2020.02.24

索尼和Prophesee开发出小像素、高HDR性能的事件检测用堆叠式视野传感器

       日本,东京——索尼公司(下称:索尼)和Prophesee S.A.宣布,他们已共同开发了一款事件检测用堆叠式视野传感器,该传感器拥有业界较小的4.86μm像素尺寸和业界较高的124dB(或更高)HDR性能。在2020年2月16日于美国旧金山举行的国际固态电路会议(ISSCC)上,索尼公布了该新型传感器及其性能结果。

       该新型事件检测用堆叠式视野传感器能够异步检测每个像素的亮度变化,并仅输出被检测到变化的像素的坐标和时间数据,从而实现高效,高速,低延迟的数据输出。尽管体积小,功耗低,但该视野传感器仍可实现高分辨率,高速和高时间分辨率的数据输出。这一成就是通过结合索尼堆叠式CMOS图像传感器的技术特点而实现的,其结果是通过使用Cu-Cu连接*1实现了较小的像素尺寸和出色的低光性能,以及通过Prophesee的Metavision®事件检测的视觉传感技术实现了快速的像素响应,高时间分辨率和高吞吐量数据读出。该新型传感器适用于各种机器视觉应用,例如在各种环境和条件下检测快速运动的物体。

*1:将背照式CMOS图像传感器部分(顶部芯片)和逻辑电路(底部芯片)堆叠时,通过连接的Cu(铜)焊盘提供电连续性的技术。与硅通孔(TSV)布线相比,通过在像素区域周围穿透电极来实现连接,与之相比,此方法在设计上具有更大的自由度,提高了生产率,缩小了尺寸并提高了性能。索尼于2016年12月在旧金山举行的国际电子设备会议(IEDM)上宣布了这项技术。

图1:芯片照片


主要特点

1.实现了业界较小的4.86μm像素尺寸的基于事件的堆叠型视野传感器,体积小,分辨率高

       像素芯片(顶部)和逻辑芯片(底部)结合信号处理电路,检测亮度变化基于异步增量调制法分别排列。两个单独芯片的每个像素都使用Cu-Cu连接*1以堆叠配置进行电连接。除了业界较小的4.86μm像素尺寸,该传感器通过采用精细的40nm逻辑工艺实现高密度集成,为1/2英寸,1280x720高清分辨率。

2.通过高光孔进光率*2达到业界最高124dB HDR性能(或更高)

       通过在像素芯片(顶部)只放置背光像素和N型MOS晶体管的一部分,将光孔进光率*2提高到77%,从而实现业界最高的124dB HDR性能(或更高)。索尼在CMOS图像传感器开发过程中经年累积的高灵敏度/低噪声技术使得事件检测能在微光条件下(40mlx)进行。

*2:每个像素的光入射面的孔径(遮光部分除外)比率。

图2: 像素图


3. 高时间分辨率、高输出的事件数据读出

       基于帧的传感器根据帧率以固定的间隔输出整个图像,而基于事件的传感器则使用行选仲裁器电路*3异步选择像素数据。通过将1μs精度的时间信息添加到亮度发生变化的像素地址,可以确保高时间分辨率的事件数据读出。此外,通过有效压缩事件数据,即每个事件的亮度变化极性、时间和x/y坐标信息,已经实现了1.066Geps*4的高输出事件率。

*3:与亮度发生变化的多个像素的请求相对应,在Y轴方向上确定优先顺序的电路。

*4:每秒的事件数。

图3:事件数据读出示意图


图4:拍摄图像示例1

*夜间拍摄


图5:拍摄图像示例2

*夜间拍摄


主要参数


(本文摘译自英文发表资料,供参考)