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工业及医疗等应用的CMOS图像传感器方案详解

2011-10-27 16:21
月城清浅
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  近年来,随着CMOS工艺技术的不断改进,CMOS传感器的应用范围也越来越广泛,包括数码相机、电脑摄像头、视频电话、手机、视频会议、智能型安保系统、汽车倒车视像雷达、玩具,以及工业、医疗等应有尽有。实际上,CMOS图像传感器最初应用于工业图像处理;在那些旨在提高生产率、质量和生产工艺经济性的全新自动化解决方案中,它至今仍然是至关重要的图像解决方案。

 

  安森美半导体的标准及定制CMOS图像传感器方案

 

  随着应用要求的不断提升,CMOS传感器的成像质量也在不断提高,安森美半导体利用其在这一领域的专利技术和丰富的经验,以创新的设计,采用标准CMOS工艺技术开发出了高性能CMOS有源像素传感器等多种产品。

  过去15年来,安森美半导体一直在为数百万像素数码摄影、达晶圆级的大面积传感器、超高速传感器、机器视觉成像、线性和二维条码成像、医用X射线成像、单芯片一体化摄像机,以及太空和核应用的抗辐射CMOS图像传感器提供行之有效的解决方案。

  1)标准图像传感器

  新兴应用需求的不断增长为精心设计的CMOS图像传感器带来了众多商机。除此高端机器视觉应用,二维(2D)条形码阅读器、高端保安摄像方案以及新兴的智能交通管理系统(ITS)的市场也在迅速扩大。安森美半导体新的VITA系列能满足这些新市场的需求。VITA提供可配置性、灵活性和操作方便性。

 

  

  图1、VITA25K 2,500万像素、53 fps全局快门CMOS图像传感器示例

 

  VITA系列CMOS图像传感器采用可配置操作模式,易于操作,提供带双斜率读数的流水线型和触发式全局快门、带相关双采样(CDS)的滚动快门、LVDS或CMOS输出、10位或8位精度、多个并行窗口读数等特性。应用范围包括机器视觉、条形码、智能交通管理系统(ITS)和运动监测(motion monitoring)。

  安森美半导体的另一个标准图像传感器系列是LUPA。该系列是高速CMOS图像传感器的深入研发和丰富经验的结晶。LUPA器件提供的分辨率高达2048 × 2048,帧速率最高达500 fps。这些器件的功耗低至150 mW,完全没有光晕(Blooming)或滞后,为高度可靠、高灵敏度图像传感器创建了一个完善的基础。LUPA系列包含LUPA 300、LUPA 1300-2、LUPA 3000和LUPA 4000。

  LUPA实现了前所未有的灵敏度,具有百万像素系列图像传感器的分辨率,其它特性包括低功耗、无光晕或图像滞后、采用流水线式全局快门,可广泛应用于高速机器视觉、工业成像、医疗成像、国防和运动分析等领域。

  另外一个CMOS标准图像传感器的系列是IBIS,包括IBIS4和IBIS5图像传感器。IBIS4图像传感器的特点是图像质量高、三晶体管(3T)像素、滚动快门、高填充因数和用来提高动态范围的双斜率读数。IBIS5 CMOS图像传感器进过优化,是专门为机器视觉相机而开发的。

 

  

  图2、IBIS系列图像传感器

 

  IBIS4的像素分辨率高达1,400万,图像质量高,具有滚动快门和灵活的窗口和多斜率功能;IBIS5采用触发式全局快门,操作模式灵活,具有灵活的窗口和多斜率功能。它们的应用包括机器视觉、生物测量和文档扫描等。

  安森美半导体标准系列的STAR图像传感器系列,是开发抗辐射CMOS像素和读出电子产品过程中广泛研究和辐照实验的成果。这些结构的总辐照剂量高达300 krad。抗辐射CMOS图像传感器可以在辐射环境下发挥重要的作用,而普通CMOS或CCD成像无法做到这一点,而使用CRT显像管又太昂贵、过重或体积过大。STAR系列包括三个产品:STAR 250、STAR 1000和HAS2,每个产品都有自己独到的优势。

  总体上讲,STAR高达100万像素分辨率,具有高抗辐射、高灵敏度、低噪声的优势;可以应用在太空科学、核检验、星跟踪器和太阳传感器等方面。

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