CMOS图像传感器内部结构及工作原理

1. CMOS sensor内部结构

2. CMOS sensor整个平面构造图（floorplan）

光电二极管具有正向导通反向截止的特殊，反向的特性还有个电容的特性，当在二极管上加反向偏置电压时，就会给电容充电，当电容充满电荷之后，光子的射入会导致内部激发出新的电子 空穴对，与原来充电形成的电子空穴对进行配对放电，形成光电流I_ph，光电流I_ph给右侧的电容充电变成一个电压输出，

3.光子（Photon）与量子效率(quantum efficiency)

自然界中有不同频率的光线，如果我们简单来说分成RGB三种频率的光线，由于RGB的频率不同，所载有的能量也是不同的，以蓝光子为例，所载有的能量为4.41E-19焦耳，单个光子的能量E=hc/普朗克常量，那么一束光子的能量就等于所有光子能量的总和Total_Power=sum_of(all photons)。量子效率QE定义为，在一个camera sensor里面，经过color filter透射过来的光子转变成电荷的的效率，如果透射过来三个光子，产生出来一个电子空穴对，那么这个效率就是1/3.

4.与量子效率QE有关的几个重要概念

QE是衡量某个颜色通道某个频率/波长的光子转换成电子的效率

在不同的波长上QE是不一样的。

camera sensor可以感受近红外的波段，这个不符合人眼视觉的感受的，需要用IR cut把近红外的波段去除掉，否则红色通道感光就会过强，这样出来的图像就会偏红。

像素不能够被一个颜色的光激发的现在叫crosstalk，理想情况crosstalk为0。

sensitivity感光度：同样的光子能够激发出的电荷

sensitivity=QE*pixel_size    QE越高激发出来的电荷越多，pixel_size越大激发出来的电荷越多

5.感光过程

6.读取过程

7.动态范围