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(gòu)，并采用1.4μm工藝制造。

　　OmniVision今年初推出了用于筆記本網(wǎng)絡(luò)攝像機的最新產(chǎn)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(yīng)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(nèi)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(xué)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(shù)字單反（SLR）相機被證明是CMOS圖像傳感器的極佳應(yīng)用目標。Micron公司的Aptina是一種比較著名的圖像傳感器產(chǎn)品。據(jù)報道，該公司正在制造可用于數(shù)字單反相機的900萬像素VGA晶圓級CMOS相機模塊MT9V113M02STC.

　　索尼已經(jīng)開發(fā)出一種用于數(shù)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(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)。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(chǎn)生的噪聲引起的圖像質(zhì)量劣化降至最小，同時提供特別高的信號轉(zhuǎn)換速度。

　　Eastman Kodak公司也推出了更先進的用于手機和數(shù)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(fā)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(yè)應(yīng)用中的道路，如RIDGID公司推出的MicroExplorer數(shù)字檢查相機。這個設(shè)備在連接彩色液晶手持設(shè)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(tǒng)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(tǒng)將變成道路視頻、雷達和激光雷達數(shù)據(jù)流的處理中心，就如同是未來汽車的大腦。

　　這一系統(tǒng)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(chǎn)品十分豐富，一些最新和令人印象深刻的產(chǎn)品來自以下供應(yīng)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(yīng)用，如高級司機輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）、遠光燈輔助系統(tǒng)和夜視系統(tǒng)。它通過預(yù)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(tài)范圍，在內(nèi)部場景（intra-scene）條件下提供110dB的動態(tài)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(xié)會（EMVA）的1288標準。

　　ST的VL5510車用CMOS成像器同樣適合ADAS應(yīng)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(fā)的一款專用視覺處理器配合使用。

　　Sensata Technologies公司針對ADAS應(yīng)用開發(fā)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(tài)范圍和優(yōu)秀的靈敏度。它的動態(tài)范圍可達154dB,有RGB和RGBi兩個版本。Avocet采用的Autobrite寬動態(tài)范圍技術(shù)收購自賽普拉斯半導(dǎo)體公司。

　　經(jīng)過近十年的研究，瑞士的電子與微技術(shù)中心（CSEM）在今年的ISSCC上展示了一款智能的CMOS圖像傳感器設(shè)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(yè)和消費電子設(shè)備的成本。它具有QVGA的分辨率（320×240像素），并集成了一個數(shù)字對數(shù)圖像壓縮器。

　　CMOS成像器進入醫(yī)療電子應(yīng)用

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

　　例如，它們支持內(nèi)診鏡等一次性診斷儀器，比如Micro-Imaging Solutions公司的產(chǎn)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(tǒng)。多家CMOS相機公司已經(jīng)在制造片上相機設(shè)計。

　　圖4:由Micro-Imaging Solutions公司開發(fā)的這種醫(yī)療內(nèi)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(fā)重心放在視頻處理方面，同時使大多數(shù)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(yī)療和工業(yè)機器視覺應(yīng)用使用的75MHz數(shù)碼靜止相機和攝像機設(shè)計提供很高的清晰度、可視性和精度。

　　下一代產(chǎn)品

　　在CMOS和CCD圖像傳感器領(lǐng)域之外，SiOnyx公司正在開發(fā)一種叫“黑硅”的新材料。該公司相信這種材料可以設(shè)計出新一代的圖像傳感器，其靈敏度要比傳統(tǒng)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(xiàn)有的CMOS工藝技術(shù)。

　　“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(chǔ)設(shè)施。”SiOnyx公司總裁兼首席執(zhí)行官Stephen Saylor表示。