กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 13 นาที

เซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟ

เซนเซอร์ แบบพิกเซลแอคที ฟ ( APS ) คือ เซนเซอร์รับภาพ ที่แต่ละหน่วยเซลล์เซนเซอร์ พิกเซล มี โฟโตดีเทคเตอร์ (โดยทั่วไปคือ โฟโตไดโอดแบบพิน ) และ ทรานซิสเตอร์แอคทีฟ หนึ่งตัวหรือมากกว่า...

เซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟ

เซ็นเซอร์ภาพCMOS แบบแอคทีฟพิกเซล

เซนเซอร์แบบพิกเซลแอคที ( APS ) คือเซนเซอร์รับภาพที่แต่ละหน่วยเซลล์เซนเซอร์พิกเซล มี โฟโตดีเทคเตอร์ (โดยทั่วไปคือโฟโตไดโอดแบบพิน ) และทรานซิสเตอร์แอคทีฟ หนึ่งตัวหรือมากกว่า [ 1 ] [ 2 ]เซนเซอร์ APS ใช้ใน เทคโนโลยี กล้องดิจิทัลเช่นกล้องโทรศัพท์มือถือกล้องเว็บแคม กล้องดิจิทัลพกพาสมัยใหม่ส่วนใหญ่กล้องสะท้อนภาพเลนส์เดี่ยวแบบดิจิทัล (DSLR) ส่วนใหญ่ กล้องมิเรอร์เลสแบบเปลี่ยนเลนส์ได้ (MILC) [ 3 ]และการถ่ายภาพแบบไร้เลนส์เช่น สำหรับเซลล์เม็ดเลือด

ใน เซนเซอร์แบบแอคทีฟพิกเซลชนิด โลหะ-ออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์ (MOS) ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็ก MOS (MOSFET) ถูกใช้เป็นตัวขยายสัญญาณ เซนเซอร์แบบแอคทีฟพิกเซลมีหลายประเภท รวมถึงเซนเซอร์แบบแอคทีฟพิกเซลชนิด NMOS ในยุคแรก และ เซนเซอร์แบบแอคทีฟพิกเซลชนิด CMOS ( Complementary MOS ) ซึ่งเป็นที่นิยมมากกว่าในปัจจุบัน หรือที่รู้จักกันในชื่อเซนเซอร์ CMOSเซนเซอร์ CMOS เกิดขึ้นมาเพื่อเป็นทางเลือกแทน เซนเซอร์รับภาพแบบ CCD ( Charge-Coupled Device ) และในที่สุดก็มียอดขายแซงหน้าเซนเซอร์ CCD ในช่วงกลางทศวรรษ 2000

คำว่าเซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟยังใช้เพื่ออ้างถึงเซ็นเซอร์พิกเซลแต่ละตัวด้วย ซึ่งแตกต่างจากอาร์เรย์ของเซ็นเซอร์พิกเซลเหล่านั้นที่เรียกว่า เซ็นเซอร์ภาพ ในกรณีนี้ บางครั้งเซ็นเซอร์ภาพจะถูกเรียกว่าอิมเมจเจอร์เซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟ[ ​​4 ]หรือเซ็นเซอร์ภาพพิกเซลแอคทีฟ[ ​​5 ]

ประวัติศาสตร์

พื้นหลัง

ในระหว่างการวิจัยเทคโนโลยีโลหะออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์ (MOS) วิลลาร์ด บอยล์และจอร์จ อี. สมิธ ค้นพบว่าประจุไฟฟ้าสามารถเก็บไว้ในตัวเก็บประจุ MOS ขนาดเล็กได้ ซึ่งกลายเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของอุปกรณ์ CCDที่พวกเขาคิดค้นขึ้นในปี พ.ศ. 2512 [ 6 ] [ 7 ]

หนึ่งในความท้าทายหลักของเทคโนโลยี CCD คือการพึ่งพาการถ่ายโอนประจุที่เกือบสมบูรณ์แบบในระหว่างการอ่านค่า ข้อจำกัดนี้ส่งผลให้เกิดข้อเสียหลายประการ ได้แก่ ความทนทานต่อรังสีค่อนข้างต่ำ ประสิทธิภาพต่ำในสภาวะแสงน้อย ความยากลำบากในการผลิตอาร์เรย์ขนาดใหญ่ การบูรณาการกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนชิป มีจำกัด ประสิทธิภาพลดลงที่อุณหภูมิต่ำ ข้อจำกัดที่อัตราเฟรมสูงและความท้าทายในการผลิตโดยใช้วัสดุที่ไม่ใช่ซิลิคอนเพื่อขยายการตอบสนองความยาวคลื่น[ 1 ]

ที่ห้องปฏิบัติการ RCAทีมวิจัยซึ่งรวมถึงPaul K. Weimer , WS Pike และ G. Sadasiv ในปี 1969 ได้เสนอ เซนเซอร์ภาพ โซลิดสเตทที่มีวงจรการสแกนโดยใช้ทรานซิสเตอร์ฟิล์มบาง (TFT) โดย ใช้ ฟิล์มนำไฟฟ้าแบบโฟโตดีเทคเตอร์ สำหรับโฟโตดีเทคเตอร์ [ 8 ] [ 9 ] Richard F. Lyonได้สาธิต เครื่องสร้างภาพ MOSFET แบบ N-channel (NMOS) ความละเอียดต่ำ "ส่วนใหญ่เป็นดิจิทัล" พร้อมการขยายสัญญาณภายในพิกเซลสำหรับ การใช้งาน เมาส์แบบออปติ คอล ในปี 1981 [ 10 ]เทคโนโลยีเซนเซอร์ภาพอีกประเภทหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับ APS คืออาร์เรย์ระนาบโฟกัสอินฟราเรดแบบไฮบริด (IRFPA) [ 1 ]ซึ่งออกแบบมาเพื่อทำงานที่อุณหภูมิเยือกแข็ง ใน สเปกตรัมอินฟราเรดอุปกรณ์เหล่านี้ประกอบด้วยชิปสองตัวที่ประกบกันเหมือนแซนด์วิช: ชิปหนึ่งมีองค์ประกอบตรวจจับที่ทำจากInGaAsหรือHgCdTeและชิปอีกตัวมักทำจากซิลิคอนและใช้สำหรับอ่านค่าโฟโตดีเทคเตอร์ วันที่ผลิตอุปกรณ์เหล่านี้ที่แน่ชัดนั้นเป็นความลับ แต่มีการใช้งานมาแล้วในช่วงกลางทศวรรษ 1980

