舉一個例子，關鍵的平板顯示器生產線終端檢測仍然主要由采用CCD的相機來執行，因為它們能提供高分辨率和出色的圖像均勻性，這是目前CMOS圖像傳感器技術無法提供的。

 

這一類的檢測通常由使用基於安森美半導體的2900萬像素(Mp)
，35 mm光學格式的KAI-29050圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)等(deng)器(qi)件(jian)的(de)相(xiang)機(ji)來(lai)執(zhi)行(xing)。然(ran)而(er)
，平(ping)板(ban)顯(xian)示(shi)器(qi)分(fen)辨(bian)率(lv)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)
，用(yong)來(lai)檢(jian)測(ce)它(ta)們(men)的(de)相(xiang)機(ji)分(fen)辨(bian)率(lv)也(ye)需(xu)要(yao)相(xiang)應(ying)的(de)提(ti)升(sheng)。為(wei)滿(man)足(zu)這(zhe)一(yi)需(xu)求(qiu)並(bing)保(bao)留(liu)標(biao)準(zhun)的(de)35 mm光學格式，需要既能減小像素尺寸

，同時又能保留應用所需的關鍵性能和圖像均勻性規格的全新像素設計。

 

對高性能、高分辨率成像的需求

 

如今，成像推動了工業應用的生產力效益，從交通監控、車牌識別，到條形碼掃描、機器人引導、機器視覺等等。盡管每種應用都有其獨特的需求（一些需要高幀速率
，另一些需要寬動態範圍、微光靈敏度或某個不同的關鍵參數），一些應用主要需要最高級別的圖像細節
，要求開發具有非常高分辨率的圖像傳感器。

 

一個很好的例子是平板顯示器的生產線終端檢測
，這個流程是要確認每個顯示像素中紅、綠和藍三個子元素都能正常工作。隨著顯示器的應用在移動設備、平板電腦
、電視機、車輛、監控器等更多領域中不斷擴展，這些顯示器的分辨率也在不斷提高
，從1080p到4k/chaogaoqing，shenzhigenggao。zheduizaizhizaoguochengzhongyongyujiancezhexiexianshiqidexiangjitichuledutedeyaoqiu，taxuyaotigongnenggoufenjiexianshiqizhongcunzaidefujiaxiangsuhezijiegousuoxudexijie，erwuxuxishenggaiyingyongsuoxudetuxiangzhilianghejunyunxing。

 

圖1：用相機檢測平板顯示器

 

高分辨率成像的其它例子還包括高端監控（以足夠放大任何一個位置的分辨率采集寬闊視域圖像）和航拍（更高的分辨率可提供額外的成像細節
，或讓飛機能夠飛得更高並減少飛行次數）。但是在所有這些例子中，應用不僅需要非常高的分辨率
，而且還需要非常高的圖像質量
，可通過圖像均勻性、噪聲、動態範圍等規格來衡量。

 

鑒於這種綜合需求
，這套應用一直以來憑借基於Interline Transfer CCD（ITCCD）技(ji)術(shu)的(de)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)，即(ji)使(shi)擴(kuo)展(zhan)到(dao)大(da)的(de)光(guang)學(xue)格(ge)式(shi)，它(ta)也(ye)能(neng)保(bao)留(liu)關(guan)鍵(jian)的(de)成(cheng)像(xiang)性(xing)能(neng)參(can)數(shu)。這(zhe)一(yi)技(ji)術(shu)能(neng)夠(gou)以(yi)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)圖(tu)像(xiang)均(jun)勻(yun)度(du)捕(bu)獲(huo)圖(tu)像(xiang)，且(qie)真(zhen)正(zheng)的(de)全(quan)局(ju)快(kuai)門(men)設(she)計(ji)能(neng)夠(gou)捕(bu)獲(huo)運(yun)動(dong)場(chang)景(jing)
，而(er)不(bu)會(hui)引(yin)入(ru)成(cheng)像(xiang)偽(wei)影(ying)。此(ci)外(wai)，該(gai)技(ji)術(shu)可(ke)提(ti)供(gong)寬(kuan)曝(pu)光(guang)範(fan)圍(wei)和(he)低(di)暗(an)電(dian)流(liu)
，能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)從(cong)幾(ji)微(wei)秒(miao)到(dao)一(yi)秒(miao)或(huo)更(geng)長(chang)時(shi)間(jian)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)圖(tu)像(xiang)曝(pu)光(guang)。

 

Interline Transfer CCD技術用於開發高分辨率、大格式圖像傳感器已超過15年，其分辨率隨市場需要逐漸提高。例如，2003年的KAI-11000圖像傳感器以35 mm光學格式提供1100萬像素的分辨率；但到2011年
，這種相同的光學格式幾乎可支持三倍的分辨率。

