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图像传感器及其发展趋势研究

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目录
绪论。..。..。。..。.。...。.。.。..。.。。..。.。。.。..。。。。.。.....。..。。..。.。.。。。。2
1 CCD图像传感器。.。。..。。。.。。.。。。。.。.。。.。。。..。。。..。.。。。.。。.。..。.。..。2
1.1 CCD图像传感器优点......。。。。.。.。。.。.......。。。。.。..。。.。..。.。..2
1。2 CCD图像传感器产品。。.。。。..。.。.。。.。。。。.。.。.。。。。。。...。。..。。.。。.3
1。3 CCD图像传感器发展现状..。.。。。.。...。.。。.。.。.。....。。。。。.。。...。.4
2 CMOS图像传感器。.。.。.。.。...。.。。。。..。。。。。.。..。。。....。。。.。...。。。...6
2.1 结构及工作原理.。。..。。。....。。..。.。。.。。.。....。。。。.。。。。.。。。...。.6
2.2 CMOS图像传感器优点.。.。。。。.。.。.。......。。.。.。。..。.。。..。。。...。。7
2。3 CMOS图像传感器产品....。。..。。.。...。。。...。。。。。...。.。..。。。。。...。8
2。4 CMOS图像传感器的研究现状。。。.。....。。。。.。。.。...。。..。。...。。..。。。9
3 CCD与CMOS传感器的比较。...。。.。...。..。。.。。。..。。..。....。..。。.。...。11
4 发展趋势。。.。..。。。。.。.。。。..。。.。。...。。.。。。....。。。..。.......。.。。。..13

绪论
随着科技的发展，不断产生的新技术，如纳米技术、半导体制造技术等，使得电路集成的规模日益庞大，导致数码技术的革新越来越快。目前,人们在数码产品上的消费比例越来越高,对产品的质量和个人体验要求越来越苛刻.大多数的数码产品,现在都有照像和摄像功能，像素由原先的几十万，发展到400、500万甚至更高。作为照相机和摄像机的主要感光部分，图像传感器的发展尤为迅速。以产品类别区分，图像传感器产品主要分为CCD（Charge Coupled Device,电荷耦合元件）、CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件)及CIS传感器三种。根据元件的不同，可分为CCD和CMOS两大类。
1 CCD图像传感器
CCD于1969年在贝尔试验室研制成功,之后由日商等公司开始量产，其发展历程已经将近30多年，从初期的10多万像素已经发展至目前主流应用的500万像素。CCD又可分为线型（Linear）与面型(Area）两种，其中线型应用于影像扫瞄器及传真机上，而面型主要应用于数码相机、摄录影机、监视摄影机等多项影像输入产品上。
1。1 CCD图像传感器优点
一般认为，CCD传感器有以下优点:
⑴高解析度（High Resolution）:像点的大小为μm级，可感测及识别精细物体，提高影像品质。从早期1寸、1/2寸、2/3寸、1/4寸到最近推出的1/9寸，像素数目从初期的10多万增加到现在的400～500万像素。
⑵低杂讯（Low Noise）高敏感度：CCD具有很低的读出杂讯和暗电流杂讯，因此提高了信噪比（SNR），同时又具高敏感度,很低光度的入射光也能侦测到，其讯号不会被掩盖，使CCD的应用较不受天候拘束。
⑶动态范围广（High Dynamic Range）：同时侦测及分办强光和弱光，提高系统环境的使用范围，不因亮度差异大而造成信号反差现象。
⑷良好的线性特性曲线（Linearity）：入射光源强度和输出讯号大小成良好的正比关系，物体资讯不致损失，降低信号补偿处理成本.
⑸高光子转换效率(High Quantum Efficiency )：很微弱的入射光照射都能被记录下来，若配合影像增强管及投光器，即使在暗夜远处的景物仍然还可以侦测得到。
⑹大面积感光（Large Field of View)：利用半导体技术已可制造大面积的CCD晶片，目前与传统底片尺寸相当的35mm的CCD已经开始应用在数码相机中,成为取代专业有利光学相机的关键元件.
