cmos 图像传感器:CMOS图像传感器市场分析

2021/11/01 23:05 · 传感器知识资讯 ·  · cmos 图像传感器:CMOS图像传感器市场分析已关闭评论
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cmos图像传感器:CMOS图像传感器市场分析来源:内容来自半导体行业观察(ID:icbank)原创,作者:永山準,谢谢!如今摄像头存在于我们生活的方方面面,如数码相机、街边及其他设施的监控摄像、工业设备、智能手机等。尤其是智能手机的普及推动了摄像头市场的迅

cmos 图像传感器:CMOS图像传感器市场分析

来源:内容来自半导体行业观察(ID:icbank)原创,作者:永山準,谢谢!
如今摄像头存在于我们生活的方方面面,如数码相机、街边及其他设施的监控摄像、工业设备、智能手机等。尤其是智能手机的普及推动了摄像头市场的迅速扩大。在全球半导体市场上,被誉为摄像头的“视网膜”的“图像传感器(CMOS)”已经具备了堪比存储半导体、逻辑半导体的市场规模。
图像传感器的未来的市场预想是否会受到新冠肺炎(COVID-19)蔓延的影响?此次,我们来看一下市场调查公司OMDIA的分析。
新冠肺炎导致智能手机市场下跌,也带动智能手机出现恢复
据OMDIA表示,2019年图像传感器的出货数量为67亿1,800万个(其中,智能手机方向的Time of Flight传感器的出货数量为13亿9,500万个),2017年的出货数量为54亿3,300万个,2018年的出货数量为60亿4,800万个,增长率连续两年超过11%,成绩喜人,而推动这一增长的原动力在于智能手机方向图像传感器的增长!2019年,智能手机方向图像传感器出货数量占整体的六成左右,如果把智能手机的ToF(Time of Flight)传感器也计算在内的话,占比将达到八成以上。
在图像传感器市场上荣居首位的是索尼,其智能手机方向的图像传感器主要用于苹果、华为等诸多智能手机厂家,2019年整个图像传感器市场规模达154亿5,100万美元(约人民币1,081.57亿元),索尼的占比达一半以上,为53%。排名第二的是三星电子(Samsung Electronics),为18%;第三是豪威科技(OmniVision),为11%;第四是安森美半导体(ON Semiconductor),为4%。
图像传感器出货数量推移(含预测)和各种用途的占比。(图片出自:eetimes)
近年来,全球智能手机年度出货数量在14亿部徘徊,可以说智能手机市场已经渐趋成熟。OMDIA方面表示:“假设一部智能手机可以使用四年,合计也就是60亿部左右的市场规模,已经基本普及了整个活跃的市场”。此外,2020年市场依旧受到新冠肺炎蔓延的影响而低迷,因此在2020年5月时间点,预计上年同比下滑13.2%,为12亿部左右,由于新冠肺炎还没有结束的迹象,因此以上预测可能还会再下调。
尽管存在以上不利因素,而2021年以后的智能手机市场预测却前景明朗。OMDIA表示表示:“我们听取了厂家的投资意愿、中长期计划,普遍认为,2021年以后智能手机市场会迅速恢复,因此都在积极筹备”。据OMDIA预测,2021年开始趋于恢复,至少在2030年之前都会保持稳定增长。且预测,2024年智能手机出货数量为16亿部,2029年将突破18亿部。
智能手机增长的主要原因在于5G(第五代移动通信)服务的启动,以及新冠肺炎带来的“新型生活方式”的落实起到了推动作用。OMDIA方面表示:“虽然新型生活方式会引起一些市场萎缩,随着IT远程(Remote)时代的迅速发展,智能手机、电子设备、平板电脑、笔记本电脑等的需求预计会出现大幅度增长”。迅速推广的远程办公(Remote Work)、远程授课方向的笔记本电脑、平板电脑和网络摄像头(WEB Camera)的需求在全球范围内扩大,这对智能手机同样具有推动作用,音乐会、体育赛事直播等娱乐方向以及在线支付方向的市场预计将会进一步扩大。
智能手机“多摄像头化”发展迅猛
据预测,未来图像传感器的市场增长率会远远超过智能手机的增长。据OMDIA表示,假设2020年的智能手机出货数量较上年下滑了13.2%,而图像传感器的出货数量会与去年持平,或者微增。此外,在2020年-2030年十年间,年平均增长率(CAGR)会保持在5.3%,在2026年前后,年度出货数量会突破100亿个。
而主要原因如下:智能手机通过搭载多个摄像头, 以获得高质量的图像—-即“多摄像头化”趋势的发展。“多摄像头化”趋势在2019年开始迅速发展。据OMDIA调查,搭载两个以上摄像头的智能手机在2018年还不及全数的一半,而据预测,在2020年将会占八成左右。2020年,搭载三个及以上摄像头的智能手机预计会超五成。他们进一步指出:“在市场进入红海(Red Ocean)之下,各家公司要获得市场份额,战略很重要。摄像头也会起到一定助推作用,在如今的市场上,如果不是搭载多个摄像头的手机,基本不会刺激购买层”。
2019年智能手机出货数量中,第一名为三星(21%)、第二名为华为(17%)、第三名为苹果(14%),后续为小米(9%)、OPPO为8%,在前五名的公司中,中国公司占了三家。智能手机市场上不仅存在TOP1的竞争,此外,2019年整体出货数量的57%被中国厂家占据,且呈迅速增长趋势。正是这些中国的手机厂家推动了“多摄像头化”的发展。
其中,动作最快的是华为,在2017年第四季度,一半的华为手机都搭载了两个及以上摄像头。据说,在2019年第三季度,中国的排名前四的手机厂家---华为和小米、OPPO、Vivo的搭载多个摄像头的手机突破了八成。受此影响,排名第一的三星也迅速扩大“多摄像头化”手机,此外,苹果也自“iPhone X/XS”开始搭载多个摄像头。手机的多摄像头化成为了业界的潮流。如今,搭载三个摄像头已经成为趋势,2020年第一季度,中国排名前四的手机厂商和三星的60%以上的手机都搭载了三个及以上摄像头。
OMDIA方面进一步表示:“这种趋势与对图像传感器的预测(未来十年,图像传感器的需求会稳定推移)有关联,即使2020年的智能手机市场下滑,智能手机方向的摄像头需求并不会减少,且增长程度可以足够弥补因新冠肺炎带来的损失”。
此外,他们还提及了智能手机摄像头像素的极限问题,“本来搭载一个摄像头就可以获得较高的像素,但是令人遗憾的是,如今在智能手机可搭载的形状因素(Form Factor)中,20M像素已经是极限。这里说的并不是半导体设计的极限,而是镜头(Lens)的极限,如果像素的大小超过镜头的聚光范围,即使进一步提高像素,也无法适当地开启和关闭光的投射,因此,不得不搭载两个、三个甚至更多个摄像头”。
智能手机方向图像传感器的像素在不断提高,如三星研发了108M像素的图像传感器—“Samsung ISOCELL Bright HMX”,正在推进供货。但是,OMDIA方面认为:“如果是单位达亿的图像传感器的话,STMicroelectronics以及一些日系厂家已经在数年前开始研发用于卫星用途的产品,远远早于三星,且技术更胜一筹,即使是三星的产品,也只是’噱头’,实际并没有什么需求”。
预计搭载ToF的智能手机将会大幅度增长
在智能手机的功能中,另一个令人期待的是“ToF 传感”功能的增长。已经有多家智能手机厂家发布了搭载“ToF 传感”功能的手机,此外,近期、发布的“iPhone 12 Pro”也搭载此功能。OMDIA表示,2019年智能手机方向的“ToF 传感器”出货数量达13亿9,500万个,2020年虽然会因新冠肺炎而减速,而2020年-2030年期间,预计CAGR会达到5.3%。另外,在普通照相机方向的图像传感器中,索尼位居首位,且与TOP2拉开了很大距离;而在ToF传感器方面,STMicroelectronics、ams是两家最大的厂商。李根秀先生表示:“不过,与照相机用途方向相比,手机用途的技术门槛更低,因此有很多中国厂家在不断加入,未来市场占比还会再发生变化”。
