最大和最小两条道路,Sony&豪威在工业及医疗成像传感器的最新进展

2021-03-12 13:57:29 来源:EETOP
自柯达(Kodak)早期的像素内电荷转移CMOS图像传感器问世以来,CMOS图像传感器已经走了很长一段路。柯达数十年来的突破性技术为当前基于CMOS的图像传感器铺平了道路,因此在本周将技术与工程艾美奖授予了柯达,该奖用以对柯达作为数字成像领域的先驱者之一表示敬意。 

多年来,电荷耦合器件(CCD)是数字成像领域的主流技术,在灵敏度、速度和可靠性方面具有卓越的优势。然而,随着制造工艺的提高,基于CMOS的技术已经超越了CCD。索尼注意到了这一趋势,在2015年开始停止了CCD开发的进程。

 

柯达数十年来的突破性技术为当前基于CMOS的图像传感器铺平了道路 

作为该领域不断创新的证明,Sony和OmniVision(豪威)最近都发布了针对不同市场的新型CMOS图像传感器:分别是工业成像和医学成像。 

 

由光敏芯片制成的,基于CMOS的图像传感器的示意图,该传感器引线键合至IC封装。 

对这些新设备进行测评,可以为我们提供一个窗口,让我们了解数字成像的发展方向,以及对从事CMOS图像传感器工作的工程师的后续影响。 

索尼用于工业成像的高分辨率图像传感器

本周,索尼发布了一款大尺寸CMOS图像传感器IMX661,号称拥有 "业界最高有效像素数",达到1.2768亿像素。这个数字对于从事工业成像的工程师来说,究竟意味着什么?

在不影响分辨率的前提下扩大裸片尺寸

在像素大小的灵敏度(传感器的单个有源元件)和分辨率--相对于芯片大小而言,两者之间存在着反比关系。

新型Sony1.2768亿像素图像传感器IMX661,据说在3.5μm像素尺寸下可提供更高的传感器分辨率 

光学安装的流行标准被称为C-mount,使用1.1英寸的传感器,似乎不适合IMX661的3.6型封装。索尼似乎将其最新设备作为c -mount式光学的替代产品进行营销,但其图像分辨率要高得多。

全局快门的价值

IMX661传感器采用索尼专有技术"Pregius",提供全局快门。与滚动快门相比,全局快门可以让传感器捕捉到高速物体的不失真图像。 

全局快门可消除相对于像素列移动的对象中的图像失真

虽然进入处理单元的读出数据仍然是顺序的,但光敏元件在全局快门中均匀曝光,确保场景在时间上作为单帧采样。 

完善ADC转换分辨率

通过查看IMX661的关键技术规格,可以发现行业标准电压(接口为3V3A,1V2D和1V8),以及通过选择10位到14位ADC分辨率来实现各种帧速率的能力。

改进ADC转换分辨率的能力为固定摄像机和移动摄像机(如汽车上的摄像机)的应用提供了大量的设计可变性。 

OmniVision的医疗级传感器减少了侵入性诊断

OmniVision正在缩小其医疗级传感器系列,同时在感光芯片尺寸、分辨率和电力需求方面保持高标准。 

破纪录的传感器尺寸

在公司最新CMOS图像传感器OHOTA10的新闻发布会上,OmniVision公司声称,他们已经打破了自己的吉尼斯世界纪录,拥有“世界上最小的商业图像传感器”。新OHOTA10将上一代OV6948的大小从575 μm2减少到550 μm2。 

与OV6948相比,OHOTA10的尺寸不断减小,但分辨率却翻了一番

为微创探针而设计

OmniVision设想这种新的光学封装为设计人员打开了一扇门,为诊断应用创造更小的微创探针。 

“这些最先进的CIS[CMOS图像传感器]技术正在满足当今关键的内窥镜要求,以更高的图像质量和更好的对比度来支持医生的诊断过程或手术过程,同时提高患者的舒适度。”亿欧公司成像技术和市场分析师梁晨静说。 

OmniVision表示,新的图像传感器可提高图像质量,同时减少内窥镜和导管的功耗

 

“它们还允许在不改变图像分辨率的情况下,将侵入性较小的成像技术用于神经科,耳鼻喉科或儿科应用。” 

提高分辨率,降低功耗

此外,尽管像素尺寸减少了42%,但光学分辨率仍可提高两倍。

但是,对于设计这些系统的工程师而言,令人兴奋的改进包括功耗降低了20%(从25 mW降低到20 mW)以及 感光尺寸从1/36英寸降低到1/31英寸,从而有利于更小的封装尺寸。 

CMOS光学技术的进步之路

正如这些声明所证明的那样,基于CMOS的技术具有出色的抗噪性和动态范围,因为它们集成了放大器并在像素列将模拟信号转换为数字信号。

基于CMOS的图像传感器花了数十年的时间才取代CCD成为主要的光学传感器。但是,随着光学芯片制造工艺的改进和像素尺寸的减小,CMOS成为了最重要的技术。

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