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第1章 引言1

1.1 综述1

1.2 CMOS图像传感器的简史1

1.3 智能CMOS图像传感器发展简史4

1.4 本书的内容安排6

第2章 CMOS图像传感器技术基础8

2.1 概述8

2.2 光电探测器的基本原理9

2.2.1 吸收系数9

2.2.2 少数载流子的行为9

2.2.3 灵敏度和量子效率11

2.3 智能CMOS图像传感器中的光电探测器12

2.3.1 PN结光电二极管12

2.3.2 光电门18

2.3.3 光电晶体管18

2.3.4 雪崩光电二极管19

2.3.5 光电导探测器19

2.4 PD的积累模式20

2.4.1 积累模式下的电势变化20

2.4.2 势垒描述21

2.4.3 PD中光生载流子的运动22

2.5 基本像素结构24

2.5.1 无源像素传感器24

2.5.2 3T-APS有源像素传感器26

2.5.3 4T-APS有源像素传感器27

2.6 传感器的外设29

2.6.1 寻址29

2.6.2 读出电路31

2.6.3 模拟-数字转换器32

2.7 传感器的基本特性33

2.7.1 噪声33

2.7.2 动态范围35

2.7.3 速度35

2.8 色彩35

2.9 像素共享36

2.10 像素结构比较37

2.11 与CCD的比较38

第3章 智能功能和材料40

3.1 简介40

3.2 像素结构40

3.2.1 电流模式41

3.2.2 对数传感器42

3.3 模拟域操作43

3.3.1 WTA模式43

3.3.2 映射44

3.3.3 电阻网络44

3.4 脉冲调制46

3.4.1 脉冲宽度调制47

3.4.2 脉冲频率调制47

3.5 数字处理52

3.6 硅以外的材料53

3.6.1 绝缘体上硅53

3.6.2 扩展检测波长55

3.7 非标准CMOS技术结构57

3.7.1 3D集成57

3.7.2 集成光发射器57

3.7.3 通过非标准结构实现颜色识别59

第4章 智能成像62

4.1 简介62

4.2 低光成像63

4.2.1 低光成像中的主动复位64

4.2.2 PFM在低光成像中的应用64

4.2.3 差分APS65

4.2.4 采用Geiger模式APD的智能CMOS图像传感器66

4.3 高速度66

4.3.1 全局快门66

4.4 宽动态范围67

4.4.1 宽动态范围的原理67

4.4.2 双重敏感性68

4.4.3 非线性响应69

4.4.4 多次采样70

4.4.5 饱和探测72

4.4.6 亮度扩散73

4.5 解调73

4.5.1 解调的原理73

4.5.2 相关法74

4.5.3 双电荷存储区法75

4.6 三维测距78

4.6.1 时差测距79

4.6.2 三角测距82

4.6.3 关键值深度法83

4.7 目标追踪84

4.7.1 用于目标追踪的最大值检测法85

4.7.2 用于目标追踪的投影法85

4.7.3 基于电阻网络及其他模拟处理的目标追踪85

4.7.4 基于数字处理的目标追踪85

4.8 像素与光学系统的专用装置87

4.8.1 非正交排列87

4.8.2 专用光学系统90

第5章 应用93

5.1 引言93

5.2 信息和通信应用93

5.2.1 光学识别标签93

5.2.2 无线光通信99

5.3 生物技术的应用104

5.3.1 多模式功能的智能图像传感器105

5.3.2 结合MEMS技术电位成像107

5.3.3 光学和电化学成像的智能CMOS传感器108

5.3.4 荧光探测110

5.4 医学上的应用114

5.4.1 胶囊型内窥镜114

5.4.2 视网膜假体115

附录A 常量表123

附录B 光照度124

附录C 人眼和CMOS图像传感器127

附录D MOS电容的基本特性129

附录E MOSFET的基本特性131

附录F 光学格式和分辨率134

参考文献135