互补金属氧化物半导体
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互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)
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互补金属氧化物半导体是一种已大量使用的光集成器件，它可以把更多的功能(如像素阵列、计时逻辑、采样电路、放大器、参考电压等)集合成一体，故价格低廉，原理和功能与CCD接近，在精度要求不高的普及型场合得到了广泛的应用。近年来，CMOS光电成像器件已成为固体成像器件研究开发的热点。
互补金属氧化物半导体的像素结构[1]
CMOS成像器件的像素电路分为无源像素型(PPS)和有源像素型(APS)。CMOS像素结构主要有光电二极管型无源像素结构、光电二极管型有源像素结构和光栅型有源像素结构。
(1)无源像素结构
单管的光电二极管无源像素，允许在给定的像元尺寸下有最高的设计填充系数，或者在给定的设计填充系数下可以设计出最小的像元尺寸。由于填充系数高和没有许多CCD中的多晶硅叠层，无源像素结构量子效率较高。但是，由于传输线电容较大，CMOS无源像素传感器读出的噪声较高，这是个致命的弱点。
(2)光电二极管型有源像素结构
在像元内引入缓冲器或放大器，可以改善像元的性能，这种像元内有有源放大器的传感器称为有源像素传感器。CMOS有源像素传感器的功耗比CCD(电荷耦合器)小。与无源像素结构相比，有源像素结构的填充系数小，其填充系数的典型值为20％-30％，接近于行间转移CCD(电荷耦合器)。
(3)光栅型有源像素结构
光栅型有源像素型CMOS主要应用于高性能科学成像和低光照条件下成像，读出噪声较低。
(4)其他像素结构
CMOS还有其他像素结构以满足不同的需求。如在有些情况下，传感器非线性输出是人们所希望的。当光信号被压缩时，非线性输出可以增大动态范围。
互补金属氧化物半导体成像器件的总体结构[1]
图所示为CMOS光电成像器件的总体结构框图。它们一般由光敏单元阵列、行选通逻辑、列选通逻辑、定时和控制电路、模拟信号处理器构成，更高级的CMOS光电成像器件，还集成有模／数(A／D)转换。
行选通逻辑和列选通逻辑可以是移位寄存器或译码器，定时和控制电路的作用是限制信号读出模式、设定积分时间、控制数据输出率等，而在片模拟信号处理器具有完成信号积分、放大、取样和保持、相关双取样等功能。在片模拟／数字转换器是在片数字成像系统所必需的。
CMOS光电成像器件可以是整个成像阵列有一个A／D或几个A／D(每种一个颜色)，也可以是成像阵列每列各有一个A／D。
CMOS光电成像器件图像信号有几种读出模式：
①整个阵列逐行扫描读出模式，这是一种普遍的读出模式；
②窗口读出模式，这种模式仅读出感兴趣窗口内像元的图像信息，因此增加了感兴趣窗口内信号的读出率；
③跳跃读出模式，这种模式是每隔一个(或几个)像元读出，这种读出模式以降低分辨率为代价，允许图像有选择性取样，以增加读出速率。
此外，将跳跃读出模式与窗口读出模式结合，可实现电子全景摄像、倾斜摄像和可变焦摄像。
