Sự kết hợp của tiến bộ công nghệ và nhu cầu ứng dụng cảm biến hình ảnh đã thúc đẩy sự tăng trưởng của thị trường cảm biến hình ảnh trên thế giới.
Cảm biến hình ảnh được sử dụng chủ yếu trong các máy ảnh kỹ thuật số và một số lượng lớn các thiết bị hình ảnh trong công nghiệp, phương tiện truyền thông, y tế, và các ứng dụng của người dùng. Do sự tăng trưởng trong nhu cầu về máy ảnh, máy quay, điện thoại di động đa phương tiện, và camera an ninh… Thị trường cảm biến hình ảnh đang có những sự tăng trưởng đáng kể. Cạnh tranh trong thị trường cảm biến hình ảnh ngày càng ác liệt, với sự đầu tư của các nhà sản xuất trong các tiêu chuẩn về kích thước điểm ảnh, số lượng điểm ảnh, độ phân giải, hiệu suất và năng lượng. Ngoài ra còn có sự cạnh tranh giữa các cảm biến CCD và cảm biến CMOS (Bảng 1), về chất lượng hình ảnh, hiệu suất, khả năng tích hơp và giá thành. Sự khác biệt chính giữa hai loại cảm biến nằm ở cách biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu số. Điểm ảnh trong một bộ cảm biến hình ảnh CCD nắm bắt ánh sáng và di chuyển nó đến các cạnh của chip, nơi ánh sáng được chuyển thành tín hiệu kỹ thuật số. Hiện nay các cảm biến CMOS đã được ứng dụng phổ biến hơn, và dự đoán tương lai thị trường cảm biến CMOS sẽ có mức tăng trưởng đáng kế.
 |
| Bảng 1: So sánh đặc điểm giữa cảm biến hình ảnh CCD và CMOS |
Những tiến bộ trong công nghệ đóng gói đồng thời thúc đẩy sự phát triển của các cảm biến độ phân giải cao trong thị trường ứng dụng phổ thông. Tác động của sự thay đổi này sẽ thấy rõ rệt trong một thời gian ngắn, dự đoán là trong gian đoạn 2010-2012. Khi thị trường thiết bị di động đạt độ bão hòa, nhu cầu
cảm biến hình ảnh có thể sẽ giảm nhẹ trong phần còn lại của giai đoạn dự báo 2010-2015.
Hội tụ kỹ thuật số
Những tiến bộ khác nhau trong công nghệ kỹ thuật số cho phép các nhà sản xuất dễ dàng kết hợp các chức năng mà trước đây độc lập hoặc chưa thể được tích hợp vào một thiết bị duy nhất. Điều này được sử dụng làm tiêu chí phân biệt giữa các nhà sản xuất trong một thị trường rộng lớn với nhu cầu ngày càng tăng cho các thiết bị cầm tay, máy ảnh kỹ thuật số… Ví dụ, một điện thoại di động tiêu chuẩn thường đi kèm với một máy ảnh, kết nối không dây, khả năng phát lại âm nhạc… Các thiết bị này tất cả-trong-một hiện rất phổ biến, dẫn đến tăng lượng sản xuất cảm biến hình ảnh, cho cả hai dòng cảm biến CCD và CMOS. Việc số hóa cũng cho phép các tập tin hình ảnh được lưu trữ điện tử, và lấy ra một cách dễ dàng, thích hợp cho cả việc lưu trữ và xử lý.
Hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất
cảm biến hình ảnh đến từ khu vực châu Á, đặc biệt là Nhật Bản. Trong số các công ty lớn, nổi bật là Sony và Matushita, và Hamamatsu. Ngoài ta, hiện nay có sự vươn lên của các công ty Hàn Quốc như Samsung và LG. Các nhà sản xuất khác tham gia thị trường ở mức độ trung bình và nhỏ.
Hầu hết các nhà sản xuất tập trung vào việc cải thiện sản phẩm hiện có và phát triển các sản phẩm cảm biến hình ảnh mới.
Độ nhạy và độ tin cậy
Các điều kiện bên ngoài, chẳng hạn như cường độ của ánh sáng xung quanh, ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh thu được. Độ nhạy của các cảm biến hình ảnh hiện nay được đánh giá qua độ tối và nhòe của hình ảnh. Các nhà sản xuất cảm biến đưa ra các phương pháp khác nhau để giải quyết, bằng phần cứng hoặc mềm, cải thiện hình ảnh dưới điều kiện độ sáng thấp hoặc các đối tượng hình ảnh chuyển động.
