2021年2月，美國太空總署（NASA）的「毅力號」探測車運用NASA研發的全新導航系統——「地形相對導航」，主動執行了完全自主的進入與下降航程，成功降落在火星的傑澤羅隕石坑。由於任務控制中心與探測車之間的延遲約為11分鐘，因此無法進行由人類引導的遙控著陸。 過往的任務必須依賴已知數據來選擇著陸點，這意味著這些地點並非基於科學價值而選定，而是因為它們能提供更高的成功著陸機率。
但隨著「毅力號」與美國太空總署（NASA）的「地形相對導航」技術問世，一切都改變了。這輛探測車透過將地表影像與機載儲存的影像進行比對，利用地標進行定位與導航，從而成功抵達火星表面。這些影像是由安裝在探測車及進入器上的七台相機所拍攝，使「毅力號」得以降落在火星上一個完全未曾踏足的區域。而這些相機內部裝載著高靈敏度的影像感測器。
影像感測器的發展歷程向來與攝影密不可分，也往往與手機相機息息相關。手機功能在相對短的時間內迅速演進，陸續推出了慢動作、人像模式及微距拍攝等功能，讓每位使用者都能透過口袋裡的小巧裝置，創作出令人驚豔的影像作品。
然而，使用影像感測器的應用領域正不斷擴展，且其目的往往並非用於拍攝影像，而是從環境中擷取資訊。這些應用包括：
- 智慧零售，其中 影像感測器可能是系統的一部分，該系統會根據消費者的購物行為與偏好來生成元資料
- 汽車領域，其中影像感測器是先進駕駛輔助系統（ADAS）的組成部分，並最終應用於完全自動駕駛
- 醫學影像技術使我們能夠開發出體積更小、功能更強大的設備，從而提升研究、診斷及醫療程序的品質
- 運用影像感測器進行光學追蹤的擴增實境
- 採用人臉辨識技術的監控系統
- 用於機器人、自動化及其他應用的視覺系統
- 食品檢驗：利用 短波紅外線感測器根據影像偵測並分類食品品質
影像感測器市場已蓄勢待發，即將迎來顯著成長
隨著影像感測器的應用日益廣泛，其出貨量也隨之增加。從上圖可以看出，行動裝置歷來佔據出貨量最大的比例，且此趨勢將持續下去。然而，圖表同時顯示，未來十年內，消費性與安防應用領域的出貨量將呈指數級增長。
推動行動裝置市場成長的關鍵因素之一，在於相機數量與畫質的提升，因為手機廠商正競相提供更出色、更高品質的影像。消費者希望能夠將鏡頭拉近，捕捉演唱會上的表演者或球場上最喜愛的球員，並拍下可以向朋友展示的照片。
此外，手機內搭載的影像感測器數量也在持續增加。因此，儘管手機的年度總銷量已趨於平穩，但預計從現在到2027年間，手機內搭載的影像感測器數量將增長50%，且其複雜程度也將持續提升。
隨著出貨量增加，預計該領域的營收將在 2026 年底前增長 50%。市場的這股成長勢頭將吸引既有大型廠商與新進業者投入更多資金，同時影像感測器的種類與數量也將隨之增加。然而，為了確保只有高品質的感測器能應用於終端用戶裝置中，必須對其進行測試。
日益增加的複雜性正帶來測試方面的挑戰
那麼，這種複雜度與解析度的提升對影像感測器測試意味著什麼？這意味著測試面臨更多挑戰，不僅體現在各個獨立環節，更體現在這些環節相互結合時所產生的綜合影響，如上圖所示。
資料傳輸頻寬
從左上角開始，每台裝置的資料傳輸頻寬呈現增加趨勢，這指的是需要從裝置傳回影像資料處理器的資料量。測試系統的設計必須確保資料傳輸時間不會影響測試單元的吞吐量。關鍵要素包括擷取時間、影像處理時間以及資料傳輸時間。
高速介面
此外，還需滿足對更高速度介面的需求。這些感測器中定義和使用的通訊協定正在演變，製造商正採用各種技術來提升其支援的資料頻寬，這對於擷取影像資料以及系統的功耗預算而言都至關重要。介面應盡可能縮短「開啟」時間，這意味著需盡快提取數據，隨後即恢復至低功耗模式。目前大多數行動裝置感測器仍採用MIPI標準下的 2.5G C-PHY 和 D-PHY 規格，但 4.5G D-PHY 和 3.5G C-PHY 標準已問世一段時間，並正日益被產品所採用。
目前有許多不同的介面服務於影像感測器市場，且預計其數量將隨著時間推移持續增加。MIPI標準將持續演進，以滿足市場需求。 在行動裝置領域，C-PHY 和 D-PHY 將持續存在；而在汽車領域，A-PHY 和 ASA 則將進一步擴展。此外，上述新興應用將持續成長，並隨著時間推移佔據整體市場更大的份額，而這些應用通常需要不同的介面來與裝置進行通訊。現有及新出現的高速通訊協定日益增多，正帶來獨特的測試挑戰。
