长春召开“面向高端装备制造的系列化CMOS图像传感器”项目阶段评估会

高端制造产业既包括传统制造业的高端部分，也包括新兴产业的高端部分，中国已经出现很多专业的第三方研究机构，如“高端装备制造业第三方专业课题研究中心-中国重大机械装备网”。随着社会的进步，科技的发展，课题的研究越来越深入，对研究人员的要求也是越来越高。“高端”主要表现在三个方面：第一，技术含量高，表现为知识、技术密集，体现多学科和多领域高精尖技术的继承;第二，处于价值链高端，具有高附加值的特征;第三，在产业链占据核心部位，其发展水平决定产业链的整体竞争力。

近期，中科院长春光机所召开重点专项(弘光专项)“面向高端装备制造的系列化CMOS图像传感器”项目阶段评估会议。

中科院弘光专项“面向高端装备制造的系列化CMOS图像传感器”项目瞄准高端装备制造领域，突破了低噪声全局快门像素设计、堆栈式芯片制造等关键技术，全局快门芯片读出噪声仅为1.6e-，线性单幅高动态范围超过100dB，峰值量子效率达到95%，部分指标达到国际领先水平，形成三大系列CMOS图像传感器的定制研发及产业化能力，部分解决了我国高端装备制造领域中，过度依赖国外进口器件的问题。

快门是照相机用来控制感光片有效曝光时间的机构。是照相机的一个重要组成部分，它的结构、形式及功能是衡量照相机档次的一个重要因素。全局快门也称为Global shutter ，特点就是整幅场景在同一时间完成曝光。传感器所有像素点(二极管)同时收集光线，同时曝光。

堆栈式芯片英文名称叫做"Stacked CMOS"，也可以翻译为"积层式CMOS"，实际上这些概念指的是同一种东西。Exmor RS CMOS的原理是，它使用有信号处理电路的芯片替代了原来背照CMOS图像传感器的支持基板，在芯片上重叠形成背照CMOS元件的像素部分，从而实现了在较小的芯片尺寸上形成大量像素点的工艺。由于像素部分和电路部分分别独立，因此像素部分可针对高画质优化，电路部分可针对高性能优化。

CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器，与CCD有着共同的历史渊源。CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成,这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。

图像传感器一个直观的性能指标就是对图像的复现的能力。而象素阵列就是直接关系到这一指标的关键的功能模块。按照像素阵列单元结构的不同，可以将像素单元分为无源像素单元PPS(passive pixel schematic)，有源像素单元APS(activepixel schematic)和对数式像素单元，有源像素单元APS又可分为光敏二极管型APS、光栅型APS。

在CMOS图像传感器芯片上还可以集成其他数字信号处理电路，如AD转换器、自动曝光量控制、非均匀补偿、白平衡处理、黑电平控制、伽玛校正等，为了进行快速计算甚至可以将具有可编程功能的DSP器件与CMOS器件集成在一起，从而组成单片数字相机及图像处理系统。

CMOS图像传感器具有以下几个优点：

1)、随机窗口读取能力。随机窗口读取操作是CMOS图像传感器在功能上优于CCD的一个方面，也称之为感兴趣区域选取。此外，CMOS图像传感器的高集成特性使其很容易实现同时开多个跟踪窗口的功能。

2)、抗辐射能力。总的来说，CMOS图像传感器潜在的抗辐射性能相对于CCD性能有重要增强。

3)、系统复杂程度和可靠性。采用CMOS图像传感器可以大大地简化系统硬件结构。

4)、非破坏性数据读出方式。

5)、优化的曝光控制。值得注意的是，由于在像元结构中集成了多个功能晶体管的原因，CMOS图像传感器也存在着若干缺点，主要是噪声和填充率两个指标。鉴于CMOS图像传感器相对优越的性能，使得CMOS图像传感器在各个领域得到了广泛的应用。、

新闻来源：春光学精密机械与物理研究所

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