⑺光谱响应广(Broad Spectral Response)：能检测很宽波长范围的光，增加系统使用弹性，扩大系统应用领域.
⑻低影像失真（Low Image Distortion):使用CCD感测器，其影像处理不会有失真的情形,使原物体资讯忠实地反应出来。
⑼体积小、重量轻：CCD具备体积小且重量轻的特性，因此,可容易地装置在人造卫星及各式导航系统上.
⑽低秏电力，不受强电磁场影响。
⑾电荷传输效率佳：该效率系数影响信噪比、解像率,若电荷传输效率不佳，影像将变较模糊。
⑿可大批量生产，品质稳定,坚固,不易老化，使用方便及保养容易。
1。2 CCD图像传感器产品
根据In-Stat在2001年对全球图像传感器的研究报告中指出，CCD产业前七大厂商皆为日系厂商，占了全球98.5％的市场份额，在技术发展方面，目前较有特色的主要厂商应为索尼、飞利普和柯达公司. 飞利普公司在CCD产品方面的优势为，具有业界最大尺寸的CCD传感器,在数码相机的应用中,其35mm尺寸的CCD已经应用在“Contax”的数码相机中，成为专业数码相机的代言人。其次该公司还具有独特的“Frame—Transfer CCD”(面扫描）技术,该产品在应用中，可实现每秒30-60幅的速率。这是真正视频信号的速度. 柯达的CCD采用了广受好评的ITO CCD技术,而不是传统的聚硅化合物。其特点是敏锐度更高，透光性比一般CCD提高了20%，对于一般CCD感应较弱的蓝光以及抗杂讯干扰方面有突破性的改善，其对蓝光感应能力提高了2。5倍，同时大幅降低了杂讯干扰，使影像更强锐利、色彩更加准确,为专业数码摄影提供了高解析度、锐利度的影像。
传统CCD使用的是矩形的感光单元，而富士公司研制的“SuperCCD（超级蜂窝结构）使用的是八边形的感光单元，使用了蜂巢的八边形结构，因此其感光单元面积要高于传统CCD.这样会获得三个好处，一是可以提高CCD的感光度、二是提高动态范围、三是提高了信噪比。这三个优点加上SuperCCD更高的生成像素成为富士公司在数码相机产品上的最大卖点。
1.3 CCD图像传感器发展现状
1。3.1 CCD像元尺寸的缩小与灵敏度的提高
由于像元尺寸的减小, 输出电压饱和度和灵敏度也随之减小, 尤其是像元尺寸减小到2Lm以下, 有很大的灵敏度损失.许多图像传感器公司在缩小像元尺寸的同时, 针对上述问题提出了技术改进。比如通过Si3N4侧墙隔离缩小栅电极间距； 优化微透镜形状， 采用片上微透镜、无缝透镜、内嵌透镜以及复合透镜等技术; 运用低寄生电容的设计改善转换因子；采用背面光照技术等, 使饱和电压和灵敏度得到充分改善。
1.3.2 CCD中暗电流的改善
众所周知, 器件中界面态的存在较大地增加了暗电流与暗固定图案噪声。一种解决方法是， 采用埋沟器件结构, 虽然埋层沟道较好地解决了界面态的问题, 但制造比较复杂.另一种解决方法是， 利用空穴对界面态的填充减小暗电流。当界面态被电荷充满后， 便不再产生任何暗电流。脉冲调制CCD一个像元的栅, 使MOS结构连续达到积累模式又返回深耗尽模式， 使界面偏置在积累模式时吸引足够的空穴来填充界面态， 这是利用电荷泵作用( Charge Pumping）来减小暗电流。这种方法也有一些局限性,主要表现在对时钟与温度的依赖， 在一个短暂的时钟周期后， 界面态释放其中的空穴又开始产生暗电流。而MPP(MultiphasePinning) CCD和AGP( All-GatesPinning)结构CCD可以较好的解决这一问题。通过精心的电路设计、版图与加工可以使得MOS结构在积分周期内被强制为积累模式。只要CCD工作在积分或者曝光模式, 所有CCD的栅都偏置在低电位, 空穴就会被吸引到界面处消除由于未填充界面态而产生的暗电流.由于CCD的电荷传输远比界面态的弛豫时间快得多， 因此传感器在整个工作时期内， 都可以保持很低的暗电流。相比于以上对界面态的暂时性处理， 永久性地填充界面态可以解决由其产生的暗电流问题。空穴累积二极管( HAD)传感器感光结构被广泛采用， 对界面态进行永久性地填充来消除暗电流，也被称作针扎式或掩埋式光电二极管( Pinned or Buried Photodiode）。 文档为个人收集整理，来源于网络本文为互联网收集,请勿用作商业用途
1.3。3 当今移动与视频应用催生CCD性能与技术进一步
进入到21世纪以来， CCD作为光学传感部件,被广泛地应用于数码相机与手机中。伴随着人们对成像质量的要求越来越高, 从CCD的噪声、漏光到抗光晕以及满足移动应用的高读出速率都受到广泛关注。为了满足视频模式应用以及移动拍摄的要求， 同时也需要低功耗、高灵敏度、低成本的百万像元CCD图像传感器， 许多图像传感器公司相继提出了改进技术.
