CMOS圖像傳感器（CMOS Image Sensor，簡稱 CIS）。CMOS圖像傳感器在問世初期成本很高，但隨著大規模集成電路的迅速發展，量產能力提升，成本降低。相比CCD，CMOS圖像傳感器功耗更低，集成度高，讀取電路簡單，讀取速度快。雖然某些成像指標差于CCD，但隨著工藝的改進，CIS的應用范圍逐步擴大。特別是3D攝像頭的出現，CMOS圖像傳感器市場仍能實現2016~2022年10.5%的復合年增長率（CAGR）。攝像頭從2D轉變為3D，驅動著CMOS圖像傳感器產業發生變化，從成像質量到人機交互。新興應用，如無人機拍攝、生物特征識別、增強現實（AR）等，也是CMOS圖像傳感器的潛在用戶。

CMOS圖像傳感器的應用趨勢

CMOS圖像傳感器由微透鏡、顏色濾鏡、金屬電路、光電二極管、硅場效應晶體管所構成。可以看到顏色濾鏡的紅、綠、藍的比例為1:2:1，綠色的比例高于其他兩種顏色，這是因為人眼對綠色最敏感，這樣可以模擬人眼的視覺感受。光源經由顏色濾鏡照射光電二極管，在光電二極管內產生電子-空穴對。將電子-空穴對分離，并經硅場效應晶體管放大信號送至數據線，最后經圖像處理芯片處理后輸出影像。

CMOS圖像傳感器結構示意圖

前照式（Front-illuminated Structure，FSI）曾經為CMOS圖像傳感器所采用的主流技術，具有大批量生產能力、高可靠性和高良率以及頗具吸引力的性價比等優勢。從工作原理來講，光是從前面的金屬電路進入，然后再聚焦在光電二極管上。對于較大的像素，FSI都十分有效，因為像素堆疊（pixel stack）高度與像素面積之比很大，致使像素的孔徑也很大。日益縮小的像素需要一系列像素技術創新來解決FSI技術在材料和制造方面的局限性。

背照式（Back-illuminated Structure，BSI）是如今的技術趨勢。采用BSI構建像素，光線無需穿過金屬互連層。BSI的第一步是匯聚進入光電二極管光學區域的入射光，其光學要求與FSI相同，不過現在微透鏡的位置更接近光電二極管，需要淀積更厚的微透鏡材料層，以獲得更短的焦距。

FSI、BSI和3D堆疊式BSI器件結構對比

而由索尼首創的堆疊式BSI技術正在改變競爭格局和市場狀態。堆疊BSI圖像傳感器分層堆疊像素，包括片上背照式結構像素的形成，芯片包括用于信號處理的電路，將代替用于傳統背照式CMOS圖像傳感器的支撐襯底。該種圖像傳感器還能集成更多功能，如自動對焦（AF）和光學防抖（OIS）。除了獲得更佳畫質與先進功能，“堆疊式結構”的使用還幫助索尼實現更為緊湊的產品尺寸。

日韓稱霸，多數廠商齊成長

最近幾年，麥姆斯咨詢攜手Yole定期發布圖像傳感器及3D攝像頭新聞動態，每年也都出版產業研究報告，《CMOS圖像傳感器產業現狀-2017版》和《3D成像和傳感-2017版》報告已于近期發布，歡迎咨詢購買。

在2016年，CMOS圖像傳感器產業領導者索尼獨占42%的市場份額，而三星獲得18%的市場份額。盡管東芝（Toshiba）表現不佳，退出市場，但是去年三分之二的廠商都有所增長。三星（Samsung）、豪威科技（Omnivision）、松下（Panasonic）都實現了同比增長15%的優秀業績。這些“大玩家”的發展，彰顯出亞洲廠商在CMOS圖像傳感器產業中的重要地位。意法半導體（STMicroelectronics）通過開發3D飛行時間（ToF）器件來重啟CMOS圖像傳感器業務。這些器件可以實現從“接近感測”到“距離測量”，再到“3D成像”。如果意法半導體在蘋果iPhone 8中的應用傳聞最終成真，那么這將可能成為2017年最大的CMOS圖像傳感器事件。

2016年CMOS圖像傳感器廠商的市場份額情況

隨著3D視覺的興起，用于測量景深的近紅外圖像傳感器受到追捧，多家廠商已經推出新款成像產品。索尼（Sony）/Softkinetic一直在上述領域展開深入研究，為消費類、汽車類、工業類領域的圖像傳感器廠商提供獨特的像元技術（pixel technology）。對于工業類應用，索尼（Sony）/Softkinetic將其技術授權給德州儀器（TI）；對于汽車類應用，索尼（Sony）/Softkinetic則將其技術授權給邁來芯（Melexis）。其它領先廠商還包括璦鐠瑞思（ESPROS）、英飛凌（Infineon）/ PMD等。當然，中國廠商也在蓄力儲備，如艾普柯（Epticore）、思比科（Superpix）等。