องค์ประกอบสำคัญของเซ็นเซอร์ CMOS สมัยใหม่คือโฟโตไดโอดแบบพิน (PPD) [ 2 ]คิดค้นโดยNobukazu Teranishi , Hiromitsu Shiraki และ Yasuo Ishihara ที่NECในปี 1980 [ 2 ] [ 11 ]และต่อมา Teranishi และ Ishihara ได้รายงานต่อสาธารณะร่วมกับ A. Kohono, E. Oda และ K. Arai ในปี 1982 พร้อมกับการเพิ่มโครงสร้าง ป้องกัน การเกิดแสงฟุ้ง[ 2 ] [ 12 ]โฟโตไดโอดแบบพินเป็น โครงสร้าง โฟโตดีเทคเตอร์ที่มีความล่าช้า ต่ำ เสียงรบกวนต่ำประสิทธิภาพควอนตัมสูงและกระแสไฟฟ้ามืด ต่ำ โครงสร้างโฟโตดีเทคเตอร์ใหม่ที่คิดค้นขึ้นที่ NEC ได้รับชื่อว่า "โฟโตไดโอดแบบพิน" (PPD) โดย BC Burkey ที่Kodakในปี 1984 ในปี 1987 PPD เริ่มถูกนำไปใช้ในเซ็นเซอร์ CCD ส่วนใหญ่ กลายเป็นส่วนประกอบสำคัญในกล้องวิดีโออิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค และต่อมา ใน กล้องถ่ายภาพนิ่งดิจิทัล ตั้งแต่นั้นมา PPD ได้ถูกนำไปใช้ในเซ็นเซอร์ CCD เกือบทั้งหมด และต่อมาก็ใช้ในเซ็นเซอร์ CMOS [ 2 ]

เซ็นเซอร์พิกเซลแบบพาสซีฟ

เซ็นเซอร์แบบพาสซีฟพิกเซล (PPS) เป็นต้นแบบของ APS [ 2 ] เซ็นเซอร์ แบบพาสซีฟ พิกเซลประกอบด้วยพิกเซลแบบพาสซีฟที่อ่านค่าได้โดยไม่ต้องขยายสัญญาณโดยแต่ละพิกเซลประกอบด้วยโฟโตไดโอดและสวิตช์MOSFET [ 13 ]ในโฟโตไดโอดอาร์เรย์ พิกเซลประกอบด้วยpn junction ตัวเก็บประจุแบบรวมและ MOSFET เป็นทรานซิสเตอร์ สำหรับเลือก โฟโตไดโอดอาร์เรย์ได้รับการเสนอโดย G. Weckler ในปี 1968 ซึ่งมาก่อน CCD [ 1 ]นี่เป็นพื้นฐานสำหรับ PPS [ 2 ]ซึ่งมีองค์ประกอบเซ็นเซอร์ภาพที่มีทรานซิสเตอร์สำหรับเลือกในพิกเซล ซึ่งเสนอโดย Peter JW Noble ในปี 1968 [ 14 ] [ 2 ] [ 8 ]และโดย Savvas G. Chamberlain ในปี 1969 [ 15 ]

เซ็นเซอร์พิกเซลแบบพาสซีฟกำลังได้รับการศึกษาในฐานะทางเลือกแบบโซลิดสเตท แทน อุปกรณ์สร้างภาพแบบหลอดสุญญากาศเซ็นเซอร์พิกเซลแบบพาสซีฟ MOS ใช้เพียงสวิตช์ง่ายๆ ในพิกเซลเพื่ออ่านค่าประจุรวมของโฟโตไดโอด[ 16 ]พิกเซลถูกจัดเรียงเป็นโครงสร้างสองมิติ โดยมีสายเปิดใช้งานการเข้าถึงที่ใช้ร่วมกันโดยพิกเซลในแถวเดียวกัน และสายเอาต์พุตที่ใช้ร่วมกันโดยคอลัมน์ ที่ปลายแต่ละคอลัมน์จะมีทรานซิสเตอร์ เซ็นเซอร์พิกเซลแบบพาสซีฟมีข้อจำกัดหลายประการ เช่นสัญญาณรบกวน สูง การอ่านค่าช้า และขาดความสามารถในการปรับขนาดอาร์เรย์โฟโตไดโอดในยุคแรก (ทศวรรษ 1960-1970) ที่มีทรานซิสเตอร์เลือกภายในแต่ละพิกเซล พร้อมกับ วงจร มัลติเพล็กเซอร์ บนชิป มีขนาดใหญ่เกินไป จนใช้งานจริงไม่ได้ สัญญาณ รบกวนของอาร์เรย์โฟโตไดโอดยังเป็นข้อจำกัดต่อประสิทธิภาพ เนื่องจากความจุของบัสอ่านค่าโฟโตไดโอดส่งผลให้ระดับสัญญาณรบกวนในการอ่านเพิ่มขึ้นการสุ่มตัวอย่างแบบคู่สัมพันธ์ (CDS) ก็ไม่สามารถใช้กับอาร์เรย์โฟโตไดโอดได้หากไม่มีหน่วยความจำ ภายนอก ไม่สามารถผลิตเซนเซอร์แบบแอคทีฟพิกเซลที่มีขนาดพิกเซลที่ใช้งานได้จริงในช่วงทศวรรษ 1970 เนื่องจาก เทคโนโลยี ไมโครลิโทกราฟีในขณะนั้น มีจำกัด [ 1 ]เนื่องจากกระบวนการ MOS มีความแปรปรวนสูง และทรานซิสเตอร์ MOS มีลักษณะที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลา ( ความไม่เสถียร ของ Vth ) การทำงานในโดเมนประจุของ CCD จึงสามารถผลิตได้ง่ายกว่าและมีประสิทธิภาพสูงกว่าเซนเซอร์แบบพาสซีฟพิกเซล MOS

เซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟ

เซนเซอร์แบบพิกเซลแอคทีฟประกอบด้วยพิกเซลแอคทีฟ โดยแต่ละพิกเซลจะมีแอมพลิฟายเออร์MOSFET หนึ่งตัวหรือมากกว่า ซึ่งจะแปลงประจุที่เกิดจากแสงเป็นแรงดันไฟฟ้า ขยายสัญญาณแรงดันไฟฟ้า และลดสัญญาณรบกวน[ 13 ]แนวคิดของอุปกรณ์พิกเซลแอคทีฟได้รับการเสนอโดยปีเตอร์ โนเบิลในปี 1968 เขาได้สร้างอาร์เรย์เซนเซอร์ที่มีแอมพลิฟายเออร์อ่านค่า MOS แอคทีฟต่อพิกเซล โดยพื้นฐานแล้วคือการกำหนดค่าทรานซิสเตอร์สามตัวที่ทันสมัย ​​ได้แก่ โครงสร้างโฟโตไดโอดแบบฝัง ทรานซิสเตอร์เลือก และแอมพลิฟายเออร์ MOS [ 17 ] [ 14 ]

