最新一代CMOS和CCD圖像傳感器

　　在今年2月份舉行的2009年全球移動大會上，OmniVision在整合了傳感器功能和富士通微電子公司移動Milbeaut M-5M0圖像信號處理器的平臺上展示了用于手機的800萬像素CMOS圖像傳感器。該傳感器基于OmniVision的OmniBSI架構，并采用1.4μm工藝制造。

　　OmniVision今年初推出了用于筆記本網絡攝像機的最新產品OV7740.這是一款小尺寸低功耗的CMOS圖像傳感器，可以提供6800mV/lux-s的極佳靈敏度。它的工作速度在VGA分辨率時可達60幀/秒，在QVGA分辨率時可達210幀/秒。該傳感器也可用于汽車安全應用。

　　OmniVision另外還推出了一款用于超薄手機的CameraCube圖像傳感器。這是一款三維可回流焊的相機全面解決方案，在2.5×2.9×2.5mm的微型封裝內集成了全功能的單芯片圖像傳感器、嵌入式圖像處理器和晶圓級光學器件。這款圖像傳感器有兩種型號，一種是提供400×400像素分辨率的OVM6680,另一種是提供VGA分辨率的OVM7690.

　　最新一代數字單反（SLR）相機被證明是CMOS圖像傳感器的極佳應用目標。Micron公司的Aptina是一種比較著名的圖像傳感器產品。據報道，該公司正在制造可用于數字單反相機的900萬像素VGA晶圓級CMOS相機模塊MT9V113M02STC.

　　索尼已經開發出一種用于數字單反相機的35毫米全尺寸CMOS圖像傳感器，有效像素達2481萬，采用的是索尼列并行模數轉換技術。這種圖像傳感器中的每個像素列都有自己的ADC,可以將模擬處理過程中產生的噪聲引起的圖像質量劣化降至最小，同時提供特別高的信號轉換速度。

　　Eastman Kodak公司也推出了更先進的用于手機和數字單反相機的CMOS圖像傳感器，它采用新一代彩色濾波器模式，靈敏度是CMOS和CCD圖像傳感器的2倍以上。這種方法與廣泛使用的、按紅、綠、藍像素排列的Bayer濾波器模式（也是柯達公司開發的）不同，增加了頂部沒有色素的第4個像素。

　　CMOS圖像傳感器也正在鋪平到新的消費電子和專業應用中的道路，如RIDGID公司推出的MicroExplorer數字檢查相機。這個設備在連接彩色液晶手持設備的柔性電纜末端使用了一個CMOS圖像傳感器。

　　CMOS圖像傳感器前景光明

　　使用CMOS圖像傳感器的可視司機輔助駕駛系統可以提供巨大的安全好處。如果再配上功能強大的最新處理器、DSP芯片和軟件算法，這些成像系統將變成道路視頻、雷達和激光雷達數據流的處理中心，就如同是未來汽車的大腦。

　　這一系統可以通過司機臉部圖像檢測出司機是否疲勞，并能識別交通標志。它們除了能夠提供車道偏離告警、盲點檢測、前視和后視圖像、行人檢測和夜視輔助功能外，還能在倒車和泊車時提供告警。

　　汽車用CMOS圖像傳感器產品十分豐富，一些最新和令人印象深刻的產品來自以下供應商：Melexis、OmniVision Technologies、Sensata Technologies和ST.

　　Melexis的MLX75307 CMOS圖像傳感器特別適合汽車前視應用，如高級司機輔助駕駛系統（ADAS）、遠光燈輔助系統和夜視系統。它通過預先提醒司機潛在的危險來提高安全性。

　　此外，MLX75307可以在多重場景條件下提供190dB的寬動態范圍，在內部場景（intra-scene）條件下提供110dB的動態范圍，并且具有750×400像素的分辨率。它的信噪比是102dB,工作電壓為3.3V,工作溫度范圍從-40℃到125℃。Melexis的這款圖像傳感器符合歐洲機器視覺協會（EMVA）的1288標準。

　　ST的VL5510車用CMOS成像器同樣適合ADAS應用，它的特性包括：1024×512像素分辨率，7.14V/lux靈敏度，5.6×5.6μm像素尺寸，33aA/像素暗電流（25℃時），34幀/秒幀速率，而且在近紅外波長處有很高的量子效率。該器件可以與意法微電子公司和Mobileye公司合作開發的一款專用視覺處理器配合使用。

　　Sensata Technologies公司針對ADAS應用開發出了一款名為Avocet的CMOS圖像傳感器，它在低亮度和黎明行駛條件下可提供擴展動態范圍和優秀的靈敏度。它的動態范圍可達154dB,有RGB和RGBi兩個版本。Avocet采用的Autobrite寬動態范圍技術收購自賽普拉斯半導體公司。

　　經過近十年的研究，瑞士的電子與微技術中心（CSEM）在今年的ISSCC上展示了一款智能的CMOS圖像傳感器設計。這款名為Icycam的成像器在單個裸片上集成了DSP芯片和CMOS傳感器，可有效降低汽車、工業和消費電子設備的成本。它具有QVGA的分辨率（320×240像素），并集成了一個數字對數圖像壓縮器。

　　CMOS成像器進入醫療電子應用

　　CMOS成像器與性能強大圖像處理器的組合已經在醫療電子領域作出很大貢獻。這些組合器件正在成像應用、診斷探頭、可吞咽藥丸和大量其它應用中找到自己的立腳之處。

　　例如，它們支持內診鏡等一次性診斷儀器，比如Micro-Imaging Solutions公司的產品（圖4）。該公司在郵票大小的電路板上提供了完整的CMOS相機系統。多家CMOS相機公司已經在制造片上相機設計。

　　圖4:由Micro-Imaging Solutions公司開發的這種醫療內診鏡（a）在尖端安裝有一次性微型CMOS圖像傳感器（b）。成像芯片僅包含像素陣列和一些基本的時序和控制電路，使得整體封裝又小又便宜，并且對圖像分辨率沒有不良影響。

　　Micro-Imaging Solutions公司將開發重心放在視頻處理方面，同時使大多數時序和控制電路遠離像素陣列平面，目的是盡量縮小成像器陣列的體積。時序和控制電路被直接堆疊在成像器平面后面，或離成像器隔幾米遠，再通過射頻或可斷開的電纜鏈路連接成像器。

　　ADI公司則提供一對功能強大、集成度高的14位圖像處理器與CMOS和CCD傳感器配合使用。雙通道ADD9978A和四通道ADD17004這兩個圖像處理器可以為醫療和工業機器視覺應用使用的75MHz數碼靜止相機和攝像機設計提供很高的清晰度、可視性和精度。

　　下一代產品

　　在CMOS和CCD圖像傳感器領域之外，SiOnyx公司正在開發一種叫“黑硅”的新材料。該公司相信這種材料可以設計出新一代的圖像傳感器，其靈敏度要比傳統硅片高出100倍，可以檢測從紫外線到短波紅外波段的能量，能工作在非常低的電壓電平，并且可以用超薄的0.5μm工藝制造（圖5）。最重要的是，這種材料兼容現有的CMOS工藝技術。

　　“這是一種全新的材料，能夠兼容世界上絕大部分的制造基礎設施。”SiOnyx公司總裁兼首席執行官Stephen Saylor表示。