Sensores de imagem CMOS - Noções básicas de design de pixel

Desta vez, vamos falar sobre a parte mais crítica do CISQ: pixels!Pode-se dizer que quase todos os indicadores de desempenho do CIS são determinados pela qualidade do design do pixel.Vamos colocar desta forma: o design do circuito de leitura determina o limite inferior de desempenho de um sensor de imagem, e o design do pixel determina o limite superior de desempenho de um sensor de imagem!
Existem muitos tipos de pixels, como:
1. A luz visível mais comumente usada é 3T, 4T e 5T pixels.Se você deseja adicionar mais funções, como obturador global (GS, Global Shutter), alta faixa dinâmica (HDR, HighDynamic Range), etc., você precisa adicionar mais transistores;
2. O raio X é usado para pixel baseado em CTIA da contagem de fótons;
3. Pixel DVS para sensor de eventos;
4. O pixel SPAD usado para imagens 3D é frequentemente usado como dToF (tempo de voo direto) e é frequentemente usado como pixel de demodulação de iToF (tempo de voo indireto);5. Outro exemplo é injeção direta de infravermelho, CTIA, etc., bolômetro Use o pixel da medição de resistência;
6. Além disso, há pixel TDI, pixel CCD de 2/3/4 fases e assim por diante.

Temos dezenas de tipos de pixels para grandes categorias.Se listarmos todos os pixels projetados por humanos, pode haver centenas ou milhares de tipos.Portanto, é impossível inserirmos todos esses pixels.A grande maioria dos sensores de imagem CMOS Q (>95%) no mundo são baseados em imagens 2D de luz visível, então focamos apenas em 3/4/5T pixels aqui.Se você tiver a oportunidade de trabalhar em diferentes empresas ou fazer design totalmente personalizado, entre em contato com coisas mais interessantes

Antes de tudo, vamos entender um conceito: Obturador.O obturador determina como e quanta luz entra nos pixels, o que também determina a qualidade da imagem.O obturador pode ser dividido em obturador mecânico (obturador mecânico) e obturador eletrônico (obturador eletrônico), e o obturador eletrônico pode ser dividido em obturador rolante (obturador rolante) e obturador global (obturador global).

O obturador mecânico é composto por duas lâminas do obturador.Antes da exposição, a primeira lâmina cobre todo o sensor e, em geral, a lâmina é removida de cima para baixo e, em seguida, a segunda lâmina é movida de cima para baixo após o início da exposição., bloqueie todo o sensor e a exposição termina.A velocidade de movimento dessas duas pás é muito, muito rápida, quase até 35 km/h.Portanto, para uma câmera full-frame de 35 mm, a lâmina pode permitir que o sensor inicie ou termine a exposição em cerca de 1/400s, portanto, pode-se dizer que todos os obturadores mecânicos são obturadores globais "aproximados".Então, como o obturador mecânico consegue um tempo de exposição mais rápido?Isso é relativamente "simples", ou seja, quando a primeira lâmina não está totalmente aberta, a segunda lâmina já começou a se mover para baixo para bloquear, claro, há um limite para isso, o mais rápido é cerca de 1/8000s.Se você deseja uma velocidade mais rápida, precisa de um obturador eletrônico.

Conforme mostrado na figura abaixo, você pode ver a diferença entre o obturador de rolamento e o obturador global no obturador eletrônico.Para obturador rotativo, o tempo de exposição de cada linha de pixels é pelo menos separado pelo tempo de leitura de uma linha de pixels.Por exemplo, leva 10 us para ler uma linha e temos 1000 linhas de pixels, então a exposição da primeira linha de pixels e a última linha de pixels começa/ O tempo final é de cerca de 10 ms de intervalo, de modo que ao fotografar esportes físicos , a imagem ficará significativamente distorcida;correspondentemente, o obturador global significa que todos os pixels têm o mesmo tempo inicial e final de exposição