แนวคิด พิกเซลแอคที ฟ MOSถูกนำมาใช้เป็นอุปกรณ์ปรับประจุ (CMD) โดยOlympusในญี่ปุ่นในช่วงกลางทศวรรษ 1980 ซึ่งเป็นไปได้ด้วยความก้าวหน้าในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ MOSFET โดยการปรับขนาด MOSFETให้เล็กลงจนถึง ระดับ ไมครอนและต่ำกว่าไมครอนในช่วงทศวรรษ 1980 ถึงต้นทศวรรษ 1990 [ 1 ] [ 18 ]เซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟ MOS ตัวแรกถูกสร้างขึ้นโดยทีมของ Tsutomu Nakamura ที่ Olympus ในปี 1985 คำว่าเซ็นเซอร์พิกเซลแอค ทีฟ (APS) ถูกคิดค้นโดย Nakamura ในขณะที่ทำงานเกี่ยวกับเซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟ CMD ที่ Olympus [ 19 ]ตัวสร้างภาพ CMD มีโครงสร้าง APS แนวตั้ง ซึ่งเพิ่มปัจจัยการเติม (หรือลดขนาดพิกเซล) โดยการจัดเก็บประจุสัญญาณไว้ใต้ทรานซิสเตอร์NMOS เอาต์พุต บริษัทเซมิคอนดักเตอร์ของญี่ปุ่นอื่นๆก็เริ่มผลิตเซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟของตนเองตามมาในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ถึงต้นทศวรรษ 1990 ระหว่างปี พ.ศ. 2531 ถึง พ.ศ. 2534 โตชิบาได้พัฒนาเซ็นเซอร์ " ทรานซิสเตอร์พื้นผิว ลอยตัวแบบสองเกต " ซึ่งมีโครงสร้าง APS ด้านข้าง โดยแต่ละพิกเซลประกอบด้วยโฟโตเกต MOS แบบฝังช่องและตัวขยายสัญญาณเอาต์พุตPMOS ระหว่างปี พ.ศ. 2532 ถึง พ.ศ. 2535 แคนนอนได้พัฒนาเซ็นเซอร์ภาพแบบเก็บข้อมูลฐาน (BASIS) ซึ่งใช้โครงสร้าง APS แนวตั้งคล้ายกับเซ็นเซอร์ของโอลิมปัส แต่ใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์แทน MOSFET [ 1 ]

ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 บริษัทอเมริกันเริ่มพัฒนาเซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟ MOS ที่ใช้งานได้จริง ในปี 1991 Texas Instrumentsได้พัฒนาเซ็นเซอร์ bulk CMD (BCMD) ซึ่งผลิตที่สาขาญี่ปุ่นของบริษัท และมีโครงสร้าง APS แนวตั้งคล้ายกับเซ็นเซอร์ Olympus CMD แต่มีความซับซ้อนกว่าและใช้ทรานซิสเตอร์ PMOS แทนทรานซิสเตอร์ NMOS [ 2 ]

เซ็นเซอร์ CMOS

ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ถึงต้นทศวรรษ 1990 กระบวนการ CMOSได้รับการยอมรับอย่างดีว่าเป็นกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ที่มีการควบคุมอย่างดีและเสถียร และเป็นกระบวนการพื้นฐานสำหรับตรรกะและไมโครโปรเซสเซอร์ เกือบทั้งหมด มีการกลับมาใช้เซ็นเซอร์พิกเซลแบบพาสซีฟอีกครั้งสำหรับแอปพลิเคชันการถ่ายภาพระดับล่าง[ 20 ]ในขณะที่เซ็นเซอร์พิกเซลแบบแอคทีฟเริ่มถูกนำมาใช้สำหรับแอปพลิเคชันที่มีความละเอียดต่ำแต่มีฟังก์ชันสูง เช่น การจำลองเรตินา[ 21 ]และเครื่องตรวจจับอนุภาคพลังงานสูง อย่างไรก็ตาม CCD ยังคงมีสัญญาณรบกวนชั่วคราวและสัญญาณรบกวนแบบคงที่ที่ต่ำกว่ามาก และเป็นเทคโนโลยีที่โดดเด่นสำหรับแอปพลิเคชันสำหรับผู้บริโภค เช่นกล้องวิดีโอรวมถึงกล้อง ถ่ายทอดสด ซึ่งกำลังเข้ามาแทนที่หลอดภาพวิดีโอ

ต้นแบบ CMOS-APS รุ่นแรกๆ ของห้องปฏิบัติการเจ็ทโปรพัลชันของ NASA

เซนเซอร์ CMOS แบบแอคทีฟพิกเซล ซึ่ง เป็นเซนเซอร์ภาพแบบโลหะ-ออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์ (MOS) ชนิดหนึ่งได้รับการพัฒนาโดยMitsubishi Electricในปี 1992 [ 22 ]และห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion LaboratoryของNASAในปี 1993 [ 23 ]เซนเซอร์นี้พัฒนาต่อยอดมาจากเซนเซอร์แบบแอคทีฟพิกเซลที่ใช้เทคโนโลยี PMOS ในญี่ปุ่นโดย Toshiba โดยมีโครงสร้าง APS ด้านข้างคล้ายกับเซนเซอร์ของ Toshiba แต่ผลิตด้วยทรานซิสเตอร์ CMOS แทนที่จะเป็นทรานซิสเตอร์ PMOS [ 1 ]นับเป็นเซนเซอร์ CMOS ตัวแรกที่มีการถ่ายโอนประจุภายในพิกเซล[ 2 ]

ในปี 1999 บริษัท Hyundai Electronics ได้ประกาศการผลิตเชิงพาณิชย์ของเซ็นเซอร์ภาพสี CMOS ขนาด 800x600 พิกเซล โดยใช้พิกเซล 4T ที่มีโฟโตไดโอดแบบพินประสิทธิภาพสูง พร้อม ADC ในตัว และผลิตด้วยกระบวนการ DRAM พื้นฐานขนาด 0.5 ไมโครเมตร

เซ็นเซอร์ CMOS ของ Photobit ถูกนำไปใช้ในเว็บแคมที่ผลิตโดยLogitechและIntelก่อนที่ Photobit จะถูกซื้อกิจการโดยMicron Technologyในปี 2544 ตลาดเซ็นเซอร์ CMOS ในช่วงแรกนั้นนำโดยผู้ผลิตชาวอเมริกัน เช่น Micron และ Omnivision ทำให้สหรัฐอเมริกาสามารถช่วงชิงส่วนแบ่งตลาดเซ็นเซอร์ภาพโดยรวมคืนจากญี่ปุ่นได้ชั่วคราว ก่อนที่ตลาดเซ็นเซอร์ CMOS จะถูกครอบงำโดยญี่ปุ่น เกาหลีใต้ และจีนในที่สุด[ 24 ]เซ็นเซอร์ CMOS ที่มีเทคโนโลยี PPD ได้รับการพัฒนาและปรับปรุงเพิ่มเติมโดย RM Guidash ในปี 2540, K. Yonemoto และ H. Sumi ในปี 2543 และ I. Inoue ในปี 2546 ส่งผลให้เซ็นเซอร์ CMOS มีประสิทธิภาพการถ่ายภาพเทียบเท่ากับเซ็นเซอร์ CCD และต่อมาก็เหนือกว่าเซ็นเซอร์ CCD [ 2 ]

