目前，全球的傳感器市場(chǎng)在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國(guó)將競(jìng)相加速新一代傳感器的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競(jìng)爭(zhēng)也將日益激烈。隨著科技的不斷進(jìn)步，傳感器技術(shù)應(yīng)用出新招，優(yōu)勢(shì)應(yīng)用層出不窮。

傳感器幀積累出新招

首先要知道什么是場(chǎng)，什么是幀�；顒�(dòng)電視圖像是由一幅一幅連續(xù)的且內(nèi)容變化不大的靜止圖像組成的。其中一幅靜止的圖像在電視技術(shù)上稱為“一幀”，為了保證收看圖像時(shí)不閃爍，根據(jù)人眼的視覺(jué)暫留特點(diǎn)(先前出現(xiàn)在人眼的圖像在圖像消失后會(huì)保留一段時(shí)間)，要求每秒傳送的連續(xù)圖像達(dá)到25幀。在電視傳輸技術(shù)中，為了進(jìn)一步提高傳輸質(zhì)量，又將一幀圖像分成兩幅來(lái)傳，這時(shí)候的一幅就叫做“一場(chǎng)”了。所以，電視每秒傳輸50場(chǎng)。

在攝像機(jī)里，CCD也是按照這種方式，將景物圖像轉(zhuǎn)換成電荷形成視頻信號(hào)的。如果照度太低，拍攝目標(biāo)在CCD上形成的電荷很少，則出現(xiàn)圖像不清晰甚至不能呈現(xiàn)出圖像，為了解決這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)在可以通過(guò)數(shù)字圖像處理技術(shù)(DSP)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。具體做法是，在電路上增加CCD對(duì)每幀圖像的曝光時(shí)間，也就是對(duì)目標(biāo)微光光生電荷進(jìn)行積累，相當(dāng)與在夜晚照相時(shí)，用手控快門進(jìn)行拍照一樣，這樣呈現(xiàn)出圖像比較清晰。因此，有的把攝像機(jī)的這種功能叫慢快門。有時(shí)候又叫做數(shù)字慢開(kāi)門。

在幀積累方式(FrameIntegrationMode)中，存儲(chǔ)在奇數(shù)行各像素中的光生電荷在奇數(shù)場(chǎng)讀出，存儲(chǔ)在偶數(shù)行各像素中的光生電荷在偶數(shù)場(chǎng)讀出，每個(gè)像素的光生電荷積累時(shí)間是一幀時(shí)間，即1/25s。因?yàn)閹�積累方式的光生電荷積累時(shí)間比較長(zhǎng)，上一場(chǎng)的光生電荷保留在光敏成像區(qū)，出現(xiàn)在下一場(chǎng)中，所以有一場(chǎng)時(shí)間的延遲，這種延遲會(huì)引起動(dòng)態(tài)分辨率的下降。

在場(chǎng)積累方式中，兩個(gè)相鄰行的電荷加起來(lái)同時(shí)轉(zhuǎn)移到垂直CCD移位寄存器。隔行讀出是由相加電荷的組合方式的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)像素的光生電荷積累時(shí)間是一場(chǎng)時(shí)間，即1/50s。因此，場(chǎng)積累方式的特點(diǎn)是：(1)沒(méi)有一場(chǎng)時(shí)間的延遲;(2)圖像垂直邊緣的閃爍減少;(3)寬的動(dòng)態(tài)范圍和抗彌散性好;(4)垂直方向分辨率略有降低。

不管是幀積累還是場(chǎng)積累，由于延長(zhǎng)了CCD的曝光時(shí)間，雖然圖像是相對(duì)清晰了，但圖像變化的實(shí)時(shí)性卻受到了影響，也就是當(dāng)被拍攝的目標(biāo)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)有拖尾現(xiàn)象，圖像也表現(xiàn)為動(dòng)畫效果。