測試點數量
特別是在行動裝置領域，以及在某種程度上也包括汽車領域，業界正致力於增加測試點數量。透過專為此目的設計的測試儀，增加測試位點數量可提升整體吞吐量。影像感測器測試的關鍵要素包括：高密度測試儀器配置、可配置且高效能的影像資料處理器（IDP）、能同時對大量裝置進行照明的能力，以及能將單一測試位點開銷（PSO）降至最低的測試系統架構。
晶片尺寸
晶片尺寸的增大，對測試點數構成挑戰，特別是在感測器解析度極高的行動裝置市場中。在影像感測器測試中，測試區域受限於光源尺寸與晶片尺寸，這可能限制測試點數。其他因素，例如探針卡上微型焦點鏡頭需要增加晶片間距（如跳過晶片佈局），亦可能進一步限制測試點數。加劇此挑戰的是，隨著受光面積增加，觸點效率通常會降低。由於解析度提升，晶片尺寸正不斷增大。影像感測器的像素技術將持續進步，使系統能透過更小的像素達到所需的動態範圍。這將導致晶片體積縮小且成本降低，從而實現更高的測試點數。測試系統的設計必須既能高效測試當今的裝置，也能因應未來解決像素尺寸挑戰後所出現的新型裝置。
解析度
當解析度提高時，測試時間也會隨之增加。影像資料的處理時間與每張影像所擷取的資料量直接相關。例如，4800 萬畫素的感光元件所產生的每張影像資料量，是 1200 萬畫素感光元件的四倍。隨著解析度提升，測試系統必須定期導入更新、更快的影像資料處理器，支援更高速度的介面，並確保影像資料能從擷取儀器高效地傳輸至影像資料處理器 (IDP)。
測試未來的影像感測器
由於解析度不斷提升，影像資料處理所佔的總測試時間比例正持續增加，而其他測試項目則（大致上）維持不變。 測試時間的增加可能對測試單元的產能造成負面影響，但泰瑞達已對IP750 平台投入大量資源，並將持續投資。該平台目前已有超過 2000 套系統投入使用，佔全球測試產能的約 80%。2022 年，泰瑞達推出了 IPQ8，這是專為影像感測器設計的 UltraFLEXplus的專用版本，支援最高 20G 序列介面感測器測試；2023 年，泰瑞達將推出新一代 IDP 系統 IPG7，以及支援 4.5Gbps D-PHY 與 3.5Gsps C-PHY 同時組合測試的新型儀器。
目前測試 C-PHY 和 D-PHY 相當複雜，因為這需要進行兩次測試，或者在負載板上加裝開關，以便在 C-PHY 和 D-PHY 之間切換介面。在許多情況下，若使用泰瑞達（Teradyne）的 ICMCD 測試儀，只要裝置的引腳配置符合特定規則集，便無需切換即可同時測試 C-PHY 和 D-PHY——這是一大優勢。
此外，IP750 現已推出後移式對接系統，可支援更大的照明器空間，即 150 × 160 公釐的照明器——相當於標準 300 公釐晶圓面積的一半。後移式對接將照明器移至測試頭外部，以支援更大的照明器及更高的檢測點數量。
未來，泰瑞達的開發藍圖將同時著重於縮短影像處理時間與導入新介面，旨在縮短開發週期並實現業界領先的吞吐量。
隨著影像感測器日益普及，應用範圍不斷擴大，且隨著解析度提升、資料處理介面速度加快以及動態範圍擴大，其複雜度也隨之增加，這對測試工作可能產生重大影響。 新增的測試向量，加上持續降低測試時間與成本的需求，意味著必須開發創新解決方案，以維持品質、產能與產量。泰瑞達（Teradyne）為當今幾乎所有影像感測器提供解決方案，並致力於創新以確保未來的影像感測器也能通過測試，因此是全球影像感測器合作夥伴值得信賴且備受重視的夥伴。
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湯姆·錢伯斯（Tom Chambers）是泰瑞達（Teradyne）影像感測器部門的產品經理，負責新影像感測器產品的開發。在此職位之前，湯姆曾在泰瑞達擔任過行銷與應用工程方面的多個職務。他擁有伊利諾大學厄巴納-香檳分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）的電機工程理學士學位。