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什么是sCMOS技術(shù)?

時(shí)間:2018-03-29  10:24:48  來(lái)源: 軒展科技  瀏覽數(shù): 6382

深圳軒展科技前一段時(shí)間給大家分享過什么是CMOS以及它和CCD傳感器的區(qū)別分析,今天我們來(lái)說一下sCMOS技術(shù)是什么?

Scientific CMOS或sCMOS是基于下一代CMOS圖像傳感器(CIS)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的突破性技術(shù)。sCMOS正在被認(rèn)可為真正的科學(xué)級(jí)CIS,能夠勝過當(dāng)今市場(chǎng)上大多數(shù)科學(xué)成像設(shè)備。這是一組先進(jìn)的性能特征的結(jié)果,使其成為高保真,定量科學(xué)測(cè)量的絕對(duì)理想選擇。 

sCMOS技術(shù)能夠同時(shí)提供許多關(guān)鍵性能參數(shù),克服當(dāng)前科學(xué)成像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)固有的“折衷”,并消除傳統(tǒng)上與傳統(tǒng)CMOS成像器相關(guān)的性能缺陷。 

與前幾代基于CMOS和CCD的傳感器不同,sCMOS具有獨(dú)特的功能:
*極低的噪音
*快速的幀速率
*寬動(dòng)態(tài)范圍
*高分辨率
*視野廣

數(shù)百萬(wàn)像素傳感器提供了大視場(chǎng)和高分辨率,并且不會(huì)影響讀取噪聲,動(dòng)態(tài)范圍或幀速率。(關(guān)于索尼一體化機(jī)芯相關(guān))即使與最高性能的“慢速掃描”CCD相比,讀取噪音也是非同尋常的。事實(shí)上,sCMOS器件可實(shí)現(xiàn)低至1個(gè)電子讀取噪聲,同時(shí)以30幀/秒的速度讀取高達(dá)550萬(wàn)像素,這使其在市場(chǎng)上真正非凡。此外,傳感器能夠達(dá)到100幀/秒,讀取噪聲降至1.1個(gè)電子。相比之下,最低噪音的Interline CCD在約16幀/秒的時(shí)候只讀出了140萬(wàn)像素,這樣可以達(dá)到10個(gè)電子讀取噪音。

低噪音讀數(shù)可以達(dá)到33,000:1的動(dòng)態(tài)范圍。通常,為了使CCD或EMCCD達(dá)到其最高動(dòng)態(tài)范圍值,讀出速度需要有顯著的折衷,但sCMOS可以在提供高幀率的同時(shí)達(dá)到此值。sCMOS獨(dú)特的雙放大器架構(gòu)通過提供較大的阱深度,盡管像素尺寸相對(duì)較小,只有6.5微米,但噪聲最低,因此可實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍。具有相似小像素的140萬(wàn)像素Interline CCD僅以16幀/秒的速度實(shí)現(xiàn)了?1,800:1的動(dòng)態(tài)范圍。


科學(xué)CMOS(sCMOS)架構(gòu)
該傳感器采用分離式讀出方案,其中傳感器的上半部和下半部分獨(dú)立讀出。傳感器每一半內(nèi)的每一列都配有雙列電平放大器和雙模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),如下方框圖所示。該架構(gòu)旨在最大限度地減少讀取噪聲并同時(shí)最大化動(dòng)態(tài)范圍。 

雙列電平放大器/ ADC對(duì)具有獨(dú)立的增益設(shè)置,通過組合來(lái)自高增益和低增益讀出通道的像素讀數(shù)來(lái)重構(gòu)最終圖像,以實(shí)現(xiàn)從這樣小的像素間距開始的寬的場(chǎng)內(nèi)動(dòng)態(tài)范圍。 

每個(gè)pinned-photodiode像素有4個(gè)或5個(gè)晶體管(4T或5T設(shè)計(jì))。5T架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了新穎的“全局快門”模式(下面會(huì)更詳細(xì)地介紹)。該傳感器集成了一個(gè)微透鏡陣列,用于將每個(gè)像素的大部分入射光聚焦到遠(yuǎn)離晶體管的位置并暴露在暴露的硅片上,從而提高QE(類似于使用行間CCD中的微透鏡將光線聚焦到遠(yuǎn)離列掩模的位置) 。 

該傳感器配置為提供低暗電流和非常低的讀取噪聲以及真相關(guān)雙采樣(CDS)。該傳感器還具有> 10,000:1的抗暈影,這意味著像素可以明顯過飽和,而不會(huì)有電荷溢出到相鄰像素中。即使光線落在這些像素上,也可以使用防暈功能將全部或部分傳感器保持在“復(fù)位”狀態(tài)。在Neo 5.5和Zyla 5.5的5T傳感器設(shè)計(jì)中,曝光完成后傳輸電荷的時(shí)間小于1μs,使傳感器對(duì)于快速電子快門和“雙重曝光”技術(shù)(如粒子成像測(cè)速(PIV))非常有用。

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