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关于图像传感器论文范文资料 与低照度CMOS图像传感器技术有关论文参考文献

版权:原创标记原创 主题:图像传感器范文 科目:论文目录 2024-03-08

《低照度CMOS图像传感器技术》:本论文为您写图像传感器毕业论文范文和职称论文提供相关论文参考文献,可免费下载。

摘 要:互补金属氧化物半导体(CMOS)是目前电压控制的一种放大器件,在CMOS图像传感器中扮演着重要的角色,尤其是由其所构成的图像传感器具有良好的经济性、功耗低、体积小等优势,更是成为今后固定微光器件发展的主流趋势.本文将从光电二极管灵敏度增强技术、像元面积优化技术、微光楔技术、长时间积分技术、低噪声技术围绕低照度CMOS图像传感器技术展开研究,旨在为其更好的应用提供帮助.

关键词:低照度;互补金属氧化物半导体;图像传感器

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.251

0 前言

尽管微光成像技术已经在当前多个领域得到了广泛的应用,但是因真空微光器件仍然为其主流,使得夜视成像效果欠佳,所以提高图像传感器的灵敏度、获得更加高清的可见光图像成为当务之急.CMOS图像传感器为CMOS电路与图像传感技术的有机结合,自上个世纪末诞生以来得到了跨越式发展.由于其能够独立完成复杂的光电信号处理,将其应用于图像传感技术中可满足上述要求.因而本文针对低照度CMOS图像传感器技术展开的研究具有重要的现实意义.

1 光电二极管灵敏度增强技术研究

灵敏度为衡量低照度CMOS图像传感器应用价值的重要参照指标,在实际应用中灵敏度受到量子效率和光敏面面积大小等因素制约,可见光的波长一般在770纳米~390纳米之间,其穿透深度与波长存在着密切的关联性,一般情况下可见光波长越大,其穿透深度越深[1].所以通过加深光电二极管结构区域则能够实现提高波长较长的可见光光子吸收效率,从而产生冲击力更强的光电流信号.当前普遍开展的光电二极管灵敏度增强技术的研究正是基于此点内容而开展的.

2 像元面积优化技术研究

上文已经叙述,灵敏度与光敏面面积大小息息相关,换而言之低照度CMOS图像传感器中像元感光面积亦能够直接影响图像传感器的灵敏度,所以提高像元感光面积成为提升低照度CMOS图像传感器灵敏度最直接、最有效的手段之一.但是要想实现该目的却需要注意一下几个前提:首先,像元面积的增大势必会导致整个芯片面积以及光学系统体积的增大,成本随之提高.另一方面,像元面积的增大还会导致整个元器件尺寸以及所处位置发生改变,此时就需要重新对整个低照度CMOS图像传感器进行优化设计,所以此方面内容将会成为今后研究的重要内容之一.

3 微光楔技术研究

低照度CMOS图像传感器整合了大量的信号处理器,使得多路功能得到了显著增强,但是随之而来的问题则是填充因子数量不足,使得其仅能够维持在30%左右,此时灵敏度处于一个较低的问题,也是限制低照度CMOS图像传感器进一步在多个领域使用的关键因素之一.基于此,本文认为提高填充因子将可以直接解决该问题,而具体的举措可通过以下两种手段实现:其一,将微透镜置入光敏面上移增强入射光的能量聚焦,借助于微透镜所具有的反射功能、透射损失率的优势来提高填充因子数量,可将其由原来的30%提升至70%.其二,利用微光楔技术.该技术充分利用了反射技术,利用高反射率将照射入像元面积的可见光经反射以进入光点二极管的光敏面之中,从而大幅增加了低照度CMOS图像传感器的可见光量子利用率,在理论上该技术能够将填充因子提高至100%且不会增加传感器元器件体积,所以本文着重推荐应用微光楔技术.

4 长时间积分技术研究

低照度CMOS图像传感器突出的优势在于能够于像元内对接收到的光线信号进行处理,而光电流积分则是当前提高输出光电信号幅度和降低信噪比最有效的手段.鉴于其主要是通过利用帧时间实现上述目的,所以提高延长光电流积分时间在理论上有助于提高光电信号的输出幅度,比如一般情况下的低照度CMOS图像传感器帧频在50Hz,帧时间20ms,此时间已经涵盖了积分时间和读出时间且二者之间存在着明显的互补性,若是将读出时间降低至100μs以下,则积分时间随之延长,在理论上可达到19.9ms极限数值[2].

5 低噪声技术研究

上述光电二极管灵敏度增强技术、像元面积优化技术、微光楔技术、长时间积分技术的研究主要是基于提高输出信号幅度视角出发,但是不可否认的是低照度CMOS图像传感器在运行时信噪比亦会对其带来严重影响,所以提高信噪比显得尤为重要.既往采取的优化电路设计能够收获一定的降噪效果,但是在实际应用中因研发成本较高并不具有推广使用价值.为此,本文建议可从低噪声技术着手,利用列级信号处理的方式来实现提高低照度CMOS图像传感器信噪比的目的,即:将高增益的列级放大器与多重采样技术有机结合,在获得更为理想的输出信号时有效抑制由此所带来的噪声,从而将信噪比控制在亚电子数噪声水平.由于其电压增益在1以下,晶体管产生的噪声被电路增益抑制[3].此项技术在2012年就已经得到了实际验证,低照度CMOS图像传感器获取的影响更为清晰,所以将其广泛推广使用已经具备了较高的可操作性及可行性.

6 结论

综上所述,低照度CMOS图像传感器所具有的优势将会日益凸显,但是其在实际应用中所暴露出的输出信号幅度及信噪比低的问题同样不容忽视,而上述两个问题也是限制低照度CMOS图像传感器获取的夜间成像效果欠佳的“罪魁祸首”,因此本文在提高输出信号幅度中着重分析了光电二极管灵敏度增强技术、像元面积优化技术、微光楔技术、长时间积分技术,旨在大幅提高输出信号幅度,以获取更为理想的成像效果.而在提高信噪比方面则是着重围绕低噪声技术加以分析,最终认定上述五种技术的研究有助于提高低照度CMOS图像传感器的实际应用价值,值得推廣使用.

参考文献:

[1]王祖军,刘静,薛院院等.CMOS图像传感器总剂量辐照效应及加固技术研究进展[J].半导体光电,2017,05(01):1-7.

[2]黄洛俊,康恒,程嵩等.超临界CO_2清洗技术在CMOS图像传感器中的应用[J].微纳电子技术,2017,11(04):273-278.

[3]闻超,韩本光,汪西虎等.一种CMOS图像传感器4T-APS像素电路线性化技术[J].微电子学与计算机,2016,24(02):31-33.

图像传感器论文参考资料:

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