Светочувствительные КМОП-матрицы – необходимый элемент самых разнообразных устройств от фотоаппаратов до микроскопов. Любой современный человек знает, что одной из важнейших характеристик светочувствительных матриц является «число мегапикселей» или, если говорить техническим языком, их разрешение. При этом, чем больше разрешение, тем лучше. Однако существует и целый ряд приложений, где требования к разрешению особенно высоки: цифровые микроскопы, системы машинного зрения на производстве. Как раз для этих сверхответственных приложений компания Gpixel Inc. создала матрицу GMAX3005 с рекордным разрешением 150 мегапикселей.
 |
|
| Рис. 1. | Светочувствительные КМОП-матрицы от Gpixel Inc. |
Человеческое зрение – уникальная способность, позволяющая получать огромный объем информации: цвет, уровень освещенности, яркость и т.д. Благодаря ему мы узнаем об окружающих нас предметах задолго до того, как приблизимся к ним. Однако возможности зрения, к сожалению, не безграничны. Сложно невооруженным глазом увидеть планеты солнечной системы или разглядеть крыло бабочки. Для этих целей необходимы различные оптические приборы.
Кроме непосредственного получения изображений, требуется так же преобразовать их в удобную форму для дальнейшей обработки и использования. Бесспорно, что в современном мире наиболее удобной является цифровая форма хранения данных. А для того, чтобы получить эти цифровые данные, как раз и нужны электронные светочувствительные матрицы.
Существует два основных типа матриц: с переносом заряда (ПЗС) и КМОМ-матрицы. С учетом ряда оговорок, можно утверждать, что в настоящее время КМОП-матрицы являются более совершенными. Одним из доказательств этого стали матрицы компании Gpixel Inc. с рекордным значением разрешения 150 мегапикселей!
Конечно, такое разрешение абсолютно избыточно для бытовых фотоаппаратов. Однако в ряде приложений такие высокие характеристики оказываются чрезвычайно востребованными:
- Цифровые оптические микроскопы для нужд медицины. Качественное изображение – ключевой фактор при исследовании различных медицинских образцов (клеток, тканей), а также процессов, происходящих в них;
- Системы машинного зрения. Ярким примером использования машинного зрения на производстве являются системы автоматического контроля. Обнаружить короткие замыкания толщиной менее человеческого волоса на печатной плате или микроскопические трещины печатного проводника невозможно без четкой картинки;
- Аэрофотосъемка. Съемка больших площадей земной поверхности с низким разрешением бессмысленна. Зачем карты, на которых ничего нельзя рассмотреть? Естественно, если используется камера с низким разрешением, проблему можно решить, если делать большее число снимков меньших участков земли. После этого их необходимо «склеивать». Если использовать камеры высокого разрешения, то число снимков можно уменьшить за счет охвата большей территории.
Эти и многие другие приложения являются прямыми областями применения для КМОП-матриц большого разрешения от компании Gpixel Inc.: GMAX0504, GMAX1205, GMAX3005 (Рис. 2).
 |
|
| Рис. 2. | Номенклатура КМОП-матриц с высоким разрешением от Gpixel Inc. |
GMAX0504 – самый скромный представитель данного семейства с разрешением 5144×3800 (19.5 мегапикселей) и размером пиксела 7.4×7.4 мкм. Данная матрица предназначена для создания цветных изображений.
Существует две версии GMAX0504 с построчным и полнокадровым построением изображения. При этом для полнокадрового варианта частота кадров достигает 16 кадров/с, а для построчного до 25 кадров/с. Таким образом, при желании можно получать не только фотографии, но и видео.
За счет использования 80 дифференциальных пар LVDS скорость обмена данными с GMAX0504 составляет до 25 Гбит/с. Матрица выпускается в 263-выводном PGA корпусе.
GMAX1205 – матрица с чувствительной областью 66×27.5 мм и разрешением 60 мегапикселей (12000×5000). При этом размер пиксела меньше, чем GMAX0504 и составляет 5.5×5.5 мкм.
GMAX1205 имеет два варианта исполнения: для монохромных и цветных изображений. В обоих случаях используется построчное создание изображения. Частота кадров составляет 10 кадров/с.
Обмен данными производится с помощью 48 дифференциальных пар. LVDS. Скорость обмена до 9.6 Гбит/с.
GMAX3005 – абсолютный рекордсмен с разрешением 150 мегапикселей! Матрица обладает теми же характеристиками, что и GMAX1205, но имеет вдвое больший размер чувствительной области 165×27.5 мм.
