圖像傳感器的案例
新型有機圖像傳感器：有望取代硅基圖像傳感器！
價值
Chung 教授解釋研究的重要性時說：“我們采用有機半導體與透明電極之間理想的肖特基結，開發出一種無需彩色濾光片的高性能有機圖像傳感器。像無需彩色濾光片的圖像傳感器一樣，這項技術有望應用于需要各種形式黏結的許多工業領域，例如太陽能電池、薄膜晶體管、氣體傳感器。”
關注 | 高端圖像傳感器里的中國名片
王欣洋介紹長光辰芯設計研發的CMOS圖像傳感器（沈春蕾攝）
如果說攝像頭像人類的眼睛，那么CMOS圖像傳感器就像人眼的視網膜。在我國高端裝備領域，如此關鍵的元器件卻長期被國外壟斷。
近年來，這一局面正在被打破。2012年，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所（以下簡稱：長春光機所）通過從歐洲引進CMOS圖像傳感器研發團隊，成立長春長光辰芯光電技術有限公司（以下簡稱：長光辰芯）。
12月22日，長光辰芯總經理王欣洋在接受《中國科學報》采訪時表示：“長光辰芯在成立的8年時間里，CMOS圖像傳感器產品已經在科學、工業、醫療等多個領域得到應用。未來，我們希望可以進一步帶動我國CMOS圖像傳感器上、下游產業的快速發展。”
回國創業
王欣洋第一次接觸到CMOS圖像傳感器是在國外讀博士學位期間，博士畢業后，他先后供職于多家圖像傳感器領域的知名公司，參與設計了多款CMOS圖像傳感器，并成為其中一家初創公司的股東。
“在國外，我只是一個打工者，沒有決策權。”王欣洋告訴記者，“一次回國考察的機會，堅定了我回國創業的決心。”
長春光機所被譽為新中國“光學的搖籃”。長春光機所黨委副書記金宏說：“長春光機所不缺乏先進的光學技術，但只有技術還不行，我們需要探索一條從核心技術到成果轉化的成功之路。”
這也是長春吸引王欣洋的地方，哈爾濱出生的他對東北也頗有情懷。2012年9月，王欣洋回國成立長光辰芯。
“如果說當時回國是一時沖動，而今看來回國是對的。”
展開 一期一會 | CMOS圖像傳感器的設計
CMOS圖像傳感器是一種采用互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術的半導體器件，旨在將入射光轉換為數字圖像。與大多數數字攝像頭一樣，其通過半導體芯片表面的數千個光子探測器來檢測入射光。每個探測器通過將光子的能量轉換為電流來測量吸收的光子的頻率（顏色）和數量（亮度）。然后，連接在每個探測器上的晶體管將電流放大。這種類型的圖像傳感器被稱為有源像素傳感器（APS）。
由于CMOS圖像傳感器采用標準半導體制造技術制成，因此芯片通常包括信號處理、模數轉換器和片上數字邏輯。這就構成了一個完整的芯片攝像頭。該技術支持眾多成像應用，包括智能手機上的微型數字攝像頭、高清高速專業攝像機以及衛星上的地球觀測傳感器。
CMOS與CCD圖像傳感器
20世紀60年代末，兩大主導圖像傳感技術——感光耦合元件（CCD）和CMOS傳感器，幾乎同時得到開發。兩者都利用了光電效應，當光粒子[1]/光子被原子吸收并將能量傳遞給原子中的電子時，就會發生光電效應。
如果吸收了足夠的能量，原子就會發射出電子，從而在半導體材料中產生負電荷。圖像傳感器中吸收光、產生電子的區域被稱為光電二極管。光電二極管被排列成一個陣列，可以測量聚焦在其表面的光的顏色和強度。
在CCD傳感器中，來自光電二極管的電子被捕獲到一系列電容器中，然后進行放大。在CMOS傳感器中，電子被直接輸入到晶體管中，并在探測器處放大。CCD方法的最大優勢是電容器位于光電二極管后面，可為每個像素提供更大的光吸收區域。CMOS傳感器中的晶體管緊鄰光電二極管，僅留下30%的表面區域（被稱為填充因子）用于光探測。
CMOS技術是一種成熟的半導體制造工藝，因此與CCD攝像頭相比，CMOS傳感器的制造成本要低得多。
