簡單來說，夜視技術為人類提供了在黑暗中的可視能力。該技術最初在20世紀30年代初期的德國為軍事應用而開發(fā)，用以克服人眼的局限性1。第一個夜視設備基于圖像增強管，在20世紀70年代發(fā)明了熱成像技術，隨后在1980年代出現(xiàn)了第一個采用固態(tài)技術的可見/近紅外（NIR）攝像機2。多年以來，這三種技術都不斷進步，而且夜視技術也從軍用擴展至包括了安防監(jiān)控和汽車應用。 本文將重點介紹NIR技術的進步，以及它為何會成為這些市場的理想夜視選擇。
為什么近紅外技術是夜視應用的理想選擇？
NIR光位于可見光譜之外并且可以有效地對物體或場景進行照明，使攝像機擁有超越人眼視覺能力 “看見”低光或者無光條件下的場景。 這一點對于夜視應用非常有用，因為相對于可見光，夜晚的NIR波長光子的數(shù)量更多。
舉例說明，盡管現(xiàn)今的監(jiān)控攝像機采用了最高分辨率的低光圖像傳感器，但在不使用大功率發(fā)光二極管（LED）的情況下仍然不能很好地捕獲夜間圖像。 因此，用先進的NIR圖像傳感器取代這些低光傳感器就可以減少所需的輔助照明光強，從而實現(xiàn)更加隱蔽的監(jiān)控。
同樣，對于高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的夜視技術，相比遠紅外（FIR）的被動成像，NIR也是更好的選擇，因為前者利用身體熱量生成明亮的負像。 NIR技術則可以在黑暗中捕獲清晰的圖像，物體如同被車輛的遠光燈照亮一樣。 無論物體自身的溫度如何，都可以成像3。
應用NIR有何限制？
NIR成像系統(tǒng)的有效范圍與其靈敏度直接相關，并且取決于兩個關鍵的測量參數(shù)：量子效率（QE）和調制傳遞函數(shù)（MTF）。
成像系統(tǒng)的QE代表光子轉換為電子的比率。 QE值越高，圖像的亮度越高, 相同NIR照明時可看到的距離越遠。 MTF所測量的是在特定的分辨率下圖像傳感器將成像物的對比度轉換到圖像中的能力4。MTF越高則圖像越清晰。光電子從一個像素擴散到相鄰像素時所產(chǎn)生的串擾信號會影響MTF。 為了保持穩(wěn)定的MTF以捕獲清晰的圖像，需要將電子束縛在像素內部。
圖1： 搭載Nyxel的產(chǎn)品圖像對比原始產(chǎn)品，清晰度無下降
現(xiàn)有解決方案所面臨的挑戰(zhàn)
與可見光的成像相比，近紅外光NIR應用中的光子波長更長。而波長較長的光子在晶格內的吸收率較低，所以當硅晶的厚度有限時，傳感器的QE降低。為了產(chǎn)生相同數(shù)量的光電子并實現(xiàn)相同的QE，必需增加硅晶的厚度。對于單像素檢測器，使用較厚的硅晶可以將NIR QE提高至> 90％。然而，對于那些需像素更小的應用，增加硅晶厚度（例如增加至100 μm）會造成部分光子進入相鄰像素而產(chǎn)生串擾，進而會降低MTF。最終生成的圖像雖然對NIR照明更敏感，但分辨率較低，圖像明亮卻模糊。
采用深溝槽隔離（DTI）在像素之間創(chuàng)建屏障可以解決這個問題。雖然標準DTI可以改善MTF，但它可能會產(chǎn)生損壞圖像暗區(qū)的缺陷。這是試圖改善NIR傳感器的公司所面對的一個難題。
技術突破
最新的技術突破解決了僅通過增加硅晶厚度來增加光子吸收所面臨的問題。 采用先進的300mm代工工藝擴展DTI的深度， 通過在相鄰像素之間建立二氧化硅屏障，進而形成氧化物和硅之間的折射率變化，我們能夠在同一像素內制造光學約束。 此外，采用擴展DTI (extended DTI)和高深寬比，溝槽的寬度仍然很窄，從而可以協(xié)助約束即便是小像素內的光子。
其次，在芯片表面建立一個吸收結構 — 類似于太陽能電池生產(chǎn)工藝中所采用的金字塔結構 — 用以形成一個散射光學層。 精密生產(chǎn)該散射層和擴展DTI可以防止圖像暗區(qū)出現(xiàn)額外的缺陷。 該結構的形狀可以延長硅晶中光路長度。 通過分割光波并使其散射，光子在像素內的路徑更長，從而提高了光的吸收。
確保該結構角度的精確性對于散射層的有效性至關重要。 如果角度有誤，會導致光子反射到相鄰像素中，而非按照預先的設想反射到同一像素中。
結論
OmniVision通過與其代工合作伙伴的密切合作，開發(fā)出Nyxel?NIR技術，解決了目前NIR技術中令人困擾的產(chǎn)品性能問題。與上一代具有NIR功能的OmniVision傳感器相比，Nyxel技術結合厚硅晶， 擴展 DTI，和表面光學散射層，讓傳感器的QE可以提高多達三倍，實現(xiàn)了NIR高靈敏度，同時也不會減低其它圖像質量指標。
配備這項技術的傳感器能夠在極低的光照條件下，實現(xiàn)更長距離的圖像捕獲，并且提供更好的圖像質量，而且運行時所需要的光源和電能輸入都更少，滿足了新的夜視應用的需要。