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攝像頭的cmos芯片

圖文 更新时间:2025-02-02 15:28:57

攝像頭的cmos芯片(揭秘攝像頭之芯)1

1873 年,科學家約瑟·美(Joseph May)及偉洛比·史密夫(WilloughbySmith)就發現了硒元素結晶體感光後能産生電流,由此,電子影像發展開始,随着技術演進,圖像傳感器性能逐步提升。

本期的智能内參,我們推薦西南證券的研究報告《攝像頭芯片,CMOS圖像傳感器行業報告》,從圖像傳感器的發展曆史開始,詳解CMOS技術特點和行業發展現狀。如果想收藏本文的報告(CMOS圖像傳感器),可以在芯潮頭條号回複關鍵詞“nc402”獲取。

一、 圖像傳感器的曆史沿革

20 世紀50 年代——光學倍增管(Photo Multiplier Tube,簡稱PMT)出現。

1965年-1970年,IBM、Fairchild等企業開發光電以及雙極二極管陣列。

1970年,CCD圖像傳感器在Bell實驗室發明,依靠其高量子效率、高靈敏度、低暗電流、高一緻性、低噪音等性能,成為圖像傳感器市場的主導。

90年代末,步入CMOS時代。

攝像頭的cmos芯片(揭秘攝像頭之芯)2

▲圖像傳感器的曆史沿革

1、光電倍增管

光電倍增管(簡稱PMT),真空光電管的一種。工作原理是:由光電效應引起 ,在PMT入射窗處撞擊光電陰極的光子産生電子,然後由高壓場加速,并在二次加工過程中在倍增電極鍊中倍增發射。

光電倍增管是一種極其靈敏的光檢測器,可探測電磁波譜紫外,可見和近紅外範圍内光源,提供與光強度成比例的電流輸出,廣泛應用于驗血,醫學成像,電影膠片掃描(電視電影),雷達幹擾和高端圖像掃描儀鼓掃描儀中。

攝像頭的cmos芯片(揭秘攝像頭之芯)3

▲光電倍增管

2、CCD

CCD全稱為Charge Coupled Device,中文翻譯為”電荷藕合器件”。它使用一種高感光度的半導體材料制成,能把光線轉變成電荷。因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優點。CCD是電子設備, CCD在矽芯片(IC)中進行光信号與電信号之間的轉換,從而實現數字化,并存儲為計算機上的圖像文件。

數字成像始于1969年,由Willard Boyle和George E. Smith于AT&T貝爾實驗室發明 。 最初緻力于内存→“充電’氣泡’設備”,可以被用作移位寄存器和區域成像設備 。

2009年, Willard Boyle和George E. Smith獲得諾貝爾物理學獎 。

1997年,卡西尼國際空間站使用CCD相機(廣角和窄角) 。 美國宇航局局長丹尼爾戈爾丁稱贊CCD相機“更快,更好,更便宜”;聲稱在未來的航天器上減少質量,功率,成本,都需要小型化相機。而電子集成便是小型化的良好途徑,而基于MOS的圖像傳感器便擁有無源像素和有源像素(3T)的配置。

3、CMOS圖像傳感器

CMOS全稱為ComplementaryMetal-OxideSemiconductor,中文翻譯為互補性氧化金屬半導體。CMOS的制造技術和一般計算機芯片沒什麼差别,主要是利用矽和鍺這兩種元素所做成的半導體,使其在CMOS上共存着帶N(帶–電)和P(帶 電)級的半導體,這兩個互補效應所産生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。

CMOS圖像傳感器使得“芯片相機”成為可能,相機小型化趨勢明顯 。

攝像頭的cmos芯片(揭秘攝像頭之芯)4

▲“芯片相機”上的帶有有緣像素轉換器的CMOS有效像素傳感器

1995年2月,Photobit公司成立,将CMOS圖像傳感器技術實現商業化 。

1995-2001年間,Photobit 增長到約135人,主要包括:私營企業自籌資金的定制設計合同、SBIR計劃的重要支持(NASA / DoD)、戰略業務合作夥伴的投資,這期間共提交了100多項新專利申請。

CMOS圖像傳感器經商業化後,發展迅猛,應用前景廣闊,逐步取代CCD成為新潮流。

2001年11月 ,Photobit被美光科技公司收購并獲得許可回歸加州理工學院。與此同時,到2001年,已有數十家競争對手嶄露頭角,例如Toshiba,ST Micro,Omnivision,CMOS圖像傳感器業務部分歸功于早期的努力促進技術成果轉化。後來,索尼和三星分别成為了現在全球市場排名第一,第二。後來,Micron剝離了Aptina,Aptina被ON Semi收購,目前排名第4。CMOS傳感器逐漸成為攝影領域主流,并廣泛應用于多種場合 。

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