什么是 CMOS 傳感器？

CMOS 傳感器是用于數(shù)碼相機等攝影設(shè)備的圖像傳感器。傳感器表面排列有大量的光接收元件，每個光接收元件接收到的光被轉(zhuǎn)換成電荷。電荷通過放大器被轉(zhuǎn)換成取決于光強度的電壓由CMOS制成的電路，或者可以作為電流取出。

過去，CCD傳感器被用作主流圖像傳感器。CCD傳感器的特點是電荷由CCD傳輸并通過浮動擴散放大器(FDA)轉(zhuǎn)換成電壓的結(jié)構(gòu)。

CCD傳感器在靈敏度、信噪比、低暗電流等方面比CMOS傳感器具有優(yōu)勢，但需要更復雜的電源配置，不可避免的拖尾，并且需要特殊的制造工藝，缺點包括無法使用CMOS LSI生產(chǎn)設(shè)備。最近，在減少 CMOS 傳感器中暗電流影響和提高信噪比的方法方面取得了進展，使 CMOS 傳感器成為圖像傳感器的支柱。

CMOS傳感器的應(yīng)用

過去，CMOS 傳感器用于安裝在智能手機和平板電腦中的攝像頭，因為它們的制造成本低廉。另一方面，低噪聲的CCD傳感器主要用于要求高圖像質(zhì)量的單反相機和攝像機。

然而，隨著 CCD 傳感器的噪聲消除方法的發(fā)展，CCD 傳感器逐漸被 CMOS 傳感器取代，因為它們不再導致 CCD 傳感器存在的拖影和光暈問題，并且現(xiàn)在已用于所有成像設(shè)備。被用作元素。

CMOS傳感器原理

圖像傳感器的基本功能是通過其表面排列的大量受光元件接收光線時產(chǎn)生的電荷進行累積和轉(zhuǎn)移，將其轉(zhuǎn)換為電壓或電流并輸出。CCD 和 CMOS 傳感器都有這一點。

兩者之間的主要區(qū)別在于電荷轉(zhuǎn)移機制。CCD傳感器具有作為形成為網(wǎng)格圖案的光接收元件的光電二極管，并且電荷可以暫時存儲在光電二極管的N型區(qū)域中。

垂直CCD安裝在該光電二極管附近，每個光電二極管在一定時間內(nèi)積累的所有電荷同時傳輸?shù)酱怪盋CD。電荷依次傳輸并傳送至水平 CCD。

水平CCD依次將從垂直CCD轉(zhuǎn)移的電荷轉(zhuǎn)移到FDA。FDA根據(jù)電荷量輸出電壓，因此電壓輸出對應(yīng)于照射到光電二極管的光強度。如上所述，CCD傳感器順序輸出所有光電二極管的電荷量。

另一方面，CMOS傳感器配備有作為每個光接收元件的光電二極管、放大其輸出的放大器以及將放大器輸出連接到信號線的開關(guān)元件。對每個光電二極管執(zhí)行。Masu。

利用這種配置，CMOS傳感器可以通過組合水平掃描信號和垂直掃描信號來指定各個光電二極管，并根據(jù)電荷量提取電壓或電流。因此，您可以選擇任何光電二極管并讀出信號。

由于這些結(jié)構(gòu)差異，CMOS 傳感器的優(yōu)點是能夠通過將信號限制在必要的區(qū)域來高速讀出信號，并且不會產(chǎn)生 CCD 傳輸噪聲。此外，CCD傳感器無法避免由于噪聲成分流入CCD而導致的拖尾現(xiàn)象，而CMOS傳感器則不能。

CMOS傳感器結(jié)構(gòu)

CMOS傳感器將作為光接收元件的光電二極管與放大器和開關(guān)元件組合，并且進一步集成大量這些元件。光電二極管的制造工藝特殊，與晶體管不同，但其他部件與CMOS LSI完全相同，因此與CCD相比，其優(yōu)勢在于可以使用CMOS制造設(shè)備。

關(guān)于光電二極管的放置也有新的進展。這是一種背照式結(jié)構(gòu)，其中光電二極管放置在形成放大器和開關(guān)元件等電路的前表面的背面。光電二極管和電路通過內(nèi)部接線連接。雖然制造工藝較為復雜，但光電二極管可以無間隙排列，這尤其提高了集光效率。

另外，CMOS傳感器內(nèi)部的電路采用單電源供電，所以基本上只需要一個3.3V左右的電源，但CCD傳感器向CCD提供多個電壓，這是傳輸路徑，這增加了復雜性電源配置。CMOS傳感器在功耗方面也具有優(yōu)勢。

有關(guān) CMOS 傳感器的其他信息

1. CMOS傳感器分享

在CCD傳感器鼎盛時期，索尼占據(jù)著壟斷的市場份額，但現(xiàn)在CMOS傳感器已經(jīng)占據(jù)中心地位，并且主要用途轉(zhuǎn)向智能手機，索尼的市場份額正在逐漸下降。研究結(jié)果顯示，2021年圖像傳感器市場份額為價值領(lǐng)先者索尼為45%，三星為26%，豪威科技為11%，位居第三。

2. CMOS傳感器尺寸

CMOS 圖像傳感器有多種尺寸可供選擇，從大到小。
以佳能的CMOS圖像傳感器為例，圖像傳感器有六種不同尺寸的類型：

• 35 毫米全尺寸（約 36 毫米 x 24 毫米）

• APS-H 尺寸（約 29 毫米 x 19 毫米）

• APS-C尺寸（約22mm x 15mm）
  但是不向普通大眾出售，似乎僅限于與自己的相機一起使用。

• 1英尺

• 2/3英寸

• 1/1.8英寸

一般來說，在像素數(shù)量相同的情況下，傳感器尺寸越大，圖像質(zhì)量越好。另外，光圈越大，靈敏度越好。