隨著全面屏的發(fā)展，手機對于前置攝像頭模組的要求是盡可能做小、做薄。而決定攝像頭模組的尺寸的，主要是CMOS圖像傳感器和鏡頭的尺寸。近日，三星電子宣布推出當下最小的CMOS圖像傳感器，專門針對全面屏形態(tài)的手機。

對于手機 、數(shù)碼相機、數(shù)字電視等智能設備，必不可少的就是圖像傳感器。這個市場已迎來高峰時期，CMOS圖像傳感器供應商之間的競爭也正在升溫。

本篇將聚焦CMOS技術，說說有關CMOS圖像傳感器的那些事。

讓你更了解CMOS圖像傳感器

圖像傳感器是一種將光學圖像轉換成電子信號的電子設備。為滿足不同應用的特殊目標而設計的，它提供了不同級別的靈敏度和質量。

美國貝爾實臉室發(fā)現(xiàn)電荷通過半導體勢阱發(fā)生轉移的現(xiàn)象，提出了固態(tài)成像這一新概念和一維CCD(Charge-Coupled Device電荷耦合器件)模型器件。此后很長一段時間CCD主導著圖像傳感器市場。

但是隨著CCD應用范圍的擴大，其缺點逐漸暴露出來。CCD技術芯片技術工藝復雜，不能與標準工藝兼容。這種芯片需要的電壓功耗也較大，因此CCD技術芯片價格昂貴且使用不便。

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor 互補金屬氧化物場效應管)圖像傳感器從90年代開始獲得業(yè)界重視并且得到大量人力、物力進行研發(fā)，由于CMOS圖像傳感器具有性價比高、體積小、功耗低等特點，逐步扭轉市場格局。

目前市場上幾乎已經呈現(xiàn)CMOS技術獨霸的現(xiàn)象。

那么，CMOS技術是什么?與CCD技術又有何區(qū)別?

“模擬”CCD執(zhí)行光子到電子的轉換。CCD的設計目的是將電荷逐個像素地移動，直到它們到達專用讀出區(qū)域放大器。CCD是線性傳感器，其輸出與接收到的光子數(shù)量直接相關。

“數(shù)字”CMOS圖像傳感器(CIS)執(zhí)行光子到電壓的轉換，它直接在像素上進行放大。更高級的CIS技術提供了一個并行讀出架構，其中每個像素都可以單獨尋址，或者作為一個組并行地讀出。

CCD：光子——電子(左) CMOS：光子——電壓(右)

CMOS圖像傳感器有四個主要組件：

光電二極管(PD)

像素設計

彩色濾光片(CF)

微透鏡

光電二極管(PD)用于捕捉光，一般用于實現(xiàn)這一功能的是PIN二極管或PN結器件。最廣泛實現(xiàn)的像素設計被稱為“有源像素傳感器”(APS)。通常使用3—6個晶體管，它們可以從大型電容陣列中獲得或緩沖像素。彩色濾光片用于分離反射光的紅、綠、藍(RGB)成分。最后，微透鏡從CIS的非活性部分收集光，并將其聚焦到光電二極管。微透鏡通常具有球形表面和網狀透鏡。

綜上，CMOS圖像傳感器具有體積小、功耗低等優(yōu)勢，且CMOS傳感器的制造成本遠低于CCD傳感器，使其在圖像傳感器領域占有率達到90%。

同時，CMOS圖像傳感器的背照式和堆棧式技術也逐漸發(fā)展起來，使得CMOS圖像傳感器的應用場景越來越廣。智能手機的雙攝像頭、三攝像頭、3D攝像頭已經屢見不鮮，再加上汽車、無人機、VR以及AR技術等新興市場的推動，CMOS圖像傳感器正迎來新一輪的產業(yè)成長高峰。

CMOS圖像傳感器產業(yè) · 國外篇

CMOS圖像傳感器產業(yè)，從占據(jù)42%市場份額的全球龍頭企業(yè)索尼的運營復蘇中獲益，以較高的增長速度發(fā)展，并已成為半導體行業(yè)中關鍵的組成部分。

