Оптические модули

Ускорение жизненного цикла продуктов и увеличение числа вариантов использования систем машинного зрения не оставляют производителям систем машинного зрения иного выбора, кроме как инвестировать меньше времени и денег в новые разработки и сосредоточиться на их добавленной стоимости.

В сентябре 2022 года Teledyne e2v выпустила Optimom 2M, первый в линейке модулей MIPI CSI-2, предназначенный для решения этой самой проблемы. Модуль объединяет последние инновации в области обработки изображений и оптики в одно готовое решение для обработки изображений путем установки на плату запатентованного датчика изображения с фиксированным объективом и дополнительной технологией линз Multi Focus. Но что это за инновации и как они работают? Какие преимущества они приносят системам на основе машинного зрения?

Модуль Optimom 2M оснащен Topaz 2M, 2-мегапиксельной CMOS-матрицей с глобальным затвором, которая сочетает в себе множество инноваций, от структуры пикселей до упаковки, вплоть до самой конструкции чипа.

В мире, где чистое качество продукта будет единственным фактором при разработке продукта, производители систем машинного зрения будут выбирать максимально возможный пиксель, чтобы максимизировать чувствительность и насыщенность устройства. Однако в реальном мире, где деньги, занимаемая площадь и энергопотребление играют важную роль, производители систем технического зрения должны сбалансировать свое желание максимизировать оптические характеристики системы в рамках ограничений по размеру и стоимости, ища датчики изображения с оптимальными электрооптическими характеристиками. , который все еще может соответствовать определенному оптическому формату.

В зависимости от целевого оптического формата максимально приемлемый размер пикселя может стать технологической проблемой. Кроме того, переход от одного оптического формата к меньшему (например, с 1,1 дюйма на 1 дюйм) часто подразумевает значительное уменьшение шага пикселя, как показано на рисунке 2.

Топаз 2М имеет самый маленький в мире пиксель с глобальным затвором, что позволяет использовать его с компактными и недорогими объективами 1/3 дюйма, сохраняя при этом максимальную чувствительность и соотношение сигнал/шум. Этот пиксель, разработанный литейным цехом TowerJazz с использованием 65-нм технологии, позволяет выполнять операцию глобального затвора на небольшом квадрате размером 2,5 мкм за счет использования концепции общей структуры пикселей. В случае датчика Топаз 2М была принята общая пиксельная структура 8T, при этом восемь транзисторов используются двумя пикселями по диагонали, тем самым сочетая в себе расширенные функции пиксельных структур 6T, такие как внутрипиксельное уменьшение (также известное как CDS или Correlated Double). Выборка) и улучшенная чувствительность 4Т-структур, в которых поверхность каждого пикселя занимают всего четыре транзистора.

Помимо этой структуры, датчик Топаз 2М и модуль Оптимом 2М обладают улучшенной чувствительностью благодаря революционной структуре оптического стека поверх пикселя. Пиксель оптимизирует шаг пикселя с помощью верхней линзы без зазоров, чтобы избежать потерь света и нежелательных отражений, но настоящее изобретение заключается в так называемой архитектуре «двойной световой трубы», которая напрямую направляет свет на фотодиод через микрооптические волокна, созданные в оптический блок датчика, который играет с материалами с разными коэффициентами отражения.

Изображение, показанное на рисунке 3, представляет собой поперечный вид оптического стека, встроенного в продукты.

Помимо оптимизации размера пикселей и оптической структуры, датчики изображения теперь также могут воспользоваться преимуществами технологий упаковки, позволяющими снизить стоимость, вес и занимаемую площадь датчика. В течение нескольких лет технологии упаковки на уровне пластин переживают бум на рынке, особенно для потребительских приложений, таких как мобильные, автомобильные или носимые устройства.

Хотя корпуса Ceramic Land Grid Array (CLGA) используются в промышленности уже много лет, последние технологические достижения в уменьшении размера пикселей открыли двери для корпусов уровня пластин, даже для датчиков изображения более высокого класса, предназначенных для промышленного контроля. логистика или робототехника. Корпуса CLGA требуют индивидуальной упаковки кристалла в керамическую структуру с расположенными сзади площадками для подключения к сенсорной плате, тогда как корпуса уровня пластины производятся партиями пластин.