1873 年,科学家约瑟·美(Joseph May)及伟洛比·史密夫(WilloughbySmith)就发现了硒元素结晶体感光后能产生电流,由此,电子影像发展开始,随着技术演进,图像传感器性能逐步提升。
本期的智能内参,我们推荐西南证券的研究报告《摄像头芯片,CMOS图像传感器行业报告》,从图像传感器的发展历史开始,详解CMOS技术特点和行业发展现状。如果想收藏本文的报告(CMOS图像传感器),可以在芯潮头条号回复关键词“nc402”获取。
一、 图像传感器的历史沿革20 世纪50 年代——光学倍增管(Photo Multiplier Tube,简称PMT)出现。
1965年-1970年,IBM、Fairchild等企业开发光电以及双极二极管阵列。
1970年,CCD图像传感器在Bell实验室发明,依靠其高量子效率、高灵敏度、低暗电流、高一致性、低噪音等性能,成为图像传感器市场的主导。
90年代末,步入CMOS时代。
▲图像传感器的历史沿革
1、光电倍增管
光电倍增管(简称PMT),真空光电管的一种。工作原理是:由光电效应引起 ,在PMT入射窗处撞击光电阴极的光子产生电子,然后由高压场加速,并在二次加工过程中在倍增电极链中倍增发射。
光电倍增管是一种极其灵敏的光检测器,可探测电磁波谱紫外,可见和近红外范围内光源,提供与光强度成比例的电流输出,广泛应用于验血,医学成像,电影胶片扫描(电视电影),雷达干扰和高端图像扫描仪鼓扫描仪中。
▲光电倍增管
2、CCD
CCD全称为Charge Coupled Device,中文翻译为”电荷藕合器件”。它使用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷。因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。CCD是电子设备, CCD在硅芯片(IC)中进行光信号与电信号之间的转换,从而实现数字化,并存储为计算机上的图像文件。
数字成像始于1969年,由Willard Boyle和George E. Smith于AT&T贝尔实验室发明 。 最初致力于内存→“充电’气泡’设备”,可以被用作移位寄存器和区域成像设备 。
2009年, Willard Boyle和George E. Smith获得诺贝尔物理学奖 。
1997年,卡西尼国际空间站使用CCD相机(广角和窄角) 。 美国宇航局局长丹尼尔戈尔丁称赞CCD相机“更快,更好,更便宜”;声称在未来的航天器上减少质量,功率,成本,都需要小型化相机。而电子集成便是小型化的良好途径,而基于MOS的图像传感器便拥有无源像素和有源像素(3T)的配置。
3、CMOS图像传感器
CMOS全称为ComplementaryMetal-OxideSemiconductor,中文翻译为互补性氧化金属半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带–电)和P(带 电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。
CMOS图像传感器使得“芯片相机”成为可能,相机小型化趋势明显 。