车载领域持续增长、年度增长率近20%
如上所述,在图像传感器市场中,手机方向占了八成左右,起决定性作用,从增长率来看,又是另一番景象!尤其引人注目的是汽车、工业设备、无人机三个领域,OMDIA表示,2020年-2030年期间的CAGR分别为19.6%、21.6%、14.0%,增长极其迅速。
各种用途方向的图像传感器的增长率。(图片出自:OMDIA)
车载领域增长的主要原因在于ADAS(高级驾驶辅助系统,Advanced Driving Assistance System)的发展。如今,普及率最高的是后视摄像头(Rear View Camera),据说这是基于美国的“KT法(Kids and Transportation Safety Act)”要求的。就ADAS摄像头而言,成本是最大的“瓶颈”,与“后视摄像头(Rear View Camera)”相比,普及率还较低,但在无人驾驶L2上已经实现了量产,且在2020年4月份日本的L3已经全面启动,因此市场开始活跃化。各家汽车厂家正在加速研发以投入新产品。
据预测, 2020年新冠肺炎虽然会导致市场低迷,而2030年车载方向的图像传感器会从2019年的9,400万个增至5亿2,500万个。从一辆汽车的摄像头搭载率来看(摄像头数量/汽车辆数),2019年为79.7%,2026年将会扩大至195.2%!
此外,在车载摄像头方面,以“后视摄像头(Rear View Camera)”为中心,安森美半导体(ON Semiconductor)和豪威科技(OmniVision)两家公司占有较高份额,如上所述,就ADAS摄像头的研发而言,“在技术上占有优势的索尼的受关注程度较高”。此外,索尼曾经有一条不成文的规定—-“不从事与人类生命相关的产品”,自2014年发布车载图像传感器以来,把车载图像传感器定位为一大业务并开始推进研发,索尼于2020年公布称:开始量产800万像素级别的车载图像传感器。且应用实绩稳步推移,如已经被丰田最新款ADAS“Toyota Safety Sense 2.0”采用,此外,索尼在2020年1月的CES上公布了自主研发的电动汽车试做版—-“VISION-S”,进一步提高了自身的存在感。
在车载领域,索尼虽然处于后起之秀,但OMDIA却认为:“索尼以创造了图像传感器市场而感到自豪,在车载领域,也尽快与博世在德国的高速公路(Autobahn)上对搭载了800万像素图像传感器的无人驾驶汽车进行了验证试验,可以说索尼表现了极大的自信!索尼应该是希望通过运用自身的产品获得TOP1的地位,在不久的将来,索尼应该会研发出令汽车厂家、Tier1大吃一惊的技术!”
就工业设备而言,据预测,在机器视觉(Machine Vision,即电子设备、食品外观检查等设备)方面的应用未来还会继续加速发展。OMDIA表示,2020年-2030年期间的CAGR高达21.6%,而2019年的工业图像传感器的出货数量为910万个,规模不及车载用途的十分之一,2030年的预测值为6,700万个。但是,OMDIA认为:“也许这个预测不是那么乐观”,“从以往的市场动向来看,很有可能会在以某种模式获得成功的同时,各行各业以及各厂家会超越隔阂,加大投资。现在还没有明显的证据,如果一旦成真,将会获得突破性的发展”。
在无人机领域,CAGR主要是基于以个人兴趣为中心的消费用途(2019年出货数量的七成以上为个人消费用途),未来活跃的中心会集中在以喷洒农药为主的第一产业,且监控、点检、检查等各种专业性方向的采用也会扩大。据说,图像传感器的出货数量会从2019年的740万个增至2030年的2,600万个。OMDIA认为:“到2030年,专业用途方向的图像传感器将会增至整体的一半,就数量而言,虽然比不上智能手机,而改变我们的世界这一点是毫无疑问的事实,市场肯定会进一步扩大”。
市场占比如何?新冠肺炎的影响如何?
进入2020年,新冠肺炎对迄今为止的市场造成了什么影响呢?据OMDIA调查,首先新冠肺炎的影响率先体现在2020年第一季度(1月-3月,实绩为39亿1,700万美元,约人民币274.19亿元)的图像传感器市场上,索尼市占率为45.1%,三星为25%,豪威科技(OmniVision)为12.3%,安森美为4.1%。在这之前的2019年第四季度(10月-12月市场规模为43亿7,800万美元,约人民币306.46亿元)中,索尼市占率为54.1%,三星为17.6%,比较下来,索尼下跌了9个百分点,而三星却上升了7.4的百分点。
就以上状况,OMDIA认为:“这并不能说明三星在战略上(或技术上)正在接近索尼”。“本来就存在季节性因素,且存在新冠肺炎的影响,此外还有华为公司的问题,不过可以得出结论—-仅有索尼一家公司的市占率下滑了”!实际上,新冠肺炎真正的影响是在2020年第二季度(4月-6月),整个图像传感器市场规模大幅度下滑至34亿1,300万美元(约人民币238.91亿元),且索尼和三星的销售额都出现了下跌,而索尼的市占率上升至48.5%,三星却下滑至18.8%,双方再次拉开差距。
主要图像传感器厂家的2019年第四季度—2020年第二季度的销售额推移。
(图片出自:OMDIA)
如上所述,市占率几乎没有大的变化,而当下的市场环境依旧严峻。索尼在2020年8月召开的2020年财年第一季度(4月-6月)的财报发布会上表示,由于大客户的终端产品的销售下滑以及新冠肺炎的影响导致产品向中、低端转换,中国客户调整零部件、产品的库存水平等因素,预计2020财年的销售额将会出现负增长。为应对当前环境,索尼表示会扩大、分散客户基础,重新审视设备投资时间点,“业绩会在2021年下半年以后再次步入增长轨道”。
2020年9月15日,美国政府的限制对华为出口半导体的禁令开始生效。据报道,有多家厂家已经开始向美国政府提出申请以能够继续对华为供货,不过前景依旧不透明。有一种说法是在索尼的智能手机方向的图像传感器中,华为仅占两成左右,而OMDIA表示:“图像传感器几乎是客户定制产品,短时间内,很难把原本供给华为的产品转移给其他客户,这一影响可能会在2020年暴露出来”。
“一枝独秀的索尼”的地位是否会动摇?
虽然当前的状况还不是很稳定,而李根秀先生认为“当下、未来,一枝独秀的索尼的地位不会被动摇”。
自CCD图像传感器时代以来,索尼就一直引领市场,在CMOS图像传感器时代,以“反面照射型”、“积层型”等颠覆业界常识的产品在行业内开展突破性创新,引领业界市场,且业界认为 “高端CIS---CMOS图像传感器的技术只有索尼一家才拥有”!此外,自2018年以来的三年间,索尼连续进行了6,500亿日元(约人民币390亿元)的大规模设备投资,据预测,在2020财年第二季度末索尼的月产能增至13万5,000个(以300mm晶圆为基础)。
与之相对,看看其他竞争对手厂家,排名第二的三星的图像传感器生产是从存储半导体等产品无法使用的、已经折旧的工厂开始的,虽然在存储半导体方面积极进行投资,但在图像传感器上却没有看到大胆的投资。如果对外销售有所增加的话,另当别论;三星仅供给自家的智能手机,因此也没有来自外部的评价。而排名第三的豪威科技(OmniVision),由于将生产委托给TSMC工厂,因此面临着较高的成本,豪威科技(OmniVision)的营业利润率仅有一位数。由于豪威科技(OmniVision)的销售额持续上升,因此保持了盈利,而一旦销售额下滑,很有可能跌入赤字。
此外一些中国企业虽然受到了政府的支援,能否顺利启动工厂且良率与三家TOP公司媲美?
OMDIA认为,这些企业还需要5-10年的时间。发布花哨的新闻虽然可以吸引眼球,而按照“排除法”来考虑的话,目前还没有公司能够与索尼匹敌。
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cmos 图像传感器:CMOS替代CCD,图像传感器或成澳华内镜“弯道超车”秘密武器

