新颖固体图像传感器的发展及应用

3.5 SeeMOS图像传感器  

Philips半导体公司的SeeMOS图像传感器UPA1021是一种具有VGA分辨率（640H×480V）的高度集成的1/4英寸CMOS图像传感器[15]。该传感器利用Philips的SeeMOS技术实现高分辨率和低噪声。它在12MHz的频率下输出可达30帧/秒。其特殊的微透镜阵列设计将填充因子提高了2倍，同时，利用Philips的DSP电路SAA8116GRBBayer CFA（彩色滤波器阵列）提供色彩元素以实现色彩再现。
  
该传感器可以通过I2C的串行接口进行数字编程，并配备一个PGA（可编程增益放大器），提供高达24dB的增益，在高分辨输出下可实现每秒0.094dB的分辨率和9位的ADC（模/数转换器）。它适合于在各种光照明条件下工作，SeeMOS成像传感器已用于PC摄像机。  

4 固体图像传感器的市场  

4.1 在移动终端的应用  

固体图像传感器最有市场前景的应用领域是移动电视电话、笔记本电脑等移动终端的移动图像商品群、电视摄像机、数码相机等。这些个人仪器的市场规模很大。另一方面，随着通信网络传送线路的带宽的不断扩展，这种大容量通信线路有可能从家庭和个人向世界进行动态图像传送。而且支持图像通信的低比特率的图像通信方式的MPEG4标准化等也已实用化。这为固体图像传感器的应用敞开了大门。

4.2 在安保领域的应用   

在IT化进展以后，个人方便进行信息发送和电子商务也成了问题。为了在网络上安全进行电子商务，人们开发了叫做生物计量安全技术的个人认证技术，不仅能把口令而且能把个人一生中普遍具有的脸部特征、声音、虹彩图样等作为认证手段的技术。在这些应用中，为了避免外来光的影响，提高识别精度，往往采用近红外线摄像。特别是CMOS图像传感器，可用作近红外图像识别图像输入装置。

4.3 在基础交通设施中的应用  

世界各国都在开发交通方面的ITS（智能交通系统）。这可以理解为包括汽车在内的交通信息网络，是大规模进行交通管理和控制能量消费的系统。现在正在进行许多摄像机应用仪器的开发，例如高速公路交通量的监视、隧道内的监视、交叉点的监视、收费站的自动化等。从车辆方面来看，有车辆驾驶状态监视器（脱离行车路线监视）、驾驶员打瞌睡监视、为自动驾驶的行车线和障物识别、实时记录事故状况的记录仪等等。估计每一辆汽车需使用5台～6台摄像机。  

4.4 在其他方面的应用  

在ITS方面开发的摄像机都要直接满足监视摄像机的规格。虽然监视摄像机要由人来观察摄像装置的图像信号，但也可以成为与图像处理装置相结合的机器视觉装置。预计组装进特定处理电路的摄像机和与谁都会使用的无线技术相结合的摄像机将会形成新的市场。  
在玩具、游戏机、娱乐仪器领域的摄像机也会有广阔的应用前景。  

5 主要技术  

究竟是CCD好还是CMOS图像传感器好，这是个既老又新的问题，早在十多年前就在争论。当时，似乎认为CCD是固体图像传感器的代名词，但是，实际上第一个家庭用摄像机是采用MOS型图像传感器制成的。CMOS图像传感器根据像素的组成可以分成无源型和有源型，当时开发的MOS型是无源型，这是通过X—Y地址开关读出积累在光电二极管上信号电荷的型式。这种MOS开关的热噪声是致命的。因此，在当时的争论中，CCD图像传感器取得胜利。  

另一方面，有源型的CMOS图像传感器在像素中集成了放大器，因此，可以降低噪声。但是，在一个像素上要集成一个放大器，当时是难以实现的。然而，最近，提到CMOS图像传感器，往往是指这种有源型。有源型CMOS图像传感器与CCD图像传感器的性能如果进行比较，那么，在灵敏度、随机噪声、固定图像噪声方面，CCD较好，CMOS图像传感器较差。而在单一电源、功耗、集成化、多功能化、成本和抗光晕等方面，CMOS图像传感器较好，CCD图像传感器较差。  

CMOS固体图像传感器的特征基于CMOS技术，并且具有可以应用存储器等迅速发展的CMOS技术的优点。此外，CCD基本上只能读出串行的信号，而CMOS图像传感器可以随机存取、成组存取，并可实现其他电路的功能。为了消除噪声，开发了相关双重取样法等。为了提高灵敏度，还研究出增大光电二极管面接合深度或采用埋入型光电二极管的方法。不拘泥于标准CMOS工艺，比如追加工序，试图改善像质方面也进行了研究。  

回顾CCD的发展历史，除了着意提高像素外，在技术开发上并没有太大突破。进入2000年后，CCD技术的发展一下子加快起来，新型结构的CCD不断进入市场，CCD的缺点也在改善，例如低耗电、多功能化、低价格化和多层感色等。CCD图像传感器并没有退出市场，其市场份额仍然很大。在数码相机和摄像机市场仍将以CCD为主要的成像器件。与此同时，CMOS图像传感器也进入高速发展的阶段，在数码相机和摄像机市场随处可见。