2021.09.09

索尼发布业界最小4.86μm像素尺寸的堆栈式基于事件的视觉传感器

通过检测特定变化、高速度/高精度数据采集,提升工业设备生产力

(2021年9月9日,日本厚木)——索尼半导体解决方案公司(下称“索尼”)今天宣布即将发布两款堆栈式基于事件的视觉传感器。两款传感器为工业设备而设计,能够专注于物体特定变化的检测,且实现了业界最小*1的4.86μm像素尺寸。

*1:在堆栈式的基于事件的视觉传感器中,基于索尼研究,截至2021年9月9日发稿时间。

基于事件的视觉传感器可异步(非同时)检测每个像素的亮度变化并仅输出变化的数据,将其与像素位置(xy坐标)和时间信息相结合,从而实现高速度、低延迟的数据输出。

这两款新的传感器采用堆栈式技术,利用索尼专有的Cu-Cu连接技术*2,实现了业界最小*1的 4.86μm像素尺寸。除了以低功耗运行并实现高速度、低延迟、高时间分辨率的数据输出外,这两款传感器还具有小尺寸但分辨率超高的特点。集合所有这些优势,以确保在不同环境和情况下立即检测到移动对象。

*2:在堆栈像素部分(顶部芯片)和逻辑电路(底部芯片)时通过连接的Cu(铜)焊盘实现电气连接的技术。与通过插入像素区域周围的电极实现连接的硅通孔 (TSV) 布线相比,这种方法提供了更多的设计自由度、提高了生产效率、允许更紧凑的尺寸并提高了性能。

两款传感器是索尼和Prophesee之间进行合作,将索尼的CMOS图像传感器技术与Prophesee独特的基于事件的视觉传感器技术相结合而实现的。这可以实现高速度、高精度的数据采集,并有助于提高工业设备的生产率。


堆栈式基于事件的视觉传感器 左:IMX636 右:IMX637


*3:基于图像传感器有效像素测定方法。

随着工业设备行业的需求日趋复杂和多样化,使用传感技术从摄像头捕获的图像中提取必要信息的用途不断增多,这就需要更高效的数据采集。

如果使用常用的基于帧(画面)的方法,整个图像是由帧率确定以一定时间间隔输出的。然而,全新的索尼传感器利用变化监测的方法异步检测像素亮度变化并输出带有像素位置(xy坐标)和时间信息的数据。它们采用专有的堆栈式结构,利用Cu-Cu连接实现像素芯片和逻辑芯片之间的导电,逻辑芯片配备了用于检测每个像素亮度变化的信号处理电路。这种设计使得只有检测到物体亮度变化的像素才能输出数据,使传感器能够在低功耗运行状态上以高速度、低延迟、高时间分辨率的方式检测亮度变化。同时,该设计实现了业界最小的※1像素尺寸4.86μm,是非常小型紧凑的高分辨率传感器。  

两款传感器可以感知振动的细微变化,在设备的预测性维护中检测异常情况。它们还可以感知焊接和金属切割过程中产生的火花的变化,这些信息可用于通知工人更换工具的最佳时间,以及其他方面的各种可能性。同样,它们可以在基于帧(画面)的图像传感器遇到问题的各种应用环境中帮助改进生产,并为依靠于人类经验的工作流程提供支持。


成像示例1:振动检测(左:基于帧的图像,右:变化监测传感)


成像示例2:金属切割过程中的火花检测(左:基于帧的图像,右:变化监测传感)

主要特点

■业界最小*1像素尺寸4.86μm,高分辨率的小型紧凑设计

新传感器采用专有的堆栈式结构,利用Cu-Cu连接实现像素芯片和逻辑芯片之间的导电,逻辑芯片配备了用于检测每个像素亮度变化的信号处理电路。像素单元和信号处理电路通常放置在同一块板上。然而,在这些产品中,独特的堆栈式结构成功实现业界最小*1的4.86μm像素尺寸,同时保持了像素单元的高开口率*4。这种设计提供了小型紧凑的外形和高分辨率,以及高精度的识别能力。

*4:从光入射侧看每个像素的开口部分(除遮光部分以外的部分)的比率。

■尽管功耗低,但具有高速度、低延迟、高时间分辨率的变化数据提取能力

专有的堆栈式结构使索尼能够选择变化监测的方法,异步检测像素亮度变化并输出带有像素位置(xy坐标)和时间信息的数据。与基于帧(画面)的方法不同,这允许传感器仅读取所需的数据,从而节省功耗,并且具有微秒级的高速度和低延迟,可实现高时间分辨率的输出。

■简化信息获取的变化过滤功能

这些传感器配备了Prophesee开发的变化过滤功能,用于消除不必要的变化数据,使其适用于各类应用。使用这些过滤器有助于消除不应被当前识别任务抓取的变化,例如在特定频率下可能发生的LED闪烁(抗闪烁),以及极不可能是移动对象轮廓的变化(变化过滤器)。过滤器还可以在必要时调整数据量,以确保其低于下游系统中可处理的变化率(变化率控制)。


以30fps(约33ms)的速度累积相当于单帧的变化数据的图像 (左:变化过滤器关闭,右:变化过滤器打开,比左侧减少约92%的数据量)

作为索尼和 Prophesee 在此类传感器产品合作的一部分,Prophesee提供一种针对传感器性能优化的变化信号处理软件--Metavision® Intelligence Suite。将索尼基于事件的视觉传感器与该软件相结合,可实现高效的应用程序开发并为各种使用场景提供解决方案。

Metavision®是PROPHESEE S.A.的注册商标。

如果想了解索尼基于事件的视觉传感器的更多信息,请访问以下网址:

产品页面:

https://www.sony-semicon.co.jp/cn/products/IS/industry/product/evs.html

技术页面:

https://www.sony-semicon.co.jp/cn/products/IS/industry/technology/evs.html

关键参数

名称

IMX636

IMX637

有效像素

约92万有效像素

(1280 × 720 [H × V])

约33万有效像素

(640 × 512 [H × V])

单元尺寸

4.86μm × 4.86μm

数组大小

对角线7.137 mm

(1/2.5-型)

对角线3.983 mm

(1/4.5-型)

滤色器

黑和白

包装

陶瓷 LGA 封装

(外部: 13 × 13 mm)

 

 

电源

模拟

3.0 V

数字

1.1 V

交互

1.8 V

标称对比度阈值 (ln)

25%

 

 

延迟

ROI*5

少于100 microseconds @ 1 Klux,

少于1000 microseconds @ 5 lux

细化读出*6

少于 220 microseconds @ 1 Klux,

少于1000 microseconds @ 5 lux

最大变化率

1.06 Geps (每秒千兆变化)

动态范围

86 dB 或更高 (5-100,000 lux)*8

背景率

0.1 Hz @ 1 Klux / 10 Hz @ 5 lux

接口

输入: I2C (400 kHz / 1 Mhz),4-wire SPI

输出: MIPI D-PHY(1.5 Gbps/lane)2lane,

SLVS(800Mbps/lane) 4lane

变化信号处理功能

抗闪烁

变化过滤

变化率控制

 

*5: Region of Interest,注意(兴趣)区域, 9 × 9 = 81像素。

*6: Thinned read-out, 细化读出,1/5 (水平方向)。

*7: 5lux(勒克斯、照明单位)是保证成像特性的最低光照条件。 低光阻隔(不保证)为 0.08 lux,50% 的像素响应线性 100% 对比。

 

(本文译自英文新闻稿,供参考)

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