展開 什么是CMOS圖像傳感器？
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CMOS圖像傳感器是一種采用互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術的半導體器件，旨在將入射光轉換為數字圖像。與大多數數字攝像頭一樣，其通過半導體芯片表面的數千個光子探測器來檢測入射光。每個探測器通過將光子的能量轉換為電流來測量吸收的光子的頻率（顏色）和數量（亮度）。然后，連接在每個探測器上的晶體管將電流放大。這種類型的圖像傳感器被稱為有源像素傳感器（APS）。
由于CMOS圖像傳感器采用標準半導體制造技術制成，因此芯片通常包括信號處理、模數轉換器和片上數字邏輯。這就構成了一個完整的芯片攝像頭。該技術支持眾多成像應用，包括智能手機上的微型數字攝像頭、高清高速專業攝像機以及衛星上的地球觀測傳感器。
CMOS與CCD圖像傳感器
20世紀60年代末，兩大主導圖像傳感技術——感光耦合元件（CCD）和CMOS傳感器，幾乎同時得到開發。兩者都利用了光電效應，當光粒子[1]/光子被原子吸收并將能量傳遞給原子中的電子時，就會發生光電效應。
如果吸收了足夠的能量，原子就會發射出電子，從而在半導體材料中產生負電荷。圖像傳感器中吸收光、產生電子的區域被稱為光電二極管。光電二極管被排列成一個陣列，可以測量聚焦在其表面的光的顏色和強度。
在CCD傳感器中，來自光電二極管的電子被捕獲到一系列電容器中，然后進行放大。在CMOS傳感器中，電子被直接輸入到晶體管中，并在探測器處放大。CCD方法的最大優勢是電容器位于光電二極管后面，可為每個像素提供更大的光吸收區域。CMOS傳感器中的晶體管緊鄰光電二極管，僅留下30%的表面區域（被稱為填充因子）用于光探測。
CMOS技術是一種成熟的半導體制造工藝，因此與CCD攝像頭相比，CMOS傳感器的制造成本要低得多。
展開 
圖像傳感器迎來了黃金時代
物聯網時代到來的大背景下，CMOS圖像傳感器是一個極具活力與成長性的半導體細分市場。尤其在汽車、安防、工控等領域，具備較大提升空間，能夠接力手機領域，成為后續增長主要動力。預計2018年全球CMOS傳感器銷售額將達到137億美元，同比增長10%;2017-2022年出貨量CAGR達11.7%。至2022年，CMOS傳感器的全球銷售額將達到190億美金。
▌百億美金CMOS傳感器市場，增勢強勁
變“光”為“數”，圖像傳感器精密而關鍵
圖像傳感器是當今應用最普遍、重要性最高的傳感器之一。其主要采用感光單元陣列和輔助控制電路獲取對象景物的亮度和色彩信號，并通過復雜的信號處理和圖像處理技術輸出數字化的圖像信息。
圖像傳感器中的感光單元一般采用感光二極管(photodiode)實現光電信號的轉換。感光二極管在接受光線照射之后能夠產生電流信號，電流的強度與光照的強度成正比例關系。
終端應用爆發，CMOS傳感器5年CAGR10%以上
CMOS傳感器今年銷售額有望達到137億美金，同時其出貨量將繼續保持10%以上年均增速。
得益于車載應用、機器視覺、人臉識別與安防監控的快速發展，以及多攝像頭手機廣泛普及，CMOS圖像傳感器市場規模不斷擴大。
根據ICInsights統計，2017年全球CMOS圖像傳感器銷售額為125億美元，同比增長19%;預計2018年將達到137億美元，同比增長10%。預計2017-2022年出貨量CAGR達11.7%，銷售額的CAGR為8.8%。
至2022年，CMOS傳感器的全球銷售額將達到190億美金。
展開 CMOS圖像傳感器的設計
CMOS圖像傳感器是一種采用互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術的半導體器件，旨在將入射光轉換為數字圖像。與大多數數字攝像頭一樣，其通過半導體芯片表面的數千個光子探測器來檢測入射光。每個探測器通過將光子的能量轉換為電流來測量吸收的光子的頻率（顏色）和數量（亮度）。然后，連接在每個探測器上的晶體管將電流放大。這種類型的圖像傳感器被稱為有源像素傳感器（APS）。
