2018-07-19

1. 概述与总结     

CCD：包含大量整齐排列的光电二极管像元，在光照下每个像元累积的电荷通过列与水平转移寄存器有序转移到CCD边缘进行输出，再经过一个放大器以及A/D电路进行处理最终形成图像。     

EMCCD：在CCD的水平转移寄存器后增加一个增益寄存器, 使光生电子数放大上千倍，提高了灵敏度并降低读出噪声，但增加了乘性噪声。   

 CMOS：没有CCD结构中的转移寄存器，每个像元都连接各自的放大器以及A/D电路，具有更快的读出速度。   

 sCMOS: 为CCD/CMOS的复合结构：以CCD结构为基底，每一列都分别连接着两个放大器与A/D电路。有着低噪声、高动态范围、高灵敏度等优点。 

2 技术原理介绍     

电荷耦合元件（CCD）是显微数字成像领域中使用最广泛的图像传感器，其基本的光探测原理是内光电效应。2009年诺贝尔物理学奖颁发给了威拉德·博伊尔和乔治·史密斯以表彰他们在1969年发明了CCD这一具有开创性以及深远应用的器件。CCD包含大量的光电二极管像元，在光照下每个像元会发生电荷累积。这些电荷通过（列与水平）转移寄存器有序地转移到CCD的边缘进行输出，最后经过（一个放大器以及A/D转换）电路处理行成图像。   

后来，在CCD原本的结构基础上增加了增益寄存器使光生电荷的数量被放大了上千倍，显著提高了CCD的感光灵敏度，这就是电子倍增CCD（EMCCD）。EMCCD具有超低噪声、高信噪比的优点，因此广泛地用于微弱荧光检测以及超高分辨成像。   

到了90年代中期，数字相机开始使用互补金属氧化物半导体器件(CMOS)作为图像传感器。CMOS是有源像元传感器，每个像元上有各自的放大器（以及A/D转换电路)，因此比起CCD，具有更快的读出速度。此外，CMOS制造成本也相对低廉，很快就被用在手机行业。 

2009年，Andor、Fairchild以及PCO提出图像传感器一种新的设计方式，发展了一种CCD/CMOS的复合结构，称为科学级CMOS（sCMOS)。sCMOS以CCD结构为基底，（包含有与CCD中类似的结构，每一列像元又连接着各自的两个放大器以及A/D转换电路）。因此，这种图像传感器具有CCD的成像性能以及CMOS的高速读出速度。

3、背照式sCMOS技术的突破