Профил на индустриалния сензор за CMOS изображения

CMOS (допълнителен метал-оксид-полупроводник) е допълнителен полупроводник на метален оксид в китайската литература. Той е важен чип в компютърната система и притежава най-основните данни за системното ориентиране. Производствената технология на CMOS не се различава от тази на общия чип компютър. Това е главно полупроводник, изработен от два елемента от силиций и германий, който позволява съвместното съществуване на CMOS с N (band-electric) и P (band + electricity). В полупроводниците токът, генериран от тези два допълващи се ефекта, може да бъде записан и интерпретиран от обработващия чип като изображение. По-късно беше установено, че CMOS може да се обработва и като сензор за изображения в цифровата фотография. CMOS сензорите могат да бъдат разделени на пасивни пикселни сензори (PassivePixelSensorCMOS) и активни пикселни сензори (ActivePixelSensorCMOS).

Вътрешни и чуждестранни големи CMOS производители

CMOS R & D и производствените компании са сравнително големи, с над 30 в Съединените щати, 7 в Европа, 8 в Япония, 1 в Корея и 8 в Тайван. Глобалният лидер е Agilent (HP), който има пазарен дял от 51%, ST (VLSIVision) 16%, OmniVision 13%, Hyundai 8% и Photobit около 5%. Тези пет компании отчитат общия пазарен дял. Процентът достигна 93%.

CMOS спектрална чувствителност на изображението

В съвременните CMOS сензори за изображения, важна тенденция за развитие е, че спектралната чувствителност се простира до близката инфрачервена област NIR (до дължина на вълната около 1100 nm). Автомобилните приложения, оборудвани с IM-001 CMOS сензори за изображения, ще подобрят способността за проникване на мъгла и нощно виждане. Тъй като технологията за улавяне на индустриални изображения започва да използва повече източници на светлина с дължини на вълната в NIR и биотехнологията също използва интересни явления в този спектрален регион, новоразработеният сензор IBIS5-AE-1300 има чувствителност NIR 700-900 nm.

В технологията за снемане на изображения за потребителски приложения, друга тенденция е да продължи да се увеличава разделителната способност. До средата на 2005 г. около 70% от камерите за мобилни телефони имат VGA резолюция (640 × 480 пиксела); но след това през 2006 г. няколко милиона пиксела сензори ще заемат 50% от пазара и до 2008 г. се очаква пазарният му дял да се покачи допълнително до над 90%. За тази цел Cypress разработи 3-мегапикселов сензор за изображения за мобилни телефони, който използва технологията Autobrite, може да извърши 12-битово аналогово / цифрово преобразуване и осигурява широк динамичен диапазон от 72dB, а в момента 10-битовият аналогов / цифров конвертор на пазара има динамичен обхват от само 60dB. Скоростта на кадрите в режим на прогресивно сканиране е до 30 кадъра в секунда, което позволява запис на живо.

В индустриалната и търговската сфера тази тенденция е очевидна: Cypress представи 1.3-мегапикселов / 35-милиметров сензор за изображения за цифрови фотоапарати Kodak и 6.6-мегапикселов сензор IBIS4-6600 е в демонстриране на високо качество на автоматичните четящи устройства за визуално увреден - осигурява отлична разделителна способност на пълен стандартен формат А4.

Системна интеграция с технологии Благодарение на ускорената цифрова конвергенция на традиционните дискретни функционални устройства като клетъчни телефони, цифрови фотоапарати, MP3 плейъри и PDA (т.е. компактна потребителска електроника), хората все повече се очаква да имат поне частична автономия. Подсистемите секс могат да осигурят изключително широка функционалност в едно устройство. Тази тенденция също ще окаже влияние върху професионалната технология за измерване: С помощта на преносим инструмент за проверка, който включва цифров фотоапарат, PDA потребителски интерфейс и WLAN мрежови възможности, обхватът на приложенията за оптични тестове и мониторинг ще бъде ефективно разширен. Като платформа технология, CMOS отговаря на тази тенденция: CCD преобразувателите на изображения все още изискват използването на външни логически схеми за управление и аналогови / цифрови функции за преобразуване, а CMOS стандартните логически устройства дават възможност на сензори, контролери, преобразуватели и оценки. Логическите схеми и т.н. са интегрирани в един чип.