原标题:CMOS替代CCD,图像传感器或成澳华内镜“弯道超车”秘密武器

图像传感器是感受光学图像信息并转换成可用输出信号的传感器,是组成数字摄像头的重要组成部分,可分为电荷耦合元件(CCD)和和金属氧化物半导体元件(CMOS)两大类。作为内窥镜的核心光电元件,图像传感器的分辨率决定了内窥镜成像的清晰度,是保障临床疾病筛查检出率和准确率的关键。

图片来源:澳华内镜招股书

CCD技术由于影像质量更好,在电子内窥镜发展初期被广泛应用。长久以来,基于日本在光学领域的沉淀优势及原材料等因素,CCD作为一种成熟的技术仅被少数日本厂家长期垄断,国产内镜的发展也频频遭遇“卡脖子”的问题。

上游产业链的高速发展帮助国产内镜企业绕过“CCD垄断困境”

得益于半导体基础工业的快速发展,具备体积和性能优势的CMOS图像处理芯片近年来快速崛起。CMOS图像处理器也被内窥镜设备制造商更多地应用于内窥镜图像设备。

对于国产内镜的好消息是,目前不仅日本企业掌握CMOS图像传感器技术,更有中国其其他国家企业也同样掌握了近似的技术,各企业间差距不大,因此上游企业的兴起有望助力国产内镜打破技术垄断,在一定程度上摆脱对CCD传感器的依赖,在降低高清内镜生产成本的同时提高图像质量,实现“弯道超车”。如国产内镜品牌澳华内镜成功研发推出的突破性激光传输内镜系统AQ-200,以200万像素搭配1080P高像素图像,完成了与进口在画质层面的平等对话。

据悉,澳华内镜此前也承接了科学技术部“国家重点研发计划”,进行了基于高像素图像传感器的光学探测器的高清电子内镜研发,依靠自身拥有的制造设备和制造技术实现对各项技术内容的内窥镜的组装及测试工作。

展望未来:CMOS或更贴合医疗领域的小型化需求

伴随微创治疗对于医疗器械小型化的要求及越来越多功能的叠加,内镜未来对于图像传感器的需求也将向更低功耗、更小体积和更低成本靠拢。基于这方面考虑,也许不断提升图像性能的CMOS会更具备优势。这一发展趋势也将为国产内镜诸如澳华内镜、开立等提供进一步发展及超越的可能。返回搜狐,查看更多

