CMOS Görüntü Sensörü Sanayi Profili

CMOS (Tamamlayıcı Metal Oksit-Yarıiletken), Çin literatüründe tamamlayıcı bir metal oksit yarı iletkendir. Bilgisayar sistemindeki önemli bir yongadır ve sistem rehberliği için en temel verileri tutar. CMOS'un üretim teknolojisi, genel bir bilgisayar çipininkinden farklı değildir. Esas olarak CMOS ile N (bant-elektrik) ve P (bant + elektrik) derecelerinde bir arada bulunmayı mümkün kılan iki elementli silikon ve germanyumdan oluşan bir yarı iletkendir. Yarı iletkenlerde, bu iki tamamlayıcı etki tarafından üretilen akım, işleme çipi tarafından bir görüntü olarak kaydedilebilir ve yorumlanabilir. Daha sonra, CMOS'un dijital fotoğrafçılıkta bir görüntü sensörü olarak işlenebileceği bulundu. CMOS sensörleri pasif piksel sensörleri (PassivePixelSensorCMOS) ve aktif piksel sensörleri (ActivePixelSensorCMOS) olarak da bölünebilir.

Yerli ve yabancı büyük CMOS üreticileri

CMOS Ar-Ge ve üretim şirketleri nispeten büyüktür, ABD'de 30'dan fazla, Avrupa'da 7, Japonya'da 8, Kore'de 1 ve Tayvan'da 8'dir. Küresel lider% 55 pazar payına sahip olan Agilent (HP),% 16 ST (VLSIVision),% OmniVision% 13, Hyundai% 8 ve Photobit% 5 civarında. Bu beş şirket toplam pazar payını oluşturmaktadır. Oran% 93'e ulaştı.

CMOS görüntü sensörü spektral duyarlılığı

Modern CMOS görüntü sensörlerinde, önemli bir gelişme eğilimi, spektral hassasiyetinin, yakın kızılötesi bölgeye (yaklaşık 1,100 nm dalga boyuna) uzanmasıdır. IM-001 CMOS görüntü sensörleriyle donatılmış otomotiv uygulamaları, sis penetrasyonu ve gece görüş yeteneklerini geliştirecektir. Endüstriyel görüntü yakalama teknolojisi, NIR'deki dalga boyları ile daha fazla ışık kaynağı kullanmaya başladıkça ve biyoteknoloji de bu spektral bölgede ilginç fenomenler kullanıyor, yeni geliştirilen IBIS5-AE-1300 sensörü 700-900 nm'lik bir NIR duyarlılığına sahip.

Tüketici uygulamaları için görüntü yakalama teknolojisinde, başka bir trend, çözünürlüğü arttırmaya devam etmektir. 2005'in ortalarına gelindiğinde, cep telefonu kameralarının yaklaşık% 70'inin VGA formatlı bir çözünürlüğü vardı (640 × 480 piksel); ancak 2006'da birkaç milyon piksel sensör piyasada% 50'lik bir paya sahip olacak ve 2008 yılına kadar pazar payının% 90'ın üzerine çıkması bekleniyor. Bu amaçla Cypress, Autobrite teknolojisini kullanan, 12-bit analog / dijital dönüşüm gerçekleştirebilen ve 72dB geniş bir dinamik aralık ve şu anda 10-bit analog / dijital dönüştürücü sağlayan cep telefonları için 3 megapiksel bir görüntü sensörü geliştirdi. Piyasada sadece 60dB dinamik bir aralığa sahiptir. Aşamalı tarama modundaki kare hızı, canlı video kaydına izin veren saniyede 30 kareye kadardır.

Endüstriyel ve ticari alanlarda da bu eğilim bellidir: Cypress, Kodak dijital fotoğraf makineleri için 1.3 megapiksel / 35 mm görüntü algılayıcısı ve 6.6 megapiksellik bir IBIS4-6600 sensörü, görsel olarak otomatik okuma yardımcılarında üstün kaliteyi sergilemektedir. bozulmuş - tam standart A4 sayfasında mükemmel çözünürlük sağlar.

Teknolojiyle Sistem Entegrasyonu Cep telefonları, dijital kameralar, MP3 çalarlar ve PDA'lar gibi geleneksel ayrık fonksiyonel aygıtların (örneğin, kompakt bir tüketici elektroniği ürünü) hızlandırılmış dijital yakınsaması nedeniyle, insanların en azından kısmi özerkliğe sahip olmaları giderek artmaktadır. Seks alt sistemleri tek bir cihazda son derece geniş işlevler sağlayabilir. Bu eğilimin aynı zamanda profesyonel ölçüm teknolojisi üzerinde de bir etkisi olacaktır: Dijital kamera, PDA kullanıcı arayüzü ve WLAN ağ yetenekleri içeren taşınabilir bir inceleme aracıyla, optik test ve izleme uygulamalarının kapsamı etkin bir şekilde genişletilecektir. Bir platform teknolojisi olarak CMOS bu eğilimi karşılıyor: CCD görüntü dönüştürücüleri hala kontrol ve analog / dijital dönüşüm fonksiyonları için harici mantık devrelerinin kullanılmasını gerektiriyor, CMOS standart mantık cihazları ise sensörler, kontrolörler, dönüştürücüler ve değerlendirmeler sağlıyor. Mantık devreleri, vb. Hepsi bir çipe entegre edilmiştir.

