以上APS71APS71CanonEOS350D數(shù)碼相機上CMOS元件72CanonEOS350D數(shù)碼相機上CMOS元件7CCD與CMOS感光元件結(jié)構(gòu)所有CMOS∕CCD陣列晶片都安裝了紅外線濾光鏡73CCD與CMOS感光元件結(jié)構(gòu)所有CMOS∕CCCCD與CMOS感光元件結(jié)構(gòu)透視CCD/CMOS分為三個區(qū)域，一個資料集結(jié)區(qū)，一條私家通路，一條公家通路74CCD與CMOS感光元件結(jié)構(gòu)透視CCD/CMOS在資料集結(jié)區(qū)之上有一塊聚焦透鏡

75在資料集結(jié)區(qū)之上有一塊聚焦透鏡7影像聚焦在資料集結(jié)區(qū)之后，資料會先送到私家通路76影像聚焦在資料集結(jié)區(qū)之后，資料再由私家通路送到公家通路，輸送至CPU作運算影像77再由私家通路送到公家通路，輸送CCDvsCMOSCCD、CMOS圖像傳感器都是利用硅光二極管（photo-diode）進行光、電的轉(zhuǎn)換。在相同解析度下，CMOS價格比CCD便宜，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像品質(zhì)相比CCD來說要低一些。78CCDvsCMOSCCD、CMOS圖像傳感器都是利用硅光先天構(gòu)造不同兩種圖像傳感器也有不同特點CCD：在信號處理的技術(shù)上，是在快門關(guān)閉之后 像素進行轉(zhuǎn)移動作，能順序地將每個像素 的電荷信號傳入緩沖器中，并由底端的線 路輸出至CCD旁的放大器進行放大，串行由ADC輸出；圖像處理過程較為復(fù)雜。CMOS：影像處理概念就比較簡單，是以像素連 接到ADC，光電轉(zhuǎn)化后直接將信號放大，再經(jīng)由總線移動至ADC中轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。79先天構(gòu)造不同兩種圖像傳感器也有不同特點79CMOS制程、量產(chǎn)良品率上優(yōu)于CCD與CCD相比之下，CMOS屬于半導(dǎo)體中常用的CMOS制程，容易實現(xiàn)邏輯電路在內(nèi)的SoC技術(shù)，CCD則是采用電荷傳遞的方式輸出信號，需要較為復(fù)雜的制造工藝。CCD有較好的感光度及畫質(zhì)解析度CMOS特性，因為在每一個畫素中都含有個A/D轉(zhuǎn)換電路（A/DConverter）及ADC放大器，因此，便影響到像素感光區(qū)域表面積的大小，如果以同樣尺寸的傳感器、大小一樣的像素，CCD感光度就優(yōu)于CMOS表現(xiàn)。

80CMOS制程、量產(chǎn)良品率上優(yōu)于CCD80噪聲干擾是CMOS最大缺點，CCD耗電量還須努力CMOS所產(chǎn)生的噪聲比較多，影像畫面效果就稍差一些。CCD電源設(shè)計是屬于被動輸出電壓方式，為了使像素中電荷能在平順移動的狀態(tài)下能讓圖像順利輸出，必須要外加12伏特（V）以上的電壓81噪聲干擾是CMOS最大缺點，CCD耗電量還須努力81CCDCMOS設(shè)計單一感光器感光器連結(jié)放大器靈敏度同樣面積下較高稍低成本較高低解析度高傳統(tǒng)技術(shù)低，新的技術(shù)擺脫面積限制噪聲單一放大器主控---低多元放大器，誤差大---高耗能比需外加電壓導(dǎo)出電荷---高低82CCDCMOS設(shè)計單一感光器感光器連結(jié)放大器靈敏度同樣面積下CMOS與CCD技術(shù)相比之下，有幾方面是十分出色的。