其下游應用領域廣闊。據(jù)IC Insights預測，2020年在CMOS領域，手機市場占比將會降低到48%，自動控制、安防、電腦等領域的占比將逐漸增大。

索尼

目前，索尼依然是CMOS感光元件市場的絕對領導者。

這得益于索尼傳感器極高的畫質表現(xiàn)以及相對樸實的價格，縱觀CMOS圖像傳感器份額最大的手機市場，索尼幾乎壟斷了所有中高端手機品牌。

在iPhone 4S后，蘋果就一直是索尼CMOS的大客戶。此外，三星、華為、OPPO等品牌的機器也選用了索尼圖像傳感器。

2015年底，索尼以1.55億美元收購東芝的圖像傳感器業(yè)務。此次收購包含工廠、設備以及相關員工。收購后，東芝的圖像傳感器業(yè)務將全部整合于索尼半導體子公司下掌管運營。

索尼在大中華區(qū)的授權分銷商有：深圳市科輝特電子、宏展數(shù)碼、廣州市碼尼電子科技、廣州市麥盛能源科技、深圳市博的電子科技、深圳市賽特美安防電子等。(不完全統(tǒng)計，歡迎補充)

三星

2014年，三星在遭遇智能手機銷量嚴重下滑之后，開始更關注電子元器件的設計與生產。

在多年的堅持之后，三星傳感器無論在技術水平還是市場占有率上都"開花結果"。對老大索尼的市場也是虎視眈眈，2015年索尼CMOS缺貨，三星有了可乘之機，搶走不少中國客戶。

在1月，三星發(fā)布了當下最小的CMOS圖像傳感器，專門針對全面屏形態(tài)的手機。三星稱，這顆5.1mm的傳感器可用于屏幕開孔或者劉海屏手機，可做前置，也可做中端手機的后置長焦拍攝元件。

對比之前1/3英寸、2000萬像素的CMOS，模塊高度降低了7%;對比1300萬像素、相同高度的CMOS，3T2的數(shù)碼變焦能力提升了60%。

按計劃，三星將于今年第一季度量產。未來三星的中端機和以魅族、小米為代表的國產手機有望將會采用。

三星電子在大中華區(qū)的授權分銷商有：深圳升邦電子、深圳市萬瑞爾、愛施得、昆山錦騰貿易有限公司、成都欣諾通訊科技、深圳市科輝特電子等。(不完全統(tǒng)計，歡迎補充)

豪威科技

OmniVision(簡稱OV)美國半導體公司，成立于1995年，專業(yè)開發(fā)高度集成CMOS影像技術。該公司精通微處理器、微控制器、特殊功能邏輯、具有豐富的模擬電路、數(shù)/?；旌?a target="_blank">電路設計經驗。其長期致力于為微電子影像應用設計和提供基于CMOS影像芯片的解決方案。

該公司是最早也是最具規(guī)模的一家進入CMOS傳感器應用在拍照手機廠商。2003年拍照手機剛開始應用時，CCD技術清一色的日本供應商，CMOS技術則主要是歐美廠商。其中OV公司產品最具影響力。全球三分之一的手機攝像頭采用OV，在2011年之前，OV無疑是圖像傳感器市場的老大。

豪威科技這些年來進行大量前瞻性的研發(fā)，比如在強光照射或者黑夜星光等極端光環(huán)境下的圖像顯示。

豪威在大中華區(qū)的授權分銷商有：普樺科技股份、深圳啟賽電子等。

安森美

“做現(xiàn)代圖像傳感器的創(chuàng)造者?！卑采腊雽w提出的這一口號并不是信口開河。為達到今天的地位，安森美先后完成了三次并購。

2011年2月，安森美半導體以3140萬美元完成收購賽普拉斯CMOS圖像傳感器業(yè)務部。

2014年4月 安森美半導體以9500萬美元現(xiàn)金收購圖像傳感器設備制造商TRUESENSE Imaging。

2014年8月，安森美半導體簽署以4億美元收購汽車及工業(yè)市場領先的高性能CMOS圖像傳感器供應商Aptina Imaging。

收購Aptina大幅擴充了安森美半導體的圖像傳感器業(yè)務，建成公司在汽車及工業(yè)半導體市場快速增長的圖像傳感器領域的領先地位。

安森美在成像領域擁有四十余年的經驗，同時也提供著業(yè)界最多的產品組合，同時也在積極開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)及客戶方案等方面，尤其是針對中國市場還提供了大量的本地化工作。

除了CMOS攝像頭之外，安森美也一直在CCD市場進行革新。安森美認為：“在大部分高清工業(yè)應用中，CCD仍然是最合適的方案。同時擁有CCD和CMOS兩大產品線，也是安森美與行業(yè)競爭者的不同之處。”

