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传统前照式图像传感器技术解析
资料介绍
一、技术定义与基本结构
传统前照式（Front-Side Illumination，FSI）图像传感器是最早商业化应用的CMOS图像传感器架构，其核心特征在于光线从硅衬底正面（即布线层一侧）入射到感光区域。该结构主要由以下部分构成：
· Pixel Array（像素阵列）：由数百万个感光单元组成，每个像素包含光电二极管（PD）和微透镜
· 金属布线层：位于感光区域上方，包含铝或铜制导电线路及晶体管
· 彩色滤光片阵列（CFA）：通常采用拜耳排列（Bayer Pattern）实现彩色成像
· 微透镜阵列：用于汇聚入射光线，提高光收集效率
在FSI结构中，光线需依次穿过微透镜、彩色滤光片、金属布线层后才能到达光电二极管，这种光路设计导致其在光利用率方面存在固有局限。
二、工作原理
FSI图像传感器的工作流程可分为四个关键阶段：
1. 光信号转换：入射光线通过微透镜汇聚后，经彩色滤光片过滤特定波长光，剩余光子到达光电二极管产生光生电荷
2. 电荷积累：光电二极管在曝光时间内积累电荷，电荷数量与入射光强度成正比
3. 信号读取：金属布线层中的晶体管控制电荷从光电二极管转移至浮动扩散区（FD），经放大器转换为电压信号
4. 模数转换：模拟信号通过片上模数转换器（ADC）转换为数字信号，最终传输至图像处理器
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