在過(guò)去的十年里，CMOS圖像傳感器（CIS）技術(shù)取得了令人矚目的進(jìn)展，圖像傳感器的性能也得到了極大的改善。自從在手機(jī)中引入相機(jī)以來(lái)，CIS技術(shù)取得了巨大的商業(yè)成功。

包括科學(xué)家和市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)專(zhuān)家在內(nèi)的許多人，早在15年前就預(yù)言，CMOS圖像傳感器將完全取代CCD成像設(shè)備，就像20世紀(jì)80年代中期CCD設(shè)備取代了視頻采集管一樣。盡管CMOS在成像領(lǐng)域占有牢固的地位，但它并沒(méi)有完全取代CCD設(shè)備。

另一方面，對(duì)CMOS技術(shù)的驅(qū)動(dòng)極大地提升了整個(gè)成像市場(chǎng)。CMOS圖像傳感器不僅創(chuàng)建了新的產(chǎn)品應(yīng)用程序，而且還提高了CCD成像設(shè)備的性能。本文介紹了CMOS圖像傳感器技術(shù)中最先進(jìn)的技術(shù)，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

圖像傳感器的定義和用途

圖像傳感器是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)的電子設(shè)備。轉(zhuǎn)換的方法因圖像傳感器的類(lèi)型而異：

“模擬”CCD執(zhí)行光子到電子的轉(zhuǎn)換。

“數(shù)字”CMOS圖像傳感器（CIS）執(zhí)行光子到電壓的轉(zhuǎn)換

圖像傳感器用于數(shù)碼相機(jī)和成像設(shè)備，將相機(jī)或成像設(shè)備接收到的光線(xiàn)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。

CIS vs. CCD

今天，有兩種不同的技術(shù)用于數(shù)字圖像采集（圖1）：

電荷耦合器件（CCD）是線(xiàn)性傳感器，其輸出與接收到的光子數(shù)量直接相關(guān)。

互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS，或CMOS圖像傳感器CIS）是一種較新的并行讀出技術(shù)。

這兩種類(lèi)型的成像設(shè)備都將光轉(zhuǎn)化為電子（或電荷），隨后即可處理成電子信號(hào)。CCD的設(shè)計(jì)目的是將電荷逐個(gè)像素地移動(dòng)，直到它們到達(dá)專(zhuān)用讀出區(qū)域放大器。CMOS圖像傳感器直接在像素上進(jìn)行放大。更高級(jí)的CIS技術(shù)提供了一個(gè)并行讀出架構(gòu)，其中每個(gè)像素都可以單獨(dú)尋址，或者作為一個(gè)組并行地讀出（參見(jiàn)圖1）。

CMOS傳感器的制造成本遠(yuǎn)低于CCD傳感器。由于新型圖像傳感器的價(jià)格下降，數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)變得非常便宜和普及。

在表1中，我們展示了CCD和CMOS架構(gòu)的主要區(qū)別。每個(gè)都有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在不同的應(yīng)用中各顯其能（用綠色表示）。

表1：CCD與CMOS架構(gòu)比較（來(lái)源：e2V）