由于CMOS圖像傳感器采用標準半導體制造技術制成，因此芯片通常包括信號處理、模數轉換器和片上數字邏輯。這就構成了一個完整的芯片攝像頭。該技術支持眾多成像應用，包括智能手機上的微型數字攝像頭、高清高速專業攝像機以及衛星上的地球觀測傳感器。
CMOS與CCD圖像傳感器
20世紀60年代末，兩大主導圖像傳感技術——感光耦合元件（CCD）和CMOS傳感器，幾乎同時得到開發。兩者都利用了光電效應，當光粒子[1]/光子被原子吸收并將能量傳遞給原子中的電子時，就會發生光電效應。
如果吸收了足夠的能量，原子就會發射出電子，從而在半導體材料中產生負電荷。圖像傳感器中吸收光、產生電子的區域被稱為光電二極管。光電二極管被排列成一個陣列，可以測量聚焦在其表面的光的顏色和強度。
在CCD傳感器中，來自光電二極管的電子被捕獲到一系列電容器中，然后進行放大。在CMOS傳感器中，電子被直接輸入到晶體管中，并在探測器處放大。CCD方法的最大優勢是電容器位于光電二極管后面，可為每個像素提供更大的光吸收區域。CMOS傳感器中的晶體管緊鄰光電二極管，僅留下30%的表面區域（被稱為填充因子）用于光探測。
CMOS技術是一種成熟的半導體制造工藝，因此與CCD攝像頭相比，CMOS傳感器的制造成本要低得多。
展開 安森美：車規圖像感知傳感器趨勢及解決方案
車規圖像傳感器趨勢
郗蘊俠接著介紹了圖像傳感器一個特別明顯的趨勢。她說，最早的圖像傳感器都是VGA 30萬像素，現在30萬像素正在被100萬像素取代。在歐洲，2020年用于感知的標準選擇是200萬像素的圖像傳感器。安森美半導體很早開始研制200萬像素圖像傳感器，為2020年歐洲車輛采用做好了準備。
而今年中國會有非常多的主機廠用到800萬像素的攝像頭，比如蔚來ET7，會有11顆800萬像素的攝像頭，也就是說，軍備競賽不只是車輛系統方面，在搭載800萬高像素的攝像頭，和激光雷達方面，中國已經走在了前面。
為什么做圖像傳感器的公司這么少？
在談到攝像頭相關傳感器的發展時，郗蘊俠表示，與攝像頭有關的傳感器研發難度很大。在汽車半導體器件中，做各種處理器的公司很多，如英偉達，TI,NXP等都做處理器。而做圖像感知芯片的比較少，為什么？因為圖像傳感器是非常難設計的一個半導體器件。一般做“大腦”的處理器用到數字電路+模擬電路，大部分都是數字的，模擬比較少，如PLL、ADC等。圖像傳感器不只是數字和模擬部分，還有Bond layer（鍵合層），需要很多與光相關的器件，Pixel Transistor, Photodiode（光電二極管）,Color Filter Array (CFA), Microlens Array,比一般半導體器件多四層，所以制成也有難度。
圖像傳感已不是給人看了
圖像傳感有什么樣的挑戰呢？郗蘊俠認為，除了傳感器融合，還有一個趨勢，即圖像傳感已經不是完全給人看了。
展開 瞄準三大領域 華力微電子的圖像傳感器布局
隨著人工智能、物聯網等產業的發展演進，社會正在進入智能時代，圖像傳感器也迎來發展新機遇，在積極備戰產業鏈企業中，晶圓代工廠商又是如何看待智能時代的圖像傳感器市場？
日前在中國集成電路設計業2018年會（ICCAD 2018）上，華力微電子副廠長魏崢穎談及了其對圖像傳感器市場的看法及華力微電子的相關布局。
華虹集團旗下華力微電子成立于2010年，是國家“909”工程升級改造項目承擔主體，其第一條12英寸生產線（華虹五廠）工藝技術覆蓋55-40-28nm節點，第二條12英寸生產線（華虹六廠）于今年10月建成投產，技術工藝從28nm起步，未來將具備14nm生產能力。
