自从1989年被首次提出，CMOS图像传感器（CIS）履历了强劲增进。就销量而言，CIS占光电器件市场的收入跨越 40％。不外，克日研究机构ICInsights宣布展望称CIS在2022年可能泛起下滑，预计全球出货量下降11％到61亿颗，销售额下降7％。那么，CIS市场的下滑处于集成电路周期照样手艺迭代节点到来了呢？若是存在一种手艺要接替CIS在图像传感器中的职位，这种手艺又会是什么呢？
2022是CIS的转折点吗？
先往返覆第一个问题，2022年会成为CIS芯片转向消亡的转折点吗？
谜底是否认的。虽然今年CIS市场会下行，但ICinsights展望明年CIS市场将温顺苏醒，全球市场收入预计增进 4％ 至 193 亿美元，然后在 2024 年增进 13％ 到达 217 亿美元的新高。
CIS市场的下滑的主要缘故原由是消费电子的低迷。索尼执行副总裁兼首席财政官 Yuichi Oshima 示意，若是 2022 年下半年高端智能手机的销量低于最初的预期，索尼将推迟扩张设计。
手机是CIS最大的应用市场。已往一段时间智能手机摄像头数目的增添成为CIS芯片增进的动力，Counterpoint Research示意平均每部智能手机将配备4颗CIS芯片。只管全球手机出货量下降，但单个手机配备的摄像头数目的提升让手机CIS市场仍能保持一定水平的增进。
疫情暴发初期，居家办公、线上学习的需求让CIS市场迎来新一轮的增进。在2020年CIS市场增进4％，2021年增进了5％。但疫情带来的增量已经饱和，而全球性的通货膨胀导致了消费者信心下降，消费电子市场的隆冬来了，CIS市场最大的增进动力变了。
谁是CIS市场新的发展动力？
行业普遍将汽车赛道视作CIS新的增进动力。随着汽车智能化的提高，车载CIS芯片市场快速增进。随着高级别智能驾驶的渗透，汽车摄像头数目的增添。随着智能驾驶由L1 升级至L2／L3 级，摄像头颗数从最初的5 颗左右增添至8～15 颗；同时车载CIS 也逐步像素升级，从VGA→1M→2M→8M，单颗摄像头价值量逐步提升，量价提升带来车载CIS 市场规模的提升。当前每辆车可能需要2颗以上CIS，预计到2025年增添到10颗以上，2030年更增添到13～19颗。
除了汽车赛道，基于元宇宙看法的VR／AR装备也可能成为CIS芯片的增进动力。为了辅助用户实现使用虚拟形象举行社交的需求，VR需要捕捉从肢体到面部等细节部位的动作。未来消费级VR头显装备可能会配备跨越6个种类的摄像头，其中包罗定位摄像头、眼球追踪摄像头、ToF摄像头和RGB摄像头，划分用来完成inside－out tracking装备自身的定位，眼球追踪，手势追踪，以及实现see through等功效。凭证Omdia的展望，全球VR头显所用CIS出货量将以41％的年均增进率增进，2026年将跨越2亿颗。
新的应用场景意味着CIS需要应用新的手艺。2021年，索尼通过Stacked手艺将原本在一片衬底上的光电二极管和像素晶体管星散到差异衬底上，这样光电二极管外面积能够翻倍，能够吸收到更多光线。同时索尼使用新的毗邻结构，让耐热性从传统400℃提升到1000℃。不外这种更新，仍然是以CMOS图像传感器为基础，那么是否存在革命性的图像传感器去替换CIS呢？
谁能接替CIS？
在讨论下一代图像传感器之前，不妨先去领会CIS上一代的传感器。
CIS的登场镌汰了CCD传感器，CCD 传感器是一种“电荷耦合器件”。CCD和CMOS图像传感器都通过使用数千个或数百万个称为光点的光捕捉井捕捉光子来将光转换为电子。拍摄图像时，感光点会被揭开以网络光子并将它们存储为电信号。在 CCD 将光转换为电子，电荷通过芯片传输并在阵列的一个角落读取，模数转换器将每个光点的电荷转换为数字值。
CIS则将光敏像素的电荷转换为像素位置的电压。然后，信号按行和列多路复用到多个片上数模转换器。由于每个光点都可以单独读取以是CIS相对于CCD加倍天真。
CCD将光生电荷从一个像素移动到另一个像素，并在输出节点将其转换为电压。CMOS 成像器将电荷转换为每个像素内的电压。
CCD 图像传感器一直是需要高质量图像的传统选择。医疗和科学应用中的大多数相机都基于 CCD 手艺。但它的瑕玷也十分显著：读取时间更长，功耗更高。现在CCD主要应用于工业自动化和机械视觉。但随着CIS分辨率的提高，CCD的应用场景正逐渐被CIS替换。
现在被看作可能下一代主流图像传感器的产物主要有两种：QIS和QDIS。
QIS：量子图像传感器
