Sơ đồ công nghiệp cảm biến ảnh CMOS

CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) là một chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung trong văn học Trung Quốc. Nó là một con chip quan trọng trong hệ thống máy tính và nắm giữ các dữ liệu cơ bản nhất để hướng dẫn hệ thống. Công nghệ sản xuất của CMOS không khác với công nghệ của một chip máy tính nói chung. Nó chủ yếu là một chất bán dẫn làm từ hai nguyên tố silicon và germanium, có thể cùng tồn tại trên CMOS với các lớp N (band-electric) và P (band + electricity). Trong các chất bán dẫn, dòng điện được tạo ra bởi hai hiệu ứng bổ sung này có thể được ghi lại và giải thích bởi chip xử lý dưới dạng hình ảnh. Sau đó, nó đã được tìm thấy rằng CMOS cũng có thể được xử lý như một cảm biến hình ảnh trong nhiếp ảnh kỹ thuật số. Cảm biến CMOS cũng có thể được chia nhỏ thành cảm biến pixel thụ động (PassivePixelSensorCMOS) và cảm biến điểm ảnh tích cực (ActivePixelSensorCMOS).

Các nhà sản xuất CMOS lớn trong và ngoài nước

CMOS R & D và các công ty sản xuất tương đối lớn, với hơn 30 ở Hoa Kỳ, 7 ở châu Âu, 8 ở Nhật Bản, 1 ở Hàn Quốc và 8 ở Đài Loan. Các nhà lãnh đạo toàn cầu là Agilent (HP), trong đó có một thị phần 51%, ST (VLSIVision) 16%, OmniVision 13%, Hyundai 8%, và Photobit khoảng 5%. Năm công ty này chiếm tổng thị phần. Tỷ lệ này đạt 93%.

Cảm biến quang phổ CMOS cảm biến hình ảnh

Trong các cảm biến hình ảnh CMOS hiện đại, một xu hướng phát triển quan trọng là độ nhạy quang phổ của nó kéo dài đến vùng hồng ngoại gần NIR (đến bước sóng khoảng 1.100 nm). Các ứng dụng ô tô được trang bị cảm biến hình ảnh CMOS IM-001 sẽ cải thiện khả năng thâm nhập sương mù và khả năng nhìn ban đêm. Khi công nghệ chụp ảnh công nghiệp bắt đầu sử dụng nhiều nguồn sáng hơn với bước sóng trong NIR, và công nghệ sinh học cũng đang sử dụng hiện tượng thú vị trong vùng quang phổ này, cảm biến IBIS5-AE-1300 mới phát triển có độ nhạy NIR 700-900 nm.

Trong công nghệ chụp ảnh cho các ứng dụng của người tiêu dùng, một xu hướng khác là tiếp tục tăng độ phân giải. Đến giữa năm 2005, khoảng 70% máy ảnh điện thoại di động có độ phân giải định dạng VGA (640 × 480 pixel); nhưng sau đó vào năm 2006, một vài triệu điểm ảnh của cảm biến sẽ chiếm 50% thị trường, và đến năm 2008 Thị phần của nó dự kiến sẽ tăng lên hơn 90%. Cuối cùng, Cypress đã phát triển cảm biến hình ảnh 3 megapixel cho điện thoại di động sử dụng công nghệ Autobrite, có thể thực hiện chuyển đổi analog / kỹ thuật số 12 bit và cung cấp phạm vi động rộng 72dB và hiện tại Bộ chuyển đổi analog / kỹ thuật số 10 bit trên thị trường có dải động chỉ 60dB. Tốc độ khung hình ở chế độ quét liên tục lên đến 30 khung hình / giây, cho phép quay video trực tiếp.

Trong lĩnh vực công nghiệp và thương mại, xu hướng này cũng hiển nhiên: Cypress đã giới thiệu cảm biến hình ảnh 1,3 megapixel / 35mm cho máy ảnh kỹ thuật số Kodak và cảm biến IBIS4-6600 6,6 megapixel thể hiện chất lượng vượt trội trong hỗ trợ đọc tự động cho thị giác suy giảm - nó cung cấp độ phân giải tuyệt vời trên một trang A4 chuẩn.

