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三层传感器 三层图像传感器的最新进展

发布时间:2024-10-07 06:10:03

三层图像传感器的最新进展

来源:内容来自半导体行业观察(ID:icbank)综合,谢谢。

近日,SIGMA发布了一篇文章,讨论了他们三层图像传感器的进展。据报道,自他们于2020 年 2 月宣布决定重启全画幅 Foveon X3 传感器相机的计划,并从开发新的传感器技术开始开始以来,他们仅在去年二月分享了一次该研究的进展。在去年二月中的披露他们表示,正如之前宣布的那样,在我们使用的传感器由于一个严重缺陷而无法投入批量生产后,我们停止了该项目的开发。因此,我们也终止了与我们一直合作的传感器制造商的合同。此外,我们认为最初的传感器规格会使开发满足我们和我们客户的高标准的产品变得困难,因此我们决定重新设计。他们在去年二月的文章中透露,在总公司的带领下,公司正在全力投入该项目的研发工作,并正在审查规范,以确保能够满足对该项目的期望。近日,他们又分享了截至 2022 年 2 月的三层图像传感器的开发情况:据介绍,目前,在SIGMA总部的强有力领导下,他们正在与日本的研究机构紧密合作,而三层图像传感器的开发工作也正在进行中。发展阶段大致可以分为以下几个阶段:

第 1 阶段: 对新的三层结构进行重复设计模拟,以确认其功能是否符合预期。第 2 阶段: 使用与产品规格相同像素大小但减少总像素数的小型图像传感器进行原型评估,以验证图像传感器在实践中的性能特征。第3阶段: 使用与AD转换器等量产产品相同规格的全画幅图像传感器进行最终原型评估……Sigma认为这三个阶段在开发过程中是必要的,而他们目前正处于为第 2 阶段创建原型传感器的阶段。根据原型传感器的评估结果,SIGMA将决定是进入第 3 阶段还是审查设计数据并重新制作“第 2 阶段”原型。当进入第三阶段时,SIGMA将根据评估结果与研究机构和制造供应商验证传感器的量产性,然后最终决定是否量产图像传感器。Sigma强调,虽然我们还没有达到可以宣布图像传感器量产的具体时间表的阶段,但我们决心尽最大努力实现一款真正让等待它的客户满意的相机。

附:Foveon X3感光元件介绍

据维基百科介绍,Foveon X3 是一种给数码相机使用的CMOS感光元件 ,最初是由Foveon. Inc开发 (目前属于适马(Sigma)的子公司) 并由美国国家半导体和东部大宇电子(Dongbu Daewoo Electronics)负责生产(根据上文,他们在三层传感器研发的时候,这些供应商可能已经换了),并将其使用在Sigma旗下的的数码相机上。此种感光元件最有特色的地方在于他不同于现在市面上的产品,大部分厂商都是仿生物技术的三原色感光元件组成,例如所使用的CCD/CMOS一个像素只能感测红、蓝、绿三种光波其中一种光波的强度,最后再与邻近的几个不同的像素统整资讯得到近似的颜色。Foveon X3利用可见光不同的波长拥有不同的穿透力的原理,在每个像素具有三层感光元件所以可以同时侦测红、蓝、绿三种波长的强度,有比传统感光元件拥有更加锐利以及真实的颜色,由于这种特殊设计方式相当具有巧思,其潜在解析力甚至可以超越肉眼。各种颜色在Foveon X3感光元件的硅晶圆中被吸收从技术上看,Foveon X3感光元件是利用硅晶圆被光线穿透时会根据光线不同的波长在会在不同的深度被吸收,波长较短的光波例如蓝色以及紫色穿透力较弱,波长较长的光波例如黄光以及红光拥有较佳的穿透力。透过这种原理让光波穿过硅晶圆,将晶圆分为不同深度的蓝、绿、红三层侦测讯号强度并记录起来,最后将数据交给图像处理器推算出三原色的强度就可以得到正确的颜色。在色彩的精确性上领先所有的传统感光元件。因为每一个硅晶圆厚度只有五微米对于对焦以及色差的影响甚微,然而由于波长较长光波抵达最内层的红色侦测器时会稍微衰减,可能会导致与传统CCD/CMOS比起来对于波长较长的光波比较没有那么锐利。传统Bayer感光元件的构造传统Bayer感光元件只有获得1/3的总资讯量传统的CCD/CMOS一个画素只能采集红、蓝、绿三种光波其中一种光波的强度,每一个画素透过上面滤镜过滤出特定颜色的光波交由下方的感刺器侦测强度。红色、蓝色以及绿色的画素数量大致上的比例是1:1:2,这些马赛克式的三原色数据最后各自交由图像处理器去马赛克,由于只记录1/3的资讯,图像处理器必须去猜测这些遗失的资料,也就是将邻近的几个像素的数据混合出接近的颜色。Foveon X3感光元件中的每个像素都可以完整的回报三原色的强度,这导致了这两种感光元件有一些差异。

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体积不变性能更强 米家空气净化器3评测

随着空气质量的好转,空气净化器行业前进的脚步也放缓了一些,不少人家里的空气净化器也开始处于吃灰的状态,小米也时隔近两年才对米家空气净化器2S进行迭代升级,而这次新推出的米家空气净化器3又有哪些亮点呢?