ภายใน ปี2000 เซ็นเซอร์ CMOS ถูกนำไปใช้ในแอปพลิเคชันที่หลากหลาย รวมถึงกล้องราคาประหยัดกล้องพีซีแฟกซ์มัลติมีเดียระบบรักษาความปลอดภัยการเฝ้าระวังและวิดีโอโฟน[ 25 ]

อุตสาหกรรมวิดีโอเปลี่ยนมาใช้กล้อง CMOS เมื่อมีการเปิดตัววิดีโอความละเอียดสูง (HD video) เนื่องจากจำนวนพิกเซลจำนวนมากจะต้องการการใช้พลังงานที่สูงขึ้นอย่างมากหากใช้เซ็นเซอร์ CCD ซึ่งจะทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและทำให้แบตเตอรี่หมดเร็ว[ 24 ] ในปี 2550 Sonyได้วางจำหน่ายเซ็นเซอร์ CMOS พร้อมวงจรแปลง A/D แบบคอลัมน์ดั้งเดิม เพื่อประสิทธิภาพที่รวดเร็วและมีสัญญาณรบกวนต่ำ ตามมาด้วยเซ็นเซอร์ CMOS แบบส่องสว่างด้านหลัง (BI sensor) ในปี 2552 ซึ่งมีความไวเป็นสองเท่าของเซ็นเซอร์ภาพทั่วไป[ 26 ]

เซ็นเซอร์ CMOS ได้สร้างผลกระทบทางวัฒนธรรมอย่างมาก นำไปสู่การแพร่หลายของกล้องดิจิทัลและโทรศัพท์มือถือที่มีกล้องซึ่งส่งเสริมการเติบโตของสื่อสังคมออนไลน์และ วัฒนธรรม เซลฟี่และส่งผลกระทบต่อการเคลื่อนไหวทางสังคมและการเมืองทั่วโลก[ 24 ]ในปี 2550 ยอดขายเซ็นเซอร์ CMOS แบบแอคทีฟพิกเซลได้แซงหน้าเซ็นเซอร์ CCD โดยเซ็นเซอร์ CMOS คิดเป็น 54% ของตลาดเซ็นเซอร์ภาพทั่วโลกในขณะนั้น ในปี 2555 เซ็นเซอร์ CMOS เพิ่มส่วนแบ่งเป็น 74% ของตลาด และในปี 2560 เซ็นเซอร์ CMOS คิดเป็น 89% ของยอดขายเซ็นเซอร์ภาพทั่วโลก[ 27 ]ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีเซ็นเซอร์ CMOS ได้แพร่กระจายไปยังการถ่ายภาพฟอร์แมตขนาดกลาง โดยPhase Oneเป็นบริษัทแรกที่เปิดตัวดิจิทัลแบ็คฟอร์แมตขนาดกลางที่มีเซ็นเซอร์ CMOS ที่ผลิตโดย Sony

ในปี 2555 โซนี่ได้เปิด ตัวเซ็นเซอร์ CMOS BI แบบเรียงซ้อน [ 26 ]มีกิจกรรมการวิจัยหลายอย่างที่กำลังดำเนินอยู่ในสาขาเซ็นเซอร์ภาพ หนึ่งในนั้นคือเซ็นเซอร์ภาพควอนตัม (QIS) ซึ่งอาจเป็นการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ในวิธีการที่เราเก็บภาพในกล้อง ใน QIS เป้าหมายคือการนับโฟตอนทุกตัวที่กระทบเซ็นเซอร์ภาพ และให้ความละเอียดน้อยกว่า 1 ล้านถึง 1 พันล้านหรือมากกว่านั้นขององค์ประกอบแสงเฉพาะ (เรียกว่า jots) ต่อเซ็นเซอร์ และอ่านระนาบบิต jot หลายร้อยหรือหลายพันครั้งต่อวินาที ส่งผลให้ได้ข้อมูลระดับเทราบิต/วินาที แนวคิด QIS ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นและอาจไม่เป็นจริงเนื่องจากความซับซ้อนที่ไม่จำเป็นในการจับภาพ[ 28 ]

บอยด์ ฟาวเลอร์ แห่งOmniVisionเป็นที่รู้จักจากผลงานการพัฒนาเซ็นเซอร์ภาพ CMOS ผลงานของเขารวมถึงเซ็นเซอร์ภาพ CMOS พิกเซลดิจิทัลตัวแรกในปี 1994 เซ็นเซอร์ภาพ CMOS เชิงเส้นทางวิทยาศาสตร์ตัวแรกที่มีสัญญาณรบกวนการอ่าน RMS อิเล็กตรอนเดี่ยวในปี 2003 เซ็นเซอร์ภาพ CMOS พื้นที่ทางวิทยาศาสตร์หลายเมกะพิกเซลตัวแรกที่มีช่วงไดนามิกสูง พร้อมกัน (86 dB) การอ่านค่าเร็ว (100 เฟรม/วินาที) และสัญญาณรบกวนการอ่านต่ำมาก (1.2e- RMS) (sCMOS) ในปี 2010 เขายังจดสิทธิบัตรเซ็นเซอร์ภาพ CMOS ตัวแรกสำหรับเอกซเรย์ฟันในช่องปากที่มีมุมตัดเพื่อความสะดวกสบายของผู้ป่วยที่ดีขึ้น[ 29 ] [ 30 ]

ในช่วงปลายทศวรรษ 2010 เซ็นเซอร์ CMOS ได้เข้ามาแทนที่เซ็นเซอร์ CCD เกือบทั้งหมดแล้ว เนื่องจากเซ็นเซอร์ CMOS ไม่เพียงแต่สามารถผลิตได้ในสายการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอยู่เดิม ซึ่งช่วยลดต้นทุน แต่ยังใช้พลังงานน้อยกว่าอีกด้วย ( ดูด้านล่าง )