 

圖2：35 mm光學格式下ITCCD分辨率的提升

 

zaibaoliuguangxuegeshidetongshitigaofenbianlvdezhezhongjinbu，duiyushixianzhexieyingyongzhongcaiyongxiangjidejianhuadexianchangshengjifeichangzhongyao，yinweizaibushugenggaofenbianlvdexiangjishi，xiangjidefangzhiweizhihejingtoudouwuxubiandong。

 

嚴苛要求帶來重大設計挑戰

 

為了在保留35 mm光學格式的同時，將器件（例如KAI-29050）的分辨率從現有的2900萬wan像xiang素su繼ji續xu提ti升sheng，就jiu需xu要yao更geng小xiao的de像xiang素su格ge式shi，以yi便bian將jiang更geng多duo像xiang素su放fang置zhi於yu給gei定ding區qu域yu中zhong。但dan為wei同tong時shi保bao留liu這zhe一yi較jiao小xiao像xiang素su中zhong的de關guan鍵jian成cheng像xiang參can數shu
，如ru圖tu像xiang均jun勻yun性xing、動態範圍和底噪
，除了簡單地縮小尺寸外
，還需要提升像素設計。

 

圖3：設計挑戰

 

隨著器件中像素的增加，除非器件的輸出帶寬能夠增加，否則總體幀速率將會降低（這可能也是某些應用所需要的）。維持與當前傳感器和相機的向後兼容對於幫助相機製造商和終端客戶簡化所需的升級路徑以支持並采用新器件至關重要。

 

35 mm光學格式高性能ITCCD傳感器

 

安森美半導體的KAI-43140圖像傳感器提供了如何滿足這些設計挑戰，以35 mm格式為要求嚴苛的應用提供更高分辨率的範例。新器件采用全新的4.5 μm ITCCD像素，以35 mm光學格式提供4300萬像素，相較於廣泛應用的2900萬像素KAI-29050，分辨率增加了50％。然而，即使采用這種較小的像素尺寸

，關鍵的成像性能水平任然得以保留（包括高拖尾抑製和超過60dB的線性動態範圍），並且通過采用先進工藝設計，消除整個類別下的均勻性偽影
，圖像均勻性得到實際的提升。

 

更新了的輸出放大器可將4分接頭器件的帶寬增加50％，盡管分辨率提高，卻仍可提供與2900萬像素器件相同的最終幀速率。由於KAI-43140仍基於ITCCD技術

，因此它保留了電子快門和廣泛曝光支持等特性，這些都是該技術的標誌性特性。

 

重要的是，KAI-43140采用與KAI-29050相(xiang)同(tong)的(de)封(feng)裝(zhuang)，讓(rang)當(dang)前(qian)的(de)相(xiang)機(ji)設(she)計(ji)僅(jin)需(xu)稍(shao)作(zuo)電(dian)氣(qi)變(bian)更(geng)即(ji)可(ke)支(zhi)持(chi)新(xin)器(qi)件(jian)。這(zhe)大(da)大(da)降(jiang)低(di)了(le)相(xiang)機(ji)製(zhi)造(zao)商(shang)的(de)設(she)計(ji)風(feng)險(xian)，並(bing)使(shi)他(ta)們(men)能(neng)夠(gou)以(yi)更(geng)低(di)的(de)成(cheng)本(ben)更(geng)快(kuai)地(di)將(jiang)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)和(he)性(xing)能(neng)的(de)相(xiang)機(ji)投(tou)入(ru)市(shi)場(chang)。

 

總結

 

開發滿足高級工業應用嚴苛要求的成像傳感器
，需要的遠不止簡單地將更多像素“拽”到更小的封裝中。通過采用先進的像素設計，可以在給定光節點提供更高的分辨率而無需犧牲所需的性能。

 

圖4：安森美半導體的大格式ITCCD圖像傳感器

 

然而即使有了這些提升，重要的是要認識到“最新”的成像器件並不一定是適用於所有應用的“最佳”器件（即使是針對需要非常高分辨率的應用）。不僅針對分辨率擁有不同的選擇，而且針對光靈敏度
、動態範圍、幀速率、甚至價格等參數擁有不同的選擇對於確定最合適某個給定應用的圖像傳感器（和成像技術）是至關重要的。這凸顯了擁有廣泛器件產品陣容的重要性（即使是專注於一組特定的應用，如需要非常高的分辨率）
，並強調了使用Interline Transfer CCD等技術持續開發全新產品的需求。

 

作者：安森美半導體圖像傳感器事業部工業解決方案部門產品營銷經理Michael DeLuca