sony 圖像傳感器：Sony第四代全局快門圖像傳感器
Sony2019年發(fā)布了第四代全局快門圖像傳感器Sony’s Pregius S。這篇文章帶大家一起看看Sony新一代全局快門傳感器做了哪些技術(shù)升級。并且捎帶復(fù)習(xí)一下全局圖像傳感器技術(shù)。
圖像傳感器的作用是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，信號隨后由圖像信號處理器等處理為照片或視頻。CMOS圖像傳感器有兩種快門方式，卷簾快門(rolling shutter)和全局快門(global shutter)。
下面這幅圖大家應(yīng)該很熟悉，非常形象的說明了兩種快門方式在拍攝快速運(yùn)動(dòng)物體時(shí)的差異。左圖rolling shutter因?yàn)槊啃械膒ixel曝光時(shí)間差異而形成了果凍效應(yīng)。
Rolling shutter: Pixel并不在同一時(shí)間曝光，而是采用逐行曝光的方式，從而導(dǎo)致一幀圖像內(nèi)每行曝光時(shí)間的起始點(diǎn)有差異。
Global Shutter: 可以允許所有的pixel在同一時(shí)間開始和結(jié)束曝光，曝光結(jié)束后再順序讀出。因?yàn)樗蠵ixel曝光的時(shí)間都在同一時(shí)間點(diǎn)，不會(huì)有時(shí)間差，所以不會(huì)出現(xiàn)拍攝快速運(yùn)動(dòng)物體時(shí)的果凍效應(yīng)。
和rolling shutter不同，評價(jià)global shutter sensor有一個(gè)重要的參數(shù)Parasitic Light Sensitivity (PLS) 代表了當(dāng)shutter結(jié)束之后，sensor的光敏感度。這個(gè)值通常用dB表示，越小越好。
為了實(shí)現(xiàn)Global Shutter， 電路的復(fù)雜程度會(huì)高于rolling shutter。實(shí)現(xiàn)Global Shutter有3種方式。
Charge domain
光子轉(zhuǎn)換為電子之后，在轉(zhuǎn)換為電壓信號之前，存儲在memory node。這樣的方式好處是可以進(jìn)行CDS（correlated double sampling）, 噪聲特性好。缺點(diǎn)在于存儲空間需要占用一部分感光面積，會(huì)減低sensor的靈敏度。
Voltage domain
光子轉(zhuǎn)換為電子、在FD轉(zhuǎn)換為電壓信號，再存儲在memory node。但通常來說，這種方式噪聲特性不好。
Digital domain
這個(gè)方式是這幾年隨著工藝發(fā)展新提出來的，要實(shí)現(xiàn)digital domain global shutter，需要產(chǎn)生的信號可以實(shí)時(shí)輸出，也就是說每個(gè)pixel需要一個(gè)單獨(dú)的ADC。這種方式目前還沒有商用，還停留在學(xué)術(shù)研究階段。Sony在2018的ISSCC發(fā)表了學(xué)術(shù)論文，感興趣的讀者可以查閱。
回到Sony的全局快門傳感器，2013年Sony發(fā)布第一顆Pregius CMOS sensor, 2.3 MP IMX174， pixel size 5.78um。相比與之前的產(chǎn)品，做了以下升級:
1：第4代Pregius S是Sony首次在全局快門采用BSI技術(shù)。可以在減小pixel size同時(shí)保持優(yōu)良的畫質(zhì)，pixel size減小到2.76μm。
2：更高分辨率、更高幀率
分辨率提高到24.5M，幀率也在原基礎(chǔ)上大大提升。
3：更大的入射角度，更高靈敏度
4：功能升級
Pregius S支持Dual ADC，可實(shí)現(xiàn)一幀內(nèi)High/Low analog gain讀出，sensor內(nèi)combine，從而實(shí)現(xiàn)HDR。快門間隔縮短到2us。sensor可以輸出一個(gè)信號反映真實(shí)的曝光觸發(fā)時(shí)間（Eg：該信號可以用來給閃光燈同步或其他應(yīng)用）
最后附上Sony Pregius S產(chǎn)品清單：
sony 圖像傳感器：一篇文章徹底搞懂索尼的圖像傳感技術(shù)
索尼的 CMOS（Complementary metal Oxide Semiconductor - 互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）傳感器技術(shù)探索始于 1996 年，在 2000 年的時(shí)候誕生其第一個(gè) CMOS 圖像傳感器（IMX001）。那個(gè)時(shí)候的 CMOS 傳感器在暗光環(huán)境下的照片有很多噪點(diǎn)，而且在像素量上也比老 CCD 圖像傳感器低。但是 CCD 的低輸出速度讓索尼認(rèn)為當(dāng)市場轉(zhuǎn)向高清視頻的時(shí)候，CCD 是無法支持高清數(shù)據(jù)的速度要求的。所以在 2004 年的時(shí)候，索尼革命性地從 CCD 轉(zhuǎn)向了 CMOS 圖像傳感器的重點(diǎn)研發(fā)。這是一個(gè)非常重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。索尼將從世界第一大 CCD 圖像傳感器市場占有者，慢慢向 CMOS 圖像傳感器市場進(jìn)軍。