เอชวี-ซีโมส

อุปกรณ์ HV-CMOS เป็นกรณีพิเศษของเซ็นเซอร์ CMOS ทั่วไปที่ใช้ในงานแรงดันสูง (สำหรับการตรวจจับอนุภาคพลังงานสูง ) เช่นเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ ของ CERN ซึ่งจำเป็นต้องมีแรงดันพังทลายสูงถึง ~30-120V อุปกรณ์ดังกล่าวไม่ได้ใช้สำหรับการสวิตช์แรงดันสูง โดยทั่วไปแล้ว HV-CMOS จะถูกสร้างขึ้นโดยใช้โซนพร่องที่เจือด้วยสารเจือ n ลึกประมาณ ~10 μm (n-well) ของทรานซิสเตอร์บนพื้นผิวเวเฟอร์ ชนิด p [ 31 ]

การเปรียบเทียบกับ CCD

พิกเซล APS ช่วยแก้ปัญหาเรื่องความเร็วและความสามารถในการขยายขนาดของเซ็นเซอร์แบบพาสซีฟพิกเซล โดยทั่วไปแล้วจะใช้พลังงานน้อยกว่า CCD มีความหน่วงของภาพน้อยกว่า และต้องการโรงงานผลิตที่มีความเชี่ยวชาญน้อยกว่า ต่างจาก CCD เซ็นเซอร์ APS สามารถรวมฟังก์ชันการรับภาพและฟังก์ชันการประมวลผลภาพไว้ในวงจรรวม เดียวกัน ได้ เซ็นเซอร์ APS ได้รับความนิยมในแอปพลิเคชันสำหรับผู้บริโภคมากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโทรศัพท์มือถือที่มีกล้องนอกจากนี้ยังถูกนำไปใช้ในด้านอื่นๆ เช่นการถ่ายภาพรังสี ดิจิทัล การรับภาพความเร็วสูงพิเศษทางการทหารกล้องรักษาความปลอดภัยและเมาส์แบบออปติ คอล ผู้ผลิต ได้แก่Aptina Imaging (บริษัทที่แยกตัวออกมาจากMicron Technologyซึ่งซื้อ Photobit ในปี 2001), Canon , Samsung , STMicroelectronics , Toshiba , OmniVision Technologies , SonyและFoveonเป็นต้น เซ็นเซอร์ APS ชนิด CMOS มักเหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่การบรรจุภัณฑ์ การจัดการพลังงาน และการประมวลผลบนชิปมีความสำคัญ เซ็นเซอร์ชนิด CMOS ถูกใช้งานอย่างแพร่หลาย ตั้งแต่การถ่ายภาพดิจิทัลระดับไฮเอนด์ไปจนถึงกล้องโทรศัพท์มือถือ

ข้อดีของ CMOS เมื่อเปรียบเทียบกับ CCD

การเบ่งบานในภาพ CCD

ข้อได้เปรียบหลักของเซ็นเซอร์ CMOS คือโดยทั่วไปแล้วต้นทุนการผลิตจะต่ำกว่าเซ็นเซอร์ CCD เนื่องจากองค์ประกอบการจับภาพและการตรวจจับภาพสามารถรวมเข้าไว้ใน IC เดียวกันได้ โดยต้องการโครงสร้างที่ง่ายกว่า[ 32 ]

โดยทั่วไปแล้ว เซ็นเซอร์ CMOS ยังควบคุมการเกิดแสงรั่ว (ซึ่งก็คือการรั่วไหลของประจุแสงจากพิกเซลที่ได้รับแสงมากเกินไปไปยังพิกเซลใกล้เคียงอื่นๆ) ได้ดีกว่า

ในระบบกล้องสามเซ็นเซอร์ที่ใช้เซ็นเซอร์แยกกันเพื่อแยกส่วนประกอบสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินของภาพร่วมกับปริซึมแยกแสง เซ็นเซอร์ CMOS ทั้งสามตัวสามารถเหมือนกันได้ ในขณะที่ปริซึมแยกแสงส่วนใหญ่ต้องการให้เซ็นเซอร์ CCD ตัวหนึ่งเป็นภาพสะท้อนของอีกสองตัวเพื่ออ่านภาพในลำดับที่เข้ากันได้ ต่างจากเซ็นเซอร์ CCD เซ็นเซอร์ CMOS มีความสามารถในการกลับการกำหนดแอดเดรสขององค์ประกอบเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์ CMOS ที่มีความเร็วฟิล์ม ISO 4 ล้านมีอยู่จริง[ 33 ]

ข้อเสียของ CMOS เมื่อเทียบกับ CCD

ความบิดเบี้ยวที่เกิดจากชัตเตอร์แบบหมุน ใบมีดทั้งสองควรอยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน ซึ่งในกรณีของใบมีดด้านใกล้ตัวกล้องนั้นแตกต่างออกไป ผลกระทบที่เกินจริงเกิดจากตำแหน่งทางแสงของใบมีดด้านใกล้ตัวกล้องที่ต่ำลงในเฟรมพร้อมกับการอ่านเฟรมแบบต่อเนื่อง

เนื่องจากเซ็นเซอร์ CMOS โดยทั่วไปจะจับภาพทีละแถวภายในเวลาประมาณ 1/60 หรือ 1/50 วินาที (ขึ้นอยู่กับอัตราการรีเฟรช) จึงอาจทำให้เกิดเอฟเฟกต์ Rolling Shutterซึ่งภาพจะบิดเบี้ยว (เอียงไปทางซ้ายหรือขวา ขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนไหวของกล้องหรือวัตถุ) ตัวอย่างเช่น เมื่อติดตามรถยนต์ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง รถจะไม่บิดเบี้ยว แต่พื้นหลังจะดูเหมือนเอียง เซ็นเซอร์ CCD แบบ Frame-transfer หรือเซ็นเซอร์ CMOS แบบ "Global Shutter" ไม่มีปัญหาดังกล่าว แต่จะจับภาพทั้งหมดในครั้งเดียวลงในหน่วยความจำเฟรม

ข้อได้เปรียบที่มีมายาวนานของเซ็นเซอร์ CCD คือความสามารถในการจับภาพที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ[ 34 ]ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี CMOS ข้อได้เปรียบนี้จึงหมดไปในปี 2020 เนื่องจากเซ็นเซอร์ CMOS รุ่นใหม่ที่วางจำหน่ายสามารถทำงานได้ดีกว่าเซ็นเซอร์ CCD [ 35 ]

วงจรแอคทีฟในพิกเซล CMOS ใช้พื้นที่บางส่วนบนพื้นผิวที่ไม่ไวต่อแสง ซึ่งลดประสิทธิภาพการตรวจจับโฟตอนของอุปกรณ์ ( เลนส์ขนาดเล็กและเซ็นเซอร์แบบรับแสงด้านหลังสามารถลดปัญหานี้ได้) แต่ CCD แบบเฟรมทรานเฟอร์ก็มีพื้นที่ที่ไม่ไวต่อแสงประมาณครึ่งหนึ่งสำหรับโหนดจัดเก็บเฟรม ดังนั้นข้อได้เปรียบเชิงเปรียบเทียบจึงขึ้นอยู่กับประเภทของเซ็นเซอร์ที่นำมาเปรียบเทียบกัน

