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CMOS图像传感器如何在像素计数和大小上取得进展

2021年3月11日,通过艾德里安·吉本斯

索尼和OmniVision等公司继续开发先进的CMOS图像传感器,而柯达则被评为数字成像领域的先驱之一。

多年来,电荷耦合器件(CCD)是数字成像的主导技术他在灵敏度、速度和可靠性方面都有过人之处。然而,随着制造工艺的改进,基于cmos的技术已经超过了CCD。注意到这一趋势,索尼在2015年开始了这一进程由于CCD的发展在接下来的十年里。

CMOS图像传感器已经走过了很长一段路柯达早期的像素内电荷转移CMOS图像传感器本周,该公司获得了技术与工程艾美奖。

柯达数十年的突破性技术为目前基于cmos的图像传感器铺平了道路

柯达数十年的突破性技术为目前基于cmos的图像传感器铺平了道路。图片由YMCinema

作为该领域加速创新的证明,索尼和OmniVision最近都发布了新的CMOS图像传感器,分别针对不同的市场:工业成像和医疗成像。

基于cmos的图像传感器示意图

一个基于cmos的图像传感器的示意图,由一个光敏芯片组成,用导线连接到一个IC封装。图片由清晰的视觉实验室

对这些新设备进行评估,可以为了解数字成像的方向以及随后对工程师工作的影响提供一个窗口CMOS图像传感器

用于工业成像的索尼高分辨率图像传感器

本周,索尼发布了一款大画幅CMOS图像传感器IMX661。业界最高的有效像素数“127.68亿像素。对于从事工业成像的工程师来说,这个数字究竟意味着什么?

在不影响分辨率的情况下扩大模具尺寸

在像素大小敏感度(传感器的单个活动元素)和分辨率之间有一个反比关系,相对于模具尺寸。结果被称为图像格式

IMX661

新推出的索尼IMX661图像传感器为127.68亿像素,据称其传感器分辨率为3.5 μm像素大小。图片由索尼

光学安装的流行标准被称为C-mount,使用1.1英寸的格式传感器,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。

全局快门的值

IMX661传感器采用索尼专有技术“Pregius”提供全球快门。与卷帘式快门不同,全球快门允许传感器捕捉高速物体的未失真图像。

全球快门

全局快门是一种对抗相对于像素柱移动的物体图像失真的特性。图片由清晰的视觉实验室

当进入处理单元的读出仍然是连续的,光敏元件在一个全局快门中被均匀地暴露,确保场景在时间上被采样为单个帧。

提高ADC转换分辨率

回顾IMX661的关键技术规范,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

当索尼在光学方面踌踌然时,OmniVision正在缩小其医疗级传感器系列,同时在光学格式、分辨率和电力需求方面保持高标准。

破纪录的传感器尺寸

在一个该公司最新的CMOS图像传感器OHOTA10的新闻稿美国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使上一代OV6948的尺寸从575 μm减小2550μm2

OHOTA10

与OV6948相比,OHOTA10的尺寸不断缩小,但分辨率提高了一倍。图片由OmniVision

为微创探针而建

OmniVision公司预计,这种新的光学套件将为设计人员打开大门,为诊断应用创造更小的微创探针。

Yole Développement成像技术和市场分析师Chenmeijing Liang表示:“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需求,以更高的图像质量和更好的对比度支持医生的诊断过程或手术过程,同时增加患者的舒适度。”

OmniVision新型图像传感器

OmniVision公司表示,新的图像传感器提高了图像质量,同时降低了内窥镜和导管的功耗。图片由OmniVision

“它们还允许在不改变图像分辨率的情况下,对神经系统、耳鼻喉科或儿科应用的侵入性较小的成像技术。”

提高分辨率,降低功耗

此外,尽管封装尺寸减小了,但42%的像素缩小使得光学分辨率增加了两倍。

然而,对于设计这些系统的工程师来说,令人兴奋的改进包括功耗提高了20%(从25mw提高到20mw),光学格式也从1/36 "降低到1/31 ",这使得封装尺寸更小。

CMOS光学技术的发展历程

正如这些公告所证明的那样,基于cmos的技术提供了卓越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的图像传感器花了几十年的时间才取代CCD成为主要的光学传感器。然而,随着光学晶片制造工艺的改进和像素尺寸的减小,CMOS已经成为最主要的技术。


在工业和医疗领域设计数字成像系统为设计师提出了独特的挑战。你有使用这些技术的经验吗?请在下面的评论中分享你的想法。