1.低耗電量使電池使用時間增長

2.低熱量可增長曝光時間，同時可使電子組件損耗減低

3.內(nèi)置感測快門可處理動態(tài)影像

4.攝取速度較CCD快83CMOS與CCD技術(shù)相比之下，有幾方面是對于CMOS來說，具大規(guī)模生產(chǎn)，且速度快、成本較低，CCD的停滯不前相比CMOS作為新生事物而展示出了蓬勃的活力。作為典型的圖像傳感器，CMOS以已經(jīng)有逐漸取代CCD的趨勢，并有希望在不久的將來成為主流的圖像傳感器。84對于CMOS來說，具大規(guī)模生產(chǎn)，且速度快、成本較低，CCD的長線陣CIS（接觸式圖像傳感器）由于技術(shù)上的限制，CCD無法采集超大幅的圖像。而CIS相機可以非常方便在應(yīng)用于超大幅圖像的采集。該相機為獨立的組件模塊，可方便地應(yīng)用于各種圖像掃描采集系統(tǒng)。CIS是一種基于CMOS技術(shù)的傳感器，由于結(jié)構(gòu)關(guān)系，CIS技術(shù)通常只用于掃描儀。CIS掃描儀將光源、聚焦鏡片及感應(yīng)器一同固定于一個外罩內(nèi)，不須調(diào)節(jié)、預(yù)熱，所以比CCD掃描儀起動快。CIS掃描儀體積比CCD掃描儀更小，而制造成本也更少。85長線陣CIS（接觸式圖像傳感器）由于技術(shù)上的限制，CCD無法產(chǎn)品指標：相機尺寸：700×100×200mm像元數(shù)：9500位像元密度：16位/mm分辨率：400dpi掃描范圍：650mm掃描速度：0.6ms/line

輸出接口：CameraLink接口86產(chǎn)品指標：86PMTPMT是最早出現(xiàn)的圖像傳感器，從五十年代發(fā)展到現(xiàn)在，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，是目前性能最好的傳感器。它就像一個圓柱體小燈泡，直徑約一寸，長度約二寸；內(nèi)置多個電極，將進入的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，即使很微弱的光線也可準確補捉。其最高動態(tài)范圍可達4.2，相對于其它類型只能達到3.2-3.6的傳感器，PMT要勝出不少；而且它非常耐用，可以運作十萬小時以上。但是由于其造價相當高，只能應(yīng)用于專業(yè)的印刷、出版業(yè)掃描儀及工程分析儀等。87PMTPMT是最早出現(xiàn)的圖像傳感器，從五十年代發(fā)展到現(xiàn)在，技

類似小燈泡的傳感器“PMT”88

類似小燈泡的傳感器“PMT”88超大像素相機相機的發(fā)展現(xiàn)狀：2000萬像素？？89超大像素相機相機的發(fā)展現(xiàn)狀：2000萬像素？？89美國國家航空航天局（NASA）特別研制的一部相機，通過線性CCD掃描實現(xiàn)超高的88000×44000分辨率照片，像素高達近40億，未壓縮的原文件大小達24G。

90美國國家航空航天局（NASA）特別研制的一部相機，通過線性C9191929293939494959596969797謝謝大家！

結(jié)語謝謝大家！結(jié)語典型光電檢測器件典型光電檢測器件典型光電檢測器件光電效應(yīng)光照射到物體表面上使物體發(fā)射電子、或?qū)щ娐拾l(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動勢等，這種因光照而引起物體電學特性發(fā)生改變統(tǒng)稱為光電效應(yīng)光電效應(yīng)包括外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)2典型光電檢測器件典型光電檢測器件典型光電檢測器件光電效應(yīng)光照光電效應(yīng)光照射到物體表面上使物體發(fā)射電子、或?qū)щ娐拾l(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動勢等，這種因光照而引起物體電學特性發(fā)生改變統(tǒng)稱為光電效應(yīng)光電效應(yīng)包括外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)100光電效應(yīng)光照射到物體表面上使物體發(fā)射電子、或?qū)щ娐拾l(fā)生變化、外光電效應(yīng)：物體受光照后向外發(fā)射電子——多發(fā)生于金屬和金屬氧化物內(nèi)光電效應(yīng)：物體受到光照后所產(chǎn)生的光電子只在物質(zhì)內(nèi)部而不會逸出物體外部——多發(fā)生在半導(dǎo)體內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)101外光電效應(yīng)：物體受光照后向外發(fā)射電子——多發(fā)生于金屬和金屬氧2、外光電元件紫外管當入射紫外線照射在紫外管陰極板上時，電子克服金屬表面對它的束縛而逸出金屬表面，形成電子發(fā)射。紫外管多用于紫外線測量、火焰監(jiān)測等。紫外線1022、外光電元件紫外管當入射紫外線照射在紫外管陰極光電管光電管的陰極受到從光窗透進的光照射后，向真空發(fā)射光電子，這些光電子向陽極作加速運動，形成空間電子流，光電流的數(shù)值取決于陰極的靈敏度與光強。停止光照，外電路將無電流輸出。AKAK103光電管AKAK5K為光電陰極,A為光電陽極；D1、D2、D3…等若干個光電倍增極(又稱二次發(fā)射極)，涂有光敏物質(zhì)。光電倍增管光電倍增管的電流是逐級增加的。由于光電倍增管具有放大作用，因此適用做靈敏的弱光探測器。104K為光電陰極,A為光電陽極；D1、D2、D3…等若干個光電倍2、內(nèi)光電效應(yīng)當光照在物體上，使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象。分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)（光伏效應(yīng)）。1052、內(nèi)光電效應(yīng)7光敏電阻：當光敏電阻受到光照時，