看好三大領域：車載、工業、醫療
從智能時代芯片市場前景看，魏崢穎認為AI芯片、萬物互聯芯片、感知類芯片這三大類芯片具備爆發式增長趨勢。
其中，AI芯片最具標桿性，始終走在技術最前沿，未來將由專用型轉向通用型；感知類芯片則以成熟的55-28納米平臺為主，目前如消費電子的CIS、MEMS產品升級換代帶來旺盛需求，未來爆發點將在無人駕駛的車載、醫用、3D成像等領域；萬物互聯芯片在技術上要求超低功耗、各節點+ULP工藝，未來爆發點將在LPWAN（低功耗廣域網）。
上述三類芯片的爆發式增長，都將推動圖像傳感器市場發展，尤其在感知類芯片方面，而對于華力微電子來說，圖像傳感器一直是其主攻領域之一，因此特別關注該市場動態。魏崢穎指出，2017年圖像傳感器芯片出貨量大概在50億顆、市場規模約115億美元，至2022年市場規模將達到180以美元，復合增長率約為9%。
在圖像傳感器領域中，規模最大的依然是手機攝像頭芯片，但是魏崢穎認為其分類占比接下來會大幅下降，今年年底可能會下降到6成、2022年或將降至4成。
展開 一文了解CMOS圖像傳感器攝像頭的進階設計方法
CMOS圖像傳感器廣泛應用于當今的數碼相機和手機，它利用了現有的CMOS制造工藝，已成為低成本圖像傳感設計方法。現在，有一種設計CMOS圖像傳感器攝像頭的進階方法——通過Ansys Lumerical與Ansys SPEOS之間的互操作，工程師能夠設計包含宏觀透鏡和微觀傳感器的攝像頭系統，且優化CMOS傳感器的效率。該工作流程能幫助工程師考慮真實照明條件，同時優化CMOS圖像傳感器。
Ansys SPEOS可預測系統的照明和光學性能。SPEOS使工程師能在宏觀尺度上研究光與機械幾何結構的相互作用，節省原型設計的時間與成本。
Ansys Lumerical提供納米光子仿真工具，讓用戶能在波長尺度上對光與幾何結構的相互作用進行建模，包括光學、電子和熱效應。
SPEOS和Lumerical可以共享各種應用的仿真信息，例如平視顯示器（HUD）、具有表面等離子體的系統、衍射光柵、發光結構、表面和體積散射、衍射光學元件等。CMOS傳感器攝像頭的新工作流程是這個不斷增加的應用列表中的新成員，結合SPEOS和Lumerical工具，Ansys為完整的光學系統提供了仿真解決方案。
在Ansys Lumerical FDTD（左）和Lumerical CHARGE（右）中建模的CMOS圖像傳感器
CMOS圖像傳感器攝像頭：
Ansys Lumerical FDTD可用于為CMOS圖像傳感器等納米光子器件的光學屬性建模。可得到的關鍵屬性包括：吸收光子的光學效率，以及襯底中的電子-空穴對生成速率。與Ansys Lumerical CHARGE耦合后，設計師能夠探索其他導入屬性，例如量子效率和串擾，這兩者都需要仿真電氣行為。
展開 韓國發超小型3D圖像傳感器 可用于自動駕駛汽車
據外媒報道，韓國科學技術研究院（KAIST）的一組研究人員研發出一款硅光學相控陣（OPA）芯片，該芯片可用在三維圖像傳感器的核心部件。
三維圖像傳感器可向二維圖像（如照片）添加距離信息，將其識別為三維圖像。該傳感器在自動駕駛汽車、無人機、機器人和面部識別系統等各種電子產品中發揮重要作用，此類電子產品需要精確測量物體距離。
許多汽車和無人機公司都致力于研發基于機械光探測和測距（LiDAR）系統的三維圖像傳感器系統，但是，由于此類傳感器系統采用機械激光波束轉向法，因而只能做成拳頭大小，而且發生故障的可能性很高。
光學相控陣芯片作為實現固態激光雷達的關鍵部件，在無需活動部件的情況下，可電動控制光的方向，因而受到廣泛關注。硅基光學相控陣芯片尺寸小且耐用，而且可通過傳統的Si-CMOS制造工藝進行批量生產。
