虽然根据CMOS技能的图画传感器在许多运用中已得到广泛运用,但一些要求苛刻的工业成像运用仍需求CCD图画传感器独有的功能。
举一个比如,要害的平板显现器生产线终端检测依然首要由选用CCD的相机来履行,因为它们能供给高分辨率和超卓的图画均匀性,这是现在CMOS图画传感器技能无法供给的。
这一类的检测一般由运用根据安森美半导体的2900万像素(Mp),35 mm光学格局的KAI-29050图画传感器等器材的相机来履行。但是,平板显现器分辨率越来越高,用来检测它们的相机分辨率也需求相应的前进。为满意这一需求并保存规范的35 mm光学格局,需求既能减小像素尺度,一起又能保存运用所需的要害功能和图画均匀性标准的全新像素规划。
对高功能、高分辨率成像的需求
现在,成像推动了工业运用的生产力效益,从交通监控、车牌辨认,到条形码扫描、机器人引导、机器视觉等等。虽然每种运用都有其共同的需求(一些需求高帧速率,另一些需求宽动态规模、微光灵敏度或某个不同的要害参数),一些运用首要需求第一流其他图画细节,要求开发具有十分高分辨率的图画传感器。
一个很好的比如是平板显现器的生产线终端检测,这个流程是要承认每个显现像素中红、绿和蓝三个子元素都能正常作业。跟着显现器的运用在移动设备、平板电脑、电视机、车辆、监控器等更多领域中不断扩展,这些显现器的分辨率也在不断前进,从1080p到4k/超高清,乃至更高。这对在制作过程中用于监测这些显现器的相机提出了共同的要求,它需求供给能够分化显现器中存在的附加像素和子结构所需的细节,而无需献身该运用所需的图画质量和均匀性。
图1:用相机检测平板显现器
高分辨率成像的其它比如还包含高端监控(以满意扩大任何一个方位的分辨率收集宽广视域图画)和航拍(更高的分辨率可供给额定的成像细节,或让飞机能够飞得更高并削减飞翔次数)。但是在一切这些比如中,运用不只需求十分高的分辨率,并且还需求十分高的图画质量,可经过图画均匀性、噪声、动态规模等标准来衡量。
鉴于这种归纳需求,这套运用一直以来凭仗根据Interline Transfer CCD(ITCCD)技能的图画传感器,即便扩展到大的光学格局,它也能保存要害的成像功能参数。这一技能能够以十分高的图画均匀度捕获图画,且真实的大局快门规划能够捕获运动场景,而不会引进成像伪影。此外,该技能可供给宽曝光规模和低暗电流,能够完成从几微秒到一秒或更长时刻规模内的图画曝光。
Interline Transfer CCD技能用于开发高分辨率、大格局图画传感器已超越15年,其分辨率随市场需求逐步前进。例如,2003年的KAI-11000图画传感器以35 mm光学格局供给1100万像素的分辨率;但到2011年,这种相同的光学格局简直可支撑三倍的分辨率。
图2:35 mm光学格局下ITCCD分辨率的前进
在保存光学格局的一起前进分辨率的这种前进,关于完成这些运用中选用相机的简化的现场晋级十分重要,因为在布置更高分辨率的相机时,相机的放置方位和镜头都无需变化。
苛刻要求带来严重规划应战
为了在保存35 mm光学格局的一起,将器材(例如KAI-29050)的分辨率从现有的2900万像素继续前进,就需求更小的像素格局,以便将更多像素放置于给定区域中。但为一起保存这一较小像素中的要害成像参数,如图画均匀性、动态规模和底噪,除了简略地缩小尺度外,还需求前进像素规划。
图3:规划应战
跟着器材中像素的添加,除非器材的输出带宽能够添加,不然整体帧速率将会下降(这或许也是某些运用所需求的)。保持与当时传感器和相机的向后兼容关于协助相机制作商和终端客户简化所需的晋级途径以支撑并选用新器材至关重要。
35 mm光学格局高功能ITCCD传感器
安森美半导体的KAI-43140图画传感器供给了怎么满意这些规划应战,以35 mm格局为要求苛刻的运用供给更高分辨率的典范。新器材选用全新的4.5 µm ITCCD像素,以35 mm光学格局供给4300万像素,相较于广泛运用的2900万像素KAI-29050,分辨率添加了50%。但是,即便选用这种较小的像素尺度,要害的成像功能水平任然得以保存(包含高拖尾按捺和超越60dB的线性动态规模),并且经过选用先进工艺规划,消除整个类别下的均匀性伪影,图画均匀性得到实践的前进。
更新了的输出扩大器可将4分接头器材的带宽添加50%,虽然分辨率前进,却仍可供给与2900万像素器材相同的终究帧速率。因为KAI-43140仍根据ITCCD技能,因而它保存了电子快门和广泛曝光支撑等特性,这些都是该技能的标志性特性。
重要的是,KAI-43140选用与KAI-29050相同的封装,让当时的相机规划仅需稍作电气改变即可支撑新器材。这大大下降了相机制作商的规划危险,并使他们能够以更低的本钱更快地将具有更高分辨率和功能的相机投入市场。
总结
开发满意高档工业运用苛刻要求的成像传感器,需求的远不止简略地将更多像素“拽”到更小的封装中。经过选用先进的像素规划,能够在给定光节点供给更高的分辨率而无需献身所需的功能。
图4:安森美半导体的大格局ITCCD图画传感器
但是即便有了这些前进,重要的是要认识到“最新”的成像器材并不一定是适用于一切运用的“最佳”器材(即便是针对需求十分高分辨率的运用)。不只针对分辨率具有不同的挑选,并且针对光灵敏度、动态规模、帧速率、乃至价格等参数具有不同的挑选关于确认最合适某个给定运用的图画传感器(和成像技能)是至关重要的。这凸显了具有广泛器材产品阵型的重要性(即便是专心于一组特定的运用,如需求十分高的分辨率),并强调了运用Interline Transfer CCD等技能继续开发全新产品的需求。