Tipik bir örnek, zorlu tüketici uygulamaları için özel olarak tasarlanmış bir CYIWCSC1300AA yongası için bir görüntü yakalama devresidir. CYIWOSC1300AA ve 1.3 megapiksellik bir görüntü sensörü, hata interpolasyonu, siyah seviye ayarı, lens düzeltme, sinyal çapraz düzeltme, renk mozaik onarımı, renk düzeltme, otomatik pozlama, gürültü bastırma, özel efektler ve gama düzeltme sağlayan bir Diğerleri arasında fonksiyonel ek sinyal işlemcisi. Ekonomik kapasite ve pazar kapasitesi ve geliştirme maliyetleri gibi kısıtlamalara bağlı olarak daha fazla sistem fonksiyonunun (otonom fotosensör sistemlerine kadar) mümkün olması mümkündür.

IMS Research'ün kıdemli pazar analisti John Morse, “Endüstriyel görüntü işleme pazarı, sadece teknik düzeyde değil, aynı zamanda imalatçıların son birleşme sürecini de çok hızlı bir şekilde değiştirdi. Bu eğilimin devam edeceğine inanıyoruz.” Yani, aynısı Cypress için de geçerli: 1999'da MIT'de (Massachusetts Institute of Technology) kurulmuş olan SMalCamera Technologies Inc.'i satın alarak Cypress, iş alanını tüketici ve otomotiv sektörlerine genişletti; ve FillFactory ile birleşmeler (IMEC'den, 1999'da Leuven, Belçika'da bulunan ünlü Avrupa mikroelektronik ve nanoteknoloji araştırma merkezi) ve endüstriyel alanda Cypress'i daha da geliştiren bir şirkettir.

CMOS görüntü sensörü pazarı patlıyor ve yakında büyük ölçekli bir pazar haline gelecek. Teknik özellikler ve sistem entegrasyonu açısından bir takım özelleştirme gereksinimlerini karşılamak için büyük ölçüde müşteriye özel tasarımlara dayanır. Ancak, giderek standart evrensel çözümler sunacak. Çözünürlük, kare hızı ve hassasiyetin yanı sıra maliyet düşüşlerinde de artışlar uygulama alanını genişletmeye devam ediyor. Bunun bir parçası.

CMOS sensörü piksel yapısı

Pasif: pasif piksel yapısı (Pasif PikselSensör. PPS olarak da geçer) pasif olarak da bilinir. Ters yönlü fotodiyot ve bir anahtar tüpünden oluşur. Bir fotodiyot esas olarak bir P-tipi yarı-iletken ve bir N-tipi yarı-iletkenden oluşan bir PN eklemidir. Bir MOS kondansatörüne paralel olarak ters yönlü bir diyotla eşdeğerdir. Anahtar açıldığında, fotodiyot dikey kolonbus ile iletişim kurar. Kolon hattının sonundaki yük entegratörü yükselticisi kolon hattı voltajını sabit tutar. Fotodiyodda saklanan sinyal şarjı okunduğunda, voltaj kolon hattı voltajına sıfırlanır ve aynı zamanda, optik sinyale orantılı olan şarj, şarj entegrasyon amplifikatörü tarafından şarj çıkışına dönüştürülür.

Aktif: aktif piksel yapısı (Aktif Piksel Sensörü. Kısa APS), aynı zamanda aktif olarak da bilinir. Şekil 2'de gösterildiği gibi. CMOS PPS piksel yapısının icat edildiği anda, insanlar bir tamponun ya da pikseldeki amplifikatör artırabilir Pikselin performansı, CMOS APS'deki her pikselde kendi amplifikatörüne sahiptir. Yüzeye entegre edilen yükseltici transistör, piksel elemanının etkili yüzey alanını azaltır, "ambalaj yoğunluğunu" azaltır ve gelen ışığın% 40 ila% 50'sinin yansıtılmasına neden olur. Bu tip sensörlerle ilgili bir diğer problem, sensörün çok kanallı amplifikatörleriyle daha iyi eşleşmesidir, bu da sabit kalıp gürültüsünün artık seviyesini azaltarak daha iyi elde edilebilir. CMOS APS pikseli içindeki her amplifikatör sadece bu okuma sırasında aktive edildiğinden, CMOS APS'nin güç tüketimi CCD görüntü sensöründen daha küçüktür.

Doldurma faktörü: Doldurma faktörü olarak da adlandırılan doldurma faktörü, piksel yüzeyine göre piksel üzerindeki fotodiyot boyutuna karşılık gelir. Kuantum verimi, bir fotonun bir piksele çarpmasından sonra gerçek ve teorik maksimum elektron sayısının normalleştirilmiş değerini ifade eder. Pasif piksel yapıları tipik olarak% 70'e varan bir doluluk oranına sahiptir ve böylece kuantum verimliliği yüksektir. Bununla birlikte, fotodiyotlar az miktarda şarj biriktirir ve dağınıklığa çok duyarlıdırlar. Ek olarak, piksel içinde sinyal yükseltici yoktur ve sadece dikey veri yolu sonlandırma yükselticisi kullanılır. Bu nedenle, okunan sinyal büyük miktarda dağınıklığa sahiptir ve S / N oranı düşüktür ve piksel gürültüsü farklı konumlarda farklıdır (sabit şablon gürültüsü FPN). Ve tüm görüntünün kalitesini etkiler. Pasif tiple karşılaştırıldığında, aktif piksel yapısı her bir piksele bir amplifikatör ekler ve fotodiyodun birikmiş yükünü amplifikasyon için bir voltaja dönüştürür, bu da S / N oranını büyük ölçüde geliştirir, böylece iletim sırasında anti-paraziti geliştirir. Kabiliyet. Ancak, amplifikatör çok fazla piksel alanı kapladığından, dolgu faktörü nispeten düşüktür, tipik olarak% 25-35 arasındadır.