1。3.4 CCD中出现的一些独特的概念、结构与技术
除了在原有的结构和技术上进行改进, 还提出了一些新颖的概念和方法来提高CCD的性能.在由更高时钟脉冲驱动的输出寄存器中利用碰撞电离实现电荷倍增， 可以确保CCD在非常低的光照条件下无需增强器采集信号。为提高CCD的响应速率, 目前还提出了一种具有电荷存储和斜线转移的原位存储图像传感器（ ISIS)结构的CCD.它不同于存储区为并行串( SPS)的ISIS结构CCD，单向传输极大地简化了栅和金属连线的结构, 因此存储面积最小, 存储的串行图像数目最大, 被认为是ISIS结构的终极设计。此结构较大地提高了CCD的响应速率， 降低了噪声， 拍摄帧速接近于存储CCD的传输速率。日本富士公司提出了一种新颖的像元交叉阵列( Pixel Interleaved Array)结构CCD, 也被称为超级CCD， 其原理图如图3所示。在PIA-CCD中, 相邻行的像元位移相错1/2交叉排列。像元为八边形蜂窝状结构， 介于像元间的纵向转移线呈Z型。由于像元结构与微透镜的圆形结构十分接近， 因此它可以更好地吸收来自微透镜的光线.PIA-CCD在图像的横向与纵向都提高了分辨率，并且在像元间也不需要连线区， 与传统的CCD相比，在相同芯片尺寸和像元数量下， 它的光电二极管尺寸可以更大。目前富士公司已研制了4代PIA-CCD技术， 其像元结构如图4所示， 第4代技术CCD中每个微透镜都带有两个光电二极管， 分别捕捉黑色、正常光线标准信号和更高亮度的光信号, 再合成得到一张完整的照片。此技术将动态范围提升为传统CCD的两倍甚至更高。本文为互联网收集，请勿用作商业用途个人收集整理,勿做商业用途
2 CMOS图像传感器
CMOS图像传感器的研究始于20世纪60年代末，受当时工艺技术的限制,发展和应用有限.直到20世纪90年代初，随着大规模集成电路设计技术和信号处理技术的提高,CMOS图像传感器才日益受到重视，成为固体图像传感器的研发热点。近几年来，随着集成电路设计技术和工艺水平的长足进步，CMOS图像传感器的一些性能指标已接近甚至超过CCD图像传感器。
2.1 结构及工作原理

CMOS 图像传感器的总体结构如图1所示，一般由像素阵列、行选通逻辑、列选通逻辑、定时和控制电路、在片模拟信号处理器(ASP)构成，高级的CMOS 图像传感器还集成有在片模数转换器（ADC）。行选通逻辑和列选通逻辑可以是移位寄存器，也可以是译码器，其中的行选通逻辑单元可以对像素阵列逐行扫描也可隔行扫描。行选通逻辑单元与列选通逻辑单元配合使用可以实现图像的窗口提取功能。定时和控制电路限制信号读出模式、设定积分时间、控制数据输出率等。在片模拟信号处理器是完成相关双取样、信号积分、放大、取样/保持、Δ 取样等功能，对信号进行放大处理,提高信噪比（SNR）。在片模数转换器是数字成像系统所必需的,CMOS 图像传感器可以是整个成像阵列有一个ADC或几个ADC（每种颜色一个），也可以是成像阵列每列各一个。外界光照射像素阵列，发生光电效应，在像素单元内产生相应的电荷。行选通逻辑单元根据需要，选通相应的行像素单元。行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元以及ADC，转换成数字图像信号输出。与CCD相比,这种结构提供了随机进入像元、以非常高的帧速率直接开窗口的能力，同时避免了CCD中大量电荷转移很长距离的情况。文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理,勿做商业用途
2.2 CMOS图像传感器优点
⑴ 高分辨率 Photon Vision Systems公司于2002年4月开发出一种CMOS 图像传感器,它具有830万像素（3840×2160)的分辨率，比高清晰度电视的分辨率高4倍，比标准电视的分辨率高32倍。AptinaImaging于2008年9月发布了一款用于数码相机、数字视频和混合相机的新型千万像素CMOS图像传感器MT9J001［33］。MT9J001扩充了Aptina的高分辨率产品阵容，带来了更高的图像质量和500万像素（MT9P001）、800像素（MT9E001）及900像素(MT9N001）等高清视频捕捉性能。