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图像传感器
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图像传感器是利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。与光敏二极管,光敏三极管等“点”光源的光敏元件相比,图像传感器是将其受光面上的光像,分成许多小单元,将其转换成可用的电信号的一种功能器件。图像传感器分为光导摄像管和固态图像传感器。与光导摄像管相比,固态图像传感器具有体积小、重量轻、集成度高、分辨率高、功耗低、寿命长、价格低等特点。因此在各个行业得到了广泛应用。
[1]
中文名
图像传感器
外文名
image sensor
别 名
感光元件
分 类
CCD,CMOS
定 义
组成数字摄像头的重要组成部分
目录
1
CCD
?
应用
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历史
?
特点
2
CMOS
?
特点
?
历史
?
市场
?
发展
3
技术参数
4
发展现状
图像传感器CCD
编辑
语音
CCD是应用在摄影摄像方面的高端技术元件,CMOS则应用于较低影像品质的产品中,它的优点是制造成本较CCD更低,功耗也低得多,这也是市场很多采用USB接口的产品无须外接电源且价格便宜的原因。尽管在技术上有较大的不同,但CCD和CMOS两者性能差距不是很大,只是CMOS摄像头对光源的要求要高一些,但该问题已经基本得到解决。CCD元件的尺寸多为1/3英寸或者1/4英寸,在相同的分辨率下,宜选择元件尺寸较大的为好。图像传感器又叫感光元件。
图像传感器应用
CMOS图像传感器
图像传感器
[2]
,或称感光元件,是一种将光学图像转换成电子信号的设备,它被广泛地应用在数码相机和其他电子光学设备中。早期的图像传感器采用模拟信号,如摄像管(video camera tube)。随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展,市场和业界都面临着跨越各平台的视讯、影音、通讯大整合时代的到来,勾划着未来人类的日常生活的美景。以其在日常生活中的应用,无疑要属数码相机产品,其发展速度可以用日新月异来形容。短短的几年,数码相机就由几十万像素,发展到400、500万像素甚至更高。不仅在发达的欧美国家,数码相机已经占有很大的市场,就是在发展中的中国,数码相机的市场也在以惊人的速度在增长,因此,其关键零部件——图像传感器产品就成为当前以及未来业界关注的对象,吸引着众多厂商投入。以产品类别区分,图像传感器产品主要分为CCD、CMOS以及CIS传感器三种。本文将主要简介CCD以及CMOS传感器的技术和产业发展现状。
图像传感器历史
感光器件是工业摄像机最为核心的部件,图像传感器有CMOS和CCD两种。CCD特有的工艺,具有低照度效果好、信噪比高、通透感强、色彩还原能力佳等优点,在交通、医疗等高端领域中广泛应用。由于其成像方面的优势,在很长时间内还会延续采用,但同时由于其成本高、功耗大也制约了其市场发展的空间。CCD与CMOS在不同的应用场景下各有优势,但随着CMOS工艺和技术的不断提升,以及高端CMOS价格的不断下降,相信在安防行业高清摄像机未来的发展中,CMOS将占据越来越重要的地位。
CCD(Charged Coupled Device)于1969年在贝尔试验室研制成功,之后由日商等公司开始量产,其发展历程已经将近30多。CCD又可分为线型(Linear)与面型(Area)两种,其中线型应用于影像扫瞄器及传真机上,而面型主要应用于数码相机(DSC)、摄录影机、监视摄影机等多项影像输入产品上。
图像传感器特点
一般认为,CCD传感器有以下优点:高解析度(High Resolution):像点的大小为μm级,可感测及识别精细物体,提高影像品质。从1寸、1/2寸、2/3寸、1/4寸到推出的1/9寸,像素数目从10多万增加到400~500万像素;低杂讯(Low Noise)高敏感度:CCD具有很低的读出杂讯和暗电流杂讯,因此提高了信噪比(SNR),同时又具高敏感度,很低光度的入射光也能侦测到,其讯号不会被掩盖,使CCD的应用较不受天候拘束;动态范围广(High Dynamic Range):同时侦测及分辨强光和弱光,提高系统环境的使用范围,不因亮度差异大而造成信号反差现象。良好的线性特性曲线(Linearity):入射光源强度和输出讯号大小成良好的正比关系,物体资讯不致损失,降低信号补偿处理成本;高光子转换效率(High Quantum Efficiency ):很微弱的入射光照射都能被记录下来,若配合影像增强管及投光器,即使在暗夜远处的景物仍然还可以侦测得到;大面积感光(Large Field of View):利用半导体技术已可制造大面积的CCD晶片,与传统底片尺寸相当的35mm的CCD已经开始应用在数码相机中,成为取代专业有利光学相机的关键元件;光谱响应广(Broad Spectral Response):能检测很宽波长范围的光,增加系统使用弹性,扩大系统应用领域;低影像失真(Low Image Distortion):使用CCD感测器,其影像处理不会有失真的情形,使原物体资讯忠实地反应出来;体积小、重量轻CCD具备体积小且重量轻的特性,因此,可容易地装置在人造卫星及各式导航系统上;低秏电力不受强电磁场影响;9. 电荷传输效率佳:该效率系数影响信噪比、解像率,若电荷传输效率不佳,影像将变较模糊;10. 可大批量生产,品质稳定,坚固,不易老化,使用方便及保养容易。根据In-Stat在2001时对全球图像传感器的研究报告中指出,CCD产业前七大厂商皆为日系厂商,占了全球98.5%的市场份额,在技术发展方面,较有特色的主要厂商应为索尼、飞利普和柯达公司。
图像传感器CMOS
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图像传感器特点
CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺,具有集成度高、功耗小、速度快、成本低等特点,最近几年在宽动态、低照度方面发展迅速。CMOS即互补性金属氧化物半导体,主要是利用硅和锗两种元素所做成的半导体,通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。在模拟摄像机以及标清网络摄像机中,CCD的使用最为广泛,长期以来都在市场上占有主导地位。CCD的特点是灵敏度高,但响应速度较低,不适用于高清监控摄像机采用的高分辨率逐行扫描方式,因此进入高清监控时代以后,CMOS逐渐被人们所认识,高清监控摄像机普遍采用CMOS感光器件。CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电。不像由二级管组成的CCD,CMOS电路几乎没有静态电量消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右,CMOS重要问题是在处理快速变换的影像时,由于电流变换过于频繁而过热,暗电流抑制的好就问题不大,如果抑制的不好就十分容易出现噪点。已经研发出720P与1080P专用的背照式CMOS器件,其灵敏度性能已经与CCD接近。与表面照射型CMOS传感器相比,背照式CMOS在灵敏度(S/N)上具有很大优势,显著提高低光照条件下的拍摄效果,因此在低照度环境下拍摄,能够大幅降低噪点。虽然以CMOS技术为基础的百万像素摄像机产品在低照度环境和信噪处理方面存在不足,但这并不会根本上影响它的应用前景。而且相关国际大企业正在加大力度解决这两个问题,相信在不久的将来,CMOS的效果会越来越接近CCD的效果,并且CMOS设备的价格会低于CCD设备。安防行业使用CMOS多于CCD已经成为不争的事实,尽管相同尺寸的CCD传感器分辨率优于CMOS传感器,但如果不考虑尺寸限制,CMOS在量率上的优势可以有效克服大尺寸感光原件制造的困难,这样CMOS在更高分辨率下将更有优势。另外,CMOS响应速度比CCD快,因此更适合高清监控的大数据量特点。
图像传感器历史
与CCD相比,CMOS具有体积小,耗电量不到CCD的1/10,售价也比CCD便宜1/3的优点。与CCD产品相比,CMOS是标准工艺制程,可利用现有的半导体设备,不需额外的投资设备,且品质可随著半导体技术的提升而进步。同时,全球晶圆厂的CMOS生产线较多,日后量产时也有利于成本的降低。另外,CMOS传感器的最大优势,是它具有高度系统整合的条件。理论上,所有图像传感器所需的功能,例如垂直位移、水平位移暂存器、时序控制、CDS、ADC…等,都可放在集成在一颗晶片上,甚至于所有的晶片包括后端晶片(Back-end Chip)、快闪记忆体(Flash RAM)等也可整合成单晶片(SYSTEM-ON-CHIP),以达到降低整机生产成本的目的。正因为此,投入研发、生产的厂商较多,美国有30多家,欧洲7家,日本约8家,韩国1家,台湾有8家。而居全球翘楚地位的厂商是Agilent(HP),其市场占有率51%、ST(VLSI Vision)占16%、Omni Vision占13%、现代占8%、Photobit约占5%,这五家合计市占率达93%。根据In-Stat统计资料显示,CMOS传感器的全球销售额到2004年可望突破18亿美元,CMOS将以62%的年复合成长率快速成长,逐步侵占CCD器件的应用领域。特别是在2013年快速发展的手机应用领域中,以CMOS图像传感器为主的摄相模块将占领其80%以上的应用市场。
图像传感器市场
CMOS图像传感器属于新兴产品市场,其市场占有率变化不如成熟产业那般恒常不变,例如在1999年时,CMOS市场中,按照出货比例排名依序为Agilent、OmniVision、STM和Hyundai,其市场占有率分别为24%、22%、14%和14%,其中STM是欧洲厂商,Hyundai是韩国厂商;但只经过一年后的市场竞争,Agilent和OmniVision出货排名顺序仍然分居一、二,且市场占有率分别提升到37.7%和30.8%,而STM落居第四,市场占有率大幅滑落至4.8%,至于Hyundai更是大幅衰退只剩2.1%的市场占有率,值得一提的是Photobi在2000年度的大幅成长,全球市场占有率快速成长至13.7%,排名全球第三。这三家厂商出货量就占全球出货量的82.2%。从中可以分析,这个产业的厂商集中度相当密集,所以观察上述三家厂商的动态和发展,可看出许产业和技术未来发展方向。Agilent主要的产品为第二代的CIF(352*288)HDCS-1020和第二代的VGA(640*480)HDCS-2020,主要应用在数码相机 、行动电话、PDA、PC Camera等新兴的资讯家电产品之中,此外Agilent在2000年另一成功策略是和Logitech与Microsoft这两家公司策略联盟,打入了光学鼠标产品领域,但是这是非常低阶的CMOS产品,而且不是为了捕捉影像 ,所以在做影像感测器的全球统计时并未将此数量一并加入,但是此举可看出Agilent以CMOS技术为基础进军光学元件的规划意图。OmniVision它主要的产品包括︰CIF(352 x 288)、VGA(640 x 480)、SVGA(800 x 600)和SXGA(1280 x 1024)。Omnivision开发的130万像素等级的CMOS图像传感器正在被业界大量应用在数码相机中。业界一般认为,百万像素为使用CMOS和CCD的分水岭,CMOS成功跨进这一市场,足以说明CMOS技术发展对市场的渗透度,未来可能将取代CCD成为中低档影像产品的不留应用。Omnivision在2001年5月开发的CIF(352 x 288)等级的CMOS传感器,其特色为低秏电,目标市场定位在移动电话上,其产品发展策略和各大研究调查机构不谋而合,在移动电话市场上,CMOS模组的摄相模块已经成为移动通讯应用的最大量产品。Photobit在2000年获得较大成功。2001年Photobit率先研发出PB-0330产品型号的CMOS图像传感器,此产品特色具备单一晶片逻辑转数位的变频器,它是第二代1/4寸的VGA(640 x 480),同时也推出PB-0111产品型号的CMOS影像感测器,是第二代1/5寸的CIF(352 x 288)。Photobit推出这两种产品主要针对数码相机和PC Camera的数位化产品,和OmniVision CIF(352 x 288)定位在行动电话市场上有所区隔,其推出CIF(352 x 288)和VGA(640 x 480)这两种不同解析程度的影像感测器,行销范围意图含盖低阶和中高阶市场。
图像传感器发展