傳感器優(yōu)勢(shì)凸顯：高靈敏寬動(dòng)態(tài)低功耗

最新CMOS傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個(gè)前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時(shí)間和日漸縮小的像素尺寸。像素靈敏度的一個(gè)衡量尺度是填充因子(感光面積與整個(gè)像素面積之比)與量子效率(由轟擊屏幕的光子所生成的電子的數(shù)量)的乘積。CCD傳感器因其技術(shù)的固有特性而擁有一個(gè)很大的填充因子。而在CMOS圖像傳感器中，為了實(shí)現(xiàn)堪與CCD轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標(biāo)和靈敏度水平，人們給CMOS圖像傳感器裝配上了有源像素傳感器(APS)，并且導(dǎo)致填充因子降低，原因是像素表面相當(dāng)大的一部分面積被放大器晶體管所占用，留給光電二極管的可用空間較小。所以，當(dāng)今CMOS傳感器的一個(gè)重要的開(kāi)發(fā)目標(biāo)就是擴(kuò)大填充因子。賽普拉斯(FillFactory)通過(guò)其獲得專*授權(quán)的一項(xiàng)技術(shù)，可以大幅度地提高填充因子，這種技術(shù)可以把一顆標(biāo)準(zhǔn)CMOS硅芯片最大的一部分面積變?yōu)橐粔K感光區(qū)域。

另外，對(duì)于一個(gè)典型的工業(yè)用圖象傳感器而言，由于許多場(chǎng)景的拍攝都是在照明條件很差的情況下進(jìn)行的，因此擁有較大的動(dòng)態(tài)范圍將是十分有益的。CMOS圖像傳感器通過(guò)多斜率操作實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)：轉(zhuǎn)換曲線由傾度不同的直線部分所組成，它們共同形成了一個(gè)非線性特征曲線。因此，一幅場(chǎng)景的黑暗部分有可能占據(jù)集成模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換范圍的很大一部分：轉(zhuǎn)換特征曲線在這里最為陡峭，以實(shí)現(xiàn)高靈敏度和對(duì)比度。特征曲線上半部分的平整化將在圖像的明亮部分捕獲幾個(gè)數(shù)量級(jí)的過(guò)度曝光，并以一個(gè)更加細(xì)致的標(biāo)度來(lái)表現(xiàn)它們。采用多斜率的方式來(lái)運(yùn)作LUPA-4000將使高達(dá)90dB的光動(dòng)態(tài)范圍與一個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換范圍相匹配。

具有VGA分辨率的IM-001系列CMOS圖像傳感器在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步;它們是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。其像素由光電二極管組成，可提供高達(dá)120dB的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍。面向汽車應(yīng)用的ACM100相機(jī)模塊就采用了這些傳感器，這種相機(jī)模塊據(jù)稱是同類產(chǎn)品中率先面市的全集成化相機(jī)解決方案：該視覺(jué)解決方案被看作是面向駕駛者保護(hù)、防撞、夜視支持和輪胎跟蹤導(dǎo)向的未來(lái)汽車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。

此外，對(duì)于獨(dú)立于電網(wǎng)的便攜式應(yīng)用而言，以低功耗特性而著稱的CMOS技術(shù)還具有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：CMOS圖像傳感器是針對(duì)5V和3.3V電源電壓而設(shè)計(jì)的。而CCD芯片則需要大約12V的電源電壓，因此不得不采用一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，從而導(dǎo)致功耗增加。在總功耗方面，把控制和系統(tǒng)功能集成到CMOS傳感器中將帶來(lái)另一個(gè)好處：它去除了與其他半導(dǎo)體元件的所有外部連接線。其高功耗的驅(qū)動(dòng)器如今已遭棄用，這是因?yàn)樵谛酒瑑?nèi)部進(jìn)行通信所消耗的能量要比通過(guò)PCB或襯底的外部實(shí)現(xiàn)方式低得多。

傳感器市場(chǎng)在不斷變化中創(chuàng)新

傳感器市場(chǎng)容量為506億美元，2010年全球傳感器市場(chǎng)達(dá)600億美元以上，傳感器生產(chǎn)廠商量在攀升。就世界范圍而言，傳感器市場(chǎng)上增長(zhǎng)最快的依舊是汽車市場(chǎng)，占第二位的是過(guò)程控制市場(chǎng)，看好通訊市場(chǎng)前景。

一些傳感器市場(chǎng)比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、位移傳感器已表現(xiàn)出成熟市場(chǎng)的特征。壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器的市場(chǎng)規(guī)模最大，分別占到整個(gè)傳感器市場(chǎng)的21%、19%和14%。傳感器市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)來(lái)自于無(wú)線傳感器、MEMS傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無(wú)線傳感器