ERIC R． FOSSUM 和 KAITLIN ANAGNOST提出了一种量子图像传感器（Quanta image sensor，QIS）。在 QIS 中，每个“图像像素”都被划分为一组称为小点的较小像素最小单元称为映像点（jots），每个jot对光子计数都足够敏感。光电子被逐个计数，并凭证组合的空间和时间光子计数数据盘算图像。
量子图像传感利在每个像素元件中实现了极小的输出电容，从而极大地放大了每个光子发生的电信号。由于这种极高的信号放大率，与CMOS传感器相比，量子图像传感器的相对噪声降低了5到10倍，从而在室温条件下实现了准确的单光子探测和光子数分辨。
QIS的基本成像原理由彩色滤波器阵列、光子帕松（Poisson）漫衍、读取杂讯和类比数位转换器（ADC）组成。
在这些装备中，信号光电荷以模拟形式集成在传感器中，并在读出时数字化为 8－14 位分辨率。在QIS 之中，信号在芯片上或芯片外举行数字集成，而且图像像素由时空小室盘算形成 jot 值。虽然它一次成像一个光子（或有时在多位 QIS 中更多），但使用 QIS 的固有太过曝光宽容度和多种高速曝光手艺仍然可以实现高动态局限 （＞120 dB）。
真实 QIS 图像和模拟 CIS 图像之间的对照。纵然不思量较低暗电流的优势，QIS 在光子饥饿状态下的性能也比 CIS 好得多。
在超低光应用中，例如生命科学或天文学中的科学成像，或在低光航空航天和国防和平安应用中，光子计数成像至关主要。低功耗 QIS 装备也将在微光领域得以应用，尤其是在云中完成盘算图像形成的情形下。Gigajot Technology正在探索其他潜在应用，包罗量子密码学和影戏摄影。
QIS可以通过CMOS手艺生产，因此在成本方面也问题不大。但若是应用于消费领域QIS仍存在一些问题，如彩色成像能力、闪光摄影。
QDIS量子点图像传感器：
量子点 （QD） 也称为纳米级半导体晶体，是具有怪异光学和电子特征的纳米颗粒，例如明亮和强烈的荧光。由于大多数通例有机符号染料不提供近红外 （＞650 nm） 发射可能性，因此具有可调光学特征的量子点引起了普遍关注。它们具有优越的化学和光稳固性、高量子产率和尺寸可调的发光特征。差异类型的量子点可以用相同的光波长引发，而且可以同时检测到它们的窄发射带以举行多种测定。
比利时研究机构 IMEC 和相机制造商 SWIR Vision Systems 揭晓了关于在红外成像中使用量子点的论文。韩国中央大学的 Sung Kyu Park 教授向导的研究职员示意他们已经开发出一种行使量子点手艺的新型传感器。该传感器使用垂直堆叠的量子点，每个量子点都对特定的光频率敏感。当光穿过差异调谐的点层时，只有与特定频率的点发生反映的光才会被触发，这就是传感器若何知道纪录该信息的颜色的方式。
研究职员示意，与传统图像传感器相比，像素结构每个像素使用的面积要小得多，这意味着与当前的 CMOS 手艺相比，可以将更多的像素放置在空间中。
用于可见光的量子点图像传感器（右）与传统 CMOS 手艺（左）相比具有多个优势，包罗其相对薄、消除了阻碍吸收光子的反射以及削减了过滤由错误的光电二极管吸收到的光子引起的错误。
在传统的光电探测器中，缺陷很少而且相差甚远，因此效率跨越 50％。对于基于 QD 的光电探测器，这个数字通常小于 20％。只管量子点自己在吸收光方面优于硅，但基于量子点的光电探测器的整体效率仍无法与之竞争。
2017年的时刻，苹果收购了号称替换CMOS的量子薄膜摄像头厂商InVisage Technology，试图开发自己的相机模块。虽然收购价没有被披露，然则获得的融资总规模超亿美金，破了那时的行业历史纪录。但这家公司被苹果收购后似乎就销声匿迹了。业界以为“苹果决议住手开发量子点图像传感器，由于它对于大规模生产来说太贵了。”InVisage的CEO在2017年7月到2019年1月之间在苹果公司从事了一段时间“特殊项目的并购整合”后，也脱离了苹果。
2021年，意法半导体在IEDM集会上宣布了自研的量子点短波红外（SWIR）图像传感器。意法半导体称，该传感器的成本可能会降至1美元左右，或许这能成为量子点图像传感器商用的时机。
结语
属于CIS的时间另有多久？
五年内，手机中很可能会安装新的图像传感器，使用户能够在弱光下拍摄更好的照片和视频，改善面部识别手艺，并以CIS无法做到的方式将红外光电检测融入我们的一样平常生涯。不外，这不意味CIS的时代的竣事。
原文题目 : CIS的最后时刻