2013年业界发展了CMOS图像传感器新技术--C3D。C3D技术的最大特点就是像素反应的均一性。C3D技术重新定义了成像器的性能(即把系统的整体性能包括在内)并提高了CMOS图像传感器在均一性和暗电流方面的标准性能。2014年初,美国Foveon公司公开展示了其最新发展的Foveon X3技术,立即引起业界的高度关注。Foveon X3是全球第一款可以在一个像素上捕捉全部色彩的图像传感器阵列。传统的光电耦合器件只能感应光线强度,不能感应色彩信息,需要通过滤色镜来感应色彩信息,我们称之为Bayer滤镜。而Foveon X3在一个像素上通过不同的深度来感应色彩,最表面一层感应蓝色、第二层可以感应绿色,第三层感应红色。它是根据硅对不同波长光线的吸收效应来达到一个像素感应全部色彩信息,已经有了使用这种技术的CMOS图像传感器,其应用产品是“Sigma SD9”数码相机。这项革新技术可以提供更加锐利的图像,更好的色彩,比起以前的图像传感器,X3是第一款通过内置硅光电传感器来检测色彩的。Foveon X3的技术对于传统半导体感光技术来说有很大的突破,也有颠覆传统技术的效果,相信Foveon X3会有很好的前景。在高分辨率像素产品方面,日前台湾锐视科技已领先业界批量推出了210万像素的CMOS图像传感器,而且已有美商与台湾的光学镜头厂合作,将在第三季推出此款CMOS传感器结合镜头的模组,CMOS应用已经开始在200万像素数码相机产品中应用。对比CCD提供很好的图像质量、抗噪能力和相机设计时的灵活性。尽管由于增加了外部电路使得系统的尺寸变大,复杂性提高,但在电路设计时可更加灵活,可以尽可能的提升CCD相机的某些特别关注的性能。CCD更适合于对相机性能要求非常高而对成本控制不太严格的应用领域,如天文,高清晰度的医疗X光影像、和其他需要长时间曝光,对图像噪声要求严格的科学应用。CMOS是能应用当代大规模半导体集成电路生产工艺来生产的图像传感器,具有成品率高、集成度高、功耗小、价格低等特点。CMOS技术是世界上许多图像传感器半导体研发企业试图用来替代CCD的技术。经过多年的努力,作为图像传感器,CMOS已经克服早期的许多缺点,发展到了在图像品质方面可以与CCD技术较量的水平。CMOS的水平使它们更适合应用于要求空间小、体积小、功耗低而对图像噪声和质量要求不是特别高的场合。如大部分有辅助光照明的工业检测应用、安防保安应用、和大多数消费型商业数码相机应用。
图像传感器技术参数
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了解CCD和CMOS芯片的成像原理和主要参数对于产品的选型时非常重要的。同样,相同的芯片经过不同的设计制造出的相机性能也可能有所差别。CCD和CMOS的主要参数有以下几个:1. 像元尺寸像元尺寸指芯片像元阵列上每个像元的实际物理尺寸,通常的尺寸包括14um,10um, 9um , 7um , 6.45um ,3.75um 等。像元尺寸从某种程度上反映了芯片的对光的响应能力,像元尺寸越小,能够接收到的光子数量越多,在同样的光照条件和曝光时间内产生的电荷数量越多。对于弱光成像而言,像元尺寸是芯片灵敏度的一种表征。2. 灵敏度灵敏度是芯片的重要参数之一,它具有两种物理意义。一种指光器件的光电转换能力,与响应率的意义相同。即芯片的灵敏度指在一定光谱范围内,单位曝光量的输出信号电压(电流),单位可以为纳安/勒克斯nA/Lux、伏/瓦(V/W)、伏/勒克斯(V/Lux)、伏/流明(V/lm)。另一种是指器件所能传感的对地辐射功率(或照度),与探测率的意义相同,。单位可用瓦(W)或勒克斯(Lux)表示。3. 坏点数由于受到制造工艺的限制,对于有几百万像素点的传感器而言,所有的像元都是好的情况几乎不太可能,坏点数是指芯片中坏点(不能有效成像的像元或相应不一致性大于参数允许范围的像元)的数量,坏点数是衡量芯片质量的重要参数。4. 光谱响应光谱响应是指芯片对于不同光波长光线的响应能力,通常用光谱响应曲线给出。从产品的技术发展趋势看,无论是CCD还是CMOS,其体积小型化及高像素化仍是业界积极研发的目标。因为像素尺寸小则图像产品的分辨率越高、清晰度越好、体积越小,其应用面更广泛。从上述二种图像传感器解析度来看,未来将有几年时间,以130万像素至200万像素为界,之上的应用领域中,将仍以CCD主流,之下的产品中,将开始以CMOS传感器为主流。业界分析2014年底至2015初,将有300万像素的CMOS上市,预测CMOS市场应用超越CCD的时机一般在2004年-2005年。
图像传感器发展现状
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图像传感器的视讯比是给定的,使用高清(HD)分辨率1080p,摄像机设计正朝使用更小的光学格式发展,导致需要更小的像素结构,以降低整体系统成本,同时不影响图像性能或光灵敏度。CCD图像传感器由于灵敏度高、噪声低,逐步成为图像传感器的主流。但由于工艺上的原因,敏感元件和信号处理电路不能集成在同一芯片上,造成由CCD图像 传感器组装的摄像机体积大、功耗大。CMOS图像传感器以其体积小、功耗低在图像传感器市场上独树一帜。但最初市场上的CMOS图像传感器,一直没有摆脱 光照灵敏度低和图像分辨率低的缺点,图像质量还无法与CCD图像传感器相比。如果把CMOS图像传感器的光照灵敏度再提高5倍~10 倍,把噪声进一步降低,CMOS图像传感器的图像质量就可以达到或略微超过CCD图像传感器的水平,同时能保持体积小、重量轻、功耗低、集成度高、价位低 等优点,如此,CMOS图像传感器就会取代CCD图像传感器,并且发展出更好的功效。由于CMOS图像传感器的应用,新一代图像系统的开发研制得到了 极大的发展,并且随着经济规模的形成,其生产成本也得到降低。CMOS图像传感器的画面质量也能与CCD图像传感器相媲美,这主要归功于图像传感器 芯片设计的改进,以及亚微米和深亚微米级设计增加了像素内部的新功能。实际上,更确切地说,CMOS图像传感器应当是一个图像系统。一 个典型的CMOS图像传感器通常包含:一个图像传感器核心(是将离散信号电平多路传输到一个单一的输出,这与CCD图像传感器很相似),所有的时序逻辑、 单一时钟及芯片内的可编程功能,比如增益调节、积分时间、窗口和模数转换器。事实上,当一位设计者购买了CMOS图像传感器后,他得到的是一个包括图像阵 列逻辑寄存器、存储器、定时脉冲发生器和转换器在内的全部系统。与传统的CCD 图像系统相比,把整个图像系统集成在一块芯片上不仅降低了功耗,而且具有重量较轻,占用空间减少以及总体价格更低的优点。
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参考资料
1.