体积没变,但性能更强了

米家空气净化器3最让我感到意外的是,在保持和上代产品同样体积的基础上,净化能力进一步增强,颗粒物CADR从310m3/h提升到400m3/h。一般来说,提升性能都要以增加体积为代价,但这次跨代升级产品并没有延续这样的套路,机身三围(240×240×520mm)与前代2S完全一致,占地面积仍然不及一张A4纸。

从机身前方基本看不出两者有什么区别

出风口格栅对比

风扇设计完全不同

米家空气净化器2S采用涡流扇+混流风扇

米家空气净化器3采用后倾离心风扇

既然体积不变,米家空气净化器3是怎么提升净化能力呢?对比2S,可以看到这一代产品的出风格栅面积更大,然后凑近看又能发现里面的风扇有了明显的变化,使用后倾离心风扇替代原来的涡流扇+混流风扇,据介绍风道内壁还采抛光处理来降低风阻,可以说是重新设计了整个风路系统,性能提升正是源于这些改进。需要注意的是,因为出风格栅设计发生了变化,米家空气净化器3的顶部没有配备光线传感器。

机身正面,依然是一块“突兀”的圆形OLED屏幕,因为取消了顶部的开关/模式键,这块触控屏幕开始承担了开关机和挡位切换的任务。增加了开机/模式切换键后,指示空气质量的灯由条形变成了环形,看起来更直观醒目一些。

手机APP操控并不是什么新鲜的功能,但作为米家海量智能设备中的一员,米家空气净化器3可以与米家IoT平台中的多种智能设备进行联动,带来更丰富有趣的操控体验。

机身背面两者并没有什么区别,依然配备的是高精度激光颗粒物传感器,这可以为空气净化器在自动模式运行时提供可靠的数据参考。

滤网方面没有什么变化,延续桶式结构设计,三层过滤结构,随机标配的是普通版,除此之外还有除菌版和除甲醛增强版可选,价格也都很实惠,这让它的长期使用成本也保持在很低的水平。

噪音、功耗及性能测试

米家空气净化器3在原先自动挡、睡眠挡、最爱挡的基础上,新增了低速、中速、高速3个挡位,在手动控制时提供更多样的选择,下面对各个挡位的噪音(距离机器1米的位置)和功耗进行测试。

从上面的测试数据可以看出,睡眠挡和1挡的表现很接近,产生的噪音不太容易察觉,晚上使用不会打扰睡眠;切换为2挡后,噪音会明显提升一个级别,距离机器比较近时略微有些吵闹,白天使用问题不大;拥有更大噪音的3挡和最爱挡只能作为短时间使用的选择了。功耗方面,最为耗电的最爱挡功耗为39.1W,连续开启24小时耗电量也不到1度,耗电问题不用担心。

最后也对它的净化速度进行了测试,测试环境是10㎡的卧室,采用抽烟的方式让室内PM2.5的浓度上升到522微克每立方米,这时开启拥有最大风量的最爱挡,PM2.5检测仪与空气净化器距离为2m,每隔两分钟记录一次PM2.5检测仪的数值。

PM2.5浓度初始值为522微克每立方米

净化速度测试

从测试结果来看,米家空气净化器3用了不到10分钟让室内空气进入优级状态,这意味着在重度污染天气,它可以高效快速完成净化任务,随着如今空气质量的好转,米家空气净化器3更是可以轻松应对轻度或中度污染天气。

小空间的不二之选

在性能提升的基础上,米家空气净化器3保持不变的不仅有它小巧的体积,同时维持与上一代产品刚发布时相同的价格。目前米家空气净化器3比米家空气净化器2S贵了200元,但它能换来29%的性能提升,有着更高的净化效率,所以更值得推荐购买。

最后想说的是,虽然性能的提升让米家空气净化器3的适用面积(28-48㎡)进一步增加,但考虑到噪音等问题,它的最佳使用环境依然是卧室等小空间环境,较大面积的客厅还是要尽量选择颗粒物CADR超过500的米家空气净化器Pro、米家空气进化器MAX等机型。

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