隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，圖像傳感器技術(shù)也正在不斷革新中。新的圖像傳感器設(shè)備不僅加快工業(yè)設(shè)備的速度，還使像素增加一倍，同時(shí)捕捉可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光。
最近，包括東芝、索尼和三星在內(nèi)的多家公司將尖端圖像傳感器推向市場(chǎng)。這些圖像傳感器有能力增強(qiáng)圖像處理系統(tǒng)，它們將被放置在其中，每一個(gè)都是因?yàn)楦髯元?dú)特的創(chuàng)新。
一、什么是圖像傳感器技術(shù)？
在我們深入研究這些傳感器的本質(zhì)之前，首先確定什么是圖像傳感器，這很重要。
簡(jiǎn)而言之，圖像傳感器將光作為輸入并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。然后，圖像傳感器獲取其接收到的光的參數(shù)（例如顏色和亮度），并將其通過(guò)處理電路，以轉(zhuǎn)換為我們可以看到的圖像。
光電二極管是完成此工作的首選組件，它是一個(gè)PN結(jié)。如圖所示，當(dāng)入射光撞擊它時(shí)，它開(kāi)始產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，從而傳導(dǎo)電流。
光電二極管原理圖符號(hào)和橫截面。圖片由Robert Keim提供
這些構(gòu)成圖像傳感器中的像素，構(gòu)成我們看到的圖像。每個(gè)像素的光被分組以產(chǎn)生整個(gè)圖像。
因此，總體而言，圖像傳感器是光電二極管的集合，這些光電二極管收集光并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后將其發(fā)送到處理電路以獲得捕獲的圖像。
為了簡(jiǎn)要了解圖像傳感器技術(shù)在整個(gè)行業(yè)中的發(fā)展情況，讓我們回顧一下東芝，索尼和三星的每一款新圖像傳感器設(shè)備，重點(diǎn)介紹它們值得注意的規(guī)格以及它們旨在解決的問(wèn)題。
二、東芝的傳感器將加速工業(yè)設(shè)備的發(fā)展
東芝最近推出了兩個(gè)新的圖像傳感器，TCD1105GFG和TCD1106GFG。這些傳感器是鏡頭減少型（鏡頭彎曲以減少組件復(fù)雜度），1500像素單色CCD線性圖像傳感器。
CCD代表電荷耦合器件，是指電路拓?fù)?。CCD是一種模擬設(shè)計(jì)，可以優(yōu)化噪聲和像素均勻性，但需要大量的電壓源才能正常運(yùn)行。
TCD1105GFG的框圖。圖片由東芝提供（PDF）
這些圖像傳感器旨在加速需要傳感器的工業(yè)設(shè)備，同時(shí)消耗很少的電能。該器件的最大數(shù)據(jù)速率為25 MHz，并且對(duì)于CCD系統(tǒng)而言，令人驚訝的是只需用一個(gè)3.3 V電源。
它們還包含內(nèi)部控制電路，例如采樣保持電路和定時(shí)發(fā)生器，可最大程度地減少與其并排的組件。
TCD1105GFG包含一個(gè)內(nèi)部快門功能。最重要的是，它的像素大小為5μmx 50μm。這些較大的像素將吸收更多的光，從而增加了此傳感器的光敏度。
三、三星將四個(gè)像素合為一體的智能手機(jī)
最近幾周，三星還發(fā)布了自己的圖像傳感器，以在智能手機(jī)相機(jī)行業(yè)中嶄露頭角。
ISOCELL GN1是50MP傳感器，像素大小為1.2μm。這些小的像素尺寸提高了所生成圖像的精度和細(xì)節(jié)。
該尺寸還可以通過(guò)將彼此相鄰的相同顏色濾光的四個(gè)像素進(jìn)行分組來(lái)提高光敏性，這與標(biāo)稱RGB方法不同，后者將三個(gè)不同顏色的LED彼此相鄰放置。這將允許四個(gè)像素充當(dāng)一個(gè)較大的像素，從而提高光敏性，從而在低光照條件下提供最佳成像效果。
三星表示，ISOCELL GN1即使在陰影，中間色調(diào)和高光下也可以提供更精確的圖像。圖片由三星提供
該傳感器能夠通過(guò)使用一個(gè)像素的光電二極管對(duì)來(lái)主動(dòng)且精確地聚焦在物體上，并且圖像傳感器將繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整，直到兩個(gè)光電二極管具有完全相同的響應(yīng)，這意味著它們將聚焦在相同的精確物體上。
此技術(shù)通常在智能手機(jī)相機(jī)中使用，最多可使用其像素的10％。但是現(xiàn)在，三星已經(jīng)使用該技術(shù)開(kāi)發(fā)了所有像素。
該傳感器為四個(gè)微型像素提供了一個(gè)曝光時(shí)間不同的單個(gè)像素，這將使它們能夠更好地檢測(cè)陰影和其他細(xì)節(jié)，從而在光量變化的區(qū)域中產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像。
四、索尼傳感器感應(yīng)SWIR和可見(jiàn)光
索尼在圖像傳感器中聲名鵲起的功能是能夠感知短波紅外（SWIR）以及可見(jiàn)光。特別是，新的索尼圖像傳感器可以感應(yīng)波長(zhǎng)在0.4μm到1.7μm之間的光。
他們使用一種新穎的微電子設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)做到這一點(diǎn)，在這種技術(shù)中，他們?cè)跇?gòu)成光電二極管的化合物和硅層之間使用了銅銅連接。這是讀出電路所在的位置。
雖然通常需要多臺(tái)攝像機(jī)才能在此大波長(zhǎng)范圍內(nèi)拍攝圖像，但Sony的新型傳感器可以用一臺(tái)攝像機(jī)完成。
IMX990 SWIR圖像傳感器。圖片由Sony提供
IMX990和IMX991這兩個(gè)傳感器的對(duì)角線尺寸分別為8.2 mm和4.1 mm，分別為1.34MP和0.34MP。兩個(gè)傳感器都在封裝中內(nèi)置了熱電冷卻裝置，從而最大程度地減小了芯片尺寸。索尼表示，該傳感器包含用于SWIR圖像傳感器的業(yè)界最小的5μm像素。
這些傳感器還支持?jǐn)?shù)字輸出，其性能類似于工業(yè)CMOS圖像傳感器。它們包括圖像處理系統(tǒng)所需的許多通常為外部的電路，從而降低了成本，占地面積和整個(gè)系統(tǒng)的整體功耗。
五、結(jié)語(yǔ)
以上三種新型設(shè)備都展示了圖像傳感器如何以多種方式發(fā)展前進(jìn)，包括它們是否改善了工業(yè)設(shè)備的性能，提供了出色的智能手機(jī)圖像，還是在廣泛的可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光范圍內(nèi)拍攝了精確的圖像，等等。
盡管用途千差萬(wàn)別，很難對(duì)這些傳感器進(jìn)行一對(duì)一比較，但它們確實(shí)代表了圖像傳感器這項(xiàng)技術(shù)的靈活性以及可能性。例如，索尼傳感器在小規(guī)模上采用了新穎的設(shè)計(jì)方法，而東芝只需要一個(gè)電源就優(yōu)化了CCD電路拓?fù)洹?