祝诗平.传感器与检测技术:北京大学出版社,中国林业出版社,2006年:209
2.

图像传感器最新新闻资讯
.OFweek传感器网[引用日期2016-07-21]
3.

图像传感器的发展及应用现状
.传感器应用网[引用日期2016-05-24]
cmos 图像传感器:CMOS图像传感器市场分析  第3张

cmos 图像传感器:本周9家公司冲刺IPO,安防CMOS图像传感器龙头思特威闯关科创板

来源:摄图网

记者 | 赵阳戈

本周,上会公司数量进一步回升,且特性十足,一方面有数家芯片领域的公司将接受审议,闯关科创;另一方面,再有黄金股“勇敢”发起挑战,即便此前有老铺黄金和周六福的铩羽。

创业板:涛涛车业暂缓

上周的涛涛车业并没有如其他上会公司一样顺利,于10月22日收获了“暂缓审议”的审议结果。

材料显示,涛涛车业专注于户外休闲娱乐兼具短途交通代步功能的汽动车、电动车及其配件、用品研发、生产和销售。汽动车主要包括50cc~300cc排量段的全地形车和50cc~250cc排量段的摩托车;电动车主要包括电动滑板车、电动平衡车、电动摩托车、电动自行车等。涛涛车业的ODM产品销售至美国、加拿大、墨西哥、德国、法国、英国、意大利、西班牙、俄罗斯、乌克兰、波兰、东南亚等数十个国家或地区。

需要指出的是,涛涛车业的外销收入占比99%以上,那么中美贸易摩擦和疫情等情况,对涛涛车业来说如何应对便不是个小问题。另外上会时,监管层还要求公司明确一些债务、担保责任等问题。

10月29日,创业板上市委将再度对3家公司安排审议,首发上会的3家公司分别是湖北中一科技股份有限公司、安徽宏宇五洲医疗器械股份有限公司、深圳市一博科技股份有限公司。

另外上周终止的名单也多了一个名字,据悉无锡和烁丰科技股份有限公司(下称“和烁丰”)撤回了申请,和烁丰主营业务为功能性涂层复合材料及基膜的研发、生产和销售,主要产品包括印刷涂层复合材料、热敏涂层复合材料等系列功能性涂层复合材料及基膜,主要应用于不干胶标签领域。

