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什么是sCMOS技术?

时间:2018-03-29  10:24:48  来源: 轩展科技  浏览数: 5584

深圳轩展科技前一段时间给大家分享过什么是CMOS以及它和CCD传感器的区别分析,今天我们来说一下sCMOS技术是什么?

Scientific CMOS或sCMOS是基于下一代CMOS图像传感器(CIS)设计和制造技术的突破性技术。sCMOS正在被认可为真正的科学级CIS,能够胜过当今市场上大多数科学成像设备。这是一组先进的性能特征的结果,使其成为高保真,定量科学测量的绝对理想选择。 

sCMOS技术能够同时提供许多关键性能参数,克服当前科学成像技术标准固有的“折衷”,并消除传统上与传统CMOS成像器相关的性能缺陷。 

与前几代基于CMOS和CCD的传感器不同,sCMOS具有独特的功能:
*极低的噪音
*快速的帧速率
*宽动态范围
*高分辨率
*视野广

数百万像素传感器提供了大视场和高分辨率,并且不会影响读取噪声,动态范围或帧速率。(关于索尼一体化机芯相关)即使与最高性能的“慢速扫描”CCD相比,读取噪音也是非同寻常的。事实上,sCMOS器件可实现低至1个电子读取噪声,同时以30帧/秒的速度读取高达550万像素,这使其在市场上真正非凡。此外,传感器能够达到100帧/秒,读取噪声降至1.1个电子。相比之下,最低噪音的Interline CCD在约16帧/秒的时候只读出了140万像素,这样可以达到10个电子读取噪音。

低噪音读数可以达到33,000:1的动态范围。通常,为了使CCD或EMCCD达到其最高动态范围值,读出速度需要有显着的折衷,但sCMOS可以在提供高帧率的同时达到此值。sCMOS独特的双放大器架构通过提供较大的阱深度,尽管像素尺寸相对较小,只有6.5微米,但噪声最低,因此可实现高动态范围。具有相似小像素的140万像素Interline CCD仅以16帧/秒的速度实现了?1,800:1的动态范围。


科学CMOS(sCMOS)架构
该传感器采用分离式读出方案,其中传感器的上半部和下半部分独立读出。传感器每一半内的每一列都配有双列电平放大器和双模数转换器(ADC),如下方框图所示。该架构旨在最大限度地减少读取噪声并同时最大化动态范围。 

双列电平放大器/ ADC对具有独立的增益设置,通过组合来自高增益和低增益读出通道的像素读数来重构最终图像,以实现从这样小的像素间距开始的宽的场内动态范围。 

每个pinned-photodiode像素有4个或5个晶体管(4T或5T设计)。5T架构实现了新颖的“全局快门”模式(下面会更详细地介绍)。该传感器集成了一个微透镜阵列,用于将每个像素的大部分入射光聚焦到远离晶体管的位置并暴露在暴露的硅片上,从而提高QE(类似于使用行间CCD中的微透镜将光线聚焦到远离列掩模的位置) 。 

该传感器配置为提供低暗电流和非常低的读取噪声以及真相关双采样(CDS)。该传感器还具有> 10,000:1的抗晕影,这意味着像素可以明显过饱和,而不会有电荷溢出到相邻像素中。即使光线落在这些像素上,也可以使用防晕功能将全部或部分传感器保持在“复位”状态。在Neo 5.5和Zyla 5.5的5T传感器设计中,曝光完成后传输电荷的时间小于1μs,使传感器对于快速电子快门和“双重曝光”技术(如粒子成像测速(PIV))非常有用。

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