阻值減小。106光敏電阻：當光敏電阻受到光照時，8大面積光電池107大面積光電池9紅外發(fā)射、接收對管外形

紅外發(fā)射管紅外接收管108紅外發(fā)射、接收對管外形紅外發(fā)射管紅外接收管10光熱效應(yīng)光熱效應(yīng)：材料受光照射后，光子能量與晶格相互作用，振動加劇，溫度升高，材料的性質(zhì)發(fā)生變化．熱釋電效應(yīng)：介質(zhì)的極化強度隨溫度變化而變化，引起電荷表面電荷變化的現(xiàn)象．輻射熱計效應(yīng)：入射光的照射使材料由于受熱而造成電阻率變化的現(xiàn)象．溫差電效應(yīng)：由兩種材料制成的結(jié)點出現(xiàn)穩(wěn)差而在兩結(jié)點間產(chǎn)生電動勢，回路中產(chǎn)生電流．109光熱效應(yīng)光熱效應(yīng)：材料受光照射后，光子能量與晶格相互作用，振11012光電檢測器件光子器件熱電器件真空器件固體器件光電管光電倍增管真空攝像管變像管像增強管光敏電阻光電池光電二極管光電三極管光纖傳感器電荷耦合器件CCDCMOS熱電偶/熱電堆熱輻射計/熱敏電阻熱釋電探測器111光電檢測器件光子器件熱電器件真空器件固體器件光電管光敏電阻1CCD---ChargeCoupledDeviceCMOS---ComplementaryMetal-

OxideSemiconductorCIS（接觸式圖像傳感器）典型的光電探測器112CCD---ChargeCoupledDevice典型提到CCD與CMOS，不得不說到數(shù)碼相機。與傳統(tǒng)相機相比，傳統(tǒng)相機使用“膠卷”作為其記錄資訊的載體，而數(shù)碼相機的“膠卷”就是其成像感光器件，而且是與相機一體的，是數(shù)碼相機的心臟。感光器是數(shù)碼相機的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。數(shù)碼相機的發(fā)展道路，可以說就是感光器的發(fā)展道路。目前數(shù)碼相機的核心成像部件有兩種：一種是廣泛使用的CCD（電荷耦合）元件；另一種是CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）器件。113提到CCD與CMOS，不得不說到數(shù)碼相機。15數(shù)碼相機vs膠卷式相機1.經(jīng)過鏡頭光聚焦在CCD（CMOS）上2.CCD（CMOS）將光轉(zhuǎn)換成電信號3.經(jīng)處理器加工，記錄在記憶體上4.顯示器輸出或打印

1.經(jīng)過鏡頭光聚焦在膠片上2.膠片上的感光劑隨光發(fā)生化學變化3.變化了的感光劑膠片經(jīng)顯影液顯像4.呈現(xiàn)在相紙上114數(shù)碼相機vs膠卷式相機1.經(jīng)過鏡頭光聚焦在CCD（CMO相機(成像)原理115相機(成像)原理17116181171911820數(shù)碼相機的「視網(wǎng)膜」CCD（ChargeCoupledDevice）

電荷耦合元件CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）互補性氧化金屬半導(dǎo)體可記錄光線變化的半導(dǎo)體119數(shù)碼相機的「視網(wǎng)膜」CCD（ChargeCoupledDCCD---ChargeCoupledDevice，電荷耦合元件CＣＤ上感光元件的表面具有儲存電荷的能力，以百萬像素〈megapixel〉為單位。光電轉(zhuǎn)換—當其表面感受到光線時，會將電荷反應(yīng)在元件上