สถาปัตยกรรม

พิกเซล

เซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟแบบสามทรานซิสเตอร์

พิกเซล CMOS APS มาตรฐานประกอบด้วยโฟโตดีเทคเตอร์ ( โฟโตไดโอดแบบตรึง ) [ 2 ]การ แพร่กระจาย แบบลอยตัวและเซลล์ 4T ที่เรียกว่าซึ่งประกอบด้วยทรานซิสเตอร์CMOS (complementary metal–oxide–semiconductor ) สี่ตัว รวมถึงเกต ถ่าย โอน เกตรีเซ็ต เกตเลือก และทรานซิสเตอร์อ่านค่าแบบ source-follower [ 36 ]โฟโตไดโอดแบบตรึงถูกใช้ใน CCD แบบถ่ายโอนระหว่างแถวเนื่องจากกระแสมืดต่ำและการตอบสนองสีน้ำเงินที่ดี และเมื่อเชื่อมต่อกับเกตถ่ายโอน จะช่วยให้การถ่ายโอนประจุจากโฟโตไดโอดแบบตรึงไปยังการแพร่กระจายแบบลอยตัว (ซึ่งเชื่อมต่อกับเกตของทรานซิสเตอร์อ่านค่า) สมบูรณ์ ทำให้ไม่มีความล่าช้า การใช้การถ่ายโอนประจุภายในพิกเซลสามารถลดสัญญาณรบกวนได้โดยการใช้การสุ่มตัวอย่างแบบคู่ที่สัมพันธ์กัน (CDS) พิกเซล Noble 3T ยังคงถูกใช้บ้างในบางครั้งเนื่องจากข้อกำหนดในการผลิตมีความซับซ้อนน้อยกว่า พิกเซล 3T ประกอบด้วยองค์ประกอบเดียวกันกับพิกเซล 4T ยกเว้นเกตถ่ายโอนและโฟโตไดโอด ทรานซิสเตอร์รีเซ็ต M rstทำหน้าที่เป็นสวิตช์เพื่อรีเซ็ตการแพร่กระจายแบบลอยตัวไปที่ V RSTซึ่งในกรณีนี้แสดงเป็นเกตของทรานซิสเตอร์ M sfเมื่อทรานซิสเตอร์รีเซ็ตเปิดทำงาน โฟโตไดโอดจะเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ V RST อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ประจุสะสมทั้งหมดถูกล้างออกไป เนื่องจากทรานซิสเตอร์รีเซ็ตเป็นชนิด n-typeพิกเซลจึงทำงานในโหมดรีเซ็ตแบบอ่อน ทรานซิสเตอร์อ่านค่า M sfทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งตัวตามแหล่งกำเนิด ) ซึ่งเป็นตัวขยายสัญญาณที่ช่วยให้สามารถสังเกตแรงดันไฟฟ้าของพิกเซลได้โดยไม่ต้องกำจัดประจุสะสม แหล่งจ่ายไฟ V DD ของมัน มักจะเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟของทรานซิสเตอร์รีเซ็ต V RSTทรานซิสเตอร์เลือก M sel ช่วยให้สามารถอ่านแถวเดียวของอาร์เรย์พิกเซลได้โดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อ่านค่า นอกจากนี้ยังมีนวัตกรรมอื่นๆ ของพิกเซล เช่น พิกเซล 5T และ 6T โดยการเพิ่มทรานซิสเตอร์พิเศษ ทำให้สามารถใช้งานฟังก์ชันต่างๆ เช่น ชัตเตอร์ทั่วโลก ซึ่งแตกต่างจากชัตเตอร์แบบหมุน ที่พบได้ทั่วไปมากกว่า เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของพิกเซล สามารถใช้สถาปัตยกรรมแบบแถวร่วม การอ่านข้อมูลแบบสี่ทิศทางและแปดทิศทาง และสถาปัตยกรรมอื่นๆ ได้ ตัวอย่างหนึ่งของพิกเซลแอคทีฟ 3T คือเซ็นเซอร์ Foveon X3ที่คิดค้นโดยDick Merrillในอุปกรณ์นี้ โฟโตไดโอดสามตัวถูกวางซ้อนกันโดยใช้เทคนิคการผลิตแบบระนาบโดยที่โฟโตไดโอดแต่ละตัวมีวงจร 3T ของตัวเอง แต่ละชั้นที่ต่อเนื่องกันทำหน้าที่เป็นตัวกรองสำหรับชั้นด้านล่าง โดยเปลี่ยนสเปกตรัมของแสงที่ถูกดูดซับในชั้นที่ต่อเนื่องกัน ด้วยการแยกสัญญาณตอบสนองของตัวตรวจจับแต่ละชั้น จึงสามารถสร้างสัญญาณสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินขึ้นมาใหม่ได้

อาร์เรย์

โดยทั่วไปแล้ว อาร์เรย์พิกเซลสองมิติจะจัดเรียงเป็นแถวและคอลัมน์ พิกเซลในแถวเดียวกันจะใช้สายรีเซ็ตร่วมกัน ทำให้สามารถรีเซ็ตทั้งแถวได้พร้อมกัน สายเลือกแถวของแต่ละพิกเซลในแถวเดียวกันก็จะเชื่อมต่อกันด้วยเช่นกัน ส่วนเอาต์พุตของแต่ละพิกเซลในคอลัมน์ใด ๆ ก็จะเชื่อมต่อกัน เนื่องจากมีการเลือกเพียงแถวเดียวในแต่ละครั้ง จึงไม่มีการแย่งใช้สายเอาต์พุตเกิดขึ้น นอกจากนี้ วงจรขยายสัญญาณมักจะจัดเรียงตามคอลัมน์ด้วย

ขนาด

ขนาดของเซ็นเซอร์พิกเซลมักระบุเป็นความสูงและความกว้าง แต่บางครั้งก็ระบุเป็นรูปแบบทางแสงด้วย

โครงสร้างด้านข้างและแนวตั้ง

มีโครงสร้างเซนเซอร์พิกเซลแอคทีฟ (APS) สองประเภท ได้แก่ APS ด้านข้างและ APS แนวตั้ง[ 1 ] Eric Fossumนิยาม APS ด้านข้างดังนี้:

