威派视：由微米至纳米，国产成像芯片领先全球的“芯”力量

时间： 2024-09-19 来源：威派视

技术问答

打破垄断，超高清成像领域国产“芯”突破

图像传感器是电子设备的“眼睛”，能够把光学影像转化为数字信号。随着消费者对智能相机、智能手机、扫描仪等电子设备的拍摄参数、感光面积、色彩饱和度等要求日益提升，以及成像技术在自动驾驶汽车、工业检测等更广泛领域的应用，厂商们对像素、分辨率的追求也越来越高。

众所周知，传感器上有许多感光单元，每一个感光单元对应一个像素，像素越多，细节感测越好，像素越高，成像效果就越清晰。但是，像素数量与单位密度呈反比关系，当传感器面积，像素增加，单个像素对光线的捕捉能力就会下降，影响画质。所以，研发具有更小像素尺寸乃至纳米级像素尺寸的成像器件，缩小CMOS图像传感器体积，以适应更小芯片，便成为新一代成像技术的工艺难点和突破点。

CMOS（互补型金属氧化物半导体）是目前被广泛使用的图像传感器，近年来，该领域几乎被三星、索尼、豪威等品牌厂商垄断。随着背照式（BSI）、堆叠BSI等技术的突破，2亿像素、2.5亿像素等趋近人眼分辨率5.8亿像素的图像传感器像素记录不断被刷新，应用场景也向生产、安防、医疗、工业等多元市场延展。

而国内，超高像素成像芯片领域曾经因长期依赖进口，且受原材料、设计、工艺等限制，很长一段时间内都未能生产出与国际主流产品相匹配的产品，可近年来，却有了“芯”突破。威派视创始团队通过与南京大学传感与成像技术研究院产学研用深度融合，十年磨一剑，首个提出单个像素由单个晶体管组成的新型成像器件——垂直电荷转移成像器件（VPS技术），并将理论研究落地到新型成像芯片技术的开发和产品研制中，布局全链条一体化，带来国产高端成像芯片“弯道超车”的机会。

自主创新，亿级像素成像芯片的引领者

垂直电荷转移成像器件（VPS）是一种新型成像器件，基于标准CMOS工艺，颠覆传统成像技术的像元结构，创新性地将感光、读取、复位、选址功能集成到单一晶体管，用单一晶体管实现了CMOS图像传感器芯片中3-4个晶体管和一个二极管的功能，解决了满阱电荷量受限于像元结构的问题，将像元尺寸由“微米级”推进至“纳米级”，并能够持续缩小像素尺寸而保持优异的信噪比，为最底层的器件级创新。

威派视以垂直电荷转移成像器件（VPS）为核心，聚焦下一代超大规模像素图像传感芯片产品研发与应用设计，解决纳米级分辨率芯片在显微观测、广域监控等领域应用的关键科学和技术问题。目前，公司已实现最小像素尺寸500纳米，超6亿像素规模芯片的开发，是为世界已报道最高水平，拓展了现有CMOS图像传感器芯片在行业应用上的新边界，让图像传感芯片应用到生命科学显微成像领域和商业卫星等领域成为可能，实现了我国在纳米成像芯片技术领域的跨越式发展，也让中国走到了国际上该领域的第一梯队。

目前，VPS技术在超高分辨率成像领域达到了业界领先水平，获得了近40项核心自主知识产权。

颠覆应用，扩展图像传感器市场新边界

新一代成像技术突破传统成像方式的局限，随着前沿科技、新兴领域的发展带来巨大市场需求。威派视在多领域交叉学科的应用研究和技术转化中，逐渐确认了两大业务方向，即面向远距离广域监控领域（如商业卫星、安防监控等）和医疗无透镜显微应用领域（即细胞显微、医疗体外诊断等），基于团队能力，提供包括芯片设计、工作模组、软件、算法、仪器等在内的医疗领域上游关键零部件及解决方案，实现全链条的一体化。

2022年年底，首款VPS600成像芯片（像素规模：6亿）问世，VPS芯片数字显微技术大视场在生命科学显微成像领域应用成为可能，这款“可以直接看清细胞的芯片”让威派视无透镜显微成像芯片在体外诊断（VD）及基因检测等医疗领域的应用取得重大进展，逐渐形成数字显微芯片、内窥镜检测芯片、基因测序芯片等产品业务方向。其中，VPS600无透镜显微成像芯片更是因为具备高分辨和大视野，单次拍照即可获取500纳米最小检测单元、100平方毫米单次成像视野的数字图像，无需任何光学透镜、图像扫描和拼接过程就可实现生物芯片的数字化阅读。一元硬币大小却比传统显微镜视野扩大500倍（观测视野最大可支持11mm*13mm），放入现有的医疗仪器中可大大缩小设备的体积，给未来医疗器械进入社区、家庭带来无限想象空间。

如今，面向医疗领域，威派视已实现首款图像传感芯片的研发以及包括血细胞形态观察、尿检、粪检、阴道微生态检测、宫颈癌筛查等方面的初步验证，“细胞轮廓更清晰”“病灶检出率更高”等是验证中客户给予的客观评价。

面向远距离广域监控应用领域，大面阵图像传感芯片也取得了长足进展。大面阵图像传感芯片在新品工艺、材料上完全国产，已完成流片，进入产品验证阶段。这款芯片可在大范围区域内以6亿+像素的分辨率拍摄图像，还能保留整个图像的精致细节，同时支持16个ROI(关注区)功能，可让使用者从任意区域读取图像信息，进而减少信息读取量，实现ROI多目标追踪，适用于在监控安防、商用卫星、桥梁检修、电力巡检等领域的使用。该产品量产后，将推动我国在纳米成像器件领域的国际领先和产业化，助力在关键领域“引领亿像素时代”目标的实现。