cookieOptions = {...}; ‧ CCD 部分參數仍具優勢, CMOS 有所不及 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

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2015年7月27日 星期一

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感光元件敏感度高、讀出雜訊(read out noise)少,也因此主導感光元件產業30餘年。
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然而,由於CMOS感光元件技術近年大幅升級,強化解析度、讀出速度,降低雜訊、價格下降等優勢,導致許多感光元件市場區塊,從CCD轉移至CMOS,包括生命科學、消費市場以及監控設備等等。
BAE SystemsCMOSISSony等公司紛紛砸下重金,投資CMOS技術,並大力行銷,現在已有許多4MP以上、超過50fps,而電子讀出雜訊少的感光元件。不過,CCD並非毫無用武之地,CCD技術在要求高敏感度,與長時間曝光的應用環境下,無非是最佳選擇。

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例如活體分子影像(invivo imaging)仰賴微弱的螢光訊號,曝光時間達數分鐘甚至數小時,便適合使用CCD感光元件。同樣的,需要長時間曝光的天文應用,例如觀星也以CCD技術為佳。隨著CCD售價持續下降、效能卻不變的情況下,可望成為中階市場熱門應用。
若要回應目前市場需求,CCD感測器得改善更大波長範圍下的敏感度。傳統CCD感測器對於1100nm以上波長缺乏敏感度,使其無法運用於短波紅外線(SWIR)鏡頭上。
不過,最新InGaAs感測器使用,與CMOS感測器類似的讀出原理,在徹底冷卻的情況下,可增強1100nm以上波長的量子效率(quantum efficiency)、減少干涉現象(etaloning),提升讀出速度及敏感度。
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另外,近年業界亦有號稱,敏感度最佳的電子倍增(Electron MultiplicationEM)結構CCD元件技術,簡稱EMCCD。像是e2vTechnologies、德儀(TI)等廠商都推出速度更快、且能提供亞電子(sub-electron)讀出雜訊性能的感測器,而安森美半導體(ON Semiconductor)也研發出新型高解析度EMCCD感測器。
Princeton Instruments近期推出一款高速EMCCD相機,EMCCD感測器透過影像增強器(image intensifier),更可改善線性化(linearity) ,並具單一光子(photon)敏感度,成像速度高達10000fps。不過,儘管這樣的EMCCD具單一光子敏感度,在全解析度之下仍比不上CMOS感光元件的畫面更新率。
光譜儀業者Horiba Scientific發現,過去光學與成像技術,利基市場的需求漸漸增加,目前已在許多領域成為標準。Horiba Scientific經理指出,過去常用來作為研究工具與方法的技術,現在已有較一般性的用途,例如品質控管等等。
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由於高效率偵測的需求愈來愈大,也愈來愈多人采CCD提供的多工陣列偵查(multiplexing array detection)取代傳統的單管道偵測器(single-channel detector),廠商也挹注大量資源改善動態範圍(intrascenic dynamic range)技術,成為CCD感測器發展的驅力之一。
而若客戶要求加快讀取時間又不犧牲敏感度,則可採用時間延滯集成(TDI)CCD感測器,這是較早期的CMOS感測器版本無法取代的CCD關鍵技術。

TDI技術常見於產業與遠端感測應用,可在高速成像的條件之下提升訊雜比(Signal-to-Noise RatioSNR)TDI感測器可將不同時間分點的感光訊號集成起來,以達最佳雜訊效能。

                                                                                                                                                                                                                            

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