第1章 引言 1
1.1 综述 1
1.2 CMOS图像传感器的简史 1
1.3 智能CMOS图像传感器发展简史 4
1.4 本书的内容安排 6
第2章 CMOS图像传感器技术基础 8
2.1 概述 8
2.2 光电探测器的基本原理 9
2.2.1 吸收系数 9
2.2.2 少数载流子的行为 9
2.2.3 灵敏度和量子效率 11
2.3 智能CMOS图像传感器中的光电探测器 12
2.3.1 PN结光电二极管 12
2.3.2 光电门 18
2.3.3 光电晶体管 18
2.3.4 雪崩光电二极管 19
2.3.5 光电导探测器 19
2.4 PD的积累模式 20
2.4.1 积累模式下的电势变化 20
2.4.2 势垒描述 21
2.4.3 PD中光生载流子的运动 22
2.5 基本像素结构 24
2.5.1 无源像素传感器 24
2.5.2 3T-APS有源像素传感器 26
2.5.3 4T-APS有源像素传感器 27
2.6 传感器的外设 29
2.6.1 寻址 29
2.6.2 读出电路 31
2.6.3 模拟-数字转换器 32
2.7 传感器的基本特性 33
2.7.1 噪声 33
2.7.2 动态范围 35
2.7.3 速度 35
2.8 色彩 35
2.9 像素共享 36
2.10 像素结构比较 37
2.11 与CCD的比较 38
第3章 智能功能和材料 40
3.1 简介 40
3.2 像素结构 40
3.2.1 电流模式 41
3.2.2 对数传感器 42
3.3 模拟域操作 43
3.3.1 WTA模式 43
3.3.2 映射 44
3.3.3 电阻网络 44
3.4 脉冲调制 46
3.4.1 脉冲宽度调制 47
3.4.2 脉冲频率调制 47
3.5 数字处理 52
3.6 硅以外的材料 53
3.6.1 绝缘体上硅 53
3.6.2 扩展检测波长 55
3.7 非标准CMOS技术结构 57
3.7.1 3D集成 57
3.7.2 集成光发射器 57
3.7.3 通过非标准结构实现颜色识别 59
第4章 智能成像 62
4.1 简介 62
4.2 低光成像 63
4.2.1 低光成像中的主动复位 64
4.2.2 PFM在低光成像中的应用 64
4.2.3 差分APS 65
4.2.4 采用Geiger模式APD的智能CMOS图像传感器 66
4.3 高速度 66
4.3.1 全局快门 66
4.4 宽动态范围 67
4.4.1 宽动态范围的原理 67
4.4.2 双重敏感性 68
4.4.3 非线性响应 69
4.4.4 多次采样 70
4.4.5 饱和探测 72
4.4.6 亮度扩散 73
4.5 解调 73
4.5.1 解调的原理 73
4.5.2 相关法 74
4.5.3 双电荷存储区法 75
4.6 三维测距 78
4.6.1 时差测距 79
4.6.2 三角测距 82
4.6.3 关键值深度法 83
4.7 目标追踪 84
4.7.1 用于目标追踪的最大值检测法 85
4.7.2 用于目标追踪的投影法 85
4.7.3 基于电阻网络及其他模拟处理的目标追踪 85
4.7.4 基于数字处理的目标追踪 85
4.8 像素与光学系统的专用装置 87
4.8.1 非正交排列 87
4.8.2 专用光学系统 90
第5章 应用 93
5.1 引言 93
5.2 信息和通信应用 93
5.2.1 光学识别标签 93
5.2.2 无线光通信 99
5.3 生物技术的应用 104
5.3.1 多模式功能的智能图像传感器 105
5.3.2 结合MEMS技术电位成像 107
5.3.3 光学和电化学成像的智能CMOS传感器 108
5.3.4 荧光探测 110
5.4 医学上的应用 114
5.4.1 胶囊型内窥镜 114
5.4.2 视网膜假体 115
附录A 常量表 123
附录B 光照度 124
附录C 人眼和CMOS图像传感器 127
附录D MOS电容的基本特性 129
附录E MOSFET的基本特性 131
附录F 光学格式和分辨率 134
参考文献 135