針對(duì)工業(yè)及醫(yī)療等應(yīng)用的安森美半導(dǎo)體CMOS圖像傳感器方案

近年來(lái)，隨著CMOS工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，CMOS傳感器的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，包括數(shù)碼相機(jī)、電腦攝像頭、視頻電話、手機(jī)、視頻會(huì)議、智能型安保系統(tǒng)、汽車倒車視像雷達(dá)、玩具，以及工業(yè)、醫(yī)療等應(yīng)有盡有。實(shí)際上，CMOS圖像傳感器最初應(yīng)用于工業(yè)圖像處理；在那些旨在提高生產(chǎn)率、質(zhì)量和生產(chǎn)工藝經(jīng)濟(jì)性的全新自動(dòng)化解決方案中，它至今仍然是至關(guān)重要的圖像解決方案。

安森美半導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)及定制CMOS圖像傳感器方案
隨著應(yīng)用要求的不斷提升，CMOS傳感器的成像質(zhì)量也在不斷提高，安森美半導(dǎo)體利用其在這一領(lǐng)域的專利技術(shù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，以創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)出了高性能CMOS有源像素傳感器等多種產(chǎn)品。

過(guò)去15年來(lái)，安森美半導(dǎo)體一直在為數(shù)百萬(wàn)像素?cái)?shù)碼攝影、達(dá)晶圓級(jí)的大面積傳感器、超高速傳感器、機(jī)器視覺(jué)成像、線性和二維條碼成像、醫(yī)用X射線成像、單芯片一體化攝像機(jī)，以及太空和核應(yīng)用的抗輻射CMOS圖像傳感器提供行之有效的解決方案。

1) 標(biāo)準(zhǔn)圖像傳感器
新興應(yīng)用需求的不斷增長(zhǎng)為精心設(shè)計(jì)的CMOS圖像傳感器帶來(lái)了眾多商機(jī)。除此高端機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用，二維(2D)條形碼閱讀器、高端保安攝像方案以及新興的智能交通管理系統(tǒng)(ITS)的市場(chǎng)也在迅速擴(kuò)大。安森美半導(dǎo)體新的VITA系列能滿足這些新市場(chǎng)的需求。VITA提供可配置性、靈活性和操作方便性。

圖1、VITA25K 2,500萬(wàn)像素、53 fps全局快門CMOS圖像傳感器示例

VITA系列CMOS圖像傳感器采用可配置操作模式，易于操作，提供帶雙斜率讀數(shù)的流水線型和觸發(fā)式全局快門、帶相關(guān)雙采樣(CDS)的滾動(dòng)快門、LVDS或CMOS輸出、10位或8位精度、多個(gè)并行窗口讀數(shù)等特性。應(yīng)用范圍包括機(jī)器視覺(jué)、條形碼、智能交通管理系統(tǒng)(ITS)和運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)(motion monitoring)。

安森美半導(dǎo)體的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖像傳感器系列是LUPA。該系列是高速CMOS圖像傳感器的深入研發(fā)和豐富經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶。LUPA器件提供的分辨率高達(dá)2048 × 2048，幀速率最高達(dá)500 fps。這些器件的功耗低至150 mW，完全沒(méi)有光暈(Blooming)或滯后，為高度可靠、高靈敏度圖像傳感器創(chuàng)建了一個(gè)完善的基礎(chǔ)。LUPA系列包含LUPA 300、LUPA 1300-2、LUPA 3000和LUPA 4000。

LUPA實(shí)現(xiàn)了前所未有的靈敏度，具有百萬(wàn)像素系列圖像傳感器的分辨率，其它特性包括低功耗、無(wú)光暈或圖像滯后、采用流水線式全局快門，可廣泛應(yīng)用于高速機(jī)器視覺(jué)、工業(yè)成像、醫(yī)療成像、國(guó)防和運(yùn)動(dòng)分析等領(lǐng)域。

另外一個(gè)CMOS標(biāo)準(zhǔn)圖像傳感器的系列是IBIS，包括IBIS4和IBIS5圖像傳感器。IBIS4圖像傳感器的特點(diǎn)是圖像質(zhì)量高、三晶體管(3T)像素、滾動(dòng)快門、高填充因數(shù)和用來(lái)提高動(dòng)態(tài)范圍的雙斜率讀數(shù)。IBIS5 CMOS圖像傳感器進(jìn)過(guò)優(yōu)化，是專門為機(jī)器視覺(jué)相機(jī)而開(kāi)發(fā)的。