⑵高帧速 由于CMOS 图像传感器具有访问灵活的优点， 所以可以通过只读出感光面上感兴趣的很小区域来提高帧速率.斯坦福大学PDC(Programmable Digital Camera）研究小组开发的单片PDC, 在352×288分辨率下， 其扫描速度可达10000 f/s;Dalsa公司宣称其生产的CMOS 图像传感器扫描速度最高可达20000 f/s；Micron公司的MT9M413C36ST 在1280×1024分辨率下可以达到0～500 f/s 的帧速率， 部分扫描时可达10000 f/s；赛普拉斯半导体公司（Cypress)推出的几款高速CMOS 图像传感器,分辨率涵盖VGA 级到1000万像素的范围，而速度则支持500 f/s到10000 f/s。
⑶宽动态范围 以色列工业大学(Israel Instituteof Technology）的VLSI 系统研究中心将用于CCD的自适应敏感技术用于CMOS传感器中，使CMOS传感器的整个动态范围可达84 dB， 并在一个64×64的芯片上进行了实验。意法半导体有限公司（ST）于2008年开发出动态范围高达120 dB的车载CMOS图像传感器VL-5510，无论是在进出隧道时明暗急骤变化的情况下还是在暗处，VL5510均可无损提供影像信息.
⑷低噪声 目前用于科学研究的高性能CCD能达到的噪声水平为3~5个电子, 而CMOS 图像传感器则为300～500个电子。NASA的JPL实验室采用APS技术的图像传感器的噪声水平已达到14个电子.
⑸强抗辐射能力 比利时IMEC公司与欧洲太空总署（ESA）合作研究的IRIS 系列产品，其抗辐射能力为20krad ，信噪比为67dB ，8位数字读出，已用于小卫星的星敏感器； 赛普拉斯半导体公司（Cypress） 同欧洲太空总署合作开发的STAR 系列辐射加固APS,在100 kGy 剂量的Co-60辐射下，暗电流密度不大于1.5 mA/cm2, 其抗辐射能力比普通的图像传感器提高了3个数量级，除了能够用于宇航行星跟踪器和太阳传感器等航空领域外，STAR系列APS还可以在核电厂等其他辐射强度较高的场合中一展身手。
⑹多功能、智能化、单芯片数字相机 CMOS图像传感器的最大优势是它具有高集成度的技术条件。理论上,所有图像传感器所需的功能，例如，垂直位移、水平位移、时序控制、相关双采样、模数转换等，都可集成在一块芯片上，制成单芯片相机，而超大规模集成电路技术使这种集成成为可能。近年的APS 芯片产品除集成有模拟信号处理功能的电路外,模数转换和外围接口的集成使芯片的智能化程度更高，使单芯片数字相机的概念更加明确。
2。3 CMOS图像传感器产品
20世纪90年代，CMOS图像传感器开始发展,至今已研制出3大类CMOS图像传感器，包括CMOS无源像素传感器(CMOS—PPS），CMOS有源像素传感器(CMOS—APS)和CMOS数字传感器（CMOS—DPS）。发展最快的是CMOS-PPS和8/12 CMOS-APS,其摄像器件已经进入商品化和实用化阶段 正因为此，目前投入研发、生产的厂商较多，美国有30多家，欧洲７家，日本约8家，韩国1家,台湾有8家.目前研发CMOS图像传感器的公司有：光子视觉系统公司，美光，OmniVision，IMEC，VLST Vision,Kodak,Cypress，Photobit,东芝,夏普，惠普，富士，Pinkhill，Foveon，Cannon，Sony等。。而居全球翘楚地位的厂商是Agilent（HP)，其市场占有率51%、ST（VLSI Vision）占16％、Omni Vision占13％、现代占8％、Photobit约占5%,这五家合计市占率达93％。很多公司主要以开发CMOS-APS图像传感器为主，目的在于提高CMOS图像传感器的综合性能、缩小尺寸、调整工艺参数和完善其性能，从而实现低成本、低功耗、低噪声、高集成度、高动态范围、高填充系数、高分辨率和高智能化等特点。个人收集整理,勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途

