互補金屬氧化物半導體
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互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)
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互補金屬氧化物半導體是一種已大量使用的光集成器件，它可以把更多的功能(如像素陣列、計時邏輯、採樣電路、放大器、參考電壓等)集合成一體，故價格低廉，原理和功能與CCD接近，在精度要求不高的普及型場合得到了廣泛的應用。近年來，CMOS光電成像器件已成為固體成像器件研究開發的熱點。
互補金屬氧化物半導體的像素結構[1]
CMOS成像器件的像素電路分為無源像素型(PPS)和有源像素型(APS)。CMOS像素結構主要有光電二極體型無源像素結構、光電二極體型有源像素結構和光柵型有源像素結構。
(1)無源像素結構
單管的光電二極體無源像素，允許在給定的像元尺寸下有最高的設計填充繫數，或者在給定的設計填充繫數下可以設計出最小的像元尺寸。由於填充繫數高和沒有許多CCD中的多晶硅疊層，無源像素結構量子效率較高。但是，由於傳輸線電容較大，CMOS無源像素感測器讀出的雜訊較高，這是個致命的弱點。
(2)光電二極體型有源像素結構
在像元內引入緩衝器或放大器，可以改善像元的性能，這種像元內有有源放大器的感測器稱為有源像素感測器。CMOS有源像素感測器的功耗比CCD(電荷耦合器)小。與無源像素結構相比，有源像素結構的填充繫數小，其填充繫數的典型值為20％-30％，接近於行間轉移CCD(電荷耦合器)。
(3)光柵型有源像素結構
光柵型有源像素型CMOS主要應用於高性能科學成像和低光照條件下成像，讀出雜訊較低。
(4)其他像素結構
CMOS還有其他像素結構以滿足不同的需求。如在有些情況下，感測器非線性輸出是人們所希望的。當光信號被壓縮時，非線性輸出可以增大動態範圍。
互補金屬氧化物半導體成像器件的總體結構[1]
圖所示為CMOS光電成像器件的總體結構框圖。它們一般由光敏單元陣列、行選通邏輯、列選通邏輯、定時和控制電路、模擬信號處理器構成，更高級的CMOS光電成像器件，還集成有模／數(A／D)轉換。
行選通邏輯和列選通邏輯可以是移位寄存器或解碼器，定時和控制電路的作用是限制信號讀出模式、設定積分時間、控制數據輸出率等，而在片模擬信號處理器具有完成信號積分、放大、取樣和保持、相關雙取樣等功能。在片模擬／數字轉換器是在片數字成像系統所必需的。
CMOS光電成像器件可以是整個成像陣列有一個A／D或幾個A／D(每種一個顏色)，也可以是成像陣列每列各有一個A／D。
CMOS光電成像器件圖像信號有幾種讀出模式：
①整個陣列逐行掃描讀出模式，這是一種普遍的讀出模式；
②視窗讀出模式，這種模式僅讀出感興趣視窗內像元的圖像信息，因此增加了感興趣視窗內信號的讀出率；
③跳躍讀出模式，這種模式是每隔一個(或幾個)像元讀出，這種讀出模式以降低解析度為代價，允許圖像有選擇性取樣，以增加讀出速率。
此外，將跳躍讀出模式與視窗讀出模式結合，可實現電子全景攝像、傾斜攝像和可變焦攝像。