研究人員通過集成可調諧散熱器，而不是傳統光學相控陣芯片中使用的可調諧激光，研發出了一款超小、低功耗的光學相控陣芯片，該芯片可以利用單色光源實現寬二維波束導向。該光學相控陣芯片結構可使三維圖像傳感器的尺寸最小化，像蜻蜓眼睛一樣小。據該研究團隊表示，該光學相控陣芯片既可用作三維圖像傳感器，也可用作無線發射器，將圖像數據發送到所需的方向，使高質量的圖像數據能夠在電子設備之間自由通信。
來源：蓋世汽車
展開 車載攝像頭圖像傳感器技術路線
三星搭載了ISOCELL技術的圖像傳感器，畫質和色彩表現有目共睹。
Ansys與索尼半導體合作推動新一代汽車圖像傳感器仿真
<p><strong>精確建模提高了仿真保真度并簡化了工作流程，從而加速產品上市進程</strong></p><p><br></p><p><strong>主要亮點</strong></p><ul><li>Ansys解決方案現可與索尼半導體解決方案公司的傳感器模型集成，優化和加速用于自動駕駛汽車（AV）和高級駕駛輔助系統（ADAS）等應用的攝像頭功能的開發</li><li>此次技術合作，使攝像頭和感知系統開發人員能夠通過實施虛擬原型設計和測試來加速開發和驗證</li></ul><p> </p><p>Ansys宣布與索尼半導體解決方案（索尼）公司展開合作，在包括AV和ADAS在內的新一代汽車應用中，增強高保真度圖像傳感器仿真和基于攝像頭的功能。Ansys Speos現在能夠與索尼的傳感器模型無縫集成，以更精確的建模簡化開發和驗證。</p><p><br></p><p>汽車圖像傳感器必須不斷發展，以提供更安全、更強大的ADAS功能。為了滿足這一需求，Ansys基于攝像頭系統中使用的圖像傳感器的內部架構，開發了一種與索尼傳感器型號兼容的新型軟件接口。該接口支持在各種場景和環境中進行高保真度的虛擬攝像頭測試，不僅可減少對于特設物理攝像頭測試的需求，還能夠加速驗證過程。</p><p><br></p><p>索尼圖像傳感器的用戶，將能夠執行針對光譜效應、高動態范圍（HDR）和LED燈閃爍減緩的端到端高保真度汽車級仿真。此外，用戶還可以再現運動模糊和卷簾快門等圖像傳感器現象。
展開 OmniVision推出基于OmniBSI? 像素技術的2款最新2微米圖像傳感器
擴展了2微米系列傳感器，具性價比、高性能的200萬像素和360萬像素傳感器，并具節省空間的光學格式。
加利福尼亞州圣克拉拉 – 2018年10月24日– -行業領先的數字圖像解決方案開發商豪威科技公司（OmniVision Technologies Inc.）今日在北京舉行的中國安博會（Security China Show）上推出了兩款基于OmniBSI? 像素技術的最新2微米圖像傳感器系列產品 OS02F10和OS04B10。這兩款傳感器采用業內最具性價比的背面照度（Back Side Illumination）解決方案，并專為入門級物聯網、工業、商業及住宅領域的安防監控攝像頭提供高清晰圖像質量。
“以前，入門級物聯網的安防監控攝像頭只采用前照式圖像傳感器，沒有充分發揮這些攝像頭的性能，” OmniVision業務發展總監Brian Fang談到。“采用了我們最新的OS02F10 和 OS04B10圖像傳感器后，即使是住宅用安防監控攝像頭也不用再擔心因為想要實現信價比而犧牲性能。緊湊型的 OmniBSI 像素架構成功減少了像素串擾問題，圖像質量也因此更出色。”
OS02F10 和 OS04B10 圖像傳感器具有出色低光靈敏度 ，即使在光照條件差的情況下也可以生成高質量數字圖像及高清視頻。這一點在安防監控領域至關重要。傳感器的9度主光線角度（CRA）能夠讓安裝有廣角鏡頭的薄模塊實現精準、無聲的監視效果。
OS02F10為200萬像素（MP）傳感器，支持1080p （1920 x 1080）分辨率的視頻，幀率為30幀/秒。該超緊湊型傳感器采用獨特的1/4英寸光學格式及4.9 x 3.0毫米芯片級封裝（CSP）。其高量子效率（QE）減少了對IR照明的要求，可實現低功耗，攝像頭電池的使用壽命更長。OS02F10本身的功耗小于 120 mW。
