CMOS图像传感器的技术进展及市场分析

2008-12-26 11:55:27来源: 国外电子元器件

  1.引言

  图像传感器是传感技术中的一个重要分支,是PC机多媒体世界今后不可缺少的外设,也是保安监控产业中的核心器件。在知识经济和信息社会已经到来的今天,它在我们的社会生活中会有越来越多的应用。

  固体图像传感器分为电荷耦合器件(CCD)型、MOS型和CMOS型三大类,早期由于受集成电路设计和工艺水平的限制,MOS型摄像器件无法克服其灵敏度低和抗干扰能力小的缺点,因而得不到广泛应用,随着电视技术的发展和集成电路制造工艺的迅速提高,当初MOS型摄像器件的缺点得到了一定程度的克服。到了八十年代末,英国爱丁堡大学成功地试制出了世界第一块单片CMOS型图像传感器件,从而为实用化开通了道路。

  CMOS型摄像器件是将图像传感部分和控制电路高度集成在同一芯片里,其体积不仅明显减小,而且功耗也大大降低。低廉的价格使其在通讯及其它应用领域具有巨大的潜力,从而使CMOS图像传感器逐步成为研究和开发的热点。

  CMOS图像传感器和CCD摄像器件在20年前几乎是同时起步的。由于CCD器件有光照灵敏度高、噪声低、像素小等优点,因而在过去的15年里它一直主宰着图像传感器市场。与之相反,CMOS图像传感器过去存在着像素大、信噪比小、分辨率低、暗电流较大(这是由亚微米方法所需要的高掺硅引起的;较大的暗电流导致较大的图像噪声)等缺点,因此一直无法和CCD技术抗衡。但是随着大规模集成电路技术的不断发展,过去CMOS图像传感器制造工艺中不易解决的技术问题,现在都能找到相应的解决办法,从而大大改善了CMOS图像传感器的图像质量。目前CMOS单元面积的像素数已与CCD单元面积的像素相当,从而使CMOS图像传感器也可以达到较高分辨率。如果能将CMOS黑白与彩色图像传感器的信噪比再提高10dB,光照灵敏度再提高4~5倍,那么CMOS图像传感器取代CCD器件就指日可待了。如果再将CMOS图像传感器所具有的体积小、重量轻、功耗低、高可靠、高集成、低成本、宽动态范围、抗辐射和几乎没有拖影等这些过去没有得到充分发挥的优点充分发挥,那么CMOS图像传感器将把我们带入一个崭新的图像技术时代。由此可见,CMOS图像传感器的上述优点将会在许多领域取代CCD所占领的市场,并开拓出更广阔的市场,从而将大大扩展视频图像技术的应用范围。

  虽然目前CMOS图像传感器的图像质量仍稍逊于CCD器件,但是,估计一年以后两者的图像质量就难分高下,届时凡是CCD图像传感器的应用领域均可使用CMOS器件。CCD器件由于功耗高、体积大等原因一直难以进入的应用范围,CMOS摄像器件将逐一占领。这样,CMOS图像传感器在安全监控、可视门铃(如保安监视场合的隐形摄像机)、嵌入式移动电话、笔记本电脑和PDA数字摄像机、汽车后视、消费类电子产品、玩具、P电视会议、可视电话、视频电子邮件、闭路电视系统、医疗仪器、计算机输入、数字静止摄像机、超市防盗、电梯监控、PC多媒体等需要高质量、低成本黑白和彩色图像等应用场合将扮演一个非常重要的角色。

  2.CMOS图像传感器的市场展望

  据美国Omni Vision公司预测,全球影像产品的市场将从1998年的8.8亿美元上升到2002年的16亿美元,整整要翻一番。另外,据市场调研公司Cahners In-stat Group预测,到2002年,基于CMOS图像传感器的影像产品将达到50%以上,也就是说,到时CMOS图像传感器将取代CCD而成为市场的主流。Omni Vision预测的美国国内以及全球的CMOS摄像机市场发展情况如表1所列。可见,CMOS摄像机的市场前景非常广阔。

  今后几年,全球CMOS图像传感器销售量将迅速增加,并将在许多数字图像应用领域向传统的CCD发起冲击。预计到2002年,销售量将达到6000万片。这是因为CMOS图像传感器件具有两大优点:一是价格比CCD器件低15~25%;二是其芯片的结构可方便地与其它硅基元器件集成,从而可有效地降低整个系统的成本。

  尽管过去CMOS图像传感器的图像质量比CCD差且分辨率低,然而经过迅速改进,已不断逼近CCD的技术水平,目前这种传感器件已广泛应用于对分辨率要求较低的数字相机、电子玩具、电视会议和保安系统的摄像结构中。

  日本Nintendo有限公司最近已推出采用CMOS图像传感器的低分辨率数字相机,上市头两个月,销售量就达100万台。三菱公司、摩托罗拉、惠普、东芝和Intel公司不久也将上市该类产品。

  据统计,全球CMOS图像传感器年销售额1997年为5400万美元,1998年达2.18亿美元,预计到2002年,该产品的销售额将增大到48.87亿美元。1997年英国VLSI视觉公司每月可销售10万块CMOS图像传感器芯片。该公司是世界上生产CMOS图像传感器芯片和CMOS摄像机的最大厂商之一。表2列出了全球CMOS图像传感器销售量和销售额的预测情况。

  美国Omni Vision公司推出的OV系列CMOS图像传感器以1000片为单位起售,价格如下:黑白模拟输出OV7000系列(628×528CCIR/508×Δ92EIA)的价格为每片17美元;黑白数字输出OV7100系列(640×480CCIR)为每片17美元,彩色模拟输出OV7500系列(628×582PAL/508×492VTSC)为每片19美元,彩色数字输出OV7600系列(640×480CCIR)为每片19美元。

  东芝公司在计划2001年出售的5500万块成像芯片中有一半是最新的CMOS图像传感器。

  现在,北美、日本、欧洲以及其它地区生产的黑白和彩色图像传感器已用于PC摄像机中,表3给出了利用 CMOS图像传感器制造的PC摄像机的市场预测。



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关键字:摄像机  像素  分辨率  传感器

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2008/1226/article_479.html
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