120CCD---ChargeCoupledDevice，電荷耦合器件（ChargeCoupleDevice）是一種大規(guī)模金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）集成電路光電器件。它以電荷為信號，具有光電信號轉(zhuǎn)換、存儲、轉(zhuǎn)移和讀出信號電荷的功能。CCD自1970年問世以來，由于其獨特的性能而發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于航天、遙感、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、天文及通訊等軍用及民用領(lǐng)域信息存儲及信息處理等方面，尤其適用以上領(lǐng)域中的圖像獲取。

121電荷耦合器件（ChargeCoupleDevice）是一122241.CCD的結(jié)構(gòu)及工作原理CCD是由若干個電荷耦合單元組成的。其基本單元是MOS（金屬-氧化物-半導(dǎo)體）電容器。它以P型（或N型）半導(dǎo)體為襯底，上面覆蓋一層厚度約120nm的SiO2，再在SiO2表面依次沉積一層金屬電極而構(gòu)成MOS電容轉(zhuǎn)移器件。這樣一個MOS結(jié)構(gòu)稱為一個光敏元或一個像素。將MOS陣列加上輸入、輸出結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了CCD器件。

1231.CCD的結(jié)構(gòu)及工作原理2512426CCD的突出特點：是以電荷作為信號，而不同于其它大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號。它將光敏二極管陣列和讀出移位寄存器集成為一體，構(gòu)成具有自掃描功能的圖像傳感器。是一種金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）集成電路器件,基本功能是進行光電轉(zhuǎn)換電荷的存儲和電荷的轉(zhuǎn)移輸出。125CCD的突出特點：是以電荷作為信號，而不同于其它大多數(shù)器件是ＣＣＤ主要由三部分組成：信號輸入、電荷轉(zhuǎn)移、信號輸出。輸入部分：將信號電荷引入到ＣＣＤ的第一個轉(zhuǎn)移柵極下的勢阱中，稱為電荷注入。光注入：用于攝像機。用光敏元件代替輸入二極管。當光照射CCD硅片時，在柵極附近的半導(dǎo)體體內(nèi)產(chǎn)生電子—空穴對，其多數(shù)載流子被柵極電壓排開，少數(shù)載流子則被收集在勢阱中形成信號電荷。ＣＣＤ的工作原理126ＣＣＤ主要由三部分組成：信號輸入、電荷轉(zhuǎn)移、信號輸出。ＣＣＤ在ＣＣＤ柵極上施加按一定規(guī)律變化、大小超過閾值的電壓，則在半導(dǎo)體表面形成不同深淺的勢阱。勢阱用于存儲信號電荷，其深度同步于信號電壓變化，使阱內(nèi)信號電荷沿半導(dǎo)體表面?zhèn)鬏?，最后從輸出二極管送出視頻信號。為了實現(xiàn)電荷的定向轉(zhuǎn)移，在CCD的MOS陣列上劃分成以幾個相鄰MOS電荷為一單元的循環(huán)結(jié)構(gòu)。一位CCD中含的MOS個數(shù)即為CCD的像素。127在ＣＣＤ柵極上施加按一定規(guī)律變化、大小超過閾值的電壓，則在半A、勢阱的產(chǎn)生

MOS的金屬電極加正壓，電極下的P型硅區(qū)域內(nèi)空穴被趕盡，留下帶負電荷的負離子，其中無導(dǎo)電的載流子，形成耗盡層。它是電子的勢阱。勢阱的深淺取決于U的大小。128A、勢阱的產(chǎn)生30B、電荷的存儲勢阱具有存儲電荷的功能，勢阱內(nèi)所吸收的光生電子數(shù)量與入射到勢阱附近的光強成正比。

CCD器件將物體的光像形成對應(yīng)的電像時，就是CCD器件中上千個相互獨立的MOS單元勢阱中存儲與光像對應(yīng)的電荷量。129B、電荷的存儲31C、電荷的輸出在輸出端P型硅襯底上擴散形成輸出二極管，二極管加反壓，在PN結(jié)形成耗盡層。輸出柵OG加壓使電荷轉(zhuǎn)移到二極管的耗盡區(qū)，作為二極管的少數(shù)載流子形成反向電流輸出。輸出電流的大小與電荷大小成正比，通過負載變?yōu)殡妷狠敵觥?30C、電荷的輸出在輸出端P型硅襯底上擴散形成輸出二極管，二極管勢阱的概念0481216UG=5VUG=10VUG=15VUG10V10V空勢阱填充1/3的勢阱全滿勢阱MOS電容存儲信號電荷的容量Q=COX?UG?

