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OmniVision推出Nyxel近紅外技術(shù)

作者:王瑩 時間:2017-10-27 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  近日, 推出了近紅外技術(shù),在相同近紅外光量下成像更清晰;而且減少了對LED燈的需求,從而降低了功耗。它基于CMOS圖像傳感器技術(shù),適用于低光、夜視等領(lǐng)域,諸如安防監(jiān)控、機(jī)器視覺、無人機(jī)、AR/VR、汽車和醫(yī)療等領(lǐng)域。

本文引用地址:http://www.butianyuan.cn/article/201710/370686.htm

  為此,電子產(chǎn)品世界(EEPW)郵件采訪了首席技術(shù)官 Boyd Fowler先生。

  EEPW:目前CMOS傳感器面臨哪些挑戰(zhàn)?

  Boyd Fowler:由于客戶對于CMOS圖像傳感器的性能要求不斷提高以支持最新的成像應(yīng)用,因此CMOS圖像傳感器正面臨著多項(xiàng)挑戰(zhàn)。簡而言之,我將著重介紹我們不斷致力解決的三大挑戰(zhàn)。首先,一個重大的挑戰(zhàn)是從1.0μm到0.9μm及以下的像素縮放以增加空間分辨率,因?yàn)樾旁氡?SNR)的提高會對低光性能和色彩保真度產(chǎn)生不利的影響。其次在數(shù)字成像技術(shù)發(fā)展中,一個長久以來的挑戰(zhàn)是如何在不降低圖像質(zhì)量或分辨率的情況下,可以在許多不同的應(yīng)用中(特別是夜視和低光攝影)改善低光性能。最后,以電池供電的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備的增長衍生出了一項(xiàng)特別的挑戰(zhàn),因?yàn)檫@些設(shè)備需要看似相互矛盾的兩項(xiàng)功能:超低功耗和卓越的成像性能。這其中任何一項(xiàng)挑戰(zhàn)都需要創(chuàng)新的圖像傳感器技術(shù),并且能夠以最高的效率捕獲并產(chǎn)生最佳的圖像數(shù)據(jù)。在,我們與業(yè)界的合作伙伴密切合作開發(fā)最先進(jìn)的CMOS圖像傳感器及其配套芯片,在安防監(jiān)控、機(jī)器視覺、汽車和醫(yī)療市場等多個領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。

  EEPW:近紅外(NIR)技術(shù)應(yīng)用于CMOS傳感器有哪些優(yōu)點(diǎn)?

  Boyd Fowler:采用近紅外(NIR)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)CMOS圖像傳感器在兩個重要領(lǐng)域的應(yīng)用。 第一個領(lǐng)域是機(jī)器視覺,近紅外(NIR)是人肉眼看不見的光線,但可以用于照亮物體。 由于NIR位于人眼可見的光譜之外,因此可以避免造成對周圍環(huán)境的干擾。機(jī)器視覺應(yīng)用 - 如先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)(AR/VR)、以及面部識別認(rèn)證 – 都要求高效節(jié)能的先進(jìn)數(shù)字成像能力,可以在低光(或者無光)條件下提供更好和更遠(yuǎn)距離的成像。盡管在某些應(yīng)用中仍然需要低級別的LED來增加NIR,但是與高功耗的LED相比,它們功耗更小并且不太可能對用戶產(chǎn)生干擾。

  此外,近紅外(NIR)是低光和夜視應(yīng)用的理想選擇,例如智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)或環(huán)視汽車成像系統(tǒng)。夜空中的NIR光子比可見光子更多,因此NIR技術(shù)在這些情況下捕獲的圖像有更高的分辨率。例如,以NIR技術(shù)為基礎(chǔ)的成像系統(tǒng)可以捕獲更清晰的家庭入侵者的圖像,或者可以在ADAS系統(tǒng)中呈現(xiàn)更清晰的大面積場景。

  EEPW:在CMOS傳感器中采用近紅外(NIR)技術(shù)的技術(shù)挑戰(zhàn)是什么?

  Boyd Fowler:近紅外(NIR)成像系統(tǒng)的有效范圍與其靈敏度直接相關(guān),并由兩個關(guān)鍵性的測量參數(shù)所確定:量子效率(QE)和調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)。 圖像傳感器的QE代表其捕獲光子與其中轉(zhuǎn)換為電子的比率。QE越高,NIR照明所能達(dá)到的距離越遠(yuǎn),并且圖像亮度越高。MTF所測量的是在特定的分辨率下圖像傳感器將成像物的對比度傳送到圖像中的能力。 MTF越高,圖像越清晰。

  100%的QE代表所捕獲的所有光子都轉(zhuǎn)換為電子,實(shí)現(xiàn)了最佳圖像亮度。目前,最好的NIR傳感器技術(shù)僅可以實(shí)現(xiàn)58%的QE,并且由于它們僅依靠厚硅技術(shù)提高QE所以只能達(dá)到≤800nm的靈敏度。但該技術(shù)會造成串?dāng)_并降低MTF。采用深槽像素隔離(DTI)技術(shù)來嘗試解決這個問題的時候通常會造成破壞圖像暗區(qū)的缺陷。因此,成功實(shí)施近紅外(NIR)技術(shù)的挑戰(zhàn)是需要找到一種方法:在改善QE的同時盡量不降低MTF,并且盡量不增加暗電流,從而將靈敏度提高到≥850nm。

  EEPW:近紅外(NIR)技術(shù)通??梢栽鰪?qiáng)攝像頭的“夜視”能力。 那么近紅外(NIR)技術(shù)會降低圖像分辨率和質(zhì)量嗎?

