CMOS传感器与光学滤光片的双向发展

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   一、CMOS发展的未来

　　从两种类型的传感器类型来看，CMOS在不改造制造流水线的情况下就能克服高像素制造工艺的困难，而且像素的提升也要比CCD来得稍微容易些。生产流水线正是CCD制造的软肋，随着CCD尺寸的增加，其生产线也往往要做相应的调整，因此这也是高像素CCD国际市场千颗售价高居不下的原因。基本上在CMOS方面像素数的提升与影响传感器尺寸的增加是相辅相成的，不至于出现此时CCD中出现的一幕达800万像素还在使用500万像素的2/3英寸框架这种啃老本的情况，故宽容度、信噪比等各方面都比小尺寸的CCD来的优越，这也正是800万像素CCD至今无法运用到DSLR机身中的原因之一。

　　开发使用CMOS当初只是佳能公司为了不受制于人的一个缓解之计，现在看来CMOS真的演绎了丑小鸭变白天鹅的神话。纵观目前安防市场上网络摄像机特别是高清网络摄像机，绝大部分都是采用CMOS的机型，像素数基本分为30万、130万、200万及500万象素。

　　由于CMOS品质的不断提升，生产成本的大幅度下降，CMOS已经占了半壁江山，更有取代CCD之势。

二、滤光片的作用

　　镀膜和蓝玻璃的作用

　　红外发射二级管--红外灯是由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓)制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830～950nm，半峰带宽约40nm左右，它是窄带分布于近红外光谱波段范围内，为普通CCD和CMOS可感受的范围。这样，不论在白天还是在夜晚，都能进行实时监控。由于任何在绝对零度(-273℃)以上的物体都对外发射红外线，也就是说在白天，CCD或CMOS同时感应到可见光和红外光，根据光的折射原理和定律可得出：波长越长，折射率越小；波长越短，折射率越大。因此，当这些光线同时进入摄像机镜头，被镜头透镜折射后，可见光和红外光就会在不同的靶面成象，而可见光的成像为彩色图像、红外光的成像为灰度图像，当我们将可见光所成图像调试好，也就是所谓镜头后焦调整和聚焦，这时红外光就会在这个靶面形成虚像，从而影响图象的颜色和质量。对此，我们可以用镀膜的方法或蓝玻璃来滤除红外光，还原物体的真实颜色，从而解决图像色彩失真的问题。

　　镀膜分真空镀膜和化学镀膜两种，化学镀膜是将石英片侵入溶剂中加以电镀，成本低但镀膜厚度不均匀且容易脱落，真空镀膜是用真空蒸镀法，镀膜厚度均匀且不容易脱落，但成本较高。这两种我们都称之为IRCoating。IRCoating能滤除特定波长(如650nm以上)的光，能够满足一般要求不高的CCD摄像机的要求；而对于不同品牌、规格、型号的CMOS，由于存在红外半峰带宽的问题，它们感应红外光的条件是不一样的，因此必须针对每一款产品，镀与之相适应、截止不同波长波段的膜，以达到最佳效果。蓝玻璃是用吸收的方式过滤红外光，可过滤630nm波长以上的光，并且过滤比较彻底；而IRCoating镀膜是用反射的方式滤掉红外光，而反射光容易造成干扰，因此，蓝玻璃是比较好的选择，但蓝玻璃不能单独长时间保存和使用，因为在切割、打磨抛光加工过程中，蓝玻璃表面物理层被破坏，就会产生析晶(俗称发霉)，

因此，我们一般常用两片水晶夹一片蓝玻璃，这样，既解决了蓝玻璃析晶，又提高了图像的清晰度。有时，在实际应用中遇到需滤除强光照射的情况，例如汽车大灯(远光灯)灯光的强光对摄像机CCD具有强烈影响，必须滤除这部分光，才能使强光周围物体清晰成像。我们可以改变膜系或材料，使强光所在波长范围的光全部滤除以达到目的，这就是黑玻璃。黑玻璃有透红外的，也有透紫外的。

　　另外，滤光片并不是完全透光的，还需要加上所谓的ARCoating的镀膜，目的是增加透光率，因为光线在透过不同介质(比如从空气进入石英片)时，会产生部分的折射和反射，ARCoating具有抗反射之功能，当加上单面ARCoating后，滤光片会提升3-5%的透光率，如果加上双面ARCoating镀膜，滤光片可达到98%以上的透光率，否则只有不到90%的透光率，这对CCD或CMOS的感光度就有很大的影响，也就是说，不用ARCoating就会降低摄像机的感光度，而使用双面ARCoating，就会使图像更清晰。同时，ARCoating具有抗氧化之功能和有增加保护膜之功能，滤光片有ARCoating的保护也就不容易起雾了。

　　水晶的作用与选择

　　众所周知，CCD和CMOS两者都是利用矽感光二极管进行光与电转换的图像传感器，由一颗颗的感光体(CELL)构成，它要求光线最好是直射进来，斜射进来的光会干扰到邻近感光体，而产生色漂(伪彩)，这就需要对光线加以修整。我们利用水晶的物理偏光特性，把射进来的光线，保留直射部分，反射和折射斜射部分，避免斜射光去影响旁边的感光点。但是，斜射光存在不同的角度，一片水晶只能处理一个方向的斜射光，从理论上来说，不同方向的水晶片叠加的层数越多，解决色漂(伪彩)的效果就越好。但考虑到实际需求和成本，一般都只用1到3片水晶片来解决水平、垂直和45°;角的色漂(伪彩)问题。也就有所谓“两片式"、"三片式"滤光片，其中IRCoating膜或蓝玻璃用来滤除红外光，而水晶用来修整光线，在水晶片上还需ARCoating镀膜，用来增加透光率。

       水晶修整光线是物理方式的，而不同CCD的品牌、规格、型号及不同像素还有N制、P制的不同，水晶的厚度都要配合CCD上感光点而变化，不能错误搭配使用。