CMOS kan bli bättre än CCD Bildsensorer tillverkade i CMOS har många fördelar jämfört med CCD-sensorer. De kan integreras med andra funktioner som realiseras i CMOS-logik, varvid både effektförbrukning och den totala systemkostnaden minskar. Samtidigt kräver CCD-sensorer 15 V, vilket krånglar till spänningsmatningen. - Om man jämför en CMOS- och en CCD-sensor i VGA-format för mobiltelefoner så är CMOS-sensorn bättre på det mesta men den har idag sämre känslighet vid svagt ljus, säger Tim Schnitzler på Agilent. Ett dilemma hos CMOS-sensorer är att varje pixel består av en fotodiod som är ansluten till flera transistorer, vanligen tre eller fyra, samt metallförbindningar. Det medför att bara cirka halva ytan är fotokänslig. Ett sätt att öka ljuskänsligheten är att placera mikrolinser ovanpå sensorn för att på så sätt vinkla in så mycket ljus som möjligt till den ljuskänsliga delen. Tricket kan ge en så kallad fyllnadsfaktor på 80 procent. I färgsensorer är mikrolinserna försedda med färgfilter som gör att varje pixel bara kan se ett segment av det synliga spektret: rött, grönt eller blått. Ytterligare ett problem är att ljuskänsligheten hos respektive pixel försämras när finare processer används. En orsak är att pixeln vanligtvis blir mindre, en annan är att kopplingen mellan de olika lagren i kretsen ökar eftersom höjden minskar. För att komma runt detta arbetar företagen med att utveckla nya sensorarkitekturer som kan ge högre ljuskänslighet, men också högre packningstäthet. En framkomlig väg är att försöka dela transistorerna mellan olika pixlar. Canon tittar exempelvis på att realisera två pixlar av tre transistorer, medan Matsushita har visat att det går att göra fyra pixlar av sju transistorer. även Agilent arbetar med tekniken internt. - Jag vill inte specificera när Agilent kommer att släppa kommersiella produkter med delad transistor, men jag tror att något eller några företag kommer att lansera produkter som nyttjar tekniken i år. Agilent arbetar också på en egen patenterad teknik, kallad aktiv pixel. Tekniken reducerar bruset i sensorn upp till fem gånger. - Vi är övertygade om att CMOS sensorer kan erbjuda bättre blidkvalitet än en CCD-sensor framöver, säger Tim Schnitzler. De första produkterna med aktiv-pixel-teknik kommer förmodligen nästa år.

Marknaden är enorm och många halvledartillverkare jobbar hårt med att slå ut CCD-tekniken till förmån för de egna CMOS-sensorerna.

Agilent, Philips, Toshiba, Micron och Omnivision är några halvledarföretag som på sistone har lanserat sensorer i CMOS-teknik med sikte på mobiltelefoner.

Förra året tillverkades runt 510 miljoner mobiltelefoner, varvid cirka 60 miljoner innehöll en kamera. I år väntas uppåt 140 miljoner kameratelefoner nå ut på marknaden. Och den tillväxttakten spås hålla i sig.

- Inbyggd kamera i mobilen blir allt viktigare. I Japan har nära nog alla mobiltelefoner det idag och om två till tre år kommer detsamma att gälla i Europa och USA, säger Tim Schnitzler, teknisk marknadschef för bildsensorer i bärbara produkter på Agilent Technologies i Europa.

än så länge har de flesta kameramobiler en sensor av CCD-typ, Charged Coupled Device. Under förra året såldes ett tiotal olika kameramobiler med en upplösning på en miljon eller fler bildpunkter i Japan. Alla dessa använde CCD-sensorer.

- Men mobiltelefontillverkarna pressar fram ett skifte från CCD till CMOS genom att de vill se billigare, effektsnålare och kompaktare lösningar, säger Bob Gove, vice vd för bildteknik på Micron Technology.

Finns till alla telefoner

Micron lanserade för övrigt sin första megapixelsensor specifikt konstruerad för avancerade mobiltelefoner i början av februari i år.

Sensorn, kallad MT9M011, har en helt ny arkitektur som är utformad för att dra nytta av företagets DRAM-process med kanallängden 0,15 μm.

Exakt två veckor efter Micron tog Omnivison till orda. Dels släppte företaget industrins första prover av CMOS-sensorer för mobiler med upplösningen 2 Mpixel. Dels började Omnivision, som första företag i världen, volymtillverka CMOS-sensorer för mobiler med 1,3 Mpixel.

- Därmed kan vi erbjuda sensorer till alla varianter av mobiltelefoner, från den mest avancerade till den enklaste, säger James He, chef på Omnivision.

Agilent, som är världens största tillverkare av bildsensorer i CMOS, har också långt gångna planer på att lansera en första kameramodul med inbyggd 1,3 Mpixelsensor tillverkad i 0,18 μm. Modulen ska introduceras i vår och kommer i två versioner. Först en utan jpeg-komprimering, därefter en med.

- Avancerade telefoner kan klara komprimeringen någon annanstans. För enklare telefoner kan det däremot vara bra att ha komprimeringen inbyggd i kameramodulen, säger Tim Schnitzler på Agilent.

Till skillnad mot Micron och Omnivision kommer Agilent inte att erbjuda rena megapixelsensorer, utan enbart hela kameramoduler. Det innebär i princip att sensor och analogdel för att läsa ut data kompletteras med inbyggda optiska linser och en bildprocessor som tar hand om en mängd olika funktioner, exempelvis autoexponering, vitbalans, färgåtervinning och olika typer av korrigeringar i realtid.

- Mobiltelefontillverkarna är inte kameratillverkare. De vill ha moduler, inte fristående sensorer.

En miljon pixlar nästa år

Hittills har Agilent framför allt tillverkat CMOS-sensorer för optiska möss, men också kameramoduler med CIF- och VGA-upplösning för mobiltelefoner. CIF motsvarar 0,1 Mpixel, medan VGA motsvarar 0,3 Mpixel.

- CIF var det vanligaste formatet i kameramobiler under förra året. I år kommer VGA att slå igenom, medan moduler med runt en miljon pixlar blir stort nästa år, säger Tim Schnitzler.

Samma dag som Microns lanserade sin megapixelsensor släppte Philips Semiconductor prover på en komplett kameramodul. Den består av en CMOS-sensor med VGA-upplösning, drivsteg för en LCD-färgskärm och en bildprocessor som klarar jpeg-komprimering i realtid. Bildprocessorn har dock kapacitet att ta hand om data från en sensor med upplösningen 1,3 miljoner pixlar, varför modulen förhållandevis enkelt kan uppgraderas.

även Toshiba har lanserat en kameramodul i VGA-format för mobiltelefoner i år. Företagets modul består i stort av en sensor med dubbla linser och en signalprocessor som stödjer VGA-formatet. Enligt Toshiba ska volymtillverkningen vara igång i maj, medan de första proverna dyker upp i mars.

Kampen om marknadsandelar är med andra ord tuff just nu. Och enligt Bob Gove på Micron finns det mellan 60 och 80 företag som gör bildsensorer idag.

- Men det är maximalt tio före-tag som har kapacitet att leve-rera sensorer till mobiltelefontillverkarna framöver, säger Tim Schnitzler.

Anna Wennberg