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，同時捕捉可見光和不可見光。
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。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。
簡而言之，圖像傳感器將光作為輸入并將其轉(zhuǎn)換為電信號。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PN結(jié)。如圖所示，當(dāng)入射光撞擊它時，它開始產(chǎn)生電子-空穴對，從而傳導(dǎo)電流。
光電二極管原理圖符號和橫截面。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。每個像素的光被分組以產(chǎn)生整個圖像。
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，然后將其發(fā)送到處理電路以獲得捕獲的圖像。
為了簡要了解圖像傳感器技術(shù)在整個行業(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)洹CD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，并且對于CCD系統(tǒng)而言，令人驚訝的是只需用一個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發(fā)生器，可最大程度地減少與其并排的組件。
TCD1105GFG包含一個內(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)。
該尺寸還可以通過將彼此相鄰的相同顏色濾光的四個像素進(jìn)行分組來提高光敏性，這與標(biāo)稱RGB方法不同，后者將三個不同顏色的LED彼此相鄰放置。這將允許四個像素充當(dāng)一個較大的像素，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
該傳感器能夠通過使用一個像素的光電二極管對來主動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)開發(fā)了所有像素。
該傳感器為四個微型像素提供了一個曝光時間不同的單個像素，這將使它們能夠更好地檢測陰影和其他細(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）以及可見光。特別是，新的索尼圖像傳感器可以感應(yīng)波長在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)來做到這一點(diǎn)，在這種技術(shù)中，他們在構(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。
雖然通常需要多臺攝像機(jī)才能在此大波長范圍內(nèi)拍攝圖像，但Sony的新型傳感器可以用一臺攝像機(jī)完成。
IMX990 SWIR圖像傳感器。圖片由Sony提供
IMX990和IMX991這兩個傳感器的對角線尺寸分別為8.2 mm和4.1 mm，分別為1.34MP和0.34MP。兩個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，占地面積和整個系統(tǒng)的整體功耗。
五、結(jié)語
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，還是在廣泛的可見光和不可見光范圍內(nèi)拍攝了精確的圖像，等等。
盡管用途千差萬別，很難對這些傳感器進(jìn)行一對一比較，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，而東芝只需要一個電源就優(yōu)化了CCD電路拓?fù)洹?
