OmniVision推出Nyxel近紅外技術(shù)

　　近日， OmniVision推出了Nyxel近紅外技術(shù)，在相同近紅外光量下成像更清晰;而且減少了對LED燈的需求，從而降低了功耗。它基于CMOS圖像傳感器技術(shù)，適用于低光、夜視等領(lǐng)域，諸如安防監控、機器視覺(jué)、無(wú)人機、AR/VR、汽車(chē)和醫療等領(lǐng)域。

　　為此，電子產(chǎn)品世界(EEPW)郵件采訪(fǎng)了首席技術(shù)官 Boyd Fowler先生。

　　EEPW：目前CMOS傳感器面臨哪些挑戰?

　　Boyd Fowler：由于客戶(hù)對于CMOS圖像傳感器的性能要求不斷提高以支持最新的成像應用，因此CMOS圖像傳感器正面臨著(zhù)多項挑戰。簡(jiǎn)而言之，我將著(zhù)重介紹我們不斷致力解決的三大挑戰。首先，一個(gè)重大的挑戰是從1.0μm到0.9μm及以下的像素縮放以增加空間分辨率，因為信噪比(SNR)的提高會(huì )對低光性能和色彩保真度產(chǎn)生不利的影響。其次在數字成像技術(shù)發(fā)展中，一個(gè)長(cháng)久以來(lái)的挑戰是如何在不降低圖像質(zhì)量或分辨率的情況下，可以在許多不同的應用中(特別是夜視和低光攝影)改善低光性能。最后，以電池供電的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設備的增長(cháng)衍生出了一項特別的挑戰，因為這些設備需要看似相互矛盾的兩項功能：超低功耗和卓越的成像性能。這其中任何一項挑戰都需要創(chuàng )新的圖像傳感器技術(shù)，并且能夠以最高的效率捕獲并產(chǎn)生最佳的圖像數據。在OmniVision，我們與業(yè)界的合作伙伴密切合作開(kāi)發(fā)最先進(jìn)的CMOS圖像傳感器及其配套芯片，在安防監控、機器視覺(jué)、汽車(chē)和醫療市場(chǎng)等多個(gè)領(lǐng)域內得到廣泛的應用。

　　EEPW：近紅外(NIR)技術(shù)應用于CMOS傳感器有哪些優(yōu)點(diǎn)?

　　Boyd Fowler：采用近紅外(NIR)技術(shù)可以實(shí)現CMOS圖像傳感器在兩個(gè)重要領(lǐng)域的應用。 第一個(gè)領(lǐng)域是機器視覺(jué)，近紅外(NIR)是人肉眼看不見(jiàn)的光線(xiàn)，但可以用于照亮物體。 由于NIR位于人眼可見(jiàn)的光譜之外，因此可以避免造成對周?chē)h(huán)境的干擾。機器視覺(jué)應用 - 如先進(jìn)駕駛輔助系統(ADAS)、增強和虛擬現實(shí)(AR/VR)、以及面部識別認證 – 都要求高效節能的先進(jìn)數字成像能力，可以在低光(或者無(wú)光)條件下提供更好和更遠距離的成像。盡管在某些應用中仍然需要低級別的LED來(lái)增加NIR，但是與高功耗的LED相比，它們功耗更小并且不太可能對用戶(hù)產(chǎn)生干擾。

　　此外，近紅外(NIR)是低光和夜視應用的理想選擇，例如智能家居安防監控系統或環(huán)視汽車(chē)成像系統。夜空中的NIR光子比可見(jiàn)光子更多，因此NIR技術(shù)在這些情況下捕獲的圖像有更高的分辨率。例如，以NIR技術(shù)為基礎的成像系統可以捕獲更清晰的家庭入侵者的圖像，或者可以在A(yíng)DAS系統中呈現更清晰的大面積場(chǎng)景。

　　EEPW：在CMOS傳感器中采用近紅外(NIR)技術(shù)的技術(shù)挑戰是什么?

　　Boyd Fowler：近紅外(NIR)成像系統的有效范圍與其靈敏度直接相關(guān)，并由兩個(gè)關(guān)鍵性的測量參數所確定：量子效率(QE)和調制傳遞函數(MTF)。 圖像傳感器的QE代表其捕獲光子與其中轉換為電子的比率。QE越高，NIR照明所能達到的距離越遠，并且圖像亮度越高。MTF所測量的是在特定的分辨率下圖像傳感器將成像物的對比度傳送到圖像中的能力。 MTF越高，圖像越清晰。

　　100%的QE代表所捕獲的所有光子都轉換為電子，實(shí)現了最佳圖像亮度。目前，最好的NIR傳感器技術(shù)僅可以實(shí)現58%的QE，并且由于它們僅依靠厚硅技術(shù)提高QE所以只能達到≤800nm的靈敏度。但該技術(shù)會(huì )造成串擾并降低MTF。采用深槽像素隔離(DTI)技術(shù)來(lái)嘗試解決這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候通常會(huì )造成破壞圖像暗區的缺陷。因此，成功實(shí)施近紅外(NIR)技術(shù)的挑戰是需要找到一種方法：在改善QE的同時(shí)盡量不降低MTF，并且盡量不增加暗電流，從而將靈敏度提高到≥850nm。

　　EEPW：近紅外(NIR)技術(shù)通?？梢栽鰪姅z像頭的“夜視”能力。 那么近紅外(NIR)技術(shù)會(huì )降低圖像分辨率和質(zhì)量嗎?

