Αισθητήρες εικόνας CMOS - Βασικά στοιχεία σχεδίασης pixel

Αυτή τη φορά, ας μιλήσουμε για το πιο κρίσιμο μέρος του CISQ: τα pixel!Μπορούμε να πούμε ότι σχεδόν όλοι οι δείκτες απόδοσης CIS καθορίζονται τελικά από την ποιότητα του σχεδιασμού των pixel.Ας το θέσουμε ως εξής: ο σχεδιασμός του κυκλώματος ανάγνωσης καθορίζει το κατώτερο όριο απόδοσης ενός αισθητήρα εικόνας και ο σχεδιασμός των pixel καθορίζει το ανώτερο όριο απόδοσης ενός αισθητήρα εικόνας!
Υπάρχουν πολλοί τύποι pixel, όπως:
1. Το ορατό φως που χρησιμοποιείται πιο συχνά είναι τα pixel 3T, 4T και 5T.Εάν θέλετε να προσθέσετε περισσότερες λειτουργίες, όπως καθολικό κλείστρο (GS, Global Shutter), υψηλό δυναμικό εύρος (HDR, HighDynamic Range) κ.λπ., πρέπει να προσθέσετε περισσότερα τρανζίστορ.
2. Η ακτινογραφία χρησιμοποιείται για εικονοστοιχεία μέτρησης φωτονίων που βασίζεται σε CTIA.
3. Pixel DVS για αισθητήρα συμβάντων.
4. Το εικονοστοιχείο SPAD που χρησιμοποιείται για τρισδιάστατη απεικόνιση χρησιμοποιείται συχνά ως dToF (άμεσος χρόνος πτήσης) και χρησιμοποιείται συχνά ως εικονοστοιχείο αποδιαμόρφωσης του iToF (έμμεσος χρόνος πτήσης).5. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η άμεση έγχυση υπερύθρων, CTIA, κ.λπ., βολόμετρο Χρησιμοποιήστε το pixel της μέτρησης αντίστασης.
6. Επιπλέον, υπάρχουν TDI pixel, CCD 2/3/4-phase pixel και ούτω καθεξής.

Έχουμε δεκάδες τύπους pixel για μεγάλες κατηγορίες.Αν απαριθμήσουμε όλα τα εικονοστοιχεία που σχεδιάστηκαν από ανθρώπους, μπορεί να υπάρχουν εκατοντάδες ή χιλιάδες τύποι.Άρα είναι αδύνατο να εισαγάγουμε όλα αυτά τα pixel.Η συντριπτική πλειονότητα των αισθητήρων εικόνας CMOS Q (>95%) στον κόσμο βασίζεται σε απεικόνιση 2D του ορατού φωτός, επομένως εστιάζουμε μόνο σε pixel 3/4/5T εδώ.Εάν έχετε την ευκαιρία να εργαστείτε σε διαφορετικές εταιρείες ή να κάνετε πλήρη προσαρμοσμένη σχεδίαση, τότε ελάτε σε επαφή με πιο ενδιαφέροντα πράγματα

Πρώτα απ 'όλα, ας κατανοήσουμε μια έννοια: Κλείστρο.Το κλείστρο καθορίζει πώς και πόσο φως εισέρχεται στα pixel, το οποίο καθορίζει και την ποιότητα της εικόνας.Το κλείστρο μπορεί να χωριστεί σε μηχανικό κλείστρο (Μηχανικό κλείστρο) και ηλεκτρονικό κλείστρο (Ηλεκτρονικό κλείστρο), και το ηλεκτρονικό κλείστρο μπορεί να χωριστεί σε ρολό (Roling Shuter) και καθολικό κλείστρο (Global Shutter).

Το μηχανικό κλείστρο αποτελείται από δύο λεπίδες κλείστρου.Πριν από την έκθεση, η πρώτη λεπίδα καλύπτει ολόκληρο τον αισθητήρα και στη συνέχεια, μιλώντας γενικά, η λεπίδα αφαιρείται από πάνω προς τα κάτω και, στη συνέχεια, η δεύτερη λεπίδα μετακινείται από πάνω προς τα κάτω μετά την έναρξη της έκθεσης., μπλοκάρει ολόκληρο τον αισθητήρα και η έκθεση τελειώνει.Η ταχύτητα κίνησης αυτών των δύο λεπίδων είναι πολύ, πολύ γρήγορη, σχεδόν έως και 35 kmh.Έτσι, για μια κάμερα πλήρους κάδρου 35 mm, η λεπίδα μπορεί να επιτρέψει στον αισθητήρα να ξεκινήσει ή να τερματίσει την έκθεση σε περίπου 1/400 δευτερόλεπτα, επομένως μπορεί να ειπωθεί ότι όλα τα μηχανικά παντζούρια είναι "κατά προσέγγιση" παγκόσμιο κλείστρο.Πώς λοιπόν το μηχανικό κλείστρο επιτυγχάνει ταχύτερο χρόνο έκθεσης;Αυτό είναι σχετικά "απλό", δηλαδή, όταν η πρώτη λεπίδα δεν είναι πλήρως ανοιχτή, η δεύτερη λεπίδα έχει ήδη αρχίσει να κινείται προς τα κάτω για να μπλοκάρει, φυσικά, υπάρχει ένα όριο σε αυτό, η ταχύτερη είναι περίπου 1/8000s.Εάν θέλετε μεγαλύτερη ταχύτητα, χρειάζεστε ένα ηλεκτρονικό κλείστρο.

Όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα, μπορείτε να δείτε τη διαφορά μεταξύ του ρολού και του καθολικού κλείστρου στο ηλεκτρονικό κλείστρο.Για το ρολό, ο χρόνος έκθεσης κάθε σειράς εικονοστοιχείων διαχωρίζεται τουλάχιστον από τον χρόνο ανάγνωσης μιας σειράς εικονοστοιχείων.Για παράδειγμα, χρειάζονται 10 us για να διαβάσουμε μια σειρά και έχουμε 1000 σειρές εικονοστοιχείων, μετά ξεκινά η έκθεση της πρώτης σειράς εικονοστοιχείων και της τελευταίας σειράς εικονοστοιχείων/ Ο χρόνος λήξης είναι περίπου 10 ms μεταξύ τους, έτσι ώστε κατά τη λήψη αθλητικών φυσικών , η εικόνα θα παραμορφωθεί σημαντικά.αντίστοιχα, το καθολικό κλείστρο σημαίνει ότι όλα τα pixel έχουν τον ίδιο χρόνο έναρξης και λήξης έκθεσης