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立方衛星上的CMOS黑白影像感測晶片

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立方衛星上的CMOS黑白影像感測晶片

●技術說明:
本計畫為第三期遙測衛星CMOS影像感測器(CIS)開發整合計畫,主要演進為對地解析能力提升為0.5米;設計上導入CMOS時間延遲積分(TDI)新架構,背照式CIS 0.13 μm製程,並加強晶片抗輻射能力;本計畫並自主開發晶片量測平台與數據分析技術,建立自我驗證能力,以加速技術研究發展進程。
●技術之科學突破性:
本技術為國內自主研發的互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測晶片,作為第三期太空超高解析度光學遙測衛星CMOS影像感測器(CMOS Image Sensor, CIS)。在技術面上,本CMOS影像感測器採用背照式(Back-Side Illumination, BSI)CIS製程,可以在先天結構上擁有比前照式(Front-Side Illumination, FSI) CIS製程較高約20%的照光敏感度,而不受限於FSI製程禁止繞線遮蔽Pixel區域的條件,可在整合晶片時擁有較佳的佈局彈性兼顧電源與訊號品質;為了增加影像感測晶片在太空中的使用壽命及可靠度,本計畫發展並驗證增強晶片抗輻射能力的製程方案。
另一方面,在低訊號強度條件下要達成訊噪比(Signal /Noise Ratio, SNR)規格,除了使用BSI製程,本CMOS影像感測器還導入新型架構的時間延遲積分(Time Delay Integration, TDI)技術,以全數位的方式實現了多階TDI技術,有效地提升SNR規格,並確保畫面組成的正確性,本晶片藉由數位訊號處理,達到有效提升對地解析的綜效能力。
總結來說,本計畫挑戰許多CMOS影像感測器嚴苛的開發設計問題,包含嚴格的訊噪比規格、複雜的新型TDI架構、大尺寸電路訊號與時脈控制與平衡、高精確度的類比前端電路、高速的LVDS介面電路與複雜大量的混和訊號(Mixed Signal)系統整合驗證。
在影像感測器晶片量測與驗證平台方面,本計畫利用自主開發的儀控程式操控光學測量系統,量測其對光的響應。光學測試系統由光源與量測平台所組成,前者以高功率氙燈為光源,藉由光纖導入積分球或準直透鏡後形成均勻光,後者包含光照度計等測量儀器與放置測試板(Evaluation Board)的平台,數據擷取則分為前端類比訊號以及系統級數位訊號的輸出兩路量測,提供不統種類參數給電路系統設計工程師參考。
在數據分析方面,本計畫所開發的分析程式針對上述量測數據進行統計分析,計算出像素光響應線性度(Pixel Response Linearity)、訊噪比與固定圖像噪聲(Fixed Pattern Noise, FPN)等影像感測器重要參數。在數據分析中最為重要的是交互驗證類比與數位輸出端之訊噪比–TDI階數關係,以確認新架構多階TDI提升訊噪比的功能。
●技術之產業應用性:
本計畫實現了一個小尺寸PAN Band黑白影像感測器(Panchromatic, PAN),可擴充為MS Bands多頻譜影像感測器(Multi-Spectral, MS),對應其他頻譜,而獲得更完整的彩色影像資訊與地理資訊。此技術除了可應用在遙測衛星蒐集地理影像資訊之外,還可應用在搭載遙測載具或大眾運輸的影像感測器,如無人機、太空望遠鏡、街景鏡頭等等,搭配近年來各國多方推廣的5G通訊科技應用,對於災害防治、生態調查、環境維護、太空觀測、AI人工智慧、人臉辨識、智慧物品運輸、自動駕車導航等用途上,皆可提供高解析度的影像資料進而促進科技融入生活。此外,加強的抗輻射能力將有助於技術導入高能輻射科學研究之應用領域,提供有效的感測影像。

線上展網址:
https://tievirtual.twtm.com.tw/iframe/803f751a-6cee-4720-9fdd-65242ee957e3?group=23bfb1fa-dd5b-4836-81a1-4a1809b1bae5&lang=tw

聯絡人

  • 姓名:張大強

  • 電話:03-577-3693分機7218

  • 地址:台北市和平東路二段106號3樓

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其他資訊

  • 展館別:未來科技館 2023太空科技

  • 所屬代表參展單位:國家科學及技術委員會

  • 主要應用領域:電子與光電

位置 更多資訊

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  • 技術成熟度:實驗室階段

  • 展示目的:商機推廣、研發成果展示

  • 流通方式:自行洽談

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