Understanding CMOS Image Sensor(20) _像素密度

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3.6 灵敏度（）
CMOS对入射光功率的响应能力用灵敏度参数衡量，常用的定义是在1μm2单位像素面积上，标准曝光条件下(1Lux照度， F5.6光圈) ，在1s时间内积累的光子数能激励出多少mV的输出电压。
在量子效率一定的情况下，的灵敏度主要取决于电荷/电压转换系数(/ , CVF) 。在下图的例子中， CVF =220uV/e ，这意味着阱容2000e的像素能够激励出最大440mV的电压信号。

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在曝光、增益相同的条件下，灵敏度高的信噪比更高，这意味着至少在两个方面可以获得比较优势，
EMVA 1288 定义了评价灵敏度的标准，即多少个光子可以引起像素值变化1 ，即一个DN 。根据量子力学的公式，
1个波长为540 nm的绿光光子携带的能量是
技术手册中会给出像素灵敏度规格，

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根据此规格即可计算像素值变化1需要多少个光子。下面的链接给出了一个具体的例子。
下图给出了普通灵敏度和高灵敏度在噪声、亮度方面的效果对比。

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high

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3.7 填充系数（Fill ）
一个像素不管实际面积多少，用于控制和读出的三极管和电路连线所占的面积是必须首先保证的，余下的面积才能用于制造感光PN结。假设一个像素小到只能勉强容纳几个必须的三极管，则填充系数降为零，这个像素就失去了意义。反之，像素面积越大，三极管和电路所占面积的比例就越小，像素的填充系数就越高，像素的成像质量也会越好。
下图是一个像素版图的例子，这是一个采用PPD结构设计的像素，尽管面积很大，但实际也只取得了60%的填充系数。

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为了大幅度地提高填充系数，人们不得不费心费力地在每个像素上方制造一个微透镜，将较大范围内的入射光会聚到较小的感光面上，这样可以将光能利用率提高到90%以上，也就是通过微透镜提高了等效填充系数，如下图所示。

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3.8 像素尺寸（pixel pitch）
最小的像素通常是出现在手机上，典型尺寸1.1um ，这差不多已经到了实用的极限了，安防和机器视觉常用2.2um~4.2um大小的像素，而单反和广播级的则倾向于用更大尺寸的像素。
关于像素尺寸有两个非常经典的问题，假设你有两个桶，一大一小，那么

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如果外边雨下的特别大，哪个桶先盛满水？ OK ，很显然是小的桶先满。如果外边的雨是一滴一滴地偶尔掉下来，哪个桶更容易接到水？ OK ，很显然是大的那个。