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升級。并且捎帶復習一下全局圖像傳感器技術。
圖像傳感器的作用是將光信號轉換為電信號，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)。
下面這幅圖大家應該很熟悉，非常形象的說明了兩種快門方式在拍攝快速運動物體時的差異。左圖rolling shutter因為每行的pixel曝光時間差異而形成了果凍效應。
Rolling shutter: Pixel并不在同一時間曝光，而是采用逐行曝光的方式，從而導致一幀圖像內每行曝光時間的起始點有差異。
Global Shutter: 可以允許所有的pixel在同一時間開始和結束曝光，曝光結束后再順序讀出。因為所有Pixel曝光的時間都在同一時間點，不會有時間差，所以不會出現(xiàn)拍攝快速運動物體時的果凍效應。
和rolling shutter不同，評價global shutter sensor有一個重要的參數(shù)Parasitic Light Sensitivity (PLS) 代表了當shutter結束之后，sensor的光敏感度。這個值通常用dB表示，越小越好。
為了實現(xiàn)Global Shutter， 電路的復雜程度會高于rolling shutter。實現(xiàn)Global Shutter有3種方式。
Charge domain
光子轉換為電子之后，在轉換為電壓信號之前，存儲在memory node。這樣的方式好處是可以進行CDS（correlated double sampling）, 噪聲特性好。缺點在于存儲空間需要占用一部分感光面積，會減低sensor的靈敏度。
Voltage domain
光子轉換為電子、在FD轉換為電壓信號，再存儲在memory node。但通常來說，這種方式噪聲特性不好。
Digital domain
這個方式是這幾年隨著工藝發(fā)展新提出來的，要實現(xiàn)digital domain global shutter，需要產生的信號可以實時輸出，也就是說每個pixel需要一個單獨的ADC。這種方式目前還沒有商用，還停留在學術研究階段。Sony在2018的ISSCC發(fā)表了學術論文，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?？梢栽跍p小pixel size同時保持優(yōu)良的畫質，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，可實現(xiàn)一幀內High/Low analog gain讀出，sensor內combine，從而實現(xiàn)HDR?？扉T間隔縮短到2us。sensor可以輸出一個信號反映真實的曝光觸發(fā)時間（Eg：該信號可以用來給閃光燈同步或其他應用）
最后附上Sony Pregius S產品清單：
sony 圖像傳感器：一篇文章徹底搞懂索尼的圖像傳感技術
索尼的 CMOS（Complementary metal Oxide Semiconductor - 互補金屬氧化物半導體）傳感器技術探索始于 1996 年，在 2000 年的時候誕生其第一個 CMOS 圖像傳感器（IMX001）。那個時候的 CMOS 傳感器在暗光環(huán)境下的照片有很多噪點，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為當市場轉向高清視頻的時候，CCD 是無法支持高清數(shù)據(jù)的速度要求的。所以在 2004 年的時候，索尼革命性地從 CCD 轉向了 CMOS 圖像傳感器的重點研發(fā)。這是一個非常重要的轉折點。索尼將從世界第一大 CCD 圖像傳感器市場占有者，慢慢向 CMOS 圖像傳感器市場進軍。
到了 2007 年年底，索尼發(fā)布了支持快速，低噪點的列式 A/D 轉換電路 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)新技術還誕生了 2012 年的疊層 CMOS 圖像傳感器（更高的畫質和更小更強大的技術元件）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，每一縱列都有一個轉換那一列模擬信號的 A/D 轉換器。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)轉換器（ADC），這種方法可以減少因為電信號傳輸過程中的干擾帶來的照片質量下降，還可以加速信號輸出。電信號干擾也會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的技術來實現(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 - 背照式結構，該結構能帶來更低的噪點并且?guī)缀鯇鞲衅鞯拿舾卸仍谇罢帐?CMOS 傳感器的基礎上翻了一倍。
沒有了線路層和二極管的干擾，光線在硅片的背部接收，這樣可以增加進入每一個像素點的光線量并且降低相對于各個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，背照式中的像素點部分被疊在了一個信號處理電路上，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雜的電路可以被加進設計。因為各個部分之間是相互獨立的，專門的生產流程可以用來生產像素層，專門提升照片質量，而電路部分可以分開設計和生產，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，生產出來的傳感器更小，生產效率更高。在能夠存放更多的元件的支持下，這一項新技術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波長設計的部件和獨特的受光單元結構，IMX487能夠保證UV波長高感光度的同時，大幅降低噪點。
除此之外，IMX487通過像素高效捕捉UV光，從而實現(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，該技術將獨創(chuàng)的背照式像素結構應用于堆棧式CMOS圖像傳感器，確保無失真的成像和高速性能。
索尼IMX487可應用于當下的UV相機市場進行半導體常規(guī)缺陷檢測，從而提高制造流程的生產力，幫助解決工業(yè)難題。
值得注意的是，除半導體缺陷檢測等傳統(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樹脂（實線）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光下也不會出現(xiàn)黑色。（左為可見光，右為UV光）
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