CMOS-beeldsensor industrieprofiel

CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) is een complementaire metaaloxide halfgeleider in de Chinese literatuur. Het is een belangrijke chip in het computersysteem en bevat de meest elementaire gegevens voor systeemgeleiding. De fabricagetechnologie van CMOS verschilt niet van die van een algemene computerchip. Het is hoofdzakelijk een halfgeleider gemaakt van twee elementen van silicium en germanium die het mogelijk maakt naast elkaar te bestaan op de CMOS met N (band-elektrische) en P (band + elektriciteit) kwaliteiten. In halfgeleiders kan de stroom die wordt gegenereerd door deze twee complementaire effecten worden vastgelegd en geïnterpreteerd door de verwerkingschip als een afbeelding. Later bleek dat CMOS ook als beeldsensor bij digitale fotografie kan worden verwerkt. CMOS-sensoren kunnen ook worden onderverdeeld in passieve pixelsensoren (PassivePixelSensorCMOS) en actieve pixelsensoren (ActivePixelSensorCMOS).

Grote CMOS-fabrikanten in binnen- en buitenland

CMOS R & D en productiebedrijven zijn relatief groot, met meer dan 30 in de Verenigde Staten, 7 in Europa, 8 in Japan, 1 in Korea en 8 in Taiwan. De wereldleider is Agilent (HP), met een marktaandeel van 51%, ST (VLSIVision) 16%, OmniVision 13%, Hyundai 8% en Photobit van ongeveer 5%. Deze vijf bedrijven nemen het totale marktaandeel voor hun rekening. De koers bereikte 93%.

CMOS-beeldsensor spectrale gevoeligheid

In moderne CMOS-beeldsensoren is een belangrijke ontwikkelingstrend dat de spectrale gevoeligheid ervan zich uitstrekt tot het nabij-infrarode gebied NIR (tot een golflengte van ongeveer 1.100 nm). Automobieltoepassingen die zijn uitgerust met IM-001 CMOS-beeldsensoren zullen de mistpenetratie en nachtzichtmogelijkheden verbeteren. Omdat industriële beeldregistratietechnologie meer lichtbronnen begint te gebruiken met golflengten in de NIR, en biotechnologie ook interessante verschijnselen gebruikt in dit spectrale gebied, heeft de nieuw ontwikkelde IBIS5-AE-1300-sensor een NIR-gevoeligheid van 700-900 nm.

In de beeldregistratietechnologie voor consumententoepassingen is een andere trend om de resolutie verder te verhogen. Midden 2005 had ongeveer 70% van de camera's van mobiele telefoons een VGA-formaat resolutie (640 × 480 pixels); maar dan in 2006 zullen enkele miljoenen pixels van sensoren 50% van de markt innemen, en tegen 2008 zal zijn marktaandeel naar verwachting verder stijgen tot meer dan 90%. Hiervoor heeft Cypress een 3-megapixel beeldsensor voor mobiele telefoons ontwikkeld die gebruik maakt van Autobrite-technologie, 12-bits analoog / digitaal conversie kan uitvoeren en een breed dynamisch bereik van 72dB biedt, en momenteel de 10-bits analoog / digitaal-omzetter op de markt heeft een dynamisch bereik van slechts 60dB. De framesnelheid in de progressieve scanmodus is maximaal 30 frames per seconde, waardoor live video-opnames mogelijk zijn.

Op industrieel en commercieel gebied is deze trend ook duidelijk: Cypress heeft een 1,3-megapixel / 35 mm beeldsensor geïntroduceerd voor Kodak digitale camera's en een 6,6-megapixel IBIS4-6600-sensor laat een superieure kwaliteit zien in automatische leeshulpmiddelen voor visueel gebruik. aangetast - het biedt een uitstekende resolutie op een standaard A4-pagina.

Systeemintegratie met technologie Als gevolg van de versnelde digitale convergentie van traditionele discrete functionele apparaten zoals mobiele telefoons, digitale camera's, MP3-spelers en PDA's (dat wil zeggen, een compact product voor consumentenelektronica worden), wordt van mensen in toenemende mate verwacht dat zij op zijn minst een gedeeltelijke autonomie hebben. Seksubsystemen kunnen zeer uitgebreide functionaliteit bieden in een enkel apparaat. Deze trend zal ook een impact hebben op de professionele meettechnologie: met een draagbare inspectietool met een digitale camera, een PDA-gebruikersinterface en WLAN-netwerkmogelijkheden wordt de scope van optische test- en monitoringtoepassingen effectief uitgebreid. Als platformtechnologie voldoet CMOS aan deze trend: CCD-beeldomvormers vereisen nog steeds het gebruik van externe logische circuits voor besturing en analoge / digitale conversiefuncties, terwijl CMOS-standaardlogica-apparaten sensoren, controllers, converters en evaluaties mogelijk maken. Logische circuits, etc. zijn allemaal in één chip geïntegreerd.