表1列出了以上几款CMOS图像传感器的综合情况.根据In—Stat统计资料显示，CMOS传感器的全球销售额到2004年可望突破18亿美元，CMOS将以62%的年复合成长率快速成长，逐步侵占CCD器件的应用领域。特别是在去年快速发展的手机应用领域中，以CMOS图像传感器为主的摄相模块将占领其80％以上的应用市场。
2.4 CMOS图像传感器的研究现状
2.4。1国外研究现状
目前CM0S图像传感器的研究热点主要有以下几个方面：
(1)多功能、智能化。传统的图像传感器仅局限于获取被摄对象的图像．图像的传输和处理需要单独的硬件和软件来完成。由于CMOS图像传感器在系统集成上的优点。可以从系统级水平来设计芯片。如可以在芯片内集成相应的功能部件应用于特定领域，如Trailschip公司开发的高质量手机用摄像机．内部集成了ISP，并整合了JPEG图像压缩功能。也可以从通用角度考虑,在芯片内部集成通用微处理器（如Trimedia Processor)。为了消除数字图像传输的瓶颈,还可以将高速图像传输技术（如Firewire、USB、基于LVDS的高速并行传输）集成到同一块芯片上。形成片上系统型数字相机（Digital Camera System OilChip）和智能CMOS图像传感器(Intelligent CMOSImage Seilsor)。斯坦福大学的PDC（ProgrammableDigital Camera)研究小组和一些专业厂商合作，在新的图像处理算法、体系结构、电路设计以及单片PDC的研究方面取了一些令人瞩目的果。
(2）高帧速率。由于CMOS图像传感器具有访问灵活的优点，所以可以通过只读出感光面上感兴趣的很小区域来提高帧速率.同时，CMOS图像传感器本身在动态范围和光敏感度上的提高也有利于帧速率的提高。国家半导体公司生产的LM9630可达到600帧／s的速度；斯坦福大学PDC（ProgrammableDigital Camera)研究小组开发的单片PDC，在352x288分辨率下，其扫描速度可达10 000帧／s；Dalsa公司宣称其生产的CMOS图像传感器扫描速度最高可达20 000帧／s：Micron公司的MT9M413C36ST在1 280xl 024分辨率下可以达到0～500帧／s的帧速率,部分扫描时可达10 000帧／s。
(3）宽动态范围.以色列工业大学(Israel Instituteof Technology)的VLSI系统研究中心将用于CCD的自适应敏感技术用于CMOS传感器中，使CMOS传感器的整个动态范围可达84 dB．并在一个64~64的芯片上进行了实验.NASA的JPL实验室也致力于将CCD的工作模式用于CMOS图像传感器中。
(4)高分辨率.目前CMOS图像传感器最高分辨率可达3 170x2 120像素．约616万像素。
（5)低噪声技术。目前用于科学研究的高性能CCD能达到的噪声水平为3～5个电子,而CMOS图像传感器则为300 500个电子.JPL实验室采用APS技术的图像传感器能达到14个电子。
(6）模块化、低功耗.由于CMOS图像传感器便于小型化和系统集成．所以可以根据特定应用场合，相关的功能集成在一起。并通过优化设计进一步降低功耗。如Fujitsu公司生产的MB86S02A成像模块，在每秒拍摄15幅画面的情况下，功耗仅为15 mW 。
2。4.2 国内研究现状
为了在CMOS 图像传感器技术领域占有一席之地，国内的西安交通大学、华北工学院、中国科学院微电子研究中心、北京思比科微电子公司、文哗科技香港有限公司、联想企业集团等单位都开展了CMOS 图像传感器的设计、研制和应用开发等工作，并取得了较大的进展.
