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"夜鹰"开创近红外光感测新标准, 940nm VCESL成未来新宠
wangying | 2018-10-31 21:55:04    阅读:3662   发布文章

——豪威提出近红外标准SNR1850和SNR1940,并落地OS02C10 图像传感器

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        安防夜视市场存在很多问题,例如在超低光线条件下的图像质量太差、看不清晰;第⼆是红曝,有红圈且刺眼;第三是灯耗电;第四是红外灯的体积大;第五是看不够远;最后,红外的性能不知道怎么比较,需要有一个标准。

        近日,在北京举办的“2018年中国国际社会公共安全产品博览会”上,豪威(OmniVision)科技市场部副总裁陈家旺先生介绍了其在近红外光940nm方面提升分辨率的“Nyxel夜鹰”技术,并在可见光SNR1基础上,创造性地提出了近红外光条件下的SNR1850和SNR1940标准,并推介了在“Nyxel夜鹰”技术基础之上研发的新产品OS02C10 图像传感器。

微信图片_20181031221538.jpg        “Nyxel夜鹰”技术
         安防市场有三大发展趋势:高分辨率,超低光线条件下提升图像质量,利用近红外性能。为此,豪威一年多前推出了“Nyxel夜鹰”技术。2017年豪威曾发布了该技术,今年其已实实在在地落地,客户可以拿到量产的产品——基于“Nyxel夜鹰”的OS02C10。

       目前在不可见光和近红外⾥最想达到的目标是省电,或者在灯的功耗不变时,可以看得更远。

        传统图像传感器达不到上述要求,是因为产品的效率不够,目前通常采用850nm的近红外光,但850nm会看到红曝;940nm没有红曝现象,但940nm的转换效率很低,所以采用的人很少,但940nm是个市场大趋势,为此,豪威潜心钻研多年,开发了“Nyxel夜鹰”来提升灵敏度。
1.png      下图左侧是⼀个像素的简单架构,有感光、线路,感光的光子从上边进来。目前正常的光在850nm时是约20%的感光率。下图右的绿⾊的这条可见光,在可⻅光的时候是80%,850nm时是20%,效率差4倍,即在850时效率很低;但是在940nm时,只有8%,与可见光相差10倍!即在940nm时效率极低。

2.png         “Nyxel夜鹰”技术的方法,首先是把像素的厚度加深了,假设原来只有4,现在加到6(如上图的中间图)。因为从光转换成电,需要提升光电转换效率。这时在不可⻅光时再曝⼀次,这个曝光时间⻓短决定了光能转换到电能的效率,这是第一步。

        第⼆步,在上图中间图的中间部分挖⼀个槽,并填满材料,为什么这样做?如果不这样做,挖深以后光进来后会反射,从旁边跑到隔壁像素中去,这样挖得越深,问题越多,等于噪声越⼤。此外,开槽后还可以延长光的停留时间,提⾼光电转换率。
        第三,因为时间更长,效率就会更高。因此为了进一步提高停留时间,在上图的中图上加了⼀层曲线的膜,让光不要直射下来,而是变成折线下来。
通过这三种方法,如上图右下图,在850nm和940nm时,光的通过率分别提升为60%和40%。
        这60%和40%的提升意味着要补的光的功率减少。例如,940nm时新的“Nyxel夜鹰”效率是40%,传统的方法是8%。即“Nyxel夜鹰”要补的光量减少,不需要花费更多的灯的功耗。

        提出近红外光的测试新标准

        行业上有评价可见光下的信噪比标准——SNR1。

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        不过,近红外光没有标准。为此,豪威在两个不可⻅光的波⻓里面定义了新标准,即SNR1850和SNR1940

5.png        豪威定义的标准是⽤与SNR1一模一样的测量方法,如下图,采用18%红外反射率,当SNR1850 信号/噪声=1时,强度是多少。这是一个新的标准,算法也是豪威算出来。以这个来作为未来业界近红外的标准,测量近红外的效果如何。“这个标准是豪威对业界发表的一个全新标准。” 豪威科技(上海)有限公司市场部副总裁陈家旺先生称。
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         OS02C10 图像传感器

         在“Nyxel夜鹰”技术之上,豪威出炉了OS02C10 图像传感器。优势是保持红外灯功率不变的情况下,例如两个灯都是400mW/sr,目标光⻓度不变时,可见OS02C10看到的清晰度/信噪比是常见竞争对手的2倍(如下图)。
7.png         第⼆个差别是传统的灯还是原来的2个,而OS02C10的灯调下来,调成267mW/cm2 且只有一个,信噪比和竞争对手的一样。理论上可以这样认为,OS02C10可以⽤低于3倍的光源。
 8.png        可见,可不再⽤可以看到红⾊曝纹的灯,全部转成940nm,这样对污染干扰就少了。
现在看到的是0.35 Lux照度下(可见光很低)的图像比较,OV2718、OS02C10和竞争对手的比较,可见SNR1时,竞争产品是0.18,OS02C10是0.16。如下图。
9.png         在850nm时,清晰度与刚才一模一样时,OS02C10是23,竞争对手是50,豪威的⽼产品OV2718是114,豪威⽼产品OV2718和新产品OS02C10差5倍,这是很明显的差别(注:算法是用豪威公司标准算出来的)。通常,850时,40以下是不错的,100以上是较差的。
        940nm的时候差距就很明显了,这时候这个值是多少呢?OS02C10的31比23稍微差⼀点,效率还是比较⾼的,但竞争对手的93就效果较差,可见跟竞争对⼿差3倍。这说明豪威的新产品OS02C10有巨大的竞争力。
        940nm相比850nm的优势
        相比850nm,940nm的优势第⼀是没有红曝,避免视觉污染,这样会暴露摄像机的位置,这样小偷可通过红灯来找到摄像头。其次会造成视觉伤害,因为红外线的穿透⼒比可⻅光⼤很多,会伤害眼睛,尤其对儿童伤害大,因为摄像头在晚上会发出红光,孩子喜欢盯着看。另外,用的灯的功耗也是不一样的。QE(量子效率)越⾼,用的灯的功耗越⼩,夜鹰产品直接转到940nm时,可以达到以往产品所有优点的情况下,还能减小功耗。

9.png        VCSEL:稳定高效的940nm红外光源
        未来更大的发展趋势是940nm。
        实际上,940nm可以分成LED和VCSEL。VCSEL是垂直腔面发射激光器,是激光。下表可以看到激光与LED相比,具有很大优势。当940nm可以⽤时,VCSEL就有用武之地了。
10.png         VCSEL的优势是:第⼀,激光激光灯可以指向很远,效率高、功耗很低。另外方向性高,⽽且可以调频,就是说可以送一个再送一个,收的时候可以知道我能射到多远,可以计算出来。此外寿命更长,但缺点是价格较高。
         但VCSEL的成本很快会下来。因为需求量越来越大。例如iPhone X及之后的新手机前面的指纹解锁健没有了,采用了VCSEL,有3万个点打在脸上。
         豪威也与VCSEL厂商合作,⽤豪威的技术把它集成很⼩,可以和豪威的产品合在⼀起,一个发光、一个接收(如下图)。

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