基于CMOS的图像传感器如何在不影响分辨率的情况下扩大模具尺寸

多年来，电荷耦合器件（CCD）一直是数字成像的主导技术，在灵敏度、速度和可靠性方面都具有卓越优点。然而，随着制造工艺改进，基于CMOS的技术已超过了CCD。索尼注意到了这一趋势。自2015年开始以后的十年，他们决定停止CCD开发的进程。

自柯达早期的像素内电荷转移CMOS图像传感器以来，CMOS图像传感器已经取得了长足的进步。近日，柯达的CMOS图像传感器获得了技术与工程艾美奖。

一个基于CMOS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封装里。

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使用CMOS图像传感器的工程师的影响提供一个窗口。

用于工业成像的索尼高分辨率图像传感器

索尼近期发布了一款大画幅CMOS图像传感器IMX661，号称拥有“行业最高的有效像素”，达到1.28亿像素。该产品的特点是增加了像素数，使光学尺寸比工业设备常用 C 卡口对应的普通 1.1 英寸图像传感器大了近 10 倍，并采用了索尼独创的全局快门像素技术 “PregiusTM”，可拍摄无运动失真的图像。此外，采用索尼独创的设备配置和接口技术，可实现高速图像读取数据，读取速度比前代产品快了近 4 倍。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）和相对于模具尺寸的分辨率之间是一个反比关系。其结果被称为图像格式。

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，这似乎不适合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宣传，但其图像分辨率要高得多。

全局快门受热捧

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。

 

“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，最欣慰的改进是功耗的提高，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了。

基于CMOS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已经成为当今主流技术。

编辑：hfy