西安交通大学开元微电子科技有限公司已研制成功了369 ×287，768 ×574，640 ×480，512 ×512 像素CMOS 图像传感器，像素尺寸均为10。8 μm×10。8 μm，功耗为150～200 mW，并且用该器件开发出了M—N型系列CMOS 微型摄像机和可视电话.
北京中星科技有限公司在推出30 万～130 万像素CMOS 数码相机的基础上,2001 年3 月开发出具有自主知识产权及国际一流水准的百万级CMOS 数码图像处理芯片“星光一号”。2001 年5 月该芯片实现产业化并投入国际市场，并为三星、飞利浦和富士通等国际知名品牌视频摄像头所采用。2002 年5 月，公司的微型数码相机用单芯片CMOS 图像处理芯片被列为北京市重大高新技术成果转化项目。2002 年9 月，公司又研制成功了我国第一枚具有世界领先水平的发声图像处理芯片“星光二号"，该芯片首次将音频和视频固化一体并同步工作。
北京思比科微电子公司拥有6 项发明专利的200万像素CMOS 摄像芯片，已于2006 年3 月通过技术测试。该芯片从设计开发到芯片制造的全部工作均在国内完成，完全实现了国产化。公司于2007 年3月开发成功了中国第一款320 万像素（QXGA）CMOS摄像芯片。该芯片在图像清晰度、色彩鲜明度、功耗等主要技术指标上均达到或超过了国外同类产品的技术水平，性能价格比达到国际领先水平。该芯片的研制成功，首次实现了国内在该领域的技术突破，填补了国内空白,打破了国外在该领域的长期技术垄断。
重庆大学和重庆光电技术研究所与众不同，他们主要研制和开发CMOS 多路传感器，该器件主要作致冷型和非致冷型红外焦平面阵列（IRFPA）的信号读出电路。
3 CCD与CMOS传感器的比较
CMOS图像传感器和CCD在光检测方面都是利用了硅的光电效应原理，不同点在于像素光生电荷的读出方式。CCD是通过垂直和水平CCD转移输出电荷．而在CMOS图像传感器中, 电压通过与DRAM存储器类似的行列解码读出.
CM0S与CCD图像传感器在结构、工作方式和制造工艺兼容程度上的差别，使得CMOS图像传感器具有CCD所不具有的一些优点:
（1)CMOS图像传感器能将光电检测器、电荷／电压转化单元、复位和选择晶体管、电压放大器以及数／模(ADC）转换电路集成在一块芯片里，整个阵列使用简单的 -y排位技术，输出信号由列和行读取电路构成．这些外围电路也可以集成在芯片内，因此CMOS图像传器输出的数字信号可以直接进行处理.
（2）CMOS电路的基本特性是静态功耗几乎为零． 只有在电路接通时才有电能的消耗。另外CMOS电路只需单一电压供电,而CCD是大电容器件，驱动电路的功耗大，且需多相时钟驱动[81，因此CM0S图像传感器的耗电量只有普通的由二极管组成的CCD图像传感器的1／10左右.
