Capteurs d'image CMOS - Principes de base de la conception de pixels

Cette fois, parlons de la partie la plus critique de CISQ : les pixels !On peut dire que presque tous les indicateurs de performance CIS sont finalement déterminés par la qualité de la conception des pixels.Disons-le ainsi : la conception du circuit de lecture détermine la limite de performance inférieure d'un capteur d'image, et la conception des pixels détermine la limite de performance supérieure d'un capteur d'image !
Il existe de nombreux types de pixels, tels que :
1. La lumière visible la plus couramment utilisée est celle des pixels 3T, 4T et 5T.Si vous souhaitez ajouter plus de fonctions, telles que l'obturateur global (GS, Global Shutter), la plage dynamique élevée (HDR, HighDynamic Range), etc., vous devez ajouter plus de transistors ;
2. Les rayons X sont utilisés pour le pixel de comptage de photons basé sur CTIA ;
3. Pixel DVS pour le capteur d'événement ;
4. Le pixel SPAD utilisé pour l'imagerie 3D est souvent utilisé comme dToF (temps de vol direct), et il est souvent utilisé comme pixel de démodulation d'iToF (temps de vol indirect) ;5. Un autre exemple est l'injection directe infrarouge, CTIA, etc., bolomètre Utiliser le pixel de la mesure de résistance ;
6. De plus, il existe des pixels TDI, des pixels CCD 2/3/4 phases, etc.

Nous avons des dizaines de types de pixels pour les grandes catégories.Si on liste tous les pixels conçus par l'homme, il peut y avoir des centaines ou des milliers de types.Il nous est donc impossible de saisir tous ces pixels.La grande majorité des capteurs d'image CMOS Q (>95%) dans le monde sont basés sur l'imagerie 2D de la lumière visible, nous nous concentrons donc ici uniquement sur les pixels 3/4/5T.Si vous avez la possibilité de travailler dans différentes entreprises ou de faire du design entièrement personnalisé, alors contactez des choses plus intéressantes

Tout d'abord, comprenons un concept : Shutter.L'obturateur détermine comment et combien de lumière pénètre dans les pixels, ce qui détermine également la qualité de l'image.L'obturateur peut être divisé en obturateur mécanique (obturateur mécanique) et obturateur électronique (obturateur électronique), et l'obturateur électronique peut être divisé en obturateur roulant (obturateur roulant) et obturateur global (obturateur global).

L'obturateur mécanique est composé de deux lames d'obturateur.Avant l'exposition, la première lame recouvre tout le capteur, puis de manière générale, la lame est retirée de haut en bas, puis la deuxième lame est sortie de haut en bas après le début de l'exposition., bloquez tout le capteur et l'exposition se termine.La vitesse de déplacement de ces deux lames est très, très rapide, presque jusqu'à 35kmh.Ainsi, pour un appareil photo plein format 35 mm, la lame peut permettre au capteur de démarrer ou de terminer l'exposition en 1/400 s environ, on peut donc dire que tous les obturateurs mécaniques sont des obturateurs globaux "approximatifs".Alors, comment l'obturateur mécanique permet-il d'obtenir un temps d'exposition plus rapide ?C'est relativement "simple", c'est-à-dire que lorsque la première lame n'est pas complètement ouverte, la deuxième lame a déjà commencé à descendre pour bloquer, bien sûr, il y a une limite à cela, la plus rapide est d'environ 1/8000s.Si vous voulez une vitesse plus rapide, vous avez besoin d'un obturateur électronique.

Comme le montre l'image ci-dessous, vous pouvez voir la différence entre l'obturateur roulant et l'obturateur global dans l'obturateur électronique.Pour le volet roulant, le temps d'exposition de chaque rangée de pixels est au moins séparé du temps de lecture d'une rangée de pixels.Par exemple, il faut 10us pour lire une ligne, et nous avons 1000 lignes de pixels, puis l'exposition de la première ligne de pixels et de la dernière ligne de pixels commence/L'heure de fin est d'environ 10ms d'intervalle, de sorte que lors de la prise de vue physique sportive , l'image sera considérablement déformée ;en conséquence, l'obturateur global signifie que tous les pixels ont le même temps de début et de fin d'exposition