Tích hợp hệ thống với công nghệ Do hội tụ kỹ thuật số tăng tốc của các thiết bị rời rạc truyền thống như điện thoại di động, máy ảnh kỹ thuật số, máy nghe nhạc MP3 và PDA (tức là trở thành một sản phẩm điện tử tiêu dùng nhỏ gọn), người ta ngày càng mong đợi có ít nhất một phần tự chủ. Hệ thống con giới tính có thể cung cấp chức năng cực kỳ rộng trong một thiết bị duy nhất. Xu hướng này cũng sẽ có tác động đến công nghệ đo lường chuyên nghiệp: Với công cụ kiểm tra di động bao gồm máy ảnh kỹ thuật số, giao diện người dùng PDA và khả năng kết nối mạng WLAN, phạm vi của các ứng dụng kiểm tra và giám sát quang học sẽ được mở rộng hiệu quả. Là một công nghệ nền tảng, CMOS đáp ứng xu hướng này: các bộ chuyển đổi ảnh CCD vẫn yêu cầu sử dụng các mạch logic bên ngoài để điều khiển và các chức năng chuyển đổi analog / kỹ thuật số, trong khi các thiết bị logic chuẩn CMOS cho phép cảm biến, bộ điều khiển, bộ chuyển đổi và đánh giá. Các mạch logic, vv đều được tích hợp vào một chip.

Một ví dụ điển hình là một mạch chụp ảnh cho một chip CYIWCSC1300AA được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng tiêu dùng đòi hỏi. Nó dựa trên cảm biến hình ảnh 1,3-megapixel CYIWOSC1300AA và một cung cấp nội suy lỗi, điều chỉnh mức độ màu đen, hiệu chỉnh ống kính, hiệu chỉnh tín hiệu chéo, sửa chữa màu khảm, hiệu chỉnh màu, phơi sáng tự động, giảm tiếng ồn, hiệu ứng đặc biệt và hiệu chỉnh gamma , trong số rất nhiều bộ xử lý tín hiệu chức năng khác. Việc tích hợp nhiều chức năng hệ thống hơn (lên đến các hệ thống photoensor tự động) là khả thi, tùy thuộc vào mục tiêu kinh tế và các ràng buộc như năng lực thị trường và chi phí phát triển.

John Morse, nhà phân tích thị trường cao cấp tại IMS Research, chỉ ra: "Thị trường xử lý hình ảnh công nghiệp đã thay đổi rất nhanh, không chỉ ở cấp độ kỹ thuật mà còn liên quan đến việc sáp nhập các nhà sản xuất gần đây. Chúng tôi tin rằng xu hướng này sẽ tiếp tục". Vì vậy, sau đó áp dụng tương tự cho Cypress: Bằng cách mua lại SMalCamera Technologies Inc., được thành lập tại MIT (Viện Công nghệ Massachusetts) vào năm 1999, Cypress đã mở rộng phạm vi kinh doanh của mình cho các lĩnh vực tiêu dùng và ô tô; và sáp nhập với FillFactory (Đây là một công ty tách biệt với IMEC, trung tâm nghiên cứu công nghệ nano và vi điện tử nổi tiếng của châu Âu có trụ sở tại Leuven, Bỉ, năm 1999), khiến Cypress trở thành lĩnh vực công nghiệp.

Thị trường cảm biến hình ảnh CMOS đang bùng nổ và sẽ sớm trở thành một thị trường quy mô lớn. Nó vẫn chủ yếu phụ thuộc vào thiết kế của khách hàng cụ thể để đáp ứng một tập hợp các yêu cầu tùy chỉnh về mặt kỹ thuật và tích hợp hệ thống. Tuy nhiên, nó sẽ ngày càng cung cấp các giải pháp tiêu chuẩn phổ quát. Tăng độ phân giải, tỷ lệ khung hình và độ nhạy, cũng như giảm chi phí, đang tiếp tục mở rộng phạm vi ứng dụng của nó. Một phần của nó.