到了 2007 年年底，索尼發(fā)布了支持快速，低噪點(diǎn)的列式 A/D 轉(zhuǎn)換電路 CMOS 圖像傳感器，之后在 2009 年年底，發(fā)布了背照式 CMOS 圖像傳感器 ，是普通傳感器敏銳度的兩倍 - 超過了人眼能力。
隨后，索尼的一系列世界一流的創(chuàng)新技術(shù)還誕生了 2012 年的疊層 CMOS 圖像傳感器（更高的畫質(zhì)和更小更強(qiáng)大的技術(shù)元件）和 2015 年的世界首款 Cu-Cu 傳感器（更加小巧，性能更佳，更低的制造成本）。
列式平行 A/D 轉(zhuǎn)換電路 CMOS 圖像傳感器（2007 年發(fā)布）
這種傳感器中，每一縱列都有一個(gè)轉(zhuǎn)換那一列模擬信號的 A/D 轉(zhuǎn)換器。從縱向信號電路讀取的模擬信號可以直接傳到最近的每一行模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），這種方法可以減少因?yàn)殡娦盘杺鬏斶^程中的干擾帶來的照片質(zhì)量下降，還可以加速信號輸出。電信號干擾也會(huì)通過雙重噪聲消除來降低，這是通過在模擬信號和數(shù)字信號電路中用精細(xì)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。
背照式 CMOS 圖像傳感器（2009年發(fā)布）
背照式 CMOS 圖像傳感器中使用了一種突破性的技術(shù) - 背照式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能帶來更低的噪點(diǎn)并且?guī)缀鯇鞲衅鞯拿舾卸仍谇罢帐?CMOS 傳感器的基礎(chǔ)上翻了一倍。
沒有了線路層和二極管的干擾，光線在硅片的背部接收，這樣可以增加進(jìn)入每一個(gè)像素點(diǎn)的光線量并且降低相對于各個(gè)角度上的敏感度衰減。最后帶來即便是在晚上或者其它低光環(huán)境下也能拍攝出來的平滑、清晰的照片。
疊層 CMOS 圖像傳感器（2012年發(fā)布）
疊層傳感器中，背照式中的像素點(diǎn)部分被疊在了一個(gè)信號處理電路上，而不是向背照式那樣和硅片放在一起。這樣做的好處是大型復(fù)雜的電路可以被加進(jìn)設(shè)計(jì)。因?yàn)楦鱾€(gè)部分之間是相互獨(dú)立的，專門的生產(chǎn)流程可以用來生產(chǎn)像素層，專門提升照片質(zhì)量，而電路部分可以分開設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，來提高性能、清晰度、多功能支持、和更小巧的體積。
Cu-Cu連接疊層傳感器（2015年發(fā)布）
Cu-cu 連接直接將像素層和邏輯電路層相連。不需要額外的電路連接裝置，生產(chǎn)出來的傳感器更小，生產(chǎn)效率更高。在能夠存放更多的元件的支持下，這一項(xiàng)新技術(shù)可以讓疊層傳感器支持更多的新功能。
sony 圖像傳感器：業(yè)界最高像素！索尼發(fā)布圖像傳感器IMX487：支持紫外光波長
9月29日，據(jù)索尼中國官微消息，今日，索尼半導(dǎo)體解決方案公司正式發(fā)布CMOS圖像傳感器IMX487（2/3英寸），不僅支持紫外光（UV）波長，還搭載了全局快門功能。
值得一提的是，索尼IMX487還實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最高的813萬有效像素。
索尼表示，針對UV波長設(shè)計(jì)的部件和獨(dú)特的受光單元結(jié)構(gòu)，IMX487能夠保證UV波長高感光度的同時(shí)，大幅降低噪點(diǎn)。
除此之外，IMX487通過像素高效捕捉UV光，從而實(shí)現(xiàn)UV波長的高感光度，并且憑借業(yè)界最小2.74 m像素尺寸實(shí)現(xiàn)了小型化和高分辨率。
據(jù)了解，IMX487采用索尼的Pregius S全局快門技術(shù)，該技術(shù)將獨(dú)創(chuàng)的背照式像素結(jié)構(gòu)應(yīng)用于堆棧式CMOS圖像傳感器，確保無失真的成像和高速性能。
索尼IMX487可應(yīng)用于當(dāng)下的UV相機(jī)市場進(jìn)行半導(dǎo)體常規(guī)缺陷檢測，從而提高制造流程的生產(chǎn)力，幫助解決工業(yè)難題。
值得注意的是，除半導(dǎo)體缺陷檢測等傳統(tǒng)的UV波長圖像傳感器的使用場景，IMX487還可用于解決各類工業(yè)難題。
包括使用UV光在回收廠分揀塑料和其他材料，檢查透明樹脂的使用情況，檢查部件表面的細(xì)微劃痕，以及檢測架空線路老化放電而發(fā)出的UV光等。
用UV光分揀丙烯酸樹脂（PMMA）和聚苯乙烯(PS)（左為可見光，右為UV光）
涂在基板上的透明保護(hù)樹脂（實(shí)線）在可見光下不可見，但在UV光下呈黑色。未涂覆的區(qū)域（虛線）即使在UV光下也不會(huì)出現(xiàn)黑色。（左為可見光，右為UV光）
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