โครงสร้าง APS ด้านข้างถูกกำหนดให้เป็นโครงสร้างที่มีพื้นที่พิกเซลส่วนหนึ่งใช้สำหรับการตรวจจับแสงและการจัดเก็บสัญญาณ และอีกส่วนหนึ่งใช้สำหรับทรานซิสเตอร์แอคทีฟ ข้อดีของวิธีการนี้เมื่อเทียบกับ APS ที่รวมเข้าด้วยกันในแนวตั้งคือ กระบวนการผลิตจะง่ายกว่า และเข้ากันได้ดีกับกระบวนการผลิตอุปกรณ์ CMOS และ CCD ที่ทันสมัย​​[ 1 ]

Fossum นิยาม APS แนวตั้งไว้ดังนี้:

โครงสร้าง APS แนวตั้งจะเพิ่มแฟคเตอร์การเติม (หรือลดขนาดพิกเซล) โดยการจัดเก็บประจุสัญญาณไว้ใต้ทรานซิสเตอร์เอาต์พุต[ 1 ]

ทรานซิสเตอร์ฟิล์มบาง

เซ็นเซอร์พิกเซลแบบแอคทีฟ/พาสซีฟสองทรานซิสเตอร์

สำหรับการใช้งาน เช่นการถ่ายภาพเอกซเรย์ ดิจิทัลพื้นที่ขนาดใหญ่ ทรานซิสเตอร์ฟิล์มบาง (TFT) ก็สามารถใช้ในสถาปัตยกรรม APS ได้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขนาดที่ใหญ่กว่าและอัตราขยายทรานส์คอนดักแทนซ์ที่ต่ำกว่าของ TFT เมื่อเทียบกับทรานซิสเตอร์ CMOS จึงจำเป็นต้องมี TFT บนพิกเซลน้อยลงเพื่อรักษาความละเอียดและคุณภาพของภาพให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ สถาปัตยกรรม APS/PPS สองทรานซิสเตอร์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีแนวโน้มที่ดีสำหรับ APS ที่ใช้ TFT ซิลิคอนอสัณฐานในสถาปัตยกรรม APS สองทรานซิสเตอร์ทางด้านขวา T AMPถูกใช้เป็นตัวขยายสัญญาณแบบสวิตช์ที่รวมฟังก์ชันของทั้ง M sfและ M selใน APS สามทรานซิสเตอร์ ซึ่งส่งผลให้จำนวนทรานซิสเตอร์ต่อพิกเซลลดลง รวมถึงอัตราขยายทรานส์คอนดักแทนซ์ของพิกเซลที่เพิ่มขึ้น[ 37 ]ในที่นี้ C pix คือความจุในการจัดเก็บพิกเซล และยังใช้เพื่อเชื่อมต่อพัลส์การกำหนดที่อยู่ของ "อ่าน" กับเกตของ T AMPสำหรับการสลับ ON-OFF ด้วยตัวเก็บประจุวงจรการอ่านค่าพิกเซลดังกล่าวทำงานได้ดีที่สุดกับตัวตรวจจับโฟโตคอนดักเตอร์ที่มีความจุต่ำ เช่นซีลีเนียม อะมอร์ฟั ส

รูปแบบการออกแบบ

มีการเสนอและผลิตการออกแบบพิกเซลที่แตกต่างกันมากมาย พิกเซลมาตรฐานใช้สายไฟน้อยที่สุดและทรานซิสเตอร์น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับพิกเซลที่ทำงานได้ สิ่งสำคัญคือวงจรทำงานในพิกเซลต้องใช้พื้นที่น้อยที่สุดเพื่อให้มีพื้นที่มากขึ้นสำหรับโฟโตดีเทคเตอร์ จำนวนทรานซิสเตอร์ที่สูงจะส่งผลเสียต่อค่าฟิลล์แฟคเตอร์ ซึ่งก็คือเปอร์เซ็นต์ของพื้นที่พิกเซลที่ไวต่อแสง ขนาดพิกเซลสามารถแลกเปลี่ยนกับคุณสมบัติที่พึงประสงค์ เช่น การลดสัญญาณรบกวนหรือการลดความหน่วงของภาพ สัญญาณรบกวนคือการวัดความแม่นยำในการวัดแสงที่ตกกระทบ ความหน่วงเกิดขึ้นเมื่อร่องรอยของเฟรมก่อนหน้ายังคงอยู่ในเฟรมถัดไป กล่าวคือ พิกเซลไม่ได้ถูกรีเซ็ตอย่างสมบูรณ์ ความแปรปรวนของสัญญาณรบกวนแรงดันไฟฟ้าในพิกเซลแบบซอฟต์รีเซ็ต (ควบคุมด้วยแรงดันเกต) คือแต่ความหน่วงของภาพและสัญญาณรบกวนแบบคงที่อาจเป็นปัญหา ในอิเล็กตรอน rms สัญญาณรบกวนคือ

การรีเซ็ตแบบฮาร์ดรีเซ็ต (Hard reset) ส่งผลให้เกิดสัญญาณรบกวนแบบ Johnson–Nyquistบนโฟโตไดโอดแต่จะช่วยป้องกันอาการภาพหน่วง ซึ่งบางครั้งก็เป็นข้อแลกเปลี่ยนที่พึงประสงค์ วิธีหนึ่งในการใช้ฮาร์ดรีเซ็ตคือการแทนที่ M rstด้วยทรานซิสเตอร์ชนิด p และกลับขั้วของสัญญาณ RST การมีอยู่ของอุปกรณ์ชนิด p จะลดค่า fill factor เนื่องจากต้องใช้พื้นที่เพิ่มเติมระหว่างอุปกรณ์ชนิด p และ n นอกจากนี้ยังขจัดความเป็นไปได้ในการใช้ทรานซิสเตอร์รีเซ็ตเป็นเดรนป้องกันการล้น (overflow anti-blooming drain) ซึ่งเป็นประโยชน์ที่ใช้ประโยชน์กันทั่วไปของ FET รีเซ็ตชนิด n อีกวิธีหนึ่งในการทำให้เกิดฮาร์ดรีเซ็ตด้วย FET ชนิด n คือการลดแรงดันของ V RSTเมื่อเทียบกับแรงดันเปิดของ RST การลดลงนี้อาจลด headroom หรือความจุประจุเต็มบ่อ แต่จะไม่ส่งผลต่อ fill factor เว้นแต่ว่า V DDจะถูกเดินสายแยกต่างหากด้วยแรงดันเดิม