Чтобы обеспечить приемлемый обмен данными, число дифференциальных пар LVDS увеличено до 120, что позволяет достигать скорости 24 Гбит/с. Матрица имеет 395-выводное исполнение (корпус PGA).
Высокое разрешение – не единственное достоинство GMAX3005. Матрица обладает неплохим соотношением сигнал-шум (43 дБ) и широким динамическим диапазоном (75.4 дБ).
Максимальная потребляемая мощность GMAX3005 составляет до 2.5 Вт, при напряжении питания 1.8/3.3 В.
GMAX3005 применяется только для монохромных изображений, что компенсируется использованием 16-битного АЦП.
Все представленные матрицы оптимизированы для работы в видимом спектре с максимальной квантовой эффективностью для длин волн 550 нм (Рис. 3).
 |
|
| Рис. 3. | Зависимость квантовой эффективности от длины волны для матриц от Gpixel Inc. |
Светочувствительные матрицы с высоким разрешением открывают новые горизонты для человеческого взора. Теперь для нашего глаза доступны объекты, ранее скрытые благодаря своим малым размерам. Однако еще большую пользу новые матрицы принесут системам машинного зрения, которые смогут значительно расширить свои возможности.
Характеристики КМОП-матрицы GMAX0504:
- тип: цветная;
- размер чувствительной области: 38×28.1 мм;
- размер пиксела: 7.4×7.4 мкм;
- разрешение: 5144×3800;
- тип построения изображения: построчное или полнокадровое;
- АЦП: 2×12-бит (построчный вариант), 2×10-бит (полнокадровый вариант);
- динамический диапазон: до 77 дБ;
- частота кадров: 25 кадров/с (построчный вариант), 16 кадров/с (полнокадровый вариант);
- скорость обмена данными: до 25 Гбит/с;
- напряжение питания: 1.8/3.3 В;
- максимальная мощность: менее 2 Вт (построчный вариант), 3 Вт (полнокадровый вариант);
- выходной интерфейс: 80 дифференциальных пар LVDS;
- диапазон рабочих температур: –55…+55 °C;
- корпусное исполнение: 263-выводной PGA.
Характеристики КМОП-матрицы GMAX1205:
- тип: цветная/ монохромная;
- размер чувствительной области: 66×27.5 мм;
- размер пиксела: 5.5×5.5 мкм;
- разрешение: 60 мегапикселей (12000×5000);
- тип построения изображения: построчное;
- АЦП: 16-бит;
- соотношение сигнал/ шум: 43 дБ;
- динамический диапазон: 76.5 дБ;
- рабочая частота: 25 МГц;
- частота кадров: 10 кадров/с;
- скорость обмена данными: до 9.6 Гбит/с;
- напряжение питания: 1.8/3.3 В;
- максимальная мощность: 1.5 Вт;
- выходной интерфейс: 48 дифференциальных пар LVDS;
- диапазон рабочих температур: –55…+85 °C;
- корпусное исполнение: 184-выводной PGA.
Характеристики КМОП-матрицы GMAX3005:
- тип: монохромная;
- размер чувствительной области: 165×27.5 мм;
- размер пиксела: 5.5×5.5 мкм;
- разрешение: 150 мегапикселей (30000×5000);
- тип построения изображения: построчное;
- АЦП: 16-бит;
- соотношение сигнал/ шум: 43 дБ;
- динамический диапазон: 75.4 дБ;
- рабочая частота: 20…30 МГц;
- частота кадров: 10 кадров/с;
- скорость обмена данными: до 24 Гбит/с;
- напряжение питания: 1.8/3.3 В;
- максимальная мощность: 2.5 Вт;
- выходной интерфейс: 120 дифференциальных пар LVDS;
- диапазон рабочих температур:–55…+85 °C;
- корпусное исполнение: 395-выводной PGA.
О компании
Gpixel Inc. – китайская компания, занимающаяся разработкой и производством специализированных КМОП-матриц для медицины, промышленности и научной сферы. Компания была основана в 2012 году и всего за два года смогла запатентовать более 10 уникальных технологий.
Сейчас основу номенклатуры Gpixel Inc. составляют светочувствительные матрицы с высокой разрешающей способностью (более 10 мегапикселей), низким уровнем шумов, широким динамическим диапазоном (более 100 дБ), высокой скоростью передачи данных (более 2 Гпикс/с).
Посмотреть подробные характеристики КМОП-матриц от компании Gpixel Inc.
