图像传感器发展趋势——看东芝、索尼和三星都专注于哪些应用领域?

随着传感技术的发展,图像传感器技术也正在不断革新中。新的图像传感器设备不仅加快工业设备的速度,还使像素增加一倍,同时捕捉可见光和不可见光。

  随着传感技术的发展,图像传感器技术也正在不断革新中。新的图像传感器设备不仅加快工业设备的速度,还使像素增加一倍,同时捕捉可见光和不可见光。

  最近,包括东芝、索尼和三星在内的多家公司将尖端图像传感器推向市场。这些图像传感器有能力增强图像处理系统,它们将被放置在其中,每一个都是因为各自独特的创新。

  什么是图像传感器技术?

  在我们深入研究这些传感器的本质之前,首先确定什么是图像传感器,这很重要。

  简而言之,图像传感器将光作为输入并将其转换为电信号。然后,图像传感器获取其接收到的光的参数(例如颜色和亮度),并将其通过处理电路,以转换为我们可以看到的图像。

  光电二极管是完成此工作的首选组件,它是一个PN结。如图所示,当入射光撞击它时,它开始产生电子-空穴对,从而传导电流。

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  光电二极管原理图符号和横截面。图片由Robert Keim提供

  这些构成图像传感器中的像素,构成我们看到的图像。每个像素的光被分组以产生整个图像。

  因此,总体而言,图像传感器是光电二极管的集合,这些光电二极管收集光并将其转换为电信号,然后将其发送到处理电路以获得捕获的图像。

  为了简要了解图像传感器技术在整个行业中的发展情况,让我们回顾一下东芝,索尼和三星的每一款新图像传感器设备,重点介绍它们值得注意的规格以及它们旨在解决的问题。

  东芝的传感器将加速工业设备的发展

  东芝最近推出了两个新的图像传感器,TCD1105GFG和TCD1106GFG.这些传感器是镜头减少型(镜头弯曲以减少组件复杂度),1500像素单色CCD线性图像传感器。

  CCD代表电荷耦合器件,是指电路拓扑。CCD是一种模拟设计,可以优化噪声和像素均匀性,但需要大量的电压源才能正常运行。

  TCD1105GFG的框图。图片由东芝提供(PDF)

  这些图像传感器旨在加速需要传感器的工业设备,同时消耗很少的电能。该器件的最大数据速率为25 MHz,并且对于CCD系统而言,令人惊讶的是只需用一个3.3 V电源。

  它们还包含内部控制电路,例如采样保持电路和定时发生器,可最大程度地减少与其并排的组件。

  TCD1105GFG包含一个内部快门功能。最重要的是,它的像素大小为5μmx 50μm.这些较大的像素将吸收更多的光,从而增加了此传感器的光敏度。

  三星将四个像素合为一体的智能手机

  最近几周,三星还发布了自己的图像传感器,以在智能手机相机行业中崭露头角。

  ISOCELL GN1是50MP传感器,像素大小为1.2μm.这些小的像素尺寸提高了所生成图像的精度和细节。

  该尺寸还可以通过将彼此相邻的相同颜色滤光的四个像素进行分组来提高光敏性,这与标称RGB方法不同,后者将三个不同颜色的LED彼此相邻放置。这将允许四个像素充当一个较大的像素,从而提高光敏性,从而在低光照条件下提供最佳成像效果。

  三星表示,ISOCELL GN1即使在阴影,中间色调和高光下也可以提供更精确的图像。图片由三星提供

  该传感器能够通过使用一个像素的光电二极管对来主动且精确地聚焦在物体上,并且图像传感器将继续进行调整,直到两个光电二极管具有完全相同的响应,这意味着它们将聚焦在相同的精确物体上。

  此技术通常在智能手机相机中使用,最多可使用其像素的10%。但是现在,三星已经使用该技术开发了所有像素。

  该传感器为四个微型像素提供了一个曝光时间不同的单个像素,这将使它们能够更好地检测阴影和其他细节,从而在光量变化的区域中产生高质量的图像。

  索尼传感器感应SWIR和可见光

  索尼在图像传感器中声名鹊起的功能是能够感知短波红外(SWIR)以及可见光。特别是,新的索尼图像传感器可以感应波长在0.4μm到1.7μm之间的光。

  他们使用一种新颖的微电子设计技术来做到这一点,在这种技术中,他们在构成光电二极管的化合物和硅层之间使用了铜铜连接。这是读出电路所在的位置。

  虽然通常需要多台摄像机才能在此大波长范围内拍摄图像,但Sony的新型传感器可以用一台摄像机完成。

  IMX990 SWIR图像传感器。图片由Sony提供

  IMX990和IMX991这两个传感器的对角线尺寸分别为8.2 mm和4.1 mm,分别为1.34MP和0.34MP.两个传感器都在封装中内置了热电冷却装置,从而最大程度地减小了芯片尺寸。索尼表示,该传感器包含用于SWIR图像传感器的业界最小的5μm像素。

  这些传感器还支持数字输出,其性能类似于工业CMOS图像传感器。它们包括图像处理系统所需的许多通常为外部的电路,从而降低了成本,占地面积和整个系统的整体功耗。

  结语

  以上三种新型设备都展示了图像传感器如何以多种方式发展前进,包括它们是否改善了工业设备的性能,提供了出色的智能手机图像,还是在广泛的可见光和不可见光范围内拍摄了精确的图像,等等。

  尽管用途千差万别,很难对这些传感器进行一对一比较,但它们确实代表了图像传感器这项技术的灵活性以及可能性。例如,索尼传感器在小规模上采用了新颖的设计方法,而东芝只需要一个电源就优化了CCD电路拓扑。

  来源:All About Circuits

  编译:枭枭

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枭枭

集成电路设计行业资深记者,传感器专家网专栏编辑。