A131勢阱的概念0481216UG=5VUG=10VUG電荷耦合三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程③2V①10V②2V③2V存有電荷的勢阱132電荷耦合三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程③①②③存有電荷的勢阱3③2V①10V②210V③2V新勢阱三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程133③①②③新勢阱三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程35③2V①10V②10V③2V三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程134③①②③三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程36③2V①102V②10V③2V電荷移動三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程135③①②③電荷移動三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程37③2V①2V②10V③2V三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程136③①②③三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程38三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程2V10V110V2V210V2V3137三相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移過程2V10V110V2V210VCCD的特點體積小，可靠性高，壽命長?？臻g分辨率高，可以獲得很高的定位和測量精度。靈敏度高，動態(tài)范圍大，紅外敏感性強，信噪比高。高速掃描，基本上不保留殘象集成度高可用于非接觸精密尺寸測量系統(tǒng)。無像元燒傷、扭曲，不受電磁干擾。有數(shù)字掃描能力。像元的位置可由數(shù)字代碼確定，便于與計算機結(jié)合接口。138CCD的特點體積小，可靠性高，壽命長。40CCD的特性參數(shù)像素數(shù)量，CCD尺寸，最低照度，信噪比等像素數(shù)是指CCD上感光元件的數(shù)量。44萬（768*576）、100萬（1024*1024）、200萬（1600*1200）、600萬（2832*2128）信噪比：典型值為46分貝感光范圍—可見光、紅外139CCD的特性參數(shù)像素數(shù)量，CCD尺寸，最低照度，信噪比等41ＣＣＤ的類型線陣ＣＣＤ：光敏元排列為一行的稱為線陣，像元數(shù)從128位至5000位不等，由于生產(chǎn)廠家像元數(shù)的不同，市場上有數(shù)十種型號的器件可供選用。面陣CCD：器件像元排列為一平面，它包含若干行和列的結(jié)合。目前達到實用階段的像元數(shù)由25萬至數(shù)百萬個不等，按照片子的尺寸不同有1／3英寸、l／2英寸、2／3英寸以至1英寸之分。140ＣＣＤ的類型線陣ＣＣＤ：光敏元排列為一行的稱為線陣，像元數(shù)從線陣CCD：一行，掃描；體積小，價格低；

面陣CCD:整幅圖像；直觀；價格高，體積大；141線陣CCD：一行，掃描；體積小，價格低；

面陣CCD:整幅線陣CCD每次只拍攝圖像的一條線，這種CCD精度高，速度慢，無法用來拍攝移動的物體，也無法使用閃光燈。傳真機或掃描儀用的線性CCD每次捕捉一細長條的光影142線陣CCD每次只拍攝圖像的一條線，這種CCD精度高，速度慢，其他CCD柯達

DSC系列143其他CCD柯達DSC系列45彩色CCDCCD的像素本身只會對光的強度有反應(yīng)，對光的色彩則完全沒有分辨能力，所以單純CCD本身，只能拍得灰度的影像。如果要拍到彩色的影像，便要在CCD的每一個像素前加上三原色的濾鏡，使每一個光電體也只能接收和量度其中一種原色的光度強弱：R濾鏡可讓紅光通過；G濾鏡只讓綠光通過；B濾鏡則只準藍光通過。144彩色CCDCCD的像素本身只會對光的強度有反應(yīng)，對光的色彩CCD的三層結(jié)構(gòu)：