受理方面,创业板10月18日新受理了一家昆山玮硕恒基智能科技股份有限公司(下称“玮硕恒基”),该公司预计融资金额6.08亿元,保荐机构西部证券。

资料显示,玮硕恒基的主营业务为消费电子精密转轴产品的研发、生产和销售。报告期内,该公司的转轴产品主要应用于笔记本电脑。笔记本电脑转轴是连接笔记本电脑显示模组和主机模组的重要功能性结构件。随着笔记本电脑的更新换代,笔记本电脑转轴需要满足客户翻转角度更灵活、体积更小、重量更轻、性能更优、种类多样化的需求。

科创板:4公司上会

科创板上市委这边,本周则安排了两场审议。其中10月28日审议深圳英集芯科技股份有限公司(下称“英集芯”)、唯捷创芯(天津)电子技术股份有限公司(下称“唯捷创芯”)的首发;10月29日再有思特威(上海)电子科技股份有限公司(下称“思特威”)、拓荆科技股份有限公司(下称“拓荆科技”)登台亮相。

英集芯的主营业务为电源管理芯片、快充协议芯片的研发和销售。英集芯持续推出高性价比的智能数模混合芯片,提供的电源管理芯片和快充协议芯片广泛应用于移动电源、快充电源适配器、无线充电器、车载充电器、TWS耳机充电仓等产品。公司合作的最终品牌客户包括小米、OPPO等知名厂商。在报告期内产生销售收入的产品型号约230款,对应的产品子型号数量超过3000个,芯片销售数量达到17.28亿颗。

来源:说明书

英集芯的融资金额为4.01亿元,和唯捷创芯一比就是小巫见大巫了,唯捷创芯的融资金额为24.87亿元。资料显示,唯捷创芯主营业务为射频前端芯片的研发、设计和销售,主要产品为射频功率放大器模组,此外,还包括部分射频开关芯片、Wi-Fi射频前端模组及接收端模组产品。公司产品广泛应用于智能手机、平板电脑、智能穿戴设备等移动终端,以及无线宽带路由器等通信设备。

唯捷创芯的下游客户主要包括小米、OPPO、vivo等主流手机品牌厂商以及华勤通讯、龙旗科技、闻泰科技等业内知名的移动终端设备ODM厂商。

来源:说明书

思特威融资额28.2亿元,该公司主营业务为高性能CMOS图像传感器芯片的研发、设计和销售。公司产品已被应用在安防监控、机器视觉、智能车载电子等众多高科技应用领域。其图像传感器应用在大华股份、大疆创新、宇视科技、普联技术、天地伟业、网易有道、科沃斯等品牌的终端产品中。据介绍,以2020年出货量口径计算,公司的产品在安防CMOS图像传感器领域位列全球第一,在新兴机器视觉领域全局快门CMOS图像传感器中亦取得行业领先的地位。

拓荆科技聚焦的半导体薄膜沉积设备与光刻机、刻蚀机共同构成芯片制造三大主设备。公司主要产品包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备、原子层沉积(ALD)设备和次常压化学气相沉积(SACVD)设备三个产品系列,应用于国内晶圆厂14nm及以上制程集成电路制造产线,并已展开10nm及以下制程产品验证测试。该公司产品用于中芯国际、华虹集团、长江存储、长鑫存储、厦门联芯、燕东微电子等国内主流晶圆厂产线。值得一提的是,拓荆科技前五客户主营业务销售金额占当期营业收入的100%。公司计划融资10亿元。

10月19日时,科创板新受理了一家恒烁半导体(合肥)股份有限公司。另外,上周消息,常州铭赛机器人科技股份有限公司退出了角逐,撤回了首发上市申请文件。

主板:黄金股再闯关

继上周3家公司成功过会之后,下周的10月28日,证监会第十八届发审委也将安排第116场工作会议,审议梦天家居集团股份有限公司(下称“梦天家居”)和梦金园黄金珠宝集团股份有限公司(下称“梦金园”)的首发。

梦天家居主要从事木门、墙板、柜类等定制化木质家具的设计、研发、生产和销售,为客户提供家居的整体空间解决方案。中国木材与木制品流通协会认定,2017—2019年度,公司在木门生产规模、市场销售量上,连续三年在国内家居行业同类企业中排名前三。该公司的毛利率有34.7%。梦天家居看上的是沪市主板。

梦金园则冲锋的是深市主板,主要从事“梦金园”品牌黄金珠宝首饰的设计研发、生产加工、批发零售及品牌加盟业务,产品以高纯度黄金首饰为主,兼营钻宝玉石镶嵌、K金、铂金等饰品。该公司是行业内少数涵盖设计、生产加工、零售各产业链的大型黄金珠宝集团企业之一。截至2020年底,梦金园共拥有2543家加盟店,28家自营店,覆盖全国29个省(自治区、直辖市),近300个地级市的 1400余个县级区域。

来源:说明书

据说明书显示,梦金园的竞争对手有周大福(.HK)、老凤祥(.SH)、豫园股份(.SH)、六福集团(.HK)、周大生(.SZ)、周生生(.HK)、萃华珠宝(.SZ)、明牌珠宝(.SZ)、潮宏基(.SZ)、莱绅通灵(.SH)、中国黄金(.SH),上市公司不少。而在此之前,也曾有老铺黄金股份有限公司IPO时卡壳,监管层取消了对其的审核。另一只周六福珠宝股份有限公司,也有被否的经历。那么这一次的梦金园是否顺利,有待观察。

另外,上周深市主板新受理了一家杭州和泰机电股份有限公司,沪市主板方面新受理了一家海特克动力股份有限公司。

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