当前课程知识点:计算机文化基础 > 第9课:从图像传感器看世界的物联 > 了解图像传感器技术 > 图像传感器的技术
我想讲了主要是讲了
这样的两个新型的应用以后呢
我再给大家介绍图像传感器
这个是跟我们各个行业
非常相关的同时跟我们的
在校的学生也相关
就它涵盖了哪些技术
实际上图像传感器说起来简单
基本上是一个光到电的转换
但是它的技术涉及的
实际上是比较宽广
第一个呢
它就必须有个材料科技在里面
因为它的根本
是先从一个半导体材料做起
那从这个图像传感器的概念来讲呢
它基本上原理很简单
光到电怎么样光到电
他就是一个反向的二极管
因为大家都知道
反向二极管的光一照就漏电
光越强漏电越大
怎么样把信号转换成数字信号
把它记录下来
那这就是传感器
所以材料在这地方
就说有一个play a big role(扮演重要的角色)
那另外一个就是半导体的微电子技术
这个我想也是这个根本所有的这些
图像传感器制造现在为止
都是CMOS的
那CMOS呢
就离不开半导体微电子技术
从它的设计制造等等
那另外一个呢
就是计算科学技术
计算为什么是这样的
因为所有的图像
采集完了以后变成数字信号以后
一定要经过计算
就是我们叫computer science(计算机科学)去做处理
那最后一条是比较更detailed(具体的)
就说是图像处理
所有的图片完了以后
大家也都是我想很多人都在play
就比如说Photoshop
我们叫Ps
可以把照片处理一下
处理得各位更漂亮一些
更年轻一些
或者是更好看一些等等等等
所以他涉及的技术从我个人理解
基本上是这四大技术
那我们再讲一下CMOS传感器的
主要3个技术阶段
那基本上在CMOS传感器上
基本上有3个大的发展阶段
第一个我们就是叫正面照光
也就是什么叫正面照光呢
刚才我们讲了传感器的特点
最基本就是一个photodiode(光电二极管)
反向二极管
那它反向二极管呢
在正面照光的时候呢
就是反向二极管
埋在所有的metal(金属) color filter(色彩滤镜)之上
那这个大家可能也清楚
就是你反向二极管
基本上是一个半导体的PN junction(PN结)
他PN junction
必须在metal下边去做
那这样的话呢
就说是下边整个硅片呢
是大概有几百个micron(微米)厚度
光线大家可以想象
你这个光线呢
上面一定要有metal去连线什么的
那这个连线呢必须就说是
金属呢metal是不透光的
它可以把光
所以你必须在metal上面开一个孔
让光进去
当光线进来以后
由于metal是反光的
由于很多反射跟衍射
你这光会loss(丢失)一部分
所以这样的话
光到电的转换率就会受影响
那事情这么去想因为硅片呢
一个主要的技术就是硅片
薄到一定程度它是透光的
薄到多薄呢
大概要几个micron
这么薄的硅片的会透光
所以我干脆把硅片磨薄
从背面照光下来
不是也是一样吗
所以这个技术叫背照式
那背照式的技术呢
OmniVision在2008年呢把它
第一个运用到产品上面去
当然可能大家对半导体稍微有点了解
会说你这个硅片磨到几个micron
那不就全部碎掉了吗
一定是
所以就必须在你磨之前
把它bounding(固结)到另外一片wafer(晶圆)
一个空片上
一个空片上面就是它整个就说
去支撑你这个有用的硅片
那这样话
你有用的硅片才能把它磨薄
磨到几个micron
那这样话呢
光路呢就很清晰就很短
所以就不会有反射跟衍射这些loss
光到电的转换就比较高
那谈到这儿呢大家也清楚
就背照式的一定要有个光片去做支撑
那这个光片去做支撑
那不是一个浪费吗
所以自然而然想
我可不可以在光片上把线路做下去
这就是下一个我们讲的堆栈式
很简单堆栈式就是把你这个
背照式的光片去做上线路
再把它叠加进去
这样有个什么好处
因为仍然是可以想象
你叠加以后你仍然是背照式的
这个优点还在
同时有两个比较清晰的优势
第一个我们所有的FSI也好
正面照光背面照光也好
我们的感光器在中心
我们所有的读数电路在边上
那这样的话呢
你的感光元件跟线路必须统筹安排
统筹考虑
它的工艺是要一起去调节的
当你有堆栈式的时候
你边上的电路就可以全部拿到
下边这个硅片上面去
这样的话在感光硅片这一块上
就只负责调我们的感光
二极管的工艺就好
那同时呢下面这片
我们可以用传统的
CMOS工艺一模一样的工艺
这是一个好处
另外一个好处
大家可以想像我这样的一个传感器
我大量的面积都是在感光面积占到了
因为像素都是
都是几百万像素的这样一个
硅片在里边
所以你可以放很多功能在里边
可以增加我们的功能
所以这样话呢
堆栈式也就是最新的一代技术
当然这里边还有很多分支
我在这里就不给大家介绍了
那另外一个呢我们大家呢
就想到就说是我们的图像传感器
刚才讲了这么多感光二极管
那怎么去分颜色对不对
你所有的看到都是一些黑白的
你这个颜色对他来讲他怎么去分呢
所以这是一个很好的问题
实际上在我们整个的世界里边呢
所有的五颜六色的颜色呢
都是由3个基本颜色组成的
也就是红蓝绿
所以呢
我们在图像传感器里面怎么去做呢
大家有兴趣可以去查一个叫Bayer Pattern
它就是用一个基本的
4个元素的一个组合去
反复的一个阵列
就是说repeat
那基本就是RGGB
R跟B是对角两个G是对角
这样话呢就说是我的像素
有1/4的像素去感光红色
1/4像素去感光蓝色
然后有另外1/2去感光绿色
每一个元素我只采集一种颜色
那这样是怎么来实现的呢
就是我有每一个像素上面
有一个彩色滤光膜
这个滤光膜大家也知道
你做过那种塑料滤光膜
就是说我把放在镜头以下
只有红光能过
或者蓝光能过或者是绿光能过
所以它采集的只是红光
蓝光或者是绿光每一个像素
那这样话采集完了以后在后边的
process(处理)里边
在你有上百万个像素的时候
你可以把它interpret
也就是把它运算出来
因为这个像素可以用
我相邻的像素的其他颜色来补充进来
这样的话就是个图像处理
把它颜色反馈回来
那另外一个技术呢
这边就是我们叫微透镜
微透镜是一个什么概念呢
微透镜就说在我们每一个像素上边
有一个微型的透镜在里边
它的作用是什么呢
大家知道我所有的相机
都有一个光学的镜头聚焦
但光学的镜头是聚焦在
光线均匀的分布在所有的大片的
感光元素上面
每一个感光元素它中间呢
必须有分离
所以它的面积呢
不是百分之百的感光面积
只有一部分是感光的
那这个微透镜的作用就是
我把这一个像素的光
把它聚焦在我感光的面积上面
这样的话呢使得光到电的转换
就说是极大化
所以这些呢是一些基本的概念
大概通过这些技术呢
所有的这些技术
一个重点就是我光到电怎么样
转化率怎么样最大
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