索尼：速度最快的X射线CMOS传感器

今日，索尼宣布发布、量产和出货IMX711直接转换电荷积分X射线CMOS图像传感器。

IMX711是一款用于检测和测量仪器的 X 射线图像传感器，它可直接探测 X 射线并输出与其能量成正比的信号。这款新型传感器采用索尼专有的电路技术，有效抑制电荷饱和，从而实现业界最快的26,100 fps 高速成像，确保测量精度。此外，它还能显著降低噪声，即使在低通量条件下也能提高信号检测精度，并能检测光子能量的差异。IMX711 能够在单个传感器上实现宽动态范围内的高精度 X 射线积分能量测量以及光子级能量信息采集，这对于传统传感器而言是难以实现的。这一独特功能将有助于推动 X 射线检测和测量技术的进步和多样化发展，该技术广泛应用于从尖端器件检测到科学测量等各种领域。

IMX711 直接转换电荷积分式 X 射线 CMOS 图像传感器

X射线检测和测量广泛应用于各个领域，包括电池和半导体等先进器件的检测，以及材料开发和生命科学研究中的科学测量。随着这些方法的日益复杂化以及人工智能等数据分析技术的进步，X射线传感器也需要不断发展，以实现更高效、更可靠的数据采集。然而，由于高通量条件下的光子计数误差以及低通量条件下噪声的影响，传统传感器在提高测量精度和满足下游分析多样化需求方面一直面临挑战。

这款新型传感器实现了业界最快的26,100 fps最高帧速率和34 e-rms的低噪声性能（随机噪声约为每像素34个电子），从而有助于解决上述技术难题。它不仅能够比传统传感器更精确地检测更宽动态范围内的信号，还能以高分辨率分辨不同能量级别的光子，同时具备电荷积分传感器的优势，可同时输出积分X射线能量数据和光子能量数据。该产品获取的高可靠性数据不仅能够提升X射线检测测量设备的性能，还有助于开发如下所述的基于能量信息的新型分析方法。

潜在应用示例

• 提高电池和半导体应用中高速运动物体检测的精度和吞吐量
• 元素映射用于区分不同能级的光子并呈现二维分布
• 利用光子能量信息和空间信息同时进行晶体结构分析和元素分析

主要特性

第一，凭借业界最快低噪声成像技术，在宽动态范围内实现高精度。测量该产品采用索尼专有的电路技术，实现了业界最快的26,100 fps最大帧速率。与传统传感器相比，每帧累积电荷量的降低使其具有更优异的饱和特性。同时，电荷积分传感器面临的技术难题——随机噪声也被降低至34 e-rms，即使是微弱的X射线信号也不会被噪声掩盖，从而能够被可靠地检测到。这提高了低通量条件下的测量精度，实现了光子级检测。这些特性使得在低通量到高通量条件下，所有像素的积分X射线能量都能得到精确测量，支持在单个传感器上对亮度差异显著的区域进行检测和测量，从而提高器件吞吐量并扩展动态范围。

第二，高能量分辨率助力光子能量检测与测量。新型传感器采用电荷积分法，无需预先设定阈值即可获取光子能量信息。此外，读取过程中噪声和信号波动得到抑制，从而实现高能量分辨率，清晰识别光子能量差异。高能量分辨率带来的高可靠性数据采集能力，将有助于简化和提高先进检测与测量的精度。以往，在诸如元素级成分差异检测、结构和材料分析等应用中，需要进行多次测量才能定量评估微小的状态变化。该传感器还支持在各种条件下进行后处理，例如采集所有像素的测量数据、结合空间信息以及提取特定能量数据，从而实现多功能检测与测量。

X射线CMOS传感器是将高能X射线转换为数字图像的核心组件。它利用标准半导体工艺集成光敏元与读出电路，通过闪烁体（间接转换）或直接吸收（直接转换）高能光子，实现极高的图像分辨率和实时动态成像。

核心优势与技术特点上，第一，高分辨率与低剂量。可提供超高空间分辨率，常用于精细成像，在减少患者X射线辐射剂量的同时确保图像质量。第二，实时动态成像。相较于传统胶片，CMOS传感器可实现实时图像输出和极高帧率（部分高端工业型号帧率可超 26,000 fps）。第三，低噪声与高集成度。内部集成了模数转换器（ADC）和数字逻辑，具备优异的低暗电流和低串扰表现。