imec孵化多种高精度传感器推向市场，光谱成像传感器有望进入手机
2024-08-24 16:38:19 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
imec开发的CMOS图像传感器是世界各地令人惊叹的摄像头核心。它的研究从材料选择和传感器的整体新概念开始，一直到试验生产线内的开发、工程和小批量制造。
据麦姆斯咨询报道，在最近的ITF World 2024活动中，EE Times与imec的研究人员进行了交谈，了解他们在高精度传感器方面的进展。更重要的是，这家位于比利时鲁汶的研究机构从未自己将技术推向市场，它要么寻找工业合作伙伴，要么在条件合适时孵化一家衍生公司。
imec未来CMOS器件副总裁兼高级研究员Paul Heremans表示：“imec开发的CMOS图像传感器是世界各地令人惊叹的摄像头核心。我们的研究从材料选择和传感器的整体新概念开始，一直到imec试验生产线内的开发、工程和小批量制造。”
一个很好的例子是Pharsighted E9-100S超高速摄像头，由Pharsighted开发并由Photron销售。得益于imec开发和制造的高速CMOS图像传感器，该摄像头的速度达到每秒326,000帧（全帧：640 × 480像素），在较小的帧尺寸（640 × 32像素）下最高可达每秒2,720,000帧。
Pharsighted E9-100S超高速摄像头
另一个例子是美国Thermo Fisher销售的冷冻电镜（Cryo-TEM）中使用的直接电子探测器相机。该相机可生成DNA链和其它复杂分子的原子分辨率图片，有助于药物研发过程，使研究人员能够了解他们需要瞄准的分子结构。
由imec开发的电子探测成像器内置于Thermo Fisher的Falcon 4i直接电子探测器相机之中，每个电子探测成像器由4K × 4K像素组成。由于像素尺寸非常大，因此可以达到极限灵敏度。电子探测成像器非常大（5.7 × 5.7厘米），以至于200毫米晶圆上只能生产出四个器件。
Thermo Scientific的Falcon 4i直接电子探测器相机
Falcon 4i直接电子探测器相机可实现高分辨率和高通量，上图展示了脱铁蛋白重建效果，分辨率为1.2 Å，由6小时内采集的297k粒子的3600张图像创建而成。
第三个例子是光谱成像传感器，它具有非常特殊的滤光片，可以检测除红色、绿色和蓝色（RGB）之外的更多颜色。光谱成像传感器可以拾取数十或数百个光谱带。它可以达到这种性能水平，是因为imec在每个像素上都实现了滤光处理。
Paul Heremans说道：“我们可以在几乎任何商用CMOS图像传感器上做到这一点，并将其变成光谱成像传感器。我们的技术被众多客户用于各种领域——从监视到基于卫星的地球观测，从医疗到农业等。”
将光谱成像传感器推向市场
为了将其在光谱成像传感器方面的一些成果推向市场，imec孵化了一家名为Spectricity的初创公司。Spectricity首席执行官（CEO）Glenn Vandevoorde表示：“我们的想法是将光谱成像或光谱学这一领域带入智能手机或其它大批量消费电子产品中。我们的光谱成像传感器可以看到人眼看不到的东西。我们不是像传统CMOS图像传感器那样只处理RGB数据，而是拍摄完整的光谱图像，其中每个像素包含16个不同的色点，包括可见光和近红外光。这样，您就可以检测到看起来相似但实际上非常不同的材料。或者您可以在智能手机上进行色彩校正。有时人们拍照看起来不同，这取决于环境光。我们可以检测出照射的是哪种光，并据此调整颜色。”
Spectricity多光谱成像传感器技术扩展了标准彩色（RGB）图像传感器的范式
智能手机的第一个用例是自动白平衡。使用手机拍照时，有时显示的颜色与实际颜色有很大差异，因为相机没有准确的白点，即构成图像中白色的一组值。这些值在不同条件下会发生变化，这意味着其需要经常校准。然后，所有其它颜色都会根据白点参考进行调整。
传统的智能手机摄像头无法准确判断环境光，因此无法找到白点作为可行的参考。但是Spectricity多光谱成像传感器可获取环境光的完整光谱信息，并应用先进的人工智能（AI）算法检测白点，从而实现准确的自动白平衡和真实色彩校正。
基于Spectricity多光谱成像传感器的手机摄像头
传统的智能手机拍照色彩的准确度取决于环境照明，但是Spectricity多光谱成像传感器能够解决这一问题，使得手机拍照效果与环境照明无关。
Spectricity表示：“全球八大智能手机制造商中有七家正在评估其多光谱成像传感器是否适合集成到手机中。到今年年底，你将看到几家智能手机制造商推出首批内置多光谱成像传感器的手机。”
虽然智能手机是Spectricity多光谱成像传感器大批量生产的最终目标，但在智能手机中引入新功能需要很长的时间，所以Spectricity也瞄准了网络摄像头、安防摄像头和车内摄像头的应用。有一类用例利用了多光谱图像检测人体健康状况的能力。
Spectricity首席执行官Glenn Vandevoorde说：“例如，利用多光谱成像传感器可以准确地监测一个人每天的肤色变化，还可以监测皮肤的血流量、皮肤的水分，以及黑色素瘤等。”
Spectricity自2018年成立以来已筹集了2800万欧元的资金，这家初创公司在其投资者之一X-Fab拥有自己的量产生产线。“我们的设备和工艺都安装在X-Fab。”Glenn Vandevoorde说，“现在，我们的产品正在进行认证，预计到今年年底，我们将准备好进行量产，开始向客户大量发货。”
imec如何找到正确的开发目标
Spectricity是一个很好的例子，它展示了imec如何发现需求并开发技术来满足该需求。当然，光谱学并不新鲜。它已经存在了几十年，研究人员在实验室中使用它来检测不同的材料和不同的气体。新奇之处在于，imec将光谱学集成到CMOS芯片上，并开发了量产工艺使得光谱传感器仅需几美元。研究人员花了大约10年时间研究这个想法——当它在imec试验线上流片时，就孵化成立了Spectricity来实施批量生产并围绕它开发各种应用。
imec科学总监Xavier Rottenberg说道：“我们嗅探不同的技术和市场趋势，我们与业内许多参与者保持联系，以了解大量的问题。在此基础上，我们产生了一种直觉。但直觉很危险，因为你可能只是生理反应。然而，凭借有根据的直觉，判断的正确率会提升。”
一旦imec在实验室中实施一个创新想法，它就会将该技术带到其试验线上以开发用于演示的样品。“我们进行概念验证，以了解器件的性能。”Xavier Rottenberg说道，“然后我们在生态系统中建立联系，形成上下游合作伙伴关系，将平台提升到可以在专业工厂中进行大规模生产的水平。”
Xavier Rottenberg补充说：“在某些情况下，一个创新想法对于合作伙伴来说太过遥远，无法在短期内获利。这时imec就会孵化出一家衍生公司，就像Spectricity一样。”
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