上：增光鏡片中：色塊網(wǎng)格

下：感應(yīng)線路

145CCD的三層結(jié)構(gòu)：

上：增光鏡片47面陣CCD處理色彩方法有二種：1、G-R-G-B（紅、綠、紅、綠）2、C-Y-G-M(青一黃一綠一洋紅)146面陣CCD處理色彩方法有二種：48CCD分別獲得了影像的三原色光度數(shù)據(jù)，但每格像素也只記錄著其中一種原色的訊號，所以要靠相機內(nèi)的「彩色插值」系統(tǒng)，利用旁邊其他的像素，為每個原色像素計算出其余兩色的資料。147CCD分別獲得了影像的三原色光度數(shù)據(jù)，但每格像素也只記錄著光敏元件放大器A/D轉(zhuǎn)換器存儲器數(shù)字信號處理器計算機接口電路CMOS圖像傳感器二、CMOS圖像傳感器

結(jié)構(gòu)簡單處理功能多成品率高價格低廉特點1969年（ComplementaryMetalOxideSemiconductor,CMOS）148光敏元件放大器A/D轉(zhuǎn)換器存儲器數(shù)字信號處理器計算機接口電路SEMImagingSystemPipeline149SEMImagingSystemPipeline51圖像傳感器從目標光通量到輸出電壓的信號路徑。這種變換接近線性的，并且由三個主要的參數(shù)控制，即外量子效率、積分時間（t）和轉(zhuǎn)化增益。150圖像傳感器從目標光通量到輸出電壓的信號路徑。這種變換接近線性CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體

）圖像傳感器出現(xiàn)于1969年,它是一種用傳統(tǒng)的芯片工藝方法將光敏元件、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器、數(shù)字信號處理器和計算機接口電路等集成在一塊硅片上的圖像傳感器件，它結(jié)構(gòu)簡單、處理功能多、成品率高和價格低廉，有著廣泛的應(yīng)用前景。

151CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）圖像傳感器出現(xiàn)于1969年1、CMOS傳感器原理1521、CMOS傳感器原理5415355154562、CMOS傳感器特性（1）光照特性CMOS傳感器的主要應(yīng)用也是圖像的采集，也要求能夠適應(yīng)更寬的光照范圍。因此也必須采用非線性的處理方法和自動調(diào)整曝光時間與自動增益等處理方法。結(jié)果與CCD相機一樣損失了光電轉(zhuǎn)換的線性，正因為此項，它也受限于灰度的測量。1552、CMOS傳感器特性（1）光照特性CMOS（2）輸出特性CMOS圖像傳感器的突出優(yōu)點在于輸出特性，它可以部分輸出任意區(qū)域范圍內(nèi)的圖像。（并非所有CMOS傳感器都具有這個功能）。這個特性在跟蹤、尋的、搜索及室外拍照等的應(yīng)用前景非常之好。也是CCD傳感器所無法辦到的。156（2）輸出特性CMOS圖像傳感器的突出優(yōu)點在（3）光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)受半導(dǎo)體材料限制，同種硅材料的光譜響應(yīng)基本一致，與CCD的光譜響應(yīng)基本一致。（4）光敏單元的不均勻性光敏單元的不均勻性是CMOS圖像傳感器的弱項，因為它的光敏單元不像CCD那樣嚴格的在同一硅片上用同樣的制造工藝嚴格制造，因此遠不如CCD的光敏單元的一致性好，但是它內(nèi)部集成單元多，處理能力強能夠彌補這個缺陷。157（3）光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)受半導(dǎo)體材料限制，同一種集成電路制程，可在硅晶圓上制作出PMOS（P-channelMOSFET）和NMOS（N-channelMOSFET）元件，由于PMOS與NMOS在特性上為互補性，因此稱為CMOS。CMOS具有只有在電晶體需要切換啟動時才需耗能的優(yōu)點，因此非常省電且發(fā)熱少。158一種集成電路制程，可在硅晶圓上制作出PMOS（P-channCMOS圖像傳感器CMOS分為兩種：PassivePixelSensor---PPSActivePixelSensor---APS159CMOS圖像傳感器CMOS分為兩種：61CMOS成像器件的像敏單元結(jié)構(gòu)像敏單元結(jié)構(gòu)指每個成像單元的電路結(jié)構(gòu)，是CMOS圖像傳感器的核心組件。像敏單元結(jié)構(gòu)有兩種類型，即：被動像敏單元結(jié)構(gòu)------PPS主動像敏單元結(jié)構(gòu)------APS160CMOS成像器件的像敏單元結(jié)構(gòu)像敏單元結(jié)構(gòu)PPS的像素包括一個光敏二極管和一個行選擇MOS管。PPS(PassivePixelSensor)讀取器以錯列“旋轉(zhuǎn)快門”的方式每次執(zhí)行一行。161PPS的像素包括一個光敏二極管和一個行選擇MOS管。PPS在積分結(jié)束時，電荷經(jīng)由列陣的電荷/電壓放大器讀取。然后行陣中的放大器和光敏二極管在下行讀出開始之前重置。PPS的主要的優(yōu)勢是它較小的像素尺寸。缺點：其列讀取器讀取速度很慢，并且容易受到噪聲和干擾的影響。162在積分結(jié)束時，電荷經(jīng)由列陣的電荷/電壓放大器讀取。然后行陣中APS(ActivePixelSensor)漏極跟隨器T2復(fù)位管T1選通管T3FD(FloatingDiffusion)163APS(ActivePixelSensor)漏極跟隨器3-TAPS的像素場效應(yīng)管T1構(gòu)成光電二極管的負載，它的柵極接在復(fù)位信號線上，當復(fù)位脈沖到來時，T1導(dǎo)通，光電二極管被瞬時復(fù)位；復(fù)位晶體管源極跟隨器晶體管行選擇晶體管而當復(fù)位脈沖消失后，T1截止，光電二極管開始積分光信號。T2為源極跟隨器，它將光電二極管的高阻抗輸出信號進行電流放大。T3用做選址模擬開關(guān)，當選通脈沖到來時，T3導(dǎo)通，使被放大的光電信號輸送到列總線上。1643-TAPS的像素場效應(yīng)管T1構(gòu)成光電二極管的負載，它的柵而4-TAPS結(jié)構(gòu)使用了一個鉸接二極管，它較3-TAPS的像素的基本結(jié)構(gòu)增加了一個傳輸門和一個懸浮式的擴散（FD）節(jié)點。在積分結(jié)束時，光敏二極管上的積聚電荷被轉(zhuǎn)移到FD節(jié)點。然后被轉(zhuǎn)移的電荷與3-T結(jié)構(gòu)一樣以電壓的方式讀取。光柵型有源像素結(jié)構(gòu)165而4-TAPS結(jié)構(gòu)使用了一個鉸接二極管，它較3-TAPSPassivePixelSensor由單個MOS管構(gòu)成列的選擇開關(guān)，讓位于每一行末端的放大器，能夠讀取行、列交會處的畫素所積存的電子訊號。優(yōu)點：電路簡單，不會占掉太多感光面積而影響到感測器的靈敏度（sensitivity），缺點：訊號輸出線路阻抗高，容易產(chǎn)生隨機噪聲（randomnoise），使影像品質(zhì)不佳。166PassivePixelSensor由單個MOS管構(gòu)成列PPS167PPS69ActivePixelSensor電路是由二個或二個以上的MOS管構(gòu)成具有放大功能的放大器。電荷信號在像素所在的地方，即被放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號，同時被放大后輸出至器件外部。解決了隨機噪聲的問題。不過由于放大器的線路會占用像素的感光面積，使器件的靈敏度降低；另外，像素上的放大器特性不容易做得嚴格一致，因此會產(chǎn)生所謂的固定圖案噪聲（fixedpatternnoise），時下大部分產(chǎn)品所用的CMOS為ActivePixelSensor。168ActivePixelSensor電路是由二個或二個以上APS169APS71CanonEOS350D數(shù)碼相機上CMOS元件170CanonEOS350D數(shù)碼相機上CMOS元件7CCD與CMOS感光元件結(jié)構(gòu)所有CMOS∕CCD陣列晶片都安裝了紅外線濾光鏡171CCD與CMOS感光元件結(jié)構(gòu)所有CMOS∕CCCCD與CMOS感光元件結(jié)構(gòu)透視CCD/CMOS分為三個區(qū)域，一個資料集結(jié)區(qū)，一條私家通路，一條公家通路172CCD與CMOS感光元件結(jié)構(gòu)透視CCD/CMOS在資料集結(jié)區(qū)之上有一塊聚焦透鏡

173在資料集結(jié)區(qū)之上有一塊聚焦透鏡7影像聚焦在資料集結(jié)區(qū)之后，資料會先送到私家通路174影像聚焦在資料集結(jié)區(qū)之后，資料再由私家通路送到公家通路，輸送至CPU作運算影像175再由私家通路送到公家通路，輸送