佳能

佳能的CMOS傳感器其實一直備受爭議，其更新的速度遠遠比不上索尼。

看到相機市場在近年持續(xù)萎縮，佳能正尋求更多相機以外的出路，希望讓其感光元件技術，擴展至其他市場，包括無人駕駛汽車、機械人、工業(yè)機器等等。

早在2014年，索尼便研發(fā)出了曲面CMOS傳感器，在相機采用該傳感器后，光線經折射后到曲面各點距離相同，鏡頭就不需要使用額外的鏡片來修正像場和光線入射角，鏡頭體積可更加嬌小。

CMOS圖像傳感器產業(yè) ·國內篇

近年來，中國CMOS圖像傳感器產業(yè)積極布局突破，成立了多家CMOS圖像傳感器設計公司和IDM企業(yè)，加上各種創(chuàng)新應用的落地，中國CMOS圖像傳感器生態(tài)系統(tǒng)將會變得越來越強大。

銳芯微電子

銳芯微電子有限公司是一家研發(fā)、銷售圖像傳感器芯片的高科技公司，成立于2008年，致力于研發(fā)多項像素設計、電路設計以及圖像與處理技術的應用，主要產品包括系列面陣以及線陣CMOS圖像傳感器。

銳芯發(fā)明的MCCD技術，是圖像傳感器技術的重大創(chuàng)新，它綜合了CCD和CMOS的優(yōu)點，成倍地提高了感光靈敏度。

銳芯微提供的產品具有極高的性價比，應用領域包括視頻監(jiān)控、人機交互、工業(yè)監(jiān)控以及其他專業(yè)應用領域，產品包括系列面陣以及線陣CMOS圖像傳感器，并提供定制CMOS圖像傳感器及多種IC定制設計服務。

思特威

思特威SmartSens以安防應用作為市場切入點，以更高感度、更高信噪比、更高靈敏度、更優(yōu)異低光照性能作為核心需求，在人工智能(AI)，智能感知和機器視覺等領域進行了布局。

思特威SmartSens首創(chuàng)將背照式(BSI)技術應用于全局快門CMOS圖像傳感器, 清晰捕捉高速運動物體的同時提供更勝一籌的高靈敏度體驗。

格科微電子

格科微電子有限公司創(chuàng)立于2003年，是中國領先的無晶圓廠圖像傳感器設計公司，已經將目標瞄準到全球移動設備及消費電子市場。

其設計、開發(fā)及銷售具成本優(yōu)勢的高質量CMOS圖像傳感器裝置，該裝置可采集光學圖像并轉換成數(shù)字圖像輸出信號。其圖像傳感器主要用于功能手機、智能手機及平板計算機等移動裝置。格科微電子也設計、開發(fā)及銷售LCD驅動芯片，該裝置可驅動LCD面板將圖像數(shù)據(jù)顯示于屏幕上。

格科微電子的CMOS圖像傳感器具有成本低、質量高等特點，其圖像傳感器主要用于功能手機、智能手機及平板計算機等移動裝置。

思比科微電子

一家由留學歸國人員2004年在中關村科技園創(chuàng)辦的高新技術企業(yè)——思比科微電子技術股份有限公司，專門從事CMOS圖像傳感器和圖像處理芯片的研發(fā)和銷售。

其核心技術為具有自主知識產權的“超級像素信號處理技術(SuperPix)”和"超級圖像處理技術(Superlmage)"。研制成功的1200萬像素高性能圖像傳感器芯片是中國首款突破千萬級像素大關的國產芯片，代表了中國在該領域的最高水平。

比亞迪微電子

深圳比亞迪微電子有限公司是比亞迪集團旗下的獨立子公司，自2003年開始致力于集成電路及功率器件的開發(fā)，并提供產品應用的整套解決方案。

在CMOS圖像傳感器方面，比亞迪消費類CMOS圖像傳感器每月出貨量高達20KK，擁有114項國內外發(fā)明與專利;而安防類CMOS圖像傳感器的月平均出貨量達到2KK/M，主要應用于安防監(jiān)控攝像機、IPC、車載攝像機和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中。

此外，在CMOS圖像傳感器代工廠方面，華力微電子(HLMC)受益于豪威科技和TPSCo的生產轉移。SK海力士顯然陷入了“優(yōu)先發(fā)展DRAM，而非CMOS圖像傳感器”的難題。中芯國際處于轉型期，必須投資下一代技術來追趕領先者。

結語

目前，國內的CMOS傳感器廠商與國外廠商還存在一定的差距，既需要雄厚的資金又要把規(guī)模做大。但一些國內領先的CMOS傳感器廠商，依托自主核心技術，正逐步擴大份額、向中高端市場滲透。