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CMOS 手藝憑仗最新的 sCMOS 和 qCMOS 傳感器躍升至新水平
來歷:賽斯維傳感器網 頒發于 2021/12/2

科研級互補金屬氧化物半導體 (sCMOS) 是一種具備嚴酷噪聲標準的 CMOS 圖象傳感器 (CIS),仿佛將在 2021 年進入第四代時期。


科研級互補金屬氧化物半導體(sCMOS) 凡是用于與生物醫學成像或地理學相干的利用;但是,因為其出色的分辯率才能,它正在被利用于替換視覺利用。


Bae Systems最新的 sCMOS Hawkeye 宣稱是第一個在陰天夜間前提下捕獲圖象的CMOS 圖象傳感器(CIS)。該HWK1411合用于電池供電的兵士體系,無人平臺,并針對監控利用。

Bae Systems 的 HWK1411“鷹眼”BSI sCMOS 3.0 傳感器。圖片由Bae Systems 供給

 

另外,Hamamatsu 在本年早些時辰宣布了稱為定量 CMOS (qCMOS) 的下一代 CIS 的具體信息。據稱,內置于 ORCA-Quest 相機體系中的 qCMOS 可以或許或許利用業界搶先的 0.27 電子均方根讀出噪聲剖析光子計數。


懂得為甚么這兩種手藝對迷信或軍事界很首要,須要扼要概述曩昔幾十年的圖象傳感器手藝。


圖象傳感器手藝簡史

就在十多年前,電荷耦合器件(CCD) 手藝是前進前輩迷信成像手藝的首要挑選。但是,自 2009 年以來,迷信 CMOS 圖象傳感器手藝的前進在很大水平上使 CCD 裝備得寵。普通來講,sCMOS 手藝供給更低的噪聲、更高的幀速率和大視線。

迷信成像的手藝演化十年又十年。截圖由Hamamatsu 供給

 

雖然 CMOS 圖象傳感器的成長在 1990 年月起頭騰飛,但第一代 CMOS 手藝并不在量子效力 (QE) 上與 CCD 合作。 


但是,從 2011 年起頭,新一代 sCMOS 將 QE 前進了 72% - 82%,并將讀取噪聲下降到 sCMOS 在很多利用中跨越 CCD 的水平。最新的手藝,即所謂的第三代 sCMOS,使 CCD/EM-CCD 圖象傳感器的才能完整相得益彰。

利用轉動快門許可 sCMOS 具備更高的幀速率和更低的讀出噪聲。圖片由普林斯頓儀器公司供給


2021 年,跟著量子效力的前進和讀取噪聲的下降,通用 CMOS 傳感器圖象手藝可以或許成為sCMOS的適合替換品。兩個圖象傳感器之間的本錢身分可以或許是 10 倍,這使得 CMOS 成為較著的贏家,基于除最嚴酷的生物醫學圖象利用之外的一切本錢。 


此刻對CMOS的汗青有了更多的領會,讓咱們來看看Bae Systems最新的sCMOS。


Bae Systems 的 Hawkeye 完成出色的夜視才能

Hawkeye sCMOS 的分辯率為 1.6 兆像素 (1440 x 1104),最大幀速率為 120 fps。該體系具備 11 位的 ADC 分辯率和 8x、16x 和 32x 的可編程增益。


像素尺寸為 8.0 μm x 8.0 μm,聽說較大的像素尺寸可以或許下降噪聲,這是 sCMOS 手藝的根基請求。

HWK1411 子體系的高等圖。圖片由Bae Systems 供給 [PDF 下載]

 

該接口包羅一個 4 通道MIPI CSI-2輸出接口,以 1.5 Gbps/通道運轉,和一個 SPI 40 MHz 節制接口。Hawkeye 在 120 fps 下利用低于 750 mW,任務溫度規模為 -40 ℃ 至 +85 ℃(不然稱為產業利用)。


跟著 CMOS 手藝的改良,濱松憑仗其 qCMOS 傳感器成了一個里程碑。


Hamamatsu 的 qCMOS 宣稱 0.27e- 讀取噪聲

雖然 sCMOS 3.0 在 2018 年獲得了前進,讀出噪聲為 0.7 電子均方根值,但仍有更多任務要做。客歲 5 月,Hamamatsu 宣布了ORCA-Quest,這是其系列中第一款包羅新 qCMOS 圖象傳感器手藝的迷信相機。 

ORCA-Quest qCMOS 相機。圖片由濱松供給

 

聽說 ORCA-Quest 的讀出噪聲為 0.43 電子均方根(典范值),超靜音掃描可以或許或許到達 0.27 電子均方根。讀出噪聲是團圓光電子量化的關頭參數。 


濱松締造了 qCMOS 一詞來表現“光子數剖析”的才能,這象征著經由過程計較光電子來丈量光。


以下所示,對 0.5 個電子及以上的讀出噪聲,將落空檢測單個光電子的才能。 

光子的團圓檢測須要超低電子 (rms) 噪聲。圖片由濱松供給


跟著 qCMOS 架構的呈現,濱松持續鞭策 CMOS 手藝的立異和世代成長。與此同時,Bae Systems 正在為在迷信成像之外的范疇接納 sCMOS 手藝攤平途徑。 


除 sCMOS,到 2021 年,該行業還見證了用于浩繁利用的圖象傳感器手藝的前進。


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