การรีเซ็ตแบบฮาร์ดแวร์และแบบซอฟต์แวร์ร่วมกัน

เทคนิคต่างๆ เช่น flushed reset, pseudo-flash reset และ hard-to-soft reset เป็นการผสมผสานระหว่าง soft reset และ hard reset รายละเอียดของวิธีการเหล่านี้แตกต่างกัน แต่แนวคิดพื้นฐานเหมือนกัน ขั้นแรก จะทำการ hard reset เพื่อขจัดความล่าช้าของภาพ จากนั้น จะทำการ soft reset ซึ่งทำให้เกิดการรีเซ็ตที่มีสัญญาณรบกวนต่ำโดยไม่เพิ่มความล่าช้าใดๆ[ 38 ] Pseudo-flash reset จำเป็นต้องแยก V RST ออก จาก V DDในขณะที่เทคนิคอีกสองวิธีจะเพิ่มวงจรคอลัมน์ที่ซับซ้อนกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง pseudo-flash reset และ hard-to-soft reset ทั้งสองวิธีจะเพิ่มทรานซิสเตอร์ระหว่างแหล่งจ่ายไฟพิกเซลและ V DD จริง ผลลัพธ์ที่ได้คือ headroom ที่ต่ำลงโดยไม่ส่งผลกระทบต่อ fill factor

รีเซ็ตแบบแอคทีฟ

การออกแบบพิกเซลที่ล้ำสมัยกว่าคือพิกเซลแบบรีเซ็ตอัตโนมัติ การรีเซ็ตอัตโนมัติสามารถลดระดับสัญญาณรบกวนได้อย่างมาก ข้อเสียคือกลไกการรีเซ็ตที่ซับซ้อน รวมถึงพิกเซลที่มีขนาดใหญ่ขึ้นมาก หรือวงจรระดับคอลัมน์เพิ่มเติม

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • John L. Vampola (มกราคม 1993). "วงจรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับการอ่านค่าเซ็นเซอร์อินฟราเรด". ใน David L. Shumaker (บรรณาธิการ). คู่มือระบบอินฟราเรดและอิเล็กโทรออปติก เล่มที่ 3 – ส่วนประกอบอิเล็กโทรออปติก . สมาคมวิศวกรรมแสงนานาชาติ. ISBN 978-0-8194-1072-6. DTIC ADA364023 .— หนึ่งในหนังสือเล่มแรกๆ เกี่ยวกับการออกแบบอาร์เรย์อิมเมจเจอร์ CMOS
  • Hewitt, Mary J.; Vampola, John L.; Black, Stephen H.; Nielsen, Carolyn J. (23 มิถุนายน 1994). "อิเล็กทรอนิกส์การอ่านค่าด้วยอินฟราเรด: มุมมองทางประวัติศาสตร์". ใน Fossum, Eric R. (บรรณาธิการ). Infrared Readout Electronics II . เล่มที่ 2226. หน้า  108–119 . Bibcode : 1994SPIE.2226..108H . doi : 10.1117/12.178474 . S2CID  109585056 .
  • Mark D. Nelson; Jerris F. Johnson; Terrence S. Lomheim (พฤศจิกายน 1991). "กระบวนการเสียงรบกวนทั่วไปในอาร์เรย์ระนาบโฟกัสอินฟราเรดแบบไฮบริด". ​​วิศวกรรมแสง . 30 (11). สมาคมวิศวกรรมแสงนานาชาติ: 1682– 1700. Bibcode : 1991OptEn..30.1682N . doi : 10.1117/12.55996 .
  • Stefano Meroli; Leonello Servoli; Daniele Passeri (มิถุนายน 2011). "การใช้เครื่องสร้างภาพ CMOS มาตรฐานเป็นตัวตรวจจับตำแหน่งสำหรับอนุภาคที่มีประจุ" Nuclear Physics B: Proceedings Supplements . 215 (1). Elsevier: 228– 231. Bibcode : 2011NuPhS.215..228S . doi : 10.1016/j.nuclphysbps.2011.04.016 .
  • Martin Vasey (กันยายน 2552). "การทดสอบเซ็นเซอร์ภาพ CMOS: แนวทางแบบบูรณาการ" . Jova Solutions . ซานฟรานซิสโก, แคลิฟอร์เนีย.
  • กล้อง CMOS ในฐานะเซ็นเซอร์บทช่วยสอนแสดงวิธีการใช้กล้อง CMOS ราคาประหยัดแทนเซ็นเซอร์ในงานด้านหุ่นยนต์
  • เปรียบเทียบประสิทธิภาพ ระหว่าง CMOS APS กับ CCD : เซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟ CMOS กับ CCD
  • เว็บไซต์ของปีเตอร์ เจดับบลิว โนเบิล ผู้คิดค้นเซ็นเซอร์ภาพพร้อมเอกสารและวิดีโอการนำเสนอในปี 2015
  • ภาพแสดงโครงสร้างทางโทโพโลยีของเซ็นเซอร์ FSI และ BSI
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Active-pixel_sensor&oldid=1350721397 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ เซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟ

เซนเซอร์ แบบพิกเซลแอคที ฟ ( APS ) คือ เซนเซอร์รับภาพ ที่แต่ละหน่วยเซลล์เซนเซอร์ พิกเซล มี โฟโตดีเทคเตอร์ (โดยทั่วไปคือ โฟโตไดโอดแบบพิน ) และ ทรานซิสเตอร์แอคทีฟ หนึ่งตัวหรือมากกว่า...

พื้นหลัง

ในระหว่างการวิจัยเทคโนโลยี โลหะออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์ (MOS) วิลลาร์ด บอยล์ และ จอร์จ อี. สมิธ ค้น พบว่าประจุไฟฟ้าสามารถเก็บไว้ใน ตัวเก็บประจุ MOS ขนาดเล็กได้ ซึ่งกลายเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของ อุปกรณ์ CCD ที่พวกเขาคิดค้นขึ้นในปี พ.ศ. 2512 [ 6 ] [ 7 ]

เซ็นเซอร์พิกเซลแบบพาสซีฟ

เซ็นเซอร์แบบพาสซีฟพิกเซล (PPS) เป็นต้นแบบของ APS [ 2 ] เซ็นเซอร์ แบบพาสซีฟ พิกเซล ประกอบด้วยพิกเซลแบบพาสซีฟที่อ่านค่าได้โดยไม่ต้อง ขยายสัญญาณ โดยแต่ละพิกเซลประกอบด้วย โฟโตไดโอด และสวิตช์ MOSFET [ 13 ] ในโฟโตไดโอดอาร์เรย์ พิกเซลประกอบด้วย pn junction...

เซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟ

เซนเซอร์แบบพิกเซลแอคทีฟประกอบด้วยพิกเซลแอคทีฟ โดยแต่ละพิกเซลจะมี แอมพลิฟายเออร์ MOSFET หนึ่งตัวหรือมากกว่า ซึ่งจะแปลงประจุที่เกิดจากแสงเป็นแรงดันไฟฟ้า ขยายสัญญาณแรงดันไฟฟ้า และลดสัญญาณรบกวน [ 13 ] แนวคิดของอุปกรณ์พิกเซลแอคทีฟได้รับการเสนอโดยปีเตอร์ โนเบิลในปี...