Cùng với việc chuyển đổi sơ đồ cảm biến, công nghệ cảm biến mới cho phép các điểm ảnh nhỏ hơn mà không ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh. Bằng cách tăng cường độ nhạy sáng lên 2-4 lần, tốc độ màn trập của máy ảnh được tăng lên, giúp loại bỏ vấn đề nhòe và mờ ảnh. Các bộ lọc màu được sắp xếp đặc biệt để tạo ra màu sắc trong hình ảnh, bao gồm cả các điểm ảnh lỗi màu do sự nhạy sáng.
Năng lượng tiêu thụ
Một số thiết bị ứng dụng như PDA, điện thoại thông minh, máy ảnh kỹ thuật số… yêu cầu năng lượng tiêu thụ thấp. Điều này nhấn mạnh sự cần thiết của vấn đề hiệu suất sử dụng trong các thiết bị điện tử. Trong các cảm biến ảnh, việc tăng hiệu suất sử dụng sẽ có tác động vô cùng mạnh mẽ do phạm vi ứng dụng lớn. Theo ý kiến cá nhân, dự đoán các cảm biến hình ảnh CMOS sẽ được chú trọng do tiêu thụ điện năng thấp và yêu cầu ít thành phần bên ngoài hơn cảm biến CCD.
Tốc độ đáp ứng
Tốc độ đáp ứng là khả năng phản ứng lại trước tín hiệu của cảm biến, được đánh giá bởi kích thước của các tín hiệu phân phối bởi một bộ cảm biến hình ảnh trên một đơn vị năng lượng đầu vào quang học. Cả CMOS và CCD cảm biến hiện có đáp ứng tương đối thấp.
Với cảm biến CMOS, mỗi điểm ảnh của bộ cảm biến chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu số, với các bộ khuếch đại, lọc nhiễu và mạch kỹ thuật số. Những chức năng bổ sung dẫn đến thiết kế phức tạp, giảm tính thống nhất.
Trong trường hợp cảm biến CCD, đầu ra của cảm biến là tín hiệu điện áp. Kết quả là, nhiều khu vực của điểm ảnh vẫn còn có sẵn để chụp ánh sáng, dẫn đến tính đồng nhất cao.
Độ nhạy
Máy ảnh dùng cảm biến CMOS tốt trong điều kiện ánh sáng chói, do độ nhạy sáng thấp. Vì vậy, các máy ảnh này thích hợp để chụp ngoài trời hơn là trong nhà hoặc trong điều kiện thiếu sáng.
Các cảm biến CCD có độ nhạy sáng tốt hơn, vì vậy cho chất lượng hình ảnh tốt hơn với máy dùng CMOS trong điều kiện thiếu sáng.
Hiện cảm biến CMOS đang được phát triển để sử dụng trong các điều kiện khác nhau, không phân biệt điều kiện ánh sáng môi trường xung quanh. Tuy nhiên đây vẫn là một việc lâu dài và chưa giải quyết triệt để trong khoảng thời gian đánh giá từ năm 2010-2015.
CMOS so với CCD
Cảm biến hình ảnh CMOS được sản xuất với số lượng lớn cho nhiều ứng dụng cấp thấp, ví dụ như máy ảnh kỹ thuật số, PDA, và điện thoại di động, với một chi phí sản xuất khác nhau, từ 4 - 10 USD, tùy thuộc vào ứng dụng. Cảm biến CCD có chi phí sản xuất tốn kém hơn, do được sản xuất bằng cách sử dụng một quá trình sản xuất chuyên biệt hơn.
Xu hướng phát triển
Trong năm 2010, doanh thu thị trường thế giới cảm biến hình ảnh là 3,910.8 triệu USD, tăng 9,7% so với doanh thu năm 2009. Thị trường cảm biến hình ảnh thế giới đang tăng với tốc độ dự đoán 10,2% hàng năm. Tuy nhiên, một số các loại sản phẩm cá nhân có thể có tốc độ tăng trưởng cao hơn.
Nhu cầu thị trường
Nhu cầu của người dùng tập trung vào một số lĩnh vực sau đây:
* Máy ảnh kỹ thuật số
* Thiết bị quan sát
* An ninh và giám sát
* Hội thảo truyền hình, máy quay
* Điện thoại di động
* Máy quét
* Thiết bị y tế
* Chuột quang/lazer
* Thiết bị mã vạch
* Khoa học hình ảnh
* Không gian và quốc phòng
* Tự động hóa
* Trò chơi
* Sinh trắc học
* Các thiết bị cầm tay khác
Lấy ví dụ, nhu cầu cảm biến hình ảnh của thị trường trong năm 2011 phân bố như sau
Sự phát triển của công nghệ cảm biến hình ảnh hiện đang ngày càng tăng với khả năng ứng dụng vô cùng rộng rãi. Dự đoán nhu cầu này còn tiếp tục tăng đến năm 2015 và cho đến khi đạt bão hòa về thị trường/công nghệ, chờ đợi một sự đột phá tiếp theo.
Theo số 137 (5/2012)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay
