CMOS传感器

2014-08-09 admin1 382

       CMOS发展的未来

 

  从两种类型的传感器类型来看,CMOS在不改造制造流水线的情况下就能克服高像素制造工艺的困难,而且像素的提升也要比CCD来得稍微容易些。生产流水线正是CCD制造的软肋,随着CCD尺寸的增加,其生产线也往往要做相应的调整,因此这也是高像素CCD国际市场千颗售价高居不下的原因。基本上在CMOS方面像素数的提升与影响传感器尺寸的增加是相辅相成的,不至于出现此时CCD中出现的一幕——800万像素还在使用500万像素的2/3英寸框架这种啃老本的情况,故宽容度、信噪比等各方面都比小尺寸的CCD来的优越,这也正是800万像素CCD至今无法运用到DSLR机身中的原因之一。

 

  开发使用CMOS当初只是佳能公司为了不受制于人的一个缓解之计,现在看来CMOS真的演绎了丑小鸭变白天鹅的神话。纵观目前安防市场上网络摄像机特别是高清网络摄像机,绝大部分都是采用CMOS的机型,像素数基本分为30万、130万、200万及500万象素。

 

  由于CMOS品质的不断提升,生产成本的大幅度下降,CMOS已经占了半壁江山,更有取代CCD之势。

 

  滤光片的作用

 

  镀膜和蓝玻璃的作用

 

  红外发射二级管——红外灯是由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓)制成PN结,外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830~950nm,半峰带宽约40nm左右,它是窄带分布于近红外光谱波段范围内,为普通CCD和CMOS可感受的范围。这样,不论在白天还是在夜晚,都能进行实时监控。由于任何在绝对零度(-273℃)以上的物体都对外发射红外线,也就是说在白天,CCD或CMOS同时感应到可见光和红外光,根据光的折射原理和定律可得出:波长越长,折射率越小;波长越短,折射率越大。因此,当这些光线同时进入摄像机镜头,被镜头透镜折射后,可见光和红外光就会在不同的靶面成象,而可见光的成像为彩色图像、红外光的成像为灰度图像,当我们将可见光所成图像调试好,也就是所谓镜头后焦调整和聚焦,这时红外光就会在这个靶面形成虚像,从而影响图象的颜色和质量。对此,我们可以用镀膜的方法或蓝玻璃来滤除红外光,还原物体的真实颜色,从而解决图像色彩失真的问题。

 

  镀膜分真空镀膜和化学镀膜两种,化学镀膜是将石英片侵入溶剂中加以电镀,成本低但镀膜厚度不均匀且容易脱落,真空镀膜是用真空蒸镀法,镀膜厚度均匀且不容易脱落,但成本较高。这两种我们都称之为IRCoating。IRCoating能滤除特定波长(如650nm以上)的光,能够满足一般要求不高的CCD摄像机的要求;而对于不同品牌、规格、型号的CMOS,由于存在红外半峰带宽的问题,它们感应红外光的条件是不一样的,因此必须针对每一款产品,镀与之相适应、截止不同波长波段的膜,以达到最佳效果。蓝玻璃是用“吸收”的方式过滤红外光,可过滤630nm波长以上的光,并且过滤比较彻底;而IRCoating镀膜是用“反射”的方式滤掉红外光,而反射光容易造成干扰,因此,蓝玻璃是比较好的选择,但蓝玻璃不能单独长时间保存和使用,因为在切割、打磨抛光加工过程中,蓝玻璃表面物理层被破坏,就会产生析晶(俗称发霉),因此,我们一般常用两片水晶夹一片蓝玻璃,这样,既解决了蓝玻璃析晶,又提高了图像的清晰度。有时,在实际应用中遇到需滤除强光照射的情况,例如汽车大灯(远光灯)灯光的强光对摄像机CCD具有强烈影响,必须滤除这部分光,才能使强光周围物体清晰成像。我们可以改变膜系或材料,使强光所在波长范围的光全部滤除以达到目的,这就是黑玻璃。黑玻璃有透红外的,也有透紫外的。

 

  另外,滤光片并不是完全透光的,还需要加上所谓的ARCoating的镀膜,目的是增加透光率,因为光线在透过不同介质(比如从空气进入石英片)时,会产生部分的折射和反射,ARCoating具有抗反射之功能,当加上单面ARCoating后,滤光片会提升3-5%的透光率,如果加上双面ARCoating镀膜,滤光片可达到98%以上的透光率,否则只有不到90%的透光率,这对CCD或CMOS的感光度就有很大的影响,也就是说,不用ARCoating就会降低摄像机的感光度,而使用双面ARCoating,就会使图像更清晰。同时,ARCoating具有抗氧化之功能和有增加保护膜之功能,滤光片有ARCoating的保护也就不容易起雾了。

 

  水晶的作用与选择

 

  众所周知,CCD和CMOS两者都是利用矽感光二极管进行光与电转换的图像传感器,由一颗颗的感光体(CELL)构成,它要求光线最好是直射进来,斜射进来的光会干扰到邻近感光体,而产生色漂(伪彩),这就需要对光线加以修整。我们利用水晶的物理偏光特性,把射进来的光线,保留直射部分,反射和折射斜射部分,避免斜射光去影响旁边的感光点。但是,斜射光存在不同的角度,一片水晶只能处理一个方向的斜射光,从理论上来说,不同方向的水晶片叠加的层数越多,解决色漂(伪彩)的效果就越好。但考虑到实际需求和成本,一般都只用1到3片水晶片来解决水平、垂直和45°角的色漂(伪彩)问题。也就有所谓“两片式”、“三片式”滤光片,其中IRCoating膜或蓝玻璃用来滤除红外光,而水晶用来修整光线,在水晶片上还需ARCoating镀膜,用来增加透光率。

 

       水晶修整光线是物理方式的,而不同CCD的品牌、规格、型号及不同像素还有N制、P制的不同,水晶的厚度都要配合CCD上感光点而变化,不能错误搭配使用。

 

我司生产的有如下产品在光纤端面检测仪上面应用:

短波通滤光片

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