CMOS图像传感器量子效率和满阱容量对数测量方法研究

摘要

随着近年来半导体工艺的不断发展，国内外对CMOS图像传感器的研究也越来越快，各种高性能的CMOS图像传感器产品一一问世，有逐渐取代CCD图像传感器之势。尤其是具有高分辨率、高灵敏度以及高帧频等优良性能的CMOS图像传感器在科学研究、医疗领域、航空航天乃至军事领域上都具有十分广泛的应用。对于各髙端领域的用户来说，CMOS图像传感器在实际应用中所表现出来的性能参数，往往比厂家提供的器件数据手册中的参数指标更具有参考价值。为了筛选出具有更高性能的CMOS成像器件，要量化和评估CMOS图像传感器在实际应用中的工作表现。为了实现这一目的，国内外都在紧锣密鼓的进行相应的CMOS图像传感器性能参数测试研究。然而国内对于CMOS图像传感器的研究起步较晚，对于CMOS图像传感器性能参数测试的研究则更是慢于国外研究机构。
　　本文正是从这一角度切入，首先对国内外CMOS图像传感器性能参数测试研究的发展和现状进行了调研，之后在调研的基础上开展实验工作，并取得了如下成果：
　　1.以EMVA1288标准和PhotonTransfer光子转换作为理论基础，研究分析了CMOS成像器件的主要性能参数定义，提炼出了针对量子效率和满阱容量的测量方法；
　　2.根据硕士期间参与CMOS图像传感器测试系统项目的实践经验，详细分析了性能参数测试系统的软、硬件实现，并结合实验室环境，针对现有测试装置的一系列问题做出了诸多改进，改进后的测试系统能够完成量子效率和满阱容量等参数的测试研究。
　　3.将测量方法应用在测试系统中，对待测CMOS图像传感器进行了多次实验，用最小二乘法对实验数据进行处理并利用MATLAB软件实现相应计算。
　　4.分析了测试系统中部分模块的噪声，并提出了降噪方案，从各模块间速度匹配以及FPGA资源占用情况方面分析了测试系统的硬件电路。

目录

声明

第1章绪论

1 .1课题研究背景

1 .2课题研究意义

1 .3课题研究内容

1 .4本章小结

第2章测试系统理论介绍及测试方法研究

2 .1测试标准简介

2 .2光子转换原理

2 .3光能量检测原理

2 .4量子效率和满阱容量测试方法

2 .5本章小结

第3章图像传感器测试系统介绍

3 .1测试系统总体结构

3 .2光源

3 .3滤光装置

3 .4积分球

3 .5暗室

3 .6下位机数据采集电路板

3 .7上位机

3 .8本章小结

第4章测试系统硬件电路设计

4 .1光能量采集模块

4 .2图像传感器模块

4.3 FPGA最小系统及外围电路

4.4 Cameral link 接口

4 .5测试硬件电路模块化设计

4 .6本章小结

第5章 CM OS图像传感器参数测试与数据处理

5 .1测试流程概述

5 .2基本测试

5.3 Q E测试和F W C测试

5 .4其他参数测试

5 .5本章小结

第6章硬件电路评估及噪声分析

6 .1硬件电路噪声分析

6 .2各模块间速度匹配

6.3 FPGA资源利用

6 .4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