（3）随着CMOS工艺的发展，CMOS晶体管变得越来越小，CMOS象素尺寸也随之变小，可以将放大器、ADC甚至影像数字信号处理电路集成在芯片上，故CMOS集成度高。
(4)CMOS制造成本低、结构简单、成品率高，使CM0S图像传感器在价格上与CCD图像传感器相比具有优势。
(5）由于CCD的像素由MOS电容构成,电荷激发的量子效应易受辐射线的影响：而CMOS图像传感器的像素由光电二极管构成,因此CMOS图像传感器的抗辐射能力比CCD大十多倍,有利于军用和强辐射应用。
（6）CMOS图像传感芯片除了可见光，对红外光也非常敏感，在890～980 nm范围内其灵敏度远高于CCD图像传感芯片的灵敏度，并且随波长增加而衰减的梯度也相对较慢。如能设计制造出在l~3 m波长范围内敏感的CMOS图像芯片,则CIS在夜战和夜间监控上将有更广泛的应用。
进入90年代．随着多媒体市场的不断扩大，对图像传感器的应用要求也越来越高。对于许多成像系统，将驱动电路和信号处理电路集成在图像传感器上以实现系统小型化和接口简单化已变得越来越重要.同时,人们需要一种新的数字图像获取系统，能够直接将电视和照相2种图像输入到个人电脑中进行实时处理。为此，人们希望有一种图像传感器，它具有简单的时钟、单一的电源、可随机快速读取图像信息、低系统功耗、低成本等优点，以满足成像系统小型化、数字化发展的需求。
利用CMOS工艺技术制造的CMOS图像传感器，可以将图像传感器阵列、驱动电路和信号处理电路、模拟，数字转换器、改进的界面完全集成在一起．在制造上,CMOS传感器的加工采用的是大多数半导体厂家生产集成电路的流程，易于与其它CMOS电路集成在一起且成本较低；同时，CMOS只需使用一个电源供电.在节能方面相对于CCD具有很大的优势。在不远的未来,CMOS图像传感器将成为CCD图像传感器的替代者,这种成像技术将推动下一代成像系统的发展。
4 发展趋势
在未来的几年时间内，CMOS图像传感器将继续保持强劲增长势头，从CCD手中夺得更多的市场份额，在500万像素以下的产品中,将开始以CMOS图像传感器为主流.随着亚微米、深亚微米和纳米技术工艺的不断发展和器件结构的改进，CMOS 图像传感器的性能将不断提高.至今，已研制出一系列CMOS图像传感器，如CMOS无源像素传感其器（CMOS-PPS），CMOS有源像素传感器（CMOS —APS），CMOS数字图像传感器（CMOS—DPS），CMOS视觉图像传感器等，其发展十分迅速，已形成与CCD图像传感器相竞争的局面。
据市场研究公司IC Insights最新发表的研究报告称，在2007年销售收入出现罕见的下滑之后，2008年全球图像传感器市场将出现反弹,预计CMOS 图像传感器2008年的销售收入将达到44亿美元,比2007年增长19％。IC Insights估计，2008 年CMOS图像传感器将占总体图像传感器销售额的58%,2007和2004年分别是53％与46％.2012年，预计CMOS图像传感器占总体图像传感器销售额的73%,占出货量的83％。
CMOS图像传感器不仅应用于第三代手机、可视电话、玩具、安防监控、指纹识别、数码相机、摄像机以及工业、医疗等领域，而且在诸如航空这一对功耗、体积、质量、抗辐射尤为关注的领域占一席之地。可以相信，随着多媒体、数字电视、可视通讯产品的增加,CMOS图像传感器的应用前景一定会更加广阔。
CMOS图像传感器正在朝着高灵敏度、高分辨率、高动态范围、高帧速、集成化、超微型化、低功耗、数字化、智能化的方向发展。研究人员主要致力于提高CMOS 图像传感器，尤其是CMOS 有源像素传感（CMOS—APS）的综合性能，缩小像元尺寸,调整CMOS 工艺参数，将时钟和控制电路、信号处理电路，A/D电路、图像压缩电路等与图像传感器阵列完全集成在一起，并制作滤色片和微透镜阵列，以期实现低成本、低功耗、高度集成的单芯片成像微系统。

参考文献
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[2]倪景华，黄其煜.CMOS图像传感器及其发展趋势。
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[5]图像传感器产品发展现状简介.
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