OmniVision推出Nyxel近紅外技術

　　近日， OmniVision推出了Nyxel近紅外技術，在相同近紅外光量下成像更清晰;而且減少了對LED燈的需求，從而降低了功耗。它基于CMOS圖像傳感器技術，適用于低光、夜視等領域，諸如安防監控、機器視覺、無人機、AR/VR、汽車和醫療等領域。

　　為此，電子產品世界(EEPW)郵件采訪了首席技術官 Boyd Fowler先生。

　　EEPW：目前CMOS傳感器面臨哪些挑戰?

　　Boyd Fowler：由于客戶對于CMOS圖像傳感器的性能要求不斷提高以支持最新的成像應用，因此CMOS圖像傳感器正面臨著多項挑戰。簡而言之，我將著重介紹我們不斷致力解決的三大挑戰。首先，一個重大的挑戰是從1.0μm到0.9μm及以下的像素縮放以增加空間分辨率，因為信噪比(SNR)的提高會對低光性能和色彩保真度產生不利的影響。其次在數字成像技術發展中，一個長久以來的挑戰是如何在不降低圖像質量或分辨率的情況下，可以在許多不同的應用中(特別是夜視和低光攝影)改善低光性能。最后，以電池供電的物聯網(IoT)設備的增長衍生出了一項特別的挑戰，因為這些設備需要看似相互矛盾的兩項功能：超低功耗和卓越的成像性能。這其中任何一項挑戰都需要創新的圖像傳感器技術，并且能夠以最高的效率捕獲并產生最佳的圖像數據。在OmniVision，我們與業界的合作伙伴密切合作開發最先進的CMOS圖像傳感器及其配套芯片，在安防監控、機器視覺、汽車和醫療市場等多個領域內得到廣泛的應用。

　　EEPW：近紅外(NIR)技術應用于CMOS傳感器有哪些優點?

　　Boyd Fowler：采用近紅外(NIR)技術可以實現CMOS圖像傳感器在兩個重要領域的應用。 第一個領域是機器視覺，近紅外(NIR)是人肉眼看不見的光線，但可以用于照亮物體。 由于NIR位于人眼可見的光譜之外，因此可以避免造成對周圍環境的干擾。機器視覺應用 - 如先進駕駛輔助系統(ADAS)、增強和虛擬現實(AR/VR)、以及面部識別認證 – 都要求高效節能的先進數字成像能力，可以在低光(或者無光)條件下提供更好和更遠距離的成像。盡管在某些應用中仍然需要低級別的LED來增加NIR，但是與高功耗的LED相比，它們功耗更小并且不太可能對用戶產生干擾。

　　此外，近紅外(NIR)是低光和夜視應用的理想選擇，例如智能家居安防監控系統或環視汽車成像系統。夜空中的NIR光子比可見光子更多，因此NIR技術在這些情況下捕獲的圖像有更高的分辨率。例如，以NIR技術為基礎的成像系統可以捕獲更清晰的家庭入侵者的圖像，或者可以在ADAS系統中呈現更清晰的大面積場景。

　　EEPW：在CMOS傳感器中采用近紅外(NIR)技術的技術挑戰是什么?

　　Boyd Fowler：近紅外(NIR)成像系統的有效范圍與其靈敏度直接相關，并由兩個關鍵性的測量參數所確定：量子效率(QE)和調制傳遞函數(MTF)。 圖像傳感器的QE代表其捕獲光子與其中轉換為電子的比率。QE越高，NIR照明所能達到的距離越遠，并且圖像亮度越高。MTF所測量的是在特定的分辨率下圖像傳感器將成像物的對比度傳送到圖像中的能力。 MTF越高，圖像越清晰。

　　100%的QE代表所捕獲的所有光子都轉換為電子，實現了最佳圖像亮度。目前，最好的NIR傳感器技術僅可以實現58%的QE，并且由于它們僅依靠厚硅技術提高QE所以只能達到≤800nm的靈敏度。但該技術會造成串擾并降低MTF。采用深槽像素隔離(DTI)技術來嘗試解決這個問題的時候通常會造成破壞圖像暗區的缺陷。因此，成功實施近紅外(NIR)技術的挑戰是需要找到一種方法：在改善QE的同時盡量不降低MTF，并且盡量不增加暗電流，從而將靈敏度提高到≥850nm。

　　EEPW：近紅外(NIR)技術通常可以增強攝像頭的“夜視”能力。 那么近紅外(NIR)技術會降低圖像分辨率和質量嗎?