Типичен пример е схема за заснемане на изображение за чип CYIWCSC1300AA, специално разработен за взискателни потребителски приложения. Базира се на 1,3-мегапикселов сензор за изображения CYIWOSC1300AA, който осигурява интерполация на грешки, корекция на нивото на черно, корекция на обектива, коригиране на сигнала за кръстосано говорене, ремонт на цветна мозайка, коригиране на цветовете, автоматично излагане, шумопотискане, специални ефекти и гама корекция , сред много други Функционален допълнителен сигнален процесор. Интегрирането на повече системни функции (до автономните фотосензорни системи) е осъществимо, в зависимост от икономическите цели и ограничения като пазарния капацитет и разходите за развитие.

Джон Морс, старши анализатор в IMS Research, посочи: "Пазарът на промишлена обработка на изображения се е променил много бързо, не само на техническо ниво, но също така включва и неотдавнашното сливане на производителите, смятаме, че тази тенденция ще продължи". Тогава същото важи и за Cypress: С придобиването на SMalCamera Technologies Inc., основана през 1999 г. в MIT (Масачузетския технологичен институт), Cypress разшири обхвата си в бизнеса и автомобилния сектор; и сливания с FillFactory (Това е компания, която беше отделена от IMEC, известен европейски изследователски център за микроелектроника и нанотехнологии със седалище в Льовен, Белгия през 1999 г.), което направи Cypress по-нататъшно в индустриалната област.

Пазарът на CMOS сензори се разраства и скоро ще се превърне в мащабен пазар. Той все още до голяма степен разчита на специфични за клиентите проекти, за да отговори на набор от изисквания за персонализиране по отношение на спецификациите и системната интеграция. Все пак тя все повече ще предоставя универсални стандартни решения. Увеличаването на разделителната способност, честотата на кадрите и чувствителността, както и намаляването на разходите, продължават да разширяват обхвата на приложение. Част от него.

CMOS сензорна пикселна структура

Пасивно: пасивна структура на пиксели (PassivePixelSensor, наричана PPS), известна също като пасивна. Състои се от фотодиод с обратна предубеденост и тръба на превключвателя. Фотодиодът е по същество възел PN, състоящ се от полупроводник тип P и полупроводник тип N. Това е еквивалентно на диод с обърнат наклон успоредно с кондензатор MOS. Когато ключът е включен, фотодиодът комуникира с вертикалната колонна шина. Усилвателят на интегратора на заряда в края на линията на колоната поддържа константата на колонното напрежение постоянна. Когато се прочете сигналната заряд, запазена във фотодиода, напрежението се връща към напрежението на колонното напрежение и едновременно с това. Зарядът пропорционален на оптичния сигнал се преобразува от усилвателя, интегриращ заряда, към изхода на заряда.

Активно: активна пикселна структура (Active Pixel Sensor, APS за кратко), позната също като активна, както е показано на фигура 2. Почти по същото време, когато е измислена структурата на пиксела CMOS PPS, хората бързо осъзнават, че въвеждането на буфер или усилвател в пиксела може да подобри Ефективността на пиксела има собствен усилвател във всеки пиксел в CMOS APS. Вграденият върху повърхността усилващ транзистор намалява ефективната повърхност на пикселния елемент, намалява "плътността на опаковката" и предизвиква отразяване на 40% до 50% от падащата светлина. Друг проблем с този тип датчик е как по-добре да съответства на многоканалните усилватели на сензора, което може да се постигне по-добре чрез намаляване на остатъчното ниво на шума с фиксиран модел. Тъй като всеки усилвател в CMOS APS пиксела се активира само по време на това отчитане, консумацията на енергия на CMOS APS е по-малка от тази на CCD сензора за изображения.

Фактор на пълнене: Коефициентът на пълнене, наречен също фактор на запълване, се отнася до размера на фотодиода върху пиксела спрямо повърхността на пикселите. Квантовата ефективност се отнася до нормализираната стойност на действителния и теоретичния максимален брой електрони, след като един пиксел е засегнат от фотона. Пасивните пикселни структури обикновено имат коефициент на запълване на заряда до 70% и така квантовата ефективност е висока. Въпреки това, фотодиодите натрупват малко количество заряд и са много податливи на затрупване. Освен това в пиксела няма сигнален усилвател и се използва само вертикалният усилвател на шината. Следователно, прочетеният сигнал има голямо количество несъвместимости и съотношението S / N е ниско, а пикселът е различен в различни позиции (фиксиран шум FPN). И оказват влияние върху качеството на цялото изображение. В сравнение с пасивния тип, структурата на активните пиксели добавя усилвател към всеки пиксел и преобразува натрупания заряд на фотодиода в напрежение за усилване, което значително подобрява съотношението S / N, като по този начин подобрява анти-интерференцията по време на предаването. Способност. Въпреки това, тъй като усилвателят заема твърде много площ на пикселите, факторът на запълване е относително нисък, обикновено между 25% -35%.