基于CMOS的圖像傳感器如何在不影響分辨率的情況下擴大模具尺寸

多年來，電荷耦合器件（CCD）一直是數(shù)字成像的主導技術，在靈敏度、速度和可靠性方面都具有卓越優(yōu)點。然而，隨著制造工藝改進，基于CMOS的技術已超過了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)的進程。

自柯達早期的像素內電荷轉移CMOS圖像傳感器以來，CMOS圖像傳感器已經取得了長足的進步。近日，柯達的CMOS圖像傳感器獲得了技術與工程艾美獎。

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

對這些新設備進行評估，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”，達到1.28億像素。該產品的特點是增加了像素數(shù)，使光學尺寸比工業(yè)設備常用 C 卡口對應的普通 1.1 英寸圖像傳感器大了近 10 倍，并采用了索尼獨創(chuàng)的全局快門像素技術 “PregiusTM”，可拍攝無運動失真的圖像。此外，采用索尼獨創(chuàng)的設備配置和接口技術，可實現(xiàn)高速圖像讀取數(shù)據(jù)，讀取速度比前代產品快了近 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系。其結果被稱為圖像格式。

光學安裝的流行標準被稱為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備作為c -mount式光學的替代產品進行宣傳，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“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轉換分辨率

通過查看IMX661的關鍵技術規(guī)格，可以發(fā)現(xiàn)行業(yè)標準電壓（接口為3V3A，1V2D和1V8），以及通過選擇10位到14位ADC分辨率來實現(xiàn)各種幀速率的能力。

改進ADC轉換分辨率的能力為固定攝像機和移動攝像機（如汽車上的攝像機）的應用提供了大量的設計可變性。

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準。

破紀錄的傳感器尺寸

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，他們已經打破了自己的吉尼斯世界紀錄，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)探針而設計

OmniVision設想這種新的光學封裝為設計人員打開了一扇門，為診斷應用創(chuàng)造更小的微創(chuàng)探針。

“這些最先進的CIS［CMOS圖像傳感器］技術正在滿足當今關鍵的內窺鏡要求，以更高的圖像質量和更好的對比度來支持醫(yī)生的診斷過程或手術過程，同時提高患者的舒適度?！眱|歐公司成像技術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，對神經系統(tǒng)、耳鼻喉科或兒科應用的侵入性較小的成像技術?！?/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分辨率增加了兩倍。

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

基于CMOS技術提供了卓越的抗噪性和動態(tài)范圍，因為它們集成了放大器并在像素列將模擬信號轉換為數(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成為主要的光學傳感器。然而，隨著光學晶片制造工藝的改進和像素尺寸的減小，CMOS已經成為當今主流技術。

編輯：hfy