　　Boyd Fowler：OmniVision的Nyxel?近紅外技術(shù)是為了保持夜視圖像的空間分辨率而特別設計的，可以在低光條件下拍攝十分清晰的圖像。首先，使用先進(jìn)的300mm代工工藝實(shí)現擴展的深槽像素隔離(extended DTI)技術(shù)，以在相鄰像素之間建立氧化硅屏障，這會(huì )改變氧化物和硅之間的折射率，從而在同一像素內產(chǎn)生光學(xué)約束。采用常規DTI時(shí)，深槽的寬度會(huì )隨著(zhù)槽深而變寬，相反，采用擴展DTI技術(shù)時(shí)可以保持深槽的寬度不變，可以協(xié)助約束光子。

　　其次，在芯片表面建立一個(gè)吸收結構— 類(lèi)似于太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝中采用的金字塔結構—用以形成一個(gè)散射光學(xué)層。該散射層的精密生產(chǎn)可以防止圖像暗區出現缺陷，并進(jìn)一步增加光子在硅晶中的路徑長(cháng)度。 因為結構的形狀使得光線(xiàn)不能直上直下，所以光線(xiàn)在硅晶中的路徑變得更長(cháng)。這是通過(guò)分流光波路線(xiàn)并形成散射來(lái)影響光子的路徑長(cháng)度。最終的結果是光線(xiàn)像乒乓球一樣在結構周?chē)磸?，從而提高了吸收的可能性?/p>

　　確保結構擁有精確的角度對于散射光學(xué)層的有效性至關(guān)重要。 如果角度有誤，則會(huì )導致光子反射到相鄰像素中，而非按要求反射到同一像素中。

　　EEPW：隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機和VR等新應用的開(kāi)發(fā)，CMOS傳感器市場(chǎng)也在不斷擴大。近紅外(NIR)技術(shù)是否也適合于這些新興的應用?

　　Boyd Fowler：近紅外(NIR)技術(shù)對于機器視覺(jué)應用(如IoT和AR / VR)至關(guān)重要。在這些應用中，近紅外(NIR)能夠主動(dòng)照亮場(chǎng)景而不對用戶(hù)產(chǎn)生干擾。因此，結構光、有源立體聲和低光照相系統都需要對NIR敏感的傳感器。然而，嵌入機器視覺(jué)應用的AR/VR和IoT產(chǎn)品對于近紅外(NIR)的應用技術(shù)性能提出了很高的要求，目前的NIR技術(shù)還不能滿(mǎn)足這些需求。這就是為什么OmniVision與其代工合作伙伴合作開(kāi)發(fā)其專(zhuān)有的Nyxel技術(shù)。

　　與上一代具有近紅外(NIR)功能的OmniVision傳感器相比， Nyxel結合了厚硅與擴展DTI技術(shù)，并采用光散射層處理表面紋理，從而讓采用了該技術(shù)的CMOS圖像傳感器可以實(shí)現高達3倍的QE提升，達到850nm的NIR靈敏度，同時(shí)也不影響其他圖像質(zhì)量指標。采用該技術(shù)的傳感器可提供更好的圖像質(zhì)量，并需要更少的光和電源輸入，從而滿(mǎn)足AR/VR和IoT應用中先進(jìn)機器視覺(jué)的新要求。

　　EEPW：OVT是否在其CMOS傳感器中采用了NIR技術(shù)?可以分享貴公司的新產(chǎn)品和新技術(shù)嗎?

　　Boyd Fowler：OmniVision目前有幾個(gè)正在致力于開(kāi)發(fā)Nyxel技術(shù)產(chǎn)品的項目。這些產(chǎn)品在初期將針對安防監控和機器視覺(jué)市場(chǎng)，因為它們可以高度地發(fā)揮Nyxel的技術(shù)優(yōu)勢。

　　對于安防監控，OmniVision計劃以Nyxel技術(shù)為平臺推出一個(gè)全新的傳感器系列。最終在未來(lái)幾代的監控產(chǎn)品中，OmniVision將會(huì )采用不同的解決方案和形式來(lái)整合這項技術(shù)。公司正與業(yè)界一流的監控攝像機制造商密切合作開(kāi)發(fā)這些采用Nyxel技術(shù)的圖像傳感器，它們將為客戶(hù)提供卓越的低光性能和清晰的圖像，同時(shí)降低整體系統成本。

　　此外，OmniVision計劃在機器視覺(jué)全局快門(mén)傳感器中采用Nyxel平臺。第一個(gè)產(chǎn)品將面向消費類(lèi)電子市場(chǎng)。消費者對于低功耗、小尺寸以及系統成本低的設備有很多需求，相信采用Nyxel技術(shù)的新型機器視覺(jué)傳感器系列將滿(mǎn)足所有的要求，因為該技術(shù)可以提高QE性能但不會(huì )降低MTF。OmniVision正在與主要客戶(hù)合作，因此第一代機器視覺(jué)傳感器將為不同的消費市場(chǎng)推出。

　　展望未來(lái)，隨著(zhù)CMOS生產(chǎn)工藝持續快速地發(fā)展以及對先進(jìn)技術(shù)的需求，預期Nyxel技術(shù)將會(huì )被用于其他應用領(lǐng)域，如汽車(chē)和醫療市場(chǎng)。預期在眾多的市場(chǎng)中，Nyxel都會(huì )在OmniVision未來(lái)數代產(chǎn)品的規劃中擔任主導角色。