CMOSSensoren

CMOS-Sensoren, oft CMOS-Bildsensoren genannt, sind elektronische Bildsensoren, die Licht durch Photodioden in elektrische Signale umwandeln. Sie finden sich in einer Vielzahl von Geräten wie Digitalkameras, Smartphones, Webcams, Überwachungssystemen, Automotive-Systemen und industrieller Bildverarbeitung. Im Gegensatz zu CCD-Sensoren integrieren CMOS-Sensoren Transistoren, Verstärker und oft auch Analog-Digital-Wandlung direkt in den Pixelstrukturen, was Baugröße, Energieverbrauch und Kosten senkt und eine enge Verzahnung von Sensor und Prozessor ermöglicht.

Aufbau und Funktionsweise: Ein Pixel besteht typischerweise aus einer Photodiode und Transistoren (häufig 3T- oder 4T-Architektur). Die vorhandenen Schaltungen ermöglichen die Speicherung der Ladung, deren Umwandlung in ein Spannungssignal und oft die erste Verstärkung direkt am Sensor. Moderne CMOS-Sensoren nutzen häufig on-chip AD-Wandlung oder teilen sich die Wandlungsspuren, um hohe Bildraten zu realisieren. Techniken wie back-illuminated (BSI) Sensoren erhöhen die Lichtausbeute, während gestapelte Sensorarchitekturen höhere Dynamikbereiche und integrierte Funktionen ermöglichen.

Eigenschaften, Vorteile und Varianten: CMOS-Sensoren zeichnen sich durch niedrigen Stromverbrauch, hohe Integrationsdichte, geringe Herstellungskosten und schnelle Auslesewege aus. Nachteile lagen historisch bei Rausch- und Dynamikbereich; diese Punkte haben sich durch fortschrittliche Pixelarchitekturen und Rauschreduktion erheblich verbessert. Typische Varianten umfassen Rolling-Shutter-Designs, die zeitversetzte Zeilenabnahme verursachen, und Global-Shutter-Designs, die das gesamte Bild gleichzeitig erfassen. Weitere Entwicklungen umfassen Hochkontrast-High-Dynamic-Range-Verarbeitung, Backside Illumination und stapelbare Sensoren für erweiterte Bildverarbeitung.

Anwendungen und Bedeutung: Aufgrund ihrer Vielseitigkeit dominieren CMOS-Sensoren heute den Markt für Consumer-, Smartphone-, Überwachungs- und Automobilanwendungen und bleiben zentrale Bausteine moderner Bildverarbeitung.