Een typisch voorbeeld is een beeldopnamecircuit voor een CYIWCSC1300AA-chip die specifiek is ontworpen voor veeleisende consumententoepassingen. Het is gebaseerd op een 1,3-megapixelscansensor CYIWOSC1300AA en een die foutinterpolatie, zwartniveau-instelling, lenscorrectie, signaal-overspraakcorrectie, kleurmozaïekreparatie, kleurcorrectie, automatische belichting, ruisonderdrukking, speciale effecten en gammacorrectie biedt. , onder vele anderen Functionele extra signaalprocessor. Het integreren van meer systeemfuncties (tot autonome fotosensorsystemen) is mogelijk, afhankelijk van economische doelen en beperkingen zoals marktcapaciteit en ontwikkelingskosten.

John Morse, senior marktanalist bij IMS Research, merkte op: "De industriële beeldverwerkingsmarkt is zeer snel veranderd, niet alleen op technisch niveau, maar houdt ook verband met de recente fusie van fabrikanten." Wij geloven dat deze trend zich zal voortzetten. " Dus, dan geldt hetzelfde voor Cypress: door het verwerven van SMalCamera Technologies Inc., dat in 1999 werd opgericht in MIT (Massachusetts Institute of Technology), heeft Cypress het bereik van zijn activiteiten uitgebreid naar de consumenten- en automobielsector; en fusies met FillFactory (dit is een bedrijf dat werd gescheiden van IMEC, het beroemde Europese onderzoekscentrum voor micro-elektronica en nanotechnologie met hoofdkantoor in Leuven, België, in 1999), waardoor Cypress verder werd geïntroduceerd in de industriële sector.

De CMOS-beeldsensormarkt is booming en zal binnenkort een grootschalige markt worden. Het is nog steeds grotendeels afhankelijk van klantspecifieke ontwerpen om te voldoen aan een reeks aanpassingsvereisten op het gebied van specificaties en systeemintegratie. Het zal echter in toenemende mate universele standaardoplossingen bieden. Verhogingen van resolutie, framesnelheid en gevoeligheid, evenals kostenbesparingen, breiden het toepassingsgebied verder uit. Een deel ervan.

CMOS-sensor pixelstructuur

Passief: passieve pixelstructuur (PassivePixelSensor, ook wel PPS genoemd), ook wel passief genoemd. Het bestaat uit een omgekeerde vertekende fotodiode en een schakelaarbuis. Een fotodiode is in wezen een PN-overgang bestaande uit een halfgeleider van het P-type en een halfgeleider van het N-type. Het komt overeen met een omgekeerde diode parallel met een MOS-condensator. Wanneer de schakelaar is ingeschakeld, communiceert de fotodiode met de verticale kolombus. De ladingintegratorversterker aan het einde van de kolomlijn houdt de kolomlijnspanning constant. Wanneer de in de fotodiode opgeslagen signaallading wordt uitgelezen, wordt de spanning teruggesteld naar de kolomlijnspanning en tegelijkertijd wordt de lading die evenredig is aan het optische signaal geconverteerd door de ladingsintegrerende versterker naar de ladingsuitgang.

Actief: actieve pixelstructuur (actieve pixelsensor, afgekort APS), ook bekend als actief, zoals weergegeven in figuur 2. Bijna tegelijkertijd met het uitvinden van de CMOS PPS-pixelstructuur, realiseerde men zich al snel dat de introductie van een buffer of versterker in de pixel kan verbeteren De prestaties van de pixel heeft zijn eigen versterker in elke pixel in de CMOS APS. De op het oppervlak geïntegreerde versterkende transistor verlaagt het effectieve oppervlak van het pixelelement, vermindert de "verpakkingsdichtheid" en zorgt ervoor dat 40% tot 50% van het invallende licht wordt gereflecteerd. Een ander probleem met dit type sensor is hoe de meerkanaalsversterkers van de sensor beter kunnen worden aangepast, wat beter kan worden bereikt door het overblijvende niveau van vaste-patroonruis te verminderen. Aangezien elke versterker in de CMOS APS-pixel alleen tijdens deze uitlezing wordt geactiveerd, is het energieverbruik van de CMOS APS kleiner dan die van de CCD-beeldsensor.

Vulfactor: vulfactor, ook wel vulfactor genoemd, verwijst naar de grootte van de fotodiode op de pixel ten opzichte van het pixeloppervlak. Quantumefficiëntie verwijst naar de genormaliseerde waarde van het feitelijke en theoretische maximale aantal elektronen nadat een pixel is geraakt door een foton. Passieve pixelstructuren hebben typisch een ladingvullingsfactor van tot 70%, en dus is de kwantumefficiëntie hoog. Fotodiodes hopen echter een kleine hoeveelheid lading op en zijn erg gevoelig voor rommel. Bovendien is er geen signaalversterker in de pixel en wordt alleen de verticale busafsluitversterker gebruikt. Daarom heeft het uitgelezen signaal een grote hoeveelheid aan clutter en is de S / N-verhouding ervan laag en is de pixelruis verschillend in verschillende posities (FPN met vaste patroonruis). En van invloed op de kwaliteit van de hele afbeelding. Vergeleken met het passieve type voegt de actieve pixelstructuur bij elke pixel een versterker toe en zet de geaccumuleerde lading van de fotodiode om in een voltage voor versterking, wat de S / N-verhouding aanzienlijk verbetert, waardoor de anti-interferentie tijdens transmissie verbetert. Vermogen. Omdat de versterker echter te veel pixeloppervlak inneemt, is de vulfactor ervan relatief laag, meestal tussen 25% en 35%.