"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：16493

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

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。
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。

“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。

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。

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。

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）。
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。
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。
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。

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。
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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