隨著現代科技的不斷進步和市場競爭的日益激烈，產品的生命周期變得越來越短，因此制造商必須采取一些措施來加快產品的開發(fā)周期。此外，視覺系統(tǒng)在各行各業(yè)中的應用越來越廣泛，需要同時考慮其性能和造價等多個方面的因素。

在這種情況下，制造商可以將資源集中在視覺系統(tǒng)的附加價值上，比如提升性能、增加功能、提高可靠性等等。通過這種方法，能夠提高視覺系統(tǒng)的市場競爭力，進而獲得更大的市場份額和利潤。

2022年9月，Teledyne e2v發(fā)布了Optimom 2M，這是一系列MIPI CSI-2模組中的第一個產品，正是為了應對這一挑戰(zhàn)而推出。該模組將成像和光學方面的最新創(chuàng)新結合到一個一站式成像解決方案中，通過將專有圖像傳感器安裝到帶有固定鏡頭或多焦點鏡頭技術的面板上。但這些創(chuàng)新具體有哪些，它們又是如何發(fā)揮作用的？它們給基于視覺的系統(tǒng)帶來了哪些好處？

圖像傳感器創(chuàng)新

Optimom 2M模組采用Topaz 2M，這是一款200萬像素全局快門CMOS圖像傳感器，結合了多種創(chuàng)新，從像素結構到封裝直到芯片設計本身。

在一個純粹的產品性能是產品開發(fā)的唯一驅動力的世界里，視覺系統(tǒng)制造商會選擇盡可能大的像素，以最大化設備的靈敏度和滿井容量。然而，在現實世界中，價格、外形尺寸和功耗都是重要的考慮因素，所以視覺系統(tǒng)制造商必須通過尋找具有最佳光電性能的圖像傳感器，來平衡他們在尺寸和成本限制內最大限度地提高系統(tǒng)光學性能的愿望，同時還能夠適應某種光學格式。

根據目標光學靶面的不同，可接受的最大像素尺寸可能成為一個技術挑戰(zhàn)。此外，從一種光學格式轉變到更小的光學格式（例如從1.1英寸到1英寸）往往意味著像素尺寸的大幅減少，如圖2中所強調的那樣。

圖1｜Topaz 2M傳感器與手指的尺寸對比圖

Topaz 2M具有極小的全局快門像素，這使得它能夠與緊湊且經濟高效的1/3英寸鏡頭相匹配，同時仍然最大限度地提高靈敏度和信噪比。這種像素由TowerJazz利用其65nm技術開發(fā)，通過利用共享像素結構的概念，使其能夠在2.5μm的小尺寸中執(zhí)行全局快門操作。在Topaz 2M傳感器中，采用了8T共享像素結構，對角線上的兩個像素共享8個晶體管，因此結合了6T像素結構的先進功能，如像素內校正（又稱CDS或相關雙采樣），和4T結構的高靈敏度，因為每個像素的表面只占4個晶體管。

圖2｜最大像素尺寸，以適應特定光學格式的特定分辨率

深思熟慮的光學堆棧

在這個結構的基礎上，憑借像素頂部的開拓性光學堆棧結構，Topaz 2M傳感器和Optimom 2M模組具有更高的靈敏度。像素通過無間隙頂部透鏡優(yōu)化像素間距，以避免光損失和不必要的反射，但真正的創(chuàng)新在于這種“雙光管”架構，該架構通過在傳感器的光學堆棧中創(chuàng)建的微光纖（不同反射率的材料）將光直接引導到光電二極管上。

圖3｜集成像素的光學結構剖面圖。圖3所示的圖像顯示了嵌入產品中的光學堆棧的橫截面圖。

芯片封裝

除了優(yōu)化像素尺寸和光學結構之外，圖像傳感器現在還受益于封裝技術的進步，可降低傳感器成本、重量和外形尺寸。近幾年來，晶圓級封裝技術在市場上蓬勃發(fā)展，尤其是在移動、汽車或可穿戴設備等消費應用領域。

雖然傳統(tǒng)陶瓷(CLGA)封裝已在業(yè)界使用多年，但最近在縮小像素尺寸方面的技術進步為晶圓級封裝打開了大門，它甚至用于工業(yè)檢測、物流或機器人的高端圖像傳感器。傳統(tǒng)陶瓷(CLGA)封裝需要將裸片單獨封裝到一個陶瓷結構中，背面有間隔的焊盤，用于連接到傳感器板，而晶圓級封裝是成批生產的。