  Boyd Fowler:?近紅外技術(shù)是為了保持夜視圖像的空間分辨率而特別設(shè)計的,可以在低光條件下拍攝十分清晰的圖像。首先,使用先進(jìn)的300mm代工工藝實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展的深槽像素隔離(extended DTI)技術(shù),以在相鄰像素之間建立氧化硅屏障,這會改變氧化物和硅之間的折射率,從而在同一像素內(nèi)產(chǎn)生光學(xué)約束。采用常規(guī)DTI時,深槽的寬度會隨著槽深而變寬,相反,采用擴(kuò)展DTI技術(shù)時可以保持深槽的寬度不變,可以協(xié)助約束光子。

  其次,在芯片表面建立一個吸收結(jié)構(gòu)— 類似于太陽能電池生產(chǎn)工藝中采用的金字塔結(jié)構(gòu)—用以形成一個散射光學(xué)層。該散射層的精密生產(chǎn)可以防止圖像暗區(qū)出現(xiàn)缺陷,并進(jìn)一步增加光子在硅晶中的路徑長度。 因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的形狀使得光線不能直上直下,所以光線在硅晶中的路徑變得更長。這是通過分流光波路線并形成散射來影響光子的路徑長度。最終的結(jié)果是光線像乒乓球一樣在結(jié)構(gòu)周圍反彈,從而提高了吸收的可能性。

  確保結(jié)構(gòu)擁有精確的角度對于散射光學(xué)層的有效性至關(guān)重要。 如果角度有誤,則會導(dǎo)致光子反射到相鄰像素中,而非按要求反射到同一像素中。

  EEPW:隨著物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)和VR等新應(yīng)用的開發(fā),CMOS傳感器市場也在不斷擴(kuò)大。近紅外(NIR)技術(shù)是否也適合于這些新興的應(yīng)用?

  Boyd Fowler:近紅外(NIR)技術(shù)對于機(jī)器視覺應(yīng)用(如IoT和AR / VR)至關(guān)重要。在這些應(yīng)用中,近紅外(NIR)能夠主動照亮場景而不對用戶產(chǎn)生干擾。因此,結(jié)構(gòu)光、有源立體聲和低光照相系統(tǒng)都需要對NIR敏感的傳感器。然而,嵌入機(jī)器視覺應(yīng)用的AR/VR和IoT產(chǎn)品對于近紅外(NIR)的應(yīng)用技術(shù)性能提出了很高的要求,目前的NIR技術(shù)還不能滿足這些需求。這就是為什么OmniVision與其代工合作伙伴合作開發(fā)其專有的技術(shù)。

  與上一代具有近紅外(NIR)功能的OmniVision傳感器相比, Nyxel結(jié)合了厚硅與擴(kuò)展DTI技術(shù),并采用光散射層處理表面紋理,從而讓采用了該技術(shù)的CMOS圖像傳感器可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)3倍的QE提升,達(dá)到850nm的NIR靈敏度,同時也不影響其他圖像質(zhì)量指標(biāo)。采用該技術(shù)的傳感器可提供更好的圖像質(zhì)量,并需要更少的光和電源輸入,從而滿足AR/VR和IoT應(yīng)用中先進(jìn)機(jī)器視覺的新要求。

  EEPW:OVT是否在其CMOS傳感器中采用了NIR技術(shù)?可以分享貴公司的新產(chǎn)品和新技術(shù)嗎?

  Boyd Fowler:OmniVision目前有幾個正在致力于開發(fā)Nyxel技術(shù)產(chǎn)品的項(xiàng)目。這些產(chǎn)品在初期將針對安防監(jiān)控和機(jī)器視覺市場,因?yàn)樗鼈兛梢愿叨鹊匕l(fā)揮Nyxel的技術(shù)優(yōu)勢。

  對于安防監(jiān)控,OmniVision計劃以Nyxel技術(shù)為平臺推出一個全新的傳感器系列。最終在未來幾代的監(jiān)控產(chǎn)品中,OmniVision將會采用不同的解決方案和形式來整合這項(xiàng)技術(shù)。公司正與業(yè)界一流的監(jiān)控攝像機(jī)制造商密切合作開發(fā)這些采用Nyxel技術(shù)的圖像傳感器,它們將為客戶提供卓越的低光性能和清晰的圖像,同時降低整體系統(tǒng)成本。

  此外,OmniVision計劃在機(jī)器視覺全局快門傳感器中采用Nyxel平臺。第一個產(chǎn)品將面向消費(fèi)類電子市場。消費(fèi)者對于低功耗、小尺寸以及系統(tǒng)成本低的設(shè)備有很多需求,相信采用Nyxel技術(shù)的新型機(jī)器視覺傳感器系列將滿足所有的要求,因?yàn)樵摷夹g(shù)可以提高QE性能但不會降低MTF。OmniVision正在與主要客戶合作,因此第一代機(jī)器視覺傳感器將為不同的消費(fèi)市場推出。

  展望未來,隨著CMOS生產(chǎn)工藝持續(xù)快速地發(fā)展以及對先進(jìn)技術(shù)的需求,預(yù)期Nyxel技術(shù)將會被用于其他應(yīng)用領(lǐng)域,如汽車和醫(yī)療市場。預(yù)期在眾多的市場中,Nyxel都會在OmniVision未來數(shù)代產(chǎn)品的規(guī)劃中擔(dān)任主導(dǎo)角色。



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