Cấu trúc pixel cảm biến CMOS

Thụ động: cấu trúc điểm ảnh thụ động (PassivePixelSensor. Được gọi là PPS), còn được gọi là thụ động. Nó bao gồm một photodiode phân cực ngược và một ống chuyển đổi. Một photodiode về bản chất là một điểm nối PN bao gồm một chất bán dẫn loại P và một chất bán dẫn loại N. Nó tương đương với một diode ngược thiên vị song song với một tụ điện MOS. Khi công tắc được bật, photodiode giao tiếp với cột dọc. Bộ khuếch đại tích hợp bộ sạc ở cuối dòng cột giữ hằng số điện áp cột. Khi phí tín hiệu được lưu trữ trong photodiode được đọc ra, điện áp được đặt lại về điện áp dòng cột, và cùng một lúc, phí tỷ lệ thuận với tín hiệu quang được chuyển đổi bởi bộ khuếch đại tích hợp phí thành đầu ra sạc.

Hoạt động: cấu trúc điểm ảnh hoạt động (Cảm biến Pixel Hoạt động. APS), còn được gọi là hoạt động, như trong Hình 2. Hầu như cùng lúc cấu trúc pixel CMOS PPS được phát minh, mọi người nhanh chóng nhận ra rằng sự ra đời của bộ đệm hoặc bộ khuếch đại trong pixel có thể cải thiện Hiệu suất của pixel có bộ khuếch đại riêng trong mỗi pixel trong CMOS CMOS. Bóng bán dẫn khuếch đại tích hợp trên bề mặt làm giảm diện tích bề mặt hiệu quả của phần tử pixel, giảm "mật độ bao bì" và gây ra 40% đến 50% ánh sáng tới được phản xạ. Một vấn đề khác với loại cảm biến này là làm thế nào để phù hợp hơn với bộ khuếch đại đa kênh của cảm biến, có thể đạt được tốt hơn bằng cách giảm mức dư của nhiễu mẫu cố định. Vì mỗi bộ khuếch đại trong CMOS CMOS pixel chỉ được kích hoạt trong khi đọc, mức tiêu thụ điện của CMOS APS nhỏ hơn so với bộ cảm biến hình ảnh CCD.

Yếu tố lấp đầy: Yếu tố lấp đầy, còn được gọi là hệ số lấp đầy, đề cập đến kích thước của photodiode trên pixel tương ứng với bề mặt pixel. Hiệu suất lượng tử đề cập đến giá trị chuẩn hóa của số lượng electron tối đa thực tế và lý thuyết sau khi một điểm ảnh bị ảnh hưởng bởi photon. Các cấu trúc điểm ảnh thụ động thường có hệ số lấp đầy lên đến 70% và do đó hiệu suất lượng tử cao. Tuy nhiên, các photodiod tích tụ một lượng nhỏ điện tích và rất dễ bị xáo trộn. Ngoài ra, không có bộ khuếch đại tín hiệu bên trong pixel và chỉ sử dụng bộ khuếch đại kết cuối bus dọc. Vì vậy, tín hiệu đọc ra có một số lượng lớn lộn xộn, và tỷ lệ S / N của nó là thấp, và tiếng ồn điểm ảnh khác nhau ở các vị trí khác nhau (tiếng ồn mẫu cố định FPN). Và ảnh hưởng đến chất lượng của toàn bộ hình ảnh. So với kiểu thụ động, cấu trúc điểm ảnh tích cực thêm bộ khuếch đại tại mỗi điểm ảnh và chuyển đổi điện tích tích của photodiode thành điện áp khuếch đại, giúp cải thiện đáng kể tỷ số S / N, nhờ đó cải thiện khả năng chống nhiễu trong quá trình truyền. Có khả năng. Tuy nhiên, do bộ khuếch đại chiếm quá nhiều diện tích pixel nên hệ số lấp đầy của nó tương đối thấp, thường từ 25% -35%.