展開 【Lumerical系列】Lumerical關于CMOS圖像傳感器的角度響應（2D）仿真
此 2D 示例演示如何計算圖像傳感器陣列的angular response。 angular response度量了器件的光學效率與入射角的關系。該結果可以與實驗設置進行比較，也可用于計算均勻照明下的光學效率，如 Simulation methodology中所述。下圖顯示了仿真的實驗設置。激光束以一定角度照亮圖像傳感器。我們測量耗盡區域吸收的功率分數與入射角的函數關系。每個角度都需要進行兩次仿真（TE 和 TM），以獲得偏振光和非偏振光的效率。
圖1 實驗裝置示意圖
仿真設置
CMOS_angle2D.fsp的屏幕截圖如下所示。從上到下，主要 Components是微透鏡陣列、紅/綠濾光片、金屬布線和過孔、抗反射 （AR） 涂層和硅襯底。每個像素的寬度為2mm，使模擬區域為4mm寬。仿真區域在X方向上設置了Bloch邊界條件，在Y方向上設置了PML吸收邊界條件。平面波源從結構的頂部入射。光源波長為550nm（綠色）。我們預計通過綠色像素的透射率高，通過紅色像素的透射率低。
圖2 CMOS image sensor結構示意圖
參數化結構
"image sensor" 對象是一個參數化的結構組，每次更改其中一個參數時，它都會重建整個圖像傳感器。使用腳本以這種方式對復雜結構進行參數化對于reproducibility至關重要，并且使之后的參數掃描和優化易于在 GUI 中設置。
運行和結果
可以快速運行仿真，以確認結構繪制正確，并且可以獲得電場分布。下圖顯示了電場強度 ，來自于名為 full_fields的監視器，以及折射率分布，來自于名為index的監視器。請注意， index圖上的 colorbar已重新縮放為介于 1.2 和 2 之間。這樣可以更好地觀察濾色片和微透鏡。
展開 一文讀懂汽車芯片--圖像傳感器芯片及車規AEC-Q100認證
艙內用圖像傳感器芯片
（1）駕駛員狀態監控類應用CIS
駕駛員狀態監控類應用CIS大多數安裝于車內后視鏡、駕駛員正上方頂棚或A柱上，或者隱藏安裝在方向盤、儀表盤之間，以監測司機狀態，實現疲勞提醒等功能。安裝數量一般為1個。隨著“兩客一危”等政策的推動，駕駛員狀態監控逐漸成為商用車標配，同時也在乘用車中滲透。
技術參數：· 分辨率：一般以1MP像素水平為主，最高可到2MP像素水平；· 具備全局快門Global Shutter形式；· 具備較高的動態范圍；· 具備ISO 26262功能安全；· 具備出色的夜視暗光效果；（2）乘員監控系統類應用CIS
乘員監控系統是駕駛員狀態監控類應用功能向汽車整體內部空間擴展的衍生應用。安裝數量一般為1個，實現對副駕、后排乘員、遺留物的檢測，包安全帶檢測、乘客姿勢檢測、乘客數量檢測，尤其是車主下車后遺留物、兒童的檢測及提醒，在人身安全、財產安全方面發揮作用。
技術參數：· 分辨率：一般以1MP像素水平為主，最高可到5MP像素水平；· 光學透鏡具備RGBIR形式；· 具備較高的動態范圍；· 具備出色的夜視暗光效果；
3. 國產圖像傳感器芯片發展情況
傳感類芯片目前總體處于國際大廠主導階段，國產芯片有巨大空間。其中圖像傳感芯片是車載攝像頭中價值最高環節，技術壁壘較高，目前基本由安森美、豪威科技、索尼三家占據主要市場，國內進口替代處于起步階段。
汽車圖像傳感器芯片必須通過的車規級AEC-Q100認證
1.AEC-Q認證是國際汽車電子領域的準入門檻
AEC即Automotive Electronics Council，是美國汽車電子委員會的簡稱。
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