CMOS图像传感器——概述

一、概述

        图像传感器是把光学图像信息转换成电信号的器件。图像传感器是随着电视技术在20世纪30年代发展起来的，早期图像传感器技术的最重要贡献在于建立了扫描（Scan）的概念，用扫描的方法把二维空间平面上的光电信息离散成行（Line）和帧（Frame），然后按空间顺序读出形成在一维时间轴上变化的电信号。这个一维的电信号经过存储和传输，再用扫描的方式还原重建二维平面图像。扫描概念一直被沿用至今。

        1968-1969年就有论文设想在硅光电二极管上集成晶体管有源器件实现有源像素，然后用常规的电子电路方式转换读出像素阵列上的图像信息。但是当时半导体集成电路技术还在起步阶段，难以实现这样复杂精细的工艺。经过20世纪80年代发展，互补金属氧化物半导体CMOS技术得到飞速进步，CMOS集成电路不但在集成规模上进入超大规模阶段，而且在模拟和数字集成电路技术两个方面都日臻精良完善。早期的有源像素设想，终于在20世纪90年代实现CMOS图像传感器上。。经过几十年的改进和发展，借助CMOS微电子工艺的不断进步，CMOS图像传感器已经成为图像传感器领域的主流技术，并且极大地推动了数字图像技术在当今世界上的飞速发展。

        CMOS图像传感器最重要的特点就是在像素阵列中采用了有源像素传感器（Active Pixel Sensor，APS）。APS像素上集成了光电二极管（PD）、有源的晶体管开关和放大电路，通过这些有源电路在每个像素上已经完成了电荷-电压的转换，并放大成有驱动能力的信号电压。然后用常规的电子电路方法把像素信号切换到传感器外面，实现图像信号的扫描输出。

        CMOS图像传感器的第二个重要的特点是用CMOS集成半导体工艺