图像传感器的历史沿革

被偷走的时间 20200408

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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。

  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。

  20 世纪50 年代——光学倍增管(Photo Multiplier Tube,简称PMT)出现。

  1965年至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 。


  ▲“芯片相机”上的带有有缘像素转换器的CMOS有效像素传感器

  1995年2月,Photobit公司成立,将CMOS图像传感器技术实现商业化 。

  1995-2001年间,Photobit 增长到约135人,主要包括:私营企业自筹资金的定制设计合同、SBIR计划的重要支持(NASA / DoD)、战略业务合作伙伴的投资,这期间共提交了100多项新专利申请。

  CMOS图像传感器经商业化后,发展迅猛,应用前景广阔,逐步取代CCD成为新潮流。

  2001年11月 ,Photobit被美光科技公司收购并获得许可回归加州理工学院。与此同时,到2001年,已有数十家竞争对手崭露头角,例如Toshiba,ST Micro,Omnivision,CMOS图像传感器业务部分归功于早期的努力促进技术成果转化。后来,索尼和三星分别成为了现在全球市场排名第一,第二。后来,Micron剥离了Aptina,Aptina被ON Semi收购,目前排名第4。CMOS传感器逐渐成为摄影领域主流,并广泛应用于多种场合 。


  ▲CMOS应用领域


  ▲ CMOS图像传感器发展历程

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