　　Boyd Fowler：OmniVision的Nyxel?近紅外技術是為了保持夜視圖像的空間分辨率而特別設計的，可以在低光條件下拍攝十分清晰的圖像。首先，使用先進的300mm代工工藝實現擴展的深槽像素隔離(extended DTI)技術，以在相鄰像素之間建立氧化硅屏障，這會改變氧化物和硅之間的折射率，從而在同一像素內產生光學約束。采用常規DTI時，深槽的寬度會隨著槽深而變寬，相反，采用擴展DTI技術時可以保持深槽的寬度不變，可以協助約束光子。

　　其次，在芯片表面建立一個吸收結構— 類似于太陽能電池生產工藝中采用的金字塔結構—用以形成一個散射光學層。該散射層的精密生產可以防止圖像暗區出現缺陷，并進一步增加光子在硅晶中的路徑長度。 因為結構的形狀使得光線不能直上直下，所以光線在硅晶中的路徑變得更長。這是通過分流光波路線并形成散射來影響光子的路徑長度。最終的結果是光線像乒乓球一樣在結構周圍反彈，從而提高了吸收的可能性。

　　確保結構擁有精確的角度對于散射光學層的有效性至關重要。 如果角度有誤，則會導致光子反射到相鄰像素中，而非按要求反射到同一像素中。

　　EEPW：隨著物聯網、無人機和VR等新應用的開發，CMOS傳感器市場也在不斷擴大。近紅外(NIR)技術是否也適合于這些新興的應用?

　　Boyd Fowler：近紅外(NIR)技術對于機器視覺應用(如IoT和AR / VR)至關重要。在這些應用中，近紅外(NIR)能夠主動照亮場景而不對用戶產生干擾。因此，結構光、有源立體聲和低光照相系統都需要對NIR敏感的傳感器。然而，嵌入機器視覺應用的AR/VR和IoT產品對于近紅外(NIR)的應用技術性能提出了很高的要求，目前的NIR技術還不能滿足這些需求。這就是為什么OmniVision與其代工合作伙伴合作開發其專有的Nyxel技術。

　　與上一代具有近紅外(NIR)功能的OmniVision傳感器相比， Nyxel結合了厚硅與擴展DTI技術，并采用光散射層處理表面紋理，從而讓采用了該技術的CMOS圖像傳感器可以實現高達3倍的QE提升，達到850nm的NIR靈敏度，同時也不影響其他圖像質量指標。采用該技術的傳感器可提供更好的圖像質量，并需要更少的光和電源輸入，從而滿足AR/VR和IoT應用中先進機器視覺的新要求。

　　EEPW：OVT是否在其CMOS傳感器中采用了NIR技術?可以分享貴公司的新產品和新技術嗎?

　　Boyd Fowler：OmniVision目前有幾個正在致力于開發Nyxel技術產品的項目。這些產品在初期將針對安防監控和機器視覺市場，因為它們可以高度地發揮Nyxel的技術優勢。

　　對于安防監控，OmniVision計劃以Nyxel技術為平臺推出一個全新的傳感器系列。最終在未來幾代的監控產品中，OmniVision將會采用不同的解決方案和形式來整合這項技術。公司正與業界一流的監控攝像機制造商密切合作開發這些采用Nyxel技術的圖像傳感器，它們將為客戶提供卓越的低光性能和清晰的圖像，同時降低整體系統成本。

　　此外，OmniVision計劃在機器視覺全局快門傳感器中采用Nyxel平臺。第一個產品將面向消費類電子市場。消費者對于低功耗、小尺寸以及系統成本低的設備有很多需求，相信采用Nyxel技術的新型機器視覺傳感器系列將滿足所有的要求，因為該技術可以提高QE性能但不會降低MTF。OmniVision正在與主要客戶合作，因此第一代機器視覺傳感器將為不同的消費市場推出。

　　展望未來，隨著CMOS生產工藝持續快速地發展以及對先進技術的需求，預期Nyxel技術將會被用于其他應用領域，如汽車和醫療市場。預期在眾多的市場中，Nyxel都會在OmniVision未來數代產品的規劃中擔任主導角色。