BSI传感器应用于各种手机和标准数码摄像机已长达10年之久。在改善这些以消费者为中心的摄像机低照度性能和动态范围方面,它们表现出了公认的优势。为什么将这些传感器用于高速成像却需要如此长的时间,一词即概之:尺寸。

为了最大程度减少我们在速度、分辨率以及感光度之间的权衡,高速摄像机中使用的传感器和像素远远大于标准摄像机。例如,手机摄像机像素边长小于 2 μm,但我们的成像传感器像素边长通常超过 6 μm,有的高达28 μm

BSI 传感器的制造过程本质上比同类 FSI 传感器难度更大,并且需要额外的制造步骤。 其中包括晶圆背面减薄工艺,以去除体硅,使光电二极管更靠近光源。晶圆背面还需要其他处理步骤,以对表面进行退火,并与正面进行电接触。高速成像传感器的尺寸只会加大制造难度。半导体经济的现状也使难以将大规模标准摄像机生产的技术转移到相对少量的高速成像传感器上。这需要花费时间来完善制造工艺并达到实际的产量。

BSI 成像传感器值得等待。它为以下几个方面树立了新的标准:

  • 速度。第一台使用该传感器的摄像机在 1 百万像素 (1280 x 800) 满分辨率下可达到以每秒 76,000 帧的速度捕获图像,并且在降低分辨率和在像素融合模式下,其速度可以提高一个数量级以上。例如,摄像机在 1280 x 32 640 x 64 分辨率的组合模式下,可达到每秒 175 百万帧的最高速度。从历史的角度来看,与高于每秒一百万的帧速率相关的分辨率对几乎所有科学应用来说都太低了,但是 1280 x 32 却是可广泛应用的真正可用分辨率。
  • 曝光时间。新型传感器具有 FAST 选项(出口限制), 支持最低达 95 ns 的曝光时间,是迄今为止同类产品中最快的曝光时间。快速的曝光时间使捕获瞬时细节成为可能,而且不会出现运动模糊,这一现象正是限制细胞计数和燃烧分析等广泛应用中获得高质量图像的一个可能因素。
  • 像素大小。为了在光线不足的条件下正常使用,高速 摄像机历来使用非常大的像素来捕获尽可能多的光子。例如,我们现有的 FSI 超高速传感器像素边长为28 μm,表面积为 784 μm 2 。新型 BSI 高速成像传感器像素边长为 18.5 μm,但是其强大的光捕获能力使其感光度在速度上是早期 28 μm 像素 FSI 传感器的三倍。较小的像素还可以提高采样频率(奈奎斯特定律),从而使传感器能够在混叠之前分辨出更高的 lp/mm 空间频率。 此功能增强了成像系统在细胞流计数、粒子图像测速 (PIV)、数字图像相关 (DIC) 以及受传感器分辨率限制的其他高速应用中的性能。

要了解更多关于BSI传感器如何改变高速成像,请阅读我们的白皮书www.phantomhighspeed.com/BSI。你也可以在www.phantomhighspeed.com/tmx上浏览TMX高速摄像机页面,获得关于这个具有突破性技术科研工具的技术信息。