基于CMOS的圖像傳感器如何在不影響分辨率的情況下擴(kuò)大模具尺寸

多年來，電荷耦合器件（CCD）一直是數(shù)字成像的主導(dǎo)技術(shù)，在靈敏度、速度和可靠性方面都具有卓越優(yōu)點(diǎn)。然而，隨著制造工藝改進(jìn)，基于CMOS的技術(shù)已超過了CCD。索尼注意到了這一趨勢。自2015年開始以后的十年，他們決定停止CCD開發(fā)的進(jìn)程。

自柯達(dá)早期的像素內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移CMOS圖像傳感器以來，CMOS圖像傳感器已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步。近日，柯達(dá)的CMOS圖像傳感器獲得了技術(shù)與工程艾美獎。

一個基于CMOS圖像傳感器的示意圖，由一個光敏芯片組成，用導(dǎo)線連接到一個IC封裝里。

對這些新設(shè)備進(jìn)行評估，可以為了解數(shù)字成像的方向以及隨后對使用CMOS圖像傳感器的工程師的影響提供一個窗口。

用于工業(yè)成像的索尼高分辨率圖像傳感器

索尼近期發(fā)布了一款大畫幅CMOS圖像傳感器IMX661，號稱擁有“行業(yè)最高的有效像素”，達(dá)到1.28億像素。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是增加了像素?cái)?shù)，使光學(xué)尺寸比工業(yè)設(shè)備常用 C 卡口對應(yīng)的普通 1.1 英寸圖像傳感器大了近 10 倍，并采用了索尼獨(dú)創(chuàng)的全局快門像素技術(shù) “PregiusTM”，可拍攝無運(yùn)動失真的圖像。此外，采用索尼獨(dú)創(chuàng)的設(shè)備配置和接口技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高速圖像讀取數(shù)據(jù)，讀取速度比前代產(chǎn)品快了近 4 倍。對于從事工業(yè)成像的工程師來說，這個數(shù)字究竟意味著什么？

在不影響分辨率的情況下擴(kuò)大模具尺寸

在像素大小敏感度（傳感器的單個活動元素）和相對于模具尺寸的分辨率之間是一個反比關(guān)系。其結(jié)果被稱為圖像格式。

光學(xué)安裝的流行標(biāo)準(zhǔn)被稱為C-mount，使用1.1英寸的格式傳感器，這似乎不適合IMX661的3.6型封裝。索尼似乎將其最新設(shè)備作為c -mount式光學(xué)的替代產(chǎn)品進(jìn)行宣傳，但其圖像分辨率要高得多。

全局快門受熱捧

IMX661傳感器采用索尼專有技術(shù)“Pregius”提供全球快門。與卷簾式快門不同，全球快門允許傳感器捕捉高速物體的未失真圖像。

全局快門可消除相對于像素列移動的對象中的圖像失真

雖然進(jìn)入處理單元的讀出數(shù)據(jù)仍然是順序的，但光敏元件在全局快門中均勻曝光，確保場景在時間上作為單幀采樣。

完善ADC轉(zhuǎn)換分辨率

通過查看IMX661的關(guān)鍵技術(shù)規(guī)格，可以發(fā)現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電壓（接口為3V3A，1V2D和1V8），以及通過選擇10位到14位ADC分辨率來實(shí)現(xiàn)各種幀速率的能力。

改進(jìn)ADC轉(zhuǎn)換分辨率的能力為固定攝像機(jī)和移動攝像機(jī)（如汽車上的攝像機(jī)）的應(yīng)用提供了大量的設(shè)計(jì)可變性。

OmniVision的醫(yī)療級傳感器減少了侵入性診斷

OmniVision正在縮小其醫(yī)療級傳感器系列，同時在感光芯片尺寸、分辨率和電力需求方面保持高標(biāo)準(zhǔn)。

破紀(jì)錄的傳感器尺寸

在公司最新CMOS圖像傳感器OHOTA10的新聞發(fā)布會上，OmniVision公司聲稱，他們已經(jīng)打破了自己的吉尼斯世界紀(jì)錄，擁有“世界上最小的商業(yè)圖像傳感器”。新OHOTA10將上一代OV6948的大小從575 μm2減少到550 μm2。

與OV6948相比，OHOTA10的尺寸不斷減小，但分辨率卻翻了一番

為微創(chuàng)探針而設(shè)計(jì)

OmniVision設(shè)想這種新的光學(xué)封裝為設(shè)計(jì)人員打開了一扇門，為診斷應(yīng)用創(chuàng)造更小的微創(chuàng)探針。

“這些最先進(jìn)的CIS［CMOS圖像傳感器］技術(shù)正在滿足當(dāng)今關(guān)鍵的內(nèi)窺鏡要求，以更高的圖像質(zhì)量和更好的對比度來支持醫(yī)生的診斷過程或手術(shù)過程，同時提高患者的舒適度。”億歐公司成像技術(shù)和市場分析師梁晨靜說。

“它們還允許在不改變圖像分辨率的情況下，對神經(jīng)系統(tǒng)、耳鼻喉科或兒科應(yīng)用的侵入性較小的成像技術(shù)?！?/p>

提高分辨率，降低功耗

此外，盡管封裝尺寸減小了，但42%的像素縮小使得光學(xué)分辨率增加了兩倍。

然而，對于設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)的工程師來說，最欣慰的改進(jìn)是功耗的提高，從25mw提高到20mw，光學(xué)格式也從1/36 “降低到1/31 ”，這使得封裝尺寸更小了。

基于CMOS技術(shù)提供了卓越的抗噪性和動態(tài)范圍，因?yàn)樗鼈兗闪?a href="http://wenjunhu.com/tags/放大器/" target="_blank">放大器并在像素列將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

基于CMOS的圖像傳感器花了幾十年的時間才取代CCD成為主要的光學(xué)傳感器。然而，隨著光學(xué)晶片制造工藝的改進(jìn)和像素尺寸的減小，CMOS已經(jīng)成為當(dāng)今主流技術(shù)。

編輯：hfy