圖2、IBIS系列圖像傳感器

IBIS4的像素分辨率高達(dá)1,400萬(wàn)，圖像質(zhì)量高，具有滾動(dòng)快門和靈活的窗口和多斜率功能；IBIS5采用觸發(fā)式全局快門，操作模式靈活，具有靈活的窗口和多斜率功能。它們的應(yīng)用包括機(jī)器視覺(jué)、生物測(cè)量和文檔掃描等。

安森美半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)系列的STAR圖像傳感器系列，是開(kāi)發(fā)抗輻射CMOS像素和讀出電子產(chǎn)品過(guò)程中廣泛研究和輻照實(shí)驗(yàn)的成果。這些結(jié)構(gòu)的總輻照劑量高達(dá)300 krad?？馆椛銫MOS圖像傳感器可以在輻射環(huán)境下發(fā)揮重要的作用，而普通CMOS或CCD成像無(wú)法做到這一點(diǎn)，而使用CRT顯像管又太昂貴、過(guò)重或體積過(guò)大。STAR系列包括三個(gè)產(chǎn)品：STAR 250、STAR 1000和HAS2，每個(gè)產(chǎn)品都有自己獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。

總體上講，STAR高達(dá)100萬(wàn)像素分辨率，具有高抗輻射、高靈敏度、低噪聲的優(yōu)勢(shì)；可以應(yīng)用在太空科學(xué)、核檢驗(yàn)、星跟蹤器和太陽(yáng)傳感器等方面。

2) 定制圖像傳感器
安森美半導(dǎo)體還提供定制和針對(duì)特定應(yīng)用的CMOS圖像傳感器，通過(guò)開(kāi)發(fā)具有最先進(jìn)性能的產(chǎn)品，幫助合作伙伴領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。定制設(shè)計(jì)可根據(jù)內(nèi)部開(kāi)發(fā)的參數(shù)功能塊或采用全新的方法實(shí)現(xiàn)前所未有的性能和功能。

安森美半導(dǎo)體的專利設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有助于優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)，并與客戶的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)完美契合。像素的大小、形狀和速度、飽和度和噪聲水平、動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度、輸出和幀速率都可以根據(jù)每個(gè)客戶的需求來(lái)設(shè)定。

定制解決方案充分考慮了規(guī)格的靈活性，可實(shí)現(xiàn)最終應(yīng)用的關(guān)鍵差別化，保證整個(gè)產(chǎn)品壽命期的有效性；高層次的架構(gòu)和操作靈活性可以提高性能。定制方案的應(yīng)用包括高分辨率攝影、高速成像、條形碼閱讀、機(jī)器視覺(jué)、醫(yī)療成像，尤其是需要低功耗、智能傳感或抗輻射的陣列或線性傳感器解決方案的任何應(yīng)用。

安森美半導(dǎo)體為客戶提供的典型自定義設(shè)計(jì)周期流程是客戶提出最初需求，然后由安森美半導(dǎo)體提出建議，再經(jīng)過(guò)預(yù)先研究、產(chǎn)品定義、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)審查、原型制造、裝配和功能測(cè)試、原型、性能表征、性能表征報(bào)告等過(guò)程，最后做出生產(chǎn)規(guī)劃和生產(chǎn)計(jì)劃，進(jìn)行預(yù)生產(chǎn)和投產(chǎn)。

總結(jié)
安森美半導(dǎo)體提供對(duì)多重終端市場(chǎng)的完整的一維和二維CMOS圖像傳感器產(chǎn)品，其中既有系列標(biāo)準(zhǔn)圖像傳感器，也有定制及專用產(chǎn)品。標(biāo)準(zhǔn)系列包括最高像素2,500萬(wàn)、提供10位或8位精度的VITA系列，能以數(shù)百萬(wàn)像素分辨率提供最高500 fps幀速率的LUPA系列，提供最高1,400萬(wàn)像素分辨率及高圖像質(zhì)量的IBIS系列，以及抗輻射及提供高靈敏度的STAR系列。此外，安森美半導(dǎo)體為客戶提供定制及專用CMOS圖像傳感器，幫助客戶以獨(dú)特產(chǎn)品及一流性能領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。今后，數(shù)百萬(wàn)像素?cái)?shù)碼攝影及電影攝影、機(jī)器視覺(jué)、線性及二維條形碼成像、工業(yè)及醫(yī)療成像、生物測(cè)定及計(jì)算及軍事/航空市場(chǎng)將會(huì)有更多應(yīng)用采用安森美半導(dǎo)體的圖像傳感器。