在歷史上,CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器幾乎是同時在20世紀60年代出現(xiàn)的。1965年-1970年(20世紀70年代)，IBM、Fairchild等企業(yè)開發(fā)光電以及雙極二極管陣列。1970年，CCD圖像傳感器在Bell實驗室發(fā)明，并依靠CCD圖像傳感器的高量子效率、高靈敏度、低暗電流、高一致性、低噪音，一直成為圖像傳感器市場的主導。

和CCD圖像傳感器相對比，CMOS圖像傳感器具有低功耗、低操作電壓、片上集成功能、低價格等優(yōu)勢，但是在CMOS圖像傳感器出現(xiàn)初期由于相對較差的性能和較大的像元尺寸，并沒有得到很好的市場，后來隨著超大規(guī)模集成電路技術(VLSI)和CMOS工藝水平的不斷提高，CMOS圖像傳感器逐漸開始展現(xiàn)出CCD圖像傳感器不具有的優(yōu)勢，在圖像傳感器領域的市場份額逐漸擴大。CMOS圖像傳感器的發(fā)展主要有三個階段，分別是無源像素CMOS圖像傳感器(PPS，Passive Pixel Sensor)、有源像素CMOS圖像傳感器(Active Pixel Sensor)和數字像素CMOS圖像傳感器(DPS，Digital Pixel Sensor)。

在20世紀90年代初，無源像素CMOS圖像傳感器作為第一代CMOS圖像傳感器進入市場，相對初期CMOS圖像傳感器，PPS CMOS圖像傳感器主要改善了信噪比。之后，APS CMOS圖像傳感器作為第二代CMOS圖像傳感器相繼出現(xiàn)，和PPS CMOS圖像傳感器相對比，主要改善了讀出噪聲、數據讀出速度，并在之后很長的一段時間內，APS CMOS圖像傳感器一度CMOS圖像傳感器的研究焦點。在20世紀末，美國斯坦福大學提出了DPS CMOS圖像傳感器，使用像素級模數轉換器和存儲單元，將捕捉到的光信號直接轉換為數字信號輸出，旨在解決CCD圖像傳感器在處理動態(tài)范圍和色彩真實性上的不足，最大程度地降低信號在排列中的衰減和干擾，提升成像質量。目前，應用在相機的CMOS圖像傳感器主要是APS CMOS圖像傳感器和DPS CMOS圖像傳感器，相對來說，APS CMOS圖像傳感器技術相對成熟，而DPS CMOS圖像傳感器技術越來越成為研究的焦點。得益于超大規(guī)模集成電路技術(VLSI)和CMOS工藝水平的不斷發(fā)展，在成像應用中，CMOS圖像傳感器的量子效率、填充因子等成像性能逐漸可以和CCD圖像傳感器相媲美，占據的市場份額逐漸擴大，猶如如今智能手機攝像頭大多采用CMOS圖像傳感器，在水下探測、空間對地遙感等成像領域，CMOS圖像傳感器也有可能取代CCD圖像傳感器，進而逐漸成為多數成像領域圖像傳感器的主要選擇。

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

包括科學家和市場營銷專家在內的許多人，早在15年前就預言，CMOS圖像傳感器將完全取代CCD成像設備，就像20世紀80年代中期CCD設備取代了視頻采集管一樣。盡管CMOS在成像領域占有牢固的地位，但它并沒有完全取代CCD設備。

另一方面，對CMOS技術的驅動極大地提升了整個成像市場。CMOS圖像傳感器不僅創(chuàng)建了新的產品應用程序，而且還提高了CCD成像設備的性能。本文介紹了CMOS圖像傳感器技術中最先進的技術，并對未來的發(fā)展前景進行了展望。

圖像傳感器的定義和用途

圖像傳感器是一種將光學圖像轉換成電子信號的電子設備。轉換的方法因圖像傳感器的類型而異

? “模擬”CCD執(zhí)行光子到電子的轉換。

? “數字”CMOS圖像傳感器(CIS)執(zhí)行光子到電壓的轉換

圖像傳感器用于數碼相機和成像設備，將相機或成像設備接收到的光線轉換為數字圖像。

CIS &VS CCD

今天，有兩種不同的技術用于數字圖像采集：

? 電荷耦合器件(CCD)是線性傳感器，其輸出與接收到的光子數量直接相關。

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

這兩種類型的成像設備都將光轉化為電子(或電荷)，隨后即可處理成電子信號。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。CMOS圖像傳感器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

CMOS傳感器的制造成本遠低于CCD傳感器。由于新型圖像傳感器的價格下降，數碼相機已經變得非常便宜和普及。

CCD和CMOS架構的存在主要區(qū)別。 每個都有獨特的優(yōu)點和缺點，在不同的應用中各顯其能。

現(xiàn)在和未來的CIS技術

未來CIS技術采用的路線圖受到三個限制或驅動因素的推動：

1.尺寸(3維，相機模組的X，Y和Z)

2.圖像質量(分辨率，低光性能，對焦(AF)和穩(wěn)定性(OIS))

3.功能(慢動作影像，圖像分析，運動控制)

BSI，3D堆疊BSI，3D混合以及3D順序集成都是影響未來CIS技術應用的關鍵技術。

多年來，CIS市場的競爭格局已經發(fā)生了很大的變化。索尼是市場、生產、技術的領導者。Omnivision和三星一直保持強勁，Galaxycore和Pixelplus這樣的新玩家也在崛起。同時，集成器件制造(IDM)模型一直是佳能和尼康的強大動力來源，它們都經受住了數碼相機的緩慢發(fā)展。至于松下，它已經與Tower Jazz成立了一家合資公司，以協(xié)助其在高端成像應用領域的探索。

智能手機的應用正處于CIS市場份額的領先地位，但許多其他應用將成為CIS未來增長的一部分。許多IDM和無晶圓廠公司正在為新興的更高利潤率的成像應用開發(fā)芯片，如汽車、安全、醫(yī)療和其他領域。這些應用中出現(xiàn)了巨大的機會，推動了新興供應商和現(xiàn)有供應商的市場和技術工作。這些新興的機遇正在將移動成像技術推向其他增長領域，我們可能會看到從視覺成像到視覺感知以及其他交互式應用的轉變。